CN106163067A - 一种hid光源控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种HID光源控制系统及控制方法，控制系统包括防雷电路、EMI滤波电路、PFC控制电路、全桥驱动电路、HID光源、HID点火电路、HID光源参数采集电路、控制单元、副电源电路、LED/数码管显示模块和红外遥控接收模块，PFC控制电路用于对功率因素进行校正，全桥驱动电路用于进行功率驱动，HID光源参数采集电路用于采集HID光源的电压和电流，副电源电路用于提供供电输出，LED/数码管显示模块用于显示镇流器的工作状态，红外遥控接收模块用于遥控命令的接收与解码，HID点火电路用于使HID光源击穿。本发明能匹配最优的输出功率、延长HID光源的寿命、减少HID光源的光衰、节约成本。

Description

一种HID光源控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及HID光源控制领域，特别涉及一种HID光源控制系统及控制方法。

背景技术

传统的HID光源的控制方式有两种，其中一种方式是固定恒功率控制，没有任何软件的控制参与。此方案能恒定输出灯功率，这种工作模式，不管灯管工作在什么环境，是新的灯管还是旧的灯管，也不管灯管是否处于异常状态，都是给固定功率，这样的控制方式对于灯管的保护是不足够的。另外一种方式也是用固定恒功率输出，也有软件控制参数，但是软件控制也只是调节输出功率和一些旋钮开关调节等功率功能控制，实际软件并没有参与到整个灯管的控制中。随着HID光源工作状态的变化，如果给同样的功率控制，必然造成HID光源超负荷工作，HID光源内部的温度过高，从而大大减少HID光源的寿命和加快HID光源的光衰，造成成本的浪费，这就是传统恒定功率控制的最大缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述只能恒功率控制、减少HID光源的寿命、加快HID光源的光衰、成本较高的缺陷，提供一种能匹配最优的输出功率、延长HID光源的寿命、减少HID光源的光衰、节约成本的HID光源控制系统及控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种HID光源控制系统，包括防雷电路、EMI滤波电路、PFC控制电路、全桥驱动电路、HID光源、HID点火电路、HID光源参数采集电路、控制单元、副电源电路、LED/数码管显示模块和红外遥控接收模块，所述防雷电路的输入端输入交流电、用于防止雷击破坏，所述EMI滤波电路的输入端与所述防雷电路的输出端连接、用于减小电磁干扰，所述PFC控制电路的输入端与所述EMI滤波电路的一输出端连接、用于对功率因素进行校正，所述全桥驱动电路的一输入端与所述PFC控制电路的输出端连接、用于进行功率驱动，所述全桥驱动电路的另一输入端与所述控制单元连接，所述HID光源的一输入端与所述全桥驱动电路的输出端连接，所述HID光源参数采集电路的输入端与所述HID光源的输出端连接、用于采集所述HID光源的电压和电流，所述HID光源参数采集电路的输出端与所述控制单元连接，所述副电源电路的输入端与所述EMI滤波电路的另一输出端连接、用于提供供电输出，所述LED/数码管显示模块与所述控制单元连接、用于显示镇流器的工作状态，所述红外遥控接收模块与所述控制单元连接、用于遥控命令的接收与解码，所述HID点火电路的输入端与所述控制单元连接、用于使所述HID光源击穿，所述HID点火电路的输出端与所述HID光源的另一输入端连接。

在本发明所述的HID光源控制系统中，所述HID点火电路提供的电压大小为4KV～6KV。

在本发明所述的HID光源控制系统中，所述LED/数码管显示模块与所述控制单元的通信方式为双向隔离串行通信，所述红外遥控接收模块与所述控制单元的通信方式为双向隔离串行通信。

本发明还涉及一种HID光源控制方法，包括如下步骤：

A)载入HID光源的工作参数，并根据所述HID光源的工作参数计算点火能量，判断计算出的点火能量是否达到设定的点火能量阈值，如是，执行步骤B)；否则，点火超时，进入故障模式，并关断全桥驱动电路的输出；所述HID光源的工作参数包括电流和电压；

B)对HID光源的电流和电压进行检测，并判断是否过压或过流，如是，关断所述全桥驱动电路的输出，执行步骤D)；否则，对所述HID光源的工作参数进行数字滤波，执行步骤C)；

