参考电路 4380

3S3P汽车尾灯(RCL) LED驱动器参考设计



综述

该参考设计采用MAX16823 3通道线性LED驱动器和外部BJT,实现3S3P RCL驱动电路。图1图2给出了PCB和安装了散热器的图片;图3为参考设计的电路板布局;图4为参考设计的原理图。

以下详细讨论了该参考设计,给出了主要功能电路的分析、设计规格以及测试数据。

图1. PCB和安装的散热器
详细图片
(PDF, 1.89MB)
图1. PCB和安装的散热器

图2. 安装了散热器的侧视图
详细图片
(PDF, 1.49MB)
图2. 安装了散热器的侧视图

图3. LED驱动器布线
详细图片
(PDF, 320kB)
图3. LED驱动器布线

图4. LED驱动器原理图
详细图片
(PDF, 116kB)
图4. LED驱动器原理图

综述

该参考设计采用MAX16823 3通道线性LED驱动器和外部BJT,实现3S3P RCL驱动电路。图1图2给出了PCB和安装了散热器的图片;图3为参考设计的电路板布局;图4为参考设计的原理图。

以下详细讨论了该参考设计,给出了主要功能电路的分析、设计规格以及测试数据。

图1. PCB和安装的散热器
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图1. PCB和安装的散热器

图2. 安装了散热器的侧视图
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图2. 安装了散热器的侧视图

图3. LED驱动器布线
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图3. LED驱动器布线

图4. LED驱动器原理图
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图4. LED驱动器原理图

设计分析

参考设计由四部分电路组成:输入保护电路与输入选择器、10%占空比发生器、抛负载和双电池检测、LED驱动电路。

输入保护

输入保护主要由金属氧化物变阻器MOV1和MOV2提供。设计中,我们采用了Littelfuse的V18MLA1210H (EPCOS也提供高质量的MOV器件)。根据具体应用环境选取不同额定焦耳的MOV。

输入选择器

输入电压建立后,除非刹车灯/转向灯输入端作用有效电源,否则,输入选择器将电源切换到尾灯节点。一旦电源为刹车灯/转向灯输入供电,输入选择器将自动屏蔽尾灯输入电流。这种架构将为刹车灯/转向灯输入提供600mA电流,指示RCL功能。当LED驱动器发生故障或者LED本身发生故障时,MAX16823将彻底关断所有LED,此时只有不足5mA的电流流出刹车灯/转向灯。灯的输出级电路能够成功检测到这一低电流,根据设计要求发出报警信号。

D5、R16组成检测电路。当尾灯输入节点电压为9V或更高电压,并且刹车灯/转向灯输入节点接地或为高阻时,该检测电路打开Q4。输入电压通过二极管D3加载到VIN,提供LED驱动器的主电源。当刹车灯/转向灯输入电压达到尾灯电压的2V以内时,Q4断开,VIN通过二极管D4供电。R17提供2.1kΩ对地电阻,确保此节点的最大阻抗。R17在双电池条件下(24V)功率达到270mW,所以必须选取0.5W功率的电阻。这个电路的主要限制是:当刹车灯/转向灯和尾灯同时工作时,假设刹车灯/转向灯输入电压与尾灯输入电压的差值在2V以内。

10%占空比发生器

10%占空比发生器产生占空比为10%的方波信号,该信号送入MAX16823 LED驱动器,用于调节LED亮度。只要尾灯输入端提供有效电压,调光电路将有效工作。R10和D2提供5.1V稳压源,用于U3 (ICM7555ISA)供电。双电池条件下,由于功耗可能达到44mW,所以R10必须选取0.25W功率的电阻。定时器U3配置为非稳态振荡器,导通时间由通过D1和R11对C6充电的时间决定(tON = 0.693 × R11 × C6 = 0.418ms [典型值]);关断时间由通过R12对C6放电的时间决定(tOFF = 0.693 × R12 × C6 = 3.8ms [典型值])。导通时间和关断时间之和构成周期大约为237Hz的方波信号,占空比为9.9%,图5为占空比周期。

