CN104105286B - 直流低压电源注锁功率合成调光无极灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电光源照明技术领域，具体是一种直流低压电源注锁功率合成调光无极灯。包括无极灯管、直流低压电源、基准晶振、相位调光芯片、推挽放大器、推挽振荡器、相加耦合器、灯管异常检测器，相位调光芯片压控振荡器VCO输出接推挽放大器，输出功率变压器T₁与推挽振荡器输出功率变压器T₃馈入相加耦合器功率合成、升压经磁环电感耦合到无极灯管启辉，基准晶振信号经分频器注入压控振荡器VCO锁定相位，推挽放大器变压器T₁与推挽振荡器变压器T₃功率合成频率牵引相干同步锁定相位，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。本发明适用于直流低电压、大电流供电的调光无极灯照明场合。

Description

直流低压电源注锁功率合成调光无极灯

技术领域

本发明涉及电光源照明技术领域，具体是一种直流低压电源注锁功率合成调光无极灯。

背景技术

现有技术电子镇流器通用LC或RC振荡器作为灯光源，产生的振荡频率受温度变化稳定性差影响功率不稳定光强下降，尤其直流低压电源供电的无极灯工作在低电压、大电流，虽然这种电子镇流器，结构简便，成本低。由于电源电压低，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。授权公告号CN202068653U两个振荡逆变功率叠加拖动大功率灯，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，克服非线性互调功率不均衡。另外，大功率强光照明灯光不可调既浪费电能，强光污染环境影响视力妨害工作或生活。

发明内容

本发明的目的是提供直流低电压、大电流供电，逆变振荡高稳频相位同步的一种直流低压电源注锁功率合成调光无极灯。

本发明技术解决方案为：包括直流低压电源、无极灯管、基准晶振、分频器、型号IR21592相位调光芯片、推挽放大器、推挽振荡器、相加耦合器、灯管异常检测器，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，第一个反相器输入端连接偏置电阻一端，第一个反相器输出端连接偏置电阻的另一端，同时，第一个反相器输入端还连接石英晶体谐振器一端，石英晶体谐振器另一端串联微调电容连接到第一个反相器输出端，第一个反相器输入端与输出端分别连接电容C₁和电容C₂的一端，电容C₁和电容C₂的另一端接地，基准晶振输出信号经第二个反相器接入分频器，芯片内含压控振荡器VCO、鉴相器、推挽放大驱动电路、检测灯负载电流相位电路CS、相位调光接口、灯负载异常控制SD，电源端V_DD连接电阻R₂₀和电容C₈的一端，电阻R₂₀另一端连接直流低压电源，电容C₈的另一端接地，VCO外接电容产生振荡，无极灯管镇流电感、电容谐振点相位由电阻取样接入检测灯负载电流相位电路端CS，由芯片内部连接鉴相器一端，电阻R₁₉一端接入直流低压电源，电阻R₁₉另一端接二极管VD₁阴极，该二极管阳极接地，二极管两端并联电容C₄和电位器RP₁，电位器RP₁可调端经电阻R₁₈接芯片相位调光接口DIM，芯片内部压控振荡器VCO 由相位调光接口接入鉴相器另一端，鉴相器输出经恒流源接VCO，VCO输出接推挽放大驱动电路，驱动输出端HO、LO连接推挽放大器，输出功率经变压器T₁电感L₂与推挽振荡器输出功率经变压器T₃电感L₆接相加耦合器T₄进行功率合成、升压经磁环电感磁路耦合无极灯管启辉，基准晶振经分频器分频的基准信号电容分压注入到芯片VCO锁定相位，由推挽放大器与推挽振荡器在相加耦合器功率合成互耦注锁频率牵引相干同步锁定相位，灯管异常检测器信号经电阻接入相位调光芯片灯负载异常控制端SD，灯管异常检测器信号经电阻R₁₂、电容C₁₁接推挽振荡器场效应管Q₅栅极，直流低压电源接基准晶振、分频器、推挽放大器、推挽振荡器电源端；

推挽振荡器由两个大功率MOS场效应管Q₃漏极、Q₄漏极分别连接变压器T₃谐振电感L₅两端，Q₃栅极、Q₄栅极分别连接变压器T₂反馈电感L₈两端，电感L₈中心并联场效应管Q₅漏极、电阻R₇、电阻R₈一端，变压器T₂电感L₇一端与变压器T₃电感L₄一端串联电阻R₁₀，变压器T₂电感L₇另一端与变压器T₃电感L₄另一端互连，变压器T₃电感L₅中心接电感L₉一端，电感L₉另一端接电容C₁₀一端，电容C₁₀另一端接地，电感L₉另一端与电阻R₇另一端接直流低压电源，电阻R₈另一端接地，Q₃源极、Q₄源极互连并连接电阻R₉一端，电阻R₉另一端接地，电阻R₉一端取样电流信号经电阻R₁₁输入到场效应管Q₅栅极，灯管异常检测器信号经电阻R₁₂接Q₅栅极，电容C₁₁一端接Q₅栅极，另一端接地，Q₅源极接地。

