适用于多LED串的汽车前灯驱动电路的制作方法

本实用新型涉及led驱动电路。

背景技术：

伴随着科学技术的发展，汽车车灯经历了由白炽灯到氙气灯再到led灯的发展。led(即高亮度发光二极管，highbrightnesslightingemmitteddiode)以光转换效率高、低功耗、低热量、启动快、寿命长的巨大优势取代氙气大灯，在汽车照明领域得到广泛的应用，目前矩阵式大灯和像素灯成为汽车前大灯的主流产品。

现有的汽车前灯驱动电路大多采用boost驱动电路，要实现对多串led负载的驱动(如矩阵式大灯)，需要使用多个boost驱动芯片及2倍的mosfet，导致驱动电路的体积较大，成本也较高，同时boost驱动电路自身存在带宽较低、不易稳定、输出电容较大的缺陷，导致驱动电路的性能不高。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种汽车前灯驱动电路，其能够根据led的数量进行灵活配置，实现对单个到多串led、矩阵式大灯或者像素灯的稳定可靠地驱动，且电路易稳定，带宽高，集成度高，控制灵活，成本低。

本实用新型所要解决的又一技术问题在于提供一种汽车前灯驱动电路，其在前灯驱动电路出现输出端电压过低或发生led负载短路的情况下能够提高电路的可靠性。

本实用新型实施例提供了一种适用于多led串的汽车前灯驱动电路，包括mcu、boost驱动电路和至少一个buck驱动电路；boost驱动电路包括双通道boost型控制芯片以及两路boost功率变换电路；双通道boost型控制芯片的第一栅极控制脚和第二栅极控制脚分别与两路boost功率变换电路的控制端连接；两路boost功率变换电路的输入端相互连接，并均用于连接外部电源，两路boost功率变换电路的输出端连接在一起；每一buck驱动电路包括buck控制芯片和buck功率变换电路，buck控制芯片的电压输入脚与两路boost功率变换电路的输出端连接，buck控制芯片的电压输出脚与buck功率变换电路的输入端连接，buck功率变换电路的输出端用于连接led串；mcu分别与双通道boost型控制芯片和buck控制芯片连接，用以控制buck控制芯片的选通，并控制buck控制芯片的输出电流。

上述的适用于多led串的汽车前灯驱动电路，其中，buck功率变换电路的输出端通过电压采样电路与buck控制芯片的电压采样脚连接。

上述的适用于多led串的汽车前灯驱动电路，其中，电压采样电路由电压采样电阻构成，buck控制芯片的电压采样脚的输入阻抗远大于电压采样电阻的阻值；每一buck驱动电路还包括补偿网络，补偿网络连接于电压采样电路与buck控制芯片的电压采样脚的共接点，补偿网络用于在电压采样脚处的电压低于预设的电压阈值时，向buck控制芯片的电压采样脚输入一大于等于所述电压阈值的电压。

本实用新型至少具有以下优点：

1、本实用新型实施例通过将多个buck驱动电路并联，可支持矩阵式大灯、像素大灯等多led串的负载，相比于纯boost驱动电路不需要额外增加mosfet开关管，集成度更高，成本更低，并且可降低系统的emc干扰；

2、mcu通过向buck控制芯片的片选端发送信号，可灵活选择需要通信的buck控制芯片，改变其输出情况，从而支持多种灯光控制及系统配置；buck电路的输出电压范围为2～48v，相比于纯boost电路可支持单个到多个led负载；

3、boost电路相对不易稳定，带宽较低，输出电容对电流纹波影响较大，本实施例通过buck驱动电路直接与led串连接，具有电路易稳定、带宽高、响应快的优点，buck驱动电路的输出存在电感，即使不用电容也可得到较小的输出电流纹波；

4、对于没有输出短路保护功能的buck控制芯片，在buck驱动电路中增加了补偿网络，补偿网络用于在电压采样脚处的电压(也即buck功率变换电路的输出电压，由于buck控制芯片的电压采样脚的输入阻抗远大于电压采样电阻的阻值，因此电压采样脚处的电压近似等于buck功率变换电路的输出电压)低于预设的电压阈值时，向buck控制芯片的电压采样脚输入一大于等于预设电压阈值的电压，从而可以防止buck控制芯片启动时间过长甚至无法启动，提高了系统的可靠性，这在驱动矩阵式大灯时尤为有效。

