CN103269554A - 一种通用型气体灯启动电路及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通用型气体灯启动电路，其包括：气体灯，直流母线，连接直流母线的谐振电路，连接谐振电路的倍压电路，连接谐振电路的整流电路，连接整流电路的电压和电流采样电路，连接直流母线的高压激发电路，以及协调各电路的控制电路；高压激发电路、倍压电路、整流电路分别向气体灯发送高压脉冲、预燃电压、维持电压，使得气体灯能正常点亮和照明。本发明还公开了启动电路的实现方法。本发明对不同的气体灯只需修改相关参数，不需改动电路结构，就可以满足启动要求。这种归一化的设计，使气体灯的启动电路设计变得简单，缩短开发周期和降低开发成本。
Description
技术领域
本发明涉及启动电路，尤其涉及一种气体灯启动电路及其实现方法，只需调整电路参数就可以满足各种气体灯的启动要求。
背景技术
在很多强光应用场合，如车灯、探照灯等，大量使用气体灯，根据填充的气体类型、电极距离、电极形状等差异，气体灯的特性也有不少差别，导致启动特性各异，相对应的启动电路也各式各样。目前市场上没有通用的气体灯启动电路，如此造成重复设计，重复制备，造成资源浪费。
发明内容
本发明是要解决现有气体灯启动电路适用范围窄，通用性差的问题，提供一种可以适合大多数气体灯的通用型气体灯启动电路。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是设计一种通用型气体灯启动电路，其包括：气体灯;直流母线，具有正极母线和负极母线，用以提供直流电源；谐振电路，连接直流母线，用以生成谐振电压；倍压电路，耦合连接谐振电路，用以生成预燃电压并将之送给所述气体灯；整流电路，耦合连接谐振电路，用以生成维持电压并将之送给所述气体灯；电压采样电路，连接整流电路，用以采样整流电路的电压信号；电流采样电路，连接整流电路，用以采样整流电路的电流信号；高压激发电路，连接直流母线，用以生成高压脉冲并将至送给所述气体灯；控制电路，连接电压采样电路和电流采样电路，以及谐振电路和高压激发电路的控制端，依据所述电压信号和电流信号，控制谐振电路的谐振频率和触发高压激发电路工作。
所述谐振电路包括：主变压器、第一MOS管、第二MOS管，第一电感、第三电容、第四电容，其中第一MOS管的漏极接所述正极母线、源极接第一电感的一端和第二MOS管的漏极、栅极接所述控制电路；第二MOS管的源极接地、栅极接所述控制电路；第一电感的另一端接第三电容的一端，第三电容的另一端接第四电容的一端和主变压器初级绕组的一端，主变压器初级绕组的另一端和第四电容的另一端接地，所述负极母线接地。
所述倍压电路包括：主变压器的第二次级绕组、第五二极管、第六二极管、第一电阻、第五电容，其中主变压器的第二次级绕组的一端接第五电容的一端，主变压器的第二次级绕组的另一端接第五二极管的阳极，第五电容的另一端接第五二极管的阴极和第六二极管的阳极，第六二极管的阴极接第一电阻的一端，第一电阻的另一端输出所述预燃电压。
所述整流电路包括：主变压器的第一次级绕组、第一至第四二极管、第七二极管、第六电容、第二电感，其中主变压器的第一次级绕组的一端接第二二极管的阳极和第四二极管的阴极，主变压器的第一次级绕组的另一端接第一二极管的阳极和第三二极管的阴极；第一二极管的阴极接第二二极管的阴极、第七二极管的阳极、第六电容的一端、以及所述第五二极管的阳极；第三二极管的阳极接第四二极管的阳极、第六电容的另一端、并耦合连接气体灯的负端；第七二极管的阴极连接第二电感的一端，第二电感的另一端连接气体灯的正端，用以输出所述维持电压。
所述电流采样电路包括：第五电阻、第四电阻、第八电容，其中第五电阻的一端连接所述第三二极管的阳极，第五电阻的另一端连接第四电阻和第八电容的一端，第五电阻的另一端还向所述控制电路发送所述电流信号，第四电阻和第八电容的另一端接所述气体灯的负端。
