[发明专利]高压气体放电灯电子镇流器的自适应滑频触发点火方法

说明书

技术领域：

本发明特指一种高压气体放电灯电子镇流器的自适应滑频触发点火方法。

背景技术：

高压气体放电灯(后面简称HID灯)大多需要一个2500V以上的高压触发点火脉冲使灯管电离击穿进入弧光放电。用半桥或全桥作为DC/AC变换功率驱动、工作频率在几十KHz至几百KHz、HID灯是通过LC匹配网络与逆变桥连接的HID灯电子镇流器，目前基本上都是用成本较低的LC串联谐振方法产生触发点火高压。参看图1，传统的方案是逆变桥先输出一个频率在设计或生产时就确定了的起始驱动方波，然后以一定的速率或步长降低频率，向同样是设计及生产时就确定了的终止频率滑动，期望在滑动过程中使Lr、Cr//Cw回路的串联谐振逐步加强，电容Cr//Cw上的谐振电压逐渐升高最终触发点亮HID灯。由于在生产、使用电子镇器的过程中，逆变桥的等效负载的自由振荡频率值并不是固定的，而是一个会随电感元件、电容元件的误差及温度系数、连接灯管的输出连线的类型及长度所构成的等效电容以及元器件老化引起的参数变化等而在动态改变的。负载回路自由振荡频率主要由Lr、Cr、输出引线等效电容Cw决定。由于材料、工艺、温度变化、元器件老化以及输出引线的类型、长度不同等各种原因，使得自由振荡频率在不同的材料批次、不同的使用环境和条件以及在寿命期的不同阶段会发生佷大的变化。因而使这种电子镇流器在实际工作中的滑频参数与输出回路自由振荡频率不匹配，逆变桥功率开关管在滑频点火过程中会经历电流、电压都非常大的硬开关状态，造成逆变桥功率开关管的烧毁，这正是目前这类HID灯电子镇器在触发点火阶段容易损坏，进而导致至今未能推广使用的重要原因。

那么，怎样才能克服上述HID灯电子镇流器在点火阶段存在的问题呢？下面从以下几个方面进行分析：

滑频触发点火过程逆变桥可能经历的开关模态分析：

全桥和半桥驱动的原理是一样的，这里只对半桥驱动的情况作分析，参看图1。开关管Q1和Q2为180°互补导通，但Q1和Q2之间有死区时间，以防直通。fr代表等效负载回路的自由振荡频率，fr主要由扼流电感Lr、串谐电容Cr、输出连线电容等效Cw决定。无源桥臂电容Cb1＝Cb2，且远远大于Cr和Cw的并联值。HID灯在被触发点亮前呈现高阻抗对fr影响极小，缓冲电容C1、C2以及Q1、Q2的内部输出电容只是在死区时间对回路的电压、电流变化有影响。fs代表半桥开关频率，由振荡驱动电路决定。

开关模态1：fs＞fr。

此时逆变桥的负载呈感性，Q1、Q2是零电压开通，开通损耗很小。Q1、Q2关断时电流不为零，是硬关断，有一定的关断损耗。但如果开关频率满足1.2fr＞fs＞fr，Q1、Q2关断时的电流可减小到回路谐振电流最大值的一半以下，加上缓冲电容C1、C2的作用，关断损耗可大幅度降低。

开关模态2：0.5fr＜fs＜fr。

此时逆变桥的负载呈容性，Q1、Q2是零电压关断，关断损耗很小。Q1、Q2是在漏-源电压接近或等于逆变桥的供电电压Vbus的条件下硬开通，开通时须承受谐振回路的电流，再加上续流二极管D1或D2的反向恢复电流以及C1或C2的放电电流，开通损耗很大。特别是当fs＝0.67fr时，Q1、Q2是在回路谐振电流刚好是最大值的时候开通，开通损耗非常大，这正是造成逆变桥功率管烧毁的重要原因。

因此，为防止Q1、Q2在滑频触发点火过程的开关损耗过大导致损坏，它们的开关频率fs必须适应负载回路的自由振荡频率fr，要保证Q1、Q2始终工作在负载呈现感性的开关模态1。

理论上除了fs＞fr的条件外，满足fr/2K＞fs＞fr/(2K+1)(这里K＝1，2，3，......)条件下，逆变桥的负载也是呈感性，开关情况与开关模态1相似。

除了0.5fr＜fs＜fr条件外，满足[fr/(2K+2)]＜fs＜fr/(2K+1)(这里K＝1，2，3，......)条件下，逆变桥的负载呈容性，开关情况与当开关模态2相似。

负载回路谐振特性分析：