專利名稱：太陽能電源四橋振蕩高壓鈉燈的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子技術領域，具體是一種太陽能電源四橋振蕩高壓鈉燈。
背景技術：
汽車、船只太陽能直流低電壓電源供電的高壓鈉燈HID，光電轉換效率高，可產生強光照明，適于車船內外照明，如汽車前燈照明。高壓鈉燈是一種高強度氣體放電發(fā)光，工作電壓在數百伏，點火啟動電壓通常在3KV以上才能引燃。太陽能直流低電壓電源供電高壓鈉燈電子核心是一個DC-AC逆變器。燈負載功率在25W左右時，采用大功率三極管或MOS 場效應管推挽振蕩方式工作，獲取較好的效果。但是，高壓鈉燈功率都較大，驅動電流相應大，這時逆變器功率器件功耗急劇增大，由于車船內部空間所限散熱器體積不能做大發(fā)熱升溫很高會燒壞元器件，不能正常工作。此外，高壓鈉燈高頻電源供電極易產生“聲共振”燈光閃爍，燈管內壓力波脈沖從管壁反射與高頻電流諧波相位相同時形成駐波，導致放電電弧不穩(wěn)定燈光抖動，對人眼產生暈眩。
發(fā)明內容本實用新型的目的是提供太陽能電源供電，拖動大功率燈負載的一種太陽能電源四橋振蕩高壓鈉燈。本實用新型技術解決方案為包括由太陽能電池陣列、過壓檢測控制器、欠壓檢測控制器、電壓配接器、蓄電池組成太陽能電源和逆變器與燈管，還包括逆變器由調頻信號發(fā)生器、四個橋式振蕩器、三個相加耦合器、燈管電路及過載檢測保護電路組成，三個相加耦合器分為第一相加耦合器、第二相加耦合器和第三相加耦合器，四個橋式振蕩器分為橋式振蕩器5a、橋式振蕩器5b和橋式振蕩器5c、橋式振蕩器5d，分別由鐵氧體磁性變壓器Tl、 T2和T3、T4初級電感并聯電容為諧振回路，諧振回路兩端分別并接兩個PNP大功率振蕩管集電極和兩個NPN大功率振蕩管集電極，兩個PNP大功率振蕩管發(fā)射極接太陽能電源正極， 兩個NPN大功率振蕩管發(fā)射極接地，四個大功率振蕩管集電極與發(fā)射極之間并聯快速恢復二極管，諧振回路兩端還并聯交叉耦合對管到基極電阻靜態(tài)偏置和電容正反饋構成橋式振蕩器，兩個NPN大功率振蕩管基極并接控制信號接口管集電極，接口管基極、集電極接電壓負反饋偏置電阻，發(fā)射極接地，調頻信號發(fā)生器輸出信號經耦合電容、電阻接入四個橋式振蕩器接口管，由振蕩管極間電容調制振蕩頻率抑制燈光閃爍，橋式振蕩器5a和橋式振蕩器 5b輸出功率分別由鐵氧體磁性變壓器Tl、T2次級電感反相接入第一相加耦合器初級電感一階功率合成，橋式振蕩器5c和橋式振蕩器5d輸出功率分別由鐵氧體磁性變壓器T3、T4 次級電感反相接入第二相加耦合器初級電感一階功率合成，第一相加耦合器和第二相加耦合器次級電感反相接入第三相加耦合器初級電感二階功率合成，第三相加耦合器次級電感升壓接入燈管電路，過載檢測保護電路由燈負載電流經磁環(huán)電感感生電壓二極管檢波，檢測電壓接入接口管控制振蕩管，調頻信號發(fā)生器電源端接入太陽能電源；其中，調頻信號發(fā)生器由運算放大器Al、A2與電阻、電容構成自激多諧振蕩器和有源帶通濾波器，Al偏置電阻和反饋電阻取值相同，電容充放電時間相同，構成對稱翻轉的自激多諧振蕩器，A2由電阻、電容RC單T選頻網絡構成負反饋式有源帶通濾波器，Al輸出信號經A2有源帶通濾波接入四個橋式振蕩器接口管，由振蕩管極間電容調制振蕩頻率抑制燈光閃爍；燈管電路由電容串接燈管接入第三相加耦合器次級電感，并經限流電阻接雙向可控硅陽極，另由電阻對電容充電連接雙向觸發(fā)二極管觸發(fā)雙向可控硅門極，雙向可控硅陽極和陰極并接在與放電電容串聯的脈沖點火變壓器初級線圈，脈沖點火次級線圈接燈管， 雙向可控硅陰極、充電電容和脈沖點火線圈初級、次級連接點接入第三相加耦合器次級電感接地端；太陽能電源過壓檢測控制器由運算放大器A3同相輸入端接穩(wěn)壓二極管基準電壓，反相輸入端接蓄電池電壓，輸出經三極管電流放大接繼電器線圈，常閉觸點切換太陽能電池陣列充電過壓控制；欠壓檢測控制器由運算放大器A4反相輸入端接穩(wěn)壓二極管基準電壓，同相輸入端接蓄電池電壓，輸出經三極管電流放大接繼電器線圈，常開觸點切換太陽能電池陣列放電欠壓控制。