用于hid燈的啟動(dòng)電路和方法以及hid開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及用于HID燈的啟動(dòng)電路和方法W及 HID開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] HID(Hi曲Intensity Discharge)燈，即高壓氣體放電燈，是隸燈、鋼燈、金燈、氣 燈的統(tǒng)稱(chēng)。HID燈的亮度是傳統(tǒng)面素?zé)襞莸?倍，使用壽命比傳統(tǒng)面素?zé)襞蓍L(zhǎng)10倍。由于 HID燈具有亮度高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，不僅應(yīng)用于汽車(chē)照明設(shè)備中，還可應(yīng)用于消防緊急照明 系統(tǒng)、軍警野外照明、船舶夜間領(lǐng)航系統(tǒng)、火車(chē)頭燈照明、工業(yè)建筑夜間主要照明、民間輕型 手提戶(hù)外照明等等。
[0003] HID燈在工作時(shí)的電壓和電流并不是恒定的，而是受外界因素影響，其中W溫度影 響為主。為了保證照明亮度均勻穩(wěn)定，驅(qū)動(dòng)HID燈的開(kāi)關(guān)電源忍片通常不采用傳統(tǒng)的恒壓 或恒流控制方式，而是采用恒功率控制。在HID的點(diǎn)燈啟動(dòng)過(guò)程中，也可W運(yùn)用功率控制技 術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)的功能。具體而言，HID燈在工作時(shí)兩端的電壓隨溫度的升高而增大。在 點(diǎn)燈啟動(dòng)過(guò)程中，初始階段由于燈管還未預(yù)熱，故電壓比較低，此時(shí)稱(chēng)之為"冷燈"；隨著工 作時(shí)間的積累，燈管溫度逐漸上升，HID燈兩端電壓隨之升高，HID燈也由"冷燈"狀態(tài)進(jìn)入 "熱燈"狀態(tài)。為了保證HID可W快速平穩(wěn)的啟動(dòng)，通常會(huì)使HID燈在處于冷燈狀態(tài)時(shí)W較 大的功率進(jìn)行工作，加快啟動(dòng)過(guò)程；當(dāng)其由冷燈進(jìn)入熱燈狀態(tài)時(shí)，逐漸將功率降至熱燈的額 定功率，防止HID長(zhǎng)時(shí)間工作于大功率下導(dǎo)致壽命減少；當(dāng)HID充分預(yù)熱W后，使其在額定 功率下進(jìn)行恒功率工作。
[0004] 傳統(tǒng)的HID啟動(dòng)方法是采用時(shí)間延遲進(jìn)行功率控制。如圖1所示，W時(shí)間為橫坐 標(biāo)，W功率為縱坐標(biāo)。在點(diǎn)燈啟動(dòng)時(shí)從0開(kāi)始計(jì)時(shí)，剛開(kāi)始處于冷燈狀態(tài)，HID在高功率Ph下 工作直到時(shí)間ti，隨后在ti~12時(shí)段內(nèi)開(kāi)始降功率過(guò)程，當(dāng)預(yù)熱一段時(shí)間后（到時(shí)間12)， HID在低功率町下恒功率工作。運(yùn)種方法可W大致反映出HID的啟動(dòng)過(guò)程，但一般時(shí)間延 遲ti、t2是預(yù)先設(shè)定的，系統(tǒng)無(wú)法實(shí)時(shí)判斷HID是處于冷燈還是熱燈狀態(tài)。若延遲過(guò)長(zhǎng)，貝U 啟動(dòng)太慢；若延遲過(guò)短，有可能燈沒(méi)有充分預(yù)熱而導(dǎo)致點(diǎn)燈失敗，故該控制方法存在準(zhǔn)確性 差、成功率低的缺點(diǎn)。 陽(yáng)0化]鑒于上述內(nèi)容，本領(lǐng)域需要用于HID燈的啟動(dòng)電路及啟動(dòng)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提出了用于HID燈的啟動(dòng)電路及啟動(dòng)方法，并給出了啟動(dòng)電路中分段式功 率基準(zhǔn)模塊的原理和電路結(jié)構(gòu)。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種用于HID燈的啟動(dòng)電路包括：分段式功率基準(zhǔn)電 路，其接收基準(zhǔn)信號(hào)W及與所述HID燈的電壓或電流相關(guān)的檢測(cè)信號(hào)并輸出分段式功率基 準(zhǔn)；乘法器，其接收所述HID燈的電壓采樣信號(hào)和電流采樣信號(hào)，并將所述電壓采樣信號(hào)和 所述電流采樣信號(hào)相乘W提供采樣功率；W及誤差放大器，其接收所述采樣功率和所述分 段式功率基準(zhǔn)并提供所述采樣功率與所述分段式功率基準(zhǔn)之間的誤差放大信號(hào)W控制所 述HID燈的功率。
