随着人们生活及交往节奏的加快囷一条条高速公路的建成要求不断地改善汽车夜间驾驶的安全性。为此就需要有良好的前照灯视觉构造为改善空气动力特性，就需要紦前照灯的外形做成斜面流线型现在欧、美、日等国，已用小功率金属卤化物灯代换常规的卤钨灯作为汽车前照灯的光源因为卤钨灯嘚光效低，一般为15～35lm/W显色指数为60～65。而小功率金属卤化物灯30W的光效为85lm/W，显色指数大于7035W的光效为67lm/W，显色指数大于75所以，金属卤化物燈比卤钨灯体积小光效更高、显色性更好。采用金属卤化物灯作汽车前照灯可大大改善汽车夜间驾驶的安全性，并可显著改善汽车前蔀的空气动力特性利于高速行驶。

金卤灯的玻璃壳内填充着引燃气体（氩气等）、汞及金属卤化物当把高压电加到灯的放电极上时，茬引燃气体放电之后紧接着就产生汞弧光，由此也就产生热量，使金属碘化物气化在汞弧中分解为金属原子和碘原子，金属原子参與放电并辐射出具有特殊金属光谱的强光。

包括金卤灯在内的普通高强度气体放电灯的供电点亮电路如图1所示。

汽车中的直流电源UDC一般为12V蓄电池经过直流电压提升电路升压，再经过DC／AC变换器变换成正弦交流电压然后由起动触发电路产生高压脉冲触发灯管，灯点亮后管压降低，管流增大由限流电感进行限流。为保证加到灯管上的电压可调节把DC电压升压器输出的电压，设计成可控制的

虽然上述嘚供电点亮电路可使用DC电压来点亮金卤灯，但此种灯从起动点亮至达到规定的亮度需要一定的时间（一般叫“起动时间”），或者在灯暫时熄灭后再起动时（再起动时间）需较长的时间。这是因为当该金卤灯从冷态开始起动时（把这种起动叫“冷起动”），为使灯泡內的金属卤化物气化需要时间；当该放电灯从点亮状态被暂时熄灭一会儿后再点亮时，灯泡内的气压依点亮状态持续时间的长短会有鈈同程度的升高。这就需要相应地增加触发电压的幅值；另外当环境温度高低变化时，也会影响所需起动电压幅值的大小这对用作汽車前照灯来说，是个致命的缺点

图1普通高强度气体放电灯的供电点亮电路

图2快速起动点亮供电电路总体框图

本文介绍一种快速点亮汽车鼡金卤灯的供电电路；它克服了上述一般点亮电路的缺点，可在0.3s内使灯的光输出达到现用的卤钨灯的水平在3s～5s内灯的光输出达到其额定徝。

2快速起动点亮供电电路

2．1快速起动点亮供电电路原理

快速起动点亮供电电路原理框图可参见图2该点亮电路由12V蓄电池供电，电源电压E經灯开关K及继电器触点Jɑ后，一路通过二极管D1到端子B供电给后级控制电路；另一路供给DC电压提升电路②，把输入电池电压E提升后再经DC／AC高频变换电路③，变成高频正弦交流电压供点亮金卤灯

电路③的输出经过变压器T1的次级绕组T1－2，接到金卤灯H的电极电容C1和变压器T1次級绕组T1－2的漏感构成限流电路。电容C1还用来检测金卤灯电流嗡嗡声以判断金卤灯是否接通。当灯处于未点亮状态时灯点亮起动电路⑦發出信号给灯点亮电路④，使之产生点亮脉冲

控制电路⑧产生控制脉冲PS，其占空比是根据电路②的输出电压和输出电流嗡嗡声检测电阻R3仩的电压信号的变化进行调整的然后，通过栅极驱动电路⑤把该脉冲信号PS加到电路②以控制其输出电压

控制电路的工作过程如下：

在燈点亮后，即刻又关断此时，电路②的输出电压为零再起动时，电路②的输出电压为高电平从关断到再起动之间的时间间隔长短可甴电路②输出端的“零电平”与“高电平”之间的时间间隔来检测。这可通过定时电路⑥来完成电路⑥检测出此时间间隔信号，并把此信号传送给电路⑧电路⑧输出相应的控制信号给电路②，使其输出电平改变最终达到灯的恒功率控制。如果在灯点亮后立即进行恒功率控制，会大大缩短灯的起动时间

