單個 2MHz 升降壓型控制器驅動整個 LED 汽車前照燈組，並且滿足 CISPR 25 Class 5 EMI 規格要求

汽車 LED 前照燈組將遠光燈和近光燈、日行燈、有時還包括訊號燈和示寬燈整合為單個車前燈組。該燈組的元件會具具備迥然相異的驅動器要求，包括電壓和電流要求、拓撲、功率級別或獨特的調光功能。滿足各種要求常常意味著需採用單獨的驅動器解決方案。使用多個驅動器不僅使物料清單 (BOM) 和生產過程複雜化，而且還會導致難以滿足 EMI 標準。每個額外的驅動器都會將其高頻訊號增加至交織混雜的 EMI，從而使 EMI 認證、故障排除和緩解工作變得複雜。

雖然每種汽車款式和型號的車前燈組可以配備富有創造性的各種 LED 電流和電壓，但是它們通常最高達到 30W 總值。考慮到這一點，似乎應該有很多可滿足燈組中每個燈串之功率和功能要求的驅動器。然而現實情況並沒有。此類的驅動器必須接受相對較寬的電池電壓範圍，並採用一種升降壓拓撲將其轉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，並產生極低的 EMI，從而儘量地減少研發工作量並免除增設昂貴 EMI 金屬遮罩外殼的需要。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，可驅動整個汽車前照燈組，而且還是僅採用單個控制器。

具備低 EMI 的 LT8391A 2MHz 同步控制器

LT8391A 是同類產品中第一款用於 LED 電流調節的 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，並實現因應高功率 LED 應用的小巧總解決方案尺寸。與那些將電源開關內建於 IC 封裝之中的單晶轉換器不同的是，諸如 LT8391A 等控制器能夠以高得多的峰值電流（比如 10A）驅動外部電源開關。這種峰值電流將會燒毀典型集成化轉換器的小型 IC 封裝。相較之下，採用外部 3mm x 3mm 同步 MOSFET 的控制器則能提供高得多的功率。這些 MOSFET 可與熱迴路電容器一起佈置在狹小的空間，以實現非常低的 EMI。這種獨特的峰值開關電流感測放大器架構把感測電阻器佈設在功率電感器的旁邊（位於至關緊要的輸入和輸出熱迴路的外部），這也降低了 EMI。可選的擴展頻譜頻率調變 (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 驅動器擁有高達 93% 的效率，其採用了 EMI 濾波器和閘極電阻器，如圖 2 所示。當去掉可選的 EMI 零組件後，效率可提高 1%–2%。這款設計採用小型 3mm x 3mm MOSFET 和單個高功率電感器，即使在 24W 功耗條件下，該轉換器的溫升也是很低的。在 12V 輸入時，所有元件在室溫基礎上的溫升均不超過 25°C。在 6V 輸入時，在採用標準的 4 層 PCB 且沒有散熱片或冷卻氣流的情況下，最熱元件的溫升小於 50°C。當面對低至 4.3V 的輸入瞬變時，該轉換器可在 24W 滿負載條件下持續運行；或者透過類比或 PWM 調光減小負載電流（當輸入長時間下降時）。8A–10A 感測電阻器使得可在低 VIN 條件下提供該高功率。

LT8391A 具備最新的 PWM 調光特性和開路 LED 故障保護功能。這款同步升降壓型控制器可調節流過一串 LED 的電流，這些 LED 的電壓可能位於 (也可能不位於) 輸入電壓範圍 (例如：9V–16V 汽車電池或 18V–32V 貨車電池) 之內。它可在低至 4.0V 的冷車發動輸入情況下運行，並能承受高達 60V 的輸入瞬態電壓。LT8391A 在 120Hz 提供高達 2000:1 PWM 調光比，而且它能夠使用其內部 PWM 調光訊號產生器（無需從外部提供的 PWM 時脈）以實現高達 128:1 的準確調光比。

針對汽車應用的 CISPR 25 EMI 規格

圖 1 中所示的 2MHz LT8391A LED 驅動器專為汽車前照燈而設計。它採用 AEC-Q100 元件並滿足 CISPR 25 Class 5 輻射 EMI 標準。擴展頻譜頻率調製 (SSFM) 降低了 EMI，而且還在執行 PWM 調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。對於 2MHz 轉換器而言，不需要使用大型 LC 濾波器，而是僅採用了小的鐵氧體磁珠以降低高頻 EMI。

