CN109714879A

CN109714879A - 一种新型hid镇流器

Info

Publication number: CN109714879A
Application number: CN201811522780.0A
Authority: CN
Inventors: 李永芳
Original assignee: Nanjing Institute of Railway Technology
Current assignee: Nanjing Institute of Railway Technology
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2019-05-03

Abstract

本发明公开了一种新型HID镇流器，包括灯管输出电压电路、电压触发器电路、高压谐振发生器电路和MCU电路；灯管输出电压电路用于灯光成功启动之后，输出电压直接驱动灯管，输出扫频电压；高压谐振发生器电路用于高压变频驱动灯管；MCU电路根据灯管电压反馈调灯管输出电压，同时可调整谐振发生器的频率和监控灯管的电流电压。本发明电路由于MCU的调试比较灵活，对HID的一致性要求很低，增加了产品良率，降低了成本。

Description

一种新型HID镇流器

技术领域

本发明属于照明的技术领域，具体涉及一种新型HID镇流器。

背景技术

自从爱迪生发明第一支灯泡开始，人类就不停地改善照明环境，不停的改善灯泡的色温，效率，穿透性，驱动便利性，寿命。因此，先后出现了白炽灯，惰性气体光源，固态光源等，HID（高亮度气体放电灯）作为惰性气体光源，由于其色温良好（所有光源里面最接近阳光），穿透性好，效率高而被广泛应用在路灯，汽车照明，工业照明和生物照明等领域。

HID内部充有刚强度氙气（常温下9kg/CM²）,并加入特定的金属卤化物元素，碘化钠，碘化钾，碘化铯及微量金属汞。气体存放在放电管里，放电管有两个电机，当通高压时，两个电机会释放出电子，电子在电场的作用下产生定向移动，移动中过程中电子碰撞气体原子，气体原子产生不规则高速运动，摩擦中生产热量，热量越来越高，而产生热辐射，而原子在热辐射的情况下产生电离，原子不停的是释放正离子和电子，在运动过程中，原子和电子不停的结合，结合过程中释放能量，产生可见光。由于强电场的存在，离子和原子不停的分离，结合，最终形成崩溃短路，必须实时降低电场强度，降低电极两端电压。上述过程需要一个外部电源，而这个电源被称为镇流器。

参见图1，传统的镇流器，采用固定频率，调整占空比，根据灯管电流电压反馈来判定灯的工作状态，缺点是反应速度慢，不能及时调整，由于灯管在热启动的状态下需要更高的能量，经常出现启动不成功现象，因此对HID的一致性要求很高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种新型HID镇流器。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种新型HID镇流器，包括灯管输出电压电路、电压触发器电路、高压谐振发生器电路和MCU电路；灯管输出电压电路用于灯光成功启动之后，输出电压直接驱动灯管，输出扫频电压；高压谐振发生器电路用于高压变频驱动灯管；MCU电路根据灯管电压反馈调灯管输出电压，同时可调整谐振发生器的频率和监控灯管的电流电压。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的灯管输出电压电路是TL494驱动的半桥电路，包括芯片TL494，芯片TL494第12pin用12V供电，12V同时给8pin和11pin内部两个驱动源的集电极供电，通过第9pin和10pin用于两个驱动源的发射极去驱动MOS管Q1和Q3。

上述的灯管输出电压电路采用同步MCU频率作为震荡频率，开始工作时，MCU电路中,MCU通过第6pin输入一个高频频率，9pin和10pin交替驱动Q1和Q3，电路输出EC电压180V给灯管驱动电压，同时MCU电路中MCU通过检测EC经过R12和R17的分压来监控电压EC输出，使之在灯管没启动之前保持在180V。

上述的电压触发器电路是TL494驱动的半桥电路，电压触发器电路把输出EC电压逆变，直流输出变成交替的方波输出，PD2和PD3是MCU电路中MCU的两个IO，MCU电路中MCU通过PD2和PD3驱动电压触发器电路半桥电路，PD2和PD3的频率为半桥电路的频率。VS1和VS2是输出电压EC的两个电位点，当PD2是高电平，PD3是低电平时，VS1是高电平，VS2是低电平,当PD3是高电平，PD2是低电平时，VS2是高电平，VS1是低电平,这样产生一个交替的方波电压

上述的高压谐振发生器电路中，L2是线性电感，C21和C20是薄膜电容，通过以VS1和VS2为正反幅值的方波驱动，分别形成正负两个LC震荡电路，在灯管没有驱动成功之前，震荡电压越来越高，当震荡电压高过DS1门限电压600V之后，DS导通，此时震荡电压通过变压器T1倍压100倍，瞬间形成20KV以上高压驱动灯管；灯管驱动成功之后，瞬间大电流把EC电压拉低，MCU电路中MCU检测到EC电压变低到20V，降低对灯管输出电压电路的输入频率，使电压EC的输出范围从20-180CV输出变成稳定的70V输出，此时灯管导通，VS1和VS2电压直接作用于灯管两端，形成电压通路，L2和C21,C20不构成震荡电路，产生不了高压。

