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HID電子鎮(zhèn)流器中逆變電路設(shè)計

作者: 時間:2010-08-27 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  由于大部分汽車燈是交流燈,因此必須提供交流電流和交流電壓。大多數(shù)兩級式的均采用電路作為輸出級。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/180541.htm

  為了抑制燈,特別是短弧金屬鹵化物燈的聲共振問題,經(jīng)常采用低頻交流方波供電[1-3]的策略,但為了快速點燈以及維弧,在點燈的開始階段,電路的工作模式與過渡和穩(wěn)定階段的工作模式都還存在著很大的不同??偨Y(jié)如下:①在啟動階段,選擇某一對角開關(guān)開通,以保證可靠啟動。②在預(yù)熱和維弧階段,通常只需一個周期,即可保證輝光向弧光的穩(wěn)定過渡。一個周期的長度與燈啟動時刻的狀態(tài),即冷燈啟動。還是熱燈啟動有關(guān),也與燈的老化程度有關(guān)。一般來說,冷燈啟動時,預(yù)熱的周期短,而燈熄滅后,短時等待再啟動情況下的周期長;老化嚴重的燈預(yù)熱周期長。為了避免電極的不對稱燒損。控制程序必須保證每個半波中的電流即時間積分相等。③在過渡期間和穩(wěn)態(tài)期間,頻率約為400Hz,占空比為50%。

  為產(chǎn)生較好的方波電流以及兼容預(yù)熱期間的長周期,通常采用的是全橋逆變電路拓撲。在全橋電路中,必須仔細考慮兩個上部開關(guān)管的驅(qū)動方案。對此,①從成本和體積角度來考慮,如果采用3個獨立的電源來作控制電源方案。顯然不合理。②如果采用集成自舉芯片,如:IR2110或BA2030等,則因自舉電容需要預(yù)充電。其電容量不能太小,還需要兼顧多個頻率段的要求,會增加系統(tǒng)體積;此外,工作前,還要先為自舉電容充電,以滿足啟動時長期單臂工作的需要。而且電容量的大小要按最低的切換頻率設(shè)計[1,2],因而電容體積也不可能過小。③過低的頻率一般都不適合采用脈沖變壓器,因而可能會增加體積。

  鑒于這些問題.這里采用分立元件構(gòu)建自舉驅(qū)動電路的方案,該方案雖會增加元件數(shù)量,但不會增加太多的電路面積,而且還可增加設(shè)計的自由度。采用提出的自舉驅(qū)動電路.其驅(qū)動靈活.非常適合低頻逆變器的應(yīng)用。

  2 交流方波逆變電路分析

  全橋逆變電路的負載由電感和電阻串聯(lián)而成。電感不僅是高壓發(fā)生器中高壓變壓器的次級.同時也是鎮(zhèn)流電感。逆變橋相當(dāng)于加在負載兩端的交流矩形波電壓us=±ubus。在任一時刻,交流矩形波電壓均滿足:

  


  說明在t(0+)時刻,電流變化率,即由負變正的上升率最大,uL也最大,隨著負向電流的逐漸減小,電阻兩端的負電壓降絕對值逐漸降低,由式(8)可知,uL也逐漸減小,從而按式(6),電流的變化率降低,并且在uL=ubus電阻電壓降為零時刻時,iL上升為零,而后電流變?yōu)檎?,此后電阻兩端的電壓uR反向變?yōu)檎妷海瑄L繼續(xù)降低,iL的上升率也繼續(xù)降低。直到uR=ubus時刻,uL=0,iL才不再變化,從而達到正向穩(wěn)態(tài),穩(wěn)態(tài)電流可表示為:

  

  要保證得到方波電流和電壓.必須使過渡時間與穩(wěn)態(tài)時間相比可以忽略。對此應(yīng)綜合考慮下述兩個因素。①與燈的等效阻抗匹配的電感值不能過大.而燈的等效阻抗在過渡階段主要是增高變化的。在穩(wěn)態(tài)時等效阻抗最大,所以只要按照最小等效阻抗選取電感值,就能兼容過渡和穩(wěn)態(tài)兩種情況。②電感值的選擇應(yīng)考慮周期和頻率的選取。在燈的運行過程中,400Hz約是最高頻率,因此只要按照400Hz設(shè)計電感值,就能滿足整個運行過程。

  圖1a示出仿真電路,為了更好地說明分析結(jié)果,電感值有意設(shè)定得比較大。圖1b示出電感端電壓uL和電阻端電壓uR的仿真波形。由圖1b可見,在過渡階段,iL的過渡過程與分析結(jié)果基本一致。若減小電感值,則可縮短過渡過程。實際采用的電感值約為690μH。

  

  3 分立元件自舉逆變

  圖2示出采用分立電阻的自舉驅(qū)動逆變電路拓撲。它由分立元件組成,其特點是:①驅(qū)動電路的電源地與逆變?nèi)珮虻哪妇€電源正接在一起.使得控制電源懸浮在母線電源之上;②主晶體管VQ1工作在截止和放大狀態(tài),而非完全的開關(guān)狀態(tài)。在對橋臂開關(guān)施加開通信號期間,工作在恒流狀態(tài)下:施加關(guān)斷信號期間,工作在截止?fàn)顟B(tài)下。

  

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