汽車HID電子鎮(zhèn)流器中逆變電路設計與分析

1、汽車hid電子鎮(zhèn)流器中逆變電路設計與分析目前，hid汽車前照燈以其光效高，顯色性好，壽命長等優(yōu)點得到了廣泛關注。與之配套的鎮(zhèn)流器也成為當前電源討論中的一個熱點。因為大部分汽車hid燈是溝通燈，因此電子鎮(zhèn)流器必需提供溝通和溝通。大多數(shù)兩級式的電子鎮(zhèn)流器均采納逆變作為輸出級。為了抑制hid燈，特殊是短弧金屬鹵化物燈的聲共振問題，常常采納低頻溝通方波供電的策略，但為了迅速點燈以及維弧，在點燈的開頭階段，逆變電路的工作模式與過渡和穩(wěn)定階段的工作模式都還存在著很大的不同?？偨Y如下：在啟動階段，挑選某一對角開關開通，以保證牢靠啟動。在預熱和維弧階段，通常只需一個周期，即可保證輝光向弧光的穩(wěn)定過渡。一個周期

2、的長度與燈啟動時刻的狀態(tài)，即冷燈啟動。還是熱燈啟動有關，也與燈的老化程度有關。普通來說，冷燈啟動時，預熱的周期短，而燈熄滅后，短時等待再啟動狀況下的周期長；老化嚴峻的燈預熱周期長。為了避開電極的不對稱燒損。控制程序必需保證每個半波中的電流即時光積分相等。在過渡期間和穩(wěn)態(tài)期間，逆變頻率約為400hz，占空比為50。為產生較好的方波電流以及兼容預熱期間的長周期，通常采納的是全橋逆變電路拓撲。在全橋電路中，必需認真考慮兩個上部開關管的驅動計劃。對此，從成本和體積角度來考慮，假如采納3個自立的電源來作控制電源計劃。明顯不合理。假如采納集成自舉芯片，如：ir2110或ba2030等，則因自舉需要預充電。

3、其電容量不能太小，還需要兼顧多個頻率段的要求，會增強系統(tǒng)體積；此外，工作前，還要先為自舉電容充電，以滿足啟動時長久單臂工作的需要。而且電容量的大小要按最低的切換頻率設計，因而電容體積也不行能過小。過低的頻率普通都不適合采納脈沖，因而可能會增強體積。鑒于這些問題這里采納分立元件構建自舉驅動電路的計劃，該計劃雖會增強元件數(shù)量，但不會增強太多的電路面積，而且還可增強設計的自由度。采納提出的自舉驅動電路其驅動靈便十分適合低頻的應用。2 溝通方波逆變電路分析全橋逆變電路的負載由和串聯(lián)而成。電感不僅是高壓發(fā)生器中高壓變壓器的次級同時也是鎮(zhèn)流電感。逆變橋相當于加在負載兩端的溝通矩形波電壓us=±u

4、bus。在任一時刻，溝通矩形波電壓均滿足：解釋在t(0+)時刻，電流變幻率，即由負變正的升高率最大，ul也最大，隨著負向電流的逐漸減小，電阻兩端的負電壓降肯定值逐漸降低，由式(8)可知，ul也逐漸減小，從而按式(6)，電流的變幻率降低，并且在ul=ubus電阻電壓降為零時刻時，il升高為零，而后電流變?yōu)檎?，此后電阻兩端的電壓ur反向變?yōu)檎妷海瑄l繼續(xù)降低，il的升高率也繼續(xù)降低。直到ur=ubus時刻，ul=0，il才不再變幻，從而達到正向穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)電流可表示為：要保證得到方波電流和電壓必需使過渡時光與穩(wěn)態(tài)時光相比可以忽視。對此應綜合考慮下述兩個因素。與燈的等效阻抗匹配的電感值不能過大而燈的

