内装式远近光控制模块的制作方法

本实用新型涉及一种集远光和近光控制于一体的控制模块，用于同时控制远光和近光，适用于中等功率的远近光灯(远光和近光同时亮时功率小于40W)。

背景技术：

目前市场上的远近光控制模块有如下一些特点：

1、远光和近光分开控制，需要两个DC-DC回路，成本高。

2、使用MCU，相应地需要软件开发，从而增加了额外的硬件成本和软件开发成本。

3、控制模块体积大，因此无法将PES做成一体式的小型PES，因此限制了相应控制模块的使用。

现有远近光控制模块的上述特点使得目前的远近光PES的体积较大、成本较高，使带有远近光PES的LED大灯在中低档车中的应用普及受到极大的限制。

技术实现要素：

为克服现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种内装式远近光控制模块，成本低，体积小，安装在PES上，做成一体式小型PES，使用范围广。

本实用新型的主要技术方案有：

一种内装式远近光控制模块，包括松下AN83300LED驱动芯片、输出电流采样电阻R2、电阻R3、电阻R4、开关管M2、开关管M3、二极管D2、二极管D3、电感L2和电容C6，所述开关管M2、电感L2、二极管D3和采样电阻R2依次连接形成串联支路，该串联支路的靠近所述采样电阻R2的一端构成为LED板电源输出正极端，所述二极管D2的正极接地，负极连接在所述开关管M2和电感L2之间，所述电容C6一端接地同时构成为LED板电源输出负极端，另一端连接在所述二极管D3和采样电阻R2之间，所述开关管M3一端接地，另一端连接在所述电感L2和二极管D3之间，所述开关管M2的控制端经所述电阻R3连接所述芯片的DG管脚，所述开关管M3的控制端经所述电阻R4连接所述芯片的UG管脚，所述芯片的IS1管脚和IS2管脚分别连接在所述采样电阻R2的两端，其中IS1管脚连接在所述二极管D3和采样电阻R2之间，所述芯片的VIN管脚连接所述串联支路上靠近所述开关管M2的一端，所述芯片的SGND管脚接地。

所述芯片的FG管脚构成为风扇检测信号输入端，可以与风扇检测接口电路的输出端连接。

所述芯片的VREF3V管脚可以经过相串联的电阻R14和R15接地，所述芯片的TDSTART管脚连接在所述电阻R14和R15之间。

所述串联支路上靠近所述开关管M2的一端可以依次经电阻R8和R9接地，所述芯片的BS管脚连接在所述电阻R8和R9之间，所述电阻R9的两端并联有电容C12，所述芯片的VREF3V管脚可以经过相串联的电阻R12和R13接地，所述芯片TDSLOPE管脚连接在所述电阻R12和R13之间。

所述芯片的IS1管脚可以经过相串联的电阻R18和R19接地，所述芯片的OCV管脚连接在所述电阻R18和R19之间。

所述芯片的IS1管脚可以经过相串联的电阻R16和R17接地，所述芯片的VS管脚连接在所述电阻R16和R17之间。

所述芯片的BOOT管脚经电容C11连接到所述芯片的DS管脚以及所述开关管M2和电感L2之间。

所述芯片的DIMIN管脚构成为数字调光信号输入端，可以连接外部调光信号发生电路。

所述外部调光信号发生电路优选包括NTC降功率接口电路和/或无分RBIN电阻保护电路，所述NTC降功率接口电路包括运算放大器U1、电阻R30、R31、R32、R33、R34和R35，所述运算放大器U1的正、负电源电压输入端分别连接所述芯片的VREF3V管脚和地，所述芯片的VREF3V管脚经所述电阻R30连接所述运算放大器U1的反相输入端，所述电阻R32连接在所述运算放大器U1的反相输入端和地之间，所述芯片的VCC6VH管脚与地之间串联有所述电阻R34和R35，所述电阻R31一端连接在所述电阻R34和R35之间，另一端连接在所述运算放大器U1的正相输入端，所述电阻R33连接在所述运算放大器U1的输出端与正相输入端之间，所述电阻R34是负温度系数热敏电阻器，所述运算放大器U1的输出端构成为所述NTC降功率接口电路的输出端，并与所述芯片的DIMIN管脚连接；

