CN101365283A - Hid手电的电子镇流器 - Google Patents

Abstract

高强度气体放电氙灯简称HID灯，手电用的HID灯电子镇流器包括启动电路、升压电路、电量显示电路、电流型恒功率调制器电路、检测保护电路、调光电路、全桥驱动电路、高压点火电路。本发明中用锂电池供电，电路效率高、有完善的电路保护功能，具有电量显示和调光功能，给使用者带来了方便。以该方案制成的产品效率高，体积小，可靠性提高。

Description

HID手电的电子镇流器

技术领域

本发明在国际专利分类表中，属于其他类目不包括的电照明小类，即H05B，特别涉及高强度氙气放电灯手电。

背景技术

氙气灯是在一个很小的石英泡壳里填充氙气和少量金属卤化物，利用电子镇流器以高压脉冲产生的弧光放电而发出色光及色温的高强度气体放电灯，英文名称为High IntensityDischarge Lamp，简称HID灯。

电子镇流器实际上是一种电源变换装置，由于HID灯负载对电子镇流器的特殊要求而增加了其设计的复杂性。氙气灯的启动特性一般为：采用电压调压单元，将12V左右蓄电池直流电压在瞬间内升至23KV左右的点燃电压，激发氙气和金属卤化物发生电离而发光，从而使灯电压下降。启动成功后，23KV的高压单元停止工作，进入过渡过程。镇流器提供灯过电流来建立和维持电弧放电，一般在4秒钟内使灯的输出达到稳态的80％以上，进入稳态后HID灯工作的典型电压值为75～105V。

为了防止HID灯由于声共振引起放电电弧不稳定或损坏灯泡，HID灯点燃后还需要用低频方波信号来驱动。由于HID灯随着工作时间的延长其工作内阻也会增加，为了使灯输出保持稳定，灯稳态工作电压在75～105V范围内可调，输出功率保持35W。

上述HID氙气灯电子镇流器一般用于汽车前大灯，电子镇流器效率一般在83％左右。申请人将HID灯用于手电，并且用锂电池供电，由于体积限制，因而对电子镇流器效率和功能提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种由锂电池供电的HID手电的电子镇流器。它的体积小、效率高；可直观得知剩余工作电量；精确控制起动功率；还能调节手电亮度。

公开新的技术方案如下：

一种HID手电的电子镇流器，包括启动电路和高压点火电路，以及全桥驱动电路，由锂电池供电的启动电路，依次连接升压电路、全桥驱动电路和高压点火电路，后者接有HID灯管；所说启动电路还连向电量显示电路、恒功率调制器电路和检测控制电路；升压电路接有高压点火电路的反馈信号，同时给检测控制电路输入信号，还和恒功率调制器电路互相连接；全桥驱动电路和检测控制电路互相连接；接入有调光信号电路的检测控制电路和恒功率调制器电路互相连接。

按上述方案试制的HID手电，由于电路利用改进的自耦式反激变换器和恒功率调制器，使开关电源的效率提高、体积缩小；利用电量显示电路，可方便使用者知道剩余的工作电量；利用检测控制电路，镇流器可实现多种保护功能、起动时的精确功率控制；运用调光按钮控制，形成手电的增亮功能。

附图说明

图1为本发明的方框图。

图2为本发明的电原理图，其中虚线框内为各组成电路。

具体实施方式

一种HID手电的电子镇流器，包括启动电路1和高压点火电路5，以及全桥驱动电路4，由锂电池供电的启动电路1，依次连接升压电路3、全桥驱动电路4和高压点火电路5，后者接有HID灯管；所说启动电路1还连向电量显示电路2、恒功率调制器电路6和检测控制电路8；升压电路3接有高压点火电路5的反馈信号，同时给检测控制电路8输入信号，还和恒功率调制器电路6互相连接；全桥驱动电路4和检测控制电路8互相连接；接入有调光信号电路7的检测控制电路8和恒功率调制器电路6互相连接。

