因?yàn)榭蓾M足燈組中每個(gè)燈串之功率和功能要求的驅(qū)動(dòng)器必須接受相對(duì)較寬的電池電壓范圍，并采用一種升降壓拓?fù)鋵⑵滢D(zhuǎn)換為各種各樣的燈串電壓——它必須具有小巧和通用的特點(diǎn)，以便容易地安裝到燈組十分受限的空間之中，并產(chǎn)生極低的 EMI，從而盡量地減少研發(fā)工作量并免除增設(shè)昂貴 EMI 金屬屏蔽外殼的需要。而且，它還應(yīng)該是高效率的。

 

Power by Linear™ LT8391A 2MHz 升降壓型控制器在滿足所有上述要求方面具有獨(dú)特性，可驅(qū)動(dòng)整個(gè)車前燈組，而且還是僅采用單個(gè)控制器。

 

具低EMI的LT8391A 2MHZ同步控制器

 

LT8391A 是同類產(chǎn)品中首個(gè)用于 LED 電流調(diào)節(jié)的 2MHz 升降壓型控制器。LT8391A 非常高的 2MHz 開(kāi)關(guān)頻率允許使用單個(gè)小電感器，并實(shí)現(xiàn)面向高功率 LED 應(yīng)用的小巧總解決方案尺寸。與那些將電源開(kāi)關(guān)內(nèi)置在 IC 封裝之中的單片式轉(zhuǎn)換器不同，諸如 LT8391A 等控制器能夠以高得多的峰值電流（比如 10A）驅(qū)動(dòng)外部電源開(kāi)關(guān)。這種峰值電流將會(huì)燒毀典型集成化轉(zhuǎn)換器的小型 IC 封裝。相比之下，采用外部 3mm × 3mm 同步 MOSFET 的控制器則能提供高得多的功率。這些 MOSFET 可與熱環(huán)路電容器一起布置在狹小的空間以實(shí)現(xiàn)非常低的 EMI。這種獨(dú)特的峰值開(kāi)關(guān)電流檢測(cè)放大器架構(gòu)把檢測(cè)電阻器布設(shè)在功率電感器的旁邊（位于至關(guān)緊要的輸入和輸出熱環(huán)路的外部），這也降低了 EMI。可選的擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制 (SSFM) 進(jìn)一步降低了該控制器的 EMI。

 

圖 1 中的 2MHz LT8391A 16V、1.5A (24W) 升降壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器擁有高達(dá) 93% 的效率，其采用了 EMI 濾波器和柵極電阻器，如圖 2 所示。當(dāng)去掉可選的 EMI 組件后，效率可提高 1%–2%。這款設(shè)計(jì)采用小型 3mm × 3mm MOSFET 和單個(gè)高功率電感器，即使在 24W 功耗條件下，該轉(zhuǎn)換器的溫升也是很低的。在 12V 輸入時(shí)，所有組件在室溫基礎(chǔ)上的溫升均不超過(guò) 25°C。在 6V 輸入時(shí)，在采用標(biāo)準(zhǔn)的 4 層 PCB 且沒(méi)有散熱器或冷卻氣流的情況下，最熱組件的溫升小于 50°C。當(dāng)面對(duì)低至 4.3V 的輸入瞬變時(shí)，該轉(zhuǎn)換器可在 24W滿負(fù)載條件下持續(xù)運(yùn)行；或者通過(guò)模擬或 PWM 調(diào)光減小負(fù)載電流（當(dāng)輸入長(zhǎng)時(shí)間下降時(shí)）。8A–10A 檢測(cè)電阻器使得可在低 VIN 條件下提供該高功率。

 

圖 1：LT8391A 2MHz 16V、1.5A 汽車升降壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器達(dá)到 CISPR 25 Class 5 EMI 規(guī)格要求

 

圖 2：圖 1 所示 LED 驅(qū)動(dòng)器解決方案的效率。采用 16V、1.5A 演示電路 DC2575A LED 驅(qū)動(dòng)器所做的測(cè)量（帶和不帶可選的 EMI 組件）

 

LT8391A 具備最新的 PWM 調(diào)光特性和開(kāi)路 LED 故障保護(hù)功能。這款同步升降壓型控制器可調(diào)節(jié)流過(guò)一串 LED 的電流，這些 LED 的電壓可能位于（也可能不位于）輸入電壓范圍（例如：9V–16V 汽車電池或 18V–32V 貨車電池）之內(nèi)。它可在低至 4.0V 的冷車發(fā)動(dòng)輸入情況下運(yùn)行，并能承受高達(dá) 60V 的輸入瞬態(tài)電壓。LT8391A 在 120Hz 提供高達(dá) 2000:1 PWM 調(diào)光比，而且它能夠使用其內(nèi)部PWM 調(diào)光信號(hào)發(fā)生器（無(wú)需從外部提供的 PWM 時(shí)鐘）以實(shí)現(xiàn)高達(dá) 128:1 的準(zhǔn)確調(diào)光比。

