CN107666732B - 一种车用大功率led的控制电路及控制方法 - Google Patents

一种车用大功率led的控制电路及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电路技术领域，尤其涉及一种车用大功率LED的控制电路及控制方法，一种车用大功率LED的控制电路包括MCU控制电路和SEPIC DC/DC拓扑电路，MCU控制电路通过调整SEPIC DC/DC拓扑电路的电压输出使得流经LED负载电路的电流保持恒定，MCU控制电路包括模数转换器ADC模块、数控振荡器NCO模块和互补波形发生器CWG模块。本发明基于Digital SMPS‑SEPIC拓扑结构，提高了车用大功率LED发光亮度的稳定性，同时还提供了LED的过压保护、欠压保护、开路保护和短路保护，使得LED的亮度不受其工作电压的变化而变化，提供了稳定LED发光亮度、过压保护和欠压保护的解决方案。

Description

一种车用大功率LED的控制电路及控制方法
技术领域
本发明属于电路技术领域，尤其涉及一种车用大功率LED的控制电路及控制方法，该车用大功率LED的控制电路基于Digital SMPS-SEPIC拓扑结构。
背景技术
目前LED在汽车照明领域的应用普及越来越广，有的汽车上灯具用的全是LED光源。LED具有体积小、寿命长、冷光源、反应时间短等优点，但LED的亮度会随着通过其工作电流的变化而发生改变，且LED本身可能会被其加载在其两端的工作电压过高或通过其工作电流过大而被烧毁。
大功率LED主要应用于前照灯内的远近光、日行灯、前雾灯、转向灯、后雾灯及制动灯。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术手段的缺陷，本发明通过基于Digital SMPS-SEPIC拓扑结构电路来提高LED发光亮度的稳定性，同时也可以提供了LED的过压保护自动关断电路及LED短路保护。当车用大功率LED的控制电路工作电压范围为6～20V时，能够通过维持LED的电流不会发生跳变来保证LED的亮度不会发生跳变，同时也提供了LED过压保护、欠压保护、开路保护、短路保护以及温度检测等功能。
实现本发明目的的技术方案是：一种车用大功率LED的控制电路，包括MCU控制电路和SEPIC DC/DC拓扑电路，MCU控制电路通过调整SEPIC DC/DC拓扑电路的电压输出使得流经LED负载电路的电流保持恒定，MCU控制电路包括模数转换器ADC模块、数控振荡器NCO模块和互补波形发生器CWG模块，模数转换器ADC模块检测LED负载电路的电流值，MCU控制电路的运算处理单元根据模数转换器ADC模块检测的电流值算出偏移量，MCU控制电路的运算处理单元根据偏移量通过数控振荡器NCO模块调整PWM波的占空比，互补波形发生器CWG模块和数控振荡器NCO模块相连接，MCU控制电路的运算处理单元通过互补波形发生器CWG模块的输出调整SEPIC DC/DC拓扑电路的电压输出。
作为本发明的优化方案，SEPIC DC/DC拓扑电路包括开关MOS管Q1，开关MOS管Q1与互补波形发生器CWG模块相连接。
作为本发明的优化方案，车用大功率LED的控制电路还包括LED开路保护电路，LED开路保护电路包括NPN三极管Q2、电阻R9和电阻R10，电阻R9和电阻R10用于测量LED负载电路的输出电压并将输出电压送至NPN三极管Q2的基极，NPN三极管Q2的集电极与MCU控制电路的RESET脚相连接。
作为本发明的优化方案，车用大功率LED的控制电路还包括LED过压保护电路，LED过压保护电路包括电阻R5和电阻R6，MCU控制电路还包括比较器Comparator模块和数模转换器DAC模块，电阻R5的一端连接输入电源，电阻R5的另一端连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地，电阻R5的另一端连接比较器Comparator模块的负极，数模转换器DAC模块连接比较器Comparator模块的正极。
作为本发明的优化方案，车用大功率LED的控制电路还包括LED短路保护电路，LED短路保护电路包括电阻R7，电阻R7与LED负载电路串联，MCU控制电路的模数转换器ADC模块检测电阻R7的电压。