本发明产生积极效果：解决直流低电压、大电流供电自激和它激双推逆变振荡高稳频相位同步功率合成，达到单个自激或它激推挽逆变器难以得到的大功率调光无极灯照明，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直流低压电源注锁功率合成调光无极灯电路

具体实施方式

参照图1、2、3，本发明具体实施方式和实施例：包括直流低压电源1、无极灯管8，基准晶振2、分频器3、相位调光芯片4、推挽放大器5、推挽振荡器6、相加耦合器7、灯管异常检测器9，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电阻R₁偏置，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，相位调光芯片4，即芯片IC₄型号IR21592，内含压控振荡器VCO、鉴相器、推挽放大驱动电路、检测灯负载电流相位电路CS、相位调光接口、灯 负载异常控制SD，电源端V_DD由电阻R₂₀降压，电容C₈滤波接直流低压电源+V，VCO外接电容C₅产生振荡，无极灯管8镇流电感L₁₂、电容C₁₂谐振点相位由电阻R₁₇取样接入检测灯负载电流相位电路CS，由芯片内部至鉴相器一端，电阻R₁₉降压经二极管VD₁稳压的调光直流电压1-5V连接相位调光接口DIM，由芯片内部压控振荡器VCO经相位调光接口接入鉴相器另一端，鉴相器输出经恒流源接VCO，VCO输出接推挽放大驱动电路，驱动输出端HO、LO连接推挽放大器5，输出功率经变压器T₁与推挽振荡器6输出变压器T₃馈入相加耦合器7功率合成，升压经磁环电感L₁₄、L₁₅磁路耦合无极灯管8启辉，基准晶振2经分频器3分频÷N的基准信号f_o电容C₃、C₅分压注入相位调光芯片4压控振荡器VCO锁定相位，由推挽放大器5与推挽振荡器6在相加耦合器7功率合成互耦注锁频率牵引相干同步锁定相位，灯管异常检测器9信号经电阻R₁₃接入相位调光芯片4灯负载异常控制SD，灯管异常检测器9信号经电阻R₁₂、电容C₁₁接推挽振荡器6场效应管Q₅栅极，直流低压电源1接基准晶振2、分频器3、推挽放大器5、推挽振荡器6电源端+V。

IC₄引脚符号功能：V_DD电源端，VCO压控振荡器，DIM相位调光接口，HO驱动Q₁，LO驱动Q₂，CS检测灯负载电流相位信息，SD灯负载异常控制，COM接地。

推挽放大器由相位调光芯片它激振荡驱动Q₁、Q₂，轮流导通、截止半周；推挽振荡器自激振荡Q₃、Q₄轮流导通、截止半周，双推输出功率经相加耦合器叠加合成拖动大功率灯具，扩容可靠，但要求两个振荡电压相位一致，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。

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相位调光芯片压控振荡器VCO锁定相位。未注入基准信号VCO产生自由振荡频率，注入基准信号VCO振荡电压与其矢量合成，通过VCO非线性混频锁定相位，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VCO有载Q值反比，由于基准信号注入VCO输入端，增益高，小功率锁定。基准信号分频注入选配高频石英谐振器，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器分频。

注入锁相无需压控调谐、鉴相、环路滤波，电路结构简单，性能优越，附加成本低。相加耦合器反相叠加推挽放大器和推挽振荡器输出功率合成，“紧密捆绑”互耦注锁效应推挽放大器牵引推挽振荡器频率相干同步锁定相位。注入锁相本质上与环路锁相没差别，适合大功率灯具稳定振荡频率和功率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将两个推挽输出功率变压器T₁、T₃电感L₂、L₆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，两个电流相等时平衡电阻R₁₄无功率损耗。

相位调光取自灯管镇流电感L₁₂、电容C₁₂谐振点，灯负载电流相位 与注入基准信号f_o相位鉴相比较，高于谐振点灯管电流超前电压，低于谐振点灯管电流滞后电压，电流/电压相位差小，功率大、灯光强，反之亦然。控制相位调光接口直流电压DC 1-5V改变压控振荡器VCO相位偏移，使推挽放大器和推挽振荡器电压相位同步偏移，调节RP₁电压改变灯光亮度，实现大功率灯调光。

