CN105163449A - 一种基于升压式恒定电流驱动的节能智能电网控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于升压式恒定电流驱动的节能智能电网控制系统，由EMI单相滤波器，与EMI单相滤波器相连接的可控硅整流器，与可控硅整流器相连接的升压型功率因素校正电路，与升压型功率因素校正电路相连接的单相高频变频器，与单相高频变频器相连接的采样保护电路，与采样保护电路相连接的单片机；以及串接在升压型功率因素校正电路与采样保护电路之间的带通滤波低失真振荡电路组成；其特征在于，在单相高频变频器与单片机之间还串接有升压式恒定电流驱动电路；本发明采用了升压式恒定电流驱动电路，该电路具有欠电锁定保护、过电压保护、超温保护等功能，并且该电路的驱动稳定性极高，能有效的提高本控制系统的准确性。

Description

一种基于升压式恒定电流驱动的节能智能电网控制系统

技术领域

本发明涉及电网节能领域，具体是指一种基于升压式恒定电流驱动的节能智能电网控制系统。

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、环保和使用安全的目标。

其中，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系统，所存在的不能有效实现节能的缺陷，提供一种基于升压式恒定电流驱动的节能智能电网控制系统。

本发明通过以下技术方案来实现：一种基于升压式恒定电流驱动的节能智能电网控制系统，由EMI单相滤波器，与EMI单相滤波器相连接的可控硅整流器，与可控硅整流器相连接的升压型功率因素校正电路，与升压型功率因素校正电路相连接的单相高频变频器，与单相高频变频器相连接的采样保护电路，与采样保护电路相连接的单片机，串接在升压型功率因素校正电路与采样保护电路之间的带通滤波低失真振荡电路，以及串接在单相高频变频器与单片机之间的升压式恒定电流驱动电路组成。

所述升压式恒定电流驱动电路由放大器P2，三极管VT5，三极管VT6，三极管VT7，驱动芯片U2，P极顺次经极性电容C10、电阻R23后与驱动芯片U2的PWM管脚相连接、N极经电阻R18后与单相高频变频器相连接的二极管D9，P极经电阻R21后与二极管D9的P极相连接、N极经可调电阻R22后与三极管VT6的基极相连接的二极管D10，N极经极性电容C11后与三极管VT6的集电极相连接、P极顺次经电阻R19、电阻R20后与二极管D10的P极相连接的二极管D11，正极与驱动芯片U2的REG管脚相连接、负极与三极管VT6的基极相连接的极性电容C11，N极经电阻R24后与驱动芯片U2的FSET管脚相连接、P极经极性电容C12后与驱动芯片U2的PWM管脚相连接的二极管D12，正极经电阻R25后与驱动芯片U2的OUT管脚相连接、负极经电阻R26后与驱动芯片U2的BST管脚相连接的极性电容C14，P极经电阻R27后与放大器P2的正极相连接、N极经电感L后与三极管VT5的就相连接的二极管D13，正极与放大器P2的正极相连接、负极经电阻R28后与三极管VT5的发射极相连接的极性电容C15，N极经电阻R30后与放大器P2的负极相连接、P极经电阻31后与极性电容C13的负极相连接的二极管D14，正极与三极管VT7的集电极相连接、负极经电阻R32后与单片机相连接的极性电容C16，以及P极经电阻R29后与三极管VT5的基极相连接、N极与极性电容C16的负极相连接的二极管D15组成；所述驱动芯片U2的VDD管脚与二极管D12的N极相连接、其FB管脚则与放大器P2的输出端相连接、其GND管脚接地；所述极性电容C14的正极与二极管D13的N极相连接；所述三极管VT7的基极与极性电容C16的负极相连接；所述三极管VT6和三极管VT5的集电极分别接地。

所述带通滤波低失真振荡电路由二极管整流器U，与二极管整流器U的输出端相连接的三端稳压电路，与三端稳压电路相连接的逻辑开关电路，以及串接在三端稳压电路与逻辑开关电路之间的带通滤波振荡电路组成；所述二极管整流器U的输入端与升压型功率因素校正电路相连接。