作为本发明的优化方案，车用大功率LED的控制电路还包括输出滤波电路，输入电源电压经SEPIC DC/DC拓扑电路转换后进入输出滤波电路，输出滤波电路滤除干扰和噪声后为LED负载电路供电。
实现本发明目的的技术方案是：采用一种车用大功率LED的控制电路的控制方法，包括如下步骤：
1)模数转换器ADC模块检测输入电压值，MCU控制电路的运算处理单元判断检测到的输入电压值是否小于欠压保护阈值，如果输入电压值小于欠压保护阈值，MCU控制电路的运算处理单元通过互补波形发生器CWG模块关闭PWM波形的输出从而关闭SEPIC DC/DC拓扑电路，实现欠压保护；
2)模数转换器ADC模块检测流经LED负载电路的电流值，MCU控制电路的运算处理单元判断检测到的流经LED负载电路的电流值是否大于LED的短路保护阈值，如果流经LED负载电路的电流值大于LED的短路保护阈值，MCU控制电路的运算处理单元通过互补波形发生器CWG模块关闭PWM波形的输出从而关闭SEPIC DC/DC拓扑电路，实现LED负载电路的短路保护；如果流经LED负载电路的电流值小于LED的短路保护阈值，MCU控制电路的运算处理单元通过PID算法算出输出电流偏移量，MCU控制电路的运算处理单元根据偏移量通过数控振荡器NCO模块调整PWM波的占空比，MCU控制电路的运算处理单元通过互补波形发生器CWG模块的输出调整SEPIC DC/DC拓扑电路的电压输出，使得流经LED负载电路的电流值恒定。
本发明具有积极的效果：本发明基于Digital SMPS-SEPIC拓扑结构，提高了车用大功率LED发光亮度的稳定性，同时还提供了LED的过压保护、欠压保护、开路保护和短路保护，使得LED的亮度不受其工作电压的变化而变化，提供了一种稳定LED发光亮度、过压保护和欠压保护的解决方案。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的电路原理图；
图2为本发明的控制方法流程图。
其中，1、MCU控制电路，2、SEPIC DC/DC拓扑电路，3、LED负载电路，4、LED开路保护电路，5、输出滤波电路，6、LDO电路。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了一种车用大功率LED的控制电路，包括MCU控制电路1和SEPIC DC/DC拓扑电路2，MCU控制电路1通过调整SEPIC DC/DC拓扑电路2的电压输出使得流经LED负载电路3的电流保持恒定，MCU控制电路1包括模数转换器ADC模块、数控振荡器NCO模块和互补波形发生器CWG模块，模数转换器ADC模块检测LED负载电路3的电流值，MCU控制电路1的运算处理单元根据模数转换器ADC模块检测的电流值算出偏移量，MCU控制电路1的运算处理单元根据偏移量通过数控振荡器NCO模块调整PWM波的占空比，互补波形发生器CWG模块和数控振荡器NCO模块相连接，MCU控制电路1的运算处理单元通过互补波形发生器CWG模块的输出调整SEPIC DC/DC拓扑电路2的电压输出。其中，SEPIC DC/DC拓扑电路2允许输出电压大于、小于或者等于输入电压。
SEPIC DC/DC拓扑电路2包括开关MOS管Q1，开关MOS管Q1与互补波形发生器CWG模块相连接。其中，SEPIC DC/DC拓扑电路2输出电压由开关MOS管Q1的占空比来控制。
保持通过LED负载电路3的电流或电压恒定的原理：如果通过LED负载电路3的电流发生变化，此时，模数转换器ADC模块检测LED负载电路3的电流值，然后通过PID算法算出偏移量，MCU控制电路1的运算处理单元通过调整数控振荡器NCO模块调整PWM波的占空比，MCU控制电路1的运算处理单元通过互补波形发生器CWG模块的输出调整SEPIC DC/DC拓扑电路2的电压输出，从而使得流过LED负载电路3的电流值恒定。
车用大功率LED的控制电路还包括LED开路保护电路4，LED开路保护电路4包括NPN三极管Q2、电阻R9和电阻R10，电阻R9和电阻R10用于测量LED负载电路3的输出电压并将输出电压送至NPN三极管Q2的基极，NPN三极管Q2的集电极与MCU控制电路1的RESET脚相连接。
LED开路保护原理：当LED负载电路3开路时，LED负载电路3的输出电压将会增加，此时NPN三极管Q2导通，MCU控制电路1的RESET脚接地，MCU控制电路1复位停止工作。
