用以实现点火脉冲叠加和时序控制的脉冲式点火控制装置的制作方法

专利名称：用以实现点火脉冲叠加和时序控制的脉冲式点火控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种脉冲式点火控制装置，特别是一种用以实现点火脉冲叠加和时序 控制的脉冲式点火控制装置。
背景技术：
高强度气体放电(HID)灯凭借高光效、长寿命等优势，成为了继白炽灯、荧光灯之 后的第三代照明光源，并且在绿色照明领域中扮演着越来越重要的角色。由于HID灯体 内气压为大气压强的几倍甚至几十倍，要将其点亮，需要几千伏甚至几十千伏的击穿电压。
目前针对HID灯的点火电路大多采用脉冲点火和谐振点火两种高压点火方式。谐振 式点火方案在工作时需要分别设置一个点火频率和稳态工作频率，并且在产生高压点火脉 冲时要进行扫频，因此驱动频率控制方案较为复杂。脉冲式点火方案通过引入一个高升压 比的辅助点火变压器来产生足够高的点火脉冲信号以击穿HID灯。但是HID灯在点火击 穿后能否顺利启动，很大程度上还取决于对点火脉冲产生时序的控制，因为在HID灯击 穿后还需要镇流器提供持续稳定的能量来维持灯弧稳定，因此能否将HID灯触发点亮和 能否提供持续稳定的能量都对HID灯的点火启动过程影响很大。对于应用了脉冲式点火 方案的低频电子镇流器，同时还要考虑产生的高压点火脉冲与灯两端低频交流方波电压叠 加有效性的问题，如果高压信号产生于反向方波脉冲发生时，其有效的点火电压只是二者 电压的差值，会影响有效击穿的效率。对于大多数已有的脉冲式点火拓扑，保证一定的脉 冲发生吋序就需要较为复杂的外加电路，如果再将有效点火电压叠加的问题作为考虑因 素，点火控制电路的设计就更为复杂。

实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种用以实现点火脉冲叠加和时序控制的脉冲 式点火控制装置，采用本实用新型的控制装置能同时解决点火脉冲时序控制和有效点火电 压叠加的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种用以实现点火脉冲叠加和时序控制的脉 冲式点火控制装置，包括连接在主电路中的全桥变流器以及分别连接在全桥变流器的两个桥臂中点与地之间的两组RC充放电回路RC充放电回路I和RC充放电回路II，还包括气 体放电管以及副边与主电路中的HID灯串联的点火变压器；RC充放电回路I由串联的充
电电阻&和电容d组成，RC充放电回路II由串联的充电电阻R2和电容C2组成；气体放电 管与点火变压器的原边以及电容Q和电容C2组成串联谐振放电回路。
本实用新型的脉冲式点火控制装置可用于进行简单可控时序的脉冲式点火控制，包括
以下步骤
1) 、通过RC充放电回路参数的选择以及气体放电管击穿电压的选取来控制高压脉冲
产生的时序；
第一个脉冲产生时间ri=i 2xC2xln :c ; 第二个点火脉冲产生时间& = i 2 X C2 X ln丄 Krfc ;
二 ~c K6o
维持灯弧的时间7;。w=ir——j;_r2;
其中v。为选取的第三次(以每半个灯电压周期产生两个点火脉冲为例)充电电压最
大值，Vde为已知的母线电压，Vb。为选取的气体放电管击穿电压， C = = a 2丄-，其中放电谐振频率/—Jt据灯特性选取；
2) 、母线电压通过充电电阻R4向电容d充电，与此同时，电容C2通过充电电阻R2进行
放电；
3) 、当电容d、 C2端电压差达到气体放电管的击穿电压时，即产生高压脉冲，从而实 现通过硬件参数的选取来控制点火脉冲的时序。
本实用新型的脉冲式点火控制装置还可用于进行点火电压叠加有效性的控制，包括 以下步骤
1) 、两组RC充电回路RC充放电回路I和RC充放电回路II分别连接在全桥变流 器两个桥臂的中点；
2) 、通过上述RC充放电回路I和RC充放电回路II来识别当前全桥变流器输出电压 的相位；
3) 、将点火变压器连接在两组RC充电回路中，以便使得产生的高压点火脉冲跟踪全 桥变流器输出电压的相位。
采用本实用新型的控制装置，可同时实现简单而精确的点火脉冲时序控制和有效点火电压同向叠加；因此本实用新型具有简单高效的优点。
