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CN103327702B - 太阳能电源双半桥注锁功率合成卤素灯组 - Google Patents

太阳能电源双半桥注锁功率合成卤素灯组 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电光源照明技术领域，具体是一种太阳能电源双半桥注锁功率合成卤素灯组。包括太阳能电源、卤素灯管组、基准晶振、分频器、两个自振荡芯片4、6、半桥逆变器A、半桥逆变器B、相加耦合器，两个自振荡芯片4、6的RC振荡器共接电阻R3、电容C5同步振荡，自振荡芯片4及半桥逆变器A输出功率变压器T1与自振荡芯片6及半桥逆变器B输出功率变压器T2馈入相加耦合器，功率合成匹配灯管，基准晶振信号经分频器注入两个自振荡芯片4、6的RC振荡器锁定相位，获取大功率照明避免器件温升过高振荡频率变化功率失衡灯光下降。本发明适用于太阳能电源供电的卤素灯管商业装饰射灯照明。

Description

太阳能电源双半桥注锁功率合成卤素灯组
技术领域
本发明涉及电光源照明技术领域，具体是一种太阳能电源双半桥注锁功率合成卤素灯组。
背景技术
现有技术电子变压器通用LC或RC振荡器作为卤素灯电光源，产生的振荡频率受温度变化稳定性差影响功率不够稳定，导致光强下降，虽然结构简便，成本低。要得到大功率照明势必增大器件电流，致使振荡功率管功耗剧增温升过高导致振荡频率变化，结果会使灯光随频率变化功率幅值失衡。同时，大电流通过线圈温升高磁性导磁率下降，磁饱和电感量变小阻抗趋向零，灯具工作时间与温升正比，温升高加速器件老化，轻则灯管发光不稳定亮度下降，重则烧坏器件缩短使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供太阳能电源供电，逆变振荡高稳频、相位同步大功率照明的一种太阳能电源双半桥注锁功率合成卤素灯组。
本发明技术解决方案为：包括卤素灯管组、太阳能电源、基准晶振、分频器、两个型号为IR2153的自振荡芯片、半桥逆变器A、半桥逆变器B、相加耦合器、灯管电路，其中，基准晶振由石英晶体谐振器、两个反相器及电阻、电容组成，第一个反相器输入与输出两端跨接偏置电阻，并分别并联接地电容，同时，还跨接串联微调电容的石英晶体谐振器，第一个反相器的输出信号经第二个反相器整形缓冲接入分频器，自振荡芯片内含RC振荡器、半桥逆变驱动电路，两个自振荡芯片RC振荡器共接电阻R3、电容C5同步振荡，自振荡芯片的输出分别经半桥逆变驱动电路连接均由两个功率MOS场效应管互补组成的半桥逆变器A、半桥逆变器B，自振荡芯片及半桥逆变器A输出功率变压器T1与自振荡芯片及半桥逆变器B输出功率变压器T2馈入相加耦合器，功率合成接灯管电路匹配点燃卤素灯管组，基准晶振信号经分频器注入两个自振荡芯片RC振荡器CT端锁定相位，灯管电路由电感L6一端接卤素灯管组D1、Dn，另一端接地，异常电流检测由卤素灯组灯管一端穿过灯电流检测互感磁环接地，电感L7一端接二极管VD4阳极，电感L7另一端接地，二极管VD4阴极并联电容C10、电阻R10，电容C10、电阻R10另一端地，二极管VD4阴极还经电阻R7、R8分压接入三极管VT1放大触发两个自振荡芯片RC振荡器CT端控制振荡快速关断，保护功率管，太阳能电源接入基准晶振、分频器、自振荡芯片及半桥逆变器A和自振荡芯片及半桥逆变器B的电源端。
其中，太阳能电源由光伏电池板E1、阻塞二极管VD5、防反接二极管VD6、继电器J和蓄电池E2、电阻R15、开关S、时基芯片IC5以及过压取样电路、欠压取样电路组成，光伏电池板E1输出电极正端串联阻塞二极管VD5、继电器触点J-1的一端，继电器触点J-1的另一端连接蓄电池E2电极正端、过压取样电阻R11、欠压取样电阻R13、时基芯片IC5稳压电源滤波电阻R15及接有开关S的卤素灯组DW，过压控制取样电阻R11、RP1、R12依次串联后并于蓄电池E2正负电极两端，RP1接入时基芯片IC5高电平触发端TH，欠压控制取样电阻R13、RP2、R14依次串联后并联于蓄电池E2正负电极两端，RP2接入时基芯片IC5低电平触发端TL，时基芯片IC5输出接继电器J，蓄电池E2的负端串入快速熔丝F后接地，蓄电池E2正负电极两端并联防反接二极管VD6。
本发明产生积极效果：解决太阳能电源双半桥逆变振荡高稳频、相位同步功率合成，达到单个自振荡半桥逆变器难以得到的大功率卤素灯照明，避免器件温升高振荡频率变化功率失衡，稳定灯光延长使用寿命。
附图说明
图1本发明技术方案原理框图
图2基准晶振电路
图3太阳能电源双半桥注锁功率合成卤素灯电路
图4太阳能电源电路
具体实施方式