车用大功率LED的控制电路还包括LED过压保护电路，LED过压保护电路包括电阻R5和电阻R6，MCU控制电路1还包括比较器Comparator模块和数模转换器DAC模块，电阻R5的一端连接输入电源，电阻R5的另一端连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地，电阻R5的另一端连接比较器Comparator模块的负极，数模转换器DAC模块连接比较器Comparator模块的正极。
过压保护原理：输入电源的电压被电阻R5和电阻R6分压进入比较器Comparator模块的负极，比较器Comparator模块的正极连接数模转换器DAC模块，设置过压值，当输入电压过压时，和比较器Comparator模块相连结的互补波形发生器CWG模块关闭PWM波形的输出并关闭SEPIC DC/DC拓扑电路2的开关MOS管Q1，从而实现电路保护。
欠压保护原理：输入电源的电压被电阻R5和电阻R6分压，当MCU控制电路1的模数转换器ADC模块检测到输入电压小于设置工作电压的最小电压时，通过互补波形发生器CWG模块关闭PWM波形的输出并关闭SEPIC DC/DC拓扑电路2的开关MOS管Q1，实现欠压保护。
车用大功率LED的控制电路还包括LED短路保护电路，LED短路保护电路包括电阻R7，电阻R7与LED负载电路3串联，MCU控制电路1的模数转换器ADC模块检测电阻R7的电压。
短路保护原理：当LED负载电路3中的一个或多个LED短路时，通过LED负载电路3的电流会在瞬间增大，当MCU控制电路1的模数转换器ADC模块检测电阻R7的电压大于额定值1.3倍且持续时间大于30ms，则MCU控制电路1停止输出，关断整个车用大功率LED的控制电路。
车用大功率LED的控制电路还包括输出滤波电路5，输入电源电压经SEPIC DC/DC拓扑电路2转换后进入输出滤波电路5，输出滤波电路5滤除干扰和噪声后为LED负载电路3供电。通过输出滤波电路5使得车用大功率LED的控制电路整体性能保持稳定。
另外，车用大功率LED的控制电路还包括LDO电路6，其中，LDO电路6主要为MCU控制电路1供电和提供基准电压。
图1中电路原理图中标注的CWG是互补波形发生器CWG模块的缩写，NCO是数控振荡器NCO模块的缩写，comp是比较器Comparator模块的缩写，DAC是数模转换器DAC模块的缩写，ADC是模数转换器ADC模块的缩写。
此外，还能够提供检测LED负载电路3的结温功能，通过热敏电阻两端的电压发生变化来检测LED负载电路3的结温，MCU控制电路1调整PWM占空比的输出来平衡LED负载电路3的结温。
如图2所示，采用定时器Timer计时发生中断，通过模数转换器ADC模块通道标志位ADCmode的值(0或1)来执行模数转换器ADC模块通道的选择，
当ADCmode的值为0时，模数转换器ADC模块读取输入电压值，接下来将判断该电压是否小于欠压保护阈值，欠压保护阈值即工作电压的最小电压6V，如果输入电压值小于欠压保护阈值，MCU控制电路1的运算处理单元通过互补波形发生器CWG模块关闭PWM波形的输出从而关闭SEPIC DC/DC拓扑电路2，即关闭SEPIC DC/DC拓扑电路2的开关MOS管Q1，实现输入电压的欠压保护，如果输入电压值大于欠压保护阈值，此次定时中断将不执行操作；其中，输入电压值指SEPIC DC/DC拓扑电路2的输入电压值。
当ADCmode的值为1时，模数转换器ADC模块读取流经LED负载电路3的电流值，接下来将判断该电流是否大于LED的短路保护阈值，其中，LED的短路保护阈值即工作电流额定值的1.3倍即2A，如果流经LED负载电路3的电流值大于LED的短路保护阈值，MCU控制电路1的运算处理单元通过互补波形发生器CWG模块关闭PWM波形的输出从而关闭SEPIC DC/DC拓扑电路2，即关闭SEPIC DC/DC拓扑电路2的开关MOS管Q1，实现LED负载电路3的短路保护；
如果流经LED负载电路3的电流值小于LED的短路保护阈值，MCU控制电路1的运算处理单元将通过比例-积分-微分PID算法算出输出电流偏移量，MCU控制电路1的运算处理单元通过调整数控振荡器NCO模块调整PWM波的占空比，MCU控制电路1的运算处理单元通过互补波形发生器CWG模块的输出调整SEPIC DC/DC拓扑电路2的电压输出，从而使得流过LED负载电路3的电流值恒定。
