汽車尾燈和剎車控制器設(shè)計(jì)分析

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（發(fā)光二極管）亮度 一般用發(fā)光強(qiáng)度（Luminous Intensity）表示，單位是坎德拉cd；1000ucd（微坎德拉）=1 mcd（毫坎德 拉）， 1000mcd=1 cd。室內(nèi)用單只LED的光強(qiáng)一般為500ucd-50 mcd，而戶外用單只LED的光強(qiáng)一般應(yīng)為100 mcd-1000 mcd，甚至1000 mcd以上。

　　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(hào)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。

　　圖2：PWM信號(hào)發(fā)生器

　　PWM信號(hào)發(fā)生器1.輸入電源電壓AC220V±10%2.兩路獨(dú)立PWM信號(hào)輸出，空載時(shí)頻率輸出波動(dòng)≤0.01Hz、占空比輸出波動(dòng)≤0.01%，達(dá)到穩(wěn)定輸出時(shí)間≤0.5s3.頻率在0~9999Hz范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，精度0.1％，0~999.9Hz偏差±0.1Hz，1000~9999Hz偏差±0.5Hz。4.高低電平分別連續(xù)可調(diào)，低電平范圍0~15V，高電平范圍1~30V；上升/下降沿時(shí)間≤18ns。5.占空比在0.1~99.9％范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，精度0.1％，偏差±0.01％。6.每路輸出分10步運(yùn)行，可以通過設(shè)置每步的具體參數(shù)，來選擇自己需要的頻率和占空比。7.結(jié)構(gòu)采用臥式箱體，材料使用鋁合金，噴涂米黃色漆，防護(hù)等級(jí)IP54。8.信號(hào)發(fā)生器額定輸出電流：200mA。9.配置標(biāo)準(zhǔn)RS232通訊（有上位機(jī)軟件），通過上位機(jī)對(duì)其進(jìn)行操作。10.單機(jī)通過含20個(gè)鍵的小鍵盤操作，操作簡單。

　　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(cè)放大器測(cè)量外部分流電阻上的電壓；當(dāng)電流測(cè)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)檢測(cè)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(cè)量檢測(cè)放大器輸出，也可以檢測(cè)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(duì)于簡單的開關(guān)控制，此電壓可以是連續(xù)的；對(duì)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(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，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）。

　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)。

　　請(qǐng)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。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，LED隨著的社會(huì)的進(jìn)步，將大大的被人們接受，進(jìn)入人們的日常生活。