参照图1、2、3、4(图3以自振荡芯片及半桥逆变器A电路为例、自振荡芯片及半桥逆变器B相同)，本发明具体实施方式和实施例：包括太阳能电源1、卤素灯管组9、基准晶振2、分频器3、型号为IR2153的两个自振荡芯片4、6，半桥逆变器A5、半桥逆变器B7、相加耦合器8、灯管电路10，其中，基准晶振2由石英晶体谐振器JT、两个反相器IC1、IC2及电阻R1、电容C0、C1、C2组成，第一个反相器IC1输入与输出两端跨接偏置电阻R1，并分别并联接地电容C1、C2，同时，还跨接串联微调电容C0的石英晶体谐振器JT，第一个反相器IC1的输出信号经第二个反相器整形缓冲接入分频器3，自振荡芯片IC4IR2153内含RC振荡器、半桥逆变驱动电路，两个自振荡芯片4、6的RC振荡器共接电阻R3、电容C5同步振荡，自振荡芯片的输出分别经半桥逆变驱动电路连接均由两个大功率MOS场效应管Q1、Q2互补组成的半桥逆变器A5、半桥逆变器B7，自振荡芯片4及半桥逆变器A5输出功率变压器T1与自振荡芯片6及半桥逆变器B7输出功率变压器T2反相馈入相加耦合器8，功率合成接灯管电路匹配点燃卤素灯管组9，基准晶振2经分频器3分频÷N基准信号f0电容C4、C5分压注入两个自振荡芯片4、6的RC振荡器CT端锁定相位，灯管电路由电感L6一端接卤素灯管组D1、Dn，另一端接地，异常电流检测由卤素灯组灯管一端穿过灯电流检测互感磁环接地，电感L7一端接二极管VD4阳极，电感L7另一端接地，二极管VD4阴极并联电容C10、电阻R10，电容C10、电阻R10另一端地，二极管VD4阴极还经电阻R7、R8分压接入三极管VT1放大触发两个自振荡芯片RC振荡器CT端控制振荡快速关断，保护功率管Q1、Q2，太阳能电源1接入基准晶振2、分频器3、自振荡芯片4及半桥逆变器A5和自振荡芯片6及半桥逆变器B7的电源端+V。
IC4引脚符号功能：VCC芯片低压电源端，VB驱动器浮置电源，HO驱动Q1栅极，LO驱动Q2栅极，VS浮置电源回归，RT接振荡定时电阻，CT接振荡定时电容，OCM功率信号接地。
IC5引脚符号功能：VCC电源端，TL低电平触发，TH高电平触发，VMR复位，Vc电压控制，DIS放电端，V0输出端，GND接地。
自振荡芯片IC4由电阻R2、电容C3将太阳能电源降压供给产生振荡，驱动半桥功率MOS管Q1、Q2，使之轮流导通/截止，此时逆变器中点输出方波电压经电阻R6、电容C7、二极管VD2、VD3整流对电容C3充电，供自振荡芯片IC4电源，转换后电阻R2停止供电，降低功耗。二极管VD1对电容C6自举充电，浮置供电驱动半桥逆变器减少功耗。
两个逆变器功率合成拖动大功率灯具，扩容可靠，但两个自振荡芯片振荡电压相位应一致，以消除非线性互调功率不均衡，获取稳定的输出功率。为此，引入注入锁相解决功率合成相位同步技术。
注入锁相不用压控调谐、鉴相器、环路滤波器，电路简单性能优越，附加成本低。注入锁相本质上与环路锁相没差别，只是结构和工作过程不同，适于功率合成大功率灯具稳定振荡频率相位同步，稳定输出功率避免器件温升过高功率失衡，延长使用寿命。
基准晶振石英谐振器品质因数高，频率受温度变化极小，高度稳定作基准参考精确。基准信号经分频注入自振荡芯片CT端锁定相位。未注入基准信号自振荡芯片RC振荡器产生自由振荡频率，注入基准信号RC振荡电压与其矢量合成，通过自振荡芯片非线性变频锁定相位，振荡信号与注入基准信号仅有一个固定的相位差。同步带宽与注入功率正比，与RC振荡器有载Q值反比，由于基准信号注入RC振荡器的输入端，增益高，小功率锁定。两个自振荡芯片的RC振荡器共接电阻R3、电容C5同步振荡，锁定时间快。
由于注入基准频率是跟踪锁定振荡频率的整数倍，或振荡频率是基准频率的整数倍，基准信号分频注入选配较高频率的高稳频特性石英谐振器，易于锁定数十至数百千赫LC或RC振荡器。分频器IC3二进制或十进制计数分频。
相加耦合器T3电感L5将两个推挽输出功率变压器T1、T2电感L2、L4反相激励电流叠加，相位差180°低次谐波相互抵消，输出电流变换加倍总和送到灯负载，输入电压、频率、相位及负载相同，电流相等均衡电阻R9无功率损耗。
灯异常检测由灯电流互感磁环电感L7感生电压，二极管VD4检波、电容C10、电阻R10滤波经电阻R7、R8分压，三极管VT1放大触发两个自振荡芯片RC振荡器CT端，芯片内部的比较器电压降低到VCC/6以下，迅速停振快速关断逆变器功率管，以免受损。
太阳能电源欠压控制，蓄电池电压低于时基芯片IC5555低电平触发端TL取样1/3VCC时，时基芯片置位，继电器J吸合，触点J-1接通蓄电池充电，当蓄电池电压充足，过压控制电压高于高电平触发端HL取样2/3VCC，时基芯片复位，继电器释放触点J-1，切断太阳能电池对蓄电池过压充电。随着灯具DW照明消耗电能蓄电池电压降低到置位电压，太阳能电池恢复充电，使蓄电池电压保持在照明所需值，开关S控制灯具照明。
阻塞二极管VD5单向导电防止蓄电池对太阳能电池反充电，二极管VD6当蓄电池反接导通短路，快速烧断熔丝F保护蓄电池。电容C11、C12去耦，电阻R15、电容C13、稳压二极管VD8供时基芯片电源。二极管VD7抑制继电器J吸合、释放产生的反向电压，防护时基芯片IC5受损。
实施例太阳能电源285V，双半桥逆变器电流0.62A，驱动150W的卤素灯管组D1～Dn，效率85％，逆变电流小功耗低。适于太阳能电源大功率卤素灯商业装饰射灯照明。

