摘要：轿车上的转向灯不再是只能一闪一灭了。现在的LED光带中发光颗粒能够以必定次第亮灭，光带看上去像发光虫子朝着轿车转向或许变道的方向直直地游去。现在不只仅转向灯能够完结上述功用，全车的照明都现已开展成能够以上述办法敞开和平息。跟着LED灯具运用范畴越来越广泛，研讨剖析用于操控LED灯的转换器拓扑结构也就越来越火急了。
由于LED灯具有很高的运用灵敏性，所以在进行轿车规划时，规划人员可利用LED高可塑性将车辆的灯火作为该轿车品牌外观亮点。并且LED灯发光功率高，运用寿命长，使这种光源越来越遭到轿车厂家的喜爱。轿车上许多品种的灯选用的是LED，包含方向灯、尾灯、近光灯和刹车灯，这些LED灯担任的人物不同，功用不同，对为其驱动的电源也提出了不同的要求，并且驱动电路的拓扑结构有必要尽或许地彻底满意LED灯对驱动电源的要求。此外，LED灯的功用也在不断地开展。一方面，驱动电流仅为10mA级LED灯发生的亮度能继续增强，另一方面，单个LED需求的电流现已到达了数安培，这都给LED的操控提出了不同的要求。现在没有一种通用的拓扑结构能满意一切LED光源的要求，并且能够统筹低本钱和高功率。
1 根底数据
从技能上说，规划用于操控车辆照明LED的操控电路需求考虑许多方面。这种电路的规划从几个不同的方向都取得了开展：一方面，驱动电流在50毫安以下的LED灯的亮度在不断增强;另一方面，驱动电流到达数安培的单个LED获得了长足的开展。在本文中，咱们将比较七个或许用于操控车辆照明LED的拓扑结构，并解说它们的功用和各自运用范畴。IC规划人员能够在各种拓扑结构介绍的根底上，依据运用要求的特色，在多种拓扑结构中挑选本钱与工艺要求相匹配的那一种。可是，这些拓扑结构中并不存在一种低本钱、高功率、适用于一切运用范畴的通用拓扑结构。
只要在得到杰出的散热，并且驱动电流安稳的条件下，LED灯才干正常运转并到达最大运用寿命。在近几年，跟着OLED(有机发光二极管)技能进入这个范畴，LED灯对上述根本运用条件的要求更为苛刻了。这是由于，相关于较早呈现的，以LED技能制作的LED灯，以OLED技能制作的LED灯对高电流密度更为灵敏。此外， OLED驱动办法中所选用的亮度调理办法为模仿驱动办法，即经过模仿操控电路，而不是经过数字脉冲宽度调制技能(PWM)改动灯的发光强度。如远光灯和近光灯，这种发光时功率较高的LED灯需求简直强制性的时钟操控功率体系。以电子办法操控的高效开关转换器能够削减LED灯作业过程中呈现的功率损耗。相关于传统的白炽灯，LED灯和电子器材对高温作业环境更为灵敏，所以，在规划转换器作业环境时，为保证转换器高效安稳运转，需求将转换器安装在满意大的空间内。
2 约束和要求
在规划车辆照明电路过程中，规划人员遇到的最典型的应战是为不同品种的LED灯供给适当宽的驱动电压规模，并且不同LED灯要求的输入电压和输入电流组合各不相同。一般状况下，向LED模块驱动的电压下限在4V左右，而向LED模块驱动的电压规模会遭到轿车启停体系(Start-Stop-System)的影响;坐落极性维护电路后的电子器材的驱动电压下限往往只要3V。由于LED灯输出功率被设置为稳定，这就导致当其驱动电压较低时，输入电流继续升高。
elmos Semiconductor公司推出的 E522.xx系列操控器可满意针对车辆前部照明所需的各种LED灯，并契合处理计划设定的约束条件和要求。
为了抵消这种电流升高的效应，在LED灯操控电路的规划任务书中往往要求规划出一种适宜的下降输入电流额定值的电路设备(例如，一种能够设在灯具中，在灯的驱动电压较低时，能够完结线性下降灯输入电流额定值的电路设备)。模仿接连驱动电路设备能够完结接连向LED供电，防止呈现照明中止的状况。上述办法不只仅在技能上处理了问题，并且在规划极性维护电路的最大电流时以及EMC(电磁兼容性)滤波元件的最大电流时，运用上述办法也有利于下降处理计划的本钱。