采用自耦式反激变换器结构的升压电路3：

C4正端与电路1中Q2的D极相连，取得直流电压，还和变压器T1的1脚相连，负端接地；

T1初级绕阻的8脚通过Q6的D极、S极、R20接地；通过D3、D4并联的负、正极分别接到T1副边并绕主绕组7脚、6脚；还依次通过C6、R21串联到电路6中Q9的C极；T1的副边主绕组2、3脚同时连到电路4中Q3、Q5的D极，并通过C3接地；T1副边辅助绕组4脚与C2正极相连，并且接到电路5中D1的正极，5脚通过D2负、正极接地；C2负极接地；

Q6的G、S极间分别与D7正负极相连，S极通过R20接地；G极通过R15与Q8的e极相连；Q8的e极依次通过D5正极、负极和R17后，接到b极，b极还与电路6中IC6的2脚相连；C极接地。其中C3为滤波电容。辅助绕组在起动时产生负电压，给电路5的T2原边供电，达到增大原边的目的，但在起动后不再起作用。

全桥驱动电路4：

有两个相同的单元，每个单元有驱动模块IC4或IC5和开关管Q3、Q4或Q5、Q7，Q3或Q5的S极与Q4或Q7的D极相连并且接到IC4或IC5的4脚，还与电路[5]的滤波电感线圈A1的1或2脚相连；Q3、Q4或Q5、Q7的G极，分别通过R12、R14或R16、R18，与IC4或IC5的3脚、5脚相连；IC4的2、1脚分别与IC5的1、2脚短路，并且分别接到电路8中IC8的2、1脚；Q4、Q7的S极短路并依次通过电路[8]中R36、C13后接地，两s极共同通过R19接地。所说Q3、Q4、Q5、Q7为功率开关管。

高压点火电路5：

所说滤波电感线圈A1的4脚和T2的1脚、4脚相连；3脚通过氙气气体放电灯的灯管LAMP1与T2的2脚相连；T2的3脚通过气体放电管D6与R13、C5并联电路的一端相连，还依次通过R9、D1的负、正极与电路3中T1的4脚相连；T2的4脚与R13、C5并联电路的另一端相连。

电流型恒功率调制器电路6：

IC6的1脚与电路3中的Q6的S极连接，还通过R26、R24与电路[3]中C4的正端相连；4脚通过R31接地，还通过R27接到电路3中C3的正端；5脚与IC7的7脚相连；6脚接Q9的C极；

IC7的6、7脚并有R30，还并有R28、C8串联电路，6脚通过R24、R26接点以及R26与IC6的1脚连接；5脚通过R33与C10、R34、C11组成的pi电路相连，C11的上端通过R35接到电路[8]中IC8的3脚；

Q9的e极接地；b极通过R39接地；b极通过R38接地电路[8]中IC8的4脚。

电流型恒功率调制器采用截止时间控制方式，与升压电路3中主开关管Q6的S极相串联的电阻R20采样出峰值电流给恒功率调制器，控制调制器驱动信号的关断；与主开关管Q6的D极相连的电阻R21和电容C6给调制器提供开通信号，这种方式减小了主开关管Q6的电压和电流应力，减小了损耗。升压电路3的输出电压经过电阻R27、R31分压后直接接入调制器，电源输入直流电压和电阻R20采样出的峰值电流、信号电压接入运算放大器IC7的负端，运算放大器IC7正端接参考信号由检测控制电路8中的微型单片机MCU IC8输出功率基准信号电压波滤波后提供。运算放大器IC7的输出信号接入恒功率调制器，控制主开关管Q6驱动信号的占空比和频率，达到在额定工作条件下恒功率输出的目的。

检测控制电路8：

IC8的5脚通过R41接地，还通过R37接到电路3中C4的正端；6脚与电路7相连；7脚通过R32、C9并联电路接地，还通过R29接到电路3中C3的正端；8脚通过C13接地，通过R36与电路4中Q4、Q7的s极连接；9脚依次通过R40、C12接地；10脚通过C12接地。

