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汽车电子系统应用的LED驱动解决方案

• 使用串联LED和升压/降压稳压器组合的RCL示例

  在并联灯组阵列中，配置LED通过允许LED功率级在12V~14V轨道下直接运行，极大地简化系统设计，但并联/串联组合也同样具有一些缺点。在查看LED制造商数据表时，可以注意到两个重要的事实：LED的光输出与流经的电流成正比，LED的动态电阻随着VF而变化。制造商按VF、光通量和颜色（或色温）对LED分级。例如，典型的VF级别可能包含范围从3.27V到3.51V（25℃时）的LED，所有级别的整个范围可以从2.8V到4.2V。由于LED制造商通常向客户销售多个级别的LED，关注成本的设计师依赖所有LED都具有紧密VF分布是不实际的。

  下例显示了VF变化的影响。在实验中，使用图9所示两种设置收集数据。一种设置用于4个LED（每个LED都具有专门的电流源），另一种设置用于并联的4个LED（共享一个电流源）。表1所示数据在25℃加电后5秒内测得，以最大限度降低LED自发热的影响。

  图功率电感器9实验性设置

  

  表1多电流源设置(左)和单电流源设置(右)的数据

  
  从这些数据可以明显看出LEDVF变化在并联运行时将导致不均匀电流分布。即使对于分级的LED，也可以看到类似的影响，并联阵列中各串联灯组的电流分布不均。改进并联灯组间电流分布的一种方式是向各灯组增加镇流电阻器。这有助于使电流分布均匀化，但存在的主要问题是由于镇流电阻器的功耗而降低了效率。

  根据具体的设计，上述问题的影响可能可以忽略。但是，如果系统设计师对上述影响存有顾虑，可以采用单个串联灯组作为首选拓扑结构。在这种解决方法中，仍可以使用LM3406等部件，但将增大系统复杂性，因为需要新前端部件用于传输超出12V~14V的电源电压为LED驱动器供电。然后，LED驱动器降低此新电压，为单个LED灯组供电。这可以通过在直流电源和LM3406之间增加升压DC/DC功率级轻松实现，如图10所示。通过此拓扑结构，串联灯组中的所有LED均具有相同的电流，无论各LED的VF值是多少。

  
  图10升压和降压组合

  还需要注意电容器和电感器的一个问题是为什么应包含降压功率级，而不是直接使用升压稳压器运行LED。这两种拓扑结构之间的重要区别是输出电容器：升压稳压器需要输出电容器，而降压稳压器可以使用或不使用输出电容器操作。如果设置中使用输出电容器，即使在稳压器已进入调光模式并停止向LED供电后，仍可以为LED输送电流一段时间。因此，在LED输出实际停止前，还需要额外的时间使输出电容器放电。在LED组中使用串联开关仍可以实现有效调光，但这需要附加的调光F功率电感器ET以及更复杂的驱动器集成电路和/或增加外部部件。

  除了调光复杂性以外，升压稳压器还存在其他LED驱动难题。升压稳压器本身无法保护LED免受负载突降时产生的高线路电压扁平型电感影响。在升压/降压拓扑结构中，降压稳压器可以承受高电压，而不会发生损坏甚至中断正常工作。升压稳压器还易受到开路（使VO的上升不受约束）和短路（在VO低于VIN时，IO失去控制）影响。最后，由于输出电流是关于升压转换器占空比的函数，因此必须感应电感器电流和LED电流，这也导致了驱动器的复杂性增加。

  总结

  本文探讨了多个汽车电子系统应用示例及相应的开关电源拓扑结构和兼容的美国国家半导体集成电路，其中，很多LED驱动器集成电路都非常适合汽车电子系统设计师进行高效设计。

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