一般来说，假如串联的LED作业电压大于等于2V，所需的电压到达55V以上时，以集成电路(IC)驱动计划对其进行驱动是无法发生满意的驱动电流的。此外，对上述串联LED进行驱动，电路中的电流能够被调整，而实践的电流规模应该满意经模仿调整完结的最大电流和最小电流比应大于10:1。一般状况下，经调整后电流的极值为1.5A，在实验研讨中，模仿输出的电流极值在3A～6A规模内，此刻，用于完结点光源的单个二极管的光通量大于1000流明。
3 线性拓扑结构
电源集成电路转换器适合于电流和功率比较小的LED灯，例如，转向灯、尾灯、雾灯以及日间行车灯(如图1)。这些电源集成电路的总本钱比较小，并且典型的电源集成运用起来很简单。准则上，电源集成电路作业期间对外的辐射量很小，所以简直不需求为电源集成电路配EMC(电磁兼容性)滤波器。本文不评论用于交流处理计划所需的电感式存储器的相关问题。
在挑选对LED的驱动计划时，除了遭到LED电路的约束，还要遭到驱动器内电流巨细的约束。在车辆中常用的线性驱动器的电流极限值一般在40mA～70mA。而当今业界现已开发出了相应的温度办理计划，能够保证在驱动器内的电流极限值大于150mA。elmos 半导体公司推出的E522.80/81/82/83LED操控器便是一种可行的温度办理计划，该系列LED操控器内置了三个独立的电流源，在并联输出的状况下，向LED驱动的总电流可达450mA。
例如E522.80/81/82/83系列(如图2)线性操控器能够作为电源集成电路型操控器操控如转向灯、尾灯等作业电流和功率比较小的LED灯，即作业电流大约在40mA～70mA的LED灯。
此外，elmos Semiconductor公司芯片还支撑多颗级联运用，当任何一串灯呈现毛病时进行毛病确诊。在不同国家，针对处理单个LED毛病设定了不同的处理方针和职业规矩，这些方针和规矩包含对毛病公役的规则以及关于不完好的光源彻底停止作业的规则和处理方针。假如设有一个本地的操控器，则PWM信号能够将或许存在的硬件缺点准确地辨认出来，并将辨认得到的信息发回给操控器。
4 Boost-to-GND-拓扑结构
Boost-to-GND拓扑结构是一种典型的拓扑结构，也被称作升压电路或许Step-Up升压转换器。它是一种功率很高且一般状况下EMC十分友爱的拓扑结构。可是，只要在一切的作业状况下，负载电压都大于输入电压时，才干够运用这种拓扑结构。所以在车辆照明电路中简直不会运用这种拓扑结构。由于在这种拓扑结构中的驱动处设置了电感存储器，地点Boost升压转换器的输入电流大致保持不变，因而，这种拓扑结构相关于其他拓扑结构更简单被过滤。当这种拓扑结构的负载处于其能够运用的负载规模内，且考虑到Jumpstart的要求(在较长的一段时间内驱动电压不高于28V)，则电路的电压在30V～60V内。由于LED灯对温度条件要求十分高，所以从技能视点考虑，在上述电压区间内简直不能在LED灯的电路中运用Boost拓扑结构。
最终一点是，假如输出电压超过了60V，则有必要采纳专门的办法，以保证人员在触碰相关电子器材时不会被电击伤。当触及带有更大的正向电压OLED stack时，Boost转换器的效果再次得到体现。例如， elmosE522.31/32/33/34便是作为LED操控运用的Boost转换器的处理计划。
5 Boost-to-Battery-拓扑结构
