用于汽车尾灯的LED驱动器

　　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。

　　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

　　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)

　　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)：

　　

　　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：

　　

　　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 connection1 and 22 and 3Open

　　LED current350mA240mA140mA

　　如需不同的电流设置，可按照下式计算检流电阻(R3或R4)。

　　

　　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。

　　

　　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。

　　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。