CN101427610A - 汽车的高强度放电灯镇流器电路 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于驱动高强度放电(HID)灯的电子镇流器。所述电子镇流器包括用于接收DC输入电压并输出具有被控电流的升高的DC输出电压的升压级。该电子镇流器进一步包括用于将所述升高的DC输出电压转换为能够驱动所述HID灯的转换的AC电压的开关级。集成电路(IC)耦合至所述升压级和所述开关级并且用于控制两者。所述IC包括灯功率控制电路，该灯功率控制电路包括感测电路，该感测电路用于感测来自所述开关级的输出电流和升高的DC输出电压，电流控制回路，用于如果所述灯电流处于最大级别，控制所述灯的功率，以及功率控制回路，用于如果所述灯电流低于最大级别，控制所述灯的功率。所述IC还包括控制器单元接口，并提供点火模式和常规运行模式。

Description

汽车的高强度放电灯镇流器电路

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年3月4日提交的题为“AUTOMOTIVE HIDCONTROL IC”的美国临时申请60/658,615的优选权和利益，其全部内容作为引用结合于此。

技术领域

本发明涉及功率高强度放电(HID)灯，更特别地，涉及用于连续监视并调节灯的电流和电压的新颖电路。

背景技术

十九世纪末出现的第一辆汽车没有装配前灯。汽车前灯在1885年被添加以便允许在晚间行驶。第一个电前灯出现于1905年，并最终成为规范。密封聚光前灯在20世纪70年代开始使用，并在20世纪80年代和90年代被卤素前灯所取代。目前，所述卤素前灯正在被HID(高强度放电)灯所取代。

所述HID灯提供了由位于氙气填充的容器内部的电弧产生的高强度光。所述电弧产生比卤素灯中的炽热灯丝明显更多的光。所述HID灯从车辆的电子系统中汲取更少的电能，且更为耐用，具有更高的强度、更长的寿命，并比与其相对的卤素灯具有更好的指向性。

所述HID灯通过触发穿过嵌于特别设计的内部玻璃管内部的钨电极的电弧来产生光。所述管被气体和金属填充。所述气体帮助灯的启动，且一旦所述金属被加热到蒸发点，则该金属产生光。所述HID灯在小封装内产生大量的光。

HID灯典型地需要高电压，例如400伏，用于点火，之后跟随的是电压较低的运行区，例如100伏，并具有几安培范围内的电流。在该运行区中，期望维持恒定的功率输出。同样期望获得恒定的发光，即使是在初始点亮周期，特别是用于汽车应用时。

HID灯的长寿命非常重要，以便在正常运行条件下，调节向所述灯提供的电能。因此，期望在正常运行期间向所述灯提供恒定的功率以维持恰当的光输出并延长所述HID灯的寿命。

用于HID镇流器电路(图1)的典型的现有技术的解决方案包括升压级10和全桥反相器级12。所述升压级10提升DC电池电压并调节DC总线输出电压至DC400伏的典型值。所述全桥级12在低频率(典型地为200赫兹)驱动所述灯13，并提供穿过所述灯13的AC电压波形。所述升压级10典型地被控制IC14控制，所述控制IC由不同的IC制造商在市场上销售。所述全桥级12可以使用国际整流器公司的两个IR2153自激振荡栅极驱动器IC

18来控制。离散控制电路19典型地被用于控制所述全桥级12，并执行以下功能：

1)灯点火(点火电路20的开/关控制)

2)感测灯的电压和电流

3)检测不同的灯故障情况

4)提供点火定时

5)计算故障事件的数量

6)当故障发生或当故障计数器超时的时候，重置所述镇流器或关闭所述镇流器。

所述解决方案典型地需要大量控制IC，从而导致高元件数量、大面积的印刷电路板(PCB)空间、高制造成本以及高全部的镇流器电路成本。期望更优的在单个IC中集成尽可能多的功能的解决方案，以便减小元件数量、减小PCB板空间、减小制造成本、减小全部的镇流器成本并增加可靠性。此外，需要传输并维持恒定功率到所述汽车的HID灯以及进一步提供恒定的灯亮度即便是在临界的预热周期期间的恒功率控制电路。另外，提供在灯熄灭的情况下用于所述灯的热再点火的HID镇流器是必须的，特别是在汽车的应用中。

发明内容

提供了一种用于驱动高强度放电(HID)灯的电子镇流器。所述镇流器及其元件由集成电路(IC)控制，所述IC耦合到所述镇流器。所述电子镇流器包括：

用于接收DC输入电压并输出具有被控电流的升高的DC输出电压的升压级；

用于将所述升高的DC输出电压转换为能够驱动所述HID灯的开关AC电压的开关级；

级联电路和点火单元，在点火模式期间，所述级联电路通过多个高值电阻向所述点火单元提供高压，所述高压在所述灯中产生电弧，并引起大电流流入所述灯以便点亮所述灯，所述级联电路在灯点亮后不被禁用；以及

