CN203206572U

CN203206572U - 双全桥注入锁相功率合成金卤灯

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Publication number: CN203206572U
Application number: CN2013202275705U
Authority: CN
Inventors: 阮树成; 梅玉刚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2023-04-15

Abstract

本实用新型涉及电光源照明技术领域，具体是一种双全桥注入锁相功率合成金卤灯。两个RC振荡器共接电阻R₁₁、电容C₁₄同步振荡，自振荡芯片4及全桥逆变器A输出功率变压器T₁与自振荡芯片6及全桥逆变器B输出功率变压器T₂反相馈入相加耦合器，功率合成匹配灯管触发电路灯管启辉，基准晶振信号经分频器注入两个自振荡芯片4、6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，调频信号发生器三角波信号接入两个自振荡芯片4、6调频抑制灯光闪烁，灯管异常电流检测器信号经三极管接入两个自振荡芯片4、6的SD端，控制振荡快速停振关断全桥逆变器功率管。适用于大功率金卤灯照明场合。

Description

双全桥注入锁相功率合成金卤灯

技术领域

本实用新型涉及电光源照明技术领域，具体是一种双全桥注入锁相功率合成金卤灯。

背景技术

现有技术电子镇流器通常用LC或RC振荡器作为金卤灯电光源，产生的振荡频率受温度变化稳定性差影响功率不够稳定，导致光强下降，虽然这种电子镇流器结构简便，成本低。要得到大功率照明势必增大器件电流，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。由两个振荡逆变功率叠加拖动大功率灯具，解决器件功率容量限制。但是，功率合成振荡电压相位应一致，以克服非线性互调功率不均衡。

发明内容

本实用新型的目的是提供逆变振荡高稳频相位同步，大功率照明的一种双全桥注入锁相功率合成金卤灯。

本实用新型技术解决方案为：包括电源滤波器EMI、整流桥堆、功率因数校正APFC、金卤灯管、基准晶振、分频器、两个自振荡芯片、全桥逆变器A、全桥逆变器B、相加耦合器、调频信号发生器、灯管触发电路、灯管异常电流检测器，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，自振荡芯片内含振荡器、全桥逆变驱动电路，两个自振荡芯片振荡器共接电阻R₁₁、电容C₁₄同步振荡，输出分别经全桥逆变驱动电路连接均由四个功率MOS场效应管两组互补半桥构成的全桥逆变器A、全桥逆变器B，自振荡芯片及全桥逆变器A输出功率变压器T₁与自振荡芯片及全桥逆变器B输出功率变压器T₂反相馈入相加耦合器，功率合成升压馈送灯管触发电路灯管启辉，基准晶振信号经分频器注入两个自振荡芯片EXO端锁定相位，调频信号发生器三角波信号接入两个自振荡芯片RC端调频抑制灯光闪烁，灯管异常电流检测器信号经三极管接入两个自振荡芯片SD端，控制振荡快速停振关断全桥逆变器功率MOS场效应管，电网电源经电源滤波器EMI、整流桥堆至功率因数校正APFC输出电压接入基准晶振、分频器、调频信号发生器、自振荡芯片及全桥逆变器A和自振荡芯片及全桥逆变器B的电源端；

其中，调频信号发生器由两个反相器IC_1-3、IC₁₄与电阻R₁₅、R₁₆、电容C₂₁组成低频方波振荡器，经反相器IC_1-5隔离由电阻R₁₇、R₁₈、C₂₂积分成三角波，接入振荡驱动芯片R_T端频率调制振荡波形抑制灯光闪烁；

灯管触发电路由灯管一端经电容C₁₉接入相加耦合器T₃电感L₆，同时并接串联双向触发二极管VD₁₃、电感L₇的电容C₂₀，电感L₇并接脉冲点火变压器T₄电感L₈与稳压二极管VD₁₄、VD₁₅，脉冲点火变压器T₄电感L₈、L₉、稳压二极管VD₁₄、VD₁₅穿过灯异常检测磁环电感L₁₀接地，灯管另一端接脉冲点火变压器T₄电感L₉，灯异常检测磁环电感L₁₀接二极管VD₁₆、电容C₂₄、电阻R₁₉，经电阻R₁₂、R₁₃分压，由三极管VT1接入两个自振荡芯片SD端；

功率因数校正APFC由芯片IC₃、功率MOS场效应管Q₅、升压二极管VD₁₂、磁性变压器T₅及电阻、电容组成，整流桥堆输出经磁性变压器T₅电感L₁₁接Q₅漏极、升压二极管VD₁₂至电容C₁₁作为APFC输出，二极管VD₁₁供C₁₁预充电，电阻R₄接整流桥堆输出引入芯片IC₃电源端，并与T₅电感L₁₂经二极管VD₅检波电压为芯片IC₃控制门限开启，电阻R₂、R₃接整流桥堆输出分压取样接入芯片IC₃乘法器一端，乘法器另一端接电阻R₈、R₉分压取样输出电压，乘法器输出与Q₅源极接地电阻点连接峰值电流检测比较器，芯片IC₃输出接Q₅栅极，T₅电感L₁₃高频电压由二极管VD_6～9整流、二极管VD₁₀稳压、电容C₁₂滤波为直流电压+15V接入基准晶振、分频器、调频信号发生器的电源端。

