- 汽車(chē)內(nèi)部照明綜述
- 電子設(shè)備背光顯示
- 外部照明系統(tǒng)綜述
- 內(nèi)部的照明應(yīng)用都可使用LED作為光源
- 背光照明需要將光散射到盡量大的面積
- 外部照明使用大功率光源
發(fā)光二極管(LED)和冷陰極熒光燈(CCFL)逐漸成為了汽車(chē)照明的普通光源。這些光源關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是具有較長(zhǎng)的使用壽命和更高效率。白熾燈的典型壽命為10000h，而熒光燈可達(dá)50000h，LED則高達(dá)100000h。使用壽命的延長(zhǎng)提高了可靠性，減少了維護(hù)工作，降低服務(wù)成本。LED還具有低工作電壓、低電磁輻射、抗機(jī)械應(yīng)力強(qiáng)、形狀設(shè)計(jì)靈活、工作溫度范圍寬和亮度調(diào)節(jié)范圍寬等特點(diǎn)。隨著LED技術(shù)的發(fā)展，用其取代其他電源技術(shù)的趨勢(shì)更加明顯，但是，就目前應(yīng)用情況，CCFL仍占據(jù)某些應(yīng)用領(lǐng)域，如大屏幕背光以及那些需要大功率非聚焦光源的場(chǎng)合。
CCFL和LED光源需要適當(dāng)?shù)墓╇婋娫?，而且，不同技術(shù)具有不同的特殊要求，電源必須提供特別的應(yīng)用和功能。這里，針對(duì)不同的汽車(chē)內(nèi)部和外部照明裝置，為L(zhǎng)ED和CCFL光源提供了多種電源解決方案。
1汽車(chē)內(nèi)部照明
汽車(chē)內(nèi)部照明應(yīng)用包括儀表盤(pán)和儀表盤(pán)背光、頂燈和地圖燈、安裝在門(mén)上或車(chē)體上的開(kāi)門(mén)燈以及背光。所有內(nèi)部的照明應(yīng)用都可使用LED作為光源。地圖燈和頂燈通常使用一個(gè)高亮度LED，儀表盤(pán)和開(kāi)門(mén)燈通常需要一個(gè)以上的LED串聯(lián)實(shí)現(xiàn)。串行連接有利于避免不同LED的電流(對(duì)應(yīng)顏色)失配。所有應(yīng)用都需要一個(gè)集成了亮度調(diào)節(jié)功能的恒流源。
1．1基于MAXl6800的汽車(chē)內(nèi)部照明設(shè)計(jì)
圖1為MAXl6800典型的調(diào)光應(yīng)用電路。MAXl6800具有高輸入電壓范圍(達(dá)40V)，可直接連接到汽車(chē)電池而不需要保護(hù)器件，保護(hù)器件一般用來(lái)抵御電池負(fù)載變化帶來(lái)的浪涌電壓。MAxl6800能夠?yàn)長(zhǎng)ED提供恒定電流，電流值可以通過(guò)與LED串聯(lián)的檢流電阻RSENSE設(shè)置。為了提高電流設(shè)置精度，提高對(duì)外部噪聲的抑制能力，MAXl6800采用差分電流檢測(cè)輸入方式。
LED的色度隨其電流的變化而改變，因此調(diào)整LED亮度的最好方法是通過(guò)脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)對(duì)一個(gè)固定電流進(jìn)行斬波實(shí)現(xiàn)，而不是改變電流的實(shí)際幅度。MAXl6800通過(guò)在器件的使能輸入引腳作用一個(gè)PWM信號(hào)來(lái)調(diào)整LED亮度。通過(guò)LED的電流按照PWM信號(hào)的頻率開(kāi)啟和關(guān)斷。
電磁干擾(EMI)抑制在汽車(chē)應(yīng)用中非常重要，這一設(shè)計(jì)要求與不產(chǎn)生EMI同等重要。對(duì)LED電流進(jìn)行通、斷控制時(shí)無(wú)論如何都會(huì)產(chǎn)生EMI輻射。因此，為了降低PWM調(diào)光時(shí)的EMI，MAXl6800集成了波形整形電路，以便平滑開(kāi)關(guān)信號(hào)的邊沿。
1．2基于MAX16805／MAXl6806的汽車(chē)內(nèi)部照明設(shè)計(jì)
