CN101175360B

CN101175360B - 汽车氙气前大灯镇流器高压触发电路

Info

Publication number: CN101175360B
Application number: CN2007101571217A
Authority: CN
Inventors: 高明煜
Original assignee: Hangzhou Electronic Science and Technology University
Current assignee: Hangzhou Dianzi University; Hangzhou Electronic Science and Technology University
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2027-11-22
Also published as: CN101175360A

Abstract

本发明涉及一种汽车氙气前大灯镇流器高压触发电路。现有的高压触发电路的体积较大。本发明包括控制电路、升压变换电路、耦合电路、充放电电路、高压发生电路、采样电路，高压触发电路和氙气前大灯镇流器的其它电路部分均有一单片机控制。本发明利用单端反激式升压变换电路轻载时产生的600V以上尖峰电压直接对高压触发电路中贮能电容器充电，当贮能电容器上的充电电压大于气体放电管的击穿电压时，气体放电管被击穿导通，贮能电容器上的能量立即释放到高压包原边，通过变压器耦合在高压包副边产生一个25KV以上的高压，使氙气前大灯触发启动。本发明缩小了高压包的体积，同时采用单片机智能控制，启动成功率得到提高。

Description

汽车氙气前大灯镇流器高压触发电路

技术领域

本发明涉及一种电路，具体是一种汽车氙气前大灯镇流器高压触发电路，主要用于氙气前大灯的瞬间快速启动，属于照明电子产品。

背景技术

目前欧共体对汽车生产强制执行的标准有120余项，其中跟汽车光源和照明有关的有30多项，可见光源和照明系统是汽车整车产品中的一个重要组成部分。传统汽车前大灯光源大都采用热辐射发光原理有灯丝的卤钨灯，这种卤钨灯的主要不足之处是发光效率低和寿命短。随着高速公路和高性能汽车的快速发展，要求照明光源产生的照射距离更远，照射光色更舒适以及被照区域的清晰度更高。相比较，氙气灯(是一种金属卤化物气体放电灯)的发光效率是卤钨灯4-5倍、寿命是卤钨灯8-10倍，并且显色性更好，因此是替代传统卤钨灯的最佳光源。

同其它传统高强度气体放电灯一样，氙气灯具有负阻效应，故使用时必须配镇流器才能工作，另外，由于汽车前大灯照明应用时，这种氙气灯在各种冷热状态下应能快速启动，并在很短的时间内，输出足够大的光通量，为此必须配一个能瞬时产生25KV以上高压的电子镇流器。

传统产生25KV高压的方法：一是采用二级升压电路，单端反激式升压变换电路的直流输出电压380V先进行第一级升压至2000V，然后进行第二级升压至25KV；二是在单端反激式变换电路的升压变压器上增加一个辅助触发绕组，由这个绕组产生600V-800V左右的电压，然后再由高压包升压至25KV，上述方法的缺点是高压触发电路的体积会大大增加。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供一种体积相对较小的汽车氙气前大灯镇流器的高压触发电路。

本发明包括控制电路、升压变换电路、耦合电路、充放电电路、高压发生电路、采样电路。

控制电路包括单片机IC1、驱动集成电路IC3、两个运算放大器IC2-A和IC2-B、两个偏置电阻R6和R7、反馈电阻R8、滤波电容C4、C5、C6；来自DC/AC低频全桥逆变电路的直流输入电压Vf与运算放大器IC2-A的同相输入端连接，运算放大器IC2-A的反相输入端分别与输出端、滤波电容C4的一端和单片机IC1的一个A/D转换输入端连接，运算放大器IC2-A的第8脚接5V电源、第4脚接地，滤波电容C4的另一端接地；来自DC/AC低频全桥逆变电路的直流输入电流If与偏置电阻R6的一端连接，运算放大器IC2-B的同相输入端分别与滤波电容C5的一端和偏置电阻R6的另一端连接，运算放大器IC2-B的反相输入端分别与偏置电阻R7和反馈电阻R8的一端连接，运算放大器IC2-B的输出端分别与反馈电阻R8的另一端、滤波电容C6、单片机IC1的另一个A/D转换输入端连接，滤波电容C5、C6、偏置电阻R7的另一端接地；单片机IC1的VDD脚接5V电源，VSS脚接地；驱动集成电路IC3的两个输入端均与单片机IC1的PWM输出口连接，两个输出端均与限流电阻R9的一端连接，VDD端接12V电源，VSS端接地。

升压变换电路包括升压变换器T1、功率MOS管M1、整流二极管D1、高频滤波电容C1；升压变压器T1原边的一端接12V汽车电源的正极，另一端接MOS管M1的D端，MOS管M1的S端接地，MOS管M1栅极G与控制电路中限流电阻R9的另一端连接；升压变压器T1副边的一端接地，另一端与整流二极管D1的正极连接，整流二极管D1的负极与高频滤波电容C1的一端连接，高频滤波电容C1的另一端接地。