提供来自至少两个电容器的两级放电的热再点火电路，其中在所述点火模式期间，第一电容器充电至第一电压，且第二电容器充电至第二电压，且此后所述第一电容器向所述灯放电，直至所述DC总线电压降至阈值电平以下，此时所述第二电容器向所述灯放电。

耦合至所述镇流器的IC包括：

用于设置PWM信号的导通时间和关断时间的电路，所述PWM信号通过依照所述设置的导通或关闭时间控制受控开关来增大或减小所述升高的DC输出电压；

用于向所述开关级提供控制信号的驱动器，提供所述升DC输出电压到所述开关级，并且所述开关级提供AC功率到所述HID灯；

用于设置所述PWM信号的占空比以便由此控制所述受控开关的导通时间的电路，所述电路响应于所述输出电流以及用于控制到所述灯的功率的所述升高的DC输出电压；

灯功率控制电路，该电路包括用于感测来自所述开关级的输出电流和所述升DC输出电压的感测电路，电流控制回路，如果所述灯电流处于最大级别，则该回路控制所述灯功率，功率控制回路，如果所述灯电流低于最大级别，则该回路控制所述灯功率；

用于引起所述灯的过度驱动以在点火后迅速提供高亮度输出并使所述灯从冷态到额定运行温度的预热特征电路(warming-up profile circuit)；以及

用于连接控制器单元的控制器单元接口，所述控制器单元直接控制所述IC控制器并通过该IC控制器控制所述升压级和所述开关级，所述控制器单元允许用户对IC控制器重新编程以用于控制具有不同功率要求的灯，其中所述IC控制器包括默认的灯功率要求设置。

所述镇流器和所述IC被提供用于检测在点火和HID灯的运行阶段提供恒定功率的镇流器电路的电流和DC总线电压。所述发明的系统和方法在正常运行期间通过调节提供到镇流器电路全桥的输入DC总线电压来维持恒定的功率，所述全桥接收来自驱动器级的输入控制信号。

依据本发明，全桥的振荡频率通过驱动器级设置，使得拉和灌电流在内部阈值间斜坡增加或减小。由此，所述振荡频率以50％的占空比使所述全桥的灌电流连续斜坡增加或减小，并且确定内部死区时间。当所述振荡频率斜坡增加至灌电流之上时，所述全桥栅极驱动器将全桥的第一低端开关和第二高端开关转换为导通，并将全桥的第二低端开关和第一高端开关转换为关断，且当所述振荡频率斜坡减小至灌电流之下时，所述全桥栅极驱动器将所述全桥的第二低端开关和第一高端开关转换为导通，并将所述全桥的第一低端开关和第二高端开关转换为关断。

本发明进一步感测全桥的输出电流以及提供给所述全桥的DC总线电压。所述感测的电流与电流参考阈值相比较，且所述感测的电压与电压参考阈值相比较。如果所述电压高于或相对于所述电压参考阈值有所增大和/或所述电流高于或相对于所述电流参考阈值有所增大，则提供到提供所述输入DC总线电压的升压/回扫级的PWM驱动信号被设置为低。如果所述电压低于或相对于所述电压参考阈值有所减小和/或所述电流低于或相对于所述电流参考阈值有所减小，则所述提供到升压/回扫级的PWM驱动信号被设置为高。

由此，如果提供到所述升压/回扫级的PWM驱动信号被设置为高，那么其导通所述升压/回扫级开关以增加DC总线电压。所述PWM导通时间/关断时间循环的最大关断时间由外部电容器的放电时间设置。所述由升压/回扫级提供给全桥的输入电压由此响应于PWM信号增大或减小。

本发明的其它特征和优点将在以下参考附图的描述中变得显而易见。

附图说明

出于举例说明本发明的目的，在附图中显示了目前的优选实施方式，然而，可以理解的是，本发明不限于所示的精确的范围和说明。本发明的特征和优点将在以下本发明参考附图的描述中变得显而易见，其中：

图1显示了典型的已知的HID镇流器电路的原理示意图；

图2显示了依据本发明的实施例的包括镇流器控制IC的HID电路的简化的原理示意图；

图3是所述镇流器控制IC的详细的原理示意图；

图4是显示了第一实施例电路的本发明的镇流器控制IC的原理应用示意图；

图5是显示了第二电路实施例的本发明的镇流器控制IC的原理应用示意图；以及

图6是本发明的镇流器控制IC的状态图。

具体实施方式

为了点火和预热控制，为了镇流器正常或运行操作的全桥控制，以及故障保护，图2显示的HID控制IC23提供用于控制通过在镇流器的输入控制输入升压/回扫转换器提供DC总线电压给所述全桥逆变器级的必须的电路。图4显示了IC23如何在镇流器的输入级控制准谐振回扫转换器、驱动用于HID灯的全桥22、在预热和运行模式期间控制灯的功率，设置点火和预热特征计数器次数，并提供针对空载和短路情况的故障保护。在另一个实施例中，还提供了对用于编程外部MCU的接口(图5)。