所述带通滤波振荡电路由振荡芯片U1，场效应管Q1，三极管VT4，正极经电阻R5后与三端稳压电路相连接、负极经极性电容C4后与场效应管Q1的漏极相连接的极性电容C3，P极经极性电容C5后与三极管VT4的集电极相连接、N极与极性电容C3的负极相连接的二极管D3，正极顺次经二极管D5、电阻R11后与场效应管Q1的源极相连接、负极与振荡芯片U1的VCC管脚相连接的极性电容C6，P极顺次经电阻R7、电阻R6后与极性电容C6的正极相连接、N极经电阻R8后与逻辑开关电路相连接的二极管D2，以及P极经电阻R9后与振荡芯片U1的CT管脚相连接、N极经电阻R10后与振荡芯片U1的VFF管脚相连接的二极管D4组成；所述振荡芯片U1的FB管脚与三极管VT4的发射极相连接、其CT管脚则与三极管VT4的基极相连接、其GND管脚接地；所述场效应管Q1的栅极与三端稳压电路相连接。

进一步，所述三端稳压电路由变压器T，三极管VT1，三极管VT2，三极管VT3，P极经电阻R4后与二极管整流器U的正极输出端相连接、N极与三极管VT3的发射极连接的二极管D1，负极经电阻R3后与二极管D1的N极相连接、正极经电阻R2后与三极管VT1的集电极相连接的极性电容C1，以及正极经电阻R1后与极性电容C1的正极相连接、负极与三极管VT1的基极相连接的极性电容C2组成；所述三极管VT2的基极与三极管VT1的发射极相连接、其发射极则分别与三极管VT3的集电极和变压器T原边的非同名端相连接、其集电极接地；所述变压器T原边的同名端与极性电容C1的正极相连接、其副边的同名端经电阻R5后与极性电容C3的正极相连接、其副边的非同名端则与场效应管Q1的栅极相连接；所述二极管整流器U的负极输出端与极性电容C1的正极相连接。

所述逻辑开关电路由放大器P，场效应管Q2，非门IC1，与非门IC2，P极经电阻R12后与放大器P的负极相连接、N极与场效应管Q2的栅极相连接的二极管D6，正极与放大器P的正极相连接、负极与非门IC1的正向端相连接的极性电容C7，P极经电阻R13后与与非门IC2的正极相连接、N极顺次经电阻R14、极性电容C8后与非门IC1的反向端相连接的二极管D7，P极顺次经电阻R15、电阻R17后与场效应管Q2的漏极相连接、N极与二极管D7的N极相连接的二极管D8，以及正极经可调电阻R16后与与非门IC2的输出端相连接、负极与二极管D7的N极相连接的极性电容C9组成；所述与非门IC2的负极与放大器P的输出端相连接、其正极与场效应管Q2的栅极相连接；所述场效应管Q2的源极与极性电容C9的正极相连接；所述放大器P的负极与三极管VT4的集电极相连接；所述极性电容C7的负极经电阻R8后与二极管D2的N极相连接；所述电阻R17与电阻R15的连接点和二极管D8的N极分别与采样保护电路相连接。

进一步地，为确保本发明的使用效果，所述振荡芯片U1为SN3350集成芯片；所述驱动芯片U2为A718EGT集成芯片。

本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：

(1)本发明采用了EMI单相滤波器，通过该滤波器能有效的消除本控制系统的电流干扰杂讯，能为系统提供稳定的电压电流。

(2)本发明采用了升压式恒定电流驱动电路，该电路具有欠电锁定保护、过电压保护、超温保护等功能。并且该电路的驱动稳定性极高，能有效的提高本控制系统的准确性，大大的延长了系统的使用寿命。

