線性LED驅(qū)動芯片在汽車車身照明系統(tǒng)的應(yīng)用

如今，線性LED驅(qū)動芯片越來越多地應(yīng)用于汽車車身照明系統(tǒng)，且尤其適合應(yīng)用在尾燈模塊。多年來TI一直致力于為汽車行業(yè)用戶提供最具競爭力的LED驅(qū)動解決方案，構(gòu)建創(chuàng)新、可靠、經(jīng)濟高效的汽車照明系統(tǒng)。

LED在具體的使用時，要注意驅(qū)動電路的選用。LED 驅(qū)動電路除了要滿足安全要求外，另外的基本功能應(yīng)有兩個方面：根據(jù)能量來源的不同，LED驅(qū)動電路總體上可分為兩類，一是AC/ DC轉(zhuǎn)換，能量來自交流電，二是DC/ DC轉(zhuǎn)換，能量來自干電池、可充電電池、蓄電池等。根據(jù)LED驅(qū)動原理的不同，又可以分為線性驅(qū)動電路和開關(guān)驅(qū)動電路。led驅(qū)動電路是一種用于可控硅調(diào)光器的電路，分為兩類AC/ DC轉(zhuǎn)換和DC/ DC轉(zhuǎn)換兩類，又根據(jù)驅(qū)動原理的不同，可以分為線性驅(qū)動電路和開關(guān)驅(qū)動電路。

在您設(shè)計車身照明系統(tǒng)時，是否也曾被散熱和離板設(shè)計等問題困擾?TI最新推出的C位產(chǎn)品TPS92633-Q1將為您帶來變革式的解決方案。如下圖所示，TPS92633-Q1一方面采用外部分流電阻來分擔(dān)熱量，另一方面支持off board binning resistor，這使得離板設(shè)計變得更加容易，極大地解放了生產(chǎn)線端的壓力。此外，該新產(chǎn)品還支持4.5V-40V的電壓輸入范圍和三個通道輸出，每個通道的輸出電流高達150mA。

TPS92633-Q1 原理圖

更好的散熱性能: 外部分流電阻

在尾燈模塊的設(shè)計中，線性驅(qū)動芯片在散熱上的短板使其通常無法支持很高的功率。為了防止出現(xiàn)“芯片過熱”或“系統(tǒng)過熱”，設(shè)計者通常只能依靠成本較高的大面積散熱設(shè)計來實現(xiàn)所需的輸出功率。

TPS92633-Q1的亮點之一就是搭載了可以分擔(dān)熱量的外部分流電阻，在改善散熱性能的同時減少了系統(tǒng)BOM成本。

分流電阻工作原理

當(dāng)輸入電壓較低且接近LED所需的正向壓降時，默認(rèn)的電流源通道(綠色線路)輸出電流。 當(dāng)輸入電壓高于LED所需的正向壓降時，另外一路電阻通路(紅色線路)也同時打開，分擔(dān)電流和功耗。

輸入電壓 VS. 輸出電流

不同輸入電壓下的輸出電流與功耗對比如下圖所示。Itotal是流向LED的總電流，等于流經(jīng)OUT引腳和Rres引腳的電流之和。 下圖中黑線為系統(tǒng)總功耗，等于芯片和電阻的功耗之和。我們可以看到，借助Rres的分流，芯片本身的功耗明顯降低，從而有效控制了熱量的產(chǎn)生。

輸入電壓 VS. 功耗

TPS92633-Q1的熱測試結(jié)果如下圖所示。通常，乘用車電池的電壓范圍為9V至16V，汽車尾燈的環(huán)境溫度最高為85°C。 我們在這些條件下進行了模擬測試，當(dāng)Vin為16V時，TPS92633-Q1借助分流電阻來分擔(dān)系統(tǒng)的熱量，可以支持最高450mA的電流，而沒有分流電阻的對照芯片在相同的環(huán)境溫度下則會直接觸發(fā)熱關(guān)斷保護。

熱測試對比結(jié)果

更便捷、低成本的方案: Off-board Binning Resistor.

