准确、轻松地控制和调节汽车 LED 灯

1.前言

虽然我们在黑暗中驾驶时甚至可能不会考虑汽车的前灯和尾灯，但我对这些照明系统设计中涉及的许多聪明设计让人着迷：

· 车身造型师创造了令人敬畏的前灯和尾灯形状，吸引司机购买汽车

· 政府监管机构关注光束的图案和亮度

· 系统架构师决定光源和功能

· 光学工程师开发反射器和玻璃特性，

· 机械工程师选择材料并设计光源的物理结构

· 电气工程师设计电路来驱动光源并与车辆电子设备进行通信。

由于涉及灯的设计的学科如此之多，显然有许多设计选择的排列可用于创建最终产品。我想阐明以下选择之一：LED 灯。

2.汽车 LED灯

就像家里的灯一样，汽车的外部照明传统上也是基于白炽灯泡。正如基于发光二极管 (LED) 的灯在家庭中变得流行一样，汽车中基于 LED 的灯也 越来越受欢迎。LED 作为光源的一种此类应用是汽车尾灯和刹车灯功能。设计人员通常使用一组共享的 LED 灯串作为这两种照明功能的光源。当驾驶员踩下刹车时，LED 发出的光会变亮，否则会变暗以实现尾灯功能。设计人员借助在驱动 LED 光源的电子设备中实现的调光功能来实现这一点。

相比几年以前，现在使用 LED 的应用越来越多。这些应用从高端视频显示器到低端照明应用，不一而足。设计人员通常只需要专用 LED 驱动器的部分功能，但却无力负担控制它们所需的微处理器的相关成本费用。

专用LED驱动器常常被设计为微处理器控制型，旨在实现诸如模拟或脉宽调制(PWM) LED 电流控制、每个 LED 的独立控制、LED 状态和故障信息读取等特性。对于一些仅要求恒定 LED 电流的应用(例如：LED 照明或者发光)来说，可能不需要这些高级特性。在这些应用中，诸如 TLC555 的 555 定时器可以代替微处理器，从而在实现 LED 电流精确控制的同时降低系统成本，其与输入电压、温度和 LED 正向压降无关。

图 1 显示了驱动汽车前灯和尾灯中 LED 灯的电子设备框图。

图 1：框图显示了在汽车照明中驱动 LED 的典型架构。

汽车 LED 大灯和尾灯系统调光的几个关键考虑因素包括：

· 带 PWM 的 LED 驱动器：如图 1 所示，LED 驱动器是一个为 LED 提供电流的电子电路，它接收来自定时器电路的脉宽调制 (PWM) 信号。这个 PWM 信号的占空比控制 LED 中 LED 驱动器驱动的平均电流，进而控制 LED 光源发出的光的亮度。因此，当驾驶员踩刹车时，LED 发出的光会变亮，否则在仅指示汽车存在时就会变暗。电子设计工程师通常使用 TI 的 555 定时器集成电路 (IC) 生成 PWM 信号，这是许多行业（汽车、工业和许多其他行业）中的流行 IC。

· 占空比精度： 555 基于定时器的 PWM 信号的一个缺点是占空比的准确性。555定时器IC影响占空比的参数因器件而异；这意味着一个 555 IC 定时器产生的占空比可能与另一个 555 IC 产生的占空比不同，即使设计中的每个组件值都相同。在汽车中，这意味着右侧尾灯的亮度可能与左侧尾灯不同。啊! 为了解决这个问题，一种产生精确占空比 PWM 信号的方法是将 555 IC 替换为使用晶体作为时钟源的微控制器。然而，该解决方案涉及更昂贵的组件和软件编程。另一种方法是在制造过程中校准尾灯的亮度。

· 反馈： 第三种可能性是使用反馈。图 2 显示了这种方法。想法很简单：将 PWM 占空比与精确参考进行比较，然后调整定时器的电路输出。这是一个既优雅又具有成本效益的聪明想法。

图 2：框图显示了添加反馈以提高基于 TI 555 的定时器电路生成的 PWM 信号的精度。

· 555 定时器的时钟速度决定了 LED 开关的快慢。每个 LE 下降沿将 SDI 数据锁存至另一个八内部开/关锁存器中时，八时钟脉冲期间 LED 电流在 0-100%之 间斜坡变化，从而开启或者关闭另一个八输出。图 2 显示了产生的阶梯状 LED 电流，其随每个连续 LE 下降沿而增加和减少。即使是相对较慢的 10 kHz 时钟频率，也会产生一个仅为 0.8mS 的关-开和开-关过渡，我们人眼对此的感觉仅是一瞬间。利用非常慢的时钟频率可以实现逐渐开和关。将时钟频率设置为 0.1Hz，可以在 0.8 秒时间内逐渐开启和关闭 LED。