CN219678727U - 一种利用分立器件拓扑切换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种利用分立器件拓扑切换电路，包括电感L1、二极管D2、电阻R1、近光LED组和远光LED组、设定输出过欠压保护值电路、充放电电容器电路、过功率检测控制电路、限流检测电路、远光旁路控制电路、拓扑切换电路和滤波保护电路，电源正极VBAT依次接电感L1、二极管D2、电阻R1、近光LED组、远光LED组和所述拓扑切换电路后接GND0。拓扑切换电路包括开关管Q4和二极管D1，开关管Q4的漏极分别接二极管D1、开关管Q2的源极和远光LED组，栅极接远光旁路控制电路，源极接GND0，二极管D1的正极分别接开关管Q4的漏极和开关管Q2的源极，负极接GND0。

Description

一种利用分立器件拓扑切换电路

技术领域

本实用新型涉及一种控制电路，特别涉及一种利用分立器件用于远近光灯光控制的拓扑切换电路。

背景技术

过去的汽车照明灯有着白炽灯、卤素灯、氙灯等。但随着LED在车灯领域的不断扩展，现在汽车照明灯的每个位置都有着LED的身影。LED的逐渐兴起与它自身优良的特性息息相关。例如，与过去汽车照明灯的白炽灯相比，LED有着寿命长、节能、光线质量高、LED结构简单且抗震性能好、响应速度快、适用电压较小、体积小可以随意变换灯具形状等等非常显著的优点。

由于夜间光线差，照明不良导致车辆事故比白天高，为减少事故发生，车灯作为夜间行驶最主要的辅助装置，为能提供够亮、够远的夜间的光线，及更好的弥补夜间的光线和视野开阔度的不足，需要增加LED颗粒数量；由于原来远近光灯颗粒数少，照度低，其驱动控制电路采用Buck-boost(升降压)可以满足其需求(其输出电压Vout=Vbat+VLED，输出功率Pout=Vout*Iout,输入功率Pin=Vin*Iin,效率η=Pout/Pin），其优点电路简单成本低，但是其缺点为效率低；为了减少事故发生，提高夜间照明及视野开阔度，需要LED颗粒数增加（电压需要增加），其对驱动控制电路的功率需求更大，对零件选型要求更严格，成本更高，为控制整体方案的成本，需要对驱动控制电路进行优化；

在原来Buck-Boost拓扑模式下远光工作时输出电压高（Vout=Vbat+Vled，Vled为LED正常点亮时的工作电压）电压高，其对输出电容、MOS、二极管等耐压值要求高，且高耐压值的零件价格相对于低耐压值的高，成本上升。

发明内容

针对远光工作时电压高对外围零件的耐压值要求高的问题，提出了一种利用分立器件拓扑切换电路，进行纯升压模式（Boost拓扑）其输出电压相对降低（Vout=Vled），故其对零件耐压值的要求降低，且成本降低。

本实用新型的技术方案为：

一种利用分立器件拓扑切换电路，包括电感L1、二极管D2、电阻R1、近光LED组和远光LED组、设定输出过欠压保护值电路、充放电电容器电路、过功率检测控制电路、限流检测电路、远光旁路控制电路、拓扑切换电路和滤波保护电路，电源正极VBAT依次接电感L1、二极管D2、电阻R1、近光LED组、远光LED组和所述拓扑切换电路后接GND0；

在所述二极管D2和电阻R1的串联连接点依次接入所述充放电电容器电路和设定输出过欠压保护值电路；

在所述电感L1和二极管D2的串联连接点接入所述过功率检测控制电路；

在所述电阻R1两端接入所述限流检测电路；

在所述近光LED组和远光LED组的串联连接点接入所述远光旁路控制电路；

所述远光旁路控制电路的输出接所述拓扑切换电路；

在所述近光LED组的两端并接所述滤波保护电路；

所述远光旁路控制电路包括开关管Q2，所述开关管Q2的漏极接所述近光LED组和远光LED组的串联连接点，栅极接所述远光旁路控制电路，源极接所述远光LED组和GND0的串联连接点；所述远光旁路控制电路控制所述开关管Q2的通断，所述开关管Q2的通断控制所述远光LED组；

所述拓扑切换电路包括开关管Q4和二极管D1，所述开关管Q4的漏极分别接所述二极管D1、开关管Q2的源极和远光LED组，栅极接所述远光旁路控制电路，源极接GND0；所述二极管D1的正极分别接所述开关管Q4的漏极和开关管Q2的源极，负极接GND0。

