汽车显示器需要更明亮的背光照明

　　引言

　　根据Strategies Unlimited公司的数据(参见图1)，到2012年，高亮度(HB)LED的市场规模预计将达到120亿美元，到2015年，该市场将增长到202亿美元，年复合增长率为30.6%。目前，用来给显示器进行背光照明的LED是这种前所未有的增长的主要驱动力。用LED对显示器进行背光照明带来了一些独特的LED驱动器IC设计挑战。因为要在多种环境照明条件下优化显示器的可读性，这要求LED能提供非常宽的调光比和非常高的转换效率，同时能承受汽车中相对苛刻的电环境及其它物理环境的严酷挑战。最后，这些解决方案必须提供非常扁平、紧凑的占板面积，同时提高性价比。

　　汽车照明系统设计师面临的最大挑战之一是：怎样优化最新一代LED的所有优势。因为LED一般需要准确和高效率的DC电流源及调光方法，所以LED驱动器IC必须设计为在多种条件下满足这些要求。电源解决方案在功能和可靠性方面必须是高效和坚实的，同时又非常紧凑和经济实惠。按理，就驱动LED而言，要求最苛刻的应用之一将会是汽车信息娱乐系统和仪表板TFT-LCD背光照明，因为它们处于严酷的汽车电环境中，必须补偿范围很宽的环境照明条件变化，而且必须能放入非常有限的空间中，在做到所有这一切的同时，还要保持富有吸引力的成本结构。

　　汽车LED背光照明

　　诸如尺寸小、功耗低、寿命极长和调光能力强等优势已经使得LED TFT-LCD背光照明在当今的汽车、卡车、火车、飞机和轮船中得到了广泛采用。

　　在这类环境中采用LED有几种积极的意义。首先，LED永远不需要更换，因为它们的可靠寿命超过10万小时(11.5年的使用年限)，已经超过了车辆寿命。这允许汽车制造商将LED永久性地嵌入到车内背光照明系统中，而不需要为更换留有余地。因为LED照明系统不需要冷阴极荧光灯(CCFL)灯那么大的深度或面积，所以款式也可以显著改变。另外，在从输入电功率提供光输出(以流明为单位)方面，LED一般比白炽灯的效率高。这有两种积极作用。首先，LED从汽车总线泄漏的电功率较少，而且同样重要的是，使用LED减少了显示器散发的热量，从而无需笨重、昂贵的散热器。

　　LED背光照明的另一个重要好处是，高性能LED驱动器IC能提供较宽的调光比。由于汽车内部经受着范围非常宽的环境照明条件变化，包括从太阳光直射到完全黑暗之间的每一种变化，而人眼对光输出中的微小扰动又非常敏感，显示屏需要相应地调暗或调亮，因此首要的是，LED背光照明系统能提供非常宽的、从1000:1到高达30000:1的调光比。采用合适的LED驱动器IC，相对容易实现这类宽调光比，而用CCFL背光照明则是不可能的。图3显示了一个LED背光照明仪表板和共享LED背光照明的信息娱乐系统显示屏。

　　汽车LED照明设计参数

　　为了确保最佳性能和长工作寿命，LED需要有效的驱动电路。这类驱动器IC必须能靠条件相当苛刻的汽车电源总线工作，而且经济实惠、空间利用效率高。为了保持长工作寿命，首要的是不超过LED的电流和温度限制。

　　汽车行业的主要挑战之一是克服汽车电源总线上严酷的电环境。这主要包含称为负载突降和冷车发动的瞬态情况。负载突降指的是，电池电缆断接，同时交流发电机仍然在给电池充电的情况。当电池电缆连接不牢固而汽车正在运行时，或当电池电缆断开而汽车正在行驶时，可能发生这种情况。电池电缆这种突然断接能产生高达40V的瞬态电压尖峰，因为交流发电机正在尝试给已经不存在的电池充电。交流发电机上的瞬态电压抑制器通常将总线电压钳位到大约36V，并吸收大部分电流浪涌;不过交流发电机下游的DC/DC转换器要承受这36V至40V的瞬态电压尖峰。这些转换器要求不被损坏，并在这种瞬态事件发生时调节输出电压。有各种不同的保护电路可供选择，通常是瞬态电压抑制器。瞬态电压抑制器可以在外部采用，不过增加了成本和重量，并占用空间。

　　“冷车发动”指的是，当汽车发动机承受寒冷或冰冻温度一段时间时发生的情况。发动机机油变得极度黏滞，需要发动机启动器提供更大的扭矩，这反过来又从电池吸取更大的电流。这种大电流负载在点火时可能将电池/主总线电压拉低至6V，之后负载通常返回标称的12V。

　　幸运的是，对这些问题已经有了解决方案，那就是凌力尔特公司的LT3760，该器件能在这两种情况时不被损坏，并调节一个固定输出电压。LT3760的6V至40V的输入电压范围使其非常适用于汽车环境。甚至当VIN大于VOUT(这种情况可能在40V瞬态时发生)时，LT3760仍将调节所需的LED电流。