这种拓扑结构的根本原理和典型的Boost拓扑结构的根本原理相似，在这种拓扑结构中，LED负载的基点不是接地，而是驱动电压。Boost-to-Battery拓扑结构也被简称为Boost-to-Bat-拓扑结构，恣意标准的输入电压在经过这种拓扑结构之后能够输出恣意标准的输出电压。因而，从技能视点上剖析，它是一个Buck-Boost拓扑结构。可是，有必要在这个拓扑结构中装备一个差分式电流检测放大器。
运用这种拓扑结构有必要满意一个前提条件，即在拓扑结构中设置一个差分式电流检测放大器，如图3所示为一个宽共模电压规模能完结准确丈量的差分式电流检测放大器。Lowside开关将在榜首相中的电流负载在电感器中，在第二相中(即Lowside现已被断开的状况)，存储在电路中的能量经过空转二极管被传回到输出。Elmos出品的LED驱动器E522.31/32/33/34中包含了一个特别的放大器，能够在4V～55V内进行丈量，其丈量的失调电压小于3mV，丈量的温度小于150℃。此外，上述驱动器还能够供给外部频率同步，以及一个恣意可用的内部扩频调制( frequencyspread modulation)。假如对LED操控设备提出了很高的EMC(电磁兼容性)要求，那么这种驱动器能够协助整个体系满意《CISPR25》中针对轿车电子部件作出的规则。
在上述驱动器电子器材的内部和外部电路中都设有不同的确诊功用，本驱动器能够在电压为60V以下时正常作业，并且经过本驱动器能够完结数字和模仿的调光功用。轿车内部电压稳压器(LDOs)能够一起对操控器或许模仿辅佐电路以3.3V和5V供电。
6 Buck-to-Ground 拓扑结构
这种拓扑结构归于降压转换器(Step-Down-Converter 或许 Buck-Converter)。该转换器能够让负载电压小于输入电压，此功用关于处理电子操控问题很有含义。一般来说，此类转换器能够为一到两个LED灯供给大电流。与Boost拓扑结构相反，驱动侧的降压转换器能够调整电流，负载电流被设定了上限。因而，具有这种拓扑结构的转换器不会总是需求装备下降输入电流额定值的电路设备。
降压转换器能够合作日间行车灯(DRL)、雾灯、转向灯以及倒车灯作业。市场上现已开发出了许多照明产品，比方，针对电流小于2A的照明产品开发出了依据降压转换器的elmos E522.10型操控器。关于电流小于6A的LED，市场上开发出了依据开关稳压器%&&&&&%的处理计划。这种处理计划答应在外部鼓励晶体管内灵敏挑选导通电阻，这就意味着规划人员能够依据实践状况下降本钱。在有的状况下能够运用Buck-to-Battery拓扑结构，例如带有LED操控器的E522.31/32/33/34。
7 Buck-to-Battery-拓扑结构
还有一种运用了N型晶体管用在Lowside操控器里构成的拓扑结构，这种Buck-转换器用于为LED灯驱动(被称为Buck-to-Battery拓扑结构或许简称为Buck-to-Bat拓扑结构)。在这种操控器作业过程中，相关于电池，LED负载为负电荷，因而，LED的电势永远在电池驱动电势和大地电势之间。在电感器经过一个Lowside开关或许空转二极管替换充放电期间，来自电感器的、改变起伏小的电流向串联的LED灯供电。
经过在电源开关较小的电压振幅，这种拓扑结构能够协助削减边际的开关丢失，并经过高交流层级削减向外的辐射量。这种拓扑结构能够经过一个外部开关与一个给定的电流条件和电压条件相匹配，所以这样的处理计划是适当灵敏的。在组件规划过程中，拓扑结构规划开发人员有必要不时留意转换器所决议的最大占空比(Duty Cycle)。Elmos主张，选用经典的Buck拓扑结构平衡这种Buck-to-Battery-拓扑结构。此刻，大部分状况下，转换器都答应100 %的占空比(Duty Cycle)，选用经典的Buck拓扑结构进行平衡之后，Buck-to-Battery-拓扑结构可用的输入电压区间能够向下延伸。由于Buck-to-Battery-也需求差分放大器，elmos支撑采纳各种办法给开发人员以支撑，如 elmos供给现已完结的、完好的演示电路。
