CN101354426B - 氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于测试氙气放电灯电子镇流器的模拟负载装置及其模拟负载的方法。包括一电源启动控制电路、一高压延时控制电路、一耦合电路、以及一负载电能回馈电路；电源启动控制电路的输入端连接一控制信号，其输出端分别与氙气放电灯电子镇流器的电源输入端和高压延时控制电路的控制端连接；高压延时控制电路输入端与氙气放电灯电子镇流器的输入端连接，其输出端通过耦合电路与负载电能回馈电路耦合连接；负载电能回馈电路输出端与电子镇流器的电源输入端连接。适用于在电子镇流器的生产过程中替代真实负载(HID灯泡)对产品进行工艺老化、测试筛选工作。在使用模拟负载工作的过程中，约70％的能量能够回馈再利用，具有非常显著的节能效果。

Description

氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置及其方法 

技术领域

本发明是一种用于测试氙气放电灯(HID)电子镇流器性能的氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置及其方法，适用于在氙气放电灯(以下简称HID)电子镇流器生产过程中替代真实负载(HID灯泡)对产品进行工艺老化、测试筛选工作。 

背景技术

氙气高压气体放电灯HID(High Intensity Discharge Lamp)是新一代汽车前灯照明光源，由石英灯泡(充有氙气、少量汞蒸气、金属卤化物)、镇流器、点火器以及线组构成。与常规卤素灯相比，HID灯亮度提升300％，电力消耗节省40％，色温接近日光，使用寿命提高近10倍。 

由于HID灯采用气体放电的原理，所以必须依靠镇流器才能正常工作。镇流器控制整个系统开始、运行及结束的工作过程。由于HID灯在冷、热不同状态下启动过程呈现复杂特性，镇流器必须能适时判断不同状态，并提供运行各阶段所需的电压和电流。通过镇流器的软件智能控制还可以提高亮度稳定性，使之不受汽车电压波动影响，并提供系统保护的功能。镇流器的性能决定着HID灯的工作特性和寿命。 

由于汽车运行环境十分恶劣，对涉及行车安全的汽车电子产品性能要求非常苛刻，因此汽车HID电子镇流器产品生产过程中，必需要经过老化工艺的测试筛选，以保证产品质量稳定。老化工艺试验时HID电子镇流器需要连接负载，如图1所示，包括HID电子镇流器100和与该HID电子镇流器连接的真实负载HID灯泡200。如果在测试时采用真实负载(HID灯泡)，其缺点是：1、HID灯泡成本高；2、由于老化条件很苛刻，HID灯容易损坏；3、大量电能以光和热的形式白白耗费掉；4、强光易造成视觉伤害。如果用白炽灯或电阻代替HID灯做负载，除成本较低外，其它问题同样存在，而且由于负载特性不同，镇流 器在老化试验中并未处于正常工作状态。 

发明内容

本发明的目的是提供一种氙气放电灯HID镇流器的测试用模拟负载装置及其方法，该模拟负载装置能够模拟HID灯的启动特性，同时具有很长的工作寿命和低成本、节能的优点。 

本发明采取的技术方案是：一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置，其特点是，包括一电源启动控制电路、一高压延时控制电路、一耦合电路、以及一负载电能回馈电路； 

所述的电源启动控制电路是用来控制待测电子镇流器和模拟负载的启动运行；其输入端连接一控制信号，其输出端分别与氙气放电灯电子镇流器的电源输入端和高压延时控制电路的控制端连接； 

所述的高压延时控制电路用于控制氙气放电灯电子镇流器启动高压脉冲的持续时间；其输入端与氙气放电灯电子镇流器的输出端连接，其输出端通过耦合电路与负载电能回馈电路耦合连接； 

所述的耦合电路用于将HID电子镇流器输出的交流电压转换为一个低电压值； 

所述的负载电能回馈电路用于将经高压延时控制电路输出变换后获得的直流电能回馈到HID电子镇流器的电源输入端；该负载电能回馈电路输出端与HID电子镇流器的电源输入端连接。 

上述一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置，其中，所述的电源启动控制电路包括一晶体三极管和一继电器，所述晶体三极管的基极通过一限流电阻连接外接的外部控制信号；所述的晶体三极管的发射极连接继电器线圈，该继电器的触点连接在HID电子镇流器的电源输入端。 