5、等效阻抗在過渡階段主要是增高變幻的。在穩(wěn)態(tài)時等效阻抗最大，所以只要根據(jù)最小等效阻抗選取電感值，就能兼容過渡和穩(wěn)態(tài)兩種狀況。電感值的挑選應考慮周期和頻率的選取。在燈的運行過程中，400hz約是最高頻率，因此只要根據(jù)400hz設計電感值，就能滿足囫圇運行過程。圖1a示出電路，為了更好地解釋分析結果，電感值故意設定得比較大。圖1b示出電感端電壓ul和電阻端電壓ur的仿真波形。由圖1b可見，在過渡階段，il的過渡過程與分析結果基本全都。若減小電感值，則可縮短過渡過程。實際采納的電感值約為690h。3 分立元件自舉逆變電路設計圖2示出采納分立電阻的自舉驅動逆變電路拓撲。它由分立元件組成，其特點是：驅動電

6、路的電源地與逆變全橋的母線電源正接在一起使得控制電源懸浮在母線電源之上；主晶體管vq1工作在截止和放大狀態(tài)，而非徹低的開關狀態(tài)。在對橋臂開關施加開通信號期間，工作在恒流狀態(tài)下：施加關斷信號期間，工作在截止狀態(tài)下。圖3示出無穩(wěn)壓管的自舉驅動電路。當驅動控制信號為高電壓，即等于控制電源電壓ucc時，vq1的基極電壓ubvq1=13v，vq1截止，r7中沒有電流流過橋臂開關管vt1的柵源驅動電壓 ugsvt1=0，vt1不導通。這時，無論vt1是上部開關管，還是下部開關管，vq1的端電壓uebvq1也都等于ucc+ubus。當驅動控制信號為低電壓即等于控制電源地的電位時，vq1的基極電壓由r1，r2

7、，r3打算，即：這一恒定電流ir1也要流經r7，所以r7的端電壓即為ugsvt1。各電阻值的設定一定要使r7的端電壓和柵源極電壓滿足驅動的要求。這樣，r1的端電壓和電流都是恒定的。即：另外需注重的是，橋臂上下兩個開關管的驅動電路中主晶體管的端電壓uebvqx的波形差別十分大這是由于自舉驅動電路的控制電源與全橋母線電源是串聯(lián)的。對于上部開關管而言，當產生開通驅動信號時，控制電源與橋臂中點之間的電壓為ucc，此時主晶體管兩端的壓降可表示為：這是一個較低的電壓。在vt1關斷期間，因為vt1的源極也即橋臂中點的電位等于全橋母線電源地則此時vq1兩端的電壓降為：對于下部開關管而言，產生關斷驅動信號期間，

8、端電壓也滿足式 (13)，但在產生開通驅動信號期間，因為下管的源極始終是母線電源地，所以此時vq1的端電壓可表示為：由此可見，相對于式(13)來說，式(14)和式(15)所代表的電壓均為較高電壓。由此可知，下管驅動電路中主晶體管的工作條件較為惡劣，所以必需限制流過的電流并降低功耗，同時挑選額定功率較大的晶體管。圖 4示出按照圖3電路，采納spice4軟件仿真得到的母線電壓為單相全波整流濾波電壓時上、下部驅動電路中主晶體管vq1的端電壓ucevq1和上、下部 vt1的柵源極驅動電壓ugevt1波形?？梢?，母線電壓波形主要降臨在主晶體管上。在驅動波形上體現(xiàn)不出來。仿真結果與分析結果徹低吻合。綜上所述，該電路中的電阻值需認真設計。設計原則是：在開通驅動期間流過柵源之間的電阻r1和主晶體管的電流要滿足電流與r1的乘積，并符合驅動要求，而且應盡量小，以降低晶體管的功耗：驅動電流要合適。4 實驗驗證圖5a示出設計的電子鎮(zhèn)流器在穩(wěn)定工作期間，逆變電路的燈電壓ulamp和燈電流ilamp實測波形。由圖可見，設計的自舉驅動電路徹低能滿足全橋驅動的需要。圖5b示出電子鎮(zhèn)流器在啟動和預熱期伺逆變電路的ulamp實測波形。由圖可見，自舉驅動電路不僅能滿足在啟動期間使某一對角主開關管始終導通另一對角主開關管始終關斷的控制要求，而且在預熱維弧階段，還能滿足自適應相對越發(fā)低頻的要求。5