CN104105255A - 太阳能电源双半桥注锁发光二极管led阵列灯 - Google Patents
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Abstract
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锁发光二极管LED阵列灯。包括太阳能电源、发光二极管LED阵列灯管、基准晶振、分频器、两个自振荡芯片4、6、半桥逆变器A、半桥逆变器B、相加耦合器、全波整流电路、灯管异常电流检测器，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馈入相加耦合器，功率合成全波整流驱动发光二极管LED阵列灯，基准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。本发明适用于太阳能电源供电的大功率发光二极管LED阵列灯照明。
Description
技术领域
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锁发光二极管LED阵列灯。
背景技术
现有技术电子变压器通用LC或RC振荡器作为发光二极管LED阵列灯光源，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，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，重则烧坏器件缩短使用寿命。
发明内容
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大功率照明的一种太阳能电源双半桥注锁发光二极管LED阵列灯。
本发明技术解决方案为：包括太阳能电源、发光二极管LED阵列灯、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，全波整流电路、灯管电路，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T1与自振荡芯片及半桥逆变器B输出功率变压器T2相加耦合器功率合成，经全波整流电路接灯管电路发光二极管LED阵列灯，基准晶振信号经分频器注入两个自振荡芯片RC振荡器CT端锁定相位，灯管电路异常电流检测信号经电阻分压、三极管放大接两个自振荡芯片RC振荡器CT端控制振荡快速关断，太阳能电源接入基准晶振、分频器、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；
其中，全波整流电路由功率MOS场效应管Q3、Q4源极接相加合耦器T3电感L6两端，栅极接分压电阻偏置，源极、漏极并联整流二极管，Q3、Q4漏极并接为全波整流输出端，相加耦合器T3电感L6中心点穿过灯电流检测互感磁环接地，电感L7接二极管VD6检波，电容C10、电阻R10滤波经电阻R7、R8分压、三极管触发两个自振荡芯片RC振荡器CT端；
太阳能电源由光伏电池板E1输出串联阻塞二极管VD7、继电器触点J-1连接蓄电池E2和接有开关S的灯具DW，蓄电池E2过压控制取样电阻R15、RP1、R16接入时基芯片IC5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IC5输出接继电器，蓄电池串入快速熔丝F，并接防反接二极管VD8。
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发光二极管LED阵列灯照明，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本发明技术方案原理框图
图2基准晶振电路
图3太阳能电源双半桥注锁发光二极管LED阵列灯电路
图4太阳能电源电路
具体实施方式
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、发光二极管LED阵列灯10、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、全波整流电路9、灯管电路11，其中，基准晶振2由石英晶体谐振器JT、两个反相器IC1、IC2及电阻R1、电容C0、C1、C2组成，第一个反相器IC1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IC2接入分频器3，自振荡芯片IC4IR2153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MOS场效应管Q1、Q2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T1与自振荡芯片6及半桥逆变器B7输出功率变压器T2反相馈入相加耦合器8，功率合成经全波整流电路9接灯管电路发光二极管LED阵列灯10，基准晶振2经分频器3分频÷N基准信号f0电容C4、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，灯管电路11异常电流检测信号经电阻R7、R8分压、三极管VT1直流放大接入两个自振荡芯片4、6的RC振荡器CT端控制振荡快速关断，太阳能电源1接入基准晶振2、分频器3、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。
IC4引脚符号功能：VCC芯片低压电源端，VB驱动器浮置电源，HO驱动Q1栅极，LO驱动Q2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，OCM功率信号接地。IC5引脚符号功能：VCC电源端，TL低电平触发，TH高电平触发，VMR复位，Vc电压控制，DIS放电端，V0输出端，GND接地。
自振荡芯片IC4由电阻R2、电容C3将太阳能电源降压供给产生振荡，驱动半桥功率MOS管Q1、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C7、二极管VD2、VD3整流对电容C3充电，供自振荡芯片IC4电源，转换后电阻R2停止供电，降低功耗。二极管VD1对电容C6自举充电，浮置供电驱动半桥逆变器减少功耗。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。
注入锁相无须压控调谐、鉴相、环路滤波，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，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CT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R3、电容C5同步振荡，锁定时间快。
注入基准频率是跟踪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IC3二进制或十进制计数分频。
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R9无功率损耗。
全波整流电路功率MOS场效应管Q3、Q4并联二极管VD4、VD5减小整流电阻降低损耗，提高整流效率，输出直流电压纹波低，灯光稳定。
灯异常检测由灯电流互感磁环电感L7感生电压，二极管VD6检波、电容C10、电阻R10滤波经电阻R7、R8分压，三极管VT1直流放大触发两个自振荡芯片RC振荡器CT端，芯片内部的比较器电压降低到VCC/6以下，迅速停振快速关断逆变器功率管，免受损坏。
太阳能电源欠压控制，蓄电池电压低于时基芯片IC5555低电平触发端TL取样1/3VCC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2/3VCC，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。阻塞二极管VD7单向导电防止蓄电池对太阳能电池反充电，二极管VD8如当蓄电池反接导通短路，快速烧断熔丝F保护蓄电池。电容C12、C13去耦，电阻R19、电容C13、稳压二极管VD9供时基芯片电源。二极管VD10抑制继电器J吸合、释放产生的反向电压，防护时基芯片IC5受损。
实施例太阳能电源285V，双半桥逆变电流0.5A，驱动125W的LED阵列灯管，效率88％，逆变电流小功耗低，灯光稳定。
Claims (3)
1.一种太阳能电源双半桥注锁发光二极管LED阵列灯，包括太阳能电源、发光二极管LED阵列灯，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、全波整流电路、灯管电路，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T1与自振荡芯片及半桥逆变器B输出功率变压器T2反相馈入相加耦合器，功率合成经全波整流电路接灯管电路发光二极管LED阵列灯，基准晶振信号经分频器注入两个自振荡芯片RC振荡器CT端锁定相位，灯管电路异常电流检测信号经电阻分压、三极管放大接入两个自振荡芯片RC振荡器CT端控制振荡快速关断，太阳能电源接入基准晶振、分频器、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。
2.根据权利要求1所述的太阳能电源双半桥注锁发光二极管LED阵列灯，其特征在于：全波整流电路由功率MOS场效应管Q3、Q4源极接相加合耦器T3电感L6两端，栅极接分压电阻偏置，源极、漏极并联整流二极管，Q3、Q4漏极并接为全波整流输出端，相加耦合器T3电感L6中心点穿过灯电流检测互感磁环接地，电感L7接二极管VD6检波，电容C10、电阻R10滤波经电阻R7、R8分压、三极管触发两个自振荡芯片RC振荡器CT端。
3.根据权利要求1所述的太阳能电源双半桥注锁发光二极管LED阵列灯，其特征在于：太阳能电源由光伏电池板E1输出串联阻塞二极管VD7、继电器触点J-1连接蓄电池E2和接有开关S的灯具DW，蓄电池E2过压控制取样电阻R15、RP1、R16接入时基芯片IC5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IC5输出接继电器，蓄电池串入快速熔丝F，并接防反接二极管VD8。
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