圖片來源: 凱迪拉克網站: 2015 Escalade智慧型頭燈
就驅動 HB LED 而言，要求最嚴苛的應用是汽車前方照明應用，即 DRL 和頭燈應用，因為這兩種應用處於最嚴酷的汽車電氣環境中，必須提供很大的功率，一般在 15W 至 75W 之間，而且必須放入空間非常受限的外殼中，在滿足所有要求的同時，還要保持富有吸引力的成本結構。
背景
儘管 LED 用在汽車照明已行之有年，例如白天行車燈 (DRL)、刹車燈、轉向指示燈和內部照明等，但是專屬於頭燈的應用依然相對較新。目前，僅少數量產車具備 LED 頭燈，包括Honda Accord、Acura RLX 及 MDX、奧迪 A8 和 R8、Lexus LS600h 和 RX450h、Toyota Prius、凱迪拉克的Escalade以及保時捷Cayenne。更多汽車平台已經採用了 DRL，而且其形狀常常隨不同汽車品牌而不同。一些業界預測資料顯示，2014 年時，LED DRL / 頭燈市場將超過 40 億美元，而且由於此後該市場將繼續快速成長，預計到 2015 年將超過 80 億美元。
汽車照明系統設計者所面臨的最大挑戰，其中之一是如何充分利用最新一代高亮度 (HB) LED 的所有優點。HB LED 需要一個準確、高效率、能夠調光的 DC 電流源，而且必須包括保護功能。此外，這類 LED 驅動器 IC 還必須特別設計，以在各種環境和電氣條件下滿足這些要求。因此，電源解決方案必須效率非常高、雜訊很低、功能強大且可靠性高，同時還要精小和經濟實惠。就驅動 HB LED 而言，要求最嚴苛的應用是汽車前方照明應用，即 DRL 和頭燈應用，因為這兩種應用處於最嚴酷的汽車電氣環境中，必須提供很大的功率，一般在 15W 至 75W 之間，而且必須放入空間非常受限的外殼中，在滿足所有要求的同時，還要保持富有吸引力的成本結構。
設計參數
汽車 LED 驅動器必須精小、高效率，且支援無閃爍 PWM 調光。這些驅動器不能在 AM 收音機頻段及該頻段周圍產生很大的傳導 EMI。不幸的是，大功率開關模式電源本質上不是低 EMI 的，固定開關頻率在一些頻點上會產生極大的 EMI ，包括電源的基本工作頻率及其諧波。這些不好的東西總會落入 AM 頻段。
將 EMI 峰值縮減至最小的一種方法，是透過採用擴展頻譜切換，允許開關模式電源 (SMPS) 的工作頻率覆蓋一系列頻率值。希望擴展頻譜切換所產生的作用，是壓低可能出現在 SMPS 基本工作頻率及其諧波上的 EMI 峰值，將 EMI 能量擴展到一系列頻率範圍上。
LED 驅動器 SPMS 有一個額外的要求：頻率擴展還要與 PWM 調光 (亮度控制) 訊號頻率同步，以確保不產生 LED 閃爍。
為了解決這個問題，LT3795 自行產生擴展頻譜斜坡訊號，並運用一項正在申請專利的技術，讓該訊號與較低頻率的 PWM 調光輸入取得一致頻率。如此一來，甚至在最高 PWM 調光比時，也能消除擴展頻譜訊號與 PWM 訊號相結合，以使 LED 產生可見閃爍的可能性。
高功率汽車 LED 驅動器
LT3795 是一款高功率 LED 驅動器，採用與 LT3756 / LT3796 系列同樣的高性能 PWM 調光方法，但增加了內部產生擴展頻譜斜坡訊號的功能以降低 EMI。LT3795 是一款單開關控制器 IC，輸入範圍為 4.5V 至 110V，輸出範圍為 0V 至 110V，可配置為升壓模式、SEPIC、升降壓模式或降壓模式 LED 驅動器。該元件具備 100kHz 至 1MHz 開關頻率範圍、LED 開路保護和短路保護，還可作為具備電流限制的定電壓穩壓器工作，或者作為定電流 SLA 電池或超級電容充電器使用。
