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(dòng)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(dòng)器電路被廣泛應(yīng)用于車輛前照燈中[1]?，F(xiàn)有大功率LED前照燈控制驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)驅(qū)動(dòng)通道和功能的不同，會(huì)布置多個(gè)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(dòng)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(gè)電源模塊通過程序控制，以最優(yōu)順序依次啟動(dòng)和關(guān)斷，增強(qiáng)控制驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)的快速響應(yīng)、運(yùn)用靈活的多電源順序控制方案。

1 LED前照燈控制驅(qū)動(dòng)器電路一般構(gòu)成

在大功率LED前照燈控制驅(qū)動(dòng)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(shí)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(jìn)行智能控制與動(dòng)態(tài)管理。LED前照燈控制驅(qū)動(dòng)器電源模塊組成如圖1所示。

圖1 LED前照燈控制驅(qū)動(dòng)器電源模塊組成

2 順序控制的硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，LED前照燈控制驅(qū)動(dòng)器電路最優(yōu)啟動(dòng)順序?yàn)長DO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(dòng)器的初始化；其次為DC/DC斬波升壓模塊單元啟動(dòng)，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(dòng)，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(shí)滿足條件時(shí)，電源芯片才能正常啟動(dòng)。利用該特性，實(shí)現(xiàn)LED前照燈控制驅(qū)動(dòng)器電源輸入端電壓的啟動(dòng)和關(guān)斷順序控制，如圖2所示。合理設(shè)置每個(gè)電源模塊的啟動(dòng)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(shí)現(xiàn)t1、t2和t3啟動(dòng)，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(dòng)器多電源模塊啟動(dòng)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(dòng)使能端Enable電壓閾值≥Uth1時(shí)，其啟動(dòng)；設(shè)置DC/DC斬波升壓模塊低壓關(guān)斷UVLO電壓閾值≥Uth2時(shí)，其啟動(dòng)；設(shè)置DC/DC斬波恒流模塊低壓關(guān)斷UVLO電壓閾值≥Uth3時(shí)，其啟動(dòng)。為了防止LED前照燈控制驅(qū)動(dòng)器電源輸入電壓不穩(wěn)時(shí)，導(dǎo)致后續(xù)電源模塊的輸出振蕩，所以在啟動(dòng)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(shí)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(shí)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(shí)關(guān)斷。啟動(dòng)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(dòng)與關(guān)斷的電壓閾值回滯區(qū)間分布

3 設(shè)計(jì)案例

多電源模塊順序控制的應(yīng)用實(shí)例如圖4所示。

圖4 多電源模塊順序控制的應(yīng)用實(shí)例

如圖4所示的LED前照燈控制驅(qū)動(dòng)器電路實(shí)際設(shè)計(jì)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(dòng)時(shí)整個(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)使能；180 ms之后整個(gè)電容充電周期完成。

關(guān)斷時(shí)整個(gè)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(gè)電容放電周期完成，如圖5所示。

圖5 實(shí)際設(shè)計(jì)案例的啟動(dòng)與關(guān)斷順序控制

對比多電源模塊同時(shí)啟動(dòng)關(guān)斷與順序啟動(dòng)關(guān)斷兩個(gè)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(dòng)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(shí)現(xiàn)多電源模塊啟動(dòng)與關(guān)斷的順序控制，大幅度提高了響應(yīng)速度以及整個(gè)電源系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，同時(shí)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(dòng)與關(guān)斷沖擊以及增強(qiáng)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。