專利名稱：Hid燈電子鎮(zhèn)流器及多模式控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種HID燈電子鎮(zhèn)流器及控制方法，特別涉及一種多模式控制的HID 燈電子鎮(zhèn)流器及多模式控制方法。
背景技術(shù)：
高強(qiáng)度氣體放電燈(High Intensity Discharge Lamp)目前已經(jīng)較多地應(yīng)用在汽 車前大燈照明系統(tǒng)中。HID燈泡突破傳統(tǒng)的鎢絲燈泡技術(shù)，采用先進(jìn)科技將氙氣和鹵化物 充入石英內(nèi)管，通過高壓脈沖激發(fā)管內(nèi)的氙氣電離，在兩電極間形成超強(qiáng)的電弧持續(xù)發(fā)光。 HID燈的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在低功耗、高光效和長壽命。和鹵素?zé)粝啾龋琀ID燈的功耗降低了一 半，光效提高了 5倍，壽命延長了近10倍。而且HID燈的發(fā)光體小，反射器可以采用體積更 小的曲面設(shè)計，聚焦能力增強(qiáng)；無燈絲的結(jié)構(gòu)也避免了在惡劣環(huán)境下因燈絲耐震性差而導(dǎo) 致的射光偏離或失效等問題。HID燈的最大優(yōu)點(diǎn)是增加了汽車夜間駕駛的安全性，絕佳的照明能力給駕駛者提 供了夜里更寬廣的視野，而超過4000K的色溫比較接近日光的光澤，也大幅降低了跑夜車 時眼睛疲勞的程度，正因為HID燈的諸多優(yōu)勢，近年來在汽車前大燈照明系統(tǒng)中已經(jīng)逐步 取代傳統(tǒng)的鹵素?zé)?，成為高端汽車市場的主流配置，并向中低端汽車市場滲透。由于HID燈泡的特殊結(jié)構(gòu)，需要配備專用的電子鎮(zhèn)流器才能穩(wěn)定可靠地工作。作 為HID照明系統(tǒng)中的核心部件，電子鎮(zhèn)流器在啟動瞬間產(chǎn)生2萬伏左右的高壓脈沖激發(fā)氙 氣電離發(fā)光，并提供大電流維持放電；在啟動到穩(wěn)態(tài)的過渡階段根據(jù)HID燈復(fù)雜的電壓-電 流對應(yīng)關(guān)系和定時控制的要求，完成恒壓、恒流、變功率、恒功率等多種模式控制；在穩(wěn)態(tài)實(shí) 現(xiàn)恒功率控制；同時在各個工作階段監(jiān)測電壓、電流等參數(shù)的變化，實(shí)現(xiàn)過壓、短路、開路等 多種故障保護(hù)功能。因此，HID照明系統(tǒng)的可靠工作很大程度上取決于電子鎮(zhèn)流器的性能好壞。傳統(tǒng) 的鎮(zhèn)流器采用模擬方式控制，控制芯片采用ST3843、UCC3305等，只能實(shí)現(xiàn)簡單的啟動和保 護(hù)功能，存在著電路復(fù)雜、體積大、定時控制效果差等缺點(diǎn)；目前已經(jīng)逐漸被數(shù)字控制方式 所取代，數(shù)字化控制以MCU、DSP為核心，可以精確滿足HID燈啟動過程中復(fù)雜的時序控制要 求，正確區(qū)分冷、熱燈工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)多種故障保護(hù)功能，保證燈泡的高發(fā)光效率和長壽命。 自上世紀(jì)90年代飛利浦、歐司朗等公司發(fā)明HID燈至今，HID燈電子鎮(zhèn)流器已經(jīng)經(jīng)歷了三代 的發(fā)展歷程第一代主要是模擬控制方式，通過分立器件的搭建實(shí)現(xiàn)控制功能；第二代采 用MCU、DSP等構(gòu)成核心控制電路，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化控制功能；第三代以德國海拉公司為代表， 開始研制集成了核心控制電路的專用芯片(ASIC)，進(jìn)一步提高了鎮(zhèn)流器的工作可靠性。傳統(tǒng)的模擬控制方式不能可靠地實(shí)現(xiàn)燈啟動和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過程，存在著硬件電路復(fù) 雜、控制時序不精確、冷熱燈狀態(tài)無法判斷、故障保護(hù)功能簡單等缺點(diǎn)，目前已經(jīng)逐步被數(shù) 字控制方式取代。