(3)本发明采用了带通滤波低失真振荡电路，具有可控性强、电流稳定、等性能，有效的解决了因电路电流提高了本系统的节能性和安全性。

(4)本发明使用三端稳压电路，其能有过电流保护、过热保护、恒定电流、温度调节的等作用，有效的提高了该控制系统的准确性和实用性。

(5)本发明采了用升压型功率因素校正电路，使用时能比现有的电网控制系统节约18％的电量。

附图说明

图1为本发明整体电路结构示意图。

图2为本发明带通滤波低失真振荡电路结构示意图。

图3为本发明升压式恒定电流驱动电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合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，本发明的一种基于升压式恒定电流驱动的节能智能电网控制系统，由EMI单相滤波器，与EMI单相滤波器相连接的可控硅整流器，与可控硅整流器相连接的升压型功率因素校正电路，与升压型功率因素校正电路相连接的单相高频变频器，与单相高频变频器相连接的采样保护电路，与采样保护电路相连接的单片机；串接在升压型功率因素校正电路与采样保护电路之间的带通滤波低失真振荡电路，以及串接在单相高频变频器与单片机之间的升压式恒定电流驱动电路组成。

其中，采样保护电路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，单片机控制升压式恒定电流驱动电路发出点亮驱动波形或正常工作驱动波形，经单相高频变频器进行电流值变，使该电流转变为直流，由升压型有源功率因素校正电路升压的直流电变成高频的交流电，在启动时，通过带通滤波低失真振荡电路产生瞬时高压，使节能路灯点亮，而单片机根据采样保护电路实时采集的数据，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。

所述可控硅整流器用于把市电220V变成310V左右的脉冲直流电，所述升压型有源功率因数校正器用于提升本系统的功率因数，使功率因数达到0.98以上，减小电网的供电负担。所述采样保护电路为传统电路结构，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，单片机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，来调整本系统的工作频率，进而控制输出功率的恒定，实现本系统的恒功率与智能调光功能，从而达到节能的目的。

如图2所示，所述带通滤波低失真振荡电路由二极管整流器U，与二极管整流器U的输出端相连接的三端稳压电路，与三端稳压电路相连接的逻辑开关电路，以及串接在三端稳压电路与逻辑开关电路之间的带通滤波振荡电路组成；所述二极管整流器U的输入端与升压型功率因素校正电路相连接。

本发明中，所述带通滤波振荡电路由振荡芯片U1，场效应管Q1，三极管VT4，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电阻R8，电阻R9，电阻R10，电阻R11，二极管D2，二极管D3，二极管D4，二极管D5，极性电容C3，极性电容C4，极性电容C5，以及极性电容C6组成。

连接时，极性电容C3的正极经电阻R5后与三端稳压电路相连接、负极经极性电容C4后与场效应管Q1的漏极相连接。二极管D3的P极经极性电容C5后与三极管VT4的集电极相连接、N极与极性电容C3的负极相连接。

其中，极性电容C6的正极顺次经二极管D5、电阻R11后与场效应管Q1的源极相连接、负极与振荡芯片U1的VCC管脚相连接。二极管D2的P极顺次经电阻R7、电阻R6后与极性电容C6的正极相连接、N极经电阻R8后与逻辑开关电路相连接。以及二极管D4的P极经电阻R9后与振荡芯片U1的CT管脚相连接、N极经电阻R10后与振荡芯片U1的VFF管脚相连接。

所述振荡芯片U1的FB管脚与三极管VT4的发射极相连接、其CT管脚则与三极管VT4的基极相连接、其GND管脚接地；所述场效应管Q1的栅极与三端稳压电路相连接。

进一步，所述三端稳压电路由变压器T，三极管VT1，三极管VT2，三极管VT3，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，极性电容C1，极性的电容C2，以及二极管D1组成。

