采用全数字控制方式的骑车HID氙气灯解决方案

——转载自《电子系统设计》

过去汽车车灯多采用普通卤素灯泡，这种车灯的瓦数和亮度不够、色温过低、灯色偏黄，而且寿命较短，故障率偏高。日前，HID(High Intensity DischargeLamp)氙气灯正在汽车车灯领域兴起，与传统卤素灯相比，HID氙气灯具有节能、亮度高、寿命长、安全可靠、色温与太阳光类似等优点。HID氙气灯由安定器和灯泡构成，安定器是氙气灯产品的核心部件，氙气灯的性能与安定器密切相关。随着HID安定器技术不断成熟，新的数字化控制方式也在冲击着这个行业。

世强电讯根据国内HID市场的特点需要推出了基于Silicon Labs MCU的单芯片氙气灯全数字智能安定器解决方案。该方案采用全数字控制，符合目前数字化的发展潮流。单芯片的控制技术可使出厂调试的工作量大大减少。此外，采用了多项专利技术来提高HID安定器的性能，包括丰富的故障检测、高性能的环路响应、展频特性等。“而这些特性在模拟方案或采用MCU+3843的方案中都是无法实现的。”深圳世强电讯有限公司应用工程师经理戈洪凯表示。

这款HID安定器解决方案的特点包括：全数字控制使保护功能更加完善；MCU控制每一个过程的细节，能更好满足灯的特性需求；变频控制使EMI降到最低，同时减少EMI元件数量；结合硬件进行算法优化，采用多项专利技术完善对HID的过程控制和限流保护处理；全数字设计使整个方案基本非常好的可扩展性，可以快速满足特殊需求的定制开发；采用平面变压器等技术，有效降低安定器厚度和体积；支持正驱动和负启动形式，适应各种不同电路方案的安定器；高压包可采用分体和内置输出，低压线引出，高压线短，安装方便体积明显减小许多；CPU可以选用电可擦写芯片；保密性强，有利于知识产权保护。

世强的方案采用高性能的MCU实现HID控制功能，该器件实现了整套的控制算法，包括DC/DC，DC/AC，保护功能等。整个方案由MCU、驱动及功率元件构成，结构非常简单，且所有元件都经过优化设计，因而具有良好的性价比。高集成度使元件的数量和面积得到减少，大量采用贴装元件实现了良好的散热设计和超薄设计。良好的供电拓扑结构和元件参数则使方案能够支持宽工作电压。

在数字化控制中，高速MCU是整个系统的核心，通过MCU可以控制安定器的每个细节和节电状态，实现灯的老化状态报警等功能。数字化处理能使算法更复杂和精确，而模拟处理受限于硬件的数量和成本，很难实现复杂的处理。此外，调试模拟的控制方法还会受元件一致性的影响，批量生产和调试都存在困难。

通常安定器在开灯时会达到23,000V的电压，启动时将有电磁干扰(EMI)产生，这会对车内复杂的电子系统会造成严重干扰。世强电讯数字式智能安定器在电路上采取了许多抗干扰措施，例如变频工作模式、良好的布线等，从而在有效降低系统成本的同时，显著降低了EMI。

氙气灯管的额定电压为85±17V。薄型数字式智能安定器能在灯管电压AC 40~150V左右正常工作，可以适应最新的无汞氙灯(D4S)。无须做任何调整就能适应国内外不同厂家氙气灯管的特性，保护氙气灯泡不受损坏，从而使灯泡寿命延长，同时也为给提供消费者后续服务带来很大方便。而部分安定器只能适应特定厂家的氙气灯管，如果换用另一种类型的氙气灯管，则输出功率相差8~9W，很容易造成灯管早期损坏。

不过，戈洪凯也指出，尽管HID产品的显色性好、功率大，但它仍然面临来自其它照明系统的挑战，包括LED、高压钠灯等。与LED相比，安定器的成本仍然偏高，同时不同厂商的HID灯特性差异较大，这也使得它的大规模推广受到限制。另一方面，目前HID安定器返修率比较高，贴片方案存在很多的问题，这些都导致HID的成本居高不下。部分方案中模拟器件的大量使用也使其出厂调试难度大大增加，同时难以保证批次一致性。