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中心議題： HID前照燈因具有高光效、顯色性好、長(cháng)壽命等諸多優(yōu)點(diǎn)，是下一代汽車(chē)前照燈的重要選擇 介紹一種新型的HID前照燈啟動(dòng)電路，可靠地實(shí)現了快速點(diǎn)燈并延長(cháng)了燈的使用壽命 解決方案： 控制器通過(guò)400 V恒壓閉環(huán)控制為Cc和電流接續電容快速充電 采用電流積分的方式實(shí)現低頻交流方波點(diǎn)燈避免直流和高頻交流點(diǎn)燈的危害 高強度氣體放電(High Intensity Discharge，HID)燈屬于新一代節能燈，已廣泛應用于交通、市政、工廠(chǎng)等照明中。汽車(chē)高強度氣體放電前照燈具有高光效、顯色性好、長(cháng)壽命等諸多優(yōu)點(diǎn)，已得到各國汽車(chē)行業(yè)的高度重視。 大多數電子鎮流器都由一個(gè)直流變換器將額定12V 的直流電壓升壓，再由逆變電路為燈提供交流電，以避免單側電極的過(guò)度燒損。前級的效率直接影響到系統的效率，因此，必須合理設計升壓直流環(huán)節。因為汽車(chē)前照燈要求快速啟動(dòng)和熱燈的快速瞬間啟動(dòng)。冷燈啟動(dòng)所需的啟動(dòng)電壓一般大于13 kV ，熄滅后重新啟動(dòng)的燈所需的啟動(dòng)電壓需高達23 kV 。因此HID 前照燈啟動(dòng)電路的輸出電壓應有足夠的幅值和寬度，且電壓范圍要寬。 本文提出了一種新型啟動(dòng)電路，并采用了電流積分作為識別冷熱啟動(dòng)的判據，可靠地實(shí)現了快速點(diǎn)燈并延長(cháng)了燈的使用壽命。 常用高壓?jiǎn)?dòng)電路比較 啟動(dòng)期間，電子鎮流器要經(jīng)歷高壓擊穿、電流接續、預熱維弧3個(gè)階段。高壓?jiǎn)?dòng)電路是HID 前照燈能否瞬間點(diǎn)亮的基礎。但輝光放電后慣性和濾波延遲使直流變換器和檢測回路很難有較快的響應速度，所以需要如圖1所示的電流接續(take- over) 電路，它可利用電容預先儲存的能量為燈提供一個(gè)較大的瞬間電流(約300ms) ，保證輝弧可靠過(guò)渡。一般高壓發(fā)生電路有以下幾種： 圖1 電流接續電路 a.單級升壓電路 此電路一般要求匝數比很高。因高壓線(xiàn)圈流過(guò)燈電流，所用導線(xiàn)不能太細，這樣會(huì )使高壓變壓器體積增大。采用并聯(lián)方式可將高壓側線(xiàn)圈導線(xiàn)做得較細，但燈需串聯(lián)另外的鎮流電感，這樣，鎮流器系統的體積也會(huì )很大。 b.雙級升壓電路 采用此電路，在產(chǎn)生高壓的同時(shí)，高壓側繞組起到鎮流電感的作用，可降低系統的體積和重量，如圖2和圖3所示。圖2和圖3的區別在于，前者采用了兩級變壓器，體積較大，圖3電路只用了一個(gè)升壓變壓器，但前級采用了倍壓整流電路，可降低變壓器的匝數比，不會(huì )增加變壓器的體積。圖4是我們采用的電路，由于只有一級變壓器，體積大大減小。 圖2 具有兩級升壓變壓器的高壓?jiǎn)?dòng)電路 圖3 具有倍壓整流的單級升壓變壓器升壓電路 高壓?jiǎn)?dòng)電路原理分析 在倍壓整流電路中，因變壓器的副邊兩個(gè)方向的電流通路都存在，此時(shí) flyback部分電路不再是一個(gè)反激變換器。在啟動(dòng)階段，控制程序對全橋逆變電路的母線(xiàn)電容C1 的端電壓，也就是后級H 橋的母線(xiàn)電壓進(jìn)行400V 恒壓閉環(huán)。倍壓整流輸出電壓1200V 通過(guò)R1和R2對電容Cc充電，Cc 段電壓逐漸升高。如其端電壓能達到600 V ，放電管擊穿，Cc放電，能量耦合到副邊，產(chǎn)生高壓。如倍壓整流輸出電壓不夠高，則會(huì )因R1、R2和R3的分壓，在與Cc并聯(lián)的電阻上的分壓小于 600V ，不能擊穿放電管。即使倍壓整流的電壓足夠高，如果R3 相對于R1+R2 的比例不夠大，也不能產(chǎn)生600V的擊穿電壓。 一旦Cc 的端電壓使放電管擊穿，將Cc中的能量轉移到高壓變壓器的副邊，在燈端產(chǎn)生高壓，其電壓值由變壓器副邊的電感和電容、燈狀態(tài)及壓敏電阻和線(xiàn)路電阻所構成回路的時(shí)間常數決定。 啟動(dòng)階段的控制 為了可靠實(shí)現啟動(dòng)，控制器通過(guò)400 V恒壓閉環(huán)控制為Cc和電流接續電容快速充電，此電壓如選得太低可造成啟動(dòng)緩慢，或啟動(dòng)后電路的能量不夠，啟動(dòng)則失敗。為了避免單側電極過(guò)度燒損，必須避免每次都從單側電極打火。程序中設定了一段啟動(dòng)方向隨機選擇子程序。 在電壓閉環(huán)控制的同時(shí)，程序不斷檢測電流，一旦電流達到設定值就確認啟動(dòng)成功，進(jìn)入維弧預熱子程序(Warm-up) 階段。此階段時(shí)間為tpre，主要任務(wù)是維弧預熱，為防止直流點(diǎn)燈造成單側電極過(guò)度燒損及高頻交流下過(guò)零點(diǎn)熄弧，本文采用了一種電流積分的方式實(shí)現低頻交流方波。電流積分須滿(mǎn)足： ，在Warm-up 期間，每次中斷發(fā)生后將電流取樣值加和，一旦加和達到設定值，將加和清零并翻轉逆變橋切換到下一半波。重復上述過(guò)程，直到半波結束，進(jìn)入功率遞減過(guò)渡階段。這樣控制的優(yōu)點(diǎn)是：可自動(dòng)識別點(diǎn)燈溫度，為后續控制提供初始依據。 圖4 試驗采用的高壓?jiǎn)?dòng)電路 高壓發(fā)生電路實(shí)驗及波形 圖5采用3倍壓整流電路，放電管的額定擊穿電壓為600V ，高壓包的匝數比1∶50 ，放電管擊穿電壓為600V。實(shí)驗波形見(jiàn)圖6。 圖5 啟動(dòng)瞬間電容Cc 端電壓和放電管端電壓 圖6 冷燈啟動(dòng)高壓和工作電壓波形 開(kāi)關(guān)實(shí)驗是為驗證這套電路和控制策略的可靠性編制一套可編程控制器( PLC) 程序，用于測試電子鎮流器的開(kāi)關(guān)可靠性。開(kāi)關(guān)實(shí)驗3小時(shí) ，共計4萬(wàn)次開(kāi)關(guān)，均可靠啟動(dòng)。 結語(yǔ) 本文采用的高壓發(fā)生電路體積小、啟動(dòng)電壓范圍寬、啟動(dòng)可靠�？刂瞥绦虺浞挚紤]了交流燈的特點(diǎn)，可最大程度地減小電極的單側燒損，延長(cháng)了前照燈的使用壽命。 |