C)LED/数码管显示模块标识所述HID光源的故障状态或当前运行功率，红外遥控接收模块接收红外遥控指令或无线通信指令并进行处理；

D)控制单元计算相匹配的最优的输出功率，输出驱动PWM脉宽来调节HID光源的输出功率，并实时跟踪，直到所述HID光源的工作状态调整到良好的区间。

在本发明所述的HID光源控制方法中，所述步骤D)进一步包括：

D1)根据所述HID光源的电流和电压，判断所述HID光源是否进入满功率，如是，动态跟踪所述HID光源的电压，执行步骤D2)；否则，继续进行本步骤的判断；

D2)判断所述HID光源的电压是否进入异常状态，如是，对所述HID光源的电压和电流进行运算处理，计算出电压增量值和增量时间，模糊运算出所述HID光源的要调整的输出功率，执行步骤D4)；否则，执行步骤D3)；

D3)判断是否收到红外遥控指令或无线通信指令，如是，对收到的所述红外遥控或无线通信指令进行处理，执行相应功率变化或关灯指令，执行步骤D4)；否则，继续进行本步骤的判断；

D4)进行PWM脉宽运算处理或关灯模式处理。

在本发明所述的HID光源控制方法中，所述步骤C)进一步包括：

C1)对LED/数码管显示模块进行初始化，上电导入上次红外遥控指令的参数，初始化无线通信指令；

C2)对红外遥控或无线通信指令进行解码；

C3)判断是否收到新的调光指令，如是，将所述新的调光指令以符合隔离通信协议的格式发送到所述控制单元，同时所述LED/数码管显示模块显示处理流程，保存所述新的调光指令，并继续进行本步骤的判断；否则，继续进行本步骤的判断。

在本发明所述的HID光源控制方法中，所述步骤D)中的所述HID光源的工作状态包括温度、电流和电压。

实施本发明的HID光源控制系统及控制方法，具有以下有益效果：由于在HID光源运行过程中，通过控制单元对HID光源的外部环境进行检测，对HID光源的工作参数进行分析，对HID光源的运行时的电压和电流进行采样和监控，并实时运算出HID光源相匹配的最优的输出功率，并实时跟踪，直到HID光源的工作状态在良好的区间为止，所以其能匹配最优的输出功率、延长HID光源的寿命、减少HID光源的光衰、节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明HID光源控制系统及控制方法一个实施例中控制系统的结构示意图；

图2为所述实施例中控制单元的电路原理图；

图3为所述实施例中副电源电路的电路原理图；

图4为所述实施例中LED/数码管显示模块和红外遥控接收模块的结构示意图；

图5为所述实施例中控制方法的流程图；

图6为所述实施例中LED/数码管显示模块标识所述HID光源的故障状态或当前运行功率，红外遥控接收模块接收红外遥控指令或无线通信指令并进行处理的具体流程图；

图7为所述实施例中控制单元计算相匹配的最优的输出功率，输出驱动PWM脉宽来调节HID光源的输出功率，并实时跟踪的具体流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明HID光源控制系统及控制方法实施例中，其HID光源控制系统的结构示意图如图1所示。图1中，该HID光源控制系统包括防雷电路100、EMI滤波电路101、PFC控制电路102、全桥驱动电路103、HID光源104、HID点火电路105、HID光源参数采集电路106、控制单元107、副电源电路108、LED/数码管显示模块109和红外遥控接收模块110，其中，防雷电路100的输入端输入交流电、用于防止雷击破坏，EMI滤波电路101的输入端与防雷电路100的输出端连接、用于减小电磁干扰，PFC控制电路102的输入端与EMI滤波电路101的一输出端连接、用于对功率因素进行校正，PFC控制电路102相当于功率因素校正电路，全桥驱动电路103的一输入端与PFC控制电路102的输出端连接、用于进行功率驱动，全桥驱动电路103的另一输入端与控制单元107连接，HID光源104的一输入端与全桥驱动电路103的输出端连接，HID光源参数采集电路106的输入端与HID光源104的输出端连接、用于采集HID光源104的电压(即输入电压)和电流(即灯管电流)，HID光源参数采集电路106的输出端与控制单元107连接，为控制单元107提供参数。

图2为本实施例中控制单元的电路原理图；图2中，控制单元107包括MCUU1。控制单元107用于对HID光源14的运行进行控制，对HID光源14的运行参数进行运算，对HID光源14的运行功率进行运算，对整流器的工作流程进行控制，对镇流器的故障状态进行监测，对遥控控制指令的通信进行处理。图2中，P1是电源板接口，CN1是通信接口。

本实施例中，副电源电路108的输入端与EMI滤波电路101的另一输出端连接、用于为该HID光源控制系统提供供电输出，LED/数码管显示模块109与控制单元107连接、用于显示镇流器的工作状态，红外遥控接收模块110与控制单元107连接、用于遥控命令的接收与解码，与控制单元107进行串行通信数据的交换。本实施例中，HID点火电路105的输入端与控制单元107连接、用于使HID光源104击穿，HID点火电路105的输出端与HID光源104的另一输入端连接。本实施例中，HID点火电路105提供的电压大小为4KV～6KV。

