双全桥注入锁相功率合成高压钠灯的制作方法
【专利摘要】本发明涉及电光源照明【技术领域】，具体是一种双全桥注入锁相功率合成高压钠灯。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，功率合成接灯管触发电路启辉灯管，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，调频信号发生器锯齿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。本发明适用于广场、商场等大功率高压钠灯照明场合。
【专利说明】双全桥注入锁相功率合成高压钠灯
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电光源照明【技术领域】，具体是一种双全桥注入锁相功率合成高压钠 灯。
【背景技术】
[0002] 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，要求功率合成振荡电压相位一致，克服非 线性互调功率不均衡。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供逆变振荡高稳频相位同步，大功率强光照明的一种双全桥注 入锁相功率合成高压钠灯。
[0004] 本发明技术解决方案为：包括电源滤波器EMI、整流桥堆、功率因数校正APFC、高 压钠灯管、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 Rn、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M0S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 ?\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，功率合成接灯管 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ΕΧ0端锁定相位，调频信 号发生器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M0S场效 应管，电网电源经电源滤波器ΕΜΙ、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Α和自振荡芯片及全桥逆变器Β的电源 端；
[0005] 其中，调频信号发生器由时基芯片IC6、电阻R17、R 18、R2(I和电容C23多谐振荡，IC6的 DIS端由电阻R19接场管Q5栅极，电容C22接Q5源极电阻R 21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；
[0006] 灯管触发电路由灯管一端经脉冲点火变压器T4电感L8、电容C 19接相加耦合器T3 电感L6，同时电容C19还并接电阻R24, T4电感L7接接地电容C2(l，双向触发二极管VD14串联 τ4电感L7接地，直流高压发生器由时基芯片IC6多谐振荡方波接变压器T 5电感L1(l，由电感 Ln升压、二极管VD15整流、电容C25、电阻R22滤波，经电阻R 23接电容C19与T4电感L8接点， 灯管另一端穿过灯异常检测电流互感磁环接地，电感1^ 9接二极管vd13检波、电容c27电阻r15 滤波，经电阻R12、R13分压、三极管VI\接入两个自振荡芯片RC端；
[0007] 功率因数校正APFC由整流桥堆VDp4输出经磁性变压器T6电感L 12接Q5漏极、升 压二极管VD12至电容Cn作为APFC输出，二极管VD n提供Cn预充电，电阻R4接整流桥堆输 出引入芯片IC4电源端，并与T 6电感L14经二极管￥05检波电压为芯片1(；控制门限开启， 电阻R 2、R3接整流桥堆VDp4输出分压取样接入芯片IC4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 IC4输出接Q5栅极，T6电感L13高频电压由二极管VD 6~9整流、二极管VD1Q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。
[0008] 本发明产生积极效果：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。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1本发明技术方案原理框图
[0010] 图2基准晶振电路
[0011] 图3电源滤波整流功率因数校正电路
[0012] 图4双全桥注入锁相功率合成高压钠灯电路
【具体实施方式】
[0013] 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），本发明【具体实施方式】和实施例：包括电源滤波器EMI与整流桥堆13、功 率因数校正APFC1、高压钠灯管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IQ、IC 2及电阻&、电容Q、Q、 C2组成，第一个反相器1(^输入与输出两端跨接偏置电阻&，并分别并接接地电容Ci、C2，同 时，还跨接串联微调电容Q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 2 接入分频器，自振荡芯片IC5UBA2030T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R n、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 M0S场效应管％、Q2、Q3、Q4两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4 及全桥逆变器A5输出功率变压器?\与自振荡芯片6及全桥逆变器B7输出功率变压器T 2 反相馈入相加耦合器8,功率合成接灯管触发电路10灯管11启辉，基准晶振2信号经分频 器3分频+Ν基准信号&注入两个自振荡芯片4、6的ΕΧ0端锁定相位，调频信号发生器9 锯齿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VI\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M0S场效应管，电网电源经电源滤波器EMI与整流桥堆13、功率因数校正APFC1输出电压 +15V接入基准晶振2、分频器3、调频信号发生器9, +560V接入自振荡芯片4及全桥逆变器 A5和自振荡芯片6及全桥逆变器B7的电源端。
[0014] IC4引脚符号功能：V。。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。
