一种汽车照明电源的设计

2011-12-24 14:06:51来源: 互联网
发光二极管(LED)和冷阴极荧光灯(CCFL)逐渐成为了汽车照明的普通光源。这些光源关键优势是具有较长的使用寿命和更高效率。白炽灯的典型寿命为 10 000 h,而荧光灯可达50 000 h,LED则高达100 000 h。使用寿命的延长提高了可靠性,减少了维护工作,降低服务成本。 LED还具有低工作电压、低电磁辐射、抗机械应力强、形状设计灵活、工作温度范围宽和亮度调节范围宽等特点。随着LED技术的发展,用其取代其他电源技术的趋势更加明显,但是,就目前应用情况,CCFL仍占据某些应用领域,如大屏幕背光以及那些需要大功率非聚焦光源的场合。

  CCFL和LED光源需要适当的供电电源,而且,不同技术具有不同的特殊要求,电源必须提供特别的应用和功能。这里,针对不同的汽车内部和外部照明装置,为LED和CCFL光源提供了多种电源解决方案。

  1 汽车内部照明

  汽车内部照明应用包括仪表盘和仪表盘背光、顶灯和地图灯、安装在门上或车体上的开门灯以及背光。所有内部的照明应用都可使用LED作为光源。地图灯和顶灯通常使用一个高亮度LED,仪表盘和开门灯通常需要一个以上的LED串联实现。串行连接有利于避免不同LED的电流(对应颜色)失配。所有应用都需要一个集成了亮度调节功能的恒流源。

  1.1 基于MAXl6800的汽车内部照明设计

  图1为MAXl6800典型的调光应用电路。MAXl6800具有高输入电压范围(达40 V),可直接连接到汽车电池而不需要保护器件,保护器件一般用来抵御电池负载变化带来的浪涌电压。MAxl6800能够为LED提供恒定电流,电流值可以通过与LED串联的检流电阻RSENSE设置。为了提高电流设置精度,提高对外部噪声的抑制能力,MAXl6800采用差分电流检测输入方式。

 

  LED的色度随其电流的变化而改变,因此调整LED亮度的最好方法是通过脉宽调制(PWM)信号对一个固定电流进行斩波实现,而不是改变电流的实际幅度。 MAXl6800通过在器件的使能输入引脚作用一个PWM信号来调整LED亮度。通过LED的电流按照PWM信号的频率开启和关断。

  电磁干扰(EMI)抑制在汽车应用中非常重要,这一设计要求与不产生EMI同等重要。对LED电流进行通、断控制时无论如何都会产生EMI辐射。因此,为了降低PWM调光时的EMI,MAXl6800集成了波形整形电路,以便平滑开关信号的边沿。

  1.2 基于MAX16805/MAXl6806的汽车内部照明设计

  由于很多照明系统没有可利用的微控制器产生PWM调光信号,因此可采用MAXl6805/MAXl6806型LED驱动器。这两款器件均由内部产生PWM 信号,PWM信号由加在DIM输入引脚的外部模拟电压设置。不采用模拟调光时,MAXl6806有一个开关输入(SW),该开关输入不仅检测开关状态,并具有去抖功能,为开关提供湿电流。图2为MAXl6805/MAXl6806典型应用电路。

 


  汽车照明应用中,必须密切监测LED的温度,这对于空间紧凑,特别是散热条件较差的系统特别重要。LED过热会降低LED的使用寿命,从而减弱该类光源的关键优势。但通过短时间调低LED亮度,在大多数应用中可避免过热现象。因此MAXl6806为外部温度传感器提供一个输入端。当检测到过热时,该器件可以调低亮度,直到温度恢复到可以接受的范围。温度和亮度调节门限可以通过串口编程,并存储到EEPROM。该功能省去昂贵的大尺寸散热器。 MAXl6805/MAXl6806的内部基准用于监测反馈回路的LED电流,并通过串口调整。因此,实际应用中可对各路LED使用固定的检流电阻,简化设备生产并降低成本。

