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原文传递汽车高强度气体放电前照灯电子镇流器研究

论文题名：	汽车高强度气体放电前照灯电子镇流器研究
关键词：	汽车前照灯;电子镇流器;高强度气体放电灯;参考轨迹;自适应控制
摘要：	汽车HID前照灯具有高光效、长寿命和优良的显色性等优点，目前正在成为中高档汽车的首选配置，与之配套的电子镇流器是保证这些优点能够实现的关键，但是汽车前照灯的特殊要求给电子镇流器的研制提出了挑战。　　本文对电子镇流器的相关关键技术进行了综述，采用了双功率级的主电路拓扑，并以高可靠瞬间启动、高效高功率密度设计、兼容冷热启动条件和老化程度的控制策略作为本论文的研究重点。　　针对启动过程对高压发生电路和控制策略的要求，本文提出了由三倍压整流电路和单级升压变压器组成的高压发生器电路，对该电路进行了分析和仿真设计，仿真结果和实验结果验证了电路的合理性。为了保证启动阶段可靠的辉-弧过渡和灯电极的对称烧损，本文还提出了电流积分型预热维弧功率闭环控制方法。特别重要的是，由于采用了功率预测给定控制策略的功率闭环并及时修正功率参考轨迹，不同的启动条件在这一阶段就可以实现兼容，获得合适的过渡初值。　　对电子镇流器的高效、高功率密度设计进行了深入的研究，提出了通过电流波形编程的升压式Flyback变压器的设计方法和设计步骤，并提出了新型漏感吸收电路，采用所设计的漏感能量吸收电路，不但提高了系统效率，而且消除了Flyback主开关的尖峰电压。逆变器电路设计方面，讨论了点灯过程对逆变电路的要求和对声共振问题的解决方法，采用了低频交流方波供电的方案，考虑到频率调节的灵活性、电路体积和成本，设计了两种采用分立元件的自举驱动电路，并进行了定量分析和仿真。仿真和实验验证了所设计的自举逆变驱动电路可以满足镇流器不同工作状态的需要。　　在数字控制器设计方面，研究了点灯过程中灯端电压和电流的变化规律，给出了控制核心单片机的选择原则。对直流变换器高频驱动控制时的延迟特性进行了详细分析，提出了频率调节补偿独立占空比调节的高频驱动控制方法，解决了调节分辨率和高频之间的矛盾，给出了平均有功功率闭环控制方法。　　针对复杂的启动条件和过渡过程，提出了基于瞬时等效阻抗和瞬时功率的简单控制模型，给出了对参考轨迹实时修正的功率预测给定控制策略，即在启动之后的每一采样处理时刻，对于启动之后给出的无差别的冷灯过渡参考轨迹和修正过的参考轨迹进行实时修正，从而使控制过程及时地匹配并自动适应点灯条件和老化程度。　　连续模式下，Flyback变换器传函中存在右半平面零点，由于点灯过程中灯端电压变化范围较大，实现补偿比较困难。因此除了在电路设计中尽量降低截止频率之外，在控制过程中也充分考虑了功率递减阶段的功率平台的宽度和高度，使得实际过渡能够很好地跟随控制轨迹。　　对所研制的样机进行了实验研究，样机在10000次重复启动实验中均能可靠启动，13.5V电源供电时效率为83％，35W稳态功率密度为0.17mW/cm3。实验结果表明该样机已达到设计目标。
作者：	张相军
专业：	电力电子与电力传动
导师：	徐殿国
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文