回扫转换器控制

在图4所示的本发明的优选实施例中，所述镇流器包括准谐振回扫转换器电路21。虽然显示了回扫转换器电路，但是同样可以使用升压转换器。所述回扫转换器提供的优点是可以使用较低电压开关16。电路21在ICOMP的引脚7使用最大电流控制的较低的电压并在PCOMP的引脚8使用最大功率控制以确定回扫MOSFET开关16的栅极驱动导通时间。所述回扫MOSFET16的漏极电压通过连接到ZX引脚5的限制电阻RZX被监视以确定所述回扫MOSFET 16何时关断。当所述MOSFET 16关断时，同样连接到回扫MOSFET 16的漏极的电容器CRES将以定义的频率激励所述漏极电压，该频率将升高并之后归于零。当所述漏极电压被确定将达到零时，所述IC23通过设置MOSFET 16的导通时间而使MOSFET16再次导通。以这种方法，可以完成MOSFET 16的零电压转换，允许其运行于较低的温度。

默认的最大回扫关断时间通过TOFF引脚6设置。如果在由连接到TOFF引脚6的外部CTOFF电容器确定的时间结束前，没有检测到转换回扫MOSFET 16导通的信号，那么MOSFET的栅极将被再次转换为导通。

在IC 23中，使用PWM、CS、ZX、TOFF、ICOMP和PCOMP引脚及其相关电路控制所述回扫转换器21。参考图3和4，PWM引脚1作为用于外部回扫MOSFET 16的回扫PWM拉/灌MOSFET栅级驱动器输出(导通/关断栅极信号)。所述在PWM引脚1上的PWM信号的导通时间由灯电流限制/PWM导通时间设置ICOMP引脚7或灯恒定功率/PWM导通时间设置PCOMP引脚8上的电压确定，由任意处于低压的引脚确定。所述两个补偿引脚依据所述灯是否处于恒定功率或电流限制模式控制所述回扫导通时间。

特别地，ICOMP引脚7确定PWM栅极驱动器输出的导通时间。外部电阻器RS被置于低端全桥MOSFET MLS1和MLS2的源极和接地之间以测量所述灯电流。该灯电流在灯电流感测ISENSE引脚18被感测。具有两个控制回路，一个用于灯电流且一个用于灯功率。所述灯电流控制回路以放大器OTA2为中心。所述功率控制回路以乘法器39和放大器OTA1为中心。灯电流控制回路和功率控制回路的电路一起形成恒定功率控制回路和电流限制控制回路38。连接到引脚7的外部电容器CICOMP设置所述电流限制控制回路的循环速度。

响应于在ISENSE引脚18感测全桥灯电流，所述电流限制控制回路基于在OC引脚19使用内部运算跨导放大器OTA2设置的灯电流限制阈值编程的电压调节电流。所述在OC引脚19的电压是由内部电流源(由电阻RIREFF在IC参考电流设置IREF引脚9设置或编程)和外部电阻ROC一起设置的电压阈值。所述电压阈值是用于在ISENSE引脚18检测的灯电流的电流上限限制阈值。

如果ISENSE引脚18的电压大于OC引脚19的电压，那么OTA2将从ICOMP引脚7拉出电流以在该引脚使所述外部电容器CICOMP放电，由此减小所述电压。这将减小所述PWM导通时间，并减小所述回扫电流以减小全桥22灯电流。

如果在ISENSE引脚18的电压小于OC引脚19的电压，那么之后将发生与上述相反的情况，且ICOMP引脚7的电压将增大以增大所述PWM导通时间，并增大所述全桥22灯电流。由此，通过在ISENSE感测所述灯电流，控制所述回扫开关16的电流控制回路被建立。

同样提供了功率控制回路。这是由PCOMP引脚8处的电压确定。该电压同样控制用于恒定功率控制回路的PWM导通时间。在PCOMP引脚的电压同样确定PWM栅极驱动器输出地导通时间。所述恒定功率控制回路感测在ISENSE引脚18的灯电流，且由连接于引脚17的电阻分配器的外部电阻RVSENSE感测的VSENSE引脚17的灯电压(DC总线电压)。所述灯电压测量被用于所述恒定功率控制回路和由OV引脚20编程的最大升压输出电压。OV引脚20的功能将在以下讨论。

所述恒定功率控制回路使用内部乘法器39将所述感测的控制和电压相乘。乘法器增益由MULT引脚16设置，并由外部电阻RMULT确定。所述乘法器的输出之后通过使用内部运算跨导放大器OTA1调整PCOMP引脚8的电压而被调整至固定的内部2伏阈值。连接到引脚8的外部电容器CPCOMP设置恒定功率控制回路的循环速度。

如果所述乘法器输出电压大于内部功率参考电压，则OTA1将从PCOMP引脚8拉出电流以在该引脚使外部电容器CPCOMP放电，并因此减小外部电容器CPCOMP的电压。这将减小PWM的导通时间并减小所述回扫电流以减小全桥灯电流，并因此减小灯功率。

