CN104105276B - 太阳能电源四全桥注锁功率合成卤素灯组 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电光源照明技术领域，具体是一种太阳能电源四全桥注锁功率合成卤素灯组。自振荡芯片A全桥逆变器A′输出功率变压器T1与自振荡芯片B全桥逆变器B′输出功率变压器T2馈入相加耦合器TB1，自振荡芯片C全桥逆变器C′输出功率变压器T3与自振荡芯片D全桥逆变器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，馈送灯管电路匹配卤素灯组点燃，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
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全桥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。但要得到大功率照明势必增大器件电流，使振荡功率管功耗剧增温升过高振荡频率变化，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。将多个振荡逆变功率叠加拖动大功率卤素灯组，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全桥注锁功率合成卤素灯组。
本发明技术解决方案为：包括太阳能电源、卤素灯管组、基准晶振、分频器、自振荡芯片A、自振荡芯片B、自振荡芯片C、自振荡芯片D、全桥逆变器A′、全桥逆变器B′、全桥逆变器C′、全桥逆变器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，由一个反相器输入与输出两端跨接偏置电阻，并接接地电容，同时，跨接串联微调电容的石英晶体谐振器，由另一个反相器接入基准晶振信号，经分频器分接四个反相器，自振荡芯片内含振荡器、全桥逆变驱动电路、灯故障关闭控制器SD，输出分别经全桥逆变驱动电路连接均由四个大功率MOS场效应管两组互补半桥构成全桥逆变器A′、全桥逆变器B′、全桥逆变器C′、全桥逆变器D′，自振荡芯片A全桥逆变器A′输出功率变压器T1与自振荡芯片B全桥逆变器B′输出功率变压器T2馈入相加耦合器TB1，自振荡芯片C全桥逆变器C′输出功率变压器T3与自振荡芯片D全桥逆变器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EXO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SD端，快速停振关断全桥逆变器功率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、四个全桥逆变器的电源端；
其中，灯管电路由卤素灯管组一端接相加耦合器TB3电感TB3L2，另一端穿过灯电流检测互感磁环接地，电感LS1接二极管VD5检波，电容C12、电阻R14滤波经电阻R4、R5分压、场管O5触发自振荡芯片灯故障保护控制端SD，快速停振关断全桥逆变器功率MOS场效应管；
太阳能电源由光伏电池板E1输出串联阻塞二极管VD1、继电器触点J-1连接蓄电池E2和接有开关S的卤素灯DW，蓄电池E2过压控制取样电阻R6、RP1、R7接入时基芯片IC4高电平触发端TH，欠压控制取样电阻R8、RP2、R9接入低电平触发端TL，时基芯片IC4输出接继电器，蓄电池串入快速熔丝F，并接防反接二极管VD2。
本发明产生积极效果：解决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全桥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全桥自振荡逆变电路
图4太阳能电源电路
图5太阳能电源四全桥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全桥逆变器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、自振荡芯片A1、自振荡芯片B2、自振荡芯片C3、自振荡芯片D4、全桥逆变器A′、全桥逆变器B′、全桥逆变器C′、全桥逆变器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，由一个反相器IC1-1输入与输出两端跨接偏置电阻R1，并接接地电容C1、C2，同时，跨接串联微调电容C0的石英晶体谐振器JT，由另一个反相器IC1-2接入基准晶振11信号，经分频器12分频÷N分接四个反相器IC1-3、IC1-4、IC1-5、IC1-6，自振荡芯片IC3UBA2030T内含振荡器、全桥逆变驱动电路、灯故障关闭控制器SD，输出分别经全桥逆变驱动电路连接均由四个大功率MOS场效应管Q1、Q2、Q3、Q4两组互补半桥构成全桥逆变器A′、全桥逆变器B′、全桥逆变器C′、全桥逆变器D′，自振荡芯片A1全桥逆变器A′输出功率变压器T1与自振荡芯片B2全桥逆变器B′输出功率变压器T2馈入相加耦合器TB15，自振荡芯片C3全桥逆变器C′输出功率变压器T3与自振荡芯片D4全桥逆变器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，接入灯管电路8匹配卤素灯组9点燃，基准晶振11信号经分频器12并接的四个反相器C1-3、IC1-4、IC1-5、IC1-6输出f0-1、f0-2、f0-3、f0-4分别注入四个自振荡芯片A1、B2、C3、D4的EXO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SD端，快速停振关断全桥逆变器功率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、四个全桥逆变器A′、B′、C′、D′的电源端。
IC3引脚符号功能：HV高压电源，VDD低压电源，RC振荡器输入，EXO外接振荡器信号，GHL驱动Q1，GLL驱动Q2，GHR驱动Q3，GLR驱动Q4，SHL桥路输出接Q1源极、输出变压器，SHR桥路输出接Q3源极、电容C7，BE桥路使能控制，BER桥路使能参考，DTC死区时间控制，FSL浮置电源，FSR浮置电源，SD关闭振荡，GND接地。
IC4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IC3电源端接太阳能电源高压HV，由芯片内部生成低压电源VDD提供产生振荡，电容C3滤除纹波，振荡启动后自举电容C5充电，浮置供电全桥逆变器对角线功率MOS管Q1、Q4导通，Q2、Q3截止，此时电容C6充电，浮置供电Q1、Q4导通，Q2、Q3截止，轮流工作半个周期，输出电压为方波。全桥交替切换由RC振荡器振荡频率的1/2频率控制，电阻R2控制振荡波形死区时间。
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EXO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。
相加耦合器TB1、TB2分别将两个全桥输出功率叠加，相加耦合器TB3将四个全桥输出功率叠加总和送到灯负载，四全桥逆变器输入电压、频率、相位及负载相同，均衡电阻R11、R12、R13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，提高了可靠性。
灯异常检测互感磁环电感LS1电压二极管VD5检波、电容C12、电阻R14滤波，经SD’电阻R4、R5分压，场管Q5触发自振荡芯片SD端，当触发电压4.5V～VDD高电平信号时，迅速停振快速关断全桥逆变器功率管，以免受损。
太阳能电源欠压控制，蓄电池电压低于时基芯片IC4555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控制灯的照明。
阻塞二极管VD2单向导电防止蓄电池对太阳能电池反充电，二极管VD3当蓄电池反接导通短路，快速烧断熔丝F保护蓄电池。电容C9、C10去耦，电阻R10、电容C11、稳压二极管VD3供时基芯片电源。二极管VD4抑制继电器J吸合、释放产生的反向电压，防护IC4受损。
实施例太阳能电源450V，四全桥逆变电流2A，驱动12支70W卤素灯管组G1～Gn，效率88％，逆变电流小，器件功耗温度低，无须装置散热器，长时间照射灯光稳定。适用于大功率卤素灯商业装饰照射。
