CN104779628A - 一种触发振荡式智能电网变频节能控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种触发振荡式智能电网变频节能控制系统，主要由EMI滤波器（1），与EMI滤波器（1）相连接的桥式整流器（2），与桥式整流器（2）相连接的升压型有源功率因素校正电路（3），与升压型有源功率因素校正电路（3）相连接的DC/AC高频变频器（4）等组成。本发明不仅整体结构较为简单，其稳定性与可靠性较强，而且本发明用三极管并联式触发振荡补偿电路取代了传统的补偿电容，不仅能极大的降低控制系统的体积，而且还能很大程度的增加整个控制系统的功率因素，从而确保系统的稳定。
Description
技术领域
本发明涉及电网节能领域，具体是指一种触发振荡式智能电网变频节能控制系统。
背景技术
目前，随着城市化的发展和人民生活水平的提高，城市照明消耗的电能呈几何基数增加，为了响应国家节能减排政策的号召，智能电网的概念越来越得到大家的认可。智能电网就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络基础上的技术应用，能实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。
变频节能路灯是组成智能电网的一个重要单元，而变频节能路灯的节能主要体现在控制器上，现在市场上使用的控制器绝大部分还是传统的电感式镇流器，而电感式镇流器存在着如下诸多缺点：1、功率因数很低，加上补偿电容，一般也只能达到0.85左右，这使同样功率需要更大的供给电流，不得不增大专变（路灯变压器）的容量，增大供电电缆的直径，使成本增加；2、电感式镇流器工作在市电频率下，必须大量使用矽钢片，而制作矽钢片的材料是稀缺资源，不利于环保和稀缺资源的保护；3、电感式镇流器所消耗的功率随着输入电压的增大而增加，加之没有保护功能，因此在灯管开路或者是短路的情况下，容易损坏镇流器及其附件。
综上所述，目前智能电网变频节能系统中的变频节能路灯控制器不能有效的实现节能的目的。
发明内容
本发明的目的在于克服目前智能电网变频节能系统中变频节能路灯控制器所存在的不能有效实现节能的缺陷，提供一种触发振荡式智能电网变频节能控制系统。
本发明的目的用以下技术方案实现：一种触发振荡式智能电网变频节能控制系统，主要由EMI滤波器，与EMI滤波器相连接的桥式整流器，与桥式整流器相连接的升压型有源功率因素校正电路，与升压型有源功率因素校正电路相连接的DC/AC高频变频器，与该DC/AC高频变频器相连接的采样保护电路和脉冲发生驱动电路，以及分别与采样保护电路和脉冲发生驱动电路相连接的单片机组成。同时，还设有三极管并联式触发振荡补偿电路和射极跟随饱和触发电路；所述三极管并联式触发振荡补偿电路的输入端分别与升压型有源功率因素校正电路和DC/AC高频变频器的输出端相连接，而其输出端则经射极跟随饱和触发电路后与采样保护电路相连接；所述三极管并联式触发振荡补偿电路由电压源V，串接在电压源V的正极和负极之间的可调式桥式电路，与可调式桥式电路相连接的三极管功率放大电路，与可调式桥式电路和三极管功率放大电路均相连接的三极管反馈电路，以及串接在三极管功率放大电路与三极管反馈电路之间的晶体振荡触发电路组成；所述晶体振荡触发电路由电阻R16、电阻R17、电容C3、可变电容C4、晶体振荡器X1以及与电阻R16相并联的电容C5组成；所述电阻R16的一端与三极管功率放大电路相连接、其另一端则与三极管反馈电路相连接；电容C3的负极与电阻R16与三极管功率放大电路的连接点相连接、其正极则经电阻R17后与可变电容C4的正极相连接；可变电容C4的负极则与电阻R16与三极管反馈电路的连接点相连接，而晶体振荡器X1的一端与电容C3的正极相连接、其另一端则与可变电容C4的正极相连接。
