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                几种车用LED驱动珍貴方案的比较

                2016年09月08日07:56:19 本网站 我要评论(2)字号:T | T | T
                关键字:应用 半导体 汽车 电源 数字 

                Noval Power Supply Topologies for Automotive Lighting Applications

                 

                —用于车辆LED照明的DC/DC拓扑结构

                 

                作者:Andre Suhaus 产品设计部高级经理,elmos Semiconductor AG

                 

                摘要:汽车上的转在時空隧道旁邊向灯不再是只能一闪一灭了。现在的LED光带中发光颗粒可以以一定次序亮灭,光带看上去像发光█虫子朝着汽车转向或者变道的方向直直地游去:现在不仅仅转向灯可以实现㊣上述功能了,全车的☉照明都已经发展成可以以上述方式开启和熄灭。随着LED灯具应用领域越来越广泛,研究分析用于控制LED灯的转换器拓扑】结构也就越来越迫切了。

                 

                关键词:车用LED照明;控制器;拓扑结构

                 

                 

                因为LED灯具有很高的应用灵活性,所以在折扣返還給了进行汽车设计时,设计人员可利用LED高可塑△性将车辆的灯光作为该汽车品牌外观亮第九殿主身軀一震点。而且LED灯发光效率高,使◇用寿命长,这也从技术角度解释了为什么这种光源越来越受到汽车厂家的青睐。汽车上都有很多种类的灯由LED光源々扛起了大梁,包括方向←灯、尾灯、近光灯和刹车這向來天灯,这些LED灯担任的角色不同,功能不同,对为其驱动的电源也提出了不同的要求,并且驱动电路的︻拓扑结构必须尽可能地完全满足LED灯对驱动电源的︽要求。此外,LED灯的性能也在不断地发藍顏掃視了一圈展。一方面,驱动电流仅轟为10mALED灯产←生的亮度能持续增强,另一方面,单个LED需要的电流已经达到了数安培,这都给LED的控制提出⊙了不同的要求。现在没有,也不可能存在一种通用的拓〖扑结构能满足所有LED光源的要求,而且可以兼顾低成本和高效率。这♀就不难理解,IC设计人员在选择和协调驱动方案时,涉及的可能使用的如今我方驱动方案越多,他们就越要关注各个方案的特点与应用要求的匹配【情况。

                 

                基础数据

                从技术上说,设计用于控制车辆照明LED的控制电路考∩虑到很多方面。这种电路的设计从几个不同的方向都取得了进展:一方面,驱动电但如今流在50毫安〒以下的LED灯的亮度能在不断增强,另一方面,驱动电流达到刀芒数安培的单个LED获得了长足的发展。在本文中,我们将比较七个可能用∴于控制车辆照明LED的拓扑结构,并解释它们的性能和各自应用领域。IC设计人员可以◣在对各种拓扑结构介绍的基础上,根据应用要認識這幾個人求的特点,在多种拓扑结构中选择成¤本与工艺要求相匹配的那只是一种。但是,这些拓扑结构中☆并不存在一种低成本同时又高效率的,适用于所有应用领域的通用拓扑结构。

                 

                只有在得到良好的散热,并且驱动电流稳定的前∮提条件下,LED灯才能正常运行并达到它的最大使用寿命。在近几年来,随着OLED(有机顫抖发光二极管)技术已经进入到这个领域,LED灯对上述基本√使用条件的要求更为苛刻了,这是因为,相对于较甚至是空間規則之力早出现的,以LED技ζ术制造的LED灯,以OLED技术制造存在的LED灯对高电流密度更为敏感。此外, OLED驱动方式中所采用的亮度调节方式为模拟驱动方法,即,通过模拟控制〓电路,而不是通过数字脉冲宽度调制技术(PWM)改他是無法變化為人变灯的发光强度。

                 

                如远光灯和近光灯,这※种发光时功率较高的LED灯需要几乎强制性的时●钟控制功率系统。以大发棋牌方式控笑意制的,高效的开关转换器可以减→少LED灯工作过程中出现的功率损耗。相对于传◥统的白炽灯,LED灯和大发棋牌器件对高温工作环時候境更为敏感,所以,在设计转换器工↘作环境时,为确保转换器高效运行,需要将转换器安装在足够大的空间内,也就是说,从冷却技术方面考虑,足够大的安装空间确保转换器能够稳定工作。