上述一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置，其中，所述的高压延时控制电路包括一第一积分电路和一第二积分电路；所述的第一积分电路和一第二积分电路结构相同，每个积分电路主要包括顺序连接的一产生参考电压的电阻分压电路、一产生比较电压的阻容分压电路、比较器、一晶体三极管放大器、以及一继电器；所述继电器的线圈与晶体三极管放大器的发射极连接；两个积分电路的继电器的触点相串联后连接在HID电子镇流器的输出端和耦合 电路之间，其中第二积分电路的继电器的触点两端之间还并联一限流电阻。 

上述一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置，其中，所述的第一积分电路的延时范围为10ms±3ms，第二积分电路的延时范围为1s±0.5s。 

上述一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置，其中，所述的耦合电路由一变压器构成。 

上述一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置，其中，所述的负载电能回馈电路由一整流电路构成，其输入端与耦合电路的输出端连接，输出端与HID电子镇流器的电源输入端连接。 

上述一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置，其中，所述的整流电路为桥式整流器，整流后其输出电压为直流12V。 

一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置模拟负载工作的方法，其特点是，包括以下步骤： 

a、电源启动控制的步骤： 

a1、将一待测HID电子镇流器接入该模拟负载装置回路； 

a2、外接一外部控制信号； 

a3、如果控制信号为高电平，则启动系统进入工作状态； 

b、高压延时控制的步骤： 

b1、控制氙气放电灯电子镇流器启动高压脉冲的持续时间； 

b2、控制高压延时控制电路中的限流电阻被短路的时间； 

c、负载电能回馈的步骤： 

c1、将经高压延时控制电路输出变换后获得的直流电能回馈到HID电子镇流器的电源输入端。 

上述一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置模拟负载工作的方法，其中，步骤b高压延时控制的步骤中控制氙气放电灯电子镇流器启动高压脉冲的持续时间的方法是由两个积分电路完成，其中：第一积分电路在工作电压加载后，产生比较电压的阻容分压电路的电容开始充电，根据电容充电到电压比较器发生翻转时的电压所需的时间，来控制HID电子镇流器启动高压脉冲的持续时间；在HID电子镇流器启动过程结束后，限流电阻将被第二积分电路控制短路掉，以提高回馈能量的利用率；其中：第一积分电路的延时范围为10ms±3ms，第二积分电路的延时范围为1s±0.5s。 

上述一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置模拟负载工作的方法，其中，步骤c负载电能回馈的步骤中将经高压延时控制电路输出变换后获得的直流电能回馈到HID电子镇流器的电源输入端的方法是：将HID电子镇流器的输出端和模拟负载的负载元件——变压器的输入端通过相应的电路连接，该变压器将HID电子镇流器输出的交流电压转换为一个较低的电压值，然后通过一个全桥整流电路对变压器的输出进行整流，最后将经整流电路获得的直流电能回馈到HID电子镇流器的电源输入端。 

本发明由于采用了以上的技术方案，电源启动控制电路由三极管和继电器等组成。当外部控制信号为高电平时，控制待测电子镇流器和模拟负载的启动运行。高压延时控制电路由第一积分电路、第二积分电路和限流电阻等组成。通过第一积分电路的翻转时间，来控制HID电子镇流器启动高压脉冲的持续时间。在HID电子镇流器启动过程结束后，限流电阻将被另一组第二积分电路控制短路掉，以提高回馈能量的利用率。负载电能回馈电路由变压器和全桥整流电路等组成。最后将经整流电路获得的12V直流电能回馈到HID电子镇流器的电源输入端。因此其产生的技术效果是明显的： 

1、通过电源启动控制电路和高压延时控制电路来模拟真实负载(HID灯泡)的启动特性，实现与真实负载基本相似的启动特性曲线。 

2、通过电能回馈电路内部的电能变换装置(整流电路)将输出的电能进行转换和回馈，使HID电子镇流器在使用模拟负载工作的过程中，约70％的能量能够回馈再利用，在生产老化工艺中大批量使用模拟负载时节能效果非常显著。 

