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LED驅(qū)動模塊在汽車照明中的新機遇

發(fā)布時間:2020-02-05 來源:Allen Y Chen 責任編輯:wenwei

【導讀】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。本文介紹了當今照明電源設(shè)計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、體積小、功耗低的優(yōu)勢與當今環(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。在不遠的將來,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)計得更小,更獨特性的同時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,這一點在汽車外部照明中尤其重要,車輛的狀態(tài) (轉(zhuǎn)彎、停車、報警等)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,潛在的故障點就越少,需要的材料也就越少。越簡單的設(shè)計就越容易調(diào)試并推向市場。
 
此外,隨著LED系統(tǒng)的縮小,驅(qū)動這些系統(tǒng)的相關(guān)電子設(shè)備也必須隨之縮小。實現(xiàn)小型電路板設(shè)計的一種常見方法是增加驅(qū)動器的開關(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)頻率加倍會使電磁干擾增加四倍。為了解決這個問題,設(shè)計人員在優(yōu)化電路布局并選擇低損耗元件的同時,必須將瞬時電流活躍的敏感環(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,當然同時成本也會大幅增加,這對價格敏感的照明市場是難以接受的。
 
再則,雖然LED比鹵素燈或白熾燈功率更小,但熱管理仍是一個大問題,因為它與LED的預期壽命直接相關(guān)。LED以數(shù)十萬小時的工作壽命聞名于世,但結(jié)溫過高會使其壽命驟減,車輛可能工作的嚴酷氣候條件,也會使LED壽命進一步降低。
 
http://m.jizeke.com/art/artinfo/id/80037573
圖 1. MPM6010汽車LED驅(qū)動模塊內(nèi)部示意圖
 
MPS在開發(fā)業(yè)內(nèi)最先進的汽車LED驅(qū)動模塊新的 MPM6010-AEC1時就考慮到了這些關(guān)鍵問題。這款36V, 1.5A, LED模塊集成了同步降壓LED驅(qū)動器與汽車級電感和解耦電容(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封裝極大的簡化并縮小了電路板布局,如圖2所示,僅需四個外部元件,就可以完全實現(xiàn)LED驅(qū)動器解決方案。
 
http://m.jizeke.com/art/artinfo/id/80037573
圖 2: MPM6010,1.5A典型應(yīng)用電路
 
MPM6010-AEC1 采用了MPS具有自主知識產(chǎn)權(quán)的低RDS(ON)工藝,該工藝在DC / DC轉(zhuǎn)換器中廣受好評。MPM6010-AEC1在2.2MHz開關(guān)頻率下能提供超過90%的效率,有效地防止了LED過熱。 Figure 3 顯示了在2.2MHz開關(guān)頻率下1和2串聯(lián)LED在實際應(yīng)用中測量的效率。 
 
http://m.jizeke.com/art/artinfo/id/80037573
圖 3: MPM6010在2.2MHz, 12V輸入時工作
 
MPM6010-AEC1通過減少所需元件的數(shù)量來幫助提高系統(tǒng)的可靠性,如圖2所示,一個模塊代替了一個離散驅(qū)動程序的4-6個獨立元件。需要指出的是,內(nèi)部電感符合AEC-Q200標準,而整個模塊已通過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CISPR25 Class 5(汽車電磁兼容標準)。
 
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圖 4: MPM6010 CISPR25 Class 5標準平均輻射
 
最后,MPM6010-AEC1熱折返技術(shù)通過PWM調(diào)光輸入(EN/DIM)引腳或LED電流調(diào)節(jié)反饋引腳(FB)實現(xiàn)LED熱管理, 圖 5 展示了后者的實現(xiàn)原理。當外部熱敏電阻的溫度達到臨界閾值時,LED的電流會被節(jié)流回來。該熱折返電路,加上內(nèi)置的安全功能,過熱保護和LED開路、短路檢測等模塊,在保持LED在一個安全的工作范圍的同時,可以更好地確保LED的使用壽命。
 
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圖 5: MPM6010 熱折返電路
 
MPM6010符合AEC-Q100一級標準,采用3mmx5mmx1.6mm QFN封裝,可選擇Wettable Flank以輔助自動光學檢測。
 
汽車制造商為LED照明系統(tǒng)提出了嚴格的性能和尺寸目標,市場趨勢表明,這些標準只會隨著時間推移變得更加嚴格。MPM6010等先進的集成驅(qū)動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,使其更容易達到系統(tǒng)設(shè)計目標,并為新一代更復雜的照明和信號系統(tǒng)鋪平道路。
 
 
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