附图说明

图1示出了根据本实用新型一实施例的适用于led串的汽车前灯驱动电路的电路原理方框图。

图2示出了根据本实用新型一实施例的适用于led串的汽车前灯驱动电路的电路图。

图3示出了根据本实用新型另一实施例的补偿网络的电路示意图。

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。

请参阅图1和图2。根据本实用新型一实施例的一种适用于多led串的汽车前灯驱动电路，包括mcu100、boost驱动电路200和至少一个buck驱动电路300。

boost驱动电路200包括双通道boost型控制芯片21以及两路boost功率变换电路22。双通道boost型控制芯片21的第一栅极控制脚和第二栅极控制脚分别与两路boost功率变换电路22的控制端连接；两路boost功率变换电路22的输入端相互连接，并均用于连接外部电源400，两路boost功率变换电路22的输出端连接在一起。

每一buck驱动电路300包括buck控制芯片31和buck功率变换电路32，buck控制芯片31的电压输入脚与两路boost功率变换电路22的输出端连接，buck控制芯片31的电压输出脚与buck功率变换电路32的输入端连接，buck功率变换电路32的输出端用于连接led串500。buck功率变换电路32的输出端还通过电压采样电路33与buck控制芯片31的电压采样脚连接。

mcu100分别与双通道boost型控制芯片21和buck控制芯片31连接，用以控制buck控制芯片31的选通，并控制buck控制芯片31的输出电流。

在本实施例的一种实施方式中，如图2所示，每一buck驱动电路300包括两路buck功率变换电路32。buck控制芯片31的第一电压输出脚和第二电压输出脚分别与两路buck功率变换电路32的输入端连接，其中一路buck功率变换电路32的输出端通过一电压采样电路33与buck控制芯片31的第一电压采样脚连接，另一路buck功率变换电路32的输出端通过另一电压采样电路33与buck控制芯片31的第二电压采样脚连接。在其它的实施方式中，如图1所示，每一buck驱动电路300也可只包括一路buck功率变换电路32。

两路buck功率变换电路32的结构是相同的，均包括第一储能电感和第一续流二极管。以图2中处于上方的一路buck功率变换电路32举例来说，其包括第一储能电感l3和第一续流二极管d3，第一储能电感l3的一端和第一续流二极管d3的负极均连接于buck控制芯片的第一电压输出脚lbcksw1，第一储能电感l3的另一端作为buck功率变换电路32的输出端与led串500的正极连接，第一续流二极管d3的正极接地。

在本实施例中，两路boost功率变换电路22的结构相同，均包括第二储能电感、nmos开关管、电流采样电阻和第二续流二极管。以图2中处于上方的一路boost功率变换电路22举例来说，第二储能电感l1的一端作为boost功率变换电路22的输入端与作为外部电源400的蓄电池连接，第二储能电感l1的另一端分别与nmos开关管mos1的漏极和第二续流二极管d1的正极连接，第二续流二极管d1的负极作为boost功率变换电路22的输出端与buck控制芯片31的电压输入脚vinbckx、vboost连接，nmos开关管mos1的源极与电流采样电阻r1的一端连接，电流采样电阻r1的另一端接地；nmos开关管mos1的栅极作为boost功率变换电路22的控制端与双通道boost型控制芯片21的第一栅极控制脚gate1连接。双通道boost型控制芯片的第一正电流采样脚isp1和第一负电流采样脚isn1分别连接该路boost功率变换电路的电流采样电阻r1的两端。

双通道boost型控制芯片21的第二正电流采样脚isp2和第二负电流采样脚isn2分别连接于另一路boost功率变换电路的电流采样电阻r2的两端。nmos开关管mos2的栅极作为另一路boost功率变换电路22的控制端与双通道boost型控制芯片21的第二栅极控制脚gate2连接。

进一步地，boost驱动电路200包括输出电压采样电路，输出电压采样电路的输出端与双通道boost型控制芯片21的电压采样脚连接，输出电压采样电路用于对boost驱动电路200的输出电压进行采样。在本实施例中，输出电压采样电路由电阻r15和电阻r16组成，电阻r15的一端与boost驱动电路200的输出端连接，电阻r15的另一端与电阻r16的一端连接，电阻r16的另一端接地。

