LED驅(qū)動(dòng)模塊在汽車照明中的新機(jī)遇
發(fā)布時(shí)間:2020-02-05 來(lái)源:Allen Y Chen 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】隨著LED照明在汽車電子領(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LED模塊 —— MPM6010-AEC1 解決這些問題。
LED壽命長(zhǎng)、體積小、功耗低的優(yōu)勢(shì)與當(dāng)今環(huán)保車輛的需求完美契合,這也造就了LED在汽車照明中的普及。從汽車內(nèi)部的氛圍燈,信號(hào)指示燈,數(shù)字屏面背光,到汽車外部的轉(zhuǎn)向燈,剎車燈,霧燈以及日行燈,LED應(yīng)用在汽車內(nèi)外已然隨處可見。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)。
高可靠性在汽車工程中舉足輕重,這一點(diǎn)在汽車外部照明中尤其重要,車輛的狀態(tài) (轉(zhuǎn)彎、停車、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)的一種常見方法是增加驅(qū)動(dòng)器的開關(guān)頻率,從而減小相關(guān)電感和電容的尺寸。然而,更高的開關(guān)頻率會(huì)造成電磁干擾的陡增;電磁干擾與開關(guān)頻率呈平方關(guān)系,這意味著開關(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?,但熱管理仍是一個(gè)大問題,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LED驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部示意圖
MPS在開發(fā)業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的汽車LED驅(qū)動(dòng)模塊新的 MPM6010-AEC1時(shí)就考慮到了這些關(guān)鍵問題。這款36V, 1.5A, LED模塊集成了同步降壓LED驅(qū)動(dòng)器與汽車級(jí)電感和解耦電容(圖1),適用于15W以內(nèi)的汽車內(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,這有助于客戶更快更容易的通過(guò)CISPR25 Class 5(汽車電磁兼容標(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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