连接时，二极管D1的P极经电阻R4后与二极管整流器U的正极输出端相连接、N极与三极管VT3的发射极连接。极性电容C1的负极经电阻R3后与二极管D1的N极相连接、正极经电阻R2后与三极管VT1的集电极相连接。以及极性电容C2的正极经电阻R1后与极性电容C1的正极相连接、负极与三极管VT1的基极相连接。

所述三极管VT2的基极与三极管VT1的发射极相连接、其发射极则分别与三极管VT3的集电极和变压器T原边的非同名端相连接、其集电极接地；所述变压器T原边的同名端与极性电容C1的正极相连接、其副边的同名端经电阻R5后与极性电容C3的正极相连接、其副边的非同名端则与场效应管Q1的栅极相连接；所述二极管整流器U的负极输出端与极性电容C1的正极相连接。

所述逻辑开关电路由放大器P，场效应管Q2，非门IC1，与非门IC2，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，可调电阻R16，电阻R17，极性电容C7，极性电容C8，极性电容C9，二极管D6，二极管D7，以及二极管D8组成。

连接时，二极管D6的P极经电阻R12后与放大器P的负极相连接、N极与场效应管Q2的栅极相连接。极性电容C7的正极与放大器P的正极相连接、负极与非门IC1的正向端相连接。二极管D7的P极经电阻R13后与与非门IC2的正极相连接、N极顺次经电阻R14、极性电容C8后与非门IC1的反向端相连接。二极管D8的P极顺次经电阻R15、电阻R17后与场效应管Q2的漏极相连接、N极与二极管D7的N极相连接。以及极性电容C9的正极经可调电阻R16后与与非门IC2的输出端相连接、负极与二极管D7的N极相连接。

所述与非门IC2的负极与放大器P的输出端相连接、其正极与场效应管Q2的栅极相连接；所述场效应管Q2的源极与极性电容C9的正极相连接；所述放大器P的负极与三极管VT4的集电极相连接；所述极性电容C7的负极经电阻R8后与二极管D2的N极相连接；所述电阻R17与电阻R15的连接点和二极管D8的N极分别与采样保护电路相连接。

所述逻辑开关电路中采用了可调电阻R16，其该可调电阻R16的可调阻值范围为50Ω—180Ω。所述振荡芯片U1为SN3350集成芯片。

如图3所示，所述升压式恒定电流驱动电路由放大器P2，三极管VT5，三极管VT6，三极管VT7，驱动芯片U2，电阻R18，电阻R19，电阻R20，电阻R21，电阻R22，电阻R23，电阻R24，电阻R25，电阻R26，电阻R27，电阻R28，电阻R29，电阻R30，电阻R31，电阻R32，极性电容C10，极性电容C11，极性电容C12，极性电容C13，极性电容C14，极性电容C15，极性电容C16，二极管D9，二极管D10，二极管D11，二极管D12，二极管D13，二极管D14，以及二极管D15组成。

连接时，二极管D9的P极顺次经极性电容C10、电阻R23后与驱动芯片U2的PWM管脚相连接、N极经电阻R18后与单相高频变频器相连接。二极管D10的P极经电阻R21后与二极管D9的P极相连接、N极经可调电阻R22后与三极管VT6的基极相连接。二极管D11的N极经极性电容C11后与三极管VT6的集电极相连接、P极顺次经电阻R19、电阻R20后与二极管D10的P极相连接。极性电容C11的正极与驱动芯片U2的REG管脚相连接、负极与三极管VT6的基极相连接。

同时，二极管D12的N极经电阻R24后与驱动芯片U2的FSET管脚相连接、P极经极性电容C12后与驱动芯片U2的PWM管脚相连接。极性电容C14的正极经电阻R25后与驱动芯片U2的OUT管脚相连接、负极经电阻R26后与驱动芯片U2的BST管脚相连接。二极管D13的P极经电阻R27后与放大器P2的正极相连接、N极经电感L后与三极管VT5的就相连接。

