CN104105316B - 直流低电压双推注入锁相功率合成低压钠灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电光源照明技术领域，具体是一种直流低电压双推注入锁相功率合成低压钠灯。两个自振荡芯片4、6共接定时阻容元件R2、C4，同步振荡，自振荡芯片4及推挽放大器A输出功率变压器T1与自振荡芯片6及推挽放大器B输出功率变压器T2由相加耦合器，功率合成馈送灯管电路引燃低压钠灯，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，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、大电流供电的低压钠灯照明场合。

Description

直流低电压双推注入锁相功率合成低压钠灯
技术领域
本发明涉及电光源照明技术领域，具体是一种直流低电压双推注入锁相功率合成低压钠灯。
背景技术
现有技术电子镇流器通常用LC或RC振荡器作为低压钠电光源，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，尤其直流低压电源供电的低压钠灯工作在低电压、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，而大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。由两个振荡逆变功率叠加拖动大功率灯，解决器件功率容量的限制。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电压双推注入锁相功率合成低压钠灯。
本发明技术解决方案为：包括直流低压电源、低压钠灯管、基准晶振、分频器、两个自振荡芯片、推挽逆变器A、推挽逆变器B、相加耦合器T3、灯管电路，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电阻偏置，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、推挽逆变驱动电路、灯故障保护控制器SD，两个自振荡芯片RC振荡器共接电阻R2、电容C4同步振荡，输出分别经推挽逆变驱动电路连接均由两个大功率MOS场效应管组成的推挽逆变器A、推挽逆变器B，自振荡芯片及推挽逆变器A输出功率变压器T1电感L2与自振荡芯片及推挽逆变器B输出功率变压器T2电感L5由相加耦合器T3电感L6功率合成、电感L7升压经灯管电路谐振电感、电容激励低压钠灯管启辉，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，灯管电路灯异常检测信号接入两个自振荡芯片灯故障保护控制器SD，直流低压电源连接基准晶振、分频器、自振荡芯片及推挽逆变器A和自振荡芯片及推挽逆变器B的电源端；
其中，灯管电路由低压钠灯管的一端经谐振电感L8、电容C9接相加耦合器T3电感L7，另一端穿过灯管异常检测电流互感磁环接地，灯管两端并联电容C10，电感L9电压经二极管VD1检波，电容C11、电阻R10滤波接入两个自振荡芯片灯故障保护控制器SD。
本发明产生积极效果：解决直流低电压、大电流双推挽逆变振荡高稳频相位同步功率合成，达到单个自振荡推挽逆变器难以得到的大功率低压钠灯照明，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。
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直流低电压双推注入锁相功率合成低压钠灯电路
具体实施方式
参照图1、2、3(图3以自振荡芯片及推挽逆变器A为例，自振荡芯片及推挽逆变器B与A相同)，本发明具体实施方式和实施例：包括直流低压电源1、低压钠灯管9、基准晶振2、分频器3、两个自振荡芯片4、6，推挽逆变器A5、推挽逆变器B7、相加耦合器T38、灯管电路10，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，自振荡芯片IC4IR2157内含RC振荡器、推挽逆变驱动电路、灯故障保护控制器，两个自振荡芯片4、6的RC振荡器共接电阻R2、电容C4同步振荡，输出分别经推挽逆变驱动电路连接均由两个大功率MOS场效应管Q1、Q2组成的推挽逆变器A5、推挽逆变器B7，自振荡芯片4及推挽逆变器A5输出功率变压器T1电感L2与自振荡芯片6及推挽逆变器B7输出功率变压器T2电感L5由相加耦合器T38电感L6功率合成、电感L7升压经灯管电路10谐振电感L8、电容C8激励低压钠灯管9启辉，基准晶振2信号经分频器3分频÷N基准信号f0电容C3、C4分压注入两个自振荡芯片4、6的RC振荡器CT端锁定相位，灯管电路10灯异常检测信号接入两个自振荡芯片4、6灯故障保护控制器SD，直流低压电源1连接基准晶振2、分频器3、自振荡芯片4及推挽逆变器A5和自振荡芯片6及推挽逆变器B7的电源端+V。
IC4引脚符号功能：VCC电源端，CT接振荡器定时电容C4，RT接振荡器定时电阻R2，HO驱动Q1，LO驱动Q2，CS电流检测，SD灯故障保护控制关闭振荡，COM接地。
自振荡芯片IC4电源VCC由电阻R11降压，电容C7滤波供给产生振荡，经HO、LO驱动推挽逆变器，大功率MOS管Q1、Q2轮流导通、截止半周，输出功率接相加耦合器与推挽逆变器B输出功率合成。
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，只是结构和工作过程不同，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。
基于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。基准晶振石英谐振器品质因数高，频率受温度变化极小，高度稳定可作为锁定基准参考信号。
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R2、电容C4同步振荡，锁定时间快。
相加耦合器T3电感L6将双推输出功率变压器T1、T2电感L2、L5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R9无功率损耗。
灯管异常检测电流互感磁环电感L9电压二极管VD1检波，电容C11、电阻R10滤波，经电阻R7、R8接入两个自振荡芯片灯故障保护控制器SD，快速关断RC振荡器，保护双推挽逆变功率管，免受损坏。灯异常时功率管大电流电阻R6压降经电阻R4、电容C8开启芯片CS端控制停振双重保护逆变功率管。
实施例直流低压电源电压30V，逆变电流2.7A，双推输出功率合成匹配70W低压钠灯D，逆变效率达86％，灯光稳定。

