智能照明設(shè)計(jì)的 DCDC 轉(zhuǎn)換器注意事項(xiàng)

許多照明應(yīng)用需要提供直流控制、高效率、脈寬調(diào)制 (PWM) 調(diào)光、電壓保護(hù)和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單性的 LED 背光驅(qū)動(dòng)器解決方案。驅(qū)動(dòng)器拓?fù)渲饕譃槿箢悾壕€性穩(wěn)壓器、電荷泵和開(kāi)關(guān)。DC/DC 轉(zhuǎn)換器基于一系列保證高效率的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由于其靈活性，已在各種 LED 應(yīng)用中找到了設(shè)計(jì)空間。它們接受寬范圍的輸入電壓，從而可以達(dá)到高功率密度。

為工業(yè)、汽車和消費(fèi)市場(chǎng)設(shè)計(jì)最佳 LED 驅(qū)動(dòng)器需要清楚地了解應(yīng)用要求。

特點(diǎn)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

評(píng)估 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的一個(gè)基本考慮因素是系統(tǒng)損耗對(duì)效率的影響。必須分析兩種類型的系統(tǒng)損耗：電感器中的峰值電流引起的損耗和所謂的開(kāi)關(guān)損耗，它們發(fā)生在轉(zhuǎn)換器電路的充電和放電階段。提高效率的一種方法是通過(guò)減少因有源元件和電感器引起的電阻損耗來(lái)減少電感器中流動(dòng)的電流。使用的拓?fù)湟矔?huì)影響效率。

LED 驅(qū)動(dòng)器的主要設(shè)計(jì)拓?fù)涫墙祲骸⑸龎汉蛦味顺跫?jí)電感轉(zhuǎn)換器 (SEPIC) 解決方案。降壓(降壓)轉(zhuǎn)換器非常簡(jiǎn)單，是最常見(jiàn)的類型。降壓轉(zhuǎn)換器中使用的組件相對(duì)便宜且簡(jiǎn)單，這使其成為成本敏感型應(yīng)用的最愛(ài)。降壓轉(zhuǎn)換器的理想輸出電壓等于開(kāi)關(guān)周期與電源電壓的乘積。它可以從直流電或整流后的交流信號(hào)中獲得直流輸入。

有時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要使用升壓(升壓)轉(zhuǎn)換器來(lái)增加電壓。升壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)溆伤膫€(gè)主要元件組成：電感器、電源開(kāi)關(guān)(MOSFET、IGBT 或類似器件)、二極管和電容器。

設(shè)計(jì)人員通常希望電路具有靈活性，以便相對(duì)于同一電路，輸出電壓可以高于或低于輸入電壓 (Vin)。這里的解決方案相對(duì)簡(jiǎn)單：構(gòu)建一個(gè)高效的降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征是電感器與輸入電壓并聯(lián)。電感器通過(guò)二極管放電并為負(fù)載提供電流。

SEPIC 轉(zhuǎn)換器需要一個(gè)額外的電感器和一個(gè)阻塞電容器。該設(shè)計(jì)乍一看似乎令人生畏，但它對(duì)減少電磁干擾 (EMI) 很有用。SEPIC 拓?fù)涞囊粋€(gè)缺點(diǎn)是它通常需要比其他解決方案更大的體積。

另一方面，反激式驅(qū)動(dòng)器用途廣泛，因?yàn)樗鼈兛捎糜谳斎腚妷焊哂诨虻陀谒栎敵鲭妷旱膽?yīng)用。它們可以在非雙重絕緣的系統(tǒng)中提供符合 UL 安全要求的隔離輸出。此外，可以在不顯著增加系統(tǒng)成本的情況下包含功率因數(shù)校正 (PFC)，同時(shí)仍允許通過(guò)基于標(biāo)準(zhǔn)雙向晶閘管的調(diào)光器進(jìn)行調(diào)節(jié)。反激式轉(zhuǎn)換器基于升壓轉(zhuǎn)換器原理。它使用單個(gè)高壓開(kāi)關(guān) MOSFET 和一個(gè)耦合電感器以及一個(gè)單輸出整流二極管來(lái)存儲(chǔ)能量并將其傳輸?shù)礁綦x的次級(jí)。