如果所述乘法器输出电压小于内部2伏参考电压，那么之后将发生与上述相反的情况，且所述PCOMP引脚电压将增大以增大所述回扫导通时间以增大所述全桥灯电流，并增加灯功率。然而，ICOMP引脚7还控制用于电流限制控制回路的导通时间，无论COMP中的任何引脚(ICOMP或PCOMP)为低，将控制所述PWM导通。

电流感测CS引脚2提供用于回扫变压器和回扫MOSFET16的逐循环峰值电流保护。外部电阻器RF被放置在回扫MOSFET16的源极和电源地之间，用于感测导通时间内在回扫MOSFET16的瞬时电流。如果感测电阻RF两端的电压超过在CS引脚2的内部1.2伏的阈值，之后PWM引脚1输出将变“低”以关断回扫MOSFET16并限制所述峰值电流。所述PWM引脚1的输出将维持“低”直至回扫PWM最大关断时间编程TOFF引脚6超时或检测到所述回扫MOSFET16的漏极电压过零点。所述最大关断时间由外部电容器CTOFF设置，CTOFF设置TOFF引脚6的从0伏到2伏的斜坡时间。所述最大关断时间的设置决定在回扫控制电路21的临界-连续和连续-传导模式间的分界。

所述回扫PWM的引脚1输出还能够由VSENSE的引脚17和最大回扫输出电压阈值设置OV的引脚20被转换为导通或关断，用以限制所述最大输出电压。该电压阈值是在VSENSE的引脚17测量的升压输出电压的的电压上限限制阈值。该电压阈值是由在IC参考电流IREF的引脚9的电阻器和外部电阻器ROV一起编程的内部电流源42设置的。所述OV阈值主要被用于在空载情况下或灯点火期间限制或控制所述最大全桥电压(回扫输出电压)。在IREF的引脚9的外部电阻RIREF和内部2伏参考电压一同确定内部精确参考电流，该电流被用在CT、OV和OC引脚。

如果在VSENSE的引脚17、作为全桥/灯22两端的输出电压的度量的电压超过在OV的引脚20的电压，则所述PWM的引脚1的输出将变为“低”，且所述回扫转换器将关断。所述PWM的引脚1的输出将在TOFF的引脚6超时，或者，如上所述，在回扫准谐振电压过零点检测输入ZX的引脚5上检测到负走向的转换后再次导通。当所述PWM的引脚1的输出电压再次减小到低于所述OV阈值减去少许滞后，所述回扫转换器将在PWM的引脚1的控制信号下运行。

来自所述回扫MOSFET 16漏极的电压提供用于检测在每个开关周期的关断时间里在栅极驱动器输出PWM引脚1何时回扫漏极电压达到零的信号。在ZX的引脚5的负走向的信号低于1.7伏(2伏-300毫伏滞后)，标志关断时间的结束以及在栅极驱动器输出PWM的引脚1上的下一个导通时间的开始。

全桥控制

所述在输出端的全桥级22优选地以500赫兹左右的频率振荡，除了在刚点火后，在刚点火后仍将在每一个极性里具有延长周期以减小所述灯熄灭的可能性。这样做的目的仅仅是为了通过避免移动引起沉积成形于所述灯的电极上，从而延长灯的寿命。所述全桥在功率控制上不起任何作用。

IC 23的VCC电源可以通过连接到VBUS的电阻RAUX获得，该VCC电源典型地在正常运行期间保持在80到100伏，允许电阻器在未耗尽剩余功率的情况下供给IC23。所述IC还能够直接从镇流器的DC输入获得其最初起始电压，并同样可以在DC总线电压非常低时，在点火的最初点从镇流器的DC输入汲取功率。

所述全桥22由内部电路27的CT、LO1、VS1、HO1、VB1、LO2、VS2和VB2引脚控制。在全桥振荡频率设置CT引脚10的外部电容器CT对所述全桥的转换频率编程。在CT引脚10的拉和灌电流使CT电压在内部2伏和5伏阈值之间上下增减。当所述引脚的电压增加时，在低端栅极驱动器LO1引脚25和高端栅极驱动器HO2引脚23的全桥拉/灌栅极驱动器输出为导通，且低端栅极驱动器LO2引脚21和高端栅极驱动器HO1引脚27为关断。当所述引脚的电压减少时，在LO2引脚21和HO1引脚27的输出为导通，且在LO1引脚25和HO2引脚23的输出为关断。所述全桥继续以此方式，以50％占空比和例如1.2us的稳定的固有死区时间振荡。

所述内部全桥逻辑29、低端驱动器32和33、600伏高端驱动器34和35以及自举MOSFET 36和37之后负责使全桥22导通或关断。所述驱动器逻辑29确保当所述在LO1引脚25的输出和开关MLO1导通时，之后在HO2引脚23的输出和开关MHO2同样为导通。相反地，所述驱动器逻辑23还保证当在LO2的引脚21的输出和开关MLO2导通时，之后在HO1引脚27的输出和开关MHO1同样导通。通过以此种方式转换全桥29，在所述灯的两端维持AC对称的方波电压。