3、通过以上技术方案，能够十分近似地模拟HID灯启动运行的两个主要阶段(启动高压脉冲击穿阶段和低压稳定运行阶段)的特征，并通过能量的回馈实现节能。 

附图说明

本发明的具体特征、性能和效果由以下的实施例及其附图进一步描述。 

图1为现有技术中HID电子镇流器接真实负载框图。 

图2为本发明HID电子镇流器接测试用模拟负载装置的原理方框图。 

图3为本发明HID电子镇流器测试用模拟负载装置的电路原理实施例示意 图。 

图4是本发明HID电子镇流器测试用模拟负载装置的模拟负载的方法步骤流程图。 

图5为现有技术中HID电子镇流器接真实负载启动波形曲线图。 

图6为本发明HID电子镇流器接测试用模拟负载装置启动波形曲线图。 

具体实施方式

在实际的电子镇流器与氙气放电灯连接的电路中，氙气放电灯在启动之前相当于开路状态，此时镇流器需要输出一个400V左右的高电压脉冲启动高压点火电路，以击穿HID灯管内的气体；当灯管气体被击穿后，阻抗迅速下降，镇流器输出85V左右的低压方波，使HID灯维持稳定运行。为实现模拟负载装置在HID电子镇流器启动时的电压波形曲线与实际负载在启动时的电压波形曲线接近一致的目的，该模拟负载装置由电源启动控制电路、高压延时控制电路、耦合电路和负载电能回馈电路构成。 

请参阅图2，本发明一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置1，包括一电源启动控制电路11、一高压延时控制电路12、一耦合电路13、以及一负载电能回馈电路14。电源启动控制电路是用来控制待测电子镇流器100和模拟负载装置的启动运行；其输入端连接一控制信号，其输出端分别与氙气放电灯电子镇流器100的电源输入端和高压延时控制电路的控制端连接；所述的高压延时控制电路用于控制氙气放电灯电子镇流器启动高压脉冲的持续时间；其输入端与氙气放电灯电子镇流器的输出端连接，其输出端通过耦合电路与负载电能回馈电路耦合连接；所述的耦合电路用于将HID电子镇流器输出的交流电压转换为一个低电压值；所述的负载电能回馈电路用于将经高压延时控制电路输出变换后获得的直流电能回馈到HID电子镇流器的电源输入端；该负载电能回馈电路输出端与HID电子镇流器的电源输入端连接。 

请参阅图3，本发明一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置中，所述的电源启动控制电路11包括一晶体三极管Q1和一继电器K1，所述晶体三极管的基极通过一限流电阻R9连接外接的外部控制信号；所述的晶体三极管的发射极连接继电器线圈，该继电器的触点KA1连接在HID电子镇流器100的电源输入端。 

所述的高压延时控制电路12包括一第一积分电路121和一第二积分电路122。所述的第一积分电路和一第二积分电路结构相同，其中：第一积分电路主要包括一由电阻R4、R5组成的一产生参考电压的电阻分压电路、一由电阻R6和电容C2组成的产生比较电压的阻容分压电路、一由运算放大器IC2构成的比较器、一由晶体三极管Q3构成的放大器、一偏置电阻R8以及一继电器K3。第二积分电路主要包括一由电阻R1、R2组成的一产生参考电压的电阻分压电路、一由电阻R3和电容C1组成的产生比较电压的阻容分压电路、一由运算放大器IC1构成的比较器、一由晶体三极管Q2构成的放大器、一偏置电阻R7以及一继电器K2。各积分电路中，所述一产生参考电压的电阻分压电路、一产生比较电压的阻容分压电路、比较器、一晶体三极管放大器顺序连接，所述继电器的线圈与晶体三极管放大器的发射极连接。 

两个积分电路的继电器的触点KA3、KA2相串联后连接在HID电子镇流器的输出端和耦合电路之间，其中第二积分电路的继电器的触点KA2两端之间还并联一限流电阻R0。所述的第一积分电路的延时范围为10ms±3ms，第二积分电路的延时范围为1s±0.5s。 

所述的耦合电路由一变压器T1构成。 

所述的负载电能回馈电路由一桥式整流电路构成，整流后其输出电压为直流12V。该桥式整流电路输入端与耦合电路的输出端连接，输出端与HID电子镇流器的电源输入端连接。 

本发明氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置的工作原理是： 

电源启动控制电路由限流电阻R9、三极管Q1和继电器K1(其控制触点为KA1)组成。一外部控制信号通过限流电阻R9控制三极管Q1的开关，三极管Q1又控制继电器K1的触点KA1的闭合和断开。当HID电子镇流器接入模拟负载装置后，此时如果控制信号为高电平，则KA1闭合，系统上电，HID镇流器和模拟负载装置的高压延时控制电路开始工作。 

