务ｌ篷 甸 地 基于ＨＩＤ灯数字控制的最大功率输出研究 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｍａｘ－ｐｏｗｅｒ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｔｈｅ ＨＩＤ ｌａｍｐ 郑会军，周玉荣 ＺＨＥＮＧ Ｈｕｉ－ｊｕｎ．ＺＨＯＵ Ｙｕ．ｒｏｎｇ （攀枝花学院电气信息工程学院．攀枝花６１７０００） 摘要：针对ＨＩＤ灯功率输出特性。本文提出了一种新型的ＨＩＤ灯最大功率输出控制方法，其控制思想 是当Ｈ ｒＤ灯点火成功后，对灯的电压和电流取样并计算此时的功率，然后增加全桥变换器开关 管占空比△Ｄ后得当前功率，用当前功率与前一次的功率比较，如果当前功率比上一次功率 大，则继续增加占空比△Ｄ，直到功率不变为止，此时输出功率为ＨＩＤ灯的最大输出功率。理 论分析、仿真和实验结果验证了该控制方法的可行性。 关键词：ＨＩＤ灯；电子镇流器；最大功率；ＤＳＰ 中图分类号：ＴＭ４５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ００９－０１ ３４（２０１ ２）３（下）－００４６－０３ Ｄｏｉ：１ ０．３９６９／Ｊ．ｉｓｓｎ．１ ００９－０１ ３４．２０１ ２．３（下）．１ ５ ０引言 图１电路是目前应用比较广泛的一种恒功率控制 ＨＩＤ灯的工作模式可分为暂态和稳态，从开 实现方式，ＴＩ公司生产的ＨＩＤ灯专用控制芯片恒 始建立点火电压激发灯管点亮，当灯管进入稳定 功率控制电路。我们对该电路进行分析。在图１中， 工作前的时间段称为暂态；当灯光进入稳定弧光 是电流采样反馈信号， 是电压采样反馈 放电阶段称为稳态。灯从启动到进入稳态经过六 信号， 和 分别是比例系数。 个阶段：上电、点火、过渡、预热、升压和稳定。 本文将对稳态阶段的功率控制进行分析和研究 。 ＨＩＤ灯进入稳态后，灯管等效电阻会因使用 条件不同而有所差异，所以灯镇流器所供应的电 源需符合灯管电阻变化的特性。传统的稳态控制 方法有恒电压、恒电流和恒功率三种。恒电压控 制是反馈灯管电压，并将其控制在一定范围之内， 但随着灯管使用时间增加，灯管功率将小于额定 功率值，会造成灯管输出流明数不足，灯的输出 图ｌ ＨＩＤ剡但功率应用吧跆 功率减小；恒电流控制是对灯管进行电流控制， 由图１可得： 同样随着灯管的老化，灯管自身消耗热量增加， ＝ ＝ （１） 而发光亮度减小。恒功率控制是同时检测灯管电 ＝压和电流，将灯管功率消耗控制在一定值。但是 ＫＵｏ （２） 随着时间的推移，恒流和恒压控制将使灯的发光 ‘＝Ｉ２ （３） 度减小，恒功率控制也存在当灯管老化，电阻增 因此，流过Ｒ 、Ｒ 的电流，１、厶分别为： 加时，灯管的发热增加，同时也造成灯管的发光 ｕｏ－：—（ －Ｋ，／ｏ） （４） —度降低。针对传统控制方法存在的不足，本文提 兄 、 出用最大功率跟踪的控制方法控制灯的稳态运行， ＝ 最大功率跟踪控制能确保ＨＩＤ灯始终发出最大的 ‘ 足 ： 足 ㈥ 、一 亮度 。 因此有： １ ＨＩＤ灯输出功率特性曲线分析 ＵｏＲ，一 ｔｕ 下面对ＨＩＤ灯输出功率和电压进行理论分析。 （１＋ ）］： （６） 收稿日期：２０１１－１１－３０ 作者简介：郑会军（１９６４一），男，副教授，研究方向为电力电子与自动化控制、太阳能应用和检测技术。 