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年久汽车照明的热管理策略

2019-11-19 16:59 来源:电源网编译 编辑:咩咩

对振动不敏感,寿命长,高能效以及对光源进行全面控制的可能性是车辆LED应用的关键因素。与白炽灯泡相比,LED对机械振动不敏感,LED的易控制性使其成为适应汽车需求和环境条件的智能汽车照明系统的自然选择。然而,驱动LED以获得高效的光输出需要独立于电源电压的电流控制。

LED系统的设计可以从许多角度进行。在PCB层,一种方法是从定义LED结的最高温度开始,因为较高的结温度会降低LED的发光量,从而影响器件的效率。用于汽车或卡车的印刷电路必须高度可靠且寿命长,但还必须具有成本效益。除了考虑由LED光源施加的条件外,电路板设计还必须考虑驱动器存在的条件。物质压力,静电放电,电场和磁场以及射频干扰是车辆电子设备所要承受的条件。

PCB热管理

实施节能大功率LED的主要障碍是管理它们产生的热量。设计技术的进步不断提高了保护组件免受热量累积的需求,促进了板上功率芯片(COB),陶瓷底座和其他用于功率LED的标准热管理的热效率封装解决方案的开发。大功率LED的尺寸很小,并且需要出色的散热性能以降低芯片温度,从而提高效率。

在产品的整个生命周期内管理热阻抗的能力对于LED热管理至关重要。在各种高温应用中,封装的选择体现了适当散热的能力。特别是,四方扁平无引线(QFN)封装为温度敏感型应用提供了低电感。另一方面,低温共烧陶瓷(LTCC)封装和基板可确保降低的介电损耗,但最重要的是,可以获得较小的器件尺寸,较少的互连,并因此减少了各种无源寄生因素。

灯光

尽管热管理不容忽视,但每个LED设计还必须满足应用的性能要求和上市时间的限制。最传统的导热基板-金属芯PCB(MCPCB),氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN)-满足所有要求,以满足市场需求。纳米陶瓷是一种低成本解决方案,可满足30 W / mK至170 W / mK的市场需求。

LED封装必须设计成在阳极和阴极电极上都带有导热垫。与在各个领域中应用的其他电子组件一样,LED封装的故障率每升高10°C,结温就会翻番。 FR4(阻燃)材料和复合环氧材料(CEM)是完美的绝热材料,具有卓越的导热性,可实现出色的散热性能。

年久汽车照明的热管理策略

图1:COB LED阵列(图片:Luminus)

板载芯片(COB)LED(图1)在市场上迅速普及。 COB LED必须耗散10W/cm2的热功率,将材料的选择限制为AlN,Al2O3和MCPCB。 MCPCB包含金属基材作为散热片。金属芯通常由铝合金组成。 Thermal CLAD(TCLAD)是涂有一层铜的金属基电介质。更高的可靠性,易处理性以及出色的性价比,使得带有TCLAD的MCPCB成为传统FR4基板的卓越替代品。

照明驱动器

除热管理外,LED还需要IC驱动器以实现最佳照明性能。 LED通常需要恒定电流才能产生一致的光输出。输出电压将取决于许多参数,例如LED制造过程和串联的LED数量。工程师必须准确预测最大输出电压,以为其LED照明应用选择最佳的稳压器拓扑和相应的IC。

汽车环境是集成稳压器的挑战。该环境具有宽广的温度范围,还会产生高水平的瞬态和输入干扰。此外,电源必须能够承受加载和卸载瞬变,尽管这种与电池有关的现象通常由单独的电路(抑制器,端子和过压保护)来管理。汽车行业中用于LED显示屏的所有开关调节器和驱动器必须符合AEC-Q100的要求。

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图2:使用LMR23610ADDA的应用电路示例(图片:Texas Instruments)

德州仪器(TI)的LMR23610ADDA是其Simple Switcher系列的一部分,是采用8引脚PowerPAD封装的降压同步转换器,该封装使用峰值电流控制来获得控制的简单电路补偿。 36V,1-A同步降压调节器的输入电压范围为4.5V至36V,可满足广泛的应用。 LMR23610ADDA的静态电流为75μA,可与电池供电的系统一起使用。超低(2-μA)的关断电流可以进一步延长电池寿命。精确的使能输入简化了控制器的控制。保护功能可防止由于过度功耗而造成的短路损坏和热关断(图2)。

德州仪器(TI)还开发了TPS92692EVM-880评估模块(EVM),用于完全组装的LED驱动器拓扑。该板可配置为升压或电池升压拓扑,以为串联的单个LED串供电。使用低偏移量轨到轨电流感测放大器和高端电流感测实现可实现精确的闭环LED电流调节。 TPS92692EVM-880帮助工程师评估TI的TPS92692-Q1和TPS92692高精度LED驱动器的运行和性能,该驱动器专为汽车照明而设计。

本文编译自powerelectronicsnews。

标签: 热管理 LED

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