所述无分RBIN电阻保护电路包括NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2、电阻R36、R37、R38、R39、R40、R41、R42和R43，所述芯片的VCC6VH管脚连接所述三极管Q2的发射极，还经过相串联的所述电阻R40和R41连接所述三极管Q1的集电极，所述三极管Q2的基极连接在所述电阻R40和R41之间，所述三极管Q2的集电极经过相串联的电阻R42和R43接地，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的基极经所述电阻R39接地，还依次经所述电阻R38、R36连接所述芯片的VREF3V管脚，所述电阻R37是RBIN电阻，其一端接地，另一端连接在所述电阻R36和R38之间，电阻R42和R43之间的连接点构成为所述无分RBIN电阻保护电路的输出端，并与所述芯片的DIMIN管脚连接。

所述内装式远近光控制模块的各元器件可以封装在一个壳体内，所述壳体的大面尺寸为78mmx28mm。

本实用新型的有益效果是：

1、不需要MCU控制，采用纯硬件组成，不仅可以实现derating(降功率)、数字和模拟调光以及风扇检测等多项功能，同时还没有软件开发成本和软件测试成本，因此总成本较低，且开发周期较短。

2、控制模块体积小，可以说为小体积PES量身定做，安装在PES结构上，且由于控制模块体积小，相应的远近光PES的体积也可以做到很小，因此控制模块的适用范围较大。

3、由于控制模块体积小，可作为一个标准件，通常不受灯体的体积和形状的影响，普遍适用性好。

4、本实用新型可以通过外接负温度系数热敏电阻器感应LED的温度，当温度达到或超过容许温度时，利用芯片自身的降功率功能降低对LED的输出电流，以保护LED和控制模块本身，实现过温保护功能，安全性好。

附图说明

图1是本实用新型应用于远近光控制系统的结构框图；

图2是驱动芯片AN83300的管脚布置图；

图3是驱动芯片AN83300的管脚定义；

图4是本实用新型的一个实施例的电路原理图；

图5是所述芯片的数字调光输出电流特性图；

图6是本实用新型的所述NTC降功率接口电路的一个实施例的电路图；

图7是本实用新型的所述无分RBIN电阻保护电路的一个实施例的电路图。

具体实施方式

本实用新型公开了一种内装式远近光控制模块(简称为控制模块)，集远光和近光控制于一体，用于同时控制远光和近光，其所在的远近光控制系统的一个实施例的结构框图如图1所示，图中LED DRIVER MODULE即为所述控制模块，LED STRING PCB为LED板，FAN为散热风扇，HB LB CTRL signal为远近光切换控制信号。

所述控制模块的核心组成是松下专业LED驱动芯片AN83300，其采用混合拓扑的DC-DC结构，使得控制模块能够自动对输入电压进行升压，降压或维持不变，从而使输出电流达到设定的输出电流。由于市场上的其他驱动芯片做成的控制模块的DC-DC拓扑结构是固定的，即输出电压或者高于输入电压，或者低于输入电压，导致同一个控制模块不能同时满足两个拓扑要求，因此现有的控制模块其远光和近光通常是利用两个控制回路分开控制，成本差不多是单个控制回路的两倍。从这方面相比，采用松下AN83300LED驱动芯片，远光和近光控制只需要一个控制回路，成本优势明显。

