适合于汽车照明应用的各种LED驱动器方案及应用

作者：时间：2012-09-04来源：网络收藏

近年来，随着LED在光效及成本等几乎各个方面的持续改进，其应用领域不断拓宽，从传统的便携设备背光向中大尺寸LCD显示器/液晶电视背光、汽车及通用照明等领域不断迈进。本文将专门介绍适合于汽车 照明应用的各种LED驱动器方案，并探讨一些典型应用。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/196459.htm

LED为汽车 照明应用提供众多优势

LED在汽车中的应用领域非常广泛，但可以简单归纳为内部照明及外部照明(参见图1)。外部照明有如前照灯、尾部照明等，内部照明包括内部便利及舒适照明和仪表盘背光等。

图1：多种多样的汽车LED照明应用

推动汽车LED照明应用的因素很多。以前照灯为例，采用LED作为光源拥有众多优势：

利于灵活或新颖的造型设计——LED物理尺寸很小，能用于开发极紧凑、极薄的模块。与卤素灯和氙气灯相比，多串LED模块需要更小、更简单的透镜和光扩散片硬件。且多个LED光源的光更易于导向，大大减轻工程设计对造型的影响。

光强度及能效不断提升——LED光强度处于极快的提升曲线上，呈现出每18至24个月光通量将会翻一番的趋势。LED光输出已经超过卤素灯，未来LED实际光效性能还将能氙气灯相匹敌。

高可靠性及长寿命——只要为LED前照灯模块进行有效的热管理以保持较低的结温，并保护其免受开关导通/关闭、调光期间可能出现的电流尖峰和电池脉冲的影响，期望它们在汽车整个寿命周期内持续使用就并非不切实际。

显著节能——与其它方案相比，LED前照灯使用的燃料/能源要少得多。使用高能效智能电源技术/芯片，而非需多个外部元件的一般IC，可以更节能。

因此，LED在汽车照明中的应用日渐增多，且被众多汽车制造商当作设计卖点。

应用于汽车照明的LED驱动器方案比较

LED在汽车照明中的应用多种多样，不同应用对LED电流的要求又各不相同，故需要结合具体应用要求，选择适合的LED驱动器方案。

LED驱动方案的一项主要功能是在多种工作条件下稳流，而不论输入条件如何及正向电压如何变化。驱动方案必须符合能效、外形因数、成本及安全性方面的应用要求。同时，所选方案必须易用及足够强固，从而适应特定应用的严格环境。

汽车应用中的典型LED驱动器方案包括电阻、线性LED驱动器、开关LED驱动器及创新的照明管理LED驱动器等。一般而言，根据应用中LED电流大小的不同，在20到200 mA的低电流应用中，可以选用分立元件(即电阻)或线性驱动方案;在200至500 mA的中等电流应用中，可以选用线性或开关驱动器方案;而在大于500 mA的大电流应用中，一般选择开关驱动器方案。

实际上，电阻是最简单、最低成本的LED限流方案，但是它们并不“稳流”，只是在LED正向电压变化及输入电源电压变化并导致电流变化从而引起LED亮度变异时，简单地限制LED最大电流。虽然这种方案的成本低，但能效也最低，且存在着LED筛选成本及热失控等问题。

CCR是一种比电阻方案性能更高但成本又低于线性驱动器或开关驱动器的方案，适合于电流小于200 mA的低电流LED照明应用。CCR廉价并强固，在宽电压范围下提供恒定亮度，在输入电压较高时保护LED免受过驱动，且在低电池电压条件下仍提供较高亮度。这种方案能够减少或消除LED筛选产生的库存，使方案总成本更低。CCR最大工作电压达50 V，能够承受电池负载突降。CCR提供SOD123、SOT123及DPAK等不同封装，能在严格热环境下工作(125℃)，负温度系数特性在高环境温度条件下保护器件本身及LED。此外，CCR不产生电磁干扰，易于设计。

图2：双端及三端CCR电路图。

线性稳压器支持多条线路并行配置以扩散热耗散，提供达±2%的稳流精度，无电磁干扰(EMI)问题，成本中等，但能效也较低。而凭借高能效及灵活等优势，开关稳压器广泛使用。这种方案成本更高，技术更复杂，但也提供显著优势，如支持任何类型的输入电压与输出电压关系，且根据输入/输出条件，能效能够高于90%。与线性驱动器不同，它们对EMI很敏感，给设计人员带来需要注意的设计约束。

值得一提的是，除了这些常见的LED驱动器方案，安森美半导体推出了高集成LED照明管理集成电路(IC)。这些照明管理集成了多种LED驱动及控制功能，相当于一个完整子系统，能够承受高达125℃的环境温度，用于汽车前照灯、组合尾灯及最新的高级前照灯系统(AFS)等应用，后文将会详细论及。

典型汽车应用LED驱动器产品及其应用

1) 适合低电流LED应用的CCR

安森美半导体运用专利自偏置晶体管(SBT)技术开发出了NSI45系列CCR(参见图2)。这系列CCR包含双端固定输出和三端可调节输出两种类型，电流等级涵盖10至180 mA。其中三端可调节输出CCR包括电流30至80 mA(SOT-223)及60至150 mA(DPAK)等不同选择，能够用于满足特定电流设置要求。

CCR易于设计，适合高边(High-side)及低边(Low-side)应用;既能用单个CCR驱动1串或多串LED，也能并联多个CCR驱动一串或多串LED(详见参考资料1)。

图3：CCR汽车中央高位停车灯(CHMSL)应用电路图。

2) 针对背光、内部照明控制及尾灯等应用的线性LED驱动器

在线性驱动器方案，典型产品包括安森美半导体的NUD4001及NUD4011线性LED驱动器，两款器件的额定输入电压范围分别为6至30 V和48至200 V，额定输出电流分别为高达500 mA和高达70 mA，在汽车中的应用领域包括尾灯、方向灯、刹车灯及车顶灯等。这两款器件的设计均用于在交流-直流应用中替代分立方案，设计人员能够利用外部电阻针对不同LED阵列设置驱动电流。不同的是，NUD4001适合于5 V、12 V或24 V的低压应用，而NUD4011则最高支持200 V电压。图4显示的是NUD4001在汽车停车灯中的应用。