一種模擬控制的汽車頭燈電子鎮(zhèn)流器

摘要：目前，世界各國開始用小功率氙燈代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鹵鎢燈作為汽車前照燈的光源，但其電子鎮(zhèn)流器的設計復雜，價格昂貴，主要用于高端汽車場合。本文首先提出了采用模擬控制的汽車頭燈電子鎮(zhèn)流器；介紹了其基本原理和設計方法，它包括基本電路結構和主電路拓撲的選擇。此外，由于疝燈的啟動暫態(tài)過程極其復雜，因此如何較好地完成燈啟動過程的控制是一個難點。文中給出了其恒功率切換及點火控制方案。最后，通過汽車頭燈電子鎮(zhèn)流器的樣機制作，較好地完成了包括恒功率環(huán)切換，較高點火電壓等燈從啟動到穩(wěn)定的各個控制任務。

關鍵詞：鹵素燈；汽車；鎮(zhèn)流器；模擬；控制/氙金屬鹵素燈；汽車頭燈

1.引言

　　20實際80年代，有精確尺寸的低功率小型石英金屬鹵化物燈在設計和生產兩方面都獲得了突破。同時，隨著人們生活及交往節(jié)奏的加快和高速公路的建成，要求不斷改善汽車夜間駕駛的安全性，為此需要有良好的前照燈視覺構造，因此世界各國開始用小功率氙金屬鹵化物燈代替常規(guī)的鹵鎢燈作為汽車前照燈的光源。通過在燈中充入幾個大氣壓的高壓氙氣作為啟動氣體來滿足汽車前照燈瞬時發(fā)光的要求。目前，高強度汽車頭燈電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)是研究熱點之一，但是這種電子鎮(zhèn)流器設計復雜，價錢昂貴，且體積較大，只適用于高端汽車等應用場合。顯然，若能減小其體積和成本，其需求量將大量上升，因此有著相當好的應用前景。

　　本文提出了模擬控制的汽車頭燈電子鎮(zhèn)流器，實現了用模擬電路來控制汽車頭燈從啟動到穩(wěn)定的各個控制任務，包括恒功率，點火控制等。

2.基本電路結構

　　為了滿足燈在啟動與穩(wěn)態(tài)時的不同要求，目前，一般采用的汽車頭燈用電子鎮(zhèn)流器的基本電路結構包含圖1所示的4部分功能。

(1)DC/DC升壓電路 由于目前汽車使用的電源為12V鉛蓄電池，而燈管穩(wěn)態(tài)電壓約為85V，因此必須經過一級升壓電路將電池電壓升高。

(2)高壓啟動電路  由于燈點亮需要高壓脈沖才能使燈管擊穿開始放電，因此需要高壓啟動電路。啟動電路可采取一級或二級升壓的方式來產生至少23kV以上的高壓脈沖。

(3)DC/AC變換電路  由于直流升壓電路的輸出為直流電，必須使用逆變電路將直流電轉變?yōu)闊艄芩璧慕涣鞣讲娏?。逆變電路一般采用全橋逆變器。全橋逆變電路提供低頻交流方波電流給燈管，以避免聲諧振的發(fā)生。

(4)驅動與保護電路  燈管啟動時控制啟動電路。燈管點亮后，檢測是否有過壓及短路發(fā)生。通過檢測燈電壓與燈電流的信號控制驅動電路和保護電路，使燈管能穩(wěn)定工作。{{分頁}}

3.主電路拓撲的選擇

　　升壓變換器除了要滿足燈正常工作要求外，還必須考慮電路的空載輸出電壓能力?？蛰d輸出電壓的高低決定了ignior電路和take over電路的設計。

(1)在眾多的電路拓撲中，Boost電路是最簡單的。當開關S工作在很大的占空比時，可以得到高的輸出電壓。然而，在這種工作條件下，輸出二極管存在反向恢復問題，開關的電壓電流應力高，損耗大。

(2)對于正激式變換器，雖然也可實現升壓的目的，但其空載輸出電壓能力不如反激式變換器。正激式變換器的變壓器不需要儲存能量，所以變壓器磁芯的尺寸可以很小，但為了輸出400V的電壓，必須增加次級繞組的匝數，因此需要大的窗口面積。所以過多的次級繞組會導致變壓器銅損的增加，對提高效率是不利的。

(3)采用Flyback變換器作為DC/DC級拓撲，通過附加點火繞組的方法，減小DC/DC級的開關應力，增加了電路可靠性；如果采用數字控制可使電路工作于臨界連續(xù)狀態(tài)，可實現較多功能，從而降低電路成本。

　　此外，還有許多汽車頭燈電子鎮(zhèn)流器的主電路拓撲綜合考慮了這些方法，一般選用圖2所示Flyback變換器加低頻全橋逆變電路作為主電路拓撲。

4.控制電路設計方案

　　燈的啟動問題是目前的一大熱點，因此對其控制方法的研究較多。通過控制系統(tǒng)的優(yōu)化，提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應速度；縮短了燈的預熱時間，使燈能迅速進入弧光放電；減少了燈的電極損耗；延長了燈的壽命。

4.1采用模擬電路完成控制策略

　　圖3示出設計的一種低成本、簡單可行的模擬控制電路。它完全能在汽車頭燈從啟動到穩(wěn)定各個階段內提供所需的各種控制功能。

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4.2恒功率控制方案

　　由圖3可知，全橋逆變電路的總體負載只有燈消耗有功功率，因此燈消耗的功率可近似看作是逆變器的輸入功率。所以通過不斷采樣燈回路上的輸出電壓U_o和輸出電流I_o，采用拋物線近似的恒功率控制方法，用模擬電路來實現可使控制精度達到