驱动芯片AN83300的管脚分配如图2所示，各管脚定义请见图3。

如图4所示，所述控制模块包括松下AN83300LED驱动芯片(以下简称芯片)、输出电流采样电阻(简称采样电阻)R2、电阻R3、电阻R4、开关管M2、开关管M3、二极管D2、二极管D3、电感L2和电容C6。所述开关管M2、电感L2、二极管D3和采样电阻R2依次连接形成串联支路，该串联支路的靠近所述开关管M2的一端用于连接电源，靠近所述采样电阻R2的一端构成为LED板电源输出正极端LED+。所述二极管D2的正极接地，负极连接在所述开关管M2和电感L2之间。所述电容C6一端接地同时构成为LED板电源输出负极端LED-，另一端连接在所述二极管D3和采样电阻R2之间。所述开关管M3一端接地，另一端连接在所述电感L2和二极管D3之间。所述开关管M2的控制端经所述电阻R3连接所述芯片的DG(高边开关栅极驱动输出)管脚，所述开关管M3的控制端经所述电阻R4连接所述芯片的UG(低边开关栅极驱动输出)管脚，所述芯片的IS1(输出电流检测输入端1(+))管脚和IS2(输出电流检测输入端2(-))管脚分别连接在所述采样电阻R2的两端，其中IS1管脚连接在所述二极管D3和采样电阻R2之间，所述芯片的VIN(电源)管脚连接所述串联支路上靠近所述开关管M2的一端，所述芯片的SGND(地)管脚接地。

流经R2的电流就是流经LED的电流I_LED，因此控制好R2两端的电压就等于控制了流过LED的电流，即所述控制模块的输出电流。所述芯片通过IS1和IS2两个管脚检测R2两端的电压V_R2(即输出电流)。

上述电路为实现恒流输出提供了基础的硬件框架，系统从启动到稳定工作经过如下过程：

LED驱动芯片都是以恒流输出为主要目的的控制芯片。在启动的时候，控制芯片的输出电压由小变大，使得输出电流也由小变大，这时属于降压工作过程。此时的开光管M2工作在PWM工作状态，开关管M3工作在截止状态。如果此时的输出电流达到输出电流设定值，则电路进入稳定的工作状态，此时为降压工作拓扑。

如果此时输出电流仍没有达到输出电流设定值，则输出电压再往上升，电压已经非常接近输入电压，但仍然没有达到输出电流设定值，这时不但开关管M2工作在开关状态，开关管M3也进入开关状态。如果这时达到了输出电流设定值，则系统进入稳定状态。这时系统的状态为先降压后升压状态，即混合工作状态。

如果此时的输出电流仍没有达到输出电流设定值，则输出电压再往上升。输出电压大于输入电压，系统进入升压状态。这时开关管M2处于完全打开状态，开关管M3保持开关状态。这时的系统一直升压到输出电流达到设定值。此时为升压拓扑状态。

所述芯片的FG(风扇旋转信号输入)管脚构成为风扇检测信号输入端，与风扇检测接口电路的输出端连接，用于检测风扇是否正常工作，及时发现风扇的异常或者损坏，避免因发热集中又没有及时得到散热导致LED损坏或无法很好地发挥功效。工作时，所述芯片内部会循环检测FG管脚的信号，当无法检测到53.4HZ或更低频率的信号时，所述芯片会认为风扇损坏，并会在2分钟后将输出电流降到最大设定电流的30％。同时，所述芯片的DIAG(当检测到错误时的诊断输出)管脚输出低电平。

所述芯片的VREF3V(内部参考电压输出3V)管脚经过相串联的电阻R14和R15接地，所述芯片的TDSTART(输出电流起降点和斜率的设置)管脚连接在所述电阻R14和R15之间。该电路连接可用于设定降功率(过温保护)的起始温度。

假设需要的降功率起始温度为T_st。

其中，A、B是温度函数的两个系数，A为斜率，B为截距，二者的设计典型值如下：

A：Slope of temperature function＝-0.0111V/℃(typical value in design)，

B：Intercept of temperature function＝2.72V(typical value in design)；

V_st是降功率起始电压，根据公式1，可以得到电压V_st。

从图4可以看出，TDSTART管脚的电压

这样可以算出R14、R15的相对值，确定其中一个值后，就可以得出另一个电阻值。因此，确定了R14、R15，就相当于设定了降功率的起始温度T_st。

所述串联支路上靠近所述开关管M2的一端依次经电阻R8和R9接地，所述芯片的BS(电源电压的等效输入信号)管脚连接在所述电阻R8和R9之间，所述电阻R9的两端并联有电容C12。所述芯片的VREF3V管脚经过相串联的电阻R12和R13接地，所述芯片TDSLOPE(输出电流下降斜率设置)管脚连接在所述电阻R12和R13之间。

