汽車信息娛樂用ＬＣＤ－ＴＦＴ屏需要用于背光照明的可靠ＬＥＤ驅動器

引言

根據法國Yole Development的預測，到2012年整個LED市場規模將達到103億美元。高亮度和超高亮度LED總共將占這個總數當中的大約44.5億美元；幾乎是2007年7.83億美元市場規模(基于封裝的LED統計)的5.5倍。這種令人吃驚的增長的主要推動力之一是現代汽車中普遍采用了LED照明。LED應用包括信息娛樂系統當中的薄膜晶體管液晶顯示屏(TFT-LCD)背光照明，以及儀表板、車內照明、剎車燈、日間行駛燈、轉向信號燈和最近出現的前燈。

怎樣才能持續推動汽車照明中這種令人矚目的增長潛力呢?首先，LED產生的光要比白熾燈泡的效率高出十倍，幾乎是熒光燈光效的兩倍，包括冷陰極熒光燈(CCFL)。這將減少提供給定光輸出(單位流明)量所需的電量以及熱量。隨著LED的進一步發展，其利用電能產生光通量的效率將會繼續增加。其次，在一個非常重視環保的世界中，LED照明不需要對常見于CCFL及熒光燈的有毒汞蒸汽進行處理、暴露和處置。第三，白熾燈泡大約每1，000小時就需要進行更換，熒光燈可以維持長達10000小時，而LED的壽命可長達100000小時以上。在大多數應用中，使這些LED可以永久地嵌入在最終應用當中，而無需使用一種固定裝置。這對背光照明的汽車導航及信息娛樂顯示屏尤為重要，在汽車的使用期限內，這些嵌入在汽車內部的設備將永遠不需要更換。而且，LED要比其同類設計小和薄幾個量級，所以LCD屏可以做得非常薄，因此所需的汽車內部空間非常小。此外，通過采用紅色、綠色和藍色(RGB)LED的配置，可以實現無限數的顏色。LED還具有調光和接通／關斷能力，遠遠超過了人眼的分辨能力，有助于顯著改善LCD顯示器的背光照明能力，同時還可以實現引人注目的對比度和高分辨率。

汽車照明系統設計人員面對的最大挑戰之—是如何體現出最新一代LED的所有優勢。由于LED通常需要—個準確而高效的DC電流源和一種調光方法，LED驅動IC的設計必須在各種條件下滿足這些要求。電源解決方案必須是非常高效而功能堅固，而且還要非常緊湊和具成本效益。毋庸置疑，驅動LED要求最嚴格的應用將是汽車信息娛樂系統TFT-LCD背光照明應用，因為這些應用必須耐受汽車電氣環境的嚴酷性，必須對廣泛變化的環境照明條件進行補償，也必須適合一個非常空間受限的占位面積，同時還要保持具有吸引力的成本結構。

汽車LED背光照明

如小尺寸、極長的壽命、低功耗和增強的調光能力等優勢使LED TFT-LCD在今天的汽車背光照明中得到了廣泛采用。信息娛樂系統通常有一個安裝在儀表板中央的LCD屏，司機和乘客可以輕而易舉地查看他們的位置，進行音頻調節，執行各種其他任務。此外，許多汽車的后部座椅上還有供乘客使用的LCD顯示器，可以播放電影、玩電視游戲，等等。一直以來，這些顯示器均采用CCFL背光源，不過它正在利用超薄陣列的白光LED取代這些比較大的燈泡，這提供了更精確和可調整的背光照明，以及輕松超越汽車年限的使用壽命。

在這樣的環境下使用LED的好處有若干積極的含意。首先，LED從來不需要更換，因為其固態壽命可達100，000小時以上(11.5服役年限)，這超過了車輛的使用期限。這將有助于汽車制造商永久性地將LED嵌入在“車艙內”的背光照明裝置當中，而無需留有用來更換的入口。款式還可以根據LED照明系統做出改變，而無需CCFL燈泡那樣的深度或面積。通常，LED在利用輸入電力提供光輸出方面也比熒光燈更加有效。這具有兩種積極的效果。第一，它從汽車總線消耗的電力更少，同樣重要的是，它還可以減少通過顯示器散失掉的熱量，不需要使用任何大型而昂貴的散熱器。

LED背光照明的另一個重要優勢在于由高性能LED驅動器IC提供的寬闊調光比能力。由于汽車內部受到變化非常廣泛的環境照明條件所影響，范圍遍及從陽光直射到完全黑暗之間的各種變化，迫切需要LED背光照明系統具有很寬的調光比，一般需要高達3000：1。利用合適的LED驅動器IC，比較容易實現這類寬調光比，而采用CCFL背光源這是不可能實現的。

汽車LED照明設計參數

為了確保最佳性能和長久的工作壽命，LED需要有效的驅動電路。這些驅動IC必須具備能在相當苛刻的汽車電源總線情況下工作的能力，還必須具有成本和空間效益。為了維持其長久的工作壽命，絕對不能超過LED的電流和溫度極限。

