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应对汽车显示器对背光照明的更高需求

时间:03-12 来源:互联网 点击:

统不需要 CCFL 灯那么大的深度或面积,所以款式也可以显著改变。另外,在从输入电功率提供光输出 (以流明为单位) 方面,LED 一般比白炽灯的效率高。这有两种积极作用。首先,LED 从汽车总线泄漏较少的电功率,而且同样重要的是,LED 减少了需要在显示器中散发的热量,从而无需笨重、昂贵的散热器。

  LED 背光照明的另一个重要好处是,高性能 LED 驱动器 IC 提供的宽调光比能力。由于汽车内部经受着范围非常宽的环境照明条件变化,包括从太阳光直射到完全黑暗之间的每一种变化,而人眼对光输出中的微小扰动又非常敏感,显示屏需要相应地调暗或调亮,因此首要的是,LED 背光照明系统能提供从 1,000:1 到高达 30,000:1 的非常宽调光比。采用合适的 LED 驱动器 IC,这类宽调光比相对容易实现,而用 CCFL 背光照明则是不可能的。图 3 显示了一个 LED 背光照明仪表板和共享 LED 背光照明的信息娱乐系统显示屏。


图 3:LED 背光照明仪表板和导航显示器

汽车 LED 照明设计参数

  为了确保最佳性能和长工作寿命,LED 需要有效的驱动电路。这类驱动器 IC 必须能靠条件相当苛刻的汽车电源总线工作,而且经济实惠、空间利用效率高。为了保持长工作寿命,首要的是,不要超过 LED 的电流和温度限制。

  汽车行业的主要挑战之一是,克服汽车电源总线上严酷的电环境。这些主要挑战是称为负载突降和冷车发动的瞬态情况。负载突降指的是,电池电缆断接同时交流发电机仍然在给电池充电的情况。当电池电缆连接不牢固而汽车正在运行时,或当电池电缆断开而汽车正在行驶时,可能发生这种情况。电池电缆这种突然断接能产生高达 40V 的瞬态电压尖峰,因为交流发电机正在尝试给已经不存在的电池充满电。交流发电机上的瞬态电压抑制器通常将总线电压箝位到大约 36V,并吸收大部分电流浪涌;不过交流发电机下游的 DC/DC 转换器要承受这 36V 至 40V 的瞬态电压尖峰。这些转换器要求不被损坏,并在这种瞬态事件发生时调节输出电压。有各种不同的保护电路可供选择,通常是瞬态电压抑制器,瞬态电压抑制器可以在外部采用,不过增加了成本和重量,并占用空间。

  “冷车发动”指的是,当汽车发动机承受寒冷或冰冻温度一段时间时发生的情况。发动机油变得极度黏滞,需要发动机启动器提供更大的扭矩,这反过来又从电池吸取更大的电流。这种大电流负载在点火时可能将电池 / 主总线电压拉低至 6V,之后负载通常返回标称的 12V。

  幸运的是,对这些问题已经有了解决方案,那就是凌力尔特公司的 LT3760,该器件能在这两种情况出现时不被损坏,并调节一个固定输出电压。LT3760 6V 至 40V 的输入电压范围使其非常适用于汽车环境。甚至当 VIN 大于 VOUT (这种情况可能在 40V 瞬态时发生) 时,LT3760 仍将调节所需的 LED 电流。

  由于大多数汽车 LCD 背光照明应用都需要 20W 至 35W 的 LED 功率,所以 LT3760 设计为满足这些需求。该器件可以将汽车总线电压 (6V 至 18V / 标称 12V) 升高至 44V,以驱动 8 个并联 LED 串(每串含有 10 个 80mA 的串联 LED)。图 4 显示了 LT3760 驱动 8 个并联 LED 串的原理图,每串由 10 个 80mA 的 LED 组成,总功率为 28W。


图 4:采用 LT3760、效率为 90% 的 28W LED 背光照明电路


  LT3760 采用自适应反馈环路设计,该设计调节输出电压以使其略高于 LED 串的最高电压。这最大限度地减小了通过镇流电路损失的功率,并帮助优化了效率。图 2 中的电路提供高于 90% 的效率。这很重要,因为消除了任何散热需求,从而实现了占板面积非常紧凑的扁平解决方案。就驱动 LED 阵列而言,同样重要的是,提供准确的电流匹配,以确保在整个仪表板上保持背光照明亮度一致。LT3760 在 -40度 至 125度的温度范围内保证 LED 电流变化不到 ±2%,而且正如在图 5 中能看到的那样,它的典型值较接近 ±0.5%。


图 5:图 4 中的 LED 电流匹配

  LT3760 采用固定频率、恒定电流升压型控制器拓扑。该器件采用单个 60V 外部 N 沟道 MOSFET,能驱动 8 串由多达 10 个 100mA 串联连接 LED 组成的 LED 串。其开关频率是可编程的,并可在 100kHz 至 1MHz 范围内同步,从而使其能提供最佳效率,同时最大限度地减小外部组件尺寸。其设计还使该器件能运行 4 串 200mA 的 LED 串或甚至两串 400mA 的 LED 串。每个 LED 串能使用同样数量的 LED,或能以每串不同数量的 LED 非对称地运行。

LT3760 以高达 3,000:1 的调光比和通过控制引脚的模拟调光 (提供高达 25:1 的调光比) 提供直接 PWM。在需要高达 30,000:1 调光比

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