CN112188675A - 具有电流分配和故障诊断功能的汽车灯具控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有电流分配和故障诊断功能的汽车灯具控制系统，涉及电子电路领域，该系统中，主机输出的两路供电电源分别通过控制开关连接同一个供电输出端给灯控器供电，再由灯控器连接控制两个灯具的通断；当两路供电电源且两个灯具均正常工作时，通过分时供电的方式从两个供电电源获得供电；当其中一路供电回路中的电源被移除或灯具故障时，该路供电回路被关闭、另一路供电回路会被自动完全打开进行单路供电，能够实现集中化的控制，控制效率高。

Description

具有电流分配和故障诊断功能的汽车灯具控制系统

技术领域

本发明涉及电子电路领域，尤其是一种具有电流分配和故障诊断功能的汽车灯具控制系统。

背景技术

近年来汽车外饰灯如转向灯、尾灯等越来越多的用到LED恒流照明，因此需要相应的供电回路为汽车灯具供电，而同时汽车类的产品法规要求汽车外饰灯需要具备故障诊断功能，因此目前汽车外饰灯的控制方式主要就是主机直接输出供电电源通过电源线对汽车灯具进行控制形成供电回路，同时通过检测该路供电回路的供电电流的变化以判断该汽车灯具是否发生故障。这种方法的缺点是被控的汽车灯具的电流必须通过此供电回路，也就是汽车上的每一个汽车灯具都要采用独立的这种供电回路进行控制检测，因此使得这种控制方法效率低、成本高、热管理比较困难，也难以满足汽车上越来越多功能的灯具的集成化的要求。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种具有电流分配和故障诊断功能的汽车灯具控制系统，本发明的技术方案如下：

一种具有电流分配和故障诊断功能的汽车灯具控制系统，该汽车灯具控制系统包括：

主机输出的第一供电电源通过第一控制开关连接供电输出端，主机输出的第二供电电源通过第二控制开关连接供电输出端，供电输出端连接灯控器进行供电，灯控器连接并控制第一灯具和第二灯具的通断，灯控器连接并控制第一控制开关和第二控制开关；

当第一供电电源、第二供电电源、第一灯具和第二灯具均正常工作时，灯控器输出两路PWM信号驱动第一控制开关和第二控制开关交替闭合给灯控器供电；

当第一供电电源断开和/或灯控器检测到第一灯具故障，同时第二供电电源接通且第二灯具正常工作时，第二控制开关保持闭合、第二供电电源持续给灯控器供电；

当第二供电电源断开和/或灯控器检测到第二灯具故障时，同时第一供电电源接通且第一灯具正常工作时，第一控制开关保持闭合、第一供电电源持续给灯控器供电。

其进一步的技术方案为，当第一供电电源和第二供电电源均接通，且第一灯具和第二灯具均正常工作时，第一控制开关受控于灯控器输出的第一PWM信号，第二控制开关受控于灯控器输出的第二PWM信号，灯控器调节第一PWM信号和第二PWM信号的占空比以调节第一供电电源和第二供电电源的平均电流。

其进一步的技术方案为，第一PWM信号和第二PWM信号错位驱动且存在预定时长的切换间隔，当一路PWM信号由低电平切换至高电平时，另一路PWM信号在切换间隔内也保持高电平，并在预定时长的切换间隔后切换至低电平。

其进一步的技术方案为，灯控器输出第一使能信号至第一与门的一个输入端，第一与门的另一个输入端连接第一控制信号，第一与门的输出端连接并控制第一控制开关；当第一灯具故障时、第一使能信号为低电平，第一与门持续输出低电平至第一控制开关控制第一控制开关断开；当第一灯具正常工作时、第一使能信号为高电平，第一控制开关受控于第一控制信号；第一控制信号在第二灯具故障和/或第二供电电源断开时持续输出高电平、否则与灯控器输出的用于驱动第一控制开关的第一PWM信号同步；

灯控器输出第二使能信号至第二与门的一个输入端，第二与门的另一个输入端连接第二控制信号，第二与门的输出端连接并控制第二控制开关；当第二灯具故障时、第二使能信号为低电平，第二与门持续输出低电平至第二控制开关控制第二控制开关断开；当第二灯具正常工作时、第二使能信号为高电平，第二控制开关受控于第二控制信号；第二控制信号在第一灯具故障和/或第一供电电源断开时持续输出高电平、否则与灯控器输出的用于驱动第二控制开关的第二PWM信号同步。

