应用笔记 4316

用于汽车尾灯的LED驱动器

By: Anil Baby

摘要 : 多数汽车的尾灯和刹车灯采用同一组LED,这就要求LED工作在两个不同的亮度等级:刹车时处于全亮状态,作为尾灯行驶灯时处于10%至25%满亮度状态(可调光)。调光方式最好选择脉宽调节(PWM),能够在整个亮度范围内保持LED的色谱。另外,采用内置200Hz振荡电路的LED驱动器IC可以省去外部PWM信号发生器,简化设计。本应用笔记采用MAX16804高亮度LED (HB LED)驱动器,MAX16804具有一个双模式DIM引脚,并且内置200Hz振荡电路,可以省去外部PWM信号发生器,简化驱动器的设计。

类似文章发表在2009年5月的EDN China

尾灯(可调节LED亮度)和刹车灯(全亮状态)受控于LED驱动器的TAIL和STOP输入,当TAIL端施加电压时,尾灯LED驱动到满亮度的10%至25%。当STOP端施加电压(刹车)时,LED驱动至满亮度状态(无论TAIL端输入处于何种状态)。

尾灯驱动器规格

  • 输入电源电压(STOP或TAIL与地之间)标称值为6V至16V,抛负载下可能达到45V。
  • 输出电压(VLED)最高可达(VIN - 1.4V)。
  • 刹车时输出电流(LED电流)为350mA、240mA或140mA,具体取决于J1设置。
  • 尾灯LED电流的PWM信号占空比为20%。

输入

  • STOP:STOP(+)和GND(-)之间作用6V至16V的输入电压,以350mA、240mA或140mA连续电流驱动LED,电流大小由J1设置。
  • TAIL:TAIL(+)和GND(-)之间作用6V至16V的输入电压,以350mA、240mA或140mA,10%的占空比驱动LED,电流大小由J1设置。

输出

  • LED+:接LED阳极。
  • LED-:接LED阴极。

电路说明

用于汽车尾灯(STOP和TAIL模式)的LED驱动器可以简单地利用线性LED驱动器IC (例如:MAX16804)实现,只需极少的外部元件。请参见驱动器电路原理图(图1)和PCB布板(图2)。流过LED的最大电流由R3或R4设置,受控于J1的连接方式,亮度由PWM信号控制,在IC内部实现该功能。驱动器IC产生200Hz的LED电流调节信号,占空比取决于DIM端的电压,例如:DIM端电压为0.78V时,尾灯亮度设置在满亮度的20%。

图1. MAX16804高亮度LED驱动器评估板电路原理图
图1. MAX16804高亮度LED驱动器评估板电路原理图

STOP和TAIL输入通过二级管D1、D2连接到IN引脚。IC可以通过任何一个输入端供电,输入之间不会相互影响。D1和D2还可以在汽车电源总线出现尖峰电压时提供电压反向保护。电容C4和C3可以旁路STOP电源线上的任何噪声,为DIM引脚提供保护。

图2. MAX16804评估板PCB (原理图如图1所示)
图2. MAX16804评估板PCB (原理图如图1所示)

尾灯行驶照明工作模式

从TAIL输入产生固定的0.78V电压给DIM端(从+5V稳压输出产生),驱动器将该电压转换成20%的PWM占空比,进而调节LED电流。TAIL模式下的PWM占空比与TAIL端的输入电压无关,由电阻分压器R1/R2设置TAIL模式下的DIM电压。如果要求占空比设置不等于20%,可按照下式计算相应的DIM电压(VDIM):
式1.
其中,D为所要求的占空比。

按照式2选择R1和R2,以满足DIM电压的要求:
式2.
其中,0.6V为二级管D2的正向导通电压,5V为稳压器输出,VDIM是所要求的DIM引脚电压,以满足PWM占空比的要求。为了避免由于DIM端输入偏置电流的变化影响DIM电压,R2选择在20kΩ左右。

刹车模式

为了得到100%的占空比,DIM电压需要设置在3.1V以上,STOP端作用输入电压时,DIM端通过D3获得足够的驱动电压,确保100%的PWM占空比。此时,无论TAIL端输入何种电压,都将以350mA连续电流驱动LED。

