整車背光指示燈漏光問題分析與優化討論

李月清，成 瀚，吳 格，姚 宇，楊玉良

（1.上汽通用汽車有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430000；2.泛亞汽車技術中心有限公司，上海 201201）

隨著消費升級，整車背光設計從最初的單純為滿足駕駛員識別對象、提高夜間行駛的安全性，逐步發展成為如何提升駕駛樂趣、增強駕乘人員的體驗。近年車內氛圍燈、背光指示燈更是得到越來越廣泛的應用。整車內飾背光作為整車背光的重要組成部分，主要由組合儀表背光、空調控制面板及顯示屏背光、音響控制面板及顯示屏背光、車用開關背光等4部分組成。而車內背光指示燈的微亮或閃爍，會直接引起客戶的抱怨，降低客戶使用感受。本文將從架構、硬件電路、缺陷工況3個方面分析，探討整車背光指示燈微亮的原因和優化方案。

1 背光指示燈控制邏輯

整車背光控制模式分為白天模式和夜間模式。白天模式，整車背光不可調節，亮度最高；夜間模式，用戶可以根據自己的感受通過調節背光開關，控制整車背光亮度。其控制原理是通過輸出不同占空比的PWM信號，調整回路的平均電流進而實現LED亮度的調節。各整車廠會對整車背光亮度進行分級，例如某車型背光亮度分級，其最低檔對應亮度等級1，最高檔對應亮度等級10，亮度等級與脈沖信號的占空比對應關系參考表1。

表1 背光亮度等級對應表

整車背光控制系統主要由背光調節開關、車身控制器、背光控制模塊以及背光開關組成，如圖1所示。

用戶通過調節背光開關來控制整車背光的亮度，一般為兩種形式：①多檔開關，用戶選到對應的開關檔位位置，顯示對應的亮度等級；②兩檔開關，分為Dimming+／Dimming-，按Dimming+開關，整車背光亮度逐漸增強，按Dimming-開關，整車背光亮度逐漸減小。車身控制器通過采集背光控制開關的狀態，將Dimming level信號通過CAN總線發給各個執行器，如ECC／IPC／ICI等模塊。執行器采集到背光指示燈開關狀態有效后，會根據總線上收到的Dimming值來調節背光亮度；對于不支持CAN總線通信的模塊，車身控制器直接輸出PWM信號控制背光燈的亮度。

2 背光指示燈驅動topo圖

目前常見的驅動方式分為以下3種。

1）高邊驅動電路直驅，LED負極常搭鐵；高邊驅動電路控制PWM的輸出與關閉實現LED的點亮和關閉，通過調節PWM信號占空比來控制LED的亮度調節，如圖2所示。該拓撲結構適用于共用一個電源，可以同時控制背光燈的亮度。

2）高邊驅動電路供電，由低邊電路控制LED的通斷；高邊驅動電路控制PWM輸出，低邊驅動電路控制LED回路的導通與斷開，實現LED的點亮和關閉，高邊驅動電路通過調節占空比來實現LED的亮度調節，如圖3所示。該拓撲結構主要應用于多個背光指示燈共用一個電源，又需要單獨控制背光燈的亮滅。

圖1 整車背光控制系統框圖

3）高邊驅動電路供電，由低邊控制電路來控制LED的通斷；高邊驅動電路輸出常電給回路供電，低邊驅動電路控制回路的導通與斷開，實現LED的點亮和關閉，低邊驅動電路通過調節占空比來實現LED的亮度調節，如圖4所示。該拓撲結構主要應用于多個背光指示燈共用一個電源，需要單獨控制背光燈的亮度。

圖2 高邊直控

3 漏電原因分析

圖4 高邊供電，低邊PWM控制亮度

3.1 芯片特性決定的漏電流

漏電流，即PN結在截止時流過的很微小的電流。一般情況下，漏電流在幾十微安甚至幾百微安時會導致LED微亮或者閃爍。在電路設計階段需要考量回路中各器件的漏電流參數，盡可能選擇漏電流小的器件，避免引起LED微亮。圖5紅色箭頭所示為漏電流回路。

如下選用的一款可配置的驅動芯片，在不同狀態下，芯片的漏電流不一樣。其中，OFF狀態下漏電流最大5μA（表2），如果在OFF狀態下把開路診斷功能使能，漏電流最大會達到300μA （表3），該狀態下很可能引起LED微亮，在電路設計時要充分考慮到不同工況下驅動芯片的漏電流。