其中，所述远光旁路控制电路还包括远光开启信号，由车身控制器控制所述远光开启信号的输出。

其中，所述拓扑切换电路还包括电容器C12，所述电容器C12接入所述开关管Q4的栅极和源极两端。

其中，所述充放电电容器电路包括三个并联的电容器C6、C7和C8，所述电感L1通过所述二极管D2给所述充放电电容器电路充电并通过电阻R1给负载供电。

其中，还包括芯片U1，在电源正极VBAT和所述电感L1的串联连接点接入芯片U1的输入端VIN；设定输出过欠压保护值电路包括串联的电阻R2、R4，以及接入电阻R2、R4的串联连接点的芯片U1的过欠压保护引脚，芯片U1的过欠压保护引脚通过检测电阻R2、R4电阻分压器的设置值，设定其输出过压、欠压保护值。

其中，限流检测电路包括电阻R1、芯片U1的电流采样引脚和低电平有效引脚，所述芯片U1的电流采样引脚接入所述二极管D2和电阻R1的串联连接点，低电平有效引脚接入所述电阻R1和近光LED组的串联连接点，电流采样引脚、低电平有效引脚内部比较器通过检测R1两端电压值，设置恒流值并使其达到LED预定的流明值。

其中，过功率检测控制电路包括开关管Q1、电阻R5、芯片U1的门控制输入信号引脚和过功率值检测引脚，所述开关管Q1的漏极接入电感L1和二极管D2的串联连接点，栅极接芯片U1的门控制输入信号引脚，源极接电阻R5；所述芯片U1的过功率值检测引脚分别接Q1的源极和电阻R5，过功率值检测引脚通过检测R5的电压值，设置过功率值，过欠压保护引脚电压与过功率值检测引脚电压值进行控制Q1导通或截止。

其中，滤波保护电路包括电容器C1、C2和C3。

其中，U1的过欠压保护引脚、过功率值检测引脚、电流采样引脚、低电平有效引脚和门控制输入信号引脚依次对应图1中的OVP引脚、CS引脚、CSP引脚、CSN引脚和Gate引脚。

本实用新型的有益效果在于：

通过改变远光工作时的拓扑电路来解决远光工作时电压高对外围零件的耐压值要求高的问题，即升压模式（Boost拓扑），其输出电压相对降低（Vout=Vled），故其对零件耐压值的要求降低，成本降低。

附图说明

图1为本实用新型利用分立器件拓扑切换电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

一种利用分立器件拓扑切换电路，包括电感L1、二极管D2、电阻R1、近光LED组和远光LED组、设定输出过欠压保护值电路、充放电电容器电路、过功率检测控制电路、限流检测电路、远光旁路控制电路、拓扑切换电路和滤波保护电路，电源正极VBAT依次接电感L1、二极管D2、电阻R1、近光LED组、远光LED组和拓扑切换电路后接GND0；

在二极管D2和电阻R1的串联连接点依次接入充放电电容器电路和设定输出过欠压保护值电路；

在电感L1和二极管D2的串联连接点接入过功率检测控制电路；

在电阻R1两端接入限流检测电路；

在近光LED组和远光LED组的串联连接点接入远光旁路控制电路；

远光旁路控制电路的输出接拓扑切换电路；

在近光LED组的两端并接滤波保护电路；

远光旁路控制电路包括开关管Q2，开关管Q2的漏极接近光LED组和远光LED组的串联连接点，栅极接远光旁路控制电路，源极接远光LED组和GND0的串联连接点；远光旁路控制电路控制开关管Q2的通断，开关管Q2的通断控制远光LED组；

拓扑切换电路包括开关管Q4和二极管D1，开关管Q4的漏极分别接二极管D1、开关管Q2的源极和远光LED组，栅极接远光旁路控制电路，源极接GND0；二极管D1的正极分别接开关管Q4的漏极和开关管Q2的源极，负极接GND0。

远光旁路控制电路还包括远光开启信号，由车身控制器控制远光开启信号的输出。

拓扑切换电路还包括电容器C12，电容器C12接入开关管Q4的栅极和源极两端。

充放电电容器电路包括三个并联的电容器C6、C7和C8，电感L1通过二极管D2给充放电电容器电路充电并通过电阻R1给负载供电。

还包括芯片U1，在电源正极VBAT和电感L1的串联连接点接入芯片U1的输入端VIN；设定输出过欠压保护值电路包括串联的电阻R2、R4，以及接入电阻R2、R4的串联连接点的芯片U1的过欠压保护引脚，芯片U1的过欠压保护引脚通过检测电阻R2、R4电阻分压器的设置值，设定其输出过压、欠压保护值。