推挽振荡器T₂、T₃双变压器振荡，T₃不会饱和，功效高。谐振频率调L₅，振荡反馈调电阻R₁₀或电感L₄，互不牵连。

灯异常电流磁环电感L₁₃电压二极管VD₂检波，电阻R₁₅、电容C₁₄滤波经电阻R₁₂，电容C₁₀使Q₅导通，推挽振荡器功率管Q₃、Q₄截止；振荡驱动芯片灯故障控制器SD控制停振，保护推挽放大器Q₁、Q₂。同时，灯异常电流电阻R₆压降经电阻R₄、电容C₆开启振荡驱动芯片电流检测CS，保护Q₁、Q₂；灯异常电流电阻R₉压降经电阻R₁₁、电容C₁₀进而使Q₅导通，双重保护Q₃、Q₄。

实施例直流低压电源电压30V，双推电流2.6A，引燃65W无极灯管G，效率83％，长期开灯照明，功率MOS管温升在允许值内，使用寿命长，调光适意。

Claims (1)

1.一种直流低压电源注锁功率合成调光无极灯，包括直流低压电源、无极灯管，其特征在于：还包括基准晶振、分频器、型号IR21592相位调光芯片、推挽放大器、推挽振荡器、相加耦合器、灯管异常检测器，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，第一个反相器输入端连接偏置电阻一端，第一个反相器输出端连接偏置电阻的另一端，同时，第一个反相器输入端还连接石英晶体谐振器一端，石英晶体谐振器另一端串联微调电容连接到第一个反相器输出端，第一个反相器输入端与输出端分别连接电容C₁和电容C₂的一端，电容C₁和电容C₂的另一端接地，基准晶振输出信号经第二个反相器接入分频器，芯片内含压控振荡器VCO、鉴相器、推挽放大驱动电路、检测灯负载电流相位电路CS、相位调光接口、灯负载异常控制SD，电源端V_DD连接电阻R₂₀和电容C₈的一端，电阻R₂₀另一端连接直流低压电源，电容C₈的另一端接地，VCO外接电容产生振荡，无极灯管镇流电感、电容谐振点相位由电阻取样接入检测灯负载电流相位电路端CS，由芯片内部连接鉴相器一端，电阻R₁₉一端接入直流低压电源，电阻R₁₉另一端接二极管VD₁阴极，该二极管阳极接地，二极管两端并联电容C₄和电位器RP₁，电位器RP₁可调端经电阻R₁₈接芯片相位调光接口DIM，芯片内部压控振荡器VCO由相位调光接口接入鉴相器另一端，鉴相器输出经恒流源接VCO，VCO输出接推挽放大驱动电路，驱动输出端HO、LO连接推挽放大器，输出功率经变压器T₁电感L₂与推挽振荡器输出功率经变压器T₃电感L₆接相加耦合器T₄进行功率合成、升压经磁环电感磁路耦合无极灯管启辉，基准晶振经分频器分频的基准信号电容分压注入到芯片VCO锁定相位，由推挽放大器与推挽振荡器在相加耦合器功率合成互耦注锁频率牵引相干同步锁定相位，灯管异常检测器信号经电阻接入相位调光芯片灯负载异常控制端SD，灯管异常检测器信号经电阻R₁₂、电容C₁₁接推挽振荡器场效应管Q₅栅极，直流低压电源接基准晶振、分频器、推挽放大器、推挽振荡器电源端；

推挽振荡器由两个大功率MOS场效应管Q₃漏极、Q₄漏极分别连接变压器T₃谐振电感L₅两端，Q₃栅极、Q₄栅极分别连接变压器T₂反馈电感L₈两端，电感L₈中心并联场效应管Q₅漏极、电阻R₇、电阻R₈一端，变压器T₂电感L₇一端与变压器T₃电感L₄一端串联电阻R₁₀，变压器T₂电感L₇另一端与变压器T₃电感L₄另一端互连，变压器T₃电感L₅中心接电感L₉一端，电感L₉另一端接电容C₁₀一端，电容C₁₀另一端接地，电感L₉另一端与电阻R₇另一端接直流低压电源，电阻R₈另一端接地，Q₃源极、Q₄源极互连并连接电阻R₉一端，电阻R₉另一端接地，电阻R₉一端取样电流信号经电阻R₁₁输入到场效应管Q₅栅极，灯管异常检测器信号经电阻R₁₂接Q₅栅极，电容C₁₁一端接Q₅栅极，另一端接地，Q₅源极接地。