一种高散热汽车尾灯驱动装置的制作方法

本实用新型涉及到汽车尾灯驱动控制技术领域，尤其涉及到一种高散热汽车尾灯驱动装置。

背景技术：

长期用于消费类电子产品的发光二极管(LED)，最近也开始用于汽车照明领域，用来提供信号功能、日间行驶灯和车内照明。随着这项照明技术日益普及，制造商也在不断研究新的应用方式，以便充分发挥LED前大灯和尾灯时尚美观的优势。现在，尾灯已广泛使用红色LED。

目前大多数汽车尾灯的驱动装置发热量过高，造成工作过程中元器件由于温升过高而导致功耗增加，同时容易降低元器件的实用寿命，甚至直接损坏。因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

技术实现要素：

本实用新型提供一种高散热汽车尾灯驱动装置,解决的上述问题。

为解决上述问题，本实用新型提供的技术方案如下：

一种高散热汽车尾灯驱动装置，包括电路板和散热器；所述电路板与散热器之间通过粘胶垫粘接；所述电路板包括电源VIN、具有电气瞬态保护的输入选择器、提供亮度调节的占空比发生器、具有抛负载保护的双电池检测电路和LED驱动电路；所述电源VIN分别与所述输入选择器、占空比发生器、双电池检测电路、LED驱动电路连接；所述输入选择器分别与所述双电池检测电路、LED驱动电路连接；所述LED驱动电路分别与所述占空比发生器、双电池检测电路连接；所述LED驱动电路包括电阻R1-R9、R14-R15、电容C1、C3、C100-C102、二极管D7、D9、三极管Q1-Q3、连接器J2-J4和集成电路U1。

优选的技术方案，所述电路板上设置有多个过孔；所述三极管Q1-Q3的焊盘与所述过孔相通；所述过孔内填充导热绝缘材料。

优选的技术方案，所述二极管D9的正极分别与所述电阻R14的第二端、所述电阻R15的第一端、所述集成电路U1的第1、2、3、4管脚连接；所述电阻R15的第二端接地；所述二极管D7的第3端与所述电阻R14的第一端连接；所述电容C1的第二端分别与所述集成电路U1的第5、6、7管脚、所述连接器J2-J4的第1、2针脚连接；所述集成电路U1的第9管脚与所述电容C3的第一端连接；所述集成电路U1的第17管脚、所述电容C3的第二端均接地；所述集成电路U1的第16管脚分别与所述电阻R1-R2的第一端连接；所述电阻R2的第二端接地；所述电阻R1的第二端分别与所述电容C100的第一端、所述三极管Q1的基极连接；所述电容C100的第二端分别与所述三极管Q1的发射极、所述电阻R7的第一端、所述集成电路U1的第13管脚连接；所述集成电路U1的第15管脚分别与所述电阻R3-R4的第一端连接；所述电阻R4的第二端接地；所述电阻R3的第二端分别与所述电容C101的第一端、所述三极管Q2的基极连接；所述电容C101的第二端分别与所述电阻R8的第一端、所述三极管Q2的发射极、所述集成电路U1的第12管脚连接；所述集成电路U1的第14管脚分别与所述电阻R5-R6的第一端连接；所述电阻R6的第二端接地；所述电阻R5的第二端分别与所述电容C102的第一端、所述三极管Q3的基极连接；所述电容C102的第二端分别与所述电阻R9的第一端、所述三极管Q3的发射极、所述集成电路U1的第11管脚连接；所述电阻R7-R9的第二端、所述电容C1的第一端均接地；所述三极管Q1-Q3的集电极依次分别与所述连接器J2-J4的第3、4针脚连接。

优选的技术方案，所述集成电路U1的型号为MAX16823ATE；所述三极管Q1-Q3的型号均为ZXT690BK。

优选的技术方案，所述二极管D7的型号为BAV70；所述二极管D9的型号为BAT54；所述电容C100-C102均为温度稳定型的陶瓷电容器。

优选的技术方案，所述占空比发生器包括电阻R10-R13、电容C4-C6、二极管D1-D2和集成电路U2。

优选的技术方案，所述电阻R13的物理位置与所述集成电路U2的物理位置相接近。

优选的技术方案，所述电阻R10的第二端分别与所述二极管D2的负极、所述电容C4的第一端连接、所述电阻R11的第一端、所述集成电路U2的第4、8管脚连接；所述二极管D2的正极、所述集成电路U2的第1管脚均接地；所述集成电路U2的第3管脚与所述电阻R13的第一端连接；所述集成电路U2的第5管脚与所述电容C5的第一端连接；所述电阻R11的第二端分别与所述电阻R12的第一端、所述二极管D1的正极、所述集成电路U2的第7管脚连接；所述电阻R12的第二端分别与所述二极管D1的负极、所述电容C6的第一端、所述集成电路U2的第6管脚连接；所述电容C4-C6的第二端均接地；所述集成电路U2的型号为ICM7555ISA。