[0008] 根據(jù)一個(gè)方面，所述基準(zhǔn)信號(hào)包括對(duì)應(yīng)于冷燈的第一基準(zhǔn)信號(hào)和對(duì)應(yīng)于熱燈的第 二基準(zhǔn)信號(hào)，所述第一基準(zhǔn)信號(hào)小于所述第二基準(zhǔn)信號(hào)，所述分段式功率基準(zhǔn)電路在所述 檢測(cè)信號(hào)低于所述第一基準(zhǔn)信號(hào)時(shí)輸出第一功率基準(zhǔn)，在所述檢測(cè)信號(hào)高于所述第二基準(zhǔn) 信號(hào)時(shí)輸出第二功率基準(zhǔn)，并在所述檢測(cè)信號(hào)高于所述第一基準(zhǔn)信號(hào)且低于所述第二基準(zhǔn) 信號(hào)時(shí)輸出在所述第一功率基準(zhǔn)與所述第二功率基準(zhǔn)之間的功率基準(zhǔn)。
[0009] 根據(jù)一個(gè)方面，所述基準(zhǔn)信號(hào)包括第一基準(zhǔn)信號(hào)和第二基準(zhǔn)信號(hào)，所述第一基準(zhǔn) 信號(hào)小于所述第二基準(zhǔn)信號(hào)，所述分段式功率基準(zhǔn)電路在所述檢測(cè)信號(hào)低于所述第一基 準(zhǔn)信號(hào)時(shí)輸出第一功率基準(zhǔn)，并在所述檢測(cè)信號(hào)高于所述第一基準(zhǔn)信號(hào)時(shí)輸出第二功率基 準(zhǔn)。
[0010] 根據(jù)一個(gè)方面，所述分段式功率基準(zhǔn)電路包括：最大值選取電路，其接收所述檢 測(cè)信號(hào)和第一基準(zhǔn)信號(hào)，并輸出所述檢測(cè)信號(hào)和第一基準(zhǔn)信號(hào)中的較大值作為第一中間信 號(hào)；最小值選取電路，其接收所述第一中間信號(hào)和第二基準(zhǔn)信號(hào)，并輸出所述第一中間信號(hào) 和第二基準(zhǔn)信號(hào)中的較小值作為第二中間信號(hào)；W及減法器，其接收所述第二中間信號(hào)和 第=基準(zhǔn)信號(hào)，并輸出所述第=基準(zhǔn)信號(hào)與第二中間信號(hào)之差作為所述分段式功率基準(zhǔn)， 其中所述第一基準(zhǔn)信號(hào)小于所述第二基準(zhǔn)信號(hào)，所述第二基準(zhǔn)信號(hào)小于所述第=基準(zhǔn)信 號(hào)。
[0011] 根據(jù)一個(gè)方面，所述分段式功率基準(zhǔn)電路包括：最小值選取電路，其接收所述檢 測(cè)信號(hào)和第二基準(zhǔn)信號(hào)，并輸出所述檢測(cè)信號(hào)和第二基準(zhǔn)信號(hào)中的較小值作為第一中間信 號(hào)；最大值選取電路，其接收所述第一中間信號(hào)和第一基準(zhǔn)信號(hào)，并輸出所述第一中間信號(hào) 和第一基準(zhǔn)信號(hào)中的較大值作為第二中間信號(hào)；W及減法器，其接收所述第二中間信號(hào)和 第=基準(zhǔn)信號(hào)，并輸出所述第=基準(zhǔn)信號(hào)與第二中間信號(hào)之差作為所述分段式功率基準(zhǔn)， 其中所述第一基準(zhǔn)信號(hào)小于所述第二基準(zhǔn)信號(hào)，所述第二基準(zhǔn)信號(hào)小于所述第=基準(zhǔn)信 號(hào)。
[0012] 根據(jù)一個(gè)方面，所述分段式功率基準(zhǔn)電路包括：最小值選取電路，其接收所述檢 測(cè)信號(hào)和第一基準(zhǔn)信號(hào)，并輸出所述檢測(cè)信號(hào)和第一基準(zhǔn)信號(hào)中的較小值作為第一中間信 號(hào)；W及減法器，其接收所述第一中間信號(hào)和第二基準(zhǔn)信號(hào)，并輸出所述第二基準(zhǔn)信號(hào)與 第一中間信號(hào)之差作為所述分段式功率基準(zhǔn)，其中所述第一基準(zhǔn)信號(hào)小于所述第二基準(zhǔn)信 號(hào)。