【４６】 第３４卷第３期２０１２—３（下） ｌ ＝訇 似 如果不是最大功率将判断当前功率比上次功率大 管在一定的占空比时输出最大的功率，该控制方 ［（ｕｒｅ—Ｋ ） 一Ｋ【，Ｄ】去 （７） 还是小，将按照图３继续比较，最终将确保开关 输出功率为： ＝ 【，ｏ ＝ ［ 一ＫｏＫｖ（１＋鲁）］（８） 定的最大功率。该数字控制方法简单和可靠。法与灯管的老化无关，始终将确保ＨＩＤ灯输出恒 取Ｋｉ－１，Ｋｖ－－１０， ＝３ Ｖ，令Ｒ１／Ｒ２＝ｘ，则有： ＝Ｕｏ［３ｘ一１０ｕｏ（１＋ｘ）】＝３Ｕｏｘ—ｌｏ（１＋ｘ）Ｕｏ （９） 这是一条以Ｐ０（ｗ）为纵轴， （Ｖ）为横轴的 抛物线，如图２所示。在抛物线顶点始终有： ａｐｏ 。 （１ｌ０）ｕ 图２ ＨＩＤ灯功率曲线 从图２中可以看出，电压在Ｖ Ｖ 区间， 只要控制输出电压的大小，将会使灯输出近似恒 定的功率。金卤灯的额定工作电压一般在８５Ｖ左 右，如果选择适合的参考值Ｏ【，就可以使灯正常 工作时位于抛物线顶点附近。可以认为，输出电 压在该区域内变化时，输出功率近似为恒定。该 技术有很好的瞬态响应性能，但是它要求灯管等 效阻抗恒定，而实际上，灯管在工作一段时间后 会逐渐老化，极间距离增大而引起等效阻抗增大， 若采用该种控制方法，镇流器输出功率将发生偏 差，不能输出最大的恒定功率。另外，灯启动过 程的控制也非常复杂，需要另外设计控制电路。 显然传统的控制方存在一定的局限性。 ２一种新型的最大功率恒定控制方法 从以上分析可知，传统的控制方法存在功率 输出偏差，在灯管老化后，灯阻值发生变化时， 如果用恒定的电压值控制其输出功率，将始终使 灯的功率输出降低，为了克服灯的阻值发生变化 时影响灯的输出功率。我们提出了图３的控制思 想，其控制方法是：当灯点火成功后，取灯的端 电压和电流，并计算出功率Ｐｎ 然后再增加开关 管的占空比ＡＤ 计算出当前功率Ｐｎ。比较Ｐ ． 和 Ｐ。的大小可以判断当前的功率是不是最大功率， 图３最大恒功率控制流程图 根据图３的最大恒功率控制思想，按照图４控 制电路原理图进行仿真分析，我们的仿真思路是： 由于ＨＩＤ灯的阻值随着时间推移在一定时间段发 生变化时，灯的工作特性曲线将发生变化，通过 图３的控制方法能否确保ＨＩＤ灯输出恒定的最大功 率。在图４中 ，我们假设灯的阻值在（０～１０）ｈ、 （１０～２５）ｈ、（２５～３０）ｈ时间内发生变化，图６ 是其输出功率的仿真波形。从图６的仿真结果可 知，灯的输出最大功率能跟踪其阻值的变化。因 此，按照图３的控制思想能克服由于灯管阻值老 化，灯的阻值变大造成其输出功率减小问题。 图４ ＨＩＤ灯仿真主电路 第３４卷第３期２０１２—３（下） ［４７１ ｌ １８Ｏ ＩＩ５ 似 一≥ ０事０口 １７０ １６Ｏ １５Ｏ ∞ ∞ 如 加 １４０ １３０ １２０ ｌ１０ ｌＯ０ ９０ ８０ ７０ 图７ ＨＩＤ灯负载电压和电流测试波形 图５ ＨＩＤ灯阻值变化曲线 在的问题，提出了一种新型最大恒功率控制方法。 该控制方法不随灯管老化以及外界因素的变化而 变化。始终输出最大的功率。通过理论分析和试 验验证了该方法的可行性。本文的控制思想将为 ＨＩＤ灯恒功率最大输出提供一定的指导作用。 参考文献： ［１１许建炳．低频方波ＨＩ］Ｄ灯电子镇流器关键技术研究【Ｄ］． 浙江大学．２００３． ［２］张菡．汽车前照氙灯电子镇流器研究与设计［Ｄ】．西南交 通大学，２００８． 