引言

　　根據(jù)StrategiesUnlimited公司的數(shù)據(jù)（參見(jiàn)圖1），2012年，高亮度（HB）LED的市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到120億美元，到2015年，該市場(chǎng)將增長(zhǎng)到202億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為30.6%。目前，用來(lái)給顯示器進(jìn)行背光照明的LED是這種前所未有的增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力。應(yīng)用包括高清電視機(jī)（HDTV）、汽車(chē)顯示器和大量手持式設(shè)備。為了保持這種令人驚嘆的增長(zhǎng)率，LED不僅必須提供增強(qiáng)的可靠性、更低的功耗和更小/更扁平的外形尺寸，而且必須實(shí)現(xiàn)對(duì)比度、畫(huà)面清晰度和色彩準(zhǔn)確的明顯改進(jìn)。此外，汽車(chē)、航空電子設(shè)備和航海電子產(chǎn)品的顯示器必須最大限度地實(shí)現(xiàn)所有這些改進(jìn)，同時(shí)能接受從明亮的太陽(yáng)光到?jīng)]有月亮的夜晚等多種環(huán)境照明條件。這些由晶體管液晶顯示器（TFT-LCD）實(shí)現(xiàn)的顯示應(yīng)用包括信息娛樂(lè)系統(tǒng)、計(jì)量表和種類(lèi)繁多的儀表顯示器。用LED對(duì)這些顯示器進(jìn)行背光照明引起了一些獨(dú)特的LEDIC驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，因?yàn)橐诙喾N環(huán)境照明條件下優(yōu)化顯示器的可讀性。這要求LED驅(qū)動(dòng)器能提供非常寬的調(diào)光比和高效率轉(zhuǎn)換，同時(shí)能承受汽車(chē)中相對(duì)苛刻的電及物理環(huán)境的嚴(yán)酷性。最后，這些解決方案必須提供非常扁平、緊湊的占板面積，同時(shí)提高性?xún)r(jià)比。

　　圖1：高亮度LED市場(chǎng)預(yù)測(cè)（Source：StrategiesUnlimited）

　　怎樣才能支持汽車(chē)照明市場(chǎng)如此令人驚嘆的增長(zhǎng)潛力？首先，在產(chǎn)生光方面，LED的效率是白熾燈的10倍，同時(shí)幾乎是熒光燈的兩倍，包括冷陰極熒光燈（CCFL），因此降低了提供給定量光輸出（以流明為單位來(lái)衡量）所需的電功率。隨著LED進(jìn)一步發(fā)展，其有效性或從電功率產(chǎn)生光流明的能力只會(huì)繼續(xù)提高。其次，我們身處于一個(gè)關(guān)注環(huán)境的世界，采用LED照明時(shí)是不需要處理、接觸和清除CCFL/熒光燈中常見(jiàn)的有毒水銀蒸氣。最后，白熾燈大約每 1，000小時(shí)就需要更換，而熒光燈可持續(xù)使用1萬(wàn)小時(shí)，相比之下，LED的壽命超過(guò)10萬(wàn)小時(shí)。在大多數(shù)應(yīng)用中，這允許LED永久嵌入到最終應(yīng)用中。就汽車(chē)儀表/導(dǎo)航/信息娛樂(lè)系統(tǒng)控制板的背光照明而言，這一點(diǎn)尤其重要，這些控制板嵌入到汽車(chē)內(nèi)部，因?yàn)樵谄?chē)壽命期內(nèi)，它們將永遠(yuǎn)不需要更換。此外，LED比其他照明燈小和扁平幾個(gè)位數(shù)級(jí)，因此LCD平板顯示器可以非常薄，需要最低限度的汽車(chē)內(nèi)部空間。還有，通過(guò)使用紅、綠和藍(lán)光LED配置，可以提供無(wú)限多種顏色光。LED還能以比人眼可檢測(cè)到的速度快得多的速度調(diào)光以及接通/斷開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)了LCD顯示器背光照明的顯著改進(jìn)，同時(shí)允許極高的對(duì)比度和高分辨率。

