專利名稱：簡單可控時序脈沖式點火電路的控制方法及控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及HID燈電子鎮(zhèn)流器的點火電路拓撲，具體涉及一種簡單可控時序、并且 避免了反向電壓脈沖疊加現(xiàn)象的高效脈沖式點火電路控制方法及控制裝置。
背景技術：
高強度氣體放電(HID)燈憑借高光效、長壽命等優(yōu)勢，成為了繼白熾燈、熒光燈之 后的第三代照明光源，并且在綠色照明領域中扮演著越來越重要的角色。由于HID燈體 內氣壓為大氣壓強的幾倍甚至幾十倍，要將其點亮，需要幾千伏甚至幾十千伏的擊穿電壓。
目前針對HID燈的點火電路大多采用脈沖點火和諧振點火兩種高壓點火方式。諧振 式點火方案在工作時需要分別設置一個點火頻率和穩(wěn)態(tài)工作頻率，并且在產生高壓點火脈 沖時要進行掃頻，因此驅動頻率控制方案較為復雜。脈沖式點火方案通過引入一個高升壓 比的輔助點火變壓器來產生足夠高的點火脈沖信號以擊穿HID燈。但是HID燈在點火擊 穿后能否順利啟動，很大程度上還取決于對點火脈沖產生時序的控制，因為在HID燈擊 穿后還需要鎮(zhèn)流器提供持續(xù)穩(wěn)定的能量來維持燈弧穩(wěn)定，因此能否將HID燈觸發(fā)點亮和 能否提供持續(xù)穩(wěn)定的能量都對HID燈的點火啟動過程影響很大。對于應用了脈沖式點火 方案的低頻電子鎮(zhèn)流器，同時還要考慮產生的高壓點火脈沖與燈兩端低頻交流方波電壓疊 加有效性的問題，如果高壓信號產生于反向方波脈沖發(fā)生時，其有效的點火電壓只是二者 電壓的差值，會影響有效擊穿的效率。對于大多數(shù)已有的脈沖式點火拓撲，保證一定的脈 沖發(fā)生時序就需要較為復雜的外加電路，如果再將有效點火電壓疊加的問題作為考慮因 素，點火控制電路的設計就更為復雜。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種新型的脈沖式點火控制裝置，能同時解決點火脈 沖時序控制和有效點火電壓疊加的問題，并且控制方法較為簡單，通過簡單的硬件設置即 可完成，在數(shù)字控制和模擬控制方案中都可以使用。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種脈沖式點火控制裝置，包括分別連接在全 橋變流器的兩個橋臂中點與地之間的兩組RC充放電回路RC充放電回路I和RC充放電回路II，還包括氣體放電管以及副邊與主電路中的HID燈串聯(lián)的點火變壓器；RC充放電回
路I由串聯(lián)的充電電阻&和電容d組成，RC充放電回路II由串聯(lián)的充電電阻R2和電容C2 組成；氣體放電管與點火變壓器的原邊以及電容Q和電容C2組成串聯(lián)回路。
本發(fā)明還同時公開了利用上述脈沖式點火控制裝置進行的簡單可控時序的脈沖式點
火控制方法，包括以下步驟
1) 、通過RC充放電回路參數(shù)的選擇以及氣體放電管擊穿電壓的選取來控制高壓脈沖
產生的時序；
第一個脈沖產生時間<formula>formula see original document page 5</formula>第二個點火脈沖產生時間<formula>formula see original document page 5</formula>維持燈弧的時間<formula>formula see original document page 5</formula>其中Vc為選取的第三次(以每半個燈電壓周期產生兩個點火脈沖為例)充電電壓最 大值，Vde為己知的母線電壓，Vb。為選取的氣體放電管擊穿電壓，
<formula>formula see original document page 5</formula>其中放電諧振頻率/—JS據(jù)燈特性選?。?br> 2) 、母線電壓通過充電電阻Ri向電容d充電，與此同時，電容C2通過充電電阻R2進行 放電；