 

針對(duì)汽車應(yīng)用的 CISPR 25 EMI 規(guī)格

 

圖 1 中所示的 2MHz LT8391A LED 驅(qū)動(dòng)器專為汽車前照燈而設(shè)計(jì)。它采用 AEC-Q100 組件并滿足 CISPR 25 Class 5 輻射 EMI 標(biāo)準(zhǔn)。擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制 (SSFM) 降低了 EMI，而且還在執(zhí)行 PWM 調(diào)光的同時(shí)無(wú)閃爍地運(yùn)行，如圖 7 所示。其小型電感器以及特別小的輸入和輸出 EMI 濾波器突顯了 LT8391A 的小尺寸。對(duì)于 2MHz 轉(zhuǎn)換器而言，不需要使用大型 LC 濾波器，而是僅采用了小的鐵氧體磁珠以降低高頻 EMI。

 

汽車 EMI 要求不容易通過(guò)高功率轉(zhuǎn)換器得到滿足。布設(shè)在大面積PCB 上且靠近大電容器的高功率開(kāi)關(guān)和電感器會(huì)形成不希望有的熱環(huán)路，特別是在包括一個(gè)大檢測(cè)電阻器的時(shí)候。獨(dú)特的 LT8391A升降壓型架構(gòu)將檢測(cè)電阻器從降壓和升壓開(kāi)關(guān)對(duì)熱環(huán)路中去除，因而實(shí)現(xiàn)了低 EMI。

 

圖 3 和圖 4 給出了圖 1 所示 24W LED 驅(qū)動(dòng)器的實(shí)測(cè) EMI。盡管該控制器具有 2MHz 工作頻率和 24W 功率，但是這款升降壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器仍然達(dá)到 CISPR 25 Class 5 輻射和傳導(dǎo) EMI 規(guī)格要求。Class 5 規(guī)格是大多數(shù)汽車 EMI 測(cè)試的最嚴(yán)格要求和目標(biāo)。不能達(dá)到 Class 5 EMI 規(guī)格要求的轉(zhuǎn)換器要么在設(shè)計(jì)時(shí)置于汽車電路之外，要么就必須裝入大的金屬材料 EMI 屏蔽罩內(nèi)。雖然屏蔽罩體積龐大并不會(huì)產(chǎn)生裝配問(wèn)題，但是增設(shè)屏蔽罩所花費(fèi)的成本卻是昂貴的。

 

圖 3：LT8391A 演示電路 DC2575A 達(dá)到 CISPR 25 Class 5 汽車輻射 EMI 規(guī)格要求

 

圖 4：LT8391A 演示電路 DC2575A 達(dá)到 CISPR 25 Class 5 汽車傳導(dǎo) EMI 規(guī)格要求

 

面向多光束LED燈應(yīng)用的升降壓

 

LED 車前燈組可以是兼具創(chuàng)新性和藝術(shù)創(chuàng)意的。遠(yuǎn)光燈和近光燈可以與時(shí)髦漂亮和獨(dú)具特色的晝間行駛燈 (DRL)"包裹"在一起。因?yàn)闀冮g行駛燈僅在遠(yuǎn)光燈和近光燈關(guān)閉時(shí)才會(huì)需要，故可使用單個(gè) LED 驅(qū)動(dòng)器給遠(yuǎn)光和近光 LED 或晝間行駛燈供電。只有在 LED 驅(qū)動(dòng)器具有靈活的輸入至輸出比、而且能對(duì)輸入至輸出電壓進(jìn)行升壓和降壓的情況下，這種做法才會(huì)奏效。升降壓型設(shè)計(jì)可滿足該要求。

 

圖 5 中的多光束 LT8391A 升降壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器能夠驅(qū)動(dòng) 3V 至 34V的 LED 燈串電壓。這使其能驅(qū)動(dòng)一個(gè)近光燈串，并通過(guò)給近光燈串添加 LED 以創(chuàng)建一個(gè)遠(yuǎn)光燈。這同一個(gè)驅(qū)動(dòng)器在切換之后，可驅(qū)動(dòng)一個(gè)電壓較高、但電流較低的 DRL。

