最近几年，发光二极管(LED)以及冷阴极荧光灯(CCFL)等其它光源正逐渐成为汽车的普通光源。这些新光源的关键优势是具有较长的使用寿命和更高的效率。白炽灯的典型使用寿命为10,000小时，而荧光灯可达50,000小时，LED则高达100,000小时。使用寿命的延长提高了可靠性，并减少了维护工作，最终降低了服务成本。LED的其它优点包括低工作电压、低电磁辐射、抗机械应力强、形状设计灵活、较宽的工作温度范围和亮度调节范围。随着LED技术的发展，该技术最终将取代其它照明技术的趋势也更加明显，但是，就目前某些应用领域而言，CCFL仍然占据明显优势，如大屏幕背光以及那些需要大功率非聚焦光源的场合。

CCFL和LED光源需要适当的供电电源，而且，不同技术具有不同的特殊要求，电源必须提供特别的应用和功能。本文为LED和CCFL光源提供了一些电源解决方案，针对不同的汽车内部和外部照明装置，讨论了一些具体的设计方法。

内部照明

内部照明应用包括仪表盘或仪表板背光、顶灯和地图灯、安装在门上或车体上的门控灯以及显示器背光。由于显示器背光有一些特殊的要求，将在后面的章节中单独讨论。

以上所有内部的照明应用都可以使用LED作为光源。地图灯和顶灯通常采用一个LED来实现，仪表盘和门控照明灯则通常需要一个以上的LED串联实现。串连有利于避免不同LED之间的电流失配及由此引起的颜色失配。所有应用都需要一个集成了亮度调节功能的恒流源，而目前市场上已经出现了将所有功能集成在单个芯片的方案，如Maxim公司的MAX16800，该器件集成了所有控制和电流源电路(图1a)。

图1(a)：MAX16800调光控制功能框图。

MAX16800具有高输入电压范围(高达40V)，因此可以直接连接到汽车电池而不需要其它保护器件，保护器件一般是用来抵御电池负载突降带来的浪涌电压。该器件能够为LED提供恒定电流，电流值可以通过与LED串联的电流检测电阻R_SENSE设置(图1b)。为提高电流精度以及对外部噪声的抑制能力，MAX16800采用了差分电流检测输入方式。

图1(b)：MAX16800调光电路的典型应用。

LED的颜色随流经它的电流变化而改变，因此调整LED亮度的最好方法是通过脉宽调制(PWM)信号对一个恒定电流进行调制，而不是改变电流的实际幅度。MAX16800通过在器件的使能输入引脚施加一个PWM信号来调整LED亮度。流过LED的电流按照PWM信号的频率设置开启和关断。

对电磁干扰(EMI)的抗扰性在汽车应用中非常重要，这一设计要求与不产生EMI同样重要。不过，接通或关断LED上的电流时通常都会产生EMI辐射。因此，为减小PWM调光期间的EMI辐射，MAX16800集成了波形整形电路以平滑开关信号的边沿。

很多照明系统中没有可用的微控制器来产生PWM调光信号，对于这种情况，可以采用MAX16805和MAX16806(图2a、2b)LED驱动器。这些LED驱动器包含了所有功能：三角波发生器、脉冲检测、带隙基准及其它功能电路，无需微控制器或开关模式转换器(图2a)。这两款器件均可由内部产生PWM信号，PWM信号由加在DIM输入引脚的外部电压设置。不采用模拟调光时，MAX16806有一个开关输入(SW)，该开关输入不仅能检测开关状态，还具有去抖功能，并可在开关切换时提供湿电流(wetting current)。

图2(a)：MAX16800调光控制功能框图。

图2(b)：MAX16805(左)或MAX16806(右)。

在某些照明应用中，必须密切监控LED的温度，这对于空间紧凑、散热条件较差的系统而言特别重要。LED过热会降低LED的使用寿命，从而削弱了该类光源的一个关键优势。幸运的是，通过迅速调低LED亮度，可以在大多数应用中避免过热现象。为达到这个目的，MAX16806为外部温度传感器提供了输入端(图2c)。当检测到过热时，器件可以调低亮度，直到温度恢复到一个可接受的值。温度和亮度调节阈值可以通过串口编程，并存储在EEPROM中。该功能可以省去昂贵的大尺寸散热器。

MAX16805/MAX16806的内部基准被用于监控反馈回路的LED电流，并且可以通过串口进行调整。这一特性允许对所有LED使用一个固定的检流电阻，从而可简化生产并降低成本。

显示器背光

现在，液晶显示器(LCD)被广泛用于仪表盘、车载计算机、无线电及导航系统和娱乐系统中。与上述内部照明实例不同的是，显示器背光需要将光散射到尽量大的面积，而不是产生聚焦光束。

传统上，由于CCFL的效率高、工作温度低并可提供较高的光照强度，LCD显示器主要采用CCFL作为背光源。虽然CCFL控制器在汽车电子以外的领域应用得非常成功(例如LCD电视或计算机监视器)，但汽车环境对技术提出了特殊的挑战和要求。

