太阳能电源双半桥注入锁相功率合成金卤灯的制作方法
【专利摘要】本发明涉及电光源照明【技术领域】，具体是一种太阳能电源双半桥注入锁相功率合成金卤灯。两个自振荡芯片4、6的RC振荡器共接电阻R3、电容C5同步振荡，自振荡芯片4及半桥逆变器A输出功率变压器T1与自振荡芯片6及半桥逆变器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引燃金卤灯启辉，基准晶振信号经分频器注入两个自振荡芯片4、6的RC振荡器锁定相位，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的RC振荡器调频抑制灯光闪烁。本发明适用于太阳能电源大功率金卤灯照明场合。
【专利说明】太阳能电源双半桥注入锁相功率合成金卤灯
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电光源照明【技术领域】，具体是一种太阳能电源双半桥注入锁相功率合 成金卤灯。
【背景技术】
[0002] 现有技术电子镇流器通用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，虽然结构简便，成本低。但要得到大 功率照明势必增大器件电流，使振荡功率管功耗剧增温升过高振荡频率变化，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】
[0003] 本发明的目的是提供太阳能电源供电，逆变振荡高稳频相位同步的一种太阳能电 源双半桥注入锁相功率合成金卤灯。
[0004] 本发明技术解决方案为：包括太阳能电源、金卤灯管、基准晶振、分频器、两个自 振荡芯片、半桥逆变器A、半桥逆变器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RC振荡 器、半桥逆变驱动电路，两个自振荡芯片RC振荡器共接电阻R 3、电容C5同步振荡，输出分别 经半桥逆变驱动电路连接均由两个功率M0S场效应管互补组成的半桥逆变器A、半桥逆变 器B，自振荡芯片及半桥逆变器A输出功率变压器?\与自振荡芯片及半桥逆变器B输出功 率变压器1~ 2反相馈入相加耦合器，功率合成馈送灯管触发电路金卤灯启辉，基准晶振信号 经分频器注入两个自振荡芯片RC振荡器C T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振荡器RT端调频抑制灯光闪烁，灯管异常电流检测器信号经电阻分压、 三极管放大接入两个自振荡芯片RC振荡器C T端控制振荡快速关断，太阳能电源接入基准 晶振、分频器、调频信号发生器、自振荡芯片及半桥逆变器A和自振荡芯片及半桥逆变器B 的电源端；
[0005] 其中，调频信号发生器由两个反相器I(V3、I(V4与电阻R n、R12、电容C13组成低频 方波振荡器，经反相器I(V5隔离由电阻R 13、R14、C14积分成三角波，接入两个自振荡芯片RT 端调频抑制灯光闪烁；
[0006] 灯管触发电路由灯管一端经电容C1(l接入相加耦合器T3电感L 6，同时并接串联双 向触发二极管VD4、电感L7的电容Cn，电感L 7并接脉冲点火变压器T4电感L8与稳压二极管 VD5、VD6，脉冲点火变压器T4电感L8、L 9、稳压二极管VD5、VD6穿过灯异常检测磁环电感L1Q接 地，灯管另一端接脉冲点火变压器T 4电感L9，灯异常检测磁环电感L1(l电压经二极管￥07检 波，电容C12电阻R1(l滤波，经电阻R7、R8分压接三极管VI\触发两个自振荡芯片C T端关闭RC 振荡器保护功率管；
[0007] 太阳能电源由光伏电池板Ei输出串联阻塞二极管VD8、继电器触点J-1连接蓄电 池 E2和接有开关S的金卤灯DW，蓄电池 E2过压控制取样电阻RpRPi、!^接入时基芯片IC4 高电平触发端TH，欠压控制取样电阻R17、RP2、R18接入低电平触发端TL，时基芯片IC 4输出 接继电器，蓄电池串入快速熔丝F，并接防反接二极管VD9。
[0008] 本发明产生积极效果：解决太阳能电源双半桥逆变振荡高稳频、相位同步功率合 成，达到单个自振荡半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。
【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太阳能电源双半桥注入锁相功率合成金卤灯电路
[0012] 图4太阳能电源电路
【具体实施方式】
