CN101370333A - 基于补偿式交流斩波技术的路灯照明节电装置 - Google Patents

基于补偿式交流斩波技术的路灯照明节电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于补偿式交流斩波技术的路灯照明节电装置，包括有主电路和控制电路，其中，所述主电路中的所述第一IGBT开关管S0、第二IGBT开关管S1、第三IGBT开关管S2串联连接，所述单相交流电源Ui接在所述串联的三个IGBT开关管的两端，所述电感L和电容C组成一个滤波电路并且并联在所述补偿变压器T的输入端两侧，所述补偿变压器T的原边与第二IGBT开关管S1、第三IGBT开关管S2并联，所述补偿变压器T的副边与照明灯具Z0串联后接在所述单相交流电源Ui的两端；所述控制电路用于对主电路进行控制和检测。本发明只使用三个开关器件，且使用补偿变压器调压，控制装置只经过部分功率，相对于现有节电器，具有更简单经济，开关损耗更小的优点。

Description

基于补偿式交流斩波技术的路灯照明节电装置
技术领域
本发明涉及节能技术领域，特别是涉及一种基于补偿式交流斩波技术的路灯照明节电装置。
背景技术
随着中国城市化建设的不断深入，经济高速持续的发展，人们的生活水平也不断提高。在繁华的都市，城市道路、夜景照明已成为城市文明的标志和城市文化的代表。在推进城市亮化工程的进程中，照明光源和调控设备得到了空前的发展，同时，城市照明的电能消耗和灯具损耗也越来越大，由于电力紧张和电费上涨，照明节能降耗将越来越受到重视。将节能技术运用于照明路灯成为大势所趋。
目前，路灯照明节电通常采用适当降低供电电压，从而在基本不降低照明效果的同时达到节能的目的。传统的节电器主要有两种。一种是采用电磁方式，如通过自耦变压器调节电压，但该方式体积大、存在机械磨损，可靠性低；另一类方式采用可控硅调压方式，但是因为采用移相控制技术，功率因数低、谐波严重。
因此，近年来人们研发出基于补偿式交流斩波技术的路灯照明节电装置，该基于补偿式交流斩波技术的路灯照明节电装置采用全控器件绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)作为高频开关器件，采用智能脉冲宽度调制技术(Pulse Width Modulation，PWM)，具有正弦波输出，不受负载特性的限制，可与任何负载相匹配，具有功率因数高，延时短等突出的优点。
但是，传统的单相交流斩波技术普遍采用四个开关器件，功耗较大，成本较高，因此减少开关器件的数目对于简化控制，提高可靠性，实现高效、高频非常重要，然而，目前还没有一种交流斩波控制装置可以减少开关器件的数目，实现更好的省电节能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于补偿式交流斩波技术的路灯照明节电装置，与现有的节电器相比，开关器件更少，且使用补偿变压器调压，控制装置只经过部分功率，从而更简单经济、效率更高、成本更低。
为此，本发明提供了一种基于补偿式交流斩波技术的路灯照明节电装置，包括有主电路和控制电路，其中，
所述主电路包括有第一IGBT开关管S0、第二IGBT开关管S1、第三IGBT开关管S2、单相交流电源Ui、电感L和电容C、补偿变压器T以及照明灯具Z0，所述第一IGBT开关管S0、第二IGBT开关管S1、第三IGBT开关管S2串联连接，所述单相交流电源Ui接在所述串联的三个IGBT开关管的两端，所述电感L和电容C组成一个滤波电路并且并联在所述补偿变压器T的输入端两侧，所述补偿变压器T的原边与第二IGBT开关管S1、第三IGBT开关管S2并联，所述补偿变压器T的副边与照明灯具Z0串联后接在所述单相交流电源Ui的两端；
所述控制电路用于对主电路进行控制和检测。
优选地，所述控制电路为以单片机为核心的数模电路，采用非互补的带电流检测的控制方式来对主电路进行控制和检测。
