汽車(chē)顯示器需要更明亮的背光照明

　　引言

　　根據(jù)Strategies Unlimited公司的數(shù)據(jù)(參見(jiàn)圖1)，到2012年，高亮度(HB)LED的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到120億美元，到2015年，該市場(chǎng)將增長(zhǎng)到202億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為30.6%。目前，用來(lái)給顯示器進(jìn)行背光照明的LED是這種前所未有的增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力。用LED對(duì)顯示器進(jìn)行背光照明帶來(lái)了一些獨(dú)特的LED驅(qū)動(dòng)器IC設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。因?yàn)橐诙喾N環(huán)境照明條件下優(yōu)化顯示器的可讀性，這要求LED能提供非常寬的調(diào)光比和非常高的轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)能承受汽車(chē)中相對(duì)苛刻的電環(huán)境及其它物理環(huán)境的嚴(yán)酷挑戰(zhàn)。最后，這些解決方案必須提供非常扁平、緊湊的占板面積，同時(shí)提高性價(jià)比。

　　汽車(chē)照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)師面臨的最大挑戰(zhàn)之一是：怎樣優(yōu)化最新一代LED的所有優(yōu)勢(shì)。因?yàn)長(zhǎng)ED一般需要準(zhǔn)確和高效率的DC電流源及調(diào)光方法，所以LED驅(qū)動(dòng)器IC必須設(shè)計(jì)為在多種條件下滿足這些要求。電源解決方案在功能和可靠性方面必須是高效和堅(jiān)實(shí)的，同時(shí)又非常緊湊和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。按理，就驅(qū)動(dòng)LED而言，要求最苛刻的應(yīng)用之一將會(huì)是汽車(chē)信息娛樂(lè)系統(tǒng)和儀表板TFT-LCD背光照明，因?yàn)樗鼈兲幱趪?yán)酷的汽車(chē)電環(huán)境中，必須補(bǔ)償范圍很寬的環(huán)境照明條件變化，而且必須能放入非常有限的空間中，在做到所有這一切的同時(shí)，還要保持富有吸引力的成本結(jié)構(gòu)。

　　汽車(chē)LED背光照明

　　諸如尺寸小、功耗低、壽命極長(zhǎng)和調(diào)光能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)已經(jīng)使得LED TFT-LCD背光照明在當(dāng)今的汽車(chē)、卡車(chē)、火車(chē)、飛機(jī)和輪船中得到了廣泛采用。

　　在這類(lèi)環(huán)境中采用LED有幾種積極的意義。首先，LED永遠(yuǎn)不需要更換，因?yàn)樗鼈兊目煽繅勖^(guò)10萬(wàn)小時(shí)(11.5年的使用年限)，已經(jīng)超過(guò)了車(chē)輛壽命。這允許汽車(chē)制造商將LED永久性地嵌入到車(chē)內(nèi)背光照明系統(tǒng)中，而不需要為更換留有余地。因?yàn)長(zhǎng)ED照明系統(tǒng)不需要冷陰極熒光燈(CCFL)燈那么大的深度或面積，所以款式也可以顯著改變。另外，在從輸入電功率提供光輸出(以流明為單位)方面，LED一般比白熾燈的效率高。這有兩種積極作用。首先，LED從汽車(chē)總線泄漏的電功率較少，而且同樣重要的是，使用LED減少了顯示器散發(fā)的熱量，從而無(wú)需笨重、昂貴的散熱器。

　　LED背光照明的另一個(gè)重要好處是，高性能LED驅(qū)動(dòng)器IC能提供較寬的調(diào)光比。由于汽車(chē)內(nèi)部經(jīng)受著范圍非常寬的環(huán)境照明條件變化，包括從太陽(yáng)光直射到完全黑暗之間的每一種變化，而人眼對(duì)光輸出中的微小擾動(dòng)又非常敏感，顯示屏需要相應(yīng)地調(diào)暗或調(diào)亮，因此首要的是，LED背光照明系統(tǒng)能提供非常寬的、從1000:1到高達(dá)30000:1的調(diào)光比。采用合適的LED驅(qū)動(dòng)器IC，相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)這類(lèi)寬調(diào)光比，而用CCFL背光照明則是不可能的。圖3顯示了一個(gè)LED背光照明儀表板和共享LED背光照明的信息娛樂(lè)系統(tǒng)顯示屏。

　　汽車(chē)LED照明設(shè)計(jì)參數(shù)

　　為了確保最佳性能和長(zhǎng)工作壽命，LED需要有效的驅(qū)動(dòng)電路。這類(lèi)驅(qū)動(dòng)器IC必須能靠條件相當(dāng)苛刻的汽車(chē)電源總線工作，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、空間利用效率高。為了保持長(zhǎng)工作壽命，首要的是不超過(guò)LED的電流和溫度限制。

　　汽車(chē)行業(yè)的主要挑戰(zhàn)之一是克服汽車(chē)電源總線上嚴(yán)酷的電環(huán)境。這主要包含稱(chēng)為負(fù)載突降和冷車(chē)發(fā)動(dòng)的瞬態(tài)情況。負(fù)載突降指的是，電池電纜斷接，同時(shí)交流發(fā)電機(jī)仍然在給電池充電的情況。當(dāng)電池電纜連接不牢固而汽車(chē)正在運(yùn)行時(shí)，或當(dāng)電池電纜斷開(kāi)而汽車(chē)正在行駛時(shí)，可能發(fā)生這種情況。電池電纜這種突然斷接能產(chǎn)生高達(dá)40V的瞬態(tài)電壓尖峰，因?yàn)榻涣靼l(fā)電機(jī)正在嘗試給已經(jīng)不存在的電池充電。交流發(fā)電機(jī)上的瞬態(tài)電壓抑制器通常將總線電壓鉗位到大約36V，并吸收大部分電流浪涌;不過(guò)交流發(fā)電機(jī)下游的DC/DC轉(zhuǎn)換器要承受這36V至40V的瞬態(tài)電壓尖峰。這些轉(zhuǎn)換器要求不被損壞，并在這種瞬態(tài)事件發(fā)生時(shí)調(diào)節(jié)輸出電壓。有各種不同的保護(hù)電路可供選擇，通常是瞬態(tài)電壓抑制器。瞬態(tài)電壓抑制器可以在外部采用，不過(guò)增加了成本和重量，并占用空間。

　　“冷車(chē)發(fā)動(dòng)”指的是，當(dāng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)承受寒冷或冰凍溫度一段時(shí)間時(shí)發(fā)生的情況。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油變得極度黏滯，需要發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器提供更大的扭矩，這反過(guò)來(lái)又從電池吸取更大的電流。這種大電流負(fù)載在點(diǎn)火時(shí)可能將電池/主總線電壓拉低至6V，之后負(fù)載通常返回標(biāo)稱(chēng)的12V。

　　幸運(yùn)的是，對(duì)這些問(wèn)題已經(jīng)有了解決方案，那就是凌力爾特公司的LT3760，該器件能在這兩種情況時(shí)不被損壞，并調(diào)節(jié)一個(gè)固定輸出電壓。LT3760的6V至40V的輸入電壓范圍使其非常適用于汽車(chē)環(huán)境。甚至當(dāng)VIN大于VOUT(這種情況可能在40V瞬態(tài)時(shí)發(fā)生)時(shí)，LT3760仍將調(diào)節(jié)所需的LED電流。