图3为本实施例中副电源电路的电路原理图，图3中，U5是电源稳压芯片，提供13.5V的恒定电压，给该HID光源控制系统提供供电电源，5T1是降压隔离变压器，配合电源稳压芯片U5，将300V电压输入，调整到13.5V隔离电压输出。

该HID光源控制系统采用数字技术，内置控制单元107，当HID光源104点亮时，该HID光源控制系统立即开始实时跟踪采集HID光源104的工作参数(包括电压和电流)，并与厂家提供的数据(额定工作的管电压、管电流、极限工作管电压和极限工作管电流等参数)进行不间断的分析比对，如果发现温度过高，管压过高，高于标准的工作管压范围，该HID光源控制系统将自动重新匹配最优的输出功率，并实时跟踪，直到HID光源104的工作状态(包括温度、电流和电压)调整到良好的区间为止。该HID光源控制系统最大程度延长了HID光源104的寿命，光衰值完全可以控制在<1％(年)，使用寿命完全可以达到6年以上，大大节约成本和能源。本发明能匹配最优的输出功率、延长HID光源104的寿命、减少HID光源104的光衰、节约成本。

本实施例中，LED/数码管显示模块109与控制单元107的通信方式为双向隔离串行通信，红外遥控接收模块110与控制单元107的通信方式为双向隔离串行通信。图4为本实施例中LED/数码管显示模块和红外遥控接收模块的结构示意图。

本实施例还涉及一种HID光源控制方法，其流程图如图5所示，图5中，该HID光源控制方法包括如下步骤：

步骤S01载入HID光源的工作参数，并根据HID光源的工作参数计算点火能量，判断计算出的点火能量是否达到设定的点火能量阈值：本步骤中，载入HID光源的工作参数，并根据HID光源的工作参数计算点火能量，判断计算出的点火能量是否达到设定的点火能量阈值，值得一提的是，HID光源的工作参数至少包括电流和电压，具体来讲，上述载入的HID光源的工作参数包括灯管额定电压、额定电流、灯管的极限电压和极限电流参数，还包括输入电压工作范围参数、灯管寿终参数、灯管点火极限电压设定、灯管启动电流设定参数、镇流器额定工作功率参数、重复点火时间和次数参数等。值得一提的是，本实施例中，通过对HID光源的点火参数进行检测，计算点火能量是否足够，采用智能点火能量控制算法，动态判断HID光源的点火电压，根据灯管的新旧程度调整出触发电压和能量，最高触发电压可达6KV，这样使得灯管的使用寿命可以最大延长(灯管可以正常使用3年以上)，由于点火能量足够，可以最大限度防止光源损坏和黑头，延长灯管的使用寿命。

值得一提的是，不同灯管的点火能量是不同的，比如钠灯是2KV-3KV，金卤灯是4KV-6KV，不同的工作环境也不一样。对于本实施例而言，点火能量是从小到大不断增大，直到灯管点着为止，本实施例中设定的最大点火电压是6KV。一次点火周期为：点火5秒，停5秒，循环4次，如果点火不成功，等待3分钟，再循环一次点火周期，如此循环，20分钟点火不成功就进入故障模式。

本步骤中，如果判断的结果为是，则执行步骤S03；否则，执行步骤S02。

步骤S02点火超时，进入故障模式，并关断全桥驱动电路的输出：如果上述步骤S01的判断结果为否，则执行本步骤。本步骤中，点火超时，进入故障模式，并关断全桥驱动电路的输出。

步骤S03对HID光源的电流和电压进行检测，并判断是否过压或过流：如果上述步骤S01的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，对HID光源的电流和电压进行检测，并判断是否过压或过流，本步骤中，如果判断的结果为是，则执行步骤S04；否则，执行步骤S05。

步骤S04关断全桥驱动电路的输出：如果上述步骤S03的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，关断全桥驱动电路的输出。执行完本步骤，执行步骤S07。

步骤S05对HID光源的工作参数进行数字滤波：如果上述步骤S03的判断结果为否，则执行本步骤。本步骤中，对HID光源的工作参数进行数字滤波。数字滤波是为了滤除电源纹波干扰，采取16次的数字平均滤波，并采用去极值的平滑滤波，以防止因为突发干扰造成数据变化异常，这样可保证数据采样的稳定性和控制参数的稳定性。进行数字滤波的HID光源的工作参数包括灯管电流参数、灯管电压参数和输入电压参数。执行完本步骤，执行步骤S06。