本实用新型产生积极效果：解决双全桥逆变振荡高稳频、相位同步功率合成，达到单个自振荡全桥逆变器难以得到的大功率金卤灯照明，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电源滤波整流功率因数校正电路

图4双全桥注入锁相功率合成金卤灯电路

具体实施方式

参照图1、2、3、4(图4以自振荡芯片及全桥逆变器A电路为例，自振荡芯片及全桥逆变器B相同)，本实用新型具体实施方式和实施例：包括电源滤波器EMI和整流桥堆13、功率因数校正APFC1、金卤灯管11、基准晶振2、分频器3、两个自振荡芯片4、6、全桥逆变器A5、全桥逆变器B7、相加耦合器8、调频信号发生器9、灯管触发电路10、灯管异常电流检测器12，其中，基准晶振2由石英晶体谐振器JT、两个反相器IC_1-1、IC_1-2及电阻R₁、电容C₀、C₁、C₂组成，第一个反相器IC_1-1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IC_1-2接入分频器，自振荡芯片IC₄UBA2030T内含振荡器、全桥逆变驱动电路，两个自振荡芯片4、6振荡器共接电阻R₁₁、电容C₁₄同步振荡，输出分别经全桥逆变驱动电路连接均由四个功率MOS场效应管Q₁、Q₂、Q₃、Q₄两组互补半桥合成的全桥逆变器A、全桥逆变器B，自振荡芯片4及全桥逆变器A5输出功率变压器T₁与自振荡芯片6及全桥逆变器B7输出功率变压器T₂反相馈入相加耦合器8，功率合成匹配灯管触发电路10灯管11启辉，基准晶振2信号经分频器3分频÷N基准信号f₀注入两个自振荡芯片4、6的EXO端锁定相位，调频信号发生器9三角波信号接入两个自振荡芯片4、6的RC端调频抑制灯光闪烁，灯管异常电流检测器12信号经三极管VT₁接入两个自振荡芯片4、6的SD端，控制振荡快速停振关断全桥逆变器功率MOS场效应管，电网电源经电源滤波器EMI和整流桥堆13、功率因数校正APFC1输出电压接入基准晶振2、分频器3、调频信号发生器9、自振荡芯片4及全桥逆变器A5、自振荡芯片6及全桥逆变器B7的电源端。

IC₃引脚符号功能：V_CC芯片逻辑控制低压电源，IDET零电流检测，MULT乘法器输入，INV误差放大器输入，EA误差放大器输出，CS脉宽调制比较器，OUT驱动器输出，GND接地。

IC₄引脚符号功能：HV高压电源，V_DD低压电源，RC振荡器输入，EXO外接振荡器，GHL驱动Q₁，GLL驱动Q₂，GHR驱动Q₃，GLR驱动Q₄，SHL桥路输出，SHR桥路输出，BE桥路使能控制，BER桥路使能参考，DTC死区时间控制，FSL浮置电源，FSR浮置电源，SD关闭振荡，GND接地。

自振荡芯片IC₄电源端HV接高压电源+560V，由芯片内部生成低压电源V_DD供给产生振荡，电容C₁₃滤除纹波，振荡启动自举电容C₁₅充电，全桥逆变器对角线功率MOS管Q₁、Q₄导通，Q₂、Q₃截止，此时电容C₁₆充电，Q₁、Q₄导通，Q₂、Q₃截止，轮流工作半个周期，输出电压波形方波。全桥交替切换由RC振荡器振荡频率的1/2频率控制，电阻R₁₀控制振荡波形死区时间。

两个逆变器功率合成拖动大功率灯具，扩容可靠。但要求两个自振荡芯片振荡电压驱动逆变器相位一致，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。

注入锁相无须压控调谐、鉴相器、环路滤波器，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，适于功率合成灯具稳定振荡频率相位同步，稳定输出功率避免器件温升过高功率失衡，延长使用寿命。

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自振荡芯片EXO端锁定相位。未注入基准信号自振荡芯片RC振荡器自由振荡频率，注入基准信号RC振荡电压与其矢量合成，通过自振荡芯片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RC振荡器的输入端，增益高，小功率锁定，两个自振荡芯片共接电阻R₁₁和电容C₁₄同步振荡，锁定时间快。基准信号分频注入选配较高频率的高稳频特性石英谐振器，锁定数十至数百千赫LC或RC振荡器。分频器IC₂二进制或十进制计数器分频。

相加耦合器T₃电感L₅将两个推挽输出功率变压器T₁、T₂电感L₂、L₄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R₁₄无功率损耗。

调频信号发生器由两个反相器IC_1-3、IC_1-4产生低频方波信号，经反相器IC_1-5缓冲隔离电阻R₁₇、R₁₈电容C₂₂积分成三角波调制自振荡芯片RC振荡器的频率，低频三角波信号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。

