车载电子镇流器故障诊断电路的设计与研究

王世明，王 强,孙晓佳，李 劲

（常州星宇车灯股份有限公司 电子部，江苏 常州 213022）

车载电子镇流器故障诊断电路的设计与研究

王世明，王 强,孙晓佳，李 劲

（常州星宇车灯股份有限公司 电子部，江苏 常州 213022）

市场上的车载前照灯HID灯电子镇流器一般无故障诊断功能，给维修和整车故障诊断带来麻烦。针对这一现象，提出了一种具有较高的可靠性和实用性，且成本低廉的故障诊断电路设计方案。该方案软件部分用来诊断故障的类型，即无故障，输入过压或欠压，输入过流，HID灯过流或过压，硬件部分根据故障的类型给出不同的输出直流电压电平。经PSPICE仿真分析和样灯测试表明，其电平最大误差控制在2.5%范围内，方便了维修和整车故障诊断。

HID灯；车载前照灯；电子镇流器；故障诊断电路

相比传统的车载前照灯白炽灯和55W卤素灯，车载氙气放电灯（High Discharge Lamp,HID）具有节能、高效率、广视角、高亮度和长寿命的优点[1]，虽然相比发光二极管（Light Emitting Diode,LED）灯响应时间长、发光效率低，但在成本较高和包括热管理技术在内的车载LED前照灯技术还不是非常成熟等背景下，未来几年内中高端车的车载前照灯仍将主要采用HID镇流器灯[2-3]。随着汽车电子技术的飞速发展，作为整车关键部件的汽车HID镇流器前照灯，其电子部件受供电电压和应用环境的影响，会发生输入过压（input overvoltage,简称input OV）、输入欠压 （input under-voltage, input UV）、输入电感过流 (input inductor over-current,input inductor OC)、输出过压、输出过流等故障，严重时会损坏或干扰整车电子系统的正常工作。

而汽车的安全要求非常高，其中联合国欧洲经济委员会（ECE NO.99）汽车标准法规中规定了以HID灯作为光源的车灯在发生故障的情况下，若还能满足相应功能的配光要求，则可以继续使用；若不能满足配光要求，最好让灯具给车身主控制单元一个报警信号，提示使用者及时更换零件以保证行车安全[4]。目前，市场上主流的HID灯电子镇流器都不带故障检测功能，为了实现快速诊断，在镇流器的电路设计中增加了低成本的故障诊断检测电路。在出现故障时，故障口输出相应的电平电压，检测人员可根据出现的电平大小来判断发生故障的类型，缩短了检测时间，增强系统的可靠性和完整性[5]。

1 总体设计

该HID灯电子镇流器系统逻辑框图如图1所示。该镇流器系统主拓扑主要由输入滤波电路、DC/DC转换电路、DC/AC转换电路、输出滤波电路、高压包和氙气灯泡等组成，控制回路采用单片机来检测电路中的输入电压、电感电流、HID灯电流、HID灯电压等，若单片机检测到某种类型的故障发生，则通过故障诊断电路给出相应的诊断电平给整车进行故障判断。其中，在对镇流器的故障诊断过程中，通过输入电压检测电路将检测到的电压送给单片机 (Micro Controller Unit，MCU)进行判断是否发生输入过压和欠压现象；通过电感电流检测电路对DC-DC转换器中的电感电流进行检测后送给MCU判断是否发生输入过流现象；通过灯电流检测电路对HID灯两端的电压检测后送给MCU进行判断是否发生HID灯过流或过压现象；最后让MCU根据发生的故障类型送出不同的信号给故障诊断电路，经其处理后产生不同的信号电平送给整车的故障DEFECTION SIGNAL诊断口进行故障判断。

2 故障诊断电路工作原理

图2为车载HID灯镇流器从上电伊始至稳态过程故障诊断电路的工作流程图。在HID灯点火后的整个过程，故障诊断电路不断检测电路是否发生输入过压、输入欠压、输入电感过流、输出过压、输出过流等故障，若检测出故障信号，则通过故障诊断电路进行处理，输出不同的故障电平进行判断。

图2 车载HID灯电子镇流器故障诊断电路流程图Fig.2 Flow diagram in fault diagnosis circuit of automobile HID lamp electronic Ballast

图3所示电路是具体的对车载HID灯电子镇流器的输入过压、输入欠压、输入电感过流、输出过压、输出过流等进行故障诊断的电路[6-7]。根据故障口DEFECTION SIGNAL输出信号电平的大小进行故障判别,图中MCU采用5 V电源供电。

当镇流器未发生任何故障时，MCU的RB0/INT口输出低电平，此低电平经R1、C1滤波和R2、R3、R4电阻分压后仍为低电平，使三极管Q1、Q2的基极-发射极电压不足以使其导通，故三极管Q1、Q2均工作于截止区，故障口DEFECTION SIGNAL经上拉电阻R7、R8上拉至5 V，经进一步滤波和防静电处理后输出5 V高电平。

