下一代汽车照明电源

引言

纵观整个汽车照明设备的发展历史，电源始终扮演着重要角色。起初，汽车仅需要前灯，以便在黑暗中看清道路。随后，为了安全以及更好地协调不断增长的交通流量，增加了其它光源 — 尾灯、指示灯等。报警和雾灯在极端情况下提供了特殊功能。内部光源，如仪表板、顶灯、地图灯、开门灯等为驾驶员和乘客提供了便利。除了早期型号，所有这些光源均采用电能供电并且使用白炽灯泡。

最近几年，其它光源，如发光二极管(LED)以及冷阴极荧光灯(CCFL)逐渐成为了汽车的普通光源。这些新光源的关键优势是具有较长的使用寿命和更高效率。白炽灯的典型寿命为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、工作温度范围宽以及亮度调节范围宽。随着LED技术的发展，用它取代其它的技术趋势也更加明显，但是，就目前的应用情况来看，CCFL仍然占据某些应用领域的优势，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，讨论了具体的设计方法。

应用

内部照明

内部照明应用包括仪表盘和仪表盘背光、顶灯和地图灯、安装在门上或车体上的开门灯以及背光。由于背光显示有特别的要求，将在后面的文章中单独讨论。

所有内部的照明应用都可以使用LED作为光源。地图灯和顶灯通常使用一个高亮度LED，仪表盘和开门灯通常需要一个以上的LED串联实现。串行连接有利于避免不同LED的电流(对应颜色)失配。所有应用都需要一个集成了亮度调节功能的恒流源。图1和2给出了针对内部照明应用进行优化、可提供各种不同功能的电源IC。

MAX16800具有高输入电压范围(达40V)，因此可以直接连接到汽车电池而不需要保护器件，保护器件一般用来抵御电池负载变化带来的浪涌电压。该器件能够为LED提供恒定电流，电流值可以通过与LED串联的检流电阻RSENSE设置。为了提高电流设置精度，提高对外部噪声的抑制能力，MAX16800采用了差分电流检测输入方式。

LED的色度随其电流的变化而改变，因此调整LED亮度的最好方法是通过脉宽调制(PWM)信号对一个固定电流进行斩波实现，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作用一个PWM信号来调整LED亮度。通过LED的电流按照PWM信号的频率开启和关断。

电磁干扰(EMI)抑制在汽车应用中非常重要，这一设计要求与不产生EMI同等重要。对LED电流进行通、断控制时无论如何都会产生EMI辐射。因此，为了降低PWM调光时的EMI，MAX16800集成了波形整形电路，以便平滑开关信号的边沿。

很多照明系统中没有可以利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/MAX16806 LED驱动器。这两款器件均可由内部产生PWM信号，PWM信号由加在DIM输入引脚的外部模拟电压设置。不采用模拟调光时，MAX16806有一个开关输入(SW)，该开关输入不仅检测开关状态，并具有去抖功能，为开关提供湿电流。

在某些照明应用中，必须密切监测LED的温度，这一点对于空间紧凑，特别是散热条件较差的系统特别重要。LED过热会降低LED的使用寿命，从而减弱了该类光源的关键优势之一。幸运的是，通过短时间调低LED亮度，在大多数应用中可以避免过热现象。为了达到这个目的，MAX16806为外部温度传感器提供了一个输入端。当检测到过热时，器件可以调低亮度，直到温度恢复到可以接受的范围。温度和亮度调节门限可以通过串口编程，并存储到EEPROM。该功能可以省去昂贵的大尺寸散热器。

MAX16805/MAX16806的内部基准用于监测反馈回路的LED电流，并且可以通过串口调整。因此，实际应用中可以对各路LED使用固定的检流电阻，简化了设备生产并降低成本。

背光显示

现在，液晶显示器(LCD)被广泛用于仪表盘、车载计算机、广播、导航系统以及娱乐系统。与上述例子不同的是：背光照明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背光效率高、温度低并可提供较高的光照功率，LCD屏主要采用CCFL作为背光源。虽然CCFL控制器在汽车电子以外的领域应用非常成功(例如LCD TV或计算机监视器)，但汽车环境下的设计具有特殊的挑战和需求。

由于基本的CCFL电路中包含有外部晶体管、变压器和灯管，CCFL架构存在EMI辐射源。图3给出了利用DS3881CCFL控制器构建的CCFL灯管电源电路，该设计优化于汽车应用环境。DS3881利用扩展频谱和频率偏移技术大大降低了EMI辐射，并把噪声频谱搬移到系统不敏感的频段，从而克服了EMI辐射这一难题。

汽车电子的另一特殊要求是低温工作，DS3881具有一个特别的灯管电流过驱动模式，当温度很低时，该模式可以迅速加热灯管，从而实现快速启动。该器件还具有多种故障检测，可以监测灯管故障、灯管开路、过流、启动失效以及过压故障。

由于DS3881具有极高的集成度，只需极少的外部元件，大大降低了物料(BOM)成本并有助于简化设计。多个DS3881控制器可以级联使用，支持多灯管的大显示屏设计。所有的性能和功能均可通过引脚或串口设置，并且可以将设置存储到内部非易失存储器中。

对于小尺寸显示屏，可以选择LED阵列用于CCFL背光。多串LED面临独特的设计挑战，特别是需要在整个区域提供均匀的亮度和色彩。图4给出了一个特殊的基于LED的LCD背光电路。