下一代汽車(chē)照明電源

引言

縱觀整個(gè)汽車(chē)照明設(shè)備的發(fā)展歷史，電源始終扮演著重要角色。起初，汽車(chē)僅需要前燈，以便在黑暗中看清道路。隨后，為了安全以及更好地協(xié)調(diào)不斷增長(zhǎng)的交通流量，增加了其它光源 — 尾燈、指示燈等。報(bào)警和霧燈在極端情況下提供了特殊功能。內(nèi)部光源，如儀表板、頂燈、地圖燈、開(kāi)門(mén)燈等為駕駛員和乘客提供了便利。除了早期型號(hào)，所有這些光源均采用電能供電并且使用白熾燈泡。

最近幾年，其它光源，如發(fā)光二極管(LED)以及冷陰極熒光燈(CCFL)逐漸成為了汽車(chē)的普通光源。這些新光源的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是具有較長(zhǎng)的使用壽命和更高效率。白熾燈的典型壽命為10,000小時(shí)，而熒光燈可達(dá)50,000小時(shí)，LED則高達(dá)100,000小時(shí)。使用壽命的延長(zhǎng)提高了可靠性，并減少了維護(hù)工作，最終降低了服務(wù)成本。LED的其它優(yōu)點(diǎn)包括低工作電壓、低電磁輻射、抗機(jī)械應(yīng)力強(qiáng)、形狀設(shè)計(jì)靈活、工作溫度范圍寬以及亮度調(diào)節(jié)范圍寬。隨著LED技術(shù)的發(fā)展，用它取代其它的技術(shù)趨勢(shì)也更加明顯，但是，就目前的應(yīng)用情況來(lái)看，CCFL仍然占據(jù)某些應(yīng)用領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，如大屏幕背光以及那些需要大功率非聚焦光源的場(chǎng)合。

CCFL和LED光源需要適當(dāng)?shù)墓╇?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/電源">電源，而且，不同技術(shù)具有不同的特殊要求，電源必須提供特別的應(yīng)用和功能。本文為L(zhǎng)ED和CCFL光源提供了一些電源解決方案，針對(duì)不同的汽車(chē)內(nèi)部和外部照明裝置，討論了具體的設(shè)計(jì)方法。

應(yīng)用

內(nèi)部照明

內(nèi)部照明應(yīng)用包括儀表盤(pán)和儀表盤(pán)背光、頂燈和地圖燈、安裝在門(mén)上或車(chē)體上的開(kāi)門(mén)燈以及背光。由于背光顯示有特別的要求，將在后面的文章中單獨(dú)討論。

所有內(nèi)部的照明應(yīng)用都可以使用LED作為光源。地圖燈和頂燈通常使用一個(gè)高亮度LED，儀表盤(pán)和開(kāi)門(mén)燈通常需要一個(gè)以上的LED串聯(lián)實(shí)現(xiàn)。串行連接有利于避免不同LED的電流(對(duì)應(yīng)顏色)失配。所有應(yīng)用都需要一個(gè)集成了亮度調(diào)節(jié)功能的恒流源。圖1和2給出了針對(duì)內(nèi)部照明應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化、可提供各種不同功能的電源IC。

MAX16800具有高輸入電壓范圍(達(dá)40V)，因此可以直接連接到汽車(chē)電池而不需要保護(hù)器件，保護(hù)器件一般用來(lái)抵御電池負(fù)載變化帶來(lái)的浪涌電壓。該器件能夠?yàn)長(zhǎng)ED提供恒定電流，電流值可以通過(guò)與LED串聯(lián)的檢流電阻RSENSE設(shè)置。為了提高電流設(shè)置精度，提高對(duì)外部噪聲的抑制能力，MAX16800采用了差分電流檢測(cè)輸入方式。

LED的色度隨其電流的變化而改變，因此調(diào)整LED亮度的最好方法是通過(guò)脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)對(duì)一個(gè)固定電流進(jìn)行斬波實(shí)現(xiàn)，而不是改變電流的實(shí)際幅度。MAX16800通過(guò)在器件的使能輸入引腳作用一個(gè)PWM信號(hào)來(lái)調(diào)整LED亮度。通過(guò)LED的電流按照PWM信號(hào)的頻率開(kāi)啟和關(guān)斷。

電磁干擾(EMI)抑制在汽車(chē)應(yīng)用中非常重要，這一設(shè)計(jì)要求與不產(chǎn)生EMI同等重要。對(duì)LED電流進(jìn)行通、斷控制時(shí)無(wú)論如何都會(huì)產(chǎn)生EMI輻射。因此，為了降低PWM調(diào)光時(shí)的EMI，MAX16800集成了波形整形電路，以便平滑開(kāi)關(guān)信號(hào)的邊沿。

