【導(dǎo)讀】隨著LED照明在汽車(chē)電子領(lǐng)域的飛速發(fā)展，新的LED挑戰(zhàn)也接踵而至。本文介紹了當(dāng)今照明電源設(shè)計(jì)師面臨的主要限制因素，并探討了如何利用MPS新型汽車(chē)LED模塊 —— MPM6010-AEC1 解決這些問(wèn)題。
LED壽命長(zhǎng)、體積小、功耗低的優(yōu)勢(shì)與當(dāng)今環(huán)保車(chē)輛的需求完美契合，這也造就了LED在汽車(chē)照明中的普及。從汽車(chē)內(nèi)部的氛圍燈，信號(hào)指示燈，數(shù)字屏面背光，到汽車(chē)外部的轉(zhuǎn)向燈，剎車(chē)燈，霧燈以及日行燈，LED應(yīng)用在汽車(chē)內(nèi)外已然隨處可見(jiàn)。在不遠(yuǎn)的將來(lái)，LED也有望取代以鹵素或氙燈為主的大功率前燈。
今天的汽車(chē)照明工程師在將LED設(shè)計(jì)得更小，更獨(dú)特性的同時(shí)也面臨著提高可靠性，抗電磁干擾，優(yōu)化熱性能等一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。
高可靠性在汽車(chē)工程中舉足輕重，這一點(diǎn)在汽車(chē)外部照明中尤其重要，車(chē)輛的狀態(tài) (轉(zhuǎn)彎、停車(chē)、報(bào)警等)都要依靠它。最大化可靠性得一般原則是最少化電路板上的元件數(shù)量：元件越少，潛在的故障點(diǎn)就越少，需要的材料也就越少。越簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)就越容易調(diào)試并推向市場(chǎng)。
此外，隨著LED系統(tǒng)的縮小，驅(qū)動(dòng)這些系統(tǒng)的相關(guān)電子設(shè)備也必須隨之縮小。實(shí)現(xiàn)小型電路板設(shè)計(jì)的一種常見(jiàn)方法是增加驅(qū)動(dòng)器的開(kāi)關(guān)頻率，從而減小相關(guān)電感和電容的尺寸。然而，更高的開(kāi)關(guān)頻率會(huì)造成電磁干擾的陡增；電磁干擾與開(kāi)關(guān)頻率呈平方關(guān)系，這意味著開(kāi)關(guān)頻率加倍會(huì)使電磁干擾增加四倍。為了解決這個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員在優(yōu)化電路布局并選擇低損耗元件的同時(shí)，必須將瞬時(shí)電流活躍的敏感環(huán)路最小化，這些敏感路徑通常包含開(kāi)關(guān)，儲(chǔ)能電感和解耦電容。另一種降低電磁干擾的方法是添加金屬屏蔽，當(dāng)然同時(shí)成本也會(huì)大幅增加，這對(duì)價(jià)格敏感的照明市場(chǎng)是難以接受的。
再則，雖然LED比鹵素?zé)艋虬谉霟艄β矢。珶峁芾砣允且粋€(gè)大問(wèn)題，因?yàn)樗cLED的預(yù)期壽命直接相關(guān)。LED以數(shù)十萬(wàn)小時(shí)的工作壽命聞名于世，但結(jié)溫過(guò)高會(huì)使其壽命驟減，車(chē)輛可能工作的嚴(yán)酷氣候條件，也會(huì)使LED壽命進(jìn)一步降低。
圖 1. MPM6010汽車(chē)LED驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部示意圖
MPS在開(kāi)發(fā)業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的汽車(chē)LED驅(qū)動(dòng)模塊新的 MPM6010-AEC1時(shí)就考慮到了這些關(guān)鍵問(wèn)題。這款36V， 1.5A， LED模塊集成了同步降壓LED驅(qū)動(dòng)器與汽車(chē)級(jí)電感和解耦電容（圖1），適用于15W以?xún)?nèi)的汽車(chē)內(nèi)外照明應(yīng)用。MPM6010緊湊的3mmx5mm封裝極大的簡(jiǎn)化并縮小了電路板布局，如圖2所示，僅需四個(gè)外部元件，就可以完全實(shí)現(xiàn)LED驅(qū)動(dòng)器解決方案。
圖 2: MPM6010，1.5A典型應(yīng)用電路
MPM6010-AEC1 采用了MPS具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低RDS(ON)工藝，該工藝在DC / DC轉(zhuǎn)換器中廣受好評(píng)。MPM6010-AEC1在2.2MHz開(kāi)關(guān)頻率下能提供超過(guò)90%的效率，有效地防止了LED過(guò)熱。 Figure 3 顯示了在2.2MHz開(kāi)關(guān)頻率下1和2串聯(lián)LED在實(shí)際應(yīng)用中測(cè)量的效率。
圖 3: MPM6010在2.2MHz, 12V輸入時(shí)工作
MPM6010-AEC1通過(guò)減少所需元件的數(shù)量來(lái)幫助提高系統(tǒng)的可靠性，如圖2所示，一個(gè)模塊代替了一個(gè)離散驅(qū)動(dòng)程序的4-6個(gè)獨(dú)立元件。需要指出的是，內(nèi)部電感符合AEC-Q200標(biāo)準(zhǔn)，而整個(gè)模塊已通過(guò)AEC-Q100。
MPM6010將具有瞬態(tài)電流的關(guān)鍵回路包裹于模塊內(nèi)部，抗電磁干擾能力因此大大優(yōu)化，這有助于客戶(hù)更快更容易的通過(guò)CISPR25 Class 5（汽車(chē)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)）。
圖 4: MPM6010 CISPR25 Class 5標(biāo)準(zhǔn)平均輻射
最后，MPM6010-AEC1熱折返技術(shù)通過(guò)PWM調(diào)光輸入（EN/DIM）引腳或LED電流調(diào)節(jié)反饋引腳（FB）實(shí)現(xiàn)LED熱管理， 圖 5 展示了后者的實(shí)現(xiàn)原理。當(dāng)外部熱敏電阻的溫度達(dá)到臨界閾值時(shí)，LED的電流會(huì)被節(jié)流回來(lái)。該熱折返電路，加上內(nèi)置的安全功能，過(guò)熱保護(hù)和LED開(kāi)路、短路檢測(cè)等模塊，在保持LED在一個(gè)安全的工作范圍的同時(shí)，可以更好地確保LED的使用壽命。
圖 5: MPM6010 熱折返電路
MPM6010符合AEC-Q100一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，采用3mmx5mmx1.6mm QFN封裝，可選擇Wettable Flank以輔助自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)。
汽車(chē)制造商為L(zhǎng)ED照明系統(tǒng)提出了嚴(yán)格的性能和尺寸目標(biāo)，市場(chǎng)趨勢(shì)表明，這些標(biāo)準(zhǔn)只會(huì)隨著時(shí)間推移變得更加嚴(yán)格。MPM6010等先進(jìn)的集成驅(qū)動(dòng)模塊可以幫助滿(mǎn)足諸如高可靠性，抗電磁干擾，優(yōu)化熱性能等產(chǎn)品要求，使其更容易達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，并為新一代更復(fù)雜的照明和信號(hào)系統(tǒng)鋪平道路。
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