当镇流器发生输入过压、输入欠压或输入电感过流故障时，MCU的RB0/INT口输出占空比为0.5、开关频率为400 Hz的方波信号。此信号经R1、C1滤波和R2、R3、R4电阻分压后，分别由基极驱动电阻R5和R6驱动三极管Q1和Q2工作，使其均工作于放大区，故障口DEFECTION SIGNAL输出电平经进一步滤波和防静电处理后输出3.07 V电平。

当镇流器发生输出过压或输出过流故障时，MCU的RB0/INT口输出5 V的高电平，此高电平经R1、C1滤波和电阻分压后使三极管Q1工作于饱和区，Q2工作于放大区，此时电阻R8接近于断路，故障口DEFECTION SIGNAL输出电平经进一步滤波和防静电处理后输出0.40 V电压。表1为故障发生前后MCU的RB0/INT口以及故障口DEFECTION SIGNAL输出信号的电平大小。在发生故障前后，根据故障口DEFECTION SIGNAL输出信号电平的大小，可及时判断出发生故障的位置及类型，迅速查找故障原因并解决问题。

图3 车载HID灯电子镇流器故障诊断电路图Fig.3 Fault diagnosis circuit graph of automobile HID lamp electronic Ballast

表1 车载HID灯电子镇流器故障诊断结果Tab.1 The fault diagnosis result of automobile HID lam p electronic Ballast

3 仿真和实验结果

图4 未发生故障时输出仿真和实验波形Fig.4 Output simulation and experiment waveform in not a event of failure

图5 输入过压、欠压、电感过流时输出仿真和实验波形Fig.5 Output simulation and experiment waveform in input OV，UV and inductor OC

图6 输出仿真和实验波形HID灯过流、过压时输出仿真和实验波形Fig.6 Output simulation and experiment waveform in HID lamp OC or OV

图7 车载HID灯电子镇流器样机Fig.7 The prototype of automatic HID lamp electronic ballast

在镇流器未发现故障、发现输入过压、欠压、输入电感过流，发现输出过压、过流情况下的故障诊断口DEFECTION SIGNAL的仿真和实验波形分别如图4、图5、图6所示。经仿真和图7中研制的车载HID灯电子镇流器样机实验对比可知，其电平误差控制在2.5%范围内，取得了较好的实验效果，可完全满足车载镇流器和整车故障诊断的需求。

4 结论

上述设计的故障诊断电路，在发生输入过压、输入欠压、输入电感过流、输出过压、输出过流等故障以及未发生故障时根据DEFECTION SIGNAL口输出电平的大小能很好的判别故障的类型，其电平误差控制在2.5%范围内，精度高，效果好，便于整车进行故障判别，大大节省了维修人员的时间，具有很好的实用价值。

[1]张汀，杨鑫祎，吴涛，等．汽车头灯电子镇流器的难点研究[J]．照明工程学报，2007，18（1）：52-55．ZHANG Ting,YANG Xin-wei,WU Tao.Brief analysis on automotive lamp electronic ballast[J].China Illuminating Engineering Journal,2007,18(1):52-55.

[2]张驰，吕文婷，徐沛娟．大功率LED汽车前大灯散热装置研究[J]．新技术新工艺，2012（2）：84-87．ZHANG Chi,LV Wen-ting,XU Pei-juan.Research on radiation-structure of high-power LED car headlights[J].New Technology&New Process,2012(2):84-87.

[3]张菡．汽车前照氙灯电子镇流器研究与设计[D]．成都：西南交通大学，2008．

[4]欧洲经济委员会,No.99．ECE-R99号法规-2001关于在动力驱动车辆上的气体放电灯光源[S].欧洲：欧洲经济委员会(ECE)汽车标准法规中文译本,1998．

[5]路秋生．电子镇流器的设计与调光控制[M]．北京：科学出版社，2005.

[6]铃木雅臣．晶体管电路设计（上）[M]．北京：科学出版社，2004：68-80．

[7]Christophe P.Basso．开关电源SPICE仿真与实用技术[M]．吕章德，译．北京：电子工业出版社，2009．

Design and research of fault diagnosis circuit for automotive electronic ballast

WANG Shi-ming,WANG Qiang,SUN Xiao-jia,LI Jin
（Electronics Department,Xingyu Lighting CO.,LTD,Changzhou 213022,China）

Nowadays,the automobile high intensity discharge lamp electronic ballast in markets is no fault diagnosis function, which makes it difficult for serviceman to repair and the vehicle fault diagnosis.in view of this phenomenon,one kind of high reliability,practicability and low costly fault diagnosis of circuit design proposal are put forward.The software system in the scheme is used to diagnose fault type,which means without fault,input overvoltage or under-voltage,input inductance overcurrent,HID lamps over-current or over-voltage.The hardware system product distinguish DC voltage levels according to the types of faults.The PSPICE simulation and prototype test indicated that the diagnose error is less than 2.5%,and it’s improved obviously to repair and vehicle fault diagnosis.

HID lamp;automobile head lamp;electronic ballast;fault diagnosis circuit

TN702

A

1674－6236（2015）07-0122-04

2014-07-25 稿件编号：201407194

王世明(1987—)，男，江苏盐城人，硕士。研究方向：汽车电子、LED照明，开关电源技术。