汽车LED照明需求渐增　新一代电源IC设计崛起

　　车用装置电子系统复杂性逐年攀升，目前，电子系统的成本负担已超过一辆汽车典型成本的20%以上，预计2008年甚至将超过30%，5年前，如车内娱乐系统、安全系统、引擎管理、卫星无线通信及电视(TV)、免持手机及其他无线连接等电子系统只在高档的欧洲豪华车款才能见到，但现在已被广泛用于每个汽车制造商的中阶等级汽车中，从而加速汽车IC的快速成长。

　　同时，这些系统运用的组件数不断增加，但可获得的空间却持续被压缩，因而也大幅加每个系统的电子密度。这些系统均需电源转换IC，且通常针对每个次系统具多重电源端，由于电源密度非常高及相关的高周遭温度，因此，任何实用的散热装置都显得太大而不实用，也因为这种空间的限制及操作温度范围的需求，让电源转换效率变得相当重要。

　　在低输出电压及高于几百毫安的中等电流位准下，由于会产生太多的热，导致简单利用线性稳压器提供这些系统电压已不切实际。这些限制的结果便是以开关式稳压器取代线性稳压器，开关式稳压器的好处包含效率的提升、较小的接脚占位，而这些足以弥补额外的设计复杂度及电磁干扰(EMI)等问题。

　　LED照明正取代传统白炽灯

　　过去，于汽车应用中使用发光二极管(LED)照明仅是一个车用概念，时至今日，LED已广泛应用于许多汽车及卡车的仪表板背光、内部照明及剎车灯。另外，豪华汽车制造商也逐渐提升固态LED照明最新技术之应用，透过这些更亮、更小、更可靠的组件提供车内外照明，强化其车种之性能及美感。此外，LED还能提供更低成本及更长的寿命，提供明显优于白炽照明的内部照明优点，如用于头灯的高压气体放电灯(HID)及卤素灯泡。

　　欲利用汽车电池驱动LED，需要一个直流对直流(DC/DC)转换器以准确调节LED电流，确保一致的照明强度及色彩饱和度，同时保护LED。此外，根据LED的不同用途，也应针对特定电源需求来优化DC/DC稳压器，如头灯、后车灯、讯号灯、内部情境或读书灯等，挑战之一是须从可能低于、相等或高于负载电压之电池电压驱动一组或几串LED，而另一考虑点，则是以大调光比有效地调光LED，同时还要在低及高亮度位准均保持彩色特性。DC/DC驱动器的高效率操作是一关键要求，特别是在驱动高亮度(HB)LED时，由于未被转换成散射光的电源，将因生热而耗费。

　　负载突降/冷启动状态影响电池效能

　　汽车运作时电池现松弛，或汽车行进时电池线断裂，将造成负载突降，其是一种当发电机对电池充电时，电池电线突然断开的情况。电池电线突然断开会造成达80伏特的瞬间电压突波，这是因为发电机正试图全力输出充电(图1)，发电机上的Transorb经常会将线路电压箝位在36～60伏特之间，及吸收大部分的涌浪电流；然而，发电机下游的DC/DC转换器却也接收了此一36～60伏特的瞬间突波。因为这些转换器及其所供电的次系统都被期望在这些瞬时发生时及发生后皆能持续工作，因此，这些DC/DC转换器能否处理高电压瞬间便显得相当重要，目前已存在各种保护电路，经常使用的是Transorb，这些电路可以建置于外，但却会增加成本与空间。

图1　80伏特负载突降状态及冷启动状态

　　冷启动(Cold Crank)是一种当汽车引擎放置在酷冷或冰温一段时间后所发生的状况，导致引擎油会变得非常黏稠，且启动马达必须传输更多扭力，于是须从电池汲取更多电流。此大电流负载在汽车点火启动时，会将电池/主线路电压拉低至4.0伏特，之后电压便会回升到13.8伏特(图1)，对于某些应用，如引擎控制、安全及导航系统等需求通常对3.3伏特的稳定输出电压而言，能历经冷启动过程且正常工作相当必要。

　　新LED驱动器成为车用首选

　　就LED驱动器而言，须提供车主之重要特性包括：
　　‧高电流
　　为提供高电流(≧d1.5安培)，驱动器须驱动一外部N信道金属氧化半导体场效晶体管(MOSFET)驱动高亮度LED。
　　‧高压
　　LED驱动器的3～36伏特输入操作及输出电压，可依外部功率组件之选择扩展，轻易驱动多串(串联)或丛集式(串联+并联)LED。
　　‧保护
　　IC须包含保护高亮度LED所需的精准电流及输出电压稳压，额外的保护功能另包括过压、过电流及软启动。
　　‧调光
　　透过True Color PWM 3,000:1数字调光，LED可于宽广的调光范围内维持固定色彩，同样的，驱动器也须可提供额外的模拟100:1调光。

　　为满足汽车内外照明之各项严苛要求，目前业界有厂商推出两款新的DC/DC LED驱动器，具高操作效率、负载保护、宽广输入及输出电压额定值、及精确的电流稳压等特色。此IC可被配置成数个DC/DC架构，提供设计者检核IC，以满足不同应用之转换要求之选择。

　　其中一款为电流模式、多重架构的转换器，具备用来驱动高功率LED多串及丛集的固定电流脉冲宽度调变(PWM)调光，可提供快速、真实的PWM负载开关切换，而不会产生瞬时欠压或过压情形，透过True Color PWM调光保证白光及红绿蓝(RGB)LED之色彩饱和度，数字调光比可达3,000:1(100Hz)；透过模拟控制亦可达到额外的100:1调光比，此为一极重要之标准，因人眼对于室内亮度的些微变化极敏感，此多功能控制器可被用作升压、降压、升降压、单端初级电感转换器(SEPIC)或返驰转换器，以及固定电流/固定电压稳压器。No RSENSE操作使用一个MOSFET的导通阻抗，因而不需电流感测电阻器，并且还可提高效率。此类转换器之应用范围包括高压LED数组及LED背光、以及电讯、汽车及工业控制系统的电压稳压器。

　　另一款产品为双信道36伏特、2MHz降压DC/DC转换器，专门设计以操作如定电流LED驱动器，每信道可提供达1.5安培LED电流，内部感测电阻及调光控制，使其成为驱动高电流LED之选择。此类驱动器于整个50毫安～1.5安培的宽广电流范围均可维持高输出电流准确性，而True Color PWM电路则能达到3,000:1之调光范围。

　　透过4～36伏特(40伏特最大)的宽广输入电压范围，LED驱动器可调节包括汽车动力系统等电源，切换频率可设定于200k～2MHz间，因此能运用极小的电感及陶瓷电容，且避开严苛的频段，如AM/FM无线电，结合散热强化型TSSOP-16封装，为驱动两组或四组高电流LED提供精小的解决方案。

　　运用高压端感测，驱动器能达到接地端LED负极连接，去除大多数应用中接地导线的需求。电流模式控制及精确参考电压，为良好稳压、低涟波固定LED电流提供优化回路动力，两个通道均透过分开的直流电压(VADJ)及PWM讯号独立操作，每信道均可与另一信道以180度反相切换，减少输出涟波，此驱动器其他特性包括开路LED及短路保护。

　　虽然汽车环境被公认为极度严苛，但LED照明系统设计者仍拥有许多选项，以针对严峻的效能需求选择强固的LED驱动器。此外，随LED照明设备之采用率持续从后级转移至低阶汽车中，LED驱动器之制造商更将积极提供创新产品，以全面满足市场需求。