LED不同於傳統的具有燈絲或氣體成分的電燈。利用特定的半導體結，LED製造商可以產生整個可見光範圍的特定顏色的光，以及紅外線和紫外線。在汽車應用中，LED可以提高白天和夜間駕駛的安全性。效率的提高可以延長電動車的電池壽命，而在單一系統中使用多個LED可以避免單一零件的故障問題。

由於其多功能性，LED能夠以多種不同的方式驅動。由於LED的輸出有良好的照明控制，因此LED負載與電力系統的傳統負載不同。LED只靠透過半導體結的精準控制電流來發光，而埠到系統接地（或汽車系統中的底盤）的相對電壓則與此無關。因此，LED系統可以利用開關技術提供的不同拓撲。

為汽車LED系統選擇正確的開關拓撲

汽車系統中特定開關拓撲的選擇關係到整個系統設計；應考慮最小輸入電壓、最大串電壓、底盤迴路能力、短路輸出能力、最大輸入電流、輸出/LED電流和PWM調光。

降壓（Buck）轉換器

降壓LED驅動器透過高於LED串總電壓的電壓調節LED串中的電流。降壓LED驅動器可以安全短接到系統接地，確保其本質安全。其具有底盤回流的能力（一條線用於供電），並且可以輕鬆適應矩陣或動畫應用。圖一和圖二中的示例原理圖顯示了控制器調節高壓側開關進行電流控制的基本系統圖。

圖一 : 降壓轉換器

降壓LED驅動器需要具備幾個關鍵特性：固定頻率操作、透過卓越的開關控制和低電阻開關實現高效率、在整個類比調光範圍內提供高精度，以及為獲得出色的EMI，適當設計擴頻調頻。

升壓（BOOST）轉換器

升壓LED驅動器透過低於LED串總電壓的電壓調節LED串中的電流，這是汽車系統中的實用特性，其中很多LED都需要在單個燈串中導通。典型的12 V汽車系統的工作電壓範圍為6 V至18 V，這需要將LED驅動器的電壓降到6 V，進而為LED提供較大的升壓比，以保持點亮。圖三和圖四中的示例原理圖顯示了控制器調節低壓側開關進行電流控制的基本系統圖。

圖二 : 降壓轉換器示例：LT3932

圖三 : 升壓轉換器

圖四 : 升壓轉換器示例： LT8356-1

使用升壓轉換器進行升壓-降壓

一些升壓LED驅動器可配置為將LED陰極返回電源。此種配置稱為降壓-升壓。總輸出電壓為V_IN （V_BATTERY），該電壓加到LED串總電壓中。此種拓撲結構的優點是能夠驅動一個高於、低於或等於電源電壓的LED串。此種拓撲結構的侷限性是只受轉換器的限制—低端受控制器IC的最小電源電壓限制，高端受控制器IC的最大輸出電壓限制。

圖五 : 升壓-降壓轉換器

圖六 : 升壓-降壓轉換器 LT8386

使用升壓轉換器的降壓模式

一些升壓LED驅動器可配置為從電源降壓（而不是在標準降壓模式下以地為參考），進而構成降壓模式配置。此種配置與降壓模式具有同樣的侷限性，即LED串的總電壓必須低於輸入電源電壓。

圖七 : 降壓模式轉換器

圖八 : 壓模式示例：LT3756-2

降壓-升壓轉換器

降壓-升壓LED驅動器透過高於或低於LED串總電壓的電源調節LED電流。該轉換器在降壓模式下調節連接到輸入電壓的高壓側開關，在升壓模式下調節輸出側的低壓側開關。此種拓撲結構最複雜，但也是最彈性的。VIN和VOUT的範圍僅受控制器IC的限制，適合於矩陣型應用。

圖九 : 降壓-升壓轉換器

圖十 : 降壓升壓示例：LT8391

結論

汽車LED照明系統可透過多種不同的方式使用開關穩壓器驅動。根據應用的不同，照明設計人員可透過選擇開關拓撲和配置來因應設計完整的子系統。為系統選擇正確的功率轉換開關拓撲和配置可優化複雜性、效率、EMI和安全性等要求。

（本文作者Joshua Caldwell為ADI設計總監）