本实用新型主要的特点是由于高压点火脉冲时序的控制对HID灯的点火及启动过 程影响十分重要，因此大量的脉冲点火拓扑都需要复杂的外加控制电路，或者采用软件来 配合完成，但是这些方法都不具备很好的可移植性。本实用新型提出并设计了一种简单可 控时序的脉冲点火装置，通过简单的硬件参数设计(RC充放电回路参数R、 C的设计) 和选取来控制点火产生的时序，以达到期望中的脉冲时序，保证HID灯能够完成迅速高 效的点火。
本实用新型的控制装置能使所产生的高压脉冲信号严格跟随逆变级的输出相位，从 而使得高压脉冲信号与HID灯两端的母线电压相位保持一致，始终实现正向叠加，提高 点火脉冲电压负值，提高点火成功率。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细说明。

图1是本实用新型的脉冲式点火控制装置的连接关系示意图； 图2是本实用新型的实际电路点火脉冲产生原理说明图2中A为前半个周期点火脉冲产生说明图；B为后半个周期点火脉冲产生说明图； 图3是本实用新型的可控时序全周期同向叠加点火脉冲的仿真说明图； 图4是本实用新型的全周期同向叠加实际点火脉冲图4中A为前半个周期产生的同向叠加点火脉冲；B为后半个周期产生的同向叠加 点火脉冲。
具体实施方式
实施例1、 一种HID灯电子镇流器点火电路控制装置(如图1所示)，包括由Qh Q2、 Q3、 Q4组成的全桥变流器5，包括分别连接在全桥变流器5的两个桥臂中点与地之间的两 组RC充放电回路，即RC充放电回路I 1禾口 RC充放电回路II2;还包括与电容d、电容 C2组成放电回路的气体放电管3以及点火变压器4。
RC充放电回路I 1由串联的充电电阻Ri和电容d组成，RC充放电回路I12由串联 的充电电阻R2和电容C2组成；气体放电管3与点火变压器4的原边以及电容d和电容 C2组成串联回路，点火变压器4的副边与主电路中的HID灯串联。
具体为-
桥变流器5由Q^ Q2、 Q3、 Q4组成，Qi与Q4采用相同的控制信号，Q2与Q3釆用与Q!、 Q4互补的控制信号，使得整个全桥的两个桥臂交替工作，使得两个桥臂中点可以得到交流信号；并在信号高低电平转换时留有一段死区时间，防止同一桥臂的两个管子(例如Qb Q3)同时开通，导致输出短路。
点火信号没有直接取自母线(DC/DC的输入端)，而是来自全桥电路的一个中点，这 样，只有当Qh Q4开通时(如图2中的A)，母线才会通过充电电阻Ri对电容d充电，
电容C2通过充电电阻R2放电，只要适当的设置充电电阻R卜R2以及电容d、 C2值，使
得产生脉冲的时间小于逆变级工作周期的二分之一，就可以保证在Q卜Q4关断之前产生 点火脉冲，避免点火脉冲落在死区时间内。当Q2、 Q3开通时(如图2中的B)，直流母线 会通过充电电阻R2对电容C2充电，而电容d通过充电电阻R!放电。通过合理的参数选 择，可以对点火脉冲进行精确的定位，有助于灯弧的稳定和灯电极尽快达到热电子发射状 态。
设置合理参数的具体内容如下
1、设母线电压为Vdc (由DC/DC输出电压决定)，气体放电管3击穿电压为Vb。(由所
选器件特性决定)，则可以根据逆变级正常工作频率fbc/AC来设置产生点火脉冲时间，即RC
电路充电时间为r二^xqxln ^^「，考虑到点火脉冲宽度要有一定的宽度tpuke，由
、- L」
于d、 c2、 Li谐振放电回路的谐振频率y—,1:~~^=(式中0 = ^^) ,c不
能取得过小，可根据所需脉冲宽度tp化e以及点火变压器4已知的原边电感量U来确定，点火
变压器4原边电感量Li由点火变压器4的变比与副边电感量L2共同决定。同时为了保证两组 RC充放电回路充放电时间相同，可采用C产C2的设计方式，通过已经得到的C计算可得Rn R2、 C2的设置方式与R^ d相同。此时，点火脉冲如图2所示。
如图3所示，设置在每半个周期产生2个点火脉冲，为了保证第二次点火脉冲产生之 后以及灯电压换相前有足够的恒流维持时间，尽量设置第三次充电电压小于所选气体放电
管3的击穿电压Vb。(已知)，并且尽量接近Vb。，取为Ve (Ve的选择可根据已知的Vb。
