汽車照明系統(tǒng)故障電路的設(shè)計

向用戶指示系統(tǒng)故障相當重要，尤其是在汽車照明方面。

以汽車尾燈中的轉(zhuǎn)向指示燈為例，它表示駕駛員想要變換車道或轉(zhuǎn)向。LED是用于轉(zhuǎn)向指示燈的一種常見且不斷增強的光源，由一個雙級LED驅(qū)動電路拓撲驅(qū)動。該雙極LED驅(qū)動電路拓撲由一個第一級降壓穩(wěn)壓器和一個第二級恒流線性LED驅(qū)動器構(gòu)成，具有熱效率優(yōu)勢。

圖1中基于LED的轉(zhuǎn)向指示燈模塊包括一個典型汽車電池、開關(guān)、輸入濾波器、降壓穩(wěn)壓器和幾個LED驅(qū)動器。當車燈停止正常運行時，駕駛員將如何得知？如何確定是系統(tǒng)的哪個部分出現(xiàn)故障？

圖1：轉(zhuǎn)向指示燈模塊

降壓穩(wěn)壓器和LED驅(qū)動器集成電路實施診斷功能，以便檢測故障事件。例如，“電源正?！?a target="_blank">信號是一種診斷特征，用于指示降壓的輸出是否處于調(diào)節(jié)狀態(tài)。同樣，恒流LED驅(qū)動器輸出故障信號來指示LED短路和開路。

在本文中，我將著重討論汽車尾燈故障電路，以及如何結(jié)合降壓穩(wěn)壓器的PWRGD信號和LED驅(qū)動器的故障信號來設(shè)計故障電路。

降壓轉(zhuǎn)換器PWRGD信號

“電源正?！币_通常是帶外部上拉電阻的開漏輸出。在正常運行時，輸出顯示為高，而由于錯誤輸出電壓、熱關(guān)機或使能關(guān)機等原因輸出電壓低時，則顯示為低。

根據(jù)數(shù)據(jù)表，必須使用推薦值將“電源正?！钡囊_拉高。鑒于系統(tǒng)要求，可以使用上拉電阻將“電源正?！币_拉高到降壓穩(wěn)壓器的輸出。然而，如果降壓穩(wěn)壓器的輸出電壓大于推薦的上拉電壓，最好使用齊納二極管鉗位到較低電壓。

LED驅(qū)動器故障信號

TI的線性LED驅(qū)動器中，故障引腳是一個內(nèi)部上拉很弱的開漏晶體管，必須拉高才能釋放故障信號。在正常工作時，故障引腳顯示為高。如果發(fā)生LED短路或開路故障，該設(shè)備具有的內(nèi)部下拉電流將使故障引腳顯示為低。

TI的汽車級LED驅(qū)動器有兩個故障引腳設(shè)計選項：

One-fail-all-fail（OFAF)：如果一個設(shè)備出現(xiàn)故障，則報告該故障并關(guān)閉所有設(shè)備。

禁用OFAF：當一個設(shè)備發(fā)生故障時，報告該故障，其余設(shè)備繼續(xù)運行。

當連接多達15個設(shè)備的故障引腳時，系統(tǒng)使用OFAF。圖2展示了連接到LED驅(qū)動器故障引腳的故障連接器電路。故障連接器電路用于提高故障信號的魯棒性，帶上拉的開漏則用于方便與外部電路連接。

禁用OFAF需要故障聚合器電路。圖3顯示了連接到LED驅(qū)動器故障引腳的故障聚合器電路。帶上拉的開漏輸出在發(fā)生故障時顯示為OUT低，在無故障時顯示為高。

故障聚合器電路被定義為故障引腳上拉電路。如要禁用OFAF，必須上拉故障引腳，以保持始終高于2 V的電壓。P通道晶體管（PNP）可將故障管腳從電流控制引腳轉(zhuǎn)換為電壓。上拉電阻R2保持故障大于2V。通常來說，故障信號在發(fā)生故障時顯示為低，無故障時顯示為高。因此，帶上拉的開漏輸出將顛倒故障聚合器電路的邏輯，以便在發(fā)生故障時顯示為OUT低，在無故障時顯示為高。如果系統(tǒng)在發(fā)生故障時要求顯示OUT高，而在無故障時顯示低，則可以從設(shè)計中忽略帶上拉的開漏輸出。

