CN104105323A - 太阳能电源注锁功率合成调光荧光灯 - Google Patents

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调光荧光灯。包括荧光灯管、太阳能电源、基准晶振、相位调光芯片、推挽放大器、推挽振荡器、功率合成耦合器，相位调光芯片压控振荡器VCO输出接推挽放大器，经输出功率变压器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、升压匹配灯管启辉，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功率合成互耦注锁频率牵引推挽振荡器相干同步锁定相位，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。本发明适用于太阳能电源低电压、大电流供电的调光荧光灯照明场合。

Description

太阳能电源注锁功率合成调光荧光灯

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调光荧光灯。

背景技术

现有技术电子镇流器通用LC或RC振荡器作为荧光灯光源，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，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。此外，大功率强光照明灯光不可调既浪费电能，且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太阳能电源低电压大电流供电，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调光荧光灯。

本发明技术解决方案为：包括太阳能电源、荧光灯管、基准晶振、分频器、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，相位调光芯片，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由电阻降压，电容滤波接入太阳能电源，VCO外接电容产生振荡，灯管电感、电容谐振点相位在灯管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，调光直流电压连接相位调光接口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，输出功率经变压器T₁与推挽振荡器输出变压器T₃馈入相加耦合器功率合成，升压匹配荧光灯管启辉，基准晶振经分频器分频的基准信号电容分压注入相位调光芯片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SD，灯管异常检测器信号经电阻接推挽振荡器场效应管栅极，太阳能电源接基准晶振、分频器、推挽放大器和推挽振荡器的电源端；

其中，推挽振荡器由两个大功率MOS场效应管Q₃、Q₄漏极并接变压器T₃谐振电感L₄两端，栅极接变压器T₂反馈电感L₈两端，电感L₈中心点并联源极接地的场效应管Q₅漏极及电阻R₇、R₈，电感L₇串联电阻R₁₀与变压器T₃电感L₅闭合，电感L₄中心点串联电感L₉并接旁路电容C₉接入太阳能电源，两个大功率MOS场效应管Q₃、Q₄源极经接地电阻R₉电压降，由电阻R₁₁电流取样和灯管异常检测器信号接入场效应管Q₅栅极；

太阳能电源由光伏电池板E₁输出串联阻塞二极管VD₂、继电器触点J-1连接蓄电池E₂和接有开关S的灯具DW，蓄电池E₂过压控制取样电阻R₂₀、RP₂、R₂₁接入时基芯片IC₅高电平触发端TH，欠压控制取样电阻R₂₂、RP₃、R₂₃接入低电平触发端TL，时基芯片IC₅输出接继电器，蓄电池串入快速熔丝F，并接防反接二极管VD₃。

本发明产生积极效果：解决太阳能电源低压、大电流供电自激和它激双推振荡注入锁相高稳频相位同步功率合成，达到单个推挽振荡或推挽放大难以得到大功率调光荧光灯照明，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调光荧光灯电路

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、荧光灯管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R₁₉降压，电容C₈滤波接入太阳能电源，VCO外接电容C₄产生振荡，灯管8电感L₁₂、电容C₁₁谐振点相位在灯管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，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，升压匹配荧光灯管8启辉，基准晶振2经分频器3分频÷N的基准信号fo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接推挽振荡器6场效应管Q₅栅极，太阳能电源1接基准晶振2、分频器3、推挽放大器5和推挽振荡器6的电源端+V。

IC₄引脚符号功能：V_DD电源端，VCO接振荡电容，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。

IC₅引脚符号功能：V_CC电源端，TL低电平触发，TH高电平触发，V_MR复位，Vc电压控制，D_IS放电端，V₀输出端，GND接地。

推挽放大器在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。相加耦合器叠加双推输出功率合成，“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C₁₁谐振点，灯负载电流相位与注入基准信号fo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DC1-5V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L₄，振荡反馈调电阻R₁₀或电感L₅，互不牵连。

灯异常电流磁环电感L₁₃电压二极管VD₁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。

电阻R₁₇、电容C₁₂吸收抑制尖峰脉冲平滑灯光，电容C₁₃匹配灯管启辉，电容C₁₁、电感₁₂谐振于注锁基准频率最易启辉。电阻R₁₆直流偏压防止灯管G两头发黑。

太阳能电源欠压控制，蓄电池电压低于时基芯片IC₅555低电平触发端TL取样1/3V_CC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2/3V_CC，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C₁₅、C₁₇去耦，电阻R₂₄、电容C₁₆、稳压二极管VD₄供时基芯片电源。二极管VD₅抑制继电器J吸合、释放产生的反向电压，防护IC₅受损。

实施例太阳能电源30V，双推电流2.3A，引燃56W荧光灯管G，效率81％，昼夜开灯照明，调光适意，功率MOS管温升在允许值内，延长使用寿命。

Claims (3)

1.一种太阳能电源注锁功率合成调光荧光灯，包括太阳能电源、荧光灯管，其特征在于：还包括基准晶振、分频器、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，相位调光芯片，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由电阻降压，电容滤波接入太阳能电源，VCO外接电容产生振荡，灯管电感、电容谐振点相位在灯管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，调光直流电压连接相位调光接口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，输出功率经变压器T₁与推挽振荡器输出变压器T₃馈入相加耦合器功率合成，升压匹配荧光灯管启辉，基准晶振经分频器分频的基准信号电容分压注入相位调光芯片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SD，灯管异常检测器信号经电阻接推挽振荡器场效应管栅极，太阳能电源接基准晶振、分频器、推挽放大器和推挽振荡器的电源端。

2.根据权利要求1所述的太阳能电源注锁功率合成调光荧光灯，其特征在于：推挽振荡器由两个大功率MOS场效应管Q₃、Q₄漏极并接变压器T₃谐振电感L₄两端，栅极接变压器T₂反馈电感L₈两端，电感L₈中心点并联源极接地的场效应管Q₅漏极及电阻R₇、R₈，电感L₇串联电阻R₁₀与变压器T₃电感L₅闭合，电感L₄中心点串联电感L₉并接旁路电容C₉接入太阳能电源，两个大功率MOS场效应管Q₃、Q₄源极经接地电阻R₉电压降，由电阻R₁₁电流取样和灯管异常检测器信号接入场效应管Q₅栅极。

3.根据权利要求1所述的太阳能电源注锁功率合成调光荧光灯，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VD₂、继电器触点J-1连接蓄电池E₂和接有开关S的灯具DW，蓄电池E₂过压控制取样电阻R₂₀、RP₂、R₂₁接入时基芯片IC₅高电平触发端TH，欠压控制取样电阻R₂₂、RP₃、R₂₃接入低电平触发端TL，时基芯片IC₅输出接继电器，蓄电池串入快速熔丝F，并接防反接二极管VD₃。