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一、导言 　 汽车中使用电子产品可以追溯到使用电动启动器替代手动曲柄的20世纪初。上世纪60年代，随着固体电子产品的出现，汽车电子开始盛行起来。现今存在着几种推动汽车市场对电子产品的需求，尤其是功率半导体器件需求的趋势。它们是： （1）对于乘客舒适性和便利性功能的显著需求，如座椅加热和座椅制冷、自动座椅定位、高级照明以及多区暖通空调(HVAC)。这些系统应用都需要更大的功率和更多的功率管理。飞兆半导体的集成高侧开关等产品具有高效控制和管理上述功率负载的功能。 （2）先进的动力传动系控制系统提高了燃油经济性，减少了车辆排放。这些系统必须更精确地控制燃烧过程，连续不断地提供状态检查，同时在系统需要正常运作所必需的功率和模拟控制功能。飞兆半导体的40V和60V PowerTrench MOSFET器件、高侧开关以及智能点火产品能够满足这些要求。 （3）电动助力转向等成熟的辅助系统正在越来越多地从机械式转向电子式。随着发展，这些系统要求更大的电流密度和更低的功率消耗。飞兆半导体的30/40V MOSFET和汽车功率模块(APM)技术是提供这些应用所需的高效率和高功率密度解决方案的基础。 （4）电动和混合电动推进系统等替代动力传动系技术需要显著增加汽车的功率处理能力，需要能够处理1kW~40kW的DC/DC转换器等新型汽车电子产品。根据车辆的结构，需要使用集成化混合动力总成(Integrated Starter Generator, ISG)和牵引马达逆变器来处理5kW~120kW或更高功率。飞兆半导体的PowerTrench MOSFET、场截止IGBT、智能开关和栅极驱动器等通过了汽车产品认证的功率电子产品，采用分立或先进模块形式提供，为这些先进系统提供了高成本效益解决方案。 二、使用飞兆半导体智能功率和功率技术的系统 　 1、 汽车照明 　 为了处理系统性和随机性故障，使用分立MOSFET、智能MOSFET功率开关以及IGBT等电子器件来替代机械式开关和继电器，用于控制车灯、柴油车预热塞系统、点火系统以及马达。智能功率器件(SPD)可以在消除机械噪声和燃弧的同时提高质量和可靠性。 图1所示的智能功率器件是一款N沟道功率场效应管(FET)，具有一个内部电源、电流受控输入、带负载电流感测的诊断反馈功能以及嵌入式保护功能。使用chip-on-chip和chip-by-chip技术集成功率级、控制、驱动以及保护电路。 图1，智能MOSFET结构图。 SPD的主要目标是替代汽车继电器和熔断器。智能开关能够将开关和保护功能结合在单一芯片中。因此，从总体成本角度看，SPD可以提供较继电器和熔断器更便宜的解决方案。除了保护功能外，SPD具有减少线束，加入诊断功能和实现脉宽调制的更多优势，所以，SPD不仅能够保护自身，还能保护与其相连的负载和邻近器件。可以使用带有一些外部元件的应用电路，依照应用系统正确地运作系统。 2、分立式功率器件(DC-DC转换器) 　 目前，最重要的环境问题之一就是作为运输主要能源之一的碳氢化合物燃烧所产生的污染。混合动力车(HEV)和电动车(EV)正逐渐成为“绿色”运输的替代动力传动系统。这些车辆不仅涉及牵引部件，而且推动了电能转换方面的新应用。混合动力车辆内的一种关键模块便是用于电气负载辅助电源的DC/DC转换器，因为HEV和EV仍然使用头/尾灯、加热风扇以及音频系统等辅助负载。该转换器必须具有处理从高电压转换至12V电压的能力，如图2所示。 图2，HEV/EV电气负载需要能量转换。 因此，应用工程师们将注意力集中在HEV和HE系统中的MOSFET和IGBT等高电压功率器件上。有几种控制从高电压到低电压的能量转换方法。通常使用高电压和低电压之间隔离的全桥和移相技术，这类应用中的辅助功率转换器代表着电池组对高压直流总线的高效管理，根据电动马达的功率不同，范围在200V~800V之间。 