CN201976004U - 太阳能电源八桥振荡电子变压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子技术领域，是一种太阳能电源八桥振荡电子变压器。包括由太阳能电池阵列、过压检测控制器、欠压检测控制器、电压配接器、蓄电池组成的太阳能电源和逆变器，还包括逆变器由八桥振荡器，相加耦合器、大功率MOS场效应管全波整流及过载检测保护电路组成，八桥振荡功率合成接入大功率MOS场效应管全波整流为直流电压供负载。本实用新型电路独特、高效，广泛用于汽车、火车、船只无交流市电或供电不便的场合大功率DC-DC变换，尤其适合驱动发光二极管LED阵列灯照明、景观和广告或驱动其它直流电器。

Description

太阳能电源八桥振荡电子变压器

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，具体是一种太阳能电源八桥振荡电子变压器。

背景技术

在汽车、火车和船只没交流市电可供或野外露营休闲供电不便的场合，采用太阳能电源LED发光二极管阵列灯可产生明亮的光射，光电转换效率高，光线柔和宜人，使用方便，寿命长，并广泛适用于景观和广告。然而，驱动大功率发光二极管LED阵列灯逆变器电流大，要求振荡输出大功率，工作电压较低时电流就必须增大，因此，大电流振荡三极管功耗温升引起管子电压电流变化，同时大电流温升也使线圈磁性导磁率下降电感量减小，严重的发生磁饱和电感变得很小，进而影响灯管电压和电流改变，灯管发光亮度不稳定。极易烧坏器件。

发明内容

本实用新型的目的是提供太阳能电源供电，拖动大功率负载的一种太阳能电源八桥振荡电子变压器。

本实用新型技术解决方案为：包括由太阳能电池阵列、过压检测控制器、欠压检测控制器、电压配接器、蓄电池组成的太阳能电源和逆变器，还包括逆变器由八个全桥振荡器、七个相加耦合器、大功率MOS场效应管全波整流电路及过载检测保护电路组成，七个相加耦合器分为第一相加耦合器、第二相加耦合器、第三相加耦合器、第四相加耦合器、第五相加耦合器、第六相加耦合器、第七相加耦合器，八个全桥振荡器分为全桥振荡器5a、全桥振荡器5b、全桥振荡器5c、全桥振荡器5d、全桥振荡器5e、全桥振荡器5f和全桥振荡器5g、全桥振荡器5h，分别由八个铁氧体磁性变压器T1、T2、T3、T4和T5、T6、T7、T8初级电感并联电容为谐振回路，谐振回路两端分别并接两个PNP大功率振荡管集电极和两个NPN大功率振荡管集电极，两个PNP大功率振荡管发射极接太阳能电源正极，两个NPN大功率振荡管发射极接地，互补串馈供电，四个大功率振荡管集电极与发射极之间并联快速恢复二极管，谐振回路两端还并联交叉耦合到对管基极电阻静态偏置和电容正反馈构成全桥振荡器，两个NPN大功率振荡管基极并接控制信号接口管集电极，接口管基极、集电极接电压负反馈偏置电阻，发射极接地，全桥振荡器5a和全桥振荡器5b输出功率由铁氧体磁 性变压器T1、T2次级电感反相接入第一相加耦合器初级电感一阶功率合成，全桥振荡器5c和全桥振荡器5d输出功率由铁氧体磁性变压器T3、T4次级电感反相接入第二相加耦合器初级电感一阶功率合成，全桥振荡器5e和全桥振荡器5f输出功率由铁氧体磁性变压器T5、T6次级电感反相接入第三相加耦合器初级电感一阶功率合成，全桥振荡器5g和全桥振荡器5h输出功率由铁氧体磁性变压器T7、T8次级电感反相接入第四相加耦合器初级电感一阶功率合成，第一相加耦合器和第二相加耦合器次级电感反相接入第五相加耦合器初级电感二阶功率合成，第三相加耦合器和第四相加耦合器次级电感反相接入第六相加耦合器初级电感二阶功率合成，第五相加耦合器和第六相加耦合器次级电感反相接入第七相加耦合器初级电感三阶功率合成，次级电感接入大功率MOS场效应管全波整流电路，输出直流电压供负载，过载检测保护电路由负载电流经磁环电感感生电压二极管检波，检测电压接入接口管控制振荡管；

