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为汽车照明应用选择HB LED驱动器的应用

2009-08-14 15:16
论恒
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        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

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

       汽车内部照明的最佳选择—线性驱动器

       驱动HB LED的最佳方案是使用恒流源。实现恒流源的简单电路是:用一个MOSFET与HB LED串联,对HB LED的电流进行检测并将其与基准电压相比较,比较信号反馈到运算放大器,进而控制MOSFET的栅极。这种电路如同一个理想的电流源,可以在正向电压、电源电压变化时保持固定的电流。

        线性驱动器相对于开关模式驱动器的优点是:电路结构简单,易于实现,因为没有高频开关,所以也不需要考虑EMI问题。此外,线性驱动器的外围元件少,可有效降低系统的整体成本。

       线性HB LED驱动器IC,例如:MAX16806,内部集成了MOSFET和高精度基准,能够使每串LED保持一致的亮度(图1)。例如:MAX16806所要求的输入电压只需比HB LED总压降高出1V。利用外部检流电阻测量HB LED的电流,从而在输入电压或LED正向电压变化时,MAX16806能够保证输出恒定的电流。

        线性驱动器的功耗等于HB LED电流乘以内部(或外部)串联调整管的压降。当HB LED电流或输入电源电压增大时,功耗也会增大,从而限制了线性驱动器的应用。由于过热会影响HB LED的使用寿命—这也是这类灯源的一个缺陷—限制灯管的功耗非常重要。

        值得庆幸的是,可以通过调节HB LED的亮度避免出现过热。为了降低功耗,MAX16806对输入电压进行监测,如果输入电压超过预先设定值,它将减小HB LED的驱动电流以降低功耗。该项功能可以在某些应用中避免使用开关电源,例如:汽车顶灯或DRL等,这些应用中通常会在出现不正常的高电池电压时将灯光调暗。

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