120W高可靠HID灯电子镇流器

图4 启动过程的续流二极管电流

HID灯恒功率控制
VT1开通期间，电感辅助绕组感应电压通过电阻R5对电容器C3充电。由于辅助绕组感应电压（Vf）比C3上的电压高得多，所以充电电流约为Vf/R5。电容器上的电压Vx由下式给出：
(3)
当Vx达到控制电压VC时，开通结束，开通时间TON为
Ton=(VxC3R5)/Vf=C3R5NVc/(Vin-Vo) (4)
其中，N为电感主绕组与辅助绕组的变比。
主开关关断时，续流电流经过放大，加在LM556的2端，使它不能立即再开通，避免误动作。续流结束后，触发电路使LM556立即再次开通。开关峰值电流为
Ipk=(Vin-Vo)*Ton/L (5)
输出电流平均值Iav为电感电流峰值的1/2，结合式（4）和（5），有：
Iav=1/2Ipk=C3R5NVc/2L (6)
可见，理想情况下输出电流与控制电压成正比。

降压DC/DC输出平均电流实际上就是灯电流。HID灯的功率为Iav与DC/DC输出电压的乘积，P0=IavVo。根据式（6）可得：电路参数确定以后，单片机只要给出控制电压，就给出了灯电流。因此，单片机不需要采样脉动的灯电流，只要采样DC/DC输出电压（也即灯电压），给出合适的控制电压，就相当于给定了输出功率。而单片机也不需要进行复杂的计算，只要事先制作一张表格，采样了灯电压，就可查表得出对应的控制电压。实验证明这个方法简单有效。在镇流器的生产线上，也可以利用自动测试设备得到每个镇流器的传输特性曲线，生成表格，写入单片机，从而给每个镇流器量身订做一个包含表格的控制程序，对于消除电路离散性十分有效。

谐振升压点火电路
启动过程会影响灯的光效和寿命。根据HID灯的特点，灯管温度低的时候，点火电压大约需要3kV，而在点灯一段时间后，灯管温度比较高，如果需要熄灯后再次点灯，则需要更高的电压才能点火成功。这种情况下如果等待一段时间，比如1分钟，使灯管温度降低一些再点火，就比较容易成功。由于本电路输出比较高的点火电压，所以只需要等待比较短的时间。采取的策略是：每次点火时，单片机试探点火1.6s，如果不成功，则延时20s再点火1.6s，如此反复5次不成功就放弃，认为灯管损坏或者灯管没有安装。需要注意的是，应当避免未装灯的情况下启动镇流器，此时点火电路输出的高压脉冲对点火变压器的绝缘层构成威胁。

图5 点火电路及变压器原边点火脉冲电压波形

图5是与点火相关的电路。点火期间，单片机给出的逆变桥驱动频率为62kHz，远高于正常工作的频率，继电器K1处于断开状态，C3、C4、L1、L2构成谐振环路，在C4上产生约600V的交流高压，经过VD1、VD2、C1、C2倍压整流，产生直流高压击穿VD3（800V放电管）。由于VD3的负阻抗特性，C1、C2中储存的能量会以脉冲的形式释放到点火变压器T1的原边，在副边感应出约8kV的脉冲电压，使得灯管内部击穿电离。一旦点火成功，灯电阻立即下降，谐振条件被破坏，电路不再产生谐振高压。

点火成功后灯电阻下降。由于前端DC/DC电路工作在限流状态，因此点火成功的标志是灯电压比较低（20V）。如果点火成功后立即改为低频（90Hz）工作，由于灯阻抗比较低，容易出现过流的现象。降压DC/DC电路在输出电压接近零的情况下不能很完美地实现恒流的功能。解决的办法是，点火成功后继电器K1并不立即闭合，在此后的100ms里，单片机给出的逆变频率是20kHz，不满足谐振条件，因而不会点火。在此频率下，C3、L2与灯串联，增加了负载阻抗，使得DC/DC电路不至于出现过流。这个阶段可以称为“维持电弧期”。灯电压上升到20V以上之后，逆变频率降低到90Hz，同时继电器K1闭合，进入正常工作状态。这样的控制策略使得启动过程十分平顺，不会出现电流冲击，提高了镇流器的可靠性，同时也有利于延长灯的寿命。

控制程序流程

图6 主程序流程及T0中断服务程序

程序流程如图6所示。程序首先判断是否有开机命令，有则判断输入电压是否高于200V，是就开始点火。点火期间逆变桥输出62kHz激励，主电路谐振，产生高压击穿气体放电管，经过T1给出高压脉冲激励灯管产生电弧。接下来程序控制逆变频率为20kHz，用于维持电弧，等待灯电压上升，然后控制逆变频率为90Hz，进入正常点灯状态。单片机以中断方式给出逆变器驱动信号，即每隔5.5ms中断一次，在中断服务程序中给出逆变器驱动脉冲，执行A/D转换，查表求出当前应该给出的控制电压，输出到DAC。其中，A/D转换程序采用了多次采样求平均的做法，消除偶然的干扰。

HID灯从点火成功到稳定工作需要一段时间。为了快速进入到稳定工作状态，控制程序在点灯最初的90s里将激励功率从额定值提高10%，90s预热结束后返回到额定功率。另外，在逆变桥换流时间内，单片机控