CN104105312A - 双半桥注入锁相功率合成高压钠灯 - 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功率合成高压钠灯。两个自振荡芯片4、6的RC振荡器共接电阻R4、电容C5同步振荡，自振荡芯片4及半桥逆变器A输出功率变压器T1与自振荡芯片6及半桥逆变器B输出功率变压器T2反相馈入相加耦合器，功率合成馈送灯管触发电路引燃高压钠灯启辉，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，调频信号发生器锯齿波信号接入两个自振荡芯片4、6的RC振荡器调频抑制灯光闪烁。本发明适用于大功率高压钠灯照明场合。
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功率合成高压钠灯。
背景技术
现有技术电子镇流器通用LC或RC振荡器作为高压钠灯光源，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，虽然结构简便，成本低。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。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。
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功率合成高压钠灯。
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、高压钠灯管、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、调频信号发生器、灯管触发电路、灯管异常电流检测器，其中，基准晶振由石英晶体谐振器、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R4、电容C5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，自振荡芯片及半桥逆变器A输出功率变压器T1与自振荡芯片及半桥逆变器B输出功率变压器T2反相馈入相加耦合器，功率合成馈送灯管触发电路引燃高压钠灯启辉，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，调频信号发生器锯齿波信号接入两个自振荡芯片RC振荡器RT端调频抑制灯光闪烁，灯管异常电流检测器信号经电阻分压、三极管放大接入两个自振荡芯片RC振荡器CT端控制振荡快速关断，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、调频信号发生器、自振荡芯片及半桥逆变器A、自振荡芯片及半桥逆变器B电源端；
其中，调频信号发生器由时基芯片IC6、电阻R22、R23、R24和电容C24多谐振荡，IC6的DIS端由电阻R21接场管Q4栅极，电容C26接Q4源极电阻R20自举正反馈，输出线性锯齿波信号，接入两个自振荡芯片RC端调频抑制灯光闪烁；
灯管触发电路由灯管一端经脉冲点火变压器T5电感L13、电容C20接相加耦合器T4电感L11，电容C20与电感L13接点并接电阻R18，T5电感L12接接地电容C21，双向触发二极管VD16串联T5电感L12接地，直流高压发生器由芯片IC6振荡输出方波经变压器T6电感L15，由电感L16升压、二极管VD17整流电容C28、电阻R26滤波，经电阻R19接电容C20与T5电感L13接点，灯管另一端穿过灯异常检测电流互感磁环电感L14接地，由二极管VD15检波、电容C22电阻R27滤波，经电阻R15、R16分压、三极管VT1接两个自振荡芯片RC振荡器CT端；
功率因数校正APFC由整流桥堆VD1～4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高压钠灯照明，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，提高照明质量。
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电源滤波整流功率因数校正电路
图4双半桥注入锁相功率合成高压钠灯电路
具体实施方式
参照图1、2、3、4(图4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：包括电源滤波器EMI与整流桥堆12、功率因数校正APFC1、高压钠灯管11、基准晶振2、分频器3、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、调频信号发生器9、灯管触发电路10、灯管异常电流检测器13，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3，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，功率合成馈送灯管触发电路10引燃高压钠灯管11启辉，基准晶振2经分频器3分频÷N基准信号f0电容C14、C15分压注入两个自振荡芯片4、6的RC振荡器CT端锁定相位，调频信号发生器9锯齿波信号经电容C23接入两个自振荡芯片4、6的RC振荡器RT端调频抑制灯光闪烁，灯管异常电流检测器13信号电阻R15、R16分压、经三极管VT1放大接入两个自振荡芯片4、6的RC振荡器CT端控制振荡快速关断，保护逆变功率MOS管，电网电源经电源滤波器EMI与整流桥堆12、功率因数校正APFC1输出电压+15V接入基准晶振2、分频器3、调频信号发生器9电源端，+400V接入自振荡芯片4及半桥逆变器A5和自振荡芯片6及半桥逆变器B7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。
