CN103338569B - 太阳能电源四推挽注锁功率合成卤素灯组 - 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四推挽注锁功率合成卤素灯组。自振荡芯片A推挽逆变器A′输出功率变压器T₁与自振荡芯片B推挽逆变器B′输出功率变压器T₂馈入相加耦合器TB₁，自振荡芯片C推挽逆变器C′输出功率变压器T₃与自振荡芯片D推挽逆变器D′输出功率变压器T₄馈入相加耦合器TB₂，相加耦合器TB₁与相加耦合器TB₂馈入相加耦合器TB₃功率合成馈送灯管电路引燃卤素灯组，基准晶振信号经分频器注入四个自振荡芯片锁定相位稳定输出功率，避免器件温升过高振荡频率变化功率失衡灯光下降，灯管异常电流检测器信号接四个自振荡芯片SD端保护功率管。本发明适用于大功率卤素灯组商业装饰照射场合。

Description

太阳能电源四推挽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四推挽注锁功率合成卤素灯组。 

背景技术

现有技术通常用LC或RC振荡器作为卤素灯组电光源，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，虽然结构简单，成本低廉。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。叠加多个振荡逆变功率拖动大功率灯组，可以解决器件功率容量限制。但是，要求功率合成振荡电压相位一致，以克服非线性互调功率不均衡。 

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射的一种太阳能电源四推挽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、四个型号为IR2156的自振荡芯片A、自振荡芯片B、自振荡芯片C、自振荡芯片D、推挽逆变器A′、推挽逆变器B′、推挽逆变器C′、推挽逆变器D′、相加耦合器TB₁、相加耦合器TB₂、相加耦合器TB₃、灯管电路、灯管异常电流检测器，其中，基准晶振由石英晶体谐振器、六个反相器及电阻、电容组成，一个反相器输入与输出两端跨接偏置电阻，该反相器输入与输出两端分别并联接地电容，同时，跨接串联微调电容的石英晶体谐振器，另一个反相器整形缓冲输出基准晶振信号，经分频器并接四个反相器，自振荡芯片内含振荡器、推挽逆变驱动电路、灯故障关闭控制SD端，自振荡芯片的输出分别经推挽逆变驱动电路连接均由两个大功率MOS场效应管构成推挽逆变器A′、推挽逆变器B′、推挽逆变器C′、推挽逆变器D′，自振荡芯片A推挽逆变器A′输出功率变压器T₁与自振荡芯片B推挽逆变器B′输出功率变压器T₂馈入相加耦合器TB₁，自振荡芯片C推挽逆变器C′输出功率变压器T₃与自振荡芯片D推挽逆变器D′输出功率变压器T₄馈入相加耦合器TB₂，相加耦合器TB₁与相加耦合器TB₂馈入相加耦合器TB₃功率合成接入灯管电路匹配卤素灯管组，基准晶振信号经分频器并接的四个反相器输出分别注入四个自振荡芯片注锁控制C_T端锁定相位，灯管异常电流检测器信号接入四个自振荡芯片灯故障关闭控制SD端，快速停振关断推挽逆变器功率MOS场效应管，太阳能电源低压接入基准晶振、分频器电源端，太阳能电源高压接入四个自振荡芯片、四个推挽逆变器电源端， 其中，太阳能电源由光伏电池板E₁、阻塞二极管VD₁、防反接二极管VD₂、继电器J和蓄电池E₂、电阻R₁₄、开关S、时基芯片IC₄以及过压取样电路、欠压取样电路组成，光伏电池板E₁正端串联阻塞二极管VD₁、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正端、过压取样电阻R₁₀、欠压取样电阻R₁₂、时基芯片IC₄稳压电源滤波电阻R₁₄及接有开关S的卤素灯组DW，过压控制取样电阻R₁₀、可变电阻RP₁、电阻R₁₁依次串联后并于蓄电池E₂与快速熔丝F的串联电路的两端，可变电阻RP₁可变端接入时基芯片IC₄高电平触发端TH，欠压控制取样电阻R₁₂、可变电阻RP₂、电阻R₁₃依次串联后并联于蓄电池E₂正负两端，可变电阻RP₂可变端接入时基芯片IC₄低电平触发端TL，时基芯片IC₄输出接继电器J，蓄电池E₂的负端串联快速熔丝F后接地，蓄电池E₂与快速熔丝F的串联电路的两端并联防反接二极管VD₂。 