IC8为单片机，R37、R41对输入电压分压后连接到IC8的5脚，R29、R32对输出电压进行分压后连接到IC8的7脚。C9为滤波电容。电路4中R19检测输出电流，经R36和滤波电容C13后连接到IC8的8脚。IC8工作时经R40给C12充电。重新启动时，IC8检测C12上的电压来判断灯的冷、热状态。IC8输出的高电平保护信号经R38、R39、Q9输入电路6中IC6。IC8输出的功率基准信号经R35、C11、R34、C10、R33两极滤波，连接到电路6中IC7正端。IC8输出两相方波信号，同时连接到全桥驱动芯片IC4，IC5的输入端。

调光信号电路7：

D8负极与R25串联后与C7、R23的并联电路并联后接到电路[8]中IC8的6脚，还依次通过R22、轻触开关S2接到电路3中C4正极；另一并联端接地。

调光电路7的按钮S2，一端接高电平，另一端经R22、R23分压、C7滤波、稳压管D8和R25稳压后连接到电路8中的IC8。

电量显示电路2：

IC2的1脚与电路3中C4正极相连；2、3、4脚分别与IC3的1、2、3脚相连；IC3的4、5、6脚分别通过R1、DS4，R2、DS3，R5、DS2接地。

电量显示电路2由电压检测和信号输出芯片IC2、驱动芯片IC3和指示灯LED2、LED3、LED4组成。电压检测芯片IC2测量镇流器工作时的输入电压的高低，产生一输出信号驱动芯片IC3并驱动发光二极管LED2、LED3、LED4。

启动电路1：

锂电池的负极接地，正极依次通过限流电阻R3、LED轻触开关S1以及R4、C1的并联电路接到IC1的1脚，并联电路另一端接地；所说锂电池正极还与Q2的S极相连；

Q2的S、G极间并有R10，D极与电路[3]中C4的正极相连；

IC1的2脚通过R6与Q1的b极相连，还通过DS1负正极、R8接地；

Q1的b极通过R7接地，e极接地，c极通过R11接到Q2的G极。

镇流器启动按钮开关S1按下后，由单稳态触发器IC1输出高电平将Q1、Q2导通，锂电池接入电路。同时，IC2检测输入电压的高低，判断电量的大小，通过IC3驱动发光二极管LED2或LED3或LED4显示剩余电量。

检测控制电路根据灯的冷热情况，对HID灯启动过程中的功率进行控制。使HID灯在4秒钟内达到稳态输出的80％。同时控制全桥驱动电路的工作模式，使灯在稳态时进入稳定的交流工作模式。通过对锂电池输入电压的检测，进行输入过压和欠压保护，通过对灯电压的检测，进行过压、欠压以及灯的开路故障的延时保护，通过检测全桥驱动电路的电流进行灯的过流保护。

稳态工作时，当接到按钮S2按下的高电平信号时，检测控制电路立即调整输入到运放正端的参考信号，调整恒功率调制器的输出，从而调整升压电路的输出功率，并调整HID灯的输出，实现调光。

由于电原理图中，各元器件的数值允许在一定范围内调整，仅列表举一例于下：

 

序号	元件标号	名称	规格型号	数量
					1	IC1	单稳态触发器		1
2	IC2	A/D集成电路		1
					3	IC3	集成电路		1
4	IC4，IC5	全桥驱动模块	IR2403	2
					5	IC6	电流型控制芯片	L6561	1
6	IC7	运算放大器	LM324	1
					7	IC8	单片机芯片	PIC16F73	1
8	Q1、Q9	NPN三极管	FMM494	1
					9	Q2	PNP三极管	IRF4905S	1
10	Q3、Q4、Q5、Q7	开关管	IRF840S	4

 