所述电压采样电路包括：第二电阻、第三电阻、第七电容，其中第二电阻的一端连接所述第一二极管的阴极，第二电阻的另一端连接第三电阻和第七电容的一端，第二电阻的另一端还向所述控制电路发送所述电压信号，第三电阻和第七电容的另一端接所述气体灯的负端。
所述高压激发电路包括：第九至第十二电容、第六电阻、第七电阻、肖特基二极管、第九二极管、第三MOS管、第四三极管、高压变压器，其中第九电容串接在正极母线和地之间，第四三极管的基极连接所述控制电路、和第十电容第七电阻的一端、以及肖特基二极管的阳极，第四三极管的集电极接地，第四三极管的发射极接肖特基二极管的阴极和第三MOS管的栅极，第三MOS管的的漏极接第六电阻和第十一电容的一端、以及第九二极管的阴极，第六电阻的另一端接正极母线，第十一电容的另一端接高压变压器初级绕组的一端，高压变压器初级绕组的另一端、第九二极管的阳极第三MOS管的源极、第七电阻的另一端、第十电容的另一端接地，高压变压器次级绕组的一端通过第十二电容接所述气体灯的正端以释放所述的高压脉冲，高压变压器次级绕组的另一端接所述气体灯的负端。
本发明还提出一种通用型气体灯启动电路的实现方法：制备直流母线以提供直流电源；用连接直流母线的谐振电路生成谐振电压；用耦合连接谐振电路的倍压电路生成预燃电压，并将预燃电压加至气体灯两端；用耦合连接谐振电路的整流电路生成维持电压，并将维持电压加至气体灯两端；用连接整流电路的电压采样电路检测整流电路的电压信号；用连接整流电路的电流采样电路检测整流电路的电流信号；控制电路接收电压信号，当电压信号上升到门限值时，控制电路向高压激发电路发出一个驱动脉冲，高压激发电路随即向气体灯发出高压脉冲，该高压脉冲与所述预燃电压叠加使气体灯内的气体电离，气体灯被点亮，控制电路接收电流信号，判定气体灯是否点亮，如气体灯未点亮则再次发出驱动脉冲，如气体灯已点亮，则控制高压激发电路不再发出高压脉冲，气体灯接受预燃电压和维持电压而持续发光。
通过调整所述谐振电路的谐振参数以及谐振电路主变压器的匝数比，使整流电路生成的维持电压的电压值发生变化，以适应不同型号的气体灯。
与现有技术相比，本发明本专利综合考虑了气体灯都有一个从电离态到稳定辉光放电的过程，提供一种通用的气体灯启动电路，对不同的气体灯只需修改相关参数，不需改动电路结构，就可以满足启动要求。这种归一化的设计，使气体灯的启动电路设计变得简单，缩短开发周期和降低开发成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作出详细的说明，其中：
图1为本发明较佳实施例的原理框图；
图2为本发明较佳实施例的控制波形图；
图3为本发明较佳实施例的电路图。
具体实施方式
本发明较佳揭示了一种通用型气体灯启动电路，参看图1，其包括：气体灯;直流母线，具有正极母线和负极母线，用以提供直流电源；谐振电路，连接直流母线，用以生成谐振电压；倍压电路，耦合连接谐振电路，用以生成预燃电压并将之送给所述气体灯；整流电路，耦合连接谐振电路，用以生成维持电压并将之送给所述气体灯；电压采样电路，连接整流电路，用以采样整流电路的电压信号；电流采样电路，连接整流电路，用以采样整流电路的电流信号；高压激发电路，连接直流母线，用以生成高压脉冲并将至送给所述气体灯；控制电路，连接电压采样电路和电流采样电路，以及谐振电路和高压激发电路的控制端，依据所述电压信号和电流信号，控制谐振电路的谐振频率和触发高压激发电路工作。
本专利控制策略是采用开环控制的半桥谐振电路对输入直流电压进行变换，主变压器的次级通过倍压电路和整流电路，来完成气体灯从电离态到稳定辉光放电的过程。在气体灯没启动时，利用其电离前的高阻特性，使气体灯两端电压上升，当气体灯两端电压上升到一定程度，由控制电路触发高压激发电路产生高压，把气体灯电离，在倍压电路和整流电路的共同作用下，气体灯将从电离态过渡到稳定辉光放电过程。
