CN103167714B - 一种自适应氙气hid灯亮度控制方法及其亮度控制模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应氙气HID灯亮度控制方法，包括以下步骤：绘制出基准氙气HID灯的功率-电压曲线，将该曲线划分为N段；设定待控制的氙气HID灯的稳态电压赋予值Ustc和最小电压赋予值Uminc；计算灯电压判定值Upn；计算斜率KPMn；根据实时测量到的待控制的氙气HID灯的当前灯电压测量值Umeasure，确定该待控制的氙气HID灯的升压阶段期望控制功率值Pwanted，然后根据该得到的升压阶段期望控制功率值Pwanted控制氙气HID灯的亮度。本发明还公开了一种实现上述方法的亮度控制模块。本发明可根据每颗氙气HID灯的具体特性进行升压阶段的亮度控制，亮度控制的准确性好。

Description

一种自适应氙气HID灯亮度控制方法及其亮度控制模块

技术领域

本发明涉及一种氙气HID灯的亮度控制方法及其亮度控制模块。

背景技术

氙气HID(High intensity Discharge)灯是一种内部充满包括氙气在内的惰性气体混合体的高压气体放电灯。汽车用HID灯有多种类型，如D1S、D2S、D3S、D4S等等,同种类型的灯，其特性也不完全相同。即使是同一颗灯，其特性随着使用时间也会改变。

图1示出了氙气HID灯从启动到稳态的V-I曲线，其中，升压阶段是氙气HID灯实现稳定运行的关键阶段，为了获得较好的亮度曲线需要对这一阶段的输出特性进行控制。现有的氙气HID灯升压阶段的亮度控制方式存在以下不足：1、不能根据每颗灯的具体特性进行亮度控制；2、升压阶段亮度控制的准确性不高，要么太低，达不到初始光通量输出要求，要么太高，导致超亮和闪烁。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种自适应氙气HID灯亮度控制方法，其可根据每颗氙气HID灯的具体特性进行升压阶段的亮度控制，亮度控制的准确性好。

本发明所采用的技术方案是：一种自适应氙气HID灯亮度控制方法，包括以下步骤：

步骤1，绘制出基准氙气HID灯的功率-电压曲线，将该曲线划分为N段（N为大于3的整数），确定每一分段的斜率CKPn、每一分段的下端点的功率值CPBn、每一分段的上端点电压值CUPn、每一分段的灯电压分段点计算系数CFUn以及灯稳态电压值CUST、灯最小电压值CUMIN和偏移常量COFF；其中，可任意选取一颗氙气HID灯作为所述的基准氙气HID灯，CFUn=（CUST–CUPn）/（CUST–CUMIN+COFF），COFF=基准氙气HID灯标称最大功率/基准氙气HID灯标称最大电流–CUMIN；n=1、2……N；

步骤2，设定待控制的氙气HID灯的稳态电压赋予值Ustc和最小电压赋予值Uminc。

步骤3，根据公式Upn=Ustc–CFUn*（Ustc–Uminc+COFF）计算灯电压判定值Upn；其中，n=1、2……N；

步骤4，根据公式KPMn=CKPn*（CUST–CUMIN+COFF）/（Ustc–Uminc+COFF）计算斜率KPMn；其中，n=1、2……N；

步骤5，根据实时测量到的待控制的氙气HID灯的当前灯电压测量值Umeasure，确定该待控制的氙气HID灯的升压阶段期望控制功率值Pwanted，然后根据该得到的升压阶段期望控制功率值Pwanted控制氙气HID灯的亮度，其中：

若Umeasure≤Up1，则Pwanted为待控制的氙气HID灯的标称最大输出功率PCMAX；

若Up1＜Umeasure＜UpN，则Pwanted=KPMn*（Upn–Umeasure）+CPBn；其中，若Up1＜Umeasure＜Up2，则Pwanted=KPM1*（Up1–Umeasure）+CPB1，若Up2＜Umeasure＜Up3，则Pwanted=KPM2*（Up2–Umeasure）+CPB2，依此类推；

