點(diǎn)火和接管

　　施加高于 300V 的足以接管的電壓（超過(guò)圖中右側(cè)的峰值并開(kāi)始電弧放電）。然而，HID燈仍然是絕緣的，因此高壓脈沖疊加使電弧管發(fā)生電擊穿（越過(guò)圖中左側(cè)的峰值）。

　　放電開(kāi)始后，需要提供足夠的電流（使功率高于額定值的四分之一，但不超過(guò)額定電流的兩倍）。輝光放電時(shí)的燈管阻抗為1kΩ以上，因此需要比額定電壓高很多的燈管電壓。當(dāng)電極上形成熱點(diǎn)并開(kāi)始電弧放電時(shí)，燈阻抗急劇下降。如果接管失敗并且放電熄滅，將再次施加高壓脈沖。這個(gè)過(guò)程幾乎是瞬間進(jìn)行的。

　　助跑

　　弧光放電開(kāi)始后，燈管阻抗低至十幾歐，由于電流限制（燈管額定值的兩倍或鎮(zhèn)流器能力），不能給燈管提供額定功率。隨著溫度升高，電弧管中的材料（汞、金屬鹵化物、鈉汞齊等）蒸發(fā)，并開(kāi)始從激發(fā)的金屬原子中發(fā)出強(qiáng)烈的光。隨著蒸氣壓升高，燈阻抗升高，因此燈功率升高。達(dá)到額定功率后，控制進(jìn)入恒功率模式，但燈管阻抗繼續(xù)上升，電流減小。

　　跑步

　　幾分鐘后，燈會(huì)達(dá)到熱平衡，燈的阻抗也會(huì)變得穩(wěn)定。穩(wěn)態(tài)燈管電壓因規(guī)格而異，一般在85～115V左右。

　　HID燈工作時(shí)氣體壓力可達(dá)1個(gè)原子到數(shù)個(gè)原子。燈管關(guān)閉后，氣體壓力和擊穿電壓仍然很高一段時(shí)間，因此不能重新啟動(dòng)，直到燈管溫度下降到足夠的水平才能重新點(diǎn)亮。重燃時(shí)間取決于燈和燈具的熱設(shè)計(jì)，水銀燈和金屬鹵化物燈幾分鐘到十多分鐘，高壓鈉燈不到一分鐘。

　　燈驅(qū)動(dòng)器的配置

　　圖 12. 燈驅(qū)動(dòng)器原理圖

　　圖 12顯示了驅(qū)動(dòng)程序塊的原理圖。原理圖中的紅色和藍(lán)色符號(hào)對(duì)應(yīng)于本文所示屏幕截圖中的探測(cè)點(diǎn)。

　　降壓轉(zhuǎn)換器

　　一開(kāi)始打算做成C-CCM工作，但是紋波電流大，需要做大尺寸的電感才能滿足工況要求，于是用電子表格buck.xlsx算了算，決定為降壓轉(zhuǎn)換器采用 CCM。由于數(shù)百伏的硬開(kāi)關(guān)，晶體管 Q2 的功耗非常大， 3W。

　　當(dāng)?shù)投碎_(kāi)關(guān)是一個(gè)二極管作為這種配置時(shí)，高端驅(qū)動(dòng)器的浮動(dòng)電源在初始狀態(tài)和空載時(shí)無(wú)法充電。為此，放置充電寄存器 R9 和泄放寄存器 R41 以確保啟動(dòng)時(shí)的初始充電和啟動(dòng)后的續(xù)流操作（開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)降至 0V），即使沒(méi)有負(fù)載也是如此。

　　圖 13. 燈控制圖

　　圖 14. 波形

　　圖 13和圖 14分別顯示了燈控制和工作波形的框圖（Ch1：點(diǎn) H，Ch2：點(diǎn) J，Ch4：點(diǎn) G）。buck變換器是恒功率控制的，所以它不僅反饋輸出電流buf，還反饋輸出電壓。電流控制回路，即次要回路，需要以響應(yīng)進(jìn)行控制，因此 PID 參數(shù)可針對(duì)每個(gè)燈配置進(jìn)行配置。功率控制環(huán)路是主環(huán)路，不需要控制那么快（太快會(huì)干擾電流控制，導(dǎo)致燈閃爍），所以只在I項(xiàng)中控制。這些控制參數(shù)可以通過(guò)指輪開(kāi)關(guān)進(jìn)行預(yù)設(shè)和選擇。

