高效LED背光照明在汽车显示器设计中的应用

　　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 调光比的应用中，这两种调光功能可以结合起来，以达到所需调光比。似乎随着汽车显示器技术的完善，大多数制造商都更喜欢使用较高的 LED 电流 （50mA 至 100mA），以使显示器在明亮的环境照明条件下更可读，同时更喜欢使用较大的调光比，以补偿不断变化的环境照明条件。

此外，LT3760 有集成的保护功能，包括开路和短路保护以及一个 /FAULT 诊断引脚。例如，如果一个或多个 LED 串开路，那么 LT3760 就会调节其余的 LED 串，并将 /FAULT 引脚设定为高。如果所有 LED 串都处于开路状态，那么该器件仍会调节输出电压，而且在两种情况下，都会将 /FAULT 引脚设定为高。类似地，如果在 VOUT 和任何 LED 引脚之间发生短路，那么 LT3760 就立即断开该通道，并继续调节其余通道。停用该通道可保护 LT3760 不受大功率热耗散的影响，并确保可靠工作。为了实现额外的 LED 保护，LT3760 的 CTRL 引脚允许通过 LED 串的环境温度设定 LED 电流降额曲线。一个放置在靠近 LED 处的 NTC 电阻器随着温度升高降低 CTRL 引脚电压，从而降低了 LED 电流。其他优化可读性的特点包括停机时输出断接、可编程欠压闭锁、微功率停机和内部软启动。