本實用新型產生積極效果太陽能電源供電四橋振蕩二階功率合成，調頻抑制燈光閃爍，獲取的大功率燈負載高光效，阻容交叉耦合四橋振蕩功率合成振蕩十分強烈，振蕩電路互補串饋供電，電源電壓高電流小，顯著降低功耗增大輸出功率，不僅高效，集電極電流相位相反三階和高階奇次諧波為零，偶次諧波相互抵消，輸出為純正弦波頻譜純凈低噪聲，廣泛用于沒交流電源或供電不便的場合照明。

圖1本實用新型技術方案原理方框圖圖2橋式振蕩器電路圖3四橋振蕩功率合成及過載檢測保護電路圖4調頻信號發(fā)生器電路圖5燈管電路圖6太陽能電源過壓和欠壓檢測控制器電路具體實施方法參照圖1、2、3(圖2以橋式振蕩器fe電路為例，其余橋式振蕩器電路相同)及圖 6，本實用新型實施方法和實施例包括由太陽能電池陣列l(wèi)a、過壓檢測控制器lb、欠壓檢測控制器lc、電壓配接器Id、蓄電池E組成太陽能電源1和逆變器與燈管，還包括逆變器由調頻信號發(fā)生器4、四個橋式振蕩器5、三個相加耦合器6、燈管電路2及過載檢測保護電路 3組成，三個相加耦合器6分為第一相加耦合器6a、第二相加耦合器6b及第三相加耦合器 6c,四個橋式振蕩器5分為橋式振蕩器fe、橋式振蕩器恥和橋式振蕩器5c、橋式振蕩器5d， 分別由鐵氧體磁性變壓器Tl、T2和T3、T4初級電感Ll并聯電容C6為諧振回路，諧振回路兩端分別并接兩個PNP大功率振蕩管Ql、Q2集電極和兩個NPN大功率振蕩管Q3、Q4集電極，兩個PNP大功率振蕩管Q1、Q2發(fā)射極接太陽能電源正極，兩個NPN大功率振蕩管Q3、Q4 發(fā)射極接地，兩種極性振蕩管互補串饋供電，四個大功率振蕩管Q1、Q2和Q3、Q4集電極與發(fā)射極之間并聯快速恢復二極管VD1、VD2和VD3、VD4，諧振回路兩端還并聯交叉耦合到對管到基極電阻Rl、R2和R3、R4靜態(tài)偏置和電容Cl、C2和C3、C4正反饋構成橋式振蕩器，Q3、 Q4基極并接控制信號接口管Q5、Q6集電極，接口管Q5、Q6基極、集電極接電壓負反饋偏置電阻R5、R6，發(fā)射極接地，調頻信號發(fā)生器4輸出信號經耦合電容C5、電阻R7、R8接入四個橋式振蕩器接口管，由振蕩管Q3、Q4極間電容調制振蕩頻率抑制閃爍，橋式振蕩器fe和橋式振蕩器恥輸出功率分別由鐵氧體磁性變壓器T1、T2次級電感L2反相接入第一相加耦合器6a初級電感一階功率合成，橋式振蕩器5c和橋式振蕩器5d輸出功率分別由鐵氧體磁性變壓器T3、T4次級電感L2反相接入第二相加耦合器6b初級電感一階功率合成，第一相加耦合器6a和第二相加耦合器6b次級電感反相接入第三相加耦合器6c初級電感二階功率合成，第三相加耦合器6c次級電感升壓接入燈管電路2，調頻信號發(fā)生器4電源端接入太陽能電源。過載檢測保護電路3由燈負載電流經磁環(huán)電感L3感生電壓二極管VD5檢波，檢測電壓經電容C7電阻Rll濾波，電阻R9、R10限流接入接口管Q5、Q6控制振蕩管Q3、Q4及 Q1、Q2。當燈管接觸不良或燈負載短路產生大電流，過載檢測電壓使Q5、Q6飽和導通，振蕩管Q3、Q4及Q1、Q2截止停振，起保護作用?？焖倩謴投O管VD1、VD2和VD1、VD2保護振蕩