其中，大功率MOS场效应管全波整流电路由两个大功率MOS场效应管、开关二极管和电阻构成，两个大功率MOS场效应管源极分别接第七相加耦合器次级电感的两端，第七相加耦合器次级电感中心抽头接地，两个大功率MOS场效应管栅偏置电阻接在栅、漏两端，栅极由开关二极管并联电阻交叉接入第七相加耦合器次级电感的两端，两管漏极并接成全波整流输出直流电压供负载；

过压检测控制器由运算放大器A1同相输入端接稳压二极管基准电压，反相输入端接蓄电池电压，运算放大器A1输出经三极管电流放大接继电器线圈，常闭触点切换太阳能电池阵列充电过压控制；欠压检测控制器由运算放大器A2反相输入端接稳压二极管基准电压，同相输入端接蓄电池电压，运算放大器A2输出经三极管电流放大接继电器线圈，常开触点切换太阳能电池阵列放电欠压控制。

本实用新型产生有益的积极效果是：太阳能电源供电八桥振荡三阶功率合成，八桥振荡功率合成高效输出，振荡十分强烈，振荡电路互补串馈供电，电源电压高电流小，显著降低功耗增大输出功率。不仅高效，集电极电流相位相反三阶和高阶奇次谐波为零，偶次谐波相互抵消，输出纯正弦波。大功率MOS场效应管全波整流不用电解电容滤波，内阻低响应快，过载能力强。广泛用于没交流市电或供电不便的场合DC-DC变换，尤其适合驱动大功率发光二极管LEC阵列灯。

附图说明

图1本实用新型技术方案原理方框图。

图2全桥振荡器电路。

图3八桥振荡功率合成及过载检测保护电路。

图4大功率MOS场效应管全波整流电路。

图5太阳能电源过压和欠压检测控制器电路。

具体实施方式

参照图1、2、3及图5(图2以全桥振荡器5a电路为例，其余全桥振荡器电路相同)，本实用新型具体实施方法和实施例：包括由太阳能电池阵列1a、过压检测控制器1b、欠压检测控制器1c、电压配接器1d、蓄电池E1组成的太阳能电源1和逆变器，还包括逆变器由八个全桥振荡器5、七个相加耦合器4、大功率MOS场效应管全波整流电路3及过载检测保护电路2组成，七个相加耦合器4分为第一相加耦合器4a、第二相加耦合器4b、第三相加耦合器4c、第四相加耦合器4d、第五相加耦合器4e、第六相加耦合器4f、第七相加耦合器4g，八个全桥振荡器5分为全桥振荡器5a、全桥振荡器5b、全桥振荡器5c、全桥振荡器5d、全桥振荡器5e、全桥振荡器5f和全桥振荡器5g、全桥振荡器5h，分别由八个铁氧体磁性变压器T1、T2、T3、T4和T5、T6、T7、T8初级电感L1并联电容C0为谐振回路，谐振回路两端分别并接两个PNP大功率振荡管Q1、Q2集电极和两个NPN大功率振荡管Q3、Q4集电极，两个PNP大功率振荡管Q1、Q2发射极接太阳能电源1正极，两个NPN大功率振荡管Q3、Q4发射极接地，互补串馈供电，四个大功率振荡管Q1、Q2和Q3、Q4集电极与发射极之间并联快速恢复二极管VD1、VD2和VD3、VD4，谐振回路两端还并联交叉耦合到对管基极电阻R1、R2和R3、R4静态偏置和电容C1、C2和C3、C4正反馈构成全桥振荡器，两个NPN大功率振荡管Q3、Q4基极并接控制信号接口管Q5、Q6集电极，Q5、Q6基极、集电极接电压负反馈偏置电阻R5、R6，发射极接地，全桥振荡器5a和全桥振荡器5b输出功率由铁氧体磁性变压器T1、T2次级电感反相接入第一相加耦合器4a初级电感一阶功率合成，全桥振荡器5c和全桥振荡器5d输出功率由铁氧体磁性变压器T3、T4次级电感反相接入第二相加耦合器4b初级电感一阶功率合成，全桥振荡器5e和全桥振荡器5f输出功率由铁氧体磁性变压器T5、T6次级电感反相接入第三相加耦合器4c初级电感一阶功率合成，全桥振荡器5g和全桥振荡器5h输出功率由铁氧体磁性变压器T7、T8次级电感反相接入第四相加耦合器4d初级电感一阶功率合成，第一相加耦合器4a和第二相加耦合器4b次级电感反相接入第五相加耦合器4e初级电感二阶功率合成，第三相加耦合器4c和第四相加耦合器4d次级电感反相接入第六相加耦合器4f初级电感二阶功率合成，第五相加耦合器4e和第六相加耦合器4f次级电感反相接入第七相加耦合器4g初级电感三阶功率合成，次级电感接入大功率 MOS场效应管全波整流电路3，整流输出直流电压供负载。

