汽车尾灯和刹车控制器设计分析

    现在，尾灯已广泛使用红色LED。虽然成本依旧是个问题，不过安全、环保和款式灵活多样等因素都倾向于采用LED。最受欢迎的应用之一是中央刹车灯。本设计构想展示了尾灯和刹车灯使用同一LED阵列的方法。

　　图1：行驶/刹车灯控制器

　　LED（发光二极管）亮度 一般用发光强度（Luminous Intensity）表示，单位是坎德拉cd；1000ucd（微坎德拉）=1 mcd（毫坎德 拉）， 1000mcd=1 cd。室内用单只LED的光强一般为500ucd-50 mcd，而户外用单只LED的光强一般应为100 mcd-1000 mcd，甚至1000 mcd以上。

　　图2显示该PWM发生器，它由两个555定时器组成。PWM信号控制LED亮度。当PWM输入为高电平时，VO开启；当PWM输入为低电平时，VO关闭。

　　图2：PWM信号发生器

　　PWM信号发生器1.输入电源电压AC220V±10%2.两路独立PWM信号输出，空载时频率输出波动≤0.01Hz、占空比输出波动≤0.01%，达到稳定输出时间≤0.5s3.频率在0~9999Hz范围内连续可调，精度0.1％，0~999.9Hz偏差±0.1Hz，1000~9999Hz偏差±0.5Hz。4.高低电平分别连续可调，低电平范围0~15V，高电平范围1~30V；上升/下降沿时间≤18ns。5.占空比在0.1~99.9％范围内连续可调，精度0.1％，偏差±0.01％。6.每路输出分10步运行，可以通过设置每步的具体参数，来选择自己需要的频率和占空比。7.结构采用卧式箱体，材料使用铝合金，喷涂米黄色漆，防护等级IP54。8.信号发生器额定输出电流：200mA。9.配置标准RS232通讯（有上位机软件），通过上位机对其进行操作。10.单机通过含20个键的小键盘操作，操作简单。

　　AD8240提供一种低功耗、低成本、小封装解决方案。内部电流检测放大器测量外部分流电阻上的电压；当电流测量结果降至预设阈值以下时，表明发生了LED开路情况。当检测放大器输出超过5 V时，内部比较器将导致驱动器锁定输出电压。在下一个PWM周期中，锁存会复位。通过测量检测放大器输出，也可以检测到过流情况。

　　由于不需要开关设计所需的电感，成本得以进一步降低；而且LED灯的工作功耗远低于白炽灯，因此不需要开关驱动器。

　　LED的开关取决于CMOS兼容型PWM引脚（AD8240引脚3）上的数字电压。对于简单的开关控制，此电压可以是连续的；对于调光控制，此电压为PWM。PWM频率应低于500 Hz，占空比范围从5%到100%。典型值为5%（行驶时）和95%（刹车时）。图2中，PWM频率由R1、R2和定时器A1的C1决定。脉冲周期为：

　　T = 0.693 （R1 + 2 R2） C1

　　当R1 = 49.9 kΩ、R2= 10 kΩ、C1 = 0.1 μF时，该周期为4.84 ms，或约为206 Hz。

　　定时器A2将该信号转换为脉冲宽度调制信号，后者的占空比由R3、R4、R5和C2决定。脉冲宽度由下式决定：

　　脉冲宽度 = 1.1 RC2

　　其中R等于R5、R3和R5的并联电阻或者R4和R5的并联电阻，具体取决于开关位置。当R3 = 2.37 kΩ、R4 = 45.7 kΩ、R5 = 42.4 kΩ、C2 = 0.1 μF时，占空比为5%（开关在位置1）、50%（开关在位置2）或95%（开关在OFF位置）。

　本电路提供了一种利用恒定电压，仅借助两条线（电源和接地）驱动并监控LED的方法。许多设计使用底盘或共享接地回路，此时两条线可以减为一条线。目前，这些灯由车身控制ECU（电子控制单元）控制和驱动。

　　请注意，LED亮度随着占空比提高而增大。踩下刹车时，占空比为95%，LED阵列最亮。正常行驶期间，占空比为5%，LED阵列变暗。两种工作状态共用一个LED阵列可以降低成本。

　　如果发生短路或过载情况，Vsense（引脚1）上的电压降至0 V，输出关断。此电路将在下一个PWM周期中复位。如果持续这种情况，AD8240将尝试把输出驱动至12 V，在每个PWM周期之后关断并重启。采用这种恒定电压架构时，LED的控制和驱动功能仍保留在ECU，仅需做极少的设计修改，LED随着的社会的进步，将大大的被人们接受，进入人们的日常生活。