灯管触发电路由高频电压对电容C₂₀充电，当电压充至双向触发二极管VD₁₃导通，电流经电感L₇、脉冲点火变压器T₄电感L₈，电感L₉感生高压脉冲，触发金卤灯管G气体导通启辉。灯管启辉后，VD₁₃不再产生触发脉冲。稳压二极管VD₁₄、VD₁₅限止点火脉冲电压。

灯异常检测由灯电流互感磁环电感L₁₀电压二极管VD₁₆检波、电容C₂₄、电阻R₁₉滤波，经电阻R₁₂、R₁₃分压，三极管VT₁触发两个自振荡芯片SD端，当触发电压4.5V～V_DD高电平信号时，迅速停振快速关断全桥逆变器MOS功率管，以免受损。

电子镇流器接入交流电源呈阻抗性负载，输入电压和电流有较大相位差，功率因数低。由芯片IC₃L6562、功率MOS管Q₅等组成APFC提高功率因数，减小电流总谐波失真，输出电压恒定，保障双桥振荡幅值稳定灯光不变。电源滤波器EMI抑制振荡谐波干扰通过电网传输。

实施例电源AC85～265V，功率因数校正APFC直流输出电压560V，功率因数0.98，双桥逆变器电流0.54A，驱动250W金卤灯，效率83％，逆变电流小，功耗低，长时间照明灯光稳定，启辉自如。

Claims

1.一种双全桥注入锁相功率合成金卤灯，包括电源滤波器EMI、整流桥堆、功率因数校正APFC、金卤灯管，其特征在于：还包括基准晶振、分频器、两个自振荡芯片、全桥逆变器A、全桥逆变器B、相加耦合器、调频信号发生器、灯管触发电路、灯管异常电流检测器，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，自振荡芯片内含振荡器、全桥逆变驱动电路，两个自振荡芯片振荡器共接电阻R₁₁、电容C₁₄同步振荡，输出分别经全桥逆变驱动电路连接均由四个功率MOS场效应管两组互补半桥构成的全桥逆变器A、全桥逆变器B，自振荡芯片及全桥逆变器A输出功率变压器T₁与自振荡芯片及全桥逆变器B输出功率变压器T₂反相馈入相加耦合器，功率合成匹配灯管触发电路灯管启辉，基准晶振信号经分频器注入两个自振荡芯片EXO端锁定相位，调频信号发生器三角波信号接入两个自振荡芯片RC端调频抑制灯光闪烁，灯管异常电流检测器信号经三极管接入两个自振荡芯片SD端，控制振荡快速停振关断全桥逆变器功率MOS场效应管，电网电源经电源滤波器EMI、整流桥堆、功率因数校正APFC输出电压接入基准晶振、分频器、调频信号发生器、自振荡芯片及全桥逆变器A和自振荡芯片及全桥逆变器B的电源端。

2.根据权利要求1所述的双全桥注入锁相功率合成金卤灯，其特征在于：调频信号发生器由两个反相器IC_1-3、IC_1-4与电阻R₁₅、R₁₆、电容C₂₁组成低频方波振荡器，经反相器IC_1-5隔离由电阻R₁₇、R₁₈、C₂₂积分成三角波，接入振荡驱动芯片R_T端频率调制振荡波形抑制灯光闪烁。

3.根据权利要求1所述的双全桥注入锁相功率合成金卤灯，其特征在于：灯管触发电路由灯管一端经电容C₁₉接入相加耦合器T₃电感L₆，同时并接串联双向触发二极管VD₁₃、电感L₇的电容C₂₀，电感L₇并接脉冲点火变压器T₄电感L₈与稳压二极管VD₁₄、VD₁₅，脉冲点火变压器T₄电感L₈、L₉、稳压二极管VD₁₄、VD₁₅穿过灯异常检测磁环电感L₁₀接地，灯管另一端接脉冲点火变压器T₄电感L₉，灯异常检测磁环电感L₁₀接二极管VD₁₆、电容C₂₄、电阻R₁₉，经电阻R₁₂、R₁₃分压，由三极管VT1接入两个自振荡芯片SD端。

4.根据权利要求1所述的双全桥注入锁相功率合成金卤灯，其特征在于：功率因数校正APFC由芯片IC₃、功率MOS场效应管Q₅、升压二极管VD₁₂、磁性变压器T₅及电阻、电容组成，整流桥堆输出经磁性变压器T₅电感L₁₁接Q₅漏极、升压二极管VD₁₂至电容C₁₁作为APFC输出，二极管VD₁₁供C₁₁预充电，电阻R₄接整流桥堆输出引入芯片IC₃电源端，并与T₅电感L₁₂经二极管VD₅检波电压为芯片IC₃控制门限开启，电阻R₂、R₃接整流桥堆输出分压取样接入芯片IC₃乘法器一端，乘法器另一端接电阻R₈、R₉分压取样输出电压，乘法器输出与Q₅源极接地电阻点连接峰值电流检测比较器，芯片IC₃输出接Q₅栅极，T₅电感L₁₃高频电压由二极管VD_6～9整流、二极管VD₁₀稳压、电容C₁₂滤波为直流电压接入基准晶振、分频器、调频信号发生器的电源端。