图６ ＨＩＤ灯功率跟踪变化曲线 【３］Ｇａｒｃｉａ—Ｇａｒｃｉａ Ｊ，Ｃａｒｄｅｓｉｎ Ｊ，Ｒｉｂａｓ Ｊ，Ｃａｌｌｅｊａ Ａ Ｊ， Ｃｏｒｏｍｉｎａｓ Ｅ Ｌ，Ｒｉｃｏ—Ｓｅｃａｄｅｓ Ｍ，Ａｌｏｎｓｏ Ｊ Ｍ．Ｎｅｗ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｔｒａｔｅｇｙ ｉｎ ａ Ｓｑｕａｒｅ—Ｗａｖｅ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｆｏｒ Ｌｏｗ Ｗａｔｔａｇｅ Ｍｅｔａｌ Ｈａｌｉｄｅ Ｌａｍｐ Ｓｕｐｐｌｙ ｔｏ Ａｖｏｉｄ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅｓ．ＩＥＥＥ ３实验验证 根据图３的最大恒功率控制思想，对图４ＨＩＤ 灯电路进行实验验证，为了实现图３的控制算法， 选用ＤＳＰ（ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２）作为算法处理，并控制 主电路的开关管ＰＷＭ驱动信号 。图３中灯的 额定功率为３５４Ｗ、额定电压为６５Ｖ，开关管选用 ＭＯＳＦＥＴ（ＩＲＦ４９０５），开关管频率ｆ＝２０ＫＨｚ，全桥 逆变电路上桥臂采用Ｐ—ＭＯＳＦＥＴ（ＩＲＦ４９０５），下桥 臂采用Ｎ—ＭＯＳＦＥＴ（ＩＲＦ３７１０），图７为最大恒功率 测试波形。从图７中可知，灯光的两端电压和电 流是恒定的，没有出现抖动现象。 Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ ＥｌｅｃｔｒｏｎＣＳ，２００６，２１（１）：２４３—２５３． 【４］Ｊｕｎ Ｚｈａｏ，Ｍｉａｏｓｅｎ Ｓｈｅｎ，Ｍｉｎ Ｃｈｅｎ，ａｎｄ Ｚｈａｏｍｉｎｇ Ｑｉａｎ． Ａ Ｎｏｖｅｌ Ｌｏｗ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｑｕａｒｅ Ｗａｖｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｂａｌｌａｓｔ ｆｏｒ Ｌｏｗ—Ｗａｔｔａｇｅ ＨＩＤ Ｌａｍｐｓ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ＩＥＥＥ ＩＡＳ， ２００３：３２１—３２４． ［５］陈传虞．电子节能灯与电子镇流器设计与制造【Ｍ］．人民 邮电出版社，２００９． 【６】路秋生．高频交流电子镇流器技术与应用［Ｍ】．人民邮电 出版社，２００４． 【７】路秋生．常用电子镇流器电路及应用【Ｍ】．人民邮电出版 社，２００６． ４结束语 本文主要分析了ＨＩＤ灯传统的恒功率控制存 【８】苏奎峰，吕强，耿庆锋．ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２原理与开发【Ｍ】．北 京：电子工业出版．２００５． 出‘ 巴‘． 蠢‘ 蠡‘ 盘‘ 蠡● 重－． ． ． 童● 盘‘ 岛‘ 重● 童● 蠢‘ 蠡Ｉ 童‘ 盘‘ 蠡 蠢‘ 蠡● 童● 盘‘ 蠢‘ 声 明 制造业自动化》２０１１年１Ｏ期（下）发表的《二自由度机器人的分层模糊控制》（第一作者：刘坤） 受黑龙江省教育厅项目：黑龙江寒地水稻稻瘟病的智能测报研究（１２５１１３５６）支持。特此声明。 １４８１ 第３４卷第３期２０１２－３（下）
