两轮车制动灯/尾灯LED驱动器

摘要

在两轮车制动灯和尾灯应用中，尤其是对于采用后组合灯(RCL)的应用，OEM会使用LED代替白炽灯，以确保提供更长的使用寿命。现有的制动灯和尾灯应用将LED驱动器和机械开关用于制动和尾灯开关，但机械开关会随着时间的流逝而损坏和退化。 Allegro MicroSystems(以下简称Allegro)开发了一种在单芯片解决方案中结合了LED驱动器和霍尔效应开关的独特器件APS13568，可用最少量外部器件即可实现高可靠性和易于设计的RCL应用。 APS13568能够提供一个非接触式开关和一个用于控制LED的外部控制输入。

简介

在两轮车应用中，后组合灯既可以用作尾灯，也可以用作制动灯。在尾灯模式下，LED在较低电流下运行，亮度较暗，而在制动模式下，LED在较高电流下以全亮度工作。

本文介绍了Allegro集成有霍尔效应开关的APS13568 LED驱动器和A6261 LED驱动器，以及它们在车规级两轮后组合灯中的应用。基于LED的典型RCL如图1所示。

图1：基于LED的后组合灯(RCL)。

典型两轮机动车RCL规格参数为：

1. 电源工作电压：8～18V，负载突降(load-dump)规格符合ISO7637。

2. 电池反接保护。

3. 支持两个或三个红色LED串联，可以采用多串LED并联以适用于较大的灯，最大输出电压4～6V.

4. 制动模式下LED电流：150～300mA;尾灯模式通常为制动模式的25%～50%。

5.两个制动输入和一个尾灯输入。

使用APS13568 LED驱动器的单串RCL

Allegro的APS13568 LED驱动器将超灵敏、全极性、微功耗霍尔效应开关与线性可编程LED驱动器整合在一起，能够通过最少的外部器件为RCL应用提供高可靠性和易于设计等功能优势。

APS13568功能和优势

· 集成式线性LED驱动器和霍尔效应开关。

· LED熄灭时微功耗(典型值为25μA)。

· 超灵敏和全极操作，可采用低成本且无特定方向放置要求的磁体。

· 霍尔效应开关输出和LED驱动器使能引脚支持外部逻辑构建。

· 高达150 mA的线性、低压差LED驱动

1. 由外部参考电阻设定

2. 接地和热保护

3. 可通过外部电容器设置淡入淡出(fade-in and fade-out)持续时间

应用电路

采用APS13568的典型RCL应用如图2所示，其中控制器位于制动踏板开关下方，制动踏板位置由内部非接触式霍尔传感器感测。手刹和尾灯开关输入作为外部输入信号连接到驱动器。

图2：使用APS13568的典型制动/尾灯图示。

电路说明

APS13568的电源电压由12 V电池通过二极管D1提供，二极管D1可提供反向电池保护。压敏电阻(Varistor)V1可保护IC免受电压瞬态和负载突降影响。C1是放置在靠近APS13568位置的旁路电容器，FADE引脚特意保持断开状态，因为在此应用中，如果有施加制动，LED必须立即发光。当磁铁靠近APS13568 IC时，POL保持打开状态以接通LED。如果驱动器放置使得在施加制动时LED驱动器和磁铁之间距离增加，则将POL接低。 LED电流能够在高电流和低电流之间切换，以实现制动或尾灯功能。

流经LED的电流由连接到IREF引脚(R3和R4)的电阻设置。 LED电流由下式给出：

ILA=90/RIREF

ILA的单位是安培，RIREF的单位是欧姆(R3 + R4)。当芯片结温升高到130°C以上时，APS13568提供的温度监控器功能会降低LED电流。随着APS13568结温升高，稳压电流水平降低，从而降低了APS13568和LED的功耗。温度高于130°C时，电流将持续以较低速率降低，直到温度达到过热关断阈值温度(165°C)。如果芯片温度超过过热极限，则驱动器将被关断。芯片将继续监控温度，当温度降至阈值以下调节器将重新激活。

发光运行模式

两轮车尾灯的工作方式如下：尾灯开关闭合时，Q2 MOSFET导通。 MOSFET Q2将EN引脚拉低以启动IC。电阻R3 + R4连接在IREF引脚与GND引脚之间，以设置较低的LED电流。制动灯通过来自制动踏板或手刹输入而点亮，它们采用以下不同的触发操作方法：

制动踏板操作

制动踏板上装有一块磁体，APS13568垂直于磁铁放置。施加制动后，磁体将靠近传感器，从而施加更强的磁场，将SO引脚拉低。这会通过二极管D2和D3-2将EN引脚拉至低电平， MOSFET Q3关断，MOSFET Q1导通。电阻R3为制动应用设置了更高电流。松开制动器后，磁体移开，SO引脚变为高电平，这会将EN引脚拉高以禁用驱动器。

