汽车用氙气前照灯电子镇流器的设计

金 龙

（梅县金华达通信设备有限公司，广东 梅州 514021）

目前，国内汽车逐渐采用氙气灯作为前照灯。氙气灯电子镇流器的市场需求和性能要求都进入了一个新阶段，体积小、效率高的电子镇流器成为市场焦点[1]。

针对当前汽车用氙气前照灯镇流器产品效率低、可靠性差等方面的不足，本文采用单芯片的单片机——PIC16F785进行控制，结合平面变压器技术、软开关技术、全贴片技术，使汽车用氙气前照灯镇流器达到体积小、效率高、可靠性高的要求。

1 原理与设计

1.1 产品硬件设计

1.1.1 产品原理

汽车用氙气前照灯镇流器系统电路如图1所示[2]。

汽车电池提供9～18 V电压，经EMI滤波电路、防反接电路后，通过DC/DC升压电路产生50～420 V的直流电压，经DC/AC全桥电路得到400 Hz左右的交流方波点亮HID灯。启动开始，高压点火电路产生23 000 V的高压激活HID灯，稳态后，HID灯压维持在70～150 V。

1.1.2 PIC16F785构成的控制电路

普通的镇流器采用普通单片机、PWM芯片和运放完成，致使元器件较多，造成可靠性下降。本文采用Microchip公司的PIC16F785单片机实现镇流器的全部功能。

PIC16F785是一款具有数模混合控制功能的微控制器，具有以下性能[3]：

8位高性能RISC CPU，20脚SSOP封装；两路高速比较器模块；两路独立运放的运算放大器模块(OPA)；双相异步反馈PWM模块；两个定时器Time0(8位)和Time1(16位)；12路、10位精度 A/D转换器。

以PIC16F785为控制核心的氙气前照灯镇流器控制框图如图2所示。其工作原理简述如下：PIC16F785根据A/D口检测得到的灯电压信号Vo，查表计算灯电流的基准信号，通过 5脚送出 PWM方波信号，经过 R5、C3滤波得到灯电流的基准值并送到内部运放1的同相端（9脚）。灯电流实际值Io送入内部运放2的同相端（12脚）进行放大处理，然后送入内部运放1的反相端（8脚）做误差放大处理,最后通过内部比较器2完成PWM输出，最终实现电流型PWM控制。

1.1.3 软开关控制

由于产品定位为高效率、高可靠、小型化，硬开关已无法达到要求，因此采用软开关技术将谐振变换器与PWM技术结合起来，使开关开通前其两端电压为零，既能实现零电压开关，又能实现恒功率，具体原理如图3所示[4]。

电路的工作原理：R和C组成开关管Q的漏极反馈电路，将漏极的波形转换为单片机允许采样的电平。单片机通过软件编程，识别SYNC引脚上的波形变化并反馈到PH2，保证PH2引脚在Q漏极达到谷底电压时转换为高电平，实现零电压开关ZVS。PH2引脚输出PWM波形，经PWM驱动电路驱动MOS管。

1.1.4 平面变压器

要尽可能减小镇流器的体积，用传统绕线变压器已满足不了要求，平面变压器特别适合超薄镇流器。平面变压器通过在多层PCB板上绘制绕组，采用高导磁率铁氧体磁芯，可以达到体积小、能量密度高的要求。

汽车用氙气前照灯镇流器的额定输出功率为35 W，采用PEI22/PC40磁芯,使用4层PCB 板，N1：N2=2:14，第一、三层为初级，都是2匝，并联，第二、四层为次级，7匝，串联成14匝[5]，具体参数见表1。

表1 平面变压器参数

1.2 产品软件设计

由于采用数模混合控制功能的PIC16F785，硬件控制简单，软件控制灵活，主程序的流程图如图4所示。程序采用模块化结构，系统初始化后，通过上电、点火、过渡、稳定等过程，最后点亮氙灯。

图4 主程序流程图

2 实验

采用PIC16F785做出10台汽车用氙气前照灯镇流器样机，经过效率对比测试、温升对比测试，结果令人满意，如表2所示。

表2 镇流器对比参数表

灯管电压启动过程和正常工作波形如图5所示。

普通镇流器与采用软开关控制的镇流器的主功率管的DS波形如图6所示。图6中，上波形为主功率管G极驱动波形，下波形为主功率管的DS波形，可以看出，软开关控制技术使D极电压为零时导通主功率MOS管，去除振荡，降低DS峰值电压，提高主功率管的可靠性。

氙气前照灯镇流器主要技术参数如下：

输入电压：DC 9～18 V；输出电压：DC 50～150 V；输出频率：400 Hz±1%；输出功率：35±3 W；额定效率：≥87%；保护功能：输入反接、输入高、低压、输出开路、输出短路。

采用PIC16F785设计的氙气前照灯镇流器产品小巧，全贴片工艺，如图7所示。

设计并分析了一种新型的汽车用氙气前照灯镇流器。该镇流器采用新型数模混合单片机进行控制，减少了20%的元器件；突破性采用软开关技术、平面变压器技术，提高了约4%的效率，功率器件和主变温升较低，整个PCB设计采用全贴片技术，提高了生产一致性和产品的可靠性，目前产品已量产。

图6 主功率管的DS波形图

图7 采用PIC16F785设计的氙气前照灯镇流器照片

[1]郝建强.数模双环路HID安定器的设计[J].现代电子技术，2006(13)：125-126.

[2]张勇,王晓静,崔光照.基于单片机控制的氙气灯电子镇流器设计[J].郑州轻工业学院学报，2010，25(4)：93-95.

[3]Microchip Company.PIC16F785/HV785数据手册[S].Microchip Company，2006.

[4]姚建斌，高明煜.平面变压器在汽车氙气灯镇流器中的应用[J].杭州电子科技大学学报,2010,30(2):13-15.

[5]袁神龙，王辅忠.基于MCU控制的汽车HID灯镇流器的设计与分析[J].电力电子技术,2009,43(9):50-52.