步骤S06LED/数码管显示模块标识HID光源的故障状态或当前运行功率，红外遥控接收模块接收红外遥控指令或无线通信指令并进行处理：本步骤中，LED/数码管显示模块标识HID光源的故障状态或当前运行功率，红外遥控接收模块接收红外遥控指令或无线通信指令并进行处理。

步骤S07控制单元计算相匹配的最优的输出功率，输出驱动PWM脉宽来调节HID光源的输出功率，并实时跟踪，直到HID光源的工作状态调整到良好的区间：本步骤中，控制单元计算相匹配的最优的输出功率，输出驱动PWM脉宽来调节HID光源的输出功率，并实时跟踪，直到HID光源的工作状态调整到良好的区间。HID光源的工作状态包括温度、电流和电压。

在本发明的HID光源的控制方法中，由于在HID光源运行过程中，通过控制单元对HID光源的外部环境进行检测，对HID光源的工作参数进行分析，对HID光源的运行时的电压和电流进行采样和监控，并实时运算出HID光源相匹配的最优的输出功率，并实时跟踪，直到HID光源的工作状态在良好的区间为止，所以其能匹配最优的输出功率、延长HID光源的寿命、减少HID光源的光衰、节约成本。

对于本实施例而言，上述步骤S06还可进一步细化，其细化后的流程图如图6所示，图6中，上述步骤S06进一步包括：

步骤S61对LED/数码管显示模块进行初始化，上电导入上次红外遥控指令的参数，初始化无线通信指令：本步骤中，对LED/数码管显示模块进行初始化，上电导入上次红外遥控指令的参数，初始化无线通信指令。

步骤S62对红外遥控或无线通信指令进行解码：本步骤中，通过解码程序对红外遥控或无线通信指令进行解码。

步骤S63判断是否收到新的调光指令：本步骤中，判断是否收到新的调光指令，如果判断的结果为是，则执行步骤S64；否则，继续进行本步骤的判断。

步骤S64将新的调光指令以符合隔离通信协议的格式发送到控制单元，同时LED/数码管显示模块显示处理流程，保存新的调光指令，并继续进行本步骤的判断：如果上述步骤S63的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，将新的调光指令以符合隔离通信协议的格式发送到控制单元，同时LED/数码管显示模块显示处理流程，保存新的调光指令。

对于本实施例而言，上述步骤S07还可进一步细化，其细化后的流程图如图7所示，图7中，上述步骤S07进一步包括：

步骤S71根据HID光源的电流和电压，判断HID光源是否进入满功率：本步骤中，根据HID光源的电流和电压，判断HID光源是否进入满功率，如果判断的结果为是，则执行步骤S72；否则，继续进行本步骤的判断。

步骤S72动态跟踪HID光源的电压：如果上述步骤S71的判断结果为是，则执行本步骤。值得一提的是，让HID光源先进入满功率，是为了让HID光源上升到足够温度，从而保护灯管，延长灯管寿命。本步骤中，当HID光源进入满功率后，动态跟踪HID光源的电压，由于这种动态管压跟踪技术，使得可以适应灯管参数的差异性，即使是旧的灯管，也同样可以能跟踪到管压变化，所以适用于大批量生产。执行完本步骤，执行步骤S73。

步骤S73判断HID光源的电压是否进入异常状态：本步骤中，判断HID光源的电压是否进入异常状态，如果判断的结果为是，则执行步骤S74；否则，执行步骤S75。值得一提的是，管压是根据厂家给出的最大允许管压值判断，如飞利浦CDM315W，正常管压是100V，最大管压是115V，如果HID光源的电压大于120V，就认为管压过高，灯管温度过高，如果长期温度过高，那么HID光源的光衰就会加剧。

步骤S74对HID光源的电压和电流进行运算处理，计算出电压增量值和增量时间，模糊运算出HID光源的要调整的输出功率：如果上述步骤S73的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，对HID光源的电压和电流进行运算处理，计算出电压增量值和增量时间，模糊运算出HID光源的要调整的输出功率。

步骤S75判断是否收到红外遥控指令或无线通信指令：本步骤中，判断是否收到红外遥控指令或无线通信指令，如果判断的结果为是，则执行步骤S76；否则，继续进行本步骤的判断。

步骤S76对收到的红外遥控或无线通信指令进行处理，执行相应功率变化或关灯指令：如果上述步骤S75的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，对收到的红外遥控或无线通信指令进行处理，执行相应功率变化或关灯指令。执行完本步骤，执行步骤S77。

