氙气灯转LED适配电路、LED适配模块和LED模块的制作方法

本申请涉及汽车电子领域，特别是一种氙气灯转led适配电路、led适配模块和led模块。

背景技术：

车用hid氙气灯自上世纪90年代发明以来，由于hid具有亮度高，寿命长，电路复杂，成本高等特点，一直是高端汽车前大灯的首选，进入本世纪20年代后，由于led技术的成熟和成本的不断降低，目前高端车辆已经开始用led取代原来的hid前大灯，led取代hid已经是个必然趋势。

自从hid装车开始，每年有超过1000万辆的车装备了hid前大灯，目前全球装备hid的汽车保有量超过3亿辆以上，hid灯泡是个消耗品，标称使用寿命是2000小时，早期d1,d2系列hid灯泡是含汞等有害物质的，后期d3,d4,d5,d8系列的hid灯泡采用了无汞技术，使产品更环保，但也带来了亮度降低，寿命缩短等问题。基本上车辆使用3年以上，就有更换灯泡的需求。目前led大灯技术不论从亮度，寿命及成本方面都比原来的hid有着巨大的优势，因此用led替换原有的hid灯泡是一个既利于环保，又能提升产品性能指标，同时还能极大降低使用成本的多方利好的方案，具有广阔的市场和良好的环境效益与经济效益。

hid灯泡需要高压启动，达到额定亮度等待时间长等特性决定了hid电子镇流器输出特性：a，启动时需要23kv高压，b，为了快速达到额定亮度，冷启动需要2.5倍左右的启动功率，启动完成时间60秒左右，c，热启动功率1.3倍左右，启动完成时间10秒左右，d，交流方波输出，频率200～400hz区间，e，为了保证恒功率，hid灯泡呈负阻特性。

然而led是固态发光，光特性是既点既亮，瞬间达到额定亮度，电特性是要求恒电流。因此led的电源电路和hid灯泡的电源电路工作方式完全不同，如果需要采用hid灯泡的车辆换装led车灯，则需要更换这个电源电路，成本较高。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请的目的在于：提供一种氙气灯转led适配电路和适配模块，以适配led车灯和hid灯泡的电源电路，降低换装的成本。

第一方面，本申请实施例提供了：

一种氙气灯转led适配电路，包括：

整流滤波单元，所述整流滤波单元用于将交流电转换为直流电，所述整流滤波单元包括正极输出端和负极输出端；

采样单元，包括串联在所述整流滤波单元的正极输出端和负极输出端之间的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻的连接点作为采样点；

热启动模拟单元，所述热启动模拟单元的输入端与所述采样点连接，所述热启动模拟单元的输出端输出pwm波，其中，所述pwm波的占空比与所述采样点的电压正相关；

分流单元，包括串联在所述正极输出端和所述负极输出端的第一功率管和第三电阻，所述热启动模拟单元的输出端与所述第一功率管的控制端连接；

负阻运算单元，所述负阻运算单元的输入端与所述采样点连接，所述负阻运算单元用于对所述采样点的电压进行比例放大，输出第一电压；

三角波发生单元，用于产生三角波；

恒流单元，包括串联在所述正极输出端和所述负极输出端之间的功率电感、led接口、第二功率管和电流采样电阻，以及包括连接在所述led接口与所述正极输出端之间的续流二极管；

峰值电流限制单元，用于对所述电流采样电阻与所述负极输出端之间的电压进行比例放大，输出第二电压；

脉冲调宽单元，包括第一输入端、第二输入端和第三输入端，所述脉冲调宽单元的第一输入端与所述负阻运算单元的输出端连接，所述脉冲调宽单元的第二输入端与所述三角波发生单元的输出端连接，所述脉冲调宽单元的第三输入端与所述峰值电流限制单元的输出端连接；所述脉冲调宽单元在所述三角波的电压处于第一电压和第二电压之间时输出第一电平，所述脉冲调宽单元在所述三角波的电压小于第一电压或者大于第二电压时输出第二电平；

