对振荡不灵敏、运用寿数长、高能效以及对光源进行彻底操控的可能性是LED运用于轿车范畴的关键要素。与白炽灯泡比较,LED对机械振荡不灵敏,而且由于智能轿车照明体系需求契合车辆要求与环境条件,因此LED易于操控的特性使其成为这一照明体系的自然挑选。但是,驱动LED以取得高效的光输出,则需求独立于电源电压的电流操控。
LED体系规划能够从多个视点进行讨论。在PCB层,一种办法是首要界说LED结点的最高温度,由于高结点温度下降LED光发射,然后下降器材功率。轿车或卡车上运用的印刷电路有必要十分牢靠且高度经用,但也有必要具有本钱效益。除了考虑LED光源所带来的影响外,电路板规划还有必要考虑驱动器的影响。资料应力、静电放电、电场和磁场以及射频搅扰都是轿车电子一切必要应对的外部要素。
节能大功率LED完成的首要妨碍是对其发生的热量进行办理。跟着规划技能的前进,避免器材免受热量积累影响的需求也日益添加,然后促进了板上芯片(COB)、陶瓷热沉,以及其它针对功率LED的规范热办理的封装计划开展。大功率LED的尺度很小,需求超卓的散热功用,以下降芯片的温度,然后进步功率。
在产品的整个生命周期中办理热阻抗的才能关于LED热办理至关重要。在各种高温运用中,封装的挑选应将恰当散热的才能考虑在内。特别是,方形扁平无引脚(QFN)封装为温度灵敏性运用供给了低感抗特性。另一方面,LTCC封装和衬底能够确保下降介电损耗,但最重要的是,能够完成较小器材尺度、较少的互连,然后能够下降各种无源寄生参数。
虽然热办理不容忽视,但每个LED规划还有必要满意运用的功用要求和上市时刻约束。最传统的热衬底金属芯PCB(MCPCB)、氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN),能够满意一切要求以及市场需求。纳米陶瓷是一种低本钱的解决计划,能够满意30 w/mk到170 w/mk之间的市场需求。
LED封装有必要在阳极和阴极电极上规划有热垫。与其他运用于各范畴的电子器材相同,跟着结点温每升高10C,LED封装的故障率就会加倍。FR4(阻燃)资料和复合环氧资料(CEMS)是完美的热绝缘体,具有超卓的导热功用,可完成杰出的散热。
板上芯片(COB)LED(图1)在市场上敏捷遍及。COB LED有必要耗费10 W/cm2的热功率,将资料的挑选约束在AlN、Al2O3和MCPCB上。MCPCB选用金属基材作为散热片。金属芯一般由铝合金组成。热CLAD(TCLAD)是一种金属基电介质,外表覆有一层铜。更高的牢靠性,易处理性以及超卓的性价比,使得带有TCLAD的MCPCB成为传统FR4衬底的杰出替代品。
除了热办理,LED还需求驱动器IC以取得最佳照明功用。LED一般需求稳定的电流来发生共同的光输出。输出电压将取决于许多参数,如LED制作工艺和LED串联数量。工程师有必要准确地猜测最大输出电压,以挑选最佳调理器拓扑和相应的IC用于其LED照明运用。
轿车环境对集成调理器来说是一个应战。环境的温度改变规模很大,也会发生很大的瞬态和输入搅扰。此外,电源有必要能够接受负载和卸载瞬态,虽然这种与电池相关的现象一般由独自的电路(抑制器、端子和过压维护)来办理。一切用于轿车行业的LED显示器的开关调理器和驱动器有必要契合AEC-Q100规范。
德州仪器公司LMR23610ADDA是其 Simple Switcher系列的一部分,是一个选用8引脚PowerPAD封装的降压同步转化器,它运用峰值电流操控来取得简略的操控电路补偿。36V,1-A同步降压调理器的输入电压规模为4.5V到36V,适用规模很广。在75A的静态电流下,LMR23610ADDA可用于电池供电体系;超低(2A)关断电流可进一步延伸电池寿数。准确的使能输入简化了操控器操控。维护功用可避免短路损坏和因过度功耗而导致的热关断(图2)。
德州仪器还开发了TPS92692EVM-880评价模块(EVM),用于拼装无缺的LED驱动器拓扑。该电路板能够装备为一个升压或升压-电池拓扑结构,为串联的单串LED供电。选用低偏移轨对轨电流传感放大器和高侧电流传感完成了准确的闭环LED电流调理。TPS92692EVM-880协助工程师评价TI的TPS92692-Q1和TPS92692高精度LED驱动器(专为轿车照明规划)的操作和功用。
一起,安森美半导体还供给了NCP3065单片开关稳压器,旨在为高亮度LED供给稳定电流。该器材的输入电压高达40 V,能够在12 V沟通电压或12 V直流电压下作业,而且能够装备,以支撑超越内部晶体管的1.5 A标称开关电流的LED电流。NCP3065能够装备为运用最少数量的外部组件进行降压(buck)或升压(boost)转化(图3)。
英飞凌科技的TLE4241GM集成电路是一款可调恒流驱动器,旨在为在恶劣的轿车环境条件下为LED阵列供电,然后完成共同的亮度并延伸LED寿数。其维护电路可避免在过载、短路、极性回转或超温情况下损坏设备(图4)。
车辆中LED模块的分散对体系硬件提出了新的要求,包含小的组件尺度、在相同或更好的热功率内进步了能效以完成高功用、衔接并灵敏支撑多种装备的架构,以及坚持LED灯特性的准确操控。