CN201976323U - 太阳能电源四推挽振荡功率合成无极灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子技术领域，是一种太阳能电源四推挽振荡功率合成无极灯。包括由太阳能电池阵列、过压检测控制器、欠压检测控制器、电压配接器、蓄电池组成的太阳能电源和逆变器与无极灯管，还包括逆变器由四个推挽振荡器，三个相加耦合器、灯管电路、可调脉冲发生器及过载检测保护电路组成，四推挽振荡功率合成脉冲大范围调光，输出功率接入灯管电路产生高光效。本实用新型电路独特、高效，广泛用于汽车、火车、船只无交流电源或供电不便的场合大功率无极灯照明。

Description

太阳能电源四推挽振荡功率合成无极灯

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，具体是一种太阳能电源四推挽振荡功率合成无极灯。

背景技术

在汽车、火车和船只没交流电源或野外露营休闲供电不便的场合，采用太阳能电源的无极灯可产生较强的光照亮度，高频能量耦合线圈激发管壁等离子体通过荧光粉光电转换产生光射，光电转换效率较高，光线柔和宜人，使用寿命长。然而，无极灯是一种气体放电产生光亮，引燃后稳定工作电压为90V-140V，灯管电流至少在数百毫安。要求振荡输出功率足够大，电源电压较低时电流就必须增大。而且，大电流振荡三极管功耗温升引起管子电压、电流变化，同时大电流温升也使线圈磁性导磁率下降电感量减小，严重的发生磁饱和电感变得很小，进而影响灯管电压和电流改变，灯管发光亮度不稳定。甚至烧坏器件。此外，增设调光功能可适合不同照明需要，在不需要强光照明时，降低光射强度以节约耗电，减小光污染。

发明内容

本实用新型的目的是提供太阳能低压电源供电，拖动大功率灯负载的一种太阳能电源四推挽振荡功率合成无极灯。

本实用新型技术解决方案为：包括由太阳能电池阵列、过压检测控制器、欠压检测控制器、电压配接器、蓄电池组成太阳能电源和逆变器与无极灯管，逆变器由四个推挽振荡器、三个相加耦合器、灯管电路、可调脉冲发生器及过载检测保护电路组成，三个相加耦合器分为第一相加耦合器、第二相加耦合器和第三相加耦合器，四个推挽振荡器分为推挽振荡器6a、推挽振荡器6b和推挽振荡器6c、推挽振荡器6d，分别由铁氧体磁性变压器T1、T2和T3、T4初级电感并联电容为谐振回路，谐振回路两端分别并接两个大功率振荡管集电极，发射极串联电阻接地，谐振回路两端还并联交叉耦合对管到基极电阻静态偏置和电容正反馈构成推挽振荡器，两个大功率振荡管基极各并接控制信号接口管集电极，接口管基极、集电极接电压负反馈偏置电阻，发射极接地，可调脉冲发生器输出信号接入四个推挽振荡器接口管控制调光，推挽振荡器6a、推挽振荡器6b输出功率分别由铁氧体磁性变压器T1、T2次级电感反相接入第一相加耦合器初级电感一阶功率合成，推挽振荡器6c和推挽振荡器6d输出功率分别由铁氧体磁性变压器T3、T4次级电感反相接入第二相加耦合器初级电感一阶功率合成，第一相加耦合器和第二相加耦合器次级电感反相接入第三相加耦合器初级电感二阶功率合成，第三相加耦合器次级电感升压接入灯管电路，灯管电路输入并接吸收尖峰脉冲串联的电阻、电容，然后接串联谐振电路电感、电容，再连接两个耦合线圈，其两个耦合线圈磁环套在无极灯管上，过载检测保护电路由灯负载电流经磁环电感感生电压二极管峰值检波，检测电压接入四推挽振荡器接口管控制振荡管，四个推挽振荡器铁氧体磁性变压器T1、T2和T3、T4初级电感中心抽头经高频扼流电感和旁路电容接入太阳能电源，同时，可调脉冲发生器电源端接入太阳能电源；