功率驱动单元，与所述脉冲调宽单元的输出端连接，所述功率驱动单元用于基于所述脉冲调宽单元的输出端输出的信号驱动所述第二功率管。

在部分实施例中，所述电路还包括输入电压检测单元，所述负阻运算单元和所述热启动模拟单元分别通过所述输入电压检测单元与所述采样点连接；

所述输入电压检测单元输入端与所述采样点连接，用于对所述采样点的电压进行跟随，所述输入电压检测单元包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端的输出电压与所述采样点的电压正相关，所述第二输出端的输出电压与所述采样点的电压正相关。

在部分实施例中，所述热启动模拟单元、所述分流单元、所述负阻运算单元、所述三角波发生单元、所述峰值电流限制单元、所述脉冲调宽单元和所述功率驱动单元均集成在一个封装之中。

在部分实施例中，所述电路还包括内部电源，所述内部电源集成在所述封装之中，所述内部电源用于将所述整流滤波单元输出的电压转换为所述封装内部的使用的电压。

在部分实施例中，所述内部电源和所述正极输出端之间设有第四电阻，所述第四电阻与所述内部电源连接的一端通过第一电容接地。

在部分实施例中，所述整流滤波单元包括整流桥和第二电容，所述第二电容连接在所述整流桥的两个输出端之间，所述第二电容的两端分别构成所述整流滤波单元的所述正极输出端和所述负极输出端。

在部分实施例中，所述电路还包括热敏电阻，以及设置在所述封装之中的过热保护单元，所述过热保护单元与所述脉冲调宽单元的使能端连接。

在部分实施例中，所述脉冲调宽单元为窗口比较器。

第二方面，本申请实施例提供了：

一种led适配模块，包括电路板，所述电路板上设置有所述氙气灯转led适配电路。

第三方面，本申请实施例提供了：

一种led模块，包括led和所述适配模块。

本申请实施例通过采样单元采样整流滤波单元输出的电压，利用热启动模拟单元，基于采样点的电压产生占空比与采样电压正相关的pwm波来控制分流单元，从而分摊led的功率，这样可以模拟hid高功率启动的特点，使得在启动阶段，led可以设定电流范围下工作，而不会受到过高功率的破坏。接着通过脉冲调宽单元对负阻运算单元、峰值电流限制单元来和三角波发生单元分别输出的信号进行窗口比较，来控制功率驱动单元，使得流经恒流单元(即流经led)的电流恒定，因此本申请实施例可以将led适配到hid镇流器上，使得汽车换装led车灯的时候，无需更换电源电路，换装成本更低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本申请实施例提供的一种电路原理图；

图2是根据本申请实施例提供的脉冲调宽单元的工作原理示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本申请实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本申请的技术方案，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

参照图1，一种氙气灯转led适配电路，包括：

整流滤波单元，所述整流滤波单元用于将交流电转换为直流电，所述整流滤波单元包括正极输出端和负极输出端。

可以理解的是，一般整流滤波单元，包括整流桥和滤波器件，例如在本实施例中，由二极管d1～d4构成整流桥，并由第二电容c2构成滤波器件。可以理解的是，在图中vcc为正极输出端，vss是负极输出端。

采样单元，包括串联在所述整流滤波单元的正极输出端和负极输出端之间的第一电阻r1和第二电阻r2，所述第一电阻r1和所述第二电阻r2的连接点作为采样点。

热启动模拟单元，所述热启动模拟单元的输入端与所述采样点连接，所述热启动模拟单元的输出端输出pwm波，其中，所述pwm波的占空比与所述采样点的电压正相关。也就是说，热启动信号模拟器本质上是一个pwm发生器，其可以通过一个普通的三角波发生器和一个比较器实现，比较器的正相输入端为采样点的电压(或者是与采样点电压正相关的电压)，比较器的反相输入端为三角波发生器的输出信号，当采样点的电压高于三角波的电压的时候，热启动模拟单元输出高电平，反之输出低电平，因此，可以输出一个与占空比与采样点的电压正相关的pwm信号。当hid镇流器输出电压变低(经过热启动后功率下降)的时候，采样点的电压小于等于三角波的最小电压，热启动模拟单元只输出低电平，相当于将分流单元断路。

