用于hid灯的启动电路和方法以及hid开关电源系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于集成电路设计技术领域，具体设及用于HID灯的启动电路和方法W及 HID开关电源系统。
【背景技术】
[0002] HID(Hi曲Intensity Discharge)灯，即高压气体放电灯，是隶灯、钢灯、金灯、氣 灯的统称。HID灯的亮度是传统面素灯泡的=倍，使用寿命比传统面素灯泡长10倍。由于 HID灯具有亮度高、寿命长等优点，不仅应用于汽车照明设备中，还可应用于消防紧急照明 系统、军警野外照明、船舶夜间领航系统、火车头灯照明、工业建筑夜间主要照明、民间轻型 手提户外照明等等。
[0003] HID灯在工作时的电压和电流并不是恒定的，而是受外界因素影响，其中W溫度影 响为主。为了保证照明亮度均匀稳定，驱动HID灯的开关电源忍片通常不采用传统的恒压 或恒流控制方式，而是采用恒功率控制。在HID的点灯启动过程中，也可W运用功率控制技 术，实现快速启动的功能。具体而言，HID灯在工作时两端的电压随溫度的升高而增大。在 点灯启动过程中，初始阶段由于灯管还未预热，故电压比较低，此时称之为"冷灯"；随着工 作时间的积累，灯管溫度逐渐上升，HID灯两端电压随之升高，HID灯也由"冷灯"状态进入 "热灯"状态。为了保证HID可W快速平稳的启动，通常会使HID灯在处于冷灯状态时W较 大的功率进行工作，加快启动过程；当其由冷灯进入热灯状态时，逐渐将功率降至热灯的额 定功率，防止HID长时间工作于大功率下导致寿命减少；当HID充分预热W后，使其在额定 功率下进行恒功率工作。
[0004] 传统的HID启动方法是采用时间延迟进行功率控制。如图1所示，W时间为横坐 标，W功率为纵坐标。在点灯启动时从0开始计时，刚开始处于冷灯状态，HID在高功率Ph下 工作直到时间ti，随后在ti~12时段内开始降功率过程，当预热一段时间后（到时间12)， HID在低功率町下恒功率工作。运种方法可W大致反映出HID的启动过程，但一般时间延 迟ti、t2是预先设定的，系统无法实时判断HID是处于冷灯还是热灯状态。若延迟过长，贝U 启动太慢；若延迟过短，有可能灯没有充分预热而导致点灯失败，故该控制方法存在准确性 差、成功率低的缺点。 阳0化]鉴于上述内容，本领域需要用于HID灯的启动电路及启动方法。
【发明内容】
[0006] 本发明提出了用于HID灯的启动电路及启动方法，并给出了启动电路中分段式功 率基准模块的原理和电路结构。
[0007] 根据本发明的一个实施例，一种用于HID灯的启动电路包括：分段式功率基准电 路，其接收基准信号W及与所述HID灯的电压或电流相关的检测信号并输出分段式功率基 准；乘法器，其接收所述HID灯的电压采样信号和电流采样信号，并将所述电压采样信号和 所述电流采样信号相乘W提供采样功率；W及误差放大器，其接收所述采样功率和所述分 段式功率基准并提供所述采样功率与所述分段式功率基准之间的误差放大信号W控制所 述HID灯的功率。
[0008] 根据一个方面，所述基准信号包括对应于冷灯的第一基准信号和对应于热灯的第 二基准信号，所述第一基准信号小于所述第二基准信号，所述分段式功率基准电路在所述 检测信号低于所述第一基准信号时输出第一功率基准，在所述检测信号高于所述第二基准 信号时输出第二功率基准，并在所述检测信号高于所述第一基准信号且低于所述第二基准 信号时输出在所述第一功率基准与所述第二功率基准之间的功率基准。
[0009] 根据一个方面，所述基准信号包括第一基准信号和第二基准信号，所述第一基准 信号小于所述第二基准信号，所述分段式功率基准电路在所述检测信号低于所述第一基 准信号时输出第一功率基准，并在所述检测信号高于所述第一基准信号时输出第二功率基 准。
