基于TPS92638的转向灯电路设计

2019-11-13张盼王越郑丽丽王佳宁

汽车零部件 2019年10期

张盼，王越，郑丽丽，王佳宁

(常州星宇车灯股份有限公司，江苏常州 213022)

0 引言

随着人们生活水平的逐渐提高，选择汽车出行的概率大大上升，导致道路上到处都是疾驰的汽车。为保证人们安全出行，汽车安全行驶已经成为工程师们关注的中心和重点。汽车外部的各种灯具就起到安全警示的作用，而本文作者所设计的转向灯就是汽车行车安全不可或缺的一部分，不仅要满足汽车界的法规，还要满足人们的视觉效果。

1 方案设计

本文作者针对某车厂的贯穿式尾灯设计了转向灯电路，它具有故障反馈功能：转向灯功能正常时，转向灯诊断线反馈高电平；转向灯功能不正常时，转向灯诊断线反馈低电平。根据车厂要求，该转向灯还必须和倒车灯一起使用双芯LED。经过配光，选用16颗首尔生产的STWAE35YE灯珠,单颗LED的电流为65 mA，电压降为3.1 V。如果采用普通的三极管恒流式驱动来实现动态流水功能，则需要很多元器件，考虑到车灯的内部空间较少，为节约空间择优选择芯片来驱动电路。该芯片包含温度监控器，可在集成电路结温超过温度阈值时降低LED驱动电流，温度阈值可通过外部电阻进行编程，将TEMP引脚接地面可禁用热电流监视功能，可在出厂程序中选择将结温以模拟电压的形式输出。

1.1 TPS92638芯片

TPS92638是一款具有模拟和脉宽调制调光功能的8条通道的LED驱动芯片，满足-40～125 ℃的环境运行温度范围要求，器件人体模型静电放电分类等级为H2。该芯片有8个可控制通道，每个通道的最大输出电流为70 mA，而每个通道的LED恒定电流可由基准电阻器来设定，宽输入电压的范围是5～40 V[1]；通过去毛刺脉冲实现LED开路和短路检测，在多串灯应用中，该器件的优势在于可为LED灯串提供共阴极连接。因此，对于具有低端电流感测功能的系统而言，只需要一条回线即可，而无需为每个LED灯串配一条回线；该芯片能够使LED电流在高电流和低电流之间切换，以分别满足不同功能应用需求。可通过基准电阻为每个输出设置这两种LED电流级别。该芯片的引脚定义如图1所示。

图1 TPS92638引脚

1.2 硬件电路设计

经过配光，选用16颗首尔生产的STWAE35YE灯珠，单颗LED的电流为65 mA，电压降为3.1 V，该车厂对该款转向灯有故障反馈和时序流水功能要求，针对这些功能要求，硬件电路设计框图如图2所示。

图2 硬件电路设计框图

1.2.1 输入端电路

常规车灯的输入电压为13.5 V，如图3所示电阻TR1可以消耗漏电流，电容TC1-TC4和TVS管TT1电路处理静电、过脉冲试验，使灯具在实验时能够达到实验标准，二极管TD1实现防反接保护[2]。

图3 输入端电路

1.2.2 芯片驱动电路

当点亮转向灯时，如果此时点亮倒车灯，需通过自身电路控制关闭后转向灯。转向灯带时序流水功能，为了满足转向灯的功能要求，经过分析比较选用TPS92638芯片作为LED的驱动芯片[3]，硬件电路如图4所示。

图4 芯片驱动电路

在上面的芯片驱动电路图中，11号引脚的REF端的电阻值有如下计算公式：

Rref=(Vref·Gi)/(Ioutx)

(1)

规定芯片的Vref=1.22 V，Gi=200,而每一路LED的电流需求为65 mA，即Ioutx=65 mA，代入公式(1)，算出Rref=3.75 kΩ，所以TR5设定电阻值为3.75 kΩ。该芯片包含温度监控器，可在集成电路结温超过温度阈值时降低LED驱动电流，芯片中9号引脚的TEMP端放置一颗51 kΩ的电阻，可以保护芯片到125 ℃，当线路板温度升高时，该芯片的温度监控器也能监控温度使该芯片正常工作。芯片中8号引脚的FAULT是故障反馈脚，当灯具中任意一颗LED坏掉时都会反馈到芯片的FAULT脚然后熄灭掉所有的LED，从而反馈到车身BCM端，提醒用户已有一颗灯坏掉及时更换。芯片中4-7号引脚为PWM波的输入端，使用单片机来控制这些PWM引脚进行PWM调光以满足光色的需求。芯片中1号引脚是该芯片的供电引脚。最后，芯片每个引脚接的电容都可以滤波。

1.2.3 LED电路

由于每一路LED的电流需求是65 mA，接近TPS92638每一路的输出电流70 mA，为了避免电流使用满载而影响电路功能，在设计通道的时候选用两路输出通道作为一路LED的输出，这样就会有效避免电流满载，使转向灯的功能更加稳定。每个芯片可以带动8颗LED[4]，电路如图5所示。

图5 LED电路

首尔的STWAE35YE每颗LED的电压降为3.1 V，由于该车厂要求车灯是9～16 V供电，为了满足LED能在9 V被点亮，所以设计两颗LED为一串，每颗LED旁边的电容能够滤波，提高EMC实验通过的概率。

1.2.4 MCU(Microcontroller Unit)控制电路

每一个驱动芯片都需要单片机来控制，利用软件来控制MCU，从而通过MCU控制单片机来决定LED是点亮还是熄灭。图6所示是LDO模块，其主要功能是为MCU提供稳定的5 V电压。

图6 LDO模块

MCU控制芯片选用的是KEA8RM，通过软件烧写程序进入此控制芯片。如图7所示，芯片中的6-13号引脚是每一路LED的控制脚；芯片中的5号引脚是输入电压采样电路，检测Turn端的电平，只在Turn端高电平时进行诊断[5]，避免时序变化带来的误诊断；3号引脚是该芯片5 V供电脚；芯片中的1、2、16号引脚为芯片程序的烧写口，通过程序代码来实现转向灯的动态流水功能。