[发明专利]HID镇流器及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镇流器及控制方法。尤其涉及一种HID(高压气体放电灯)镇流器及控制方法，特别适宜汽车用灯。

背景技术

HID灯(高压气体放电灯)如氙金属卤化物灯主要的光输出来自于其中的各种金属原子，金属在灯未点亮之前是卤化物的形式存在，当灯正常工作时，金属原子被电离和激发，形成放电弧的主体。但是在某些应用场合，随着灯的使用金属会慢慢的损失，通过研究发现这种金属损失是由于灯及其外部周围的电场存在直接的关系，造成电位差而引起的。

以氙金属卤化物灯中的金属钠Na为例解释其损失的机理，其中的卤化物为碘I。电弧管表面的放电主要靠石英管壁的导电性实现，石英管壁在典型的电弧温度下无一例外的带离子性。这些离子溶解在石英管壁的内表面，并与NaI成平衡状态的N_a⁺离子。在工作温度下，钠离子在石英灯管内是可移动的，它们在直流电场内会向带负电荷的电弧管外表面运动。当钠离子到达表面后，可以从构成负表面电荷中俘获一个自由电子，形成一个自由钠原子。由于在电弧管表面温度下，钠的蒸气压强可以达到几个大气压，因此任何钠原子一旦形成就立即蒸发掉。

由于电弧管外表面存在着光电子组成的负电荷，内表面上NaI与S₁O₂之间的平衡关系就不断地受到损坏。在典型的电弧管壁温度下，这种平衡关系要求不停地有N_a⁺离子溶解在与NaI相接触的SiO₂管壁中。但是这些离子溶解后又立即被吸引向外表面移动并损失掉，因此，必须要有更多的NaI分解，以便保持内表面Na-SiO₂的平衡关系。所以，光电作用过程会不断地把金属从电弧管内抽走，而将碘留下。灯内其它金属地损失和钠的损失机理相同，只是由于各种金属离子的半径不同，它们向灯外迁移的速度不一样，因此损失的速度有所差异。随着灯内钠和其它金属的损失，放电光谱中红色光将慢慢变多，色温降低、显色指数下降以及发光效率降低，最终导致灯的使用寿命的缩短。

在先技术中，镇流器中的DC/AC逆变器的输入端直接与DC/DC反激变换器输出电容的输出端相连接，这样DC/AC逆变器上的电压和电流完全来自于DC/DC反激变换器，即灯的启动电压和工作电压完全通过DC/DC反激变换器提供，尤其在灯启动时的电压几乎高于工作电压的2倍，这对于DC/DC反激变换器的寿命和效率都有很大的影响，同时增加了镇流器的耗电，降低了镇流器的工作效率。

HID灯运行进入稳定状态之后，就进入恒功率控制阶段。在恒功率控制阶段，HID电子镇流器向HID灯输出的功率是近似恒定的。比如，氙灯通常允许其输出功率在35W±2W的范围之内。

在先技术中，镇流器的控制器采用专用芯片或单片机实现对HID镇流器的控制。由于受这种控制器的限制，其HID镇流器不可能实现较高精度的恒功率控制，其主要原因是：

(1)采用专用芯片，由于专用芯片功率控制是模拟控制，在运行的过程中受HID镇流器内部温度的影响，难免会出现温度漂移的现象。特别是汽车用HID镇流器，其环境温度通常在-40℃～120℃之间。在如此大的温度变换范围内工作，采用专用芯片作为控制器芯片的HID镇流器的温度漂移现象对控制精度产生的影响是相当大的。

(2)采用单片机作为控制器芯片的HID镇流器则受其单片机上A/D转换器的精度所限，或者受其ALU运算精度的影响，使其功率控制的精度大打折扣。因此，采用单片机实现的HID镇流器也不可能实现高精度的恒功率控制。

对于灯的启动，一个处于冷却状态的灯泡和一个处于非冷却状态的灯泡其启动过程是有很大差别的。因此，准确获得灯泡的冷热状态对采取正确的启动控制是非常重要的。

为了能够准确获得灯泡的冷热状态，一个比较直观的方法是可以在灯泡内集成温度传感器，在点火启动之前对传感器的数据进行采样，可以准确获得灯泡内的温度，从而得知灯泡的冷热状态。但是，这种方法有以下几个缺点：(1)改变了灯泡的结构，增加灯泡的制造难度，使得灯泡的制造成本上升。(2)传感器必须有比较好的耐热性能，这是因为灯泡工作的时候其内部的温度可达到几千摄氏度。(3)传感器必须有较好的耐温度剧变的性能：这是由于灯泡内部的最高温度可达到几千摄氏度，而在冷却的时候，其最低温度却与环境温度差不多，最低可达-40摄氏度。由于以上的原因，目前的HID灯泡内没有集成温度传感器，而是采用其他方式来实现对灯泡冷热状态的获取。