多電源順序控制在LED前照燈控制驅(qū)動器電路中的應(yīng)用

鄧亮，王金磊，劉正全，徐健

(1.南京大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)博士后流動站，江蘇南京 210093；2.常州星宇車燈股份有限公司，江蘇常州 213022)

0 引言

隨著汽車照明技術(shù)的不斷發(fā)展，大功率LED控制驅(qū)動器電路被廣泛應(yīng)用于車輛前照燈中[1]。現(xiàn)有大功率LED前照燈控制驅(qū)動器，根據(jù)驅(qū)動通道和功能的不同，會布置多個或多級電源供電模塊。供電模塊數(shù)量和級數(shù)的增多，導(dǎo)致啟動瞬間對車身電源的沖擊加大，以及各模塊不能穩(wěn)定關(guān)斷[2]。常規(guī)解決方法是各個電源模塊通過程序控制，以最優(yōu)順序依次啟動和關(guān)斷，增強控制驅(qū)動器工作的可靠性和性能的穩(wěn)定性[3]。本文作者提出了一種基于電源芯片低壓關(guān)斷功能，以硬件方式實現(xiàn)的快速響應(yīng)、運用靈活的多電源順序控制方案。

1 LED前照燈控制驅(qū)動器電路一般構(gòu)成

在大功率LED前照燈控制驅(qū)動器電路中，LDO低壓差線性穩(wěn)壓器模塊輸出+5 V電壓，對微控制器、接口電路以及其他邏輯電路供電；DC/DC斬波升壓模塊與DC/DC斬波恒流模塊級聯(lián)恒流供電給LED前照燈模組；同時微控制器通過接口電路接收外部指令數(shù)據(jù)，使用邏輯電路對LED前照燈模組進行智能控制與動態(tài)管理。LED前照燈控制驅(qū)動器電源模塊組成如圖1所示。

圖1 LED前照燈控制驅(qū)動器電源模塊組成

2 順序控制的硬件設(shè)計

根據(jù)設(shè)計要求，LED前照燈控制驅(qū)動器電路最優(yōu)啟動順序為LDO低壓差線性穩(wěn)壓器模塊最先工作，正常輸出+5 V電壓給控制與管理單元供電，完成控制驅(qū)動器的初始化；其次為DC/DC斬波升壓模塊單元啟動，將+13.5 V電壓提升至LED前照燈模組所需的額定工作電壓；再次為DC/DC斬波恒流模塊單元啟動，給LED前照燈模組提供所需的額定工作電流。反之，即為最優(yōu)的關(guān)斷順序。

目前在電源芯片中，一般都具備使能Enable功能和低壓關(guān)斷UVLO功能，兩者關(guān)系為邏輯“與”，即當(dāng)使能和低壓關(guān)斷功能同時滿足條件時，電源芯片才能正常啟動。利用該特性，實現(xiàn)LED前照燈控制驅(qū)動器電源輸入端電壓的啟動和關(guān)斷順序控制，如圖2所示。合理設(shè)置每個電源模塊的啟動使能電壓閾值Uth1、Uth2和Uth3，與關(guān)斷電壓閾值Uth4、Uth5和Uth6，即可依次實現(xiàn)t1、t2和t3啟動，t4、t5和t6關(guān)斷的順序控制功能。

圖2 LED前照燈控制驅(qū)動器多電源模塊啟動和關(guān)斷順序控制

當(dāng)設(shè)置LDO低壓差線性穩(wěn)壓器模塊啟動使能端Enable電壓閾值≥Uth1時，其啟動；設(shè)置DC/DC斬波升壓模塊低壓關(guān)斷UVLO電壓閾值≥Uth2時，其啟動；設(shè)置DC/DC斬波恒流模塊低壓關(guān)斷UVLO電壓閾值≥Uth3時，其啟動。為了防止LED前照燈控制驅(qū)動器電源輸入電壓不穩(wěn)時，導(dǎo)致后續(xù)電源模塊的輸出振蕩，所以在啟動使能電壓和關(guān)斷使能電壓之間設(shè)置了相應(yīng)的回滯區(qū)間。即當(dāng)設(shè)置LDO低壓差線性穩(wěn)壓器模塊關(guān)斷使能端Enable電壓閾值≤Uth4時關(guān)斷；設(shè)置DC/DC斬波升壓模塊低壓關(guān)斷UVLO電壓閾值≤Uth5時關(guān)斷；設(shè)置DC/DC斬波恒流模塊低壓關(guān)斷UVLO電壓閾值≤Uth6時關(guān)斷。啟動與關(guān)斷的電壓閾值回滯區(qū)間分布如圖3所示。

圖3 啟動與關(guān)斷的電壓閾值回滯區(qū)間分布

3 設(shè)計案例

多電源模塊順序控制的應(yīng)用實例如圖4所示。

圖4 多電源模塊順序控制的應(yīng)用實例

如圖4所示的LED前照燈控制驅(qū)動器電路實際設(shè)計案例中，LDO低壓差線性穩(wěn)壓器模塊、DC/DC斬波升壓模塊和DC/DC斬波恒流模塊分別選定為德州儀器TPS7B6750、 LM5022和LM3409。車身供電+13.5 V，輸入端并聯(lián)電容值為470 μF，啟動時整個電容充電周期ton為350 ms：LDO低壓差線性穩(wěn)壓器模塊TPS7B6750在電容開始充電115 ms后，達(dá)到Uth1閾值5.5 V，在t1處啟動使能；20 ms之后DC/DC斬波升壓模塊LM5022達(dá)到Uth2閾值6.8 V，在t2處啟動使能；25 ms之后DC/DC斬波恒流模塊LM3409達(dá)到Uth3閾值8.1 V，在t3處啟動使能；180 ms之后整個電容充電周期完成。

關(guān)斷時整個電容放電周期toff為270 ms：DC/DC斬波恒流模塊LM3409在電容開始放電110 ms后，衰減至Uth6閾值7.1 V，在t4處關(guān)斷；25 ms之后DC/DC斬波升壓模塊LM5022，衰減至Uth5閾值5.8 V，在t5處關(guān)斷；25 ms之后LDO低壓差線性穩(wěn)壓器模塊TPS7B6750，衰減至Uth4閾值5 V，在t6處關(guān)斷，90 ms之后整個電容放電周期完成，如圖5所示。

圖5 實際設(shè)計案例的啟動與關(guān)斷順序控制

對比多電源模塊同時啟動關(guān)斷與順序啟動關(guān)斷兩個工作過程，就其對于車身電源系統(tǒng)所造成的沖擊影響，具體參數(shù)比較如表1所示。

表1 車身電源系統(tǒng)的沖擊影響對比

4 總結(jié)

文中介紹的基于低壓關(guān)斷功能的多電源順序啟動關(guān)斷開關(guān)系統(tǒng)，將電源模塊自帶的低壓關(guān)斷UVLO功能和使能Enable功能與車身電源系統(tǒng)輸出電壓相結(jié)合，利用硬件方式來實現(xiàn)多電源模塊啟動與關(guān)斷的順序控制，大幅度提高了響應(yīng)速度以及整個電源系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，同時減少其他控制單元的工作負(fù)擔(dān)。該方法對減少車身電源系統(tǒng)的啟動與關(guān)斷沖擊以及增強每級電源模塊輸出對后級電路的工作可靠性都起到了積極作用。