常用汽车电子系统应用LED驱动解决案例分析

　　使用LM3424驱动LED和执行热电流控制具有多项优点。首先，不需要在外部配备大部分复杂的部件（例如多个运算放大器），因为这些在集成电路中已集成。在最简单的配置中，实现热返送只需要少量标准电阻器和负温度系数（NTC）热敏电阻。如果需要更高的精度，设计师可以使用LM94022等精确温度传感器替换RBIAS和RNTC。此外，LM3424使用户可以设置LED电流开始热返送的温度（TBK,通过RREF1,2、RBIAS和RNTC设置）和电流返送的斜率（通过RGAIN设置）。这使设计师可以使用少量外部部件精确重现制造商数据表中提供的电流额定值下降曲线，同时提高随温度变化表现出的性能，如图3所示。

图3 随温度变化的额定值下降曲线示例

　　如图2使用LM3424所示，集成电路将在到达某温度时返送LED电流，此时，LED电流为零。这与LED作为系统中主要热发生器的情况不同。对于大灯组件等应用，设计师可能想要设置一项安全功能，即使LED可能在超出安全工作区的条件下工作，也始终能够提供光输出。对于此类情况，LED电流与温度曲线将如图4中示例所示。虽然LM3424没有这项内置功能，但这可以使用外部箝位电路轻松实现，并且防止TSENSE针脚上的电压低于预规定值。

图4 随温度变化的额定值下降曲线示例（最低值非零）

　　使用SEPIC稳压器的大灯示例

　　虽然汽车电气系统通常在12V~14VDC条件下工作，但在特殊情况下，向系统部件的供电电压可能超出或低于正常工作值范围。例如，在冷启动情况下，系统供电可能为4。5V或更低，在负载突降状况下，电压可能在40V到60V之间。如果在这些特殊情况下仍需要LED工作或保护，设计师可能希望选择可提供恒定LED电流的功率级，而不管电源电压与LED组电压的关系如何。一种采用SEPIC的开关稳压器可以执行升压和降压操作，如图5所示。

图5 SEPIC转换器基本拓扑结构

　　SEPIC转换器的效率可能不如降压或升压转换器，但拓扑结构具有多项优点。除了具有升压和降压功能外，另一项尤其适用于汽车电子系统应用的优点是CSEPIC电容器提供了输入和输出之间的隔离。SEPIC转换器的不足是需要两个电感器，但两个电感器可以轻松地缠绕在同个芯上，而不是作为两个分立的部件。图6显示同样使用LM3421控制器的应用电路示例。

图6 SEPIC配置中的LM3421

　　使用串联/并联LED的组合尾灯

　　另一个常见的照明应用是尾灯/闪光灯组件，也被称为组合尾灯（RCL）。对于在12V~14V直流电源供电中具有3V典型正向电压（VF）的LED来说，一个可能的解决方案是使用降压开关稳压器。由于最低值为12V,因此只允许3个LED串联。可以采用图7所示的串联/并联组合，因为在一个串联灯组中所有必备的LED的总电压将超过12V。

图7 串联/并联阵列

　　对于此应用的调光和闪光部分，可以使用多种方法降低向LED阵列提供的功率。最常用的一种方法是脉宽调制（PWM）调光，这种方法通常使用专门的逻辑信号高速开启和关闭LED以控制总体光输出。这种方法简单有效，但可能极少用于汽车电子系统应用，因为在线束中需要一根额外的线路用于调光信号。另一种方法称为双线调光，向LED驱动器提供的电源定期中断以控制调光。1。5A整体式开关稳压器LM3406具有此功能，其真实电流平均值实现更严密的光输出控制。集成的N通道MOSFET不提供控制器集成电路具有的灵活性，因此降低了板上的复杂性。图8显示了使用双线调光方法的LM3406应用示例。

图8 双线调光的LM3406配置

　　LM3406包含输入电压感应针脚（VINS）使照明设计师可以鱼和熊掌兼得，因为他们可以实现标准PWM调光的优点，同时降低系统接线复杂性（照明部件距离控制电路较远）。阻挡二极管D2允许输入电容器CIN保持与LM3406的连接，这与非双线调光设置相同，因此使LM3406在调光阶段可以保持完全供电。这比简单的开启和关闭零部件来实现调光更为高效，因为LM3406的所有内部支持电路在调光过程中保持通电。因此，部件可以立即进入调光阶段，集成电路没有恢复和运行延时。这样，在双线调光设置中，LM3406的工作方式与输出控制中使用逻辑调光针脚的方式相同。标准PWM设置需要的附加部件只有阻挡二极管D2、VINS下拉电阻器RPD和用于实现理想斩波开关S1的部件。

　　使用串联LED和升压/降压稳压器组合的RCL示例

　　在并联灯组阵列中，配置LED通过允许LED功率级在12V~14V轨道下直接运行，极大地简化系统设计，但并联/串联组合也同样具有一些缺点。在查看LED制造商数据表时，可以注意到两个重要的事实：LED的光输出与流经的电流成正比，LED的动态电阻随着VF而变化。制造商按VF、光通量和颜色（或色温）对LED分级。例如，典型的VF级别可能包含范围从3。27V到3。51V（25℃时）的LED,所有级别的整个范围可以从2。8V到4。2V。由于LED制造商通常向客户销售多个级别的LED,关注成本的设计师依赖所有LED都具有紧密VF分布是不实际的。

　　下例显示了VF变化的影响。在实验中，使用图9所示两种设置收集数据。一种设置用于4个LED（每个LED都具有专门的电流源），另一种设置用于并联的4个LED（共享一个电流源）。表1所示数据在25℃加电后5秒内测得，以最大限度降低LED自发热的影响。

图9 实验性设置

表1 多电流源设置（左）和单电流源设置（右）的数据

　　从这些数据可以明显看出LEDVF变化在并联运行时将导致不均匀电流分布。即使对于分级的LED,也可以看到类似的影响，并联阵列中各串联灯组的电流分布不均。改进并联灯组间电流分布的一种方式是向各灯组增加镇流电阻器。这有助于使电流分布均匀化，但存在的主要问题是由于镇流电阻器的功耗而降低了效率。

　　根据具体的设计，上述问题的影响可能可以忽略。但是，如果系统设计师对上述影响存有顾虑，可以采用单个串联灯组作为首选拓扑结构。在这种解决方法中，仍可以使用LM3406等部件，但将增大系统复杂性，因为需要新前端部件用于传输超出12V~14V的电源电压为LED驱动器供电。然后，LED驱动器降低此新电压，为单个LED灯组供电。这可以通过在直流电源和LM3406之间增加升压DC/DC功率级轻松实现，如图10所示。通过此拓扑结构，串联灯组中的所有LED均具有相同的电流，无论各LED的VF值是多少。

图10 升压和降压组合

　　还需要注意的一个问题是为什么应包含降压功率级，而不是直接使用升压稳压器运行LED。这两种拓扑结构之间的重要区别是输出电容器：升压稳压器需要输出电容器，而降压稳压器可以使用或不使用输出电容器操作。如果设置中使用输出电容器，即使在稳压器已进入调光模式并停止向LED供电后，仍可以为LED输送电流一段时间。因此，在LED输出实际停止前，还需要额外的时间使输