利用全數(shù)字安定器方案解決HID設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

利用全數(shù)字安定器方案解決HID設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)中檔乘用車正風(fēng)行采用HID燈作為其前大燈照明方式，HID燈的高亮度、高效率、高色彩還原度等特性使其非常適合夜間照明，同時(shí)其在路燈、裝飾燈上的應(yīng)用也逐步增加。但是HID燈是目前氣體燈中控制比較困難的一種，對(duì)其電控器設(shè)計(jì)要點(diǎn)的深入分析對(duì)于HID燈的普及有非常重要的意義。

模擬控制方案面臨挑戰(zhàn)

HID燈的點(diǎn)燃主要分為如下幾個(gè)過(guò)程：高壓生成，依據(jù)燈的老化狀態(tài)和冷熱狀態(tài)，生成大約在2萬(wàn)伏左右的高壓；高壓擊穿，高壓把處于絕緣態(tài)的HID燈內(nèi)氣體擊穿，燈的阻抗迅速下降；高壓停止工作，這時(shí)HID燈進(jìn)入恒功率調(diào)整狀態(tài)；HID達(dá)到穩(wěn)態(tài)后進(jìn)行到穩(wěn)定恒管理狀態(tài)。

從這些狀態(tài)可以看出HID燈的控制過(guò)程比較復(fù)雜，不同廠商的HID燈特性往往不盡相同。如何使使控制HID燈的安定器與不同特性曲線的HID燈實(shí)現(xiàn)匹配成為廠商面臨的挑戰(zhàn)，而好的安定器設(shè)計(jì)更是對(duì)于燈的壽命、可靠性方面具有重要的影響。

HID安定器的發(fā)展經(jīng)歷了模擬、模擬+數(shù)字和全數(shù)字控制3個(gè)主要階段。目前處于向數(shù)字控制全面過(guò)渡的時(shí)期。

HID需要一個(gè)高壓生成電路，主電路采用fly-back模式，而推動(dòng)HID燈的電路采用全橋工作模式，為HID燈提供交流電流。如圖1所示，模擬電路主要問題是MCU給出實(shí)際功率到3843，3843對(duì)此進(jìn)行輸出調(diào)整。MCU可以測(cè)量出實(shí)際的燈功率，但是它無(wú)法直接控制輸出功率，而是要提供3843來(lái)進(jìn)行控制，因此會(huì)使整個(gè)環(huán)路的恒功率性能下降。同時(shí)，MCU難以模擬出實(shí)際的HID控制曲線。同時(shí)，因?yàn)槟M電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，需要調(diào)整的參數(shù)也多，批量生產(chǎn)時(shí)往往需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

圖1：HID模擬控制方案。

全數(shù)字方案加強(qiáng)控制性能

根據(jù)目前市場(chǎng)上HID方案存在的問題，世強(qiáng)電訊提出了全數(shù)字HID安定器的設(shè)計(jì)理念，通過(guò)采用高速M(fèi)CU完成整個(gè)HID安定器的控制功能。如圖2所示，全數(shù)字HID安定器方案在簡(jiǎn)化原有結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也帶來(lái)了如下好處：

圖2：全數(shù)字控制方案。

MCU采用AD進(jìn)行采樣，使批量生產(chǎn)一致性大大提高。原有模擬方案輸出功率控制精度大約為±2W，而采用數(shù)字控制后，輸出功率控制精度達(dá)到小于±0.5W。同時(shí)，因?yàn)镸CU控制整個(gè)回路的每一個(gè)控制細(xì)節(jié)，為其帶來(lái)完美模擬HID的控制曲線。而緊湊的恒功率架構(gòu)使環(huán)路響應(yīng)速度大大提高，在輸入電壓變化和燈晃動(dòng)時(shí)，幾乎觀測(cè)不到HID燈功率的抖動(dòng)。另外，完善而全面的保護(hù)功能，全數(shù)字控制可以有效識(shí)別燈的工作狀態(tài)，并且根據(jù)燈的狀態(tài)變化而作出快速的保護(hù)。傳統(tǒng)的安定器，短路保護(hù)動(dòng)作大約需要500ms到1s時(shí)間，而全數(shù)字方案可以達(dá)到20ms的快速保護(hù)動(dòng)作。大大提高HID的安全性能。

針對(duì)設(shè)計(jì)難點(diǎn)進(jìn)行考慮

在HID設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往會(huì)有諸多問題困擾HID廠商和研發(fā)工程師。這些問題包括超薄型安定器的設(shè)計(jì)、保護(hù)功能和工作狀態(tài)的沖突、兼容性設(shè)計(jì)、控制功能以及控制性能對(duì)處理能力的要求等。

超薄型安定器對(duì)方案的結(jié)構(gòu)要求很高。因?yàn)槌⌒桶捕ㄆ髅娣e非常小，所以要求方案元件數(shù)量要非常少，同時(shí)效率要很高。而該方案若需要逐步普及的話，則要求方案成本要和原有方案類似。而全數(shù)字方案的優(yōu)點(diǎn)非常突出，因?yàn)樵摲桨钢胁捎玫腗CU把傳統(tǒng)方案中需要的DC/DC、運(yùn)放功能集成了。

HID燈在啟動(dòng)時(shí)，擊穿瞬間相當(dāng)于短路狀態(tài)，并且將延續(xù)一段時(shí)間。此時(shí)，燈的流非常大，與真正的短路狀態(tài)相差無(wú)幾。傳統(tǒng)方案則無(wú)法對(duì)此進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別，因?yàn)楫?dāng)它檢測(cè)到大電流就就錯(cuò)誤地進(jìn)行短路保護(hù)，會(huì)使一些燈無(wú)法點(diǎn)亮。所以，傳統(tǒng)HID設(shè)計(jì)中，往往讓大電流持續(xù)一段時(shí)間，因?yàn)镠ID燈的特性決定低阻抗?fàn)顟B(tài)只會(huì)持續(xù)1段時(shí)間，在經(jīng)過(guò)這段時(shí)間后再檢測(cè)大電流是否維持。若維持，則進(jìn)行短路變化。所以傳統(tǒng)的HID安定器往往需要0.5秒到1秒，甚至是2秒時(shí)間才進(jìn)行短路動(dòng)作。這對(duì)整個(gè)電路和元器件的損害非常大，很多的安定器在進(jìn)行幾次短路保護(hù)后就燒毀了。