参看图3示出的较佳实施例，所述谐振电路包括：主变压器T1、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2，第一电感L1、第三电容C3、第四电容C4，其中第一MOS管的漏极接所述正极母线、源极接第一电感的一端和第二MOS管的漏极、栅极接所述控制电路；第二MOS管的源极接地、栅极接所述控制电路；第一电感的另一端接第三电容的一端，第三电容的另一端接第四电容的一端和主变压器初级绕组N1的一端，主变压器初级绕组的另一端和第四电容的另一端接地，所述负极母线接地。
参看图3示出的较佳实施例，所述倍压电路包括：主变压器的第二次级绕组N3、第五二极管D5、第六二极管D6、第一电阻R1、第五电容C5，其中主变压器的第二次级绕组的一端接第五电容的一端，主变压器的第二次级绕组的另一端接第五二极管的阳极，第五电容的另一端接第五二极管的阴极和第六二极管的阳极，第六二极管的阴极接第一电阻的一端，第一电阻的另一端输出所述预燃电压。
参看图3示出的较佳实施例，所述整流电路包括：主变压器的第一次级绕组N2、第一至第四二极管D1、D2、D3、D4、第七二极管D7、第六电容C6、第二电感L2，其中主变压器的第一次级绕组的一端接第二二极管的阳极和第四二极管的阴极，主变压器的第一次级绕组的另一端接第一二极管的阳极和第三二极管的阴极；第一二极管的阴极接第二二极管的阴极、第七二极管的阳极、第六电容的一端、以及所述第五二极管的阳极；第三二极管的阳极接第四二极管的阳极、第六电容的另一端、并耦合连接气体灯的负端；第七二极管的阴极连接第二电感的一端，第二电感的另一端连接气体灯U1的正端，用以输出所述维持电压。
参看图3示出的较佳实施例，所述电流采样电路包括：第五电阻R5、第四电阻R4、第八电容C8，其中第五电阻的一端连接所述第三二极管D3的阳极，第五电阻的另一端连接第四电阻和第八电容的一端，第五电阻的另一端还向所述控制电路发送所述电流信号，第四电阻和第八电容的另一端接所述气体灯U1的负端。
参看图3示出的较佳实施例，所述电压采样电路包括：第二电阻R2、第三电阻R3、第七电容C7，其中第二电阻的一端连接所述第一二极管D1的阴极，第二电阻的另一端连接第三电阻和第七电容的一端，第二电阻的另一端还向所述控制电路发送所述电压信号，第三电阻和第七电容的另一端接所述气体灯U1的负端。
参看图3示出的较佳实施例，所述高压激发电路包括：第九至第十二电容C9、C10、C11、C12、第六电阻R6、第七电阻R7、肖特基二极管D8、第九二极管D9、第三MOS管Q3、第四三极管Q4（PNP型）、高压变压器T2，其中第九电容串接在正极母线和地之间，第四三极管的基极连接所述控制电路、和第十电容第七电阻的一端、以及肖特基二极管的阳极，第四三极管的集电极接地，第四三极管的发射极接肖特基二极管的阴极和第三MOS管的栅极，第三MOS管的的漏极接第六电阻和第十一电容的一端、以及第九二极管的阴极，第六电阻的另一端接正极母线，第十一电容的另一端接高压变压器初级绕组的一端，高压变压器初级绕组的另一端、第九二极管的阳极第三MOS管的源极、第七电阻的另一端、第十电容的另一端接地，高压变压器次级绕组的一端通过第十二电容接所述气体灯U1的正端以释放所述的高压脉冲，高压变压器次级绕组的另一端接所述气体灯的负端。
下面结合图2和图3详述较佳实施例的工作过程：
气体灯U1的初始状态是高阻状态,在直流母线电压建立后，控制电路产生两路互补且占空比约为50%（考虑死区）驱动信号，驱动信号加至Q1和Q2的栅极，使谐振电路工作起来。主变压器得电工作，其第一、第二次级绕组感应出电动势，整流电路使V1点直流电压上升，同时倍压电路在V2点产生（即气体灯U1两端的电压）的电压也上升。控制电路通过电压采样电路的信号Vsmp可以测到V1点电压，当V1点电压上升到一个门限值Vth时，控制电路将对高压激发电路发出一个驱动脉冲HVtrigger，图2示出了V1点、V2点和驱动脉冲的控制波形图，驱动脉冲加至Q4的基极，Q4截止，Q3导通，使变压器T2产生一个瞬态高压尖峰，即所述的高压脉冲，高压脉冲叠加在倍压电路的输出上，在V2点产生如图2的电压尖峰。V2点的高压加到气体灯U1两端，使气体灯中的气体迅速电离，通过其中的电流上升，阻抗随之下降，V2点电压下降，直到气体灯稳定辉光放电，阻抗稳定，V2点电压处于一个相对稳定的维持电压Vs，流过气体灯的电流也处于一个稳定的维持电流，气体灯被点亮，启动过程结束。气体灯的维持电流可以通过电流采样电路的检测信号Ismp反映出来，并反馈给控制电路，来判定气体灯是否点亮，决定是否再次启动点灯的过程。