　　汽車(chē)照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)師面臨的最大挑戰(zhàn)之一是，怎樣優(yōu)化最新一代LED的所有優(yōu)勢(shì)。因?yàn)長(zhǎng)ED一般需要準(zhǔn)確和高效率的DC電流源及調(diào)光方法，所以LED驅(qū)動(dòng)器IC必須設(shè)計(jì)為在多種條件下滿足這些要求。電源解決方案在功能和可靠性方面必須是高效率和可信賴(lài)，同時(shí)又非常緊湊和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。按理，就驅(qū)動(dòng)LED而言，要求最苛刻的應(yīng)用之一將會(huì)是汽車(chē)信息娛樂(lè)系統(tǒng)和儀表板TFT-LCD背光照明應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兲幱趪?yán)酷的汽車(chē)電環(huán)境中，必須補(bǔ)償范圍很寬的環(huán)境照明條件變化，而且必須能放入非常受限的空間中，必須做到所有這一切的同時(shí)，還要保持富有吸引力的成本結(jié)構(gòu)。

　　汽車(chē)LED背光照明

　　諸如尺寸小、壽命極長(zhǎng)、功耗低和調(diào)光能力增強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)已經(jīng)導(dǎo)致LEDTFT-LCD背光照明在今天的汽車(chē)、卡車(chē)、火車(chē)、飛機(jī)和輪船中得到了廣泛采用。 LED背光照明主要是從信息娛樂(lè)系統(tǒng)開(kāi)始的，這類(lèi)系統(tǒng)一般有一個(gè)LCD顯示屏，安裝在儀表板中央某個(gè)部位，以便駕駛員和乘客都能非常容易地看到它們的位置、執(zhí)行音頻調(diào)諧和其他各種任務(wù)。很多新出現(xiàn)的汽車(chē)設(shè)計(jì)都利用單個(gè)儀表板，以對(duì)方便駕駛員實(shí)施控制的所有顯示儀表進(jìn)行背光照明，如圖2所示。對(duì)儀表板的 LED背光照明常常是與信息娛樂(lè)系統(tǒng)共用的，從而非常容易讀取控制板上的數(shù)字。類(lèi)似地，包括轎車(chē)和火車(chē)在內(nèi)的很多車(chē)輛以及還有安裝在飛機(jī)座椅背后的LCD 顯示器，可供乘客看電影、玩視頻游戲等等。歷史上，這類(lèi)顯示器一直使用CCFL背光照明，不過(guò)用非常扁平的白光LED陣列替換相對(duì)較大的CCFL燈，以提供更準(zhǔn)確和可調(diào)節(jié)的背光照明以及能超過(guò)車(chē)輛或飛機(jī)壽命的工作壽命，這已經(jīng)變得越來(lái)越常見(jiàn)了。

　　圖2：LED背光照明儀表板

　　在這類(lèi)環(huán)境中采用LED有幾種積極的意義。首先，LED永遠(yuǎn)不需要更換，因?yàn)樗鼈兊目煽繅勖^(guò)10萬(wàn)小時(shí)（11.5年的使用年限），已經(jīng)超過(guò)了車(chē)輛壽命。這允許汽車(chē)制造商將LED永久性地嵌入到車(chē)內(nèi)背光照明系統(tǒng)中，而不需要為更換留有余地。因?yàn)長(zhǎng)ED照明系統(tǒng)不需要CCFL燈那么大的深度或面積，所以款式也可以顯著改變。另外，在從輸入電功率提供光輸出（以流明為單位）方面，LED一般比白熾燈的效率高。這有兩種積極作用。首先，LED從汽車(chē)總線泄漏較少的電功率，而且同樣重要的是，LED減少了需要在顯示器中散發(fā)的熱量，從而無(wú)需笨重、昂貴的散熱器。

　　LED背光照明的另一個(gè)重要好處是，高性能LED驅(qū)動(dòng)器IC提供的寬調(diào)光比能力。由于汽車(chē)內(nèi)部經(jīng)受著范圍非常寬的環(huán)境照明條件變化，包括從太陽(yáng)光直射到完全黑暗之間的每一種變化，而人眼對(duì)光輸出中的微小擾動(dòng)又非常敏感，顯示屏需要相應(yīng)地調(diào)暗或調(diào)亮，因此首要的是，LED背光照明系統(tǒng)能提供從1，000:1到高達(dá)30，000:1的非常寬調(diào)光比。采用合適的LED驅(qū)動(dòng)器IC，這類(lèi)寬調(diào)光比相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)，而用CCFL背光照明則是不可能的。圖3顯示了一個(gè)LED背光照明儀表板和共享LED 背光照明的信息娛樂(lè)系統(tǒng)顯示屏。

　　圖3：LED背光照明儀表板和導(dǎo)航顯示器

　　汽車(chē)LED照明設(shè)計(jì)參數(shù)