[0013] 参照图1、2、3、4(图3以自振荡芯片及半桥逆变器A电路为例、自振荡芯片及半桥 逆变器B相同），本发明【具体实施方式】和实施例：包括太阳能电源1、金卤灯管11、基准晶振 2、分频器3、自振荡芯片4、6,半桥逆变器A5、半桥逆变器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^、I(V2及电阻Ri、电容〇!、Cp C2组成，第一个反相器ICk输入与输出两端跨 接偏置电阻Ri，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ICi_ 2接入分频器3,自振荡芯片IC3IR2153内含 RC振荡器、半桥逆变驱动电路，两个自振荡芯片4、6的RC振荡器共接电阻R3、电容C5同步 振荡，输出分别经半桥逆变驱动电路连接均由两个功率M0S场效应管％、〇 2互补组成的半桥 逆变器A5、半桥逆变器B7,自振荡芯片4及半桥逆变器A5输出功率变压器1\与自振荡芯 片6及半桥逆变器B7输出功率变压器T 2反相馈入相加耦合器8,功率合成馈送灯管触发电 路10引燃金卤灯管11启辉，基准晶振2经分频器3分频+Ν基准信号4电容C 4、C5分压 注入两个自振荡芯片4、6的RC振荡器CT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振荡器R T端调频抑制灯光闪烁，灯管异常电流检测器12信号经 电阻R7、R8分压、三极管放大接入两个自振荡芯片4、6的RC振荡器C T端控制振荡快速 关断保护功率管，太阳能电源1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 及半桥逆变器A5和自振荡芯片6及半桥逆变器B7的电源端+V。
[0014] IC3引脚符号功能：Vrc芯片低压电源端，VB驱动器浮置电源，H0驱动％栅极，L0驱 动Q 2栅极，Vs浮置电源回归，RT接振荡定时电阻，CT接振荡定时电容，0CM功率信号接地。
[0015] IC4引脚符号功能：V。。电源端，TL低电平触发，TH高电平触发，VMK复位，Vc电压控 制，D IS放电端，V。输出端，GND接地。
[0016] 自振荡芯片IC3由电阻R2、电容C3将太阳能电源降压提供产生振荡，驱动半桥功率 MOS管％、Q2，使之轮流导通/截止，此时逆变器中点输出方波电压经电阻R6、电容C 7、二极 管VD2、VD3整流对电容C3充电，转换提供自振荡芯片IC4电源，转换后电阻馬停止供电，降 低功耗。二极管VDi对电容C 6自举充电，浮置供电驱动半桥逆变器减少功耗。
[0017] 两个逆变器功率合成拖动大功率灯具，扩容可靠，但两个自振荡芯片振荡电压相 位应一致，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。
[0018] 注入锁相无需压控调谐、鉴相器、环路滤波器，电路简单性能优越，附加成本低。注 入锁相本质上与环路锁相没差别，只是结构和工作过程不同，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，延长使用寿命。
[0019] 基准晶振石英谐振器品质因数高，频率受温度变化极小，高度稳定作基准参考精 确。基准信号经分频注入自振荡芯片C T端锁定相位。未注入基准信号自振荡芯片RC振荡 器产生自由振荡频率，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 个自振荡芯片的RC振荡器共接电阻R 3、电容C5同步振荡，锁定时间快。
[0020] 由于注入基准频率是锁定振荡频率的整数倍，或振荡频率是基准频率的整数倍， 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，易于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分频。
[0021] 相加耦合器τ3电感L5将两个推挽输出功率变压器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 9无功率损耗。
[0022] 调频信号发生器由两个反相器ICn ICh产生低频方波信号，经反相器ICh缓冲 隔离电阻R13、R14电容C 14积分成三角波调制自振荡芯片RC振荡器振荡频率，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。