因此急需一種在冷熱狀態(tài)下都能可靠快速啟動HID燈、啟動HID燈后能夠平穩(wěn)過 渡到穩(wěn)態(tài)且頻繁點(diǎn)燈可靠性高的電子鎮(zhèn)流器及控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種在冷熱狀態(tài)下都能可靠快速啟動 HID燈、啟動HID燈后能夠平穩(wěn)過渡到穩(wěn)態(tài)且頻繁點(diǎn)燈可靠性高的電子鎮(zhèn)流器及控制方法； 該電子鎮(zhèn)流器及其控制方法還能適應(yīng)不同燈況。本發(fā)明的目的之一是提出一種HID燈電子鎮(zhèn)流器多模式控制方法；本發(fā)明的目的 之二是提出一種多模式控制的HID燈電子鎮(zhèn)流器。本發(fā)明的目的之一是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明提供的HID燈電子鎮(zhèn)流器多模式控制方法，包括以下步驟
51初始化，設(shè)置并存儲HID燈的工作參數(shù)；
52實(shí)時采集HID燈的電壓，輸入到電壓反饋控制電路中；
53所述電壓反饋控制電路將HID燈電壓實(shí)時采樣信號與基準(zhǔn)電壓比較，控制處于開 路狀態(tài)的HID燈鎮(zhèn)流器的輸出電壓；
54實(shí)時采集HID燈的電流，輸入到電流反饋控制電路中；
55所述電流反饋控制電路將HID燈電流實(shí)時采樣信號輸入與基準(zhǔn)電流比較，控制處 于預(yù)熱階段的HID燈鎮(zhèn)流器的輸出電流；
56根據(jù)HID燈電壓和電流并計算出瞬態(tài)功率，與設(shè)定的功率值作比較，控制HID燈鎮(zhèn) 流器的輸出功率。進(jìn)一步，所述步驟S3中具體包括如下步驟
531將HID燈電壓實(shí)時采樣信號與基準(zhǔn)電壓比較，產(chǎn)生誤差電壓信號；
532將誤差電壓信號經(jīng)過信號電路處理形成參考電壓信號；
533所述參考電壓信號與PWM控制器中的恒頻三角波做比較，產(chǎn)生脈寬調(diào)制波；
534所述脈寬調(diào)制波用來控制電子鎮(zhèn)流器的輸出電流。進(jìn)一步，所述步驟S5中具體包括如下步驟
551將HID燈電流實(shí)時采樣信號輸入到MCU控制電路輸出基準(zhǔn)電流信號，產(chǎn)生誤差電 流信號；
552所述基準(zhǔn)電流信號與電流實(shí)時采樣信號比較產(chǎn)生誤差電流信號；
553所述誤差電流信號輸入到PWM控制器產(chǎn)生PWM調(diào)制波；
554所述PWM調(diào)制波用來控制電子鎮(zhèn)流器的輸出電流。進(jìn)一步，所述步驟S6中具體包括如下步驟
561檢測鎮(zhèn)流器的輸出功率是否達(dá)到預(yù)設(shè)高穩(wěn)態(tài)功率值，若檢測結(jié)果為否，升高HID 燈的電壓；
562若檢測結(jié)果為是，則保持鎮(zhèn)流器的輸出功率為預(yù)設(shè)時間值；
S63:檢測鎮(zhèn)流器的輸出功率是否達(dá)到預(yù)設(shè)低穩(wěn)態(tài)功率值，若檢測結(jié)果為是，則保持鎮(zhèn) 流器的輸出功率為預(yù)設(shè)時間值；
S64 若檢測結(jié)果為否，則調(diào)整輸出的電流，直到輸出功率為預(yù)設(shè)低穩(wěn)態(tài)功率值。進(jìn)一步，還包括以下步驟
57檢測HID燈的過電壓、短路、開路狀態(tài)，若檢測結(jié)果為否，則保持輸出功率為預(yù)設(shè)低 穩(wěn)態(tài)功率值；S8 若檢測結(jié)果為是，關(guān)閉HID燈電子鎮(zhèn)流器的輸出。本發(fā)明的目的之二是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明提供的多模式控制的HID燈電子鎮(zhèn)流器，包括高頻DC/DC轉(zhuǎn)換器、DC/AC逆變器、 高壓點(diǎn)火電路和控制電路，所述控制電路包括信號處理電路和MCU單元電路，所述高頻DC/ DC轉(zhuǎn)換器輸出端與DC/AC逆變器的輸入到和高壓點(diǎn)火電路的輸入連接，所述DC/AC逆變器 的輸出端和高壓點(diǎn)火電路的輸出端分別與HID燈連接，所述HID燈的電流電壓分別輸入到 信號處理電路中，從信號處理電路的輸出端將處理信號輸入到MCU單元電路中進(jìn)行分析， 然后通過MCU單元電路來控制高頻DC/DC轉(zhuǎn)換器和DC/AC逆變器。進(jìn)一步，所述MCU單元包括電壓閉環(huán)控制模塊、電流閉環(huán)控制模塊和功率閉環(huán)控 制模塊；
