中心議題：
HID前照燈因具有高光效、顯色性好、長壽命等諸多優(yōu)點(diǎn)，是下一代汽車前照燈的重要選擇
介紹一種新型的HID前照燈啟動(dòng)電路，可靠地實(shí)現(xiàn)了快速點(diǎn)燈并延長了燈的使用壽命
解決方案：
控制器通過400 V恒壓閉環(huán)控制為Cc和電流接續(xù)電容快速充電
采用電流積分的方式實(shí)現(xiàn)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(qiáng)度氣體放電(High Intensity Discharge，HID)燈屬于新一代節(jié)能燈，已廣泛應(yīng)用于交通、市政、工廠等照明中。汽車高強(qiáng)度氣體放電前照燈具有高光效、顯色性好、長壽命等諸多優(yōu)點(diǎn)，已得到各國汽車行業(yè)的高度重視。
大多數(shù)電子鎮(zhèn)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(cè)電極的過度燒損。前級(jí)的效率直接影響到系統(tǒng)的效率，因此，必須合理設(shè)計(jì)升壓直流環(huán)節(jié)。因?yàn)槠嚽罢諢粢罂焖賳?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(dá)23 kV 。因此HID 前照燈啟動(dòng)電路的輸出電壓應(yīng)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(shí)別冷熱啟動(dòng)的判據(jù)，可靠地實(shí)現(xiàn)了快速點(diǎn)燈并延長了燈的使用壽命。
常用高壓啟動(dòng)電路比較
啟動(dòng)期間，電子鎮(zhèn)流器要經(jīng)歷高壓擊穿、電流接續(xù)、預(yù)熱維弧3個(gè)階段。高壓啟動(dòng)電路是HID 前照燈能否瞬間點(diǎn)亮的基礎(chǔ)。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(yīng)速度，所以需要如圖1所示的電流接續(xù)(take- over) 電路，它可利用電容預(yù)先儲(chǔ)存的能量為燈提供一個(gè)較大的瞬間電流(約300ms) ，保證輝弧可靠過渡。一般高壓發(fā)生電路有以下幾種：
圖1 電流接續(xù)電路
a.單級(jí)升壓電路
此電路一般要求匝數(shù)比很高。因高壓線圈流過燈電流，所用導(dǎo)線不能太細(xì)，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(cè)線圈導(dǎo)線做得較細(xì)，但燈需串聯(lián)另外的鎮(zhèn)流電感，這樣，鎮(zhèn)流器系統(tǒng)的體積也會(huì)很大。
b.雙級(jí)升壓電路
采用此電路，在產(chǎn)生高壓的同時(shí)，高壓側(cè)繞組起到鎮(zhèn)流電感的作用，可降低系統(tǒng)的體積和重量，如圖2和圖3所示。圖2和圖3的區(qū)別在于，前者采用了兩級(jí)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(jí)采用了倍壓整流電路，可降低變壓器的匝數(shù)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(jí)變壓器，體積大大減小。
圖2 具有兩級(jí)升壓變壓器的高壓啟動(dòng)電路
圖3 具有倍壓整流的單級(jí)升壓變壓器升壓電路
高壓啟動(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?qū)θ珮蚰孀冸娐返哪妇€電容C1 的端電壓，也就是后級(jí)H 橋的母線電壓進(jìn)行400V 恒壓閉環(huán)。倍壓整流輸出電壓1200V 通過R1和R2對(duì)電容Cc充電，Cc 段電壓逐漸升高。如其端電壓能達(dá)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(duì)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(zhuǎn)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)及壓敏電阻和線路電阻所構(gòu)成回路的時(shí)間常數(shù)決定。
啟動(dòng)階段的控制
為了可靠實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)，控制器通過400 V恒壓閉環(huán)控制為Cc和電流接續(xù)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(cè)電極過度燒損，必須避免每次都從單側(cè)電極打火。程序中設(shè)定了一段啟動(dòng)方向隨機(jī)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(dá)到設(shè)定值就確認(rèn)啟動(dòng)成功，進(jìn)入維弧預(yù)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(yù)熱，為防止直流點(diǎn)燈造成單側(cè)電極過度燒損及高頻交流下過零點(diǎn)熄弧，本文采用了一種電流積分的方式實(shí)現(xiàn)低頻交流方波。電流積分須滿足： ，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(dá)到設(shè)定值，將加和清零并翻轉(zhuǎn)逆變橋切換到下一半波。重復(fù)上述過程，直到半波結(jié)束，進(jìn)入功率遞減過渡階段。這樣控制的優(yōu)點(diǎn)是：可自動(dòng)識(shí)別點(diǎn)燈溫度，為后續(xù)控制提供初始依據(jù)。
圖4 試驗(yàn)采用的高壓啟動(dòng)電路
高壓發(fā)生電路實(shí)驗(yàn)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(shù)比1∶50 ，放電管擊穿電壓為600V。實(shí)驗(yàn)波形見圖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
開關(guān)實(shí)驗(yàn)是為驗(yàn)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(zhèn)流器的開關(guān)可靠性。開關(guān)實(shí)驗(yàn)3小時(shí) ，共計(jì)4萬次開關(guān)，均可靠啟動(dòng)。
結(jié)語
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(cè)燒損，延長了前照燈的使用壽命。