管免受高反壓擊穿。橋式振蕩器由PNP、NPN三極管兩個互補對稱阻容交叉耦合推挽振蕩互耦合成，阻容交叉耦合推挽振蕩實際是輸出輸入直接相連兩級LC選頻放大器，大功率振蕩管Q3、Q4和 Q1、Q2導通角為90度交替工作，輸出電流為半余弦波脈沖，振蕩十分強烈，經諧振回路衰減諧波，集電極電流相位相反三階和高階奇次諧波為零，偶次諧波相互抵消，使燈負載輸出為純正弦波。不僅高效，振蕩電路互補串饋供電，電源電壓高電流小，降低功耗增大輸出功率。通用大功率三極管構成橋振蕩要求更大輸出功率，例如匹配250W燈負載時，僅幾只器件直接并聯運用不能令人滿意，采用四個橋振蕩功率合成效果明顯，輸出功率疊加能滿足技術要求，通過兩個相加耦合器分別將四橋振蕩輸出功率相互反相激勵功率合成，又將兩個相加耦合器輸出電流變換加倍總和送到第三個相加耦合器功率合成，升壓引燃大功率燈管發(fā)光。三個平衡電阻R12、R13和R14在功率合成的兩個電流相等時無功率損耗。圖4，調頻信號發(fā)生器由運算放大器Al為多諧振蕩器，偏置電阻R15、R16和負反饋 Rl7、R18取值相同，電容C8充、放電時間相同，輸出對稱方波，經運算放大器A2與電阻R19、 R20、R21和電容C9、ClO組成負反饋式RC單T選頻網絡有源帶通濾波器濾除高次諧波，輸出低頻正弦波接入四個橋式振蕩器接口管Q5、Q6，由振蕩管Q3、Q4極間電容調制振蕩頻率， 低頻正弦波圍繞注入鎖定中心頻率不斷變化，燈電弧無法形成駐波共振點，避免“聲共振” 燈光閃爍。圖5，燈管電路在啟動開燈的瞬間第三相加耦合器6c功率合成輸出高壓由電容 C11、電阻R22對電容C12充電使雙向觸發(fā)二極管VD6導通，進而觸發(fā)雙向可控硅VSl門極使其導通，電流經限流電阻R23、放電電容C13和脈沖點火初級線圈L4，感應到次級線圈L5 升壓成高壓脈沖，點火觸發(fā)高壓鈉燈G氣體擊穿導通，使高壓鈉燈啟動引燃發(fā)光。圖6，太陽能電源過壓檢測控制器Ib當蓄電池E電壓高于穩(wěn)壓二極管VD7基準電壓時，A3輸出為低電平，三極管Q7驅動繼電器Jl釋放Jl-I常閉觸點切斷充電回路，保護蓄電池E過壓充電，蓄電池E電壓隨著照明耗電下降低于VD7基準電壓時，A3反相輸入電位低于同相基準電壓，輸出為高電平，繼電器Jl吸合Jl-I常閉觸點接通充電回路。欠壓檢測控制器Ic當蓄電池E電壓低于穩(wěn)壓二極管VD9基準電壓時，A4輸出為低電平，三極管Q8驅動繼電器J2釋放J2-1常開觸點切斷放電回路，保護蓄電池E欠壓放電，蓄電池E隨著充電電壓上升高于VD9基準電壓時，A4同相輸入電位高于反相基準電壓，輸出為高電平，繼電器J2 吸合J2-1常開觸點接通放電回路。電阻R24、R25、R26和R29、R30、R31及電位器RP1、RP2 分壓分別接入運算放大器同相和反相輸入端。調整運算放大器電壓負反饋電阻R27、R32和電位器RP1、RP2達到切換門限值。電阻R28、R33限流作用。
二極管VDll防蓄電池反充電，利用單向導電避免太陽能電池陣列Ia晚間或下雨天不發(fā)電時或出現短路時蓄電池E向太陽能電池陣列Ia放電。二極管VD12防反接，當蓄電池E極性接反時導通，產生大電流將熔絲F快速熔斷，起到防護作用。二極管VD8、VDlO 吸收繼電器J1、J2線圈反向電勢，防護擊穿三極管Q7、Q8。電壓配接器Id內置電源退耦濾波器連接四個橋式振蕩器5和調頻信號發(fā)生器4電源端。實施例太陽能電源電壓60V，四橋振蕩頻率56KHZ，經低頻信號170HZ，調頻偏移 2. 5KHZ抑制燈光閃爍，輸出功率匹配250W高壓鈉燈，逆變效率83%，振蕩管散熱器溫升 40°C低于，燈光穩(wěn)定不閃。