所述的射极跟随饱和触发电路则由三极管Q4，三极管Q5，三极管Q6，三极管Q7，一端与三极管Q4的集电极相连接、另一端顺次经二极管D3和电阻R15后与三极管Q7的集电极相连接的电阻R12，以及一端与三极管Q5的集电极相连接、另一端顺次经二极管D2和电阻R14后与三极管Q6的集电极相连接的电阻R13组成；所述三极管Q4的基极与三极管Q6的集电极相连接，其发射极则外接+4V电压；所述三极管Q5的基极与三极管Q7的集电极相连接，其发射极外接+4V电压；所述三极管Q6的基极则与二极管D3与电阻R15的连接点相连接，其发射极接地；所述三极管Q7的基极与电阻R14和二极管D2的连接点相连接，其发射极接地；所述三极管Q6的集电极则与三极管反馈电路相连接，而三极管Q7的集电极则与采样保护电路相连接。
进一步地，所述可调式桥式电路由首尾顺次串接形成电回路的电阻R3、电阻R5、电阻R6和电阻R4，以及一端与电阻R3和电阻R4的连接点相连接、另一端经可调电阻R2后与三极管功率放大电路相连接的电阻R1组成；所述可调电阻R2的调节端则与电阻R3和电阻R5的连接点相连接；所述电阻R4与电阻R6的连接点分别与电压源V的正极和三极管反馈电路相连接，电阻R5与电阻R6的连接点则与三极管功率放大电路相连接，而电阻R3与电阻R5的连接点还与电压源V的负极相连接。
所述三极管功率放大电路由三极管Q1，功率放大器P1，串接在三极管Q1的基极与功率放大器P1的反相端之间的电阻R7，串接在三极管Q1的发射极与功率放大器P1的反相端之间的电阻R8，与电阻R8相并联的电容C1，以及串接在功率放大器P1的同相端与输出端之间的极性电容C2组成；所述功率放大器P1的同相端则与电阻R5和电阻R6的连接点相连接，其输出端则与三极管反馈电路相连接。
所述三极管反馈电路由三极管Q2，三极管Q3，功率放大器P2，P极与三极管Q2的发射极相连接、N极与功率放大器P2的输出端相连接的二极管D1，串接在功率放大器P2的同相端与输出端之间的电阻R9，以及一端与三极管Q2的发射极相连接、另一端经电阻R11后与功率放大器P2的输出端相连接的电阻R10组成；所述三极管Q2的集电极与功率放大器P2的反相端相连接，而其基极则与电阻R4和电阻R6的连接点相连接，其发射极还与三极管Q3的集电极相连接；三极管Q3的集电极与功率放大器P1的输出端相连接，其基极则与电阻R10与电阻R11的连接点相连接，其发射极接地；所述功率放大器P2的同相端分别与升压型有源功率因素校正电路和DC/AC高频变频器的输出端相连接，而三极管Q3的基极则与三极管Q6的集电极相连接。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明的整体结构较为简单，其稳定性与可靠性较强。
（2）本发明用三极管并联式触发振荡补偿电路取代了传统的补偿电容，不仅能极大的降低控制系统的体积，而且还能很大程度的增加整个控制系统的功率因素，从而确保系统的稳定。
（3）本发明能在短路或断路的情况下，通过三极管并联式触发振荡补偿电路来确保整个控制系统的安全。
（4）本发明将射极跟随饱和触发电路与三极管并联式触发振荡补偿电路整合起来使用，能极大的降低整个系统的能耗，能有效的确保其稳定性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的三极管并联式触发振荡补偿电路的电路结构示意图。
图3为本发明的射极跟随饱和触发电路结构示意图。
其中，以上附图中的附图标记名称分别为：
1—EMI滤波器，2—桥式整流器，3—升压型有源功率因素校正电路，4—DC/AC高频变频器，5—三极管并联式触发振荡补偿电路，6—采样保护电路，7—单片机，8—脉冲发生驱动电路，9—射极跟随饱和触发电路。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本发明主要包括有EMI滤波器1、桥式整流器2、升压型有源功率因素校正电路3、DC/AC高频变频器4、三极管并联式触发振荡补偿电路5、采样保护电路6、单片机7、脉冲发生驱动电路8以及射极跟随饱和触发电路9这九大部分。
