CN104105302B - 太阳能电源注锁功率合成金卤灯 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电光源照明技术领域，具体是一种太阳能电源注锁功率合成金卤灯。包括金卤灯、太阳能电源、基准晶振、振荡驱动芯片、推挽放大器、推挽振荡器、相加耦合器、灯管触发电路、调频信号发生器、灯管异常电流检测器，振荡驱动芯片接推挽放大器，输出功率变压器T1与推挽振荡器输出功率变压器T3由相加耦合器功率合成、升压馈送灯管触发电路引燃金卤灯启辉，基准晶振信号经分频器注入振荡驱动芯片锁定相位，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功率合成互耦注锁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。本发明适于太阳能电源低电压、大电流供电的金卤灯照明场合。
Description
技术领域
本发明涉及电光源照明技术领域，具体是一种太阳能电源注锁功率合成金卤灯。
背景技术
现有技术电子镇流器通常用LC或RC振荡器作为金卤灯电光源，产生的振荡频率受温度变化稳定性差，影响功率不稳定光强下降，虽然结构简便，成本低。但是，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。
发明内容
本发明的目的是提供低电压大电流供电，逆变振荡高稳频相位同步的一种太阳能电源注锁功率合成金卤灯。
本发明技术解决方案为：包括太阳能电源、金卤灯管、基准晶振、分频器、型号为IR2156的振荡驱动芯片、推挽放大器、推挽振荡器、相加耦合器、灯管触发电路、调频信号发生器，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，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的另一端接地，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，第一个反相器输出信号经第二个反相器整形缓冲接入分频器，振荡驱动芯片内含RC振荡器、推挽放大驱动电路，芯片管脚设有电流检测端CS、灯故障控制端SD，芯片RC振荡器外接电阻R2、电容C4产生振荡，芯片IR2156的输出端子HO、LO分别连接推挽放大器两个大功率MOS场效应管Q1、Q2栅极，场效应管Q1、Q2的漏极分别连接变压器T1电感L1两端，振荡驱动芯片电源端连接电阻R7的一端和电容C8的一端，电阻R7另一端连接太阳能电源，电容C8另一端接地，变压器T1电感L1中心点接电感L3的一端，电感L3的另一端和电容C7一端连接太阳能电源，电容C7另一端接地，场效应管Q1、Q2源极之间串联电阻R6，场效应管Q2源极连接电阻R4一端，电阻R4另一端连接电容C6的一端和芯片IR2156的CS端子，电容C6的另一端接地，推挽振荡器由两个大功率MOS场效应管Q3、Q4漏极分别连接变压器T3电感L4两端，电感L4中心点经电感L9连接太阳能电源，旁路电容C9一端接地，另一端接太阳能电源，场效应管Q3、Q4栅极分别连接变压器T2电感L8两端，场效应管Q3、Q4源极互连端经电阻R9接地，电感L8中心点连接场效应管Q5漏极和电阻R8、电阻R14一端，电阻R14另一端接太阳能电源，电阻R8另一端接地，变压器T2电感L7一端与变压器T3电感L5一端互连，变压器T2电感L7另一端与变压器T3电感L5另一端之间串接电阻R10，场效应管Q3、Q4源极互连并连接取样电阻R9一端，电阻R9另一端接地，电阻R9一端的取样电流经电阻R11输入到场效应管Q5栅极，灯管异常电流检测器信号经电阻R12接场效应管Q5栅极，灯管异常电流检测器信号还输入到振荡驱动芯片灯故障控制端SD，推挽放大器输出功率变压器T1的次级线圈输出信号与推挽振荡器输出功率变压器T3的次级线圈输出信号由相加耦合器T4进行功率合成、升压经灯管触发电路金卤灯启辉，基准晶振信号经分频器注入振荡驱动芯片RC振荡器CT端锁定相位，推挽放大器变压器T1与推挽振荡器变压器T3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，太阳能电源接基准晶振、分频器、调频信号发生器电源端；
调频信号发生器由两个反相器IC1-3、IC1-4与电阻R17、R18、电容C14组成低频方波振荡器，经反相器IC1-5隔离由电阻R19、R20、C15积分成三角波，接入振荡驱动芯片RT端频率调制高频振荡波形抑制灯光闪烁；