此外，系统的效率是一个关键特性，并且是设计选择的重要参数。转换器的设计趋势是在宽负载条件范围内达到90%或者更高的效率。 转换器的可靠性是至关重要的，因为故障会引起12V电池的泄放，从而造成所有靠电池电力驱动的附件的故障。另一方面，不能忽略效率和电磁兼容(EMC)问题。因此，有源箝位等软开关和能量回收技术非常有益。 《电子设计技术》网站版权所有，谢绝转载 3、汽车功率模块(APM) 　 高压(600 VDC)和低压(12-24VDC)系统都可以使用APM。飞兆半导体向汽车市场提供用于高压和低压系统的APM器件，它们几乎都用来驱动三相马达和制动器。两种电压范围的APM都采用直接键合铜(DBC)技术来实现热传导。 低压(LV)意味着以更大的电流来驱动通常与该类型解决方案相关联的较大负载。低压应用使用30V~60V N沟道MOSFET。电动助力转向和电驱动液压混合转向是两种最普遍的LV-APM解决方案。峰值相位电流能够达到100A以上。这需要大的铜质内部结构，用于芯片焊盘(die paddle)和电流通路以及多个大电流粘合引线。正温度系数(PTC)器件、无源EMC元件、分流器都达到了更高的集成度并提高了可靠性。电动助力转向中使用APM是实现机电一体化封装和低系统成本的关键。在静态停车时，相比液压系统，降低寄生引擎负载可以减小车辆引擎的尺寸，从而更小型车辆。低压模块用于EV/HEV车辆，也用在传统的内燃式引擎汽车上。 高压应用主要包括由高母线电压或主电池组供电的泵和风扇。典型的峰值相位电流20A。这一市场中的模块化解决方案类似于许多工业市场中的应用，并使用类似的功率模块，IGBT和MOSFET解决方案均可使用。典型的模块有高压栅极驱动器，以及在共桥回路处用于诊断的某种电流水平感测。高压结构必须考虑到引脚间隙要求。在热管理方面，产品分为带或不带增强热传导的类型。模块化解决方案是小型集成解决方案的关键，功率处理器件位于制动器附近，甚至工作于变速箱等极端环境中。高压模块几乎都用于EV/HEV车辆中。 三、详细的应用示例 　 1、汽车前灯应用 　 车前灯是汽车的最重要部件之一。车灯应用中电池的标称电压是13.2V。但是，电池的电平随着驾驶条件而变化。高输入电压(13.2V ~ 16V)可能影响车前灯的耐用性。如图3所示，电池电压升高6%，车灯的使用寿命减少50%。 图3，各种电压下的车灯寿命曲线。 此处，车灯寿命为小时数。此外，在打开车前灯时，大的涌入电流会缩短车灯的使用寿命，因为灯泡灯丝的热阻低。 例如：55/60W灯泡在13.2V下的使用寿命是1，000小时。使用等式1： 14V下灯泡的寿命时间约为465小时，因而，将PWM控制用于带有智能MOSFET的灯泡，可以延长灯泡的使用寿命。为了延长车前灯的使用寿命，在电池电压高于标称电压13.2V时，使用限制电流的方式来实现功率调节。使用PWM来控制输入电压。等式3使用占空比定义了RMS电压： 此处，D——占空比，VBAT——电池电压。 当电池电压高于标称电压时，如图4所示，确定PWM占空比。 图4，不同电压下的稳定功率消耗。 此处：VNOM——标称电压；VRMS ——RMS电压；VBAT ——电池电压；RLAMP ——灯泡电阻。 这种计算占空比的方法是采用PWM平方或者电压的二次式（square PWM or quadratic voltage regulation）使用软启动方式限制涌入电流。在一种测试应用中，使用PWM在100Hz频率下实现功率调制。图3显示电压处于标称电压附近时功率没有上升，从而保护了灯泡。 图5，不受限与受限制的启动电流比较。 《电子设计技术》网站版权所有，谢绝转载 灯使用智能功率器件和PWM技术，实现以下功能： （1）在安装位置减小熔断器和熔断器座的尺寸； （2）防止负载线出现过载或短路； （3）减少电缆和连接器； （4）改善灯的故障诊断，检查它们的功率额定值是否正确； （5）通过功率调整并使用PWM对灯进行预热，延长使用寿命； （6）通过激活其它具有所需亮度的可用灯，实现故障管理； （7）通过优化开关边缘和错时开关方式减小电磁辐射。 