權利要求1.一種太陽能電源四橋振蕩高壓鈉燈，包括由太陽能電池陣列、過壓檢測控制器、欠壓檢測控制器、電壓配接器、蓄電池組成太陽能電源和逆變器與高壓鈉燈管，其特征在于 還包括逆變器由調頻信號發(fā)生器、四個橋式振蕩器、三個相加耦合器、燈管電路及過載檢測保護電路組成，三個相加耦合器分為第一相加耦合器、第二相加耦合器和第三相加耦合器， 四個橋式振蕩器分為橋式振蕩器(5a)、橋式振蕩器(5b)和橋式振蕩器(5c)、橋式振蕩器 (5d)，分別由鐵氧體磁性變壓器(Tl)、(T2)和(T3)、(T4)初級電感并聯電容為諧振回路，諧振回路兩端分別并接兩個PNP大功率振蕩管集電極和兩個NPN大功率振蕩管集電極，兩個 PNP大功率振蕩管發(fā)射極接太陽能電源正極，兩個NPN大功率振蕩管發(fā)射極接地，四個大功率振蕩管集電極與發(fā)射極之間并聯快速恢復二極管，諧振回路兩端還并聯交叉耦合對管到基極電阻靜態(tài)偏置和電容正反饋構成橋式振蕩器，兩個NPN大功率振蕩管基極并接控制信號接口管集電極，接口管基極、集電極接電壓負反饋偏置電阻，發(fā)射極接地，調頻信號發(fā)生器輸出信號經耦合電容、電阻接入個四橋式振蕩器接口管，由振蕩管極間電容調制振蕩頻率抑制燈光閃爍，橋式振蕩器(5a)和橋式振蕩器(5b)輸出功率分別由鐵氧體磁性變壓器 (T1)、(T2)次級電感反相接入第一相加耦合器初級電感一階功率合成，橋式振蕩器(5c)和橋式振蕩器(5d)輸出功率分別由鐵氧體磁性變壓器(T3)、(T4)次級電感反相接入第二相加耦合器初級電感一階功率合成，第一相加耦合器和第二相加耦合器次級電感反相接入第三相加耦合器初級電感二階功率合成，第三相加耦合器次級電感升壓接入燈管電路，過載檢測保護電路由燈負載電流經磁環(huán)電感感生電壓二極管檢波，檢測電壓接入接口管控制振蕩管，調頻信號發(fā)生器電源端接入太陽能電源。
2.根據權利要求1所述的太陽能電源四橋振蕩高壓鈉燈，其特征在于調頻信號發(fā)生器由運算放大器Al、A2與電阻、電容構成自激多諧振蕩器和有源帶通濾波器，Al偏置電阻和反饋電阻取值相同，電容充放電時間相同，構成對稱翻轉的自激多諧振蕩器，A2由電阻、 電容RC單T選頻網絡構成負反饋式有源帶通濾波器，Al輸出信號經A2有源帶通濾波接入四個橋式振蕩器接口管，由振蕩管極間電容調制振蕩頻率抑制燈光閃爍。
3.根據權利要求1所述的太陽能電源四橋振蕩高壓鈉燈，其特征在于燈管電路由電容串接燈管接入第三相加耦合器次級電感，并經限流電阻接雙向可控硅陽極，另由電阻對電容充電連接雙向觸發(fā)二極管觸發(fā)雙向可控硅門極，雙向可控硅陽極和陰極并接在與放電電容串聯的脈沖點火變壓器初級線圈，脈沖點火次級線圈接燈管，雙向可控硅陰極、充電電容和脈沖點火線圈初級、次級連接點接入第三相加耦合器次級電感接地端。
4.根據權利要求1所述的太陽能電源四橋振蕩高壓鈉燈，其特征在于太陽能電源過壓檢測控制器由運算放大器A3同相輸入端接穩(wěn)壓二極管基準電壓，反相輸入端接蓄電池電壓，輸出經三極管電流放大接繼電器線圈，常閉觸點切換太陽能電池陣列充電過壓控制； 欠壓檢測控制器由運算放大器A4反相輸入端接穩(wěn)壓二極管基準電壓，同相輸入端接蓄電池電壓，輸出經三極管電流放大接繼電器線圈，常開觸點切換太陽能電池陣列放電欠壓控制。
專利摘要本實用新型涉及電子技術領域，是一種太陽能電源四橋振蕩高壓鈉燈。包括由太陽能電池陣列、過壓檢測控制器、欠壓檢測控制器、電壓配接器、蓄電池組成太陽能電源和逆變器與燈管，還包括逆變器由調頻信號發(fā)生器、四個橋式振蕩器，三個相加耦合器、燈管電路及過載檢測保護電路組成，四橋振蕩功率合成調頻抑制“聲共振”燈光閃爍，輸出功率接入燈管電路產生高光效，本實用新型電路獨特、高效，廣泛用于汽車、船只無交流市電或供電不便的場合大功率高壓鈉燈照明。
文檔編號H02M7/5387GK202050584SQ20112011024
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月3日 優(yōu)先權日2011年4月3日
發(fā)明者阮樹成 申請人:阮樹成