基于TPS92638的轉(zhuǎn)向燈電路設(shè)計(jì)

張盼，王越，鄭麗麗，王佳寧

(常州星宇車燈股份有限公司，江蘇常州 213022)

0 引言

隨著人們生活水平的逐漸提高，選擇汽車出行的概率大大上升，導(dǎo)致道路上到處都是疾馳的汽車。為保證人們安全出行，汽車安全行駛已經(jīng)成為工程師們關(guān)注的中心和重點(diǎn)。汽車外部的各種燈具就起到安全警示的作用，而本文作者所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向燈就是汽車行車安全不可或缺的一部分，不僅要滿足汽車界的法規(guī)，還要滿足人們的視覺效果。

1 方案設(shè)計(jì)

本文作者針對(duì)某車廠的貫穿式尾燈設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)向燈電路，它具有故障反饋功能：轉(zhuǎn)向燈功能正常時(shí)，轉(zhuǎn)向燈診斷線反饋高電平；轉(zhuǎn)向燈功能不正常時(shí)，轉(zhuǎn)向燈診斷線反饋低電平。根據(jù)車廠要求，該轉(zhuǎn)向燈還必須和倒車燈一起使用雙芯LED。經(jīng)過配光，選用16顆首爾生產(chǎn)的STWAE35YE燈珠,單顆LED的電流為65 mA，電壓降為3.1 V。如果采用普通的三極管恒流式驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)流水功能，則需要很多元器件，考慮到車燈的內(nèi)部空間較少，為節(jié)約空間擇優(yōu)選擇芯片來驅(qū)動(dòng)電路。該芯片包含溫度監(jiān)控器，可在集成電路結(jié)溫超過溫度閾值時(shí)降低LED驅(qū)動(dòng)電流，溫度閾值可通過外部電阻進(jìn)行編程，將TEMP引腳接地面可禁用熱電流監(jiān)視功能，可在出廠程序中選擇將結(jié)溫以模擬電壓的形式輸出。

1.1 TPS92638芯片

TPS92638是一款具有模擬和脈寬調(diào)制調(diào)光功能的8條通道的LED驅(qū)動(dòng)芯片，滿足-40～125 ℃的環(huán)境運(yùn)行溫度范圍要求，器件人體模型靜電放電分類等級(jí)為H2。該芯片有8個(gè)可控制通道，每個(gè)通道的最大輸出電流為70 mA，而每個(gè)通道的LED恒定電流可由基準(zhǔn)電阻器來設(shè)定，寬輸入電壓的范圍是5～40 V[1]；通過去毛刺脈沖實(shí)現(xiàn)LED開路和短路檢測，在多串燈應(yīng)用中，該器件的優(yōu)勢(shì)在于可為LED燈串提供共陰極連接。因此，對(duì)于具有低端電流感測功能的系統(tǒng)而言，只需要一條回線即可，而無需為每個(gè)LED燈串配一條回線；該芯片能夠使LED電流在高電流和低電流之間切換，以分別滿足不同功能應(yīng)用需求。可通過基準(zhǔn)電阻為每個(gè)輸出設(shè)置這兩種LED電流級(jí)別。該芯片的引腳定義如圖1所示。

圖1 TPS92638引腳

1.2 硬件電路設(shè)計(jì)

經(jīng)過配光，選用16顆首爾生產(chǎn)的STWAE35YE燈珠，單顆LED的電流為65 mA，電壓降為3.1 V，該車廠對(duì)該款轉(zhuǎn)向燈有故障反饋和時(shí)序流水功能要求，針對(duì)這些功能要求，硬件電路設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

圖2 硬件電路設(shè)計(jì)框圖

1.2.1 輸入端電路

常規(guī)車燈的輸入電壓為13.5 V，如圖3所示電阻TR1可以消耗漏電流，電容TC1-TC4和TVS管TT1電路處理靜電、過脈沖試驗(yàn)，使燈具在實(shí)驗(yàn)時(shí)能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，二極管TD1實(shí)現(xiàn)防反接保護(hù)[2]。

圖3 輸入端電路

1.2.2 芯片驅(qū)動(dòng)電路

當(dāng)點(diǎn)亮轉(zhuǎn)向燈時(shí)，如果此時(shí)點(diǎn)亮倒車燈，需通過自身電路控制關(guān)閉后轉(zhuǎn)向燈。轉(zhuǎn)向燈帶時(shí)序流水功能，為了滿足轉(zhuǎn)向燈的功能要求，經(jīng)過分析比較選用TPS92638芯片作為LED的驅(qū)動(dòng)芯片[3]，硬件電路如圖4所示。