其中，极性电容C15的正极与放大器P2的正极相连接、负极经电阻R28后与三极管VT5的发射极相连接。二极管D14的N极经电阻R30后与放大器P2的负极相连接、P极经电阻31后与极性电容C13的负极相连接。极性电容C16的正极与三极管VT7的集电极相连接、负极经电阻R32后与单片机相连接。以及二极管D15的P极经电阻R29后与三极管VT5的基极相连接、N极与极性电容C16的负极相连接。

所述驱动芯片U2的VDD管脚与二极管D12的N极相连接、其FB管脚则与放大器P2的输出端相连接、其GND管脚接地；所述极性电容C14的正极与二极管D13的N极相连接；所述三极管VT7的基极与极性电容C16的负极相连接；所述三极管VT6和三极管VT5的集电极分别接地。

为更好的实施本发明，所述驱动芯片U2采用A718EGT集成芯片，该芯片静态电流为200μA，驱动电流范围为110～335mA，有效的提高了本发明的电流稳定性和适用性。

进一步地，为确保本发明的使用效果，该控制系统采用了双整流器，使用单一的可控硅整流器用于把市电220V变成310V左右的脉冲直流电，本发明同时采用可控硅整流器和二极管整流器U后将市电220V变成400V左右的脉冲直流电，然后，经单相高频变频器在高频脉冲的驱动下，把直流电变成高频的交流电，从而确保了电路电流的稳定、降低电流干扰杂讯。

如上所述，便可以很好的实现本发明。

Claims (6)

1.一种基于升压式恒定电流驱动的节能智能电网控制系统，由EMI单相滤波器，与EMI单相滤波器相连接的可控硅整流器，与可控硅整流器相连接的升压型功率因素校正电路，与升压型功率因素校正电路相连接的单相高频变频器，与单相高频变频器相连接的采样保护电路，与采样保护电路相连接的单片机，以及串接在升压型功率因素校正电路与采样保护电路之间的带通滤波低失真振荡电路组成；其特征在于，在单相高频变频器与单片机之间还串接有升压式恒定电流驱动电路；所述升压式恒定电流驱动电路由放大器P2，三极管VT5，三极管VT6，三极管VT7，驱动芯片U2，P极顺次经极性电容C10、电阻R23后与驱动芯片U2的PWM管脚相连接、N极经电阻R18后与单相高频变频器相连接的二极管D9，P极经电阻R21后与二极管D9的P极相连接、N极经可调电阻R22后与三极管VT6的基极相连接的二极管D10，N极经极性电容C11后与三极管VT6的集电极相连接、P极顺次经电阻R19、电阻R20后与二极管D10的P极相连接的二极管D11，正极与驱动芯片U2的REG管脚相连接、负极与三极管VT6的基极相连接的极性电容C11，N极经电阻R24后与驱动芯片U2的FSET管脚相连接、P极经极性电容C12后与驱动芯片U2的PWM管脚相连接的二极管D12，正极经电阻R25后与驱动芯片U2的OUT管脚相连接、负极经电阻R26后与驱动芯片U2的BST管脚相连接的极性电容C14，P极经电阻R27后与放大器P2的正极相连接、N极经电感L后与三极管VT5的就相连接的二极管D13，正极与放大器P2的正极相连接、负极经电阻R28后与三极管VT5的发射极相连接的极性电容C15，N极经电阻R30后与放大器P2的负极相连接、P极经电阻31后与极性电容C13的负极相连接的二极管D14，正极与三极管VT7的集电极相连接、负极经电阻R32后与单片机相连接的极性电容C16，以及P极经电阻R29后与三极管VT5的基极相连接、N极与极性电容C16的负极相连接的二极管D15组成；所述驱动芯片U2的VDD管脚与二极管D12的N极相连接、其FB管脚则与放大器P2的输出端相连接、其GND管脚接地；所述极性电容C14的正极与二极管D13的N极相连接；所述三极管VT7的基极与极性电容C16的负极相连接；所述三极管VT6和三极管VT5的集电极分别接地。