分流单元，包括串联在所述正极输出端和所述负极输出端的第一功率管q1和第三电阻r3，所述热启动模拟单元的输出端与所述第一功率管的控制端连接。

可以理解的是，分流单元通过第三电阻r3消耗电能，鉴于其与恒流单元是并联的关系，因此，可以通过导通第一功率管q1来进行分流，从而实现功率的消耗。这样可以适配hid镇流器的高压启动特性，保持led工作电流的恒定，避免led受到破坏或者寿命减少。需要理解的是，根据需要适配的hid镇流器的型号，可以调整器件参数，使得分流得当。

负阻运算单元，所述负阻运算单元的输入端与所述采样点连接，所述负阻运算单元用于对所述采样点的电压进行比例放大，输出第一电压v1。可以理解的是，负阻运算单元相当于一个比例放大器，其中其在进行比例放大的时候，可以等值跟随进行比例大于1的放大，或者进行比例小于1的放大(即信号衰减)。

三角波发生单元，用于产生三角波。三角波发生单元包括100khz的振荡器和三角波发生器，其中三角波发生器基于振荡器的振荡信号产生三角波信号。可以理解的是，该单元也可以为热启动模拟单元提供三角波。

恒流单元，包括串联在所述正极输出端和所述负极输出端之间的功率电感l1、led接口(用于连接led)、第二功率管q2和电流采样电阻r5，以及包括连接在所述led接口与所述正极输出端之间的续流二极管d5。

峰值电流限制单元，用于对所述电流采样电阻r5与所述负极输出端vss之间的电压进行比例放大，输出第二电压v2。

脉冲调宽单元，包括第一输入端、第二输入端和第三输入端，所述脉冲调宽单元的第一输入端与所述负阻运算单元的输出端连接，所述脉冲调宽单元的第二输入端与所述三角波发生单元的输出端连接，所述脉冲调宽单元的第三输入端与所述峰值电流限制单元的输出端连接。所述脉冲调宽单元在所述三角波的电压处于第一电压和第二电压之间时输出第一电平，所述脉冲调宽单元在所述三角波的电压小于第一电压或者大于第二电压时输出第二电平。

可以理解的是，在本实施例中，脉宽调宽单元可以是窗口比较器，或者带有简单的数值比较功能的处理器，基于上述三个信号输出pwm波。参照图1和图2，图2示出了脉冲调宽单元的输入信号的关系。其中，第一电压v1小于第二电压v2，v0表示脉冲调宽单元的输出信号。

功率驱动单元，与所述脉冲调宽单元的输出端连接，所述功率驱动单元用于基于所述脉冲调宽单元的输出端输出的信号驱动所述第二功率管q2。一般情况下，功率驱动单元的输出信号跟随所述脉冲调宽单元输出的信号，并调整信号的幅值以驱动后级电路。

综上所述，本申请实施例通过采样单元采样整流滤波单元输出的电压，利用热启动模拟单元，基于采样点的电压产生占空比与采样电压正相关的pwm波来控制分流单元，从而分摊led的功率，这样可以模拟hid高功率启动的特点，使得在启动阶段，led可以设定电流范围下工作，而不会受到过高功率的破坏。接着通过脉冲调宽单元对负阻运算单元、峰值电流限制单元来和三角波发生单元分别输出的信号进行窗口比较，来控制功率驱动单元，使得流经恒流单元(即流经led)的电流恒定，因此本申请实施例可以将led适配到hid镇流器上，使得汽车换装led车灯的时候，无需更换电源电路，换装成本更低。