过载检测保护电路2由灯负载电流经磁环电感L3感生电压二极管VD5检波，检测电压经滤波电容C5、电阻R16和限流电阻R7、R8接入接口管Q5、Q6控制振荡管Q3、Q4及Q1、Q2。当负载短路或接触不良产生大电流，过载检测电压使Q5、Q6饱和导通，Q3、Q4及Q1、Q2截止停振，即时起保护作用。快速恢复二极管VD1、VD2和VD3、VD4防止高反压击穿振荡管。

全桥振荡器由PNP、NPN三极管两个互补对称阻容交叉耦合推挽振荡相互耦合而成，阻容交叉耦合推挽振荡实际是输出输入直接相连两级LC选频放大器，大功率振荡管Q1、Q2和Q3、Q4导通角为90度交替工作，输出电流为半余弦波脉冲，振荡十分强烈，经谐振回路衰减谐波，集电极电流相位相反三阶和高阶奇次谐波为零，偶次谐波相互抵消，输出为纯正弦波，不仅高效，互补串馈供电，电源电压高电流小，降低功耗增大输出功率。

通用大功率三极管构成全桥振荡要求大功率输出时，如匹配400W负载，仅几只器件直接并联运用不能令人满意，采用八桥振荡功率合成效果明显，其输出功率叠加能满足技术要求，通过七个相加耦合器分别将八桥振荡输出功率相互反相激励功率合成。平衡电阻R9、R10、R11、R12、R13和R14、R15在功率合成的两个电流相等时，无功率损耗。

图4，大功率MOS场效应管全波整流电路由两个大功率MOS场效应管Q7、Q8全波整流，源极分别接入第七相加耦合器4g次级电感的两端，其电感中心抽头接地，栅极经开关二极管VD6、VD7并联电阻R18、R20交叉接入相加耦合器4g次级电感的两端，并与电阻R17、R19提供栅偏压，开关二极管VD6、VD7使栅极加速翻转，漏极并接成全波整流输出直流电压供给负载RL，整流电路不用电解电容滤波，内阻低响应快，过载能力强。本电子变压器输出直流电压、功率由八桥振荡与相加耦合器初、次级电感比值及电源电压电流确定。