　　逆變器

　　降壓轉(zhuǎn)換器輸出的直流電流通過(guò) H 橋逆變器變?yōu)?200Hz 交流電流并提供給 HID 燈。

　　點(diǎn)火器

　　圖 15. 點(diǎn)火脈沖

　　空載時(shí)輸出電壓保持在 360V 左右（放電開(kāi)始前）。點(diǎn)火電容器C30和C31在倍壓器中充電。當(dāng)電容器電壓達(dá)到 GDT （SG1） 的擊穿電壓時(shí)，大約。600V時(shí)，GDT導(dǎo)通，脈沖電流通過(guò)點(diǎn)火變壓器T1的初級(jí)繞組流出，次級(jí)繞組上的高壓脈沖將反復(fù)施加到燈上。點(diǎn)火器沒(méi)有開(kāi)/關(guān)控制，但是當(dāng)放電開(kāi)始并且燈電壓下降時(shí)脈沖的產(chǎn)生停止。

　　T1 是由三個(gè)垃圾環(huán)形磁芯制成的點(diǎn)火變壓器，初級(jí)繞組為 4 匝（4.3μH），次級(jí)繞組為 40 匝（430μH），帶有聚四氟乙烯線。圖 15顯示了無(wú)電線連接時(shí)的點(diǎn)火脈沖波形。它讀取 6kV 的峰值電壓和非?？斓乃矐B(tài)電壓，80kV/μs，因此需要特別注意電路板上的走線。我沒(méi)有遇到過(guò) MCU 的故障，但是 H 橋中的一些晶體管和柵極驅(qū)動(dòng)器有時(shí)會(huì)因放電的高壓脈沖而失效并跑到電路板上的某個(gè)地方。由于脈沖電壓被連接到燈的電纜的雜散電容衰減，因此電子鎮(zhèn)流器的規(guī)格中規(guī)定了電纜長(zhǎng)度（通常為 1.5 至數(shù)米）。

　　狀態(tài)圖

　　圖 16. 狀態(tài)圖

　　HID 燈在使用壽命結(jié)束時(shí)會(huì)表現(xiàn)出異常行為。如果進(jìn)入這種情況，鎮(zhèn)流器必須安全地停止運(yùn)行。為了保證放電的開(kāi)始和監(jiān)控?zé)舻墓ぷ鳡顟B(tài)，定義了一個(gè)狀態(tài)圖，如圖 16所示。

　　重置

　　等待電源良好。兩個(gè)轉(zhuǎn)換器都被禁用。它總是在開(kāi)機(jī)或 BOD 時(shí)進(jìn)入此狀態(tài)。當(dāng)V IN進(jìn)入工作電壓范圍時(shí)，升壓轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)，當(dāng)V BUS達(dá)到指定電壓時(shí)，CT1和CT2清零并進(jìn)入IGNITION階段。

　　點(diǎn)火

　　啟動(dòng)降壓轉(zhuǎn)換器和逆變器并向燈施加點(diǎn)火脈沖。如果點(diǎn)火接管成功，清除CT1，進(jìn)入RUNNING狀態(tài)。如果不成功且 T1 時(shí)間耗盡，如果 CT1 《 N1，則增加 CT1 并進(jìn)入 WAIT 狀態(tài)，或者點(diǎn)火失?。魤勖Y(jié)束或開(kāi)路）并進(jìn)入 FAULT 狀態(tài)。

　　跑步

　　放電開(kāi)始后，燈會(huì)在幾分鐘內(nèi)達(dá)到熱平衡。當(dāng)燈管電壓進(jìn)入額定范圍，經(jīng)過(guò)T3時(shí)間后，認(rèn)為燈管處于穩(wěn)定狀態(tài)，CT2清零。如果檢測(cè)到熄滅、燈管電壓異常或短路，則退出該狀態(tài)。燈管電壓異常是指燈管電壓在T2時(shí)間內(nèi)超出額定范圍的狀態(tài)。這是由于發(fā)光管漏電導(dǎo)致燈管電壓低，外管漏電導(dǎo)致預(yù)熱失敗或壽命結(jié)束導(dǎo)致燈管電壓高。退出此狀態(tài)時(shí)，CT2 增加。如果CT2 《 N2，進(jìn)入IGNITION狀態(tài)，否則認(rèn)為無(wú)法進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)入FAULT狀態(tài)。

　　等待

　　逆變器被禁用以防止持續(xù)輸出點(diǎn)火脈沖。等待T4時(shí)間，進(jìn)入IGNITION狀態(tài)。

　　過(guò)錯(cuò)

　　檢測(cè)到精神錯(cuò)亂。所有功能都關(guān)閉并保持此狀態(tài)，直到斷電或 BOD。