而灯管电路由相加耦合器TB₃电感TB₃L₂、卤素灯管组G₁、Gn、灯电流检测互感磁环电感LS₁、二极管VD₅、电容C₁₁、电阻R₁₈组成，卤素灯管组G₁、Gn一端接相加耦合器TB₃电感TB₃L₂，卤素灯管组G₁、Gn另一端穿过灯电流检测互感磁环电感LS₁接地，电感LS₁一端接二极管VD₅阳极，电感LS₁另一端接地，电容C₁₁、电阻R₁₈并联于二极管VD₅阴极与地之间，二极管VD₅的阴极还经电阻R₈、R₉分压后连接场效应管Q₃的栅极，场效应管Q₃的源极接地，场效应管Q₃的漏极连接接触发自振荡芯片灯故障关闭控制SD端。 

本发明产生积极效果：解决四推逆变振荡高稳频和相位同步功率合成，达到单个自振荡芯片推挽逆变难以得到的大功率照明，避免器件温升高振荡频率变化功率失衡，提高灯具照明质量，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推挽自振荡逆变电路 

图4太阳能电源控制电路 

图5太阳能电源四推挽注锁功率合成卤素灯组电路 

具体实施方式

参照图1、2、3、4、5，(图3以自振荡芯片A推挽逆变器A′电路为例，其余电路相同)，本发明具体实施方式和实施例：包括太阳能电源13、卤素灯组9、基准晶振11、分频器12、四个型号为IR2156的自振荡芯片A1、自振荡芯片B2、自振荡芯片C3、自振荡芯片D4、推挽逆变器A′、推挽逆变器B′、推挽逆变器C′、推挽逆变器D′、相加耦合器TB₁5、相加耦合器TB₂6、相加耦合器TB₃7、灯管电路8、灯管异常电流检测器10，其中，基准晶振11由石英晶体谐振器JT、六个反相器及电阻、电容组成，一个反相器IC_1-1输入与输出两端跨接偏置电阻R₁，该反相器输入与输出两端分别并联接地电容C₁、C₂，同时，跨接串联微调电容C₀的石英晶体谐振器JT，另一个反相器IC_1-2整形缓冲输出基 准晶振11信号，经分频器12分频÷N并接四个反相器IC_1-3、IC_1-4、IC_1-5、IC_1-6，自振荡芯片IC₃IR2156内含振荡器、推挽逆变驱动电路、灯故障关闭控制SD端，自振荡芯片输出分别经推挽逆变驱动电路连接均由两个大功率MOS场效应管Q₁、Q₂构成推挽逆变器A′、推挽逆变器B′、推挽逆变器C′、推挽逆变器D′，自振荡芯片A1推挽逆变器A′输出功率变压器T₁与自振荡芯片B2推挽逆变器B′输出功率变压器T₂馈入相加耦合器TB₁5，自振荡芯片C3推挽逆变器C′输出功率变压器T₃与自振荡芯片D4推挽逆变器D′输出功率变压器T₄馈入相加耦合器TB₂6，相加耦合器TB₁5与相加耦合器TB₂6馈入相加耦合器TB₃7功率合成经接灯管电路8引燃卤素灯组9发光，基准晶振11信号经分频器12并接的四个反相器IC_1-3、IC_1-4、IC_1-5、IC_1-6输出f_0-1、f_0-2、f_0-3、f_0-4分别注入四个自振荡芯片A1、B2、C3、D4的注锁控制C_T端锁定相位，灯管异常电流检测器10信号接入四个自振荡芯片A1、B2、C3、D4的灯故障关闭控制SD端，快速停振关断推挽逆变器功率MOS场效应管，太阳能电源13低压接入基准晶振11、分频器12电源端，太阳能电源13高压接入四个自振荡芯片A1、B2、C3、D4、四个推挽逆变器A′、B′、C′、D′电源端，其中，太阳能电源13由光伏电池板E₁、阻塞二极管VD₁、防反接二极管VD₂、继电器J和蓄电池E₂、电阻R₁₄、开关S、时基芯片IC₄以及过压取样电路、欠压取样电路组成，光伏电池板E₁正端串联阻塞二极管VD₁、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正端、过压取样电阻R₁₀、欠压取样电阻R₁₂、时基芯片IC₄稳压电源滤波电阻R₁₄及接有开关S的卤素灯组DW，过压控制取样电阻R₁₀、可变电阻RP₁、电阻R₁₁依次串联后并于蓄电池E₂与快速熔丝F的串联电路的两端，可变电阻RP₁可变端接入时基芯片IC₄高电平触发端TH，欠压控制取样电阻R₁₂、可变电阻RP₂、电阻R₁₃依次串联后并联于蓄电池E₂正负两端，可变电阻RP₂可变端接入时基芯片IC₄低电平触发端TL，时基芯片IC₄输出接继电器J，蓄电池E₂的负端串联快速熔丝F后接地，蓄电池E₂与快速熔丝F的串联电路的两端并联防反接二极管VD₂。 