在部分实施例中，所述电路还包括输入电压检测单元，所述负阻运算单元和所述热启动模拟单元分别通过所述输入电压检测单元与所述采样点连接。

所述输入电压检测单元输入端与所述采样点连接，用于对所述采样点的电压进行跟随，所述输入电压检测单元包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端的输出电压与所述采样点的电压正相关，所述第二输出端的输出电压与所述采样点的电压正相关。

可以理解的是，由于负阻运算单元和热启动模拟单元对于采样点输入的电压比例可能不同，因此可以通过设置一个输入电压检测单元来实现电压的适配。例如，电压检测单元可以是由两个不同的比例放大器构成。其中，输出信号到所述负阻运算单元和热启动模拟单元的比例放大器的放大比例不同，通过这样的方式可以灵活配置电路。

在部分实施例中，所述热启动模拟单元、所述分流单元、所述负阻运算单元、所述三角波发生单元、所述峰值电流限制单元、所述脉冲调宽单元和所述功率驱动单元均集成在一个封装之中。在本实施例中，可以将部分单元集成到一个封装中，构成芯片或者模块，便于下游厂商进行组装。

在部分实施例中，所述电路还包括内部电源，所述内部电源集成在所述封装之中，所述内部电源用于将所述整流滤波单元输出的电压转换为所述封装内部的使用的电压。可以理解的是，在本实施例中，封装内的单元可能采用不同的直流电压，例如，比较器通常采用5v或者3.3v电压，而功率驱动单元则可能采用12v或者更高的电压，因此，可以采用多个稳压芯片来输出不同的直流电压的方案。如图1所示，本实施例中，设置有一个5v的基准电压。

在部分实施例中，所述内部电源和所述正极输出端之间设有第四电阻r4，所述第四电阻r4与所述内部电源连接的一端通过第一电容接地。其中第四电阻r4是限流电阻，避免电压浪涌打坏封装内的单元。

在部分实施例中，所述整流滤波单元包括整流桥和第二电容c2，所述第二电容c2连接在所述整流桥的两个输出端之间，所述第二电容的两端分别构成所述整流滤波单元的所述正极输出端vcc和所述负极输出端vss。

在部分实施例中，所述电路还包括热敏电阻r6，以及设置在所述封装之中的过热保护单元，所述过热保护单元与所述脉冲调宽单元的使能端连接。热敏电阻r6用于封装内部的温度。

可以理解的是过热保护单元通过检测热敏电阻r6的电阻变化，从而确定是否发生过热，其中，过热保护单元内部包括一个一端连接vcc另一端通过r6接地的电阻，当温度上升时，热敏电阻r6的电阻发生变化，然后过热保护单元通过比较器比较基准电压和热敏电阻上的电压，可以在热敏电阻检测到的温度超过阈值的时候改变比较器的输出电平，从而关闭脉冲调宽单元的输出，封装内的电路。

在部分实施例中，所述脉冲调宽单元为窗口比较器。需要理解的是窗口比较器包括三个输入端，其中一个是信号输入端，另外两个是参考电压的输出端，在本实施例中，输入信号是三角波，当三角波的电压处于两个参考电压的之间的时候，该窗口比较器输出高电平，当三角波的电压处于两个参考电压之外(即小于较小的参考电压或者大于较大的参考电压时)，该窗口比较器输出低电平。

下面结合具体的hid型号进行说明：

启动阶段：氙气灯启动时，通过整流桥和第二电容c2将hid镇流器输出的交流电压整流滤波成直流，本集成电路同时进行两路输出动作，一路通过脉冲调宽与功率驱动，第二功率管q2(mos管)点亮led灯，另一路根据输入电压的变化和热启动模拟单元控制热启动模拟第一功率管q1，第一功率管q1和第三电阻r3，输入电压检测，热启动模拟单元共同完成热启动控制环路，10秒钟左右，电路由热启动功率45w逐渐降到正常工作的35w，启动结束电路进入恒功率模式。

正常工作阶段：启动结束后，电路进入正常工作模式，由于氙气灯的特性，有汞的d1，d2系列的工作电压是ac85v，无汞的d3，d4，d5，d8系列的工作电压是ac43v，为了有更高的适应性，本方案封装内的工作电压范围设计成8v～100v，通过第四电阻r4提供电源。