步骤S77进行PWM脉宽运算处理或关灯模式处理：本步骤中，进行PWM脉宽运算处理或关灯模式处理。

总之，在本实施例中，在HID光源的运行过程中，通过控制单元对HID光源的外部环境的预测以及HID光源的工作参数分析，对HID光源运行时的实时参数(灯管电压和电流)进行采样和监控，并实时运算出最理想的运行功率和电流。所以其能匹配最优的输出功率、延长HID光源的寿命、减少HID光源的光衰、节约成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种HID光源控制系统，其特征在于，包括防雷电路、EMI滤波电路、PFC控制电路、全桥驱动电路、HID光源、HID点火电路、HID光源参数采集电路、控制单元、副电源电路、LED/数码管显示模块和红外遥控接收模块，所述防雷电路的输入端输入交流电、用于防止雷击破坏，所述EMI滤波电路的输入端与所述防雷电路的输出端连接、用于减小电磁干扰，所述PFC控制电路的输入端与所述EMI滤波电路的一输出端连接、用于对功率因素进行校正，所述全桥驱动电路的一输入端与所述PFC控制电路的输出端连接、用于进行功率驱动，所述全桥驱动电路的另一输入端与所述控制单元连接，所述HID光源的一输入端与所述全桥驱动电路的输出端连接，所述HID光源参数采集电路的输入端与所述HID光源的输出端连接、用于采集所述HID光源的电压和电流，所述HID光源参数采集电路的输出端与所述控制单元连接，所述副电源电路的输入端与所述EMI滤波电路的另一输出端连接、用于提供供电输出，所述LED/数码管显示模块与所述控制单元连接、用于显示镇流器的工作状态，所述红外遥控接收模块与所述控制单元连接、用于遥控命令的接收与解码，所述HID点火电路的输入端与所述控制单元连接、用于使所述HID光源击穿，所述HID点火电路的输出端与所述HID光源的另一输入端连接。

2.根据权利要求1所述的HID光源控制系统，其特征在于，所述HID点火电路提供的电压大小为4KV～6KV。

3.根据权利要求2所述的HID光源控制系统，其特征在于，所述LED/数码管显示模块与所述控制单元的通信方式为双向隔离串行通信，所述红外遥控接收模块与所述控制单元的通信方式为双向隔离串行通信。

4.一种HID光源控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

A)载入HID光源的工作参数，并根据所述HID光源的工作参数计算点火能量，判断计算出的点火能量是否达到设定的点火能量阈值，如是，执行步骤B)；否则，点火超时，进入故障模式，并关断全桥驱动电路的输出；所述HID光源的工作参数包括电流和电压；

B)对HID光源的电流和电压进行检测，并判断是否过压或过流，如是，关断所述全桥驱动电路的输出，执行步骤D)；否则，对所述HID光源的工作参数进行数字滤波，执行步骤C)；

C)LED/数码管显示模块标识所述HID光源的故障状态或当前运行功率，红外遥控接收模块接收红外遥控指令或无线通信指令并进行处理；

D)控制单元计算相匹配的最优的输出功率，输出驱动PWM脉宽来调节HID光源的输出功率，并实时跟踪，直到所述HID光源的工作状态调整到良好的区间。

5.根据权利要求4所述的HID光源控制方法，其特征在于，所述步骤D)进一步包括：

D1)根据所述HID光源的电流和电压，判断所述HID光源是否进入满功率，如是，动态跟踪所述HID光源的电压，执行步骤D2)；否则，继续进行本步骤的判断；

D2)判断所述HID光源的电压是否进入异常状态，如是，对所述HID光源的电压和电流进行运算处理，计算出电压增量值和增量时间，模糊运算出所述HID光源的要调整的输出功率，执行步骤D4)；否则，执行步骤D3)；

D3)判断是否收到红外遥控指令或无线通信指令，如是，对收到的所述红外遥控或无线通信指令进行处理，执行相应功率变化或关灯指令，执行步骤D4)；否则，继续进行本步骤的判断；

D4)进行PWM脉宽运算处理或关灯模式处理。

6.根据权利要求4或5所述的HID光源控制方法，其特征在于，所述步骤C)进一步包括：

C1)对LED/数码管显示模块进行初始化，上电导入上次红外遥控指令的参数，初始化无线通信指令；

C2)对红外遥控或无线通信指令进行解码；

C3)判断是否收到新的调光指令，如是，将所述新的调光指令以符合隔离通信协议的格式发送到所述控制单元，同时所述LED/数码管显示模块显示处理流程，保存所述新的调光指令，并继续进行本步骤的判断；否则，继续进行本步骤的判断。

7.根据权利要求4所述的HID光源控制方法，其特征在于，所述步骤D)中的所述HID光源的工作状态包括温度、电流和电压。