所述電壓閉環(huán)控制模塊，用于控制HID燈處于開路狀態(tài)時的鎮(zhèn)流器的輸出電壓，將HID 燈的電壓信號采樣后與基準(zhǔn)電壓比較，產(chǎn)生誤差電壓信號，所屬誤差電壓信號經(jīng)過放大電 路處理后，與PWM控制器中的恒頻三角波做比較，產(chǎn)生脈寬調(diào)制波，所述脈寬調(diào)制波用來控 制電子鎮(zhèn)流器的輸出電流；
所述電流閉環(huán)控制模塊，用于控制HID燈預(yù)熱階段的輸出電流，將HID燈電流實(shí)時采樣 信號輸入到MCU控制電路輸出基準(zhǔn)電流信號，產(chǎn)生誤差電流信號；所述誤差電流信號輸入 到PWM控制器產(chǎn)生PWM調(diào)制波；所述PWM調(diào)制波用來控制電子鎮(zhèn)流器的輸出電流；
所述功率閉環(huán)控制模塊，用于控制HID燈的輸出功率，包括恒功率閉環(huán)控制模塊和變 功率閉環(huán)控制模塊；所述恒功率閉環(huán)控制模塊，用于當(dāng)檢測出鎮(zhèn)流器的輸出功率小于預(yù)設(shè) 高穩(wěn)態(tài)功率值時，升高HID燈的電壓；所述變功率閉環(huán)控制模塊，用于當(dāng)檢測出鎮(zhèn)流器的輸 出功率達(dá)到預(yù)設(shè)高穩(wěn)態(tài)功率值時，則保持鎮(zhèn)流器的輸出功率為預(yù)設(shè)時間值；
進(jìn)一步，還包括PWM控制器和PID控制器，所述PID控制器輸入端接收HID燈反饋信號， 所述PID控制器輸出端與PWM控制器的輸入端連接，所述PWM控制器的輸出端與高頻DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸入端連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本方面利用HID燈啟動特性，根據(jù)HID燈在啟動過程中不同的 工作階段的電壓電流對應(yīng)關(guān)系，對應(yīng)于HID燈不同工作階段選擇不同的控制模式，精確地 控制HID燈啟動過程中的不同工作階段，采用電壓反饋控制、電流反饋控制和變功率控制 多種控制模式，本發(fā)明采用的電子鎮(zhèn)流器及其控制方法不需要硬件上的改變，就能實(shí)現(xiàn)HID 燈可靠地快速啟動和啟動HID燈后能夠平穩(wěn)過渡到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，頻繁點(diǎn)燈可靠性高、控制時 序精確且適應(yīng)不同燈況，同時還具有故障保護(hù)功能，延長了 HID燈的使用壽命。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并 且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可 以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其它優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書，權(quán)利要 求書，以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn) 一步的詳細(xì)描述，其中
圖1為鎮(zhèn)流器電路結(jié)構(gòu)框圖；圖2為HID燈伏安特性曲線； 圖3為電壓閉環(huán)控制框圖； 圖4為電流閉環(huán)控制框圖； 圖5為功率閉環(huán)控制框圖； 圖6為HID燈多模式控制順序圖； 圖7為控制程序流程圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例 僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖1為鎮(zhèn)流器電路結(jié)構(gòu)框圖；如圖所示本發(fā)明提供的多模式控制的HID燈電子 鎮(zhèn)流器，包括高頻DC/DC轉(zhuǎn)換器101、DC/AC逆變器102、高壓點(diǎn)火電路107和控制電路103， 所述控制電路103包括信號處理電路108和MCU單元電路109，所述高頻DC/DC轉(zhuǎn)換器101 輸出端與DC/AC逆變器102的輸入到和高壓點(diǎn)火電路107的輸入連接，所述DC/AC逆變器 102的輸出端和高壓點(diǎn)火電路107的輸出端分別與HID燈104連接，所述HID燈104的電 流電壓分別輸入到信號處理電路108中，從信號處理電路108的輸出端將處理信號輸入到 MCU單元電路109中進(jìn)行分析，然后通過MCU單元電路109來控制高頻DC/DC轉(zhuǎn)換器101和 DC/AC逆變器102。MCU單元電路采用Freescale公司的MCU，也可以采用其他的單片機(jī)或 dsp器件。下面對電子鎮(zhèn)流器的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡要分析