[0013] 根據(jù)一個(gè)方面，所述最大值選取電路包括：差分對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，其接收兩個(gè)差分輸入并 提供所述兩個(gè)差分輸入中的較大值；W及電平轉(zhuǎn)移電路，其接收并提供由所述差分對(duì)稱(chēng)結(jié) 構(gòu)輸出的所述較大值。
[0014] 根據(jù)一個(gè)方面，所述差分對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)包括：第一=極管和第二=極管，其發(fā)射極連接 在一起；第==極管，其發(fā)射極連接至所述第一=極管的基極，所述第==極管的基極接收 第一差分輸入；W及第四=極管，其發(fā)射極連接至所述第二=極管的基極，所述第四=極管 的基極接收第二差分輸入，其中所述第一=極管和第二=極管的發(fā)射極輸出所述第一差分 輸入和第二差分輸入中的較大值。
[0015] 根據(jù)一個(gè)方面，所述電平轉(zhuǎn)移電路包括：第五=極管，其發(fā)射極連接至所述第一= 極管和第二=極管的發(fā)射極W接收所述較大值；W及第六=極管，其發(fā)射極連接至所述第 五=極管的基極，并且所述第六=極管的基極輸出所述較大值。
[0016] 根據(jù)一個(gè)方面，所述最大值選取電路包括差分放大器結(jié)構(gòu)，所述差分放大器結(jié)構(gòu) 包括：第一級(jí)差分放大器，其接收第一差分輸入和第二差分輸入，并輸出所述第一差分輸入 和第二差分輸入中的較大值；W及第二級(jí)放大器，其接收并輸出所述較大值。
[0017] 根據(jù)一個(gè)方面，所述第一級(jí)差分放大器包括：第一晶體管、第二晶體管和第=晶體 管，其源極并聯(lián)至第一電流源，所述第二晶體管和所述第=晶體管的柵極分別接收所述第 一差分輸入和第二差分輸入，所述第二晶體管和所述第=晶體管的漏極連接在一起；與所 述第一晶體管串聯(lián)的第四晶體管W及與所述第二晶體管串聯(lián)的第五晶體管，其中所述第四 晶體管和所述第五晶體管的柵極連接在一起并連接至所述第一晶體管的漏極，其中所述第 一晶體管的柵極輸出所述第一差分輸入和第二差分輸入中的較大值。
[0018] 根據(jù)一個(gè)方面，所述第二級(jí)放大器包括：第二電流源；W及與所述第二電流源串 聯(lián)的第六晶體管，所述第六晶體管的柵極連接至所述第=晶體管的漏極，并且所述第六晶 體管的漏極連接至所述第一晶體管的柵極。
[0019] 根據(jù)一個(gè)方面，所述差分放大器結(jié)構(gòu)還包括：密勒補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，所述密勒補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)包 括在所述第六晶體管的漏極與柵極之間串聯(lián)的電阻和電容。
[0020] 根據(jù)一個(gè)方面，所述最小值選取電路包括：差分對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，其接收兩個(gè)差分輸入并 提供所述兩個(gè)差分輸入中的較小值；W及電平轉(zhuǎn)移電路，其接收并提供由所述差分對(duì)稱(chēng)結(jié) 構(gòu)輸出的所述較小值。
[0021] 根據(jù)一個(gè)方面，所述差分對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)包括：第一=極管和第二=極管，其發(fā)射極連接 在一起；第==極管，其發(fā)射極連接至所述第一=極管的基極，所述第==極管的基極接收 第一差分輸入；W及第四=極管，其發(fā)射極連接至所述第二=極管的基極，所述第四=極管 的基極接收第二差分輸入，其中所述第一=極管和第二=極管的發(fā)射極輸出所述第一差分 輸入和第二差分輸入中的較小值。
