CN201976331U

CN201976331U - 太阳能电源四桥振荡功率合成无极灯

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Publication number: CN201976331U
Application number: CN2011201013886U
Authority: CN
Inventors: 阮树成; 阮雪芬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-04-03
Filing date: 2011-04-03
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2021-04-03

Abstract

本实用新型涉及电子技术领域，是一种太阳能电源四桥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，逆变器由四个桥式振荡器，三个相加耦合器和可调脉冲发生器、灯管电路、过载检测保护电路组成，脉冲大范围调光，四桥振荡功率合成产生高光效。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

太阳能电源四桥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桥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量，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桥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，还包括逆变器由四个全桥振荡器和可调脉冲发生器、三个相加耦合器、灯管电路、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、第三相加耦合器，四个全桥振荡器分为全桥振荡器6a、全桥振荡器6b和全桥振荡器6c、全桥振荡器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PNP大功率振荡管集电极和两个NPN大功率振荡管集电极，两个PNP大功率振荡管发射极接太阳能电源正极，两个NPN大功率振荡管发射极接地，四个大功率振荡管集电极与发射极之间均并联快速恢复二极管，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桥振荡器，两个NPN大功率振荡管基极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经电阻接入四桥振荡器接口管控制调光，全桥振荡器6a和全桥振荡器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，全桥振荡器6c和全桥振荡器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，其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，检测电压接入四桥振荡器接口管控制振荡管，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，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桥振荡器的接口管控制调光；

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：太阳能低压电源供电四桥振荡二阶功率合成，获取大功率灯负载高光效，脉冲大范围调光，振荡电路互补串馈供电，电源电压高，电流小，显著降低功耗，输出功率大。阻容交叉耦合全桥振荡功率合成不仅高效，偶次谐波相互抵消，负载输出为纯正弦波，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全桥振荡器电路

图3四桥振荡功率合成与灯管及过载检测保护电路

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以全桥振荡器6a电路为例，其余全桥振荡器电路均相同)和图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E1组成太阳能电源1和逆变器与无极灯管G，逆变器由四个全桥振荡器6和可调脉冲发生器4、三个相加耦合器5、灯管电路3、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、第三相加耦合器5c，四个全桥振荡器6分为全桥振荡器6a、全桥振荡器6b和全桥振荡器6c、全桥振荡器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C5为谐振回路，谐振回路两端分别并接两个PNP大功率振荡管Q1、Q2集电极和两个NPN大功率振荡管Q3、Q4集电极，两个PNP大功率振荡管Q1、Q2发射极接太阳能电源1正极互补串馈供电，两个NPN大功率振荡管Q3、Q4发射极接地，四个大功率振荡管Q1、Q2和Q3、Q4集电极与发射极之间并联快速恢复二极管VD1、VD2和VD3、VD4，谐振回路两端还并联交叉耦合对管到基极电阻R1、R2和R3、R4静态偏置和电容C1、C2和C3、C4正反馈构成桥振荡器，两个NPN大功率振荡管Q3、Q4基极并接控制信号接口管Q5、Q6集电极，接口管Q5、Q6基极、集电极接电压负反馈偏置电阻R5、R6，发射极接地，可调脉冲发生器4输出信号经电阻R7、R8电容C6接入四桥振荡器6接口管Q5、Q6控制调光，全桥振荡器6a和全桥振荡器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，全桥振荡器6c与全桥振荡器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，其灯管电路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闭合的无极灯管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VD5峰值检波电压经电容C9电阻R15滤波，接入电阻R9、R10控制接口管Q6至振荡管Q3、Q4和Q1、Q2，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Q5、Q6饱和导通，振荡管Q3、Q4和Q1、Q2截止停振，起保护作用。快速恢复二极管VD1、VD2和VD1、VD2保护振荡管免受高反压击穿，可调脉冲发生器4电源端接入太阳能电源1。

全桥振荡器由PNP、NPN三极管两个互补对称阻容交叉耦合推挽振荡相互耦合而成，大功率振荡管Q1、Q2和Q3、Q4导通角为90度交替工作，输出电流为半余弦波脉冲，经谐振回路衰减谐波，集电极电流相位相反三阶和高阶奇次谐波为零，偶次谐波相互抵消，使灯负载输出为纯正弦波，不仅高效，互补串馈供电，电源电压高，电流小，显著降低功耗，输出功率大。

通用大功率三极管构成桥振荡要求更大输出功率，例如匹配240W灯负载时，仅几只器件直接并联运用不能令人满意，采用四个桥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分别将四桥振荡输出功率相互反相激励功率合成，又将两个相加耦合器输出电流变换加倍总和送到第三个相加耦合器功率合成，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。

图4，调光脉冲发生器电位器RP1两端分别串联二极管VD6和VD7，并在VD7一端还串联一个电阻R17，然后并接在时基集成电路IC1的第七脚，电位器RP1中点滑动端接充电电容C10，由此构成时基集成电路IC1占空比大范围连续可调的脉冲发生器，经三极管Q7功率放大输出接入四桥振荡器6的接口管Q5、Q6，低电平时接口管Q5、Q6截止，振荡管Q3、Q4与Q1、Q2导通，灯点亮，高电平时Q5导通，振荡管Q3、Q4与Q1、Q2截止，灯熄灭，从而控制脉冲占空比即控制四桥振荡输出平均功率，实现调光。

由于电位器RP1阻值远大于电阻R16、R17充电时VD6导通，放电时VD7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Q7负载电阻。

图5，过压检测控制器1b当蓄电池E1电压高于稳压二极管VD9基准电压时，A1输出为低电平，三极管Q8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E1过压充电，蓄电池E1电压随着照明耗电下降低于VD9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E1电压低于稳压二极管VD12基准电压时，A2输出为低电平，三极管Q9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E1欠压放电，蓄电池E1随着充电电压上升高于VD12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A1、A2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VD8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E1向太阳能电池阵列1a放电。二极管VD11防蓄电池反接，当蓄电池E1极性接反时导通，产生大电流将熔丝F1快速熔断，起到防护作用。二极管VD10、VD13吸收继电器J1、J2线圈反向电势，防护击穿三极管Q8、Q9。电压配接器1d内置电源退耦滤波器连接四桥荡器6、可调脉冲发生器4电源端。

本实施例太阳能电源电压60V，四桥振荡器频率176KHZ，调光脉冲最小占空比输出平均功率匹配255W无极灯管，调光脉冲最大占空比平均功率60W，调光明显改变照明光强，在降低光射强度时可节约耗电。

Claims

1.一种太阳能电源四桥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全桥振荡器、可调脉冲发生器、三个相加耦合器、灯管电路和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、第三相加耦合器，四个全桥振荡器分为全桥振荡器(6a)、全桥振荡器(6b)和全桥振荡器(6c)、全桥振荡器(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PNP大功率振荡管集电极和两个NPN大功率振荡管集电极，两个PNP大功率振荡管发射极接太阳能电源正极，两个NPN大功率振荡管发射极接地，四个大功率振荡管集电极与发射极之间并联快速恢复二极管，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桥振荡器，两个NPN大功率振荡管基极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桥振荡器接口管控制调光，全桥振荡器(6a)和全桥振荡器(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，全桥振荡器(6c)和全桥振荡器(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，其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，检测电压接入四桥振荡器接口管控制振荡管，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桥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，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桥振荡器的接口管控制调光。

3.根据权利要求1所述的太阳能电源四桥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。