用于汽車尾燈的LED驅(qū)動(dòng)器

　　摘要：多數(shù)汽車的尾燈和剎車燈采用同一組LED，這就要求LED工作在兩個(gè)不同的亮度等級(jí)：剎車時(shí)處于全亮狀態(tài)，作為尾燈行駛燈時(shí)處于10%至25%滿亮度狀態(tài)(可調(diào)光)。調(diào)光方式最好選擇脈寬調(diào)節(jié)(PWM)，能夠在整個(gè)亮度范圍內(nèi)保持LED的色譜。另外，采用內(nèi)置200Hz振蕩電路的LED驅(qū)動(dòng)器IC可以省去外部PWM信號(hào)發(fā)生器，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。本應(yīng)用筆記采用MAX16804高亮度LED (HB LED)驅(qū)動(dòng)器，MAX16804具有一個(gè)雙模式DIM引腳，并且內(nèi)置200Hz振蕩電路，可以省去外部PWM信號(hào)發(fā)生器，簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)。

　　尾燈(可調(diào)節(jié)LED亮度)和剎車燈(全亮狀態(tài))受控于LED驅(qū)動(dòng)器的TAIL和STOP輸入，當(dāng)TAIL端施加電壓時(shí)，尾燈LED驅(qū)動(dòng)到滿亮度的10%至25%。當(dāng)STOP端施加電壓(剎車)時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)至滿亮度狀態(tài)(無論TAIL端輸入處于何種狀態(tài))。

　　尾燈驅(qū)動(dòng)器規(guī)格

　　輸入電源電壓(STOP或TAIL與地之間)標(biāo)稱值為6V至16V，拋負(fù)載下可能達(dá)到45V。

　　輸出電壓(VLED)最高可達(dá)(VIN - 1.4V)。

　　剎車時(shí)輸出電流(LED電流)為350mA、240mA或140mA，具體取決于J1設(shè)置。

　　尾燈LED電流的PWM信號(hào)占空比為20%。

　　輸入

　　STOP：STOP(+)和GND(-)之間作用6V至16V的輸入電壓，以350mA、240mA或140mA連續(xù)電流驅(qū)動(dòng)LED，電流大小由J1設(shè)置。

　　TAIL：TAIL(+)和GND(-)之間作用6V至16V的輸入電壓，以350mA、240mA或140mA，10%的占空比驅(qū)動(dòng)LED，電流大小由J1設(shè)置。

　　輸出

　　LED+：接LED陽極。

　　LED-：接LED陰極。

　　電路說明

　　用于汽車尾燈(STOP和TAIL模式)的LED驅(qū)動(dòng)器可以簡(jiǎn)單地利用線性LED驅(qū)動(dòng)器IC (例如：MAX16804)實(shí)現(xiàn)，只需極少的外部元件。請(qǐng)參見驅(qū)動(dòng)器電路原理圖(圖1)和PCB布板(圖2)。流過LED的最大電流由R3或R4設(shè)置，受控于J1的連接方式，亮度由PWM信號(hào)控制，在IC內(nèi)部實(shí)現(xiàn)該功能。驅(qū)動(dòng)器IC產(chǎn)生200Hz的LED電流調(diào)節(jié)信號(hào)，占空比取決于DIM端的電壓，例如：DIM端電壓為0.78V時(shí)，尾燈亮度設(shè)置在滿亮度的20%。

　　圖1. MAX16804高亮度LED驅(qū)動(dòng)器評(píng)估板電路原理圖

　　STOP和TAIL輸入通過二級(jí)管D1、D2連接到IN引腳。IC可以通過任何一個(gè)輸入端供電，輸入之間不會(huì)相互影響。D1和D2還可以在汽車電源總線出現(xiàn)尖峰電壓時(shí)提供電壓反向保護(hù)。電容C4和C3可以旁路STOP電源線上的任何噪聲，為DIM引腳提供保護(hù)。

　　圖2. MAX16804評(píng)估板PCB (原理圖如圖1所示)

　　尾燈行駛照明工作模式

　　從TAIL輸入產(chǎn)生固定的0.78V電壓給DIM端(從+5V穩(wěn)壓輸出產(chǎn)生)，驅(qū)動(dòng)器將該電壓轉(zhuǎn)換成20%的PWM占空比，進(jìn)而調(diào)節(jié)LED電流。TAIL模式下的PWM占空比與TAIL端的輸入電壓無關(guān)，由電阻分壓器R1/R2設(shè)置TAIL模式下的DIM電壓。如果要求占空比設(shè)置不等于20%，可按照下式計(jì)算相應(yīng)的DIM電壓(VDIM)：