所述内部自举MOSFET36、37分别导通以在当LO1引脚25被设置为“高”期间，提供供电电流给全桥高端驱动器供电电压输入VB1引脚28，且当LO2引脚21被设置为“高”期间，提供供电电流给全桥高边驱动器供电电压输入VB2引脚24。这在不需要外部高电压阴极负载二极管的情况下，维持了高端驱动器的供电电压。VB1引脚28和VB2引脚24由来自IC供电电压输入VCC引脚3、通过集成自举MOSFET而内部供电。此外，由开关MHS1和MHS2返回的全桥高端驱动器供给分别在VS1引脚26和VS2引脚22接收。

灯功率控制

点火

使用所述在例如，升压拓扑之上的回扫拓扑的优点是如果晶体管66的转换比例从1逐步增加到4，且在点火时需要的最大总线电压是400伏，那么之后可以使用100伏的MOSFET器件。在显示的回扫结构中，由于100伏的最大漏极至源极电压(VDS)级别被接收，所以电压MOSFET 16具有非常低的RDSon。

最初，电路处于点火模式，此时灯上无负载。当所述回扫转换器21开始振荡时，DC总线电压快速升高至400伏。

在点火模式下，在DC总线上的电压变得足够高以激活点火单元60，该点火单元60在灯两端产生足够高的电压以引起点火。该点火单元60同样需要大负值电压ZH。该大负值电压ZH在所述镇流器中通过级联电路62产生。所述级联电路包括连接到回扫感应器66二次线圈的AC边的二极管DC、DC2和DC3以及电容器CC1、CC2的排列。需要高电压和极低的电流。所述级联电路通过一些高值电阻R1、R2、R3和R4连接到点火单元60。

当所述高电压ZH产生时，在所述灯中产生电弧并且大电流迅速地流过灯，引起DC总线经历大负载。所述大负载将电压拉低至低级别。此时，所述灯可能熄灭或继续运行，由此进入预热阶段。如果灯在该阶段熄灭，所述回扫转换器将再次提升DC总线电压至400伏，启用点火单元试图再次启动灯。在几次点火尝试失败之后，所述IC23将超时并进入故障模式从而禁用回扫转换器。此时假设所述灯不能运行或没有已连接的灯。

如果所述灯成功点火，那么之后电流将很高且电压将很低。当所述灯被点亮时DC总线电压将不再为级联电路充分升高以产生足够大的负值电压来激活点火单元尝试运行，且因此在点火后不需要特别的电路来禁用所述点火单元。

在所述最初阶段，最大电流是有限的，这引起回扫转换器21作为恒电流源运行来供给所述灯直至灯两端的电压开始增加。由于在灯内部的电弧温度的升高，典型地上述情况将在几秒钟后发生。由于电压升高，灯电流将下降，且内部乘法器39将控制所述灯的功率。内部乘法器39向通过VSENSE引脚17和ISENSE引脚18提供的反馈电压应用模拟乘法来计算所述灯的功率。所述乘法器的增益可以被MULT引脚16的外部RMULT电阻编程。所述乘法器输出可以在POUT引脚15被监视，该引脚通过外部电阻RPOUT连接到COM。从而提供了与由乘法器确定的灯的功率成比例的可调节的输出电压。

所述乘法器39的输出被与内部参考电压相比较，从而由OTA1在PCOMP引脚8产生误差电压。类似地，ICOMP引脚7在来自ISENSE引脚18的反馈电压被直接与在OC引脚19的过电流阈值电压比较时，产生误差电压。当所述灯电流从最大值回落时，功率控制回路38使用乘法器控制灯的功率。所述误差电压决定回扫转换器21的导通时间，且因此控制转移到所述输出的能量的量和所述灯的功率。

常规运行/预热阶段

在预热阶段期间，参考提供至OTA1的功率控制回路的功率被设置多个定时级。最初，所述功率被编程为比额定功率高得多，且该功率通过预热阶段在多个阶段中被减小以便最终达到额定灯功率。在PCLK引脚13的电容PCLK设置被分区的时钟以对每一个在预热周期内的功率级别阶段提供定时。这被称为预热特征。所述预热特征能够由将PIN引脚14连接到VCC的引脚3来启用，但是能够在PIN引脚14的输入电压始终在低于内部阈值的情况下被禁用。当开关50处于“0”位置时，在此情况下可以通过外部在引脚PIN提供的0到5伏的DC控制电压设置所述功率级别。电阻RMULT的值及最大功率因此将被再次设置。

