一种汽车用金卤灯的快速点亮电路

1前言

随着人们生活及交往节奏的加快和一条条高速公路的建成，要求不断地改善汽车夜间驾驶的安全性。为此就需要有良好的前照灯视觉构造，为改善空气动力特性，就需要把前照灯的外形做成斜面流线型。现在欧、美、日等国，已用小功率金属卤化物灯代换常规的卤钨灯作为汽车前照灯的光源。因为卤钨灯的光效低，一般为15～35lm/W，显色指数为60～65。而小功率金属卤化物灯，30W的光效为85lm/W，显色指数大于70。35W的光效为67lm/W，显色指数大于75。所以，金属卤化物灯比卤钨灯体积小，光效更高、显色性更好。采用金属卤化物灯作汽车前照灯，可大大改善汽车夜间驾驶的安全性，并可显著改善汽车前部的空气动力特性，利于高速行驶。

金卤灯的玻璃壳内填充着引燃气体（氩气等）、汞及金属卤化物。当把高压电加到灯的放电极上时，在引燃气体放电之后，紧接着就产生汞弧光，由此，也就产生热量，使金属碘化物气化，在汞弧中分解为金属原子和碘原子，金属原子参与放电，并辐射出具有特殊金属光谱的强光。

包括金卤灯在内的普通高强度气体放电灯的供电点亮电路，如图1所示。

汽车中的直流电源UDC一般为12V蓄电池，经过直流电压提升电路升压，再经过DC／AC变换器变换成正弦交流电压，然后由起动触发电路产生高压脉冲触发灯管，灯点亮后，管压降低，管流增大，由限流电感进行限流。为保证加到灯管上的电压可调节，把DC电压升压器输出的电压，设计成可控制的。

虽然上述的供电点亮电路可使用DC电压来点亮金卤灯，但此种灯从起动点亮至达到规定的亮度，需要一定的时间（一般叫“起动时间”），或者在灯暂时熄灭后，再起动时（再起动时间）需较长的时间。这是因为，当该金卤灯从冷态开始起动时（把这种起动叫“冷起动”），为使灯泡内的金属卤化物气化，需要时间；当该放电灯从点亮状态被暂时熄灭一会儿后再点亮时，灯泡内的气压依点亮状态持续时间的长短，会有不同程度的升高。这就需要相应地增加触发电压的幅值；另外，当环境温度高低变化时，也会影响所需起动电压幅值的大小。这对用作汽车前照灯来说，是个致命的缺点。

图1普通高强度气体放电灯的供电点亮电路

图2快速起动点亮供电电路总体框图

本文介绍一种快速点亮汽车用金卤灯的供电电路；它克服了上述一般点亮电路的缺点，可在0.3s内使灯的光输出达到现用的卤钨灯的水平，在3s～5s内灯的光输出达到其额定值。

2快速起动点亮供电电路

2．1快速起动点亮供电电路原理

快速起动点亮供电电路原理框图可参见图2，该点亮电路由12V蓄电池供电，电源电压E经灯开关K及继电器触点J缓螅一路通过二极管D1到端子B，供电给后级控制电路；另一路供给DC电压提升电路②，把输入电池电压E提升后，再经DC／AC高频变换电路③，变成高频正弦交流电压供点亮金卤灯。

电路③的输出经过变压器T1的次级绕组T1－2，接到金卤灯H的电极。电容C1和变压器T1次级绕组T1－2的漏感构成限流电路。电容C1还用来检测金卤灯电流，以判断金卤灯是否接通。当灯处于未点亮状态时，灯点亮起动电路⑦发出信号给灯点亮电路④，使之产生点亮脉冲。

控制电路⑧产生控制脉冲PS，其占空比是根据电路②的输出电压和输出电流检测电阻R3上的电压信号的变化进行调整的，然后，通过栅极驱动电路⑤把该脉冲信号PS加到电路②以控制其输出电压。