很多照明系統(tǒng)中沒(méi)有可以利用的微控制器來(lái)產(chǎn)生PWM調(diào)光信號(hào)，對(duì)于這種情況，可以采用MAX16805/MAX16806 LED驅(qū)動(dòng)器。這兩款器件均可由內(nèi)部產(chǎn)生PWM信號(hào)，PWM信號(hào)由加在DIM輸入引腳的外部模擬電壓設(shè)置。不采用模擬調(diào)光時(shí)，MAX16806有一個(gè)開(kāi)關(guān)輸入(SW)，該開(kāi)關(guān)輸入不僅檢測(cè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并具有去抖功能，為開(kāi)關(guān)提供濕電流。

在某些照明應(yīng)用中，必須密切監(jiān)測(cè)LED的溫度，這一點(diǎn)對(duì)于空間緊湊，特別是散熱條件較差的系統(tǒng)特別重要。LED過(guò)熱會(huì)降低LED的使用壽命，從而減弱了該類(lèi)光源的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)之一。幸運(yùn)的是，通過(guò)短時(shí)間調(diào)低LED亮度，在大多數(shù)應(yīng)用中可以避免過(guò)熱現(xiàn)象。為了達(dá)到這個(gè)目的，MAX16806為外部溫度傳感器提供了一個(gè)輸入端。當(dāng)檢測(cè)到過(guò)熱時(shí)，器件可以調(diào)低亮度，直到溫度恢復(fù)到可以接受的范圍。溫度和亮度調(diào)節(jié)門(mén)限可以通過(guò)串口編程，并存儲(chǔ)到EEPROM。該功能可以省去昂貴的大尺寸散熱器。

MAX16805/MAX16806的內(nèi)部基準(zhǔn)用于監(jiān)測(cè)反饋回路的LED電流，并且可以通過(guò)串口調(diào)整。因此，實(shí)際應(yīng)用中可以對(duì)各路LED使用固定的檢流電阻，簡(jiǎn)化了設(shè)備生產(chǎn)并降低成本。

背光顯示

現(xiàn)在，液晶顯示器(LCD)被廣泛用于儀表盤(pán)、車(chē)載計(jì)算機(jī)、廣播、導(dǎo)航系統(tǒng)以及娛樂(lè)系統(tǒng)。與上述例子不同的是：背光照明需要將光散射到盡量大的面積，而不是產(chǎn)生聚焦光束。

傳統(tǒng)上，由于CCFL背光效率高、溫度低并可提供較高的光照功率，LCD屏主要采用CCFL作為背光源。雖然CCFL控制器在汽車(chē)電子以外的領(lǐng)域應(yīng)用非常成功(例如LCD TV或計(jì)算機(jī)監(jiān)視器)，但汽車(chē)環(huán)境下的設(shè)計(jì)具有特殊的挑戰(zhàn)和需求。

由于基本的CCFL電路中包含有外部晶體管、變壓器和燈管，CCFL架構(gòu)存在EMI輻射源。圖3給出了利用DS3881CCFL控制器構(gòu)建的CCFL燈管電源電路，該設(shè)計(jì)優(yōu)化于汽車(chē)應(yīng)用環(huán)境。DS3881利用擴(kuò)展頻譜和頻率偏移技術(shù)大大降低了EMI輻射，并把噪聲頻譜搬移到系統(tǒng)不敏感的頻段，從而克服了EMI輻射這一難題。

汽車(chē)電子的另一特殊要求是低溫工作，DS3881具有一個(gè)特別的燈管電流過(guò)驅(qū)動(dòng)模式，當(dāng)溫度很低時(shí)，該模式可以迅速加熱燈管，從而實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)。該器件還具有多種故障檢測(cè)，可以監(jiān)測(cè)燈管故障、燈管開(kāi)路、過(guò)流、啟動(dòng)失效以及過(guò)壓故障。

由于DS3881具有極高的集成度，只需極少的外部元件，大大降低了物料(BOM)成本并有助于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。多個(gè)DS3881控制器可以級(jí)聯(lián)使用，支持多燈管的大顯示屏設(shè)計(jì)。所有的性能和功能均可通過(guò)引腳或串口設(shè)置，并且可以將設(shè)置存儲(chǔ)到內(nèi)部非易失存儲(chǔ)器中。

對(duì)于小尺寸顯示屏，可以選擇LED陣列用于CCFL背光。多串LED面臨獨(dú)特的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，特別是需要在整個(gè)區(qū)域提供均勻的亮度和色彩。圖4給出了一個(gè)特殊的基于LED的LCD背光電路。