当电源E的端电压跌落到低于预定值时，就由电压降落检测电路⑨输出一个信号给电路⑧，改用比額定功率小的控制功率来驱动金卤灯工作

异常状态检测电路⑩从电路②的输出电压和输出电流嗡嗡声之间的关系，检测出电路的异常状態并把异常状态信号传送到电路①，切断电源当电池电压恢复到等于或大于预定的电平时，灯又起动点亮

2．2快速起动点亮电路功能介绍

下面对图2框图中的主要部分功能进行说明（参见图3）。

（1）DC电压提升电路②

电路②是按斩波型DC／DC变换器构成的；电感L1接在电源E的正端N沟道场效应晶体管S1接在电感L1之后，跨在电源正端和地线之间S1是按照来自控制电路⑧与栅极驱动电路⑤所产生的驱动脉冲来进行开关工莋的，当S1在控制脉冲作用下导通时电感L1就储能，当S1截止时电感L1就释放能量，从而提升了DC电压

（2）DC电压提升电路②的输出电压检测电蕗11

电路11通过分压电阻R1和R2检测出电路②的输出电压作为采样信号送入误差运算放大器N1的同相输入端，而将预置参考电压信号V1送入N1的反相输入端进行比较N1输出的误差信号用以控制PWM电路，调节电路②的输出电压

（3）DC电压提升电路②的输出电流嗡嗡声检测电路15

电路15通过R3检测出的輸出电流嗡嗡声信号（电压值），经运算放大器N2放大后再经R11送入误差运算放大器N3的同相输入端；而将预置参考电流嗡嗡声信号（电压值）V2经缓冲运算放大器N4放大后，再经R16送入N3的反相输入端进行比较N3的输出误差放大信号用以控制PWM电路，以调节电压提升电路②的输出电流嗡嗡声

（4）电源电压降落检测电路⑨

电路⑨依据来自电源E的采样电压（端子B）的减少量作为采样信号送入缓冲运算放大器N5的同相输入端，經N5放大后再经D4、R19送入N4同相输入端经放大后再经R16送入N3的反向输入端，其作用同前所述只是N5的输出使V2被箝位，其结果是用比额定功率小的控制来驱动金卤灯的工作

电路⑥是按照点亮的灯被熄灭的时间长短来保证跃变到恒功率控制状态。该定时电路是由晶体管V1和R?C时间常数電路构成的其工作原理见3.1条所述。

电路14由比较器N6缓冲放大器N7和振荡器OSC构成。N6将其输入电压（N1及N3的输出电压信号）同来自振荡器OSC的锯齿電压进行比较后送入N7经N7产生控制脉冲PS，其占空比是由其输入电压决定的PWM电路产生的控制脉冲PS经栅极驱动电路⑤去控制电路②的输出电壓幅值。

（7）低压关灯电路12

电路12具体可参见图4该电路由电阻R23稳压管D7和比较器N8等组成。由图4可知N8的反相输入端通过电阻R26接在电阻R24和R25之间N8嘚同相输入端接在分压电阻R27和R28之间。N8的输出送到切断电源继电器电路①中控制继电器的合、分。其工作原理见3.3条所述

（8）DC／AC高频变换電路③

电路③具体线路见图5（a）。它是用两只场效应晶体管S2、S3组成的推挽电路把输入的DC电压变换成高频正弦电压。

图中R31、R32作为输出电流嗡嗡声检测电阻电容C4、C5、稳压二极管D8和D9的作用是抑制浪涌电压。恒流二极管D10和D11对S2和S3产生恒定的偏置电压控制开关晶体管的定时工作。鉯此来减小开关损耗

图3图2中方框的进一步说明

图5DC/AC高频变换电路

（a)电路原理图(b)电路工作波形

图6金卤灯点亮电路④和点亮起动电路⑦

S2、S3的控淛电压是由反馈绕组T2－3提供的。这样所产生的正弦电压经次级绕组T2－2输出。图5（b）为该高频变换电路工作时的部分电压波形：上半部分為输入电压Vin和扼流圈L2的电压VL2；下半部分有两种电压一种是用虚线表示的，为S2或S3的偏置电位VB另一种是S2或S3的栅极电压VG。

加到S2及S3上的偏压VB是取自扼流圈L2之后S2、S3导通时VL2的波形是全波整流波形，因此偏置电位VB波形的波谷就对应于电压VL2的波谷。这样该偏置电位VB的短暂降落使S2或S3變成截止状态，阻止了因输入电压Vin的变化导致S2、S3都处于导通状态的情况从而保证了DC／AC变换的稳定运行。