高压延时控制电路由两积分电路构成。第一积分电路中，由电阻R4、R5分压所得参考电压接至电压比较器IC2的反相端(-)，由电阻R6、电容C2产生的比较电压接至IC2的同相端(+)，IC2的输出经电阻R8、三极管Q3控制继电器K3的触点KA3的闭合和断开。第二积分电路中，由电阻R1、R2分压所得参考电压接至电压比较器IC1的反相端(-)，由电阻R3、电容C1产生的比 较电压接至IC1的同相端(+)，IC1的输出经电阻R7、三极管Q2控制继电器K2的触点KA2的闭合和断开。系统未上电时，触点KA2和KA3均为断开状态。 当电源启动控制电路给系统上电后，两个积分电路同时开始工作。在第一积分电路中，由于此时电容器C2的电压不足以使电压比较器IC2发生翻转，继电器触点KA3保持断开状态，使HID电子镇流器输出开路，相当于HID灯未启动击穿的状态。这时的继电器触点KA3相当于以常开触点为电极、以空气为介质的电容器，HID镇流器在完成程序初始化后输出启动高电压，通过电阻R0和变压器T1初级线圈开始对这个电容进行充电，从而形成一个高压脉冲。当第一积分电路同相端的电容C2上的电压逐渐上升到使比较器IC2发生翻转后，继电器K3动作使触点KA3闭合，将电子镇流器的输出端和变压器T1接通，相当于HID灯被击穿后进入工作状态。调整第一积分电路的翻转时间，可以控制输出高电压脉冲的宽度，以模拟不同型号HID灯泡的特性，范围为10ms±3ms。在高压延时控制电路中，第二积分电路的作用是控制限流电阻R0的短接，以提高回馈能量的利用率。当第二积分电路同相端的电容C1上的电压逐渐上升到使比较器IC1发生翻转后，继电器K2动作使触点KA2闭合，将R0段路。由于实际的HID灯在启动过程中，可能需要多次高压点火才能启动成功，因此第二积分电路的延迟时间要比第一积分电路的延迟时间长，其延时范围为1s±0.5s，在HID镇流器输出低电压稳定工作后，将限流电阻R0短路掉。 

负载电能回馈电路由变压器和全桥整流电路等组成。在HID镇流器的输出和模拟负载的变压器T1接通后，HID镇流器输出的较高电压的交流电经变压器T1转换成较低电压的交流电，然后通过全桥整流器转换成12V直流电，将该再生电能反馈到电子镇流器的输入端，形成电能的循环利用，以此达到节能的目的。 

请参阅图4，图4是本发明HID电子镇流器测试用模拟负载装置的模拟负载的方法步骤流程图。本发明一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置模拟负载工作的方法，包括以下步骤： 

a、电源启动控制的步骤： 

a1、将一待测电子镇流器接入该模拟负载装置回路； 

a2、外接一外部控制信号； 

a3、如果控制信号为高电平，则启动系统进入工作状态； 

b、高压延时控制的步骤： 

b1、控制氙气放电灯电子镇流器启动高压脉冲的持续时间； 

b2、控制高压延时控制电路中的限流电阻被短路的时间； 

c、负载电能回馈的步骤： 

c1、将经高压延时控制电路输出变换后获得的直流电能回馈到电子镇流器的电源输入端。 

步骤b高压延时控制的步骤中控制氙气放电灯电子镇流器启动高压脉冲的持续时间的方法是由两个积分电路完成，其中：第一积分电路在工作电压加载后，产生比较电压的阻容分压电路的电容开始充电，根据电容充电到电压比较器发生翻转时的电压所需的时间，来控制电子镇流器启动高压脉冲的持续时间；在电子镇流器启动过程结束后，限流电阻将被第二积分电路控制短路掉，以提高回馈能量的利用率；其中：第一积分电路的延时范围为10ms±3ms，第二积分电路的延时范围为1s±0.5s。 

步骤c负载电能回馈的步骤中将经高压延时控制电路获得的直流电能回馈到电子镇流器的电源输入端的方法是：将电子镇流器的输出端和模拟负载的负载元件——变压器的输入端通过相应的电路连接，该变压器将电子镇流器输出的交流电压转换为一个较低的电压值，然后通过一个全桥整流电路对变压器的输出进行整流，最后将经整流电路获得的直流电能回馈到电子镇流器的电源输入端。 

本发明是一种用于测试氙气放电灯(HID)电子镇流器的模拟负载装置，适用于在HID电子镇流器的生产过程中替代真实负载(HID灯泡)对产品进行工艺老化、测试筛选工作。通过以上技术方案，能够十分近似地模拟HID灯启动运行的两个主要阶段(启动高压脉冲击穿阶段和低压稳定运行阶段)的特征，如图6所示。图5是比较示意图，其绘示是依据现有技术中HID电子镇流器接真实负载启动波形曲线图。从图6和图5的比较中可以清楚地看出本发明的模拟负载的曲线与图5的真实采用氙气放电灯作为负载的特征曲线非常相似。因此，本发明的模拟负载装置完全可以替代真实的氙气放电灯作为负载的情况。而且，在使用模拟负载工作的过程中，约有70％的能量能够回馈再利用，具有非常显著的节能效果。 

