HB LED驱动器电路

HB LED驱动器电路

摘要：本文讨论了如何针对汽车照明应用合理选择HB LED驱动器，介绍了不同类型的HB LED驱动器拓扑，并根据各种汽车照明设计(包括：内部照明、外部照明、显示器背光等)的要求给出了推荐配置。

引言

随着消费者环保理念的加强，固态照明(SSL)方案迅速成为通用照明及汽车照明应用中首选的照明技术。按照市场调研公司Strategies Unlimited的预测，通用照明、背光及汽车应用将是高亮度LED (HB LED)市场在今后几年的主要增长动力，到2011年，HB LED驱动器IC的整个市场规模将会达到19亿美元¹。

与传统的照明技术相比，HB LED具有几个关键优势：它们不含任何有害物质，例如CCFL中的汞元素；消耗较低的功率而且具有更长的使用寿命。另外，HB LED比传统方案具有更高的成本竞争优势，大大降低了系统的整体成本(例如：运行和维护成本)。

当然，HB LED的使用也面临一些特殊挑战，特别是汽车等嘈杂的工作环境。本文讨论了HB LED驱动器选择的基本原则，比较了不同的驱动器拓扑，针对不同的汽车照明应用提供了推荐配置方案，其中包括：汽车顶灯、日间行驶灯(DRL)、尾灯(RCL)、雾灯和近光灯/远光灯等。

HB LED需要恒流驱动

HB LED驱动器电路用于管理HB LED的供电，驱动电路保持恒定的电流和最小的电压波动非常关键。过大的驱动电流会提高HB LED的结温，加快HB LED的退化。

照明应用中，为了获得更高的流明，需要使用大功率HB LED。这些HB LED的正向导通电流一般为350mA到1A以上。白光、蓝光和绿光HB LED的正向电压在2.8至4.5V范围内，红光和琥珀光HB LED的正向电压在2.3至3.5V范围。

为了保持固定的色谱和亮度，HB LED驱动必须满足特定的额定电流要求。用电压源驱动HB LED、串联电阻限流，可能产生不可接受的亮度及光谱的变化。

HB LED亮度调节

HB LED的发光颜色会随着电流的变化而发生变化，因此，采用脉宽调制(PWM)方式对固定电流进行调节效果优于调节实际电流的幅度，即将直流电流保持在HB LED厂商规定的固定值，按照一定的频率和占空比进行电流斩波，利用脉宽调制调节亮度可以在不同的亮度等级保持一致的光谱。为了避免视觉闪烁，调光频率应高于100Hz。调光范围取决于HB LED驱动器所允许的最小占空比。

大部分HB LED驱动器需要由微控制器或外部定时器产生亮度控制信号。MAX16806等HB LED驱动器则由内部产生PWM信号，通过DIM输入端作用的外部电压进行调制(图1)。这种配置在汽车内部照明等应用中可以省去外部微控制器或开关模式转换器。


图1. 350mA线性HB LED驱动器IC MAX16806能够省去微控制器或开关模式转换器

当输入电压远远高于串联HB LED的总压降时，最好使用开关模式降压(buck)转换驱动器(图2)，能够使功耗降至最低，从而获得较高的驱动器效率。


图2. 利用开关模式降压转换驱动器降低功耗并提高照明组件的驱动效率

当输入电压高于或低于HB LED的总导通电压时，必须使用buck-boost模式驱动器。在buck-boost配置中，需要一个浮动的电流检测放大器检测并调节HB LED电流。另外还需要提供额外的保护，例如过压保护，在HB LED发生开路或短路失效时保护系统不被损坏。对于汽车前灯中的大功率LED，输入电压的变化范围可能在5.5V (冷启动)至24V (电池倍压)，此时，比较理想的选择是buck-boost电路。驱动器还必须能够承受40V以上的抛负载峰值电压。

高度集成的HB LED驱动器，例如：MAX16812或MAX16831，在汽车前灯设计中有助于减少元件数量、降低成本。例如：MAX16812内部集成了差分电流检测放大器和额定电压为76V的0.2Ω功率MOSFET，用于控制单串HB LED的电流(图3)。此外，内部调光MOSFET驱动器在抛负载时可以自动关闭LED串的电源，增强了系统的可靠性。


图3. 当输入电压可能高于或低于串联HB LED的总电压时，应该选择buck-boost驱动器拓扑

图4所示HB LED驱动器电路用于汽车中LCD背光，MAX16834集成了高边检流放大器、PWM调光MOSFET驱动器和高度可靠的保护电路，大大简化了LCD背光电路的设计。该款HB LED驱动器能够提供3000:1 PWM调光范围，输入电压范围为4.75V至28V，在冷启动和抛负载状况下确保稳定工作。


图4. 具有3000:1较宽调光范围的boost驱动器，内置保护电路，可理想用于汽车娱乐设施的LCD背光。