[0023] 灯管触发电路由高频电压对电容Cn充电，当电压充至双向触发二极管VD4导通， 电流经电感L 7、脉冲点火变压器T4电感L8，由电感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，VD 4不再产生触发脉冲。稳压二极管VD5、VD6，限止点火电压。
[0024] 灯异常检测由灯电流互感磁环电感L1(l电压二极管VD7检波、电容C 12、电阻R1(l滤 波，经电阻R7、R8分压，三极管VI\放大触发两个自振荡芯片RC振荡器C T端，使芯片内部比 较器电压降低到Vrc/6以下，迅速停振快速关断逆变器功率管，以免受损。
[0025] 太阳能电源欠压控制，蓄电池电压低于时基芯片IC4555低电平触发端TL取样 1/3^。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。。，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。
[0026] 阻塞二极管VD8单向导电防止蓄电池对太阳能电池反充电，二极管VD9当蓄电池反 接导通短路，快速烧断熔丝F保护蓄电池。电容C 16、C17去耦，电阻R19、电容C18、稳压二极管 VD1Q供时基芯片电源。二极管VDn抑制继电器J吸合、释放产生的反向电压，防护时基芯片 IC4受损。
[0027] 实施例太阳能电源285V，双半桥逆变器电流0. 6A，驱动150W金卤灯管，效率87 %， 逆变电流小功耗低，灯光稳定。适于太阳能电源大功率金卤灯照明场合。
【权利要求】
1. 一种太阳能电源双半桥注入锁相功率合成金卤灯，包括太阳能电源、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、半桥逆变器A、半桥逆变器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RC振荡器、半桥逆变驱动电路，两个自振荡芯片RC振荡 器共接电阻R 3、电容C5同步振荡，输出分别经半桥逆变驱动电路连接均由两个功率MOS场 效应管互补组成的半桥逆变器A、半桥逆变器B，自振荡芯片及半桥逆变器A输出功率变压 器?\与自振荡芯片及半桥逆变器B输出功率变压器T 2反相馈入相加耦合器，功率合成馈送 灯管触发电路金卤灯启辉，基准晶振信号经分频器注入两个自振荡芯片RC振荡器C T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振荡器RT端调频抑制灯光闪 烁，灯管异常电流检测器信号经电阻分压、三极管放大接两个自振荡芯片RC振荡器C T端控 制振荡快速关断，太阳能电源接入基准晶振、分频器、调频信号发生器、自振荡芯片及半桥 逆变器A、自振荡芯片及半桥逆变器B的电源端。
2. 根据权利要求1所述的太阳能电源双半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ICn ICh与电阻Rn、R12、电容C13组成低频方波振荡器，经 反相器I(V 5隔离由电阻R13、R14、C14积分成三角波，接入两个自振荡芯片R T端调频抑制灯光 闪烁。
3. 根据权利要求1所述的太阳能电源双半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C1(l接入相加耦合器T3电感L6，同时并接串联双向触发二 极管vd 4、电感l7的电容cn，电感l7并接脉冲点火变压器τ 4电感l8与稳压二极管vd5、vd6， 脉冲点火变压器τ 4电感L8、L9、稳压二极管VD5、VD6穿过灯异常检测磁环电感L 1(l接地，灯管 另一端接脉冲点火变压器τ4电感L9，灯异常检测磁环电感L 1(l电压经二极管VD7检波，电容 C12电阻R1Q滤波，经电阻R7、R8分压接三极管VI\触发两个自振荡芯片C T端关闭RC振荡器 保护功率管。
4. 根据权利要求1所述的太阳能电源双半桥注入锁相功率合成金卤灯，其特征在于： 太阳能电源由光伏电池板Ei输出串联阻塞二极管VD8、继电器触点J-1连接蓄电池 E2和接 有开关S的金卤灯DW，蓄电池 E2过压控制取样电阻RyRPi、!^接入时基芯片IC4高电平触 发端TH，欠压控制取样电阻R 17、RP2、R18接入低电平触发端TL，时基芯片IC4输出接继电器， 蓄电池串入快速熔丝F，并接防反接二极管VD 9。
【文档编号】H05B41/285GK104105301SQ201310160047
【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, 张根清 申请人:张根清