作者 Nazzareno (Reno) Rossetti Yin Wu Maxim公司
Nazzareno (Reno) Rossetti，电气工程博士，经验丰富的模仿和电源办理专家;Yin Wu，MBA，电子工程硕士，半导体事务专家。
摘要：介绍了运用高功率Buck LED操控器完成优异的轿车外部照明计划。
0 导言
得益于优异的照明特性和功率，高功率LED在轿车外部照明设计中越来越盛行。支撑LED的电子器材有必要快速、高效、高精度，以操控照明强度、方向和聚集。这些器材有必要支撑较宽的输入电压规模，且可以在轿车无线电的AM频段规模之外作业，以避免电磁搅扰(EMI)。电子器材还有必要支撑LED矩阵中要求的杂乱照明形式，以支撑自适应前灯照明体系。本文回忆典型的LED电源办理计划，并介绍支撑快速、高效、高精度LED照明计划的立异buck操控器IC。
1 LED在轿车外部照明中的运用
因为相关于传统技能具有显着优势，LED正在轿车行业掀起一场风暴。LED前灯中的白光具有优异的明晰度，然后削减驾驶员反应时刻。自适应前灯照明体系(AFS)由LED矩阵支撑，可以产生快速、杂乱的照明形式改变，进步驾驶员在不良照明条件下的能见度。夜间，AFS可以依据对向车辆的射束，主动调理照明形式，避免本方驶员被强光致盲。LED照明敞开的上升时刻比白炽灯光源快2倍，所以根据LED的制动灯点亮更快，提早警示驾驶员，进步路途安全。最终，与恰当的白炽灯比较，LED功耗更低，所以在耗能方面具有显着优势。LED操控器是担任操作LED的电子器材，在坚持和增强LED固有的明晰度、速度和功率方面具有重要作用。
2 LED供电
LED在轿车范畴运用广泛，被广泛用于从单颗LED到LED灯串和矩阵的各种装备之中。为了完成最优功用，高亮度(HB)LED要求恒流。电流与结温及色彩有关。所以HB LED有必要由电流而非电压驱动。支撑长灯串的电源可以从12 V轿车电池到高达60 V升压转换器的任何电源。选用启/停技能的轿车在引擎启动时，电池压降比较大，形成电池电压下降到典型12 V以下，乃至6 V或更低。
3 调光
调光是许多轿车运用中遍及选用的功用，也是LED前灯的重要安全特性。照明灯从100%调暗至50%时，人眼简直察觉不到。为确保明晰区分，有必要调暗至1%或更低。理解了这一点，就不会古怪调光比为什么高达1000:1或更高。因为人眼在恰当条件下可以感知到单个光子，所以实际上该功用没有约束。
为确保色彩，电流有必要坚持安稳，最佳的LED调光战略是PWM(脉宽调制)，经过对电流进行时刻上的分段式开关来调制光强，而不是更改幅值。为避免LED闪耀，PWM频率有必要坚持高于200 Hz。
选用PWM调光时，约束LED最小“开/关”时刻的要素是开关稳压器电感中电流上升/下降的时刻。这或许形成数十奇妙的呼应时刻，关于依赖于快速、杂乱调光办法的LED前灯组来说，这一时刻太慢了。此刻完成调光的仅有办法是选用专用的MOSFET开关(图2中的SW1-K)对灯串中的每一颗LED进行独立开/关。对电流操控环路的应战是可以足够快的从输出电压瞬态改变中康复，这一瞬态改变由二极管投切引起。
4 LED操控器特性
为到达最优作用，LED操控器有必要支撑较宽的输入电压规模，且具有如上文所述的快速瞬态呼应。为下降射频搅扰以及满意EMI规范，要求较高、受控杰出的开关频率，且坐落AM频带规模之外。最终，高功率可以削减发热，进步LED照明体系的可靠性。
5 前灯体系
精巧的前灯体系选用升压转换器作为前端，办理输入电压(抛负载或冷启动)和EMI辐射的改变。升压转换器供给安稳、足够高的输出电压(图2)。专用的降压转换器运用该安稳电压作为输入，答应每个降压转换器操控单一功用，例如远光、近光、雾灯、日间行车灯(DRL)、方向等，然后战胜操控照明亮度和方向的杂乱性。
该运用中，每个buck转换器的主操控环路设置其LED灯串中的电流，两个辅佐环路施行过压和过流维护。
6 典型高功率Buck LED驱动器计划
典型的buck LED驱动器计划如图3所示。该计划运用p沟道、高边MOSFET，其RDSON比n沟道晶体管高;并选用非同步结构，肖特基二极管D用于电流回流。这两者都是功率不高的要素。
7 典型瞬态呼应
图4所示为典型计划在瞬态呼应方面的另一个缺陷。本项测验的12颗LED组成的灯串中，上电二极管的数量从8个激增至12个。致使输出电压阶跃产生电流和电压动摇，需求数十奇妙的时刻才干平息。高调光比PWM调光电路只在初始几奇妙内将对该电流进行采样，此刻幅值正在下降，形成调光亮度和色彩不正确。
8 同步高功率Buck LED驱动器计划
抱负的计划应满意宽输入电压规模、快速瞬态呼应、高且操控杰出的开关频率等要求，一起经过同步整流支撑高功率。MAX20078 LED操控器支撑这样的计划(图5)。
MAX20078 LED操控器选用专有的均匀电流形式操控办法，在调理电感电流的一起坚持开关频率挨近安稳。器材作业在4.5 V至65 V宽输入电压规模，开关频率高达1 MHz，一起支撑模仿和PWM调光功用。器材选用节约空间(3 mm x 3 mm)的16引脚TQFN封装(一般或SW)或16引脚TSSOP封装。
9 高效
图6所示为根据MAX20078的LED驱动器的功率与电源电压的联系。两个107 mΩ同步整流MOSFET晶体管确保了整个宽输入电压规模内都具有高功率。
10 高精度光强操控
与图4所示的比如比较，MAX20078的专有架构供给简直无差错的瞬态呼应。图7中，二极管的数量从8个增加到12个，输出电压或电流未产生任何显着动摇。
11 高作业频率
MAX20078的导通时刻可编程，开关频率规模为100 kHz至高达1 MHz。器材的导通时刻与输入电压和输出电压成份额，这意味着开关频率简直是安稳的。MAX20078具有较高且操控杰出的开关频率，且在AM频带规模之外，很简单设置。在下降射频搅扰的一起，扩频特性满意EMI规范。
12 定论
本文回忆了杂乱LED照明体系供电中存在的许多应战，以及最优化LED体系功用的要求，介绍了MAX20078怎么经过立异的LED操控器架构来战胜这些应战，供给高精度均匀电流操控、AM频带规模之外的高作业频率、支撑高调光精度的杰出瞬态呼应，以及高功率，最大程度下降功耗。这些特性支撑优异的轿车外部照明，且功率更高，支撑杂乱的照明形式和更高精度的照明亮度、方向和聚集操控。
本文来源于《电子产品世界》2018年第8期第72页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
