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利用 LED 驱动器模块应对汽车照明的常见挑战

作者: 浮思特科技2024-05-20 14:45:52

  LED 照明是汽车电子领域增长最快的领域之一,但它也面临着独特的挑战。本文介绍了当今照明设计人员面临的几个主要限制,并探讨了如何通过符合 AEC1 要求的新型汽车 LED 模块来解决这些问题。

  汽车电子的最大趋势之一是照明 LED 的广泛普及,因为其使用寿命长、尺寸小和功耗低等固有优势与当今环保汽车的需求完美契合。如今,汽车内及其周围有数十种 LED 灯。在内部,它们可以在重点照明和情绪照明、信号灯和数字屏幕背光中找到。从外观上看,它们非常适合从转向和位置指示器到雾灯和日间行车灯等各种用途。未来几年,LED 预计将取代高功率头灯,即使在几年前,高功率头灯仍主要使用基于卤素或氙气的照明技术。

驱动模块

  当今的汽车照明工程师在实施更小、更奇特的 LED 解决方案时面临着一系列技术挑战,其中包括对高可靠性、抗电磁干扰 (EMI) 鲁棒性和热管理的需求。

  高可靠性是汽车工程的普遍精神,对于外部照明尤其重要,外部照明可能依赖于指示车辆的状态(转弯、停止、警报等)。最大限度地提高可靠性的一个好的一般规则是尽量减少电路板上的元件数量:更少的元件通常会导致更少的潜在故障点、更少的材料处理、更简单的布局以及更容易调试和推向市场的设计。

  此外,随着 LED 系统的缩小,用于驱动这些系统的相关电子设备也必须随之缩小。实现更小电路板设计的常见方法是提高开关驱动器的工作频率,从而减小相关电感器和电容器的尺寸。然而,转向更高的开关频率可能会灾难性地增加辐射发射;EMI 与开关频率成平方关系,这意味着开关频率加倍会使 EMI 增加四倍。为了解决这个问题,设计人员必须严格调整原理图和布局,以选择低损耗元件,并最大限度地减少瞬态电流活动最高的敏感路径或环路。这些可以包括开关、能量穿梭电感器和去耦电容器。

  最后,虽然 LED 本质上比卤素灯或白炽灯所需的功率要少得多,但热管理是一个大问题,因为它与 LED 的预期寿命直接相关。LED 因承诺数十万小时的工作时间而闻名,但当它们承受过高的结温,并且车辆必须生存的恶劣气候进一步加剧时,其工作时间可能会大大缩短。

  MPS 在开发业界最先进的汽车 LED 驱动器模块——新型 MPM6010-AEC1 时牢记了这些关键问题。这款 36V、1.5A LED 模块集成了同步降压 LED 驱动器以及汽车级电感器和去耦电容器(图 1),面向高达 15W 的内部和外部照明应用。MPM6010 的紧凑型 3mmx5mm 外形极大地简化和缩小了电路板布局,如图 2 所示,只需四个外部元件,就可以利用该模块实现完整的 LED 驱动器解决方案。

驱动模块

  MPM6010-AEC1 采用与 MPS DC/DC 转换器解决方案中流行的相同的专有低 RDS(ON) 工艺技术,在 2.2MHz 下提供超过 90% 的效率,并有助于实现 LED 系统的冷却运行。图 2 显示了在以 2.2MHz 驱动的 1 个和 2 个串联 LED 的实际应用中测得的效率。

驱动模块

  该 LED 驱动器模块通过减少所需组件数量来帮助提高系统可靠性:如图 3 所示,单个 MPM6010 模块取代了同类分立驱动器的 4-6 个独立板级组件。此外,在整个模块根据 AEC-Q100 指南进行认证之前,电感器的内部单独根据 AEC-Q200 无源元件认证指南进行了认证。

  该模块还有助于优化 EMI,因为具有最高电流瞬变的关键环路位于模块封装本身内,因此通过 CISPR25 Class 5(标准汽车 EMC 要求)变得更加简单。

驱动模块

  最后,MPM6010-AEC1 通过使用其 PWM 调光输入 (EN/DIM) 或 LED 电流调节反馈引脚 (FB) 采用热折返技术来支持 LED 热管理。图 5 显示了后者的一种实现方式:当外部热敏电阻跟踪的温度达到其临界阈值时,输送到 LED 的电流就会被抑制。该电路与热关断和开路/短路 LED 检测等内置安全功能相结合,有助于将 LED 保持在安全的工作裕度内,从而更好地确保较长的使用寿命。

驱动模块

  MPM6010 符合 AEC-Q100 1 级标准,采用 3 x 5 x 1.6 mm QFN 封装,具有可选的可润湿侧面,以协助自动光学检查

  汽车供应商在设计 LED 照明系统时面临着严格的性能和尺寸目标,而市场趋势表明,随着时间的推移,这些目标只会变得更加困难。先进集成驱动器模块可帮助满足高可靠性、EMI 合规性、受控散热等严格的产品要求,从而更轻松地实现这些系统目标,并为新一代更加复杂的照明和信号系统铺平道路。

浮思特科技深耕功率器件领域,为客户提供IGBTIPM模块等功率器件以及MCU和触控芯片,是一家拥有核心技术的电子元器件供应商和解决方案商。

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