整车背光指示灯漏光问题分析与优化讨论

李月清，成 瀚，吴 格，姚 宇，杨玉良

（1.上汽通用汽车有限公司武汉分公司，湖北 武汉 430000；2.泛亚汽车技术中心有限公司，上海 201201）

随着消费升级，整车背光设计从最初的单纯为满足驾驶员识别对象、提高夜间行驶的安全性，逐步发展成为如何提升驾驶乐趣、增强驾乘人员的体验。近年车内氛围灯、背光指示灯更是得到越来越广泛的应用。整车内饰背光作为整车背光的重要组成部分，主要由组合仪表背光、空调控制面板及显示屏背光、音响控制面板及显示屏背光、车用开关背光等4部分组成。而车内背光指示灯的微亮或闪烁，会直接引起客户的抱怨，降低客户使用感受。本文将从架构、硬件电路、缺陷工况3个方面分析，探讨整车背光指示灯微亮的原因和优化方案。

1 背光指示灯控制逻辑

整车背光控制模式分为白天模式和夜间模式。白天模式，整车背光不可调节，亮度最高；夜间模式，用户可以根据自己的感受通过调节背光开关，控制整车背光亮度。其控制原理是通过输出不同占空比的PWM信号，调整回路的平均电流进而实现LED亮度的调节。各整车厂会对整车背光亮度进行分级，例如某车型背光亮度分级，其最低档对应亮度等级1，最高档对应亮度等级10，亮度等级与脉冲信号的占空比对应关系参考表1。

表1 背光亮度等级对应表

整车背光控制系统主要由背光调节开关、车身控制器、背光控制模块以及背光开关组成，如图1所示。

用户通过调节背光开关来控制整车背光的亮度，一般为两种形式：①多档开关，用户选到对应的开关档位位置，显示对应的亮度等级；②两档开关，分为Dimming+／Dimming-，按Dimming+开关，整车背光亮度逐渐增强，按Dimming-开关，整车背光亮度逐渐减小。车身控制器通过采集背光控制开关的状态，将Dimming level信号通过CAN总线发给各个执行器，如ECC／IPC／ICI等模块。执行器采集到背光指示灯开关状态有效后，会根据总线上收到的Dimming值来调节背光亮度；对于不支持CAN总线通信的模块，车身控制器直接输出PWM信号控制背光灯的亮度。

2 背光指示灯驱动topo图

目前常见的驱动方式分为以下3种。

1）高边驱动电路直驱，LED负极常搭铁；高边驱动电路控制PWM的输出与关闭实现LED的点亮和关闭，通过调节PWM信号占空比来控制LED的亮度调节，如图2所示。该拓扑结构适用于共用一个电源，可以同时控制背光灯的亮度。

2）高边驱动电路供电，由低边电路控制LED的通断；高边驱动电路控制PWM输出，低边驱动电路控制LED回路的导通与断开，实现LED的点亮和关闭，高边驱动电路通过调节占空比来实现LED的亮度调节，如图3所示。该拓扑结构主要应用于多个背光指示灯共用一个电源，又需要单独控制背光灯的亮灭。

图1 整车背光控制系统框图

3）高边驱动电路供电，由低边控制电路来控制LED的通断；高边驱动电路输出常电给回路供电，低边驱动电路控制回路的导通与断开，实现LED的点亮和关闭，低边驱动电路通过调节占空比来实现LED的亮度调节，如图4所示。该拓扑结构主要应用于多个背光指示灯共用一个电源，需要单独控制背光灯的亮度。

图2 高边直控

3 漏电原因分析

图4 高边供电，低边PWM控制亮度

3.1 芯片特性决定的漏电流

漏电流，即PN结在截止时流过的很微小的电流。一般情况下，漏电流在几十微安甚至几百微安时会导致LED微亮或者闪烁。在电路设计阶段需要考量回路中各器件的漏电流参数，尽可能选择漏电流小的器件，避免引起LED微亮。图5红色箭头所示为漏电流回路。

如下选用的一款可配置的驱动芯片，在不同状态下，芯片的漏电流不一样。其中，OFF状态下漏电流最大5μA（表2），如果在OFF状态下把开路诊断功能使能，漏电流最大会达到300μA （表3），该状态下很可能引起LED微亮，在电路设计时要充分考虑到不同工况下驱动芯片的漏电流。

