基于MCU控制的机车HID前照灯开发

论文摘要

自铁路发明以来,机车在人类的运输和人文发展历史上扮演着非常重要的角色。近几年来机车技术飞速发展,对照明光源的需求和要求也在不断提高,高强度气体放电灯(HID灯)是二十一世纪的一种热门绿色光源,具有体积小,光效高,显色性好,寿命长等特点,因此它应用于机车前照灯具有很大的发展前景。HID灯在汽车前照灯领域已经得到了广泛应用,并开始向机车前照灯领域延伸,作为机车传统的卤钨前照灯会慢慢退主导地位,于此同时电子式镇流器应用技术已经得到了比较成熟的发展,它以体积小、效率高、稳定性好等特点克服了传统电感式镇流器普遍存在的缺陷。以MCU为核心的数字电子镇流器技术不仅具有传统模拟电子镇流器的基本特性,而且可以实现数字通信、自动化管理、软开关等特殊设计要求,它已经成为机车前照灯研究和开发的新热点。本文首先分析了目前国内外机车前照灯和电子镇流器的现状,然后从HID灯的工作原理、放电伏安特性、过渡特性及电子镇流器硬件电路的基本拓扑、全桥逆变、系统控制等方面出发,综合研究机车HID灯电子镇流器MCU方案的可行性,在此理论基础上设计制作了HID灯电子镇流器样机。论文对硬件电路中反激式变换器、RCD吸收电路各个的参数设计分步骤详细推导,详细介绍了全桥驱动电路、高压触发电路和控制电路的设计方法,最后结合编程开发环境,介绍了软件控制流程、程序主循环,并对PSC模块、软开关模块、A/D采样模块相关的寄存器配置进行详细说明。本文最后给出了选频电路、开关管、冷热启动、续流电路等关键点的试验结果和试验波形,试验结果验证了设计的合理性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 机车前照灯现状及发展趋势
• 1.1.2 HID 灯电子镇流器国内外研究现状
• 1.1.3 选题意义
• 1.2 论文研究内容和主要工作
• 第2章 HID 灯的工作原理及其特性
• 2.1 HID 灯的工作原理及其特性
• 2.2 气体放电伏安特性分析
• 2.3 HID 灯启动和过渡的特性分析
• 第3章 HID 灯电子镇流器硬件关键技术的研究
• 3.1 直流/直流逆变器拓扑电路的研究
• 3.1.1 Boost-Buck 两级变换器基本拓扑
• 3.1.2 反激式变换器基本拓扑
• 3.1.3 基于谐振变换器及软开关的反激式改进拓扑
• 3.2 全桥逆变电路的研究及分析
• 3.2.1 理想全桥逆变模型的工作原理
• 3.2.2 适用于HID 镇流器全桥电路分析
• 3.2.3 全桥逆变电路死区及对HID 灯影响
• 3.3 整流电路和续流电路的研究及分析
• 3.4 系统控制电路分析
• 3.4.1 基于传统PWM 控制器的控制电路分析
• 3.4.2 基于微型数字处理器控制电路的分析
• 第4章 机车HID 灯电子镇流器硬件设计
• 4.1 机车HID 灯电子镇流器硬件电路设计
• 4.1.1 设计要求
• 4.1.2 主电路设计
• 4.1.3 直流/直流反激式变换器的设计
• 4.1.4 原边NMOSFET 选择及RCD 吸收电路设计
• 4.1.5 全桥驱动电路的设计
• 4.1.6 高压触发电路的设计
• 4.1.7 数字处理器、PWM 驱动器及软开关控制电路设计
• 4.2 系统控制软件设计
• 4.2.1 编程语言及开发环境介绍
• 4.2.2 主程序框架设计
• 4.2.3 PSC 模块寄存器配置和软开关相关寄存器配置
• 4.2.4 A/D 采样流程
• 4.2.5 主循环的编写
• 第5章 机车前照灯HID 电子镇流器系统试验分析
• 5.1 IR52453D 选频电路仿真
• 5.2 软开关对直流/直流变换器影响
• 5.3 冷热启动电压试验波形
• 5.4 启动过程电压试验波形
• 5.5 续流电容启动瞬间试验波形
• 5.6 整流二极管启动瞬间波形
• 第6章 总结
• 6.1 总结
• 6.2 课题展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目