HB LED驱动汽车照明系统的设计和应用

背景信息

尽管 LED 用在很多汽车照明应用中已经有几年，例如白天行车灯 (DRL)、刹车灯、转向指示信号灯和内部照明，但是特定于前灯的应用依然相对较新。目前，仅少数量产车具备 LED 前灯，包括本田雅阁、讴歌 RLX 和 MDX、奥迪 A8 和 R8、雷克萨斯 LS600h 和 RX450h、丰田普锐斯、凯迪拉克的凯雷德以及保时捷卡宴。更多汽车平台已经采用了 DRL，而且其形状常常随不同汽车品牌而不同。一些行业预测数据显示，到 2014 年，LED DRL / 前灯市场将超过 40 亿美元，而且由于此后该市场继续快速增长，预计到 2015 年将超过 80 亿美元。

汽车照明系统设计师面临的最大挑战之一是，怎样最充分地利用最新一代高亮度 (HB) LED 的所有优点。HB LED 需要一个准确、高效率、能够调光的 DC 电流源，而且必须包括保护功能。此外，这类 LED 驱动器 IC 还必须设计为，能够在各种环境和电气条件下满足这些要求。因此，电源解决方案必须效率非常高、噪声很低、功能强大且可靠性高，同时还要紧凑和经济实惠。可以说，就驱动 HB LED 而言，要求最苛刻的应用是汽车前向照明应用，即 DRL 和前灯应用，因为这两种应用处于最严酷的汽车电气环境中，必须提供很大的功率，一般在 15W 至 75W 之间，而且必须放入空间非常受限的外壳中，满足所有这一切要求的同时，还要保持富有吸引力的成本结构。

设计参数

汽车 LED 驱动器必须紧凑、高效率，且支持无闪烁 PWM 调光。这些驱动器不能在 AM 收音机频段及该频段周围产生很大的传导 EMI。不幸的是，大功率开关模式电源本质上不是低 EMI 的，恒定开关频率在一些频点上产生极大的 EMI 分量，包括电源的基本工作频率及其谐波。但这些不好的东西总会落入 AM 频段。

最大限度地减小 EMI 峰值的一种方法是，通过采用扩展频谱切换，允许开关模式电源 (SMPS) 的工作频率覆盖一系列频率值。希望扩展频谱切换起到的作用是，压低可能出现在 SMPS 基本工作频率及其谐波上的 EMI 峰值，将 EMI 能量扩展到一系列频率范围上。

LED 驱动器 SPMS 有一个额外的要求：频率扩展还要与 PWM 调光 (亮度控制) 信号频率同步，以确保不产生 LED 闪烁。

为了解决这个问题，LT3795 自己产生扩展频谱斜坡信号，并运用一项正在申请专利的技术，让该信号与较低频率的 PWM 调光输入取得频率一致。这样一来，甚至在最高 PWM 调光比时，也能消除扩展频谱信号与 PWM 信号相结合以使 LED 产生可见闪烁的可能性。

大功率汽车 LED 驱动器

LT3795 是一款大功率 LED 驱动器，采用与 LT3756 / LT3796 系列同样的高性能 PWM 调光方法，但增加了内部产生扩展频谱斜坡信号的功能，以降低 EMI。LT3795 是一款单开关控制器 IC，输入范围为 4.5V 至 110V，输出范围为 0V 至 110V，可配置为升压模式、SEPIC、降压-升压模式或降压模式 LED 驱动器。该器件具备 100kHz 至 1MHz 开关频率范围、LED 开路保护和短路保护，还可以作为具备电流限制的恒定电压稳压器工作，或者作为恒定电流 SLA 电池或超级电容器充电器使用。

LT3795 自己产生扩展频谱斜坡信号，并运用正在申请专利的技术，使该信号与较低频率 PWM 调光输入取得频率一致。这样一来，即使在最高 PWM 调光比时，扩展频谱信号也不可能与 PWM 信号相结合、使 LED 产生可见闪烁了。

图 1 所示是效率高达 92%、80V、400mA、300kHz 至 450kHz 汽车 LED 前灯驱动器，该驱动器具备扩展频谱频率调制和短路保护。DRL 应用看起来几乎是相同的，但是最大 LED 电流要求接近 200mA。

图 1：80V、400mA 汽车 LED 驱动器具备内部扩展频谱功能以降低 EMI

内部扩展频谱可减轻 EMI 问题

与很多大功率 LED 驱动器不同，LT3795 自己产生扩展频谱斜坡信号，以产生比所设定开关频率低 30% 的开关频率调制。这降低了其传导的 EMI 峰值，减少了对昂贵和笨重的 EMI 输入滤波电容器和电感器的需求。

运用内部或单独的扩展频谱时钟产生 LED 驱动器的开关频率，可能在 PWM 调光时产生可见闪烁，因为扩展频谱频率变化与 PWM 周期是不同步的。由于这个原因，在很多高端 LED 驱动器应用中，实现扩展频谱并非微不足道的任务。如果没有扩展频谱，设计师就必须依靠笨重的 EMI 滤波器、采用降低开关边沿的栅极电阻 (这会降低效率) 以及在开关及箝位二极管上安装减震器。