[0015] IC5引脚符号功能：HV高压电源，VDD低压电源，RC振荡器输入，ΕΧ0外接振荡器， GHL驱动％，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。
[0016] IC6引脚符号功能：V。。电源，TR低电平触发，TH高电平触发，VMK复位，Vc电压控 制，DIS放电端，V。输出，GND接地。
[0017] 自振荡芯片IC5电源端HV接高压电源，由芯片内部生成低压电源VDD供给产生振 荡，电容C 13滤除纹波，振荡启动自举电容C15充电，浮置供电全桥逆变器对角线功率M0S管 Qp Q4导通，Q2、Q3截止，此时电容C16充电，浮置供电％、Q 4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R 1(l控 制振荡波形死区时间。
[0018] 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。
[0019] 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，适于功率合成大功率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，稳定灯光延长使用寿命。
[0020] 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ΕΧ0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R n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IC 3二进制或十进制计数器分频。
[0021] 相加耦合器T3电感L5将两个全桥输出功率变压器1\、T 2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R 14无功率损耗。
[0022] 灯管触发电路由高频电压通过电容C19、电阻R24 ;与直流高压经电阻R23对电容 充电，当电压充至双向触发二极管VD14导通，电流经脉冲点火变压器T 4电感L7，由电感L8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，VD 14不再产生触发脉冲。
[0023] 调频信号发生器，时基芯片IC6多谐振荡产生低频锅齿波信号，由场管Q5、电容C 22 自举正反馈，电容C23充电，电阻R17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IC 6 产生振荡升压、整流及滤波。
[0024] 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，芯片IC 4L6562、功率M0S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，保障振荡幅值稳定灯光不变。电源滤波器抑制振荡谐波干扰通过电网传输。
[0025] 灯异常检测由灯电流互感磁环电感L9电压二极管VD13检波、电容C 27、电阻R15滤 波，经电阻R12、R13分压，三极管VI\触发两个自振荡芯片SD端，当触发电压4. 5V?VDD高电 平时，迅速停振快速关断全桥逆变器功率管，以免受损。
[0026] 实施例电源AC85?260V，功率因数校正输出DC560V，功率因数0. 98,双全桥逆变 电流0. 52A，点燃250W高压钠灯G，效率86%，逆变电流小功耗低，灯光稳定，启辉自如。
【权利要求】
1. 一种双全桥注入锁相功率合成高压钠灯，包括电源滤波器EMI、整流桥堆、功率因数 校正APFC、高压钠灯管，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R n、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?\与自振荡芯片及全桥逆变器B输出功率变压器T 2 反相馈入相加耦合器，功率合成接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ΕΧΟ端锁定相位，调频信号发生器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ΕΜΙ、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 Α、自振荡芯片及全桥逆变器Β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高压钠灯，其特征在于：调频信号 发生器由时基芯片IC6、电阻R 17、R18、R2(l和电容C23多谐振荡，IC 6的015端由电阻R19接场 管95栅极，电容C22接〇 5源极电阻R21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所述的双全桥注入锁相功率合成高压钠灯，其特征在于：灯管触发 电路由灯管一端经脉冲点火变压器T4电感L 8、电容C19接相加耦合器T3电感L6，同时电容C 19 还并接电阻R24, T4电感L7接接地电容C2(l，双向触发二极管VD14串联T 4电感L7接地，直流 高压发生器由时基芯片IC6多谐振荡方波接变压器T 5电感L1(l，由电感Ln升压、二极管VD15 整流、电容C25、电阻R22滤波，经电阻R23接电容C19与T 4电感L8接点，灯管另一端穿过灯异 常检测电流互感磁环接地，电感l9接二极管vd 13检波、电容c27电阻r15滤波，经电阻r12、r 13 分压、三极管VI\接入两个自振荡芯片RC端。
4. 根据权利要求1所述的双全桥注入锁相功率合成高压钠灯，其特征在于：功率因数 校正APFC由整流桥堆VDp4输出经磁性变压器T 6电感L12接Q5漏极、升压二极管VD12至电 容C n作为APFC输出，二极管VDn提供Cn预充电，电阻R4接整流桥堆输出引入芯片IC 4电 源端，并与T6电感L14经二极管VD5检波电压为芯片IC 4控制门限开启，电阻R2、R3接整流桥 堆VDp4输出分压取样接入芯片IC 4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Q 5源极接地电阻点连接峰值电流检测比较器，芯片IC4输出接Q5栅极， τ6电感L13高频电压由二极管VD6~9整流、二极管VD 1(I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。
【文档编号】H05B41/292GK104105308SQ201310155572
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月15日 优先权日:2013年4月15日
【发明者】阮树成, 梅玉刚 申请人:梅玉刚