汽車LED照明需求漸增　新一代電源IC設(shè)計崛起

　　車用裝置電子系統(tǒng)復雜性逐年攀升，目前，電子系統(tǒng)的成本負擔已超過一輛汽車典型成本的20%以上，預計2008年甚至將超過30%，5年前，如車內(nèi)娛樂系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、引擎管理、衛(wèi)星無線通信及電視(TV)、免持手機及其他無線連接等電子系統(tǒng)只在高檔的歐洲豪華車款才能見到，但現(xiàn)在已被廣泛用于每個汽車制造商的中階等級汽車中，從而加速汽車IC的快速成長。

　　同時，這些系統(tǒng)運用的組件數(shù)不斷增加，但可獲得的空間卻持續(xù)被壓縮，因而也大幅加每個系統(tǒng)的電子密度。這些系統(tǒng)均需電源轉(zhuǎn)換IC，且通常針對每個次系統(tǒng)具多重電源端，由于電源密度非常高及相關(guān)的高周遭溫度，因此，任何實用的散熱裝置都顯得太大而不實用，也因為這種空間的限制及操作溫度范圍的需求，讓電源轉(zhuǎn)換效率變得相當重要。

　　在低輸出電壓及高于幾百毫安的中等電流位準下，由于會產(chǎn)生太多的熱，導致簡單利用線性穩(wěn)壓器提供這些系統(tǒng)電壓已不切實際。這些限制的結(jié)果便是以開關(guān)式穩(wěn)壓器取代線性穩(wěn)壓器，開關(guān)式穩(wěn)壓器的好處包含效率的提升、較小的接腳占位，而這些足以彌補額外的設(shè)計復雜度及電磁干擾(EMI)等問題。

　　LED照明正取代傳統(tǒng)白熾燈

　　過去，于汽車應(yīng)用中使用發(fā)光二極管(LED)照明僅是一個車用概念，時至今日，LED已廣泛應(yīng)用于許多汽車及卡車的儀表板背光、內(nèi)部照明及剎車燈。另外，豪華汽車制造商也逐漸提升固態(tài)LED照明最新技術(shù)之應(yīng)用，透過這些更亮、更小、更可靠的組件提供車內(nèi)外照明，強化其車種之性能及美感。此外，LED還能提供更低成本及更長的壽命，提供明顯優(yōu)于白熾照明的內(nèi)部照明優(yōu)點，如用于頭燈的高壓氣體放電燈(HID)及鹵素燈泡。

　　欲利用汽車電池驅(qū)動LED，需要一個直流對直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換器以準確調(diào)節(jié)LED電流，確保一致的照明強度及色彩飽和度，同時保護LED。此外，根據(jù)LED的不同用途，也應(yīng)針對特定電源需求來優(yōu)化DC/DC穩(wěn)壓器，如頭燈、后車燈、訊號燈、內(nèi)部情境或讀書燈等，挑戰(zhàn)之一是須從可能低于、相等或高于負載電壓之電池電壓驅(qū)動一組或幾串LED，而另一考慮點，則是以大調(diào)光比有效地調(diào)光LED，同時還要在低及高亮度位準均保持彩色特性。DC/DC驅(qū)動器的高效率操作是一關(guān)鍵要求，特別是在驅(qū)動高亮度(HB)LED時，由于未被轉(zhuǎn)換成散射光的電源，將因生熱而耗費。

　　負載突降/冷啟動狀態(tài)影響電池效能

　　汽車運作時電池現(xiàn)松弛，或汽車行進時電池線斷裂，將造成負載突降，其是一種當發(fā)電機對電池充電時，電池電線突然斷開的情況。電池電線突然斷開會造成達80伏特的瞬間電壓突波，這是因為發(fā)電機正試圖全力輸出充電(圖1)，發(fā)電機上的Transorb經(jīng)常會將線路電壓箝位在36～60伏特之間，及吸收大部分的涌浪電流；然而，發(fā)電機下游的DC/DC轉(zhuǎn)換器卻也接收了此一36～60伏特的瞬間突波。因為這些轉(zhuǎn)換器及其所供電的次系統(tǒng)都被期望在這些瞬時發(fā)生時及發(fā)生后皆能持續(xù)工作，因此，這些DC/DC轉(zhuǎn)換器能否處理高電壓瞬間便顯得相當重要，目前已存在各種保護電路，經(jīng)常使用的是Transorb，這些電路可以建置于外，但卻會增加成本與空間。

圖1　80伏特負載突降狀態(tài)及冷啟動狀態(tài)

　　冷啟動(Cold Crank)是一種當汽車引擎放置在酷冷或冰溫一段時間后所發(fā)生的狀況，導致引擎油會變得非常黏稠，且啟動馬達必須傳輸更多扭力，于是須從電池汲取更多電流。此大電流負載在汽車點火啟動時，會將電池/主線路電壓拉低至4.0伏特，之后電壓便會回升到13.8伏特(圖1)，對于某些應(yīng)用，如引擎控制、安全及導航系統(tǒng)等需求通常對3.3伏特的穩(wěn)定輸出電壓而言，能歷經(jīng)冷啟動過程且正常工作相當必要。

