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改良迟滞控制算法,提供LED电流高精度

时间:2018-09-12 来源: 关键字:LED   控制器   

现在,欧洲法律规定机动车辆必须配备日间行车灯。 自 2011 年 2 月起新制造的小汽车和 2012 年 8 月起新制造的商用车辆强制安装日间行车灯。 既然现在法律规定车辆上需要安装日间行车灯,如此便为小汽车和厢式车设计人员提供了许多机会,从而在多个方面改进驾驶体验和各自的品牌形象。

本文引用地址: http://power.21ic.com//led/technical/201809/76108.html

这些改进的关键在于改用了发光二极管 (LED) 固态技术。 由于核心工艺的量子效应得到改进,现在可以稳定获得汽车所需的可靠性水平及高亮度 LED。

LED 灯比传统的白炽灯具有更高的能效。 据测算,在传统车辆中相比传统灯泡,低功耗的日间行车 LED 灯每 1000 公里能节省两升汽油。 此外,它们还可增加插电式混合动力和电动车的有效范围。

LED 日间行车灯的另一大优势是元器件可靠性更高。 LED 的有效使用寿命在十年以上,这意味着在车辆使用寿命期间无需进行更换。 由于对更换空间的要求并不如白炽灯那样重要,这也为制造商在造型和设计方面提供了更大的灵活性。

此外,相比白炽灯而言,LED 所需空间更小,可将日间行车灯放置在各种位置 —— 这些均有助进一步提升汽车制造商的品牌形象。 例如,设计师可以利用与制造商徽标相呼应的 LED 灯串形态,或者根据车辆轮廓设计更具美感的形状。

 

 

图 1:LED 日间行车灯可实现独树一帜的造型设计。

日间行车 LED 灯能够更好地应对驾驶条件的变化。例如,在雾天时会增加输出,在停车时会降低亮度。 因此,有效控制 LED 灯串的调光是对电源控制器的关键要求。 但这并不是唯一的要求。

无论是日间行车灯,还是夜间行车灯,汽车环境都对 LED 前大灯的设计有着诸多影响。 在这些设计中,所有用到的元器件均需要根据 AECQ100 和 TS16949 等行业标准进行研发并达到相关要求。 它们必须能在较广的温度范围内工作,远远超出了面向消费者的应用要求。其中的关键零件,温度范围需达到 +125°C。 由于前端电子控制单元相距较近,低电磁干扰显得尤为重要。

LED 电源和控制电路需要达到特定的电气要求。 即使在机动车的正常工作条件下,电源电压的范围也可达到 9 - 16 V。在从亚北极到热带的广泛温度条件范围中行车时,这一电压足以为电池充电。 然而,实际电压很容易超出这些限值。

从意外的反向电池连接、到应急启动条件下 12 V 电池电压的翻番、再到导致负载突降的故障,输入电压都可能会发生较大的变化。例如,当电池因为电缆松动而从交流发电机断开时,就可能发生负载突降故障。 此时,交流发电机会尝试为断开连接的电池充电,继而形成瞬时电压峰值。

即使采用集中式负载突降钳位电路,元器件也需要能处理最高 60 V 的输入电压。在汽车的电气系统中,虽然通常都内置有保护机制,但仍需要有保护电路,对过压、欠压、过流、短路和超温等条件提供保护。

除了这些故障条件外,随着发动机启停技术的引入,对能效设计亦更加关注,这意味着需要注意更加广泛的工作电源范围。 在车辆重新发动,准备从静止位置开动时,发动机对电流的大量需求会将电池电压拉低到 9 V 以下,通常会低至 6 V。LED 驱动器所面临的挑战就是要提供适当调节的输出电压和 LED 电流,确保 LED 亮度即使在承受 30 V 或更高的电压峰值时也不会改变。

单一的稳压器拓扑不足以应对 LED 控制器的应用范围。 在大多数时间内,LED 电路需要用作升压稳压器,为更长的 LED 灯串提供更高的电压,但在电源电压升高时,该电路需要临时切换到降压工作状态,提供较低的电压。 对于低电压 LED 链,需要降压配置。 Diodes 的 ZXLD1371 可以在降压、升压或升降压模式下工作,避免了汽车设计师为不同的布局配置使用不同的 LED 控制器。 升降压模式能够有效地响应在驱动 LED 灯串时所需的电源电压变化。 400 kHz 的开关频率则可提供高效的电压调节。

 

 

图 2:ZXLD1371 LED 驱动器控制器的功能框图。

更改检测电阻器等支持元件的排列结构,可在控制器不同的功率控制模式之间实现切换。 Diodes 网站提供了计算器辅助设计软件,可提供全自动的元器件方案,进而加速开发和原型设计。

该器件采用了改良的迟滞控制算法,可在三种模式下提供较高的电流精度。 电流精度对确保 LED 在电源电压变化下以及在不同的 LED 阵列之间提供一致的色彩和输出水平至关重要。 其设计可确保偏差不超过 5 %,并在车辆正面的两个或更多个前向灯阵列之间实现出色的视觉匹配。 该器件支持板载的脉冲宽度调制 (PWM) 调光模块,可在 1000:1 的比率下控制 LED 灯串的亮度,能够在行车能见度降低时增加输出,在停车时将亮度降至非常低的水平。

ZXLD1371 可在 5 V 到 60 V 电源范围下工作,能够满足满电池电压和交流发电机电压的支持要求,包括负载突降等情况。 该控制器将在最高 +125°C 的温度下工作,并配有 LED 灯串热保护回路,可确保在高温条件下不会受到过多的电流应力。

集成的故障报告功能有效集成了其余的车辆电子元件。 两个引脚用于进行故障诊断。 标志引脚发出故障信号;另一个多级状态引脚则提供有关故障性质的进一步信息,如超温。

此类集成 LED 控制器不仅可降低整个车辆设计范围所需的库存,还可消减板载元器件的数量,节省电路板空间,并简化制造。 ZXLD1371 依照 AECQ100 和 TS16949 标准制造,能够轻松集成到全新的汽车设计中,从而确保制造商将 LED 日间行车灯的优势发挥到极致。

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