其进一步的技术方案为，第一PWM信号连接第一或门的第一个输入端，第二使能信号通过第一非门连接第一或门的第二个输入端，第二供电电源通过第二非门连接第一或门的第三个输入端，第一或门的输出端连接第一与门提供第一控制信号；

第二PWM信号连接第二或门的第一个输入端，第一使能信号通过第三非门连接第二或门的第二个输入端，第一供电电源通过第四非门连接第二或门的第三个输入端，第二或门的输出端连接第二与门提供第二控制信号。

其进一步的技术方案为，第一供电电源通过第一非门还连接至灯控器并提供第一通断检测信息，第一通断检测信息在第一供电电源接通时输出低电平、在第一供电电源断开时输出高电平；

第二供电电源通过第二非门还连接至灯控器并提供第二通断检测信息，第二通断检测信息在第二供电电源接通时输出低电平、在第二供电电源断开时输出高电平。

本发明的有益技术效果是：

本申请公开了一种具有电流分配和故障诊断功能的汽车灯具控制系统，该系统在不改变主机控制及检测方法的前提下，将多路供电电源有条件的集中起来统一供给多路灯控器，当两路供电电源均正常接通时，通过分时供电的方式从两个供电电源获得供电，当其中一路供电回路中的电源被移除或灯具故障时，该路供电回路被关闭、另一路供电回路会被自动完全打开进行单路供电，能够实现集中化的控制，控制效率高。

通过PWM占空比的调节可以设定每路供电电源的平均电流，能够实现给每路供电合理安排供电电流，避免由于供电电压的差异而导致的不同供电电源的电流不同，从而避免出现简单的将多路电源连接在一起导致每路供电电流不一致而触发的误报故障的问题。

附图说明

图1是本申请公开的汽车灯具控制系统的系统电路结构图。

图2是灯控器输出的两路PWM信号的时序示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种具有电流分配和故障诊断功能的汽车灯具控制系统，如图1所示，在该汽车灯具控制系统中，主机输出的第一供电电源POWER_A通过第一控制开关SWITCH_A连接供电输出端POWER_OUT，主机输出的过第二供电电源POWER_B通过第二控制开关SWITCH_B连接供电输出端POWER_OUT，该供电输出端POWER_OUT为该系统集合的供电输出。实际供电电源并不直接连接控制开关，而是分别通过二极管D1和D2连接到相应的控制开关。供电输出端POWER_OUT连接灯控器LED CONTROLLER给灯控器进行供电，灯控器连接并控制第一灯具LED_A和第二灯具LED_B并根据获得的供电控制两个灯具的通断。

灯控器连接并控制第一控制开关SWITCH_A和第二控制开关SWITCH_B，其控制情况为：

1、当第一供电电源POWER_A和第二供电电源POWER_B均接通，第一灯具LED_A和第二灯具LED_B均正常工作时，灯控器输出两路PWM信号驱动第一控制开关SWITCH_A和第二控制开关SWITCH_B交替闭合给灯控器供电，再由灯控器点亮第一灯具LED_A和第二灯具LED_B。在本申请中，灯控器输出第一PWM信号PWM_A驱动第一控制开关SWITCH_A、输出第二PWM信号PWM_B驱动第二控制开关SWITCH_B。

2、当第一供电电源POWER_A断开和/或灯控器检测到第一灯具LED_A故障，同时第二供电电源POWER_B正常接通且第二灯具LED_B正常工作时，第一供电电源POWER_A至灯控器的供电通路保持断开，第二控制开关SWITCH_B保持闭合，由第二供电电源POWER_B持续给灯控器供电，实现第二供电电源POWER_B单路供电效果。

3、当第二供电电源POWER_B断开和/或灯控器检测到第二灯具LED_B故障，同时第一供电电源POWER_A正常接通且第一灯具LED_A正常工作时，第二供电电源POWER_B至灯控器的供电通路保持断开，第一控制开关SWITCH_A保持闭合，由第一供电电源POWER_A持续给灯控器输出供电，实现第一供电电源POWER_A单路供电效果。

4、当第一供电电源POWER_A断开和/或灯控器检测到第一灯具LED_A故障，且，第二供电电源POWER_B断开和/或灯控器检测到第二灯具LED_B故障时，第一供电电源POWER_A和第二供电电源POWER_B至灯控器的供电通路均保持断开。

