设计小贴士:准确、轻松地为汽车 LED 灯调光

时间:2017-12-12 08:47来源:21Dianyuan

摘要:夜间驾驶时,您可能很少会想到汽车的前大灯和尾灯,而我对这些照明系统中的很多设计元素却非常着迷。

夜间驾驶时,您可能很少会想到汽车的前大灯和尾灯,而我对这些照明系统中的很多设计元素却非常着迷:

· 车身造型师设计出令人赞叹的前大灯和尾灯轮廓和外形,激发消费者的购买欲望
· 政府监管机构关注光束的形状和亮度
· 系统架构师决定光源和功能
· 光学工程师开发了反光镜和玻璃特性
· 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为光源供电并与车载电子设备通讯。
鉴于灯光设计中涉及的众多学科,最终产品的开发过程也便自然而然地会有很多的设计选择。今天,我想谈谈其中的LED灯。
 
LED 
和家用照明一样,汽车的外部照明之前也多采用白炽灯。随着发光二极管(LED)灯在家庭中的使用日益普遍,它在汽车市场也逐渐受到追捧。LED 汽车尾灯和刹车灯便是一个例证。设计人员经常使用一组共享的 LED 串作为这两种车灯的光源。当驾驶员刹车时,刹车灯变亮,而尾灯则变暗。这一功能是设计人员通过驱动 LED 光源的电子设备中的调光功能实现的。

图1所示为驱动 LED 前大灯和尾灯的电子元件的框图。
 
1:驱动汽车照明 LED 的典型架构的框图。
 
汽车 LED 前大灯和尾灯系统调光中的一些关键考虑因素包括:

· 带 PWM 的 LED 驱动器:如图1所示,LED 驱动器,即向 LED 提供电流的电子电路,从定时器电路接收脉宽调制(PWM)信号。该 PWM 信号的占空比控制 LED 驱动器驱动的平均电流,而平均电流又控制 LED 光源的亮度。因此,当驾驶员刹车时,来自 LED 的光变亮,而仅提示周围车辆和行人时,则光被调暗。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,该定时器集成电路(IC)广泛用于汽车、工业和其它很多行业。

· 占空比精度:基于555定时器的 PWM 信号的缺点是占空比的精度不足。影响占空比的555定时器 IC 参数在不同的 IC 上会各不相同;这意味着即使设计中的每个组件值都相同,一个555 IC 定时器产生的占空比与另一个555 IC 产生的占空比也可能会不同。而在汽车中,这就意味着左右两侧的尾灯亮度可能不同。解决这个问题的方法之一,是用以晶体为时钟源的微控制器代替555 IC,从而生成精确的占空比 PWM 信号。但是,这个解决方案需要使用更多的昂贵部件和更复杂的软件编程。另一种方法是在制造过程中校准尾灯的亮度。但是,这种方法要求电子设备支持校准,因而所需的生产时间更长,也会提高整体的产品成本。

· 反馈:第三种可能性是使用反馈。图2描述了这一方法。原理很简单:将 PWM 占空比与精确参考值进行比较,然后相应地调整定时器的电路输出。这种方法操作简单而且成本效益较高。
 
2:框图中添加了反馈,用于提高 TI 555定时器电路生成的 PWM 信号的精度。
 
我相信您会一定会问:这种方法有效吗?答案是肯定的!汽车照明的精密 PWM 调光 LED 驱动器参考设计中包含有相关的设计细节和测试结果。

希望我为汽车照明设计师又提供了一个有用的技巧。我相信,采用反馈来改善占空比精度的这个方法比其它方法更加简单,也更具有成本优势。现在,尝试一下吧,不要忘了给我提供反馈!

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· 通过这些博文了解有关 LED 的更多信息:照亮前方的路:汽车前照明中的 LED 和 LED 亮度调节:高频 PWM 调光
 

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