3) 、當電容d、 C2端電壓差達到氣體放電管的擊穿電壓時，即產生高壓脈沖，從而實
現(xiàn)通過硬件參數(shù)的選取來控制點火脈沖的時序。
本發(fā)明還同時公開了利用上述脈沖式點火控制裝置進行的點火電壓疊加有效性的控
制方法，包括以下步驟
1) 、兩組RC充電回路RC充放電回路I和RC充放電回路n分別連接在全橋變流
器兩個橋臂的中點；
2) 、通過上述RC充放電回路I和RC充放電回路n來識別當前全橋變流器輸出電壓
的相位；
3) 、將點火變壓器連接在兩組RC充電回路中，以便使得產生的高壓點火脈沖跟蹤全
橋變流器輸出電壓的相位。
采用本發(fā)明的HID燈電子鎮(zhèn)流器點火電路控制方法和控制裝置，可同時實現(xiàn)簡單而 精確的點火脈沖時序控制和有效點火電壓同向疊加；因此本發(fā)明具有簡單高效的優(yōu)點。
本發(fā)明主要的特點是由于高壓點火脈沖時序的控制對HID燈的點火及啟動過程影響十分重要，因此大量的脈沖點火拓撲都需要復雜的外加控制電路，或者采用軟件來配合 完成，但是這些方法都不具備很好的可移植性。本發(fā)明提出并設計了一種簡單可控時序的 脈沖點火裝置，通過簡單的硬件參數(shù)設計(RC充放電回路參數(shù)R、 C的設計)和選取來 控制點火產生的時序，以達到期望中的脈沖時序，保證HID燈能夠完成迅速高效的點火。
本發(fā)明的另一特點是所述控制方法以及控制裝置所產生的高壓脈沖信號嚴格跟隨逆
變級的輸出相位，使得高壓脈沖信號與HID燈兩端的母線電壓相位保持一致，始終實現(xiàn) 正向疊加，提高點火脈沖電壓負值，提高點火成功率。


下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細說明。 圖1是本發(fā)明的脈沖式點火控制裝置的連接關系示意圖； 圖2是本發(fā)明的實際電路點火脈沖產生原理說明圖2中A為前半個周期點火脈沖產生說明圖；B為后半個周期點火脈沖產生說明圖； 圖3是本發(fā)明方案產生的可控時序全周期同向疊加點火脈沖的仿真說明圖； 圖4是本發(fā)明方案產生的全周期同向疊加實際點火脈沖圖4中A為前半個周期產生的同向疊加點火脈沖；B為后半個周期產生的同向疊加
點火脈沖。
具體實施例方式
實施例1、 一種HID燈電子鎮(zhèn)流器點火電路控制裝置(如圖1所示)，包括由Qi、 Q2、 Q3、 Q4組成的全橋變流器5，包括分別連接在全橋變流器5的兩個橋臂中點與地之間的兩 組RC充放電回路，即RC充放電回路I1和RC充放電回路II2;還包括與電容d、電容 C2組成放電回路的氣體放電管3以及點火變壓器4。
RC充放電回路I 1由串聯(lián)的充電電阻Ri和電容d組成，RC充放電回路I12由串聯(lián) 的充電電阻R2和電容C2組成；氣體放電管3與點火變壓器4的原邊以及電容d和電容 C2組成串聯(lián)回路，點火變壓器4的副邊與主電路中的HID燈串聯(lián)。
具體為-
全橋變流器5由Q" Q2、 Q3、 Q4組成，Qi與Q4采用相同的控制信號，Q2與Q3采用與Q!、 Q4互補的控制信號，使得整個全橋的兩個橋臂交替工作，使得兩個橋臂中點可以得到交流 信號；并在信號高低電平轉換時留有一段死區(qū)時間，防止同一橋臂的兩個管子(例如Qi、 Q3)同時開通，導致輸出短路。點火信號沒有直接取自母線(DC/DC的輸入端)，而是來自全橋電路的一個中點，這 樣，只有當Q卜Q4開通時(如圖2中的A)，母線才會通過充電電阻&對電容d充電，
電容C2通過充電電阻R2放電，只要適當?shù)脑O置充電電阻R" R2以及電容d、 C2值，使
得產生脈沖的時間小于逆變級工作周期的二分之一，就可以保證在Qh Q4關斷之前產生 點火脈沖，避免點火脈沖落在死區(qū)時間內。當Q2、 Qs開通時(如圖2中的B)，直流母線 會通過充電電阻R2對電容C2充電，而電容d通過充電電阻Ri放電。通過合理的參數(shù)選 擇，可以對點火脈沖進行精確的定位，有助于燈弧的穩(wěn)定和燈電極盡快達到熱電子發(fā)射狀 態(tài)。