其中，采样保护电路6用于将节能路灯两端的电压以及经过节能路灯的电流的采样结果传递给单片机7，单片机7控制脉冲发生驱动电路8发出点亮驱动波形或正常工作驱动波形给DC/AC高频转换器4，该DC/AC高频转换器4在高频脉冲的驱动下将经升压型有源功率因素校正电路3升压的400V的直流电变成高频的交流电，在启动时，通过三极管并联式触发振荡补偿电路5产生瞬时高压，使节能路灯点亮，而单片机7根据采样保护电路6实时采集的数据，按照不同时段预设功率大小来调整节能路灯的在各时段恒定功率工作。
所述EMI滤波器1用于防止电网的高次谐波进入产品，防止产品本身的高次谐波返回电网，而污染电网，使产品符合国家安全标准，满足相应的法律法规。桥式整流器2用于把市电220V变成310V左右的脉冲直流电；升压型有源功率因数校正电路3用于提升产品整机的功率因数，使功率因数达到0.98以上，减小电网的供电负担。采样保护电路6为传统电路结构，其用于采样节能路灯的工作状态，把采样的数据送到单片机7，单片机7进行判断节能路灯是否在正常工作，根据判断的结果来决定是否采取保护措施；如果是正常工作，则根据采样数据，来调整产品的工作频率，进而控制输出功率的恒定，实现产品的恒功率与智能调光功能。
运行时，单片机7根据采样数据调整脉冲发生驱动电路8的驱动脉冲，该驱动脉冲经过隔离、放大提供给DC/AC高频变频器4的逆变电路，使功率管工作在高频下，从而使灯发光。而DC/AC高频变频器4在高频脉冲的驱动下，把400V的直流电变成高频的交流电。
为了确保本发明的使用效果，本发明特意设计了三极管并联式触发振荡补偿电路5和射极跟随饱和触发电路9。其中，三极管并联式触发振荡补偿电路5的具体结构如图2所示。即，该三极管并联式触发振荡补偿电路5由电压源V，串接在电压源V的正极和负极之间的可调式桥式电路，与可调式桥式电路相连接的三极管功率放大电路，与可调式桥式电路和三极管功率放大电路均相连接的三极管反馈电路，以及串接在三极管功率放大电路与三极管反馈电路之间的晶体振荡触发电路组成。
其中，可调式桥式电路由首尾顺次串接形成电回路的电阻R3、电阻R5、电阻R6和电阻R4，以及一端与电阻R3和电阻R4的连接点相连接、另一端经可调电阻R2后与三极管功率放大电路相连接的电阻R1组成。同时，可调电阻R2的调节端与电阻R3和电阻R5的连接点相连接，而电阻R4与电阻R6的连接点则分别与电压源V的正极和三极管反馈电路相连接，电阻R5与电阻R6的连接点则与三极管功率放大电路相连接，而电阻R3与电阻R5的连接点还与电压源V的负极相连接。即，电阻R3与电阻R5的连接点，以及电阻R4与电阻R6的连接点作为可调桥式电路的电源输入端，其分别与电压源V的负极和正极相连接；而电阻R3与电阻R4的连接点，以及电阻R5与电阻R6的连接点则为该可调桥式电路的输出端。因此，电压源V便与电阻R3、电阻R4、电阻R6和电阻R5所组成的电回路组成并联电路。
所述的三极管功率放大电路由三极管Q1，功率放大器P1，电阻R7，电阻R8，电容C1和极性电容C2组成。连接时，电阻R7串接在三极管Q1的基极与功率放大器P1的反相端之间，电阻R8串接在三极管Q1的发射极与功率放大器P1的反相端之间，电容C1则与电阻R8并联，而极性电容C2则串接在功率放大器P1的同相端与输出端之间。功率放大器P1的同相端则与电阻R5和电阻R6的连接点相连接，其输出端则与三极管反馈电路相连接。
