CN106385755B - 应用于气体放电灯镇流器的恒压限流控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了应用于气体放电灯镇流器的恒压限流控制电路，气体放电灯镇流器包括DC‑DC变换电路、控制器、开关管驱动电路和输出电压采样电路；DC‑DC变换电路具有第一输出状态和第二输出状态。恒压限流控制电路包括电流采样电路、差分放大电路、箝位电路、分压电路和比较电路；电流采样电路与开关管的第二端连接；差分放大电路的第一输入端连接于电压采样电路的输出端，第二输入端连接参考电压，输出端与箝位电路连接。分压电路的输入端与箝位电路连接。比较电路的第一输入端与电流采样电路连接，第二输入端与分压电路连接，输出端与控制器和开关管驱动电路的输入端连接。本发明可在低成本的基础上实现精确的恒压控制和限流控制。

Description

应用于气体放电灯镇流器的恒压限流控制电路
技术领域
本发明涉及气体放电灯镇流器。
背景技术
气体放电灯越来越多地应用于汽车照明，根据气体放电的特性，需要开发专门的镇流器。为了击穿气体，镇流器需要产生恒定的高压作用于气体放电灯的两极，而在镇流器工作过程中，需要设置限流保护电路防止磁性元件饱和，保护开关管。
在目前的恒压解决方案中，有些恒压解决方案是采用MCU和比较器配合来实现恒压，MCU给出控制PWM信号给开关管，比较器反馈DC-DC变换电路的输出电压信号给MCU；在比较器检测到输出电压超过目标输出电压后，MCU停止输出 PWM控制信号,待输出电压回落到比目标输出电压低之后MCU再重新输出PWM控制信号。这种方案的优点是，所用器件不多，缺点是恒压精度差，工作过程中会出现连续几个大占空比，再连续关断几个周期，导致输出电压波动范围比较大。另一些恒压解决方案使用专用的DC/DC控制芯片来恒压，恒压控制很精准，输出电压只有很小的开关纹波，但DC/DC控制芯片的成本比较高。
在目前的限流方案中，有些限流方案没有限制开关管的电流，导致磁性元件可能会饱和，开关管的寿命会受到影响，甚至直接坏掉；另一些限流方案利用开关管的导通电阻做电流采样电阻，再配合比较器工作，来限制开关管的电流，由于开关管的导通电阻受驱动电压、温度的影响很大，这种方案限流会很不准。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于在低成本的基础上提供一种集成了精确恒压控制和限流控制的应用于气体放电灯镇流器的恒压限流控制电路。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
应用于气体放电灯镇流器的恒压限流控制电路，气体放电灯镇流器包括DC-DC变换电路、控制器、开关管驱动电路和输出电压采样电路；DC-DC变换电路包括变压器和开关管，变压器的初级线圈的一端与开关管的第一端连接；控制器的输出端与开关管驱动电路的输入端连接，开关管驱动电路的输出端与开关管的控制端连接；输出电压采样电路的输入端与所述DC-DC变换电路的输出端连接，用于对DC-DC变换电路的输出电压进行采样；DC-DC变换电路具有第一输出状态和第二输出状态；其中，恒压限流控制电路包括电流采样电路、差分放大电路、箝位电路、分压电路和比较电路；电流采样电路与开关管的第二端连接，用于采样与流过开关管的电流成比例的电压；差分放大电路的第一输入端连接于电压采样电路的输出端，差分放大电路的第二输入端连接对应于预定恒压值的参考电压，差分放大电路的输出端与箝位电路连接；分压电路的输入端与所述箝位电路连接；箝位电路用于在DC-DC变换电路处于第一输出状态时断开，在DC-DC变换电路处于第二输出状态时将差分放大电路的输出电压箝位至预定的电压值；比较电路的第一输入端与电流采样电路的输出端连接，比较电路的第二输入端与分压电路的输出端连接，比较电路的输出端分别与控制器的输入端和开关管驱动电路的输入端连接。