根据如下公式2，7倍的采样电阻的两端的电压由BS管脚、TDSLOPE管脚的电压和1.23V电压中最小的那个值来决定。

I_LED×R2×7＝min(1.23，V_BS，V_TDSLOPE)； 公式2

电阻R8、R9、R12和R13的阻值可以根据需要设置，其最终设置将可能改变输出电流。

从图4可以看出，TDSLOPE管脚的电压

根据公式2，当V_TDSLOPE<min(1.23，V_BS)时，则输出电流只和V_TDSLOPE成正比，所以通过调节电阻R12和R13的阻值，就能实现不同的LED输出电流设定值，从而实现模拟调光。例如，当R13固定不变，把R12放到LED板上做为RBIN分BIN电阻。这样选择不同的RBIN的阻值，就达到了模拟调光的目的。

此外，电阻R12、R13、R14和R15可以共同实现降功率速度的设定。

降温操作中温度对电压的系数

图4中，当R12、R13是R14、R15的倍数越高，则降功率的速度越快。通过上面计算降功率的起始温度，已经得出了R14、R15，这样就可以根据需要的降功率速度得出R12和R13。

假设在R14、R15不变的情况下，如果R12＝R13＝10K时，温度每上升10℃，电流下降10％；则如果R12＝R13＝20K，温度每上升10℃，电流下降20％。

所述芯片的IS1管脚经过相串联的电阻R18和R19接地，所述芯片的OCV(开路电压设置和输出开路检测)管脚连接在所述电阻R18和R19之间。所述芯片通过检测OCV管脚来判断LED输出是否开路。当V_OCV>0.99V，系统就判断LED输出开路，发出报警信号给控制单元，所述芯片的DIAG管脚构成为故障报警信号输出端，用于向上级控制单元发出报警信号。当系统判定输出开路时，DIAG管脚输出低电平。

所述芯片的IS1管脚经过相串联的电阻R16和R17接地，所述芯片的VS(输出短路检测输入)管脚连接在所述电阻R16和R17之间。所述芯片通过检测VS管脚来判断LED输出是否短路。当V_VS<0.8V，系统就判断LED输出短路，并发出报警信号给控制单元，且DIAG管脚输出低电平。

所述芯片的BOOT(自举电容连接引脚(+))管脚经电容C11连接到所述芯片的DS(自举电容连接引脚(-))管脚以及所述开关管M2和电感L2之间，完成自举升压电路的搭建。

所述芯片的DIMIN(调光信号输入)管脚构成为数字调光信号输入端，可以连接外部调光信号发生电路。从图5中可以看出，给DIMIN管脚输入不同的电压，所述芯片会输出不同占空比的LED电流，由此实现数字调光，方便在不同的条件下降功率。图5中输入电压低于2.95V时对应了低亮(降功率)调光模式，高于2.95V时对应了增亮模式。

由于所述芯片集成了derating(降功率)、模拟调光、数字调光、风扇检测、LED输出开路检测和LED输出短路检测等功能，因此本实用新型不需要像目前市场上现有的控制模块那样使用MCU，相应地也不需要针对MCU的软件开发，因此极大地节省了额外的硬件成本和软件开发成本，开发周期明显缩短。

所述芯片的降功率功能可以有两种实现方法，一种是使用所述芯片自身的derating功能，derating的起始温度和derating的斜率根据前述公式1、3调节。另一种是结合使用外接电路连接DIMIN管脚外部控制实现derating功能，同样derating的起始温度和derating的斜率也可以调节。下面介绍两种外接电路。

