HID汽车前照灯电子镇流器数字控制IP核研究.pdf
《HID汽车前照灯电子镇流器数字控制IP核研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《HID汽车前照灯电子镇流器数字控制IP核研究.pdf(65页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、硕士论文H I D 汽车前照灯电子镇流器数字控制P 核研究 摘要 近年来,H I D 灯由于其高亮度、高发光效率和长寿命成为汽车前照灯的理想选择之 一。但其开启过程复杂,包含六个步骤,每个步骤需要单独的控制策略。如果使用传统 的模拟控制则会造成镇流器电路复杂,难以实现复杂的控制策略。本文研究和利用最新 数字控制策略,设计专用逻辑( 数字I P ) 来实现对电子镇流器的控制,以期与现有M C U 控制方案相比获得更高的效率。 I P 核的任务为读取电子镇流器输出电流值,判断开启状态,再把正确的P W M 信号 输给电子镇流器的开关部件。整个I P 为S O C 构架,包括主控模块、W I S H
2、 B O N E 总线 和必要外设如:P W M 、t i m e r 、P I D 和I 的M 等。主控模块利用特殊设计的状态机实现 不同开启阶段的控制与开启阶段间的转换。P W M 信号的占空比是由专门设计的P I D 控 制器产生,与普通的软件实现相比,在进行动态系数调整时可以获得更高的效率。 本文详细展示了整个I P 以及其包含的每个模块的功能( 包括需要实现的算法) 、构 架、设计细节以及验证结果。 关键词:H I D ,汽车前照,数字控制,P I D ,I P 核 A b s t r a c t硕士论文 A b s t r a c t I nr e c e n ty e a r s
3、 ,H I Dl 锄p sh a v eb e e na c c e p t e da Sag o o dc h o i c ef o ra u t o m o t i v eh e a d l i g b t a p p l i c a t i o n sf o ri t sh i g hi n t e n s i t y ,1 1 i g he m c i e n c ya n dl o n gl i f e B u tt l l e yh a V eaV e r yc o m p l e x 6s t e p ss t a n l l pp r o c e s s A n de a c
4、ho ft h e mn e e d si t sd i s t i n c tc o n t r o ls 仃a t e g y U s i n g 缸a d i t i o n a l a n a l o gc o m r o l 、析l lr e s u l ti nac o I n p l e xc i r c u i t A n di t t sh a r dt or e a l i z es o p m s t i c a t e dc o n 仃o l a l g o r i t l l m s I n 廿l i sp 印e r ,n e w e s td i g i t a l
5、c o m r 0 1s t r a t e g yi ss t u d i e da n da d o p t e di I l t h e a u t o m o t i v eH I Db a l l a S tc o n 仃o lI Pd e s i 髓A n dab e t t e re m c i e n c yi se x p e c t e dc o n l p 撕n gt o c o n V e t i o n a ld e s i 印b a S e do nM C U s T K sI P sm a i l lt a S ki st or e a dt 1 1 eo u t
6、 p u tV a L l u eo f t h eb a l l a S t ,t l l e n j u d g et 1 1 es 咖s t a g e o fm el 锄p ,f i n a l l ys e n d 舭c o r r e c tc o n 仃o ls i 印2 L lt ob a l l a s t ss 谢t c l l i n gu 工1 i t n l i sPi sS O C a r c l l i t e c n 鹏,i tc o n s i s t so fam a i nc o n n D lm o d u l e ,W I S H B O N Eb u
7、 sa 1 1 dn e c e s s a 巧p 耐p h e r a l s l i k eP 、7 ,M ,t i m e r ,P I Dc o n t r o U e ra n dR O M ,e t c n l r o u g ho u tt 1 1 ep 印e r ,t l l ew h o l eI Pa n de V e r ym o d u l e sf b n c t i o n s ,a r c l l i t e c t u r e s ,d e s i 萨 d e t 2 L i l sa 芏l ds o m eV e r i f i c a t i o nr e
