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LED显示屏在车辆上的应用讲解
发表日期:2019/12/18 11:37:33    文章编辑:彩光科技    浏览次数:174   

在建设电力电子驱动主导的解决方案,需要考虑两个主要的DC / DC电源类,即线性稳压器和开关稳压器。线性稳压器具有减少零部件数和降低电磁干扰(EMI)的优点,但在效率和热耗方面有严重的弊端。因此,开关稳压器是许多设计者的首选。直流电源和LED类型的数量需要选择确定LED驱动器的拓扑结构。如果电源电压超过总LED电压,则需要降压转换器。如果LED总成的电压超过电源电压,则需要一个升压转换器。最后,根据具体的条件,LED电压可能高于或低于电源电压,这样,就应该采用降压/升压或单端初级电感转换器(SEPIC)等电源拓扑技术。

除了LED电源外,照明系统的设计还需要考虑很多因素。LED电路设计的另一个重要的考虑因素是热管理。改善LED驱动器集成电路的热性能的一种方式是通过控制LED正向电流,该正向电流是温度的函数。这可以通过使用外部电流来诱导温度和控制LED的电流供应来实现,但更有效的解决方案是使用具有必要内置功能的集成电路。

美国的国家半导体产品包括许多能够实现多种拓扑结构的开关调节器集成电路。此外,美国国家半导体专为LED的应用,开发了一系列的集成电路,其中有许多汽车应用功能的电子系统。本文将探讨几个应用实例大灯驱动汽车电子系统。

LED车灯.jpg

一个使用助推器调节器的大型灯的例子

LED越来越多地被用于汽车前照灯和其他前瞻性照明系统.一个典型的前照灯应用程序可以使用以多种方式排列的10个白色LED。对于各LED最大VF为4V的情况,如果设计师希望使用在一个灯组中串联全部LED的拓扑结构,将需要设 置DC/DC级来驱动LED.在这种情况下,可以对标称12V~14VDC电源总线使用单个升压开关功率级。

美国国家半导体研发的多种集成电路正是符合这种应用要求,例如LM342x系列:LM3421、LM3423、LM3424和LM3429部件。该系列集成电路包含多种多功能器件,可作为sopic拓扑中boost、buck、buck/boost或低压侧外接MOSFET的控制器。LM3421、LM3423和LM3429部件都使用峰值电流模式控制器和预测性关闭时间设计来调节太阳能路灯电流。峰值电流模式控制器与预测开关时间设计相结合,简化了环路补偿设计,同时提供了本征输入电压前馈补偿。LM 3429是本系列的基本部分,是优化成本和尺寸特性的控制器解决方案。LM3421增设了用于控制外部调光FET和 系统“零电流”关闭特点的集成驱动器。进一步增加了太阳能路灯状态输出标记、故障标记、可编程故障计时器和逻辑针脚,用于控制调光驱动器的极性。 最后,LM3424与LM3421类似,但使用标准峰值电流模式控制器。LM 3424还具有编程开关频率的功能,或通过可编程斜坡补偿、软启动和LED电流回热功能与外部电源同步。

LM342x系列采用控制器集成电路来实现所需的功能和整个系统设计的最大灵活性。图1以LM3421为例,显示升压配置中使用LM342x系列驱动 LED灯组的一个示例。一个关键特征LM342x拓扑的LED电流检测高压侧时,它允许最后LED的灯阴极在本地底盘接地的组中,和感应电压可被反馈到差动集成电路。这是一个重要优点,因为LED灯和所述驱动器集成电路可彼此分离。

使用热返送升压稳压器的大灯示例 LED制造商通常在数据表中包含显示LED最大允许正向电流和温度的图线,以确保部件的可靠性,这也称为安全工作区(SOA)。在较低温度下测量LED的最大额定电流,但超过特定温度后,最大允许电流值减小。由于LED系统的主要设计要素是适当的散热和通风,许多应用都需要考虑不可预测的条件,即使是最佳的热设计也可能无法阻止这些情况的发生。例如,前照灯总成被淤泥或其他碎屑堵塞。由于对车辆的安全运行非常重要,为了防止照明系统的灾难性故障,有必要在较低的工作点保持LED正常照明,并将电流保持在安全工作区。

为了达到根据温度调节LED电流的目的,可以采用多种不同的方法。一种方法是建立温度传感电路来驱动LED驱动器集成模拟电流调节引脚的电路。更简单的解决方法是使用LM3424等具有内置热返送(TFB)功能的LED驱动器集成电路。图2显示了LM3424热返送功能所需的外部零部件示例。   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和电流返送的斜率。这允许设计人员重现准确使用小电流额定值的外构件制造商的数据表的下降曲线,同时增加所表现出的温度依赖特性。

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作为系统中的主要热发生器不同。对于应用程序,例如大灯组件,设计人员可能要建立一个安全功能,即使LED可能的条件下工作超出了安全工作区,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下图中示例所示。尽管lm3424不具有这种内置特性,但这可以使用外部钳位电路轻松实现,并防止tssense管脚上的电压降到预定值以下。

虽然车辆电气系统在12V〜14VDC条件典型地运行,但在特殊情况下,可能会超过电源电压到系统组件或低于正常工作范围。例如,在冷起动的情况下,系统电源可以是4.5V或更小,负载突降的条件下,该电压可以是60V 40V之间。如果在这些特殊情况下仍需要LED来工作或保护,则设计人员可能希望选择提供恒定LED电流的功率电平,而不管电源电压和LED组电压之间的关系如何。SEPIC使用一种开关调节器可以执行升压和降压操作。

SEPIC转换器的效率可能不如buck或boost转换器,但这种拓扑结构有许多优点。除了升压和降压功能,用于汽车应用的电子系统的另一特别的优点是CSEPIC电容器提供输入和输出之间的隔离。SEPIC转换器的缺点是需要两个电感器,但是两个电感器可以容易地缠绕在同一芯上,而不是作为两个单独的组件。

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