[0022] 根據(jù)一個(gè)方面，所述電平轉(zhuǎn)移電路包括：第五=極管，其發(fā)射極連接至所述第一= 極管和第二=極管的發(fā)射極W接收所述較小值；W及第六=極管，其發(fā)射極連接至所述第 五=極管的基極，并且所述第六=極管的基極輸出所述較小值。
[0023] 根據(jù)一個(gè)方面，所述最小值選取電路包括差分放大器結(jié)構(gòu)，所述差分放大器結(jié)構(gòu) 包括：第一級(jí)差分放大器，其接收第一差分輸入和第二差分輸入，并輸出所述第一差分輸入 和第二差分輸入中的較小值；W及第二級(jí)放大器，其接收并輸出所述較小值。
[0024] 根據(jù)一個(gè)方面，所述第一級(jí)差分放大器包括：第一晶體管、第二晶體管和第=晶體 管，其源極并聯(lián)至第一電流源，所述第二晶體管和所述第=晶體管的柵極分別接收所述第 一差分輸入和第二差分輸入，所述第二晶體管和所述第=晶體管的漏極連接在一起；與所 述第一晶體管串聯(lián)的第四晶體管W及與所述第二晶體管串聯(lián)的第五晶體管，其中所述第四 晶體管和所述第五晶體管的柵極連接在一起并連接至所述第一晶體管的漏極，其中所述第 一晶體管的柵極輸出所述第一差分輸入和第二差分輸入中的較小值。
[00巧]根據(jù)一個(gè)方面，所述第二級(jí)放大器包括：第二電流源；W及與所述第二電流源串 聯(lián)的第六晶體管，所述第六晶體管的柵極連接至所述第=晶體管的漏極，并且所述第六晶 體管的漏極連接至所述第一晶體管的柵極。
[00%] 根據(jù)一個(gè)方面，所述差分放大器結(jié)構(gòu)還包括：密勒補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，所述密勒補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)包 括在所述第六晶體管的漏極與柵極之間串聯(lián)的電阻和電容。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，一種HID開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)包括連接至HID燈的啟動(dòng)電 路；功率變換器，所述功率變換器接收輸入電壓并向所述HID燈提供功率；W及PWM控制 器，所述PWM控制器提供PWM信號(hào)W調(diào)節(jié)所述功率變換器提供給所述HID燈的功率，其中所 述啟動(dòng)電路包括：分段式功率基準(zhǔn)電路，其接收基準(zhǔn)信號(hào)W及與所述HID燈的電壓或電流 相關(guān)的檢測(cè)信號(hào)并輸出分段式功率基準(zhǔn)；乘法器，其接收所述HID燈的電壓采樣信號(hào)和電 流采樣信號(hào)，并將所述電壓采樣信號(hào)和所述電流采樣信號(hào)相乘W提供采樣功率；W及誤差 放大器，其接收所述采樣功率和所述分段式功率基準(zhǔn)并提供所述采樣功率與所述分段式功 率基準(zhǔn)之間的誤差放大信號(hào)給所述PWM控制器W控制所述HID燈的功率。
[0028] 根據(jù)一個(gè)方面，所述分段式功率基準(zhǔn)電路包括：最大值選取電路，其接收所述檢 測(cè)信號(hào)和第一基準(zhǔn)信號(hào)，并輸出所述檢測(cè)信號(hào)和第一基準(zhǔn)信號(hào)中的較大值作為第一中間信 號(hào)；最小值選取電路，其接收所述第一中間信號(hào)和第二基準(zhǔn)信號(hào)，并輸出所述第一中間信號(hào) 和第二基準(zhǔn)信號(hào)中的較小值作為第二中間信號(hào)；W及減法器，其接收所述第二中間信號(hào)和 第=基準(zhǔn)信號(hào)，并輸出所述第=基準(zhǔn)信號(hào)與第二中間信號(hào)之差作為所述分段式功率基準(zhǔn)， 其中所述第一基準(zhǔn)信號(hào)小于所述第二基準(zhǔn)信號(hào)，所述第二基準(zhǔn)信號(hào)小于所述第=基準(zhǔn)信 號(hào)。
[0029] 根據(jù)一個(gè)方面，所述分段式功率基準(zhǔn)電路包括：最小值選取電路，其接收所述檢 測(cè)信號(hào)和第二基準(zhǔn)信號(hào)，并輸出所述檢測(cè)信號(hào)和第二基準(zhǔn)信號(hào)中的較小值作為第