兩輪車制動(dòng)燈/尾燈LED驅(qū)動(dòng)器

摘要

在兩輪車制動(dòng)燈和尾燈應(yīng)用中，尤其是對(duì)于采用后組合燈(RCL)的應(yīng)用，OEM會(huì)使用LED代替白熾燈，以確保提供更長(zhǎng)的使用壽命?，F(xiàn)有的制動(dòng)燈和尾燈應(yīng)用將LED驅(qū)動(dòng)器和機(jī)械開關(guān)用于制動(dòng)和尾燈開關(guān)，但機(jī)械開關(guān)會(huì)隨著時(shí)間的流逝而損壞和退化。 Allegro MicroSystems(以下簡(jiǎn)稱Allegro)開發(fā)了一種在單芯片解決方案中結(jié)合了LED驅(qū)動(dòng)器和霍爾效應(yīng)開關(guān)的獨(dú)特器件APS13568，可用最少量外部器件即可實(shí)現(xiàn)高可靠性和易于設(shè)計(jì)的RCL應(yīng)用。 APS13568能夠提供一個(gè)非接觸式開關(guān)和一個(gè)用于控制LED的外部控制輸入。

簡(jiǎn)介

在兩輪車應(yīng)用中，后組合燈既可以用作尾燈，也可以用作制動(dòng)燈。在尾燈模式下，LED在較低電流下運(yùn)行，亮度較暗，而在制動(dòng)模式下，LED在較高電流下以全亮度工作。

本文介紹了Allegro集成有霍爾效應(yīng)開關(guān)的APS13568 LED驅(qū)動(dòng)器和A6261 LED驅(qū)動(dòng)器，以及它們?cè)谲囈?guī)級(jí)兩輪后組合燈中的應(yīng)用?；贚ED的典型RCL如圖1所示。

圖1：基于LED的后組合燈(RCL)。

典型兩輪機(jī)動(dòng)車RCL規(guī)格參數(shù)為：

1. 電源工作電壓：8～18V，負(fù)載突降(load-dump)規(guī)格符合ISO7637。

2. 電池反接保護(hù)。

3. 支持兩個(gè)或三個(gè)紅色LED串聯(lián)，可以采用多串LED并聯(lián)以適用于較大的燈，最大輸出電壓4～6V.

4. 制動(dòng)模式下LED電流：150～300mA;尾燈模式通常為制動(dòng)模式的25%～50%。

5.兩個(gè)制動(dòng)輸入和一個(gè)尾燈輸入。

使用APS13568 LED驅(qū)動(dòng)器的單串RCL

Allegro的APS13568 LED驅(qū)動(dòng)器將超靈敏、全極性、微功耗霍爾效應(yīng)開關(guān)與線性可編程LED驅(qū)動(dòng)器整合在一起，能夠通過最少的外部器件為RCL應(yīng)用提供高可靠性和易于設(shè)計(jì)等功能優(yōu)勢(shì)。

APS13568功能和優(yōu)勢(shì)

· 集成式線性LED驅(qū)動(dòng)器和霍爾效應(yīng)開關(guān)。

· LED熄滅時(shí)微功耗(典型值為25μA)。

· 超靈敏和全極操作，可采用低成本且無特定方向放置要求的磁體。

· 霍爾效應(yīng)開關(guān)輸出和LED驅(qū)動(dòng)器使能引腳支持外部邏輯構(gòu)建。

· 高達(dá)150 mA的線性、低壓差LED驅(qū)動(dòng)

1. 由外部參考電阻設(shè)定

2. 接地和熱保護(hù)

3. 可通過外部電容器設(shè)置淡入淡出(fade-in and fade-out)持續(xù)時(shí)間

應(yīng)用電路

采用APS13568的典型RCL應(yīng)用如圖2所示，其中控制器位于制動(dòng)踏板開關(guān)下方，制動(dòng)踏板位置由內(nèi)部非接觸式霍爾傳感器感測(cè)。手剎和尾燈開關(guān)輸入作為外部輸入信號(hào)連接到驅(qū)動(dòng)器。

圖2：使用APS13568的典型制動(dòng)/尾燈圖示。

電路說明

APS13568的電源電壓由12 V電池通過二極管D1提供，二極管D1可提供反向電池保護(hù)。壓敏電阻(Varistor)V1可保護(hù)IC免受電壓瞬態(tài)和負(fù)載突降影響。C1是放置在靠近APS13568位置的旁路電容器，F(xiàn)ADE引腳特意保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，因?yàn)樵诖藨?yīng)用中，如果有施加制動(dòng)，LED必須立即發(fā)光。當(dāng)磁鐵靠近APS13568 IC時(shí)，POL保持打開狀態(tài)以接通LED。如果驅(qū)動(dòng)器放置使得在施加制動(dòng)時(shí)LED驅(qū)動(dòng)器和磁鐵之間距離增加，則將POL接低。 LED電流能夠在高電流和低電流之間切換，以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)或尾燈功能。

