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CN101420811A - 基于数字控制实现软开关pwm技术的车用hid灯镇流器 - Google Patents

基于数字控制实现软开关pwm技术的车用hid灯镇流器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器，包括电源管理模块、反激式直流变换器、主核心模块、电流辅助网络、直流－交流变换器、升压电路；其特点是，主核心模块包括单片机、分别与单片机的输入端连接的I/O接口和A/D转换模块以及与单片机的输出端连接的数字PWM模块；还包括连接在电源管理模块和电流辅助网络之间的反激式直流变换器、以及连接在反激式直流变换器的MOS开关管与I/O接口之间的漏源电压采样电路；数字PWM模块的输出端分别与反激式直流变换器的MOS开关管栅极和直流－交流变换器的控制输入端连接。通过MCU的数字控制方法来控制反激式直流变换器的驱动信号，实现用软开关PWM技术控制HID灯。本发明能有效简化车用HID镇流器的硬件结构，以及降低整体功耗和发热量；在车载电源电压很宽的变化范围内，保持很高的转换效率。

Description

基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器
技术领域
本发明涉及一种基于数字控制实现软开关PWM(脉宽调制)技术的车用HID灯电子镇流器。
背景技术
氙气HID(High Intensity Discharge)高压气体放电灯，其拥有光效高，显色性好，寿命长等优点，35W HID灯在汽车领域得到了很大的关注和应用。
车用HID灯通常采用的电子镇流器，其结构如图1所示，主要包括电源管理模块10、直流-直流变换器11、升压电路12、直流-交流变换器13、MCU 14、HID灯装置15。其中，电源管理模块10与汽车蓄电池12V相连，包括输入电池电压的滤波和反极性保护；直流-直流变换器11将电池电压变换为85V直流电压；升压电路12在启动时产生几百至上千伏的电压，作为高压点火装置的输入；直流-交流变换器13将85V直流电压变换为低频交变的方波，提供给HID灯；MCU 14为整个系统的监控管理中心。
上述车用HID灯电子镇流器，由于并未采用软开关PWM技术，这样使开关管有很大的噪声，镇流器装置的发热量变大，电路的转换效率偏低，而车灯由于其运行环境的恶劣，对镇流器装置的转换效率和发热量有极高的要求；此外该种形式的HID镇流器使用元件数量较多，存在体积大和成本高的问题。
另外，某些已开发的软开关PWM技术是基于硬件实现的，难于做到在车载电源电压很宽的变化范围内保持很高的转换效率。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术存在的上述问题而提供的一种基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯电子镇流器，使电子镇流器温升低、在车载电源电压很宽的变化范围内达到转换效率高、可靠性好，并有利于减小体积和降低成本。
为了实现上述目的，本发明一种基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器，包括电源管理模块、直流—直流变换器、主核心模块、电流辅助网络、直流-交流变换器、升压电路；其特点是，
还包括一MOS开关管漏源电压采样电路；
所述的直流—直流变换器由反激式直流变换器构成；所述的反激式直流变换器连接在电源管理模块和电流辅助网络之间；
所述的主核心模块包括一MCU或者DSP单片机、一I/O接口、一A/D转换模块、以及一数字PWM模块；所述的I/O接口和A/D转换模块分别与单片机的输入端连接，所述的A/D转换模块的输入端与反激式直流变换器输出端连接；所述的单片机的输出端与数字PWM模块的输入端连接；所述的数字PWM模块的输出端分别与反激式直流变换器和直流-交流变换器的控制输入端连接；
所述的MOS开关管漏源电压采样电路连接在反激式直流变换器与主核心模块的I/O接口之间；
所述的电流辅助网络的输出端与直流-交流变换器的输入端连接，该直流-交流变换器的输出端分别与高压点火装置和高压气体放电灯连接；
所述的升压电路的输入端与反激式直流变换器的输出端连接，该升压电路的输出端与高压点火装置的输入端连接。
上述一种基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器，其中，所述的反激式直流变换器主要由一变压器和一连接在该变压器初级线圈一端的MOS开关管构成；所述的变压器初级线圈一端和MOS开关管连接点通过导线连接到漏源电压采样电路的输入端；所述的变压器次级线圈一端连接升压电路的输入端。
上述一种基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器，其中，所述的主核心模块的数字PWM模块的一个输出端与所述的反激式直流变换器的MOS开关管的栅极连接。
上述一种基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器，其中，所述的MOS开关管漏源电压采样电路其输入端接在反激式直流变换器中MOS开关管的漏源两极，其输出端与I/O接口连接。
上述一种基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器，其中，所述的漏MOS开关管源电压采样电路由两个串联的电阻构成，该两电阻的连接点通过导线与主核心模块的I/O接口连接。
上述一种基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器，其中，所述的MOS开关管漏源电压采样电路由两个串联的电阻和一运算放大器构成，该两电阻的连接点通过导线与运算放大器的输入端连接，该运算放大器的输出端与主核心模块的I/O接口连接。
上述一种基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器，其中，所述的电源管理模块的输入端与蓄电池连接。
本发明基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器由于采用了以上的技术方案，与硬件线路控制实现软开关PWM技术相比较，本发明所采用的数字控制实现的软开关PWM技术有以下优点：
1.数字的可设定性和智能化控制的实现：通过程序参数设定，可以设置在不同输入电压下反激式直流变换器中主MOS开关管漏源两极电压过零检测点，从而能够实现更宽范围的软开关，使电子镇流器系统能够在更宽的输入电池电压范围内实现更高的效率。
2.简化硬件结构和降低整体功耗，基于数字控制实现的软开关PWM技术的硬件电路简单，减少了PCB板上的元器件数量，减小了电子镇流器的体积，降低了镇流器系统的功耗和发热；汽车前大灯系统靠近发动机舱，这个极其恶劣的工作环境对车用HID灯电子镇流器系统的要求是十分严格的，电子镇流器体积和发热的减小是十分有利的，同时硬件的简化也降低了成本。
