CN114513881A - 一种面向光学助降的光源驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向光学助降的光源驱动电路,包括MCU主控电路、配置和存储电路、环境信息采集电路、电压调理电路、光源驱动及开路故障检测电路、CAN总线通信接口电路、防浪涌防反接电路和电源电路,所述环境信息采集电路的信号输出端连接MCU主控电路。本发明完成二次转换电压测量、温度、湿度和气压等环境信息测量、主供电电源输入防浪涌防反接、数据信息存储、光源恒流驱动、开路故障检测、CAN总线通信接口等多种功能。通过开路故障检测电路对光学助降设备灯箱中的灯串进行开路故障检测,结合LED阵列在电气和物理布局的优化,提高了系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及驱动技术领域,具体是一种面向光学助降的光源驱动电路。
背景技术
在舰载光电光学助降设备灯箱内灯串恒流驱动电路的方案设计中,一旦灯串中出现开路故障,会导致整个灯串不能正常工作,对灯箱的总照度和视觉效果造成影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种面向光学助降的光源驱动电路,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种面向光学助降的光源驱动电路,包括MCU主控电路、配置和存储电路、环境信息采集电路、电压调理电路、光源驱动及开路故障检测电路、CAN总线通信接口电路、防浪涌防反接电路和电源电路,所述环境信息采集电路的信号输出端连接MCU主控电路,MCU主控电路上还连接有配置与存储电路、CAN总线通信接口电路、光源驱动及开路故障检测电路,防浪涌防反接电路一端连接电源电路,另一端连接电压调理电路,电压调理电路还采集单板二次转换电压,电压调理电路的输出端连接MCU主控电路。
作为本发明的进一步技术方案:所述MCU主控电路采用封装为LQFP64的GD32F405RGT6,168M主频,52个IO口,1M FLASH,192K SRAM,16个定时器,6个串口,两个CAN口,3个I2C口,3个SPI接口,16个12位ADC通道。
作为本发明的进一步技术方案:所述配置和存储电路包括用于组成MCU最小系统的电源、时钟、复位和调试接口以及用于存储数据信息的Flash存储器。
作为本发明的进一步技术方案:所述环境信息采集电路包括温、湿度传感器和气压、温度传感器。
作为本发明的进一步技术方案:所述温、湿度传感器型号为AHT10,温、湿度传感器通过I2C接口与MCU通讯,将温、湿度信息送到MCU。
作为本发明的进一步技术方案:所述气压、温度传感器的型号为HP203N,气压、温度传感器通过I2C接口与MCU通讯,将气压、温度信息送到MCU。
作为本发明的进一步技术方案:所述光源驱动及开路故障检测电路包括电阻R33、电阻R34、芯片N1和三极管V2,电阻R33的一端连接串列1的24V_PWM_1驱动采样电压信号PWM_IN1,电阻R33的另一端连接电阻R34、电容C27、电容C10和芯片N1的端口2,电容C26的另一端连接电阻R27的另一端、电阻R34的另一端和接地端,电容C10的另一端连接电阻R19、电容C15、芯片N1的端口1和接地端,芯片N1的端口3连接电容C15的另一端、电阻R19的另一端和电阻R21,电阻R21的另一端连接三极管V2的基极,三极管V2的集电极连接电阻R17、电容C13和LED灯串,三极管V2的发射极连接电容C13的另一端和接地端,芯片N1的型号为CW117G。
作为本发明的进一步技术方案:所述电源电路包括隔离电源部分和模块电源部分。
作为本发明的进一步技术方案:所述隔离电源部分采用隔离DC/DC模块电源B2412XT-2WR2将24V转换为12V。
作为本发明的进一步技术方案:所述模块电源部分采用电源模块SM4644MPY将12V转换为5V和3.3V,分别用于隔离CAN总线接口芯片和MCU供电。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明完成二次转换电压测量、温度、湿度和气压等环境信息测量、主供电电源输入防浪涌防反接、数据信息存储、光源恒流驱动、开路故障检测、CAN总线通信接口等多种功能。通过开路故障检测电路对光学助降设备灯箱中的灯串进行开路故障检测,结合LED阵列在电气和物理布局的优化,提高了系统的可靠性。
附图说明
图1为电路组成框图;
图2为MCU主控电路图;
图3为数据存储电路图;
图4为温、湿度传感器图。
图5为气压、温度传感器图。
图6为电压调理电路图。
图7为光源驱动及开路故障检测电路图。
图8为CAN总线通信接口电路图。
图9为防浪涌防反接电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1:请参阅图1所示,一种面向光学助降的光源驱动电路,包括MCU主控电路、配置和存储电路、环境信息采集电路、电压调理电路、光源驱动及开路故障检测电路、CAN总线通信接口电路、防浪涌防反接电路和电源电路。