　　為了確保最佳性能和長(zhǎng)工作壽命，LED需要有效的驅(qū)動(dòng)電路。這類(lèi)驅(qū)動(dòng)器IC必須能靠條件相當(dāng)苛刻的汽車(chē)電源總線工作，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、空間利用效率高。為了保持長(zhǎng)工作壽命，首要的是，不要超過(guò)LED的電流和溫度限制。

　　汽車(chē)行業(yè)的主要挑戰(zhàn)之一是，克服汽車(chē)電源總線上嚴(yán)酷的電環(huán)境。這些主要挑戰(zhàn)是稱(chēng)為負(fù)載突降和冷車(chē)發(fā)動(dòng)的瞬態(tài)情況。負(fù)載突降指的是，電池電纜斷接同時(shí)交流發(fā)電機(jī)仍然在給電池充電的情況。當(dāng)電池電纜連接不牢固而汽車(chē)正在運(yùn)行時(shí)，或當(dāng)電池電纜斷開(kāi)而汽車(chē)正在行駛時(shí)，可能發(fā)生這種情況。電池電纜這種突然斷接能產(chǎn)生高達(dá)40V的瞬態(tài)電壓尖峰，因?yàn)榻涣靼l(fā)電機(jī)正在嘗試給已經(jīng)不存在的電池充滿電。交流發(fā)電機(jī)上的瞬態(tài)電壓抑制器通常將總線電壓箝位到大約36V，并吸收大部分電流浪涌；不過(guò)交流發(fā)電機(jī)下游的DC/DC轉(zhuǎn)換器要承受這36V至40V的瞬態(tài)電壓尖峰。這些轉(zhuǎn)換器要求不被損壞，并在這種瞬態(tài)事件發(fā)生時(shí)調(diào)節(jié)輸出電壓。有各種不同的保護(hù)電路可供選擇，通常是瞬態(tài)電壓抑制器，瞬態(tài)電壓抑制器可以在外部采用，不過(guò)增加了成本和重量，并占用空間。

　　“冷車(chē)發(fā)動(dòng)”指的是，當(dāng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)承受寒冷或冰凍溫度一段時(shí)間時(shí)發(fā)生的情況。發(fā)動(dòng)機(jī)油變得極度黏滯，需要發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器提供更大的扭矩，這反過(guò)來(lái)又從電池吸取更大的電流。這種大電流負(fù)載在點(diǎn)火時(shí)可能將電池/主總線電壓拉低至6V，之后負(fù)載通常返回標(biāo)稱(chēng)的12V。

　　幸運(yùn)的是，對(duì)這些問(wèn)題已經(jīng)有了解決方案，那就是凌力爾特公司的LT3760，該器件能在這兩種情況出現(xiàn)時(shí)不被損壞，并調(diào)節(jié)一個(gè)固定輸出電壓。 LT37606V至40V的輸入電壓范圍使其非常適用于汽車(chē)環(huán)境。甚至當(dāng)VIN大于VOUT（這種情況可能在40V瞬態(tài)時(shí)發(fā)生）時(shí)，LT3760仍將調(diào)節(jié)所需的LED電流。

　　由于大多數(shù)汽車(chē)LCD背光照明應(yīng)用都需要20W至35W的LED功率，所以LT3760設(shè)計(jì)為滿足這些需求。該器件可以將汽車(chē)總線電壓（6V至18V/標(biāo)稱(chēng)12V）升高至44V，以驅(qū)動(dòng)8個(gè)并聯(lián)LED串（每串含有10個(gè)80mA的串聯(lián)LED）。圖4顯示了LT3760 驅(qū)動(dòng)8個(gè)并聯(lián)LED串的原理圖，每串由10個(gè)80mA的LED組成，總功率為28W。

　　圖4：采用LT3760、效率為90%的28WLED背光照明電路

　　LT3760采用自適應(yīng)反饋環(huán)路設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)輸出電壓以使其略高于LED串的最高電壓。這最大限度地減小了通過(guò)鎮(zhèn)流電路損失的功率，并幫助優(yōu)化了效率。圖2中的電路提供高于90%的效率。這很重要，因?yàn)橄巳魏紊嵝枨?，從而?shí)現(xiàn)了占板面積非常緊湊的扁平解決方案。就驅(qū)動(dòng)LED陣列而言，同樣重要的是，提供準(zhǔn)確的電流匹配，以確保在整個(gè)儀表板上保持背光照明亮度一致。LT3760在-40度至125度的溫度范圍內(nèi)保證LED電流變化不到±2%，而且正如在圖5中能看到的那樣，它的典型值較接近±0.5%。