　　新LED驅(qū)動器成為車用首選

　　就LED驅(qū)動器而言，須提供車主之重要特性包括：
　　?高電流
　　為提供高電流(≧d1.5安培)，驅(qū)動器須驅(qū)動一外部N信道金屬氧化半導體場效晶體管(MOSFET)驅(qū)動高亮度LED。
　　?高壓
　　LED驅(qū)動器的3～36伏特輸入操作及輸出電壓，可依外部功率組件之選擇擴展，輕易驅(qū)動多串(串聯(lián))或叢集式(串聯(lián)+并聯(lián))LED。
　　?保護
　　IC須包含保護高亮度LED所需的精準電流及輸出電壓穩(wěn)壓，額外的保護功能另包括過壓、過電流及軟啟動。
　　?調(diào)光
　　透過True Color PWM 3,000:1數(shù)字調(diào)光，LED可于寬廣的調(diào)光范圍內(nèi)維持固定色彩，同樣的，驅(qū)動器也須可提供額外的模擬100:1調(diào)光。

　　為滿足汽車內(nèi)外照明之各項嚴苛要求，目前業(yè)界有廠商推出兩款新的DC/DC LED驅(qū)動器，具高操作效率、負載保護、寬廣輸入及輸出電壓額定值、及精確的電流穩(wěn)壓等特色。此IC可被配置成數(shù)個DC/DC架構(gòu)，提供設(shè)計者檢核IC，以滿足不同應(yīng)用之轉(zhuǎn)換要求之選擇。

　　其中一款為電流模式、多重架構(gòu)的轉(zhuǎn)換器，具備用來驅(qū)動高功率LED多串及叢集的固定電流脈沖寬度調(diào)變(PWM)調(diào)光，可提供快速、真實的PWM負載開關(guān)切換，而不會產(chǎn)生瞬時欠壓或過壓情形，透過True Color PWM調(diào)光保證白光及紅綠藍(RGB)LED之色彩飽和度，數(shù)字調(diào)光比可達3,000:1(100Hz)；透過模擬控制亦可達到額外的100:1調(diào)光比，此為一極重要之標準，因人眼對于室內(nèi)亮度的些微變化極敏感，此多功能控制器可被用作升壓、降壓、升降壓、單端初級電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)或返馳轉(zhuǎn)換器，以及固定電流/固定電壓穩(wěn)壓器。No RSENSE操作使用一個MOSFET的導通阻抗，因而不需電流感測電阻器，并且還可提高效率。此類轉(zhuǎn)換器之應(yīng)用范圍包括高壓LED數(shù)組及LED背光、以及電訊、汽車及工業(yè)控制系統(tǒng)的電壓穩(wěn)壓器。

　　另一款產(chǎn)品為雙信道36伏特、2MHz降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，專門設(shè)計以操作如定電流LED驅(qū)動器，每信道可提供達1.5安培LED電流，內(nèi)部感測電阻及調(diào)光控制，使其成為驅(qū)動高電流LED之選擇。此類驅(qū)動器于整個50毫安～1.5安培的寬廣電流范圍均可維持高輸出電流準確性，而True Color PWM電路則能達到3,000:1之調(diào)光范圍。

　　透過4～36伏特(40伏特最大)的寬廣輸入電壓范圍，LED驅(qū)動器可調(diào)節(jié)包括汽車動力系統(tǒng)等電源，切換頻率可設(shè)定于200k～2MHz間，因此能運用極小的電感及陶瓷電容，且避開嚴苛的頻段，如AM/FM無線電，結(jié)合散熱強化型TSSOP-16封裝，為驅(qū)動兩組或四組高電流LED提供精小的解決方案。

　　運用高壓端感測，驅(qū)動器能達到接地端LED負極連接，去除大多數(shù)應(yīng)用中接地導線的需求。電流模式控制及精確參考電壓，為良好穩(wěn)壓、低漣波固定LED電流提供優(yōu)化回路動力，兩個通道均透過分開的直流電壓(VADJ)及PWM訊號獨立操作，每信道均可與另一信道以180度反相切換，減少輸出漣波，此驅(qū)動器其他特性包括開路LED及短路保護。

　　雖然汽車環(huán)境被公認為極度嚴苛，但LED照明系統(tǒng)設(shè)計者仍擁有許多選項，以針對嚴峻的效能需求選擇強固的LED驅(qū)動器。此外，隨LED照明設(shè)備之采用率持續(xù)從后級轉(zhuǎn)移至低階汽車中，LED驅(qū)動器之制造商更將積極提供創(chuàng)新產(chǎn)品，以全面滿足市場需求。