汽車尾燈和中央剎車燈的電路設(shè)計(jì)方案

長期用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品的發(fā)光二極管（LED），最近也開始用于汽車照明領(lǐng)域，用來提供信號功能、日間行駛燈和車內(nèi)照明。隨著這項(xiàng)照明技術(shù)日益普及，制造商也在不斷研究新的應(yīng)用方式，以便充分發(fā)揮LED前大燈和尾燈時(shí)尚美觀的優(yōu)勢。

現(xiàn)在，尾燈已廣泛使用紅色LED。雖然成本依舊是個(gè)問題，不過安全、環(huán)保和款式靈活多樣等因素都傾向于采用LED。最受歡迎的應(yīng)用之一是中央剎車燈。本設(shè)計(jì)構(gòu)想展示了尾燈和剎車燈使用同一LED陣列的方法。

圖1：行駛/剎車燈控制器

LED亮度由一個(gè)簡單的開關(guān)控制，行駛時(shí)變暗，剎車時(shí)變亮。功能框圖如圖1所示，包括LED驅(qū)動(dòng)器/監(jiān)控器AD8240、PNP調(diào)整管和PWM發(fā)生器。AD8240提供一個(gè)恒定電壓，以驅(qū)動(dòng)LED燈。它還提供高性價(jià)比的LED燈監(jiān)控和短路保護(hù)。當(dāng)電池電壓介于12.5 V與27 V之間時(shí)，輸出穩(wěn)定在12 V。

圖2顯示該P(yáng)WM發(fā)生器，它由兩個(gè)555定時(shí)器組成。PWM信號控制LED亮度。當(dāng)PWM輸入為高電平時(shí)，VO開啟；當(dāng)PWM輸入為低電平時(shí)，VO關(guān)閉。AD8240的設(shè)計(jì)工作頻率最高可達(dá)500 Hz，典型占空比范圍為5%至95%。

圖2：PWM信號發(fā)生器

AD8240提供一種低功耗、低成本、小封裝解決方案。內(nèi)部電流檢測放大器測量外部分流電阻上的電壓；當(dāng)電流測量結(jié)果降至預(yù)設(shè)閾值以下時(shí)，表明發(fā)生了LED開路情況。當(dāng)該電流達(dá)到外部分流電阻值所設(shè)置的電平時(shí)，輸出電壓會(huì)被鎖定，從而限制輸出電流。當(dāng)檢測放大器輸出超過5 V時(shí)，內(nèi)部比較器將導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器鎖定輸出電壓。在下一個(gè)PWM周期中，鎖存會(huì)復(fù)位。通過測量檢測放大器輸出，也可以檢測到過流情況。

由于不需要開關(guān)設(shè)計(jì)所需的電感，成本得以進(jìn)一步降低；而且LED燈的工作功耗遠(yuǎn)低于白熾燈，因此不需要開關(guān)驅(qū)動(dòng)器。

LED的開關(guān)取決于CMOS兼容型PWM引腳（AD8240引腳3）上的數(shù)字電壓。對于簡單的開關(guān)控制，此電壓可以是連續(xù)的；對于調(diào)光控制，此電壓為PWM。PWM頻率應(yīng)低于500 Hz，占空比范圍從5%到100%。典型值為5%（行駛時(shí)）和95%（剎車時(shí)）。圖2中，PWM頻率由R1、R2和定時(shí)器A1的C1決定。脈沖周期為：

T = 0.693 （R1 + 2 R2） C1

當(dāng)R1 = 49.9 kΩ、R2= 10 kΩ、C1 = 0.1 μF時(shí)，該周期為4.84 ms，或約為206 Hz。

定時(shí)器A2將該信號轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制信號，后者的占空比由R3、R4、R5和C2決定。脈沖寬度由下式?jīng)Q定：

脈沖寬度 = 1.1 RC2

其中R等于R5、R3和R5的并聯(lián)電阻或者R4和R5的并聯(lián)電阻，具體取決于開關(guān)位置。當(dāng)R3 = 2.37 kΩ、R4 = 45.7 kΩ、R5 = 42.4 kΩ、C2 = 0.1 μF時(shí)，占空比為5%（開關(guān)在位置1）、50%（開關(guān)在位置2）或95%（開關(guān)在OFF位置）。

請注意，LED亮度隨著占空比提高而增大。踩下剎車時(shí)，占空比為95%，LED陣列最亮。正常行駛期間，占空比為5%，LED陣列變暗。兩種工作狀態(tài)共用一個(gè)LED陣列可以降低成本。

如果發(fā)生短路或過載情況，Vsense（引腳1）上的電壓降至0 V，輸出關(guān)斷。此電路將在下一個(gè)PWM周期中復(fù)位。如果持續(xù)這種情況，AD8240將嘗試把輸出驅(qū)動(dòng)至12 V，在每個(gè)PWM周期之后關(guān)斷并重啟。

本電路提供了一種利用恒定電壓，僅借助兩條線（電源和接地）驅(qū)動(dòng)并監(jiān)控LED的方法。許多設(shè)計(jì)使用底盤或共享接地回路，此時(shí)兩條線可以減為一條線。目前，這些燈由車身控制ECU（電子控制單元）控制和驅(qū)動(dòng)。采用這種恒定電壓架構(gòu)時(shí)，LED的控制和驅(qū)動(dòng)功能仍保留在ECU，僅需做極少的設(shè)計(jì)修改。