Hid灯控制器、hid灯驱动系统及驱动方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及集成电路设计技术领域，具体涉及一种HID灯控制器、HID灯驱动系统 及驱动方法。
【背景技术】
[0002] HID(High Intensity Discharge)灯，即高压气体放电灯，是萊灯、钠灯、金灯、氣 灯的统称。HID灯的亮度是传统卤素灯泡的三倍，使用寿命比传统卤素灯泡长10倍。由于 HID灯具有亮度高、寿命长等优点，不仅应用于汽车照明设备中，还可应用于消防紧急照明 系统、军警野外照明、船舶夜间领航系统、火车头灯照明、工业建筑夜间主要照明、民间轻型 手提户外照明等等。
[0003] HID灯在工作时的电压和电流并不是恒定的，而是受外界因素影响，其中以温度影 响为主。为了保证照明亮度均匀稳定，驱动HID灯的开关电源芯片通常不采用传统的恒压 或恒流控制方式，而是采用恒功率控制。具体而言，HID灯在工作时两端的电压随温度的升 高而增大。在点灯启动过程中，初始阶段由于灯管还未预热，故电压比较低，此时称之为"冷 灯";随着工作时间的积累，灯管温度逐渐上升，HID灯两端电压随之升高，HID灯也由"冷灯" 状态进入"热灯"状态。为了保证HID可以快速平稳的启动，通常会使HID灯在处于冷灯状 态时以较大的功率进行工作，加快启动过程；当其由冷灯进入热灯状态时，逐渐将功率降至 热灯的额定功率，防止HID长时间工作于大功率下导致寿命减少；当HID充分预热以后，使 其在额定功率下进行恒功率工作。
[0004] 据上述原理，HID灯的工作过程通常可以分为大功率启动和恒功率驱动两个阶段。 如图1所示，HID灯启动后，灯管不是瞬间达到稳定的状态，而是存在一个从冷灯到热灯的 预热过程。工作时，HID灯两端的电压随灯管温度的升高而上升，据此，控制器可通过检测灯 压来判断灯管是处于冷灯还是热灯状态。点灯后，HID灯先处于冷灯状态，为了加快其预热 过程，通常会以较大功率PH驱动负载HID灯；之后随着灯管逐渐预热，控制输出功率Pout 逐渐由较大功率PH降低至较小功率PL，直至HID灯进入热灯状态后，采用较小功率PL对其 进行恒功率驱动。这种工作过程既可以保证HID灯的快速启动和预热，又可以保证其正常 工作时照明亮度均匀稳定。
[0005] 图2所示是传统的HID灯驱动系统的示意图。传统的HID灯驱动系统采用反激式 变换器架构，将输入电压Vin变换成输出电压Vo以驱动负载。如图2所示，反激式变换器 包括开关管Q1、变压器T1、二极管D1、第一电容C1和充电电容C2。开关管Q1由控制器控 制，通过开关管Q1的导通与截止在变压器T1两端产生高频方波信号，变压器T1将产生的 方波信号以磁场感应的方式传递到次级线圈，通过二极管D1和充电电容C2的滤波整流作 用，在输出端得到稳定的输出。
[0006] 传统的控制方法是采用固定频率的PWM(脉冲宽度调制）控制技术，通过改变脉 冲占空比实现对输出功率的控制。这种方法具有重载下效率高、噪声小、输出纹波小的优 势，但缺点是轻载时效率低。另外，由于开关频率是固定不变的，故当反激式变换器工作于 DCM(双载波调制）模式时，开关管Q1再次导通时可能出现在谐振电压的任何位置（包括峰 顶和谷底），这样对开关管Q1可能会产生很大的电压应力和开关损耗。
[0007] 针对固定频率控制所存在的问题，一些HID灯控制器改用准谐振控制方式，增加 谷底检测功能，在检测到振荡电压达到最低点时导通开关管Q1，以实现零电压导通或低电 压导通，从而减小开关损耗，降低EMI噪声。由于准谐振控制是变频的，对变压器T1会产生 较大的磁通应力，当输出功率较大时，变压器T1的储能要求本身就更高，此时变频的准谐 振控制会增加变压器应力，降低变压器寿命。因此同等功率条件下准谐振控制方式对变压 器要求更高。
【发明内容】
[0008] 本发明提供一种HID灯控制器、驱动系统及驱动方法，以适应HID灯在启动阶段的 输出功率较高、工作阶段的输出功率较低且恒定的要求。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明提供一种HID灯控制器，包括定频与准谐振混合控 制模块、PWM控制模块、逻辑控制模块以及驱动模块；
[0010] 所述定频与准谐振混合控制模块用于判断HID灯处于大功率启动状态还是恒功 率驱动状态，并在HID灯处于大功率启动状态时采用固定频率控制方式，在HID灯处于恒功 率驱动状态时采用准谐振控制方式；
[0011] 所述PWM控制模块用于为逻辑控制模块提供脉冲调制信号；
[0012] 所述逻辑控制模块根据所述定频与准谐振混合控制模块和PWM控制模块输出的 信号控制所述驱动模块。
[0013] 可选的，在所述的HID灯控制器中，所述定频与准谐振混合控制模块包括振荡器、 状态检测模块、准谐振控制模块以及定频控制模块；
[0014] 所述振荡器用于产生固定频率的脉冲信号；
[0015] 所述状态检测模块用于判断HID灯的状态，并根据HID灯的状态控制所述准谐振 控制模块或定频控制模块工作；
[0016] 所述HID灯处于恒功率驱动状态时，所述准谐振控制模块采用准谐振控制方式， 在检测到谐振的谷底点时导通开关管；
[0017] 所述HID灯处于大功率启动状态时，所述定频控制模块采用固定频率控制方式， 以所述振荡器提供的固定频率的脉冲信号作为时钟信号进行PWM调制。
[0018] 可选的，在所述的HID灯控制器中，所述状态检测模块根据所述HID灯启动后的延 时时间判断HID灯的状态。
[0019] 可选的，在所述的HID灯控制器中，所述定频与准谐振混合控制模块还包括一定 时器，所述定时器用以检测所述HID灯启动后的延时时间。
[0020] 可选的，在所述的HID灯控制器中，所述状态检测模块根据所述HID灯的输出功率 信息判断HID灯的状态。
[0021 ] 可选的，在所述的HID灯控制器中，所述状态检测模块检测通过采样HID灯的电压 和电流获知所述HID灯的输出功率信息。
[0022] 可选的，在所述的HID灯控制器中，所述HID灯控制器还包括一乘法器，所述HID 灯的电压采样信号和电流采样信号经所述乘法器产生所述HID灯的输出功率信息。
[0023] 本发明还提供一种HID灯驱动系统，包括开关管、变压器、二极管、充电电容以及 HID灯控制器，所述HID灯控制器包括定频与准谐振混合控制模块、PWM控制模块、逻辑控制 丰旲块以及驱动t旲块；
[0024] 所述定频与准谐振混合控制模块用于判断HID灯处于大功率启动状态还是恒功 率驱动状态，并在HID灯处于大功率启动状态时采用固定频率控制方式，在HID灯处于恒功 率驱动状态时采用准谐振控制方式；
[0025] 所述PWM控制模块用于为逻辑控制模块提供脉冲调制信号；
[0026] 所述逻辑控制模块根据所述定频与准谐振混合控制模块和PWM控制模块输出的 信号控制所述驱动模块驱动所述开关管。
[0027] 可选的，在所述的HID灯驱动系统中，所述定频与准谐振混合控制模块包括：振荡 器、状态检测模块、准