采用上述技术方案后，本发明至少具有以下优点和特点：
1、根据本发明一实施例的恒压限流控制电路在DC-DC变换电路处于第一输出状态时形成了一个闭环控制系统，能够逐周期地限流、逐周期地控制开关管的占空比，在使DC-DC变换电路产生精准的输出电压、达到恒压的效果的同时，还对开关管起到了限流保护的作用；而在DC-DC变换电路处于第二输出状态时，根据本发明一实施例的恒压限流控制电路转变为限流保护电路，能够精确地限制流过开关管的电流，对开关管起到良好保护，并防止DC-DC变换电路的磁性元件达到饱和；
2、根据本发明一实施例的恒压限流控制电路同时输出控制信号给控制器和开关管驱动电路，可控制开关管驱动电路直接打开或关断开关管，并实现控制器对反馈的控制信号的锁存。
附图说明
图1示出了根据本发明一实施例的应用于气体放电灯镇流器的恒压限流控制电路的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
图1示出了根据本发明一实施例的应用于气体放电灯镇流器的恒压限流控制电路的电路原理图。请参阅图1，气体放电灯镇流器包括DC-DC变换电路1、控制器2、开关管驱动电路3和输出电压采样电路4。
DC-DC变换电路1包括变压器T、开关管Q1、以及由二极管D1和电容Co组成的整流滤波电路。变压器T的初级线圈L1的一端以及变压器T的次级线圈L2的一端分别与开关管Q1的第一端连接，变压器T的初级线圈L1的另一端与直流输入电压Vin连接。变压器T的次级线圈L2的另一端与整流滤波电路的输入端连接，整流滤波电路的输出端与负载RL连接。整流滤波电路的输出电压即为DC-DC变换电路1的输出电压Vo。
控制器2的输出端与开关管驱动电路3的输入端连接，开关管驱动电路3的输出端与开关管Q1的控制端连接。输出电压采样电路4的输入端与DC-DC变换电路1的输出端连接，用于对DC-DC变换电路1的输出电压进行采样。DC-DC变换电路1具有第一输出状态和第二输出状态，在气体放电灯处于启动阶段时DC-DC变换电路1处于第一输出状态，此时DC-DC变换电路输出几百伏的高压（例如400V），在气体放电灯击穿后DC-DC变换电路1处于第二输出状态，DC-DC变换电路1的输出电压Vo降至几十伏。
根据本发明一实施例的应用于气体放电灯镇流器的恒压限流控制电路包括电流采样电路5、差分放大电路6、箝位电路7、分压电路8和比较电路9。
电流采样电路5与开关管Q1的第二端连接，用于采样与流过开关管Q1的电流成比例的电压。
差分放大电路6的第一输入端连接于电压采样电路4的输出端，差分放大电路6的第二输入端连接对应于预定恒压值的参考电压Vset，差分放大电路6的输出端与箝位电路7连接。上述的恒压值例如为400V。
分压电路8的输入端与箝位电路7连接。箝位电路7用于在DC-DC变换电路1处于第一输出状态时断开，在DC-DC变换电路1处于第二输出状态时将差分放大电路6的输出电压箝位至预定的电压值。
比较电路9的第一输入端与电流采样电路5的输出端连接，比较电路9的第二输入端与分压电路8的输出端连接，比较电路9的输出端分别与控制器2的输入端和开关管驱动电路3的输入端连接，控制器2用于输出 PWM信号给开关管驱动电路3，控制器2还对比较电路9的输出信号进行锁存。因为开关管驱动电路3没有“记忆”功能，如果比较电路9的输出信号只输出给开关管驱动电路3的话，会引起震荡，出现开关管Q1在一个开关周期内多次开通和关断的情况。