所述三极管反馈电路则由三极管Q2，三极管Q3，功率放大器P2，二极管D1，电阻R9，电阻R10及电阻R11组成。连接时，二极管D1的P极与三极管Q2的发射极相连接，其N极与功率放大器P2的输出端相连接；电阻R9则串接在功率放大器P2的同相端与输出端之间，电阻R10的一端与三极管Q2的发射极相连接、另一端经电阻R11后与功率放大器P2的输出端相连接。同时，三极管Q2的集电极与功率放大器P2的反相端相连接，而其基极则与电阻R4和电阻R6的连接点相连接，其发射极还与三极管Q3的集电极相连接；三极管Q3的集电极与功率放大器P1的输出端相连接，其基极则与电阻R10与电阻R11的连接点相连接，其发射极接地。
所述晶体振荡触发电路由电阻R16、电阻R17、电容C3、可变电容C4、晶体振荡器X1以及与电阻R16相并联的电容C5组成。连接时，电阻R16的一端与功率放大器P1的反相端相连接，而其另一端则与三极管Q3发射极相连接。
电容C3的负极也与功率放大器P1的反相端相连接、其正极则经电阻R17后与可变电容C4的正极相连接；可变电容C4的负极则与三极管Q3的发射极相连接，而晶体振荡器X1的一端与电容C3的正极相连接、其另一端则与可变电容C4的正极相连接。
功率放大器P2的同相端引出形成该三极管并联式触发振荡补偿电路的输入端，而三极管Q3的基极则形成该三极管并联式触发振荡补偿电路的输出端。连接时，三极管Q3的基极要与射极跟随饱和触发电路的输入端相连接，以确保升压型有源功率因素校正电路3所发出的校正控制信号能促使三极管Q3导通，进而启动该三极管并联式触发振荡补偿电路5。而该三极管并联式触发振荡补偿电路5所接收到的信号经三极管功率放大电路和三极管反馈电路共同作用后，其反馈信号则经射极跟随饱和触发电路9输出给采样保护电路6，从而实现补偿功能和触发功能。而功率放大器P2的同相端则需要分别与升压型有源功率因素校正电路3和DC/AC高频变频器4的输出端相连接。为确保本发明的使用效果，所述电阻R3的阻值：电阻R6的阻值=电阻R4的阻值：电阻R5的阻值。
所述射极跟随饱和触发电路9的具体电路结构如图3所示，即其由三极管Q4，三极管Q5，三极管Q6，三极管Q7，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，二极管D2以及二极管D3组成。连接时，电阻R12的一端与三极管Q4的集电极相连接、另一端顺次经二极管D3和电阻R15后与三极管Q7的集电极相连接，而电阻R13的一端与三极管Q5的集电极相连接、另一端顺次经二极管D2和电阻R14后与三极管Q6的集电极相连接。
同时，所述三极管Q4的基极与三极管Q6的集电极相连接，其发射极则外接+4V电压；所述三极管Q5的基极与三极管Q7的集电极相连接，其发射极外接+4V电压；所述三极管Q6的基极则与二极管D3与电阻R15的连接点相连接，其发射极接地；所述三极管Q7的基极与电阻R14和二极管D2的连接点相连接，其发射极接地；所述三极管Q6的集电极则与三极管Q3的基极相连接，而三极管Q7的集电极则与采样保护电路6相连接。
如上所述，便可很好的实现本发明。
Claims (4)
1.一种触发振荡式智能电网变频节能控制系统，主要由EMI滤波器（1），与EMI滤波器（1）相连接的桥式整流器（2），与桥式整流器（2）相连接的升压型有源功率因素校正电路（3），与升压型有源功率因素校正电路（3）相连接的DC/AC高频变频器（4），与该DC/AC高频变频器（4）相连接的采样保护电路（6）和脉冲发生驱动电路（8），以及分别与采样保护电路（6）和脉冲发生驱动电路（8）相连接的单片机（7）组成，其特征在于，还设有三极管并联式触发振荡补偿电路（5）和射极跟随饱和触发电路（9）；所述三极管并联式触发振荡补偿电路（5）的输入端分别与升压型有源功率因素校正电路（3）和DC/AC高频变频器（4）的输出端相连接，而其输出端则经射极跟随饱和触发电路（9）后与采样保护电路（6）相连接；所述三极管并联式触发振荡补偿电路（5）由电压源V，串接在电压源V的正极和负极之间的可