而可调脉冲发生器由时基集成电路、电位器与电阻、充电电容及二极管组成，电位器一端串联二极管，另一端接时基集成电路的第二和第六脚，并在时基集成电路第七脚并接串联的二极管与电阻，并在第七脚经另一个电阻接入电源，电位器中点滑动端接充电电容，滑动电位器构成连续可调的脉冲发生器，经三极管功率放大输出信号接入四个推挽振荡器接口管控制调光；

过压检测控制器由运算放大器A1同相输入端接稳压二极管基准电压，反相输入端接蓄电池电压，运算放大器A1输出经三极管电流放大接继电器线圈，常闭触点切换太阳能电池阵列充电过压控制；欠压检测控制器由运算放大器A2反相输入端接稳压二极管基准电压，同相输入端接蓄电池电压，运算放大器A2输出经三极管电流放大接继电器线圈，常开触点切换太阳能电池阵列放电欠压控制。

本实用新型产生有益的积极效果是：由太阳能低压电源供电四个推挽振荡器二阶功率合成，获取大功率灯负载高光效，脉冲大范围调光，阻容交叉耦合推挽振荡功率合成不仅高效，偶次谐波相互抵消，灯负载输出纯正弦波，降低逆变功率器件功耗。广泛用于没交流电源或供电不便的场合照明。

附图说明

图1本实用新型技术方案原理方框图

图2推挽振荡器电路

图3四推振荡功率合成和灯管电路

图4可调脉冲发生器电路

图5太阳能电源过压和欠压检测控制器电路

具体实施方法

参照图1、2(图2以推挽振荡器6a电路为例，其余推挽振荡器电路均相同)与图3、5，本实用新型具体实施方法和实施例：包括由太阳能电池阵列1a、过压检测控制器1b、欠压检测控制器1c、电压配接器1d、蓄电池E组成太阳能电源1和逆变器与无极灯管G，逆变器由四个推挽振荡器6、三个相加耦合器5、灯管电路3、可调脉冲发生器4及过载检测保护电路2组成，三个相加耦合器5分为第一相加耦合器5a、第二相加耦合器5b和第三相加耦合器5c，四个推挽振荡器6分为推挽振荡器6a、推挽振荡器6b和推挽振荡器6c、推挽振荡器6d，分别由铁氧体磁性变压器T1、T2和T3、T4初级电感L1并联电容C0为谐振回路，谐振回路两端分别并接两个大功率振荡管Q1、Q2集电极，发射极串联电阻R3、R6接地，谐振回路两端还并联交叉耦合对管到基极电阻R1、R2静态偏置和电容C1、C2正反馈构成推挽振荡器，两个大功率振荡管Q1、Q2基极各并接控制信号接口管Q3、Q4集电极，Q3、Q4基极、集电极接电压负反馈偏置电阻R4、R5，发射极接地，可调脉冲发生器4输出信号接入四个推挽振荡器6接口管Q3、Q4基极电阻R7、R10及电容C5控制调光，推挽振荡器6a、推挽振荡器6b输出功率分别由铁氧体磁性变压器T1、T2次级电感反相接入第一相加耦合器5a初级电感一阶功率合成，推挽振荡器6c和推挽振荡器6d输出功率分别由铁氧体磁性变压器T3、T4次级电感反相接入第二相加耦合器5b初级电感一阶功率合成，第一相加耦合器5a和第二相加耦合器5b次级电感反相接入第三相加耦合器5c初级电感二阶功率合成，第三相加耦合器5c次级电感升压接入灯管电路3，灯管电路3输入并接吸收尖峰脉冲串联的电阻R14、电容C8，然后接串联谐振电路电感L3、电容C7，再连接两个耦合线圈L4、L5，其两个耦合线圈磁环套在无极灯管G上，过载检测保护电路2由灯负载电流经磁环电感L6感生电压二极管VD3峰值检波，检测电压经电容C9电阻R15滤波，电阻R8、R9限流接入接口管Q3、Q4控制振荡管Q1、Q2，四个推挽振荡器铁氧体磁性变压器T1、T2和T3、T4初级电感中心抽头经高频扼流电感L2和旁路电容C6接入太阳能电源1，同时，可调脉冲发生器4电源端接入太阳能电源1。