8、s u l t sa r ed e m o n s 仃a t e d ,a l g o r i t h m sa n dc o I n p u t e r 撕t h m e t i c k n o w l e d g ea r ee x p l a j n e d K e yw o r d :H I D ,a u t o m o t i V eh e a d l i g h t ,d i g i t a lc o r l 仃o l ,P I D ,I Pc o r e I I 硕士论文H I D 汽车前照灯电子镇流器数字控制I P 核研究 目录 摘墨要。I A b s t r a c t 。I
9、 I 目录。I I I 1 绪论1 1 1 课题背景与现状1 1 2 课题意义2 2H I D 汽车前照灯电子镇流器控制I P 核构架3 2 1 I P 核功能分析3 2 1 1 I P 核简介3 2 1 2 金属卤化物灯启动过程4 2 1 3H I D 汽车前照灯电子镇流器结构5 2 1 4I P 核的功能6 2 2I P 核构架设计一6 2 3 本章小结8 3P I D 控制器设计9 3 1P I D 控制器算法9 3 2 数字P I D 控制器1 2 3 3 加法器设计1 5 3 3 1 基本加法器15 3 3 2 超前进位加法器1 6 3 3 3 并行前缀加法器( P 删l e lp
10、r e f i xa d d e r s ) 1 7 3 3 43 2 - b i tH a l l C a d s o n 加法器设计结果仿真19 3 3 5F P G A 测试2 1 3 4 乘法器设计2 2 3 4 1B o o m 乘法算法2 2 3 4 2 符号扩展技巧2 4 3 4 3W 砒l a c e 树2 7 3 4 4 乘法器整体结构3 0 3 4 51 6 x 1 6 - b i t 乘法器设计结果仿真3l 3 4 6F P G A 测试3 3 3 4 7 乘法器流水线化3 3 I I I 目录 硕士论文 3 5P I D 控制器设计要求3 5 3 5 1P I D 控制
11、器端口与控制3 5 3 5 2P I D 控制器行为3 5 3 6P D 控制器状态机3 6 3 7P I D 控制器验证3 7 3 8 本章小结4 0 4 脉宽调制器( P W M ,P U L S EW I D T HM O D U L A T O R ) 设计4 1 4 1 设计要求4 1 4 2 构架4 1 4 3 功能4 2 4 4 时钟奇数倍分频4 3 4 5 主计数器4 4 4 6 仿真与F P G A 测试结果4 6 4 6 1 仿真结果4 6 4 6 2F P G A 测试结果4 6 4 7 本章小结4 8 5 主控模块设计4 9 5 1 控制参数核外存储构架4 9 5 2
12、模块功能5 0 5 3 构架与规格设计5 0 5 3 1W I S H B O N EM a S t e r I m e r f a c e 5l 5 3 2R e 百s t e rA r r a y 5 2 5 3 3M a i nC o I 咖lS t a t eM a c l l i n e 5 4 5 4 本章小结5 7 6 总结与展望5 9 致谢6 0 参考文献6 1 I V 硕士论文H I D 汽车前照灯电子镇流器数字控制I P 核研究 1 绪论 1 1 课题背景与现状 H I D 汽车前照灯为高强度气体放电灯、 电弧放电发光,亮度是传统卤素灯的三倍, 小时,几乎是传统卤素灯的1
13、0 倍1 】【2 】。 氙金属卤化物灯。其利用气体( 等离子体) 功率是传统卤素灯的一半,寿命长达3 0 0 0 用高强度气体放电( H I D ) 灯作为汽车前照灯开始于上世纪9 0 年代。1 9 9 1 年德国 建立了H I D 汽车前照灯的标准,19 9 6 年正式批准了E C EN O 9 8 气体放电型前照灯和 E C EN O 9 9 气体放电型光源两个E C E 法规。欧洲高级轿车率先配备了由飞利浦公司研 制的H I D 汽车前照灯,光源是3 5 W 金属卤化物灯( 汽车行业称之为氙气H I D 灯) ,如 今日本采用H I D 前照灯的车辆数已超过了欧洲,我国也有逐渐采用的趋势
14、。H I D 光源 的汽车前照灯被誉为2 1 世纪革命性汽车照明产品【1 】。 由于气体放电灯的负电阻特性,需要镇流器来维持正常工作。目前,汽车氙灯用电 子镇流器的研究主要集中在国外几大照明公司,包括德国的飞利浦、海拉和欧司朗,日 本的松下、三菱,以及台湾的海蓝星、美国的G E 照明,各个公司由于起步早,都掌握 了很多专利。瓜( i n t e m a t i o n a lr e c t i f i e r ) 国际整流器公司也很早就为电子镇流器的特殊应 用设计了很多高压场合下的开关管和半桥、全桥驱动芯片,美国著名的德国仪器公司为 汽车用电子镇流器开发了专用的模拟控制芯片。经过近几年的技术引
