长寿命车辆照明的热管理策略

对振动不敏感、寿命长、能效高以及可以完全控制光源是 LED 在车辆中应用的关键因素。与白炽灯泡相比，LED 对机械振动不敏感，而 LED 的易控制性使其成为适应车辆要求和环境条件的智能汽车照明系统的自然选择。然而，驱动 LED 以获得高效的光输出需要独立于电源电压的电流控制。

LED 系统的设计可以从多个角度进行。在 PCB 级别，一种方法是首先定义 LED 结的最高温度，因为高结温会降低 LED 光发射，从而影响设备的效率。汽车或卡车中使用的印刷电路必须高度可靠且使用寿命长，但还必须具有成本效益。除了考虑 LED 光源施加的条件外，电路板设计还必须适应驱动器存在所施加的限制。材料应力、静电放电、电场和磁场以及射频干扰是车辆电子设备受到的条件之一。

PCB 热管理

实施节能、高功率 LED 的主要障碍是管理它们产生的热量。设计技术的进步不断增加了保护组件免受热量积聚的需求，促进了板上芯片 (COB)、陶瓷底座和其他用于功率 LED 标准热管理的热效率封装解决方案的开发。大功率 LED 构建在小外形尺寸上，需要出色的散热来降低芯片温度，从而提高效率。

在产品的整个生命周期内管理热阻抗的能力对于 LED 热管理至关重要。在各种高温应用中，封装选择涉及适当散热的能力。特别是，方形扁平无引线 (QFN) 封装可为温度关键应用提供低电感。另一方面，低温共烧陶瓷 (LTCC) 封装和基板可确保降低介电损耗，但最重要的是提供了获得小尺寸器件的可能性，互连更少，因此减少了各种无源寄生因素。

灯光

尽管热管理不容忽视，但每个 LED 设计还必须满足应用的性能要求和上市时间限制。最传统的热基板 - 金属芯 PCB (MCPCB)、氧化铝 (Al2O3) 和氮化铝 (AlN) - 满足满足市场需求的所有要求。纳米陶瓷是一种低成本解决方案，可满足 30 W/mK 至 170 W/mK 之间的市场需求。

LED 封装的阳极和阴极电极必须设计有导热垫。与应用于各个领域的其他电子元件一样，结温每升高 10°C，LED 封装的故障率就会增加一倍。FR4（阻燃）材料和复合环氧树脂材料 (CEM) 是完美的绝热材料，具有出色的导热性，可实现出色的散热。

图 1：COB LED 阵列

板上芯片 (COB) LED（图 1）在市场上迅速普及。COB LED 必须耗散 10 W/cm2 的热功率，因此材料的选择仅限于 AlN、Al2O3 和 MCPCB。MCPCB 采用金属基材作为散热器。金属芯通常由铝合金组成。Thermal CLAD (TCLAD) 是一种金属基电介质，上面涂有一层铜。更高的可靠性、易于加工和卓越的性价比使带有 TCLAD 的 MCPCB 成为传统 FR4 基板的卓越替代品。

照明驱动器

除了热管理之外，LED 还需要 IC 驱动器来实现最佳照明性能。LED 通常需要恒定电流来产生一致的光输出。输出电压将取决于许多参数，例如 LED 制造工艺和串联 LED 的数量。工程师必须准确预测最大输出电压，才能为其 LED 照明应用选择最佳稳压器拓扑和相应的 IC。

汽车环境对集成稳压器来说是一个挑战。环境的温度范围很广，还会产生高水平的瞬变和输入干扰。此外，电源必须能够承受加载和卸载瞬变，尽管这种与电池相关的现象通常由单独的电路（抑制器、端子和过压保护）管理。用于汽车领域的 LED 显示器的所有开关稳压器和驱动器都必须符合 AEC-Q100 标准。

图 2：使用 LMR23610ADDA 的应用电路示例

Texas Instruments 的 LMR23610ADDA 是 Simple Switcher 系列的一部分，是一款采用 8 引脚 PowerPAD 封装的降压同步转换器，它使用峰值电流控制来获得简单的控制电路补偿。36V、1A 同步降压稳压器的输入电压范围为 4.5V 至 36V，适用于广泛的应用。LMR23610ADDA 的静态电流为 75 μA，可用于电池供电系统；超低 (2μA) 关断电流可以进一步延长电池寿命。精密使能输入简化了控制器控制。保护功能可防止因功耗过大造成的短路损坏和热关断（图 2）。

德州仪器 (TI) 还为完全组装的 LED 驱动器拓扑开发了 TPS92692EVM-880 评估模块 (EVM)。该板可配置为升压或升压至电池拓扑，为串联连接的单串 LED 供电。精确的闭环 LED 电流调节是使用低偏移轨到轨电流感测放大器和高侧电流感测实现实现的。TPS92692EVM-880 可帮助工程师评估 TI 专为汽车照明设计的 TPS92692-Q1 和 TPS92692 高精度 LED 驱动器的运行和性能。

审核编辑：郭婷