优选的技术方案，所述二极管D1的型号为BAT54；所述二极管D2的型号为BZX84C5V1。

相对于现有技术的有益效果是，采用上述方案，本实用新型对LED驱动电路的晶体管设有直接散热通道，能够有效降低主要发热元器件的温度，使元器件工作在正常的温度范围内，不仅降低了系统功耗，而且延长了元器件的使用寿命，降低了维护成本；通过对元器件物理位置的合理布局，能够有效降低EMI辐射，提高了系统工作的稳定性。

附图说明

为了更清楚的说明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的一种高散热汽车尾灯驱动装置原理框图；

图2为本实用新型的一种高散热汽车尾灯驱动装置电路原理图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本说明书所使用的术语“固定”、“一体成型”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，在图中，结构相似的单元是用以相同标号标示。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。

如图1-2所示，本实用新型的一个实施例是：

一种高散热汽车尾灯驱动装置，包括电源VIN、具有电气瞬态保护的输入选择器、提供亮度调节的占空比发生器、具有抛负载保护的双电池检测电路和LED驱动电路；所述电源VIN分别与所述输入选择器、占空比发生器、双电池检测电路、LED驱动电路连接；所述输入选择器分别与所述双电池检测电路、LED驱动电路连接；所述LED驱动电路分别与所述占空比发生器、双电池检测电路连接。

所述输入选择器包括选择器J1、电阻R16-R17、二极管D3-D5、三极管Q4和变阻器MOV1-MOV2；

所述变阻器MOV1的第一端分别与所述二极管D5的负极、所述三极管Q4的源极、所述选择器J1的第1、2针脚连接；所述三极管Q4的漏极与所述二极管D3的正极连接；所述二极管D5的正极分别与所述电阻R16的第一端、所述三极管Q4的栅极连接；所述电阻R16的第二端分别与所述二极管D4的正极、所述电阻R17的第一端、所述变阻器MOV2的第一端、所述选择器J1的第5、6针脚连接；所述变阻器MOV1-MOV2的第二端、所述电阻R17的第二端、所述选择器J1的第3、4针脚均接地；

所述二极管D3-D4的型号均为B160；所述二极管D5的型号为BZX84C10；

所述变阻器MOV1-MOV2的型号均为V18MLA1210H，金属氧化物变阻器；

所述三极管Q4的型号为Si2337DS；

所述选择器J1的第1、3针脚为汽车尾灯电压输入连接点；所述选择器J1的第4、6针脚为刹车灯/转向灯电压输入连接点；所述汽车尾灯电压输入、刹车灯/转向灯电压输入的范围均为DC9-16V。

输入选择器的输入保护主要由金属氧化物变阻器MOV1和MOV2提供；输入电压建立后，除非刹车灯/转向灯输入端作用有效电源，否则，输入选择器将电源切换到尾灯节点。一旦电源为刹车灯/转向灯输入供电，输入选择器将自动屏蔽尾灯输入电流。这种架构将为刹车灯/转向灯输入提供600mA电流，指示RCL功能。当LED驱动器发生故障或者LED本身发生故障时，MAX16823将彻底关断所有LED，此时只有不足5mA的电流流出刹车灯/转向灯。灯的输出级电路能够成功检测到这一低电流，根据设计要求发出报警信号。

D5、R16组成检测电路。当尾灯输入节点电压为9V或更高电压，并且刹车灯/转向灯输入节点接地或为高阻时，该检测电路打开Q4。输入电压通过二极管D3加载到VIN，提供LED驱动器的主电源。当刹车灯/转向灯输入电压达到尾灯电压的2V以内时，Q4断开，VIN通过二极管D4供电。R17提供2.1kΩ对地电阻，确保此节点的最大阻抗。R17在双电池条件下(24V)功率达到270mW，所以必须选取0.5W功率的电阻。这个电路的主要限制是：当刹车灯/转向灯和尾灯同时工作时，假设刹车灯/转向灯输入电压与尾灯输入电压的差值在2V以内。

