保持正確轉(zhuǎn)向：汽車照明系統(tǒng)故障電路的設(shè)計(jì)

向用戶指示系統(tǒng)故障相當(dāng)重要，尤其是在汽車照明方面。

以汽車尾燈中的轉(zhuǎn)向指示燈為例，它表示駕駛員想要變換車道或轉(zhuǎn)向。LED是用于轉(zhuǎn)向指示燈的一種常見且不斷增強(qiáng)的光源，由一個(gè)雙級(jí)LED驅(qū)動(dòng)電路拓?fù)潋?qū)動(dòng)。該雙極LED驅(qū)動(dòng)電路拓?fù)溆梢粋€(gè)第一級(jí)降壓穩(wěn)壓器和一個(gè)第二級(jí)恒流線性LED驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成，具有熱效率優(yōu)勢(shì)。

圖1中基于LED的轉(zhuǎn)向指示燈模塊包括一個(gè)典型汽車電池、開關(guān)、輸入濾波器、降壓穩(wěn)壓器和幾個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)車燈停止正常運(yùn)行時(shí)，駕駛員將如何得知？如何確定是系統(tǒng)的哪個(gè)部分出現(xiàn)故障？

降壓穩(wěn)壓器和LED驅(qū)動(dòng)器集成電路實(shí)施診斷功能，以便檢測(cè)故障事件。例如，“電源正?！?a target='_blank' class='arckwlink_none'>信號(hào)是一種診斷特征，用于指示降壓的輸出是否處于調(diào)節(jié)狀態(tài)。同樣，恒流LED驅(qū)動(dòng)器輸出故障信號(hào)來指示LED短路和開路。

在本文中，我將著重討論汽車尾燈故障電路，以及如何結(jié)合降壓穩(wěn)壓器的PWRGD信號(hào)和LED驅(qū)動(dòng)器的故障信號(hào)來設(shè)計(jì)故障電路。

降壓轉(zhuǎn)換器PWRGD信號(hào)

“電源正常”引腳通常是帶外部上拉電阻的開漏輸出。在正常運(yùn)行時(shí)，輸出顯示為高，而由于錯(cuò)誤輸出電壓、熱關(guān)機(jī)或使能關(guān)機(jī)等原因輸出電壓低時(shí)，則顯示為低。

根據(jù)數(shù)據(jù)表，必須使用推薦值將“電源正?！钡囊_拉高。鑒于系統(tǒng)要求，可以使用上拉電阻將“電源正?！币_拉高到降壓穩(wěn)壓器的輸出。然而，如果降壓穩(wěn)壓器的輸出電壓大于推薦的上拉電壓，最好使用齊納二極管鉗位到較低電壓。

LED驅(qū)動(dòng)器故障信號(hào)

TI的線性LED驅(qū)動(dòng)器中，故障引腳是一個(gè)內(nèi)部上拉很弱的開漏晶體管，必須拉高才能釋放故障信號(hào)。在正常工作時(shí)，故障引腳顯示為高。如果發(fā)生LED短路或開路故障，該設(shè)備具有的內(nèi)部下拉電流將使故障引腳顯示為低。

TI的汽車級(jí)LED驅(qū)動(dòng)器有兩個(gè)故障引腳設(shè)計(jì)選項(xiàng)：

• One-fail-all-fail（OFAF)：如果一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障，則報(bào)告該故障并關(guān)閉所有設(shè)備。
• 禁用OFAF：當(dāng)一個(gè)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，報(bào)告該故障，其余設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行。

當(dāng)連接多達(dá)15個(gè)設(shè)備的故障引腳時(shí)，系統(tǒng)使用OFAF。圖2展示了連接到LED驅(qū)動(dòng)器故障引腳的故障連接器電路。故障連接器電路用于提高故障信號(hào)的魯棒性，帶上拉的開漏則用于方便與外部電路連接。

禁用OFAF需要故障聚合器電路。圖3顯示了連接到LED驅(qū)動(dòng)器故障引腳的故障聚合器電路。帶上拉的開漏輸出在發(fā)生故障時(shí)顯示為OUT低，在無故障時(shí)顯示為高。

故障聚合器電路被定義為故障引腳上拉電路。如要禁用OFAF，必須上拉故障引腳，以保持始終高于2 V的電壓。P通道晶體管（PNP）可將故障管腳從電流控制引腳轉(zhuǎn)換為電壓。上拉電阻R2保持故障大于2V。通常來說，故障信號(hào)在發(fā)生故障時(shí)顯示為低，無故障時(shí)顯示為高。因此，帶上拉的開漏輸出將顛倒故障聚合器電路的邏輯，以便在發(fā)生故障時(shí)顯示為OUT低，在無故障時(shí)顯示為高。如果系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)要求顯示OUT高，而在無故障時(shí)顯示低，則可以從設(shè)計(jì)中忽略帶上拉的開漏輸出。

