设计一个可以很好地安装在OEM灯内的LED PCB

描述
丰田 Hilux Vigo 车内灯 LED 升级



多年前，我用 LED 阵列 PCB 替换了我的 Hilux 室内灯白炽灯泡。这些可从 eBay 等处以非常便宜的价格获得。优点是更高的光输出，因为原来的 8W 灯泡很暗。这些廉价 LED 替代品的浅色调通常很差，因为廉价 LED 的 CRI（显色指数）很差。顶灯中间的36颗LED阵列的外观也有点傻。经过几年的使用，LED开始出现故障，看起来更加愚蠢。我开始尝试设计一个可以很好地安装在 OEM 灯内的 LED PCB。目标是获得高流明输出、良好的 CRI 和高可靠性。

请注意，即使我为 Hilux 设计了这款 LED 替换板，它也可能适用于其他丰田车型，例如 Fortuner 和 Tacoma。许多卡罗拉车型也有相同外观的车内灯。因此，如果您决定为其他模型构建此灯，请先将您的灯与本页上的图片仔细比较。另外，如果您已在 Hilux 以外的其他车辆上成功使用此板，请告诉我。

LED驱动电路
以恒定电流驱动 LED 总是一个好主意。有很多不同的方法可以实现这一点。如果您想要高效率，您可以串联多个 LED，并使用电流调节升压转换器驱动灯串。这在其他方面是非常好的解决方案，但它缺乏冗余。如果一个 LED 因开路而失效，则灯串中的所有 LED 都将保持黑暗。

我选择使用使用 NPN 晶体管的简单恒流源。电路如下图所示。Q15 的 Vbe 和 R1 的电阻设置电流，在这种情况下为 0.6 V / 22 Ω = 27 mA。由于白光 LED 的正向电压通常约为 3 V，因此在 12 V 系统中串联的 LED 不能超过 3 个。使用该电路，如果汽车电池电压发生变化，LED 电流将保持恒定。在 10 V ... 14 V 之间变化是非常典型的。过电压被晶体管 Q1“烧毁”，因此它必须能够散热。我想要一个大型 LED 阵列，所以我在下面的电路中总共使用了 14 个实例。这是一个矫枉过正的解决方案。好消息是单个组件故障只会导致 3 个 LED 变为空白。此外，许多组件之间共享热负荷，因此普通的薄 FR4 板非常适合



延迟电路
Hilux 室内灯没有延迟（至少我的没有）。所以我添加了一个延迟电路，如下图所示。+12V、接地和 DOOR 信号在天花板上已经可用。

当门打开时，DOOR 信号被拉至地。这激活了由 Q32 和 Q33 形成的电流源，它为电容器 C1 充电。27μA 电流。两个射极跟随器 Q30 和 Q31 缓冲 C1 的电压，并将 LED_DRIVE 信号提供给上述 14 个 LED 电路。射极跟随器放大电流，因此减少 C1 的负载。否则 LED 电路消耗的电流会立即耗尽 C1。

当门关闭时，Q33 关断，电容 C1 通过 R35 放电。随着 C1 的电压下降，LED_DRIVE 信号也下降。LED 将保持恒定亮度几秒钟，然后缓慢熄灭。



ACC 连接是可选的。天花板上没有那个信号。当点火钥匙处于 ACC 或 ON 位置时，您必须从某个具有 +12V 电压的地方运行电线。该信号的目的是取消点火开启时的延迟。当 ACC 为 +12V，DOOR 为 GND 时，来自 Q33 的电流通过 R33。通过 100 k 电阻器的 27 μA 电流将 C1 处的电压设置为 ca。2.7 V，足以让 LED 以几乎全亮度点亮。当门关闭时，灯会慢慢熄灭，没有额外的延迟。这模仿了新车内部灯的操作，但使用的是模拟电子设备而不是微控制器驱动的 PWM。

如果您的汽车已经有延迟，或者您想禁用延迟，您可以省略 C1。

董事会
该板设计为适合 OEM 顶灯，无需任何修改。它使用 2 个原装车辆螺钉固定到位。我花了很多时间绘制电路板轮廓，但现在它非常适合。从下面的 Eagle3D / POVray 渲染中可以看出，电路板的顶部有所有的 LED。有些区域仍有放置 LED 的空间，但不可能对称放置。对称放置看起来更好，否则看起来有些 LED 坏了。



所有其余的电路都在电路板的底部。仅在板的中心有放置元件的空间。边缘区域用作 BCX55-16 中等功率晶体管的冷却区域。所有电阻和电容均为 0805 尺寸。



安装说明
焊接组件后，安装很容易。你应该得到一个“花彩适配器”，它使连接变得快速和容易。如果你首先用足够高的过电压烧掉灯丝并将焊丝连接到端子，也许你可以用原来的灯泡做一个。

• 将开关置于 OFF 位置。
• 取下镜头。最容易从开关孔撬开。或者只是用手指从开关孔中拉出，笔直向下。
• 取下旧灯泡（如果它一直亮着，它会很热！）。
• 安装 festoon 适配器。红线应在开关端，如下图所示
• 卸下带有菲利普斯编号的两个螺钉。2 螺丝刀。灯可能会从天花板上松动，不用担心
• 将 festoon 适配器的电线连接到 PCB 上的连接器 X1。红线接+12V，黑线接DOOR。
• 将PCB放置到位，检查电线是否被压扁
• 确保螺丝孔与屋顶上的螺纹对齐。用螺丝拧紧灯和PCB（见本页顶部图片）
• 现在您可以测试操作了。请注意，当您将开关从 ON 转到 OFF 时也会激活延迟，因此它不会立即关闭
• 如果一切正常，请将镜头放回原处。完毕！
  

结果和比较
在您辛勤工作之后，回报是改善照明。下面这张照片是用我 15 岁的数码相机在半夜拍的，只有光线来自内部的顶灯。ISO100 下的清晰图像，无需闪光灯。



然后是几张图片，试图展示它与原始灯丝灯泡和廉价 LED 升级的比较。下面的三张照片是使用相同的快门速度和光圈设置拍摄的。



下面的两张照片比较了 36 个 LED 阵列和我的设计之间的光分布。输入电压调整得足够低，以便能够看到各个 LED。36 个 LED 阵列有一些死灯，但你明白了。这些照片中的相机白平衡未正确调整。Cree JE2835 4000K LED 看起来确实是中性白色。