太陽能電源雙半橋注入鎖相功率合成金鹵燈的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電光源照明【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種太陽能電源雙半橋注入鎖相功率合成金鹵燈。兩個(gè)自振蕩芯片4、6的RC振蕩器共接電阻R3、電容C5同步振蕩，自振蕩芯片4及半橋逆變器A輸出功率變壓器T1與自振蕩芯片6及半橋逆變器B輸出功率變壓器T2反相饋入相加耦合器，功率合成、升壓饋送燈管觸發(fā)電路引燃金鹵燈啟輝，基準(zhǔn)晶振信號(hào)經(jīng)分頻器注入兩個(gè)自振蕩芯片4、6的RC振蕩器鎖定相位，獲取大功率照明避免器件溫升過高振蕩頻率變化功率失衡燈光下降，調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器三角波信號(hào)接入兩個(gè)自振蕩芯片4、6的RC振蕩器調(diào)頻抑制燈光閃爍。本發(fā)明適用于太陽能電源大功率金鹵燈照明場(chǎng)合。
【專利說明】太陽能電源雙半橋注入鎖相功率合成金鹵燈

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電光源照明【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種太陽能電源雙半橋注入鎖相功率合 成金鹵燈。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)電子鎮(zhèn)流器通用LC或RC振蕩器作為金鹵燈電光源，產(chǎn)生的振蕩頻率受 溫度變化穩(wěn)定性差影響功率不夠穩(wěn)定，導(dǎo)致光強(qiáng)下降，雖然結(jié)構(gòu)簡便，成本低。但要得到大 功率照明勢(shì)必增大器件電流，使振蕩功率管功耗劇增溫升過高振蕩頻率變化，結(jié)果會(huì)使燈 光隨頻率變化功率幅值失衡。同時(shí)，大電流通過線圈溫升高磁性導(dǎo)磁率下降，磁飽和電感量 變小阻抗趨向零，燈具工作時(shí)間與溫升正比，溫升高加速器件老化，輕則燈管發(fā)光不穩(wěn)定亮 度下降，重則燒壞器件縮短使用壽命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供太陽能電源供電，逆變振蕩高穩(wěn)頻相位同步的一種太陽能電 源雙半橋注入鎖相功率合成金鹵燈。
[0004] 本發(fā)明技術(shù)解決方案為：包括太陽能電源、金鹵燈管、基準(zhǔn)晶振、分頻器、兩個(gè)自 振蕩芯片、半橋逆變器A、半橋逆變器B、相加耦合器、調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器、燈管觸發(fā)電路、燈管 異常電流檢測(cè)器，其中，基準(zhǔn)晶振由石英晶體諧振器、兩個(gè)反相器及電阻、電容組成，第一個(gè) 反相器輸入與輸出兩端跨接偏置電阻，并分別并接接地電容，同時(shí)，還跨接串聯(lián)微調(diào)電容的 石英晶體諧振器，基準(zhǔn)晶振輸出信號(hào)經(jīng)第二個(gè)反相器接入分頻器，自振蕩芯片內(nèi)含RC振蕩 器、半橋逆變驅(qū)動(dòng)電路，兩個(gè)自振蕩芯片RC振蕩器共接電阻R 3、電容C5同步振蕩，輸出分別 經(jīng)半橋逆變驅(qū)動(dòng)電路連接均由兩個(gè)功率M0S場(chǎng)效應(yīng)管互補(bǔ)組成的半橋逆變器A、半橋逆變 器B，自振蕩芯片及半橋逆變器A輸出功率變壓器?\與自振蕩芯片及半橋逆變器B輸出功 率變壓器1~ 2反相饋入相加耦合器，功率合成饋送燈管觸發(fā)電路金鹵燈啟輝，基準(zhǔn)晶振信號(hào) 經(jīng)分頻器注入兩個(gè)自振蕩芯片RC振蕩器C T端鎖定相位，調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器三角波信號(hào)接入 兩個(gè)自振蕩芯片RC振蕩器RT端調(diào)頻抑制燈光閃爍，燈管異常電流檢測(cè)器信號(hào)經(jīng)電阻分壓、 三極管放大接入兩個(gè)自振蕩芯片RC振蕩器C T端控制振蕩快速關(guān)斷，太陽能電源接入基準(zhǔn) 晶振、分頻器、調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器、自振蕩芯片及半橋逆變器A和自振蕩芯片及半橋逆變器B 的電源端；