觸發(fā)故障時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)器從內(nèi)部下拉電流，下拉電流流過上拉電阻R2。PNP打開，其輸出變高，OUT變低。未觸發(fā)故障時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)器從內(nèi)部上拉，PNP用作開路開關(guān)，其輸出變低，OUT變高。在這兩種情況下，故障仍然大于2V。

就轉(zhuǎn)向指示燈模塊而言，降壓穩(wěn)壓器的輸出電壓應(yīng)為故障聚合器電路供電；齊納二極管可以將降壓穩(wěn)壓器的輸出鉗位到較低電壓。一旦降壓穩(wěn)壓器發(fā)生故障，故障聚合器將斷電，并顯示故障。

使用“電源正常”信號(hào)啟用LED驅(qū)動(dòng)器

將降壓穩(wěn)壓器“電源正?！毙盘?hào)和LED驅(qū)動(dòng)器故障信號(hào)結(jié)合起來的一種方法是利用LED驅(qū)動(dòng)器的使能（EN）引腳。當(dāng)EN引腳高時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)器正常工作；當(dāng)EN引腳低時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)器處于睡眠模式，具有超低靜態(tài)電流。

圖4展示了如何使用上拉電阻R4和齊納二極管將“電源正?！币_連接到EN引腳。齊納二極管為“電源正常”引腳提供較低的上拉電壓；“電源正?！币_則被R4拉高到齊納二極管的鉗位電壓。

通過將“電源正常”引腳的輸出連接到LED驅(qū)動(dòng)器的EN引腳，“電源正?！毙盘?hào)現(xiàn)在控制LED驅(qū)動(dòng)器。在正常運(yùn)行時(shí)，“電源正?！币_顯示為高，LED驅(qū)動(dòng)器啟動(dòng)。在降壓穩(wěn)壓器發(fā)生故障的情況下，“電源正常”引腳l顯示為低，LED驅(qū)動(dòng)器不啟動(dòng)，故障聚合器電路無電源，OUT變?yōu)榈?– 表示存在故障。

系統(tǒng)故障分析

故障電路的目的是顯示轉(zhuǎn)向指示燈模塊中導(dǎo)致LED不亮的任何故障。故障源可能是降壓穩(wěn)壓器的電壓輸出不正確、LED驅(qū)動(dòng)器的電流輸出不正確或LED故障。

圖5顯示了完整的轉(zhuǎn)向指示燈模塊框圖，其中“電源正?！币_使用上拉電阻R4和齊納二極管連接到LED驅(qū)動(dòng)器的EN引腳。故障聚合器電路禁用OFAF。

當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，電池電壓會(huì)被過濾和降低，從而為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)器供電?！半娫凑！币_被上拉到齊納二極管鉗位電壓，顯示為高并啟用LED驅(qū)動(dòng)器。隨后，若未監(jiān)測(cè)到LED短路或開路等故障，則LED通電。此時(shí)，故障顯示為低，故障聚合器顯示為低，且顯示輸出無故障。

接下來考察降壓穩(wěn)壓器輸出電壓故障的情況。降壓輸出電壓超出標(biāo)稱范圍時(shí)，“電源正?！币_顯示為低，LED驅(qū)動(dòng)器被禁用，LED被關(guān)閉。當(dāng)LED驅(qū)動(dòng)器被禁用時(shí)，故障顯示為低。故障聚合器沒有來自齊納二極管鉗位電壓的電源，輸出變低，以指示存在故障。

轉(zhuǎn)向指示燈模塊故障可能會(huì)以其他形式出現(xiàn)，比如LED短路或開路或LED驅(qū)動(dòng)器熱關(guān)機(jī)。圖4所示的電路可在轉(zhuǎn)向指示燈模塊中檢測(cè)這些不同的故障類型。

結(jié)論

汽車照明系統(tǒng)正在采用更多的故障電路。如要節(jié)省空間和降低故障電路的成本，可以嘗試將“電源正?！币_連接到LED驅(qū)動(dòng)器的EN引腳。對(duì)于LED故障，可以考慮使用或禁用OFAF。請(qǐng)根據(jù)您特定應(yīng)用程序選擇能滿足其需求的設(shè)計(jì)選項(xiàng)。