IC₃引脚符号功能：V_CC电源端，C_T接振荡器定时电容C₄，R_T接振荡器定时电阻R₂，HO驱动Q₁，LO驱动Q₂，CS电流检测，SD灯故障关闭振荡保护控制，COM接地。 

电阻R₇降压，电容C₇滤波供给自振荡芯片电源端V_CC产生振荡，经HO、LO驱动推挽逆变器，大功率MOS管Q₁、Q₂轮流导通、截止半周，变压器T₁中点经电流源电感LF₁电容C₆退耦滤波接太阳能电源+V。由变压器T₁输出功率经二阶相加耦合器功率合成馈入灯负载。 

相加耦合器TB₁、TB₂分别将两个推挽输出功率叠加，相加耦合器TB₃将四个推挽输出功率二阶叠加总和送到灯负载，四推挽逆变器输入电压、频率、相位及负载相同，均衡电阻R₁₅、R₁₆、R₁₇无功耗。当某个逆变器发生故障没有功率输出，对应电路均衡电阻吸收配对逆变器功率，整灯功率虽降低但仍能保持照明，提高灯具可靠性。 

功率合成拖动大功率灯具，扩容灵活、可靠，但要求自振荡芯片振荡电压相位一致，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，电路结构简单，性能优越，附加成本低。注入锁相本质上与环路锁相没差别，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，稳定灯光延长使用寿命。 

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。 

由于注入基准频率是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IC₂二进制或十进制计数分频。 

灯异常检测由灯电流互感磁环电感LS₁感生电压二极管VD₅检波、电容C₁₁、电阻R₁₈滤波，经SD’电阻R₈、R₉分压，场管Q₃触发自振荡芯片SD端，当触发电压高电平信号时，迅速停振快速关断推挽逆变器功率管，以免受损。灯异常功率管大电流电阻R₆压降经电阻R₄、电容C₅开启自振荡芯片电流检测CS端双重保护四推逆变功率管。 

太阳能电源欠压控制，蓄电池电压低于时基芯片IC₄555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VD₁单向导电防止蓄电池对太阳能电池反充电，二极管VD₂当蓄电池反接导通短路，快速烧断熔丝F保护蓄电池。电容C₈、C₉去耦，电阻R₁₄、电容C₁₀、稳压二极管VD₄供时基芯片电源。二极管VD₃抑制继电器J吸合、释放产生的反向电压，防护时基芯片IC₄损伤。 

实施例太阳能电源45V，四推挽逆变电流5A，驱动8支25W或4支50W卤素灯管组G₁～G_n，效率88％，逆变电流小功耗低，长时间照射灯光稳定。适用于大功率卤素灯组商业装饰照射。 