電子鎮(zhèn)流器的控制電路對輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電流等參數(shù)采樣后，根 據(jù)不同工作階段的恒流、恒功率、變功率等控制策略進(jìn)行綜合計算分析，輸出參考電平到 PWM電源管理芯片，控制PWM導(dǎo)通占空比，以調(diào)節(jié)輸出電壓和輸出功率。DC/DC電路拓?fù)洳捎脝味朔醇そY(jié)構(gòu)，可以減少元件數(shù)量，減小模塊體積，提高系統(tǒng) 工作的可靠性。DC輸入范圍為9 16V，高頻變換器輸出產(chǎn)生75、0V的DC電壓給HID燈供 電。燈點(diǎn)火前鎮(zhèn)流器輸出可視為開路，變換器的輸出電壓經(jīng)過倍壓整流電路提升到400V左 右，輸入到高壓點(diǎn)火電路，以產(chǎn)生20kV左右的高壓點(diǎn)火脈沖。電源初級開關(guān)的整個開關(guān)周期為T，經(jīng)過導(dǎo)通時間Ton后，初級電感Lp中的電流上 升到最大值Ip，單周期內(nèi)母線電壓VdC提供的輸入功率P為
因為八= UL/、，則有
7TL
P
可見，對于一定的輸入電壓和開關(guān)周期，輸出功率的調(diào)整取決于初級開關(guān)導(dǎo)通的占空 比；如果反饋控制回路保持Vd。T。n的恒定，則輸出功率保持不變。 為了延長HID燈管電極的壽命，方波驅(qū)動電壓比較理想，方波電流可使燈電流波 峰系數(shù)接近于1，可以防止電流過零時弧光重新點(diǎn)火而出現(xiàn)閃爍。方波工作頻率的選擇比較重要，因為高頻工作時會產(chǎn)生聲諧振的問題，而導(dǎo)致弧光的不穩(wěn)定、色溫的變化、甚至熄 弧。本文樣機(jī)的工作頻率定為幾百赫茲，這樣HID燈工作在低頻方波，避開了聲諧振的頻 帶。DC/AC電路的關(guān)鍵器件選用了 SAKEN公司的全橋驅(qū)動器，其集成了全橋逆變電路所需的 高壓控制IC和功率MOS管，比傳統(tǒng)分立器件組成的電路節(jié)省了面積，也增加了電路的可靠 性。圖2為HID燈伏安特性曲線；下面對HID燈的啟動特性進(jìn)行分析
HID的燈管內(nèi)充有氙氣和少量的金屬鹵化物，啟動時必須加上高壓脈沖使氣體電離放 電。氣體點(diǎn)燃后，首先工作在低壓弧光放電狀態(tài)，此時燈電壓低，約20V左右，輸出的光通量 小，金屬鹵化物在高溫下分解為金屬原子和鹵素原子，被電場激發(fā)發(fā)光；隨著溫度的不斷提 高，金屬鹵化物全部蒸發(fā)，粒子陸續(xù)參與發(fā)光，輸出的光通量逐漸穩(wěn)定，燈內(nèi)氣壓可達(dá)幾十 個大氣壓，電弧轉(zhuǎn)為高壓弧光放電，燈電壓由20V上升到近100V，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作階段。HID燈從啟動到穩(wěn)態(tài)的過渡是其工作的關(guān)鍵階段，性能高的電子鎮(zhèn)流器保證HID 燈平穩(wěn)地過渡到穩(wěn)態(tài)，光通量2s內(nèi)達(dá)到額定光輸出的80%，無燈光抖動現(xiàn)象，頻繁的開-關(guān) 動作不會影響其壽命；性能差的電子鎮(zhèn)流器無法保證過渡平穩(wěn)，燈光抖動嚴(yán)重，光通量的變 化肉眼感覺明顯，長期的開-關(guān)動作會使燈管提前老化，大幅降低其使用壽命。HID燈的啟動擊穿通常包括高壓擊穿、輝光放電、輝光到弧光的過渡和弧光放電幾 個過程，與之配套的電子鎮(zhèn)流器需要滿足的條件有能提供擊穿所需的高電壓脈沖、啟動瞬 間輸出足夠大的功率以維持放電、對啟動過程的時序準(zhǔn)確控制等。電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計性能 直接決定了 HID照明系統(tǒng)的可靠性和長期壽命。HID燈的啟動過程可以分為五個階段Turn-on stage (導(dǎo)通階段)、Ignition stage (點(diǎn)火階段)、Warm-up stage (預(yù)熱階段)、Run_up stage (上升階段)和 Steady stage (穩(wěn)定階段)，整個啟動過程中HID燈作為鎮(zhèn)流器的負(fù)載，呈現(xiàn)負(fù)阻特性，而且等效阻抗實(shí)時變化。