3、实现了直流-直流变换器中变压器的原边主开关管和副边整流二极管的软开关工作，降低了开关管的噪声，能够有效避免磁通饱和，使HID灯在蓄电池电压波动范围内稳定工作；使整个镇流器系统的温升降低、耗能减少、转换效率变高、电路更加可靠运行；效率可达到87％。
附图说明
本发明的具体特征、性能由以下的实施例及其附图进一步描述。
图1为现有技术车用HID灯常用电子镇流器结构框图。
图2为本发明基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器的电方框图。
图3为本发明基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器中漏源电压采样电路采用一种实施例的总体电方框图。
图4为本发明基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器中漏源电压采样电路采用另一种实施例的总体电方框图。
具体实施方式
请参阅图2，这是本发明基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器的电方框图。本发明基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯电子镇流器包括电源管理模块20、反激式直流变换器21、升压电路22、电流辅助网络23、直流-交流变换器24、漏源电压采样电路25、主核心模块26。
所述的电源管理模块20的输入端与蓄电池连接。其作用在于对蓄电池电压进行采样、滤波和监控。
所述的主核心模块26包括一MCU或DSP单片机261、一I/O接口262、一A/D转换模块263、以及一数字PWM模块264。I/O接口262和A/D转换模块263分别与单片机261的输入端连接，单片机261的输出端与数字PWM模块264输入端连接；该模块的主要作用是通过对灯压灯流等采样数据进行处理，控制反激式直流变换器MOS开关管的开关频率与占空比，以控制HID灯。
所述的反激式直流变换器21连接在电源管理模块20和电流辅助网络23之间；在稳态时，该电路模块的作用是将电池电压升至85V。
所述的电流辅助网络23的输出端与直流-交流变换器24的输入端连接，该直流-交流变换器24的输出端分别与负载27的高压点火装置271和高压气体放电灯272连接；该电路模块的作用是，在灯启动后向灯提供额外的电流，以保证灯电极的温度能够迅速升高，避免灯启动后长时间工作在辉光放电状态或者熄灭；它只在灯启动后短暂的一段时间向灯提供能量，正常工作时则不参与工作。
所述的升压电路22的输入端与反激式直流变换器21的输出端连接，该升压电路22的输出端与高压点火装置271的输入端连接；它将产生800V左右的高压，输出给高压点火装置271，高压点火装置271产生几千伏至几十千伏的电压使HID灯点亮。
所述的漏源电压采样电路25连接在反激式直流变换器21中的MOS开关管的源漏端与主核心模块的I/O接口262之间；漏源电压采样电路25的作用是获得漏源电压采样信号，输出给主核心模块。
所述的主核心模块的A/D转换模块263的输入端与反激式直流变换器21输出端连接；
所述的主核心模块的数字PWM模块264的输出端分别与反激式直流变换器21中的MOS开关管栅极和直流-交流变换器24的控制输入端连接。
本发明一种车用氙气高压放电灯(HID)电子镇流器中，所述的反激式直流变换器21主要由一变压器T1和一连接在该变压器初级线圈一端的MOS开关管Q1构成；所述的该变压器初级线圈一端与MOS开关管连接点通过一导线连接到漏源电压采样电路的输入端，本实施例中，所述的漏源电压采样电路其输入端接在反激式直流变换器中开关管的漏源两极，其输出端与I/O接口连接；所述的变压器次级线圈一端连接升压电路的输入端。所述的主核心模块的数字PWM模块的一个输出端与所述的反激式直流变换器的MOS开关管的栅极连接。
本发明通过漏源电压采样电路25来采样反激式直流变换器21中开关管漏源两极的电压，将采样信号引入主核心模块26的I/O口或者A/D口，通过模块26的数字控制方法，来控制模块21中开关管的驱动信号，实现软开关PWM技术。
请参阅图3，这是本发明基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器中漏源电压采样电路采用一种实施例的总体电方框图。本发明基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯电子镇流器包括电源管理模块30、反激式直流变换器31、升压电路32、电流辅助网络33、直流-交流变换器34、漏源电压采样电路35、主核心模块36。
所述的主核心模块36包括一单片机361、一I/O接口362、一A/D转换模块363、以及一数字PWM模块364。I/O接口362和A/D转换模块363分别与单片机361的输入端连接，单片机361的输出端与数字PWM模块364输入端连接。该实施例中所述的漏源电压采样电路35由相串联的电阻R1和电阻R2构成，电阻R1的一端与电阻R2的一端连接后再与主核心模块36的I/O口相连，电阻R1的另一端接在反激式直流变换器31开关管的漏极，电阻R2的另一端接在开关管的源极。
请参阅图4所示，这是本发明基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器中漏源电压采样电路采用另一种实施例的总体电方框图。本发明基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯电子镇流器包括电源管理模块40、反激式直流变换器41、升压电路42、电流辅助网络43、直流-交流变换器44、漏源电压采样电路45、主核心模块46。
所述的主核心模块46包括一单片机461、一I/O接口462、一A/D转换模块463、以及一数字PWM模块464。I/O接口462和A/D转换模块463分别与单片机461的输入端连接，单片机461的输出端与数字PWM模块464输入端连接。
该实施例中所述的漏源电压采样电路45，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、运算放大器OP1，电阻R1的一端与电阻R2的一端连接后再与电阻R3的一端相连，电阻R1的另一端接在反激式直流变换器41开关管的漏极，电阻R2的另一端接在反激式直流变换器41开关管的源极，电阻R3的另一端接在运算放大器OP1的正输入端，电阻R4的一端接在运算放大器OP1的负输入端，电阻R4的另一端接在运算放大器OP1的输出端(电阻R4亦可以为短路线)，运算放大器OP1的输出端接在46的I/O口或者A/D口。
当检测到反激式直流变换器41中的开关管漏源两极电压下降到几乎为零时，主核心模块46控制数字PWM模块，输出高电平，使开关管开通。
本发明一种基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯电子镇流器，通过MCU的数字控制方法来控制反激式直流变换器的驱动信号，实现用软开关PWM技术控制HID灯，能有效简化车用HID镇流器的硬件结构，以及降低整体功耗和发热量；在车载电源电压很宽的变化范围内，保持很高的转换效率。并有利于减小体积和降低成本。