预热特征的目的是在点火后迅速提供来自灯的高亮度输出。因为如果所述灯在额定功率下被驱动，那么亮度输出最初将非常低，因此需要首先过度驱动所述灯以便迅速地保证足够的亮度输出，且同样为了尽可能快地使灯从其冷态到达其额定运行温度。这在汽车应用中尤为重要。最终，所述灯的功率将通过功率控制回路、在余下的周期内被维持在其额定水平直至所述镇流器被关断或通过故障指示被关闭。

热再点火(hot restrike)

所述HID镇流器设计必须还能够提供热再点火，例如，当所述灯被关闭但仍然发热以及期望再次开启所述灯时。HID灯需要更高的放电能量以便在高温时再点火。所述点火单元60能够产生点燃所述灯所需的非常高的电压，然而，所述电弧具有在此后迅速熄灭的趋势。因此，重要的是提供热再点火或在点火后从DC总线到所述灯的正确量的放电能量，以便防止该问题的发生。

本发明通过提供由CBUS1和CBUS2的二级放电获得热再点火。在点火模式期间，将通过DZB和R9使CBUS1将充电至400伏并且CBUS2充电至250伏。在点火后，CBUS1将对所述灯放电直至DC总线电压降至低于250伏，此时CBUS2将同样对所述灯放电。因为在热再点火期间灯熄灭的主要原因是当电弧产生时的过度的放电能量，因此CBUS1基本小于CBUS2。过小的放电能量在电压降至更低水平时同样是一个问题，且因此，CBUS2需要在此时被提供额外的能量。

所述灯电压由所述灯本身确定，所以仅能使用电流控制灯功率。在PCOMP引脚8的电容器CPCOMP的值决定功率控制回路25的循环速度。所述功率控制回路25允许在灯运行的不同阶段控制灯的功率。特别地，在灯的预热周期里，期望过度驱动所述灯以便灯的亮度对车辆的驾驶员保持恒定。当所述灯预热后，其功率之后能够维持恒定以便提供来自前灯的恒定流明输出。所述预热特征和恒定功率控制的功能均由内部乘法器39和功率控制回路35获得。

点火和预热计数器

所述控制IC23包括用于确定点火时间和预热特征时间的计数器。所述用于点火计数器的点火时钟频率由在ICLK引脚11的外部电容器FLTCLC编程或设置，并且内部点火定时器确定所述点火时间。ICLK引脚11及其相关电容器FLTCLK允许在灯不点火进入故障模式前，对HID镇流器处于点火模式的时间总量进行编程。由此，如果灯在给定次数的尝试后仍然无法点火，ICLK引脚11则需要用于安全关断HID镇流器。

如图6所示，当IC23在步骤86进入点火模式时，点火时钟和计数器被启用，且开始计数ICLK。如果所述灯成功点火，那么在VSENSE引脚17测量到的输出电压将减小到低于OV/3或在OV引脚20的电压被除以3，所述点火定时器将被重置和禁用，且所述IC23将在步骤88进入预热模式。如果VSENSE引脚17不能在点火定时器计时终止前减小至低于OV/3，那么之后IC23将在步骤92进入故障模式，且所述IC将关闭。在故障模式中，回扫21和全桥22将变为禁用。

回到图3和4，预热计数器时钟频率由在PCLK引脚13的外部电容器CPCLK设置或编程，且内部点火定时器确定所述预热时间。来自预热计数器的多个输出被连接到预热功率特征控制单元41，以便参考功率能够在特定的时间点上为了满足给定的特征曲线而被增加或减小。该特征曲线应该被设置，从而使灯的流明输出在预热期间恒定。这能够具有，例如，线性增加特征、指数增加特征、RC增加特征等，且该特征曲线能够通过改变依据来自预热计数器的特定时间点信号的功率参考而被定形。所述曲线的形状由功率控制单元在内部确定，但是所述特征能够通过减小或增加在PCLK引脚13的电容器CPCLK而缩短或加长。所述CPCLK电容器同样允许用于设置或编程HID镇流器在进入恒定功率模式(图6中的步骤90)前始终处于预热模式的时间。

故障保护

所述IC 23提供针对负载的开路或短路以及灯的点火故障的保护。所述开路保护使用VSENSE引脚17和OV引脚20完成。如上所述，所述输出电压由外部电阻分配器网络在VSENSE引脚17测量，且过电压阈值由在OV引脚20的外部电阻ROV编程。如果在VSENSE引脚17的电压超过所述OV阈值，那么PWM引脚1的输出变为“低”，从而禁止所述回扫。所述输出电压将再次减小且当VSENSE引脚17的电压通过给定量的滞后(典型地为200毫伏)降至低于OV阈值时，所述回扫将重新启动。这将在外部点火电路试图点燃所述灯时，保持所述输出电压限制于最大值。

感测电阻RS的电流被置于两个低端全桥MOSFET MLS1和MLS2的源极和电源地之间用于感测总负载电流。在处于短路条件下，ISENSE引脚18的电压将增加至高于OC引脚19的电压，且所述IC 23将进入故障模式(图6中的步骤92)并变为被禁用。所述回扫21和所述全桥22将被安全禁用。最终，如果所述灯未能点亮，VSENSE引脚17将始终高于OV/3阈值，且所述点火定时器将暂停计时。这将导致所述IC23进入故障模式(图6中的步骤92)并安全关闭。