在电容器中用于缓冲电源电压的电路的有用值是一个常常被轻视的要求。当触及Buck-转换器时，电流往往呈梯形或许矩形。在Buck-转换器的占空比为50%时，有用的RMS-电流为输出侧负载电流的一半。
在一些状况下，带有两个集成操控电路的LED转换器E522.32/34能够处理有用电流问题，也能够用在多相体系中。经过将电源电路中的相位偏转180°，并且对电流进行分流，能够显着下降不同器材中的功耗。
8 Sepic-拓扑结构
从原理上说，Sepic拓扑结构需求lowside-开关的转换器，比如LED操控器系列的E522.31/32/33/34就能够运用于Sepic拓扑结构。不只仅从输入电压，并且也能够从输出电压导出运用于Sepic拓扑结构中的晶体管和二极管的电压要求(一般来讲，运用于Sepic拓扑结构中的晶体管和二极管的电压要求与输入电压和输出电压的和有关)。因而，主张运用外部电源开关。在市场上，能够买到高质量的多种类型的外部电源开关，在挑选时，能够灵敏地挑选不同耐电强度的外部电源开关，也能够灵敏挑选不同作业电流的外部电源开关。高RMS电流要求对耦合电容器标准的挑选起着很重要的效果，因而，一般选用陶瓷耦合电容器作外部电源开关中的耦合电容器。
在进行触及Sepic-拓扑结构的规划作业时，常常遇到的一个问题是，是否需求一个由两个线圈构成的耦合。从作业原理来看，并不需求。可是假如核心上设置一个由两个线圈构成的耦合，则会约束在两个线圈中电流的上升。即，一个相互耦合的线圈电感值仅仅是两个别离的电感线圈的一半。因而，不管从器材的结构紧凑性仍是本钱来说，规划一个耦合的线圈都是一种合理的挑选。
9 Zeta——没有被人了解的转换器
从原理上说，Zeta转换器是一种头部被旋转了的Sepic转换器。和Sepic转换器相反，Zeta转换器作为Highside开关运用，是一种能够与Sepic拓扑结构相类比的将能量传输到输出端的网络。这种拓扑结构具有较低的耐电强度，这一特性是线圈之间的耦合%&&&&&%正常作业的必要条件。此外，还有其他一些与Sepic拓扑结构相相似的准则，关于两个电感存储器之间的耦合也适用于Zeta转换器。
一般来说，Buck转换器%&&&&&%适合于在Zeta拓扑结构中被操作。电源开关有必要能够接受相关于转换器接地电位电压为输出电压的负漏电压。出于上述原因，在这种拓扑结构中不宜运用异步鼓励级;实践上，有必要运用带有外部P-FET的驱动器或许带有自在衔接的漏机端子内部集成晶体管。此处，能够运用elmos推出的操控器E522.01-09和E522.10。
Zeta拓扑结构在EMC(电磁兼容性)方面的体现和Buck转换器相似，会呈现不接连的输入电流和接连的输出电流的状况。假如作为需求向小负荷且冷启动(Cold-Cranking)的用电器进行驱动的电源，Zeta拓扑结构会是一种很有意思的选项。在转换器E522.10的根底上进行规划开发或许在操控器系列E522.01-09的根底上进行开发，能够到达上述运用要求。这种带有内置驱动器，漏电电压耐受力小于-10V的Buck转换器也特别适合于Zeta拓扑结构。
本文来源于我国科技期刊《电子产品世界》2016年第9期第76页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