调式桥式电路，与可调式桥式电路相连接的三极管功率放大电路，与可调式桥式电路和三极管功率放大电路均相连接的三极管反馈电路，以及串接在三极管功率放大电路与三极管反馈电路之间的晶体振荡触发电路组成；所述晶体振荡触发电路由电阻R16、电阻R17、电容C3、可变电容C4、晶体振荡器X1以及与电阻R16相并联的电容C5组成；所述电阻R16的一端与三极管功率放大电路相连接、其另一端则与三极管反馈电路相连接；电容C3的负极与电阻R16与三极管功率放大电路的连接点相连接、其正极则经电阻R17后与可变电容C4的正极相连接；可变电容C4的负极则与电阻R16与三极管反馈电路的连接点相连接，而晶体振荡器X1的一端与电容C3的正极相连接、其另一端则与可变电容C4的正极相连接；
所述的射极跟随饱和触发电路（9）则由三极管Q4，三极管Q5，三极管Q6，三极管Q7，一端与三极管Q4的集电极相连接、另一端顺次经二极管D3和电阻R15后与三极管Q7的集电极相连接的电阻R12，以及一端与三极管Q5的集电极相连接、另一端顺次经二极管D2和电阻R14后与三极管Q6的集电极相连接的电阻R13组成；所述三极管Q4的基极与三极管Q6的集电极相连接，其发射极则外接+4V电压；所述三极管Q5的基极与三极管Q7的集电极相连接，其发射极外接+4V电压；所述三极管Q6的基极则与二极管D3与电阻R15的连接点相连接，其发射极接地；所述三极管Q7的基极与电阻R14和二极管D2的连接点相连接，其发射极接地；所述三极管Q6的集电极则与三极管反馈电路相连接，而三极管Q7的集电极则与采样保护电路（6）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种触发振荡式智能电网变频节能控制系统，其特征在于，所述可调式桥式电路由首尾顺次串接形成电回路的电阻R3、电阻R5、电阻R6和电阻R4，以及一端与电阻R3和电阻R4的连接点相连接、另一端经可调电阻R2后与三极管功率放大电路相连接的电阻R1组成；所述可调电阻R2的调节端则与电阻R3和电阻R5的连接点相连接；所述电阻R4与电阻R6的连接点分别与电压源V的正极和三极管反馈电路相连接，电阻R5与电阻R6的连接点则与三极管功率放大电路相连接，而电阻R3与电阻R5的连接点还与电压源V的负极相连接。
3.根据权利要求2所述的一种触发振荡式智能电网变频节能控制系统，其特征在于，所述三极管功率放大电路由三极管Q1，功率放大器P1，串接在三极管Q1的基极与功率放大器P1的反相端之间的电阻R7，串接在三极管Q1的发射极与功率放大器P1的反相端之间的电阻R8，与电阻R8相并联的电容C1，以及串接在功率放大器P1的同相端与输出端之间的极性电容C2组成；所述功率放大器P1的同相端则与电阻R5和电阻R6的连接点相连接，其输出端则与三极管反馈电路相连接。
4.根据权利要求3所述的一种触发振荡式智能电网变频节能控制系统，其特征在于，所述三极管反馈电路由三极管Q2，三极管Q3，功率放大器P2，P极与三极管Q2的发射极相连接、N极与功率放大器P2的输出端相连接的二极管D1，串接在功率放大器P2的同相端与输出端之间的电阻R9，以及一端与三极管Q2的发射极相连接、另一端经电阻R11后与功率放大器P2的输出端相连接的电阻R10组成；所述三极管Q2的集电极与功率放大器P2的反相端相连接，而其基极则与电阻R4和电阻R6的连接点相连接，其发射极还与三极管Q3的集电极相连接；三极管Q3的集电极与功率放大器P1的输出端相连接，其基极则与电阻R10与电阻R11的连接点相连接，其发射极接地；所述功率放大器P2的同相端分别与升压型有源功率因素校正电路（3）和DC/AC高频变频器（4）的输出端相连接，而三极管Q3的基极则与三极管Q6的集电极相连接。
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