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保持正確轉向:汽車照明系統(tǒng)故障電路的設計

發(fā)布時間:2020-02-18 來源:德州儀器 責任編輯:wenwei

【導讀】向用戶指示系統(tǒng)故障相當重要,尤其是在汽車照明方面。以汽車尾燈中的轉向指示燈為例,它表示駕駛員想要變換車道或轉向。LED是用于轉向指示燈的一種常見且不斷增強的光源,由一個雙級LED驅動電路拓撲驅動。該雙極LED驅動電路拓撲由一個第一級降壓穩(wěn)壓器和一個第二級恒流線性LED驅動器構成,具有熱效率優(yōu)勢。
 
圖1中基于LED的轉向指示燈模塊包括一個典型汽車電池、開關、輸入濾波器、降壓穩(wěn)壓器和幾個LED驅動器。當車燈停止正常運行時,駕駛員將如何得知?如何確定是系統(tǒng)的哪個部分出現(xiàn)故障?
 
http://m.bswap.cn/art/artinfo/id/80037665
圖1:轉向指示燈模塊
 
降壓穩(wěn)壓器和LED驅動器集成電路實施診斷功能,以便檢測故障事件。例如,“電源正常” 信號是一種診斷特征,用于指示降壓的輸出是否處于調節(jié)狀態(tài)。同樣,恒流LED驅動器輸出故障信號來指示LED短路和開路。
 
在本文中,我將著重討論汽車尾燈故障電路,以及如何結合降壓穩(wěn)壓器的PWRGD信號和LED驅動器的故障信號來設計故障電路。
 
降壓轉換器PWRGD信號
 
“電源正常”引腳通常是帶外部上拉電阻的開漏輸出。在正常運行時,輸出顯示為高,而由于錯誤輸出電壓、熱關機或使能關機等原因輸出電壓低時,則顯示為低。
 
根據(jù)數(shù)據(jù)表,必須使用推薦值將“電源正常”的引腳拉高。鑒于系統(tǒng)要求,可以使用上拉電阻將“電源正常”引腳拉高到降壓穩(wěn)壓器的輸出。然而,如果降壓穩(wěn)壓器的輸出電壓大于推薦的上拉電壓,最好使用齊納二極管鉗位到較低電壓。
 
LED驅動器故障信號
 
TI的線性LED驅動器中,故障引腳是一個內部上拉很弱的開漏晶體管,必須拉高才能釋放故障信號。在正常工作時,故障引腳顯示為高。如果發(fā)生LED短路或開路故障,該設備具有的內部下拉電流將使故障引腳顯示為低。
 
TI的汽車級LED驅動器有兩個故障引腳設計選項:
 
● One-fail-all-fail(OFAF):如果一個設備出現(xiàn)故障,則報告該故障并關閉所有設備。
● 禁用OFAF:當一個設備發(fā)生故障時,報告該故障,其余設備繼續(xù)運行。
 
當連接多達15個設備的故障引腳時,系統(tǒng)使用OFAF。圖2展示了連接到LED驅動器故障引腳的故障連接器電路。故障連接器電路用于提高故障信號的魯棒性,帶上拉的開漏則用于方便與外部電路連接。
 
http://m.bswap.cn/art/artinfo/id/80037665
圖2:故障連接器
 
禁用OFAF需要故障聚合器電路。圖3顯示了連接到LED驅動器故障引腳的故障聚合器電路。帶上拉的開漏輸出在發(fā)生故障時顯示為OUT低,在無故障時顯示為高。
 
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圖3:故障聚合器
 
故障聚合器電路被定義為故障引腳上拉電路。如要禁用OFAF,必須上拉故障引腳,以保持始終高于2 V的電壓。P通道晶體管(PNP)可將故障管腳從電流控制引腳轉換為電壓。上拉電阻R2保持故障大于2V。通常來說,故障信號在發(fā)生故障時顯示為低,無故障時顯示為高。因此,帶上拉的開漏輸出將顛倒故障聚合器電路的邏輯,以便在發(fā)生故障時顯示為OUT低,在無故障時顯示為高。如果系統(tǒng)在發(fā)生故障時要求顯示OUT高,而在無故障時顯示低,則可以從設計中忽略帶上拉的開漏輸出。
 
