綜述

該參考設(shè)計(jì)采用MAX16823 3通道線性LED驅(qū)動(dòng)器和外部BJT，實(shí)現(xiàn)3S3P RCL驅(qū)動(dòng)電路。圖1和圖2給出了PCB和安裝了散熱器的圖片；圖3為參考設(shè)計(jì)的電路板布局；圖4為參考設(shè)計(jì)的原理圖。

以下詳細(xì)討論了該參考設(shè)計(jì)，給出了主要功能電路的分析、設(shè)計(jì)規(guī)格以及測(cè)試數(shù)據(jù)。


圖1. PCB和安裝的散熱器


圖2. 安裝了散熱器的側(cè)視圖

LED驅(qū)動(dòng)器布線" src="http://files.chinaaet.com/images/2010/06/08/4448758521876.jpg" style="width: 550px; height: 303px" />
圖3. LED驅(qū)動(dòng)器布線



圖4. LED驅(qū)動(dòng)器原理圖

設(shè)計(jì)分析

參考設(shè)計(jì)由四部分電路組成：輸入保護(hù)電路與輸入選擇器、10%占空比發(fā)生器、拋負(fù)載和雙電池檢測(cè)、LED驅(qū)動(dòng)電路。

 

輸入保護(hù)

輸入保護(hù)主要由金屬氧化物變阻器MOV1和MOV2提供。設(shè)計(jì)中，我們采用了Littelfuse的V18MLA1210H (EPCOS也提供高質(zhì)量的MOV器件)。根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境選取不同額定焦耳的MOV。

 

輸入選擇器

輸入電壓建立后，除非剎車燈/轉(zhuǎn)向燈輸入端作用有效電源，否則，輸入選擇器將電源切換到尾燈節(jié)點(diǎn)。一旦電源為剎車燈/轉(zhuǎn)向燈輸入供電，輸入選擇器將自動(dòng)屏蔽尾燈輸入電流。這種架構(gòu)將為剎車燈/轉(zhuǎn)向燈輸入提供600mA電流，指示RCL功能。當(dāng)LED驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障或者LED本身發(fā)生故障時(shí)，MAX16823將徹底關(guān)斷所有LED，此時(shí)只有不足5mA的電流流出剎車燈/轉(zhuǎn)向燈。燈的輸出級(jí)電路能夠成功檢測(cè)到這一低電流，根據(jù)設(shè)計(jì)要求發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

D5、R16組成檢測(cè)電路。當(dāng)尾燈輸入節(jié)點(diǎn)電壓為9V或更高電壓，并且剎車燈/轉(zhuǎn)向燈輸入節(jié)點(diǎn)接地或?yàn)楦咦钑r(shí)，該檢測(cè)電路打開(kāi)Q4。輸入電壓通過(guò)二極管D3加載到V_IN，提供LED驅(qū)動(dòng)器的主電源。當(dāng)剎車燈/轉(zhuǎn)向燈輸入電壓達(dá)到尾燈電壓的2V以內(nèi)時(shí)，Q4斷開(kāi)，V_IN通過(guò)二極管D4供電。R17提供2.1kΩ對(duì)地電阻，確保此節(jié)點(diǎn)的最大阻抗。R17在雙電池條件下(24V)功率達(dá)到270mW，所以必須選取0.5W功率的電阻。這個(gè)電路的主要限制是：當(dāng)剎車燈/轉(zhuǎn)向燈和尾燈同時(shí)工作時(shí)，假設(shè)剎車燈/轉(zhuǎn)向燈輸入電壓與尾燈輸入電壓的差值在2V以內(nèi)。

 

10%占空比發(fā)生器

10%占空比發(fā)生器產(chǎn)生占空比為10%的方波信號(hào)，該信號(hào)送入MAX16823 LED驅(qū)動(dòng)器，用于調(diào)節(jié)LED亮度。只要尾燈輸入端提供有效電壓，調(diào)光電路將有效工作。R10和D2提供5.1V穩(wěn)壓源，用于U3 (ICM7555ISA)供電。雙電池條件下，由于功耗可能達(dá)到44mW，所以R10必須選取0.25W功率的電阻。定時(shí)器U3配置為非穩(wěn)態(tài)振蕩器，導(dǎo)通時(shí)間由通過(guò)D1和R11對(duì)C6充電的時(shí)間決定(t_ON = 0.693 × R11 × C6 = 0.418ms [典型值])；關(guān)斷時(shí)間由通過(guò)R12對(duì)C6放電的時(shí)間決定(t_OFF = 0.693 × R12 × C6 = 3.8ms [典型值])。導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間之和構(gòu)成周期大約為237Hz的方波信號(hào)，占空比為9.9%，圖5為占空比周期。

電阻R13提供限流保護(hù)，降低該開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)可能產(chǎn)生的EMI輻射。R13的物理位置應(yīng)盡量靠近U3，以降低EMI。占空比為10%的方波信號(hào)通過(guò)D7和R14耦合至U1。只要?jiǎng)x車燈/轉(zhuǎn)向燈沒(méi)有有效電源，D7提供的邏輯“或”電路將允許10%占空比脈沖通過(guò)。這種配置在尾燈輸入作用有電源電壓時(shí)，提供較低的LED亮度。而當(dāng)剎車燈/轉(zhuǎn)向燈輸入作用有效電壓時(shí)，D7將電壓提供至DIM1、DIM2和DIM3輸入，使LED亮度達(dá)到100% (高LED亮度)。因?yàn)長(zhǎng)EDGOOD信號(hào)不能超出6V，電阻R14將電流限制在2mA以內(nèi)，D9和D2提供電壓箝位，避免過(guò)高的節(jié)點(diǎn)電壓。當(dāng)D7陽(yáng)極沒(méi)有作用電壓時(shí)，電阻R15為下拉電阻。使用400kΩ電阻時(shí)，R15將保持DIM節(jié)點(diǎn)電壓低于0.6V，此時(shí)的吸電流為1.5µA—遠(yuǎn)低于DIM輸入的0.1µA源出電流。


