CN104105254B - 双半桥注入锁相发光二极管led阵列灯 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电光源照明技术领域，具体是一种双半桥注入锁相发光二极管LED阵列灯。包括电源滤波器EMI、整流桥堆、功率因数校正APFC、发光二极管LED阵列灯、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、全波整流器，两个自振荡芯片4、6的RC振荡器共接电阻R11、电容C15同步振荡，自振荡芯片4及半桥逆变器A输出功率变压器T2与自振荡芯片6及半桥逆变器B输出功率变压器T3反相馈入相加耦合器，功率合成经全波整流驱动发光二极管LED阵列灯，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。本发明适用于大功率发光二极管LED阵列灯照明场合。
Description
技术领域
本发明涉及电光源照明技术领域，具体是一种双半桥注入锁相发光二极管LED阵列灯。
背景技术
现有技术电子变压器用LC或RC振荡器驱动发光二极管LED阵列灯，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，虽然交直交AC-DC-AC逆变的电子变压器，结构简便，成本低。要得到大功率照明势必增大器件电流，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逆变振荡高稳频相位同步，大功率照明的双半桥注入锁相发光二极管LED阵列灯。
本发明技术解决方案为：包括电源滤波器EMI、整流桥堆、功率因数校正APFC、发光二极管LED阵列灯、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、全波整流器、灯管异常电流检测器，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R11、电容C15同步振荡，输出分别经半桥逆变驱动电路连接均由Q2、Q3两个大功率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T2与自振荡芯片及半桥逆变器B输出功率变压器T3反相馈入相加耦合器，功率合成馈送全波整流器点燃发光二极管LED阵列灯，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，灯管异常电流检测器信号经三极管接入两个自振荡芯片RC振荡器CT端快速停振，电网电源经电源滤波器EMI、整流桥堆、功率因数校正APFC输出电压接入基准晶振、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，全波整流电路由两个大功率MOS场效应管Q4、Q5源极接相加耦合器T4电感L11两端，栅极接电阻分压偏置，源极、漏极并联整流二极管，Q4、Q5漏极并接为推挽全波整流输出端，电感L11中点穿过灯电流检测互感磁环接地，电感L12接二极管VD17检波，电容C20、电阻R22滤波接两个自振荡芯片RC振荡器CT端；
功率因数校正APFC由芯片IC4、功率MOS场效应管Q1、升压二极管VD11、磁性变压器T1及电阻、电容组成，整流桥堆输出经磁性变压器T1电感L3接Q1漏极、升压二极管VD11至电容C11作为功率因数校正APFC输出，电阻R4接整流桥堆输出引入芯片IC4电源端，并与磁性变压器T1电感L4经二极管VD5检波电压为芯片IC4控制门限开启，电阻R2、R3接整流桥堆输出分压取样接入芯片IC4乘法器一端，乘法器另一端接电阻R8、R9分压取样输出电压，乘法器输出与Q1源极接地电阻点连接峰值电流检测比较器，芯片IC4输出接Q1栅极，磁性变压器T1电感L5高频电压由二极管VD6～9整流、二极管VD10稳压、电容C12滤波接基准晶振、分频器电源端。
本发明产生积极效果：解决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发光二极管LED阵列灯照明，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双半桥注入锁相发光二极管LED阵列灯电路
具体实施方式
参照图1、2、3(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：电源滤波器EMI与整流桥堆11、功率因数校正APFC1、发光二极管LED阵列灯管10、基准晶振2、分频器3、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、全波整流器9、灯管异常电流检测器12，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IC3，自振荡芯片IC5IR2153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R11、电容C15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Q2、Q3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T2与自振荡芯片6及半桥逆变器B7输出功率变压器T3反相馈入相加耦合器8，功率合成经全波整流器9接入发光二极管LED阵列灯10，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，灯管异常电流检测器12信号经三极管VT1接入两个自振荡芯片4、6的RC振荡器CT端控制振荡快速停振，电网电源经电源滤波器EMI与整流桥堆11、功率因数校正APFC1输出电压+15V接入基准晶振2、分频器3，+400V接入自振荡芯片4及半桥逆变器A5、自振荡芯片6及半桥逆变器B7的电源端。