由于很多照明系統(tǒng)沒(méi)有可利用的微控制器產(chǎn)生PWM調(diào)光信號(hào)，因此可采用MAXl6805／MAXl6806型LED驅(qū)動(dòng)器。這兩款器件均由內(nèi)部產(chǎn)生PWM信號(hào)，PWM信號(hào)由加在DIM輸入引腳的外部模擬電壓設(shè)置。不采用模擬調(diào)光時(shí)，MAXl6806有一個(gè)開(kāi)關(guān)輸入(SW)，該開(kāi)關(guān)輸入不僅檢測(cè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并具有去抖功能，為開(kāi)關(guān)提供濕電流。圖2為MAXl6805／MAXl6806典型應(yīng)用電路。
汽車(chē)照明應(yīng)用中，必須密切監(jiān)測(cè)LED的溫度，這對(duì)于空間緊湊，特別是散熱條件較差的系統(tǒng)特別重要。LED過(guò)熱會(huì)降低LED的使用壽命，從而減弱該類(lèi)光源的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。但通過(guò)短時(shí)間調(diào)低LED亮度，在大多數(shù)應(yīng)用中可避免過(guò)熱現(xiàn)象。因此MAXl6806為外部溫度傳感器提供一個(gè)輸入端。當(dāng)檢測(cè)到過(guò)熱時(shí)，該器件可以調(diào)低亮度，直到溫度恢復(fù)到可以接受的范圍。溫度和亮度調(diào)節(jié)門(mén)限可以通過(guò)串口編程，并存儲(chǔ)到EEPROM。該功能省去昂貴的大尺寸散熱器。MAXl6805／MAXl6806的內(nèi)部基準(zhǔn)用于監(jiān)測(cè)反饋回路的LED電流，并通過(guò)串口調(diào)整。因此，實(shí)際應(yīng)用中可對(duì)各路LED使用固定的檢流電阻，簡(jiǎn)化設(shè)備生產(chǎn)并降低成本。
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2背光顯示
液晶顯示器(LCD)廣泛用于儀表盤(pán)、車(chē)載計(jì)算機(jī)、廣播、導(dǎo)航系統(tǒng)以及娛樂(lè)系統(tǒng)。但背光照明需要將光散射到盡量大的面積，而不是產(chǎn)生聚焦光束。傳統(tǒng)上，由于CCFL背光效率高、溫度低并可提供較高的光照功率，LCD屏主要采用CCFL作為背光源。雖然CCFL控制器在汽車(chē)電子以外的領(lǐng)域應(yīng)用非常成功(例如LCDTV或計(jì)算機(jī)監(jiān)視器)，但汽車(chē)環(huán)境下的設(shè)計(jì)具有特殊的挑戰(zhàn)和需求。
由于基本的CCFL電路中包含有外部晶體管、變壓器和燈管，CCFL架構(gòu)存在EMI輻射源。圖3給出利用DS388lCCFL控制器構(gòu)建的CCFL燈管電源電路，該設(shè)計(jì)優(yōu)化于汽車(chē)應(yīng)用環(huán)境。DS388l利用擴(kuò)展頻譜和頻率偏移技術(shù)大大降低了EMI輻射，并把噪聲頻譜搬移到系統(tǒng)不敏感的頻段，從而克服了EMI輻射。
汽車(chē)電子的另一特殊要求是低溫工作，DS388l具有一個(gè)特別的燈管電流過(guò)驅(qū)動(dòng)模式，當(dāng)溫度很低時(shí)，該模式可以迅速加熱燈管，從而實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)。該器件還具有多種故障檢測(cè)，可以監(jiān)測(cè)燈管故障、燈管開(kāi)路、過(guò)流、啟動(dòng)失效以及過(guò)壓故障。
由于DS3881具有極高的集成度，只需極少的外部元件，大大降低物料(BOM)成本并有助于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。多個(gè)DS388l控制器可以級(jí)聯(lián)使用，支持多燈管的大顯示屏設(shè)計(jì)。所有的性能和功能均可通過(guò)引腳或串口設(shè)置。并且可將設(shè)置存儲(chǔ)到內(nèi)部非易失存儲(chǔ)器中。
