专利名称：数字pid恒功率控制的高强度气体放电灯电子镇流器的制作方法
技术领域：
数字PID恒功率控制的高强度气体放电灯电子镇流器技术领域本发明涉及一种镇流器系统，属于电子器件领域。更具体地，本发明涉及PID 控制恒功率输出的电子镇流器系统，特别是PID控制恒功率输出的数字PID恒 功率控制的高强度气体放电灯(简称HID)电子镇流器。 背景资料-传统的镇流器采用磁性材料来调节电流或功率，稳定气体放电灯的工作。电 子镇流器应用固态器件，尤其是半导体器件来驱动气体放电灯。比之于磁性镇流 器，电子镇流器有若干优点，包括频闪减小；噪声减弱；效率上升；体积降低； 重量减小。高强度气体放电灯(High Intensity Discharge Lamp)具有发光效率高，寿命 长，得到了广泛的应用。但是，高强度气体放电灯在一定的频率点工作时(频率 点分布在几十千赫兹到几百千赫兹之间)，具有声共振现象，引起灯电弧的抖动，光输出不稳定，闪烁，严重影响照明的效果。普遍采用的克服声共振的方法驱 动气体放电灯工作在超高频率(高于一兆赫兹)，超出声共振的频率范围；选择 频率，使气体放电灯运行在无声共振的频率窗口内；驱动气体放电灯工作在低频 率状态(低于一千赫兹)。但由于开关损耗与开关频率成正比，超高频方案面临着散热和EMI问题；由 于气体放电灯的一致性较差，每个灯管的声共振频率不相同，选择频率方案难以 满足大规模生产的要求；低频方波驱动高强度气体放电灯是一种可靠的克服声共 振的方法，己被业界广泛接受。采用低频方波驱动，包括两种驱动方式恒定电压输出和恒定功率输出。恒 定电压输出方式由驱动电路，电压采样，反馈回路控制构成，保证恒定电压施加 于高强度气体放电灯两端。由于气体放电灯的负阻特性，随着灯管使用时间推移， 灯管的阻抗特性发生变化，而电子镇流器的输出电压不变，影响灯管的使用性能 和寿命。恒定功率输出方式由驱动电路，电压电流采样，计算电路，反馈回路控 制构成，在灯管的寿命周期内，以恒定的功率输出，保证气体放电灯的发光的稳 定性和一致性，延长灯管使用寿命。气体放电灯恒功率镇流器的恒功率可通过硬件电路实现，基于运算放大器构 建计算电路，比较和计算采样信号和参考信号，计算结果通过反馈电灯调整镇流 器的输出功率。把采样信号经过模数转换，输入到具有运算能力的数字处理器中，计算输出功率，采用不同的算法得到计算结果，在通过反馈电灯调整镇流器的输 出功率，这就是数字式恒功率电子镇流器。数字式恒功率电子镇流器具有诸多控制算法，算法决定了镇流器的稳定性， 收敛时间，功率波动范围，'算法不正确可能会对镇流器造成破坏性影响。数字式 恒功率算法是需要数字处理器软件编程实现，算法还决定了软件的复杂度。基于上面和前述的说明，可以理解到，本技术领域内目前存在一种需求，要 提出一种高强度气体放电灯的数字式恒功率算法，此算法要求低复杂度，收敛时 间短，功率波动范围小，并且具有稳定的闭环特性。本发明受到人们愿望的推动， 可克服目前可予应用技术的缺点和不足，从而能满足需求。发明内容本发明的一个目的是提供出一种数字PID恒功率控制的高强度气体放电灯电 子镇流器，它以恒定功率输出，稳定气体放电灯的发光性能。本发明的另一个目的是提供出一种数字PID恒功率控制的高强度气体放电灯 电子镇流器，它采用数字式恒功率实现，它能够使电子镇流器具有抗干扰能力强， 输出功率精确，批量生产一致性高。本发明的另一个目的是提供出一种数字PID恒功率控制的高强度气体放电灯 电子镇流器，它采用PID算法，它实现简单，收敛快，闭环稳定。本发明的另一个目的是提供出一种数字PID恒功率控制的高强度气体放电灯 电子镇流器，当结合镇流器电路结构，它能应用到多种场合，例如220V市电交 流电压供电，12V汽车直流电压供电，35W， 70W和150W高强度气体放电灯。按照本发明的这些和那些目的、特性和优点，都可在向气体放电灯管供电的 电子镇流器中借助于数字处理器，采用PID恒功率控制算法提供出来。该系统中 具有一个配置了一条反馈回路的电子式镇流器。其优点在于，该电路中包括有 一个接收电流电压釆样信号数字处理器，它采用PID算法，指明了电子镇流器与 标准功率的偏差，并产生一个控制信号加到反馈回路上，由此控制加给灯管的功率。
