CN104105296A - 双全桥注入锁相功率合成无极灯组 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电光源技术领域，具体是一种双全桥注入锁相功率合成无极灯组。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、升压经磁环电感耦合至无极灯管组，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，灯管异常电流检测器信号经三极管接入两个自振荡芯片振荡器SD端，控制振荡快速停振关断全桥逆变器功率管。本发明适用于会议室、客厅及居家照明。
Description
技术领域
本发明涉及电光源照明技术领域，具体是一种双全桥注入锁相功率合成无极灯组。
背景技术
现有技术通常用LC或RC振荡器作为无极灯组电光源，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，虽然结构简单，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。
发明内容
本发明的目的是提供逆变振荡高稳频相位同步、大功率照明的一种双全桥注入锁相功率合成无极灯组。
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、无极灯管组、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、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R11、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T1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，经磁环电感耦合无极灯管组，基准晶振信号经分频器注入两个自振荡芯片EXO端锁定相位，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EMI、整流桥堆至功率因数校正APFC接入基准晶振、分频器、自振荡芯片及全桥逆变器A、自振荡芯片及全桥逆变器B的电源端；
其中，灯管异常电流检测器由灯管谐振电感LB1～n、电容CB1～n、磁环电感LF1～n接入相加耦合器T4电感L11，并穿过灯电流检测互感磁环接地，磁环电感LF1～n耦合灯管DG1～n，电感L12接二极管VD13检波，电容C19电阻R15滤波经电阻R13、R14分压、三极管触发两个自振荡芯片灯故障保护控制端SD；
功率因数校正APFC由芯片IC4、大功率MOS场效应管Q5、升压二极管VD12、磁性变压器T1及电阻、电容组成，整流桥堆输出经磁性变压器T1电感L3接Q5漏极、升压二极管VD12至电容C11作为APFC输出，二极管VD11提供C11预充电，电阻R4接整流桥堆输出引入芯片IC4电源端，并与T1电感L4经二极管VD5检波电压为芯片IC4控制门限开启，电阻R2、R3接整流桥堆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，T1电感L5高频电压由二极管VD6～9整流、二极管VD10稳压、电容C12滤波接基准晶振、分频器电源端。
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无极灯组照明，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双全桥注入锁相功率合成无极灯组电路
具体实施方式
参照图1、2、3(图3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11、功率因数校正APFC1、无极灯管组9、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、灯管异常电流检测器10，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R11、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Q1、Q2、Q3、Q4两组互补半桥构成的全桥逆变器A5、全桥逆变器B7，自振荡芯片4及全桥逆变器A5输出功率变压器T1与自振荡芯片6及全桥逆变器B7输出功率变压器T2反相馈入相加耦合器8功率合成，经磁环电感耦合至无极灯管组9，基准晶振2信号经分频器3分频÷N基准信号f0注入两个自振荡芯片4、6的EXO端锁定相位，灯管异常电流检测器10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MOS场效应管，电网电源经电源滤波器EMI与整流桥堆11至功率因数校正APFC1输出电压+15V接入基准晶振2、分频器3，+560V接入自振荡芯片4及全桥逆变器A5、自振荡芯片6及全桥逆变器B7的电源端。
IC4引脚符号功能：VCC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。
IC5引脚符号功能：HV高压电源，VDD低压电源，RC振荡器输入，EXO外接振荡器，GHL驱动Q1，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。
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C13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MOS管Q1、Q4导通，Q2、Q3截止，此时电容C16充电浮置供电，Q1、Q4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R10控制振荡波形死区时间。
两个全桥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。
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。
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EXO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R11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IC3二进制或十进制计数器分频。
相加耦合器T3电感L5将两个全桥输出功率变压器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R12无功率损耗。
灯异常检测互感磁环电感L12电压二极管VD13检波、电容C19、电阻R15滤波经电阻R13、R14分压，三极管VT1触发两个自振荡芯片SD端，当触发电压4.5V～VDD高电平信号时，迅速停振快速关断全桥逆变器功率管，以免受损。
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IC4L6562、功率MOS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EMI抑制振荡谐波干扰通过电网传输。
实施例电源AC85～260V，功率因数校正APFC直流电压560V，两个全桥逆变电流0.66A，驱动4支80W无极灯组管DG1～DGn，效率81％，逆变电流小功耗低，长时间照明灯光稳定。适用于会议室、客厅及居家照明。
Claims (3)
1.一种双全桥注入锁相功率合成无极灯组，包括电源滤波器EMI、整流桥堆、无极灯管组，其特征在于：还包括功率因数校正APFC、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、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R11、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合成的全桥逆变器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T1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，经磁环电感耦合无极灯管组，基准晶振信号经分频器注入两个自振荡芯片EXO端锁定相位，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EMI、整流桥堆至功率因数校正APFC接入基准晶振、分频器、自振荡芯片及全桥逆变器A、自振荡芯片及全桥逆变器B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无极灯组，其特征在于：灯管异常电流检测器由灯管谐振电感LB1～n、电容CB1～n、磁环电感LF1～n接入相加耦合器T4电感L11，并穿过灯电流检测互感磁环接地，磁环电感LF1～n耦合灯管DG1～n，电感L12接二极管VD13检波，电容C19电阻R15滤波经电阻R13、R14分压、三极管触发两个自振荡芯片灯故障保护控制端SD。
3.根据权利要求1所述的双全桥注入锁相功率合成无极灯组，其特征在于：功率因数校正APFC由芯片IC4、大功率MOS场效应管Q5、升压二极管VD12、磁性变压器T1及电阻、电容组成，整流桥堆输出经磁性变压器T1电感L3接Q5漏极、升压二极管VD12至电容C11作为APFC输出，二极管VD11提供C11预充电，电阻R4接整流桥堆输出引入芯片IC4电源端，并与T1电感L4经二极管VD5检波电压为芯片IC4控制门限开启，电阻R2、R3接整流桥堆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，T1电感L5高频电压由二极管VD6～9整流、二极管VD10稳压、电容C12滤波接基准晶振、分频器电源端。
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