上述的MCU电路中MCU为STM8S103F3。

本发明具有以下有益效果：

本发明是为了解决HID一致性问题，传统电路中，应用的都是模拟电路，如果HID灯一致性好的时候，模拟电路没问题，模拟电路是设定好的流程，调试过程中不灵活，这就导致对HID的一致性要求太高（HID的灯管驱动电压范围太窄，如果电路输出不满足HID的电压范围，容易造成HID驱动不成功或者炸裂，产品良率太低），从而造成灯具的成本太高，应用本发明电路，由于MCU的调试比较灵活，对HID的一致性要求很低，增加了产品良率，降低了成本。

附图说明

图1是传统镇流器的电路原理图；

图2是本发明的一种新型HID镇流器电路框图；

图3是本发明的一种新型HID镇流器中灯管输出电压电路原理图；

图4是芯片TL494的引脚功能图；

图5是本发明的一种新型HID镇流器中电压触发器电路原理图；

图6是本发明的一种新型HID镇流器中高压谐振发生器电路原理图；

图7是本发明的一种新型HID镇流器中MCU电路原理图；

图8是本发明的一种新型HID镇流器的工作过程。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

参见图2，本发明的一种新型HID镇流器，包括灯管输出电压电路、电压触发器电路、高压谐振发生器电路和MCU电路；灯管输出电压电路用于灯光成功启动之后，输出电压直接驱动灯管，输出扫频电压；高压谐振发生器电路用于高压变频驱动灯管；MCU电路根据灯管电压反馈调灯管输出电压，同时可调整谐振发生器的频率和监控灯管的电流电压。

参见图3，实施例中灯管输出电压电路是TL494驱动的半桥电路，包括芯片TL494，芯片TL494第12pin用12V供电，12V同时给8pin和11pin内部两个驱动源的集电极供电，通过第9pin和10pin用于两个驱动源的发射极去驱动MOS管Q1和Q3。

此电路采用了数字电路和模拟电路相互配合的方法，对于经过PFC电路后的400V电压，通过TL494的半桥驱动，实现20-180V的电压。

TL494是一款非常普及的电源芯片，引脚功能参见图4，其内部集成2个驱动源，可以做半桥驱动，也可以2个驱动源并联作为单个驱动，同时可以采用自激RC震荡频率电路和同步外部频率，广泛应用于电源电路。

参见图5，实施例中灯管输出电压电路采用同步MCU频率作为震荡频率，开始工作时，MCU电路中MCU通过第6pin输入一个高频频率，在100K左右，占空比48%，9pin和10pin交替驱动Q1和Q3，EC输出180V给灯管驱动电压，同时MCU电路中MCU通过检测EC经过R12和R17的分压来监控EC输出，使之在灯管没启动之前保持在180V。（MCU通过调整第6pin的输入频率，频率越高，输出电压越高）

参见图6，实施例中电压触发器电路是TL494驱动的半桥电路，电压触发器电路把二次EC直流输出变成交替的方波输出，PD2和PD3是MCU电路中MCU的两个IO，MCU电路中MCU通过PD2和PD3驱动电压触发器电路半桥电路，PD2和PD3的频率为半桥电路的频率。

参见图7，实施例中高压谐振发生器电路中，L2是线性电感，C21和C20是薄膜电容，通过以VS1和VS2为正反幅值的方波驱动，分别形成正负两个LC震荡电路，在灯管没有驱动成功之前，震荡电压越来越高，当震荡电压高过DS1门限电压600V之后，DS导通，此时震荡电压通过T1倍压100倍，瞬间形成20KV以上高压驱动灯管；灯管驱动成功之后，瞬间大电流把EC电压拉低，MCU电路中MCU检测到电压变低到20V，降低对灯管输出电压电路的输入频率，使电压EC的输出范围从20-180CV输出变成稳定的70V输出，此时灯管导通，VS1和VS2电压直接作用于灯管两端，形成电压通路，L2和C21,C20不构成震荡电路，产生不了高压。

实施例中MCU电路中MCU为STM8S103F3。

参见图8，本发明的工作过程包括如下部分：

1：点灯过程：

动作：L494的半桥都在最大占空比48%，在规定的点灯时间内；电路中，首先灯管输出电压电路中，灯管电压EC输出电压是180V，EC电压经过电压触发器电路中PD2和PD3斩波，变为以VS1和VS2为正负幅值的方波电压，此方波电压经过高压谐振发生器电路L3和C20,C21组成的高压谐振，产生20KV以上电压，成功驱动灯管。