Claims (2)

1.一种直流低电压双推注入锁相功率合成低压钠灯，包括直流低压电源、低压钠灯管，其特征在于：还包括基准晶振、分频器、两个型号IR2157自振荡芯片、推挽逆变器A、推挽逆变器B、相加耦合器T3、灯管电路；
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电阻偏置，并分别连接接地电容，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隔离缓冲接入分频器，自振荡芯片内含RC振荡器、推挽逆变驱动电路、灯故障保护控制器SD，两个自振荡芯片RC振荡器的RT端共同连接电阻R2、两个自振荡芯片RC振荡器CT端共同连接电容C4产生同步振荡，基准晶振输出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，未注入基准晶振输出信号自振荡芯片RC振荡器产生自由振荡频率，注入基准晶振输出信号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；
两个自振荡芯片输出分别经推挽逆变驱动电路连接均由两个大功率MOS场效应管组成的推挽逆变器A、推挽逆变器B，第一个自振荡芯片HO端经电阻R3连接推挽逆变器A大功率MOS场效应管Q1栅极，第一个自振荡芯片LO端经电阻R5连接推挽逆变器A大功率MOS场效应管Q2栅极，大功率MOS场效应管Q1、Q2源极与电阻R4、R6一端互联，电阻R4另一端与电容C8一端接第一个自振荡芯片SC端，电阻R6另一端、电容C8另一端接地，大功率MOS场效应管Q1、Q2漏极分别连接输出功率变压器T1电感L1的两端，电感L1中心抽头接电感L3一端，电感L3另一端、电容C6一端接直流低压电源，电容C6另一端接地，第二个自振荡芯片连接推挽逆变器B与第一个自振荡芯片连接推挽逆变器A相同，推挽逆变器A输出功率变压器T1电感L2的一端与推挽逆变器B输出功率变压器T2电感L5的一端分别连接相加耦合器T3电感L6两端，相加耦合器T3电感L6中心抽头接电阻R9的一端，电阻R9另一端接地，推挽逆变器A输出功率变压器T1电感L2另一端、推挽逆变器B输出功率变压器T2电感L5电感L7另一端接地，第一个自振荡芯片驱动的推挽逆变器A输出功率与第二个自振荡芯片驱动的推挽逆变器B输出功率由相加耦合器T3电感L6功率成合，相加耦合器T3电感L7升压连接灯管电路，谐振电感L8与电容C9串联谐振激励低压钠灯管启辉；
直流低压电源+V连接基准晶振、分频器、第一个自振荡芯片、第二个自振荡芯片、推挽逆变器A、推挽逆变器B的电源端。
2.根据权利要求1所述的直流低电压双推注入锁相功率合成低压钠灯，其特征在于：灯管电路由低压钠灯管D、谐振电感L8、谐振电容C9、电容C10、电容C11、相加耦合器T3电感L7、灯异常电流互感磁环电感L9、二极管VD1、电阻R10组成，低压钠灯管D两端并联电容C10，低压钠灯管D的一端接谐振电感L8一端，谐振电感L8另一端串联谐振电容C9接相加耦合器T3电感L7的一端，相加耦合器T3电感L7另一端接地，低压钠灯管D另一端穿过灯异常电流互感磁环电感L9接地，灯异常电流互感磁环电感L9一端接二极管VD1阳极，二极管VD1阴极连接电容C11、电阻R10的一端，电容C11、电阻R10的另一端接地，二极管VD1阴极还分别经电阻R7、R8连接两个自振荡芯片灯故障保护控制器SD端，两个自振荡芯片灯故障保护控制器SD端接电容C5一端，电容C5另一端地。
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