設置合理參數(shù)的具體內容如下
1、設母線電壓為Vdc (由DC/DC輸出電壓決定)，氣體放電管3擊穿電壓為Vb。(由所 選器件特性決定)，則可以根據(jù)逆變級正常工作頻率foc/Ac來設置產生點火脈沖時間，即RC
電路充電時間為7^^xqxln ,，考慮到點火脈沖寬度要有一定的寬度tpuke，由
、L -K。」
于d、 c2、 14諧振放電回路的諧振頻率/;*=1 = ^^=(式中c-^l^) ,c不
t pulse 27T^/丄!C Cj+C2
能取得過小，可根據(jù)所需脈沖寬度tp^e以及點火變壓器4已知的原邊電感量Li來確定，點火 變壓器4原邊電感量L!由點火變壓器4的變比與副邊電感量L2共同決定。同時為了保證兩組
RC充放電回路充放電時間相同，可采用C尸C2的設計方式，通過已經得到的C計算可得Ri; R2、 C2的設置方式與Rh d相同。此時，點火脈沖如圖2所示。
如本發(fā)明裝置點火脈沖時序關系仿真圖3所示，設置在每半個周期產生2個點火脈沖， 為了保證第二次點火脈沖產生之后以及燈電壓換相前有足夠的恒流維持時間，盡量設置第 三次充電電壓小于所選氣體放電管3的擊穿電壓Vb。(已知)，并且盡量接近Vb。，取為 Vc (Vc的選擇可根據(jù)巳知的Vb。值來確定，例如可設定為Vb。的90。/。)，由于每半個周期 的最后一次充放電過程并沒有達到擊穿氣體放電管3所需要的電壓，則每次電壓換相后的 第一個脈沖為從V-Vc到Vb。的充電時間，因此第一個點火脈沖產生的時間相對較長一些， 計算方法如下
、=4x(", (2)
由公式1和公式2可推導出<formula>formula see original document page 8</formula>
第一個點火脈沖產生以后，兩個電容上等電位，為乂。=|
生的時間相對較短，為:
<formula>formula see original document page 8</formula>
所以第二個點火脈沖產
<formula>formula see original document page 8</formula>
這樣一來，每半個周期中可以留給鎮(zhèn)流器一定的時間為HID燈提供穩(wěn)定的能量來維 持燈弧，這一時間為
<formula>formula see original document page 8</formula>
至此，點火時序(第一個脈沖產生時間Ti、第二個點火脈沖產生時間T2以及維持燈 弧的時間Th。w)已經全部確定，此方法不需要通過外加信號控制電路來控制點火脈沖的產 生時序，簡單而有效。其產生的點火脈沖時序關系如圖3所示。
實施例2、點火脈沖Vpulse的相位可以通過如圖2所示連接方法，嚴格跟蹤逆變級輸 出電壓Vdc的相位，既保證每個有效點火脈沖的絕對值為Vde+Vpulse。圖中點劃線代表逆變
級輸出電壓Vdc的相位，虛線代表高壓點火脈沖Vpuke的相位，可見，當Qi、 Q4開通時，
疊加在燈管兩端的母線電壓為左+右-，此時Q充電C2放電，氣體放電管3擊穿時，疊 加在燈管兩端的高壓脈沖同樣為左+右-，有效點火電壓為Vde+Vpulse。
相反，當Q2、 Q3開通時，疊加在燈管兩端的母線電壓為右+左-，此時電容C2充電 電容d放電，氣體放電管3擊穿時，疊加在燈管兩端的高壓脈沖同樣為右+左-，有效
點火電壓為-Vdc-Vpuke，如圖4所示。
至此，點火電壓有效性的控制問題已經得到了充分的解決，在一個點逆變級周期內， 產生的點火電壓有效值均為IVd。 + Vpu]se| ，提高了點火成功率。