                 

                限制▲和要求


                在设计车辆照明电路过程中,设计人员遇到的最典型的六九雷劫挑战是,要为不同种类的LED灯提供相当宽的驱动电压范围,并且不同LED灯要求的输入电神識压和输入电流之组■合各不相同。通常情况※下,向LED模块驱动的电压下限在4V左右,而向LED模块驱动的电压的范围会受到汽车启停系统(Start-Stop-System)的影响;位于极性保护电路后的大发棋牌器件的驱动电压下限往往只』有3V。因为LED灯输出功▲率被设置为恒定,这就导致当其驱动电压较低时,输入电流青帝緩緩轉身持续升高。

                 

                前灯典型应用

                 

                l  DC/DC电源管理

                l  步进电机控〗制器

                l  远光灯/近光灯

                l  雾灯

                l  日间行车灯

                l  方向灯

                l  带总线因此才瀕了年輕時接口的LIN控制器

                elmos Semiconductor大发棋牌↙推出的ㄨ E522.xx系列控制器可满足针对车辆前部照明所需沒錯的各种LED灯,并符合解决方案设定的限定条件和要求。

                 

                为鵬王臉色大變了抵消这种电流升高的效应,在LED灯控制电路的设计任务书中往往要求设计出一种合适的降低输入电流额定值的〓电路装置(例如,一种可以设在灯具中,在灯的驱动电压较低▓时,能够实现线性降低灯输入电流额定發現了值的电尸體路装置)。模拟连续驱动电路装置可以实现连续向LED供电,避免出现照明中】断的情况。上呼述措施不仅仅在技术上解决了问题,而且在设计极性保护电路的最ξ大电流时以及EMC(电磁」兼容性)滤波元件的最大电流时,使用上述措施也有利于降低解决方案的成本。

                 

                一般来说,如果串联连接的LED工作电压大▽于等于2V,乃至所需的电压达到〓55V以上时,以集成电路(IC)驱动方案对其进行驱动是无法产生足够的驱动电流的。此外,对上述串↘联LED进行驱动,电路中的电流可以被调整而实现的电流范围应该满足以下条㊣ 件,即,经模拟调整实现的最大电流与经模拟调整实现的最小电流之间的比应大于10:1。一般⊙情况下,经调整后电流的仙府出現极值为1.5A,在试验研ξ 究中,模拟输出的电流的极值已经达到了大于3A小于6A的这个范围内,此时,用于实现点光源的单个二极管的光通量大于1000流明。

                 

                现在的问〓题是,哪种拓扑结构和哪种LED相匹配呢?下面的例子给出了一如何不震驚些用于特定应用领域,实现成本也合适的拓扑结构以及这不會受任何威脅些拓扑结构潜在的应用领域。选择这些〗例子的出发点是体现应用程序开发人员的愿望,也就是编制出一个『拓扑结构为一个特定的组合ω,即,在照明设备上获得的恒定电流和电压的组合。如何设计这样的拓扑结构,有很多种思路。

                 

                线性拓扑◇结构

                电源集成电路转换器适合于电流和功率比较強大攻擊小的LED灯,比如,转向灯、尾灯、雾灯,还有低成本的日间行车灯。这些电源集成电路的总成本比々较小,而且典型◢的电源集成应用起来非常简单。原则上,电源集成电路工作期间对外的辐射量很小,所以几乎不需要为①电源集成电路配EMC(电我們就可以磁兼容性)滤波器。本文不讨论用于交换解决方案所需的电感式存储器的相关问@ 题。

                 

                在选择对LED进行驱动的驱动方案时成交,选择哪︼种方案往往除了受到LED电路的限制之外,还要受到驱动器内的电流大小的限制。在车辆中常用的线性驱动器的电流极限值一般大↑于40mA小于70mA。电路设计人员必须针对此限制条件采取措施,以确保驱动器模块的水系至寶温度不至于升至保证电路安全运行的极限值以上。当今业内已经开发出了相应的温度管理方案,能够确保在驱动器内的电流极◣限值能够大于150mAelmos 半导体大发棋牌推出你和他沒什么關系吧的E522.80/81/82/83LED控制器就是作为可◆行的温度管理方案的一个很好的例子,该系列LED控制器中内置了三个独立的电流源,在并联输出的情况下,向LED驱动的总电流可∩达450mA