Claims (2)

1.一种太阳能电源四推挽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、四个型号为IR2156的自振荡芯片A、自振荡芯片B、自振荡芯片C、自振荡芯片D、推挽逆变器A′、推挽逆变器B′、推挽逆变器C′、推挽逆变器D′、相加耦合器TB₁、相加耦合器TB₂、相加耦合器TB₃、灯管电路、灯管异常电流检测器，其中，基准晶振由石英晶体谐振器、六个反相器及电阻、电容组成，一个反相器输入与输出两端跨接偏置电阻，该反相器输入与输出两端分别并联接地电容，同时，跨接串联微调电容的石英晶体谐振器，另一个反相器整形缓冲输出基准晶振信号，经分频器并接四个反相器，自振荡芯片内含振荡器、推挽逆变驱动电路、灯故障关闭控制SD端，自振荡芯片的输出分别经推挽逆变驱动电路连接均由两个大功率MOS场效应管构成推挽逆变器A′、推挽逆变器B′、推挽逆变器C′、推挽逆变器D′，自振荡芯片A推挽逆变器A′输出功率变压器T₁与自振荡芯片B推挽逆变器B′输出功率变压器T₂馈入相加耦合器TB1，自振荡芯片C推挽逆变器C′输出功率变压器T₃与自振荡芯片D推挽逆变器D′输出功率变压器T₄馈入相加耦合器TB₂，相加耦合器TB₁与相加耦合器TB₂馈入相加耦合器TB₃功率合成接入灯管电路匹配卤素灯管组，基准晶振信号经分频器并接的四个反相器输出分别注入四个自振荡芯片注锁控制C_T端锁定相位，灯管异常电流检测器信号接入四个自振荡芯片灯故障关闭控制SD端，快速停振关断推挽逆变器功率MOS场效应管，太阳能电源低压接入基准晶振、分频器电源端，太阳能电源高压接入四个自振荡芯片、四个推挽逆变器电源端，其中，太阳能电源由光伏电池板E₁、阻塞二极管VD₁、防反接二极管VD₂、继电器J和蓄电池E₂、电阻R₁₄、开关S、时基芯片IC₄以及过压取样电路、欠压取样电路组成，光伏电池板E₁正端串联阻塞二极管VD₁、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正端、过压取样电阻R₁₀、欠压取样电阻R₁₂、时基芯片IC₄稳压电源滤波电阻R14及接有开关S的卤素灯组DW，过压控制取样电阻R₁₀、可变电阻RP₁、电阻R₁₁依次串联后并于蓄电池E₂与快速熔丝F的串联电路的两端，可变电阻RP₁可变端接入时基芯片IC₄高电平触发端TH，欠压控制取样电阻R₁₂、可变电阻RP₂、电阻R₁₃依次串联后并联于蓄电池E₂正负两端，可变电阻RP₂可变端接入时基芯片IC₄低电平触发端TL，时基芯片IC₄输出接继电器J，蓄电池E₂的负端串联快速熔丝F后接地，蓄电池E₂与快速熔丝F的串联电路的两端并联防反接二极管VD₂。

2.根据权利要求1所述的太阳能电源四推挽注锁功率合成卤素灯组，其特征在于：灯管电路由相加耦合器TB₃电感TB₃L₂、卤素灯管组G₁、Gn、灯电流检测互感磁环电感LS₁、二极管VD₅、电容C₁₁、电阻R₁₈组成，卤素灯管组G₁、Gn一端接相加耦合器TB₃电感TB₃L₂，卤素灯管组G₁、Gn另一端穿过灯电流检测互感磁环电感LS₁接地，电感LS₁一端接二极管VD₅阳极，电感LS₁另一端接地，电容C₁₁、电阻R₁₈并联于二极管VD₅阴极与地之间，二极管VD₅的阴极还经电阻R₈、R₉分压后连接场效应管Q₃的栅极，场效应管Q₃的源极接地，场效应管Q₃的漏极连接接触发自振荡芯片灯故障关闭控制SD端。