CN103327719B - 太阳能电源双半桥注锁功率合成荧光灯 - Google Patents

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荧光灯。包括太阳能电源、荧光灯管、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、灯管异常电流检测器，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反相馈入相加耦合器，功率合成馈送灯管启辉，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大功率荧光灯照明场合。

Description

太阳能电源双半桥注锁功率合成荧光灯

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荧光灯。

背景技术

现有技术电子镇流器通用LC或RC振荡器作为荧光灯电光源，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、相位同步的大功率照明太阳能电源双半桥注锁功率合成荧光灯。

本发明技术解决方案为：包括太阳能电源、荧光灯管、基准晶振、分频器、两个自振荡芯片、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，并分别并接接地电容，同时，还跨接串联微调电容的石英晶体谐振器，基准晶振输出信号经第二个反相器接入分频器，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，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，功率合成馈送灯管电路荧光灯管启辉，基准晶振信号经分频器注入两个自振荡芯片RC振荡器C_T端锁定相位，灯管电路异常电流检测信号经电阻分压、三极管放大接入两个自振荡芯片RC振荡器C_T端控制振荡快速关断，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、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输出串联阻塞二极管VD₅、继电器触点J-1连接蓄电池E₂和接有开关S的灯具DW，蓄电池E₂过压控制取样电阻R₁₂、RP₁、R₁₃接入时基芯片IC₅高电平触发端TH，欠压控制取样电阻R₁₄、RP₂、R₁₅接入低电平触发端TL，时基芯片IC₅输出接继电器，蓄电池串入快速熔丝F，并接防反接二极管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荧光灯照明，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荧光灯电路

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、荧光灯管9、基准晶振2、分频器3、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，并分别并接接地电容C₁、C₂，同时，还跨接串联微调电容C₀的石英晶体谐振器JT，基准晶振2输出信号经第二个反相器IC₂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，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馈入相加耦合器8，功率合成馈送灯管电路10荧光灯管9启辉，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C_T端锁定相位，灯管电路10异常电流检测信号经电阻R₇、R₈分压、三极管VT₁放大接入两个自振荡芯片4、6的RC振荡器C_T端控制振荡快速关断，保护功率管，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：V_CC芯片低压电源端，V_B驱动器浮置电源，H_O驱动Q₁栅极，L_O驱动Q₂栅极，V_S浮置电源回归，R_T接振荡定时电阻，C_T接振荡定时电容，OCM功率信号接地。

IC₅引脚符号功能：V_CC电源端，TL低电平触发，TH高电平触发，V_MR复位，Vc电压控制，D_IS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C_T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。

电容C₁₁、电阻R₁₁吸收抑制尖峰脉冲平滑灯光，电容C₁₂匹配灯管，电容C₁₀电感L₇谐振于注锁基准晶振频率点最易启辉。

灯异常检测由灯电流互感磁环电感L₈电压二极管VD₄检波、电容C₁₃、电阻R₁₀滤波，经电阻R₇、R₈限流，三极管VT₁触发两个自振荡芯片RC振荡器C_T端，芯片内部的比较器电压降低到V_CC/6以下，迅速停振快速关断逆变器功率管，免受损坏。

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1/3V_CC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2/3V_CC，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C₁₅、C₁₆去耦，电阻R₁₆、电容C₁₄、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，双半桥逆变电流0.45A，驱动一支110W或两支56W荧光灯管G，效率86％，逆变电流小功耗低，灯光稳定。

Claims (1)

1.一种太阳能电源双半桥注锁功率合成荧光灯，包括荧光灯管，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，并分别连接接地电容，同时，还跨接串联微调电容的石英晶体谐振器，基准晶振信号输出经第二个反相器接入分频器，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，功率合成馈送灯管电路荧光灯管启辉，基准晶振信号经分频器注入两个自振荡芯片RC振荡器C_T端锁定相位，灯管电路异常检测信号经由电阻分压、三极管放大接入两个自振荡芯片RC振荡器C_T端控制振荡快速关断，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、自振荡芯片及半桥逆变器B的电源端，其中，光伏电池板E1正端串联阻塞二极管VD₅、继电器J_-1触点的一端，继电器J_-1触点另一端并联蓄电池E₂正端、过压控制取样电阻R₁₂、欠压控制取样电阻R₁₄、型号555时基芯片IC₅、稳压电源滤波电阻R₁₆及接有开关S的荧光灯DW的一端，光伏电池板E₁负端接地，荧光灯DW的另一端接地，蓄电池E₂过压控制取样电阻R₁₂、RP₁、R₁₃依次串联，电阻R₁₂接蓄电池E₂正端，电阻R₁₃接蓄电池E₂负端，RP₁可调端接入时基芯片IC₅高电平触发端TH，欠压控制由电阻R₁₄、RP₂、R₁₅依次串联，电阻R₁₄接蓄电池E₂正端，电阻R₁₅接蓄电池E₂负端，RP₂可调端接入时基芯片IC₅低电平触发端TL，时基芯片IC₅输出接继电器J，蓄电池E₂串联快速熔丝F后接地，蓄电池E₂与快速熔丝F串联电路的两端并联防反接二极管VD₆。