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基于现场总线的LED智能驱动器系统研究

作　者: 刘世俊
导　师: 刘思久
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: LED驱动器现场总线开关电源内建自测试
分类号: TN312.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

大功率白光LED是新一代绿色照明光源,具有节能、环保、易控等多方面优势,但其固有的非线性负载特性和敏感的温升特性使其需要专门开发可控电流源式的LED驱动器。本文在分析大功率LED非线性负载特性的基础上,根据车载系统的智能化要求,研究开发了一种基于CAN总线控制的多通道LED驱动器系统。本文提出的LED驱动器总体结构采用模块化形式,首先建立通用的智能控制模块,可直接接受来自系统的监控命令,并控制多通道可控电流源模块实现多路串联LED组的电流控制,进而达到分组调光的作用。智能控制模块以SOC单片机为核心,支持CAN2.0通信协议和RS485总线标准,可为工作参数设置和工作状态响应的驱动器监控功能自由建立CAN标识符并支持该标识命令的执行,从而满足车载系统任意配置各路LED驱动电流和发光强度和监测驱动器工作电流、电压、温度的需要。为了方便系统调试,该模块也提供USB接口,可直接连接PC进行系统调试。同时,本文讨论了两种可控电流源模块的具体开发过程。前者采用专用开关电源集成电路芯片构建Buck-Boost电路实现宽程升降压式可控电流源,且能利用芯片内部已有的欠压、过压、过流、超温保护;后者则直接利用单片机内部PWM发生器产生的波形信号直接控制Boost电路的MOSFET开关管来实现升压式可控电流源,并得到较高的工作效率。本文也对驱动器内部配置的内建自测试系统进行说明,指出其设计思想和实施要点。并将典型电路中处理开关电源形成电流闭环调节和可程控设备的方法推广到一般开关电流源模块的设计中。为了检验所开发的驱动器系统的工作状况,本文专门建立了一个LED驱动器演示系统和一个LED测试系统。前者在PC软件的控制下通过CAN总线管理多个LED驱动器定时改变各自的亮度,以此展示其自动化智能控制的灵活性;后者则自动测试LED模块的基本工作特性,实测的指标体现了产品样机的实用性,可望为车载照明和整个系统实现自动化提供了实用的基础设备。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题来源及目的意义  9-10
  1.2 相关领域发展状况  10-14
    1.2.1 白光LED 照明的发展现状  10-11
    1.2.2 LED 驱动器的发展现状  11-12
    1.2.3 现场总线发展现状  12-14
    1.2.4 车载照明光源的发展现状  14
  1.3 本文主要研究内容  14-16
第2章系统总体方案设计  16-24
  2.1 需求分析  16-19
    2.1.1 典型大功率LED 的特性分析  16-17
    2.1.2 车载LED 驱动器的智能化要求  17-18
    2.1.3 开发过程中对测试与调试的要求分析  18-19
  2.2 总体开发方案  19-23
    2.2.1 设计思想  19-20
    2.2.2 多路通道并行工作的方案  20-21
    2.2.3 技术路线  21-23
    2.2.4 工作目标  23
  2.3 本章小结  23-24
第3章通用智能控制模块的开发  24-42
  3.1 核心结构和功能配置  24-28
    3.1.1 基本功能配置和结构  24-25
    3.1.2 SOC 微控制器  25-28
    3.1.3 USB 调试接口  28
  3.2 现场总线通信功能的开发  28-37
    3.2.1 Can 总线的数据传输方式  29-30
    3.2.2 通用智能控制模块标识信息传输  30-32
    3.2.3 专用芯片MCP2510  32-34
    3.2.4 单片机控制程序固件的开发  34-36
    3.2.5 CAN 总线物理层接口电路的说明  36-37
  3.3 系统软件的开发  37-38
  3.4 内建自测试BIST 的概念和实现  38-41
    3.4.1 基本概念  38-39
    3.4.2 LED 驱动器内建自测试的实现方法  39-40
    3.4.3 数据采集和信息处理功能的实现  40-41
  3.5 本章小结  41-42
第4章可程控开关电流源模块的开发  42-58
  4.1 宽程升降压式可控电流源开发  42-48
    4.1.1 典型开关电源芯片的电流控制方法  42-44
    4.1.2 基于Buck-Boost 电路的升-降压式LED 驱动器  44-46
    4.1.3 Buck-Boost 电路关键元件参数的确定  46-48
  4.2 基于单片机的电流源数字闭环控制  48-54
    4.2.1 系统结构及主电路参数选择  48-51
    4.2.2 功率开关的驱动电路  51-53
    4.2.3 数字控制器的设计  53-54
  4.3 开关电流源开发过程中的若干创新尝试  54-57
    4.3.1 电流环控制的调试电路  54-55
    4.3.2 高效率车载大功率LED 驱动器的设计  55-57
  4.4 本章小结  57-58
第5章实验示例及测试结果分析  58-66
  5.1 多通道车载智能LED 驱动器系统的实验  58-60
  5.2 LED 驱动器测试结果及有源温控系统的开发  60-65
    5.2.1 LED 驱动器稳态指标测试  60-63
    5.2.2 有源温控系统的设计  63-65
  5.3 本章小结  65-66
结论  66-67
参考文献  67-70
攻读学位期间发表的学术论文  70-72
致谢  72

基于现场总线的LED智能驱动器系统研究

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