汽車電子產品在過去十年間有了突破性的發展，不管在數量上或精密程度上，車載電子控制、車載資訊服務以及娛樂系統均有顯著的提升。展望未來，車載電子產品的發展可望進一步加速。根據Strategy Analytics預測：汽車電子系統在車輛總成本中所佔的比例將從目前的25％飆升至2008年的35％以上。幾項重大發展趨勢，更對汽車電子產品的高速成長帶來推波助瀾的作用；在汽車系列的一端，諸如油門控制、煞車和懸吊控制等眾多傳統上的機械系統，目前均採用電子系統來進行控制和優化。而在另一端，LED照明、娛樂和無線導航正迅速成為非豪華型汽車的標準配備。所有這些系統均要求某種程度的電源管理以實現高效能運作。這些新型汽車應用所面臨的電子技術挑戰很多，而維持解決方案的高可靠性也是極為重要的。

本文將重點探討這種成長的主要組成部分之一，亦即：當今以及下一代汽車中LED照明使用率的快速提高。這種新型照明領域為汽車電子產品的設計者和製造商均帶來了新挑戰。瞭解這些挑戰並找到可行的解決方案是最為重要的，因為與這些照明系統相關聯的發展似乎是無止境的。

LED照明

因小巧的外形、低功耗和快速導通時間等優勢，使得高亮度LED被當今汽車廣泛應用。LED在汽車中的初始應用是中央高架停車燈（CHMSL），這些應用運用紅光LED來提供一個非常扁薄的照明陣列，該照明陣列易於安裝，而且永遠不需要更換。

根據Strategies Unlimited的統計，2006年間製造的全數高亮度LED當中，大約有20％應用在汽車上，其市價超過7.5億美元。

在傳統上，白熾燈泡是最為經濟的光源，而且仍然被許多汽車所採用。然而，隨著可用照明空間日益縮小以及對照明光源使用壽命要求的不斷提高，由LED所提供的燈光色彩和設計方案正迅速取代白熾燈泡應用。即使是傳統的CCFL TFT-LCD背光源應用，目前也逐漸被白光LED陣列所取代。除此之外，人們也利用一種電「可操縱」型高電流LED陣列來開發車前燈，而該領域一直是被鹵素／氙燈絲設計所寡佔的。幾乎所有的汽車照明應用（包括車身內部／外部照明和背光照明應用）都將逐步過渡為採用LED。採用LED的優點具有諸多積極的含意。首先（也許是最重要的一點），它永遠不需要更換，因為其長達10萬小時的固態壽命（年限為11年半）比汽車的使用壽命還要長。這使得汽車製造商能夠把它們永久性地嵌入車艙內的照明系統中，而無需像以往預留用於更換燈絲燈泡的入口。由於LED照明系統不需白熾燈泡所要求的安裝深度或面積，因此還可使汽車的造型進行改變。LED的另一項優勢是低功耗，因而能夠使得耗油量減少。圖二顯示了一輛現代化轎車中的眾多LED照明應用。在汽車內部，安裝了多個採用各類LED的「標準車內」照明模組，有的是單顆LED，而其他的應用（如導航儀錶板背面照明等）則需要採用LED陣列。在車身外部照明中，LED的使用率也迅速提高中，今日，有40％以上的中央高架停車燈正在運用紅光LED。此外，奧迪（Audi）的2007 A8型車還採用一個高電流LED陣列來作為日間行駛燈（DRL），而其R8型車則提供了完整的外部前照燈系統（內含採用LED製成的車前燈），同樣，而即使在更普通的轎車甚至摩托車上，配備用於?車／轉向訊號照明裝置的彩色LED陣列也是司空見慣的。

《圖一　Audi R8 LED車前燈／轉向訊號／行駛燈》

《圖二　LED照明在現代化汽車中的典型應用》

汽車LED照明的設計參數

為確保最佳的性能和長久的工作壽命，LED需要一個有效的驅動電路。這些特殊的驅動電路必須能從一相當嚴苛的汽車電源匯流排中獲取工作電源，而且還應兼具成本和空間「效益性」。為了維持其長久的工作壽命，其一定不得超過LED的電流和溫度限值。表一陳列了針對一個高電流白光LED的典型順向電壓與驅動電流的相互關係。在單顆LED至３顆 （串聯） LED的應用中，將需要一個降壓LED驅動器（如凌力爾特LT3475），用於將汽車匯流排電壓（標稱值為12V）降至一個更合適的LED電壓，根據應用的LED彩色和亮度要求的不同，該LED電壓的變化範圍可在2.68V至4.88V（每個LED）之間。與此相反的，在如?車燈等需要多個由多達8個串聯LED組成的LED串的應用中，所需的輸出電壓為21V至39V，所以必需採用一個升壓LED驅動器（如凌力爾特LT3496）。凌力爾特提供的所有LED驅動器均採用了電流模式架構以傳送定電流。