LED 需要精心設(shè)計(jì)的恒流源來(lái)控制亮度。更具體地說(shuō)，通常用于驅(qū)動(dòng) LED 的降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的輸出電容器會(huì)對(duì)環(huán)形控制特性產(chǎn)生重大影響。因此，電容器的類型和輸出電路的配置通常是需要考慮的關(guān)鍵特性。

許多便攜式 LED 應(yīng)用都需要調(diào)光。在 LCD 背光等應(yīng)用中，調(diào)光允許調(diào)整亮度和對(duì)比度。PWM 調(diào)光是通過(guò)在減少的工作周期內(nèi)向 LED 施加全電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PWM 信號(hào)的頻率必須高于 100 Hz，以確保 PWM 按鈕不被人眼看到。最大 PWM 頻率取決于電源的啟動(dòng)時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間。

ON Semiconductor 的 LV52207NXB 是一款用于白色 LED 單元的 DC/DC 升壓轉(zhuǎn)換器。它集成了一個(gè)可承受 40 V 電壓的 MOSFET。連接到端子 RT 的電阻設(shè)置最大電流。在 63.4 kΩ 時(shí)，電流為 20 mA。使用單線控制可以設(shè)置 256 級(jí)電流值。

Analog Devices 擁有廣泛的用于汽車照明應(yīng)用的 LED 驅(qū)動(dòng)器集成電路產(chǎn)品線。該公司表示，其升壓、降壓、降壓-升壓和 SEPIC 拓?fù)淇稍谛⌒头庋b中提供最高效率和低噪聲。

Analog Devices 的 LTC3452是一款同步 DC/DC 降壓-升壓器件，優(yōu)化用于從單個(gè)鋰離子電池輸入驅(qū)動(dòng)兩組白色 LED。五個(gè)并聯(lián) LED 可以每個(gè)低功率驅(qū)動(dòng)至 25 mA，而兩個(gè) LED 可以每個(gè)驅(qū)動(dòng)至 150 mA(或單個(gè) LED 至 300 mA)。

汽車

車載電子設(shè)備控制許多功能。例如，有些涉及雨刷系統(tǒng)，而另一些則涉及空調(diào)系統(tǒng)。電源管理系統(tǒng)不僅包括照明解決方案，還包括信息娛樂(lè)解決方案，以提供舒適和安全愉快的乘坐體驗(yàn)。

對(duì)于大功率應(yīng)用，例如汽車領(lǐng)域使用的外部照明，通常使用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。LED 通常需要恒定電流來(lái)產(chǎn)生相干光輸出。輸出電壓將取決于許多參數(shù)，例如 LED 制造工藝。設(shè)計(jì)人員必須準(zhǔn)確預(yù)測(cè)最大輸出電壓以選擇最佳穩(wěn)壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并因此選擇具有相關(guān)外部元件的相應(yīng) IC。

Maxim Integrated 的 MAX20090 是一款單通道高亮度 LED 驅(qū)動(dòng)器，適用于遠(yuǎn)光燈和近光燈、日間行車燈、轉(zhuǎn)向燈和霧燈等汽車前燈應(yīng)用。它接受 5 V 至約 60 V 的輸入電壓，以驅(qū)動(dòng)一串 LED，最大輸出電壓為 65 V。該器件集成了擴(kuò)展頻譜調(diào)制以提高電磁兼容性能。

汽車行業(yè)對(duì)照明電源管理提出了挑戰(zhàn)。汽車工作環(huán)境的溫度范圍很廣，會(huì)產(chǎn)生高水平的瞬變和輸入干擾。汽車行業(yè)中使用的 LED 顯示器的所有開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器和驅(qū)動(dòng)器都必須符合 AEC-Q100 標(biāo)準(zhǔn)。合規(guī)性對(duì)于實(shí)現(xiàn)高級(jí)駕駛員舒適性和安全功能至關(guān)重要，例如高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS) 的自適應(yīng)照明和輔助功能。