Как диагностировать неисправности в автомобильных системах освещения?

Невероятно важно указывать системный сбой на борту автомобиля водителям, особенно когда речь идет об автомобильном освещении.

Рассмотрим, например, указатель поворота заднего фонаря автомобиля, который сигнализирует о том, что водитель хочет изменить полосу движения или сделать поворот. Распространенным и растущим источником света для указателей поворота являются светодиоды, управляемые двухступенчатой топологией схемы драйвера светодиодов, которая включает в себя стабилизатор напряжения первой ступени и линейный драйвер светодиодов постоянного тока второй ступени. Двухступенчатые топологии дают преимущество термического КПД.

Модуль светодиодного указателя поворота, показанный на рисунке ниже, содержит обычный автомобильный аккумулятор, коммутатор, входной фильтр, стабилизатор напряжения и некоторые драйверы светодиодов. Так что же происходит, если поворотник перестает работать? Как узнать об этом? Какая часть системы вышла из строя?

Интегральные схемы стабилизатора напряжения и драйвера светодиода реализуют диагностические функции для поиска неисправности. Например, сигнал СИГНАЛ В НОРМЕ (POWER GOOD) — это диагностическая функция, используемая для указания того, находится ли выходной сигнал в норме. Точно так же драйверы светодиодов постоянного тока выводят сигнал ОШИБКИ (FAULT), чтобы указать на короткое замыкание или обрыв цепи светодиода.

В этой статье мы остановимся на схемах неисправности заднего освещения и на том, как объединить сигналы PWRGD от стабилизатора напряжения и сигнал НЕИСПРАВНОСТИ от драйвера светодиода для создания схемы сигнализации неисправности.

Преобразователь пониженного сигнала PWRGD

Вывод СИГНАЛ В НОРМЕ обычно представляет собой выход транзистора с открытым стоком с внешним подтягивающим резистором. Выходной сигнал подтверждает высокий уровень при нормальной работе и низкий, если выходное напряжение низкое из-за неправильного выходного напряжения, теплового отключения или разрешения отключения. Для устройств Texas Instruments, проверьте стабилизаторы с функцией POWER GOOD.

Согласно паспорту, СИГНАЛ В НОРМЕ должен быть сильно вытянут, используя рекомендуемые значения. Учитывая системные требования, можно поднять выход POWER GOOD на высокий уровень к выходу стабилизатора напряжения, используя подтягивающий резистор. Однако, если выходное напряжение стабилизатора превышает рекомендованное напряжение, лучше использовать стабилитрон для «фиксации» более низкого рабочего напряжения.

Сигнал светодиодного драйвера ОШИБКА (FAULT)

В линейных драйверах светодиодов TI вывод FAULT представляет собой транзистор с открытым стоком со слабым внутренним подтягиванием и должен быть подтянут высоко, чтобы выдать сигнал неисправности. При нормальной работе вывод FAULT подтверждает высокий уровень сигнала. Если происходит короткое замыкание или разрыв цепи светодиода, устройство имеет внутренний ток стягивания, а вывод FAULT имеет низкий уровень.

Светодиодные драйверы TI автомобильного класса имеют два варианта исполнения выводов ОШИБКА:

• One—fail—all—fail (OFAF): выключает все устройства и сообщает о сбое, если есть сбой хотя бы в одном из устройств.
• Отключено OFAF: когда одно устройство имеет неисправность, остальные устройства продолжают работать и выдается сообщение о неисправности.

При соединении выводов ОШИБКА до 15 устройств вместе система использует OFAF. На рисунке ниже показана схема разъема неисправности, подключенного к выводам неисправности драйверов светодиодов. Цепь разъема используется для повышения надежности сигнала FAULT. Открытый сток с подтягиванием используется для легкого взаимодействия с внешней схемой.

Отключенный OFAF требует замыкания агрегатора цепи. На рисунке ниже показана схема агрегатора неисправностей, подключенная к выводам ОШИБКИ драйверов светодиодов. Выход с открытым стоком с подтягиванием используется для подтверждения низкого уровня OUT в случае ошибки и высокого уровня в случае отсутствия ошибки.

Цепь агрегатора неисправности определяется как цепь срабатывания выводов FAULT. Чтобы отключить OFAF, уровень сигнала вывода FAULT должен быть выше напряжение 2 В. Транзистор с каналом P-типа (PNP) используется для преобразования вывода FAULT из управляемого током вывода в напряжение. Подтягивающий резистор R2 поддерживает значение FAULT выше 2 В. Как правило, сигнал сбоя устанавливает низкий уровень в случае сбоя и высокий уровень в случае нормальной работы. Таким образом, выход с открытым стоком с подтягиванием инвертирует логику цепи агрегатора отказов, чтобы выдавать низкий уровень OUT в случае ошибки и высокий уровень, если ошибки нет. Вы можете снизить выходное значение вывода с открытым стоком с подтягиванием из “коробки”, если системе требуется высокий уровень OUT в случае неисправности, и низкий уровень, если неисправности нет.