若Umeasure≥UpN，则Pwanted为待控制的氙气HID灯的标称稳态输出功率PSTEADY；

步骤6，用于在待控制的氙气HID灯的升压阶段持续比较Umeasure与Uminc的大小；其中，如果出现Umeasure<Uminc的情况，则令Uminc=Umeasure，并重复上述的步骤3至步骤5，否则，重复上述的步骤5，直到升压阶段结束。

本发明还公开了一种氙气HID灯亮度控制模块，包括：

功率电压曲线生成单元，用于绘制出基准氙气HID灯的功率-电压曲线，将该曲线划分为N段（N为大于3的整数），确定每一分段的斜率CKPn、每一分段的下端点的功率值CPBn、每一分段的上端点电压值CUPn、每一分段的灯电压分段点计算系数CFUn以及灯稳态电压值CUST、灯最小电压值CUMIN和偏移常量COFF；其中，可任意选取一颗氙气HID灯作为所述的基准氙气HID灯，CFUn=（CUST–CUPN）/（CUST–CUMIN+COFF），COFF=基准氙气HID灯标称最大功率/基准氙气HID灯标称最大电流–CUMIN；n=1、2……N；

稳态电压赋予值和最小电压赋予值设定单元，用于设定待控制的氙气HID灯的稳态电压赋予值Ustc和最小电压赋予值Uminc；

灯电压判定值计算单元，用于根据公式Upn=Ustc–CFUn*（Ustc–Uminc+COFF）计算灯电压判定值Upn；其中，n=1、2……N；

斜率计算单元，用于根据公式KPMn=CKPn*（CUST–CUMIN+COFF）/（Ustc–Uminc+COFF）计算斜率KPMn；其中，n=1、2……N；

升压阶段期望控制功率值确定单元，用于根据实时测量到的待控制的氙气HID灯的当前灯电压测量值Umeasure，确定该待控制的氙气HID灯的升压阶段期望控制功率值Pwanted，然后根据该得到的升压阶段期望控制功率值Pwanted控制氙气HID灯的亮度，其中：

若Umeasure≤Up1，则Pwanted为待控制的氙气HID灯的标称最大输出功率PCMAX；

若Up1＜Umeasure＜UpN，则Pwanted=KPMn*（Upn–Umeasure）+CPBn；其中，若Up1＜Umeasure＜Up2，则Pwanted=KPM1*（Up1–Umeasure）+CPB1，若Up2＜Umeasure＜Up3，则Pwanted=KPM2*（Up2–Umeasure）+CPB2，依此类推；

若Umeasure≥UpN，则Pwanted为待控制的氙气HID灯的标称稳态输出功率PSTEADY；

判断控制单元，在待控制的氙气HID灯的升压阶段持续比较Umeasure与Uminc的大小；其中，如果出现Umeasure<Uminc的情况，则控制稳态电压赋予值和最小电压赋予值确定单元令Uminc=Umeasure，并触发上述的灯电压判定值计算单元、斜率计算单元和升压阶段期望控制功率值确定单元重复执行，否则，触发上述的升压阶段期望控制功率值确定单元重复执行，直到升压阶段结束。

本发明的优点是：

1.采样上述技术方案后，本发明可以根据每颗灯不同的特点，动态调整该待控制的氙气HID灯的功率-电压曲线，用于对氙气HID灯的亮度控制参数进行控制，并大幅提升了氙气HID灯在升压阶段的亮度变化性能；

2.本发明的实施成本低，采用8位单片机即可满足本发明对运算方面的要求。

附图说明

图1是氙气HID灯从启动到稳态的V-I曲线图。

图2是根据本发明自适应HID灯亮度控制方法的一个实施例的流程图。

图3是根据本发明一实施例的基准氙气HID灯的功率-电压曲线。

图4是发明的亮度控制模块的一个实施例的原理框图。

图5是采用本发明亮度控制模块的镇流器的一个实施例的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作出进一步说明。