值来确定，例如可设定为Vb。的90"/。)，由于每半个周期的最后一次充放电过程并没有达
到击穿气体放电管3所需要的电压，则每次电压换相后的第一个脉冲为从V-Ve到Vb。的充 电时间，因此第一个点火脉冲产生的时间相对较长一些，计算方法如下<formula>formula see original document page 6</formula>
由公式1和公式2可推导出^ =尺2 x C2 x In
f 2 =尺2x C2 x In
4
i; = f2 -气=i 2 x C2 x In
第一个点火脉冲产生以后，两个电容上等电位，为V。。
生的时间相对较短，为
V,
(3)
(4)
(5)
所以第二个点火脉冲产
(6)
(7)
(8)
这样一来，每半个周期中可以留给镇流器一定的时间为HID灯提供稳定的能量来维
持灯弧，这一时间为
1
^ = W2xC2xln2
r2 =~-；3 -Z^x&xln
1 4
71= 二71
i /jow 2 J /"，
⑨
至此，点火时序(第一个脉冲产生时间T卜第二个点火脉冲产生时间T2以及维持灯 弧的时间Th。w)已经全部确定，此方法不需要通过外加信号控制电路来控制点火脉冲的产 生时序，简单而有效。其产生的点火脉冲时序关系如图3所示。
实施例2、点火脉冲Vpuke的相位可以通过如图2所示连接方法，严格跟踪逆变级输 出电压Vde的相位，既保证每个有效点火脉冲的绝对值为Vdc+Vpulse。图中点划线代表逆变
级输出电压Vdc的相位，虚线代表高压点火脉冲Vpuke的相位，可见，当Q^ Q4开通时，
叠加在灯管两端的母线电压为左+右-，此时d充电Q放电，气体放电管3击穿时，叠 加在灯管两端的高压脉冲同样为左+右-，有效点火电压为Vde+Vpulse。
相反，当Q2、 Q3开通时，叠加在灯管两端的母线电压为右+左-，此时电容Q充电
电容G放电，气体放电管3击穿时，叠加在灯管两端的高压脉冲同样为右+左-，有效
点火电压为-Vdc-V一e，如图4所示。
至此，点火电压有效性的控制问题已经得到了充分的解决，在一个点逆变级周期内，
产生的点火电压有效值均为IVd。+Vpu^1，提高了点火成功率。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的若干个具体实施例。显然，本 实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型 公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。
权利要求1、一种用以实现点火脉冲叠加和时序控制的脉冲式点火控制装置，其特征是包括连接在主电路中的全桥变流器(5)以及分别连接在全桥变流器(5)的两个桥臂中点与地之间的两组RC充放电回路RC充放电回路I(1)和RC充放电回路II(2)，还包括气体放电管(3)以及副边与主电路中的HID灯串联的点火变压器(4)；所述RC充放电回路I(1)由串联的充电电阻R1和电容C1组成，所述RC充放电回路II(2)由串联的充电电阻R2和电容C2组成；气体放电管(3)与点火变压器(4)的原边以及电容C1和电容C2组成串联谐振放电回路。
专利摘要本实用新型公开了一种用以实现点火脉冲叠加和时序控制的脉冲式点火控制装置，包括连接在主电路中的全桥变流器(5)以及分别连接在全桥变流器(5)的两个桥臂中点与地之间的两组RC充放电回路RC充放电回路I(1)和RC充放电回路II(2)，还包括气体放电管(3)以及副边与主电路中的HID灯串联的点火变压器(4)；RC充放电回路I(1)由串联的充电电阻R₁和电容C₁组成，RC充放电回路II(2)由串联的充电电阻R₂和电容C₂组成；气体放电管(3)与点火变压器(4)的原边以及电容C₁和电容C₂组成串联谐振放电回路。本实用新型的控制装置能同时解决点火脉冲时序控制和有效点火电压叠加的问题。
文档编号H05B41/288GK201422192SQ20092011969
公开日2010年3月10日 申请日期2009年5月11日 优先权日2009年5月11日
发明者钱照明, 敏 陈, 马重光 申请人:浙江大学