圖4 芯片驅(qū)動(dòng)電路

在上面的芯片驅(qū)動(dòng)電路圖中，11號(hào)引腳的REF端的電阻值有如下計(jì)算公式：

Rref=(Vref·Gi)/(Ioutx)

(1)

規(guī)定芯片的Vref=1.22 V，Gi=200,而每一路LED的電流需求為65 mA，即Ioutx=65 mA，代入公式(1)，算出Rref=3.75 kΩ，所以TR5設(shè)定電阻值為3.75 kΩ。該芯片包含溫度監(jiān)控器，可在集成電路結(jié)溫超過溫度閾值時(shí)降低LED驅(qū)動(dòng)電流，芯片中9號(hào)引腳的TEMP端放置一顆51 kΩ的電阻，可以保護(hù)芯片到125 ℃，當(dāng)線路板溫度升高時(shí)，該芯片的溫度監(jiān)控器也能監(jiān)控溫度使該芯片正常工作。芯片中8號(hào)引腳的FAULT是故障反饋腳，當(dāng)燈具中任意一顆LED壞掉時(shí)都會(huì)反饋到芯片的FAULT腳然后熄滅掉所有的LED，從而反饋到車身BCM端，提醒用戶已有一顆燈壞掉及時(shí)更換。芯片中4-7號(hào)引腳為PWM波的輸入端，使用單片機(jī)來控制這些PWM引腳進(jìn)行PWM調(diào)光以滿足光色的需求。芯片中1號(hào)引腳是該芯片的供電引腳。最后，芯片每個(gè)引腳接的電容都可以濾波。

1.2.3 LED電路

由于每一路LED的電流需求是65 mA，接近TPS92638每一路的輸出電流70 mA，為了避免電流使用滿載而影響電路功能，在設(shè)計(jì)通道的時(shí)候選用兩路輸出通道作為一路LED的輸出，這樣就會(huì)有效避免電流滿載，使轉(zhuǎn)向燈的功能更加穩(wěn)定。每個(gè)芯片可以帶動(dòng)8顆LED[4]，電路如圖5所示。

圖5 LED電路

首爾的STWAE35YE每顆LED的電壓降為3.1 V，由于該車廠要求車燈是9～16 V供電，為了滿足LED能在9 V被點(diǎn)亮，所以設(shè)計(jì)兩顆LED為一串，每顆LED旁邊的電容能夠?yàn)V波，提高EMC實(shí)驗(yàn)通過的概率。

1.2.4 MCU(Microcontroller Unit)控制電路

每一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片都需要單片機(jī)來控制，利用軟件來控制MCU，從而通過MCU控制單片機(jī)來決定LED是點(diǎn)亮還是熄滅。圖6所示是LDO模塊，其主要功能是為MCU提供穩(wěn)定的5 V電壓。

圖6 LDO模塊

MCU控制芯片選用的是KEA8RM，通過軟件燒寫程序進(jìn)入此控制芯片。如圖7所示，芯片中的6-13號(hào)引腳是每一路LED的控制腳；芯片中的5號(hào)引腳是輸入電壓采樣電路，檢測Turn端的電平，只在Turn端高電平時(shí)進(jìn)行診斷[5]，避免時(shí)序變化帶來的誤診斷；3號(hào)引腳是該芯片5 V供電腳；芯片中的1、2、16號(hào)引腳為芯片程序的燒寫口，通過程序代碼來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向燈的動(dòng)態(tài)流水功能。

圖7 MCU控制電路

2 結(jié)語

實(shí)現(xiàn)基于驅(qū)動(dòng)芯片TPS92638的轉(zhuǎn)向燈設(shè)計(jì)，詳細(xì)論述了驅(qū)動(dòng)電路的整個(gè)設(shè)計(jì)過程，從輸入電路、芯片驅(qū)動(dòng)電路、LED電路和MCU控制電路4個(gè)模塊來完成。通過對(duì)各個(gè)模塊具體的參數(shù)設(shè)計(jì)，此款轉(zhuǎn)向燈的功能需求都已得到了驗(yàn)證，并將進(jìn)一步應(yīng)用于后續(xù)的車輛轉(zhuǎn)向燈的研究設(shè)計(jì)中。