觸發(fā)故障時,LED驅動器從內部下拉電流,下拉電流流過上拉電阻R2。PNP打開,其輸出變高,OUT變低。未觸發(fā)故障時,LED驅動器從內部上拉,PNP用作開路開關,其輸出變低,OUT變高。在這兩種情況下,故障仍然大于2V。
 
就轉向指示燈模塊而言,降壓穩(wěn)壓器的輸出電壓應為故障聚合器電路供電;齊納二極管可以將降壓穩(wěn)壓器的輸出鉗位到較低電壓。一旦降壓穩(wěn)壓器發(fā)生故障,故障聚合器將斷電,并顯示故障。
 
“電源正常”信號啟用LED驅動器
 
將降壓穩(wěn)壓器“電源正常”信號和LED驅動器故障信號結合起來的一種方法是利用LED驅動器的使能(EN)引腳。當EN引腳高時,LED驅動器正常工作;當EN引腳低時,LED驅動器處于睡眠模式,具有超低靜態(tài)電流。
 
圖4展示了如何使用上拉電阻R4和齊納二極管將“電源正常”引腳連接到EN引腳。齊納二極管為“電源正常”引腳提供較低的上拉電壓;“電源正常”引腳則被R4拉高到齊納二極管的鉗位電壓。
 
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圖4:連接“電源正常”和EN
 
通過將“電源正常”引腳的輸出連接到LED驅動器的EN引腳,“電源正常”信號現(xiàn)在控制LED驅動器。在正常運行時,“電源正常”引腳顯示為高,LED驅動器啟動。在降壓穩(wěn)壓器發(fā)生故障的情況下,“電源正常”引腳l顯示為低,LED驅動器不啟動,故障聚合器電路無電源,OUT變?yōu)榈?– 表示存在故障。
 
系統(tǒng)故障分析
 
故障電路的目的是顯示轉向指示燈模塊中導致LED不亮的任何故障。故障源可能是降壓穩(wěn)壓器的電壓輸出不正確、LED驅動器的電流輸出不正確或LED故障。
 
圖5顯示了完整的轉向指示燈模塊框圖,其中“電源正常”引腳使用上拉電阻R4和齊納二極管連接到LED驅動器的EN引腳。故障聚合器電路禁用OFAF。
 
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圖5:用齊納二極管和故障聚合器禁用OFAF
 
當系統(tǒng)正常工作時,電池電壓會被過濾和降低,從而為LED驅動器供電。“電源正常”引腳被上拉到齊納二極管鉗位電壓,顯示為高并啟用LED驅動器。隨后,若未監(jiān)測到LED短路或開路等故障,則LED通電。此時,故障顯示為低,故障聚合器顯示為低,且顯示輸出無故障。
 
接下來考察降壓穩(wěn)壓器輸出電壓故障的情況。降壓輸出電壓超出標稱范圍時,“電源正常”引腳顯示為低,LED驅動器被禁用,LED被關閉。當LED驅動器被禁用時,故障顯示為低。故障聚合器沒有來自齊納二極管鉗位電壓的電源,輸出變低,以指示存在故障。
 
轉向指示燈模塊故障可能會以其他形式出現(xiàn),比如LED短路或開路或LED驅動器熱關機。圖4所示的電路可在轉向指示燈模塊中檢測這些不同的故障類型。
 
結論
 
汽車照明系統(tǒng)正在采用更多的故障電路。如要節(jié)省空間和降低故障電路的成本,可以嘗試將“電源正常”引腳連接到LED驅動器的EN引腳。對于LED故障,可以考慮使用或禁用OFAF。請根據(jù)您特定應用程序選擇能滿足其需求的設計選項。
 
 
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