[0005] 其中，調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器由兩個(gè)反相器I(V3、I(V4與電阻R n、R12、電容C13組成低頻 方波振蕩器，經(jīng)反相器I(V5隔離由電阻R 13、R14、C14積分成三角波，接入兩個(gè)自振蕩芯片RT 端調(diào)頻抑制燈光閃爍；
[0006] 燈管觸發(fā)電路由燈管一端經(jīng)電容C1(l接入相加耦合器T3電感L 6，同時(shí)并接串聯(lián)雙 向觸發(fā)二極管VD4、電感L7的電容Cn，電感L 7并接脈沖點(diǎn)火變壓器T4電感L8與穩(wěn)壓二極管 VD5、VD6，脈沖點(diǎn)火變壓器T4電感L8、L 9、穩(wěn)壓二極管VD5、VD6穿過燈異常檢測(cè)磁環(huán)電感L1Q接 地，燈管另一端接脈沖點(diǎn)火變壓器T 4電感L9，燈異常檢測(cè)磁環(huán)電感L1(l電壓經(jīng)二極管￥07檢 波，電容C12電阻R1(l濾波，經(jīng)電阻R7、R8分壓接三極管VI\觸發(fā)兩個(gè)自振蕩芯片C T端關(guān)閉RC 振蕩器保護(hù)功率管；
[0007] 太陽能電源由光伏電池板Ei輸出串聯(lián)阻塞二極管VD8、繼電器觸點(diǎn)J-1連接蓄電 池 E2和接有開關(guān)S的金鹵燈DW，蓄電池 E2過壓控制取樣電阻RpRPi、!^接入時(shí)基芯片IC4 高電平觸發(fā)端TH，欠壓控制取樣電阻R17、RP2、R18接入低電平觸發(fā)端TL，時(shí)基芯片IC 4輸出 接繼電器，蓄電池串入快速熔絲F，并接防反接二極管VD9。
[0008] 本發(fā)明產(chǎn)生積極效果：解決太陽能電源雙半橋逆變振蕩高穩(wěn)頻、相位同步功率合 成，達(dá)到單個(gè)自振蕩半橋逆變器難以得到的大功率金鹵燈照明，避免器件溫升高振蕩頻率 變化功率失衡，穩(wěn)定燈光延長使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1本發(fā)明技術(shù)方案原理框圖
[0010] 圖2基準(zhǔn)晶振電路
[0011] 圖3太陽能電源雙半橋注入鎖相功率合成金鹵燈電路
[0012] 圖4太陽能電源電路

【具體實(shí)施方式】
[0013] 參照?qǐng)D1、2、3、4(圖3以自振蕩芯片及半橋逆變器A電路為例、自振蕩芯片及半橋 逆變器B相同），本發(fā)明【具體實(shí)施方式】和實(shí)施例：包括太陽能電源1、金鹵燈管11、基準(zhǔn)晶振 2、分頻器3、自振蕩芯片4、6,半橋逆變器A5、半橋逆變器B7、相加耦合器8、調(diào)頻信號(hào)發(fā)生 器9、燈管觸發(fā)電路10、燈管異常電流檢測(cè)器12,其中，基準(zhǔn)晶振2由石英晶體諧振器JT、兩 個(gè)反相器IC^、I(V2及電阻Ri、電容〇!