采用全數字控制方式的騎車HID氙氣燈解決方案

——轉載自《電子系統設計》

過去汽車車燈多采用普通鹵素燈泡，這種車燈的瓦數和亮度不夠、色溫過低、燈色偏黃，而且壽命較短，故障率偏高。日前，HID(High Intensity DischargeLamp)氙氣燈正在汽車車燈領域興起，與傳統鹵素燈相比，HID氙氣燈具有節能、亮度高、壽命長、安全可靠、色溫與太陽光類似等優點。HID氙氣燈由安定器和燈泡構成，安定器是氙氣燈產品的核心部件，氙氣燈的性能與安定器密切相關。隨著HID安定器技術不斷成熟，新的數字化控制方式也在沖擊著這個行業。

世強電訊根據國內HID市場的特點需要推出了基于Silicon Labs MCU的單芯片氙氣燈全數字智能安定器解決方案。該方案采用全數字控制，符合目前數字化的發展潮流。單芯片的控制技術可使出廠調試的工作量大大減少。此外，采用了多項專利技術來提高HID安定器的性能，包括豐富的故障檢測、高性能的環路響應、展頻特性等。“而這些特性在模擬方案或采用MCU+3843的方案中都是無法實現的。”深圳世強電訊有限公司應用工程師經理戈洪凱表示。

這款HID安定器解決方案的特點包括：全數字控制使保護功能更加完善；MCU控制每一個過程的細節，能更好滿足燈的特性需求；變頻控制使EMI降到最低，同時減少EMI元件數量；結合硬件進行算法優化，采用多項專利技術完善對HID的過程控制和限流保護處理；全數字設計使整個方案基本非常好的可擴展性，可以快速滿足特殊需求的定制開發；采用平面變壓器等技術，有效降低安定器厚度和體積；支持正驅動和負啟動形式，適應各種不同電路方案的安定器；高壓包可采用分體和內置輸出，低壓線引出，高壓線短，安裝方便體積明顯減小許多；CPU可以選用電可擦寫芯片；保密性強，有利于知識產權保護。

世強的方案采用高性能的MCU實現HID控制功能，該器件實現了整套的控制算法，包括DC/DC，DC/AC，保護功能等。整個方案由MCU、驅動及功率元件構成，結構非常簡單，且所有元件都經過優化設計，因而具有良好的性價比。高集成度使元件的數量和面積得到減少，大量采用貼裝元件實現了良好的散熱設計和超薄設計。良好的供電拓撲結構和元件參數則使方案能夠支持寬工作電壓。

在數字化控制中，高速MCU是整個系統的核心，通過MCU可以控制安定器的每個細節和節電狀態，實現燈的老化狀態報警等功能。數字化處理能使算法更復雜和精確，而模擬處理受限于硬件的數量和成本，很難實現復雜的處理。此外，調試模擬的控制方法還會受元件一致性的影響，批量生產和調試都存在困難。

通常安定器在開燈時會達到23,000V的電壓，啟動時將有電磁干擾(EMI)產生，這會對車內復雜的電子系統會造成嚴重干擾。世強電訊數字式智能安定器在電路上采取了許多抗干擾措施，例如變頻工作模式、良好的布線等，從而在有效降低系統成本的同時，顯著降低了EMI。

氙氣燈管的額定電壓為85±17V。薄型數字式智能安定器能在燈管電壓AC 40~150V左右正常工作，可以適應最新的無汞氙燈(D4S)。無須做任何調整就能適應國內外不同廠家氙氣燈管的特性，保護氙氣燈泡不受損壞，從而使燈泡壽命延長，同時也為給提供消費者后續服務帶來很大方便。而部分安定器只能適應特定廠家的氙氣燈管，如果換用另一種類型的氙氣燈管，則輸出功率相差8~9W，很容易造成燈管早期損壞。

不過，戈洪凱也指出，盡管HID產品的顯色性好、功率大，但它仍然面臨來自其它照明系統的挑戰，包括LED、高壓鈉燈等。與LED相比，安定器的成本仍然偏高，同時不同廠商的HID燈特性差異較大，這也使得它的大規模推廣受到限制。另一方面，目前HID安定器返修率比較高，貼片方案存在很多的問題，這些都導致HID的成本居高不下。部分方案中模擬器件的大量使用也使其出廠調試難度大大增加，同時難以保證批次一致性。