При возникновении неисправности драйвер светодиода понижает внутренний ток, а он, в свою очередь, протекает через нагрузочный резистор R2. PNP включается, выходной сигнал PNP становится высоким, а OUT становится низким. Когда неисправности не возникают, светодиодный драйвер изнутри повышает напряжение, а PNP действует как размыкающий контакт. Выход PNP становится низким, а OUT становится высоким. В обоих случаях сигнал ОШИБКА остается выше 2 В.

Учитывая конструкцию модуля указателя поворота, выходное напряжение стабилизатора напряжения должно питать цепь агрегатора неисправности. Стабилитрон может ограничить выходной сигнал понижающего напряжения. В случае отказа стабилизатора напряжения питание агрегатора неисправности отсутствует, и отображается неисправность.

Использование сигнала POWER GOOD для включения драйвера светодиода

Один из способов объединения сигнала понижающего напряжения POWER GOOD и сигнала сбоя светодиода состоит в том, чтобы воспользоваться выводом включения (EN) драйвера светодиода. Когда вывод EN высокий, драйвер светодиода работает нормально. Когда на выводе EN низкий уровень, драйвер светодиода находится в режиме ожидания со сверхнизким током покоя.

На рисунке ниже показано, как подключить контакт СИГНАЛ В НОРМЕ к контакту EN, используя подтягивающий резистор R4 и стабилитрон. Стабилитрон обеспечивает более низкое напряжение на выводе POWER GOOD. Вывод POWER GOOD поднят на R4 к напряжению зажима стабилитрона.

При подключении выхода вывода POWER GOOD к выводу EN драйверов светодиодов сигнал POWER GOOD теперь управляет драйверами светодиодов. При нормальной работе вывод POWER GOOD имеет высокий уровень и драйверы светодиодов включены. В случае сбоя регулятора пониженного напряжения на выводе POWER GOOD устанавливается на низкий уровень, драйверы светодиодов не включены, в цепи агрегатора неисправности нет питания, а значение OUT становится низким, что указывает на неисправность.

Анализ неисправностей системы

Целью цепи неисправности является поиск любой неисправности в модуле указателя поворота, которая препятствует включению светодиодов. Источниками неисправности могут быть неправильное выходное напряжение от стабилизатора напряжения, неправильный выходной ток от драйверов светодиодов или неисправные светодиоды.

На рисунке ниже показана полная блок-схема модуля индикатора поворота, где вывод POWER GOOD подключается к выводу EN драйверов светодиодов с помощью подтягивающего резистора R4 и стабилитрона. Схема агрегатора неисправности отключает OFAF.

Когда схема работает нормально, напряжение батареи фильтруется и понижается для питания драйверов светодиодов. Вывод POWER GOOD подтягивается к напряжению зажима стабилитрона, фиксируется на высоком уровне и активирует драйверы светодиодов. Затем светодиоды включаются, а коротких замыканий или обрывов цепи светодиодов не обнаружено. Таким образом, FAULT устанавливает низкий уровень, агрегатор ошибок устанавливает низкий уровень, и на выходе не отображается никаких ошибок.

Теперь рассмотрим неисправности стабилизатора напряжения. Выходное напряжение понижается ниже номинального диапазона, а вывод POWER GOOD подтверждает низкий уровень. Драйверы светодиодов отключаются и светодиоды гаснут. FAULT устанавливает низкий уровень, когда драйверы светодиодов отключены. Агрегатор неисправностей не получает питания от напряжения зажима стабилитрона и его выходной сигнал уменьшается, что указывает на неисправность.

Модуль указателя поворота может выйти из строя и по другим причинам. Например,  короткое замыкание или обрыв цепи, тепловое отключение драйвера светодиода. Схема, показанная  выше, позволяет обнаруживать различные типы неисправностей в модуле указателя поворота.

Выводы

Автомобильные системы освещения реализуют отслеживание все большего количества неисправностей. Чтобы сэкономить место и снизить стоимость цепей отслеживания неисправностей, попробуйте подключить контакт POWER GOOD к контакту EN драйвера светодиодов. В случае неисправностей светодиодов рассмотрите возможность использования или отключения OFAF. Выберите вариант схемы, который соответствует требованиям для вашего конкретного приложения.