1. 簡介

近年來，采用LED燈串為(wei) 汽車提供LCD麵板背光越來越普遍。使用LED的好處包括快速的響應時間、更高的對比度和更低的功耗。控製LED燈串的LED驅動器一般由汽車電池供電，為(wei) 簡化LED的光學和散熱設計，每個(ge) 燈串中的LED數量一般不多於(yu) 6個(ge) 。對於(yu) 標稱電壓為(wei) 12V的電池，帶有線性穩流器的升壓轉換器（如圖1所示）可實現此功能。

圖1.由升壓轉換器和線性電流調節器組成的LED驅動器

2. 冷啟動條件

在汽車應用中電池電壓會(hui) 發生改變。通常，一個(ge) 12V電池，其電壓會(hui) 在9V到16V之間變化。因此，汽車電池供電的電路在設計時均應考慮輸入電壓的變化情況。此外，如果考慮冷啟動條件，對於(yu) 15ms左右較短的持續時間，最壞情況下，電池電壓將低至3V±0.2V，如2.8V。而後電池電壓升到6V，並持續數秒，在數秒的上升時間內(nei) 將恢複到標稱電壓範圍內(nei) 。冷啟動條件下的電池電壓曲線與(yu) 之類似，但不同汽車製造商所提供的產(chan) 品的電平和變化/持續時間會(hui) 有所不同。圖2給出了典型示例。冷啟動可能發生在汽車負載突降及低溫環境下。盡管冷啟動持續時間不長，但仍需確保LCD麵板和安全電子部件等重要的汽車組件以保證正常運行。

圖2. 典型冷啟動電池電壓曲線

3. 設計考量

考慮到冷啟動條件，在設計LED驅動器時需要強大的升壓轉換器。參看圖1，電池電壓的變化僅(jin) 會(hui) 影響升壓轉換器，如果升壓轉換器可以在冷啟動條件下保持輸出電壓，那麽(me) 線性穩流器的工作就不受影響，LED燈串的亮度也會(hui) 保持不變。由於(yu) 冷啟動條件下的輸入電壓值極低，因此設計時還需要考慮一些其他因素，包括：

3.1升壓控製器工作範圍

理論上說，隻要沒有達到占空比的上限，升壓轉換器（而非升壓控製器）的輸入電壓可以設置的很低，但是“升壓控製器”（通常是一個(ge) IC芯片）的工作電壓則有一個(ge) 更低的下限值。大部分升壓控製器的工作電壓不得低於(yu) 3V。不過如前所述，在冷啟動時，最壞情況下電池電壓可以低至2.8V，令升壓控製器工作（而不是上電即可）在低輸入電壓下的常規方法以雙電源路徑為(wei) 升壓控製器供電，包括電池電壓和升壓轉換器的輸出電壓，通過二極管回連到升壓控製器的輸入端子，如圖3所示。此類情況下，在上電過程中“升壓控製器”由電池供電，之後則由升壓轉換器的輸出進行供電。這樣，隻要升壓轉換器可以提供正常的輸出電壓，輸入電壓的壓降就不會(hui) 影響升壓控製器的工作。

圖3. 帶雙電源供電的升壓轉換器

3.2輸入電流

LED燈串的亮度和升壓轉換器的輸出功率需要保持不變，所以，輸入電流會(hui) 隨著輸入電壓的減小而增大。這即意味著在冷啟動條件下，電感器和MOSFET開關(guan) 的峰值電流都要遠大於(yu) 正常工作下的值（當電池電壓降在標稱範圍內(nei) 時）。例如，電池電壓為(wei) 3V時其輸入電流大約是12V時的4倍。所以在選擇時，電感器需要有更大的飽和電流，而MOSFET開關(guan) 需要承受更高的導通電流。

3.3熱管理

冷啟動條件下，MOSFET開關(guan) 的電流和占空比都要大於(yu) 標稱工作時的值，這意味著MOSFET開關(guan) 的傳(chuan) 導損耗會(hui) 大幅增加。盡管冷啟動條件的持續時間很短，但MOSFET開關(guan) 的溫度會(hui) 大幅上升。如果MOSFET開關(guan) 集成在升壓控製器IC內(nei) ，為(wei) 了使元件數量和解決(jue) 方案尺寸最小化，那麽(me) 有效的散熱方案就非常重要，因為(wei) 不佳的熱管理會(hui) 觸發IC芯片的熱保護電路，使LED意外斷電。

4. 推薦電路

圖4示意了考慮到冷啟動情況下，汽車中使用的LCD麵板背光普遍采用LED驅動器的電路，該電路使用了美國國家半導體(ti) 的LM3492芯片。該電路驅動2個(ge) LED燈串，每個(ge) 燈串都含有工作電流為(wei) 100mA的6個(ge) LED。電路的標稱輸入電壓範圍為(wei) 9V至16V，標稱開關(guan) 頻率為(wei) 300 kHz。該電路的基本組成元素包括一個(ge) 升壓轉換器和一個(ge) 雙通道線性穩流器。MOSFET開關(guan) 集成在LM3492內(nei) ，實現了更小的方案體(ti) 積。LM3492的VIN針腳通過二極管連到輸入電壓，當電池電壓低於(yu) 最低要求的4.5V時，芯片內(nei) 部連接了VIN和VOUT引腳（後者連接升壓轉換器的輸出電壓）的電路就會(hui) 為(wei) LM3492供電。這裏選用了一個(ge) 飽和電流為(wei) 3.36A的33uH電感器，盡管對於(yu) 正常輸入電壓而言，1A的飽和電流就已足夠。

圖4. 考慮冷啟動條件的LM3492參考設計

5. 測量結果

圖5-6顯示了輸入電壓為(wei) 12V（標稱值）和2.8V（冷啟動時的最壞情況）下LM3492電路的波形。表1總結了LM3492電路工作在標稱條件和冷啟動條件下的測量結果。可以看到，即使輸入電壓低至2.8V時，LED電流也保持不變，這表示背光亮度並不受冷啟動條件影響。從(cong) 圖6的波形可知，輸入電壓為(wei) 2.8V時的占空比大於(yu) 90%，同時還測量了2.61A的大輸入電流，如表1所示。為(wei) 此，其內(nei) 部MOSFET開關(guan) 的功率損耗也就相對較大。LM3492外殼上可測得90C的溫升（標稱輸入電壓範圍下僅(jin) 為(wei) 30C）。參考表1中的效率可知，冷啟動條件下的效率會(hui) 下降到56%，盡管標稱輸入電壓範圍內(nei) 的效率可高達90%。

圖5. 輸入電壓為(wei) 12V時LM3492電路的波形

圖6. 冷啟動條件下LM3492電路的波形

輸入電壓	輸入電流	LED燈串電壓	LED電流	效率
2.8V	2.61A	20.7V	0.1A /串	56.7%
6V	0.78	20.7V	0.1A /串	88.5%
9V	0.51A	20.7V	0.1A /串	90.2%
12V	0.38A	20.7V	0.1A /串	90.7%
16V	0.29A	20.7V	0.1A /串	92.4%

表1. 測量結果總結

6. 結論

考慮到汽車應用中的冷啟動條件，本文介紹了一款普遍用於(yu) LCD麵板背光的LED驅動器電路。前麵已經討論了一些特殊設計考慮，包括雙電源供電、飽和電流更高的電感器選擇和熱管理。測量波形顯示，LED電流並未受影響，即使輸入電壓降到2.8V時仍可保證正常工作。在9V至16V的標稱輸入電壓下，可以實現約90%的高效率。