图1是按照本发明所述的气体放电灯镇流器的方框图。图2是按照本发明所述的气体放电灯整流器实施例的部分电路图和部分方框图。具体实施例在图l中，电源输入网络100供电，触发器300在启动时触发点火，点火后 驱动电路200驱动灯管700工作。采样电路400采集灯管正常工作时的电压和电 流，输出给数字处理器500。数字处理器，是用以完成数据运算与指令控制功能 的器件，可通过数字信号处理器(DSP)来实现，也可以通过单片机来实现，具 体实施时，采用两者其一即可。数字处理器计算功率误差，把误差控制信号发送给反馈电路600，由反馈电 路调整驱动电路的输出。优点在于，通过数字处理器对输入的灯管工作电压和工 作电流进行运算，计算出驱动电路200实际输出的功率，根据PID控制算法，得 到控制信号CS,输出给反馈电路600，当控制信号CS增大或占空比增加时可增 加馈给灯管700的功率，当控制信号CS减小或占空比减小时刻减小馈给灯管700 的功率。在图1所示的电子镇流器中，可以感知到气体放电灯的电流和电压信号，通 过数字处理器的模数转换接口，把连续的模拟信号采样为离散的数字信号。有数 字处理器对采样的数字电压信号和数字电流信号作乘法运算，计算出每个时刻的 气体放电灯的功率值。计算出的功率值有利于产生一个控制信号，通过例如PWM 控制，电流控制和频率控制等来控制镇流器的输出。在一种示例情况下，电子 HID镇流器使用了峰值电流模式脉宽调制(PWM)的DC/DC电压变化器。本发明针对计算的功率值，釆用增量PID控制算法，产生反馈的控制信号。= A — A—, = + 5^—, + Cq—2式中 k:采样序号，k=0，l,2…… 第k次采样时刻的值第k次采样时刻的输入偏差值 A""第k次采样时刻的输出调整值A， B， C都是与采样周期、比例系数、积分时间常数、微分时间常数有关的系 数。在本算法中，数字处理器保存当前时刻功率误差e、前两次时刻功率误差e"'和^-2，每一次运算后更新此三个数值。A、 B、 C为系统设计时，定义的三个常数。采用本算法，数字处理器计算的结果是恒功率控制增量A"、根据反馈电路的传输函数，把此增量A^转换成控制信号输出给反馈电路，由反馈电路调整驱 动电路200的输出功率，达到恒功率控制。图二是在汽车35W高强度气体放电灯中的数字PID恒功率控制的高强度数 字PID恒功率控制的高强度气体放电灯电子镇流器的实施例。电源输入网络100 为DC/DC转换，触发器300在启动时触发点火，点火后全桥驱动电路200驱动 HID灯管700工作。采样电路400由电压釆样和电流采样构成。电阻Rl和R2有利地组成一个分压器，将灯管两端的电压值降至适合于数字 处理器接受的一个电压值，由数字处理器中的模数转换模块把模拟信号转换为数 字电压信号。电流互感器Tl原边串联在灯管的一端，电流互感器Tl副边并联电阻R4， 电阻R4的一端接二极管D1的正极，电阻R4的另一端接地。电阻R3—端连接 二极管D1的负极， 一端连接地。电流采样信号由二极管D1的负极输入到数字 信号处理器中，由数字处理器中的模数转换模块把模拟信号转换为数字电压信 号。数字处理器计算此次采样的灯管功率"、与额定功率之间的偏差^，根据增 量PID算法，计算出第k次采样时刻的输出调整值A"、再根据反馈电路600的传输函数，把A"^转换为控制信号CS。反馈电路接收到控制信号CS后，调整全 桥驱动电路200的输出功率。尽管上面已经详细说明了本发明之当前的一个实施例，但显然应明白，这里 讲述的本基本发明之概念的许多变形和/或修改对本领域内的普通技术人员来说 是易于掌握的，它们依然包括在如所附之权利要求书中限定的、本发明的精神实 质和范畴之内。
权利要求1. 一种数字PID恒功率控制的高强度气体放电灯电子镇流器，其特征在于该镇流器包括驱动电路，与高强度气体放电灯连通，是用于向高强度气体放电灯提供功率输出的器件结构；采样电路，连通在高强度气体放电灯与数字处理器之间，是通过采集高强度气体放电灯的电流信号与灯电压信号，以向数字处理器提供灯工作信息的电路结构；数字处理器，是用于实现PID算法的器件，与所述的采样电路相连通以取得高强度气体放电灯电流值与电压值；反馈网络，是连通在所述的数字处理器与驱动电路之间的电路结构，用以将数字处理器经过PID计算后的控制信号转换为驱动电路的输入信号。
2、 根据权利要求1所述的一种数字PID恒功率控制的高强度气体放电灯电子镇 流器，其特征在于所述的数字处理器，是单片机与数字信号处理器(DSP)两 者其一。
3、 根据权利要求1所述的一种数字PID恒功率控制的高强度气体放电灯电子镇 流器，其特征在于电流采样电路由电流互感器，电阻和二极管构成。
4、 裉据权利要求3所述的一种数字PID恒功率控制的高强度气体放电灯电子镇 流器，其特征在于所述的电流互感器，其初级两端串联在驱动电路和高强度气 体放电灯之间，其次级并联电阻，并联后一端接地，另一端串联二极管JH端。
专利摘要本实用新型涉及一种气体放电灯的电子镇流器，属于电子设备领域。该镇流器包括一个具有运算功能的控制器，其根据接收的采样电流，采样电压信号，采用PID算法，产生一个加至反馈电路上的脉宽调制信号，控制脉宽调制信号的占空比，即可改变电子镇流器输出电压的大小，调节电子镇流器输出给气体放电灯管的功率，达到恒定功率输出的目的。
文档编号H05B41/36GK201114943SQ20072007114
公开日2008年9月10日 申请日期2007年6月15日 优先权日2007年6月15日
发明者刘荣鑫 申请人:上海复展照明科技有限公司