LED电流设置

MAX16804评估板电路可以通过跳线J1设置三种不同的电流(140mA、240mA或350mA):

J2 jumper connection 1 and 2 2 and 3 Open
LED current 350mA 240mA 140mA

如需不同的电流设置,可按照下式计算检流电阻(R3或R4)。
式3.
其中,0.198V为检流电压,IOUT为所要求的LED电流,单位为安培。

功耗

器件(MAX16804)能够耗散2.758W的功率,该应用中,STOP模式下功耗最大,按照下式计算最大功耗。
式4.
其中,VIN为IN引脚的输入电压,VLED为LED串的正向导通电压,350mA是通过跳线J1设置的最大LED电流。绝大部分器件功耗通过裸焊盘耗散掉,为了改善散热,应将裸焊盘焊接在同等面积的电路板焊盘上,并使用多个过孔连接裸焊盘与地层的覆铜区域。

注意:MAX16804评估板在25°C室温环境下能够耗散最大额定功率,当环境温度较高时所能耗散的功率有所降低。为避免IC进入热关断状态,高温下应适当降低功耗。可下载(PDF)获取电路板所采用的元件列表以及PCB布局图。

上电顺序

  • LED+接LED或LED串的阳极,LED-连接到LED或LED串的阴极。
  • 为了获得350mA的LED电流,选择连接J1的引脚1和2。
  • STOP模式下,电源电压连接在STOP(+)和GND(-)之间,电压最小值为6V,比LED正向导通电压至少高出1.4V。
  • TAIL模式下,移掉STOP电源,将电源电压连接在TAIL(+)和GND(-)之间。

测试结果

图3–图6所示为STOP和TAIL模式下的LED电流测试波形,最大LED电流设置在350mA和240mA。STOP模式下,LED处于满亮度状态(图4和图6),在STOP输入与地之间作用电源电压后,LED电流将很快上升到设置值(350mA或240mA),以连续电流驱动LED,不存在过冲。

图3. TAIL模式下,350mA LED电流通过一个1Ω检流电阻设置,12V VIN、9.3V LED正向导通电压。利用200Hz、20%占空比的PWM信号进行调节,使TAIL模式下的LED亮度为最大值的20%,LED电流幅度为350mA。
图3. TAIL模式下,350mA LED电流通过一个1Ω检流电阻设置,12V VIN、9.3V LED正向导通电压。利用200Hz、20%占空比的PWM信号进行调节,使TAIL模式下的LED亮度为最大值的20%,LED电流幅度为350mA。

TAIL模式(图3和图5)下,200Hz、20%占空比的PWM控制信号只允许1/5周期内有电流流过LED,因而降低了LED亮度。STOP和TAIL模式下,LED电流幅度精确调整至设置值,受限制的上升和下降时间有助于改善EMI指标。

图4. STOP模式下,350mA LED电流通过一个1Ω检流电阻设置,12V VIN、9.3V LED正向导通电压。STOP模式下要求LED处于满亮度状态,以350mA连续电流驱动LED。
图4. STOP模式下,350mA LED电流通过一个1Ω检流电阻设置,12V VIN、9.3V LED正向导通电压。STOP模式下要求LED处于满亮度状态,以350mA连续电流驱动LED。

图5. TAIL模式下,240mA LED电流通过一个1Ω检流电阻设置,12V VIN、9.3V LED正向导通电压。利用200Hz、20%占空比的PWM信号进行调节,使TAIL模式下的LED亮度为最大值的20%,LED电流幅度为240mA。
图5. TAIL模式下,240mA LED电流通过一个1Ω检流电阻设置,12V VIN、9.3V LED正向导通电压。利用200Hz、20%占空比的PWM信号进行调节,使TAIL模式下的LED亮度为最大值的20%,LED电流幅度为240mA。

图6. STOP模式下,240mA LED电流通过一个1Ω检流电阻设置,12V VIN、9.3V LED正向导通电压。STOP模式下要求LED处于满亮度状态,以240mA连续电流驱动LED。
图6. STOP模式下,240mA LED电流通过一个1Ω检流电阻设置,12V VIN、9.3V LED正向导通电压。STOP模式下要求LED处于满亮度状态,以240mA连续电流驱动LED。