优选地，所述控制电路包括有：人机界面1、单片机2、脉冲及保护逻辑电路3、逻辑判断电路4、第一光电隔离电路51、第二光电隔离电路52、第三光电隔离电路53、以及第一驱动放大电路61、第二驱动放大电路62、第三驱动放大电路63、电压检测电路7、电流检测电路8；
所述人机界面1接单片机2，所述单片机2分别接所述脉冲及保护逻辑电路3、所述电压检测电路7，所述脉冲及保护逻辑电路3分别接逻辑判断电路4、第一光电隔离电路51，所述电压检测电路7接逻辑判断电路4，所述逻辑判断电路4分别接第二光电电路52、第三光电电路53、电流检测电路8；
所述第一光电隔离电路51依次接第一驱动放大电路61、第一IGBT开关管S0，所述第二光电电路52依次接第二驱动放大电路62、第二IGBT开关管S1，所述第三光电电路53依次接第三驱动放大电路63、第三IGBT开关管S2。
优选地，所述人机界面为采用带有键盘的显示器。
优选地，所述单片机为PIC单片机。
优选地，所述第一IGBT开关管S0为附带着四个桥式连接二极管的IGBT。
优选地，所述主电路还包括有旁路开关S3和切断开关S4，所述旁路开关S3接在所述补偿变压器T的副边两端，所述切断开关S4接在所述第一IGBT开关管S0与第二IGBT开关管S1之间的节点和滤波电感L之间。
由以上本发明提供的技术方案可见，本发明提出了一种新型交流斩波控制器，只使用了第一IGBT开关管S0、第二IGBT开关管S1、第三IGBT开关管S2这三个开关器件，本发明因为采用了较少的开关器件，相对现有的节电器而言，具有更简单经济，开关损耗更小的优点，此外，本发明通过补偿变压器仅控制部分功率，使得系统功耗更低，效率更高。
附图说明
图1是本发明提供的基于补偿式交流斩波技术的路灯照明节电装置的结构示意图，其中S0、S1、S2为分别为第一IGBT开关管、第二IGBT开关管、第三IGBT开关管，Ui为单相交流电源，L和C分别为电感和电容组成LC滤波电路，T为补偿变压器，S3为旁路开关，S4为切断开关，Z0为照明灯具；
图2为本发明提供的基于补偿式交流斩波技术的路灯照明节电装置的控制电路方框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明提供的基于补偿式交流斩波技术的路灯照明节电装置的结构示意图，其中S0、S1、S2分别为第一IGBT开关管、第二IGBT开关管、第三IGBT开关管，Ui为单相交流电源，L和C分别为电感和电容，组成LC滤波电路，T为补偿变压器，S3为旁路开关，S4为切断开关，Z0为照明灯具。
如图1所示，本发明提供的一种基于补偿式交流斩波技术的路灯照明节电装置，其主电路部分为带补偿变压器T的交流斩波电路。
其中，具有三个IGBT开关器件(即S0、S1、S2)串联连接，电感L和电容C组成一个滤波电路，并且并联在补偿变压器T的输入端两侧。
需要说明的是，第一IGBT开关管S0为附带着四个桥式连接二极管的IGBT。
如图1所示，在本发明中，补偿变压器T的原边与其中两个IGBT(即第二IGBT开关管S1和第三IGBT开关管S2)为并联关系，单相交流电源Ui接在这三个串联IGBT的两端，补偿变压器T的副边与照明灯具Z0之间为串联连接，然后接于单相交流电源Ui的两端。
图1中的切断开关S4接在所述第一IGBT开关管S0与第二IGBT开关管S1之间的节点和滤波电感L之间，S3为补偿变压器T的旁路开关，接在所述补偿变压器T的副边的两端，为斩波电路发生故障情况下的旁路节能器件，在因斩波电路发生故障而封锁脉冲后，旁路开关S3闭合，切断开关S4断开，切断斩波主电路，负载为全压工作方式。
图2为本发明提供的基于补偿式交流斩波技术的路灯照明节电装置的控制电路方框图，其中，主要组成部分包括有：人机界面1、单片机2、脉冲及保护逻辑电路3、逻辑判断电路4、第一光电隔离电路51、第二光电隔离电路52、第三光电隔离电路53、以及第一驱动放大电路61、第二驱动放大电路62、第三驱动放大电路63、电压检测电路7、电流检测电路8。
所述人机界面1接单片机2，所述单片机2分别接所述脉冲及保护逻辑电路3、所述电压检测电路7，所述脉冲及保护逻辑电路3分别接逻辑判断电路4、第一光电隔离电路51，所述电压检测电路7接逻辑判断电路4，所述逻辑判断电路4分别接第二光电电路52、第三光电电路53、电流检测电路8。