[0010] 根据一个方面，所述分段式功率基准电路包括：最大值选取电路，其接收所述检 测信号和第一基准信号，并输出所述检测信号和第一基准信号中的较大值作为第一中间信 号；最小值选取电路，其接收所述第一中间信号和第二基准信号，并输出所述第一中间信号 和第二基准信号中的较小值作为第二中间信号；W及减法器，其接收所述第二中间信号和 第=基准信号，并输出所述第=基准信号与第二中间信号之差作为所述分段式功率基准， 其中所述第一基准信号小于所述第二基准信号，所述第二基准信号小于所述第=基准信 号。
[0011] 根据一个方面，所述分段式功率基准电路包括：最小值选取电路，其接收所述检 测信号和第二基准信号，并输出所述检测信号和第二基准信号中的较小值作为第一中间信 号；最大值选取电路，其接收所述第一中间信号和第一基准信号，并输出所述第一中间信号 和第一基准信号中的较大值作为第二中间信号；W及减法器，其接收所述第二中间信号和 第=基准信号，并输出所述第=基准信号与第二中间信号之差作为所述分段式功率基准， 其中所述第一基准信号小于所述第二基准信号，所述第二基准信号小于所述第=基准信 号。
[0012] 根据一个方面，所述分段式功率基准电路包括：最小值选取电路，其接收所述检 测信号和第一基准信号，并输出所述检测信号和第一基准信号中的较小值作为第一中间信 号；W及减法器，其接收所述第一中间信号和第二基准信号，并输出所述第二基准信号与 第一中间信号之差作为所述分段式功率基准，其中所述第一基准信号小于所述第二基准信 号。
[0013] 根据一个方面，所述最大值选取电路包括：差分对称结构，其接收两个差分输入并 提供所述两个差分输入中的较大值；W及电平转移电路，其接收并提供由所述差分对称结 构输出的所述较大值。
[0014] 根据一个方面，所述差分对称结构包括：第一=极管和第二=极管，其发射极连接 在一起；第==极管，其发射极连接至所述第一=极管的基极，所述第==极管的基极接收 第一差分输入；W及第四=极管，其发射极连接至所述第二=极管的基极，所述第四=极管 的基极接收第二差分输入，其中所述第一=极管和第二=极管的发射极输出所述第一差分 输入和第二差分输入中的较大值。
[0015] 根据一个方面，所述电平转移电路包括：第五=极管，其发射极连接至所述第一= 极管和第二=极管的发射极W接收所述较大值；W及第六=极管，其发射极连接至所述第 五=极管的基极，并且所述第六=极管的基极输出所述较大值。
[0016] 根据一个方面，所述最大值选取电路包括差分放大器结构，所述差分放大器结构 包括：第一级差分放大器，其接收第一差分输入和第二差分输入，并输出所述第一差分输入 和第二差分输入中的较大值；W及第二级放大器，其接收并输出所述较大值。
[0017] 根据一个方面，所述第一级差分放大器包括：第一晶体管、第二晶体管和第=晶体 管，其源极并联至第一电流源，所述第二晶体管和所述第=晶体管的栅极分别接收所述第 一差分输入和第二差分输入，所述第二晶体管和所述第=晶体管的漏极连接在一起；与所 述第一晶体管串联的第四晶体管W及与所述第二晶体管串联的第五晶体管，其中所述第四 晶体管和所述第五晶体管的栅极连接在一起并连接至所述第一晶体管的漏极，其中所述第 一晶体管的栅极输出所述第一差分输入和第二差分输入中的较大值。
[0018] 根据一个方面，所述第二级放大器包括：第二电流源；W及与所述第二电流源串 联的第六晶体管，所述第六晶体管的栅极连接至所述第=晶体管的漏极，并且所述第六晶 体管的漏极连接至所述第一晶体管的栅极。
[0019] 根据一个方面，所述差分放大器结构还包括：密勒补偿网络，所述密勒补偿网络包 括在所述第六晶体管的漏极与栅极之间串联的电阻和电容。