较佳实施例中，U1为长弧气体灯，控制电路的功能可以由专用控制芯片实现，也可以是数字控制器实现。
不同的气体灯，需要的维持电压Vs值可能不太相同，本专利采用开环控制方式，控制电路只需提供固定频率，占空比约为50%（考虑死区）的互补的驱动信号，驱动半桥谐振电路。驱动信号的频率直接影响整流电路的输出电压，只要选好了气体灯的稳态工作点，其工作电压也就确定，驱动信号的频率也随之确定。或者更改谐振参数L1，C3，C4以及变压器T1的匝数比，即可实现气体灯从电离态到稳定辉光放电的过程。藉此专利可以不改动电路结构只改电路器件参数满足大多数的气体灯的启动要求，具有很强的适用性，有利于缩短气体灯启动电路的设计周期。
本发明还提出一种通用型气体灯启动电路的实现方法：制备直流母线以提供直流电源；用连接直流母线的谐振电路生成谐振电压；用耦合连接谐振电路的倍压电路生成预燃电压，并将预燃电压加至气体灯两端；用耦合连接谐振电路的整流电路生成维持电压，并将维持电压加至气体灯两端；用连接整流电路的电压采样电路检测整流电路的电压信号；用连接整流电路的电流采样电路检测整流电路的电流信号；参看图2，控制电路接收电压信号Vsmp，当电压信号Vsmp上升到门限值Vth时，控制电路向高压激发电路发出一个驱动脉冲HVtrigger，高压激发电路随即向气体灯发出高压脉冲，该高压脉冲与所述预燃电压叠加使气体灯内的气体电离，气体灯被点亮，控制电路接收电流信号Ismp，判定气体灯是否点亮，如气体灯未点亮则再次发出驱动脉冲，如气体灯已点亮，则控制高压激发电路不再发出高压脉冲，气体灯接受预燃电压和维持电压而持续发光。
不同的气体灯，需要的维持电压Vs值可能不太相同，通过调整所述谐振电路的谐振参数以及谐振电路主变压器的匝数比，使整流电路生成的维持电压的电压值发生变化，以适应不同型号的气体灯。
以上实施例仅为本专利一个典型电路，电路中所有的电阻，电容，二极管等器件均用一个电路符号表示，任何通过同类器件串并联的等效电路，均应包含于本申请的权利要求范围之中。
Claims (9)
1.一种通用型气体灯启动电路，具有气体灯，其特征在于，包括：
直流母线，具有正极母线和负极母线，用以提供直流电源；
谐振电路，连接直流母线，用以生成谐振电压；
倍压电路，耦合连接谐振电路，用以生成预燃电压并将之送给所述气体灯；
整流电路，耦合连接谐振电路，用以生成维持电压并将之送给所述气体灯；
电压采样电路，连接整流电路，用以采样整流电路的电压信号；
电流采样电路，连接整流电路，用以采样整流电路的电流信号；
高压激发电路，连接直流母线，用以生成高压脉冲并将至送给所述气体灯；
控制电路，连接电压采样电路和电流采样电路，以及谐振电路和高压激发电路的控制端，依据所述电压信号和电流信号，控制谐振电路的谐振频率和触发高压激发电路工作。
2.如权利要求1所述的通用型气体灯启动电路，其特征在于，所述谐振电路包括：主变压器（T1）、第一MOS管（Q1）、第二MOS管（Q2），第一电感（L1）、第三电容（C3）、第四电容（C4），其中
第一MOS管的漏极接所述正极母线、源极接第一电感的一端和第二MOS管的漏极、栅极接所述控制电路；
第二MOS管的源极接地、栅极接所述控制电路；
第一电感的另一端接第三电容的一端，第三电容的另一端接第四电容的一端和主变压器初级绕组（N1）的一端，主变压器初级绕组的另一端和第四电容的另一端接地，所述负极母线接地。
3.如权利要求2所述的通用型气体灯启动电路，其特征在于，所述倍压电路包括：主变压器的第二次级绕组（N3）、第五二极管（D5）、第六二极管（D6）、第一电阻（R1）、第五电容（C5），其中
