一種汽車用金鹵燈的快速點(diǎn)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(gòu)造，為改善空氣動(dòng)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?yàn)辂u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(dòng)力特性，利于高速行駛。

金鹵燈的玻璃殼內(nèi)填充著引燃?xì)怏w（氬氣等）、汞及金屬鹵化物。當(dāng)把高壓電加到燈的放電極上時(shí)，在引燃?xì)怏w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(qiáng)光。

包括金鹵燈在內(nèi)的普通高強(qiáng)度氣體放電燈的供電點(diǎn)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(dòng)觸發(fā)電路產(chǎn)生高壓脈沖觸發(fā)燈管，燈點(diǎn)亮后，管壓降低，管流增大，由限流電感進(jìn)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(shè)計(jì)成可控制的。

雖然上述的供電點(diǎn)亮電路可使用DC電壓來點(diǎn)亮金鹵燈，但此種燈從起動(dòng)點(diǎn)亮至達(dá)到規(guī)定的亮度，需要一定的時(shí)間（一般叫“起動(dòng)時(shí)間”），或者在燈暫時(shí)熄滅后，再起動(dòng)時(shí)（再起動(dòng)時(shí)間）需較長的時(shí)間。這是因?yàn)?，?dāng)該金鹵燈從冷態(tài)開始起動(dòng)時(shí)（把這種起動(dòng)叫“冷起動(dòng)”），為使燈泡內(nèi)的金屬鹵化物氣化，需要時(shí)間；當(dāng)該放電燈從點(diǎn)亮狀態(tài)被暫時(shí)熄滅一會(huì)兒后再點(diǎn)亮?xí)r，燈泡內(nèi)的氣壓依點(diǎn)亮狀態(tài)持續(xù)時(shí)間的長短，會(huì)有不同程度的升高。這就需要相應(yīng)地增加觸發(fā)電壓的幅值；另外，當(dāng)環(huán)境溫度高低變化時(shí)，也會(huì)影響所需起動(dòng)電壓幅值的大小。這對(duì)用作汽車前照燈來說，是個(gè)致命的缺點(diǎn)。

圖1普通高強(qiáng)度氣體放電燈的供電點(diǎn)亮電路

圖2快速起動(dòng)點(diǎn)亮供電電路總體框圖

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

2快速起動(dòng)點(diǎn)亮供電電路

2．1快速起動(dòng)點(diǎn)亮供電電路原理

快速起動(dòng)點(diǎn)亮供電電路原理框圖可參見圖2，該點(diǎn)亮電路由12V蓄電池供電，電源電壓E經(jīng)燈開關(guān)K及繼電器觸點(diǎn)J緩螅一路通過二極管D1到端子B，供電給后級(jí)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(diǎn)亮金鹵燈。

電路③的輸出經(jīng)過變壓器T1的次級(jí)繞組T1－2，接到金鹵燈H的電極。電容C1和變壓器T1次級(jí)繞組T1－2的漏感構(gòu)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(dāng)燈處于未點(diǎn)亮狀態(tài)時(shí)，燈點(diǎn)亮起動(dòng)電路⑦發(fā)出信號(hào)給燈點(diǎn)亮電路④，使之產(chǎn)生點(diǎn)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(hào)的變化進(jìn)行調(diào)整的，然后，通過柵極驅(qū)動(dòng)電路⑤把該脈沖信號(hào)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(diǎn)亮后，即刻又關(guān)斷，此時(shí)，電路②的輸出電壓為零。再起動(dòng)時(shí)，電路②的輸出電壓為高電平。從關(guān)斷到再起動(dòng)之間的時(shí)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(shí)間間隔來檢測。這可通過定時(shí)電路⑥來完成。電路⑥檢測出此時(shí)間間隔信號(hào)，并把此信號(hào)傳送給電路⑧，電路⑧輸出相應(yīng)的控制信號(hào)給電路②，使其輸出電平改變，最終達(dá)到燈的恒功率控制。如果在燈點(diǎn)亮后，立即進(jìn)行恒功率控制，會(huì)大大縮短燈的起動(dòng)時(shí)間。

當(dāng)電源E的端電壓跌落到低于預(yù)定值時(shí)，就由電壓降落檢測電路⑨，輸出一個(gè)信號(hào)給電路⑧，改用比額定功率小的控制功率來驅(qū)動(dòng)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(guān)系，檢測出電路的異常狀態(tài)，并把異常狀態(tài)信號(hào)傳送到電路①，切斷電源。當(dāng)電池電壓恢復(fù)到等于或大于預(yù)定的電平時(shí)，燈又起動(dòng)點(diǎn)亮。

2．2快速起動(dòng)點(diǎn)亮電路功能介紹

下面對(duì)圖2框圖中的主要部分功能進(jìn)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(gòu)成的；電感L1接在電源E的正端，N溝道場效應(yīng)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(dòng)電路⑤所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)脈沖來進(jìn)行開關(guān)工作的，當(dāng)S1在控制脈沖作用下導(dǎo)通時(shí)，電感L1就儲(chǔ)能，當(dāng)S1截止時(shí)，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(hào)送入誤差運(yùn)算放大器N1的同相輸入端，而將預(yù)置參考電壓信號(hào)V1送入N1的反相輸入端進(jìn)行比較，N1輸出的誤差信號(hào)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(hào)（電壓值），經(jīng)運(yùn)算放大器N2放大后，再經(jīng)R11送入誤差運(yùn)算放大器N3的同相輸入端；而將預(yù)置參考電流信號(hào)（電壓值）V2經(jīng)緩沖運(yùn)算放大器N4放大后，再經(jīng)R16送入N3的反相輸入端進(jìn)行比較，N3的輸出誤差放大信號(hào)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(hào)送入緩沖運(yùn)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(dòng)金鹵燈的工作。

（5）定時(shí)電路⑥

電路⑥是按照點(diǎn)亮的燈被熄滅的時(shí)間長短來保證躍變到恒功率控制狀態(tài)。該定時(shí)電路是由晶體管V1和RC時(shí)間常數(shù)電路構(gòu)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(gòu)成。N6將其輸入電壓（N1及N3的輸出電壓信號(hào)）同來自振蕩器OSC的鋸齒電壓進(jìn)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(dòng)電路⑤去控制電路②的輸出電壓幅值。

（7）低壓關(guān)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(yīng)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(duì)S2和S3產(chǎn)生恒定的偏置電壓，控制開關(guān)晶體管的定時(shí)工作。以此來減小開關(guān)損耗。

圖3圖2中方框的進(jìn)一步說明