连接到外部MCU

现在转到图5，所述微控制器50能够直接控制所述功率参考，并避开在HID控制IC内部的预置预热特征。所述微控制器产生PWM输出，该输出通过简单的滤波器转换为DC。该滤波器由连接到PIN的引脚14的电阻RPIN和电容器CPIN组成。这允许所述微控制器50按需要被编程以直接控制所述灯功率。

在所示的结构中，乘法器39输出POUT的引脚15由微控制器通过内部模数转换器监视，允许该乘法器对维持要求的运行所必须的PIN控制电压做出调节。故障计数器和全桥振荡器要求的所述时钟信号同样由所述微控制器提供，而不是由外部电容器提供。

还可以直接通过微控制器的模数转换器监视所述灯电压和灯电流，甚至可以数字地实现所述乘法，而不是使用内置于HID控制IC 23的模拟乘法器实现，然而这并不是必须的。

通过在系统中配置微处理器还可以增加允许HID镇流器发送返回至车辆内部的管理系统的消息的通信特征，例如，当灯出现故障或接近寿命的终点且需要被更换时发出指示。向微控制器50提供的5伏供电可以容易地通过连接到所述镇流器控制IC 23的VCC供电的线性调整器提供。

如图5所示，IC 23能够与外部微控制器单元(MCU)50连接。该IC23包括用于灯功率控制PIN的引脚14的参考，该参考由从0至5伏DC模拟功率控制输入的外部电压设置。这允许外部输入，例如来自外部MCU50，用以对预热和/或恒定功率模式的所述灯功率编程。当对用于不同类型的灯的HID镇流器编程时，由于所述不同类型的灯可能要求不同的预热/恒定功率设置，因此外部输入的编程是必须的。设置PIN的引脚14的电压高于5.1伏将编程所述IC 23为内部固有的预热和恒定功率设置。由此，低端镇流器能够使用单个IC达到所述内部固有预热特征，且高端镇流器能够包括MCU50用以在制造期间获得更大的适应性。

所述IC 23进一步包括输出功率引脚，即POUT引脚15。外部电阻RPOUT在POUT引脚15产生用于由所述MCU 50监视所述灯的功率的电压。由此，所述MCU50能够依据不同的灯类型和预热特征设置PIN引脚14，并直接通过监视POUT引脚15监视所述输出功率，以便确保实际输出功率与被编程的参考相匹配。

例如，HG引脚12允许所述MCU50设置无汞灯特征。除了MCU50，连接HG引脚12到VCC引脚3将为无汞HID灯设置所述预热功率控制到校正预热特征。连接这个引脚至IC接地返回COM引脚4将为基于汞HID灯设置所述预热功率控制到校正预热特征。

虽然本发明是通过特殊的实施例加以描述的，但是许多其它变化和修改以及其它应用对于本领域的技术人员将变得显而易见。因此，优选为本发明不由此处公开的具体内容限定。

Claims (26)

1.一种用于驱动高强度放电灯的电子镇流器，所述电子镇流器包括：

用于接收DC输入电压并输出具有被控电流的升高的DC输出电压的升压级；

用于将所述升高的DC输出电压转换为能够驱动所述高强度放电灯的开关AC电压的开关级；以及

耦合至所述升压级和所述开关级并且用于控制两者的IC控制器。

2.根据权利要求1所述的镇流器，其中所述IC控制器具有点火模式和常规运行模式。

3.根据权利要求1所述的镇流器，其中所述IC控制器包括：

用于设置PWM信号的导通时间和关断时间的电路，所述PWM信号通过依据所述设置的导通和关断时间控制所述升压级的受控开关来增大或减小所述升高的DC输出电压电流；

用于向所述开关级提供控制信号的驱动器，所述开关级被提供以具有所述升高的DC输出电压并向所述高强度放电灯提供AC功率；

灯功率控制电路，该灯功率控制电路包括用于感测来自所述开关级的输出电流和所述升高的DC输出电压的感测电路；以及

用于设置所述PWM信号的占空比从而控制所述受控开关的导通时间和/或关断时间的电路，该电路响应于用于控制提供到所述灯的功率的所述输出电流以及所述升高的DC输出电压。

4.根据权利要求3所述的镇流器，其中所述灯功率控制电路包括电流控制回路和功率控制回路，且其中如果所述灯电流处于预置最大级别，则所述电流控制回路控制所述灯的功率，且如果所述灯电流低于所述预置最大级别，则所述功率控制回路控制所述灯的功率。

5.根据权利要求4所述的镇流器，其中所述电流控制回路包括第一放大器级，该第一放大器级接收所述感测的输出电流和参考值，并提供误差信号以控制所述PWM信号并由此控制所述灯的功率。

