一種車燈實用型LED診斷電路設計

覃思宇，徐寶奇，湯海蓮，蔣敏

(常州星宇車燈股份有限公司，江蘇常州 213022)

0 引言

LED作為一種節能、環保、高效的照明光源，已經在各個行業中應用。在汽車照明領域，車燈造型越來越多，設計方案越來越獨特，而LED光源分布靈活能滿足各種各樣的要求，因而應用也越來越廣。一般在前照燈中，轉向燈常用反射鏡或光導的方案，其中光導方案由于其光色均勻、節約空間且能做出特殊造型，得到了較大的重視。本文作者主要結合某汽車廠的設計要求，給出一種低成本的帶開路故障診斷反饋的光導型轉向燈驅動方案。

1 方案設計

針對某汽車廠一款車型的前大燈轉向燈使用光導設計，它位于前大燈下部，從左部延伸至右部。此外汽車廠還要求實現轉向燈故障反饋功能，即轉向燈功能正常時，轉向燈診斷線在100 ms內反饋高電平；轉向燈功能不正常時，轉向燈需在100 ms內反饋低電平。

由于使用光導設計，光學上要求LED光源亮度高，因此需要光強高、功率大的LED來實現該功能。根據配光要求，LED選用3顆飛利浦luxon F Plus系列PC amber，單顆LED電流達到1 000 mA，電壓降2.98 V。表1是該款LED的一些基本參數。圖1是不同溫度下LED電壓與電流的關系。

表1 某款LED基本參數

圖1 不同溫度下LED電壓與電流的關系

1.1 LED驅動方案

首先分析LED電路驅動方案。一般汽車供電源是蓄電池，則車燈的供電源為直流恒壓源，因此，車燈上常用的LED驅動方案包括電阻式驅動、恒流式驅動和開關電源驅動。

(1)電阻式驅動

圖2是電阻式驅動電路圖。LED與電阻串聯接入電路中，通過選取合適的等效電阻值控制LED串的電流，從而控制LED的光強。在這種驅動方式下，電流受電壓變化影響比較大，在9～16 V工作電壓下，明暗變化比較大，且在大電流大功率情況下，電阻數量多，占用線路板空間大。

(2)恒流式驅動

圖3是恒流式驅動電路圖。該電路利用三極管或mos管集電極和發射極間導通狀態受基級電流或電壓控制的特性，通過電阻和穩壓管給三極管或mos管基極提供穩定的電平和電流，從而保證三極管穩定的導通狀態，實現LED的恒流控制。這種驅動模式在9～16 V工作電壓下，電流相對穩定，且使用的元件數量較少，節約生產貼裝時間。

圖2 電阻式驅動電路圖

圖3 恒流式驅動電路圖

(3)開關電源驅動

開關電源驅動電路是通過電感、開關管、二極管及電容等元件的不同拓撲，將輸入電壓調整為負載所需電壓的電路。根據芯片類型和應用場合不同，分為芯片內置拓撲驅動和芯片外搭拓撲驅動，如圖4、圖5所示。

芯片外搭拓撲驅動通過利用芯片控制外搭拓撲電路的開關頻率，來控制電路的電壓和電流，這種電路感性容性元件多，且有高頻信號，容易對外產生輻射干擾，對電路走線要求高，一般需要有屏蔽措施。由于元件可選擇，因此該方案可用在負載電流大、功率大的場合。

芯片內置拓撲驅動中，芯片集成了開關電源的拓撲結構，減少了片外元件的使用，電路連接較簡單易行，且輻射干擾較小。但由于芯片本身功率有限，能驅動的LED負載功率較小。

由于芯片以及功率元件的價格較其他常規元件高，因此開關電源方案成本比較大。

在該設計中，LED電壓2.98 V，電流1 000 mA，3顆LED功率近9 W。綜合成本和功能考慮，選擇三極管恒流式方案作為LED驅動電路，如圖6所示。

圖4 芯片內置拓撲驅動

圖5 芯片外搭拓撲驅動

圖6 三極管恒流式LED驅動電路

1.2 診斷反饋方案

汽車廠要求轉向燈功能正常時，診斷線反饋高電平；轉向燈功能不正常時，需反饋低電平。在汽車正常工作狀態下，電源電壓13.5 V，利用如圖7所示的方案對LED工作狀況進行監控。即，當LED正常工作時，三極管Q3基極是高電平，Q3導通，使得三極管Q2基極為低電平，Q2截止，因此FeedBack端輸出高電平。反之，當LED斷路時，三極管Q3基極是低電平，Q3截止，使得三極管Q2基極為高電平，Q2導通，因此FeedBack端輸出低電平。

由于汽車工作電壓為9～16 V，當工作電壓為9 V時，不管LED是否正常工作，Q3基極始終處于低電平，這樣使得Q3處于截止狀態，FeedBack端輸出低電平，出現誤報警的情況。考慮從監控單顆LED電壓入手，使得工作電壓為9 V時不出現誤報警情況。

圖7 診斷反饋方案1

圖8是修改后的反饋方案。當LED正常工作時，根據電壓電流關系圖，工作電壓為2.5～3.3 V，此時經過運算放大電路將LED兩端電壓差值采樣出來，通過比較器與兩個基準電壓3.3和2.5 V比較。當采樣電壓介于2.5～3.3 V之間時，兩個比較器都輸出低電平，末端三極管基極為低電平，三極管截止，FeedBack輸出高電平；當LED串聯的前兩顆LED斷路時，采樣電壓為0，則電壓基準為2.5 V的比較器輸出高電平，末端三極管基極則為高電平，三極管導通，FeedBack輸出低電平；同理，當LED串聯的第三顆LED斷路時，采樣電壓大于3.3 V，則電壓基準為3.3 V的比較器輸出高電平，末端三極管基極則為高電平，三極管導通，FeedBack輸出低電平。根據以上電路邏輯實現了LED驅動電路的診斷功能，且能在9 V供電的情況下實現。

圖8 診斷反饋方案2

2 仿真驗證

文中使用Cadence中PSPice的模塊搭建原理圖電路，并分別對驅動電路模塊和反饋功能進行仿真，檢驗其可行性。圖9為電路仿真架構圖。

圖9 電路仿真架構圖

圖10為驅動電路模塊仿真結果。從圖中可看出，在工作電壓為13.5 V時，LED串聯電流達到1 000 mA，且在工作電壓范圍內，電流變化比較平穩。

圖11為反饋電路模塊仿真結果，線條1為轉向燈電源電壓信號，線條2為診斷電路反饋信號。圖11(a)中，當LED正常工作時，反饋信號跟隨轉向燈供電電壓是一個方波信號；圖11(b)中，當LED短路時，反饋信號保持低電平狀態。9 V供電情況下狀態與該結果類似。通過仿真驗證了該反饋方案是可行的。

3 結論

結合某汽車廠實際的車燈設計要求，分析比較了不同車燈LED驅動方案的特點，按功能需求的步驟給出了一種低成本的帶故障反饋的車燈LED驅動設計方案，并通過仿真驗證了電路設計方案的可行性，給其他類似功能要求的設計提供了參考。