图2所示出的双通道boost型控制芯片21为德州仪器公司生产的型号为tps92682-q1的boost型控制芯片，双通道boost型控制芯片tps92682-q1的第一栅极控制脚gate1与第二栅极控制脚gate2输出相位相差180°的脉冲信号，分别控制nmos开关管mos1和nmos开关管mos2的开通和关断。第一栅极控制脚gate1输出的驱动信号为高电平时，nmos开关管mos1开通，第二续流二极管d1反偏截止，蓄电池给第二储能电感l1充电，第二储能电感l1储存能量；此时第二栅极控制脚gate2输出的驱动信号为低电平，nmos开关管mos2关断，第二续流二极管d2正向导通，蓄电池与第二储能电感l2一起为后级电路提供能量。第一栅极控制脚gate1输出的驱动信号为低电平时，nmos开关管mos1关断，第二续流二极管d1正向导通，蓄电池与第二储能电感l1一起为后级电路提供能量；此时第二栅极控制脚gate2输出的驱动信号为高电平，nmos开关管mos2开通，第二续流二极管d2反偏截止，蓄电池为第二储能电感l2充电，第二储能电感l2储存能量。boost驱动电路200的输出平均电压为vboost。双通道boost型控制芯片21通过第一正电流采样脚isp1和第一负电流采样脚isn1在nmos开关管mos1的每个开关周期的开通时间里对nmos开关管mos1的电流进行检测，进而控制第二储能电感l1的峰值电流，通过第二正电流采样脚isp2和第二负电流采样脚isn2在nmos开关管mos2的每个开关周期的开通时间里对nmos开关管mos2的电流进行检测，进而控制第二储能电感l2的峰值电流。同时，双通道boost型控制芯片211的电压采样脚fb1/ov1通过电阻r15、电阻r16对输出电压vboost进行采样，控制boost驱动电路200的输出电压。

图2所示出的buck控制芯片31为安森美半导体公司生产的型号为ncv78723的buck控制芯片，在该型号的buck控制芯片中，mos管集成在芯片内部。以第一储能电感l3所在通道为例，前级boost驱动电路200的输出电压vboost通过ncv78723的电压输入脚vinbckx、vboost输入，当内部开关管开通时，vboost通过第一电压输出脚lbcksw1输出，给第一储能电感l3充电，同时为led负载提供能量，此时第一续流二极管d3反向截止。当内部开关管关断时，第一续流二极管d3正向导通，第一储能电感l3为led负载提供能量。buck驱动电路300的平均输出电压为vo1，电压采样电路33由第一电压采样电阻r3构成，buck控制芯片31的第一电压采样脚vled1通过第一电压采样电阻r3对输出电压进行采样。buck控制芯片31的片选脚csb与mcu100的i/o接口pta15连接，led控制脚ledctrl1与mcu100的i/o接口ptd16连接。buck控制芯片31通过led控制脚ledctrl1输出一定频率的pwm信号，可以对buck驱动电路300的输出进行调节。

在本实施例中，mcu100通过spi(串行外设接口，serialperipheralinterface)与双通道boost型控制芯片21和buck控制芯片31进行通信，来控制整个系统的运行。其中，ptb0、ptb1、ptb2和ptb3为mcu100与双通道boost型控制芯片21相连的spi接口，ptd0、ptd1、pte0、pte6、pta15为mcu100与buck控制芯片31相连的spi接口。mcu100通过向buck控制芯片31的片选脚csb输出低电平信号，可以灵活选择要通信的buck控制芯片31。

型号为tps92682-q1的双通道boost型控制芯片21配置为双相boost电压调节器，以提高boost电路的输出功率，型号为ncv78723的buck控制芯片31为两路独立的电流调节器，可为不同类型的led负载供电。

工作时，boost驱动电路200从汽车蓄电池取电，经升压，输出电压为vboost，vboost为后级buck驱动电路300供电，buck驱动电路300经过降压给led串500供电，buck驱动电路300的输出电压用vo1表示，输出电压vo1通过buck控制芯片31的电压采样脚进行电压采样，每个buck控制芯片31的两个电压输出脚可分别为两个led串恒流供电，若要驱动更多串的led，可将多个buck控制芯片31并联使用，提高系统的集成度，降低emc的干扰。同时mcu100通过spi配置双通道boost型控制芯片21、buck控制芯片31的寄存器，控制双通道boost型控制芯片21的工作模式(双通道boost型控制芯片21可以工作于恒流输出模式或恒压输出模式，本实施例中双通道boost型控制芯片21工作于恒压输出模式)，并通过控制buck控制芯片31的片选信号csb引脚选择需要工作的buck芯片，再通过控制buck控制芯片31的led控制脚ledctrl1、ledctrl2可灵活选择需要工作的led串，还可通过pwm信号控制buck控制芯片31，对led串进行调光。本实施例的多led串的汽车前灯驱动电路的输入电压为7～20v，经过boost驱动电路200升压至vboost＝60v，再经过buck驱动电路300降压为2～48v输出，可满足单个到多个led串的驱动需求。

型号为ncv78723的buck控制芯片31的每路输出都需要进行电压采样，反馈到电压采样脚进行输出控制。对于没有输出短路保护机制的ncv78723芯片，当输出短路时，芯片仍然会计算toff时间，此时buck驱动电路300的输出电压很低，导致计算出的toff时间很长，芯片无法及时重新启动，甚至一直处于停机状态，此时led无法正常工作。toff时间为buck变换器的mos管的关断时间。