具体的，请参考图1，在本申请中，

(1)对于第一供电电源POWER_A至灯控器的供电通路：

灯控器输出第一使能信号LIGHT_A_EN至第一与门AND_A的一个输入端，第一与门AND_A的另一个输入端连接第一控制信号OR_A_OUT，第一与门AND_A的输出端连接并控制第一控制开关SWITCH_A。(a)当第一灯具LED_A故障时、第一使能信号LIGHT_A_EN为低电平，此时第一与门AND_A持续输出低电平至第一控制开关SWITCH_A控制第一控制开关SWITCH_A断开。(b)当第一灯具LED_A正常工作时、第一使能信号LIGHT_A_EN为高电平，此时第一与门AND_A的输出与第一控制信号OR_A_OUT同步，因此第一控制开关SWITCH_A受控于第一控制信号OR_A_OUT。

而第一控制信号OR_A_OUT在第二灯具LED_B故障和/或第二供电电源POWER_B断开时持续输出高电平、否则与灯控器输出的用于驱动第一控制开关SWITCH_A的第一PWM信号PWM_A同步。本申请的具体做法是：第一PWM信号PWM_A连接第一或门OR_A的第一个输入端，第二使能信号LIGHT_B_EN通过第一非门NOR_B1连接第一或门OR_A的第二个输入端，第二供电电源POWER_B通过第二非门NOR_B2连接第一或门OR_A的第三个输入端，第一或门OR_A的输出端连接第一与门AND_A提供第一控制信号OR_A_OUT。实际第二供电电源POWER_B并不直接连接第二非门NOR_B2，而是通过二极管D3和电平转换电路Level_Shift_B连接到第二非门NOR_B2。

第二供电电源POWER_B通过第二非门NOR_B2还连接至灯控器并提供第二通断检测信息POWER_B_DISCONNECT_DETECT，第二供电电源POWER_B正常接通时输出高电平、故障时输出低电平，因此第二通断检测信息POWER_B_DISCONNECT_DETECT在第二供电电源POWER_B正常接通时输出低电平、在第二供电电源POWER_B断开时输出高电平，灯控器在检测到第二通断检测信息POWER_B_DISCONNECT_DETECT为高电平时确定第二供电电源POWER_B断开。

(2)对于第二供电电源POWER_B至灯控器的供电通路：

灯控器输出第二使能信号LIGHT_B_EN至第二与门AND_B的一个输入端，第二与门AND_B的另一个输入端连接第二控制信号OR_B_OUT，第二与门AND_B的输出端连接并控制第二控制开关SWITCH_B。(a)当第二灯具LED_B故障时、第二使能信号LIGHT_B_EN为低电平，此时第二与门AND_B持续输出低电平至第二控制开关SWITCH_B控制第二控制开关SWITCH_B断开。(b)当第二灯具LED_B正常工作时、第二使能信号LIGHT_B_EN为高电平，第二控制开关SWITCH_B受控于第二控制信号OR_B_OUT。

而第二控制信号OR_B_OUT在第一灯具LED_A故障和/或第一供电电源POWER_A断开时持续输出高电平、否则与灯控器输出的用于驱动第二控制开关的第二PWM信号PWM_B同步。本申请的具体做法是：第二PWM信号PWM_B连接第二或门OR_B的第一个输入端，第一使能信号LIGHT_A_EN通过第三非门NOR_A1连接第二或门OR_B的第二个输入端，第一供电电源POWER_A通过第四非门NOR_A2连接第二或门OR_B的第三个输入端，第二或门OR_B的输出端连接第二与门AND_B提供第二控制信号OR_B_OUT。实际第一供电电源POWER_A并不直接连接第四非门NOR_A2，而是通过二极管D4和电平转换电路Level_Shift_A连接到第四非门NOR_A2。

第一供电电源POWER_A通过第四非门NOR_A2还连接至灯控器并提供第一通断检测信息POWER_A_DISCONNECT_DETECT，第一供电电源POWER_A正常接通时输出高电平、断开时输出低电平，因此第一通断检测信息POWER_A_DISCONNECT_DETECT在第一供电电源POWER_A正常接通时输出低电平、在第一供电电源POWER_A断开时输出高电平，灯控器在检测到第一通断检测信息POWER_A_DISCONNECT_DETECT为高电平时确定第一供电电源POWER_A发生断开。