[0020] 根据一个方面，所述最小值选取电路包括：差分对称结构，其接收两个差分输入并 提供所述两个差分输入中的较小值；W及电平转移电路，其接收并提供由所述差分对称结 构输出的所述较小值。
[0021] 根据一个方面，所述差分对称结构包括：第一=极管和第二=极管，其发射极连接 在一起；第==极管，其发射极连接至所述第一=极管的基极，所述第==极管的基极接收 第一差分输入；W及第四=极管，其发射极连接至所述第二=极管的基极，所述第四=极管 的基极接收第二差分输入，其中所述第一=极管和第二=极管的发射极输出所述第一差分 输入和第二差分输入中的较小值。
[0022] 根据一个方面，所述电平转移电路包括：第五=极管，其发射极连接至所述第一= 极管和第二=极管的发射极W接收所述较小值；W及第六=极管，其发射极连接至所述第 五=极管的基极，并且所述第六=极管的基极输出所述较小值。
[0023] 根据一个方面，所述最小值选取电路包括差分放大器结构，所述差分放大器结构 包括：第一级差分放大器，其接收第一差分输入和第二差分输入，并输出所述第一差分输入 和第二差分输入中的较小值；W及第二级放大器，其接收并输出所述较小值。
[0024] 根据一个方面，所述第一级差分放大器包括：第一晶体管、第二晶体管和第=晶体 管，其源极并联至第一电流源，所述第二晶体管和所述第=晶体管的栅极分别接收所述第 一差分输入和第二差分输入，所述第二晶体管和所述第=晶体管的漏极连接在一起；与所 述第一晶体管串联的第四晶体管W及与所述第二晶体管串联的第五晶体管，其中所述第四 晶体管和所述第五晶体管的栅极连接在一起并连接至所述第一晶体管的漏极，其中所述第 一晶体管的栅极输出所述第一差分输入和第二差分输入中的较小值。
[00巧]根据一个方面，所述第二级放大器包括：第二电流源；W及与所述第二电流源串 联的第六晶体管，所述第六晶体管的栅极连接至所述第=晶体管的漏极，并且所述第六晶 体管的漏极连接至所述第一晶体管的栅极。
[00%] 根据一个方面，所述差分放大器结构还包括：密勒补偿网络，所述密勒补偿网络包 括在所述第六晶体管的漏极与栅极之间串联的电阻和电容。
[0027] 根据本发明的另一个实施例，一种HID开关电源系统包括连接至HID灯的启动电 路；功率变换器，所述功率变换器接收输入电压并向所述HID灯提供功率；W及PWM控制 器，所述PWM控制器提供PWM信号W调节所述功率变换器提供给所述HID灯的功率，其中所 述启动电路包括：分段式功率基准电路，其接收基准信号W及与所述HID灯的电压或电流 相关的检测信号并输出分段式功率基准；乘法器，其接收所述HID灯的电压采样信号和电 流采样信号，并将所述电压采样信号和所述电流采样信号相乘W提供采样功率；W及误差 放大器，其接收所述采样功率和所述分段式功率基准并提供所述采样功率与所述分段式功 率基准之间的误差放大信号给所述PWM控制器W控制所述HID灯的功率。
[0028] 根据一个方面，所述分段式功率基准电路包括：最大值选取电路，其接收所述检 测信号和第一基准信号，并输出所述检测信号和第一基准信号中的较大值作为第一中间信 号；最小值选取电路，其接收所述第一中间信号和第二基准信号，并输出所述第一中间信号 和第二基准信号中的较小值作为第二中间信号；W及减法器，其接收所述第二中间信号和 第=基准信号，并输出所述第=基准信号与第二中间信号之差作为所述分段式功率基准， 其中所述第一基准信号小于所述第二基准信号，所述第二基准信号小于所述第=基准信 号。
[0029] 根据一个方面，所述分段式功率基准电路包括：最小值选取电路，其接收所述检 测信号和第二基准信号，并输出所述检测信号和第二基准信号中的较小值作为第