所述第一光电隔离电路51依次接第一驱动放大电路61、第一IGBT开关管S0，所述第二光电电路52依次接第二驱动放大电路62、第二IGBT开关管S1，所述第三光电电路53依次接第三驱动放大电路63、第三IGBT开关管S2。
本发明的控制电路为以PIC单片机为核心的数模电路，主要实现对主电路的控制和检测，采用非互补的带电流检测的控制方式。
在本发明中，上述的单片机优选为采用PIC(Peripheral InterfaceController)单片机、人机界面优选为采用带有键盘的LCD显示器、其它由模数电路组成。
如图2所示的控制电路中，PIC单片机用于输出PWM信号，并通过脉冲及保护逻辑电路3，经一个光电隔离电路、一个IGBT驱动放大电路来控制一个IGBT开关(即如图所示的第一IGBT开关管S0)的开通和关断，所述第一IGBT开关管S0作为斩波开关使用。
而电压检测和电流检测电路分别经过逻辑判断电路4、两个光电隔离电路、两个IGBT驱动放大电路来控制另外两个IGBT的开通和关断，实现两种不同电流方向的续流。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于补偿式交流斩波技术的路灯照明节电装置，其特征在于，包括有主电路和控制电路，其中，
所述主电路包括有第一IGBT开关管S0、第二IGBT开关管S1、第三IGBT开关管S2、单相交流电源Ui、电感L和电容C、补偿变压器T以及照明灯具Z0，所述第一IGBT开关管S0、第二IGBT开关管S1、第三IGBT开关管S2串联连接，所述单相交流电源Ui接在所述串联的三个IGBT开关管的两端，所述电感L和电容C组成一个滤波电路并且并联在所述补偿变压器T的输入端两侧，所述补偿变压器T的原边与第二IGBT开关管S1、第三IGBT开关管S2并联，所述补偿变压器T的副边与照明灯具Z0串联后接在所述单相交流电源Ui的两端；
所述控制电路用于对主电路进行控制和检测。
2.如权利要求1所述的路灯照明节电装置，其特征在于，所述控制电路为以单片机为核心的数模电路，采用非互补的带电流检测的控制方式来对主电路进行控制和检测。
3.如权利要求2所述的路灯照明节电装置，其特征在于，所述控制电路包括有：人机界面(1)、单片机(2)、脉冲及保护逻辑电路(3)、逻辑判断电路(4)、第一光电隔离电路(51)、第二光电隔离电路(52)、第三光电隔离电路(53)、以及第一驱动放大电路(61)、第二驱动放大电路(62)、第三驱动放大电路(63)、电压检测电路(7)、电流检测电路(8)；
所述人机界面1接单片机(2)，所述单片机(2)分别接所述脉冲及保护逻辑电路(3)、所述电压检测电路(7)，所述脉冲及保护逻辑电路(3)分别接逻辑判断电路(4)、第一光电隔离电路(51)，所述电压检测电路(7)接逻辑判断电路(4)，所述逻辑判断电路(4)分别接第二光电电路(52)、第三光电电路(53)、电流检测电路(8)；
所述第一光电隔离电路(51)依次接第一驱动放大电路(61)、第一IGBT开关管S0，所述第二光电电路(52)依次接第二驱动放大电路(62)、第二IGBT开关管S1，所述第三光电电路(53)依次接第三驱动放大电路(63)、第三IGBT开关管S2。
4.如权利要求3所述的路灯照明节电装置，其特征在于，所述人机界面为采用带有键盘的显示器。
5.如权利要求3所述的路灯照明节电装置，其特征在于，所述单片机为PIC单片机。
6.如权利要求1所述的路灯照明节电装置，其特征在于，所述第一IGBT开关管S0为附带着四个桥式连接二极管的IGBT。
7.如权利要求1至6中任一项所述的路灯照明节电装置，其特征在于，所述主电路还包括有旁路开关S3和切断开关S4，所述旁路开关S3接在所述补偿变压器T的副边两端，所述切断开关S4接在所述第一IGBT开关管S0与第二IGBT开关管S1之间的节点和滤波电感L之间。
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