圖 1 所示是效率高達 92%、80V、400mA、300kHz 至 450kHz 汽車 LED 頭燈驅動器，該驅動器具備擴展頻譜頻率調變和短路保護。DRL 應用看起來幾乎是相同的，但是最大 LED 電流要求接近 200mA。
圖 1：80V、400mA 汽車 LED 驅動器具備內部擴展頻譜功能以降低 EMI
內部擴展頻譜可減少 EMI 問題
與很多大功率 LED 驅動器不同的是，LT3795 自己產生擴展頻譜斜坡訊號，以產生比所設定開關頻率低 30% 的開關頻率調變。這降低了其傳導的 EMI 峰值，減少了對昂貴和笨重的 EMI 輸入濾波電容和電感的需求。
運用內部或單獨擴展頻譜時脈產生 LED 驅動器的開關頻率，可能在 PWM 調光時產生可見閃爍，因為擴展頻譜頻率變化與 PWM 週期是不同步的。由於這個原因，在很多高階 LED 驅動器應用中，實現擴展頻譜並非微不足道的任務。如果沒有擴展頻譜，設計者就必須依靠笨重的 EMI 濾波器、採用降低開關邊緣的閘極電阻 (這會降低效率) 以及在開關及箝位元二極體上安裝減震器。
圖 2 比較了在擴展頻譜頻率調變啟用和禁止時，LT3795 LED 驅動器在 AM 頻帶周圍的傳導 EMI 測量值。正常 (無擴展頻譜頻率調變) 工作時，在開關頻率及其諧波上產生能量很高的尖峰。在汽車等 EMI 敏感應用中，這些尖峰可能使設計無法達到嚴格的 EMI 要求。圖 2 所示為 CISPR 25 Class 5汽車傳導 EMI 限制以供參考。圖 3 顯示了在較寬頻帶上擴展頻譜的效果。
圖 2：採用 LT3795 的擴展頻譜頻率調變時，AM 頻段周圍的傳導 EMI 峰值降低 3dBµV ~ 6dBµV。圖中提供了 CISPR25 Class 5 AM 頻帶限制以供參考。
圖 3：用頻譜分析儀掃描的 LT3795 在 150kHz 至 30MHz 範圍內的傳導 EMI 峰值，圖中顯示，在寬廣的頻率範圍內，EMI 峰值降低了。
既然在 300kHz 至 580kHz 之間沒有限制，那麼，這就是設定基頻的絕佳頻率範圍了。在這個應用中，基頻設定在 450kHz，並擴展至 300kHz。簡單地將 RAMP 接腳對地，就可以禁止擴展頻譜頻率調變。
RAMP 接腳端的 6.8nF 電容將擴展頻譜頻率調變訊號設定為 1kHz 三角波，也就是說，LT3795 的工作頻率每毫秒在 300kHz 至 450kHz 頻率範圍內來回變化一次。增加 1kHz 三角波擴展頻譜訊號對 LED 紋波電流的影響可以忽略不計，如圖 4 所示。
圖 4：在 LT3795 內部實現的擴展頻譜頻率調變對 LED 亮度的影響很小，察覺不到。與無擴展頻譜頻率調變 (a) 相比，圖 1 所示 1kHz 擴展頻譜頻率範圍對 LED 漣波電流 (b) 的影響可以忽略不計，而且這個頻率太高，肉眼是看不出閃爍的。
之所以選擇 1kHz 的調變頻率，是因為這個頻率在 LT3795 頻寬範圍內足夠低，但是對於大幅衰減 AM 頻段的傳導 EMI 峰值而言，這又夠高。進一步降低調變頻率，會減弱 AM 頻帶的峰值衰減，這對於分類可能有最重要的影響。選擇更高的擴展頻譜調變頻率，似乎不影響 EMI 峰值衰減。只要高於 100Hz，人眼就察覺不到。
無閃爍 PWM 調光