2 背光显示

  液晶显示器(LCD)广泛用于仪表盘、车载计算机、广播、导航系统以及娱乐系统。但背光照明需要将光散射到尽量大的面积,而不是产生聚焦光束。传统上,由于CCFL背光效率高、温度低并可提供较高的光照功率,LCD屏主要采用CCFL作为背光源。虽然CCFL控制器在汽车电子以外的领域应用非常成功(例如 LCD TV或计算机监视器),但汽车环境下的设计具有特殊的挑战和需求。

  由于基本的CCFL电路中包含有外部晶体管、变压器和灯管,CCFL架构存在EMI辐射源。图3给出利用DS388l CCFL控制器构建的CCFL灯管电源电路,该设计优化于汽车应用环境。DS388l利用扩展频谱和频率偏移技术大大降低了EMI辐射,并把噪声频谱搬移到系统不敏感的频段,从而克服了EMI辐射。

 


  汽车电子的另一特殊要求是低温工作,DS388l具有一个特别的灯管电流过驱动模式,当温度很低时,该模式可以迅速加热灯管,从而实现快速启动。该器件还具有多种故障检测,可以监测灯管故障、灯管开路、过流、启动失效以及过压故障。

  由于DS3881具有极高的集成度,只需极少的外部元件,大大降低物料(BOM)成本并有助于简化设计。多个DS388l控制器可以级联使用,支持多灯管的大显示屏设计。所有的性能和功能均可通过引脚或串口设置。并且可将设置存储到内部非易失存储器中。

  对于小尺寸显示屏,可以选择LED阵列用于CCFL背光。多串LED面临独特的设计挑战,特别是需要在整个区域提供均匀的亮度和色彩。图4给出一个特殊的基于LED的LCD背光电路。

 


  MAXl6807/MAXl6808可工作在BUCK、BOOST或SEPIC模式,具体取决于输入电压范围以及每个输出通道的LED数量。增加一只外部电阻和一只齐纳二极管可以进行抛负载测试。虽然各个通道的电流都由电阻设置,但每串通道的电流可独立调整。在不增加任何外围元件的情况下,该架构可以保证每通道之间的电流匹配度优于3%。对于不同批次,每通道可以分别调节匹配度,也可通过使能引脚统一调节各个通道。采用50 Hz至30 kHz的调节频率,可以实现5 000:1的调光范围。为了在黑暗中以及阳光直射的情况下均可见显示器显示内容,汽车电子所要求的调光比较高。当亮度调节信号的开关频率范围为 20kHz~1MHz时,可以避开干扰其他设备(如收音机)的频段。MAXl6808集成了LED开路检测功能,这些控制器也可级联起来构成大型LED阵列驱动电路。

  3 外部照明

  外部照明系统对安全性提出新的要求,需要更大的照明功率。外部照明,如尾灯、指示灯或紧急事件报警灯(以及雾灯)必须确保在任何情况下有效工作,以避免严重的安全隐患。

  尾灯必须有较远的穿透距离,但照射区域不能过大。用于内部照明的LED以及电流指标也适用于外部照明应用。也就是说,用于照明驱动的 MAXl6800/MAXl6807/MAXl6808驱动电路也可用于此类应用。由于尾灯中的LED数量多于内部照明,必须采用多个驱动器。多器件驱动架构也提供了必要的冗余设计,即使在某些电路故障时仍能确保工作,同样的冗余设计也适用于指示灯及其他信号灯。

  需要较高照明功率的场合,如泛光灯或雾灯,必须使用超高亮度LED(HB LED)。HB LED需要较高的驱动电流,前面讨论的产品无法提供低成本设计,需要过多的驱动器产生所需的电流。最好采用能驱动大电流功率管的控制器,大电流功率管可以为HB LED提供高达30 A的电流,MAXl6818可以满足这种设计要求,如图5所示。

 


  MAXl6818在高达1.5 MHz的工作频率下允许使用小尺寸外部元件。由于MAXl6818是采用Maxim专利技术的LED驱动器,因此能够满足外部照明应用迅速开启或瞬间切换亮度的要求。利用该专利技术能够使LED的瞬态电流响应达20A/μs。若需要更高电流输出或冗余设计时,MAXl6818含有一个180°延迟时钟输出,用来控制第2个LED驱动器。

关键字:汽车照明  电源

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/1224/article_13598.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
汽车照明
电源

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved