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汽車照明中DC/DC變換器的應用解析

鉅大LARGE  |  點擊量:1277次  |  2019年12月28日  

LED被稱為第四代汽車光源,雖然一次性投入較高,但擁有白熾燈無法比擬的優點,如LED車燈具有無延遲、節能、長壽、低熱、抗震、色純度高等諸多特點,已成為鎢絲燈、鹵素燈的必然取代產品。每臺車內部應用如儀表板、閱讀燈,外部應用則為尾燈、剎車燈、方向燈、頭燈等,汽車用照明已形成目前LED照明發展最快的應用市場。


今天,在一般的汽車上電子系統的成本約占20%以上,有的豪華車上已飆升至30%以上。汽車上設置的應用實例包括:車載信息系統,安全系統,發動機的能源管理,車載收音機、電視的衛星接收、移動電話以及其它無線電系統等等。5年前,這些電子系統僅設置在高檔豪華車上,現在每個汽車制造廠家,已將其集成在中等規格的車輛上,大幅度加速了汽車用集成電路技術的飛躍發展。


LED照明取代白熾燈泡


在車用照明產品方面,由于供電電源來自汽車蓄電池,一般為24V、48V直流電壓,故需要有直流電源的LED驅動IC(集成電路),將交流電源直接轉換為直流電源,并完成與LED電壓及電流的匹配。


與此同時,車載電子系統的元器件增加,要求的可用空間卻不斷縮小。大幅度增加了每一系統的電子元器件密度。所有電子系統均需要功率轉換的IC。通常,對每一分支系統還要配置復式的多級電壓干線。由于很高的功率密度和各系統散熱導致的高環境溫度,汽車上的有限空間和工作溫度范圍的限制,故要求高效率的功率轉換是關鍵。


在輸出電壓低和幾百毫安(mA)級以上的電流場合,因發出的熱量多,簡單地用線性調節器來輸出電子系統要求的電壓已不實際。由于這些條件的制約,從而采用開關調節器取代線性調節器。開關調節器的優點是:效率提高,碳足跡少,附加設備的簡化以及EMI(電磁干擾)的減小等。


迄今,LED已出現在很多車輛的儀表盤背光(backlighting),車內照明及制動燈上。豪華汽車廠愈益吸取了固態LED照明最新技術的優點,借助這些高科技的電子技術含量和更輕、更小、更可靠的內/外部照明器件,提高了現代汽車的美觀、舒適程度。例如,海拉作為汽車燈具領域的領先者,一直將車燈技術作為一個重要的研究課題。如今海拉已為新一代凱迪拉克白金版成功開發出全LED前照燈,并已投入量產。


LED還可以降低成本和延長使用壽命。對比車內照明用的白熾燈,頭燈用的HID(高強度放電)燈和鹵素燈,它具有明顯的優越性。


對驅動電路的要求


由汽車蓄電池驅動LED,要求具有精密調節LED電流的DC/DC變換器,以確保均勻的照明強度和色彩的完整性以及LED的保護。而且,DC/DC調節器應按照指定的用途,頭燈或尾燈,信號燈或車內的閱讀燈等,對特定的功率要進行優化。此外,由蓄電池電壓驅動一個或幾個LED燈串,蓄電池電壓可能會出現大于、等于或小于負載電壓的情況;另一種擔心則是在大的調光范圍內能否有效調節LED的亮度,并在低/高亮度級是否保持顯色特性。因此,要求DC/DC驅動器的有效運行至關重要,尤其是在驅動高亮度(HB)LED時,因未轉換成發射光的功率將消耗在發熱上。


在出現某些特殊的工況下,對驅動電路也提出了相應要求。如圖1所示,在負載一斷電(Load-dump)段,這是發電機正給蓄電池充電時,蓄電池的連接線斷電。這有可能發生在車輛正行駛、蓄電池電線松脫,或車在運行中蓄電池電線斷開。無蓄電池的情況下,發電機正進行全充電,此時會產生瞬時高達80V的尖峰電壓。


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