所述外部调光信号发生电路优选包括NTC降功率接口电路和/或无分RBIN电阻保护电路，当两种电路并存时，它们分别连接DIMIN管脚。所述NTC降功率接口电路通过外接NTC(负温度系数热敏电阻器)来实现derating(降功率)，即利用NTC感应LED的温度，然后输出控制信号给所述芯片，当温度高于容许值时，通过所述芯片的降功率功能降低输出电流，从而保护LED和所述控制模块。因每种LED都有最大允许电流的要求，所述无分RBIN电阻保护电路用于实现要求控制模块在没有分BIN电阻RBIN输入的情况下，不能输出电流给LED，以此来防止LED过流损坏。

所述NTC降功率接口电路如图6所示，包括运算放大器U1、电阻R30、R31、R32、R33、R34和R35，所述运算放大器U1的正、负电源电压输入端分别连接所述芯片的VREF3V管脚和地，所述芯片的VREF3V管脚经所述电阻R30连接所述运算放大器U1的反相输入端，所述电阻R32连接在所述运算放大器U1的反相输入端和地之间，所述芯片的VCC6VH(内部稳压电源输出电压5.6V)管脚与地之间串联有所述电阻R34和R35，所述电阻R31一端连接在所述电阻R34和R35之间，另一端连接在所述运算放大器U1的正相输入端，所述电阻R33连接在所述运算放大器U1的输出端与正相输入端之间，所述电阻R34是负温度系数热敏电阻器，所述运算放大器U1的输出端构成为所述NTC降功率接口电路的输出端，并与所述芯片的DIMIN管脚连接。

根据运放的工作原理，可以得出Vo＝9-5*Vi；又因运放的工作电源＝3V，所以，Vomax＝3V；Vomin＝0V。Vo输出到所述芯片的DIMIN管脚。

负温度系数热敏电阻器的特性是：当温度升高的时候，电阻的阻值变小。确定NTC的型号后，合适的选取R35的阻值，就可以保证当NTC的温度高于T_derate时，NTC的阻值小于R_derate时，Vo大于0.25V。输出电流变成95％，而且温度越高，输出电流的值越低。从而实现了当温度升高，输出电流降低的功能，从而起到保护LED和控制模块的作用。

所述无分RBIN电阻保护电路如图7所示，包括NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2、电阻R36、R37、R38、R39、R40、R41、R42和R43，所述芯片的VCC6VH管脚连接所述三极管Q2的发射极，还经过相串联的所述电阻R40和R41连接所述三极管Q1的集电极，所述三极管Q2的基极连接在所述电阻R40和R41之间，所述三极管Q2的集电极经过相串联的电阻R42和R43接地，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的基极经所述电阻R39接地，还依次经所述电阻R38、R36连接所述芯片的VREF3V管脚，所述电阻R37是RBIN电阻，其一端接地，另一端连接在所述电阻R36和R38之间，电阻R42和R43之间的连接点构成为所述无分RBIN电阻保护电路的输出端，并与所述芯片的DIMIN管脚连接。

R36、R38、R39的取值要求RBIN在取正常最大值的时候开关管Q1不能导通；且当RBIN没有的时候，开关管Q1导通。

当使用规定范围内的RBIN的时候，Q1不导通，使得开关管Q2不导通，从而DIMIN的电压为0V。参考图5，使得所述芯片输出100％电流。

当没有RBIN或RBIN的值错误，使得Q1导通，使得Q2也导通。根据VCC6VH管脚的电压值，选取合适的R42、R43值，使得此时的DIMIN电压为3V，同样根据图5，使得所述芯片输出0％电流。

所述内装式远近光控制模块的各元器件可以布置在一块电路板上，再封装在一个壳体内，所述壳体的大面尺寸可以控制在78mmx28mm，体积明显小于现有的控制模块，不再因灯体的体积和形状而使用受限，可以说是为小体积PES量身定做的控制模块，使用该控制模块可以做出一体式的小型远近光PES。所述控制模块可以作为一个标准件，用于各种远近光PES，适用范围和场合更广。

所述芯片的其他管脚的接线可以参考图4进行常规接线。