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汽車尾燈和剎車控制器設(shè)計(jì)分析

發(fā)布時(shí)間:2011-08-17 來源:中電網(wǎng)

中心議題:
  • 汽車尾燈和剎車控制器設(shè)計(jì)分析
解決方案:
  • 利用PWM信號(hào)發(fā)生器
  • 采用AD8240的開關(guān)驅(qū)動(dòng)器

現(xiàn)在,尾燈已廣泛使用紅色LED。雖然成本依舊是個(gè)問題,不過安全、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(yīng)用之一是中央剎車燈。本設(shè)計(jì)構(gòu)想展示了尾燈和剎車燈使用同一LED陣列的方法。

圖1:行駛/剎車燈控制器

LED(發(fā)光二極管)亮度 一般用發(fā)光強(qiáng)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(nèi)用單只LED的光強(qiáng)一般為500ucd-50 mcd,而戶外用單只LED的光強(qiáng)一般應(yīng)為100 mcd-1000 mcd,甚至1000 mcd以上。

圖2顯示該P(yáng)WM發(fā)生器,它由兩個(gè)555定時(shí)器組成。PWM信號(hào)控制LED亮度。當(dāng)PWM輸入為高電平時(shí),VO開啟;當(dāng)PWM輸入為低電平時(shí),VO關(guān)閉。

圖2:PWM信號(hào)發(fā)生器
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PWM信號(hào)發(fā)生器1.輸入電源電壓AC220V±10%2.兩路獨(dú)立PWM信號(hào)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(dá)到穩(wěn)定輸出時(shí)間≤0.5s3.頻率在0~9999Hz范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào),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(xù)可調(diào),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(nèi)連續(xù)可調(diào),精度0.1%,偏差±0.01%。6.每路輸出分10步運(yùn)行,可以通過設(shè)置每步的具體參數(shù),來選擇自己需要的頻率和占空比。7.結(jié)構(gòu)采用臥式箱體,材料使用鋁合金,噴涂米黃色漆,防護(hù)等級(jí)IP54。8.信號(hào)發(fā)生器額定輸出電流:200mA。9.配置標(biāo)準(zhǔn)RS232通訊(有上位機(jī)軟件),通過上位機(jī)對(duì)其進(jìn)行操作。10.單機(jī)通過含20個(gè)鍵的小鍵盤操作,操作簡(jiǎn)單。

AD8240提供一種低功耗、低成本、小封裝解決方案。內(nèi)部電流檢測(cè)放大器測(cè)量外部分流電阻上的電壓;當(dāng)電流測(cè)量結(jié)果降至預(yù)設(shè)閾值以下時(shí),表明發(fā)生了LED開路情況。當(dāng)檢測(cè)放大器輸出超過5 V時(shí),內(nèi)部比較器將導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器鎖定輸出電壓。在下一個(gè)PWM周期中,鎖存會(huì)復(fù)位。通過測(cè)量檢測(cè)放大器輸出,也可以檢測(cè)到過流情況。

由于不需要開關(guān)設(shè)計(jì)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(yuǎn)低于白熾燈,因此不需要開關(guān)驅(qū)動(dòng)器。

LED的開關(guān)取決于CMOS兼容型PWM引腳(AD8240引腳3)上的數(shù)字電壓。對(duì)于簡(jiǎn)單的開關(guān)控制,此電壓可以是連續(xù)的;對(duì)于調(diào)光控制,此電壓為PWM。PWM頻率應(yīng)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(dāng)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(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制信號(hào),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,具體取決于開關(guān)位置。當(dāng)R3 = 2.37 kΩ、R4 = 45.7 kΩ、R5 = 42.4 kΩ、C2 = 0.1 μF時(shí),占空比為5%(開關(guān)在位置1)、50%(開關(guān)在位置2)或95%(開關(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(電源和接地)驅(qū)動(dòng)并監(jiān)控LED的方法。許多設(shè)計(jì)使用底盤或共享接地回路,此時(shí)兩條線可以減為一條線。目前,這些燈由車身控制ECU(電子控制單元)控制和驅(qū)動(dòng)。

請(qǐng)注意,LED亮度隨著占空比提高而增大。踩下剎車時(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(fù)位。如果持續(xù)這種情況,AD8240將嘗試把輸出驅(qū)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(gòu)時(shí),LED的控制和驅(qū)動(dòng)功能仍保留在ECU,僅需做極少的設(shè)計(jì)修改,LED隨著的社會(huì)的進(jìn)步,將大大的被人們接受,進(jìn)入人們的日常生活。

總結(jié)

本文通過對(duì)汽車尾燈和剎車控制器設(shè)計(jì)分析和研究,我們學(xué)習(xí)了LED的新應(yīng)用技術(shù),細(xì)心發(fā)現(xiàn)的讀者們從中會(huì)汲取到LEDJ技術(shù)的精華知識(shí),相信對(duì)他們有巨大的借鑒作用。
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