15、进和吸收,国内也 出现了很多车用氙灯电子镇流器品牌,有雪莱特、名都、海迪等,部分公司由于技术上 的进步、成本的优势,成为了外国同行的有力竞争者。 每一个电子镇流器都需要一个控制环路对输出进行控制。而实现这一控制的部件为 电子镇流器控制芯片。芯片的类型有的是专用集成电路( A S I C ) 【3 】,有的是基于微控制 器( M C U ) 【4 】。它们控制方法有模拟、数模混合和数字控制。在国际上,有很多公司研 发和销售H I D 电子镇流器控制芯片,如:M i c r o c m p 的P I C l 6 F 7 8 5 、d s P I CD S C , I n t e m a t i o
16、 n a lR e c t i f i e r 的I R S 2 5 7 3 D ,A 缸n e l 的A T 9 0 P W M l ,T e x a S1 1 1 s 仇l m e n t s ( U N I T R O D E C O R P 0 m 盯I O N ) 的U C C 3 3 0 5 等【2 8 】【2 9 】【3 0 1 。 在国内,做H I D 电子镇流器控制芯片研发的企业或科研机构很少,相关的中文文 献也不多。浙江大学电子工程学院在H I D 电子镇流器设计与控制方面有很多研究成果【5 】 【6 】【7 】【8 】,但是控制芯片都是使用别的公司的现成的产品。复旦大学电
17、光源研究所和先进 照明技术教育部工程研究中心做过基于F P G A 的H I D 电子镇流器控制芯片的研究 9 1 。 1 绪论 硕士论文 1 2 课题意义 H I D 汽车前照灯( 氙灯) 的启动过程复杂,前后需要6 个阶段,每个阶段需要不同 的控制策略。所以使用传统的模拟控制或数模混合控制会导致电路复杂,也无法实现精 确控制。与之相比数字控制有以下优势: 1 方便实现复杂的控制算法 2 高性能 3 有效的保护 4 高鲁棒性 5 低成本 I P 核是指用于专用集成电路( A S I C ) 或者可编辑逻辑器件( F P G A ) 设计的功能模 块。将一些在芯片设计中常用但比较复杂的功能块,
18、如:通用处理器,常用的密码算法, F I R 滤波器,S D R A M 控制器,P C I 接口,U S B 控制器等等设计成可修改参数的模块, 让其他用户可以直接调用这些模块,这样就大大减轻了工程师的负担,避免重复劳动, 提高整个项目设计的进度。 软I P 内核通常是用某种H D L 文本提交用户,它已经过行为级设计优化和功能验证, 但其中不含有任何具体的物理信息。据此,用户可以综合出正确的门电路级网表,并可 以进行后续结构设计,具有最大的灵活性,可以很容易地借助于E D A 综合工具与其他 外部逻辑电路结合成一体,根据各种不同的半导体工艺,设计成具有不同性能的器件。 因此研究并设计H I
19、 D 汽车前照灯电子镇流器数字控制软I P 核不但在降低电子镇流 器复杂程度、实现对灯的精确控制等方面有着重要意义,而且具有最大的灵活性,还可 以与其他I P 核组合成S O C 实现更复杂的功能,如无线网络和远程控制。 硕士论文H I D 汽车前照灯电子镇流器数字控制m 核研究 2H I D 汽车前照灯电子镇流器控制I P 核构架 2 1I P 核功能分析 2 1 1 I P 核简介 在电子设计中,半导体I P 核是指那些属于个人或团体知识产权的可复用的逻辑单 元、基本元件、或者电路设计。它们可以被授权给其他个人或团体。它们可以作为A S I C 或F P G A 设计中的组成模块。 I P
20、 核对片上系统( s y s t e mo n ac 1 1 i p ) 设计有着重要影响。通过对I P 核多次授权,许 可证颁发者可以把设计成本分摊给其他芯片制造商。芯片制造商通过使用标准处理器、 通讯接口、或其他功能的I P 核来减少研发工作量,从而可以把主要研发精力投入到产 品独有技术当中,缩短研发周期。 软I P 核 软P 核的形式有两种,一种是可综合I 汀L ,另一种是网表。可综合R T L 形式的I P 核是由硬件描述语言如V e r i l o g 、V H D L 撰写的文本。硬件描述语言如同计算机编程领 域的高级语言如C ,它对I P 核的功能进行描述。获得I 盯L 形式I
21、P 核的芯片设计者可以 对I P 核的功能进行修改。 网表形式I P 核可以是通用门级网表,或是针对专门工艺的标准元件网表。网表对 逻辑和布尔代数的门级实现进行描述。它如同计算机编程领域的汇编语言。通用门级网 表形式的I P 核可以被应用于各种半导体工艺。当面对反向工程时,网表可以对I P 核销 售商的知识产权提供保护。 硬I P 核 硬I P 核是描述晶体管布局的版图,它可以提供确定的时序性能和面积。之所以被 称为硬核,是因为无法在功能方面对它进行有意义的修改。晶体管布局必须遵照某一生 产厂商工艺的设计规定,因此硬核很难移植至其他工艺或生产厂商。模拟和混合集成电 路因为需要进行低级的物理描述
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- HID 汽车 前照灯 电子镇流器 数字控制 IP 研究
链接地址:https://www.31doc.com/p-3579690.html