圖5. 振蕩器輸出

 

拋負(fù)載和雙電池檢測(cè)

拋負(fù)載和雙電池檢測(cè)電路決定“或”邏輯輸入電壓是否超過(guò)21V。輸入電壓超過(guò)21V意味著發(fā)生拋負(fù)載(400ms)或雙電池條件(無(wú)時(shí)間限制)，這將在三個(gè)LED驅(qū)動(dòng)晶體管上產(chǎn)生過(guò)大的功耗。因此，檢測(cè)電路將DIMx輸入拉低，關(guān)閉輸出驅(qū)動(dòng)器。另外，檢測(cè)電路還將LGC電容(C2)拉低，以避免可能發(fā)生的錯(cuò)誤檢測(cè)。由于DIMx和LGC引腳電壓被控制在10V以內(nèi)，Q5和D6的額定電壓并不嚴(yán)格。檢測(cè)電壓是D8擊穿電壓與R18對(duì)地電壓的總和，大約為22V。當(dāng)電阻為20kΩ時(shí)，R9將在Q5導(dǎo)通之前產(chǎn)生20µA的旁路漏電流。

 

用于3S3P RCL的LED驅(qū)動(dòng)器

參考設(shè)計(jì)的核心IC是MAX16823ATE LED驅(qū)動(dòng)器，IN引腳輸入電壓最高為45V。IC從OUTx引腳提供電流驅(qū)動(dòng)LED。使用檢流電阻對(duì)電流進(jìn)行檢測(cè)，MAX16823調(diào)節(jié)OUTx引腳的輸出電流，根據(jù)需要將CS引腳的電壓保持在203mV。因?yàn)镮C本身的每個(gè)輸出通道只能提供70mA輸出，我們?cè)诿看甃ED增加了外部驅(qū)動(dòng)，為每串LED提供200mA的驅(qū)動(dòng)電流，并有助于解決散熱問(wèn)題。晶體管Q1、Q2和Q3 (ZXT690BKTC)提供所需的電流增益。這些晶體管提供TO-262封裝，為管芯提供良好的散熱。

Q1、Q2和Q3為45V、2A晶體管，當(dāng)I_C/I_B增益為200倍時(shí)具有低于200mV的飽和壓降V_CE(Sat)。因?yàn)樽钚≥斎腚妷?9V)和LED串最大導(dǎo)通電壓(3 × 2.65V = 7.95V)之間的壓差只有1.05V，所以V_CE(Sat)的額定值非常重要，必須留有足夠的設(shè)計(jì)裕量，以滿足Q4和D3的壓降，以及Q1、Q2和Q3的V_CE(Sat)要求，詳細(xì)信息請(qǐng)參考數(shù)據(jù)表。

電阻分壓網(wǎng)絡(luò)R1/R2、R3/R4和R5/R6保證每個(gè)OUTx的輸出電流不小于5mA，從而確保IC穩(wěn)定工作。設(shè)計(jì)步驟中，分析晶體管基極電流的最小值和最大值。這些電流流經(jīng)電阻R1、R3和R5。電阻壓降、晶體管的V_BE以及檢流電阻壓降之和為R2、R4和R6兩端的電壓。合理選擇這些電阻，以保證流過(guò)電阻的電流與晶體管基極電流之和不小于5mA。另一方面，OUTx的輸出電流必須小于70mA (額定電流)，詳細(xì)信息請(qǐng)參考數(shù)據(jù)表。

 

散熱考慮

本設(shè)計(jì)中調(diào)整管需要耗散的功率達(dá)到6W，為了降低晶體管的溫升，將晶體管焊盤(pán)通過(guò)多個(gè)過(guò)孔連接到PCB的底層，并通過(guò)電絕緣(但導(dǎo)熱)的粘膠墊將熱量傳遞到鋁散熱器上。散熱器耗散6W功率時(shí)自身溫度上升31°C。雖然Zetex的晶體管沒(méi)有給出結(jié)到管殼的熱阻，但可以參考其他晶體管供應(yīng)商提供的TO-262封裝的熱阻，約為3.4°C/W。該熱阻表示每個(gè)晶體管內(nèi)部的溫度會(huì)比管殼高出5.4°C。總之，在最差工作條件下，結(jié)溫比環(huán)境溫度高出35°C至40°C。本參考設(shè)計(jì)實(shí)際測(cè)量的溫度大約高出30°C。

 

瞬態(tài)響應(yīng)

圖6和圖7給出了尾燈供電時(shí)晶體管的瞬態(tài)響應(yīng)。測(cè)試時(shí)，振蕩器輸出10%占空比的脈沖信號(hào)對(duì)MAX16823進(jìn)行脈寬調(diào)制，驅(qū)動(dòng)外部晶體管導(dǎo)通/關(guān)斷；圖6中下沖持續(xù)3µs，圖7中過(guò)沖持續(xù)100µs，均不會(huì)引起任何問(wèn)題。


圖6. 晶體管導(dǎo)通時(shí)，Q1的集電極波形(V_IN = 12.5V)


圖7. 晶體管斷開(kāi)時(shí)，Q1集電極的波形(V_IN = 12.5V)