表2 驱动芯片漏电流

表3 OFF状态下开路诊断使能后的漏电流

3.2 接口电路匹配引起的漏电

如图5所示电路，车身控制器MCU port端口输出PWM信号通过控制三极管Q1的通断，进而控制Q2的通断来输出12V的PWM信号给背光指示灯供电，LED控制回路通过LED_Enable的高低电平控制回路的搭铁和断开，来点亮和关闭LED。控制回路端口一般会预留电容C1／C2吸收静电损伤。当PWM输出占空比偏小时，ESD电容C1在充电过程中呈现瞬间短路状态，LED在C1回路中会产生漏电引起微亮，如图5绿色箭头所示回路。当PWM输出占空比较大时，在PWM输出低的时候，C1未完全放电，当PWM输出高时，C1充电速度时间较短且平缓，不会引起漏电。

如图6所示电路，车身控制器VBAT_EN控制三极管的通断控制VBAT的输出给背光LED供电，控制回路通过LED_PWM信号来调节LED的亮度。此电路模拟电源驱动能力较弱的情况，其最大输出电流为31mA。当LED1_PWM输出关闭，LED1不点亮，LED2_PWM输出，LED2点亮时，控制回路2的通断引起电源的波动，当PWM占空比较小时会导致控制回路1中ESDC1的连续充放电，造成LED1回路漏电产生微亮，如图6红色箭头所示回路。电源驱动能力强时，电源输出电压不会随着负载的变化而跳变，不会出现上述故障。

4 仿真分析及优化

4.1 仿真分析

针对3.1所述的漏电流，一般采用在LED端并联电阻来规避，如图5、图6中的R6、R9，电阻R的选型需考虑回路中的漏电流Ileak，LED的最小导通电压Umin，电阻的功率P，限流电阻RLimit，回路供电电压Uvbat，具体如下：

针对3.2所述漏电，两种漏电模式都是因为ESD电容的充电导致LED回路漏电引起的，分别测试如下。

图5 LED控制电路图1

图6 LED控制电路图2

图7 为图5中PWM_OUT控制PWM输出调节LED亮度，LED1_Enable高电平使LED1回路导通，LED2_Enable低电平使LED2回路断开，测试LED1两端电压；发现在PWM输出占空比小于12%时，PWM输出高电平时，由于ESD电容C1的充电导致LED两端有2V的压差，大于LED的最小导通电压1.8V，引起LED微亮。其中A通道为PWM_OUT输出，B通道为LED1+，C通道为LED-。

图8为图6中VBAT_EN高电平使能，给负载供电，LED2_PWM输出PWM占空比使LED2回路导通，LED1_PWM不输出使LED1回路断开，测试LED1两端电压，发现在PWM输出占空比小于10%时，PWM输出高电平时，由于ESD电容C1的充电导致LED两端有1.8V的压差，等于LED的最小导通电压1.8V，引起LED微亮。其中A通道为PWM_OUT输出，B通道为LED1+，C通道为LED-。

图7 LED1两端电压波形1

图8 LED1两端电压波形2

4.2 电路优化

针对上述缺陷，通过在LED端并联一个电容解决LED微亮；当PWM输出时，R5／C3／C1组成充电回路旁路LED电流，为保证在电容充电过程中LED端尽可能没有电压，可以提高C3电容值，同时也要保证C3不会影响正常的PWM输出。改进后电路图如图9所示，调节PWM输出5%占空比，LED1_Enable／LED2_Enable低电平输出，两LED能正常点亮；LED1_Enable不输出，LED2_Enable高电平输出，LED2能正常点亮，LED1不亮，无漏光，微亮故障消失。测试波形见图10，LED两端电压均小于最小开启电压，不会导致LED微亮。图6增加两并联电容，同等工况下 （PWM占空比=5%时）测试，两路LED都能正常点亮，且相互之间不会引起对方微亮，测试波形见图11，LED两端电压均小于最小开启电压，不会导致LED微亮。增加旁路电容C3／C4可以解决该漏光故障。

图9 LED1更改后的原理图

图10 并联一个电容后LED1两端电压波形

5 结论

本文结合了整车背光灯的控制逻辑，并对LED的漏光原因进行分析，针对两种漏光原因提出了整改方式，通过在LED两端并联电阻和电容来吸收器件漏电流和PWM输出引起的漏电，可以解决LED的漏光问题。目前该方案已应用于通用某量产车型上，且无背光微亮问题抱怨。

图11 增加两并联电容后LED1两端电压波形