CN203181378U

CN203181378U - 太阳能电源注锁功率合成高压钠灯

Info

Publication number: CN203181378U
Application number: CN 201320227539
Authority: CN
Inventors: 阮树成; 张根清
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2023-04-15

Abstract

本实用新型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高压钠灯。包括高压钠灯、太阳能电源、基准晶振、振荡驱动芯片、推挽放大器、推挽振荡器、相加耦合器、灯管触发电路、调频信号发生器、灯管异常电流检测器，振荡驱动芯片接推挽放大器，输出功率变压器T₁与推挽振荡器输出功率变压器T₃由相加耦合器功率合成、升压馈送灯管触发电路引燃高压钠灯启辉，基准晶振信号经分频器注入振荡驱动芯片锁定相位，推挽放大器输出功率变压器T₁与推挽振荡器输出功率变压器T₃功率合成互耦注锁频率牵引相干同步锁定相位，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。适于太阳能电源低电压、大电流供电的高压钠灯照明场合。

Description

太阳能电源注锁功率合成高压钠灯

技术领域

本实用新型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高压钠灯。

背景技术

现有技术电子镇流器通常用LC或RC振荡器作为高压钠灯电光源，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。由于电源电压低，要得到大功率照明势必增大器件电流，而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。

发明内容

本实用新型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高压钠灯。

本实用新型技术解决方案为：包括太阳能电源、高压钠灯管、基准晶振、分频器、振荡驱动芯片、推挽放大器、推挽振荡器、相加耦合器、灯管触发电路、调频信号发生器，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偏置电阻，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，振荡驱动芯片内含RC振荡器、推挽放大驱动电路、电流检测CS、灯故障控制SD，RC振荡器外接电阻R₂、电容C₄产生振荡，输出经推挽放大驱动电路接推挽放大器两个大功率MOS场效应管Q₁、Q₂栅极，Q₁、Q₂漏极并接变压器T₁电感L₁两端，振荡驱动芯片电源端经电阻R₇降压电容C₈旁路和电感L₁中点经电感L₃、电容C₇旁路接太阳能电源，Q₂源极串联电阻R₆接地，经电阻R₄、电容C₆接振荡驱动芯片CS，推挽振荡器由两个大功率MOS场效应管Q₃、Q₄漏极接变压器T₃电感L₄两端，Q₃、Q₄栅极接变压器T₂电感L₈两端，电感L₈中点并联源极接地场效应管Q₅漏极及电阻R₈、R₁₄，电感L₇、电阻R₁₀与变压器T₃电感L₅闭合，电感L₄中点经电感L₉和旁路电容C₉接太阳能电源，调频信号发生器输出锯齿波信号接场效应管Q₅栅极调频抑制灯光闪烁，Q₃、Q₄源极经接地电阻R₉压降取样电流连接电阻R₁₁，电阻R₁₁和灯管异常电流检测信号经电阻R₁₂接场效应管Q₅栅极，灯管异常电流检测器信号接振荡驱动芯片灯故障控制SD，推挽放大器输出功率变压器T₁与推挽振荡器输出功率变压器T₃由相加耦合器功率合成、升压经灯管触发电路引燃高压钠灯启辉，基准晶振信号经分频器注入振荡驱动芯片RC振荡器C_T端锁定相位，由推挽放大器变压器T₁与推挽振荡器变压器T₃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，太阳能电源接基准晶振、分频器、调频信号发生器电源端；

其中，调频信号发生器由时基芯片IC₅、电阻R₂₀、R₂₁、R₂₂和电容C₁₅多谐振荡，IC₅的D_IS端由电阻R₁₉接场管Q₆栅极，电容C₁₉接Q₆源极电阻R₁₈自举正反馈，输出线性锯齿波信号接入两个自振荡芯片RC端调频抑制灯光闪烁；

灯管触发电路由灯管一端经电容C₁₂、T₅电感L₁₃接相加耦合器T₄电感L₁₁，电容C₁₂与电感L₁₃接点并接电阻R₁₆、接地电容C₁₃、接地串接双向触发二极管VD₂的T₅电感L₁₂，灯管另一端穿过灯异常检测磁环互感电感L₁₆接地，直流高压发生器由时基芯片IC₅多谐振荡输出接变压器T₆电感L₁₄经电感L₁₅升压，二极管VD₃整流、电容C₁₇、电阻R₂₄滤波，由电阻R₂₅接电容C₁₂与电感L₁₃接点；

太阳能电源光伏电池板E₁输出串联阻塞二极管VD₄、继电器触点连接蓄电池E₂和接有照明开关的灯具，蓄电池E₂过压控制取样电阻R₂₆、RP₁、R₂₇接入时基芯片IC₆高电平触发端TH，欠压控制取样电阻R₂₈、RP₂、R₂₉接入低电平触发端TL，输出接继电器，蓄电池串入快速熔丝F，并接防反接二极管VD₅。