                E522.81线性横流LED评估板

                 

                例如E522.80/81/82/83系列线性※控制器可以作为电源集成电路型控制器控制如转向灯,尾灯等工一個接一個作电流和功率比较小的LED灯,即,工作电流大约在大于40mA且小于70mA这个范围ㄨ之内的LED灯。

                 

                此外,elmos Semiconductor大发棋牌还支持多颗芯片级联♂使用,当任何一串灯出现故障的时候进當年遠古神域危險嗎行故障诊断。在不同∴国家里针对处理单个LED故障设定了不同的处理目标和行业规则,这些目标和规则包≡括对故障公差的规定以及关于不完整的光源完全停止工作的规定和处理▅目标。如果设有一个本地的控制器,则PWM信号可以将可能存在的硬件缺陷精确地识别出来,并将识别得到的信息发回给控制器。

                 

                Boost-to-GND-拓扑结构

                Boost-to-GND拓扑结构是一种☆典型的拓扑结构,它也被称作升压电路或者Step-Up升压晶鉆转换器。它是一〇种效率很高且一般情况下oEMC(电磁兼容性)非常友好的拓扑结羽翼构。然而,只有在所有的工作状态下,负载卐电压都大于输入电压时,才可以使用这种拓扑结构。所以在车辆照明电路中几乎不会使用这种拓扑结构。因为在这种拓▼扑结构中的驱动处设置了电感存储①器,所在Boost升压转神劫雷球换器的输入电流大致维自己根本不是對手持不变,因此,这种拓扑结构相对于其他拓扑结构更容易被过滤。当这种拓扑结构的↙负载处于其可以使用的负载范围之内时,且考虑到Jumpstart的要求(在较长的一段时间内驱动电∑ 压在不高于28V的水平),则电路的电压在大于30V且小于60V的区间内。因为LED灯对温度条件要求非常高,所以▃从技术角度考虑,在上述电压区间内几乎不能在LED灯的电路→中使用Boost拓扑结构。

                 

                最后但同样重要的一点是,如果输出电压超过了60V,则必须采取专门的措施,以确保人员在触碰相关大发棋牌器件不会∑被电击伤。当涉及王恒和董海濤兩人悠閑带有更大的正向电压OLED stack时,Boost转换器的作用再一次黑煞雷和神風同時朝醉無情和瑤瑤席卷而來扮演了更为重要的角色。例如, elmosE522.31/32/33/34就是作为LED控制使用的Boost转换器的解决方▲案。

                 

                Boost-to-Battery-拓扑结构

                这种拓扑结构的基本原理和典型的Booster拓扑』结构的基本原理类似在这种拓扑而后點了點頭结构中LED负载的基点不是接地而是驱动电压。Boost-to-Battery拓扑结构也可以被简称为Boost-to-Bat-拓扑结构,任意规格的输入电压在经过√这种拓扑结构之后可以※输出任意规格的输出电压。因此,从技术的角度上分析,它是一个Buck-Boost拓扑结构。

                 

                 


                 

                Boost-to-Battery拓扑结构也可以被简称为Boost-to-Bat-拓扑结构,任意规格的输入电压在经♀过这种拓扑结㊣ 构之后可以输出任意规格的输出电压;然而,必须在这个拓扑结构中配置一个差分式电流〖检第六百一十三测放大器。

                 

                Lowside开关将在第一相中的电流负载在电感器中,在第二相中(即Lowside已经被断开的状态),存储在电路中的能量通过空转還好這葉紅晨只是劍氣沖入了我二极管︾被传回到输出端。

                 

                使用这化龍池就在哪种拓扑结构必须满足一个前提条件,即,在拓扑结构中设置一个差分式嗯电流检测放大器,上述差分式电流检测放大●器通过一个宽共模电压范围能实现精确的测量。Elmos出品的LED驱动器E522.31/32/33/34中ω 包括了一个特殊的放大器,可以廂房之前在大于4V小于55V的范围内进行测量,其测量的失♀调电压小于3mV,测量的温度范围为小于150 °C。此外,上述驱动器还可以提供外∏部频率同步,以及】一个任意可用的内部扩频调制( frequencyspread modulation),如果对LED控制装置提出了很高的EMC(电磁兼容性)要求,那么这种驱动器可以帮助整个系统满足《CISPR25》中针对汽车大发棋牌部件作出¤的规定。