在车前灯开启的初时，由于灯泡灯丝的热阻低，会出现大的涌入电流。为了减小涌入电流，可以使用智能功率器件来实现软启动。图5(a)所示为直流电源下灯泡的典型冲击电流。峰值电流达到稳态电流的10~14倍，持续时间为数毫秒。在250ms~500ms后，启动过程结束。理论上，由于10倍左右的涌入电流缩短了灯泡的寿命。因此，软启动过程应达到500ms，以延长灯的寿命，如图5(b)所示。 2、 用于DC-DC应用的高压分立式解决方案 　 在现今的HEV和EV中，高压电池组为电气牵引系统提供行驶所需的能量。普通的12V系统仍然存在，为平常的汽车负载(辅助电池为头/尾灯、加热风扇以及音频系统等所有电气负载供电)提供能量，而高压总线则为牵引逆变器和马达供电。 如下所示，需要使用汽车DC-DC转换器。建议DC/DC转换器具有以下关键功能： （1）一个输入的低压端标称电压为12V，在充电和放电过程中在9V~16V之间变化。 （2）根据用户情况，标称高侧电压可以从144V变化到288V或更高。 （3）标称充电和放电功率为1.5kW。 （4）开关频率可以从50kHz变到70kHz。 （5）由于安全原因，高压端和低压端之间应有电隔离。在这种情况下，使用高频变压器。 （6）工作温度在-40°C~85°C之间。 （7）保证期为10年或者150，000km。 （8）输出电流在80A~150A左右。 图6所示为DC/DC转换器示意图。它由一个全桥Q1-Q4通过一个高频变压器与一个带有升压电感的推挽级连接而成。在升压模式下，使用两个PWM信号来控制器件Q5和Q6。 图6，全桥同步DC/DC转换器。 如图7所示，有几种实现DC/DC转换的方法。全桥方法常常用来减小车辆的重量并提高效率。 图7，DC/DC转换器对比输出功率。 《电子设计技术》网站版权所有，谢绝转载 在这种运作过程中，DC/DC转换器作为一种降压转换器，将电压从200V或者更高，降低至12V。原则上不能驱动低压端的开关。它们的二极管仅作为电压整流级。为了提高整流器的效率，必须用MOSFET替代二极管。 图8，移相时序图。 而在高压端，移相调制能够实现MOSFET的零电压开关(ZVS)，几乎消除了开关损耗。在移相调制中，具有相同引脚的两个器件由两个具有50%占空比和正确死区时间设置的互补信号驱动。在两个引脚之间，通过反馈环路将信号移相一个角度。该方法能够实现均衡使用变压器，防止铁芯饱和。移相造成的交叠为降压转换器设定了占空比，以便调整输出电压。图8为所描述的控制信号。 图9，移相调制中的零电压开关动作。 图9所示为如何通过正确设定驱动全桥逆变器的两个互补对的死区时间，让MOSFET的导通发生在零电压点。这是因为当先前处于导通状态的MOSFET(例如图11中的Q3)关断时，由于死区时间的缘故，Q5仍然处于关断，半桥的中点处于悬浮，并且开始出现一种自然振荡，这是由于在半桥的中点，变压器的泄漏电感和寄生电容构成了谐振电路。 图10，同步整流和移相调制。 这引发VDS4以固定频率振荡，通过正确设定死区时间，Q4可以在零电压处导通。最后，为了进一步提高转换器效率，采用图10所示的方式来控制Q5和Q6，在其续流二极管假定导通时减小电压降。 3、汽车功率模块 　 针对大电流马达应用的典型APM使用了六个低RDSON MOSFET，采用三个半桥方式布局，共用一个VBAT供电。可选择的EMC元件对导通辐射进行抑制。典型的调制频率为10kHz~15kHz。APM工作于-40°C ~125°C。内部的热敏电阻可以在极端温度下对输出功率进行温和的关断(foldback)。电流分流器的公共返回位置可以实现电流的同步解调，将其与相位操作进行关联。这种拓扑适用于电动助力转向等静态转矩控制，或者是电动液压助力转向的旋转泵等连续的速度和转矩控制。 