基于本申请公开的结构，该系统实现的供电过程如下：

1、POWER_A和POWER_B均正常接通，且LED_A和LED_B均正常工作时，此时灯控器输出的LIGHT_A_EN和LIGHT_B_EN均为高电平，POWER_A_DISCONNECT_DETECT和POWER_B_DISCONNECT_DETECT均为低电平。此时OR_A_OUT与PWM_A同步，而由于LIGHT_A_EN也是高电平，因此SWITCH_A的状态取决于PWM_A。OR_B_OUT与PWM_B同步，而由于LIGHT_B_EN也是高电平，因此SWITCH_B的状态取决于PWM_B。

而PWM_A和PWM_B是一对反向信号进行错位驱动，当PWM_A为高时、PWM_B为低，此时POWER_A给灯控器供电。当PWM_A为低时、PWM_A为高，此时POWER_B给灯控器供电，从而实现两路供电电源分时控制。

而进一步的在本申请中，PWM_A和PWM_B并不严格的信号相反，而是存在预定时长△t的切换间隔，请参考图2所示的时序图，当一路PWM信号由低电平切换至高电平时，另一路PWM信号在该预定时长△t的切换间隔内也保持高电平，并在预定时长的切换间隔后切换至低电平。该预定时长△t可以通过调节两路PWM信号的占空比调整，这一做法可以有效避免PWM信号高低电平切换时出现的供电抖动。

另外，灯控器通过调节第一PWM信号PWM_A和第二PWM信号PWM_B的占空比可以调节第一供电电源POWER_A和第二供电电源POWER_B的平均电流，不仅可以调节两路供电电流的比例，还可以避免由于供电电压的差异而导致的不同供电端的电流不同的问题。

2、A路供电回路异常(POWER_A断开和/或LED_A故障)、B路供电回路正常工作(POWER_B接通且LED_B无故障)时，主要有两种情况：

(1)LED_A故障。

灯控器检测到LED_A故障，则控制输出低电平的LIGHT_A_EN，此时无论OR_A_OUT输出高电平还是低电平，AND_A的输出始终为低电平从而控制SWITCH_A始终断开，此时POWER_A至灯控器的供电通路会被切断，主机可以根据电流判断LED_A故障。

(2)POWER_A断开，比如POWER_A断电或被移除。

由于POWER_A断开，因此POWER_A至灯控器的供电通路也相应断开，而且POWER_A_DISCONNECT_DETECT为高电平，灯控器由此可以确认POWER_A断开。

同时POWER_A_DISCONNECT_DETECT经过NOR_A1后变为高电平输入OR_B，使得OR_B输出的OR_B_OUT保持高电平。因此若B路供电回路正常工作、也即LIGHT_B_EN高电平时，SWITCH_B持续导通，使得POWER_B持续供电，也即B路供电回路会被自动完全打开。

3、B路供电回路异常(POWER_B断开和/或LED_B故障)、A路供电回路正常工作(POWER_A断开和/或LED_A故障)时，主要有两种情况：

(1)LED_B故障。

灯控器检测到LED_B故障，则控制输出低电平的LIGHT_B_EN，此时无论OR_B_OUT输出高电平还是低电平，AND_B的输出始终为低电平从而控制SWITCH_B始终断开，此时POWER_B至灯控器的供电通路会被切断，主机可以根据电流判断LED_B故障。

(2)POWER_B断开，比如POWER_B断电或被移除。

由于POWER_B断开，因此POWER_B至灯控器的供电通路也相应断开，且POWER_B_DISCONNECT_DETECT为高电平，灯控器由此可以确认POWER_B断开。

同时POWER_B_DISCONNECT_DETECT经过NOR_1后变为高电平输入OR_A，使得OR_A输出的OR_A_OUT保持高电平。因此若A路供电回路正常工作、也即LIGHT_A_EN高电平时，SWITCH_A持续导通，使得POWER_A持续供电，也即A路供电回路会被自动完全打开。

4、A路供电回路异常(POWER_A断开和/或LED_A故障)和B路供电回路异常(POWER_B断开和/或LED_B故障)时，与上述情况类似，POWER_A和POWER_B至灯控器的供电通路均断开，本申请不再赘述。

需要说明的是，受限于实际的灯控器的功率，其通常仅能连接并控制两路供电回路，因此本申请仅以包括两路供电回路进行说明，但实际有更多路供电回路时其电路结构与工作原理都是类似的。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有电流分配和故障诊断功能的汽车灯具控制系统，其特征在于，所述汽车灯具控制系统包括：