　　圖5：圖4中的LED電流匹配

　　LT3760采用固定頻率、恒定電流升壓型控制器拓?fù)洹Ｔ撈骷捎脝蝹€(gè)60V外部N溝道MOSFET，能驅(qū)動(dòng)8串由多達(dá)10個(gè)100mA串聯(lián)連接LED組成的LED串。其開(kāi)關(guān)頻率是可編程的，并可在100kHz至1MHz范圍內(nèi)同步，從而使其能提供最佳效率，同時(shí)最大限度地減小外部組件尺寸。其設(shè)計(jì)還使該器件能運(yùn)行4串 200mA的LED串或甚至兩串400mA的LED串。每個(gè)LED串能使用同樣數(shù)量的LED，或能以每串不同數(shù)量的LED非對(duì)稱(chēng)地運(yùn)行。

　　LT3760以高達(dá)3，000:1的調(diào)光比和通過(guò)控制引腳的模擬調(diào)光（提供高達(dá)25:1的調(diào)光比）提供直接PWM。在需要高達(dá)30，000:1調(diào)光比的應(yīng)用中，這兩種調(diào)光功能可以結(jié)合起來(lái)，以達(dá)到所需調(diào)光比。似乎隨著汽車(chē)顯示器技術(shù)的完善，大多數(shù)制造商都更喜歡使用較高的LED電流（50mA至 100mA），以使顯示器在明亮的環(huán)境照明條件下更可讀，同時(shí)更喜歡使用較大的調(diào)光比，以補(bǔ)償不斷變化的環(huán)境照明條件。

　　此外，LT3760有集成的保護(hù)功能，包括開(kāi)路和短路保護(hù)以及一個(gè)/FAULT診斷引腳。例如，如果一個(gè)或多個(gè)LED串開(kāi)路，那么LT3760就會(huì)調(diào)節(jié)其余的LED串，并將/FAULT引腳設(shè)定為高。如果所有LED串都處于開(kāi)路狀態(tài)，那么該器件仍會(huì)調(diào)節(jié)輸出電壓，而且在兩種情況下，都會(huì)將/FAULT引腳設(shè)定為高。類(lèi)似地，如果在VOUT和任何LED引腳之間發(fā)生短路，那么LT3760就立即斷開(kāi)該通道，并繼續(xù)調(diào)節(jié)其余通道。停用該通道可保護(hù)LT3760不受大功率熱耗散的影響，并確?？煽抗ぷ鳌榱藢?shí)現(xiàn)額外的LED保護(hù)，LT3760的CTRL引腳允許通過(guò)LED串的環(huán)境溫度設(shè)定LED電流降額曲線。一個(gè)放置在靠近LED處的NTC電阻器隨著溫度升高降低CTRL引腳電壓，從而降低了LED電流。其他優(yōu)化可讀性的特點(diǎn)包括停機(jī)時(shí)輸出斷接、可編程欠壓閉鎖、微功率停機(jī)和內(nèi)部軟啟動(dòng)。

　　結(jié)論

　　對(duì)更高性能和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠性永不滿足的需求驅(qū)動(dòng)著 LED背光照明應(yīng)用在汽車(chē)顯示器中的持續(xù)加速。這些需求必須由新的LED驅(qū)動(dòng)器IC來(lái)滿足。結(jié)果，這些LED驅(qū)動(dòng)器必須提供恒定電流，以不管輸入電壓或 LED正向電壓如何變化都保持一致的亮度，必須以高效率工作，必須提供非常寬的調(diào)光比，且必須有各種保護(hù)功能以提高系統(tǒng)可靠性。當(dāng)然，這些LED驅(qū)動(dòng)器電路還必須提供占板面積非常緊湊、扁平和熱效率高的解決方案。幸運(yùn)的是，凌力爾特公司在不斷重新定義LED驅(qū)動(dòng)器系列，以用面向顯示器應(yīng)用的LT3760等高亮度LED驅(qū)動(dòng)器IC迎頭客服這些苛刻的挑戰(zhàn)。此外，凌力爾特公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一個(gè)完整、專(zhuān)門(mén)針對(duì)汽車(chē)應(yīng)用的大電流LED驅(qū)動(dòng)器IC系列，涵蓋從LCD 背光照明到轉(zhuǎn)向指示信號(hào)燈以及先進(jìn)的前向照明前燈等各種應(yīng)用。隨著汽車(chē)照明系統(tǒng)繼續(xù)需要更高性能的LED驅(qū)動(dòng)器，設(shè)計(jì)師們也將有滿足需求的IC解決方案。