Claims (2)

1.一种太阳能电源双半桥注锁功率合成卤素灯组，包括卤素灯管组，其特征在于：还包括太阳能电源、基准晶振、分频器、两个型号为IR2153的自振荡芯片、半桥逆变器A、半桥逆变器B、相加耦合器、灯管电路，其中，基准晶振由石英晶体谐振器、两个反相器及电阻、电容组成，第一个反相器输入与输出两端跨接偏置电阻，并分别并联接地电容，同时，还跨接串联微调电容的石英晶体谐振器，第一个反相器的输出信号经第二个反相器整形缓冲接入分频器，自振荡芯片内含RC振荡器、半桥逆变驱动电路，两个自振荡芯片RC振荡器共接电阻R3、电容C5同步振荡，自振荡芯片的输出分别经半桥逆变驱动电路连接均由两个功率MOS场效应管互补组成的半桥逆变器A、半桥逆变器B，自振荡芯片及半桥逆变器A输出功率变压器T1与自振荡芯片及半桥逆变器B输出功率变压器T2馈入相加耦合器，功率合成接灯管电路匹配点燃卤素灯管组，基准晶振信号经分频器注入两个自振荡芯片RC振荡器CT端锁定相位，灯管电路由电感L6一端接卤素灯管组Dl、Dn，另一端接地，异常电流检测由卤素灯组灯管一端穿过灯电流检测互感磁环接地，电感L7一端接二极管VD4阳极，电感L7另一端接地，二极管VD4阴极并联电容C10、电阻R10，电容C10、电阻R10另一端地，二极管VD4阴极还经电阻R7、R8分压接入三极管VT1放大触发两个自振荡芯片RC振荡器CT端控制振荡快速关断，保护功率管，太阳能电源接入基准晶振、分频器、自振荡芯片及半桥逆变器A和自振荡芯片及半桥逆变器B的电源端。
2.根据权利要求1所述的太阳能电源双半桥注锁功率合成卤素灯组，其特征在于：太阳能电源由光伏电池板E1、阻塞二极管VD5、防反接二极管VD6、继电器J和蓄电池E2、电阻R15、开关S、时基芯片IC5以及过压取样电路、欠压取样电路组成，光伏电池板E1输出电极正端串联阻塞二极管VD5、继电器触点J-1的一端，继电器触点J-1的另一端连接蓄电池E2电极正端、过压取样电阻R11、欠压取样电阻R13、时基芯片IC5稳压电源滤波电阻R15及接有开关S的卤素灯组DW，过压控制取样电阻R11、RP1、R12依次串联后并于蓄电池E2正负电极两端，RP1接入时基芯片IC5高电平触发端TH，欠压控制取样电阻R13、RP2、R14依次串联后并联于蓄电池E2正负电极两端，RP2接入时基芯片IC5低电平触发端TL，时基芯片IC5输出接继电器J，蓄电池E2的负端串入快速熔丝F后接地，蓄电池E2正负电极两端并联防反接二极管VD6。
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