CN101500366B - 驱动高照度放电灯的电路*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种驱动高照度放电灯的电路***，包括一升压电路、一点火线圈电路及一箝制电路。升压电路包含一第一变压器及一第一开关，第一变压器的一次侧接收一输入端电源，第一变压器的二次侧产生一升压直流电压，第一开关连接至该第一变压器，以控制该第一变压器的通路及断路。点火线圈电路连接至该升压电路，以将升压直流电压转换成一切换交流电压，以驱动一负载。箝制电路连接至该升压电路及该点火线圈电路，以当该第一开关断路时，将该第一变压器的二次侧反射至该第一变压器一次侧的能量导引至该第一变压器的二次侧。

Description

驱动高照度放电灯的电路***

技术领域

本发明属于一种电压转换(Voltage Convert)的技术领域，具体地涉及一种驱动高照度放电灯的电路***。

背景技术

在以往，车辆灯组大多由传统的钨丝灯泡来构成，但在1992年Philips公司推出高照度放电灯(High-Intensity Discharging Lamp，HID)之后，一举改写了人类的照明史。高照度放电灯(HID)主要为氙气灯组或气体放电式灯组。和传统灯泡比较起来，高照度放电灯具有高照度、高色温、光形稳定等等的优点。照度的提升代表夜间行车的可视范围更广，高色温代表可让所见物的颜色更为真实，而光形稳定则代表照明范围固定，让驾驶不用担心头灯的照明范围会随时飘移。

传统的灯泡是电流通过灯泡内的钨丝产生热进而产生光。而高照度放电灯则是将一直流电压通过一驱动电路***升压转换至23000伏特的交流电压，经过高压震荡使一石英玻璃管内的氙气电子游离，在两电极之间产生强烈的电弧光源，顺利启动后该驱动电路***便会将工作电压降至80～110伏特。

图1是一公知高照度放电灯(HID)驱动电路***100，图1中的驱动电路***100为一种返驰式转换器(Flyback Converter)的设计。当开关S1为通路时，端点A的电压为低电位，能量储存于变压器T1中。当开关S1为断路时，储存于变压器T1中的能量以电流型式在变压器T1的二次侧释放。而变压器T1的二次侧的电压会反射至变压器T1的一次侧上，若变压器T1的二次侧与变压器T1的一次侧的绕线比为 $\frac{N1}{\mathrm{Np}}=n,$ 变压器T1二次侧的电压Vo，因二次侧的电压的反射，端点A的电压变为Va＝Vin-(-nVo)＝Vin+nVo。图2是公知驱动电路***100的电压示意图。如图所示，端点A的电压非仅为Vin+nVo，同时由于变压器T1本身的等效电感，在端点A会造成一尖峰(spark)，如图2的圆圈中所示。此会造成能量的损耗，也会对开关S1损害。针对变压器T1的二次侧的电压反射现象，公知技术采用一较耐压的开关，然而此会增加许多成本。另一种方法是使用箝制电路，以箝制变压器T1二次侧反射回来的电压，以此保护开关S1，然而此会造成变压器T1转换效率低落。由此可知，公知技术仍有诸多缺失而有予以改善的必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种驱动高照度放电灯的电路***。

为实现上述目的，本发明提供的驱动高照度放电灯的电路***，包括：

一升压电路，其包含一第一变压器及一第一开关，该第一变压器的一次侧接收一输入端电源，该第一变压器的二次侧产生一升压直流电压，该第一开关连接至该第一变压器，以控制该第一变压器的通路及断路；