过载检测保护电路2，当灯负载短路或灯管接触不良产生大电流，过载检测电压使Q3、Q4饱和导通，振荡管Q1、Q2截止停振，起到保护作用。二极管VD1、VD2保护振荡管免受高反压击穿。

阻容交叉耦合推挽振荡器的两个大功率振荡管Q1、Q2以零静态电流半个周期导通，集电极电流相位相反三阶以上奇次谐波为零，不仅高效，并具有偶次谐波相互抵消，降低逆变功率器件热功耗，为此，更低的抑制在谐振电感中心抽头馈接电源串入高频扼流电感和旁路电容，使灯负载输出为纯正弦波。

通用大功率三极管构成推挽振荡匹配功率30W左右的灯管，当要求更大输出功率，例如匹配120W灯负载时，仅几只器件直接并联运用不能令人满意，采用四个推挽振荡功率合成效果明显，输出功率叠加能满足技术要求，通过两个相加耦合器5a、5b分别将四推振荡输出功率相互反相激励功率合成，再将两个相加耦合器5a、5b输出电流变换加倍总和送到第三个相加耦合器5c功率合成，升压引燃大功率灯管发光。三个平衡电阻R11、R12和R13在功率合成的两个电流相等时，无功率损耗。

灯管电路接在第三相加耦合器5c次级电感，高压输出并接阻容元件R14、C8吸收反峰高压脉冲，抑制噪声辐射平滑灯光亮度。串联谐振电路电感L3、电容C7接两个耦合线圈L4、L5，线圈磁环套于闭合的灯管G，串联谐振电路频率与四推振荡器频率相等时灯管光效最高，容易启动。

图4，调光脉冲发生器时基集成电路IC1采用555，调光电位器RP1一端串联二极管VD4，另一端接时基集成电路IC1的第二和第六脚，并在时基集成电路IC1的第七脚并接串联的二极管VD5与电阻R17，并在第七脚由电阻R16接入电源1，电位器RP1中点滑动端接充电电容C10，滑动电位器构成连续可调的脉冲发生器，经三极管Q5功率放大输出接入四推挽振荡器6的接口管Q3、Q4。低电平时Q3、Q4截止，振荡管Q1和Q2导通工作，灯点亮，高电平时Q3、Q4导通，振荡管Q1和Q2截止，灯熄灭，点亮时间由脉冲宽度决定。因此，以一定频率脉冲熄灭与重新点亮交替，控制脉冲占空比即控制四个推挽振荡器平均输出功率，达到调光目的。

由于电位器RP1阻值远大于电阻R16、R17充电时VD4导通，放电时VD5导通，占空比可调范围极大。电容C11、C12对地旁路。电阻R18、R20限流，R19为三极管Q5负载电阻。

图5，太阳能电源过压检测控制器1b当蓄电池E电压高于稳压二极管VD7基准电压时，A1输出为低电平，三极管Q6驱动继电器J1释放J1-1常闭触点切断充电回路，保护蓄电池E过压充电，蓄电池E电压随着照明耗电下降低于VD7基准电压时，A1反相输入电位低于同相基准电压，输出为高电平，继电器J1吸合J1-1常闭触点接通充电回路。欠压检测控制器1c当蓄电池E电压低于稳压二极管VD10基准电压时，A2输出为低电平，三极管Q7驱动继电器J2释放J2-1常开触点切断放电回路，保护蓄电池E欠压放电，蓄电池E随着充电电压上升高于VD10基准电压时，A2同相输入电位高于反相基准电压，输出为高电平，继电器J2吸合J2-1常开触点接通放电回路。电阻R21、R22、R23和R26、R27、R28及电位器RP2、RP3分压分别接入运算放大器同相和反相输入端。调整运算放大器电压负反馈电阻R24、R29和电位器RP2、RP3达到切换门限值。电阻R25、R30限流作用。