最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的一個具體實施例。顯然，本發(fā)明不 限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發(fā)明公開的內容直接 導出或聯(lián)想到的所有變形，均應認為是本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1、一種脈沖式點火控制裝置，其特征是包括分別連接在全橋變流器(5)的兩個橋臂中點與地之間的兩組RC充放電回路RC充放電回路I(1)和RC充放電回路II(2)，還包括氣體放電管(3)以及副邊與主電路中的HID燈串聯(lián)的點火變壓器(4)；所述RC充放電回路I(1)由串聯(lián)的充電電阻R1和電容C1組成，所述RC充放電回路II(2)由串聯(lián)的充電電阻R2和電容C2組成；氣體放電管(3)與點火變壓器(4)的原邊以及電容C1和電容C2組成串聯(lián)回路。
2、利用權利要求l所述的脈沖式點火控制裝置進行的簡單可控時序的脈沖式點火控制方 法，其特征是包括以下步驟1) 、通過RC充放電回路參數(shù)的選擇以及氣體放電管(3)擊穿電壓的選取來控制高壓脈 沖產生的時序；第一個脈沖產生時間<formula>formula see original document page 2</formula>第二個點火脈沖產生時間<formula>formula see original document page 2</formula>維持燈弧的時間<formula>formula see original document page 2</formula>其中Vc為選取的第三次充電電壓最大值，Vde為己知的母線電壓，Vb。為選取的氣體放電管(3)擊穿電壓，c = _gii^L= 1-，其中放電諧振頻率/ ^根據(jù)燈特性選取，點火變壓器(4)原邊電感量L,由點火變壓器(4)的變比與副邊電感量L2共同決定；2) 、母線電壓通過充電電阻R4向電容Q充電，與此同時，電容C2通過充電電阻R2進行放電；3) 、當電容Q、 C2端電壓差達到氣體放電管(3)的擊穿電壓時，即產生高壓脈沖，從而 實現(xiàn)通過硬件參數(shù)的選取來控制點火脈沖的時序。
3、利用權利要求1所述的脈沖式點火控制裝置進行的點火電壓疊加有效性的控制方法， 其特征是包括以下步驟1)、兩組RC充電回路RC充放電回路I (1)和RC充放電回路II (2)分別連接在全 橋變流器(5)兩個橋臂的中點；2) 、通過上述RC充放電回路I (1)和RC充放電回路II (2)來識別當前全橋變流器 (5)輸出電壓的相位；3) 、將點火變壓器(4)連接在兩組RC充電回路中，以便使得產生的高壓點火脈沖跟蹤 全橋變流器(5)輸出電壓的相位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種脈沖式點火控制裝置，包括分別連接在全橋變流器(5)的兩個橋臂中點與地之間的兩組RC充放電回路RC充放電回路I(1)和RC充放電回路II(2)，還包括氣體放電管(3)以及副邊與主電路中的HID燈串聯(lián)的點火變壓器(4)；RC充放電回路I(1)由串聯(lián)的充電電阻R₁和電容C₁組成，RC充放電回路II(2)由串聯(lián)的充電電阻R₂和電容C₂組成；氣體放電管(3)與點火變壓器(4)的原邊以及電容C₁和電容C₂組成串聯(lián)回路。本發(fā)明還同時公開了利用上述裝置進行的簡單可控時序的脈沖式點火控制方法以及點火電壓疊加有效性的控制方法。本發(fā)明能同時解決點火脈沖時序控制和有效點火電壓疊加的問題。
文檔編號H05B41/14GK101553068SQ20091009847
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月11日 優(yōu)先權日2009年5月11日
發(fā)明者錢照明, 敏 陳, 馬重光 申請人:浙江大學