应用笔记 3970

使用数字分压器实现车灯调光,以节省功耗、提高效率

By: Greg Sutterlin

摘要 : 本应用笔记介绍怎样使用低成本数字分压器来实现灯光强弱控制,既节省了功耗又提高了效率。

引言

在汽车以及其他照明应用中,通常需要调节内部灯光。使用机械分压器实现这一功能会浪费电能,效率相对较低,而且还存在耐用问题。而本应用笔记中的设计利用用户熟悉蜂窝电话中上/下控制键的功能,采用低成本数字电位器(数字分压器)来实现强弱调光控制。使用数字分压器不但避免了机械分压器的低效和机械耐用性问题,而且大大节省了功耗,提高了效率。

车灯调光方案

本设计使用非易失数字分压器来建立调光阈值,使用单独的伪锯齿波振荡器来实现脉宽调制(PWM)灯光控制。 MAX5475 (U1)是一个32抽头非易失数字分压器,端到端电阻为100kΩ。该设计使用一个双刀双掷(DPDT)开关(SW1)来控制数字分压器。一端控制MAX5475的U/D引脚,另一端控制INC引脚。因此,“向上”方向按下开关会在INC上产生从高到低的转换,递增数字分压器;“向下”方向按下开关会递减数字分压器。MAX5475电刷位置的非易失特性支持在不供电状态下也可以保持调光设置。

数字分压器的电刷(VWIPER)被送入LMX358 (U2)双路运算放大器(op amp)的反向输入端。然后和双路运算放大器另一输入端产生的伪锯齿波进行比较。基本上,锯齿斜坡为FET Q1产生PWM驱动。提高VWIPER会增加占空比、FET接通时间以及灯的亮度。(实际中,由于灯包括由R1和C1构成的RC充电网络,因而是非线性的。但是,在充电间隔内,波形非常适合进行低成本占空比控制)。逻辑电平n沟道增强型FET对灯进行驱动。应该根据灯的负载需求来选择Q1。

图1. 该图说明怎样使用MAX5475数字分压器来实现车灯调光器。
图1. 该图说明怎样使用MAX5475数字分压器来实现车灯调光器。

要产生锯齿波振荡器,应按图1来配置LMX358。电阻R2、R3和R4产生振荡迟滞。利用5V输入,放大器IN2+输入在0.41V和4.55V之间触发。注意,降低R2的数值,将提高上升范围;增大R2的数值,会降低上升范围。该设计使用10kΩ的R2,在MAX5475数字分压器精度之内实现其上升范围。电容C1通过电阻R1在0.41和4.55V阈值之间冲放电时,产生上升斜坡。

振荡周期应相对较慢,以降低FET接通和关断损耗的影响。为了计算振荡周期(TPERIOD),必须首先计算TDISCHARGE和TCHARGE,其中VIN2+(high) = 4.55V,以及VIN2+(low) = 0.41V。

TDISCHARGE = -R1 × C1 × ln(VIN2+(low)/VIN2+(high)) = 24.1µs(公式1)

TCHARGE = -R1 × C1 × ln{1 - [(VIN2+(high) - VIN2+(low))/(5V - VIN+(low))]} = 32.4µs(公式2)

TPERIOD = TDISCHARGE + TCHARGE = 83.4µs(公式3)

FOSC = 1/TPERIOD = 12kHz

在这种情况下,TPERIOD = 12kHz。

总结

本应用笔记介绍了怎样使用低成本数字分压器来实现PWM调光控制。设计中使用了和蜂窝电话中类似的上/下控制键,利用用户熟悉的上/下控制功能,不需要微处理器,降低了成本。而使用机械分压器进行车灯调光不但效率低而且存在耐用性问题,本设计利用数字分压器提高了效率,节省了功耗。

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