IC6引脚符号功能：VDD电源，TH高电平触发，TR低电平触发，CON电压控制，DIS放电端，RES复位，OUT输出，GND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，但要求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。
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，适于功率合成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，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，高度稳定作基准参考精确。基准信号经分频注入自振荡芯片CT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。两个自振荡芯片RC振荡器共接电阻R11、电容C15同步振荡，锁定时间快。
注入基准频率是跟踪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IC3二进制或十进制计数分频。
相加耦合器T4电感L10将两个推挽输出功率变压器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，输入电压、频率、相位及负载相同，电流相等均衡电阻R17无功率损耗。
灯管触发电路由高频电压经电容C20、电阻R18与直流高压经电阻R19对电容C21充电，当电压充至双向触发二极管VD16导通，电流经脉冲点火变压器T5电感L12，由电感L13感生高压脉冲，触发高压钠灯管G气体导通启辉。灯管启辉后，VD16不再产生触发脉冲。
调频信号发生器，时基芯片IC6555多谐振荡产生低频锯齿波信号，场管Q4由电容C26自举正反馈，电容C24充电时，电阻R24压降不变使充电速率不变，保障波形线性，频率调制自振荡芯片RC振荡器，线性锯齿波围绕注入锁定基准信号中心频率周期变化，消除灯管电弧驻波声共振点，抑制闪烁稳定灯光。直流高压发生器与抑闪调频信号发生器由同一个时基芯片IC6产生振荡升压、整流及滤波，一举两得。加入直流高压触发使灯管迅速启辉引燃。
灯异常检测由灯电流互感磁环电感L14电压二极管VD15检波、电容C22、电阻R27滤波经电阻R15、R16分压，三极管VT1放大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，以免受损。
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，由芯片IC4L6562、功率MOS管Q1等组成功率因数校正APFC提高功率因数，减小电流总谐波失真，输出电压恒定，保障振荡幅值稳定使灯光不变。电源滤波器EMI抑制振荡谐波干扰通过电网传输。
实施例交流电源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0.72A，点燃一支250W或两支100W高压钠灯管G，效率86％，灯光稳定，无闪。
Claims (4)
1.一种双半桥注入锁相功率合成高压钠灯，包括包括电源滤波器EMI、整流桥堆、高压钠灯管，其特征在于：还包括功率因数校正APFC、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、调频信号发生器、灯管触发电路、灯管异常电流检测器，其中，基准晶振由石英晶体谐振器、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R4和电容C5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，自振荡芯片及半桥逆变器A输出功率变压器T1与自振荡芯片及半桥逆变器B输出功率变压器T2馈入相加耦合器，功率合成接灯管触发电路引燃高压钠灯启辉，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，调频信号发生器三角波信号接入两个自振荡芯片RC振荡器RT端调频抑制灯光闪烁，灯管异常电流检测器信号经电阻三极管接两个自振荡芯片RC振荡器CT端控制振荡快速关断，电网电源经电源滤波器EMI、整流桥堆、功率因数校正APFC输出电压接基准晶振、分频器、调频信号发生器、自振荡芯片及半桥逆变器A、自振荡芯片及半桥逆变器B电源端。
2.根据权利要求1所述的双半桥注入锁相功率合成高压钠灯，其特征在于：调频信号发生器由时基芯片IC6、电阻R22、R23、R24和电容C24多谐振荡，IC6的DIS端由电阻R21接场管Q4栅极，电容C26接Q4源极电阻R20自举正反馈，输出线性锯齿波信号，接入两个自振荡芯片RC端调频抑制灯光闪烁。
3.根据权利要求1所述的双半桥注入锁相功率合成高压钠灯，其特征在于：灯管触发电路由灯管一端经脉冲点火变压器T5电感L13、电容C20接相加耦合器T4电感L11，电容C20与电感L13接点并接电阻R18，T5电感L12接接地电容C21，双向触发二极管VD16串联T5电感L12接地，直流高压发生器由芯片IC6振荡输出方波经变压器T6电感L15，由电感L16升压、二极管VD17整流电容C28、电阻R26滤波，经电阻R19接电容C20与T5电感L13接点，灯管另一端穿过灯异常检测电流互感磁环电感L14接地，由二极管VD15检波、电容C22电阻R27滤波，经电阻R15、R16分压、三极管VT1接两个自振荡芯片RC振荡器CT端。
4.根据权利要求1所述的双半桥注入锁相功率合成高压钠灯，其特征在于：功率因数校正APFC由整流桥堆VD1～4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。
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