其中,如图2所示,MCU主控电路是面向光学助降的光源驱动电路的核心组成部分。MCU负责完成该电路电压状态的监测、LED状态显示、温湿度、大气压力的监测、开路故障检测信息收集处理和CAN总线通信接口等功能。MCU主控芯片选择某公司封装为LQFP64的GD32F405RGT6,168M主频,52个IO口,1M FLASH,192K SRAM;16个定时器,6个串口,两个CAN口,3个I2C口,3个SPI接口,16个12位ADC通道。
如图3所示,配置和存储电路为MCU主控电路的具体配置和数据存储电路。其中MCU最小系统包括电源、时钟、复位和调试接口。高速时钟选择某公司的有源晶振ZA30-CC3-25M00000,频率准确度±30ppm,用于实时时钟的低速时钟选择某公司的有源晶振ZA30-CC3-32.768KHz,频率准确度±30ppm。用于存储数据信息的Flash选择某公司的JFM25F128A-E8 128Mbit串行Flash存储器。为数据存储电路的实现。
环境信息采集电路包括温、湿度传感器电路部分和气压、温度传感器电路部分。温、湿度传感器电路部分的电路结构原理图如图4所示,实现对该电路所处环境的温度、湿度信息的采集功能。该电路工作温度范围为-40℃~+75℃。温、湿度传感器选择某公司的AHT10。通过改进的MEMS半导体电容式湿度传感元件测量单板所处环境湿度信息,通过片上温度传感元件测量单板所处环境温度信息。通过I2C接口与MCU通讯,将温、湿度信息送到MCU,相对湿度分辨率典型值0.024%RH,精度误差典型值±2%;温度测量的分辨率典型值0.01℃,精度误差典型值±0.3℃。
气压、温度传感器电路部分实现对该电路所处环境的气压、温度信息的采集功能。气压、温度传感器选择某公司的HP203N。HP203N是高分辨率压力传感器,带有I2C接口,其电路结构原理图如图5所示,包括一个硅压阻压力元件和一个高分辨率24位ΔΣADC。HP203N提供高精度24位压力和温度数字输出,压力测量范围为300~1200mbar,其中1mbar=100Pa。压力分辨率0.01mbar,高度分辨率0.1m。绝对压力精度300至1200mbar从0℃至50℃最小值为-2.5mbar,最大值为2.5mbar;300至1200mbar从-20℃至70℃最小值为-5.0mbar,最大值为+5.0mbar。相对压力精度300至1200mbar在25℃标准值为±1.5mbar;700至1100mbar从0℃至50℃标准值为±3mbar。温度分辨率为0.01℃,绝对温度精度在25℃标准值为±0.5℃,从-10℃到+70℃标准值为±1℃,从-40℃到﹢85℃标准值为±1.5℃。
电压调理电路结构原理图如图6所示,电压调理电路实现对该电路各二次转换电压的采集功能。测量的电压范围为0~15V。电压调理电路通过电阻分压实现。当直流电源输入为最大的15V时,采用电阻分压方式降压调整为3V左右,调理后送给MCU的ADC接口。分辨率为15/3*3.3/2^12V=4mV。
光源驱动及开路故障检测电路结构原理图如图7所示,其主要实现光源的恒流驱动和开路故障检测功能。光源驱动采用恒流工作方式,核心电路利用CW117G构造恒流源电路。CW117G为1.5A三端可调正输出电压调整器,允许最大输入电压41.25V,最小输入输出压差为3V。当Vin-Vout>2V,Vout-Vadj=1.25V时,CW117G进入恒流工作模式,电路电流不随输入电压和LED灯串电压变化。PWM驱动输入端设置了保险丝和防反接二极管,保证在电路故障时,不影响其他各路工作,正常工作时,在24V_PWM的高电平时段,CW117G工作于恒流模式,LED灯串点亮;在24V_PWM的低电平时段,CW117G不工作,LED灯串熄灭;LED串的亮度受PWM占空比控制,而PWM占空比由上位机根据需要程序控制。24V_PWM电源电压可手动调节,最高可调至27V,以补偿现场线路电压损失,满足CW117G恒流电路工作条件。保险丝型号为12F2000,防反接二极管采用正向压降较小的肖特基二极管,型号为J SR735。C10和C15可提高CW117G工作稳定性。
开路故障检测电路通过对输入PWM电压采样信号和LED灯串电流信号的电平状态进行采集,输入到MCU的IO口,当两种信号电平满足异或逻辑时即为正常,否则可视为LED串开路或检测电路故障。为防止误报,采用软件滤波或计数判断。R33和R34既作输入PWM电压分压采样用,也作线路感应电压泄放用,防止LED灯串在无PWM工作信号时,受供电线路感应干扰而导通。串列1的24V_PWM_1驱动采样电压信号PWM_IN1和LED灯串电流信号LED_IN1同时输入MCU的IO口进行电平状态采集。PWM_IN1和LED_IN1满足异或逻辑即为正常,否则可视为LED串开路或检测电路故障。
CAN总线通信接口电路结构原理图如图8所示,其主要实现CAN总线通信功能,将LED串列开路故障信息上传给上位机。隔离CAN总线接口芯片选择某公司的TDH541SCANH,该芯片为贴片封装,尺寸为13.30*10.30*3.40mm,两端隔离电压3000V,波特率最高可达1Mbps,同一网络可支持连接110个节点,集隔离与ESD总线保护功能于一身。为CAN总线通信接口电路的实现。