手刹操作模式

可以通过机械开关或通过全极霍尔效应开关(A1126或类似产品)提供手刹信号，该逻辑输入应为低电平输入有效。施加制动时，此输入被拉低，并通过二极管D2和D3-1拉低EN引脚，以启动驱动器。这也会关断MOSFET Q3，接通MOSFET Q1。

电阻R3为制动应用设置更高的电流，在释放制动器后，EN引脚将拉高以禁用驱动器。

表1中描述了将制动和尾灯输入施加到LED驱动器后LED的状态：

表1：LED状态真值表

APS13568的PCB如图3所示。

VBAT =电池电压输入，BRAKE =制动踏板输入，TAIL =尾灯输入，LED连接在LA和GND引脚之间。

当施加尾灯或制动输入时，LED电流在低电流和高电流之间切换，如图4所示。

图3：使用APS13568的RCL PCB(PCB尺寸：36.5 mm×43 mm)。

图4：尾灯和制动模式电流波形。

图5显示了APS13568在12V和18V电源电压下的表面温度，其中三个红色LED串联，在25°C环境温度下流经有140mA连续电流。

图5：APS13568 IC的表面温度。

磁体选择

磁体的选择取决于APS13568的BOP等级和气隙要求。霍尔效应开关以北极或南极操作，由于磁体放置不需考虑特定极性，因此简化了生产过程。对于此应用，可以使用低成本铁氧磁体。磁体应与APS13568平行放置，以使磁体产生的磁场垂直于IC。

踏板移动时，应使用较大磁体以覆盖IC表面。对于此应用，建议使用27.5mm×18mm×6mm尺寸。在选择图6所示的铁氧磁体时，APS13568磁性开关点在27.3mm处(BOP = 40G)接通，而在34mm(BRP = 25G)断开，如图7所示。

图6：铁氧磁铁(尺寸：27.5mm×18mm×6mm)。

图7：铁氧磁体磁通密度与距离关系图。

板载保护

针对短路到地故障和过热问题，板载保护功能通过限制稳压电流直到短路消除和/或芯片温度降低到热阈值以下，防止对APS13568和LED串造成损坏。图8显示了APS13568 IC的不同故障保护(任何阴极接地短路，输出接地短路和LED短路)。排除故障后，IC恢复正常工作。

图8：所有阴极对地短路、输出对地短路以及LED短路保护。

采用A6261 LED驱动器的多路RCL应用

在制动灯/尾灯应用中使用时，APS13568必须放置在制动踏板上，并且仅支持单个LED灯串。如果由于尺寸限制而导致APS13568 PCB的制动踏板放置限制，或者对于更大的RCL需要更多的LED串或更高的电流，Allegro还提供了线性可编程LED驱动器，用于汽车制动灯/尾灯应用。用于汽车制动灯/尾灯应用的A6261的典型应用电路如图9所示，印刷电路板如图10所示。

当特定的制动信号或尾灯输入施加到IC使能引脚时，LED电流会在制动灯/尾灯应用的高电流和低电流之间切换，可通过使用IREF引脚以及R2和R3电阻设置LED电流。根据需要，可以将机械开关用于尾灯/制动输入，或采用非接触式霍尔效应传感器。

图9：使用A6261的典型制动/尾灯应用。

应用电路说明

APS13568的电源电压由12V电池经过二极管D1提供，该二极管D1也提供反向电池保护。施加制动时，EN引脚被拉高以启动A6261 LED驱动器，这也会接通MOSFET Q1，并且电阻R2设置流经IREF引脚的更大电流。释放制动器后，EN引脚将被下拉以禁用驱动器。

当尾灯开关闭合时，EN引脚被拉高以启动驱动器，该驱动器以较低电流驱动LED，较低电流由连接在IREF和GND引脚之间的R2和R3电阻设置。 A6261 LED驱动器的板载保护类似于图8中提到的APS13568。此外，A6261在检测到单个开路LED条件后会禁用所有LED。

THTH引脚设置温度监控器阈值TJM，其中输出电流随温度升高而减小。通过设置THTH引脚上的电压，可以将热监控器的激活温度设置为所需水平。

在THTH和GND之间连接的电阻会降低VTHTH，并增大TJM。将THTH直接连接到GND将禁用温度监控器功能。

电源输入施加在VBAT和GND引脚之间，LED连接在LA1，LA2和GND引脚之间。

图10：使用A6261的RCL PCB(PCB尺寸：36mm×24mm)。

图11显示了A6261在12V和18V电源电压下的表面温度，其中三个红色LED串联，在25°C环境温度下有200mA连续电流通过。

图11：A6261 IC的表面温度。

结论

APS13568提供了一种独特的设计解决方案，能够检测踏板行程以及驱动LED照明。 针对单一通道RCL的APS13568单芯片设计能够提供更耐用的集成方案，而不需要多个分立器件，从而降低了器件损坏和老化的风险。APS13568的单一IC集成方案能够节省设计时间、电路板空间和成本，因而是设计人员的理想选择。Allegro还提供A6261 LED驱动器，可用于需要较高电流和更大数量LED的应用。