LED 背光照明在汽车显示器照明中占据主导地位

本文作者：

Tony Armstrong

凌力尔特公司  电源产品部  产品市场总监

引言

有一些关键应用使得用作薄膜晶体管 (TFT) 液晶显示器 (LCD) 背光照明的 LED 出现了爆炸性增长，这类应用包括高清 (HD) 电视机、便携式平板电脑、汽车信息娱乐显示器和大量手持式通信设备。然而，为了保持这种惊人的增长率，LED 必须既提供更高的可靠性、更低的功耗和更紧凑的外形尺寸，又实现更高的对比度和色彩准确度。此外，在汽车、航空电子和航海显示器中，在必须改进所有这些参数的同时，LED 还要适应从日光到没有月亮的夜晚等多种环境光线条件。

这些 TFT-LCD 应用包括信息娱乐系统、计量表和多种仪表显示器。当然，用 LED 给这些显示器进行背光照明会造成一些独特的 LED 驱动器 IC 设计挑战，因为要在多种照明条件下优化显示器的可读性。LED 驱动器需要提供非常宽的调光范围和高效率转换，同时还需要适应严酷的汽车电气及物理环境。更不用说的是，这些解决方案的高度必须非常扁平，占板面积也非常紧凑，同时还要提高总体性价比。

促使 LED 在汽车显示器中增长的因素是什么?

为了支持在汽车照明应用中的惊人增长，LED 必须比白炽灯更有优势。LED 的优势包括：LED 的发光效率是白炽灯的 10 倍以及几乎是荧光灯的两倍，其中包括冷阴极荧光灯 (CCFL)，因此降低了提供给定量的光输出 (单位：流明/瓦) 所需的电功率。随着 LED 的进一步发展，其效率或从电源产生光输出的能力只会继续提高。此外，我们现在非常关注环保，而 LED 照明不需要处理、接触和处置 CCFL 灯中常见的有毒水银蒸汽。最后，白炽灯通常经过大约 1,000 小时运行后就需要更换，而荧光灯则可以运行长达 1 万小时。不过，与 LED 照明提供的 10 万小时以上的寿命相比，这些数字就相形见绌了。

在大多数应用中，这种长运行寿命使 LED 能够永久性地嵌入到最终应用中。对于给汽车仪器仪表以及信息娱乐系统的显示器提供背光照明而言，这一点尤其重要，因为这些显示器常常嵌入到汽车仪表板中，而 LED 在汽车的工作寿命期内不需要更换。此外，LED 比其他类型的照明灯尺寸小且紧凑得多，因此 LCD 显示面板可以做得极薄，从而在汽车内部占用最小的空间。还有，通过采用红、绿和蓝光 LED 配置，可以提供无限多种色彩。不仅如此，LED 调光以及接通 / 断开的速度还能够远远快于人眼能够察觉到的速度，从而显著改进了 LCD 显示器的背光照明，同时使显示画面实现了极高的对比度和更高的分辨率。

汽车应用采用 LED 面临的障碍

然而，汽车照明系统设计师面临的最大障碍之一是，怎样优化最新一代 LED 提供的所有特点和优势。既然 LED 一般需要一个准确和高效率的电流源以及一种调光方法，那么 LED 驱动器 IC 就必须设计成在多种工作条件下满足这些需求。另外，电源解决方案必须效率非常高，必须非常坚固、可靠，同时还要非常紧凑且具备高性价比。可以说，就驱动 LED 而言，要求最苛刻的应用之一就是汽车信息娱乐和仪表 TFT-LCD 的背光照明，因为这种背光照明应用处于严酷的汽车电气环境中，还必须补偿多种环境照明条件的变化，而且必须适合可用空间非常受限制的情况。与此同时，这类应用必须具备富有吸引力的成本结构。

很多新出现的汽车设计都采用单个照明板给所有用于驾驶员控制的计量表显示器进行背光照明。用于仪表板的 LED 背光照明也常常用于信息娱乐系统，产生了一种易读的一体化控制面板。类似地，很多汽车、火车和飞机都提供 LCD 显示器，为乘客提供电影、视频游戏等娱乐活动。过去，这些显示器一直使用 CCFL 背光照明，不过现在越来越常见的是，用非常扁平的白光 LED 阵列取代这些使用相对较大照明灯的设计，以提供更加精确和可调的背光照明并延长使用寿命。

汽车 LED 照明设计要求

为了确保最佳性能和较长的工作寿命，LED 需要一个有效的驱动电路。这类驱动器 IC 必须能够靠条件相当苛刻的汽车电源总线运行，而且还必须具备很高的性价比和很高的空间利用效率。为了保持较长的工作寿命，还必须保证不超过 LED 的电流和温度限制。

汽车行业的主要挑战之一是，应对严酷的汽车电源总线电气环境。主要挑战是应对称为"抛载"和"冷车发动"的瞬态情况。抛载指的是，电池电缆断接而交流发电机仍然在给电池充电的情况。这种情况可能在电池电缆连接不牢固同时汽车正在运行时出现，或者在电池电缆断裂同时汽车正在运行时出现。这种电池电缆的突然断接可能产生高达 40V 的瞬态电压尖峰，因