限流检测电路包括电阻R1、芯片U1的电流采样引脚和低电平有效引脚，芯片U1的电流采样引脚接入二极管D2和电阻R1的串联连接点，低电平有效引脚接入电阻R1和近光LED组的串联连接点，电流采样引脚、低电平有效引脚内部比较器通过检测R1两端电压值，设置恒流值并使其达到LED预定的流明值。

过功率检测控制电路包括开关管Q1、电阻R5、芯片U1的门控制输入信号引脚和过功率值检测引脚，开关管Q1的漏极接入电感L1和二极管D2的串联连接点，栅极接芯片U1的门控制输入信号引脚，源极接电阻R5；芯片U1的过功率值检测引脚分别接Q1的源极和电阻R5，过功率值检测引脚通过检测R5的电压值，设置过功率值，过欠压保护引脚电压与过功率值检测引脚电压值进行控制Q1导通或截止。

滤波保护电路包括电容器C1、C2和C3。

其中，U1的过欠压保护引脚、过功率值检测引脚、电流采样引脚、低电平有效引脚和门控制输入信号引脚依次对应图1中的OVP引脚、CS引脚、CSP引脚、CSN引脚和Gate引脚。

一、工作原理：

1、U1的OVP引脚通过检测R2、R4电阻分压器的设置值，设定其输出过压、欠压保护值，U1的CS引脚通过检测R5的电压值，设置过功率值，U1的CSP、CSN引脚内部比较器通过检测R1两端电压值，设置恒流值并使其达到LED预定的流明值（lm）。

2、U1正常工作时，通过U1的CSP引脚及CSN引脚采集R1两端的电压、OVP引脚电压与CS引脚电压值进行控制Q1导通或截止；

3、当R1两端电压未达到设定值时，Q1导通、L1储能，D2截止，进行升压，Q1截止，L1通过D2给C6、C7、C8充电并通过R1给负载(LED)供电,点亮LED;同时U1检测R1两端电压值是否达到预定设定值，如果没有达到预定值，继续周期性的上述步骤，进行升压，直到R1两端的电压值达到预定设置值。

二、近光工作原理—Buck-Boost拓扑恒流模式：

1、电流走向：VBATàL1àD2àR1àLED1~LED6àQ2àD1àVBAT

2、C11、C12滤波作用，可以改变Q3、Q4开启的速度；Z2为稳压作用防止Q3、Q4 栅极电压过大而损坏；R6与R8串联组成分压器为Q3、Q4的GATE脚提供电压。

3、C10滤波作用可以改变Q2开启的速度，Z1为稳压作用防止Q2 栅极电压过大而损坏，R3与R7串联组成分压器为Q2的栅极提供电压；开机瞬间时通过C9控制Q2导通。

4、因为远光开启信号为高电平有效，所以当远光开启信号为低电平或者无信号时，有R6、R8串联组成的分压器的分压值必定为低电平，即Q3、Q4的栅极电压为低电平（只有栅极电压达到其开启电压时才能导通），因Q3、Q4的栅极电压为低电平即未达到开启电压值，所以Q3、Q4截止；因为输出电压经过R3、R7串联组成的分压器分压值为高电平，即Q2的栅极电压为高电平（栅极电压达到其开启电压值），所以Q2导通并旁路LED7~LED10，故仅仅LED1~LED6正常导通点亮。

三、远光工作原理—BOOST拓扑恒流模式：

1、电流走向：VBATàL1àD2àR1àLED1~LED10àQ4àGND0

2、C11、C12滤波作用，可以改变Q3、Q4开启的速度；Z2为稳压作用防止Q3、Q4 栅极电压过大而损坏；R6与R8串联组成的分压器为Q3、Q4的栅极提供电压。

3、C10滤波作用可以改变Q2开启的速度，Z1为稳压作用防止Q2 栅极电压过大而损坏，R3与R7串联组成的分压器为Q2的栅极提供电压；开机瞬间时通过C9控制Q2导通。

4、因为远光开启信号为高电平有效，当远光开启信号为高电平时，有R6、R8串联组成的分压器的分压值必定为高电平，即Q3、Q4的栅极电压为高电平，因Q3、Q4的栅极电压为高电平，所以Q3、Q4导通；因为有R3、R7串联组成的分压器分压值被Q3导通拉到地，即Q2的栅极电压为低电平，所以Q2截止，因此无法旁路LED6~LED10,又因为Q4导通，所以连接到地，D1截止（利用二极管的导向导通性：正极电压大于负极电压才能导通），所以LED1~LED10可以有正常电流流过被点亮；

