汽車(chē)尾燈和剎車(chē)控制器設計分析

現在，尾燈已廣泛使用紅色LED。雖然成本依舊是個(gè)問(wèn)題，不過(guò)安全、環(huán)保和款式靈活多樣等因素都傾向于采用LED。最受歡迎的應用之一是中央剎車(chē)燈。本設計構想展示了尾燈和剎車(chē)燈使用同一LED陣列的方法。

　　圖1：行駛/剎車(chē)燈控制器

　　LED（發(fā)光二極管）亮度 一般用發(fā)光強度（Luminous Intensity）表示，單位是坎德拉cd；1000ucd（微坎德拉）=1 mcd（毫坎德 拉）， 1000mcd=1 cd。室內用單只LED的光強一般為500ucd-50 mcd，而戶(hù)外用單只LED的光強一般應為100 mcd-1000 mcd，甚至1000 mcd以上。

　　圖2顯示該PWM發(fā)生器，它由兩個(gè)555定時(shí)器組成。PWM信號控制LED亮度。當PWM輸入為高電平時(shí)，VO開(kāi)啟；當PWM輸入為低電平時(shí)，VO關(guān)閉。

　　圖2：PWM信號發(fā)生器

　　PWM信號發(fā)生器1.輸入電源電壓AC220V±10%2.兩路獨立PWM信號輸出，空載時(shí)頻率輸出波動(dòng)≤0.01Hz、占空比輸出波動(dòng)≤0.01%，達到穩定輸出時(shí)間≤0.5s3.頻率在0~9999Hz范圍內連續可調，精度0.1％，0~999.9Hz偏差±0.1Hz，1000~9999Hz偏差±0.5Hz。4.高低電平分別連續可調，低電平范圍0~15V，高電平范圍1~30V；上升/下降沿時(shí)間≤18ns。5.占空比在0.1~99.9％范圍內連續可調，精度0.1％，偏差±0.01％。6.每路輸出分10步運行，可以通過(guò)設置每步的具體參數，來(lái)選擇自己需要的頻率和占空比。7.結構采用臥式箱體，材料使用鋁合金，噴涂米黃色漆，防護等級IP54。8.信號發(fā)生器額定輸出電流：200mA。9.配置標準RS232通訊（有上位機軟件），通過(guò)上位機對其進(jìn)行操作。10.單機通過(guò)含20個(gè)鍵的小鍵盤(pán)操作，操作簡(jiǎn)單。

　　AD8240提供一種低功耗、低成本、小封裝解決方案。內部電流檢測放大器測量外部分流電阻上的電壓；當電流測量結果降至預設閾值以下時(shí)，表明發(fā)生了LED開(kāi)路情況。當檢測放大器輸出超過(guò)5 V時(shí)，內部比較器將導致驅動(dòng)器鎖定輸出電壓。在下一個(gè)PWM周期中，鎖存會(huì )復位。通過(guò)測量檢測放大器輸出，也可以檢測到過(guò)流情況。

　　由于不需要開(kāi)關(guān)設計所需的電感，成本得以進(jìn)一步降低；而且LED燈的工作功耗遠低于白熾燈，因此不需要開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器。

　　LED的開(kāi)關(guān)取決于CMOS兼容型PWM引腳（AD8240引腳3）上的數字電壓。對于簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)控制，此電壓可以是連續的；對于調光控制，此電壓為PWM。PWM頻率應低于500 Hz，占空比范圍從5%到100%。典型值為5%（行駛時(shí)）和95%（剎車(chē)時(shí)）。圖2中，PWM頻率由R1、R2和定時(shí)器A1的C1決定。脈沖周期為：

　　T = 0.693 （R1 + 2 R2） C1

　　當R1 = 49.9 kΩ、R2= 10 kΩ、C1 = 0.1 μF時(shí)，該周期為4.84 ms，或約為206 Hz。

　　定時(shí)器A2將該信號轉換為脈沖寬度調制信號，后者的占空比由R3、R4、R5和C2決定。脈沖寬度由下式?jīng)Q定：

　　脈沖寬度 = 1.1 RC2

　　其中R等于R5、R3和R5的并聯(lián)電阻或者R4和R5的并聯(lián)電阻，具體取決于開(kāi)關(guān)位置。當R3 = 2.37 kΩ、R4 = 45.7 kΩ、R5 = 42.4 kΩ、C2 = 0.1 μF時(shí)，占空比為5%（開(kāi)關(guān)在位置1）、50%（開(kāi)關(guān)在位置2）或95%（開(kāi)關(guān)在OFF位置）。

　本電路提供了一種利用恒定電壓，僅借助兩條線(xiàn)（電源和接地）驅動(dòng)并監控LED的方法。許多設計使用底盤(pán)或共享接地回路，此時(shí)兩條線(xiàn)可以減為一條線(xiàn)。目前，這些燈由車(chē)身控制ECU（電子控制單元）控制和驅動(dòng)。

　　請注意，LED亮度隨著(zhù)占空比提高而增大。踩下剎車(chē)時(shí)，占空比為95%，LED陣列最亮。正常行駛期間，占空比為5%，LED陣列變暗。兩種工作狀態(tài)共用一個(gè)LED陣列可以降低成本。

　　如果發(fā)生短路或過(guò)載情況，Vsense（引腳1）上的電壓降至0 V，輸出關(guān)斷。此電路將在下一個(gè)PWM周期中復位。如果持續這種情況，AD8240將嘗試把輸出驅動(dòng)至12 V，在每個(gè)PWM周期之后關(guān)斷并重啟。采用這種恒定電壓架構時(shí)，LED的控制和驅動(dòng)功能仍保留在ECU，僅需做極少的設計修改，LED隨著(zhù)的社會(huì )的進(jìn)步，將大大的被人們接受，進(jìn)入人們的日常生活。