在本实施例中，变压器T为耦合电感升压变压器。开关管Q1为NMOS管；NMOS管Q1的栅极、漏极和源极分别构成开关管Q1的控制端、第一端和第二端。电流采样电路5由电流采样电阻Rs构成，电流采样电阻Rs的一端与NMOS管Q1的源极连接，另一端接地。控制器2为MCU。开关管驱动电路3由TI公司生产的、型号为UCC27517的芯片构成。输出电压采样电路4为电阻分压电路，该电阻分压电路由相互串联的电阻Rf1、Rf2组成。差分放大电路6由运放U4、电阻R1、电阻R2组成。箝位电路7由箝位二极管D2组成。箝位二极管D2的负极与参考电压连接，箝位二极管D2的正极分别与差分放大电路6的输出端和分压电路的8输入端连接；箝位二极管D2在DC-DC变换电路1处于第一输出状态时反偏截止，在DC-DC变换电路1处于第二输出状态时正偏导通。箝位二极管D2的参考电压不限于图1中所示的3.3V，只要是稳定的逻辑电平都可以，例如5V。分压电路8为电阻分压电路，该电阻分压电路由相互串联的电阻R4和电阻R5组成。比较电路9由运放比较电路U3构成。
优选地，恒压限流控制电路包括第一限流电路10a，用于限制从差分放大电路6流出的电流；第一限流电路10a的输入端与差分放大电路6的输出端连接，第一限流电路10a的输出端与箝位电路7连接。
优选地，恒压限流控制电路包括第二限流电路10b，用于限制从比较电路9流出的电流；第二限流电路10b的输入端与比较电路9的输出端连接，第二限流电路10b的输出端分别与开关管驱动电路3的输入端和控制器2的输入端连接。
在本实施例中，第一限流电路10a和第二限流电路10b分别由限流电阻R3和限流电阻R4构成。
在气体放电灯处于启动阶段时，在DC-DC变换电路1的输出端需要产生几百伏的高压，并且要达到一定的精度，即DC-DC变换电路1的输出处于第一输出状态。
控制器2产生PWM信号给开关管驱动电路3，开关管驱动电路3根据控制器2输出的PWM信号和比较电路9输出的控制信号，来控制开关管Q1的导通和关断。其中，比较电路9输出的控制信号与控制器2输出的PWM信号是逻辑与的关系，只要其中任意一个信号命令开关管驱动电路3关断开关管，开关管驱动电路3都会执行将开关管Q1关断。
输出电压采样电路4将采集到的DC-DC变换电路1的输出电压Vo经过分压后输出该差分放大电路6，差分放大电路6将给定参考电压Vset与输出电压采样电路4的输出电压之差以一定的增益放大后输出。差分放大电路6的输出电压经过限流电阻R3得到Vf。Vf小于箝位二极管D2的参考电压3.3V，箝位二极管D2反偏截止。Vf经过分压电路8的分压后，形成比较电路9的基准电压Vref。在本实施例中，基准电压Vref与DC-DC变换电路1的输出电压Vo成反比例的关系，即DC-DC变换电路1的输出电压Vo越大，基准电压Vref越小，反之亦然。比较电路9比较基准电压Vref和电流采样电阻Rs反馈回来的电压信号，产生输出信号，输出信号经过限流电阻R6，给到控制器2和开关管驱动电路3的输入端，从而可控制开关管Q1的导通时间。当Vref减小时，也就意味着开关管Q1的导通时间减少，从而使DC-DC变换电路1的输出电压Vo降低，当Vref增大时，开关管Q1的导通时间在比较电路的控制下增加，从而使DC-DC变换电路1的输出电压Vo增加。这样就形成了对输出电压Vo的闭环控制，并且逐周期地限制了流过开关管Q1的电流。Vo的目标值由给定参考电压Vset设定。因为是逐周期地进行占空比控制，所以目标电压的精度很高，只有开关纹波电压。
气体放电灯被击穿后，DC-DC变换电路1的输出电压Vo由几百伏降至几十伏，DC-DC变换电路1的输出处于第二输出状态。运放U4正向饱和，Vf被箝位二极管D2箝位在4.0V左右。Vf经过分压电路8的分压后，形成比较电路9的基准电压Vref。基准电压Vref、电流采样电阻Rs和比较电路9形成一个对开关管Q1较为精准的限流电路。