2：预热过程---点灯成功：

动作：

1）：根据设定的功率和检测的灯管电压，对TL494进行反馈电压控制，从而控制灯管电压；，本发明中，灯管电压是70W,灯管的电压在启动瞬间后，灯管输出电压电路中灯管电压EC会掉到20V（灯管特性），MCU电路中MCU会检测到灯管电压EC的变化，通过MCU调整灯管输出电压电路中TL494的频率。实现匹配HID的灯管电压。

2）：对灯管电压进行分时间（或者电压）分阶段判断，每个不同的阶段不同的恒流驱动；

动作：灯管电压分为三个阶段：

（1）第一阶段，HID没点亮之前，这个时候为了电路效率，设定电压为180V；

（2）第二阶段，HID点火过程中，这个过程持续时间按照HID的特性，一般作为2S，这个时间之内，点火电压要求20KV以上，如果点火成功，灯管电压会掉到20V；

（3）正常运行过程中，HID最理想电压是70V，这个时候MCU不停的调整灯管输出电压电路中TL494的工作频率，实现恒电压。

3：保护过程：

动作：

1）：点灯不成功：设定时间内点灯不成功，进行电路保护；

如果在2S之内，灯管输出电压电路中的EC输出电压还是180V，MCU电路中的MCU控制整个电路不工作；

2）：开路短路保护：灯管电压在正常工作的时候，电压过高或者过低，超过一定时间，进行保护；

MCU中的MCU检测图1中的输出电压EC的范围，如果偏离70V，精度是正负5V,在规定的2S时间内，不能恢复，认为HID灯管异常，MCU控制整个电路不工作。

4：干扰过程：

MCU检测灯管输出电压EC电压信号，灯管正常工作的状态下，正常检测过程中，EC电压异常信号连续捕捉超过10次，在设定的时间内，直接保护；如果在设定的时间内没有超过10次，异步信号处理器清0，重新计算。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种新型HID镇流器，其特征在于：包括灯管输出电压电路、电压触发器电路、高压谐振发生器电路和MCU电路；灯管输出电压电路用于灯光成功启动之后，输出电压直接驱动灯管，输出扫频电压；高压谐振发生器电路用于高压变频驱动灯管；MCU电路根据灯管电压反馈调灯管输出电压，同时可调整谐振发生器的频率和监控灯管的电流电压。

2.根据权利要求1的一种新型HID镇流器，其特征在于：灯管输出电压电路是TL494驱动的半桥电路，包括芯片TL494，芯片TL494第12pin 用12V 供电，12V同时给8pin 和11pin 内部两个驱动源的集电极供电，通过第9pin和10pin用于两个驱动源的发射极去驱动MOS管Q1和Q3。

3.根据权利要求2的一种新型HID镇流器，其特征在于：灯管输出电压电路采用同步MCU频率作为震荡频率，开始工作时，MCU电路中,MCU通过第6pin 输入一个高频频率， 9pin和10pin 交替驱动Q1和Q3，电路输出EC电压180V给灯管驱动电压，同时MCU电路中MCU通过检测EC经过R12和R17的分压来监控电压EC输出，使之在灯管没启动之前保持在180V。

4.根据权利要求3的一种新型HID镇流器，其特征在于：电压触发器电路是TL494驱动的半桥电路，电压触发器电路把输出EC电压逆变，直流输出变成交替的方波输出，PD2和PD3是MCU电路中MCU的两个IO，MCU电路中MCU通过PD2和PD3驱动电压触发器电路半桥电路，PD2和PD3的频率为半桥电路的频率；VS1和VS2 是输出电压EC 的两个电位点，当PD2是高电平，PD3是低电平时，VS1是高电平，VS2是低电平, 当PD3是高电平，PD2是低电平时，VS2是高电平，VS1是低电平,从而产生一个交替的方波电压。

5.根据权利要求4的一种新型HID镇流器，其特征在于：高压谐振发生器电路中，L2是线性电感，C21和C20是薄膜电容，通过以VS1和VS2为正反幅值的方波驱动，分别形成正负两个LC震荡电路，在灯管没有驱动成功之前，震荡电压越来越高，当震荡电压高过DS1门限电压600V之后，DS导通，此时震荡电压通过变压器T1倍压100倍，瞬间形成20KV以上高压驱动灯管；灯管驱动成功之后，瞬间大电流把EC电压拉低，MCU电路中MCU检测到EC电压变低到20V，降低对灯管输出电压电路的输入频率，使电压EC的输出范围从20-180CV输出变成稳定的70V 输出，此时灯管导通，VS1和VS2电压直接作用于灯管两端，形成电压通路，L2和C21,C20不构成震荡电路，不产生高压。

6.根据权利要求1-5任一的一种新型HID镇流器，其特征在于：MCU电路中MCU为STM8S103F3。