11	Q6	NPN三极管	IRF4905S	1
					12	Q8	PNP三极管	FMM494	1
13	T1	高频变压器	初10：次20、20、30	1
					14	T2	高压变压器	初5：次250	1
15	S1、LED1	LED轻触开关	6050LS	1
					16	S2	轻触开关	6005S	1
17	VIN	锂离子电池组	14.8V	1
					18	A1	EMI线圈	1008R	1
19	LAMP1	氙气体放电灯	50W	1
					20	D1	功率二极管	FMM208H	1
21	D2	功率二极管	M30F	1
					22	D3、D4	功率二极管	SF10L60U	2
23	D5	功率二极管	BAS16	1
					24	D6	气体放电管	450V	1
25	D7	稳压二极管	BZX84C18V	1
					26	D8	稳压二极管	BZX84C5V1	1
27	LED2	LED发光二极管	绿色	1
					28	LED3	LED发光二极管	黄色	1
29	LED4	LED发光二极管	红色	1
					30	C1	电容	1uF	1
31	C2	电容	0.1uF	1
					32	C3、C5	电容	0.22uF	2
33	C4	电容	220uF	1
					34	C6	电容	100P	1
35	C7	电容	22uF	1
					36	C8	电容	333P	1
37	C9、C10、C11	电容	1000P	3
					38	C12、C13	电容	47uF	2
39	R1、R2、R5	电阻	680Ω	3
					40	R3、R29、R38	电阻	1KΩ	3
41	R4、R8	电阻	4.7KΩ	2
					42	R9	电阻	13KΩ	1
43	R7、R10	电阻	100KΩ	2
					44	R6、R11	电阻	22Ω	2
45	R12、R14、R16、R18	电阻	10Ω	4
					46	R13	电阻	11KΩ	1

 

47	R15	电阻	2Ω	1
					48	R17	电阻	2.2KΩ	1
49	R19	电阻	0.22Ω	1
					50	R20	电阻	0.022Ω	1
51	R21	电阻	4.7KΩ	1
					52	R22、R26	电阻	3.3KΩ	2
53	R23	电阻	6.8KΩ	1
					54	R24、R28、R37、R39	电阻	10KΩ	4
55	R25	电阻	470Ω	1
					56	R27	电阻	2.7KΩ	1
57	R30	电阻	220KΩ	1
					58	R31	电阻	6.8KΩ	1
59	R32	电阻	5.1KΩ	1
					60	R33、R34、R35	电阻	20KΩ	3
61	R36	电阻	2.2MΩ	1
					62	R40	电阻	470KΩ	1
63	R41	电阻	68KΩ	1

Claims (9)

1.一种HID手电的电子镇流器，包括启动电路[1]和高压点火电路[5]，以及全桥驱动电路[4]，其特征在于由锂电池供电的启动电路[1]，依次连接升压电路[3]、全桥驱动电路[4]和高压点火电路[5]，后者接有HID灯管；所说启动电路[1]还连向电量显示电路[2]、恒功率调制器电路[6]和检测控制电路[8]；升压电路[3]接有高压点火电路[5]的反馈信号，同时给检测控制电路[8]输入信号，还和恒功率调制器电路[6]互相连接；全桥驱动电路[4]和检测控制电路[8]互相连接；接入有调光信号电路[7]的检测控制电路[8]和恒功率调制器电路[6]互相连接。

2.如权利要求1所述的HID手电的电子镇流器，其特征在于采用自耦式反激变换器结构的升压电路[3]：

C4正端与电路[1]中Q2的D极相连，取得直流电压，还和变压器T1的1脚相连，负端接地；

T1初级绕组的8脚通过Q6的D极、S极、R20接地；通过D3、D4并联的负、正极分别接到T1副边并绕主绕组7脚、6脚；还依次通过C6、R21串联到电路[6]中Q9的C极；T1的副边主绕组2、3脚同时连到电路[4]中Q3、Q5的D极，并通过C3接地；T1副边辅助绕组4脚与C2正极相连，并且接到电路[5]中D1的正极，5脚通过D2负、正极接地；C2负极接地；