防浪涌防反接电路结构原理图如图9所示,其实现该电路主供电源输入端防浪涌防反接功能,常用的雷击浪涌防护器件有气体放电管、半导体放电管、压敏电阻、瞬态电压抑制器(TVS)和防雷模块(SPD)等。气体放电管具有极间绝缘电阻大、极间电容小和泄放暂态过电流能力强的优点。当暂态电压过去后,在被保护电路的电源或信号电压作用下,原处于导通状态的放电管不灭弧,仍保持续流状态,延时长,易老化。半导体放电管通态电压低、动作响应快,但通流容量较小、有续流,转折电压较高。压敏电阻通流容量大,响应动作快,无续流,但是极间电容大,易老化。瞬态电压抑制器(TVS)箝位电压低、动作响应快、无续流,但通流容量较小。选择瞬态电压抑制器(TVS)SMAJ26A作为雷击浪涌防护器件,SMAJ26A的峰值脉冲功率400W,最大反向工作电压26V,击穿电压28.9~31.9V,最大钳位电压42.1V,最大峰值脉冲电流9.5A。快断保险丝12F2000额定电流2A,额定电压63V。当发生过流时,保险丝熔断以保护后级电路。肖特基二极管SS14,额定电流1A,在电路中具有防反接保护的作用。防雷保护器件在布局布线时要减小寄生电感。
实施例2,在实施例1的基础上,电源电路包括隔离电源部分和模块电源部分。面向光学助降的光源驱动电路供电电源为直流24V(±10%)。隔离电源部分采用某公司的隔离DC/DC模块电源B2412XT-2WR2将24V转换为12V。该电源模块尺寸为13.20*11.50*7.25(单位:mm),功率2W,隔离电压1500VDC,负载调节率8%,效率82%。模块电源部分采用某公司的电源模块SM4644MPY将12V转换为5V和3.3V,分别用于隔离CAN总线接口芯片和MCU供电。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种面向光学助降的光源驱动电路,包括MCU主控电路、配置和存储电路、环境信息采集电路、电压调理电路、光源驱动及开路故障检测电路、CAN总线通信接口电路、防浪涌防反接电路和电源电路,其特征在于,所述环境信息采集电路的信号输出端连接MCU主控电路,MCU主控电路上还连接有配置与存储电路、CAN总线通信接口电路、光源驱动及开路故障检测电路,防浪涌防反接电路一端连接电源电路,另一端连接电压调理电路,电压调理电路还采集单板二次转换电压,电压调理电路的输出端连接MCU主控电路。
2.根据权利要求1所述的一种面向光学助降的光源驱动电路,其特征在于,所述MCU主控电路采用封装为LQFP64的GD32F405RGT6,168M主频,52个IO口,1M FLASH,192K SRAM,16个定时器,6个串口,两个CAN口,3个I2C口,3个SPI接口,16个12位ADC通道。
3.根据权利要求2所述的一种面向光学助降的光源驱动电路,其特征在于,所述配置和存储电路包括用于组成MCU最小系统的电源、时钟、复位和调试接口以及用于存储数据信息的Flash存储器。
4.根据权利要求1所述的一种面向光学助降的光源驱动电路,其特征在于,所述环境信息采集电路包括温、湿度传感器和气压、温度传感器。
5.根据权利要求4所述的一种面向光学助降的光源驱动电路,其特征在于,所述温、湿度传感器型号为AHT10,温、湿度传感器通过I2C接口与MCU通讯,将温、湿度信息送到MCU。
6.根据权利要求4所述的一种面向光学助降的光源驱动电路,其特征在于,所述气压、温度传感器的型号为HP203N,气压、温度传感器通过I2C接口与MCU通讯,将气压、温度信息送到MCU。
7.根据权利要求1所述的一种面向光学助降的光源驱动电路,其特征在于,所述光源驱动及开路故障检测电路包括电阻R33、电阻R34、芯片N1和三极管V2,电阻R33的一端连接串列1的24V_PWM_1驱动采样电压信号PWM_IN1,电阻R33的另一端连接电阻R34、电容C27、电容C10和芯片N1的端口2,电容C26的另一端连接电阻R27的另一端、电阻R34的另一端和接地端,电容C10的另一端连接电阻R19、电容C15、芯片N1的端口1和接地端,芯片N1的端口3连接电容C15的另一端、电阻R19的另一端和电阻R21,电阻R21的另一端连接三极管V2的基极,三极管V2的集电极连接电阻R17、电容C13和LED灯串,三极管V2的发射极连接电容C13的另一端和接地端,芯片N1的型号为CW117G。
8.根据权利要求1所述的一种面向光学助降的光源驱动电路,其特征在于,所述电源电路包括隔离电源部分和模块电源部分。
9.根据权利要求8所述的一种面向光学助降的光源驱动电路,其特征在于,所述隔离电源部分采用隔离DC/DC模块电源B2412XT-2WR2将24V转换为12V。
10.根据权利要求9所述的一种面向光学助降的光源驱动电路,其特征在于,所述模块电源部分采用电源模块SM4644MPY将12V转换为5V和3.3V,分别用于隔离CAN总线接口芯片和MCU供电。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant |