因為可滿足燈組中每個燈串之功率和功能要求的驅(qū)動器必須接受相對較寬的電池電壓范圍，并采用一種升降壓拓撲將其轉(zhuǎn)換為各種各樣的燈串電壓——它必須具有小巧和通用的特點，以便容易地安裝到燈組十分受限的空間之中，并產(chǎn)生極低的 EMI，從而盡量地減少研發(fā)工作量并免除增設昂貴 EMI 金屬屏蔽外殼的需要。而且，它還應該是高效率的。

 

Power by Linear™ LT8391A 2MHz 升降壓型控制器在滿足所有上述要求方面具有獨特性，可驅(qū)動整個車前燈組，而且還是僅采用單個控制器。

 

具低EMI的LT8391A 2MHZ同步控制器

 

LT8391A 是同類產(chǎn)品中首個用于 LED 電流調(diào)節(jié)的 2MHz 升降壓型控制器。LT8391A 非常高的 2MHz 開關頻率允許使用單個小電感器，并實現(xiàn)面向高功率 LED 應用的小巧總解決方案尺寸。與那些將電源開關內(nèi)置在 IC 封裝之中的單片式轉(zhuǎn)換器不同，諸如 LT8391A 等控制器能夠以高得多的峰值電流（比如 10A）驅(qū)動外部電源開關。這種峰值電流將會燒毀典型集成化轉(zhuǎn)換器的小型 IC 封裝。相比之下，采用外部 3mm × 3mm 同步 MOSFET 的控制器則能提供高得多的功率。這些 MOSFET 可與熱環(huán)路電容器一起布置在狹小的空間以實現(xiàn)非常低的 EMI。這種獨特的峰值開關電流檢測放大器架構把檢測電阻器布設在功率電感器的旁邊（位于至關緊要的輸入和輸出熱環(huán)路的外部），這也降低了 EMI。可選的擴展頻譜頻率調(diào)制 (SSFM) 進一步降低了該控制器的 EMI。

 

圖 1 中的 2MHz LT8391A 16V、1.5A (24W) 升降壓型 LED 驅(qū)動器擁有高達 93% 的效率，其采用了 EMI 濾波器和柵極電阻器，如圖 2 所示。當去掉可選的 EMI 組件后，效率可提高 1%–2%。這款設計采用小型 3mm × 3mm MOSFET 和單個高功率電感器，即使在 24W 功耗條件下，該轉(zhuǎn)換器的溫升也是很低的。在 12V 輸入時，所有組件在室溫基礎上的溫升均不超過 25°C。在 6V 輸入時，在采用標準的 4 層 PCB 且沒有散熱器或冷卻氣流的情況下，最熱組件的溫升小于 50°C。當面對低至 4.3V 的輸入瞬變時，該轉(zhuǎn)換器可在 24W滿負載條件下持續(xù)運行；或者通過模擬或 PWM 調(diào)光減小負載電流（當輸入長時間下降時）。8A–10A 檢測電阻器使得可在低 VIN 條件下提供該高功率。

 

圖 1：LT8391A 2MHz 16V、1.5A 汽車升降壓型 LED 驅(qū)動器達到 CISPR 25 Class 5 EMI 規(guī)格要求

 

圖 2：圖 1 所示 LED 驅(qū)動器解決方案的效率。采用 16V、1.5A 演示電路 DC2575A LED 驅(qū)動器所做的測量（帶和不帶可選的 EMI 組件）

 

LT8391A 具備最新的 PWM 調(diào)光特性和開路 LED 故障保護功能。這款同步升降壓型控制器可調(diào)節(jié)流過一串 LED 的電流，這些 LED 的電壓可能位于（也可能不位于）輸入電壓范圍（例如：9V–16V 汽車電池或 18V–32V 貨車電池）之內(nèi)。它可在低至 4.0V 的冷車發(fā)動輸入情況下運行，并能承受高達 60V 的輸入瞬態(tài)電壓。LT8391A 在 120Hz 提供高達 2000:1 PWM 調(diào)光比，而且它能夠使用其內(nèi)部PWM 調(diào)光信號發(fā)生器（無需從外部提供的 PWM 時鐘）以實現(xiàn)高達 128:1 的準確調(diào)光比。

 

針對汽車應用的 CISPR 25 EMI 規(guī)格

 

圖 1 中所示的 2MHz LT8391A LED 驅(qū)動器專為汽車前照燈而設計。它采用 AEC-Q100 組件并滿足 CISPR 25 Class 5 輻射 EMI 標準。擴展頻譜頻率調(diào)制 (SSFM) 降低了 EMI，而且還在執(zhí)行 PWM 調(diào)光的同時無閃爍地運行，如圖 7 所示。其小型電感器以及特別小的輸入和輸出 EMI 濾波器突顯了 LT8391A 的小尺寸。對于 2MHz 轉(zhuǎn)換器而言，不需要使用大型 LC 濾波器，而是僅采用了小的鐵氧體磁珠以降低高頻 EMI。

 

汽車 EMI 要求不容易通過高功率轉(zhuǎn)換器得到滿足。布設在大面積PCB 上且靠近大電容器的高功率開關和電感器會形成不希望有的熱環(huán)路，特別是在包括一個大檢測電阻器的時候。獨特的 LT8391A升降壓型架構將檢測電阻器從降壓和升壓開關對熱環(huán)路中去除，因而實現(xiàn)了低 EMI。

 