Turn-on階段HID燈點(diǎn)火擊穿前，燈負(fù)載相當(dāng)于開路，鎮(zhèn)流器需要提供幾百伏的 開路電壓施加在燈管電極之間，以通過高壓點(diǎn)火電路產(chǎn)生20kV左右的高壓脈沖，并保證有 效地?fù)舸?。Ignition階段如果HID燈是冷燈啟動，即首次開啟，則需要20kV左右的高壓啟 動脈沖，熱啟動的話只需要幾kV，經(jīng)過啟動脈沖一次或幾次的激勵，HID燈的氙氣就被電離 擊穿，產(chǎn)生放電電弧。Warm-up階段HID燈點(diǎn)火放電后的電弧維持和平穩(wěn)過渡到下階段是一個復(fù)雜的 難題。此時燈阻抗急劇下降到幾歐姆，類似于短路狀態(tài)，鎮(zhèn)流器要提供十幾A的電流來維持 電弧放電，為此在電路設(shè)計中要增加額外的啟動儲能電路；弧光放電后，對燈的控制策略取 決于燈的溫度，熱啟動可以直接進(jìn)入rim-up階段，冷啟動則需要2. 5A左右的電流預(yù)熱后， 才進(jìn)入下一階段。高壓脈沖點(diǎn)火擊穿(us級)和預(yù)熱的時間(ms級)非常短，所以對控制電 路的工作頻率和反應(yīng)時間都提出了苛刻的要求。Run-up階段燈預(yù)熱后，為了滿足輸出光通量快速上升到額定值的需要，鎮(zhèn)流器 會輸出75W左右的功率，決定于燈管電極能承受的最大電流和最大功率。燈電壓緩慢上升 到穩(wěn)態(tài)90V，燈電流下降到穩(wěn)態(tài)0. 4A，輸出功率先維持在75W，然后逐漸下降到穩(wěn)態(tài)35W，整 個過程持續(xù)時間有十幾秒。輸出電壓為正負(fù)對稱的方波形式，可以使燈管兩電極加電均勻，防止電極提前老化；方波頻率的選擇涉及到聲諧振效應(yīng)，通常設(shè)定在幾百赫茲左右。Steady-state階段冷啟動經(jīng)過十幾秒后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)輸出功率控制在35W左 右，功率過高會導(dǎo)致燈泡壽命縮短、提前損壞，功率過低又導(dǎo)致燈容易熄弧、輸出光通量偏 低。圖6為HID燈多模式控制順序圖，HID燈的啟動過程可以按順序分為4個主要階 段，在不同的工作階段采用不同的控制模式，各個階段的持續(xù)時間也能夠精確的控制。作為上述實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，所述MCU單元包括電壓閉環(huán)控制模塊、電流閉環(huán) 控制模塊和功率閉環(huán)控制模塊；
圖3為電壓閉環(huán)控制框圖；如圖所示，所述電壓閉環(huán)控制模塊，用于控制HID燈處于開 路狀態(tài)時的鎮(zhèn)流器的輸出電壓，將HID燈的電壓信號采樣后與基準(zhǔn)電壓比較，產(chǎn)生誤差電 壓信號，所屬誤差電壓信號經(jīng)過放大電路處理后，與PWM控制器中的恒頻三角波做比較，產(chǎn) 生脈寬調(diào)制波，所述脈寬調(diào)制波用來控制電子鎮(zhèn)流器的輸出電流；
圖4為電壓閉環(huán)控制框圖；如圖所示，所述電流閉環(huán)控制模塊，用于控制HID燈預(yù)熱階 段的輸出電流，將HID燈電流實(shí)時采樣信號輸入到MCU控制電路輸出基準(zhǔn)電流信號，產(chǎn)生誤 差電流信號；所述誤差電流信號輸入到PWM控制器產(chǎn)生PWM調(diào)制波；所述PWM調(diào)制波用來控 制電子鎮(zhèn)流器的輸出電流；
圖5為功率閉環(huán)控制框圖；如圖所示，所述功率閉環(huán)控制模塊，用于控制HID燈的輸出 功率，包括恒功率閉環(huán)控制模塊和變功率閉環(huán)控制模塊；所述恒功率閉環(huán)控制模塊，用于當(dāng) 檢測出鎮(zhèn)流器的輸出功率小于預(yù)設(shè)高穩(wěn)態(tài)功率值時，升高HID燈的電壓；所述變功率閉環(huán) 控制模塊，用于當(dāng)檢測出鎮(zhèn)流器的輸出功率達(dá)到預(yù)設(shè)高穩(wěn)態(tài)功率值時，則保持鎮(zhèn)流器的輸 出功率為預(yù)設(shè)時間值。作為上述實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，還包括PWM控制器和PID控制器，所述PID控制器 輸入端接收HID燈反饋信號，所述PID控制器輸出端與PWM控制器的輸入端連接，所述PWM 控制器的輸出端與高頻DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入端連接。圖7為控制程序流程圖，如圖所示本發(fā)明提供的HID燈電子鎮(zhèn)流器多模式控制方 法，包括以下步驟
