一种同步整流的车灯驱动电源及其电磁兼容实验

引言

近年来，LED光源在汽车照明中的应用越来越广泛[1-3]。随着LED车灯技术的不断发展，对其应用的要求越来越高。LED车灯驱动电源仍然存在着效率偏低，以及驱动板体积偏大等问题，不利于LED车灯驱动方案的应用。车上电子产品对于电磁兼容(EMC)要求较高，需要在低成本的前提下，使LED驱动电源满足汽车级的应用要求。目前我国LED车灯驱动电源，采用同步整流方案的不多[4]。对于智能化车灯要求的LED车灯，在国外更加追求集成化以及模块化的驱动使用，因为需要更小的体积来满足更多的功能位置需求，但是在电磁兼容方面依旧是个问题，很多LED车灯驱动电源不能通过EMC实验。

1 基于ALT的LED驱动电源设计

AlT是一款汽车级恒流源降压芯片，针对LED驱动应用，采用了同步整流的设计，集成了高端和低端的N通道DMOS，用于DC-DC降压转换，自动调节输出电压，包含PWM以及ADIM引脚，可用于调光或温度保护功能设置。采用该芯片方案可以减少外围元器件的数量，有效提高工作效率。

1.1 芯片原理框图及典型应用电路

ALT共有16个引脚，SOP的封装，其引脚以及内部的电路结构如图1所示[5]。

图1 ALT内部原理框图Fig.1 ALT internal functional block diagram

ALT的典型应用电路如图2所示，电源由VIN脚接入，使能脚EN控制芯片开关，经由SW脚输出构成BUCK拓扑，实现具体的输出。

图2 ALT的典型应用电路Fig.2 Typical application circuit of ALT

1.2 ALT的同步整流设计

ALT集成了一个N通道DMOS作为低侧开关，以实现LED驱动器的同步调节，如图3所示。

图3 同步降压LED驱动器Fig.3 Synchronous buck LED driver

这样的设计，即使在电感电流较小的情况下，同步配置也可以通过迫使低端同步开关有效地将SW下拉至地，因此，BOOT电容器可以在每个开关周期正常充电，以确保降压的正常工作。

1.3 输出电压和占空比

图4提供了近似输出电压的简化公式。降压转换器的输出电压为

图4 降压转换器的简化波形Fig.4 Simplified waveform of a buck converter

其中D是占空比。

在SW开启时间：

iRIPPLE=(VIN-VOUT)/L×tON=

(VIN-VOUT)/L×t×D

其中D=tON/t。

在SW关闭时间：

iRIPPLE=VOUT/L×tOFF=VOUT/L×t×(1-D)

输出电压的简化公式：

更确切得来说：

VOUT=(VIN-iAVG×RDSON(HS))×D-(1-D)×RDSON(LS)×iAVG-(RDC+RSENSE)×iAVG

其中RDC是电感的内部电阻，RSENSE是电流检测电阻，RDSON(HS)是高边开关的导通电阻，RDSON(LS)是低边开关的导通电阻，iAVG是流过电感的平均电流等于LED电流。

1.4 基于ALT的Buck变换器电路

工业级与汽车级的产品相比较，汽车级的应用要求更高，环境更加复杂，尤其在于其车规认证的过程难以掌控，所以对于LED车灯驱动，各种保护及滤波电路至关重要。

ALT构成的Buck变换器核心电路如图5所示。

图5 Buck转换器Fig.5 Buck converter

1)输出电流。该芯片使用平均电流模式控制来维持恒定的LED电流和一致的亮度。 通过选择外部感测电阻器可以轻松地编程LED输出电流，其值确定如下：

其中VCSREG=VCSH-VCSL=0.2 V，这是一个典型值。

2)开关频率。该芯片主要通过设置频率电阻来控制开关频率。具体的公式如下：

fSW=1/[k×(RON+RINT)]

其中k=0.0127，fSW单位是MHz。

3)热预算。ALT能够通过其高端开关提供2 A电流。但是，根据占空比的不同，高端开关中的传导损耗可能会导致封装过热。因此，必须注意确保封装的总功率损耗在预算范围内。 例如，如果在设备外壳表面允许的最大温升为ΔT=60 ℃，则集成电路的最大功耗为1.75 W。假设最大RDSON(HS)=0.32 Ω，RDSON(LS)=0.24 Ω，占空比为70%，则最大LED电流大约限制为2 A[6]。

1.5 输入滤波器电路

图6所示是一种应用面较广的输入滤波器电路的设计，包含了输入保护以及滤波的功能，具体包括，高压尖峰输入的保护，防反接保护，磁珠抑制高频噪声，Π型滤波降低中低频的电磁干扰[7]。

图6 输入滤波电路Fig.6 Input filter circuit

2 LED车灯驱动的EMC实验整改措施

EMC包含了干扰实验和抗干扰实验。随着开关电源技术的不断发展，电磁干扰的问题也随之越来越严重，这一问题往往会影响项目的进展速度。相关测试项目较多，包括大电流和自由场等，其中问题相对较多的是辐射和传导[8]。

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