《电子设计技术》网站版权所有，谢绝转载 4、 智能IGBT点火器 流行的汽车点火结构是每个汽缸使用一个线圈(铅笔线圈)，直接安装在火花塞的上方，以省去点火引线。IGBT和控制装置常常位于单独的电子模块中，通常为引擎或者动力传动控制器。现今，某些线圈包含IGBT，从电子模块中消除了高压。然而，为了控制线圈电流，必须为控制器提供一个电流反馈信号。这样就需要额外的引线。 为线圈的IGBT组件添加控制IC，可以在不增加引线的情况下提供其它功能。使用复杂的引线框可以将无源元件与控制芯片和IGBT封装在一起。 图11，智能点火(一个线圈)。 注意，在图11所示的智能铅笔线圈连接器上，VBAT、输入以及地线是仅有的连接。这款控制IC包含自主功能： （1）限流，实现最长驻留时间； （2）过压保护； （3）超温保护； （4）输入信号完整性： （5）抗瞬变能力； （6）消除火花的软关断。 针对高压开路电路，IGBT典型额定值在300mJ~500mJ。使用高性能线圈，提供的火花能量目标值可以达到70mJ以上，标称线圈电流为10A。为达到此目标，控制和保护功能必须处理从冷启动到高RPM工作的全范围运作状况。还可以实现其它诊断功能： （1）初级端短路/开路； （2）次级端短路/火花能量低； （3）高压开路 四、未来的挑战 随着电子产品在汽车中的应用持续增加，高压和低压应用都面临类似的挑战。高压产品面临的挑战包括： （1）隔离和增加热寿命方面的封装改进； （2）提高IGBT性能，降低损耗； （3）处理负载的更高相位电流的能力(大于30A)，例如：压缩机驱动； （4）增加自保护功能(散热、峰值相位电流等)； （5）改善电磁兼容性能。 低压产品的挑战有： （1）改善MOSFET技术，降低硅器件成本； （2）集成耐用的栅极驱动和智能电磁兼容控制； （3）集成电池反向保护功能； （4）降低散热方面的材料成本。 五、结论 功率半导体是现今集成电子系统以期提高功能性、改善车辆性能以及提高可靠性的主要推动力量。智能功率器件已经成为配电系统中的核心构建模块。车辆中的独立功率电路数量已经从过去数十年间的数十个增加到现今复杂车辆中的50个以上。照明和便利性功能还将继续发展，以满足用户的要求。许多使用基于极限控制的关键任务系统现在使用变量控制。智能功率特性的提升是必不可少的。更精确的负载反馈、诊断、故障安全功能、提高效率的精密控制、电磁兼容性以及用户界面简化等均有着强大的市场需求。为了达到未来的性能目标，需要改进控制芯片和独特的IGBT/MOSFET功率器件，同时提升散热优化和环境稳定性封装技术。 《电子设计技术》网站版权所有，谢绝转载

汽车前灯需要降压-升压型 LED 驱动器 凌力尔特公司电源产品部, 高级产品市场工程师, Jeff Gruetter 今天，就连汽车的定义也在不断演变，变化之多远胜以往。过去 100 年中，采用内燃动力传动系统的汽车一直占据主导地位，主要由汽油提供动力，还有少量的柴油动力传动系统。 可是现在，从纯电动型 (EV) 到高效率内燃传动系统，再到大量组合式传动系统 (常称为混合动力传动系统)，我们有了多种汽车动力传动系统。所有这些设计都有一个共同的目标，即提高燃油效率，同时减少碳排放量。新型动力总成设计包括直接燃料喷射、涡轮增压、引擎停止/启动系统、再生制动、乙醇含量较高的燃料以及较清洁的柴油燃烧。随着混合动力型汽车的开发，汽车变得更加依赖较清洁的电力来源了。尽管取得了如此大的进步，但是汽车设计有一方面相对地稳定，那就是为了在夜间或在天气条件不够完美的情况下行车，需要提供前向照明。此外，产生所需光照的方法也从采用卤素灯转变为采用高强度放电 (HID) 灯，最近又在向基于高亮度 (HB) LED 的设计转变，从而为高亮度 LED 开拓了一条增长之路。 今年，高亮度 LED 的市场规模预计将达到 120 亿美元，到 2015 年，这一数字将增长到 202 亿美元。年复合增长率为 30.6% (数据来源：Strategies Unlimited)。驱动这种显著增长的主要应用领域之一是 LED 应用于汽车设计。