所述占空比发生器包括电阻R10-R13、电容C4-C6、二极管D1-D2和集成电路U2；

所述电源VIN与所述电阻R10的第一端连接；

所述电阻R10的第二端分别与所述二极管D2的负极、所述电容C4的第一端连接、所述电阻R11的第一端、所述集成电路U2的第4、8管脚连接；所述二极管D2的正极、所述集成电路U2的第1管脚均接地；所述集成电路U2的第3管脚与所述电阻R13的第一端连接；所述集成电路U2的第5管脚与所述电容C5的第一端连接；所述电阻R11的第二端分别与所述电阻R12的第一端、所述二极管D1的正极、所述集成电路U2的第7管脚连接；所述电阻R12的第二端分别与所述二极管D1的负极、所述电容C6的第一端、所述集成电路U2的第6管脚连接；所述电容C4-C6的第二端均接地；所述集成电路U2的型号为ICM7555ISA；

所述二极管D1的型号为BAT54；所述二极管D2的型号为BZX84C5V1。

10%占空比发生器产生占空比为10%的方波信号，该信号送入MAX16823LED驱动器，用于调节LED亮度。只要尾灯输入端提供有效电压，调光电路将有效工作。R10和D2提供5.1V稳压源，用于U2(ICM7555ISA)供电。双电池条件下，由于功耗可能达到44mW，所以R10必须选取0.25W功率的电阻。定时器U2配置为非稳态振荡器，导通时间由通过D1和R11对C6充电的时间决定(tON=0.693×R11×C6=0.418ms[典型值])；关断时间由通过R12对C6放电的时间决定(tOFF=0.693×R12×C6=3.8ms[典型值])。导通时间和关断时间之和构成周期大约为237Hz的方波信号，占空比为9.9%。

电阻R13提供限流保护，降低该开关节点可能产生的EMI辐射。R13的物理位置应尽量靠近U2，以降低EMI。占空比为10%的方波信号通过D7和R14耦合至U1。只要刹车灯/转向灯没有有效电源，D7提供的逻辑“或”电路将允许10%占空比脉冲通过。这种配置在尾灯输入作用有电源电压时，提供较低的LED亮度。而当刹车灯/转向灯输入作用有效电压时，D7将电压提供至DIM1、DIM2和DIM3输入，使LED亮度达到100%(高LED亮度)。因为LEDGOOD信号不能超出6V，电阻R14将电流限制在2mA以内，D9和D2提供电压箝位，避免过高的节点电压。当D7阳极没有作用电压时，电阻R15为下拉电阻。使用400kΩ电阻时，R15将保持DIM节点电压低于0.6V，此时的吸电流为1.5µA—远低于DIM输入的0.1µA源出电流。

所述双电池检测电路包括电阻R18-R19、电容C2、二极管D6、D8和三极管Q5；

所述二极管D8的负极分别与所述二极管D3-D4的负极连接；

所述二极管D8的正极与所述电阻R18的第一端连接；所述电阻R18的第二端分别与所述电阻R19的第一端、所述三极管Q5的基极连接；所述三极管Q5的集电极与所述三极管D6的第3端连接；所述三极管D6的第2端与所述电容C2的第一端连接；所述电容C2的第二端、所述电阻R19的第二端、所述三极管Q5的发射极均接地；

所述二极管D6的型号为BAT54C；所述二极管D8的型号为BZX84C20；

所述三极管Q5的型号为BC847。

抛负载和双电池检测电路决定“或”逻辑输入电压是否超过21V。输入电压超过21V意味着发生抛负载(400ms)或双电池条件(无时间限制)，这将在三个LED驱动晶体管上产生过大的功耗。因此，检测电路将DIMx输入拉低，关闭输出驱动器。另外，检测电路还将LGC电容(C2)拉低，以避免可能发生的错误检测。由于DIMx和LGC引脚电压被控制在10V以内，Q5和D6的额定电压并不严格。检测电压是D8击穿电压与R18对地电压的总和，大约为22V。当电阻为20kΩ时，R9将在Q5导通之前产生20µA的旁路漏电流。

所述LED驱动电路包括电阻R1-R9、R14-R15、电容C1、C3、C100-C102、二极管D7、D9、三极管Q1-Q3、连接器J2-J4和集成电路U1；

所述电阻R11的第一端与所述二极管D9的负极连接；所述电阻R13的第二端与所述二极管D7的第2端连接；所述二极管D6的第1端与所述电阻R15的第一端连接；所述电容C2的第一端与所述集成电路U1的第8管脚连接；所述二极管D3的负极与所述电容C1的第二端连接；所述二极管D7的第1端与所述电阻R17的第一端连接；