图中，二极管VD6防反充电，利用单向导电避免太阳能电池阵列1a晚间或下雨天不发电时或出现短路时蓄电池E向太阳能电池阵列1a放电。二极管VD9防蓄电池反接，当蓄电池E极性接反时导通，产生大电流将熔丝F快速熔断，起到防护作用。二极管VD8、VD11吸收继电器J1、J2线圈反向电势，防护击穿三极管Q6、Q7。电压配接器1d内置电源退耦滤波器连接四个推挽振荡器6、可调脉冲发生器4电源端。

实施例太阳能电源电压30V，四推挽振荡频率157KHZ，调光脉冲最小占空比输出平均功率匹配120W无极灯，调光脉冲最大占空比平均功率30W，调光明显改变照明光强，降低光强起到节约耗电量。

Claims (3)

1.一种太阳能电源四推挽振荡功率合成无极灯，包括由太阳能电池阵列、过压检测控制器、欠压检测控制器、电压配接器、电压配接器、蓄电池组成太阳能电源和逆变器与无极灯管，其特征在于：还包括逆变器由四个推挽振荡器、三个相加耦合器、可调脉冲发生器、灯管电路及过载检测保护电路组成，三个相加耦合器分为第一相加耦合器、第二相加耦合器和第三相加耦合器，四个推挽振荡器分为推挽振荡器(6a)、推挽振荡器(6b)和推挽振荡器(6c)、推挽振荡器(6d)，分别由铁氧体磁性变压器(T1)、(T2)和(T3)、(T4)初级电感并联电容为谐振回路，谐振回路两端分别并接两个大功率振荡管集电极，发射极串联电阻接地，谐振回路两端还并联交叉耦合对管到基极电阻静态偏置和电容正反馈构成推挽振荡器，两个大功率振荡管基极各并接控制信号接口管集电极，接口管基极、集电极接电压负反馈偏置电阻，发射极接地，可调脉冲发生器输出信号接入四个推挽振荡器接口管调光，推挽振荡器(6a)、推挽振荡器(6b)输出功率分别由铁氧体磁性变压器(T1)、(T2)次级电感反相接入第一相加耦合器初级电感一阶功率合成，推挽振荡器(6c)和推挽振荡器(6d)输出功率分别由铁氧体磁性变压器(T3)、(T4)次级电感反相接入第二相加耦合器初级电感一阶功率合成，第一相加耦合器和第二相加耦合器次级电感反相接入第三相加耦合器初级电感二阶功率合成，第三相加耦合器次级电感升压接入灯管电路，灯管电路输入并接吸收尖峰脉冲串联的电阻、电容，然后接串联谐振电路电感、电容，再连接两个耦合线圈，其两个耦合线圈磁环套在闭合的无极灯管上，过载检测保护电路由灯负载电流经磁环电感感生电压二极管峰值检波，检测电压接入四推挽振荡器接口管控制振荡管，四个推挽振荡器铁氧体磁性变压器(T1)、(T2)和(T3)、(T4)初级电感中心抽头经高频扼流电感和旁路电容接入太阳能电源，同时，可调脉冲发生器电源端接入太阳能电源。

2.根据权利要求1所述的太阳能电源四推挽振荡功率合成无极灯，其特征在于：可调脉冲发生器由时基集成电路、电位器与电阻、充电电容及二极管组成，电位器一端串联二极管，另一端接时基集成电路的第二和第六脚，并在时基集成电路第七脚并接串联的二极管与电阻，并在第七脚经另一个电阻接入电源，电位器中点滑动端接充电电容，滑动电位器构成连续可调的脉冲发生器，，经三极管功率放大输出接入四个推挽振荡器接口管控制调光。

3.根据权利要求1所述的太阳能电源四推挽振荡功率合成无极灯，其特征在于：过压检测控制器由运算放大器A1同相输入端接稳压二极管基准电压，反相输入端接蓄电池电压，运算放大器A1输出经三极管电流放大接继电器线圈，常闭触点切换太阳能电池阵列充电过压控制；欠压检测控制器由运算放大器A2反相输入端接稳压二极管基准电压，同相输入端接蓄电池电压，运算放大器A2输出经三极管电流放大接继电器线圈，常开触点切换太阳能电池阵列放电欠压控制。

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