Claims (10)

1.一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置，连接在氙气放电灯电子镇流器的输出端；其特征在于，包括一电源启动控制电路、一高压延时控制电路、一耦合电路、以及一负载电能回馈电路；

所述的电源启动控制电路是用来控制待测电子镇流器和模拟负载的启动运行；其输入端连接一控制信号，其输出端分别与氙气放电灯电子镇流器的电源输入端和高压延时控制电路的控制端连接；

所述的高压延时控制电路用于控制氙气放电灯电子镇流器启动高压脉冲的持续时间；其输入端与氙气放电灯电子镇流器的输出端连接，其输出端通过耦合电路与负载电能回馈电路耦合连接；

所述的耦合电路用于将电子镇流器输出的交流电压转换为一个低电压值；

所述的负载电能回馈电路用于将经高压延时控制电路获得的直流电能回馈到电子镇流器的电源输入端；该负载电能回馈电路输出端与电子镇流器的电源输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置，其特征在于，所述的电源启动控制电路包括一晶体三极管和一继电器，所述晶体三极管的基极通过一限流电阻连接外接的外部控制信号；所述的晶体三极管的发射极连接继电器线圈，该继电器的触点连接在电子镇流器的电源输入端。

3.根据权利要求1所述的一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置，其特征在于，所述的高压延时控制电路包括一第一积分电路和一第二积分电路；所述的第一积分电路和一第二积分电路结构相同，每个积分电路主要包括一产生参考电压的电阻分压电路、一产生比较电压的阻容分压电路、比较器、一晶体三极管放大器、以及一继电器；所述一电阻分压电路、一阻容分压电路、比较器、一晶体三极管放大器顺序并联连接；所述继电器的线圈与晶体三极管放大器的发射极连接；两个积分电路的继电器的触点相串联后连接在电子镇流器的输出端和耦合电路之间，其中第二积分电路的继电器的触点两端之间还并联一限流电阻。

4.根据权利要求3所述的一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置，其特征在于，所述的第一积分电路的延时范围为10ms±3ms，第二积分电路的延时范围为1s±0.5s。

5.根据权利要求1所述的一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置，其特征在于，所述的耦合电路由一变压器构成。

6.根据权利要求1所述的一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置，其特征在于，所述的负载电能回馈电路由一整流电路构成，其输入端与耦合电路的输出端连接，输出端与电子镇流器的电源输入端连接。

7.根据权利要求6所述的一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置，其特征在于，所述的整流电路为桥式整流器，整流后其输出电压为直流12V。

8.一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置模拟负载的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、电源启动控制的步骤：

a1、将一待测电子镇流器接入该模拟负载装置回路；

a2、外加一外部控制信号；

a3、如果控制信号为高电平，则启动系统进入工作状态；

b、高压延时控制的步骤：

b1、控制氙气放电灯电子镇流器启动高压脉冲的持续时间；

b2、控制高压延时控制电路中的限流电阻被短路的时间；

c、负载电能回馈的步骤：

c1、将经高压延时控制电路输出变换后获得的直流电能回馈到电子镇流器的电源输入端。

9.根据权利要求8所述的一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置模拟负载的方法，其特征在于，步骤b高压延时控制的步骤中控制氙气放电灯电子镇流器启动高压脉冲的持续时间的方法是由两个积分电路完成，其中：第一积分电路在工作电压加载后，产生比较电压的阻容分压电路的电容开始充电，根据电容充电到电压比较器发生翻转时的电压所需的时间，来控制电子镇流器启动高压脉冲的持续时间；在电子镇流器启动过程结束后，限流电阻将被第二积分电路控制短路掉，以提高回馈能量的利用率；其中：第一积分电路的延时范围为10ms±3ms，第二积分电路的延时范围为1s±0.5s。

10.根据权利要求8所述的一种氙气放电灯电子镇流器测试用模拟负载装置模拟负载的方法，其特征在于，步骤c负载电能回馈的步骤中将经高压延时控制电路获得的直流电能回馈到电子镇流器的电源输入端的方法是：将电子镇流器的输出端和模拟负载的负载元件——变压器的输入端通过相应的电路连接，该变压器将电子镇流器输出的交流电压转换为一个较低的电压值，然后通过一个全桥整流电路对变压器的输出进行整流，最后将经整流电路获得的直流电能回馈到电子镇流器的电源输入端。

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