在進行離板設(shè)計時，由于LED生產(chǎn)工藝的限制，必須將LED板與芯片板匹配來統(tǒng)一LED的亮度，這往往是比較繁瑣但又無法省略的一個步驟。哪怕是在同一批次的LED產(chǎn)品中，也會存在不同的bins。用戶在購買了整批LED后，仍需要通過binning resistor來設(shè)置不同bins LED的電流來統(tǒng)一亮度。

現(xiàn)有的解決方案如下圖所示，考慮到芯片抗擾性，binning resistor必須與驅(qū)動芯片放在同一塊板上，那么也就必須為不同的驅(qū)動芯片板設(shè)計不同的binning resistor。 為了將LED板與驅(qū)動芯片板匹配，我們需要使用條碼或二維碼進行識別，這大大增加了設(shè)計復(fù)雜度與制造成本開銷。

現(xiàn)有方案：Binning resistors與驅(qū)動芯片在同一塊板上

TPS92633-Q1的另一亮點就是其ICTRL引腳支持off-board binning resistor，這一設(shè)計完美地解決了上述難題。如下圖所示，我們在制造過程中可以直接將binning resistor放置在LED板上，這樣只需要設(shè)計一種驅(qū)動芯片板即可匹配所有bins的LED板，大大降低了制造成本。

TPS92633-Q1方案：off-board binning resistor

除了支持off-board binning resistor之外，TPS92633-Q1還支持通過在ICTRL引腳連接NTC來實現(xiàn)thermal derating。當(dāng)溫度升高時NTC阻值會減小，RICTRL上的電壓會降低，從而降低輸出電流以進行過熱保護，下圖為測試結(jié)果。

溫度 VS. 輸出電流

LED驅(qū)動器(LED Driver)，是指驅(qū)動LED發(fā)光或LED模塊組件正常工作的電源調(diào)整電子器件。由于LED PN結(jié)的導(dǎo)通特性決定，它能適應(yīng)的電源電壓和電流變動范圍十分狹窄，稍許偏離就可能無法點亮LED或者發(fā)光效率嚴(yán)重降低，或者縮短使用壽命甚至燒毀芯片?，F(xiàn)行的工頻電源和常見的電池電源均不適合直接供給LED，LED驅(qū)動器就是這種可以驅(qū)使LED在最佳電壓或電流狀態(tài)下工作的電子組件。

開關(guān)型驅(qū)動可以獲得良好的電流控制精度和較高的總體效率，應(yīng)用方式主要分為降壓式和升壓式兩大類。降壓式開關(guān)驅(qū)動是針對電源電壓高于LED的端電壓或者是多個LED采用并聯(lián)驅(qū)動情況下的應(yīng)用。升壓式開關(guān)驅(qū)動是針對電源電壓低于LED的端電壓或者是多個LED采用串聯(lián)驅(qū)動情況下的應(yīng)用。

一般認(rèn)為，隔離型驅(qū)動安全但效率較低，非隔離型驅(qū)動效率較高，應(yīng)按實際使用的要求來選?！　∧壳霸O(shè)計一般的基本LED驅(qū)動器照明應(yīng)用相對較簡單,但是如果還需要其它功能如相位控制調(diào)光和功率因子校正(PFC)，設(shè)計就變得復(fù)雜。無功率因子校正功能的非調(diào)光LED驅(qū)動器通常包含一個離線式開關(guān)電源，用于恒定電流下調(diào)節(jié)輸出。

LED驅(qū)動器的后端架構(gòu)包含一個具有短路保護功能的電流調(diào)節(jié)電路。可以利用線性調(diào)節(jié)電路達到這一目的，然而這種方法本身效率低下,因此適用低輸出電流，通常不會應(yīng)用到多級架構(gòu)中去。替代方法是使用簡單的、具有電流回饋功能的降壓穩(wěn)壓器電路，以便限制了輸出電流超過期望的LED驅(qū)動電流。其抵消了總LED正向電壓隨溫度和器件容差的變化，還限制了出現(xiàn)短路或其它故障條件時的電流，從而能夠保護驅(qū)動器免遭損壞 。

LED驅(qū)動芯片，實際上是個PWM控制芯片，在組成電路正常工作后，通過檢測電阻上LED的電流而得到的電壓反饋到芯片，控制內(nèi)部的PWM占空比，以適應(yīng)LED自身特性變化而引起的電流、電壓波動，使LED得到的電流保持恒定。

LED驅(qū)動電源是把電源供應(yīng)轉(zhuǎn)換為特定的電壓電流以驅(qū)動LED發(fā)光的電壓轉(zhuǎn)換器，通常情況下：LED驅(qū)動電源的輸入包括高壓工頻交流(即市電)、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流(如電子變壓器的輸出)等。而LED驅(qū)動電源的輸出則大多數(shù)為可隨LED正向壓降值變化而改變電壓的恒定電流源。