汽车应用包括前灯、白天行车灯和刹车灯以及仪表板显示器背光照明和所有车内梳妆照明灯。不过，为了保持如此显著的增长率，LED 必须提供更高的可靠性、更低的功耗和更紧凑的外形尺寸，而且还必须能实现创新性设计，例如可操控的汽车前照灯和防眩目调光。此外，在汽车环境中，所有这些改进都必须进行优化，同时还要承受相对严酷的汽车电气及物理环境的考验。不言而喻，这些解决方案必须提供非常扁平的外形和紧凑的占板面积，同时提高总体成本效益。 尽管 LED 用于白天行车灯、刹车灯、转向信号灯和内部照明已经好几年了，但是特定于前灯的应用仍然相对较少。目前，只有少数投产车型提供 LED 前灯，其中包括奥迪 (Audi) A8和 R8、雷克萨斯 (Lexus) LS600h 和 RX450h、丰田普锐斯 (Toyota Prius) 和凯迪拉克凯雷德 (Cadillac Escalade)。有人估计，2011 年 LED 前灯市场大约为 10 亿美元，2014 年预计将超过 20 亿美元。 汽车照明系统设计师面临的最大挑战之一是，如何最大限度地发挥最新一代高亮度 LED 的所有优势。因为高亮度 LED 一般需要准确、高效率的 DC 电流源，还需要调光，所以 LED 驱动器 IC 必须设计成能在多种条件下满足这些要求。结果，电源解决方案必须是高效率、功能坚固和非常可靠，同时还要非常紧凑并具有高成本效益。可以说，就驱动高亮度 LED 而言，要求最苛刻的应用之一是汽车前灯应用，因为这类应用要经受苛刻的汽车电气环境的考验，必须提供大功率，一般在 50W 至 75W 之间，还必须能装进空间非常受限的外壳中，同时在满足所有这些要求的情况下，还要保持有吸引力的成本结构。 汽车 LED 前灯 高亮度 LED 前灯有众多优势，例如尺寸小、寿命极长、功耗低以及增强了调光功能，这些优势成为高亮度 LED 前灯得到广泛采用的催化剂。一些汽车制造商，包括奥迪、奔驰以及最近加入的雷克萨斯，都已经用 LED 设计了与众不同的行车灯，这些灯围绕在前灯周围，如果把前灯比作眼睛，那么这些行车灯就像眉毛一样，制造商这么做是为了突出品牌特色，让人们还没看清车是什么样子的时候，就知道开过来的是哪个品牌的车。从设计的角度来说，这些应用独具特色，而且与近光和远光前灯相比，这些应用面临的设计挑战也不同。 我们都知道，前灯的主要功能是，在夜间或天气条件不够理想的情况下 (例如在雨、雪和雾天) 提供前向照明。需要更高的照明度一直是前灯发展的主要驱动力。上世纪 80 年代，卤素灯是业界标准，这类灯凭 50W 的电功率可提供大约 1500 流明的光输出，与其前几代产品相比，光输出提高了 50%。这一光输出转换成功效 (每瓦光输出) 就是每瓦 30 流明 (即 30lm/W)。上世界 90 年代中期，高强度放电 (HID) 氙灯成为主流，因为这类灯能提供高达 80 lm/W 的光输出，从而使制造商能提供更大的总体光输出。不过，氙灯也有缺点，例如：为了不造成迎面而来的车辆看不清路况，需要准确调节；工作寿命相对较短，为 2000 小时；使用有毒的水银蒸气；制造费用很高。随着高亮度 LED 的功效持续提高，这类 LED 已经成为前灯应用更希望使用的产品。5 年前，已用在汽车中的高亮度 LED 提供 50lm/W 功效，这还不足以用于前灯应用，然而现在的 LED 设计提供 100lm/W 功效，而且估计用不了几年，就将超过 150lm/W 的功效，从而超过甚至最好的高强度放电灯。LED 能提供大约同样的每瓦光输出量，而且还具有其他益处，例如长寿命、坚固性和环保设计，这些都使得用 LED 构成新一代前灯非常有吸引力。   图 1：已用在汽车中的 LED 前灯 在汽车前灯中使用 LED 有几项积极意义。首先，这些 LED 灯永远不需要更换，因为它们的可靠寿命长达 10 万小时以上 (相当于 11 年半的使用年限)，这超过了汽车的寿命。