汽車工業的主要挑戰之一是克服在汽車電源總線上苛刻的電氣環境。主要挑戰是瞬態條件，即所謂“負載突降”和“冷車發動”。負載突降是電池電纜斷開，同時發電機仍然對電池充電時的一種條件。當一條電池電纜松動，汽車又處于工作狀態，或者當一條電池電纜斷開而汽車正處于運行狀態時，就可能發生這種情況。當發電機試圖對一個缺席的電池進行完全充電時，這種電池電纜的突然中斷可能產生高達40V的瞬態電壓尖峰。發電機上的瞬態電壓抑制器通常會將總線電壓箝制在大約36V，并吸收大多數電流浪涌；不過，發電機下游的DC/DC轉換器受到的這種瞬態電壓尖峰可達36V至40V。在這個瞬變過程期間，人們希望這些轉換器可以幸免于瞬態電壓尖峰，并可控制輸出電壓。有各種各樣可供選擇的保護電路，通常都是瞬態電壓抑制器，而這可在外部實現。不過，它們增加了成本、重量，同時也需要更大的空間。

冷車發動是一輛汽車的引擎在一段時間內處于冷態或冰點溫度時發生的一種條件。這時引擎潤滑油變得非常粘稠，需要起動電機輸出更大的扭矩，進而從電池汲取更多的電流。這種大電流負載可以將點火時的電池／主總線電壓拉低至4.0V，在這之后它通常返回到12V標稱值。

不過，有一個新的解決方案可以應對這一困境，這就是凌力爾特的LT3599。在這兩個條件的自始至終，它都具有幸免于瞬態電壓尖峰和調節固定輸出電壓的能力。其3V至30V的輸入電壓范圍以及40V的瞬態保護使之成為了汽車環境的理想選擇。即使是在36V瞬變期間發生VIN大于VOUT的情況，LT3599也可以調節所需的輸出電壓。

大多數LCD背光照明應用都需要10W和15W之間的LED功率，LT3599是專為這種應用而設計的器件。它可以將汽車總線電壓(標稱值12V)提高到44V，以驅動多達四個并聯串，每串包含十個100mALED。

LT3599采用了一種自適應反饋環路設計，它可以將輸出電壓調節至略高于最高電壓的LED串。這將最大限度地減少鎮流電路損失的功耗，從而優化效率。圖3顯示了LT3599可能實現高達90％的效率。非常重要的是，它無需使用任何散熱器，從而實現了非常緊湊的超薄占位面積。同樣重要的是，驅動LED陣列可以提供精確的電流匹配，以保證整個面板的背光照明亮度的一致性。在40℃至125℃溫度范圍內，LT3599可以保證實現低于2％的LED電流變化。

LT3599采用了一種固定頻率、恒流升壓型轉換器拓撲結構。其內部44V、2A開關能夠推動四串多達十個串聯的100mA LED。其開關頻率可以進行設置，并可以在200kHz和2，5MHz之間同步，使之可以保持超出AM無線波段的開關頻率，同時最大限度地減少外部元件的尺寸。該設計還有助于其運行一至四串LED。如果使用較少的LED串，每串就能夠提供更多的LED電流。每串LED可以使用相同數目的LED，或者可以使用有不同LED數目的LED串進行不對稱運行。

LT3599可以使用True Color PWMTM調光對LED進行調光，或者通過控制引腳進行模擬調光。True Color PWM可提供高達3000：1的調光比，這經常是汽車應用所要求的。通過在全電流條件下對LED進行的脈寬調制，LED光不會出現任何顏色變化，頻率也非常高，這是人眼察覺不到的。模擬調光利用改變CNTRL引腳電壓水平來提供一個非常簡單的方法，以實現高達20：1的調光比。這種調光方法將取決于LCD屏所承受環境光的變化。

此外，LT3599還集成了保護功能，其中包括開路和短路保護和報警引腳。例如，如果一個或多個LED串開路，LT3599將調節其余的LED串。如果所有串都開路，它仍將調節輸出電壓，而在兩種情況下都將發信號至OPENLED引腳。同樣，如果一次短路發生在VOUT和任何LED引腳之間，LT3599將立即關閉這個通道，并設置一個SHORTLED標記。禁用該通道可以防止LT3599受到大功率散熱的影響，并保證穩定的工作。優化可靠性的其他特點包括關斷狀態的輸出中斷、可編程欠壓鎖定和可編程LED溫度降額。LT3599的高壓能力和高度集成為汽車背光應用提供了一種理想的LED驅動器解決方案。

結論

汽車中LED背光照明應用前所未有的普及速度為LED驅動器IC開創了許多特殊性能要求。這些LED驅動器還必須提供恒流，以維持均勻的亮度，無論輸入電壓或LED正向電壓如何變化，都必須以高效率工作，提供寬調光比，同時具備提高系統可靠性的多種保護功能。這些應用也需要非常緊湊和高散熱效率的解決方案占位面積。凌力爾特利用像LT3599這樣的LED驅動器IC滿足了這些設計要求。此外，凌力爾特還開發出了一系列大電流LED驅動器產品，旨在滿足從LCD背光照明到轉向信號，甚至前燈應用的汽車應用范圍。今天的汽車照明系統設計人員已經具備了簡潔而有效的LED驅動器，以應對其最具挑戰性的LED照明設計。