Claims (7)

1、一种基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器，包括电源管理模块、直流—直流变换器、主核心模块、电流辅助网络、直流-交流变换器、升压电路；其特征在于，
还包括一MOS开关管漏源电压采样电路；
所述的直流—直流变换器由反激式直流变换器构成；所述的反激式直流变换器连接在电源管理模块和电流辅助网络之间；
所述的主核心模块包括一MCU或者DSP单片机、一I/O接口、一A/D转换模块、以及一数字PWM模块；所述的I/O接口和A/D转换模块分别与单片机的输入端连接，所述的A/D转换模块的输入端与反激式直流变换器输出端连接；所述的单片机的输出端与数字PWM模块的输入端连接；所述的数字PWM模块的输出端分别与反激式直流变换器和直流-交流变换器的控制输入端连接；
所述的MOS开关管漏源电压采样电路连接在反激式直流变换器与主核心模块的I/O接口之间；
所述的电流辅助网络的输出端与直流-交流变换器的输入端连接，该直流-交流变换器的输出端分别与高压点火装置和高压气体放电灯连接；
所述的升压电路的输入端与反激式直流变换器的输出端连接，该升压电路的输出端与高压点火装置的输入端连接。
2、根据权利要求1所述的一种基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器，其特征在于，所述的反激式直流变换器主要由一变压器和一连接在该变压器初级线圈一端的MOS开关管构成；所述的变压器初级线圈一端和MOS开关管连接点通过导线连接到漏源电压采样电路的输入端；所述的变压器次级线圈一端连接升压电路的输入端。
3、根据权利要求2所述的一种基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器，其特征在于，所述的主核心模块的数字PWM模块的一个输出端与所述的反激式直流变换器的MOS开关管的栅极连接。
4、根据权利要求1所述的一种基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器，其特征在于，所述的MOS开关管漏源电压采样电路其输入端接在反激式直流变换器中MOS开关管的漏源两极，其输出端与I/O接口连接。
5、根据权利要求1或4所述的一种基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器，其特征在于，所述的MOS开关管漏源电压采样电路由两个串联的电阻构成，该两电阻的连接点通过导线与主核心模块的I/O接口连接。
6、根据权利要求1或4所述的一种基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器，其特征在于，所述的MOS开关管漏源电压采样电路由两个串联的电阻和一运算放大器构成，该两电阻的连接点通过导线与运算放大器的输入端连接，该运算放大器的输出端与主核心模块的I/O接口连接。
7、根据权利要求1所述的一种基于数字控制实现软开关PWM技术的车用HID灯镇流器，其特征在于，所述的电源管理模块的输入端与蓄电池连接。
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