2.根据权利要求1所述的一种基于升压式恒定电流驱动的节能智能电网控制系统，其特征在于，所述带通滤波低失真振荡电路由二极管整流器U，与二极管整流器U的输出端相连接的三端稳压电路，与三端稳压电路相连接的逻辑开关电路，以及串接在三端稳压电路与逻辑开关电路之间的带通滤波振荡电路组成；所述二极管整流器U的输入端与升压型功率因素校正电路相连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于升压式恒定电流驱动的节能智能电网控制系统，其特征在于，所述带通滤波振荡电路由振荡芯片U1，场效应管Q1，三极管VT4，正极经电阻R5后与三端稳压电路相连接、负极经极性电容C4后与场效应管Q1的漏极相连接的极性电容C3，P极经极性电容C5后与三极管VT4的集电极相连接、N极与极性电容C3的负极相连接的二极管D3，正极顺次经二极管D5、电阻R11后与场效应管Q1的源极相连接、负极与振荡芯片U1的VCC管脚相连接的极性电容C6，P极顺次经电阻R7、电阻R6后与极性电容C6的正极相连接、N极经电阻R8后与逻辑开关电路相连接的二极管D2，以及P极经电阻R9后与振荡芯片U1的CT管脚相连接、N极经电阻R10后与振荡芯片U1的VFF管脚相连接的二极管D4组成；所述振荡芯片U1的FB管脚与三极管VT4的发射极相连接、其CT管脚则与三极管VT4的基极相连接、其GND管脚接地；所述场效应管Q1的栅极与三端稳压电路相连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于升压式恒定电流驱动的节能智能电网控制系统，其特征在于，所述三端稳压电路由变压器T，三极管VT1，三极管VT2，三极管VT3，P极经电阻R4后与二极管整流器U的正极输出端相连接、N极与三极管VT3的发射极连接的二极管D1，负极经电阻R3后与二极管D1的N极相连接、正极经电阻R2后与三极管VT1的集电极相连接的极性电容C1，以及正极经电阻R1后与极性电容C1的正极相连接、负极与三极管VT1的基极相连接的极性电容C2组成；所述三极管VT2的基极与三极管VT1的发射极相连接、其发射极则分别与三极管VT3的集电极和变压器T原边的非同名端相连接、其集电极接地；所述变压器T原边的同名端与极性电容C1的正极相连接、其副边的同名端经电阻R5后与极性电容C3的正极相连接、其副边的非同名端则与场效应管Q1的栅极相连接；所述二极管整流器U的负极输出端与极性电容C1的正极相连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于升压式恒定电流驱动的节能智能电网控制系统，其特征在于，所述逻辑开关电路由放大器P，场效应管Q2，非门IC1，与非门IC2，P极经电阻R12后与放大器P的负极相连接、N极与场效应管Q2的栅极相连接的二极管D6，正极与放大器P的正极相连接、负极与非门IC1的正向端相连接的极性电容C7，P极经电阻R13后与与非门IC2的正极相连接、N极顺次经电阻R14、极性电容C8后与非门IC1的反向端相连接的二极管D7，P极顺次经电阻R15、电阻R17后与场效应管Q2的漏极相连接、N极与二极管D7的N极相连接的二极管D8，以及正极经可调电阻R16后与与非门IC2的输出端相连接、负极与二极管D7的N极相连接的极性电容C9组成；所述与非门IC2的负极与放大器P的输出端相连接、其正极与场效应管Q2的栅极相连接；所述场效应管Q2的源极与极性电容C9的正极相连接；所述放大器P的负极与三极管VT4的集电极相连接；所述极性电容C7的负极经电阻R8后与二极管D2的N极相连接；所述电阻R17与电阻R15的连接点和二极管D8的N极分别与采样保护电路相连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于升压式恒定电流驱动的节能智能电网控制系统，其特征在于，所述振荡芯片U1为SN3350集成芯片；所述驱动芯片U2为A718EGT集成芯片。