参考图2。根据本发明一实施例的自适应氙气HID灯亮度控制方法，包括以下步骤：

步骤1，绘制出基准氙气HID灯的功率-电压曲线，将该曲线划分为N段（N为大于3的整数）。图3示出了功率-电压曲线的一个示例，该功率-电压曲线被划分为4段。确定每一分段的斜率CKPn、每一分段的下端点的功率值CPBn、每一分段的上端点电压值CUPn、每一分段的灯电压分段点计算系数CFUn以及灯稳态电压值CUST、灯最小电压值CUMIN和偏移常量COFF；其中，可任意选取一颗氙气HID灯作为基准氙气HID灯，CFUn=（CUST–CUPn）/（CUST–CUMIN+COFF），COFF=基准氙气HID灯标称最大功率/基准氙气HID灯标称最大电流–CUMIN；n=1、2……N。

步骤2，设定待控制的氙气HID灯的稳态电压赋予值Ustc和最小电压赋予值Uminc。在该步骤2中，如果当前已知道该待控制的氙气HID灯的灯稳态电压值EEUST以及灯最小电压值EEUMIN，则令Ustc=EEUST，Uminc=EEUMIN；如果当前还不知道该待控制的氙气HID灯的灯稳态电压值EEUST以及灯最小电压值EEUMIN，则令待控制的氙气HID灯的Ustc=CUST，Uminc=CUMIN，并在该待控制的氙气HID灯进入稳压阶段后获取该待控制的氙气HID灯的灯稳态电压值EEUST以及灯最小电压值EEUMIN，然后令Ustc=EEUST，Uminc=EEUMIN。

步骤3，根据公式Upn=Ustc–CFUn*（Ustc–Uminc+COFF）计算灯电压判定值Upn；其中，n=1、2……N；该Upn用于确定采用功率-电压曲线的哪一个分段的参数对升压阶段期望控制功率值进行计算。

步骤4，根据公式KPMn=CKPn*（CUST–CUMIN+COFF）/（Ustc–Uminc+COFF）计算斜率KPMn；其中，n=1、2……N；该KPMn用于确定采用功率-电压曲线的哪一个分段的参数对升压阶段期望控制功率值进行计算。

步骤5，根据实时测量到的待控制的氙气HID灯的当前灯电压测量值Umeasure，确定该待控制的氙气HID灯的升压阶段期望控制功率值Pwanted，然后根据该得到的升压阶段期望控制功率值Pwanted控制氙气HID灯的亮度，其中：

若Umeasure≤Up1，则Pwanted为待控制的氙气HID灯的标称最大输出功率PCMAX；

若Up1＜Umeasure＜UpN，则Pwanted=KPMn*（Upn–Umeasure）+CPBn；其中，若Up1＜Umeasure＜Up2，则Pwanted=KPM1*（Up1–Umeasure）+CPB1，若Up2＜Umeasure＜Up3，则Pwanted=KPM2*（Up2–Umeasure）+CPB2，依此类推；

若Umeasure≥UpN，则Pwanted为待控制的氙气HID灯的标称稳态输出功率PSTEADY；

步骤6，在待控制的氙气HID灯的升压阶段持续比较Umeasure与Uminc的大小；其中，如果出现Umeasure<Uminc的情况，则令Uminc=Umeasure，并重复上述的步骤3至步骤5，否则，重复上述的步骤5，直到升压阶段结束。

在一个具体实施例中，将基准氙气HID灯的功率-电压曲线分为4段。确定每一分段的斜率CKP1、CKP2、CKP3和CKP4、每一分段的下端点的功率值CPB1、CPB2、CPB3和CPB4、每一分段的上端点电压值CUP1、CUP2、CUP3和CUP4、每一分段的灯电压分段点计算系数CFU1、CFU2、CFU3和CFU4以及灯稳态电压值CUST、灯最小电压值CUMIN和偏移常量COFF。其中，该基准氙气HID灯的灯稳态电压值CUST为45v，灯最小电压值CUMIN为31v，第一分段的斜率CKP1为-4.5，第一分段的下端点的功率值CPB1等于68w，第一分段的灯电压分段点计算系数CFU1=0.8，第二分段的灯电压分段点计算系数CFU2=0.6，偏移常量COFF等于1V，待控制的HID灯的灯稳态电压值EEUST和灯最小电压值EEUMIN分别为42V、30V，当前灯电压测量值Umeasure为33V。