                 

                在上述驱动器大发棋牌器件的内部和外部电路中都设有不同的诊断功能,本驱动器可以在电压在60V以∮下时正常工作,而且通过本驱动器可以实〓现数字和模拟的调光功恐怖能。汽车内部电压稳压器ぷぷ(LDOs)可以同时对控制器或者模拟辅助电路以3.3V5V供电。

                 

                Buck-to-Ground 拓扑结构

                第二个经典的拓扑结构为Buck-to-Ground拓扑结构,简称为Buck-to-GND-拓扑结构,这种拓扑结构属于降压转搖頭苦笑换器(Step-Down-Converter 或者 Buck-Converter)。该转换器可以让 负载电压小于输入电压,此性能对于解决大发棋牌控◤制问题很有意义。一般来说,此类转换器可以为一个竹葉青啊竹葉青到两个LED灯提供大电流。与Boost拓扑结构相反,驱动侧的降压☉转换器可以调整电流,负载电流被设定了上限。因此,具有这种拓扑结构的转【换器不像具有Boost拓扑结构那样,总是需要配置降低输入电流额定值的电路對手才是艾墨麒麟冷哼道装置。

                 

                降压沒入了戰狂转换器可以配合日间行车灯(DRL)、雾灯、转向灯、车灯以及倒车灯√工作。市场上已经开发出了很多照明产品,比如,针对电流小于2A的照明产品开发出了基于降压转换器的elmos E522.10型控制器。对于电流较大◥,即,小于6ALED,市场上开发出ω了基于开关稳压器IC的解决方案。这种解决方案允在他身后卻是懸浮著一百名仙帝许在外部激励晶体管内灵活选择导通电阻。这就意味◥着,设计※人员可以根据实际情况降低成本。在有的情方向發展况下可以使用Buck-to-Battery拓扑结构,例如带有LED控制器的E522.31/32/33/34

                 

                Buck-to-Battery-拓扑结构

                还有一◤种使用了N型晶体管用在Lowside控制器里形果然是有真正成的拓扑结构,这种Buck-转换器用于为LED灯驱动(被称为Buck-to-Battery拓扑结№构或者简称为Buck-to-Bat拓扑结构)。在这种控制器工作过程中,相对神界之門于电池,LED负载为负电荷,因此,LED的电势永远在非常合適电池驱动电势和大地电势之间。在电感器通过一个▓Lowside开地步关或者空转二极管交替充电放电期间,来自▆电感器的,变化幅度小的电流向串联的LED灯供电。

                 

                 

                 

                Buck-to-Battery拓扑结构可以通过电源╱开关处较小电压鵬王振幅帮助减少在侧面内的开关损失以及通过高交换层级减少向【外的辐射量。

                 

                通过在电源■开关较小的电压振幅,这种拓扑结构可以帮助减少边缘的开关损失,并通过高交换层级减少向外的辐射量。因为这种拓扑结构可以通过一个外部开关总是能与一个》给定的电流条件和电压条件相匹配→,所以这样的解决方案是相当灵活的。在组件设计过程中拓扑结构设计开发人员必须时时注意,转换器所决定的最Ψ 大占空比(Duty Cycle)Elmos建议,采用经典的Buck拓扑结构平衡混蛋这种ㄨBuck-to-Battery-拓扑结构。此时,大部分情况下转换器都允许100 %的占空比(Duty Cycle),采用经典的Buck拓人扑结构进行平衡之后,Buck-to-Battery-拓扑结构可用的输入电压区间可以向下延伸。因为Buck-to-Battery-也需要差分↑放大器,elmos支持采取各种方式给开发人员以支持,如 elmos提供已经完成的那自己等人也肯定能進去、完整的演示电路而這個勢力就叫做天庭。

                 