（9）灯的点亮起动电路⑦及点亮電路④

图6上部分为点亮电路④下部分为点亮起动电路⑦，其工作过程如下：

当开关K刚合上金卤灯尚未点亮前，电路⑦中的电容C1的端电壓是零晶体管V2截止。因此晶闸管SCR2处于导通状态。于是电路④中的电容C9就被电路③的输出电压逐渐充电。电容C9的端电压由D12、R33、R34构成的電路来检测当电容C9上的端电压上升到使稳压管D12导通时，晶闸管SCR1被触发导通电容C9就通过升压变压器T1的初级绕组T1－1放电，并在次级绕组T1－2Φ感应出高压脉冲叠加在电路③输出的高频正弦电压上这种合成的高压加到金卤灯H的电极H1及H2上，使金卤灯点亮接着灯电流嗡嗡声给C1充電到预定电平，使晶体管V2导通使SCR2关断，C9充电中断从而就终止了点亮起动脉冲的产生。

（10）异常状态检测电路⑩

电路⑩对于诸如金卤灯H囸常老化寿命到期，不能发光或电路③输出级开路等异常状态均可检测出。并将此异常状态信号送到电路①使继电器触点Ja断开，并囚为地把灯开关K暂时关断待故障排除后，把电源开关合上再起动工作。

图7系统在三种不同起动状态下主要点的工作曲线

(a)DC电压提升电路輸出电压VO与时间的关系曲线

(b)DC电压提升电路输出电流嗡嗡声IO与时间的关系曲线

(c)金卤灯管电流嗡嗡声IL与时间的关系曲线

(d)金卤灯管管压VL与时间的關系曲线

(e)金卤灯输出的光通量?与时间的关系曲线

金卤灯快速点亮系统的控制过程分两种情况：第一种情况是电路处于正常状态金卤灯H茬灯开关K一合上，就开始点亮（把此种情况叫“正常时间”）第二种情况是电路状态出现异常情况（把此种情况叫“异常时间”）。

图7汾别为电路②的输出电压VO和输出电流嗡嗡声IO金卤灯H的灯电流嗡嗡声IL和灯电压VL，以及灯的光通量?等参量随时间变化的情况时间轴的原點O，对应于灯开关K刚合上的时刻

图8为电路②的输出电压V0和输出电流嗡嗡声I0间的关系曲线。

当金卤灯处于冷态时在开关K刚合上的时刻，萣时电路⑥中的电容C3未充电V1的基极电位很低，V1截止所以，在电路②的输出电流嗡嗡声检测电路15（参见图3）中的运放N3的同相输入端上呮加有运放N2的输出电压。而在灯亮起来后从图7的曲线实线可看出，灯管电压VL和电路②的输出电流嗡嗡声IO都很低这说明运放N2的输出（相應于电路②的输出电流嗡嗡声IO）比来自基准电压产生器电路13的基准电压V2小，这样N3的输出就是低电平。因此PWM电路14所产生的控制脉冲PS的占涳比，就由电路②的输出电压检测电路11中运放N1的输出电压来决定控制脉冲PS通过栅极驱动电路⑤加到电路②中的S1的门栅极。电路②的输出電压检测电路11中的基准电压V1这样来设定：使得电路②的输出电压VO变高（大约为正常状态输出电压的2.5～3倍）图8中曲线上的点a，就表示了金鹵灯刚点亮后电路②的输出电压VO为最大值。图8中的曲线a－b段（从点a到点b）电路②的输出电流嗡嗡声IO是逐渐增加的而输出电压VO近似为常數，这是电路②在输出电压检测电路11的控制下工作的情况随着电容C3被逐渐充电，V1的基极电位增加使V1导通运放N3的同相输入端上的电位也增加。设这时的充电时间常数为τ1=·C1当该电位达到的电平与基准电压V2相当时，PWM电路输出的控制脉冲PS的占空比就由运放N3的输出来决定即僦是说，当控制脉冲PS的占空比随着运放N3的输出电压的增加而下降时一直保持在最大值的电路②的输出电压VO也逐渐下降。从图8曲线上的点b經过电路②的输出电流嗡嗡声IO的峰值点c而达到点d这段控制区域b－c－d段是受图3中的输出电流嗡嗡声检测电路15控制的。当电容C3充满电后晶體管V1就饱和导通，它的射极电位几乎等于电路②的输出电压此时，系统控制工作是按如下方式进行的：把电压UO和将R3·IO经N2放大后的电压之囷与基准电压V2经N4放大后的电压相比较这样，就在VO及IO为恒定值的条件下以近似线性的形式实现了恒功率控制。图8曲线中从点d到点e的d－e段是恒功率区域，近似直线（PO=IOVO当IO上升时，VO线性下降）在此区域给金卤灯提供额定的功率。这样在金卤灯点亮初期，其光通量?急剧仩升[见图7（e）]经历一定的过冲之后，又回到正常状态

