汽车信息娱乐用LCD-TFT 屏需要用于背光照明的可靠 LED 驱动器

引言

 　　根据法国 Yole Development 的预测，到 2012 年整个 LED 市场规模将达到 103 亿美元。高亮度和超高亮度 LED 总共将占这个总数当中的大约 44.5 亿美元；几乎是 2007 年 7.83 亿美元市场规模 (基于封装的 LED 统计) 的 5.5 倍。这种令人吃惊的增长的主要推动力之一是现代汽车中普遍采用了 LED 照明。LED 应用包括信息娱乐系统当中的薄膜晶体管液晶显示屏 (TFT-LCD) 背光照明，以及仪表板、车内照明、刹车灯、日间行驶灯、转向信号灯和最近出现的前灯。

 　　怎样才能持续推动汽车照明中这种令人瞩目的增长潜力呢? 首先，LED 产生的光要比白炽灯泡的效率高出十倍，几乎是荧光灯光效的两倍，包括冷阴极荧光灯 (CCFL)。这将减少提供给定光输出 (单位流明) 量所需的电量以及热量。随着 LED 的进一步发展，其利用电能产生光通量的效率将会继续增加。其次，在一个非常重视环保的世界中，LED 照明不需要对常见于 CCFL 及荧光灯的有毒汞蒸汽进行处理、暴露和处置。第三，白炽灯泡大约每 1,000 小时就需要进行更换，荧光灯可以维持长达 10000 小时，而 LED 的寿命可长达 100000 小时以上。在大多数应用中，使这些 LED 可以永久地嵌入在最终应用当中，而无需使用一种固定装置。这对背光照明的汽车导航及信息娱乐显示屏尤为重要，在汽车的使用期限内，这些嵌入在汽车内部的设备将永远不需要更换。而且，LED 要比其同类设计小和薄几个量级，所以 LCD 屏可以做得非常薄，因此所需的汽车内部空间非常小。此外，通过采用红色、绿色和蓝色 (RGB) LED 的配置，可以实现无限数的颜色。LED 还具有调光和接通/关断能力，远远超过了人眼的分辨能力，有助于显著改善 LCD 显示器的背光照明能力，同时还可以实现引人注目的对比度和高分辨率。

 　　汽车照明系统设计人员面对的最大挑战之一是如何体现出最新一代 LED 的所有优势。由于 LED 通常需要一个准确而高效的 DC 电流源和一种调光方法，LED 驱动 IC 的设计必须在各种条件下满足这些要求。电源解决方案必须是非常高效而功能坚固，而且还要非常紧凑和具成本效益。毋庸置疑，驱动 LED 要求最严格的应用将是汽车信息娱乐系统 TFT-LCD 背光照明应用，因为这些应用必须耐受汽车电气环境的严酷性，必须对广泛变化的环境照明条件进行补偿，也必须适合一个非常空间受限的占位面积，同时还要保持具有吸引力的成本结构。


图 1  导航 LCD 显示器

汽车 LED 背光照明

 　　如小尺寸、极长的寿命、低功耗和增强的调光能力等优势使 LED TFT-LCD 在今天的汽车背光照明中得到了广泛采用。信息娱乐系统通常有一个安装在仪表板中央的 LCD 屏，司机和乘客可以轻而易举地查看他们的位置，进行音频调节，执行各种其他任务。此外，许多汽车的后部座椅上还有供乘客使用的 LCD 显示器，可以播放电影、玩电视游戏，等等。一直以来，这些显示器均采用 CCFL 背光源，不过它正在利用超薄阵列的白光 LED 取代这些比较大的灯泡，这提供了更精确和可调整的背光照明，以及轻松超越汽车年限的使用寿命。

 　　在这样的环境下使用 LED 的好处有若干积极的含意。首先，LED 从来不需要更换，因为其固态寿命可达 100,000 小时以上 (11.5 服役年限)，这超过了车辆的使用期限。这将有助于汽车制造商永久性地将 LED 嵌入在“车舱内”的背光照明装置当中，而无需留有用来更换的入口。款式还可以根据 LED 照明系统做出改变，而无需 CCFL 灯泡那样的深度或面积。通常，LED 在利用输入电力提供光输出方面也比荧光灯更加有效。这具有两种积极的效果。第一，它从汽车总线消耗的电力更少，同样重要的是，它还可以减少通过显示器散失掉的热量，不需要使用任何大型而昂贵的散热器。

 　　LED 背光照明的另一个重要优势在于由高性能 LED 驱动器 IC 提供的宽阔调光比能力。由于汽车内部受到变化非常广泛的环境照明条件所影响，范围遍及从阳光直射到完全黑暗之间的各种变化，迫切需要 LED 背光照明系统具有很宽的调光比，一般需要高达 3000:1。利用合适的 LED 驱动器 IC，比较容易实现这类宽调光比，而采用 CCFL 背光源这是不可能实现的。图 1 所示为典型基于 LCD 的信息娱乐屏幕。


图 2  采用 LT3599 的效率达 90% 的 12W LED 背光照明电路

汽车 LED 照明设计参数

 为了确保最佳性能和长久的工作寿命，LED 需要有效的驱动电路。这些驱动 IC 必须具备能在相当苛刻的汽车电源总线情况下工作的能力，还必须具有成本和空间效益。为了维持其长久的工作寿