Драйвера светодиодов на интегральных микросхемах для автомобильной промышленности должны соответствовать многим требованиям. Он должен быть гибким и реализовывать несколько функций, таких как дальний свет, ближний свет, противотуманные фары, дневные ходовые огни (DRL), габаритные огни и сигналы поворота (рисунок ниже). Он должен иметь высокий коэффициент затемнения в таких приложениях, как дисплеи на лобовом стекле (проекционные дисплеи)(HUD), чтобы создавать четкое изображение при ярком солнечном свете и приглушенное изображение, которое не затеняет обзор водителя ночью. Кроме того, он должен быть достаточно надежным, чтобы выдерживать кратковременные броски высокого напряжения, создаваемые автомобильным аккумулятором.
Интенсивность тока должна быть очень точной, так как она контролирует цвет светодиода. Частота затемнения ШИМ должна быть выше 100 Гц, чтобы ее не обнаруживал человеческий глаз. Высокая и хорошо контролируемая частота переключения ШИМ выше полосы частот AM необходима для уменьшения радиочастотных помех (RFI). Модуляция с расширенным спектром также необходима для соответствия стандартам электромагнитных помех (EMI). Наконец, высокая эффективность помогает уменьшить тепловыделение и повышает надежность автомобильной системы.
В этой статье мы рассмотрим необходимые функции для автомобильных драйверов светодиодов для безопасного взаимодействия с автомобильным аккумулятором, обеспечивая при этом высокую производительность в гибкой архитектуре для удобства повторного использования во многих других приложениях.
Питание светодиодного драйвера
Напряжение питания светодиодный источник получает от автомобильного аккумулятора и обычно составляет 12 В, но при полностью заряженном аккумуляторе оно может достигать 16 В. Автомобили испытывают большие падения напряжения при запуске двигателя, поэтому нижний предел для источника питания может составлять 6 В или ниже.
Если автомобильный аккумулятор случайно отключился от генератора во время зарядки, возникает скачок напряжения до 120 В. Этот скачок напряжения ограничивается ограничителем переходного напряжения (TVS), диапазон которого на зажимах должен быть выше максимального напряжения аккумулятора (16 В) и ниже напряжения пробоя входного стабилизатора напряжения (например, 36 В).
Диод защиты от включения обратной полярности также необходим для защиты системы от случайного изменения полярности батареи, когда аккумулятор отсоединяется и повторно подключается во время технического обслуживания.
На рисунке ниже показана типичная схема защиты и регулирования внешнего интерфейса при взаимодействии с аккумулятором.
Диммирование
Диммирование — это повсеместная функция во многих автомобильных осветительных приборах и важная функция безопасности для светодиодных фар. Человеческий глаз едва может обнаружить свет, уменьшающий яркость от 100% до 50%. Затемнение должно уменьшиться как минимум до 1% или менее, чтобы быть отчетливо различимым.
В частности, экранные дисплеи (рисунок ниже) нуждаются в высоком коэффициенте затемнения, чтобы получить четкое изображение при ярком солнечном свете и приглушенное изображение, которое не затеняет обзор водителю ночью. Учитывая это, неудивительно, что затемнение задается соотношением 5000: 1 или выше. Учитывая, что человеческий глаз в надлежащих условиях может воспринимать один фотон, этой функции практически нет предела.
Поскольку ток должен оставаться постоянным, чтобы сохранить цвет, лучшей стратегией диммирования для светодиодов является широтно-импульсная модуляция (ШИМ), где интенсивность света модулируется с помощью среза тока по времени (импульсная подача тока), а не путем изменения амплитуды. Частота ШИМ должна быть выше 100 Гц, чтобы светодиод не мерцал.
При уменьшении яркости ШИМ, предел минимального времени включения / выключения светодиода — это время, необходимое для увеличения / уменьшения тока в индукторе импульсного стабилизатора. Это может добавить до десятков микросекунд времени отклика, что слишком медленно для приложений кластеров светодиодных фар, которые требуют быстрых и сложных схем затемнения. Диммирование в этом случае может быть выполнено только путем индивидуального включения / выключения каждого светодиода в строке с помощью специальных переключателей MOSFET. Задача для контура управления током состоит в том, чтобы быть достаточно быстрым и быстро восстанавливаться после переходного напряжения на выходе из-за включения и выключения диодов.
Основная система фар
Базовая архитектура системы фар, которая может вместить серию светодиодов, использует boot преобразователь. В микросхеме контроллера повышенного напряжения, показанной на рисунок ниже, один из трех контуров обратной связи (CURRENT LOOP) обеспечивает жесткий контроль выходного тока. Два других контура обратной связи обеспечивают защиту от перенапряжения (OVP LOOP) и защиту от перегрузки по току (OCP LOOP) для цепи из 12 диодов с напряжением питания 42 В (3,5 В на светодиод).
Помимо контроля тока и напряжения, интегральная схема контроллера должна быть оснащена всеми ранее упомянутыми функциями (затемнение, расширенный спектр освещения и так далее). Датчик тока высокого напряжения (через резисторы RS) необходим для защиты светодиодной системы в случае короткого замыкания с выходом на землю или на вход аккумулятора.
Гибкая архитектура светодиодного контроллера
В идеале, светодиодный контроллер должен иметь гибкую архитектуру, которая поддерживает несколько конфигураций, которые могут реализовывать различные функции. Мы обсудили boost конфигурацию, но мы должны также рассмотреть buck-boost конфигурацию. Конфигурация с режимом пониженного усиления (buck-boost) необходима, если диодная цепочка короткая, например, два или три светодиода (7 В или 10,5 В) против напряжения батареи, которое может варьироваться от менее 6 В (холодный пуск двигателя) до 16 В.
Если проблема заключается в изоляции ввода-вывода, то правильным решением может быть преобразователь SEPIC (прерывистый выходной ток) или Ćuk (непрерывный выходной ток). Один контроллер, поддерживающий множество архитектур, обладает явными преимуществами экономии масштаба и простоты повторного использования.
Контроллер с высоким коэффициентом затемнения
Например, одноканальный светодиодный драйвер высокой яркости (HB), показанный на рисунке ниже, используется для автомобильных передних фар (дальний свет, ближний свет, дневные ходовые огни), указатель поворота, противотуманные фары и другие светодиодные фонари. Он может принимать входное напряжение от 5 В до 36 В и управлять цепочкой светодиодов с максимальным выходным напряжением 65 В.
Микросхема драйвера светодиодов на 36 В предлагает очень гибкие схемы для управления светодиодами, позволяя использовать boost конфигурации, high-side buck, режим SEPIC или buck-boost режим. Вход ШИМ обеспечивает соотношение яркости светодиодов до 5000: 1, а вход REFI предлагает дополнительные возможности аналогового затемнения. Встроенная в интегральную схему модуляция расширения спектра улучшает характеристики электромагнитной совместимости. Кроме того, устройство может использоваться в конфигурациях дзета-преобразователей и Ćuk.
Для высокоэффективных приложений частота переключения установлена на 350 кГц в версии A. Для приложений, предпочитающих небольшие пассивы и малый размер печатной платы, частота версии B установлена на 2,2 МГц. Микросхема размещена в 4-х 4-мм 12-контактном корпусе SWTQFN-EP с открытой площадкой для максимального рассеивания.
Оставьте комментарий