、Cp C2組成，第一個(gè)反相器ICk輸入與輸出兩端跨 接偏置電阻Ri，并分別并接接地電容Ci、C2，同時(shí)，還跨接串聯(lián)微調(diào)電容Q的石英晶體諧振 器JT，基準(zhǔn)晶振2輸出信號(hào)經(jīng)第二個(gè)反相器ICi_ 2接入分頻器3,自振蕩芯片IC3IR2153內(nèi)含 RC振蕩器、半橋逆變驅(qū)動(dòng)電路，兩個(gè)自振蕩芯片4、6的RC振蕩器共接電阻R3、電容C5同步 振蕩，輸出分別經(jīng)半橋逆變驅(qū)動(dòng)電路連接均由兩個(gè)功率M0S場(chǎng)效應(yīng)管％、〇 2互補(bǔ)組成的半橋 逆變器A5、半橋逆變器B7,自振蕩芯片4及半橋逆變器A5輸出功率變壓器1\與自振蕩芯 片6及半橋逆變器B7輸出功率變壓器T 2反相饋入相加耦合器8,功率合成饋送燈管觸發(fā)電 路10引燃金鹵燈管11啟輝，基準(zhǔn)晶振2經(jīng)分頻器3分頻+Ν基準(zhǔn)信號(hào)4電容C 4、C5分壓 注入兩個(gè)自振蕩芯片4、6的RC振蕩器CT端鎖定相位，調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器9三角波信號(hào)接入 兩個(gè)自振蕩芯片4、6的RC振蕩器R T端調(diào)頻抑制燈光閃爍，燈管異常電流檢測(cè)器12信號(hào)經(jīng) 電阻R7、R8分壓、三極管放大接入兩個(gè)自振蕩芯片4、6的RC振蕩器C T端控制振蕩快速 關(guān)斷保護(hù)功率管，太陽能電源1接入基準(zhǔn)晶振2、分頻器3、調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器9、自振蕩芯片4 及半橋逆變器A5和自振蕩芯片6及半橋逆變器B7的電源端+V。
[0014] IC3引腳符號(hào)功能：Vrc芯片低壓電源端，VB驅(qū)動(dòng)器浮置電源，H0驅(qū)動(dòng)％柵極，L0驅(qū) 動(dòng)Q 2柵極，Vs浮置電源回歸，RT接振蕩定時(shí)電阻，CT接振蕩定時(shí)電容，0CM功率信號(hào)接地。
[0015] IC4引腳符號(hào)功能：V。。電源端，TL低電平觸發(fā)，TH高電平觸發(fā)，VMK復(fù)位，Vc電壓控 制，D IS放電端，V。輸出端，GND接地。
[0016] 自振蕩芯片IC3由電阻R2、電容C3將太陽能電源降壓提供產(chǎn)生振蕩，驅(qū)動(dòng)半橋功率 MOS管％、Q2，使之輪流導(dǎo)通/截止，此時(shí)逆變器中點(diǎn)輸出方波電壓經(jīng)電阻R6、電容C 7、二極 管VD2、VD3整流對(duì)電容C3充電，轉(zhuǎn)換提供自振蕩芯片IC4電源，轉(zhuǎn)換后電阻馬停止供電，降 低功耗。二極管VDi對(duì)電容C 6自舉充電，浮置供電驅(qū)動(dòng)半橋逆變器減少功耗。
[0017] 兩個(gè)逆變器功率合成拖動(dòng)大功率燈具，擴(kuò)容可靠，但兩個(gè)自振蕩芯片振蕩電壓相 位應(yīng)一致，以消除非線性互調(diào)功率不均衡，獲取穩(wěn)定的輸出功率。為此，引入注入鎖相解決 功率合成相位同步技術(shù)。
[0018] 注入鎖相無需壓控調(diào)諧、鑒相器、環(huán)路濾波器，電路簡單性能優(yōu)越，附加成本低。注 入鎖相本質(zhì)上與環(huán)路鎖相沒差別，只是結(jié)構(gòu)和工作過程不同，適于功率合成大功率燈具穩(wěn) 定振蕩頻率相位同步，穩(wěn)定輸出功率避免器件溫升過高功率失衡，延長使用壽命。
[0019] 基準(zhǔn)晶振石英諧振器品質(zhì)因數(shù)高，頻率受溫度變化極小，高度穩(wěn)定作基準(zhǔn)參考精 確?；鶞?zhǔn)信號(hào)經(jīng)分頻注入自振蕩芯片C T端鎖定相位。未注入基準(zhǔn)信號(hào)自振蕩芯片RC振蕩 器產(chǎn)生自由振蕩頻率，注入基準(zhǔn)信號(hào)RC振蕩電壓與其矢量合成，通過自振蕩芯片非線性變 頻鎖定相位，振蕩信號(hào)與注入基準(zhǔn)信號(hào)僅有一個(gè)固定的相位差。同步帶寬與注入功率正比， 與RC振蕩器有載Q值反比，由于基準(zhǔn)信號(hào)注入RC振蕩器的輸入端，增益高，小功率鎖定。兩 個(gè)自振蕩芯片的RC振蕩器共接電阻R 3、電容C5同步振蕩，鎖定時(shí)間快。