Claims (8)

1.应用于气体放电灯镇流器的恒压限流控制电路，所述气体放电灯镇流器包括DC-DC变换电路、控制器、开关管驱动电路和输出电压采样电路；所述DC-DC变换电路包括变压器和开关管，所述变压器的初级线圈的一端与所述开关管的第一端连接，所述变压器的初级线圈的另一端与直流输入电压Vin连接；所述控制器的输出端与所述开关管驱动电路的输入端连接，所述开关管驱动电路的输出端与所述开关管的控制端连接；所述输出电压采样电路的输入端与所述DC-DC变换电路的输出端连接，用于对DC-DC变换电路的输出电压进行采样；所述DC-DC变换电路具有第一输出状态和第二输出状态，所述DC-DC变换电路在气体放电灯处于启动阶段时处于第一输出状态，在气体放电灯击穿后处于第二输出状态；其特征在于，所述恒压限流控制电路包括电流采样电路、差分放大电路、箝位电路、分压电路和比较电路；
所述电流采样电路与所述开关管的第二端连接，用于采样与流过所述开关管的电流成比例的电压；
所述差分放大电路的第一输入端连接于所述输出电压采样电路的输出端，所述差分放大电路的第二输入端连接对应于预定恒压值的参考电压，所述差分放大电路的输出端与所述箝位电路连接；
所述分压电路的输入端与所述箝位电路连接；所述箝位电路用于在所述DC-DC变换电路处于第一输出状态时断开，在所述DC-DC变换电路处于第二输出状态时将所述差分放大电路的输出电压箝位至预定的电压值；
所述比较电路的第一输入端与所述电流采样电路的输出端连接，所述比较电路的第二输入端与所述分压电路的输出端连接，所述比较电路的输出端分别与所述控制器的输入端和所述开关管驱动电路的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的应用于气体放电灯镇流器的恒压限流控制电路，其特征在于，所述箝位电路由箝位二极管组成；所述箝位二极管的负极与参考电压连接，所述箝位二极管的正极分别与所述差分放大电路的输出端和所述分压电路的输入端连接；所述的箝位二极管在所述DC-DC变换电路处于第一输出状态时反偏截止，在所述DC-DC变换电路处于第二输出状态时正偏导通。
3.根据权利要求1或2所述的应用于气体放电灯镇流器的恒压限流控制电路，其特征在于，所述恒压限流控制电路包括第一限流电路；所述第一限流电路的输入端与所述差分放大电路的输出端连接，所述第一限流电路的输出端与所述箝位电路连接。
4.根据权利要求3所述的应用于气体放电灯镇流器的恒压限流控制电路，其特征在于，所述恒压限流控制电路包括第二限流电路；所述第二限流电路的输入端与所述比较电路的输出端连接，所述第二限流电路的输出端分别与所述开关管驱动电路的输入端和所述控制器的输入端连接。
5.根据权利要求4所述的应用于气体放电灯镇流器的恒压限流控制电路，其特征在于，所述的第一限流电路和第二限流电路分别由限流电阻构成。
6.根据权利要求1所述的应用于气体放电灯镇流器的恒压限流控制电路，其特征在于，所述开关管为NMOS管；所述NMOS管的栅极、漏极和源极分别构成所述开关管的控制端、第一端和第二端；所述电流采样电路由电流采样电阻构成，所述电流采样电阻的一端与所述NMOS管的源极连接，另一端接地。
7.根据权利要求1所述的应用于气体放电灯镇流器的恒压限流控制电路，其特征在于，所述的控制器为MCU。
8.根据权利要求1所述的应用于气体放电灯镇流器的恒压限流控制电路，其特征在于，所述的变压器为耦合电感升压变压器。
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