一種汽車用金鹵燈的快速點亮電路

1前言

隨著人們生活及交往節(jié)奏的加快和一條條高速公路的建成，要求不斷地改善汽車夜間駕駛的安全性。為此就需要有良好的前照燈視覺構造，為改善空氣動力特性，就需要把前照燈的外形做成斜面流線型?，F(xiàn)在歐、美、日等國，已用小功率金屬鹵化物燈代換常規(guī)的鹵鎢燈作為汽車前照燈的光源。因為鹵鎢燈的光效低，一般為15～35lm/W，顯色指數(shù)為60～65。而小功率金屬鹵化物燈，30W的光效為85lm/W，顯色指數(shù)大于70。35W的光效為67lm/W，顯色指數(shù)大于75。所以，金屬鹵化物燈比鹵鎢燈體積小，光效更高、顯色性更好。采用金屬鹵化物燈作汽車前照燈，可大大改善汽車夜間駕駛的安全性，并可顯著改善汽車前部的空氣動力特性，利于高速行駛。

金鹵燈的玻璃殼內(nèi)填充著引燃氣體（氬氣等）、汞及金屬鹵化物。當把高壓電加到燈的放電極上時，在引燃氣體放電之后，緊接著就產(chǎn)生汞弧光，由此，也就產(chǎn)生熱量，使金屬碘化物氣化，在汞弧中分解為金屬原子和碘原子，金屬原子參與放電，并輻射出具有特殊金屬光譜的強光。

包括金鹵燈在內(nèi)的普通高強度氣體放電燈的供電點亮電路，如圖1所示。

汽車中的直流電源UDC一般為12V蓄電池，經(jīng)過直流電壓提升電路升壓，再經(jīng)過DC／AC變換器變換成正弦交流電壓，然后由起動觸發(fā)電路產(chǎn)生高壓脈沖觸發(fā)燈管，燈點亮后，管壓降低，管流增大，由限流電感進行限流。為保證加到燈管上的電壓可調(diào)節(jié)，把DC電壓升壓器輸出的電壓，設計成可控制的。

雖然上述的供電點亮電路可使用DC電壓來點亮金鹵燈，但此種燈從起動點亮至達到規(guī)定的亮度，需要一定的時間（一般叫“起動時間”），或者在燈暫時熄滅后，再起動時（再起動時間）需較長的時間。這是因為，當該金鹵燈從冷態(tài)開始起動時（把這種起動叫“冷起動”），為使燈泡內(nèi)的金屬鹵化物氣化，需要時間；當該放電燈從點亮狀態(tài)被暫時熄滅一會兒后再點亮時，燈泡內(nèi)的氣壓依點亮狀態(tài)持續(xù)時間的長短，會有不同程度的升高。這就需要相應地增加觸發(fā)電壓的幅值；另外，當環(huán)境溫度高低變化時，也會影響所需起動電壓幅值的大小。這對用作汽車前照燈來說，是個致命的缺點。

圖1普通高強度氣體放電燈的供電點亮電路

圖2快速起動點亮供電電路總體框圖

本文介紹一種快速點亮汽車用金鹵燈的供電電路；它克服了上述一般點亮電路的缺點，可在0.3s內(nèi)使燈的光輸出達到現(xiàn)用的鹵鎢燈的水平，在3s～5s內(nèi)燈的光輸出達到其額定值。

2快速起動點亮供電電路

2．1快速起動點亮供電電路原理

快速起動點亮供電電路原理框圖可參見圖2，該點亮電路由12V蓄電池供電，電源電壓E經(jīng)燈開關K及繼電器觸點J緩螅一路通過二極管D1到端子B，供電給后級控制電路；另一路供給DC電壓提升電路②，把輸入電池電壓E提升后，再經(jīng)DC／AC高頻變換電路③，變成高頻正弦交流電壓供點亮金鹵燈。

電路③的輸出經(jīng)過變壓器T1的次級繞組T1－2，接到金鹵燈H的電極。電容C1和變壓器T1次級繞組T1－2的漏感構成限流電路。電容C1還用來檢測金鹵燈電流，以判斷金鹵燈是否接通。當燈處于未點亮狀態(tài)時，燈點亮起動電路⑦發(fā)出信號給燈點亮電路④，使之產(chǎn)生點亮脈沖。

控制電路⑧產(chǎn)生控制脈沖PS，其占空比是根據(jù)電路②的輸出電壓和輸出電流檢測電阻R3上的電壓信號的變化進行調(diào)整的，然后，通過柵極驅(qū)動電路⑤把該脈沖信號PS加到電路②以控制其輸出電壓。