6.根据权利要求5所述的镇流器，其中所述功率控制回路包括乘法器级，该乘法器级接收所述输出电流和所述升高的DC输出电压以产生与所述灯的功率成比例的信号，所述功率控制回路进一步包括第二放大器级，该第二放大器级接收所述与所述灯的功率成比例的信号，并提供误差信号以控制所述PWM信号并由此控制所述灯的功率。

7.根据权利要求1所述的镇流器，该镇流器进一步包括级联电路和点火单元，其中在所述点火模式期间，所述级联电路向所述点火单元提供高电压，所述高电压在所述灯中产生电弧，并引起电流流入所述灯，从而点亮所述灯。

8.根据权利要求7所述的镇流器，其中所述级联电路在所述灯点亮后不被禁用。

9.根据权利要求6所述的镇流器，其中所述IC包括预热特征电路，该预热特征电路用于引起所述灯的过度驱动以便在点火后迅速提供高亮度输出，并且用于将所述灯从冷态转变到额定运行温度。

10.根据权利要求2所述的镇流器，该镇流器进一步包括提供两级放电的热再点火电路，其中

在所述点火模式期间，第一电容器充电至第一电压，且第二电容器充电至第二电压，以及

此后，所述第一电容器向所述灯放电直至DC总线电压降至低于阈值电平，与此同时所述第二电容器向所述灯放电。

11.根据权利要求9所述的镇流器，其中由所述预热特征电路设置的预热周期包括功率级别阶段，在所述阶段中所述乘法器级的功率参考在多个定时级中设置，其中最初所述功率参考被设置为高于灯的额定功率，且之后在所述预热周期里在多个阶段中减小以达到所述灯的额定功率。

12.根据权利要求1所述的镇流器，其中所述镇流器和所述高强度放电灯被用于汽车。

13.根据权利要求1所述的镇流器，其中所述升压级包括升压转换器。

14.根据权利要求1所述的镇流器，其中所述升压级包括回扫转换器。

15.根据权利要求1所述的镇流器，其中所述升压级的受控开关包括MOSFET。

16.根据权利要求1所述的镇流器，其中所述开关级是全桥。

17.根据权利要求16所述的镇流器，其中所述全桥的开关是MOSFET。

18.根据权利要求1所述的镇流器，该镇流器进一步包括预热模式、故障保护模式和热再点火模式。

19.根据权利要求1所述的镇流器，该镇流器进一步包括控制器接口单元，该控制器接口单元直接控制所述IC控制器，并通过所述IC控制器控制所述升压级和所述开关级，所述控制器接口单元允许用户对所述IC控制器重新编程以便允许所述镇流器与不同模式的灯一起运行。

20.根据权利要求19所述的镇流器，其中所述IC控制器包括用于运行所述灯的默认设置。

21.一种用于控制驱动高强度放电灯的镇流器的集成电路IC控制器，该IC控制器包括：

用于以PWM来控制所述镇流器的升压级的第一电路，以便将DC输入电压升至升高的DC输出电压，所述IC控制器具有点火模式和常规运行模式；

用于控制所述镇流器的开关级的第二电路，以便通过将所述升高的DC输出电压转换为能够驱动所述高强度放电灯的开关AC电压而向所述灯提供开关AC电压；以及

灯功率控制电路，该灯功率控制电路包括感测来自所述开关级的输出电流和所述升高的DC输出电压的感测电路。

22.根据权利要求21所述的IC控制器，该IC控制器进一步包括用于连接接口控制器单元的接口电路，该接口控制器单元直接控制所述IC控制器，并通过该IC控制器控制所述第一电路、所述第二电路以及所述灯功率控制电路，所述接口控制器单元允许用户对所述IC控制器重新编程从而与不同模式的灯一起运行，每个灯模式具有不同的运行要求。

23.根据权利要求22所述的IC控制器，其中所述IC控制器包括用于运行所述灯的默认设置。

24.根据权利要求21所述的IC控制器，其中所述第一电路设置所述PWM信号的占空比从而控制所述控制器开关的导通时间，所述第一电路响应于用于控制提供给所述灯的功率的所述输出电流和所述升高的DC输出电压。

25.根据权利要求21所述的IC控制器，其中所述灯功率控制电路包括电流控制回路，该电流控制回路在所述灯的电流处于最大级别时控制所述灯的功率；以及功率控制回路，该功率控制回路在所述灯的电流低于最大级别时控制所述灯的功率。

26.根据权利要求25所述的IC控制器，其中所述电流控制回路包括第一放大器级，该第一放大器级接收所述感测的输出电流和参考值，并提供误差信号以控制所述PWM信号，并由此控制所述灯的功率；所述功率控制回路包括乘法器级，该乘法器级接收所述输出和所述升高的DC输出电压以产生与所述灯的功率成比例的信号，且该功率控制回路进一步包括第二放大器级，该第二放大器级接收与所述灯的功率成比例的所述信号，并提供误差信号以控制所述PWM信号并由此控制所述灯的功率。

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