为避免这一问题，如图2所示，每一buck驱动电路300还设有补偿网络34，补偿网络34连接于电压采样电路33与buck控制芯片31的电压采样脚的共接点，补偿网络34用于在buck控制芯片31的电压采样脚处的电压低于预设的电压阈值时，向buck控制芯片31的电压采样脚输入一大于等于该电压阈值的电压。其中，电压采样电路由电压采样电阻构成，buck控制芯片31的电压采样脚的输入阻抗远大于该电压采样电阻的阻值，因此电压采样脚处的电压近似等于buck功率变换电路的输出电压。

补偿网络34包括电压供应电路和开关电路，电压供应电路的输出端与开关电路的输入端连接，开关电路的输出端连接于电压采样电路与buck控制芯片31的电压采样脚的共接点，开关电路用于在buck功率变换电路32的输出电压低于预设的电压阈值时导通。

以第一储能电感l3所在通道为例，补偿网络包括电压源、分压电路和开关电路，电压源和分压电路组成电压供应电路，电压源与分压电路的输入端连接，分压电路的输出端与开关电路的输入端连接。其中，电压源为5v电源，分压电路由电阻r7和电阻r8组成，开关电路由二极管d7组成。二极管d7的正极与分压电路的输出端连接，二极管d7的负极连接于电压采样电路与buck控制芯片31的第一电压采样脚vled1的共接点。

当第一电压采样脚vled1处的电压v1(在本实施例中，第一电压采样脚vled1的输入阻抗为210kω～650kω，v1的值是由第一电压采样电阻r3与第一电压采样脚vled1的输入阻抗分压的值，由于第一电压采样脚vled1的输入阻抗远远大于第一电压采样电阻r3的阻值，所以v1可以认为近似等于输出电压vo1)小于等于(即预设的电压阈值)时，二极管d7导通，此时第一电压采样脚vled1处的电压为(在一具体的实施方式中大约为0.5v)，大于0，buck控制芯片31计算所得的toff不会很长，可以保证芯片在短时间内重新启动。此处采用电阻r7、电阻r8分压而不直接采用5v供电的目的是防止buck控制芯片31在不工作时，即输出电压为零的情况下，该通道所接的led灯串被意外点亮。在图2中，假设去掉电阻r8，当vo1＝0时，5v通过电阻r7、二极管d7、第一电压采样电阻r3及led串构成回路，led串被点亮。而采用电阻r7、电阻r8分压，使得二极管d7的正极电压在2v左右，在buck驱动电路300的输出电压为零时，该电压不足以点亮一颗led，避免了意外点亮led的情况发生。此外，二极管d7还起到隔离的作用，在buck驱动电路300正常工作时保证不会有大电流流过第一电压采样电阻r3和电阻r8。在本实施例中，第一电压采样脚vled1的输入阻抗远大于第一电压采样电阻r3的阻值的含义是指第一电压采样脚vled1的输入阻抗为第一电压采样电阻r3的阻值的105倍以上。

在其它的实施例中，如图3所示，补偿网络34的开关电路采用pnp三极管。pnp三极管d11的基极与buck功率变换电路的输出端连接，pnp三极管d11的发射极与分压电路的输出端连接，pnp三极管d11的集电极连接于电压采样电路33与buck控制芯片31的电压采样脚的共接点。这种结构可以达到前述实施例的补偿网络34的同样效果，但是pnp三极管d11的基射极需要能够承受高于43v的反向电压，图中电阻rg为三极管基极电阻。

本领域技术人员均知悉，boost电路的传递函数的分子为1-s(l'/r)，即boost电路存在一个右半平面零点，随着频率的升高，该零点会导致电路增益增加，相角减小，使得变换器不稳定。而且该零点无法通过技术手段得到补偿，为了降低该零点的影响，需要降低boost电路的幅频特性带宽。所以boost电路的缺陷为：不易稳定，带宽低。而buck电路不存在右半平面零点，所以选用buck电路作为led驱动电路可以获得更高的稳定性和带宽。

本实施例的汽车前照灯驱动电路可以保证在易稳定、带宽高、节约成本、具有高集成度的前提下实现对多串led负载及矩阵式大灯或像素大灯的灵活控制和可靠驱动，同时保证应用在矩阵式大灯时若发生输出短路的情况下，系统不会一直或长时间处于重启模式，从而具有更优越的可靠性。

以上描述是结合具体实施方式和附图对本实用新型所做的进一步说明。但是，本实用新型显然能够以多种不同于此描述的其它方法来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内容的情况下根据实际使用情况进行推广、演绎，因此，上述具体实施例的内容不应限制本实用新型确定的保护范围。