汽車電子系統(tǒng)之使用串聯(lián)LED和升壓/降壓穩(wěn)壓器組合的RCL示例

LED在生活之中處處可見，下面來說一說汽車電子系統(tǒng)之使用串聯(lián)LED和升壓/降壓穩(wěn)壓器組合的RCL示例。

在并聯(lián)燈組陣列中，配置 LED通過允許LED功率級在12V~14V軌道下直接運行，極大地簡化系統(tǒng)設(shè)計，但并聯(lián)/串聯(lián)組合也同樣具有一些缺點。在查看LED制造商數(shù)據(jù)表時，可以注意到兩個重要的事實：LED的光輸出與流經(jīng)的電流成正比，LED的動態(tài)電阻隨著VF而變化。制造商按VF、光通量和顏色(或色溫)對LED分級。例如，典型的VF級別可能包含范圍從3.27V到3.51V(25℃時)的LED，所有級別的整個范圍可以從2.8V到4.2V。由于LED制造商通常向客戶銷售多個級別的LED，關(guān)注成本的設(shè)計師依賴所有LED都具有緊密VF分布是不實際的。

下例顯示了VF變化的影響。在實驗中，使用下圖所示兩種設(shè)置收集數(shù)據(jù)。一種設(shè)置用于4個LED(每個LED都具有專門的電流源)，另一種設(shè)置用于并聯(lián)的4個LED(共享一個電流源)。表1所示數(shù)據(jù)在 25℃加電后5秒內(nèi)測得，以最大限度降低LED自發(fā)熱的影響。

實驗性設(shè)置

多電流源設(shè)置(左)和單電流源設(shè)置(右)的數(shù)據(jù)

從這些數(shù)據(jù)可以明顯看出LEDVF變化在并聯(lián)運行時將導(dǎo)致不均勻電流分布。即使對于分級的LED，也可以看到類似的影響，并聯(lián)陣列中各串聯(lián)燈組的電流分布不均。改進(jìn)并聯(lián)燈組間電流分布的一種方式是向各燈組增加鎮(zhèn)流電阻器。這有助于使電流分布均勻化，但存在的主要問題是由于鎮(zhèn)流電阻器的功耗而降低了效率。

根據(jù)具體的設(shè)計，上述問題的影響可能可以忽略。但是，如果系統(tǒng)設(shè)計師對上述影響存有顧慮，可以采用單個串聯(lián)燈組作為首選拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在這種解決方法中，仍可以使用LM3406等部件，但將增大系統(tǒng)復(fù)雜性，因為需要新前端部件用于傳輸超出12V~14V的電源電壓為LED驅(qū)動器供電。然后，LED驅(qū)動器降低此新電壓，為單個LED燈組供電。這可以通過在直流電源和LM3406 之間增加升壓DC/DC功率級輕松實現(xiàn)，如下圖所示。通過此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，串聯(lián)燈組中的所有LED均具有相同的電流，無論各LED的VF值是多少。

升壓和降壓組合

還需要注意的一個問題是為什么應(yīng)包含降壓功率級，而不是直接使用升壓穩(wěn)壓器運行LED。這兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之間的重要區(qū)別是輸出電容器：升壓穩(wěn)壓器需要輸出電容器，而降壓穩(wěn)壓器可以使用或不使用輸出電容器操作。如果設(shè)置中使用輸出電容器，即使在穩(wěn)壓器已進(jìn)入調(diào)光模式并停止向LED供電后，仍可以為LED輸送電流一段時間。因此，在LED輸出實際停止前，還需要額外的時間使輸出電容器放電。在LED組中使用串聯(lián)開關(guān)仍可以實現(xiàn)有效調(diào)光，但這需要附加的調(diào)光FET以及更復(fù)雜的驅(qū)動器集成電路和/或增加外部部件。

除了調(diào)光復(fù)雜性以外，升壓穩(wěn)壓器還存在其他LED驅(qū)動難題。升壓穩(wěn)壓器本身無法保護(hù)LED免受負(fù)載突降時產(chǎn)生的高線路電壓影響。在升壓/降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，降壓穩(wěn)壓器可以承受高電壓，而不會發(fā)生損壞甚至中斷正常工作。升壓穩(wěn)壓器還易受到開路(使VO的上升不受約束)和短路(在VO低于VIN時，IO失去控制)影響。最后，由于輸出電流是關(guān)于升壓轉(zhuǎn)換器占空比的函數(shù)，因此必須感應(yīng)電感器電流和LED電流，這也導(dǎo)致了驅(qū)動器的復(fù)雜性增加。

以上就是汽車電子系統(tǒng)之使用串聯(lián)LED和升壓/降壓穩(wěn)壓器組合的RCL示例，需要開發(fā)人員多做設(shè)計，積累經(jīng)驗。