所述二极管D9的正极分别与所述电阻R14的第二端、所述电阻R15的第一端、所述集成电路U1的第1、2、3、4管脚连接；所述电阻R15的第二端接地；所述二极管D7的第3端与所述电阻R14的第一端连接；所述电容C1的第二端分别与所述集成电路U1的第5、6、7管脚、所述连接器J2-J4的第1、2针脚连接；所述集成电路U1的第9管脚与所述电容C3的第一端连接；所述集成电路U1的第17管脚、所述电容C3的第二端均接地；所述集成电路U1的第16管脚分别与所述电阻R1-R2的第一端连接；所述电阻R2的第二端接地；所述电阻R1的第二端分别与所述电容C100的第一端、所述三极管Q1的基极连接；所述电容C100的第二端分别与所述三极管Q1的发射极、所述电阻R7的第一端、所述集成电路U1的第13管脚连接；所述集成电路U1的第15管脚分别与所述电阻R3-R4的第一端连接；所述电阻R4的第二端接地；所述电阻R3的第二端分别与所述电容C101的第一端、所述三极管Q2的基极连接；所述电容C101的第二端分别与所述电阻R8的第一端、所述三极管Q2的发射极、所述集成电路U1的第12管脚连接；所述集成电路U1的第14管脚分别与所述电阻R5-R6的第一端连接；所述电阻R6的第二端接地；所述电阻R5的第二端分别与所述电容C102的第一端、所述三极管Q3的基极连接；所述电容C102的第二端分别与所述电阻R9的第一端、所述三极管Q3的发射极、所述集成电路U1的第11管脚连接；所述电阻R7-R9的第二端、所述电容C1的第一端均接地；所述三极管Q1-Q3的集电极依次分别与所述连接器J2-J4的第3、4针脚连接；

所述集成电路U1的型号为MAX16823ATE；

所述二极管D7的型号为BAV70；所述二极管D9的型号为BAT54；

所述三极管Q1-Q3的型号均为ZXT690BK；

所述电容C100-C102均为温度稳定型的陶瓷电容器。

IN引脚输入电压最高为45V。IC从OUTx引脚提供电流驱动LED。使用检流电阻对电流进行检测，MAX16823调节OUTx引脚的输出电流，根据需要将CS引脚的电压保持在203mV。因为IC本身的每个输出通道只能提供70mA输出，我们在每串LED增加了外部驱动，为每串LED提供200mA的驱动电流，并有助于解决散热问题。晶体管Q1、Q2和Q3(ZXT690BKTC)提供所需的电流增益。这些晶体管提供TO-262封装，为管芯提供良好的散热。

Q1、Q2和Q3为45V、2A晶体管，当IC/IB增益为200倍时具有低于200mV的饱和压降VCE(Sat)。因为最小输入电压(9V)和LED串最大导通电压(3×2.65V=7.95V)之间的压差只有1.05V，所以VCE(Sat)的额定值非常重要，必须留有足够的设计裕量，以满足Q4和D3的压降，以及Q1、Q2和Q3的VCE(Sat)要求。

电阻分压网络R1/R2、R3/R4和R5/R6保证每个OUTx的输出电流不小于5mA，从而确保IC稳定工作。设计步骤中，分析晶体管基极电流的最小值和最大值。这些电流流经电阻R1、R3和R5。电阻压降、晶体管的VBE以及检流电阻压降之和为R2、R4和R6两端的电压。合理选择这些电阻，以保证流过电阻的电流与晶体管基极电流之和不小于5mA。另一方面，OUTx的输出电流必须小于70mA(额定电流)。

本设计中调整管需要耗散的功率达到6W，为了降低晶体管的温升，将晶体管焊盘通过多个过孔连接到PCB的底层，并通过电绝缘(但导热)的粘胶垫将热量传递到铝散热器上。散热器耗散6W功率时自身温度上升31°C。虽然Zetex的晶体管没有给出结到管壳的热阻，但可以参考其他晶体管供应商提供的TO-262封装的热阻，约为3.4°C/W。该热阻表示每个晶体管内部的温度会比管壳高出5.4°C。总之，在最差工作条件下，结温比环境温度高出35°C至40°C。本参考设计实际测量的温度大约高出30°C。

需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本实用新型说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。