基于TPS92638的轉向燈電路設計

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，汽車安全行駛已經成為工程師們關注的中心和重點。汽車外部的各種燈具就起到安全警示的作用，而本文作者所設計的轉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，還要滿足人們的視覺效果。

1 方案設計

本文作者針對某車廠的貫穿式尾燈設計了轉向燈電路，它具有故障反饋功能：轉向燈功能正常時，轉向燈診斷線反饋高電平；轉向燈功能不正常時，轉向燈診斷線反饋低電平。根據車廠要求，該轉向燈還必須和倒車燈一起使用雙芯LED。經過配光，選用16顆首爾生產的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動來實現動態流水功能，則需要很多元器件，考慮到車燈的內部空間較少，為節約空間擇優選擇芯片來驅動電路。該芯片包含溫度監控器，可在集成電路結溫超過溫度閾值時降低LED驅動電流，溫度閾值可通過外部電阻進行編程，將TEMP引腳接地面可禁用熱電流監視功能，可在出廠程序中選擇將結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制調光功能的8條通道的LED驅動芯片，滿足-40～125 ℃的環境運行溫度范圍要求，器件人體模型靜電放電分類等級為H2。該芯片有8個可控制通道，每個通道的最大輸出電流為70 mA，而每個通道的LED恒定電流可由基準電阻器來設定，寬輸入電壓的范圍是5～40 V[1]；通過去毛刺脈沖實現LED開路和短路檢測，在多串燈應用中，該器件的優勢在于可為LED燈串提供共陰極連接。因此，對于具有低端電流感測功能的系統而言，只需要一條回線即可，而無需為每個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用需求?？赏ㄟ^基準電阻為每個輸出設置這兩種LED電流級別。該芯片的引腳定義如圖1所示。

圖1 TPS92638引腳

1.2 硬件電路設計

經過配光，選用16顆首爾生產的STWAE35YE燈珠，單顆LED的電流為65 mA，電壓降為3.1 V，該車廠對該款轉向燈有故障反饋和時序流水功能要求，針對這些功能要求，硬件電路設計框圖如圖2所示。

圖2 硬件電路設計框圖

1.2.1 輸入端電路

常規車燈的輸入電壓為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，使燈具在實驗時能夠達到實驗標準，二極管TD1實現防反接保護[2]。

圖3 輸入端電路

1.2.2 芯片驅動電路

當點亮轉向燈時，如果此時點亮倒車燈，需通過自身電路控制關閉后轉向燈。轉向燈帶時序流水功能，為了滿足轉向燈的功能要求，經過分析比較選用TPS92638芯片作為LED的驅動芯片[3]，硬件電路如圖4所示。

圖4 芯片驅動電路

在上面的芯片驅動電路圖中，11號引腳的REF端的電阻值有如下計算公式：

Rref=(Vref·Gi)/(Ioutx)

(1)

規定芯片的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設定電阻值為3.75 kΩ。該芯片包含溫度監控器，可在集成電路結溫超過溫度閾值時降低LED驅動電流，芯片中9號引腳的TEMP端放置一顆51 kΩ的電阻，可以保護芯片到125 ℃，當線路板溫度升高時，該芯片的溫度監控器也能監控溫度使該芯片正常工作。芯片中8號引腳的FAULT是故障反饋腳，當燈具中任意一顆LED壞掉時都會反饋到芯片的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更換。芯片中4-7號引腳為PWM波的輸入端，使用單片機來控制這些PWM引腳進行PWM調光以滿足光色的需求。芯片中1號引腳是該芯片的供電引腳。最后，芯片每個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，在設計通道的時候選用兩路輸出通道作為一路LED的輸出，這樣就會有效避免電流滿載，使轉向燈的功能更加穩定。每個芯片可以帶動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被點亮，所以設計兩顆LED為一串，每顆LED旁邊的電容能夠濾波，提高EMC實驗通過的概率。

1.2.4 MCU(Microcontroller Unit)控制電路

每一個驅動芯片都需要單片機來控制，利用軟件來控制MCU，從而通過MCU控制單片機來決定LED是點亮還是熄滅。圖6所示是LDO模塊，其主要功能是為MCU提供穩定的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入此控制芯片。如圖7所示，芯片中的6-13號引腳是每一路LED的控制腳；芯片中的5號引腳是輸入電壓采樣電路，檢測Turn端的電平，只在Turn端高電平時進行診斷[5]，避免時序變化帶來的誤診斷；3號引腳是該芯片5 V供電腳；芯片中的1、2、16號引腳為芯片程序的燒寫口，通過程序代碼來實現轉向燈的動態流水功能。

圖7 MCU控制電路

2 結語

實現基于驅動芯片TPS92638的轉向燈設計，詳細論述了驅動電路的整個設計過程，從輸入電路、芯片驅動電路、LED電路和MCU控制電路4個模塊來完成。通過對各個模塊具體的參數設計，此款轉向燈的功能需求都已得到了驗證，并將進一步應用于后續的車輛轉向燈的研究設計中。