一点火线圈电路，连接至该升压电路，以将该升压直流电压转换成一切换交流电压，以驱动一负载；以及

一箝制电路，连接至该升压电路及该点火线圈电路，以当该第一开关断路时，将该第一变压器的二次侧反射至该第一变压器一次侧的能量导引至该第一变压器的二次侧。

所述的电路***，其中，该箝制电路为一电流增益电路。

所述的电路***，其中，该箝制电路为由一第一二极管、一第二二极管及一第一电容所组成。

所述的电路***，其中，该第一二极管的正端连接至该第一开关及该第一变压器的一次侧。

所述的电路***，其中，该第一二极管的负端连接至该第一电容的正端，第一电容的负端连接至一低电位。

所述的电路***，其中，该第二二极管的正端连接至该第一二极管的负端及该第一电容的正端，该第二二极管的负端连接至该第一变压器的二次侧。

所述的电路***，其中，该点火线圈电路连接至该第一变压器的二次侧，其包含一第三二极管、一第四二极管、一第五二极管、一第二电容、一第三电容、一第四电容、一第一电阻、一第二变压器及一火花间隙装置，以将该升压直流电压转换成该切换交流电压。

所述的电路***，其中，该第三二极管正端连接至该第一变压器的二次侧，其负端连接至该第三电容的正端及该第五二极管的正端。

所述的电路***，其中，该第三电容的负端连接至该第二电容的正端、该第一变压器的二次侧中间、该第四二极管的负端及第一电阻的一端。

所述的电路***，其中，该第四二极管的正端连接至该第一电阻的另一端及该第四电容的正端，该第四电容的负端连接至该低电位。

所述的电路***，其中，该第二电容的负端连接至该第二二极管的正端、该第一二极管的负端及该第一电容的正端。

所述的电路***，其中，该第五二极管的负端连接至该火花间隙装置的一端，该火花间隙装置的另一端连接至该第二变压器的一次侧。

所述的电路***，其中，该负载由一高照度放电灯、一第二开关、一第三开关、一第四开关、一第五开关及一负载电容所组成。

所述的电路***，其中，该高照度放电灯的一端连接至该第二变压器的二次侧，其另一端连接至该负载电容的一端、该第三开关的一端及该第五开关的一端。

由本发明的实施，可以有效地解决公知高照度放电灯驱动电路***中变压器二次侧的反射电压，并且避免公知高照度放电灯驱动电路***的成本增加问题，并减少公知技术中变压器转换效率低落问题。

附图说明

图1是一公知高照度放电灯驱动电路***的电路图。

图2是公知驱动电路***的电压的示意图。

图3是本发明一种驱动高照度放电灯的电路***的电路图。

图4是本发明驱动高照度放电灯的电路***的波形图。

图5是本发明驱动高照度放电灯的电路***的等效电路图。

图6是本发明于模式1的等效电路图。

图7是本发明于模式2的等效电路图。

图8是本发明于模式3的等效电路图。

图9是本发明于模式4的等效电路图。

图10是本发明于模式5的等效电路图。

附图中主要组件符号说明：

驱动电路***100

电路***300

升压电路310

点火线圈电路320

箝制电路330

负载340

具体实施方式

本发明系提出一种驱动高照度放电灯(High Intensity Discharge，HID)的电路***，包括一升压电路、一点火线圈电路及一箝制电路。该升压电路包含一第一变压器及一第一开关，该第一变压器的一次侧接收一输入端电源，该第一变压器的二次侧产生一升压直流电压，该第一开关连接至该第一变压器，以控制该第一变压器的通路及断路。该点火线圈电路连接至该升压电路，以将该升压直流电压转换成一切换交流电压，以驱动一负载。该箝制电路连接至该升压电路及该点火线圈电路，以当该第一开关断路时，将该第一变压器的二次侧反射(reflect)至该第一变压器一次侧的能量导引至该第一变压器的二次侧。

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，使本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。

图3是本发明一种驱动高照度放电灯(High Intensity Discharge，HID)的电路***300的电路图。该电路***300包括一升压电路310、一点火线圈电路320、及一箝制电路330。

该升压电路310其包含一第一变压器T1及一第一开关S1，该第一变压器T1的一次侧接收一输入端电源Vin，该第一变压器T1的二次侧产生一升压直流电压。该第一开关S1连接至该第一变压器T1，以控制该第一变压器T1的通路及断路。

该点火线圈电路320连接至该升压电路310，以将该升压直流电压转换成一切换交流电压，以驱动一负载340。

该箝制电路330连接至该升压电路310及该点火线圈电路320，以当该第一开关S1断路时，将该第一变压器T1的二次侧反射(reflect)至该第一变压器T1一次侧的能量导引至该第一变压器的二次侧。