耦合电路包括两个反向阻断二极管D2和D3、一个尖峰脉冲耦合电容C2；尖峰脉冲耦合电容C2的一端与升压变压器T1的输出端连接，另一端与反向阻断二极管D2的负极和D3的正极连接，反向阻断二极管D2的正极与整流二极管D1的负极连接。

充放电电路包括充电电阻R1、贮能电容C3、释放电阻R2；充电电阻R1的一端与反向阻断二极管D3的负极连接，贮能电容C3和释放电阻R2并联后的一端与充电电阻R1的另一端连接。

高压发生电路包括高压包T2、气体放电管D4；高压包T2的原边与气体放电管D4串联后与贮能电容C3及释放电阻R2并联；高压包T2的副边与氙气灯RL串联后连接到DC/AC低频全桥逆变电路的中点。

采样电路包括采样电阻R3、R4、R5；采样电阻R3的一端与贮能电容C3和释放电阻R2并联后的另一端以及DC/AC低频全桥逆变电路的负极连接，采样电阻R3另一端接地，采样电阻R4的一端与DC/AC低频全桥逆变电路的正极连接，另一端与采样电阻R5的一端连接，采样电阻R5另一端接地。

采样电阻R3作为DC/AC低频全桥逆变电路的直流输入电流采样，与控制电路中的偏置电阻R6的一端连接；采样电阻R4和R5作为DC/AC低频全桥逆变电路的直流输入电压采样，与控制电路中的运算放大器IC2-A的同相输入端连接。

本发明中的单片机IC1、驱动集成电路IC3和运算放大器IC2采用成熟产品，如单片机IC1采用FREESCALE公司的MC9S08QD4、驱动集成电路IC3采用IR公司的IR4427、运算放大器IC2采用TI公司的LM258。而DC/AC低频全桥逆变电路采用成熟的电路。

本发明中单片机IC1产生频率为25KHZ的PWM脉冲，控制升压变换器工作，在氙气灯RL启动前，升压变换器的输出电压控制在380V以下，当贮能电容器C3上电压小于380V时，升压变换器的输出通过D1、D2、D3和R1向贮能电容器C3充电；当贮能电容器C3上电压大于380V时，由升压变换器轻载时产生的600V以上的尖峰脉冲电压，通过耦合电容C2、D3和R1对贮能电容C3充电，当贮能电容C3上的电压超过气体放电管D4击穿电压(约600V)时，气体放电管D4立即导通，贮能电容C3上的能量立即通过气体放电管D4加到高压包T2的原边，在高压包T2副边会产生一个25KV以上的高压脉冲，在此高压触发脉冲产生10mS后，单片机控制电路通过检测DC/AC低频全桥逆变电路的直流输入电压和输入电流，间接推算出氙气灯灯电压和灯电流的大小，判断氙气灯启动是否成功，如果启动成功，则高压触发电路结束工作，否则第二次产生25KV以上的高压脉冲，如第二次启动仍未成功，则继续第三次产生高压脉冲；如果三次触发均没成功，则控制电路自动关闭。由上可知，这种触发电路具有一定的智能，另一个优点是氙气灯触发启动时，低频逆变全桥的直流侧输入电压始终在380V以下，因此它的四个桥臂可选用价格较低、耐压为400V的功率MOS管，另外高压包T2的原边输入电压高达600V以上，又可显著缩小触发电路的体积。

附图说明

图1是本发明的电路图；

图2是图1中的控制电路图。

具体实施方式

如图1所示，一种汽车氙气前大灯高压触发电路包括控制电路、升压变换电路、耦合电路、充放电电路、高压发生电路、采样电路。

如图2所示，控制电路包括单片机IC1(MC9S08QD4)、驱动集成电路IC3(IR4427)、两个运算放大器IC2-A和IC2-B(LM258)、两个偏置电阻R6和R7(均为2KΩ)、反馈电阻R8(10KΩ)、限流电阻R9(10Ω)、滤波电容C4、C5、C6(均为0.1UF)；来自DC/AC低频全桥逆变电路的直流输入电压Vf与运算放大器IC2-A的同相输入端连接，运算放大器IC2-A的反相输入端分别与输出端、滤波电容C4的一端和单片机IC1的一个A/D转换输入端连接，运算放大器IC2-A的第8脚接5V电源、第4脚接地，滤波电容C4的另一端接地；来自DC/AC低频全桥逆变电路的直流输入电流If与偏置电阻R6的一端连接，运算放大器IC2-B的同相输入端分别与滤波电容C5的一端和偏置电阻R6的另一端连接，运算放大器IC2-B的反相输入端分别与偏置电阻R7和反馈电阻R8的一端连接，运算放大器IC2-B的输出端分别与反馈电阻R8的另一端、滤波电容C6、单片机IC1的另一个A/D转换输入端连接，滤波电容C5、C6、偏置电阻R7的另一端接地；单片机IC1的VDD脚接5V电源，VSS脚接地；驱动集成电路IC3的两个输入端均与单片机IC1的PWM输出口连接，两个输出端均与限流电阻R9的一端连接，为了减少MOS管M1的导通电阻，驱动集成电路IC3的VDD端接12V电源，VSS端接地。