[0020] 由于注入基準(zhǔn)頻率是鎖定振蕩頻率的整數(shù)倍，或振蕩頻率是基準(zhǔn)頻率的整數(shù)倍， 基準(zhǔn)信號(hào)分頻注入選配較高頻率的高穩(wěn)頻特性石英諧振器，易于鎖定數(shù)十至數(shù)百千赫LC 或RC振蕩器。分頻器IC2二進(jìn)制或十進(jìn)制計(jì)數(shù)分頻。
[0021] 相加耦合器τ3電感L5將兩個(gè)推挽輸出功率變壓器1\、T 2電感L2、L4反相激勵(lì)電 流疊加，相位差180°低次諧波相互抵消，輸出電流變換加倍總和送到燈負(fù)載，輸入電壓、頻 率、相位及負(fù)載相同，電流相等均衡電阻r 9無功率損耗。
[0022] 調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器由兩個(gè)反相器ICn ICh產(chǎn)生低頻方波信號(hào)，經(jīng)反相器ICh緩沖 隔離電阻R13、R14電容C 14積分成三角波調(diào)制自振蕩芯片RC振蕩器振蕩頻率，低頻三角波信 號(hào)圍繞基準(zhǔn)晶振注鎖中心頻率周期變化，消除燈管電弧駐波聲共振點(diǎn)，抑制閃爍穩(wěn)定燈光。
[0023] 燈管觸發(fā)電路由高頻電壓對(duì)電容Cn充電，當(dāng)電壓充至雙向觸發(fā)二極管VD4導(dǎo)通， 電流經(jīng)電感L 7、脈沖點(diǎn)火變壓器T4電感L8，由電感L9感生高壓脈沖，觸發(fā)金鹵燈管G氣體導(dǎo) 通啟輝。燈管啟輝后，VD 4不再產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。穩(wěn)壓二極管VD5、VD6，限止點(diǎn)火電壓。
[0024] 燈異常檢測(cè)由燈電流互感磁環(huán)電感L1(l電壓二極管VD7檢波、電容C 12、電阻R1(l濾 波，經(jīng)電阻R7、R8分壓，三極管VI\放大觸發(fā)兩個(gè)自振蕩芯片RC振蕩器C T端，使芯片內(nèi)部比 較器電壓降低到Vrc/6以下，迅速停振快速關(guān)斷逆變器功率管，以免受損。
[0025] 太陽能電源欠壓控制，蓄電池電壓低于時(shí)基芯片IC4555低電平觸發(fā)端TL取樣 1/3^。時(shí)，時(shí)基芯片置位，繼電器J吸合，觸點(diǎn)J-1接通蓄電池充電，當(dāng)蓄電池電壓充足，過 壓控制電壓高于高電平觸發(fā)端HL取樣2/3V。。，時(shí)基芯片復(fù)位，繼電器釋放觸點(diǎn)J-1，切斷太 陽能電池對(duì)蓄電池過壓充電。隨著燈具DW照明消耗電能蓄電池電壓降低到置位電壓，太陽 能電池恢復(fù)充電，使蓄電池電壓保持在照明所需值，開關(guān)S控制燈具照明。
[0026] 阻塞二極管VD8單向?qū)щ姺乐剐铍姵貙?duì)太陽能電池反充電，二極管VD9當(dāng)蓄電池反 接導(dǎo)通短路，快速燒斷熔絲F保護(hù)蓄電池。電容C 16、C17去耦，電阻R19、電容C18、穩(wěn)壓二極管 VD1Q供時(shí)基芯片電源。二極管VDn抑制繼電器J吸合、釋放產(chǎn)生的反向電壓，防護(hù)時(shí)基芯片 IC4受損。
[0027] 實(shí)施例太陽能電源285V，雙半橋逆變器電流0. 6A，驅(qū)動(dòng)150W金鹵燈管，效率87 %， 逆變電流小功耗低，燈光穩(wěn)定。適于太陽能電源大功率金鹵燈照明場(chǎng)合。
【權(quán)利要求】
