多电源顺序控制在LED前照灯控制驱动器电路中的应用

邓亮，王金磊，刘正全，徐健

(1.南京大学电子科学与技术博士后流动站，江苏南京 210093；2.常州星宇车灯股份有限公司，江苏常州 213022)

0 引言

随着汽车照明技术的不断发展，大功率LED控制驱动器电路被广泛应用于车辆前照灯中[1]。现有大功率LED前照灯控制驱动器，根据驱动通道和功能的不同，会布置多个或多级电源供电模块。供电模块数量和级数的增多，导致启动瞬间对车身电源的冲击加大，以及各模块不能稳定关断[2]。常规解决方法是各个电源模块通过程序控制，以最优顺序依次启动和关断，增强控制驱动器工作的可靠性和性能的稳定性[3]。本文作者提出了一种基于电源芯片低压关断功能，以硬件方式实现的快速响应、运用灵活的多电源顺序控制方案。

1 LED前照灯控制驱动器电路一般构成

在大功率LED前照灯控制驱动器电路中，LDO低压差线性稳压器模块输出+5 V电压，对微控制器、接口电路以及其他逻辑电路供电；DC/DC斩波升压模块与DC/DC斩波恒流模块级联恒流供电给LED前照灯模组；同时微控制器通过接口电路接收外部指令数据，使用逻辑电路对LED前照灯模组进行智能控制与动态管理。LED前照灯控制驱动器电源模块组成如图1所示。

图1 LED前照灯控制驱动器电源模块组成

2 顺序控制的硬件设计

根据设计要求，LED前照灯控制驱动器电路最优启动顺序为LDO低压差线性稳压器模块最先工作，正常输出+5 V电压给控制与管理单元供电，完成控制驱动器的初始化；其次为DC/DC斩波升压模块单元启动，将+13.5 V电压提升至LED前照灯模组所需的额定工作电压；再次为DC/DC斩波恒流模块单元启动，给LED前照灯模组提供所需的额定工作电流。反之，即为最优的关断顺序。

目前在电源芯片中，一般都具备使能Enable功能和低压关断UVLO功能，两者关系为逻辑“与”，即当使能和低压关断功能同时满足条件时，电源芯片才能正常启动。利用该特性，实现LED前照灯控制驱动器电源输入端电压的启动和关断顺序控制，如图2所示。合理设置每个电源模块的启动使能电压阈值Uth1、Uth2和Uth3，与关断电压阈值Uth4、Uth5和Uth6，即可依次实现t1、t2和t3启动，t4、t5和t6关断的顺序控制功能。

图2 LED前照灯控制驱动器多电源模块启动和关断顺序控制

当设置LDO低压差线性稳压器模块启动使能端Enable电压阈值≥Uth1时，其启动；设置DC/DC斩波升压模块低压关断UVLO电压阈值≥Uth2时，其启动；设置DC/DC斩波恒流模块低压关断UVLO电压阈值≥Uth3时，其启动。为了防止LED前照灯控制驱动器电源输入电压不稳时，导致后续电源模块的输出振荡，所以在启动使能电压和关断使能电压之间设置了相应的回滞区间。即当设置LDO低压差线性稳压器模块关断使能端Enable电压阈值≤Uth4时关断；设置DC/DC斩波升压模块低压关断UVLO电压阈值≤Uth5时关断；设置DC/DC斩波恒流模块低压关断UVLO电压阈值≤Uth6时关断。启动与关断的电压阈值回滞区间分布如图3所示。

图3 启动与关断的电压阈值回滞区间分布

3 设计案例

多电源模块顺序控制的应用实例如图4所示。

图4 多电源模块顺序控制的应用实例

如图4所示的LED前照灯控制驱动器电路实际设计案例中，LDO低压差线性稳压器模块、DC/DC斩波升压模块和DC/DC斩波恒流模块分别选定为德州仪器TPS7B6750、 LM5022和LM3409。车身供电+13.5 V，输入端并联电容值为470 μF，启动时整个电容充电周期ton为350 ms：LDO低压差线性稳压器模块TPS7B6750在电容开始充电115 ms后，达到Uth1阈值5.5 V，在t1处启动使能；20 ms之后DC/DC斩波升压模块LM5022达到Uth2阈值6.8 V，在t2处启动使能；25 ms之后DC/DC斩波恒流模块LM3409达到Uth3阈值8.1 V，在t3处启动使能；180 ms之后整个电容充电周期完成。

关断时整个电容放电周期toff为270 ms：DC/DC斩波恒流模块LM3409在电容开始放电110 ms后，衰减至Uth6阈值7.1 V，在t4处关断；25 ms之后DC/DC斩波升压模块LM5022，衰减至Uth5阈值5.8 V，在t5处关断；25 ms之后LDO低压差线性稳压器模块TPS7B6750，衰减至Uth4阈值5 V，在t6处关断，90 ms之后整个电容放电周期完成，如图5所示。

图5 实际设计案例的启动与关断顺序控制

对比多电源模块同时启动关断与顺序启动关断两个工作过程，就其对于车身电源系统所造成的冲击影响，具体参数比较如表1所示。

表1 车身电源系统的冲击影响对比

4 总结

文中介绍的基于低压关断功能的多电源顺序启动关断开关系统，将电源模块自带的低压关断UVLO功能和使能Enable功能与车身电源系统输出电压相结合，利用硬件方式来实现多电源模块启动与关断的顺序控制，大幅度提高了响应速度以及整个电源系统的可靠性和稳定性，同时减少其他控制单元的工作负担。该方法对减少车身电源系统的启动与关断冲击以及增强每级电源模块输出对后级电路的工作可靠性都起到了积极作用。