四、拓扑切换的原理：

1、通过控制D1、Q4的导通或截止实现；

2、当Q4截止时，D1正极电压大于负极电压，D1导通(利用二极管的单向导通特性)，此时电路拓扑为Buck-Boost；

3、当Q4导通时，D1正极电压小于负极电压，D1截止(利用二极管的单向导通特性)，此时电路拓扑为Boost。

以上实施例仅表达了本实用新型的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种利用分立器件拓扑切换电路，其特征在于，包括电感L1、二极管D2、电阻R1、近光LED组和远光LED组、设定输出过欠压保护值电路、充放电电容器电路、过功率检测控制电路、限流检测电路、远光旁路控制电路、拓扑切换电路和滤波保护电路，电源正极VBAT依次接电感L1、二极管D2、电阻R1、近光LED组、远光LED组和所述拓扑切换电路后接GND0；

在所述二极管D2和电阻R1的串联连接点依次接入所述充放电电容器电路和设定输出过欠压保护值电路；

在所述电感L1和二极管D2的串联连接点接入所述过功率检测控制电路；

在所述电阻R1两端接入所述限流检测电路；

在所述近光LED组和远光LED组的串联连接点接入所述远光旁路控制电路；

所述远光旁路控制电路的输出接所述拓扑切换电路；

在所述近光LED组的两端并接所述滤波保护电路；

所述远光旁路控制电路包括开关管Q2，所述开关管Q2的漏极接所述近光LED组和远光LED组的串联连接点，栅极接所述远光旁路控制电路，源极接所述远光LED组和GND0的串联连接点；所述远光旁路控制电路控制所述开关管Q2的通断，所述开关管Q2的通断控制所述远光LED组；

所述拓扑切换电路包括开关管Q4和二极管D1，所述开关管Q4的漏极分别接所述二极管D1、开关管Q2的源极和远光LED组，栅极接所述远光旁路控制电路，源极接GND0；所述二极管D1的正极分别接所述开关管Q4的漏极和开关管Q2的源极，负极接GND0。

2.根据权利要求1所述的利用分立器件拓扑切换电路，其特征在于，所述远光旁路控制电路还包括远光开启信号，由车身控制器控制所述远光开启信号的输出。

3.根据权利要求2所述的利用分立器件拓扑切换电路，其特征在于，所述拓扑切换电路还包括电容器C12，所述电容器C12接入所述开关管Q4的栅极和源极两端。

4.根据权利要求3所述的利用分立器件拓扑切换电路，其特征在于，所述充放电电容器电路包括三个并联的电容器C6、C7和C8，所述电感L1通过所述二极管D2给所述充放电电容器电路充电并通过电阻R1给负载供电。

5.根据权利要求4所述的利用分立器件拓扑切换电路，其特征在于，还包括芯片U1，在电源正极VBAT和所述电感L1的串联连接点接入所述芯片U1的输入端VIN；设定输出过欠压保护值电路包括串联的电阻R2、R4，以及接入所述电阻R2、R4的串联连接点的所述芯片U1的过欠压保护引脚，所述芯片U1的过欠压保护引脚通过检测所述电阻R2、R4电阻分压器的设置值，设定其输出过压、欠压保护值。

6.根据权利要求5所述的利用分立器件拓扑切换电路，其特征在于，限流检测电路包括电阻R1、芯片U1的电流采样引脚和低电平有效引脚，所述芯片U1的电流采样引脚接入所述二极管D2和电阻R1的串联连接点，低电平有效引脚接入电阻R1和近光LED组的串联连接点，电流采样引脚、低电平有效引脚内部比较器通过检测R1两端电压值，设置恒流值并使其达到LED预定的流明值。

7.根据权利要求6所述的利用分立器件拓扑切换电路，其特征在于，过功率检测控制电路包括开关管Q1、电阻R5、芯片U1的门控制输入信号引脚和过功率值检测引脚，所述开关管Q1的漏极接入电感L1和二极管D2的串联连接点，栅极接芯片U1的门控制输入信号引脚，源极接电阻R5；所述芯片U1的过功率值检测引脚分别接Q1的源极和电阻R5，过功率值检测引脚通过检测R5的电压值，设置过功率值，过欠压保护引脚电压与过功率值检测引脚电压值进行控制Q1导通或截止。

8.根据权利要求7所述的利用分立器件拓扑切换电路，其特征在于，滤波保护电路包括电容器C1、C2和C3。