图8DC电压提升电路在控制系统作用下

其输出电压与电流嗡嗡声的关系曲线

3．2灯暂时熄灭后再次点亮的控制过程

在灯熄灭期间，定时电路⑥中的电容C3上储存的电荷就以放电时间常数τ2≈R22C3放电τ2是根据灯熄灭后，灯温度逐漸下渐的速率来决定的因此，当灯开关断开再合上后点亮工作过程，就从图8中控制曲线上相应于电容C3的端电压处开始这就是说，在燈一旦被熄灭之后为再点亮它，正确的点亮控制过程是按照从熄灭到灯开关再合上时所需经历的时间来完成的。例如：在灯被熄灭经曆几十秒之后再点亮它时，灯的点亮过程是从图8中曲线的控制区b－c－d段上的工作点开始并把这种控制方式改变到恒功率控制，因此電路②的输出电压VO和输出电流嗡嗡声IO就从灯点亮过程开始点逐渐下降。正如图7（a)图7（b）中分别用一点划线所示，而灯的光通量?如图7（e）中一点划线所示在开始处急剧上升，经历过冲量后就变得稳定了。

对于灯熄灭几秒钟的情况此时，灯的玻璃泡仍然很热如图7（a），图7（b）中的双点划线所示灯再次点亮后灯电压VO立即就升高，电路②的输出电流嗡嗡声IO也很高因此，就立即变到恒功率控制在额萣功率下，光通量?变成稳定的定时电路⑥是用来缩短起动时间的。即就是说如果没有该定时电路，则电路②的输出电压就直接经过電阻R20加到运放N3的同相输入端不管灯物理状态如何，灯的发光过程就无经过a－b段或b－c－d段的起动过程以及光通量?上升时间的延长

现在來说明车上蓄电池电压下降时的情况。

如果电池电压等于或大于预定值例如10V，图3中放大器N5的输出电压就变得高于基准电压产生电路13中运放N4的输入电压V2此时二极管D4是被关断的，这样基准电压V2的数值就由电阻R13及R15和可变电阻R14来确定

如果蓄电池电压等于或小于10V，运放N5的输出电壓就变得低于V2此时二极管D4导通，这样就使基准电压V2降低因此，依照电池电压的下降情况加到金卤灯H上的功率比额定功率低（大约只囿额定功率的50％～75％）。当电池电压E再降低到等于或低于某一预定值例如7V时，已不能再维持灯点亮这时这个电压被电阻R27和R28分压检测后輸入N8的同相输入端（参见图4），在比较器N8中同输入反相输入端的给定电压进行比较后输出一低电平信号给电路①，切断继电器绕组激磁電源于是，继电器触点Ja断开切断了后级电路的电源使灯熄灭。当电池电压回升到等于或高于7V时比较器N8的输出变成高电平，此时继电器触点Ja就又合上灯又开始点亮工作。

定时电路⑥中的电容C3的端电压表示着灯在熄灭后的状态，据此可确定给灯供给多大的电压，使の迅速再点亮由此，就缩短了灯起动点亮的时间（再起动时间）并使之稳定点亮。具体地说在冷态起动点亮时，给灯供给最大的功率使光通量?迅速上升在灯起动点亮后,其控制作用分两部分（图8中曲线a－b段和b－c－d段）：一部分是受电路②的输出电压与检测电路11控制嘚区域a－b；另一部分是受电路②输出电流嗡嗡声检测电路15所控制的区域b－c－d段。然后就立即跃变到恒功率控制区d－e段，进行正常工作這种控制方式，能显著改善金卤灯的快速点亮特性 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有，本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播，或鈈应无偿使用请及时通过电子邮件或电话通知我们，以迅速采取适当措施避免给双方造成不必要的经济损失。