因此汽车制造商可以将 LED 永久性地嵌入到前灯设计中，而无需为更换留出余地。这还使汽车款式能得到极大的改变，因为 LED 照明系统不需要高强度放电灯或卤素灯那么大的深度或面积。在靠输入电功率提供光输出 (以流明量度) 方面，高亮度 LED 灯还比卤素灯的效率高 (而且不久就将超过高强度放电灯)。这会产生两种积极影响。首先，LED 灯从汽车总线吸取更少的电功率，在电动汽车和混合动力汽车中，这一点尤其重要。同样重要的是，LED 灯降低了需要在照明系统中散出的热量，从而无需笨重、昂贵的散热器。最后，通过使用高亮度 LED 阵列以及对 LED 阵列进行电子控制或调光，LED 前灯可以非常容易地设计成可为很多不同的行车条件优化照明。 设计参数 为了确保最佳性能和较长的工作寿命，LED 需要有效的驱动电路。不管输入电压源的变化范围有多宽，这些驱动器 IC 都必须提供准确、高效率的 DC 电流源和准确的 LED 电压调节。其次，驱动器 IC 必须提供调光方法和多种保护功能，以防遇到 LED 开路或短路故障。除了能靠电气环境非常苛刻的汽车电源总线可靠工作，驱动器 IC 还必须具有高成本效益并有效利用空间。 汽车电子瞬态造成的挑战：停止 / 启动、冷车发动和负载突降情况 为了最大限度地提高燃油里程，同时尽量降低碳排放量，可选择的动力驱动技术在不断演变。无论这些新技术纳入了混合电动、清洁柴油还是更传统的内燃机设计，它们都有可能采用停止-启动电动机设计。这种设计在全世界几乎所有的混合动力汽车中已十分普遍，停止-启动电动机设计已经普遍存在，很多欧洲和亚洲的汽车制造商也一直在将这种设计纳入传统的汽油和柴油车辆中。美国福特汽车公司已宣布，将在很多面向美国市场的 2012 车型中，采用停止-启动系统。 就发动机而言，停止-启动系统的概念很容易理解，当车辆停止时，发动机关闭，然后在要求车辆再次开动时，发动机立即重新启动。这样一来，当汽车在行驶中因交通情况或红灯而暂停时，就不会消耗燃油，也不会排放碳。这种停止-启动设计可将燃油消耗量和碳排放量降低 5% 至高达 10%。不过，此类设计所面临的最大挑战是：怎样使整个起停状况不为驾驶者所察觉。为避免驾驶者觉察汽车的起停能力，存在着两大设计障碍。第一个是快速重启时间。有些制造商利用增强的启动器设计，将重启时间降至不到 0.5 秒，从而使重启真正感觉不到。第二个设计挑战是，在发动机关闭时，保持所有电子系统直接由电池供电，包括空调系统和照明系统，而且同时仍然保持足够的电池电量储备，以在加速时快速重启发动机。 为了纳入停止-启动功能，的确需要对动力传动系统的设计进行一些修改。过去的交流发电机也许还要用作增强的电动机起动器，以确保快速重启，另外，必须增加一个停止-启动电子控制单元 (ECU)，以控制发动机何时以及怎样启动和停止。当发动机 / 交流发电机关闭时，电池必须能给车辆的各种灯、环境控制系统以及其他电子系统供电。此外，当再次需要发动机工作时，电池必须能给启动器供电。这种极端的电池加载情况引入了另一个设计挑战，这一次是电气方面的挑战，因为重启发动机需要大量吸取电流，这又可能使电池电压暂时被拉低至 5V。对 LED 驱动器的挑战是，当电池总线电压短暂下降至 5V、然后返回标称的 13.8V (这时充电器返回稳定状态) 时，持续提供良好稳定的输出电压和 LED 电流。 当汽车发动机处于寒冷或冰冻温度一段时间后，会发生“冷车发动”情况。在这种情况下，机油变得极度黏滞，需要发动机启动器提供更大的扭矩，这又导致从电池吸取更大的电流。这么大的负载电流可能在点火时将电池 / 主总线电压拉低至不到 5V，之后该电压一般返回到标称的 13.8V。就发动机控制、行车安全和导航系统等应用而言，在发生冷车发动情况时，保持良好稳定的输出电压 (通常为 5V) 是非常重要的，这样才能在车辆启动时，持续保持电源系统工作。 如果电池电缆在交流发电机仍然在对电池进行充电时意外断接，则将发生“负载突降”的情况。当电池电缆在汽车工作时出现松动、或者电池电缆在汽车行驶时出现断裂，这种情况就有可能发生。