令Ustc=EEUST=42V，Uminc=EEUMIN=30V。

Up1=Ustc–CFU1*（Ustc–Uminc+COFF）=31.6v；

Up2=Ustc–CFU2*（Ustc–Uminc+COFF）=34.2v；

KPM1=CKP1*（CUST–CUMIN+COFF）/（Ustc–Uminc+COFF）=-5.19；

由于Up1<Umeasure<Up2，则KPMn为KPM1；Upn为Up1；CPBn为CPB1；从而：Pwanted=KPM1*(Up1-Umeasure)+CPB1=75.266w。

如图4所示，本发明还公开了本发明还公开了一种氙气HID灯亮度控制模块，包括：功率电压曲线生成单元1、稳态电压赋予值和最小电压赋予值设定单元2、灯电压判定值计算单元3、斜率计算单元4、升压阶段期望控制功率值确定单元5和判断控制单元6。

功率电压曲线生成单元1用于绘制出基准氙气HID灯的功率-电压曲线，将该曲线划分为N段（N为大于3的整数），确定每一分段的斜率CKPn、每一分段的下端点的功率值CPBn、每一分段的上端点电压值CUPn、每一分段的灯电压分段点计算系数CFUn以及灯稳态电压值CUST、灯最小电压值CUMIN和偏移常量COFF；其中，可任意选取一颗氙气HID灯作为所述的基准氙气HID灯，CFUn=（CUST–CUPn）/（CUST–CUMIN+COFF），COFF=基准氙气HID灯标称最大功率/基准氙气HID灯标称最大电流–CUMIN；n=1、2……N。

稳态电压赋予值和最小电压赋予值设定单元2用于设定待控制的氙气HID灯的稳态电压赋予值Ustc和最小电压赋予值Uminc。如果当前已知道该待控制的氙气HID灯的灯稳态电压值EEUST以及灯最小电压值EEUMIN，则令Ustc=EEUST，Uminc=EEUMIN；如果当前还不知道该待控制的氙气HID灯的灯稳态电压值EEUST以及灯最小电压值EEUMIN，则令待控制的氙气HID灯的Ustc=CUST，Uminc=CUMIN，并在该待控制的氙气HID灯进入稳压阶段后获取该待控制的氙气HID灯的灯稳态电压值EEUST以及灯最小电压值EEUMIN，然后令Ustc=EEUST，Uminc=EEUMIN。

灯电压判定值计算单元3用于根据公式Upn=Ustc–CFUn*（Ustc–Uminc+COFF）计算灯电压判定值Upn；其中，n=1、2……N。

斜率计算单元4用于根据公式KPMn=CKPn*（CUST–CUMIN+COFF）/（Ustc–Uminc+COFF）计算斜率KPMn；其中，n=1、2……N。

升压阶段期望控制功率值确定单元5用于根据实时测量到的待控制的氙气HID灯的当前灯电压测量值Umeasure，确定该待控制的氙气HID灯的升压阶段期望控制功率值Pwanted，然后根据该得到的升压阶段期望控制功率值Pwanted控制氙气HID灯的亮度，其中：

若Umeasure≤Up1，则Pwanted为待控制的氙气HID灯的标称最大输出功率PCMAX；

若Up1＜Umeasure＜UpN，则Pwanted=KPMn*（Upn–Umeasure）+CPBn；其中，若Up1＜Umeasure＜Up2，则Pwanted=KPM1*（Up1–Umeasure）+CPB1，若Up2＜Umeasure＜Up3，则Pwanted=KPM2*（Up2–Umeasure）+CPB2，依此类推；