圖 3 和圖 4 給出了圖 1 所示 24W LED 驅(qū)動器的實測 EMI。盡管該控制器具有 2MHz 工作頻率和 24W 功率，但是這款升降壓型 LED 驅(qū)動器仍然達到 CISPR 25 Class 5 輻射和傳導 EMI 規(guī)格要求。Class 5 規(guī)格是大多數(shù)汽車 EMI 測試的最嚴格要求和目標。不能達到 Class 5 EMI 規(guī)格要求的轉(zhuǎn)換器要么在設計時置于汽車電路之外，要么就必須裝入大的金屬材料 EMI 屏蔽罩內(nèi)。雖然屏蔽罩體積龐大并不會產(chǎn)生裝配問題，但是增設屏蔽罩所花費的成本卻是昂貴的。

 

圖 3：LT8391A 演示電路 DC2575A 達到 CISPR 25 Class 5 汽車輻射 EMI 規(guī)格要求

 

圖 4：LT8391A 演示電路 DC2575A 達到 CISPR 25 Class 5 汽車傳導 EMI 規(guī)格要求

 

面向多光束LED燈應用的升降壓

 

LED 車前燈組可以是兼具創(chuàng)新性和藝術創(chuàng)意的。遠光燈和近光燈可以與時髦漂亮和獨具特色的晝間行駛燈 (DRL)"包裹"在一起。因為晝間行駛燈僅在遠光燈和近光燈關閉時才會需要，故可使用單個 LED 驅(qū)動器給遠光和近光 LED 或晝間行駛燈供電。只有在 LED 驅(qū)動器具有靈活的輸入至輸出比、而且能對輸入至輸出電壓進行升壓和降壓的情況下，這種做法才會奏效。升降壓型設計可滿足該要求。

 

圖 5 中的多光束 LT8391A 升降壓型 LED 驅(qū)動器能夠驅(qū)動 3V 至 34V的 LED 燈串電壓。這使其能驅(qū)動一個近光燈串，并通過給近光燈串添加 LED 以創(chuàng)建一個遠光燈。這同一個驅(qū)動器在切換之后，可驅(qū)動一個電壓較高、但電流較低的 DRL。

 

圖 5：用于近光燈、遠光燈和 DRL 燈的 LT8391A 多光束 LED 車前燈組解決方案

 

從僅限近光燈的 LED 切換至近光 / 遠光燈組合式燈串，就不會在輸出電壓或 LED 電流上產(chǎn)生尖峰脈沖，如圖 6a 所示。LT8391A 能夠在升壓、4 開關升降壓、和降壓工作區(qū)之間平穩(wěn)地轉(zhuǎn)換。對于轉(zhuǎn)換器來說，從 LED 數(shù)量少的燈串變更至 LED 數(shù)量多的燈串時不產(chǎn)生 LED 尖峰脈沖會是棘手的難題，然而這款多光束 LED 燈電路則能輕松地做到這一點。另外，從遠光燈與近光燈組合模式切換至僅限近光燈模式也是非常干凈的，未產(chǎn)生任何有害的 LED 尖峰脈沖，如圖 6b 所示。

 

圖 6：波形顯示：對于圖 5 所示的 LT8391A 多光束 LED 燈應用電路，在遠光燈 + 近光燈、近光燈和 DRL LED 燈串之間可實現(xiàn)平穩(wěn)的切換

 

當切換至 DRL 燈串或從 DRL 燈串切換至其他燈串時，情況同樣如此。圖 6c 示出了怎樣關閉近光燈并平穩(wěn)地將 DRL 連接至輸出電容器。甚至當 LED 電流從 1A（遠光燈和近光燈）變至 700mA（含 8 個 LED 的 DRL）時也未發(fā)生任何問題。還可以添加其他的飾物 LED 或信號 LED，而且可使 DRL 閃爍以作為信號燈。圖 6d 示出了怎樣利用內(nèi)部設定的 PWM 發(fā)生器對 DRL 進行 PWM 調(diào)光，然后當黑暗降臨時平穩(wěn)地切換至近光燈。

 

汽車環(huán)境需要能夠在出現(xiàn) LED 短路和開路情況時正常工作的強大解決方案。LED 短路和開路情況利用圖 6 所示的多光束 LED 燈解決方案安全地處理，并通過轉(zhuǎn)換器的故障標記進行報告。

 

FE 和 QFN 封裝適合狹小緊湊的安放設計空間

 

LT8391A 可提供 4mm × 5mm 28 引線 QFN 封裝（對于小尺寸應用要求）和 28 引線 TSSOP FE 封裝（針對汽車設計）。這兩種封裝均具有耐熱性能增強型 GND 焊盤，以利于消散內(nèi)部 INTVCC LDO 因較高電壓所產(chǎn)生的功耗。

 

這些轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部 LDO INTVCC 穩(wěn)壓器能夠以 2MHz 頻率和大約 15nC 柵極電荷驅(qū)動 4 個同步 MOSFET。圖 7 示出了 LT8391A FE2MHz 16V、1.5A 演示電路（DC2575A，基于圖 1 所示的設計） 的小尺寸。對于該高功率的通用型應用，僅需要單個 5mm × 5mm電感器。

 

圖 7：緊湊型解決方案：采用 LT8391A 的 2MHz 演示電路 DC2575A 以1.5A 驅(qū)動 16V LED

 

圖 8：采用內(nèi)部和外部 PWM 選項的 PWM 調(diào)光；分別為 1% 和 0.05%

 

結論

 

LT8391A 2MHz、60V 升降壓型 LED 驅(qū)動器控制器可為汽車前照燈中的 LED 燈串供電。該器件的特點包括其低 EMI 四開關架構和擴展頻譜頻率調(diào)制功能，用于滿足 CISPR 25 Class 5 EMI 規(guī)格要求。獨特的高開關頻率允許其在高于 AM 頻段的頻率條件下工作，因而所需的 EMI 濾波非常之少。其小尺寸和通用性使之能夠在具有各種電壓和電流的車前燈組 LED 燈串中使用。

 

 

推薦閱讀：