为尽可能减少元件数量，CCFL控制器必须包含多种功能，例如EMI抑制、灯管电流的过驱动、必备的控制接口等，此外还需要每路灯管的故障监控电路、用于灯管和DPWM控制的振荡器以及其它特性。Maxim的DS3881能够满足此类设计的要求(图3a)，只需少量的外部元件，即可构成一个完整的CCFL控制子系统(图3b)。DS3881控制器针对汽车环境下的应用进行了优化。由于其基本电路拓扑、外部晶体管、变压器以及灯管本身都是EMI辐射源。通过使用扩频、频率偏移技术可有效减小EMI辐射，并且将残余噪声转移到不敏感的频带。

图3(a)：该CCFL控制器支持单灯管配置，具有完全独立的灯管控制、EMI抑制以及过驱动模式，能够在寒冷的气候中迅速加热灯管。

汽车电子的另一特殊要求是在低温下工作。DS3881具有一种特殊的灯管电流过驱动模式，当温度很低时，在该模式下可以迅速加热灯管，从而实现快速启动。该器件还具有多种故障监测功能，可以监测灯管故障、灯管开路、过流、启动失效以及过压故障。

图3(b)：采用DS3881，仅需要少量外部元件即可完成CCFL背光控制器的设计。

由于DS3881具有很高的集成度，所需的外部元件极少，因而大大降低了材料(BOM)成本并有助于简化生产。多个DS3881控制器可以级联工作，以支持需要多个灯管的大显示屏应用。所有的特性和功能均可通过引脚或串口设置，并可以将设置存储在集成的非易失存储器中。

对于小尺寸显示屏，可以选择LED阵列来替代CCFL背光。多个LED串能够在整个区域提供均匀的亮度和色彩，MAX16807、MAX16808是用于LED背光阵列的驱动方案，包含8个LED驱动通道，每通道可提供55mA的驱动电流(图4a)。MAX16807的典型电路提供了一个简单的系统设计，仅需很少的元件即可完成背光驱动子系统设计(图4b)。

图4(a)：MAX16807/MAX16808包含8路漏极开路、恒定吸收电流的LED驱动器输出，可以提供5000:1的调光范围，整个亮度调节频率从50Hz至30kHz。MAX16808增加了故障检测功能。

图4(b)：MAX16807/MAX16808包含8路漏极开路、恒定吸收电流的LED驱动器输出，芯片中的LED电流控制电路可使LED串之间的电流匹配度达到±3%，并使每个输出通道的LED电流达到55mA。

MAX16807/808可以工作在降压、升压或单端主电感转换(SEPIC)模式下，具体取决于输入电压范围以及每个输出通道串联的LED数量。增加一个外部电阻和一个齐纳二极管使得该器件可以承受抛负载(load-dump)。虽然各个输出通道的电流都由单个电阻设置，但每个通道的电流可以独立调整。在不增加任何外围元件的情况下，该架构可以保证各个LED串之间的电流匹配度优于3%。每个通道可以分别调光，也可以通过使能引脚对所有输出通道进行统一调光。调光频率范围为50Hz至30kHz，调光比高达5,000:11。车载显示器在黑暗中和日光环境下都必须可见，因此要求的调光比较高。当亮度调节信号的开关频率范围为20kHz至1MHz时，可以避开与其它设备(如收音机)之间的干扰。MAX16808集成了LED开路检测功能。这些器件也可级联起来构成大型LED阵列驱动电路。

外部照明

外部照明应用对安全性提出了新的要求，需要更高功率的照明。尾灯、指示灯或紧急事件报警灯(以及雾灯)等外部照明设备必须确保在任何情况下都能有效工作，以避免严重的安全隐患。

尾灯必须具有较远的穿透距离，但照射区域不能过大。具有与内部照明相同电流指标的LED可以用于外部照明应用。也就是说，MAX16800、MAX16807以及MAX16808驱动器也同样适用于此类应用。由于尾灯中的LED数量通常多于内部照明，因此必须采用多个驱动芯片。多芯片驱动架构还提供了必要的冗余，即使在某个电路故障时仍能确保正常工作。同样的冗余设计也适用于指示灯或其它信号灯。

需要较高光照强度的场合(如泛光灯或雾灯)必须使用多个高亮度LED(HBLED)。HBLED需要较高的驱动电流，为产生所需的电流，前文讨论的产品需要的驱动芯片太多，因而无法提供经济有效的方案。最好的方法是采用能驱动大电流功率管的控制器，大电流功率管可以为HBLED提供高达30A的电流，MAX16818可以满足这种设计要求(图5)。

图5：利用MAX16818控制器可驱动高亮度LED，能够控制外部功率晶体管，提供30A的驱动电流。

MAX16818非常适用于降压、升压以及SEPIC架构。开关频率范围较宽，高达1.5MHz，允许使用小尺寸的外部元件。外部照明应用通常必须迅速开启或瞬间切换亮度，为达到这一目的，MAX16818采用了Maxim公司的专利技术，利用平均电流模式控制(average-current-mode-control)技术可以实现高达20A/ms的快速LED瞬态电流。对于要求更高电流或冗余设计的应用，MAX16818具有一个延迟180°相位的时钟输出，可以用来控制另一个LED驱动器。

本文小结

本文讨论的解决方案可以满足普通汽车照明应用的要求，具有短路保护和热关断功能，并可工作在-40°C至 +125°C温度范围。这些器件都采用小尺寸、增强散热效果的QFN或TSSOP封装，能够很容易地集成在空间紧凑的汽车照明模块中。

来源：电子系统设计