电池电缆的这种突然断接有可能导致高达 60V 的瞬态电压尖峰，因为交流发电机试图给不存在的电池完全充电。交流发电机上的瞬态电压抑制器通常将总线电压箝位在 30V 至 34V 之间，并吸收大部分浪涌电流；但是，交流发电机下游的 DC/DC 转换器和 LED 驱动器要承受高达 36V 的瞬态电压尖峰。在这类瞬态事件发生时，要求这些 LED 驱动器不仅不被损坏，还必须持续调节输出电压和 LED 电流。 一种面向汽车应用的同步降压-升压型高亮度 LED 驱动器 幸运的是，对这些难题已经有了新的解决办法，那就是凌力尔特的 LT3791 LED 驱动器。LT3791 是一款同步降压-升压型 DC/DC LED 驱动器和电压控制器，可提供超过 100W 的 LED 功率。其 4.7V 至 60V 的输入电压范围使该器件非常适用于多种应用，其中包括汽车、卡车甚至航空电子的高亮度 LED 前灯。类似地，其输出电压可以在 0V 至 60V 的范围内设定，从而能驱动多种单串 LED。 典型的 50W 前灯应用如图 2 所示。这个应用运用单个电感器，以在 2A 时准确地调节一个 25V 的 LED 串，并提供 50W LED 功率。该电路可提供一个 50:1 的 PWM 调光比，非常适合于满足防眩目自动调光要求。对输入和输出 (LED) 电流均进行了监视，同时提供了故障保护功能，以安然承受并报告 LED 开路或短路情况。   图 2：效率为 98%、功率为 50W (25V、2A) 的降压-升压型 LED 驱动器具 50:1 的调光比 其内部的 4 个降压-升压型开关控制器在输入电压高于、低于或等于输出电压时工作，从而非常适用于汽车等应用，在这类应用中，输入电压在启动 / 停止、冷车发动和负载突降情况下可能变化很大。在降压、直通和升压工作模式之间的转换是无缝的，从而不管电源电压的变化范围有多宽，都能提供良好的稳压输出。LT3791 的独特设计采用了 3 个控制环路，以监视输入电流、LED 电流和输出电压，并提供最佳性能和可靠性。 LT3791 运用 4 个外部开关 MOSFET，可连续提供从 50W 直至超过 100W 的 LED 功率，效率高达 98%，如图 3 所示。在以传统方式供电的车辆中，高效率是非常重要，因为可最大限度降低对散热器的需求，从而实现占板面积非常紧凑的扁平解决方案。而在电动汽车 (EV) 中，这种功率节省可在充电之间增加车辆运行的里程数，这是非常宝贵的。 ±6% 的 LED 电流准确度确保 LED 串提供恒定照明，同时 ±2% 的输出电压准确度可提供几种 LED 保护功能，并使转换器能作为恒定电压源工作。LT3791 可按照应用要求，采用模拟或 PWM 调光方法。此外，其开关频率可在 200 kHz 至 700 kHz 范围内设定，或同步至一个外部时钟。其他特点包括输出断接、输入和输出电流监视器以及集成的故障保护。   图 3：图 2 中 LED 的效率 结论 对更高性能和更高成本效益永无止境的需求驱动了高亮度 LED 应用，尤其是对汽车前灯应用的持续加速增长。这些需求必须由新型高亮度 LED 驱动器 IC 来满足。新型 LED 驱动器必须提供恒定电流，无论输入电压或 LED 正向电压如何变化，都可保持均匀的亮度，并以高效率工作，而且提供非常宽的调光范围和各种保护功能，进而提高系统可靠性。当然，这些 LED 驱动器电路还必须能构成占板面积非常紧凑、扁平和热效率非常高的解决方案。幸运的是，凌力尔特不断重新定义其 LED 驱动器系列，以利用 LT3791 这类高亮度 LED 驱动器 IC 迎头战胜这些挑战。此外，凌力尔特已经开发出了一个完整的大电流 LED 驱动器 IC 系列，该系列专门针对汽车应用，适用于从先进的前向照明前灯到 LCD 背光照明的各种应用。汽车照明系统持续需要更高性能的 LED 驱动器，现在，设计师有了创新的 IC 解决方案来满足这种需求了。