该箝制电路330为一电流增益电路，是由一第一二极管D1、一第二二极管D2及一第一电容C1所组成。该第一二极管D1的正端连接至该第一开关S1及该第一变压器T1的一次侧。该第一二极管D1的负端连接至该第一电容C1的正端，第一电容C1的负端连接至一低电位。

该第二二极管D2的正端连接至该第一二极管D1的负端及该第一电容C1的正端，该第二二极管D2的负端连接至该第一变压器T1的二次侧。

该点火线圈电路320连接至该第一变压器T1的二次侧，其包含一第三二极管D3、一第四二极管D4、一第五二极管D5、一第二电容C2、一第三电容C3、一第四电容C4、一第一电阻R1、一第二变压器T2及一火花间隙(Spark Gap，SG)装置SG，以将该升压直流电压转换成该切换交流电压。

该第三二极管D3正端连接至该第一变压器T1的二次侧，其负端连接至该第三电容C3的正端及该第五二极管D5的正端。

该第三电容C3的负端连接至该第二电容C2的正端、该第一变压器T1的二次侧中间、该第四二极管D4的负端及第一电阻R1的一端。

该第四二极管D4的正端连接至该第一电阻R1的另一端及该第四电容C4的正端，该第四电容C4的负端连接至该低电位。该第二电容C2的负端连接至该第二二极管D2的正端、该第一二极管D1的负端及该第一电容C1的正端。该第五二极管D5的负端连接至该火花间隙装置SG的一端，该火花间隙装置SG的另一端连接至该第二变压器T2的一次侧。电容Cig并联于火花间隙装置SG的储能电容。

该负载340是由一高照度放电灯HID、一第二开关S2、一第三开关S3、一第四开关S4、一第五开关S5及一负载电容C5所组成。

该高照度放电灯HID的一端连接至该第二变压器T2的二次侧，其另一端连接至该负载电容C5的一端、该第三开关S3的一端及该第五开关S5的一端。

该第二开关S2的一端连接至该第三电容C3的负端及该第二电容C2的正端。该第二开关S2的另一端连接至该第四开关S4。该第四开关S4的另一端连接至该低电位。该第五开关S5的另一端连接至该低电位。

图4是本发明驱动高照度放电灯的电路***300的波形图，其中端点A的电压为VDS。

图5是本发明驱动高照度放电灯的电路***300的等效电路图。如图4所示，其区分为模式1(t0-t1)、模式2(t1-t2)、模式3(t2-t3)、模式4(t3-t4)、及模式5(t4-t0)。

在模式1(t0-t1)中，于时间t0时，该第一开关S1开始被开启。在这时段中，该第一开关S1的寄生电容CSI仍和漏电感(leakage inductance)LKI共振，故第一变压器T1的能量仍传送至二次侧。在这时段中，该第二二极管D2为顺向偏压，传送至二次侧的能量经由该第一电容C1及该第二电容C2传导至该负载RL。由于端点A的电压为VDS很小，无法使该第一二极管D1导通，故该第一二极管D1以灰色显示，以表示其未工作。图6是本发明于模式1的等效电路图。

在模式2(t1-t2)中，该第一开关S1完全导通。该第二二极管D2仍为顺向偏压且导通。在这时段中，储存于该第一电容C1、该第二电容C2及漏电感LK2的能量传导至该负载RL。在时间t2时，该漏电感LK2完全释放能量至该负载RL后，该第二二极管D2开始变为逆向偏压。图7是本发明于模式2的等效电路图。

在模式3(t2-t3)中，该第一开关S1开始被关闭。该第二二极管D2仍为顺向偏压，该第一二极管D1为逆向偏压。在这时段中，储存于该第一电容C1及该第二电容C2的能量传导至该负载RL。在时间t3时，磁场电流(magnetizing current)im达到最大值ip，且该第一开关S1完全被关闭。图8是本发明于模式3的等效电路图。