IC4引脚符号功能：VCC芯片逻辑控制低压电源，IDET零电流检测，MULT乘法器输入，INV误差放大器输入，EA误差放大器输出，CS脉宽调制比较器，OUT驱动器输出，GND接地。IC5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Q2栅极，LO驱动Q3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。
自振荡芯片IC5由电阻R10、电容C13降压供给启动产生振荡，驱动半桥功率MOS管Q2、Q3，使之轮流导通/截止，此时逆变器中点输出方波电压经电阻R14、电容C17、二极管VD12、VD13整流对电容C13充电，供自振荡芯片IC5电源，转换后电阻R10停止供电，降低功耗。二极管VD14对电容C16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。
基准晶振石英谐振器频率受温度变化极小，高度稳定。基准信号经分频器注入自振荡芯片RC振荡器锁定相位。未注入基准信号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，小功率即可锁定，两个自振荡芯片共接定时电阻R11、电容C15同步振荡锁定时间快。基准信号分频注入选配较高频率的高稳频特性谐振器，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器分频。
注入锁相无须压控调谐、鉴相、环路滤波，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，适合功率合成灯具稳定振荡频率相位同步，避免器件温升过高功率失衡，稳定灯光延长使用寿命。
相加耦合器T4电感L10将两个半桥输出功率变压器T2、T3电感L7、L9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，两个电流相等平衡电阻R17无功率损耗。
全波整流电路两个大功率MOS场效应管Q4、Q5并联二极管VD15、VD16减小整流电阻降低损耗，整流效率高，输出纹波低，发光稳定。
灯异常检测由灯电流互感磁环电感L12感生电压二极管VD17检波、电容C20、电阻R22滤波，经电阻R15、R16限流，三极管VT1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，免受损坏。
电子镇流器接入交流电源呈阻抗性负载，输入电压和电流有较大相位差，功率因数低，由集成芯片IC4L6562、功率MOS管Q1等组成提高功率因数，减小电流总谐波失真，输出电压恒定，保障振荡幅值稳定灯光不变。电源滤波器抑制振荡谐波干扰通过电网传输。
实施例交流电AC90～250V，功率因数校正APFC输出DC400V，功率因数0.98，双半桥逆变电流0.58A，点燃200W发光二极管LED阵列灯，效率86％。
Claims (2)
1.一种双半桥注入锁相发光二极管LED阵列灯，包括电源滤波器EMI、整流桥堆、发光二极管LED阵列灯，其特征在于：还包括功率因数校正APFC、基准晶振、分频器、型号IR2153两个自振荡芯片、半桥逆变器A、半桥逆变器B、相加耦合器、全波整流器、灯管异常电流检测器，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，基准晶振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R11、电容C15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，第一个自振荡芯片及半桥逆变器A由功率变压器T2的电感L7输出信号与第二个自振荡芯片及半桥逆变器B由功率变压器T3的电感L9输出信号接入相加耦合器进行功率合成，馈送全波整流器点燃发光二极管LED阵列灯，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，灯管异常电流检测器信号经三极管接入两个自振荡芯片RC振荡器CT端快速停振，电网电源经电源滤波器EMI、整流桥堆、功率因数校正APFC输出电压分别接入基准晶振、分频器、第一个自振荡芯片及半桥逆变器A、第二个自振荡芯片及半桥逆变器B的电源端；
全波整流电路由两个大功率MOS场效应管Q4、Q5、两个整流二极管VD15、VD16、相加耦合器T4电感L11、电阻R18、R19、R20、R21、灯电流检测互感磁环电感L12、二极管VD17、电容C20及电阻R15、R16、R22、三极管VT1组成，两个大功率MOS场效应管Q4、Q5源极接相加耦合器T4电感L11两端，栅极接电阻R18、R19、R20、R21分压偏置，源极、漏极并联整流二极管VD15、VD16，漏极并接为推挽全波整流输出端，电感L11中点穿过灯电流检测互感磁环接地，电感L12接二极管VD17检波，电容C20、电阻R22滤波经电阻R15、R16分压接入三极管VT1触发两个自振荡芯片RC振荡器CT端。
2.根据权利要求1所述的双半桥注入锁相发光二极管LED阵列灯，其特征在于：功率因数校正APFC由芯片IC4、功率MOS场效应管Q1、升压二极管VD11、磁性变压器T1及电阻、电容组成，整流桥堆输出经磁性变压器T1电感L3接Q1漏极、升压二极管VD11至电容C11作为功率因数校正APFC输出，电阻R4接整流桥堆输出引入芯片IC4电源端，并与磁性变压器T1电感L4经二极管VD5检波电压为芯片IC4控制门限开启，电阻R2、R3接整流桥堆输出分压取样接入芯片IC4乘法器一端，乘法器另一端接电阻R8、R9分压取样输出电压，乘法器输出与Q1源极接地电阻点连接峰值电流检测比较器，芯片IC4输出接Q1栅极，磁性变压器T1电感L5高频电压由二极管VD6、VD7、VD8、VD9整流，二极管VD10稳压、电容C12滤波接基准晶振、分频器电源端。
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