灯管触发电路由灯管一端经电容C11接入相加耦合器T4电感L11的一端，并且灯管一端与电容C12、双向触发二极管VD1、电感L12、脉冲点火变压器T5电感L13依次串联，脉冲点火变压器T5电感L13与背向串联的稳压二极管VD2、VD3相并联，稳压二极管VD2的阴极连接L12；灯管另一端接脉冲点火变压器T5电感L14的一端，脉冲点火变压器T5电感L14另一端与稳压二极管VD3的阴极连接后经灯异常检测磁环电感L15接地，相加耦合器T4电感L11的另一端接地，灯异常检测磁环电感L15一端接二极管VD4阳极，灯异常检测磁环电感L15另一端接地，二极管VD4阴极经并联的电容C13、电阻R15后接地，二极管VD4阴极经电阻R12连接推挽振荡器场效应管Q5栅极，电阻R13连接到振荡驱动芯片SD端。
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的金卤灯DW，蓄电池E2过压控制取样电阻R21、RP1、R22接入型号为555的时基芯片IC4高电平触发端TH，欠压控制取样电阻R23、RP2、R24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，蓄电池负端与地串接快速熔丝F，蓄电池正端与地之间并联防反接二极管VD6。
本发明产生积极效果：解决低电压、大电流供电自激和它激双推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金卤灯照明，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太阳能电源注锁功率合成金卤灯电路
图4太阳能电源电路
具体实施方式
参照图1、2、3、4，本发明具体实施方式和实施例：包括太阳能电源1、金卤灯管10、基准晶振2、分频器3、型号为IR2156的振荡驱动芯片4、推挽放大器5、推挽振荡器6、相加耦合器7、灯管触发电路8、调频信号发生器9、灯管异常电流检测器11，其中，基准晶振2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，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的另一端接地，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，第一个反相器输出信号经第二个反相器整形缓冲接入分频器3，振荡驱动芯片4内含RC振荡器、推挽放大驱动电路，芯片管脚设有电流检测端CS、灯故障控制端SD，芯片RC振荡器外接电阻R2、电容C4产生振荡，芯片IR2156的输出端子HO、LO分别连接推挽放大器两个大功率MOS场效应管Q1、Q2栅极，场效应管Q1、Q2的漏极分别连接变压器T1电感L1两端，振荡驱动芯片4电源端连接电阻R7的一端和电容C8的一端，电阻R7另一端连接太阳能电源1，电容C8另一端接地，变压器T1电感L1中心点接电感L3的一端，电感L3的另一端和电容C7一端连接太阳能电源1，电容C7另一端接地，场效应管Q1、Q2源极之间串联电阻R6，场效应管Q2源极连接电阻R4一端，电阻R4另一端连接电容C6的一端和芯片IR2156的CS端子，电容C6的另一端接地，推挽振荡器6由两个大功率MOS场效应管Q3、Q4漏极分别连接变压器T3电感L4两端，电感L4中心点经电感L9连接太阳能电源1，旁路电容C9一端接地，另一端接太阳能电源1，场效应管Q3、Q4栅极分别连接变压器T2电感L8两端，场效应管Q3、Q4源极互联端经电阻R9接地，电感L8中心点连接场效应管Q5漏极和电阻R8、电阻R14一端，电阻R14另一端太阳能电源1，电阻R8另一端接地，变压器T2电感L7一端与变压器T3电感L5一端互连，变压器T2电感L7另一端与变压器T3电感L5另一端之间串接电阻R10，场效应管Q3、Q4源极互连并连接取样电阻R9一端，电阻R9另一端接地，电阻R9一端的取样电流经电阻R11输入到场效应管Q5栅极，灯管异常电流检测器11信号经电阻R12接场效应管Q5栅极，灯管异常电流检测器11信号还输入到振荡驱动芯片4灯故障控制端SD，推挽放大器5输出功率变压器T1的次级线圈输出信号与推挽振荡器6输出功率变压器T3的次级线圈输出信号由相加耦合器T47进行功率合成、升压经灯管触发电路8金卤灯启辉，基准晶振2信号经分频器3注入振荡驱动芯片4的RC振荡器CT端锁定相位，推挽放大器5变压器T1与推挽振荡器6变压器T3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，太阳能电源1接基准晶振2、分频器3、调频信号发生器9电源端；
