1.前言

雖然我們在黑暗中駕駛時(shí)甚至可能不會(huì)考慮汽車的前燈和尾燈，但我對(duì)這些照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)中涉及的許多聰明設(shè)計(jì)讓人著迷：

· 車身造型師創(chuàng)造了令人敬畏的前燈和尾燈形狀，吸引司機(jī)購買汽車

· 政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)關(guān)注光束的圖案和亮度

· 系統(tǒng)架構(gòu)師決定光源和功能

· 光學(xué)工程師開發(fā)反射器和玻璃特性，

· 機(jī)械工程師選擇材料并設(shè)計(jì)光源的物理結(jié)構(gòu)

· 電氣工程師設(shè)計(jì)電路來驅(qū)動(dòng)光源并與車輛電子設(shè)備進(jìn)行通信。

由于涉及燈的設(shè)計(jì)的學(xué)科如此之多，顯然有許多設(shè)計(jì)選擇的排列可用于創(chuàng)建最終產(chǎn)品。我想闡明以下選擇之一：LED 燈。

2.汽車 LED燈

就像家里的燈一樣，汽車的外部照明傳統(tǒng)上也是基于白熾燈泡。正如基于發(fā)光二極管 (LED) 的燈在家庭中變得流行一樣，汽車中基于 LED 的燈也 越來越受歡迎。LED 作為光源的一種此類應(yīng)用是汽車尾燈和剎車燈功能。設(shè)計(jì)人員通常使用一組共享的 LED 燈串作為這兩種照明功能的光源。當(dāng)駕駛員踩下剎車時(shí)，LED 發(fā)出的光會(huì)變亮，否則會(huì)變暗以實(shí)現(xiàn)尾燈功能。設(shè)計(jì)人員借助在驅(qū)動(dòng) LED 光源的電子設(shè)備中實(shí)現(xiàn)的調(diào)光功能來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

相比幾年以前，現(xiàn)在使用 LED 的應(yīng)用越來越多。這些應(yīng)用從高端視頻顯示器到低端照明應(yīng)用，不一而足。設(shè)計(jì)人員通常只需要專用 LED 驅(qū)動(dòng)器的部分功能，但卻無力負(fù)擔(dān)控制它們所需的微處理器的相關(guān)成本費(fèi)用。

專用LED驅(qū)動(dòng)器常常被設(shè)計(jì)為微處理器控制型，旨在實(shí)現(xiàn)諸如模擬或脈寬調(diào)制(PWM) LED 電流控制、每個(gè) LED 的獨(dú)立控制、LED 狀態(tài)和故障信息讀取等特性。對(duì)于一些僅要求恒定 LED 電流的應(yīng)用(例如：LED 照明或者發(fā)光)來說，可能不需要這些高級(jí)特性。在這些應(yīng)用中，諸如 TLC555 的 555 定時(shí)器可以代替微處理器，從而在實(shí)現(xiàn) LED 電流精確控制的同時(shí)降低系統(tǒng)成本，其與輸入電壓、溫度和 LED 正向壓降無關(guān)。

圖 1 顯示了驅(qū)動(dòng)汽車前燈和尾燈中 LED 燈的電子設(shè)備框圖。

圖 1：框圖顯示了在汽車照明中驅(qū)動(dòng) LED 的典型架構(gòu)。

汽車 LED 大燈和尾燈系統(tǒng)調(diào)光的幾個(gè)關(guān)鍵考慮因素包括：

· 帶 PWM 的 LED 驅(qū)動(dòng)器：如圖 1 所示，LED 驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)為 LED 提供電流的電子電路，它接收來自定時(shí)器電路的脈寬調(diào)制 (PWM) 信號(hào)。這個(gè) PWM 信號(hào)的占空比控制 LED 中 LED 驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的平均電流，進(jìn)而控制 LED 光源發(fā)出的光的亮度。因此，當(dāng)駕駛員踩剎車時(shí)，LED 發(fā)出的光會(huì)變亮，否則在僅指示汽車存在時(shí)就會(huì)變暗。電子設(shè)計(jì)工程師通常使用 TI 的 555 定時(shí)器集成電路 (IC) 生成 PWM 信號(hào)，這是許多行業(yè)（汽車、工業(yè)和許多其他行業(yè)）中的流行 IC。

· 占空比精度： 555 基于定時(shí)器的 PWM 信號(hào)的一個(gè)缺點(diǎn)是占空比的準(zhǔn)確性。555定時(shí)器IC影響占空比的參數(shù)因器件而異；這意味著一個(gè) 555 IC 定時(shí)器產(chǎn)生的占空比可能與另一個(gè) 555 IC 產(chǎn)生的占空比不同，即使設(shè)計(jì)中的每個(gè)組件值都相同。在汽車中，這意味著右側(cè)尾燈的亮度可能與左側(cè)尾燈不同。啊! 為了解決這個(gè)問題，一種產(chǎn)生精確占空比 PWM 信號(hào)的方法是將 555 IC 替換為使用晶體作為時(shí)鐘源的微控制器。然而，該解決方案涉及更昂貴的組件和軟件編程。另一種方法是在制造過程中校準(zhǔn)尾燈的亮度。

· 反饋： 第三種可能性是使用反饋。圖 2 顯示了這種方法。想法很簡單：將 PWM 占空比與精確參考進(jìn)行比較，然后調(diào)整定時(shí)器的電路輸出。這是一個(gè)既優(yōu)雅又具有成本效益的聰明想法。

圖 2：框圖顯示了添加反饋以提高基于 TI 555 的定時(shí)器電路生成的 PWM 信號(hào)的精度。

· 555 定時(shí)器的時(shí)鐘速度決定了 LED 開關(guān)的快慢。每個(gè) LE 下降沿將 SDI 數(shù)據(jù)鎖存至另一個(gè)八內(nèi)部開/關(guān)鎖存器中時(shí)，八時(shí)鐘脈沖期間 LED 電流在 0-100%之 間斜坡變化，從而開啟或者關(guān)閉另一個(gè)八輸出。圖 2 顯示了產(chǎn)生的階梯狀 LED 電流，其隨每個(gè)連續(xù) LE 下降沿而增加和減少。即使是相對(duì)較慢的 10 kHz 時(shí)鐘頻率，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)僅為 0.8mS 的關(guān)-開和開-關(guān)過渡，我們?nèi)搜蹖?duì)此的感覺僅是一瞬間。利用非常慢的時(shí)鐘頻率可以實(shí)現(xiàn)逐漸開和關(guān)。將時(shí)鐘頻率設(shè)置為 0.1Hz，可以在 0.8 秒時(shí)間內(nèi)逐漸開啟和關(guān)閉 LED。