本实用新型产生积极效果：解决太阳能电源低电压、大电流供电自激和它激双推逆变振荡高稳频相位同步功率合成，达到单个自激或它激双推逆变器难以得到的大功率高压钠灯照明，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本实用新型技术方案原理框图

图2基准晶振电路

图3太阳能电源注锁功率合成高压钠灯电路

图4太阳能电源电路

具体实施方式

参照图1、2、3、4，本实用新型具体实施方式和实施例：包括太阳能电源1、高压钠灯10，基准晶振2、分频器3、振荡驱动芯片4、推挽放大器5、推挽振荡器6、相加耦合器7、灯管触发电路8、调频信号发生器9、灯管异常电流检测器11，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偏置电阻R₁，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，振荡驱动芯片4，即IC₄IR2156内含RC振荡器、推挽放大驱动电路、电流检测CS、灯故障控制SD，RC振荡器外接电阻R₂、电容C₄产生振荡，输出经推挽放大驱动电路接入推挽放大器5大功率MOS场效应管Q₁、Q₂栅极，Q₁、Q₂漏极并接变压器T₁电感L₁两端，振荡驱动芯片4电源端V_CC经电阻R₇降压电容C₈旁路和电感L₁中点经电感L₃、电容C₇旁路接太阳能电源+V，Q₂源极串联电阻R₆接地，经电阻R₄、电容C₆接振荡驱动芯片CS，推挽振荡器6由两个大功率MOS场效应管Q₃、Q₄漏极接变压器T₃电感L₄两端，Q₃、Q₄栅极接变压器T₂电感L₈两端，电感L₈中点并联源极接地场效应管Q₅漏极及偏置电阻R₈、R₁₄，电感L₇、电阻R₁₀与变压器T₃电感L₅闭合，电感L₄中点经电感L₉和旁路电容C₉接太阳能电源+V，调频信号发生器9输出锯齿波信号接场效应管Q₅栅极调频抑制灯光闪烁，Q₃、Q₄源极经接地电阻R₉压降取样电流连接电阻R₁₁，电阻R₁₁和灯管异常电流检测器11信号经电阻R₁₂接场效应管Q₅栅极，灯管异常电流检测器11信号接入振荡驱动芯片4灯故障控制SD，推挽放大器5输出功率变压器T₁与推挽振荡器6输出功率变压器T₃由相加耦合器7功率合成，升压经灯管触发电路8引燃高压钠灯10启辉，基准晶振2信号经分频器3注入振荡驱动芯片4的RC振荡器C_T端锁定相位，由推挽放大器5变压器T₁与推挽振荡器6变压器T₃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，太阳能电源1接基准晶振2、分频器3、调频信号发生器9电源端。

IC₄引脚符号功能：V_CC电源端，C_T接振荡定时电容C₄，R_T接振荡定时电阻R₂，H_O驱动Q₁，L_O驱动Q₂，CS电流检测，SD灯故障保护控制，COM接地。

IC₅、IC₆引脚符号功能：V_CC电源，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，GND接地。

振荡驱动芯片IC₄电源端V_CC由电阻R₇降压，电容C₈滤波供给产生振荡，它激振荡驱动推挽放大器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，双推输出功率经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振荡驱动芯片锁定相位。未注入基准信号振荡驱动芯片RC振荡器自由频率，注入基准信号RC振荡电压与其矢量合成，通过RC振荡器非线性变频锁定相位，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RC振荡器有载Q值反比，由于基准信号注入在输入端，增益高，小功率锁定。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、鉴相和环路滤波，电路结构简单，性能优越，附加成本低。注入锁相本质上与环路锁相没差别，相加耦合器叠加推挽放大器和推挽振荡器输出功率合成，“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，适于功率合成灯具稳定振荡频率相位同步，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，输入电压、频率、相位及负载相同，电流相等均衡电阻R₁₇无功率损耗。

推挽振荡器T₂、T₃双变压器振荡，输出变压器T₃不饱和，功效高。谐振频率调L₄，振荡反馈调电阻R₁₀或电感L₅，调整频率和反馈互不牵连。

调频信号发生器，时基芯片IC₅多谐振荡产生低频锯齿波信号，电容C₁₉接场管Q₆源极自举正反馈，电容C₁₅充电时，电阻R₂₂压降不变使充电速率不变，保障波形线性，频率调制自振荡芯片RC振荡器，线性锯齿波围绕基准晶振注锁中心频率周期变化，消除灯管电弧驻波声共振点，抑制闪烁稳定灯光。直流高压发生器与抑闪调频信号发生器由同一个时基芯片IC₅555产生振荡升压、整流及滤波。

灯管触发电路由直流高压经电阻R₁₉；高频电压经电容C₁₂、电阻R₁₆对电容C₁₃充电，当电压充至双向触发二极管VD₂导通，电流经脉冲点火变压器T₅电感L₁₂，电感L₁₃感生高压脉冲，触发高压钠灯管G气体导通启辉。灯管启辉后，VD₂不再产生触发脉冲。

