一种车灯实用型LED诊断电路设计

覃思宇，徐宝奇，汤海莲，蒋敏

(常州星宇车灯股份有限公司，江苏常州 213022)

0 引言

LED作为一种节能、环保、高效的照明光源，已经在各个行业中应用。在汽车照明领域，车灯造型越来越多，设计方案越来越独特，而LED光源分布灵活能满足各种各样的要求，因而应用也越来越广。一般在前照灯中，转向灯常用反射镜或光导的方案，其中光导方案由于其光色均匀、节约空间且能做出特殊造型，得到了较大的重视。本文作者主要结合某汽车厂的设计要求，给出一种低成本的带开路故障诊断反馈的光导型转向灯驱动方案。

1 方案设计

针对某汽车厂一款车型的前大灯转向灯使用光导设计，它位于前大灯下部，从左部延伸至右部。此外汽车厂还要求实现转向灯故障反馈功能，即转向灯功能正常时，转向灯诊断线在100 ms内反馈高电平；转向灯功能不正常时，转向灯需在100 ms内反馈低电平。

由于使用光导设计，光学上要求LED光源亮度高，因此需要光强高、功率大的LED来实现该功能。根据配光要求，LED选用3颗飞利浦luxon F Plus系列PC amber，单颗LED电流达到1 000 mA，电压降2.98 V。表1是该款LED的一些基本参数。图1是不同温度下LED电压与电流的关系。

表1 某款LED基本参数

图1 不同温度下LED电压与电流的关系

1.1 LED驱动方案

首先分析LED电路驱动方案。一般汽车供电源是蓄电池，则车灯的供电源为直流恒压源，因此，车灯上常用的LED驱动方案包括电阻式驱动、恒流式驱动和开关电源驱动。

(1)电阻式驱动

图2是电阻式驱动电路图。LED与电阻串联接入电路中，通过选取合适的等效电阻值控制LED串的电流，从而控制LED的光强。在这种驱动方式下，电流受电压变化影响比较大，在9～16 V工作电压下，明暗变化比较大，且在大电流大功率情况下，电阻数量多，占用线路板空间大。

(2)恒流式驱动

图3是恒流式驱动电路图。该电路利用三极管或mos管集电极和发射极间导通状态受基级电流或电压控制的特性，通过电阻和稳压管给三极管或mos管基极提供稳定的电平和电流，从而保证三极管稳定的导通状态，实现LED的恒流控制。这种驱动模式在9～16 V工作电压下，电流相对稳定，且使用的元件数量较少，节约生产贴装时间。

图2 电阻式驱动电路图

图3 恒流式驱动电路图

(3)开关电源驱动

开关电源驱动电路是通过电感、开关管、二极管及电容等元件的不同拓扑，将输入电压调整为负载所需电压的电路。根据芯片类型和应用场合不同，分为芯片内置拓扑驱动和芯片外搭拓扑驱动，如图4、图5所示。

芯片外搭拓扑驱动通过利用芯片控制外搭拓扑电路的开关频率，来控制电路的电压和电流，这种电路感性容性元件多，且有高频信号，容易对外产生辐射干扰，对电路走线要求高，一般需要有屏蔽措施。由于元件可选择，因此该方案可用在负载电流大、功率大的场合。

芯片内置拓扑驱动中，芯片集成了开关电源的拓扑结构，减少了片外元件的使用，电路连接较简单易行，且辐射干扰较小。但由于芯片本身功率有限，能驱动的LED负载功率较小。

由于芯片以及功率元件的价格较其他常规元件高，因此开关电源方案成本比较大。

在该设计中，LED电压2.98 V，电流1 000 mA，3颗LED功率近9 W。综合成本和功能考虑，选择三极管恒流式方案作为LED驱动电路，如图6所示。

图4 芯片内置拓扑驱动

图5 芯片外搭拓扑驱动

图6 三极管恒流式LED驱动电路

1.2 诊断反馈方案

汽车厂要求转向灯功能正常时，诊断线反馈高电平；转向灯功能不正常时，需反馈低电平。在汽车正常工作状态下，电源电压13.5 V，利用如图7所示的方案对LED工作状况进行监控。即，当LED正常工作时，三极管Q3基极是高电平，Q3导通，使得三极管Q2基极为低电平，Q2截止，因此FeedBack端输出高电平。反之，当LED断路时，三极管Q3基极是低电平，Q3截止，使得三极管Q2基极为高电平，Q2导通，因此FeedBack端输出低电平。

由于汽车工作电压为9～16 V，当工作电压为9 V时，不管LED是否正常工作，Q3基极始终处于低电平，这样使得Q3处于截止状态，FeedBack端输出低电平，出现误报警的情况。考虑从监控单颗LED电压入手，使得工作电压为9 V时不出现误报警情况。

图7 诊断反馈方案1

图8是修改后的反馈方案。当LED正常工作时，根据电压电流关系图，工作电压为2.5～3.3 V，此时经过运算放大电路将LED两端电压差值采样出来，通过比较器与两个基准电压3.3和2.5 V比较。当采样电压介于2.5～3.3 V之间时，两个比较器都输出低电平，末端三极管基极为低电平，三极管截止，FeedBack输出高电平；当LED串联的前两颗LED断路时，采样电压为0，则电压基准为2.5 V的比较器输出高电平，末端三极管基极则为高电平，三极管导通，FeedBack输出低电平；同理，当LED串联的第三颗LED断路时，采样电压大于3.3 V，则电压基准为3.3 V的比较器输出高电平，末端三极管基极则为高电平，三极管导通，FeedBack输出低电平。根据以上电路逻辑实现了LED驱动电路的诊断功能，且能在9 V供电的情况下实现。

图8 诊断反馈方案2

2 仿真验证

文中使用Cadence中PSPice的模块搭建原理图电路，并分别对驱动电路模块和反馈功能进行仿真，检验其可行性。图9为电路仿真架构图。

图9 电路仿真架构图

图10为驱动电路模块仿真结果。从图中可看出，在工作电压为13.5 V时，LED串联电流达到1 000 mA，且在工作电压范围内，电流变化比较平稳。

图11为反馈电路模块仿真结果，线条1为转向灯电源电压信号，线条2为诊断电路反馈信号。图11(a)中，当LED正常工作时，反馈信号跟随转向灯供电电压是一个方波信号；图11(b)中，当LED短路时，反馈信号保持低电平状态。9 V供电情况下状态与该结果类似。通过仿真验证了该反馈方案是可行的。

3 结论

结合某汽车厂实际的车灯设计要求，分析比较了不同车灯LED驱动方案的特点，按功能需求的步骤给出了一种低成本的带故障反馈的车灯LED驱动设计方案，并通过仿真验证了电路设计方案的可行性，给其他类似功能要求的设计提供了参考。