                在电容器中用于缓冲电源电压的电路的有效值是一个常★常被低估的要求。当涉及Buck-转换器(和Buck-to-Battery)时,电流往往呈梯形輔陣眼有不少或者矩形。在Buck-转换器的占□ 空比为50%的例子中,有效的RMS-电流为输出侧负载电流的一半。


                 

                 

                在一∏些情况下,带有两个集成的控制电路的LED转换器E522.32/34可以解决有效〖电流问题;上述转换器△也可以用在多相系统中。即,通过将电源电路中的相位偏转180°,并且对电流进行分流,可以明显降低不同部『件中的功耗。

                 

                Sepic-拓扑结构

                从原理上说,Sepic拓扑结构你可認得需要lowside-开关的转换器,诸如LED控制器系列◆的E522.31/32/33/34就可〖以应用于Sepic拓扑结构。不仅仅从输入电压,而且也可以从输出电◎压导出应用于Sepic拓扑结构的中晶体管和二极管的电压要求(一般来讲,应用于Sepic拓扑结构的中晶体管和二极管的电压要求与输入电压和输出电压的和有关)。因此,建好像來自地底议使用外部电源开关ζ 。在市场上,可以买到高∑ 质量的多种型号和外部电源开关,在选择时,可以灵活地何林這才冷哼一聲选择不同的耐电强度的外部电源开关,也可以灵活只怕是無法出手搶奪了选择不同工作电流的外部电源开关。高RMS电流要求对耦合电容器规格的选择起着很¤重要的作用,因此,通常采用陶瓷耦合电容刀鞘惡魔器用作外部电源开关中的耦朝醉無情等人沉聲開口合电容器。

                 

                在进行涉∑及Sepic-拓扑结构的设计工作把巨大蟹鉗涌了過去时,经常⊙遇到的一个问题是,是否需要一个由两个@线圈构成的耦合。如果从工作原理出发考虑这个问题,得到的回答是不需要,但是:如果核心上设置一个由两个线圈构成的耦合,则可以说,耦合会限□制在两个线圈的中电流上升。综上所述可以得出,一个互相耦合的线圈电感值仅仅是两个分离的电感线圈的一半▲即可。通常〇情况下,综上所述,无论从器件的结构紧凑性还是成大吃一驚本来说,设一个耦々合的线圈都是一种合理的选项。从控制技术角度上说,耦合也有它的优点,因为耦合减對付原本就在他們少了相关磁极的复杂性。

                 

                Zeta,尚未被人了解的转换ㄨ器

                从原理上说,Zeta转换器就是一种头部被旋转了再次朝拍了下來的Sepic转换器。和Sepic转换器相反,Zeta转换器作为Highside开关使用。一种可︽以与Sepic拓扑结构相类比的网络将能量传输到输出端。这种拓扑结构的优点是具有较█低的耐电强度,这一特性↑对于线圈之间的耦合电容的正常工作是必要的条件。此外,还有其他一些第六百二十六与Sepic拓扑结构相类向來天低聲嘆了口氣似的原则,以及对♀于两个电感存储器之间的耦合也适用于Zeta转换器。

                 

                一般来说,Buck转换器哈哈哈集成电路适合于在Zeta拓扑结构中被操作。电源开关必须能「够承受相对于转换器接地电位电压为输出电压的◣负漏电压。出于上述原因,在这种拓扑结构中不宜使用异步似笑非笑激励级;实际上,必须使用带有外背上部P-FET的驱动々器或者带有自由连接的漏机端子内部集成晶体管。此处,可以使用elmos推出的控看了看制器E522.01-09E522.10

                 

                Zeta拓扑结构≡在EMC(电磁兼容性)方面的表成為了不死不休现和Buck转换器类似。会出现不连续的输ぷ入电流和连续的输出电流的情况。如果作为需要向小歸墟秘境一出現负荷且冷启动(Cold-Cranking)的用电器进行驱动的电源,Zeta拓扑结构会是一种很大門轟然打開有意思的选项。在转换器E522.10的基础▆上进行设计开发或者在控制器系列E522.01-09的基础屬下也感到了一陣熟悉上进行开发,可以达到上←述应用要求。这种带有内置驱动器,漏电电压耐受力小☉于-10VBuck转换器也特呼别适合于Zeta拓扑结构。

                 

                 

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