流經(jīng)LED的電流由連接到IREF引腳(R3和R4)的電阻設(shè)置。 LED電流由下式給出：

ILA=90/RIREF

ILA的單位是安培，RIREF的單位是歐姆(R3 + R4)。當(dāng)芯片結(jié)溫升高到130°C以上時(shí)，APS13568提供的溫度監(jiān)控器功能會(huì)降低LED電流。隨著APS13568結(jié)溫升高，穩(wěn)壓電流水平降低，從而降低了APS13568和LED的功耗。溫度高于130°C時(shí)，電流將持續(xù)以較低速率降低，直到溫度達(dá)到過熱關(guān)斷閾值溫度(165°C)。如果芯片溫度超過過熱極限，則驅(qū)動(dòng)器將被關(guān)斷。芯片將繼續(xù)監(jiān)控溫度，當(dāng)溫度降至閾值以下調(diào)節(jié)器將重新激活。

發(fā)光運(yùn)行模式

兩輪車尾燈的工作方式如下：尾燈開關(guān)閉合時(shí)，Q2 MOSFET導(dǎo)通。 MOSFET Q2將EN引腳拉低以啟動(dòng)IC。電阻R3 + R4連接在IREF引腳與GND引腳之間，以設(shè)置較低的LED電流。制動(dòng)燈通過來自制動(dòng)踏板或手剎輸入而點(diǎn)亮，它們采用以下不同的觸發(fā)操作方法：

制動(dòng)踏板操作

制動(dòng)踏板上裝有一塊磁體，APS13568垂直于磁鐵放置。施加制動(dòng)后，磁體將靠近傳感器，從而施加更強(qiáng)的磁場(chǎng)，將SO引腳拉低。這會(huì)通過二極管D2和D3-2將EN引腳拉至低電平， MOSFET Q3關(guān)斷，MOSFET Q1導(dǎo)通。電阻R3為制動(dòng)應(yīng)用設(shè)置了更高電流。松開制動(dòng)器后，磁體移開，SO引腳變?yōu)楦唠娖?，這會(huì)將EN引腳拉高以禁用驅(qū)動(dòng)器。

手剎操作模式

可以通過機(jī)械開關(guān)或通過全極霍爾效應(yīng)開關(guān)(A1126或類似產(chǎn)品)提供手剎信號(hào)，該邏輯輸入應(yīng)為低電平輸入有效。施加制動(dòng)時(shí)，此輸入被拉低，并通過二極管D2和D3-1拉低EN引腳，以啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器。這也會(huì)關(guān)斷MOSFET Q3，接通MOSFET Q1。

電阻R3為制動(dòng)應(yīng)用設(shè)置更高的電流，在釋放制動(dòng)器后，EN引腳將拉高以禁用驅(qū)動(dòng)器。

表1中描述了將制動(dòng)和尾燈輸入施加到LED驅(qū)動(dòng)器后LED的狀態(tài)：

表1：LED狀態(tài)真值表

APS13568的PCB如圖3所示。

VBAT =電池電壓輸入，BRAKE =制動(dòng)踏板輸入，TAIL =尾燈輸入，LED連接在LA和GND引腳之間。

當(dāng)施加尾燈或制動(dòng)輸入時(shí)，LED電流在低電流和高電流之間切換，如圖4所示。

圖3：使用APS13568的RCL PCB(PCB尺寸：36.5 mm×43 mm)。

圖4：尾燈和制動(dòng)模式電流波形。

圖5顯示了APS13568在12V和18V電源電壓下的表面溫度，其中三個(gè)紅色LED串聯(lián)，在25°C環(huán)境溫度下流經(jīng)有140mA連續(xù)電流。

圖5：APS13568 IC的表面溫度。

磁體選擇

磁體的選擇取決于APS13568的BOP等級(jí)和氣隙要求。霍爾效應(yīng)開關(guān)以北極或南極操作，由于磁體放置不需考慮特定極性，因此簡(jiǎn)化了生產(chǎn)過程。對(duì)于此應(yīng)用，可以使用低成本鐵氧磁體。磁體應(yīng)與APS13568平行放置，以使磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)垂直于IC。

踏板移動(dòng)時(shí)，應(yīng)使用較大磁體以覆蓋IC表面。對(duì)于此應(yīng)用，建議使用27.5mm×18mm×6mm尺寸。在選擇圖6所示的鐵氧磁體時(shí)，APS13568磁性開關(guān)點(diǎn)在27.3mm處(BOP = 40G)接通，而在34mm(BRP = 25G)斷開，如圖7所示。