若Umeasure≥UpN，则Pwanted为待控制的氙气HID灯的标称稳态输出功率PSTEADY；

判断控制单元6用于在待控制的氙气HID灯的升压阶段持续比较Umeasure与Uminc的大小；其中，如果出现Umeasure<Uminc的情况，则控制稳态电压赋予值和最小电压赋予值确定单元令Uminc=Umeasure，并触发上述的灯电压判定值计算单元3、斜率计算单元4和升压阶段期望控制功率值确定单元5重复执行，否则，触发上述的升压阶段期望控制功率值确定单元5重复执行，直到升压阶段结束。

图5是采用本发明亮度控制模块的镇流器的一个实施例的原理框图。如图所示，该镇流器包括DC-DC变换电路11、全桥驱动电路12、启动放电电路13、灯电压采样电路14、倍压电路16、点火电路17、电源电压检测电路18、存储器19、PWM控制器20和微处理器21。存储器19为EEPROM存储器，点火电路17包括一放电灯22。本发明的亮度控制模块嵌入在微处理器21中。

直流输入电压经DC/DC变换电路11升压后，经由全桥驱动电路12将直流电压转变为方波电压，施加到氙气HID灯30的两端进行供电。点火电路17在启动阶段产生高压脉冲，击穿气体形成放电光弧，从而使光源启动。倍压电路16供给点火电路17点火电压，微处理器21用于控制整个镇流器的工作。

灯电压采样电路14将实时测量到的待控制的氙气HID灯的当前灯电压测量值Umeasure传送给微处理器21，微处理器21确定该待控制的氙气HID灯的升压阶段期望控制功率值Pwanted，然后根据该得到的升压阶段期望控制功率值Pwanted控制PWM控制器20输出相对应的PWM信号给DC-DC变换电路11，控制待控制的氙气HID灯的亮度。微处理器21持续监视当前灯电压测量值Umeasure，直到升压阶段结束。

Claims (4)

1.一种自适应氙气HID灯亮度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，绘制出基准氙气HID灯的功率-电压曲线，将该曲线划分为N段，N为大于3的整数，确定每一分段的斜率CKPn、每一分段的下端点的功率值CPBn、每一分段的上端点电压值CUPn、每一分段的灯电压分段点计算系数CFUn以及灯稳态电压值CUST、灯最小电压值CUMIN和偏移常量COFF；其中，可任意选取一颗氙气HID灯作为所述的基准氙气HID灯，CFUn＝(CUST–CUPn)/(CUST–CUMIN+COFF)，COFF＝基准氙气HID灯标称最大功率/基准氙气HID灯标称最大电流–CUMIN；n＝1、2……N；

步骤2，设定待控制的氙气HID灯的稳态电压赋予值Ustc和最小电压赋予值Uminc；

步骤3，根据公式Upn＝Ustc–CFUn*(Ustc–Uminc+COFF)计算灯电压判定值Upn；其中，n＝1、2……N；

步骤4，根据公式KPMn＝CKPn*(CUST–CUMIN+COFF)/(Ustc–Uminc+COFF)计算斜率KPMn；其中，n＝1、2……N；

步骤5，根据实时测量到的待控制的氙气HID灯的当前灯电压测量值Umeasure，确定该待控制的氙气HID灯的升压阶段期望控制功率值Pwanted，然后根据该得到的升压阶段期望控制功率值Pwanted控制氙气HID灯的亮度，其中：

若Umeasure≤Up1，则Pwanted为待控制的氙气HID灯的标称最大输出功率PCMAX；

若Up1＜Umeasure＜UpN，则Pwanted＝KPMn*(Upn–Umeasure)+CPBn；其中，若Up1＜Umeasure＜Up2，则Pwanted＝KPM1*(Up1–Umeasure)+CPB1，若Up2＜Umeasure＜Up3，则Pwanted＝KPM2*(Up2–Umeasure)+CPB2，依此类推；