升压变换电路包括升压变换器T1(匝比1/7)、功率MOS管M1(IRF540)、整流二极管D1(HFA8TB60)、高频滤波电容C1 (630V/0.22UF)；升压变压器T1原边的一端接12V汽车电源的正极，另一端接MOS管M1的D端，MOS管M1的S端接地，MOS管M1栅极G与控制电路中限流电阻R9的另一端连接；升压变压器T1副边的一端接地，另一端与整流二极管D1的正极连接，整流二极管D1的负极与高频滤波电容C1的一端连接，高频滤波电容C1的另一端接地。

耦合电路包括二个反向阻断二极管(BYG20J)和一个尖峰脉冲耦合电容C2(1000V/4700PF)；尖峰脉冲耦合电容C2的一端与升压变压器T1的输出端连接，另一端与反向阻断二极管D2的负极和D3的正极连接，反向阻断二极管D2的正极与整流二极管D1的负极连接。在轻载状态，升压变换器在MOS管M1的开通和关断瞬间，在升压变压器的副边会产生600V以上的尖峰电压，此电压通过耦合电容C2、二极管D3和电阻的R1向贮能电容C3充电。

充放电电路包括充电电阻R1(10KΩ)、贮能电容C3(630V/0.68UF)、释放电阻R2(2.2MΩ)；充电电阻R1的一端与反向阻断二极管D3的负极连接，贮能电容C3和释放电阻R2并联后的一端与充电电阻R1的另一端连接。

高压发生电路包括高压包T2(匝比1/200)、气体放电管D4(H2K8-600L)；高压包T2的原边与气体放电管D4串联后与贮能电容C3及释放电阻R2并联；高压包T2的副边与氙气灯RL串联后连接到DC/AC低频全桥逆变电路的中点。

采样电阻包括R3(0.22/1W)、R4(1MΩ/0.25W)、R5(10KΩ/0.25W)；采样电阻R3的一端与贮能电容C3和释放电阻R2并联后的另一端以及DC/AC低频全桥逆变电路的负极连接，采样电阻R3另一端接地；采样电阻R4的一端与DC/AC低频全桥逆变电路的正极连接，另一端与采样电阻R5的一端连接，采样电阻R5另一端接地。

采样电阻R3作为DC/AC低频全桥逆变电路的直流输入电流If采样，与控制电路中的偏置电阻R6的一端连接；采样电阻R4和R5作为DC/AC低频全桥逆变电路的直流输入电压Vf采样，与控制电路中的运算放大器IC2-A的同相输入端连接。

本发明电路的工作过程：

高压触发电路的12V电源接通后，它的单片机IC1会产生频率为25KHZ的PWM脉冲，此脉冲加到升压变换器的功率MOS管M1的栅极G端，控制升压变换器工作，在氙气灯RL启动前，氙气灯相当于开路，因此升压变换器工作在轻载状态，因此升压变压器T1的副边在MOS管M1导通和关断瞬间会产生600V以上的尖峰高压脉冲，通过耦合电路对贮能电容C3充电，当贮能电容C3上的电压超过气体放电管D4的击穿电压(约600V)时，气体放电管D4迅速击穿而导通，贮能电容C3上的能量通过气体放电管D4快速释放到高压包T2的原边，从而在高压包T2的副边产生一个25KV以上的高压脉冲，使氙气灯RL快速触发启动，如氙气灯RL启动成功，则升压变换器的负载会立即加重，它的输出电压也会随之下降到120V以下，高压触发电路也就结束工作；反之，它会第二次产生25KV以上的高压脉冲，如第二次启动仍未成功，则继续第三次产生高压脉冲，如果三次触发均没成功，则高压触发电路会自动结束工作，进入保护状态。氙气灯RL启动是否成功，主要是由单片机通过间接检测氙气灯RL的灯电压和灯电流的大小作出判断的。由上可知，这种触发电路具有一定的智能，另一个优点是氙气灯触发启动时，低频全桥逆变电路的直流侧输入电压始终在380V以下，因此它的四个桥臂可选用价格较低的耐压为400V左右的功率MOS管，另外高压包T2的原边输入电压高达600V以上，又可显著缩小触发电路的体积。