 

圖 5：用于近光燈、遠(yuǎn)光燈和 DRL 燈的 LT8391A 多光束 LED 車前燈組解決方案

 

從僅限近光燈的 LED 切換至近光 / 遠(yuǎn)光燈組合式燈串，就不會(huì)在輸出電壓或 LED 電流上產(chǎn)生尖峰脈沖，如圖 6a 所示。LT8391A 能夠在升壓、4 開(kāi)關(guān)升降壓、和降壓工作區(qū)之間平穩(wěn)地轉(zhuǎn)換。對(duì)于轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，從 LED 數(shù)量少的燈串變更至 LED 數(shù)量多的燈串時(shí)不產(chǎn)生 LED 尖峰脈沖會(huì)是棘手的難題，然而這款多光束 LED 燈電路則能輕松地做到這一點(diǎn)。另外，從遠(yuǎn)光燈與近光燈組合模式切換至僅限近光燈模式也是非常干凈的，未產(chǎn)生任何有害的 LED 尖峰脈沖，如圖 6b 所示。

 

圖 6：波形顯示：對(duì)于圖 5 所示的 LT8391A 多光束 LED 燈應(yīng)用電路，在遠(yuǎn)光燈 + 近光燈、近光燈和 DRL LED 燈串之間可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的切換

 

當(dāng)切換至 DRL 燈串或從 DRL 燈串切換至其他燈串時(shí)，情況同樣如此。圖 6c 示出了怎樣關(guān)閉近光燈并平穩(wěn)地將 DRL 連接至輸出電容器。甚至當(dāng) LED 電流從 1A（遠(yuǎn)光燈和近光燈）變至 700mA（含 8 個(gè) LED 的 DRL）時(shí)也未發(fā)生任何問(wèn)題。還可以添加其他的飾物 LED 或信號(hào) LED，而且可使 DRL 閃爍以作為信號(hào)燈。圖 6d 示出了怎樣利用內(nèi)部設(shè)定的 PWM 發(fā)生器對(duì) DRL 進(jìn)行 PWM 調(diào)光，然后當(dāng)黑暗降臨時(shí)平穩(wěn)地切換至近光燈。

 

汽車環(huán)境需要能夠在出現(xiàn) LED 短路和開(kāi)路情況時(shí)正常工作的強(qiáng)大解決方案。LED 短路和開(kāi)路情況利用圖 6 所示的多光束 LED 燈解決方案安全地處理，并通過(guò)轉(zhuǎn)換器的故障標(biāo)記進(jìn)行報(bào)告。

 

FE 和 QFN 封裝適合狹小緊湊的安放設(shè)計(jì)空間

 

LT8391A 可提供 4mm × 5mm 28 引線 QFN 封裝（對(duì)于小尺寸應(yīng)用要求）和 28 引線 TSSOP FE 封裝（針對(duì)汽車設(shè)計(jì)）。這兩種封裝均具有耐熱性能增強(qiáng)型 GND 焊盤，以利于消散內(nèi)部 INTVCC LDO 因較高電壓所產(chǎn)生的功耗。

 

這些轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部 LDO INTVCC 穩(wěn)壓器能夠以 2MHz 頻率和大約 15nC 柵極電荷驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)同步 MOSFET。圖 7 示出了 LT8391A FE2MHz 16V、1.5A 演示電路（DC2575A，基于圖 1 所示的設(shè)計(jì)） 的小尺寸。對(duì)于該高功率的通用型應(yīng)用，僅需要單個(gè) 5mm × 5mm電感器。

 

圖 7：緊湊型解決方案：采用 LT8391A 的 2MHz 演示電路 DC2575A 以1.5A 驅(qū)動(dòng) 16V LED

 

圖 8：采用內(nèi)部和外部 PWM 選項(xiàng)的 PWM 調(diào)光；分別為 1% 和 0.05%

 

結(jié)論

 

LT8391A 2MHz、60V 升降壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器控制器可為汽車前照燈中的 LED 燈串供電。該器件的特點(diǎn)包括其低 EMI 四開(kāi)關(guān)架構(gòu)和擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制功能，用于滿足 CISPR 25 Class 5 EMI 規(guī)格要求。獨(dú)特的高開(kāi)關(guān)頻率允許其在高于 AM 頻段的頻率條件下工作，因而所需的 EMI 濾波非常之少。其小尺寸和通用性使之能夠在具有各種電壓和電流的車前燈組 LED 燈串中使用。

 

 

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