汽車LED驅動器功率轉換拓撲指南

在很多系統(tǒng)中（包括汽車動力輸出系統(tǒng)中部署的眾多調(diào)節(jié)器），功率轉換控制器的設計都是一項困難而復雜的工作。本文說明了LED驅動器使用的不同開關拓撲的優(yōu)勢、權衡取舍和應用，旨在簡化選擇過程。

LED不同于傳統(tǒng)的帶有燈絲或氣體成分的電燈。利用特定的半導體結，LED制造商可以生成整個可見光范圍的特定顏色的光，以及紅外線和紫外線。在汽車應用中，LED可以提高白天和夜間駕駛的安全性。效率的提高可以延長電動汽車的電池壽命，而在單個系統(tǒng)中使用多個LED可以避免單一部件的故障問題。

由于其多功能性，LED能夠以多種不同的方式驅動。由于LED的輸出有良好的照明控制，因此LED負載與電力系統(tǒng)的傳統(tǒng)負載不同。LED只靠通過半導體結的精確控制電流來發(fā)光，而端口到系統(tǒng)接地（或汽車系統(tǒng)中的底盤）的相對電壓則與此無關。因此，LED系統(tǒng)可以利用開關技術提供的不同拓撲。

如何為汽車LED系統(tǒng)選擇正確的開關拓撲

汽車系統(tǒng)中特定開關拓撲的選擇關系到整個系統(tǒng)設計；應考慮最小輸入電壓、最大串電壓、底盤回路能力、短路輸出能力、最大輸入電流、輸出/LED電流和PWM調(diào)光。

?降壓(Buck)轉換器

降壓LED驅動器通過高于LED串總電壓的電壓調(diào)節(jié)LED串中的電流。降壓LED驅動器可以安全地短接到系統(tǒng)地，確保其本質(zhì)安全。它們具有底盤回流的能力（一條線用于供電），并且可以輕松適應矩陣或動畫應用。圖1和圖2中的示例原理圖顯示了控制器調(diào)節(jié)高壓側開關進行電流控制的基本系統(tǒng)圖。

圖1.降壓轉換器

降壓LED驅動器需要具備幾個關鍵特性：固定頻率操作、通過出色的開關控制和低電阻開關實現(xiàn)高效率、在整個模擬調(diào)光范圍內(nèi)提供高精度，以及為獲得出色的EMI，適當設計擴頻調(diào)頻。

?升壓(BOOST)轉換器

升壓LED驅動器通過低于LED串總電壓的電壓調(diào)節(jié)LED串中的電流。這在很多汽車系統(tǒng)中很有用，其中很多LED都需要在單個串中導通。典型的12 V汽車系統(tǒng)的工作電壓范圍為6 V至18 V，這需要將LED驅動器的電壓降到6 V，從而為LED提供較大的升壓比，以保持點亮。圖3和圖4中的示例原理圖顯示了控制器調(diào)節(jié)低壓側開關進行電流控制的基本系統(tǒng)圖。

圖2.降壓轉換器示例:?LT3932

表1使用降壓轉換器作為LED驅動器的優(yōu)勢和權衡取舍

圖3.升壓轉換器

圖4.升壓轉換器示例：LT8356-1

表2使用升壓轉換器作為LED驅動器的優(yōu)勢和權衡取舍

?使用升壓轉換器進行升壓-降壓

一些升壓LED驅動器可配置為將LED陰極返回電源。這種配置稱為降壓-升壓?？傒敵鲭妷簽閂IN (VBATTERY)，該電壓加到LED串總電壓中。這種拓撲結構的優(yōu)點是能夠驅動一個高于、低于或等于電源電壓的LED串。這種拓撲結構的局限性是只受轉換器的限制--低端受控制器IC的最小電源電壓限制，高端受控制器IC的最大輸出電壓限制。

圖5.升壓-降壓轉換器

圖6.升壓-降壓轉換器?LT8386

表3使用升壓-降壓轉換器作為LED驅動器的優(yōu)勢和權衡取舍

?使用升壓轉換器的降壓模式

一些升壓LED驅動器可配置為從電源降壓（而不是在標準降壓模式下以地為參考），從而構成降壓模式配置。這種配置與降壓模式具有同樣的局限性，即LED串的總電壓必須低于輸入電源電壓。

圖7.降壓模式轉換器

圖8.降壓模式示例:?LT3756-2

表4使用降壓模式轉換器作為LED驅動器的優(yōu)勢和權衡取舍

?降壓-升壓轉換器

降壓-升壓LED驅動器通過高于或低于LED串總電壓的電源調(diào)節(jié)LED電流。該轉換器在降壓模式下調(diào)節(jié)連接到輸入電壓的高壓側開關，在升壓模式下調(diào)節(jié)輸出側的低壓側開關。這種拓撲結構最復雜，但也是最靈活的。VIN和VOUT的范圍僅受控制器IC的限制。對于矩陣型應用，這是一種不錯的選擇。

圖9.降壓-升壓轉換器。

圖10.降壓升壓示例:?LT8391

表5使用降壓-升壓轉換器作為LED驅動器的優(yōu)勢和權衡取舍

結論

汽車LED照明系統(tǒng)可通過多種不同的方式使用開關穩(wěn)壓器驅動。根據(jù)應用的不同，照明設計人員可通過選擇開關拓撲和配置，針對整個汽車的不同照明要求，設計完整的子系統(tǒng)。為系統(tǒng)選擇正確的功率轉換開關拓撲和配置可優(yōu)化復雜性、效率、EMI和安全性等要求。