中央高位剎車燈（CHMSL）是如何考慮散熱的？

CHMSL代表中央高位剎車燈，安裝在車輛左側(cè)和右側(cè)制動(dòng)車燈(也稱為剎車燈)的上方。根據(jù)美國(guó)國(guó)家高速公路交通安全管理局的規(guī)定，當(dāng)剎車系統(tǒng)工作時(shí)，CHMSL要向后方司機(jī)提供明顯確切的信息，告訴他們必須放慢車速。由于CHMSL安裝在左右剎車燈之外，因此也被稱為“第三剎車燈”。除了做制動(dòng)車燈功能之外，某些車輛(如皮卡車)還具有集成在CHMSL中的倒車燈。

使用分立組件的CHMSL安裝應(yīng)用

在現(xiàn)代車輛中，CHSMSL內(nèi)部的照明燈主要以發(fā)光二極管(LED)燈串為基礎(chǔ)。用晶體管電路驅(qū)動(dòng)CHMSL中的LED燈串。與開(kāi)關(guān)電路相反，CHMSL LED驅(qū)動(dòng)器電路通常是線性電路; 也就是說(shuō)，LED由晶體管工作在其線性區(qū)域的電路驅(qū)動(dòng)。

設(shè)計(jì)人員通常使用分立的電阻和低端雙極結(jié)型晶體管(BJT)來(lái)實(shí)現(xiàn)CHMSL模塊里基于分立元器件的LED驅(qū)動(dòng)器電路。圖1展示了一個(gè)用于CHMSL的分立LED驅(qū)動(dòng)電路例子。 在該電路中，CHMSL由兩個(gè)LED串組成，其中每個(gè)串都建立在兩個(gè)串聯(lián)的紅色LED之上。 BJT位于LED的下側(cè)。

散熱性的考慮

設(shè)計(jì)線性LED驅(qū)動(dòng)器電路時(shí)必須考慮散熱性能。電路設(shè)計(jì)和組件選擇必須確保組件不會(huì)達(dá)到造成損壞的溫度點(diǎn)。根據(jù)圖1的原理圖，你可以看到隨著電源電壓的增加，BJT和電阻兩端的電壓也增加，從而增加了這些組件的功耗。 更多的功耗意味著更高的溫度。 因此，在線性LED驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用中，控制輸入電壓范圍有助于解決大部分散熱問(wèn)題。

要分析圖1中的原理圖的散熱問(wèn)題，請(qǐng)思考一個(gè)實(shí)例，，CHMSL LED的總電流為90mA，因此每個(gè)LED串均以45mA電流驅(qū)動(dòng)。 使用16V電源電壓，由公式1計(jì)算得BJT上的最大壓降為9V：

公式2計(jì)算得BJT的最大功耗為0.81W：

假設(shè)最高工作環(huán)境溫度為85°C，并且在熱阻為80°C / W的小外形晶體管(SOT)-223封裝中使用BJT，則等式3計(jì)算的最大BJT結(jié)溫為：

該計(jì)算表明結(jié)溫非常接近標(biāo)準(zhǔn)最大允許結(jié)溫150°C。

為了提高電路的散熱性能，使用兩個(gè)并聯(lián)晶體管分散功耗，即使在最壞情況下，最高溫度也能保持在150°C以下，如公式4所示：

當(dāng)使用具有更高熱阻的不同BJT封裝類型時(shí)，需要更多的BJT來(lái)分配功耗。并聯(lián)晶體管的數(shù)量和尺寸主要基于LED電流和晶體管允許的最大功耗。

采用集成LED驅(qū)動(dòng)器IC的CHMSL安裝應(yīng)用

驅(qū)動(dòng)LED的另一種方式是使用特定的線性LED驅(qū)動(dòng)器集成電路(IC)，如德州儀器的TPS92610-Q1，如圖2所示。在這種IC驅(qū)動(dòng)器中，晶體管和晶體管驅(qū)動(dòng)器電路都集成在IC之內(nèi)。 晶體管仍在其線性區(qū)域內(nèi)工作。 由于所有組件都集成在IC內(nèi)部，因此您只需要IC和一個(gè)檢測(cè)電阻即可實(shí)現(xiàn)此解決方案。

圖2：TPS92610-Q1集成LED驅(qū)動(dòng)電路

再次考慮散熱性

讓我們來(lái)看看這種設(shè)計(jì)中的散熱性問(wèn)題。具體來(lái)講就是IC的結(jié)溫。在16V電源電壓下，公式5計(jì)算IC上最大壓降為11V：

假設(shè)IC具有相同的90mA電流，IC上的最大電壓降為11V，熱阻為52°C / W，則等式6計(jì)算最大結(jié)溫：

136.5°C遠(yuǎn)低于150°C的最大規(guī)定IC結(jié)溫。 因此，您只需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)器IC就可以操作示例中的CHMSL LED燈串。

集成解決方案的優(yōu)勢(shì)

集成解決方案的一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)是較分立解決方案的組件數(shù)量減少。減少電路板上元件的數(shù)量將會(huì)顯著降低空間需求。

另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是整個(gè)溫度范圍內(nèi)的電流調(diào)節(jié)精度。隨著LED的正向電壓隨溫度變化，驅(qū)動(dòng)器IC可以使IC中的電流保持恒定。 這與圖1所示的分立電路相反，它不能隨著溫度變化調(diào)節(jié)LED中的電流。

基于線性LED驅(qū)動(dòng)器IC解決方案的第三個(gè)優(yōu)勢(shì)是其具有診斷功能，可以檢測(cè)LED電路故障，如LED開(kāi)路和短路，并將故障通知駕駛員。

最后，當(dāng)考慮組件的數(shù)量和每個(gè)組件的成本時(shí)，圖2所示的應(yīng)用可能比圖1中的便宜。