圖6：鐵氧磁鐵(尺寸：27.5mm×18mm×6mm)。

圖7：鐵氧磁體磁通密度與距離關(guān)系圖。

板載保護(hù)

針對(duì)短路到地故障和過熱問題，板載保護(hù)功能通過限制穩(wěn)壓電流直到短路消除和/或芯片溫度降低到熱閾值以下，防止對(duì)APS13568和LED串造成損壞。圖8顯示了APS13568 IC的不同故障保護(hù)(任何陰極接地短路，輸出接地短路和LED短路)。排除故障后，IC恢復(fù)正常工作。

圖8：所有陰極對(duì)地短路、輸出對(duì)地短路以及LED短路保護(hù)。

采用A6261 LED驅(qū)動(dòng)器的多路RCL應(yīng)用

在制動(dòng)燈/尾燈應(yīng)用中使用時(shí)，APS13568必須放置在制動(dòng)踏板上，并且僅支持單個(gè)LED燈串。如果由于尺寸限制而導(dǎo)致APS13568 PCB的制動(dòng)踏板放置限制，或者對(duì)于更大的RCL需要更多的LED串或更高的電流，Allegro還提供了線性可編程LED驅(qū)動(dòng)器，用于汽車制動(dòng)燈/尾燈應(yīng)用。用于汽車制動(dòng)燈/尾燈應(yīng)用的A6261的典型應(yīng)用電路如圖9所示，印刷電路板如圖10所示。

當(dāng)特定的制動(dòng)信號(hào)或尾燈輸入施加到IC使能引腳時(shí)，LED電流會(huì)在制動(dòng)燈/尾燈應(yīng)用的高電流和低電流之間切換，可通過使用IREF引腳以及R2和R3電阻設(shè)置LED電流。根據(jù)需要，可以將機(jī)械開關(guān)用于尾燈/制動(dòng)輸入，或采用非接觸式霍爾效應(yīng)傳感器。

圖9：使用A6261的典型制動(dòng)/尾燈應(yīng)用。

應(yīng)用電路說明

APS13568的電源電壓由12V電池經(jīng)過二極管D1提供，該二極管D1也提供反向電池保護(hù)。施加制動(dòng)時(shí)，EN引腳被拉高以啟動(dòng)A6261 LED驅(qū)動(dòng)器，這也會(huì)接通MOSFET Q1，并且電阻R2設(shè)置流經(jīng)IREF引腳的更大電流。釋放制動(dòng)器后，EN引腳將被下拉以禁用驅(qū)動(dòng)器。

當(dāng)尾燈開關(guān)閉合時(shí)，EN引腳被拉高以啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器以較低電流驅(qū)動(dòng)LED，較低電流由連接在IREF和GND引腳之間的R2和R3電阻設(shè)置。 A6261 LED驅(qū)動(dòng)器的板載保護(hù)類似于圖8中提到的APS13568。此外，A6261在檢測(cè)到單個(gè)開路LED條件后會(huì)禁用所有LED。

THTH引腳設(shè)置溫度監(jiān)控器閾值TJM，其中輸出電流隨溫度升高而減小。通過設(shè)置THTH引腳上的電壓，可以將熱監(jiān)控器的激活溫度設(shè)置為所需水平。

在THTH和GND之間連接的電阻會(huì)降低VTHTH，并增大TJM。將THTH直接連接到GND將禁用溫度監(jiān)控器功能。

電源輸入施加在VBAT和GND引腳之間，LED連接在LA1，LA2和GND引腳之間。

圖10：使用A6261的RCL PCB(PCB尺寸：36mm×24mm)。

圖11顯示了A6261在12V和18V電源電壓下的表面溫度，其中三個(gè)紅色LED串聯(lián)，在25°C環(huán)境溫度下有200mA連續(xù)電流通過。

圖11：A6261 IC的表面溫度。

結(jié)論

APS13568提供了一種獨(dú)特的設(shè)計(jì)解決方案，能夠檢測(cè)踏板行程以及驅(qū)動(dòng)LED照明。 針對(duì)單一通道RCL的APS13568單芯片設(shè)計(jì)能夠提供更耐用的集成方案，而不需要多個(gè)分立器件，從而降低了器件損壞和老化的風(fēng)險(xiǎn)。APS13568的單一IC集成方案能夠節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間、電路板空間和成本，因而是設(shè)計(jì)人員的理想選擇。Allegro還提供A6261 LED驅(qū)動(dòng)器，可用于需要較高電流和更大數(shù)量LED的應(yīng)用。