控制電路的工作過程如下：

在燈點亮后，即刻又關斷，此時，電路②的輸出電壓為零。再起動時，電路②的輸出電壓為高電平。從關斷到再起動之間的時間間隔長短可由電路②輸出端的“零電平”與“高電平”之間的時間間隔來檢測。這可通過定時電路⑥來完成。電路⑥檢測出此時間間隔信號，并把此信號傳送給電路⑧，電路⑧輸出相應的控制信號給電路②，使其輸出電平改變，最終達到燈的恒功率控制。如果在燈點亮后，立即進行恒功率控制，會大大縮短燈的起動時間。

當電源E的端電壓跌落到低于預定值時，就由電壓降落檢測電路⑨，輸出一個信號給電路⑧，改用比額定功率小的控制功率來驅(qū)動金鹵燈工作。

異常狀態(tài)檢測電路⑩從電路②的輸出電壓和輸出電流之間的關系，檢測出電路的異常狀態(tài)，并把異常狀態(tài)信號傳送到電路①，切斷電源。當電池電壓恢復到等于或大于預定的電平時，燈又起動點亮。

2．2快速起動點亮電路功能介紹

下面對圖2框圖中的主要部分功能進行說明（參見圖3）。

（1）DC電壓提升電路②

電路②是按斬波型DC／DC變換器構成的；電感L1接在電源E的正端，N溝道場效應晶體管S1接在電感L1之后，跨在電源正端和地線之間。S1是按照來自控制電路⑧與柵極驅(qū)動電路⑤所產(chǎn)生的驅(qū)動脈沖來進行開關工作的，當S1在控制脈沖作用下導通時，電感L1就儲能，當S1截止時，電感L1就釋放能量，從而提升了DC電壓。

（2）DC電壓提升電路②的輸出電壓檢測電路11

電路11通過分壓電阻R1和R2檢測出電路②的輸出電壓作為采樣信號送入誤差運算放大器N1的同相輸入端，而將預置參考電壓信號V1送入N1的反相輸入端進行比較，N1輸出的誤差信號用以控制PWM電路，調(diào)節(jié)電路②的輸出電壓。

（3）DC電壓提升電路②的輸出電流檢測電路15

電路15通過R3檢測出的輸出電流信號（電壓值），經(jīng)運算放大器N2放大后，再經(jīng)R11送入誤差運算放大器N3的同相輸入端；而將預置參考電流信號（電壓值）V2經(jīng)緩沖運算放大器N4放大后，再經(jīng)R16送入N3的反相輸入端進行比較，N3的輸出誤差放大信號用以控制PWM電路，以調(diào)節(jié)電壓提升電路②的輸出電流。

（4）電源電壓降落檢測電路⑨

電路⑨依據(jù)來自電源E的采樣電壓（端子B）的減少量作為采樣信號送入緩沖運算放大器N5的同相輸入端，經(jīng)N5放大后再經(jīng)D4、R19送入N4同相輸入端，經(jīng)放大后再經(jīng)R16送入N3的反向輸入端，其作用同前所述，只是N5的輸出使V2被箝位，其結(jié)果是用比額定功率小的控制來驅(qū)動金鹵燈的工作。

（5）定時電路⑥

電路⑥是按照點亮的燈被熄滅的時間長短來保證躍變到恒功率控制狀態(tài)。該定時電路是由晶體管V1和RC時間常數(shù)電路構成的。其工作原理見3.1條所述。

（6）PWM電路14

電路14由比較器N6，緩沖放大器N7和振蕩器OSC構成。N6將其輸入電壓（N1及N3的輸出電壓信號）同來自振蕩器OSC的鋸齒電壓進行比較后送入N7，經(jīng)N7產(chǎn)生控制脈沖PS，其占空比是由其輸入電壓決定的。PWM電路產(chǎn)生的控制脈沖PS經(jīng)柵極驅(qū)動電路⑤去控制電路②的輸出電壓幅值。

（7）低壓關燈電路12

電路12具體可參見圖4。該電路由電阻R23穩(wěn)壓管D7和比較器N8等組成。由圖4可知N8的反相輸入端通過電阻R26接在電阻R24和R25之間，N8的同相輸入端接在分壓電阻R27和R28之間。N8的輸出送到切斷電源繼電器電路①中，控制繼電器的合、分。其工作原理見3.3條所述。

（8）DC／AC高頻變換電路③

電路③具體線路見圖5（a）。它是用兩只場效應晶體管S2、S3組成的推挽電路，把輸入的DC電壓變換成高頻正弦電壓。

圖中R31、R32作為輸出電流檢測電阻，電容C4、C5、穩(wěn)壓二極管D8和D9的作用是抑制浪涌電壓。恒流二極管D10和D11對S2和S3產(chǎn)生恒定的偏置電壓，控制開關晶體管的定時工作。以此來減小開關損耗。

圖3圖2中方框的進一步說明