主机输出的第一供电电源通过第一控制开关连接供电输出端，所述主机输出的第二供电电源通过第二控制开关连接所述供电输出端，所述供电输出端连接灯控器进行供电，所述灯控器连接并控制第一灯具和第二灯具的通断，所述灯控器连接并控制所述第一控制开关和所述第二控制开关；

当所述第一供电电源和所述第二供电电源均接通且所述第一灯具和第二灯具均正常工作时，所述灯控器输出两路PWM信号驱动所述第一控制开关和所述第二控制开关交替闭合给所述灯控器供电；

当所述第一供电电源断开和/或所述灯控器检测到所述第一灯具故障，同时所述第二供电电源接通且所述第二灯具正常工作时，所述第二控制开关保持闭合、所述第二供电电源持续给所述灯控器供电；

当所述第二供电电源断开和/或所述灯控器检测到所述第二灯具故障时，同时所述第一供电电源接通且所述第一灯具正常工作时，所述第一控制开关保持闭合、所述第一供电电源持续给所述灯控器供电。

2.根据权利要求1所述的汽车灯具控制系统，其特征在于，

当所述第一供电电源和所述第二供电电源均接通，且所述第一灯具和所述第二灯具均正常工作时，所述第一控制开关受控于所述灯控器输出的第一PWM信号，所述第二控制开关受控于所述灯控器输出的第二PWM信号，所述灯控器调节所述第一PWM信号和所述第二PWM信号的占空比以调节所述第一供电电源和所述第二供电电源的平均电流。

3.根据权利要求2所述的汽车灯具控制系统，其特征在于，

所述第一PWM信号和第二PWM信号错位驱动且存在预定时长的切换间隔，当一路PWM信号由低电平切换至高电平时，另一路PWM信号在所述切换间隔内也保持高电平，并在所述预定时长的切换间隔后切换至低电平。

4.根据权利要求1所述的汽车灯具控制系统，其特征在于，

所述灯控器输出第一使能信号至第一与门的一个输入端，所述第一与门的另一个输入端连接第一控制信号，所述第一与门的输出端连接并控制所述第一控制开关；当所述第一灯具故障时、所述第一使能信号为低电平，所述第一与门持续输出低电平至所述第一控制开关控制所述第一控制开关断开；当所述第一灯具正常工作时、所述第一使能信号为高电平，所述第一控制开关受控于所述第一控制信号；所述第一控制信号在所述第二灯具故障和/或所述第二供电电源断开时持续输出高电平、否则与所述灯控器输出的用于驱动所述第一控制开关的第一PWM信号同步；

所述灯控器输出第二使能信号至第二与门的一个输入端，所述第二与门的另一个输入端连接第二控制信号，所述第二与门的输出端连接并控制所述第二控制开关；当所述第二灯具故障时、所述第二使能信号为低电平，所述第二与门持续输出低电平至所述第二控制开关控制所述第二控制开关断开；当所述第二灯具正常工作时、所述第二使能信号为高电平，所述第二控制开关受控于所述第二控制信号；所述第二控制信号在所述第一灯具故障和/或所述第一供电电源断开时持续输出高电平、否则与所述灯控器输出的用于驱动所述第二控制开关的第二PWM信号同步。

5.根据权利要求4所述的汽车灯具控制系统，其特征在于，

所述第一PWM信号连接第一或门的第一个输入端，所述第二使能信号通过第一非门连接所述第一或门的第二个输入端，所述第二供电电源通过第二非门连接所述第一或门的第三个输入端，所述第一或门的输出端连接所述第一与门提供所述第一控制信号；

所述第二PWM信号连接第二或门的第一个输入端，所述第一使能信号通过第三非门连接所述第二或门的第二个输入端，所述第一供电电源通过第四非门连接所述第二或门的第三个输入端，所述第二或门的输出端连接所述第二与门提供所述第二控制信号。

6.根据权利要求5所述的汽车灯具控制系统，其特征在于，

所述第一供电电源通过所述第一非门还连接至所述灯控器并提供第一通断检测信息，所述第一通断检测信息在所述第一供电电源接通时输出低电平、在所述第一供电电源断开时输出高电平；

所述第二供电电源通过所述第二非门还连接至所述灯控器并提供第二通断检测信息，所述第二通断检测信息在所述第二供电电源接通时输出低电平、在所述第二供电电源断开时输出高电平。

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