如欲在輸入電壓不規則的情況下產生固定的LED亮度，就必須從這些驅動器IC獲得固定的電流源。一個內部檢測電阻器可用於監視輸出電流，以實現準確的電流調節。在一個寬廣的電流範圍內（35mA至1A）若保持高輸出電流準確度則能實現寬寬調光範圍。由於凌力爾特的高電流LED驅動器是電流模式穩壓器，因此並不直接調整電源開關的工作週期，而是由回授迴路來控制每個週期中流經開關的峰值電流。相較於電壓模式控制，電流模式控制改善了迴路的動態性能，並提供了週期對週期的限流功能。

在許多應用（特別是背光和車內照明）中，都有可能需要進行調光控制，因而要求驅動器IC提供一種用於調節輸出電流／LED亮度的簡單方法。利用合適的驅動器IC，即可通過一個PWM訊號、DC電壓或外部NMOS電晶體來完成調光操作，調光範圍可高達3000：1。

最後，車載電子產品可能對雜訊很敏感，尤其是導航系統、無線電路和AM無線電波段接收機。為了最大限度地降低發生雜訊干擾的可能性，凌力爾特在其LED驅動器IC中採用了定頻開關架構。此外，使用者還可在200kHz至2MHz的範圍內設定開關頻率，以使開關雜訊遠離嚴苛的頻段（比如：AM無線電波段）。高開關頻率還允許使用小型的電感和陶瓷電容，從而最大限度地縮減了解決方案尺寸和成本。

雙LED應用

由圖二可見，許多嵌入式高電流LED應用將包括單個或兩個高電流（ILED的範圍從1A至1.5A）LED。這些應用包括車內照明（如車頂燈、地圖燈、儲物盒照明燈等）和車外照明（如車門門檻燈或「地面照明」燈等）。根據應用的不同，它們可以採用彩色LED（用於車載儀器的背面照明）或白光LED（用於普通照明）。由於這些LED通常具有一個3V至4V的順向電壓，並由一12V至14V的汽車匯流排供電，因此需要採用一個降壓轉換器（如LT3475）。

LT3475是一款雙通道、36V、2MHz降壓DC／DC轉換器，其專為用作定電流雙LED驅動器而設計，如圖三所示。每個通道均具有一個內部檢測電阻和調光控制功能，因此非常適合驅動需要高達1.5A電流的LED。一個通道的開關操作與另一個通道為反相180°，因而使兩個通道的輸出漣波均有所減小。每個通道均獨立地在一個50mA至1.5A的寬電流範圍內保持高輸出電流準確度，而獨特的True Color PWM電路提供了一個3000：1的調光範圍，且未發生任何的色偏（這種現象在LED電流調光中很常見）。憑藉其4V至36V（暫態電壓高達40V）的寬輸入電壓範圍，LT3475成為汽車電源系統的選擇。其切換頻率可設定於200kHz至2MHz之間，因而允許使用纖巧型電感和陶瓷電容，並使切換雜訊遠離AM無線電波段。再加上其採用散熱強化型TSSOP-20封裝，因此提供了適合於驅動高電流LED的精小型解決方案。

LT3475採用高壓端感測，實現了LED負極的接地連接，從而免除了大多數應用中所需的接地線。其並具有一個用於每個通道的內建升壓二極體，因而進一步縮減了解決方案的接腳佔位和成本。其它特點尚包括LED開路和短路保護。

《圖三　LT3475雙通道1.5A降壓LED驅動器的典型應用和效率》 - BigPic:849x360

用於導航顯示器的LCD TFT背光照明

傳統上，汽車中的大型（對角線尺寸為6吋至9吋）TFT-LCD顯示器一直採用冷陰極螢光燈（CCFL）來提供背光照明。因採用CCFL而引發的問題是多方面的。首先，驅動CCFL所需的高電壓電源不僅體積龐大，而且相當複雜。其次，CCFL燈泡本身的體積也較大，而且容易故障。由於該照明裝置內嵌於導航系統之中，因此，一旦CCFL發生故障，則往往需要更換整個昂貴的裝置。

如圖四所示，白光LED陣列與之相反，其為一結構更加纖小、可靠性更高的背光照明解決方案。由於功率調節電路較為簡單而緊湊，因此這種照明方案的外形尺寸較小。LED及其電源的固態特性將令其使用期限輕易地超越車輛的壽命。值得注意的是：這種背光照明方案的效率非常高，達89％，因此可減少所需的散熱量，這一點也是很重要的。