表2 驅動芯片漏電流

表3 OFF狀態下開路診斷使能后的漏電流

3.2 接口電路匹配引起的漏電

如圖5所示電路，車身控制器MCU port端口輸出PWM信號通過控制三極管Q1的通斷，進而控制Q2的通斷來輸出12V的PWM信號給背光指示燈供電，LED控制回路通過LED_Enable的高低電平控制回路的搭鐵和斷開，來點亮和關閉LED。控制回路端口一般會預留電容C1／C2吸收靜電損傷。當PWM輸出占空比偏小時，ESD電容C1在充電過程中呈現瞬間短路狀態，LED在C1回路中會產生漏電引起微亮，如圖5綠色箭頭所示回路。當PWM輸出占空比較大時，在PWM輸出低的時候，C1未完全放電，當PWM輸出高時，C1充電速度時間較短且平緩，不會引起漏電。

如圖6所示電路，車身控制器VBAT_EN控制三極管的通斷控制VBAT的輸出給背光LED供電，控制回路通過LED_PWM信號來調節LED的亮度。此電路模擬電源驅動能力較弱的情況，其最大輸出電流為31mA。當LED1_PWM輸出關閉，LED1不點亮，LED2_PWM輸出，LED2點亮時，控制回路2的通斷引起電源的波動，當PWM占空比較小時會導致控制回路1中ESDC1的連續充放電，造成LED1回路漏電產生微亮，如圖6紅色箭頭所示回路。電源驅動能力強時，電源輸出電壓不會隨著負載的變化而跳變，不會出現上述故障。

4 仿真分析及優化

4.1 仿真分析

針對3.1所述的漏電流，一般采用在LED端并聯電阻來規避，如圖5、圖6中的R6、R9，電阻R的選型需考慮回路中的漏電流Ileak，LED的最小導通電壓Umin，電阻的功率P，限流電阻RLimit，回路供電電壓Uvbat，具體如下：

針對3.2所述漏電，兩種漏電模式都是因為ESD電容的充電導致LED回路漏電引起的，分別測試如下。

圖5 LED控制電路圖1

圖6 LED控制電路圖2

圖7 為圖5中PWM_OUT控制PWM輸出調節LED亮度，LED1_Enable高電平使LED1回路導通，LED2_Enable低電平使LED2回路斷開，測試LED1兩端電壓；發現在PWM輸出占空比小于12%時，PWM輸出高電平時，由于ESD電容C1的充電導致LED兩端有2V的壓差，大于LED的最小導通電壓1.8V，引起LED微亮。其中A通道為PWM_OUT輸出，B通道為LED1+，C通道為LED-。

圖8為圖6中VBAT_EN高電平使能，給負載供電，LED2_PWM輸出PWM占空比使LED2回路導通，LED1_PWM不輸出使LED1回路斷開，測試LED1兩端電壓，發現在PWM輸出占空比小于10%時，PWM輸出高電平時，由于ESD電容C1的充電導致LED兩端有1.8V的壓差，等于LED的最小導通電壓1.8V，引起LED微亮。其中A通道為PWM_OUT輸出，B通道為LED1+，C通道為LED-。

圖7 LED1兩端電壓波形1

圖8 LED1兩端電壓波形2

4.2 電路優化

針對上述缺陷，通過在LED端并聯一個電容解決LED微亮；當PWM輸出時，R5／C3／C1組成充電回路旁路LED電流，為保證在電容充電過程中LED端盡可能沒有電壓，可以提高C3電容值，同時也要保證C3不會影響正常的PWM輸出。改進后電路圖如圖9所示，調節PWM輸出5%占空比，LED1_Enable／LED2_Enable低電平輸出，兩LED能正常點亮；LED1_Enable不輸出，LED2_Enable高電平輸出，LED2能正常點亮，LED1不亮，無漏光，微亮故障消失。測試波形見圖10，LED兩端電壓均小于最小開啟電壓，不會導致LED微亮。圖6增加兩并聯電容，同等工況下 （PWM占空比=5%時）測試，兩路LED都能正常點亮，且相互之間不會引起對方微亮，測試波形見圖11，LED兩端電壓均小于最小開啟電壓，不會導致LED微亮。增加旁路電容C3／C4可以解決該漏光故障。

圖9 LED1更改后的原理圖

圖10 并聯一個電容后LED1兩端電壓波形

5 結論

本文結合了整車背光燈的控制邏輯，并對LED的漏光原因進行分析，針對兩種漏光原因提出了整改方式，通過在LED兩端并聯電阻和電容來吸收器件漏電流和PWM輸出引起的漏電，可以解決LED的漏光問題。目前該方案已應用于通用某量產車型上，且無背光微亮問題抱怨。

圖11 增加兩并聯電容后LED1兩端電壓波形