運用未與 PWM 訊號同步的擴展頻譜訊號可以降低 EMI，但是開關頻率和 PWM 訊號之間的差頻可能使 LED 產生可見閃爍。當使用 PWM 調光時，LT3795 內部產生的擴展頻譜斜坡訊號使自己與 PWM 週期同步。這提供了可重複、無閃爍的 PWM 調光，即使在 1000:1 的高調光比時也是如此。
圖 5 比較了兩種擴展頻譜頻率調變解決方案的 PWM 調光電流波形：一種採用了正在申請專利的 LT3795 擴展頻譜頻率調變訊號至 PWM 訊號同步技術，另一種則沒有採用這種技術。兩台示波器捕獲的波形都是在無窮餘輝條件下產生的，顯示了 1% PWM 調光波形多個週期的重疊。圖 5 (a) 顯示了 LT3795 擴展頻譜頻率調變對 PWM LED 電流的影響。該波形每週期是一致的，從而不會出現閃爍現象。圖 5 (b) 顯示了可比較、非 LT3795 擴展頻譜解決方案的結果。在導通時間波形中的逐週期變化導致 LED 平均電流的變化，在高調光比時，可以看到這種變化以 LED 閃爍的形式表現出來。
圖 5：比較兩種擴展頻譜 LED 驅動器解決方案及其對 PWM 調光的影響。無窮餘輝示波器捕獲的波形顯示了重複和重疊的 PWM LED 電流波形。在圖 (a) 中，正在申請專利的 LT3795 擴展頻譜技術產生了逐週期一致的 LED PWM 導通時間波形。結果是在高調光比時無閃爍工作。圖 (b) 中的波形顯示了可比較、非 LT3795 擴展頻譜 LED 驅動器的結果。在這種情況下，沒有 LT3795 的擴展頻率至 PWM 同步，LED 電流波形每週期是不一致的，在高 PWM 調光比時產生了可察覺的閃爍。
請注意，擴展頻譜驅動器 IC，即使未採用正在申請專利的 LT3795 擴展頻譜頻率調變技術，也可以降低 EMI，產生乾淨的擴展頻譜 EMI 結果，但是閃爍可能仍然存在。必須觀察 LED 或 LED 電流波形，以瞭解閃爍是否存在。在採用 LT3795 的情況下，傳導 EMI 的頻譜分析儀掃描圖和 LED 電流的示波器波形都很好。
能承受短路的升壓模式
圖 1 所示 LT3795 升壓模式 LED 驅動器具備防短路功能。當 LED+ 終端短路接地時，高壓側 PMOS 斷接不僅用於 PWM 調光，而且用於短路保護。當輸出電流過大、LED+ 電壓過低時，獨特的內部電路進行監視、關斷該斷接 PMOS 並報告出現了 LED 短路故障。同樣地，如果 LED 串被移除或開路，那麼該 IC 將會限制其最高輸出電壓，並針對 LED 開路故障的出現提出報告。
多重架構解決方案
LT3795 可用來在升壓設置中驅動 LED，如圖 1 所示，或者按照 LED 串的電壓與輸入電壓範圍之間關係的要求，以降壓模式、升降壓模式、SEPIC 和反馳式架構使用。所有架構都具備相同的擴展頻譜頻率調變和短路保護。LT3795 甚至可以配置為具備擴展頻譜頻率調變的恒定升壓型或 SEPIC 穩壓器。
結論
HB LED 應用不斷加速採用，尤其是對更高性能和成本效益永不滿足的需求，正在推動 HB LED 在汽車 DRL 及其頭燈中的應用。要滿足這些需求，必須使用堅固的最新 HB LED 驅動器 IC。LT3795 等 LED 驅動器為輸入高達 110V 的應用提供了解決方案。該 IC 還提供內建擴展頻譜頻率調變以降低 EMI。這簡化了必須透過嚴格 EMI 測試的 LED 應用之設計。擴展頻譜頻率調變僅需要單個電容，而且與基於外部時脈的擴展頻譜頻率調變解決方案不同，該元件的擴展頻譜頻率調變在 PWM 調光時不會產生 LED 閃爍。而該 IC 在所有架構中都提供短路保護，從而成為驅動汽車 LED 之強而有力的解決方案。