51初始化，設(shè)置并存儲HID燈的工作參數(shù)；設(shè)置并存儲HID燈的基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)電流、 設(shè)定功率值、預(yù)設(shè)高穩(wěn)態(tài)功率值；
52實(shí)時采集HID燈的電壓，輸入到電壓反饋控制電路中；
53所述電壓反饋控制電路將HID燈電壓實(shí)時采樣信號與基準(zhǔn)電壓比較，控制處于開 路狀態(tài)的HID燈鎮(zhèn)流器的輸出電壓；
54實(shí)時采集HID燈的電流，輸入到電流反饋控制電路中；
S5:所述電流反饋控制電路將HID燈電流實(shí)時采樣信號輸入與基準(zhǔn)電流比較，控制處 于預(yù)熱階段的HID燈鎮(zhèn)流器的輸出電流；
S6 根據(jù)HID燈電壓和電流并計算出瞬態(tài)功率，與設(shè)定的功率值作比較，控制HID燈鎮(zhèn) 流器的輸出功率。作為上述實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S3主要用于在Turn-on階段，HID燈處 于開路狀態(tài)，鎮(zhèn)流器空載運(yùn)行，輸出400V電壓，控制模式為電壓反饋閉環(huán)控制。燈電壓信號 采樣后與基準(zhǔn)電壓比較產(chǎn)生誤差信號，經(jīng)放大電路處理后，與PWM控制器中的恒頻三角波做比較，產(chǎn)生脈寬調(diào)制波，控制環(huán)路框圖見圖4，控制功能由PWM電源管理芯片和信號處理 放大電路來完成。所述步驟S3具體包括如下步驟
531將HID燈電壓實(shí)時采樣信號與基準(zhǔn)電壓比較，產(chǎn)生誤差電壓信號；
532將誤差電壓信號經(jīng)過信號電路處理形成參考電壓信號；
533所述參考電壓信號與PWM控制器中的恒頻三角波做比較，產(chǎn)生脈寬調(diào)制波；
534所述脈寬調(diào)制波用來控制電子鎮(zhèn)流器的輸出電流。作為上述實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S5中主要任務(wù)是在HID燈的預(yù)熱 (Warm-up)階段穩(wěn)定放電電弧，因為擊穿穿瞬間后，電弧剛剛建立，很容易因為供電不足等 原因而熄滅，為此需要專門的儲能電路提供十幾安的電流來維持放電。大電流持續(xù)很短的 時間后即下降到2. 5A左右，并以正負(fù)兩個半波形式輸出，這樣可使燈電極受熱均勻，避免 其過度燒毀。本階段控制模式為電流反饋閉環(huán)控制，控制環(huán)路框圖見圖5，MCU控制電路實(shí) 現(xiàn)核心的控制功能。所述步驟S5具體包括如下步驟
551將HID燈電流實(shí)時采樣信號輸入到MCU控制電路輸出基準(zhǔn)電流信號，產(chǎn)生誤差電 流信號；
552所述基準(zhǔn)電流信號與電流實(shí)時采樣信號比較產(chǎn)生誤差電流信號；
553所述誤差電流信號輸入到PWM控制器產(chǎn)生PWM調(diào)制波；
554所述PWM調(diào)制波用來控制電子鎮(zhèn)流器的輸出電流。作為上述實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S6中主要用于在HID燈的Rim-up階段 輸出功率首先維持在75W左右，當(dāng)燈電壓上升到一定值后再逐步降低輸出功率到穩(wěn)態(tài)35W (Steady-state)，分別對應(yīng)恒功率閉環(huán)和變功率閉環(huán)控制模式，控制環(huán)路框圖見圖6。燈電 壓、電流等模擬信號輸入給MCU控制電路，計算出瞬態(tài)功率，與設(shè)定功率值作比較，根據(jù)其 差值大小調(diào)整輸出的基準(zhǔn)電流信號，達(dá)到間接調(diào)整輸出功率的目的，從而完成功率閉環(huán)控 制。所述步驟S6具體包括如下步驟
561檢測鎮(zhèn)流器的輸出功率是否達(dá)到預(yù)設(shè)高穩(wěn)態(tài)功率值，若檢測結(jié)果為否，升高HID 燈的電壓；
562若檢測結(jié)果為是，則保持鎮(zhèn)流器的輸出功率為預(yù)設(shè)時間值；
S63:檢測鎮(zhèn)流器的輸出功率是否達(dá)到預(yù)設(shè)低穩(wěn)態(tài)功率值，若檢測結(jié)果為是，則保持鎮(zhèn) 流器的輸出功率為預(yù)設(shè)時間值；