主变压器的第二次级绕组的一端接第五电容的一端，主变压器的第二次级绕组的另一端接第五二极管的阳极，第五电容的另一端接第五二极管的阴极和第六二极管的阳极，第六二极管的阴极接第一电阻的一端，第一电阻的另一端输出所述预燃电压。
4.如权利要求3所述的通用型气体灯启动电路，其特征在于，所述整流电路包括：主变压器的第一次级绕组（N2）、第一至第四二极管（D1、D2、D3、D4）、第七二极管（D7）、第六电容（C6）、第二电感（L2），其中
主变压器的第一次级绕组的一端接第二二极管的阳极和第四二极管的阴极，主变压器的第一次级绕组的另一端接第一二极管的阳极和第三二极管的阴极；
第一二极管的阴极接第二二极管的阴极、第七二极管的阳极、第六电容的一端、以及所述第五二极管的阳极；
第三二极管的阳极接第四二极管的阳极、第六电容的另一端、并耦合连接气体灯的负端；
第七二极管的阴极连接第二电感的一端，第二电感的另一端连接气体灯（U1）的正端，用以输出所述维持电压。
5.如权利要求4所述的通用型气体灯启动电路，其特征在于，所述电流采样电路包括：第五电阻（R5）、第四电阻（R4）、第八电容（C8），其中第五电阻的一端连接所述第三二极管（D3）的阳极，第五电阻的另一端连接第四电阻和第八电容的一端，第五电阻的另一端还向所述控制电路发送所述电流信号，第四电阻和第八电容的另一端接所述气体灯（U1）的负端。
6.如权利要求5所述的通用型气体灯启动电路，其特征在于，所述电压采样电路包括：第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第七电容（C7），其中第二电阻的一端连接所述第一二极管（D1）的阴极，第二电阻的另一端连接第三电阻和第七电容的一端，第二电阻的另一端还向所述控制电路发送所述电压信号，第三电阻和第七电容的另一端接所述气体灯（U1）的负端。
7.如权利要求6所述的通用型气体灯启动电路，其特征在于，所述高压激发电路包括：第九至第十二电容（C9、C10、C11、C12）、第六电阻（R6）、第七电阻（R7）、肖特基二极管（D8）、第九二极管（D9）、第三MOS管（Q3）、第四三极管（Q4）、高压变压器（T2），其中第九电容串接在正极母线和地之间，第四三极管的基极连接所述控制电路、和第十电容第七电阻的一端、以及肖特基二极管的阳极，第四三极管的集电极接地，第四三极管的发射极接肖特基二极管的阴极和第三MOS管的栅极，第三MOS管的的漏极接第六电阻和第十一电容的一端、以及第九二极管的阴极，第六电阻的另一端接正极母线，第十一电容的另一端接高压变压器初级绕组的一端，高压变压器初级绕组的另一端、第九二极管的阳极第三MOS管的源极、第七电阻的另一端、第十电容的另一端接地，高压变压器次级绕组的一端通过第十二电容接所述气体灯（U1）的正端以释放所述的高压脉冲，高压变压器次级绕组的另一端接所述气体灯的负端。
8.一种通用型气体灯启动电路的实现方法，其特征在于，
制备直流母线以提供直流电源；
用连接直流母线的谐振电路生成谐振电压；
用耦合连接谐振电路的倍压电路生成预燃电压，并将预燃电压加至气体灯两端；
用耦合连接谐振电路的整流电路生成维持电压，并将维持电压加至气体灯两端；
用连接整流电路的电压采样电路检测整流电路的电压信号；
用连接整流电路的电流采样电路检测整流电路的电流信号；
控制电路接收电压信号，当电压信号上升到门限值时，控制电路向高压激发电路发出一个驱动脉冲，高压激发电路随即向气体灯发出高压脉冲，该高压脉冲与所述预燃电压叠加使气体灯内的气体电离，气体灯被点亮，控制电路接收电流信号，判定气体灯是否点亮，如气体灯未点亮则再次发出驱动脉冲，如气体灯已点亮，则控制高压激发电路不再发出高压脉冲，气体灯接受预燃电压和维持电压而持续发光。
9.如权利要求8通用型气体灯启动电路的实现方法，其特征在于，通过调整所述谐振电路的谐振参数以及谐振电路主变压器的匝数比，使整流电路生成的维持电压的电压值发生变化，以适应不同型号的气体灯。
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