灯异常电流磁环电感L₁₆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IC₄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使芯片IC₄电流检测CS开启保护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。

太阳能电源欠压控制，蓄电池电压低于时基芯片IC₆555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VD₄单向导电防止蓄电池对太阳能电池反充电，二极管VD₅当蓄电池反接导通短路，快速烧断熔丝F保护蓄电池。电容C₂₀、C₂₁去耦，电阻R₃₀、电容C₂₂、稳压二极管VD₇供时基芯片电源。二极管VD₆抑制继电器J吸合、释放产生的反向电压，防护IC₆受损。

实施例太阳能电源电压30V，灯电流2.6A，匹配70W高压钠灯管G，逆变效率89％，长期昼夜开灯照明，功率管温升在允许值范围内，灯光稳定。

Claims

1.一种太阳能电源注锁功率合成高压钠灯，包括太阳能电源、高压钠灯管，其特征在于：还包括基准晶振、分频器、振荡驱动芯片、推挽放大器、推挽振荡器、相加耦合器、灯管触发电路、调频信号发生器，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偏置电阻，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，振荡驱动芯片内含RC振荡器、推挽放大驱动电路、电流检测CS、灯故障控制SD，RC振荡器外接电阻R₂、电容C₄产生振荡，输出经推挽放大驱动电路接推挽放大器两个大功率MOS场效应管Q₁、Q₂栅极，Q₁、Q₂漏极并接变压器T₁电感L₁两端，振荡驱动芯片电源端经电阻R₇降压电容C₈旁路和电感L₁中点经电感L₃、电容C₇旁路接太阳能电源，Q₂源极串联电阻R₆接地，经电阻R₄、电容C₆接振荡驱动芯片CS，推挽振荡器由两个大功率MOS场效应管Q₃、Q₄漏极接变压器T₃电感L₄两端，Q₃、Q₄栅极接变压器T₂电感L₈两端，电感L₈中点并联源极接地场效应管Q₅漏极及电阻R₈、R₁₄，电感L₇、电阻R₁₀与变压器T₃电感L₅闭合，电感L₄中点经电感L₉和旁路电容C₉接太阳能电源，调频信号发生器输出锯齿波信号接场效应管Q₅栅极抑制灯光闪烁，Q₃、Q₄源极经接地电阻R₉压降取样电流连接电阻R₁₁，电阻R₁₁和灯管异常电流检测信号经电阻R₁₂接场效应管Q₅栅极，灯管异常电流检测器信号接振荡驱动芯片灯故障控制SD，推挽放大器输出功率变压器T₁与推挽振荡器输出功率变压器T₃由相加耦合器功率合成、升压经灯管触发电路引燃高压钠灯启辉，基准晶振信号经分频器注入振荡驱动芯片RC振荡器C_T端锁定相位，由推挽放大器变压器T₁与推挽振荡器变压器T₃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，太阳能电源接基准晶振、分频器、调频信号发生器电源端。

2.根据权利要求1所述的太阳能电源注锁功率合成高压钠灯，其特征在于：调频信号发生器由时基芯片IC₅、电阻R₂₀、R₂₁、R₂₂和电容C₁₅多谐振荡，IC₅的D_IS端由电阻R₁₉接场管Q₆栅极，电容C₁₉接Q₆源极电阻R₁₈自举正反馈，输出线性锯齿波信号接入两个自振荡芯片RC端调频抑制灯光闪烁。

3.根据权利要求1所述的太阳能电源注锁功率合成高压钠灯，其特征在于：灯管触发电路由灯管一端经电容C₁₂、T₅电感L₁₃接相加耦合器T₄电感L₁₁，电容C₁₂与电感L₁₃接点并接电阻R₁₆、接地电容C₁₃、接地串接双向触发二极管VD₂的T₅电感L₁₂，灯管另一端穿过灯异常检测磁环互感电感L₁₆接地，直流高压发生器由时基芯片IC₅振荡输出接变压器T₆电感L₁₄经电感L₁₅升压，二极管VD₃整流、电容C₁₇、电阻R₂₄滤波，由电阻R₂₅接电容C₁₂与电感L₁₃接点。

4.根据权利要求1所述的太阳能电源注锁功率合成高压钠灯，其特征在于：太阳能电源光伏电池板E₁输出串联阻塞二极管VD₄、继电器触点连接蓄电池E₂和接有照明开关的灯具，蓄电池E₂过压控制取样电阻R₂₆、RP₁、R₂₇接入时基芯片IC₆高电平触发端TH，欠压控制取样电阻R₂₈、RP₂、R₂₉接入低电平触发端TL，输出接继电器，蓄电池串入快速熔丝F，并接防反接二极管VD₅。