电阻R13提供限流保护,降低该开关节点可能产生的EMI辐射。R13的物理位置应尽量靠近U3,以降低EMI。占空比为10%的方波信号通过D7和R14耦合至U1。只要刹车灯/转向灯没有有效电源,D7提供的逻辑“或”电路将允许10%占空比脉冲通过。这种配置在尾灯输入作用有电源电压时,提供较低的LED亮度。而当刹车灯/转向灯输入作用有效电压时,D7将电压提供至DIM1、DIM2和DIM3输入,使LED亮度达到100% (高LED亮度)。因为LEDGOOD信号不能超出6V,电阻R14将电流限制在2mA以内,D9和D2提供电压箝位,避免过高的节点电压。当D7阳极没有作用电压时,电阻R15为下拉电阻。使用400kΩ电阻时,R15将保持DIM节点电压低于0.6V,此时的吸电流为1.5µA—远低于DIM输入的0.1µA源出电流。

图5. 振荡器输出
图5. 振荡器输出

抛负载和双电池检测

抛负载和双电池检测电路决定“或”逻辑输入电压是否超过21V。输入电压超过21V意味着发生抛负载(400ms)或双电池条件(无时间限制),这将在三个LED驱动晶体管上产生过大的功耗。因此,检测电路将DIMx输入拉低,关闭输出驱动器。另外,检测电路还将LGC电容(C2)拉低,以避免可能发生的错误检测。由于DIMx和LGC引脚电压被控制在10V以内,Q5和D6的额定电压并不严格。检测电压是D8击穿电压与R18对地电压的总和,大约为22V。当电阻为20kΩ时,R9将在Q5导通之前产生20µA的旁路漏电流。

用于3S3P RCL的LED驱动器

参考设计的核心IC是MAX16823ATE LED驱动器,IN引脚输入电压最高为45V。IC从OUTx引脚提供电流驱动LED。使用检流电阻对电流进行检测,MAX16823调节OUTx引脚的输出电流,根据需要将CS引脚的电压保持在203mV。因为IC本身的每个输出通道只能提供70mA输出,我们在每串LED增加了外部驱动,为每串LED提供200mA的驱动电流,并有助于解决散热问题。晶体管Q1、Q2和Q3 (ZXT690BKTC)提供所需的电流增益。这些晶体管提供TO-262封装,为管芯提供良好的散热。

Q1、Q2和Q3为45V、2A晶体管,当IC/IB增益为200倍时具有低于200mV的饱和压降VCE(Sat)。因为最小输入电压(9V)和LED串最大导通电压(3 × 2.65V = 7.95V)之间的压差只有1.05V,所以VCE(Sat)的额定值非常重要,必须留有足够的设计裕量,以满足Q4和D3的压降,以及Q1、Q2和Q3的VCE(Sat)要求,详细信息请参考数据表

电阻分压网络R1/R2、R3/R4和R5/R6保证每个OUTx的输出电流不小于5mA,从而确保IC稳定工作。设计步骤中,分析晶体管基极电流的最小值和最大值。这些电流流经电阻R1、R3和R5。电阻压降、晶体管的VBE以及检流电阻压降之和为R2、R4和R6两端的电压。合理选择这些电阻,以保证流过电阻的电流与晶体管基极电流之和不小于5mA。另一方面,OUTx的输出电流必须小于70mA (额定电流),详细信息请参考数据表。

散热考虑

本设计中调整管需要耗散的功率达到6W,为了降低晶体管的温升,将晶体管焊盘通过多个过孔连接到PCB的底层,并通过电绝缘(但导热)的粘胶垫将热量传递到铝散热器上。散热器耗散6W功率时自身温度上升31°C。虽然Zetex的晶体管没有给出结到管壳的热阻,但可以参考其他晶体管供应商提供的TO-262封装的热阻,约为3.4°C/W。该热阻表示每个晶体管内部的温度会比管壳高出5.4°C。总之,在最差工作条件下,结温比环境温度高出35°C至40°C。本参考设计实际测量的温度大约高出30°C。

瞬态响应

图6图7给出了尾灯供电时晶体管的瞬态响应。测试时,振荡器输出10%占空比的脉冲信号对MAX16823进行脉宽调制,驱动外部晶体管导通/关断;图6中下冲持续3µs,图7中过冲持续100µs,均不会引起任何问题。


图6. 晶体管导通时,Q1的集电极波形(VIN = 12.5V)


图7. 晶体管断开时,Q1集电极的波形(VIN = 12.5V)

 
Status:
Package:
Temperature:

MAX16823
高压、3通道、线性高亮度LED驱动器,具有LED开路检测

  • 5.5V至40V工作电压范围
  • 可调的恒定输出电流(5mA至70mA,采用外部BJT时可高达2A)
  • ±5%输出电流精度