Claims (2)
1.一种太阳能电源四全桥注锁功率合成卤素灯组，包括太阳能电源、卤素灯管组，其特征在于：还包括基准晶振、分频器、四个型号为UBA2030T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、全桥逆变器A′、全桥逆变器B′、全桥逆变器C′、全桥逆变器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，第一个反相器输入与输出两端跨接偏置电阻，第一个反相器输入与输出两端分别连接电容C1、C2的一端，电容C1、C2另一端接地，同时，第一个反相器输入与输出两端还跨接串联微调电容的石英晶体谐振器构成反馈网络产生基准振荡信号，基准晶振信号经第二个反相器整形缓冲连接分频器输入端，分频器输出端连接其余四个反相器输入端，四个反相器输出分别注入四个自振荡芯片EXO端锁定相位，自振荡芯片内含振荡器、全桥逆变驱动电路、灯故障关闭控制器SD，四个自振荡芯片的全桥逆变驱动电路输出分别连接均由四个大功率MOS场效应管两组互补半桥构成全桥逆变器A′、全桥逆变器B′、全桥逆变器C′、全桥逆变器D′，自振荡芯片A全桥逆变器A′输出功率变压器T1与自振荡芯片B全桥逆变器B′输出功率变压器T2馈入相加耦合器TB1，自振荡芯片C全桥逆变器C′输出功率变压器T3与自振荡芯片D全桥逆变器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，灯管异常电流检测器信号接入四个自振荡芯片SD端，快速停振关断全桥逆变器功率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、四个全桥逆变器的电源端；
灯管电路由卤素灯管组的一端连接相加耦合器TB3电感TB3L2的一端，相加耦合器TB3电感TB3L2另一端接地，卤素灯管组的另一端穿过灯电流检测互感磁环电感LS1接地，灯电流检测互感磁环电感LS1的一端连接二极管VD5阳极，灯电流检测互感磁环电感LS1的另一端接地，二极管VD5阴极连接电容C12、电阻R14的一端，电容C12、电阻R14另一端接地，二极管VD5阴极还连接电阻R4一端，电阻R4另一端连接电阻R5的一端和场效应管Q5栅极，电阻R5另一端、场效应管Q5源极接地，场效应管Q5漏极触发自振荡芯片灯故障保护控制器SD端，快速停振关断全桥逆变器功率MOS场效应管。
2.根据权利要求1所述的太阳能电源四全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VD1、防反接二极管VD2、继电器J和蓄电池E2、电阻R10、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正极串联阻塞二极管VD1、继电器触点J-1的一端，光伏电池板E1负极接地，继电器触点J-1另一端连接蓄电池E2正极、过压控制取样电路电阻R6、欠压控制取样电路电阻R8、电阻R10及接有开关S的卤素灯组灯DW，过压控制取样电阻R6、电阻RP1、电阻R7依次串联后并联在蓄电池E2正极与地之间，电阻RP1可调端接时基芯片IC4高电平触发端TH，欠压控制取样电阻R8、电阻RP2、电阻R9依次串联后并联在蓄电池E2正极与地之间，电阻RP2可调端接时基芯片IC4低电平触发端TL，时基芯片IC4输出接继电器J，蓄电池E2负极串联快速熔丝F后接地，防反接二极管VD2阴极连接蓄电池E2正极，阳极接地。
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Legal Events
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Effective date of registration: 20191219 Address after: 313000 No. 333 Liji East Road, Zhili Town, Wuxing District, Huzhou City, Zhejiang Province Patentee after: ZHEJIANG LONGYING PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 321100 No. 35, Taohuawu, Lanxi, Zhejiang, China Patentee before: Ruan Shucheng |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Denomination of invention: Solar power four full bridge injection lock power synthesis halogen lamp group Effective date of registration: 20210526 Granted publication date: 20170125 Pledgee: Huzhou Wuxing Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: ZHEJIANG LONGYING PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021330000456 |
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Date of cancellation: 20230404 Granted publication date: 20170125 Pledgee: Huzhou Wuxing Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: ZHEJIANG LONGYING PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021330000456 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Denomination of invention: Solar power supply four full bridge injection locking power synthesis halogen lamp group Effective date of registration: 20230413 Granted publication date: 20170125 Pledgee: Huzhou Wuxing Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: ZHEJIANG LONGYING PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023110000157 |
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Granted publication date: 20170125 Pledgee: Huzhou Wuxing Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: ZHEJIANG LONGYING PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023110000157 |
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Denomination of invention: Solar power supply four full bridge injection lock power synthesis halogen lamp group Granted publication date: 20170125 Pledgee: Huzhou Wuxing Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: ZHEJIANG LONGYING PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2024980013322 |