對(duì)于小尺寸顯示屏，可以選擇LED陣列用于CCFL背光。多串LED面臨獨(dú)特的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，特別是需要在整個(gè)區(qū)域提供均勻的亮度和色彩。圖4給出一個(gè)特殊的基于LED的LCD背光電路。
MAXl6807／MAXl6808可工作在BUCK、BOOST或SEPIC模式，具體取決于輸入電壓范圍以及每個(gè)輸出通道的LED數(shù)量。增加一只外部電阻和一只齊納二極管可以進(jìn)行拋負(fù)載測(cè)試。雖然各個(gè)通道的電流都由電阻設(shè)置，但每串通道的電流可獨(dú)立調(diào)整。在不增加任何外圍元件的情況下，該架構(gòu)可以保證每通道之間的電流匹配度優(yōu)于3％。對(duì)于不同批次，每通道可以分別調(diào)節(jié)匹配度，也可通過(guò)使能引腳統(tǒng)一調(diào)節(jié)各個(gè)通道。采用50Hz至30kHz的調(diào)節(jié)頻率，可以實(shí)現(xiàn)5000：1的調(diào)光范圍。為了在黑暗中以及陽(yáng)光直射的情況下均可見(jiàn)顯示器顯示內(nèi)容，汽車(chē)電子所要求的調(diào)光比較高。當(dāng)亮度調(diào)節(jié)信號(hào)的開(kāi)關(guān)頻率范圍為20kHz～1MHz時(shí)，可以避開(kāi)干擾其他設(shè)備(如收音機(jī))的頻段。MAXl6808集成了LED開(kāi)路檢測(cè)功能，這些控制器也可級(jí)聯(lián)起來(lái)構(gòu)成大型LED陣列驅(qū)動(dòng)電路。
3外部照明
外部照明系統(tǒng)對(duì)安全性提出新的要求，需要更大的照明功率。外部照明，如尾燈、指示燈或緊急事件報(bào)警燈(以及霧燈)必須確保在任何情況下有效工作，以避免嚴(yán)重的安全隱患。
尾燈必須有較遠(yuǎn)的穿透距離，但照射區(qū)域不能過(guò)大。用于內(nèi)部照明的LED以及電流指標(biāo)也適用于外部照明應(yīng)用。也就是說(shuō)，用于照明驅(qū)動(dòng)的MAXl6800／MAXl6807／MAXl6808驅(qū)動(dòng)電路也可用于此類(lèi)應(yīng)用。由于尾燈中的LED數(shù)量多于內(nèi)部照明，必須采用多個(gè)驅(qū)動(dòng)器。多器件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)也提供了必要的冗余設(shè)計(jì)，即使在某些電路故障時(shí)仍能確保工作，同樣的冗余設(shè)計(jì)也適用于指示燈及其他信號(hào)燈。
需要較高照明功率的場(chǎng)合，如泛光燈或霧燈，必須使用超高亮度LED(HBLED)。HBLED需要較高的驅(qū)動(dòng)電流，前面討論的產(chǎn)品無(wú)法提供低成本設(shè)計(jì)，需要過(guò)多的驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生所需的電流。最好采用能驅(qū)動(dòng)大電流功率管的控制器，大電流功率管可以為HBLED提供高達(dá)30A的電流，MAXl6818可以滿(mǎn)足這種設(shè)計(jì)要求，如圖5所示。
MAXl6818在高達(dá)1．5MHz的工作頻率下允許使用小尺寸外部元件。由于MAXl6818是采用Maxim專(zhuān)利技術(shù)的LED驅(qū)動(dòng)器，因此能夠滿(mǎn)足外部照明應(yīng)用迅速開(kāi)啟或瞬間切換亮度的要求。利用該專(zhuān)利技術(shù)能夠使LED的瞬態(tài)電流響應(yīng)達(dá)20A／μs。若需要更高電流輸出或冗余設(shè)計(jì)時(shí)，MAXl6818含有一個(gè)180°延遲時(shí)鐘輸出，用來(lái)控制第2個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器。
本文給出了多種適合汽車(chē)常見(jiàn)照明的解決方案，提供短路檢測(cè)輸出、熱關(guān)斷，并可工作在-40～+125℃溫度范圍。Maxim采用小尺寸、增強(qiáng)散熱效果的QFN或TSSOP封裝，能夠方便地放置在空間緊湊的汽車(chē)照明模塊中。