控制电路的工作过程如下：

在灯点亮后，即刻又关断，此时，电路②的输出电压为零。再起动时，电路②的输出电压为高电平。从关断到再起动之间的时间间隔长短可由电路②输出端的“零电平”与“高电平”之间的时间间隔来检测。这可通过定时电路⑥来完成。电路⑥检测出此时间间隔信号，并把此信号传送给电路⑧，电路⑧输出相应的控制信号给电路②，使其输出电平改变，最终达到灯的恒功率控制。如果在灯点亮后，立即进行恒功率控制，会大大缩短灯的起动时间。

当电源E的端电压跌落到低于预定值时，就由电压降落检测电路⑨，输出一个信号给电路⑧，改用比额定功率小的控制功率来驱动金卤灯工作。

异常状态检测电路⑩从电路②的输出电压和输出电流之间的关系，检测出电路的异常状态，并把异常状态信号传送到电路①，切断电源。当电池电压恢复到等于或大于预定的电平时，灯又起动点亮。

2．2快速起动点亮电路功能介绍

下面对图2框图中的主要部分功能进行说明（参见图3）。

（1）DC电压提升电路②

电路②是按斩波型DC／DC变换器构成的；电感L1接在电源E的正端，N沟道场效应晶体管S1接在电感L1之后，跨在电源正端和地线之间。S1是按照来自控制电路⑧与栅极驱动电路⑤所产生的驱动脉冲来进行开关工作的，当S1在控制脉冲作用下导通时，电感L1就储能，当S1截止时，电感L1就释放能量，从而提升了DC电压。

（2）DC电压提升电路②的输出电压检测电路11

电路11通过分压电阻R1和R2检测出电路②的输出电压作为采样信号送入误差运算放大器N1的同相输入端，而将预置参考电压信号V1送入N1的反相输入端进行比较，N1输出的误差信号用以控制PWM电路，调节电路②的输出电压。

（3）DC电压提升电路②的输出电流检测电路15

电路15通过R3检测出的输出电流信号（电压值），经运算放大器N2放大后，再经R11送入误差运算放大器N3的同相输入端；而将预置参考电流信号（电压值）V2经缓冲运算放大器N4放大后，再经R16送入N3的反相输入端进行比较，N3的输出误差放大信号用以控制PWM电路，以调节电压提升电路②的输出电流。

（4）电源电压降落检测电路⑨

电路⑨依据来自电源E的采样电压（端子B）的减少量作为采样信号送入缓冲运算放大器N5的同相输入端，经N5放大后再经D4、R19送入N4同相输入端，经放大后再经R16送入N3的反向输入端，其作用同前所述，只是N5的输出使V2被箝位，其结果是用比额定功率小的控制来驱动金卤灯的工作。

（5）定时电路⑥

电路⑥是按照点亮的灯被熄灭的时间长短来保证跃变到恒功率控制状态。该定时电路是由晶体管V1和RC时间常数电路构成的。其工作原理见3.1条所述。

（6）PWM电路14

电路14由比较器N6，缓冲放大器N7和振荡器OSC构成。N6将其输入电压（N1及N3的输出电压信号）同来自振荡器OSC的锯齿电压进行比较后送入N7，经N7产生控制脉冲PS，其占空比是由其输入电压决定的。PWM电路产生的控制脉冲PS经栅极驱动电路⑤去控制电路②的输出电压幅值。

（7）低压关灯电路12

电路12具体可参见图4。该电路由电阻R23稳压管D7和比较器N8等组成。由图4可知N8的反相输入端通过电阻R26接在电阻R24和R25之间，N8的同相输入端接在分压电阻R27和R28之间。N8的输出送到切断电源继电器电路①中，控制继电器的合、分。其工作原理见3.3条所述。

（8）DC／AC高频变换电路③

电路③具体线路见图5（a）。它是用两只场效应晶体管S2、S3组成的推挽电路，把输入的DC电压变换成高频正弦电压。

图中R31、R32作为输出电流检测电阻，电容C4、C5、稳压二极管D8和D9的作用是抑制浪涌电压。恒流二极管D10和D11对S2和S3产生恒定的偏置电压，控制开关晶体管的定时工作。以此来减小开关损耗。

图3图2中方框的进一步说明