调频信号发生器9由两个反相器IC1-3、IC1-4与电阻R17、R18、电容C14组成低频方波振荡器，经反相器IC1-5隔离由电阻R19、R20、C15积分成三角波，接入振荡驱动芯片4的RT端频率调制高频振荡波形抑制灯光闪烁；
灯管触发电路8由灯管一端经电容C11接入相加耦合器T47电感L11的一端，并且灯管一端与电容C12、双向触发二极管VD1、电感L12、脉冲点火变压器T5电感L13依次串联，脉冲点火变压器T5电感L13与背向串联的稳压二极管VD2、VD3相并联，稳压二极管VD2的阴极连接L12；灯管另一端接脉冲点火变压器T5电感L14的一端，脉冲点火变压器T5电感L14另一端与稳压二极管VD3的阴极连接后经灯异常检测磁环电感L15接地，相加耦合器T47电感L11的另一端接地，灯异常检测磁环电感L15一端接二极管VD4阳极，灯异常检测磁环电感L15另一端接地，二极管VD4阴极经并联的电容C13、电阻R15后接地，二极管VD4阴极经电阻R12连接推挽振荡器6场效应管Q5栅极，电阻R13连接到振荡驱动芯片4的SD端。
IC3引脚符号功能：VCC电源端，CT接振荡定时电容C4，RT接振荡定时电阻R2，HO驱动Q1，LO驱动Q2，CS电流检测，SD灯故障保护控制，COM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。
振荡驱动芯片IC3电源端VCC由电阻R7降压，电容C8滤波供给产生振荡，它激振荡驱动推挽放大器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振荡驱动芯片锁定相位。未注入基准信号振荡驱动芯片RC振荡器自由频率，注入基准信号RC振荡电压与其矢量合成，通过RC振荡器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，由于基准信号注入在输入端，增益高，小功率锁定。分频器IC2二进制或十进制计数器分频。
注入锁相无需压控调谐、鉴相和环路滤波，电路结构简单，附加成本低。注入锁相本质上与环路锁相没差别，性能优越，相加耦合器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，适于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，输入电压、频率、相位及负载相同，电流相等均衡电阻R16无功率损耗。
推挽振荡器T2、T3双变压器振荡，输出变压器T3不饱和，功效高。谐振频率调L4，振荡反馈调电阻R10或电感L5，调整频率和反馈互不牵连。
调频信号发生器由两个反相器IC1-3、产生低频方波信号，经反相器IC1-5缓冲隔离电阻R19、R20电容C15积分成三角波调制振荡驱动芯片RC振荡器的频率，低频三角波信号围绕基准晶振注锁中心频率周期变化，消除灯管电弧驻波声共振点，抑制闪烁稳定灯光。
灯管触发电路由高频电压对电容C12充电，当电压充至双向触发二极管VD1导通，电流经电感L12、脉冲点火变压器T5电感L13，由电感L14感生高压脉冲，触发金卤灯管G气体导通启辉。灯管启辉后，VD1不再产生触发脉冲。
灯异常电流磁环电感L16电压二极管VD4检波，电阻R15、电容C13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IC4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使芯片IC3电流检测CS开启保护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。
太阳能电源欠压控制，蓄电池电压低于时基芯片IC4 555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C17、C18去耦，电阻R25、电容C19、稳压二极管VD7供时基芯片电源。二极管VD8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30V，灯电流2.8A，匹配70W金卤灯管G，逆变效率83％，长期昼夜开灯照明，功率管温升在允许值范围内，灯光稳定。
Claims (2)