1. 一種太陽能電源雙半橋注入鎖相功率合成金鹵燈，包括太陽能電源、金鹵燈管，其特 征在于：還包括基準(zhǔn)晶振、分頻器、兩個(gè)自振蕩芯片、半橋逆變器A、半橋逆變器B、相加耦合 器、調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器、燈管觸發(fā)電路，燈管異常電流檢測(cè)器，其中，基準(zhǔn)晶振由石英晶體諧振 器、兩個(gè)反相器及電阻、電容組成，第一個(gè)反相器輸入與輸出兩端跨接偏置電阻，并分別并 接接地電容，同時(shí)，還跨接串聯(lián)微調(diào)電容的石英晶體諧振器，基準(zhǔn)晶振輸出信號(hào)經(jīng)第二個(gè)反 相器接入分頻器，自振蕩芯片內(nèi)含RC振蕩器、半橋逆變驅(qū)動(dòng)電路，兩個(gè)自振蕩芯片RC振蕩 器共接電阻R 3、電容C5同步振蕩，輸出分別經(jīng)半橋逆變驅(qū)動(dòng)電路連接均由兩個(gè)功率MOS場(chǎng) 效應(yīng)管互補(bǔ)組成的半橋逆變器A、半橋逆變器B，自振蕩芯片及半橋逆變器A輸出功率變壓 器?\與自振蕩芯片及半橋逆變器B輸出功率變壓器T 2反相饋入相加耦合器，功率合成饋送 燈管觸發(fā)電路金鹵燈啟輝，基準(zhǔn)晶振信號(hào)經(jīng)分頻器注入兩個(gè)自振蕩芯片RC振蕩器C T端鎖 定相位，調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器三角波信號(hào)接入兩個(gè)自振蕩芯片RC振蕩器RT端調(diào)頻抑制燈光閃 爍，燈管異常電流檢測(cè)器信號(hào)經(jīng)電阻分壓、三極管放大接兩個(gè)自振蕩芯片RC振蕩器C T端控 制振蕩快速關(guān)斷，太陽能電源接入基準(zhǔn)晶振、分頻器、調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器、自振蕩芯片及半橋 逆變器A、自振蕩芯片及半橋逆變器B的電源端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電源雙半橋注入鎖相功率合成金鹵燈，其特征在于： 調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器由兩個(gè)反相器ICn ICh與電阻Rn、R12、電容C13組成低頻方波振蕩器，經(jīng) 反相器I(V 5隔離由電阻R13、R14、C14積分成三角波，接入兩個(gè)自振蕩芯片R T端調(diào)頻抑制燈光 閃爍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電源雙半橋注入鎖相功率合成金鹵燈，其特征在于： 燈管觸發(fā)電路由燈管一端經(jīng)電容C1(l接入相加耦合器T3電感L6，同時(shí)并接串聯(lián)雙向觸發(fā)二 極管vd 4、電感l(wèi)7的電容cn，電感l(wèi)7并接脈沖點(diǎn)火變壓器τ 4電感l(wèi)8與穩(wěn)壓二極管vd5、vd6， 脈沖點(diǎn)火變壓器τ 4電感L8、L9、穩(wěn)壓二極管VD5、VD6穿過燈異常檢測(cè)磁環(huán)電感L 1(l接地，燈管 另一端接脈沖點(diǎn)火變壓器τ4電感L9，燈異常檢測(cè)磁環(huán)電感L 1(l電壓經(jīng)二極管VD7檢波，電容 C12電阻R1Q濾波，經(jīng)電阻R7、R8分壓接三極管VI\觸發(fā)兩個(gè)自振蕩芯片C T端關(guān)閉RC振蕩器 保護(hù)功率管。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電源雙半橋注入鎖相功率合成金鹵燈，其特征在于： 太陽能電源由光伏電池板Ei輸出串聯(lián)阻塞二極管VD8、繼電器觸點(diǎn)J-1連接蓄電池 E2和接 有開關(guān)S的金鹵燈DW，蓄電池 E2過壓控制取樣電阻RyRPi、!^接入時(shí)基芯片IC4高電平觸 發(fā)端TH，欠壓控制取樣電阻R 17、RP2、R18接入低電平觸發(fā)端TL，時(shí)基芯片IC4輸出接繼電器， 蓄電池串入快速熔絲F，并接防反接二極管VD 9。
【文檔編號(hào)】H05B41/285GK104105301SQ201310160047
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月15日
【發(fā)明者】阮樹成, 張根清 申請(qǐng)人:張根清