汽車 EMI 要求不容易透過高功率轉換器得到滿足。佈設在大面積 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迴路，特別是在包含了一個大感測電阻器時。獨特的 LT8391A 升降壓型架構將感測電阻器從降壓和升壓開關對熱迴路中去除，因而實現了低 EMI。

圖 3 和圖 4 所示為圖 1 所示 24W LED 驅動器的實測 EMI。儘管該控制器具有 2MHz 操作頻率和 24W 功率，但是這款升降壓型 LED 驅動器仍然達到 CISPR 25 Class 5 輻射和傳導 EMI 規格要求。Class 5 規格是大多數汽車 EMI 測試的最嚴格要求和目標。不能達到 Class 5 EMI 規格要求的轉換器要麼在設計時置於汽車電路之外，要麼就必須裝入大的金屬材料 EMI 遮罩罩內。雖然遮罩罩體積龐大並不會產生裝配問題，但是增設遮罩罩所花費的成本卻是昂貴的。

因應多光束 LED 燈應用的升降壓

LED 汽車前照燈組可以是兼具創新性和藝術創意的。遠光燈和近光燈可以與時髦漂亮和獨具特色的日行燈 (DRL)"包裹"在一起。因為日行燈僅在遠光燈和近光燈關閉時才會需要，故可使用單個 LED 驅動器給遠光和近光 LED 或晝間行駛燈供電。只有在 LED 驅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 驅動器能夠驅動 3V 至 34V 的 LED 燈串電壓。這使其能驅動一個近光燈串，並透過為近光燈串添加 LED 以創建一個遠光燈。這同一個驅動器在切換之後，可驅動一個電壓較高、但電流較低的 DRL。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 電流上產生尖峰脈衝，如圖 6a 所示。LT8391A 能夠在升壓、4 開關升降壓、和降壓工作區之間平穩地轉換。對於轉換器來說，從 LED 數量少的燈串變更至 LED 數量多的燈串時不產生 LED 尖峰脈衝會是棘手的難題，然而這款多光束 LED 燈電路則能輕鬆地做到這一點。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乾淨的，未產生任何有害的 LED 尖峰脈衝，如圖 6b 所示。

當切換至 DRL 燈串或從 DRL 燈串切換至其他燈串時，情況同樣也是如此。圖 6c 所示為如何關閉近光燈並平穩地將 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）時也未發生任何問題。還可以添加其他的飾物 LED 或訊號 LED，而且可使 DRL 閃爍以作為訊號燈。圖 6d 所示為如何利用內部設定的 PWM 產生器對 DRL 進行 PWM 調光，然後當黑暗降臨時平穩地切換至近光燈。

汽車環境需要能夠在出現 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，並透過轉換器的故障標記進行報告。

FE 和 QFN 封裝適合狹小纖巧的設計空間

LT8391A 可提供 4mm x 5mm 28 接腳 QFN 封裝（對於小尺寸應用要求）和 28 接腳 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 焊墊，以利於消散內部 INTVCC LDO 因較高電壓所產生的功耗。

這些轉換器的內部 LDO INTVCC 穩壓器能夠以 2MHz 頻率和大約 15nC 閘極電荷驅動 4 個同步 MOSFET。圖 7 所示為 LT8391A FE 2MHz 16V、1.5A 展示電路（DC2575A，基於圖 1 所示的設計）的小尺寸。對於該高功率的通用型應用，僅需要單個 5mm x 5mm 電感器。

結論

LT8391A 2MHz、60V 升降壓型 LED 驅動器控制器可為汽車前照燈中的 LED 燈串供電。該元件的特點包括其低 EMI 四開關架構和擴展頻譜頻率調變功能，用於滿足 CISPR 25 Class 5 EMI 規格要求。獨特的高開關頻率允許其在高於 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。

Author

Keith Szolusha

Keith Szolusha is an LED drivers applications manager with Analog Devices (formerly Linear Technology) in Milpitas, CA. He received his B.S.E.E. in 1997 and M.S.E.E. in 1998 from MIT in Cambridge, MA with a concentration in technical writing.