Q6的G、S极间分别与D7正负极相连，S极通过R20接地；G极通过R15与Q8的e极相连；Q8的e极依次通过D5正极、负极和R17后，接到b极，b极还与电路[6]中IC6的2脚相连；C极接地。

3.如权利要求1所述的HID手电的电子镇流器，其特征在于全桥驱动电路[4]有两个相同的单元，每个单元有驱动模块IC4或IC5和开关管Q3、Q4或Q5、Q7，Q3或Q5的S极与Q4或Q7的D极相连并且接到IC4或IC5的4脚，还与电路[5]的滤波电感线圈A1的1或2脚相连；Q3、Q4或Q5、Q7的G极，分别通过R12、R14或R16、R18，与IC4或IC5的3脚、5脚相连；IC4的2、1脚分别与IC5的1、2脚短路，并且分别接到电路[8]中IC8的2、1脚；Q4、Q7的S极短路并依次通过电路[8]中R36、C13后接地，两S极共同通过R19接地。

4.如权利要求1所述的HID手电的电子镇流器，其特征在于高压点火电路[5]，所说滤波电感线圈A1的4脚和T2的1脚、4脚相连；3脚通过氙气气体放电灯的灯管LAMP1与T2的2脚相连；T2的3脚通过气体放电管D6与R13、C5并联电路的一端相连，还依次通过R9、D1的负极、正极与电路[3]中T1的4脚相连；T2的4脚与R13、C5并联电路的另一端相连。

5.如权利要求1所述的HID手电的电子镇流器，其特征在于电流型恒功率调制器电路[6]，IC6的1脚与电路[3]中的Q6的S极连接，还通过R26、R24与电路[3]中C4的正端相连；4脚通过R31接地，还通过R27接到电路[3]中C3的正端；5脚与IC7的7脚相连；6脚接Q9的C极；

IC7的6、7脚并有R30，还并有R28、C8串联电路，6脚通过R24、R26接点以及R26与IC6的1脚连接；5脚通过R33与C10、R34、C11组成的π滤波电路相连，C11的上端通过R35接到电路[8]中IC8的3脚；

Q9的e极接地；b极通过R39接地；b极通过R38接地电路[8]中IC8的4脚。

6.如权利要求1所述的HID手电的电子镇流器，其特征在于检测控制电路[8]，IC8的5脚通过R41接地，还通过R37接到电路[3]中C4的正端；6脚与电路[7]相连；7脚通过R32、C9并联电路接地，还通过R29接到电路[3]中C3的正端；8脚通过C13接地，通过R36与电路[4]中Q4、Q7的S极连接；9脚依次通过R40、C12接地；10脚通过C12接地。

7.如权利要求1所述的HID手电的电子镇流器，其特征在于调光信号电路[7]，D8负极与R25串联后与C7、R23并联电路并联后接到电路[8]中IC8的6脚，还依次通过R22、轻触开关S2接到电路[3]中C4正极；另一并联端接地。

8.如权利要求1所述的HID手电的电子镇流器，其特征在于电量显示电路[2]，IC2的1脚与电路[3]中C4正极相连；2、3、4脚分别与IC3的1、2、3脚相连；IC3的4、5、6脚分别通过R1、DS4，R2、DS3、R5、DS2接地。

9.如权利要求1所述的HID手电的电子镇流器，其特征在于启动电路[1]，锂电池的负极接地，正极依次通过限流电阻R3、LED轻触开关S1以及R4、C1的并联电路接到IC1的1脚，并联电路另一端接地；所说锂电池正极还与Q2的S极相连；

Q2的S、G极间并有R10，D极与电路[3]中C4的正极相连；

IC1的2脚通过R6与Q1的b极相连，还通过DS1负、正极、R8接地；

Q1的b极通过R7接地，e极接地，c极通过R11接到Q2的G极。

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