震荡器，三角波发生器，脉冲调宽单元，功率驱动单元，第二功率管q2，电流采样电阻r5及误差放大器组成led恒流环路，改变电流采样电阻r5的阻值，可以调整led的电流。峰值电流限制电路可以限制单个脉冲的最大峰值，减少对hid镇流器的输出冲击，将电路更好的模拟成阻性负载。

负阻运算单元：由于氙气灯泡呈负阻特性，既流过灯泡的电流增大时电压两端的电压是降低的，本集成电路也要将整个led大灯回路模拟成负阻特性，从led镇流器的输出端看，当输出电流增大时，输出电压必须减少，保证hid镇流器输出的恒功率。因此负阻运算单元就是要根据输入电压的变化，调整脉冲调宽单元，输入电压升高时减少输入电流，输入电压降低时，增大输入电流，让整个电流呈现负阻特性，保证hid镇流器输出的恒功率。

热启动模拟单元工作原理：hid镇流器刚启动时，会根据灯泡的两端的电压和电流来判断灯泡是出于冷启动还是处于热启动状态，本控制电路刚通电时，热启动模拟单元输出高电平，第一功率管q1导通，第三电阻r3并入负载回路，第三电阻r3的功率在10w左右，同时led负载回路的功率为35w，总功率为45w左右，电路电压值设定在95v/d1，d2，55v/d3，d4，这样hid镇流器就会按热启动的特性来输出功率曲线，hid镇流器输出电压逐渐降低，led的35w功率保持不变，热启动模拟单元输出由高电平转变成pwm，第三电阻r3的功率也逐渐减少，当镇流器输出电压降到85v左右时，热启动模拟单元输出低电平，第一功率管q1关断，热启动结束，只有led输出部分工作，整个电路功率为35w。

负阻运算单元的工作原理：通过输入电压检测单元，当输入电压变低时，控制pwm电路，提高pwm的输出占空比，使输入电流变大，保证电路的恒功率特性，电压越低，电流i越大，电流i＝u/r，等效电阻r也越低，所以电路的等效电阻是呈负阻特性，即电流越大，电阻越小，本电路是以输入电压作为反馈参数的，保证整个电路的恒功率特性，使整个电路的等效电阻呈现负阻特性。

峰值电流限制单元工作原理：在一个脉冲导通周期内，由负阻运算单元控制脉冲导通的起点，通过功率驱动输出，第二功率管q2导通，由于有功率电感l1，电流是线性增大，电流采样电阻r5上的电压也是线性斜率增大，当增大到预定值时，脉冲关闭，调整电流采样电阻r5可以调整最大电流峰值。

脉冲调宽单元的控制逻辑：由震荡电路和三角波发生器产生100khz的三角波，脉冲调宽单元用三角波和负阻运算单元输出的第一电压v1及峰值电流限制单元输出的电压v2进行比较，当三角波电压上升到高于负阻运算单元输出的第一电压v1时，pwm输出高电平，通过功率驱动电路，驱动第二功率管q2导通，当三角波电压继续上升到峰值电流控制输出电压v2时，pwm输出低电平，通过功率驱动电路，驱动第二功率管q2关闭，完成一个脉冲调宽周期，负阻运算单元输出电压v1决定脉冲起始时间，峰值电流控制电压v2决定脉冲的关断时间。

温度控制电路：利用封装内部半导体的温度特性，当封装内部温度达到一个设定值时关断pwm的输出，保护整个电路不会因为过热而损坏，热敏电阻r6可以调整温度起控点。

本实施例公开了一种led适配模块，包括电路板，所述电路板上设置有所述氙气灯转led适配电路。

可以理解的是，本申请保护的是一种将元器件安装在电路板上的模块，该模块可以被封装在一个外壳中。

本实施例公开了一种led模块，包括led和所述适配模块。其中本实施例所指的led通常是车灯，例如车头大灯。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。