觸發(fā)故障時，LED驅(qū)動器從內(nèi)部下拉電流，下拉電流流過上拉電阻R2。PNP打開，其輸出變高，OUT變低。未觸發(fā)故障時，LED驅(qū)動器從內(nèi)部上拉，PNP用作開路開關(guān)，其輸出變低，OUT變高。在這兩種情況下，故障仍然大于2V。

就轉(zhuǎn)向指示燈模塊而言，降壓穩(wěn)壓器的輸出電壓應為故障聚合器電路供電；齊納二極管可以將降壓穩(wěn)壓器的輸出鉗位到較低電壓。一旦降壓穩(wěn)壓器發(fā)生故障，故障聚合器將斷電，并顯示故障。

使用“電源正?！毙盘枂⒂肔ED驅(qū)動器

將降壓穩(wěn)壓器“電源正?！毙盘柡蚅ED驅(qū)動器故障信號結(jié)合起來的一種方法是利用LED驅(qū)動器的使能（EN）引腳。當EN引腳高時，LED驅(qū)動器正常工作；當EN引腳低時，LED驅(qū)動器處于睡眠模式，具有超低靜態(tài)電流。

圖4展示了如何使用上拉電阻R4和齊納二極管將“電源正?！币_連接到EN引腳。齊納二極管為“電源正?！币_提供較低的上拉電壓；“電源正?！币_則被R4拉高到齊納二極管的鉗位電壓。

圖4：連接“電源正?！焙虴N

通過將“電源正?！币_的輸出連接到LED驅(qū)動器的EN引腳，“電源正?！毙盘柆F(xiàn)在控制LED驅(qū)動器。在正常運行時，“電源正?！币_顯示為高，LED驅(qū)動器啟動。在降壓穩(wěn)壓器發(fā)生故障的情況下，“電源正?！币_l顯示為低，LED驅(qū)動器不啟動，故障聚合器電路無電源，OUT變?yōu)榈?– 表示存在故障。

系統(tǒng)故障分析

故障電路的目的是顯示轉(zhuǎn)向指示燈模塊中導致LED不亮的任何故障。故障源可能是降壓穩(wěn)壓器的電壓輸出不正確、LED驅(qū)動器的電流輸出不正確或LED故障。

圖5顯示了完整的轉(zhuǎn)向指示燈模塊框圖，其中“電源正常”引腳使用上拉電阻R4和齊納二極管連接到LED驅(qū)動器的EN引腳。故障聚合器電路禁用OFAF。

當系統(tǒng)正常工作時，電池電壓會被過濾和降低，從而為LED驅(qū)動器供電?！半娫凑！币_被上拉到齊納二極管鉗位電壓，顯示為高并啟用LED驅(qū)動器。隨后，若未監(jiān)測到LED短路或開路等故障，則LED通電。此時，故障顯示為低，故障聚合器顯示為低，且顯示輸出無故障。

接下來考察降壓穩(wěn)壓器輸出電壓故障的情況。降壓輸出電壓超出標稱范圍時，“電源正常”引腳顯示為低，LED驅(qū)動器被禁用，LED被關(guān)閉。當LED驅(qū)動器被禁用時，故障顯示為低。故障聚合器沒有來自齊納二極管鉗位電壓的電源，輸出變低，以指示存在故障。

轉(zhuǎn)向指示燈模塊故障可能會以其他形式出現(xiàn)，比如LED短路或開路或LED驅(qū)動器熱關(guān)機。圖4所示的電路可在轉(zhuǎn)向指示燈模塊中檢測這些不同的故障類型。

結(jié)論

汽車照明系統(tǒng)正在采用更多的故障電路。如要節(jié)省空間和降低故障電路的成本，可以嘗試將“電源正常”引腳連接到LED驅(qū)動器的EN引腳。對于LED故障，可以考慮使用或禁用OFAF。請根據(jù)您特定應用程序選擇能滿足其需求的設(shè)計選項。

審核編輯：何安