若Umeasure≥UpN，则Pwanted为待控制的氙气HID灯的标称稳态输出功率PSTEADY；

步骤6，在待控制的氙气HID灯的升压阶段持续比较Umeasure与Uminc的大小；其中，如果出现Umeasure<Uminc的情况，则令Uminc＝Umeasure，并重复上述的步骤3至步骤5，否则，重复上述的步骤5，直到升压阶段结束。

2.如权利要求1所述的自适应氙气HID灯亮度控制方法，其特征在于，在所述的步骤2中：

如果当前已知道该待控制的氙气HID灯的灯稳态电压值EEUST以及灯最小电压值EEUMIN，则令Ustc＝EEUST，Uminc＝EEUMIN；

如果当前还不知道该待控制的氙气HID灯的灯稳态电压值EEUST以及灯最小电压值EEUMIN，则令待控制的氙气HID灯的Ustc＝CUST，Uminc＝CUMIN，并在该待控制的氙气HID灯进入稳压阶段后获取该待控制的氙气HID灯的灯稳态电压值EEUST以及灯最小电压值EEUMIN，然后令Ustc＝EEUST，Uminc＝EEUMIN。

3.一种氙气HID灯亮度控制模块，其特征在于，包括：

功率电压曲线生成单元，用于绘制出基准氙气HID灯的功率-电压曲线，将该曲线划分为N段，N为大于3的整数，确定每一分段的斜率CKPn、每一分段的下端点的功率值CPBn、每一分段的上端点电压值CUPn、每一分段的灯电压分段点计算系数CFUn以及灯稳态电压值CUST、灯最小电压值CUMIN和偏移常量COFF；其中，可任意选取一颗氙气HID灯作为所述的基准氙气HID灯，CFUn＝(CUST–CUPn)/(CUST–CUMIN+COFF)，COFF＝基准氙气HID灯标称最大功率/基准氙气HID灯标称最大电流–CUMIN；n＝1、2……N；

稳态电压赋予值和最小电压赋予值设定单元，用于设定待控制的氙气HID灯的稳态电压赋予值Ustc和最小电压赋予值Uminc；

灯电压判定值计算单元，用于根据公式Upn＝Ustc–CFUn*(Ustc–Uminc+COFF)计算灯电压判定值Upn；其中，n＝1、2……N；

斜率计算单元，用于根据公式KPMn＝CKPn*(CUST–CUMIN+COFF)/(Ustc–Uminc+COFF)计算斜率KPMn；其中，n＝1、2……N；

升压阶段期望控制功率值确定单元，用于根据实时测量到的待控制的氙气HID灯的当前灯电压测量值Umeasure，确定该待控制的氙气HID灯的升压阶段期望控制功率值Pwanted，然后根据该得到的升压阶段期望控制功率值Pwanted控制氙气HID灯的亮度，其中：

若Umeasure≤Up1，则Pwanted为待控制的氙气HID灯的标称最大输出功率PCMAX；

若Up1＜Umeasure＜UpN，则Pwanted＝KPMn*(Upn–Umeasure)+CPBn；其中，若Up1＜Umeasure＜Up2，则Pwanted＝KPM1*(Up1–Umeasure)+CPB1，若Up2＜Umeasure＜Up3，则Pwanted＝KPM2*(Up2–Umeasure)+CPB2，依此类推；

若Umeasure≥UpN，则Pwanted为待控制的氙气HID灯的标称稳态输出功率PSTEADY；

判断控制单元，用于在待控制的氙气HID灯的升压阶段持续比较Umeasure与Uminc的大小；其中，如果出现Umeasure<Uminc的情况，则控制稳态电压赋予值和最小电压赋予值确定单元令Uminc＝Umeasure，并触发上述的灯电压判定值计算单元、斜率计算单元和升压阶段期望控制功率值确定单元重复执行，否则，触发上述的升压阶段期望控制功率值确定单元重复执行，直到升压阶段结束。

4.如权利要求3所述的氙气HID灯亮度控制模块，其特征在于，该氙气HID灯亮度控制模块嵌入在该氙气HID灯的镇流器的微处理器中。