S64 若檢測結(jié)果為否，則調(diào)整輸出的電流，直到輸出功率為預(yù)設(shè)低穩(wěn)態(tài)功率值。作為上述實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，還包括以下步驟
57檢測HID燈的過電壓、短路、開路狀態(tài)，若檢測結(jié)果為否，則保持輸出功率為預(yù)設(shè)低 穩(wěn)態(tài)功率值；
58若檢測結(jié)果為是，關(guān)閉HID燈電子鎮(zhèn)流器的輸出。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人 員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的 這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.HID燈電子鎮(zhèn)流器多模式控制方法，其特征在于包括以下步驟51初始化，設(shè)置并存儲HID燈的工作參數(shù)；52實(shí)時采集HID燈的電壓，輸入到電壓反饋控制電路中；53所述電壓反饋控制電路將HID燈電壓實(shí)時采樣信號與基準(zhǔn)電壓比較，控制處于開 路狀態(tài)的HID燈鎮(zhèn)流器的輸出電壓；54實(shí)時采集HID燈的電流，輸入到電流反饋控制電路中；S5:所述電流反饋控制電路將HID燈電流實(shí)時采樣信號輸入與基準(zhǔn)電流比較，控制處 于預(yù)熱階段的HID燈鎮(zhèn)流器的輸出電流；S6 根據(jù)HID燈電壓和電流并計算出瞬態(tài)功率，與設(shè)定的功率值作比較，控制HID燈鎮(zhèn) 流器的輸出功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HID燈電子鎮(zhèn)流器多模式控制方法，其特征在于所述步驟 S3中具體包括如下步驟531將HID燈電壓實(shí)時采樣信號與基準(zhǔn)電壓比較，產(chǎn)生誤差電壓信號；532將誤差電壓信號經(jīng)過信號電路處理形成參考電壓信號；533所述參考電壓信號與PWM控制器中的恒頻三角波做比較，產(chǎn)生脈寬調(diào)制波；534所述脈寬調(diào)制波用來控制電子鎮(zhèn)流器的輸出電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HID燈電子鎮(zhèn)流器多模式控制方法，其特征在于所述步驟 S5中具體包括如下步驟551將HID燈電流實(shí)時采樣信號輸入到MCU控制電路輸出基準(zhǔn)電流信號，產(chǎn)生誤差電 流信號；552所述基準(zhǔn)電流信號與電流實(shí)時采樣信號比較產(chǎn)生誤差電流信號；553所述誤差電流信號輸入到PWM控制器產(chǎn)生PWM調(diào)制波；554所述PWM調(diào)制波用來控制電子鎮(zhèn)流器的輸出電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HID燈電子鎮(zhèn)流器多模式控制方法，其特征在于所述步驟 S6中具體包括如下步驟561檢測鎮(zhèn)流器的輸出功率是否達(dá)到預(yù)設(shè)高穩(wěn)態(tài)功率值，若檢測結(jié)果為否，升高HID 燈的電壓；562若檢測結(jié)果為是，則保持鎮(zhèn)流器的輸出功率為預(yù)設(shè)時間值；563檢測鎮(zhèn)流器的輸出功率是否達(dá)到預(yù)設(shè)低穩(wěn)態(tài)功率值，若檢測結(jié)果為是，則保持鎮(zhèn) 流器的輸出功率為預(yù)設(shè)時間值；564若檢測結(jié)果為否，則調(diào)整輸出的電流，直到輸出功率為預(yù)設(shè)低穩(wěn)態(tài)功率值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HID燈電子鎮(zhèn)流器多模式控制方法，其特征在于還包括 以下步驟S7:檢測HID燈的過電壓、短路、開路狀態(tài)，若檢測結(jié)果為否，則保持輸出功率為預(yù)設(shè)低 穩(wěn)態(tài)功率值；S8 若檢測結(jié)果為是，關(guān)閉HID燈電子鎮(zhèn)流器的輸出。