圖四中的LT3496是一款2MHz DC／DC轉換器，專為用作一個三通道定電流LED驅動器而設計。LT3496的每個通道可驅動多達10顆串聯的100mA LED（在升壓模式中）；因而使得LT3496能夠驅動多達30顆100mA LED，並實現高達96％的效率。三個通道均由一個獨立的True Color PWM訊號來運作，從而可對每個通道進行獨立調光（調光比高達3000：1）。3V至30V的輸入電壓範圍和高達40V的暫態電壓保護能力非常適合汽車電源匯流排。定頻、電流模式架構在一個寬廣的電源電壓和輸出電壓範圍內確保了穩定的操作。而頻率調節針腳則使用戶能夠在330kHz至2.1MHz的範圍內設定切換頻率，以優化效率，並將外部元件尺寸減至最小，同時避開對雜訊敏感的AM無線電波段。其散熱強化型4mm×5mm QFN封裝提供了一個適合15W（升壓）LED應用、接腳佔位十分精小的解決方案。

LT3496在LED的高壓端感測輸出電流，因而實現了降壓、升降壓或升壓配置。大多數汽車應用都將需要進行升壓或升降壓操作。利用一個外部感測電阻，使用者可設定每個通道的輸出電流範圍。三個獨立驅動器通道均利用了一個內部700mA、45V NPN開關，並具有一個用於PMOS斷開的內建閘極驅動器。其他特點包括LED開路保護和熱限制。

《圖四　用於30顆100mA白光LED的LT3496背光照明電路》

《圖五　LT3496的效率（採用圖四所示的電路時）》

?車燈

迄今為止，LED在汽車中最為常見的應用是中央高架停車燈（CHMSL）。截止2006年底，至少有60％的汽車都安裝了LED型CHMSL。其優點包括更快的照明速度、更高的效率、更長的工作壽命，而且，非常扁薄的紅光LED陣列還具有設計／安裝上的簡易性。LED能夠在不到1ms的時間內達到全照度（傳統的燈泡則需要長達200ms的時間才能產生其最大亮度），因此，後方車輛的駕駛者識別?車燈的時間將大為縮短，進而降低了發生追尾碰撞事故的機率。與白熾燈泡相比，其功耗也降低了80％之多，因此能達到節省耗油量的優勢。其有效使用期限可輕易超過車輛壽命，因而免除了更換的需要。除了CHMSL之外，有些汽車和摩托車還在主?車燈中用LED替代了白熾?車燈。

為了實現這些LED?車燈的效能和工作壽命的最大化，應採用一種能夠驅動這些?車系統所需的紅光LED串的合適LED驅動器，這是必不可少的。凌力爾特的LT3486便是專為此類汽車應用而開發的。

如圖六所示，LT3486是一款雙通道升壓DC／DC轉換器，其專為從一12V至14V汽車匯流排以定電流來驅動多達16顆LED（每個轉換器驅動8顆串聯的LED）而設計。採用LED串聯的方式能夠提供相等的LED電流，從而獲得均勻的LED亮度。在必要時，兩個獨立的轉換器還能夠驅動不對稱的LED串列。

兩個LED串列的調光也可通過各自的CTRL針腳來獨立控制。透過將PWM訊號饋送至各自的PWM針腳，內部PWM調光系統可使調光範圍擴展至高達1000：1。LT3486的工作頻率可由一個外部電阻設定於200kHz至2MHz的範圍內。一個200mV的低回授電壓（2％準確度）則最大限度地減少了電流設定電阻中的功耗，而能提升效率。其它特點包括LED斷開時的輸出電壓限制。

LT3486提供了一款接腳佔位非常精小的解決方案，並可採用節省空間的16接腳DFN（5mm×3mm×0.75mm）封裝或16接腳散熱強化型TSSOP封裝。

《圖六　LT3486汽車LED驅動器電路》

結語

由於LED照明在當今和未來汽車中的普及速度大幅提高，因此對高電流LED汽車應用中的LED驅動器IC產生了許多非常特殊的性能要求。LED驅動器必須提供定電流，以保持均勻的亮度（而不受輸入電壓或LED順向電壓變化的影響），且必須實現高效率運作。其還須能承受汽車電源匯流排相當嚴苛的電氣特性。另外，這些應用還需要接腳佔位非常精小和散熱效率很高的解決方案，而凌力爾特則因應這些汽車設計要求，開發出一系列旨在解決上述汽車挑戰的完整高電流LED驅動器產品。

--作者為Linear凌力爾特產品行銷工程師--