1.一种太阳能电源注锁功率合成金卤灯，包括太阳能电源、金卤灯管，其特征在于：还包括基准晶振、分频器、型号为IR2156的振荡驱动芯片、推挽放大器、推挽振荡器、相加耦合器、灯管触发电路、调频信号发生器，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，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的另一端接地，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，第一个反相器输出信号经第二个反相器整形缓冲接入分频器，振荡驱动芯片内含RC振荡器、推挽放大驱动电路，芯片管脚设有电流检测端CS、灯故障控制端SD，芯片RC振荡器外接电阻R2、电容C4产生振荡，芯片IR2156的输出端子HO、LO分别连接推挽放大器两个大功率MOS场效应管Q1、Q2栅极，场效应管Q1、Q2的漏极分别连接变压器T1电感L1两端，振荡驱动芯片电源端连接电阻R7的一端和电容C8的一端，电阻R7另一端连接太阳能电源，电容C8另一端接地，变压器T1电感L1中心点接电感L3的一端，电感L3的另一端和电容C7一端连接太阳能电源，电容C7另一端接地，场效应管Q1、Q2源极之间串联电阻R6，场效应管Q2源极连接电阻R4一端，电阻R4另一端连接电容C6的一端和芯片IR2156的CS端子，电容C6的另一端接地，推挽振荡器由两个大功率MOS场效应管Q3、Q4漏极分别连接变压器T3电感L4两端，电感L4中心点经电感L9连接太阳能电源，旁路电容C9一端接地，另一端接太阳能电源，场效应管Q3、Q4栅极分别连接变压器T2电感L8两端，场效应管Q3、Q4源极互连端经电阻R9接地，电感L8中心点连接场效应管Q5漏极和电阻R8、电阻R14一端，电阻R14另一端接太阳能电源，电阻R8另一端接地，变压器T2电感L7一端与变压器T3电感L5一端互连，变压器T2电感L7另一端与变压器T3电感L5另一端之间串接电阻R10，场效应管Q3、Q4源极互连并连接取样电阻R9一端，电阻R9另一端接地，电阻R9一端的取样电流经电阻R11输入到场效应管Q5栅极，灯管异常电流检测器信号经电阻R12接场效应管Q5栅极，灯管异常电流检测器信号还输入到振荡驱动芯片灯故障控制端SD，推挽放大器输出功率变压器T1的次级线圈输出信号与推挽振荡器输出功率变压器T3的次级线圈输出信号由相加耦合器T4进行功率合成、升压经灯管触发电路金卤灯启辉，基准晶振信号经分频器注入振荡驱动芯片RC振荡器CT端锁定相位，推挽放大器变压器T1与推挽振荡器变压器T3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，太阳能电源接基准晶振、分频器、调频信号发生器电源端；
调频信号发生器由两个反相器IC1-3、IC1-4与电阻R17、R18、电容C14组成低频方波振荡器，经反相器IC1-5隔离由电阻R19、R20、C15积分成三角波，接入振荡驱动芯片RT端频率调制高频振荡波形抑制灯光闪烁；
灯管触发电路由灯管一端经电容C11接入相加耦合器T4电感L11的一端，并且灯管一端与电容C12、双向触发二极管VD1、电感L12、脉冲点火变压器T5电感L13依次串联，脉冲点火变压器T5电感L13与背向串联的稳压二极管VD2、VD3相并联，稳压二极管VD2的阴极连接L12；灯管另一端接脉冲点火变压器T5电感L14的一端，脉冲点火变压器T5电感L14另一端与稳压二极管VD3的阴极连接后经灯异常检测磁环电感L15接地，相加耦合器T4电感L11的另一端接地，灯异常检测磁环电感L15一端接二极管VD4阳极，灯异常检测磁环电感L15另一端接地，二极管VD4阴极经并联的电容C13、电阻R15后接地，二极管VD4阴极还经电阻R12连接推挽振荡器场效应管Q5栅极，电阻R13连接到振荡驱动芯片SD端。
2.根据权利要求1所述的太阳能电源注锁功率合成金卤灯，其特征在于：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的金卤灯DW，蓄电池E2过压控制取样电阻R21、RP1、R22接入型号为555的时基芯片IC4高电平触发端TH，欠压控制取样电阻R23、RP2、R24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，蓄电池负端与地串接快速熔丝F，蓄电池正端与地之间并联防反接二极管VD6。
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