在模式4(t3-t4)中，该第一开关S1被关闭。该磁场电流(magnetizingcurrent)im对该第一开关S1的寄生电容CSI充电。在时间t4时，寄生电容CSI的电压大于第一电容C1的电压(VCSI＞VC1)，故该第一二极管D1及第二二极管D2为顺向偏压且导通。图9是本发明于模式4的等效电路图。

在模式5(t4-t0)中，该磁场电流im经由该箝制电路330被导引至该第一变压器T1的二次侧。该第一二极管D1为逆向偏压。该第一开关S1被关闭。该第一电容C1及该第二电容C2及漏电感LK2的能量传导至该负载RL。图10是本发明于模式5的等效电路图。

于公知技术中，当该第一开关S1关闭时，二次侧反射至一次侧的能量会让节点A的电流升高并产生尖峰(spark)现象。由图4～图10的示意图可知，当该第一开关S1关闭时，磁场电流(magnetizing current)im达到最大值ip并不会如公知技术产生尖峰现象，同时，该磁场电流im经由该箝制电路330导引至该第一变压器T1的二次侧，故节点A的电流(磁场电流，im)可较公知技术的电流小。

由上述说明可知，本发明驱动高照度放电灯的电路***300将该磁场电流im经由该箝制电路330导引至该第一变压器T1的二次侧，可有效地利用二次侧反射至一次侧的能量，同时可降低施加于该第一开关S1上的电压。故本发明技术无需使用耐高压的开关组件，以解决成本增加的问题，并减少公知技术中变压器转换效率低落问题。

上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利要求范围自应以申请的权利要求范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (9)

1.一种驱动高照度放电灯的电路***，包括：

一升压电路，其包含一第一变压器及一第一开关，该第一变压器的一次侧接收一输入端电源，该第一变压器的二次侧产生一升压直流电压，该第一开关连接至该第一变压器，以控制该第一变压器的通路及断路；

一点火线圈电路，连接至该升压电路，以将该升压直流电压转换成一切换交流电压，以驱动一负载；以及

一箝制电路，连接至该升压电路及该点火线圈电路，以当该第一开关断路时，将该第一变压器的二次侧反射至该第一变压器一次侧的能量导引至该第一变压器的二次侧，其中，该箝制电路系一电流增益电路，该箝制电路系由一第一二极管、一第二二极管及一第一电容所组成，该第一二极管的正端连接至该第一开关及该第一变压器之一次侧，该第一二极管的负端连接至该第一电容之正端，第一电容之负端连接至一低电位，该第二二极管的正端连接至该第一二极管的负端及该第一电容之正端，该第二二极管的负端连接至该第一变压器之二次侧。

2.如权利要求1所述的电路***，其中，该点火线圈电路连接至该第一变压器的二次侧，其包含一第三二极管、一第四二极管、一第五二极管、一第二电容、一第三电容、一第四电容、一第一电阻、一第二变压器及一火花间隙装置，以将该升压直流电压转换成该切换交流电压。

3.如权利要求2所述的电路***，其中，该第三二极管正端连接至该第一变压器的二次侧，其负端连接至该第三电容的正端及该第五二极管的正端。

4.如权利要求2所述的电路***，其中，该第三电容的负端连接至该第二电容的正端、该第一变压器的二次侧中间、该第四二极管的负端及第一电阻的一端。

5.如权利要求4所述的电路***，其中，该第四二极管的正端连接至该第一电阻的另一端及该第四电容的正端，该第四电容的负端连接至该低电位。

6.如权利要求5所述的电路***，其中，该第二电容的负端连接至该第二二极管的正端、该第一二极管的负端及该第一电容的正端。

7.如权利要求6所述的电路***，其中，该第五二极管的负端连接至该火花间隙装置的一端，该火花间隙装置的另一端连接至该第二变压器的一次侧。

8.如权利要求2所述的电路***，其中，该负载由一高照度放电灯、一第二开关、一第三开关、一第四开关、一第五开关及一负载电容所组成。

9.如权利要求8所述的电路***，其中，该高照度放电灯的一端连接至该第二变压器的二次侧，其另一端连接至该负载电容的一端、该第三开关的一端及该第五开关的一端。

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