MCU控制电路1的运算处理单元进行配置实现通过LED负载电路3的电流稳定不变和过压、欠压保护等功能。所有这些资源模块都通过软件进行适当的配置连接到一起来实现维持通过LED负载电路3的电流稳定不跳变和过压保护自动关断等功能。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种车用大功率LED的控制电路，其特征在于：包括MCU控制电路(1)和SEPIC DC/DC拓扑电路(2)，所述的MCU控制电路(1)通过调整SEPIC DC/DC拓扑电路(2)的电压输出使得流经LED负载电路(3)的电流保持恒定，所述的MCU控制电路(1)包括模数转换器ADC模块、数控振荡器NCO模块和互补波形发生器CWG模块，所述的模数转换器ADC模块检测LED负载电路(3)的电流值，MCU控制电路(1)的运算处理单元根据模数转换器ADC模块检测的电流值算出偏移量，MCU控制电路(1)的运算处理单元根据偏移量通过数控振荡器NCO模块调整PWM波的占空比，互补波形发生器CWG模块和数控振荡器NCO模块相连接，MCU控制电路(1)的运算处理单元通过互补波形发生器CWG模块的输出调整SEPIC DC/DC拓扑电路(2)的电压输出；所述的SEPIC DC/DC拓扑电路(2)包括开关MOS管Q1，所述的开关MOS管Q1与互补波形发生器CWG模块相连接；所述车用大功率LED的控制电路还包括LED开路保护电路(4)，所述LED开路保护电路(4)包括NPN三极管Q2、电阻R9和电阻R10，所述电阻R9和电阻R10用于测量LED负载电路(3)的输出电压并将输出电压送至NPN三极管Q2的基极，NPN三极管Q2的集电极与MCU控制电路(1)的RESET脚相连接；所述车用大功率LED的控制电路还包括LED过压保护电路，所述LED过压保护电路包括电阻R5和电阻R6，所述的MCU控制电路(1)还包括比较器Comparator模块和数模转换器DAC模块，电阻R5的一端连接输入电源，电阻R5的另一端连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地，电阻R5的另一端连接比较器Comparator模块的负极，数模转换器DAC模块连接比较器Comparator模块的正极；所述车用大功率LED的控制电路还包括LED短路保护电路，所述的LED短路保护电路包括电阻R7，所述的电阻R7与LED负载电路(3)串联，MCU控制电路(1)的模数转换器ADC模块检测电阻R7的电压；所述车用大功率LED的控制电路还包括输出滤波电路(5)，输入电源电压经SEPIC DC/DC拓扑电路(2)转换后进入输出滤波电路(5)，输出滤波电路(5)滤除干扰和噪声后为LED负载电路(3)供电。
2.采用权利要求1所述的一种车用大功率LED的控制电路的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)模数转换器ADC模块检测输入电压值，MCU控制电路(1)的运算处理单元判断检测到的输入电压值是否小于欠压保护阈值，如果输入电压值小于欠压保护阈值，MCU控制电路(1)的运算处理单元通过互补波形发生器CWG模块关闭PWM波形的输出从而关闭SEPIC DC/DC拓扑电路(2)，实现欠压保护；
2)模数转换器ADC模块检测流经LED负载电路(3)的电流值，MCU控制电路(1)的运算处理单元判断检测到的流经LED负载电路(3)的电流值是否大于LED的短路保护阈值，如果流经LED负载电路(3)的电流值大于LED的短路保护阈值，MCU控制电路(1)的运算处理单元通过互补波形发生器CWG模块关闭PWM波形的输出从而关闭SEPIC DC/DC拓扑电路(2)，实现LED负载电路(3)的短路保护；如果流经LED负载电路(3)的电流值小于LED的短路保护阈值，MCU控制电路(1)的运算处理单元通过PID算法算出输出电流偏移量，MCU控制电路(1)的运算处理单元根据偏移量通过数控振荡器NCO模块调整PWM波的占空比，MCU控制电路(1)的运算处理单元通过互补波形发生器CWG模块的输出调整SEPIC DC/DC拓扑电路(2)的电压输出，使得流经LED负载电路(3)的电流值恒定。
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