【导读】市场调研数据显示，2021年全球LED头灯渗透率超过60%，其中新能源车种的渗透率更是高达90%以上。随着车市出货提升以及LED照明渗透率推升的双重成长动能下，预估2021年全球车用LED市场产值将达35.1亿美元，年成长率31.8%，显示出LED头灯和车用显示LED产品仍是车用LED市场成长的主要动能。LED广泛用于导航及娱乐设备显示器的背光以及汽车内部、外部照明，例如日间行驶灯、尾灯，等等。汽车智能化、电动化日益成为主要趋势的今天，利用好高效率高性能的LED照明设计，可以为汽车照明、智能座舱、人机界面带来提升，本文就以亚德诺半导体（ADI）的三款解决方案为例提供汽车LED电路设计思路。
高调光比LED驱动器保障行车安全
汽车平视显示器、信息娱乐系统和仪表盘照明中使用的 LED 背光灯必须具备足够的亮度，以便与在白天不断涌入车内的直射阳光相抗衡，而且还能把亮度降低几个数量级，以避免在夜间使驾驶者出现瞬间致盲。一般的 LED 驱动器为实现如此高之调光比可谓是无能为力。
集成了 36V、2A 开关的 LT3932 同步降压型 LED 驱动器具有很高的 PWM调光比。LT3932 将其高效率集成化电源开关内置在一个小外形 4mm x 5mm QFN 封装中，并能以高达 2MHz 开关频率运行，适用于紧凑的高带宽设计。当不需要高调光比能力，而且简单性是首要考虑因素时，其内部 PWM 发生器可用于产生受控于一个简单 DC 电压的 128:1 PWM 调光比。凭借用于处理开路和短路 LED 的内置故障保护功能，以及旨在帮助降低 EMI 的扩展频谱频率调制，LT3932 可满足汽车和工业 LED 照明应用的苛刻要求。
2MHz 汽车 LED 驱动器具有低 EMI 和在内部产生的 PWM 调光以及整个输入范围内的 90% 峰值效率 (未采用 EMI 滤波器时效率为 ~91%)
基于四开关降压升压型控制器的整个车前灯组驱动
使用多个驱动器驱动整个车前灯组的传统方式，不仅使物料清单和生产过程复杂化，而且还会导致难以满足EMI标准。每个额外的驱动器都会将其高频信号添加至交织混杂的EMI，从而使EMI认证、故障排除和缓解工作变得复杂。它必须具有小巧和通用的特点，以便容易地安装到灯组十分受限的空间之中，并产生极低的EMI，从而尽量地减少研发工作量并免除增设昂贵EMI金属屏蔽外壳的需要。而且，它还应该是高效率的。
以ADI公司的同步、四开关降压-升压型LED控制器LT8391A为例，提供一种在满足所有上述要求的解决方案，并可驱动整个车前灯组，而且还是仅采用单个控制器。LT8391A LED驱动器专为汽车前照灯而设计，它采用AEC-Q100组件并满足CISPR25 Class5辐射EMI标准。扩展频谱频率调制降低了EMI，而且还在执行PWM调光的同时无闪烁地运行，而且仅需小型的电感器以及特别小的输入和输出EMI滤波器。对于2MHz转换器而言，不需要使用大型LC滤波器，而仅采用了小的铁氧体磁珠以降低高频EMI，这是极大的优势。
采用LT8391A的2MHz演示电路DC2575A以1.5A驱动16V LED。
汽车EMI要求不容易通过高功率转换器得到满足。布设在大面积PCB上且靠近大电容器的高功率开关和电感器会形成不希望有的热环路，特别是在包括一个大检测电阻器的时候。独特的LT8391A升降压型架构将检测电阻器从降压和升压开关对热环路中去除，因而实现了低EMI。
从上图可以看出，LT8391A 2MHz、60V 升降压型 LED 驱动器控制器可为汽车前照灯中的LED灯串供电，该器件的特点包括其低EMI四开关架构和扩展频谱频率调制功能，用于满足CISPR 25 Class 5 EMI 规格要求。此外，该器件独特的高开关频率允许其在高于AM频段的频率条件下工作，因而所需的EMI滤波设计非常少。
汽车日间行驶灯高亮度LED驱动电路设计
高亮度LED技术的发展使得与传统的照明技术的对比优势越发明显——更环保、更安全、更节能，而且能改善汽车的内饰外观和设计风格，并具有更长的使用寿命。过去由于高亮度LED驱动器的局限性，设计人员还无法在效率、最少的外部元件数量、最低EMI以及宽范围PWM调光等方面进行优化。而随着像MAX16814这样的高性能多串LED驱动器的推出，可以解决上述技术瓶颈，这些驱动器的开关和线性控制器之间能够进行双向通信。
MAX16814可以驱动4串LED、每串电流可达150mA，大大减少了外部元件的数量。另外，MAX16814具有完备的故障保护措施和检测功能，任何一串出现开路或短路的LED时将关闭这一串的工作，并向系统发出故障报警输出。下图是一个完整的汽车平视显示器或行驶灯驱动子系统的设计案例，电路包含了所有外部元件和输入EMI滤波器，借助MAX16814的低噪声特性，外部EMI滤波元件值可以很小。
MAX16814升压开关转换器与线性吸电流调节器部分可以进行双向通信，而不是独立工作。其通信功能有助于获得更高效率，避免了许多传统驱动器所面临的问题。汽车的日间行驶灯和平视显示器具有一个相同的性能要求：在汽车行驶过程中始终保持开启状态，要求较高的可靠性/冗余设计，任何情况下确保正常工作。MAX16814的双向通信功能还能避免LED失效或开路引发的问题，一旦一个LED发生故障，VBOOST开始上升，电压达到OVP门限时即可识别出发生故障的串，从AVO控制环路中禁止或移出该串，其它LED串保持正常工作。除了降低照明亮度外，不会对用户造成其它影响。
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