6.多模式控制的HID燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于包括高頻DC/DC轉(zhuǎn)換器(101)、DC/ AC逆變器(102)、高壓點(diǎn)火電路(107)和控制電路(103)，所述控制電路(103)包括信號處 理電路(108)和MCU單元電路(109)，所述高頻DC/DC轉(zhuǎn)換器(101)輸出端與DC/AC逆變器(102)的輸入到和高壓點(diǎn)火電路(107)的輸入連接，所述DC/AC逆變器(102)的輸出端和高 壓點(diǎn)火電路(107)的輸出端分別與HID燈(104)連接，所述HID燈(104)的電流電壓分別 輸入到信號處理電路(108)中，從信號處理電路(108)的輸出端將處理信號輸入到MCU單 元電路(109)中進(jìn)行分析，然后通過MCU單元電路(109)來控制高頻DC/DC轉(zhuǎn)換器(101) 和DC/AC逆變器(102)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模式控制的HID燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述MCU單 元包括電壓閉環(huán)控制模塊、電流閉環(huán)控制模塊和功率閉環(huán)控制模塊；所述電壓閉環(huán)控制模塊，用于控制HID燈處于開路狀態(tài)時的鎮(zhèn)流器的輸出電壓，將HID 燈的電壓信號采樣后與基準(zhǔn)電壓比較，產(chǎn)生誤差電壓信號，所屬誤差電壓信號經(jīng)過放大電 路處理后，與PWM控制器中的恒頻三角波做比較，產(chǎn)生脈寬調(diào)制波，所述脈寬調(diào)制波用來控 制電子鎮(zhèn)流器的輸出電流；所述電流閉環(huán)控制模塊，用于控制HID燈預(yù)熱階段的輸出電流，將HID燈電流實(shí)時采樣 信號輸入到MCU控制電路輸出基準(zhǔn)電流信號，產(chǎn)生誤差電流信號；所述誤差電流信號輸入 到PWM控制器產(chǎn)生PWM調(diào)制波；所述PWM調(diào)制波用來控制電子鎮(zhèn)流器的輸出電流；所述功率閉環(huán)控制模塊，用于控制HID燈的輸出功率，包括恒功率閉環(huán)控制模塊和變 功率閉環(huán)控制模塊；所述恒功率閉環(huán)控制模塊，用于當(dāng)檢測出鎮(zhèn)流器的輸出功率小于預(yù)設(shè) 高穩(wěn)態(tài)功率值時，升高HID燈的電壓；所述變功率閉環(huán)控制模塊，用于當(dāng)檢測出鎮(zhèn)流器的輸 出功率達(dá)到預(yù)設(shè)高穩(wěn)態(tài)功率值時，則保持鎮(zhèn)流器的輸出功率為預(yù)設(shè)時間值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模式控制的HID燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于還包括PWM 控制器和PID控制器，所述PID控制器輸入端接收HID燈反饋信號，所述PID控制器輸出端 與PWM控制器的輸入端連接，所述PWM控制器的輸出端與高頻DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入端連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種HID燈電子鎮(zhèn)流器及多模式控制方法，涉及一種HID燈電子鎮(zhèn)流器及控制方法，本發(fā)明提供的HID燈電子鎮(zhèn)流器及其多模式控制方法，包括高頻DC/DC轉(zhuǎn)換器、DC/AC逆變器、高壓點(diǎn)火電路和控制電路，通過實(shí)時采集HID燈的電壓、電流與基準(zhǔn)電壓、電流比較，控制HID燈鎮(zhèn)流器的輸出電壓；根據(jù)HID燈電壓和電流并計算出瞬態(tài)功率，與設(shè)定的功率值作比較，控制HID燈鎮(zhèn)流器的輸出功率，精確地控制HID燈啟動過程中的不同工作階段，實(shí)現(xiàn)HID燈可靠地快速啟動和啟動HID燈后能夠平穩(wěn)過渡到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，頻繁點(diǎn)燈可靠性高、控制時序精確且適應(yīng)不同燈況，同時還具有故障保護(hù)功能，延長了HID燈的使用壽命。
文檔編號H05B41/288GK102123555SQ20111008804
公開日2011年7月13日 申請日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者曾家黔, 李軍, 王斌, 胡立雪 申請人:重慶大學(xué)