汽车LED照明应用的驱动解决方案分析

图 4. 升压及降压混合拓扑

此时，我们的脑海中可能出现一个问题：为何要加入降压功率级，而不干脆使用升压稳压器去运作？这两种拓据之间的一个最重要分别是输出电容器：升压稳压器必须采用输出电容器，而降压稳压器则不一定需要。毫无疑问，LED能够成功地被升压级驱动(以下将会证明这点)，但如果系统需要调光，那么输出电容器便可能成为障碍。当稳压器进入“调光”模式后便会停止向LED供电，但如果电路包含输出电容器，它便可继续为LED提供电流。如此，系统在LED真正熄灭前便需额外的时间让输出电容器放电。此外，当遇上负载突降时，LED可能会感受很大的线路电压，而仅仅一个升压稳压器实不足提供保护。相反地，在升压及降压混合拓扑中，降压稳压器(这里是指LM3406) 可以免于高电压的损坏或系统崩解。
采用升压稳压器的头灯设计实例
在汽车的另一端，头灯与日间行车灯也逐渐成为LED替换的热门选项。这类典型应用通常需要把10个白光LED连成一串。对于典型VF为4V的LED而言，假若设计人员不愿意采用串并联的混合安排，便可能需采用某种形式的升压直流/直流级去驱动LED，而假若需降低功率级的复杂度，升压开关稳压器便大派用场。
图5所示为一个采用了LM3421的10盏LED应用(详细资料可在http://www.national.com/analog/led查询)，当中的多功能低边MOSFET控制器可视为升压功率级的其中一部份。

图 5. 采用LM3421构成的升压稳压器驱动10盏LED

这种拓扑的一个特色是电流感测会于LED的高边完成，使得串尾LED的阴极能够就地接地至车身底盘并使感测电压以差动信号形式反馈回电路。这可说是一个非常重要的优点，尤其当LED灯串和电路之间的距离很远。
采用SEPIC稳压器的头灯设计实例
虽然汽车电气系统一般在12-14 Vdc范围内运作，有些特殊情况下，系统零件的电压会高于或低于这个水平。举例而言，当冷车启动时，系统所获得的电压可以是4.5V或更低，相反于负载突降的情况下，电压则可能高至40到60V。若LED必须在这些情况下运作且受保护，设计人员可能需要选用另一种功率级设计，使得不管LED的供电电压是多少都可为LED提供稳定的电流。SPEIC(单端初级电感转换器)拓扑是一种可同时运行升压及降压的开关稳压器配置，正如圙6中所示。

图 6. SEPIC 转换器的基本拓扑

虽然SEPIC转换器的效率不如降压稳压器或升压稳压器，但它也有其优点。SEPIC除了同时拥有升压及降压的能力外，另一个极受汽车应用青睐的优点在于其CSEPIC电容器，它可为输入与输出之间提供非常有效的隔离。然而，SEPIC转换器最明显的缺点是需要两个电感器才能运作。然而，两个电感可以同心圆方式缠绕成对立的两个分离元件（这是能够同时兼顾方案尺寸及成本的最佳方法），这个「电感恐惧症」就可以轻易地被治愈。相关电路范例参见图7，其中也采用了LM3421控制器。

图 7. SEPIC配置中的LM3421

结论
当驱动LED时，在电源系统设计方面有许多种选择，这取决于所需的LED数量与型号、照明要求、以及所需的系统特性，必须有一种拓扑方式可供选用。由于可用的拓扑方式包括升压、降压、或两者皆可，LED灯串可以偏离汽车电源的范围运行而不须受限于12-14 V，若设计人员选择在12-14V范围内运作，则可以使用降压稳压器，如此一来，即使所有LED的总VF超过系统供应的直流电压也同样不成问题。若偏好完全串联的方式，而不采用串联/并联设计，便可采用升压与降压稳压器组合，也可以仅用升压稳压器。此外，假若LED需要在特殊情况下运作且受保护，可以使用SEPIC拓扑，其可依据输入电压与所需之输出电压来决定降压或升压。最后，除了不同的拓扑方式外，也有许多IC解决方案可以使用，例如美国国家半导体的LM3406与 LM3421，便可有效地成为LED照明的稳定电流稳压器。