汽车前向照明应用需要高性能 LED 驱动器

设计参数

为了确保最佳性能和长工作寿命，LED 需要一种有效的驱动电路。这意味着，无论输入电压源怎样变化，驱动器 IC 都必须高效率地提供准确的 DC 电流并提供准确的 LED 电压调节。其次，驱动器 IC 必须提供一种调光方法，还要提供多种保护功能，以防遭遇 LED 开路或短路故障。除了依靠电气环境十分恶劣的汽车电源总线可靠地工作，驱动器 IC 还必须经济实惠，节省空间。

停/启、冷车发动和负载突降情况

为了最大限度地提高燃油里程，同时尽量减少二氧化碳排放量，各种可选择的驱动技术一直在不断发展。不论这些新技术采用的是电动混合、清洁柴油还是更传统的内燃发动机设计，它们都有可能还需要采用停-启马达设计。在世界各地的所有混合动力型汽车设计中，停-启马达已经普遍存在了，很多欧洲和亚洲的汽车制造商也已经在传统的汽油和柴油汽车中采用了这类停-启设计。福特汽车公司不久前在美国宣布，将在即将推出面向美国国内市场的车型中采用停-启系统。

就发动机而言，停-启系统的概念简单易懂，当车辆停止时，发动机关闭，然后当要求车辆再次移动时，发动机立即重新启动。在车辆停在车流中或停在红灯处时，这可以节省燃油，减少尾气排放。这种停-启设计可以将燃油消耗和尾气排放分别减少 5% 至 10%。然而，这种设计的最大挑战是，不让驾驶员感觉到整个停-启过程。要想让驾驶员感觉不到停-启动作，会遇到两个主要的设计障碍。第一个是快速重启。有些制造商利用增强的启动器设计，已经将重启时间缩短至不到 0.5s，从而使重启过程真正不被感觉到。第二个设计挑战是，当发动机关闭时，保持车中所有电子系统正常运行，包括由电池直接供电的空调系统和照明系统；同时保持足够的电力储备，以在要加速时快速重启发动机。

为了纳入停-启功能，动力传动系统的设计需要进行一些修改。也就是说，原来的交流发电机可能还要兼作增强的发动机启动器，以确保快速重启。此外，必须增加一个停-启电子控制单元 (ECU)，以控制发动机何时以及怎样启动和停止。在发动机 / 交流发电机关闭时，电池必须能给车灯、环境控制以及其他电子系统供电。另外，当发动机需要再次启动时，电池必须能给启动器供电。这种极端的电池加载要求又引入了另一个设计挑战，这是一个电气方面的挑战，因为重启发动机需要吸取很大的电流，这可能暂时将电池电压拉低至 6V。对于 LED 驱动器的挑战是，当电池总线电压短暂降至 6V、然后在充电器回到稳定状态时返回 13.8V 标称值时，连续提供良好稳定的输出电压和 LED 电流。

汽车发动机处于寒冷或冰冻温度中一段时间以后，会发生冷车发动情况。发动机油变得极度粘稠，需要发动机启动器提供更大的扭矩，这又需要从电池吸取更大的电流。这种大的负载电流可能在一点火时，将电池 / 主总线电压拉至低于 6V，之后，该电压一般会返回到 13.8V 的标称值。

当电池电缆意外断接而交流发电机仍然在给电池充电时，就会发生负载突降。当电池电缆连接松动而汽车正在运行，或者当电池电缆断开而汽车正在运转，都会发生这种负载突降情况。这种电池电缆的突然断接可能导致高达 60V 的瞬态电压尖峰，因为交流发电机试图全力给一个已经不在的电池充电。交流发电机上的瞬态电压抑制器通常将总线电压箝位在 30V 至 34V，并吸收大部分浪涌；不过，交流发电机下游的 DC/DC 转换器和 LED 驱动器会遭遇高达 36V 的瞬态电压尖峰。人们不仅期望这些 LED 驱动器能承受这样的电压尖峰，而且在发生这些瞬态事件时，这些 LED 驱动器还必须连续调节输出电压和 LED 电流。

短路保护

就白天行车灯和前灯而言，单串高亮度 LED 串中包括 6  到 20 个 LED。由于标称输入电压为 13.8V，在某些瞬态情况下甚至更低，所以一般首选升压型 LED 驱动器架构，因为这种架构比 SEPIC 或降压-升压型设计效率更高、更简单和具成本效率。不过，直到不久前，升压型架构一直难以抵御短路的影响。在汽车应用中这一点尤其重要，因为 LED 在前端碰撞中容易被损坏，而且任何电弧都可能点燃溅出的汽油。由于这个原因，过去大多数前端照明 LED 应用都采用更昂贵和更复杂的 SEPIC 解决放案，这种解决方案具备固有的短路保护能力。然而，随着新的和具备非常坚固保护能力的升压型 LED 驱动器的出现，未来的应用将会采用这种设计，以提供效率更高和具成本效益的解决方案。

EMI 问题

降低 LED 驱动器的任何电磁干扰 (EMI) 都有利于电源总线的总体设计。因为 LED 驱动器通常是基于开关稳压器的，所以降低开关噪声是人们所希望的。这可以通过采用扩展频谱频率调制来实现。正如在图 2 中可以看到的那样，这种调制方法通过在较宽的频率范围内扩展频谱，将输出开关噪声降低了 20dB，从而极大地减轻了 EMI 问题。


图 2：LT3795 输出噪声频谱比较

(RAMP 引脚接地 = 常规切换，RAMP 引脚端  47nF = 扩展频谱)
AMPLITUDE：幅度
FREQUENCY：频率
RAMP PIN GROUNDED：RAMP 引脚接地
47nF AT RAMP PIN：RAMP 引脚端  47nF