Claims

1.汽车氙气前大灯镇流器高压触发电路，包括控制电路、升压变换电路、耦合电路、充放电电路、高压发生电路、采样电路，其特征在于：

控制电路包括单片机IC1、驱动集成电路IC3、两个运算放大器IC2-A和IC2-B、两个偏置电阻R6和R7、反馈电阻R8、滤波电容C4、C5、C6；来自DC/AC低频全桥逆变电路的直流输入电压Vf与运算放大器IC2-A的同相输入端连接，运算放大器IC2-A的反相输入端分别与输出端、滤波电容C4的一端和单片机IC1的一个A/D转换输入端连接，运算放大器IC2-A的第8脚接5V电源、第4脚接地，滤波电容C4的另一端接地；来自DC/AC低频全桥逆变电路的直流输入电流If与偏置电阻R6的一端连接，运算放大器IC2-B的同相输入端分别与滤波电容C5的一端和偏置电阻R6的另一端连接，运算放大器IC2-B的反相输入端分别与偏置电阻R7和反馈电阻R8的一端连接，运算放大器IC2-B的输出端分别与反馈电阻R8的另一端、滤波电容C6、单片机IC1的另一个A/D转换输入端连接，滤波电容C5、C6、偏置电阻R7的另一端接地；单片机IC1的VDD脚接5V电源，VSS脚接地；驱动集成电路IC3的两个输入端均与单片机IC1的PWM输出口连接，两个输出端均与限流电阻R9的一端连接，VDD端接12V电源，VSS端接地；

升压变换电路包括升压变压器T1、功率MOS管M1、整流二极管D1、高频滤波电容C1；升压变压器T1原边的一端接12V汽车直流电源的正极，另一端接MOS管M1的D端，MOS管M1的S端接地，MOS管M1栅极G与控制电路中限流电阻R9的另一端连接；升压变压器T1副边的一端接地，另一端与整流二极管D1的正极连接，整流二极管D1的负极与高频滤波电容C1的一端连接，高频滤波电容C1的另一端接地；

耦合电路包括两个反向阻断二极管D2和D3、一个尖峰脉冲耦合电容C2；尖峰脉冲耦合电容C2的一端与升压变压器T1副边的一端连接，另一端与反向阻断二极管D2的负极和D3的正极连接，反向阻断二极管D2的正极与整流二极管D1的负极连接；

充放电电路包括充电电阻R1、贮能电容C3和释放电阻R2；充电电阻R1的一端与反向阻断二极管D3的负极连接，贮能电容C3和释放电阻R2并联后的一端与充电电阻R1的另一端连接；

高压发生电路包括高压包T2、气体放电管D4；高压包T2的原边与气体放电管D4串联后与贮能电容C3及释放电阻R2并联；高压包的副边与氙气灯RL串联后连接到DC/AC变换电路的中点；

采样电路包括采样电阻R3、R4、R5；采样电阻R3的一端与贮能电容C3和释放电阻R2并联后的另一端以及DC/AC低频全桥逆变电路的负极连接，采样电阻R3另一端接地，采样电阻R4的一端与DC/AC低频全桥逆变电路的正极连接，另一端与采样电阻R5的一端连接，采样电阻R5另一端接地；

采样电阻R3作为DC/AC低频全桥逆变电路的直流输入电流采样，与控制电路中的偏置电阻R6的一端连接；采样电阻R4和R5作为DC/AC低频全桥逆变电路的直流输入电压采样，与控制电路中的运算放大器IC2-A的同相输入端连接；

所述的单片机IC1为FREESCALE公司的MC9S08QD4、运算放大器IC2为TI公司的LM258、驱动集成电路IC3为IR公司的IR4427；所述的充电电阻R1的阻值为10KΩ、释放电阻R2的阻值为2.2MΩ、两个偏置电阻R6和R7的阻值均为2KΩ、反馈电阻R8和限流电阻R9的阻值均为10Ω；所述的采样电阻R3的阻值为0.22Ω、额定功率为1W，采样电阻R4的阻值为1MΩ、额定功率为0.25W，采样电阻R5的阻值为10KΩ、额定功率为0.25W；所述的高频滤波电容C1的容值为0.22UF、耐压630V，尖峰脉冲耦合电容C2的容值为4700PF、耐压1000V，贮能电容C3的容值为0.68UF、耐压630V，滤波电容C4、C5、C6的容值均为0.1UF；所述的整流二极管D1型号为HFA8TB60、气体放电管D4型号为H2K8-600L，功率MOS管M1的型号为IRF540；所述的升压变换器T1的匝比为1/7、高压包T2的匝比为1/200。