　　其中，D為所要求的占空比。

　　按照式2選擇R1和R2，以滿足DIM電壓的要求：

　　其中，0.6V為二級(jí)管D2的正向?qū)妷海?V為穩(wěn)壓器輸出，VDIM是所要求的DIM引腳電壓，以滿足PWM占空比的要求。為了避免由于DIM端輸入偏置電流的變化影響DIM電壓，R2選擇在20kΩ左右。

　　剎車模式

　　為了得到100%的占空比，DIM電壓需要設(shè)置在3.1V以上，STOP端作用輸入電壓時(shí)，DIM端通過D3獲得足夠的驅(qū)動(dòng)電壓，確保100%的PWM占空比。此時(shí)，無論TAIL端輸入何種電壓，都將以350mA連續(xù)電流驅(qū)動(dòng)LED。

　　LED電流設(shè)置

　　MAX16804評(píng)估板電路可以通過跳線J1設(shè)置三種不同的電流(140mA、240mA或350mA)：

　　J2 jumper connection1 and 22 and 3Open

　　LED current350mA240mA140mA

　　如需不同的電流設(shè)置，可按照下式計(jì)算檢流電阻(R3或R4)。

　　其中，0.198V為檢流電壓，IOUT為所要求的LED電流，單位為安培。

　　功耗

　　器件(MAX16804)能夠耗散2.758W的功率，該應(yīng)用中，STOP模式下功耗最大，按照下式計(jì)算最大功耗。

　　其中，VIN為IN引腳的輸入電壓，VLED為L(zhǎng)ED串的正向?qū)妷海?50mA是通過跳線J1設(shè)置的最大LED電流。絕大部分器件功耗通過裸焊盤耗散掉，為了改善散熱，應(yīng)將裸焊盤焊接在同等面積的電路板焊盤上，并使用多個(gè)過孔連接裸焊盤與地層的覆銅區(qū)域。

　　注意：MAX16804評(píng)估板在25°C室溫環(huán)境下能夠耗散最大額定功率，當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)所能耗散的功率有所降低。為避免IC進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài)，高溫下應(yīng)適當(dāng)降低功耗。可下載(PDF)獲取電路板所采用的元件列表以及PCB布局圖。

　　上電順序

　　LED+接LED或LED串的陽極，LED-連接到LED或LED串的陰極。

　　為了獲得350mA的LED電流，選擇連接J1的引腳1和2。

　　STOP模式下，電源電壓連接在STOP(+)和GND(-)之間，電壓最小值為6V，比LED正向?qū)妷褐辽俑叱?.4V。

　　TAIL模式下，移掉STOP電源，將電源電壓連接在TAIL(+)和GND(-)之間。

　　測(cè)試結(jié)果

　　圖3–圖6所示為STOP和TAIL模式下的LED電流測(cè)試波形，最大LED電流設(shè)置在350mA和240mA。STOP模式下，LED處于滿亮度狀態(tài)(圖4和圖6)，在STOP輸入與地之間作用電源電壓后，LED電流將很快上升到設(shè)置值(350mA或240mA)，以連續(xù)電流驅(qū)動(dòng)LED，不存在過沖。

　　圖3. TAIL模式下，350mA LED電流通過一個(gè)1Ω檢流電阻設(shè)置，12V VIN、9.3V LED正向?qū)妷骸＠?00Hz、20%占空比的PWM信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使TAIL模式下的LED亮度為最大值的20%，LED電流幅度為350mA。

　　TAIL模式(圖3和圖5)下，200Hz、20%占空比的PWM控制信號(hào)只允許1/5周期內(nèi)有電流流過LED，因而降低了LED亮度。STOP和TAIL模式下，LED電流幅度精確調(diào)整至設(shè)置值，受限制的上升和下降時(shí)間有助于改善EMI指標(biāo)。

　　圖4. STOP模式下，350mA LED電流通過一個(gè)1Ω檢流電阻設(shè)置，12V VIN、9.3V LED正向?qū)妷?。STOP模式下要求LED處于滿亮度狀態(tài)，以350mA連續(xù)電流驅(qū)動(dòng)LED。

　　圖5. TAIL模式下，240mA LED電流通過一個(gè)1Ω檢流電阻設(shè)置，12V VIN、9.3V LED正向?qū)妷?。利?00Hz、20%占空比的PWM信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使TAIL模式下的LED亮度為最大值的20%，LED電流幅度為240mA。

　　圖6. STOP模式下，240mA LED電流通過一個(gè)1Ω檢流電阻設(shè)置，12V VIN、9.3V LED正向?qū)妷?。STOP模式下要求LED處于滿亮度狀態(tài)，以240mA連續(xù)電流驅(qū)動(dòng)LED。