图5，过压检测控制器1b当蓄电池E电压高于稳压二极管VD10基准电压时，A1输出为低电平，三极管Q9驱动继电器J1释放J1-1常闭触点切断充电回路，保护蓄电池E过压充电，蓄电池E电压随着照明耗电下降低于VD10基准电压时，A1反相输入电位低于同相基准电压，输出为高电平，继电器J1吸合J1-1常闭触点接通充电回路。欠压检测控制器1c当蓄电池E电压低于稳压二极管VD12基准电压时，A2输出为低电平，三极管Q10驱动继电器J2释放J2-1常开触点切断放电回路，保护蓄电池E欠压放电，蓄电池E随着充电电压上升高于VD12基准电压时，A2同相输入电位高于反相基准电压，输出为高电平，继电器J2吸合J2-1常开触点接通放电回路。电阻R21、R22、R23和R26、R27、 R28及电位器RP1、RP2分压分别接入运算放大器同相和反相输入端。调整运算放大器电压负反馈电阻R24、R29和电位器RP1、RP2达到切换门限值。电阻R25、R30起限流作用。

二极管VD8防反充电，利用单向导电避免太阳能电池阵列1a晚间或下雨天不发电时或出现短路时蓄电池E向太阳能电池阵列1a放电。二极管VD9防蓄电池反接，当蓄电池E极性接反时导通，产生大电流将熔丝F1快速熔断，起到防护作用。二极管VD11、VD13吸收继电器J1、J2线圈反向电势，防护击穿三极管Q9、Q10。电压配接器1d连接八桥振荡器5电源端。

实施例太阳能电源电压63V，八桥振荡器工作电流8A，振荡频率47KHZ，输出直流电压24V电流18A，匹配负载功率430W，逆变效率86％，振荡管散热器温升低于30℃。

Claims (3)

1.一种太阳能电源八桥振荡电子变压器，包括由太阳能电池阵列、过压检测控制器、欠压检测控制器、电压配接器、蓄电池组成的太阳能电源和逆变器，其特征在于：还包括逆变器八个全桥振荡器、七个相加耦合器、大功率MOS场效应管全波整流电路及过载检测保护电路组成，七个相加耦合器分为第一相加耦合器、第二相加耦合器、第三相加耦合器、第四相加耦合器、第五相加耦合器、第六相加耦合器、第七相加耦合器，八个全桥振荡器分为全桥振荡器(5a)、全桥振荡器(5b)、全桥振荡器(5c)、全桥振荡器(5d)和全桥振荡器(5e)、全桥振荡器(5f)、全桥振荡器(5g)、全桥振荡器(5h)，分别由八个铁氧体磁性变压器(T1)、(T2)、(T3)、(T4)和(T5)、(T6)、(T7)、(T8)初级电感并联电容为谐振回路，谐振回路两端分别并接两个PNP大功率振荡管集电极和两个NPN大功率振荡管集电极，两个PNP大功率振荡管发射极接太阳能电源正极，两个NPN大功率振荡管发射极接地，互补串馈供电，四个大功率振荡管集电极与发射极之间并联快恢二极管，谐振回路两端还并联交叉耦合到对管基极电阻静态偏置和电容正反馈构成全桥振荡器，两个NPN大功率振荡管基极并接控制信号接口管集电极，接口管基极、集电极接电压负反馈偏置电阻，发射极接地，全桥振荡器(5a)和全桥振荡器(5b)输出功率由铁氧体磁性变压器(T1)、(T2)次级电感反相接入第一相加耦合器初级电感一阶功率合成，全桥振荡器(5c)和全桥振荡器(5d)输出功率由铁氧体磁性变压器(T3)、(T4)次级电感反相接入第二相加耦合器初级电感一阶功率合成，全桥振荡器(5e)和全桥振荡器(5f)输出功率由铁氧体磁性变压器(T5)、(T6)次级电感反相接入第三相加耦合器初级电感一阶功率合成，全桥振荡器(5g)和全桥振荡器(5h)输出功率由铁氧体磁性变压器(T7)、(T8)次级电感反相接入第四相加耦合器初级电感一阶功率合成，第一相加耦合器和第二相加耦合器次级电感反相接入第五相加耦合器初级电感二阶功率合成，第三相加耦合器和第四相加耦合器次级电感反相接入第六相加耦合器初级电感二阶功率合成，第五相加耦合器和第六相加耦合器次级电感反相接入第七相加耦合器初级电感三阶功率合成，次级电感接入大功率MOS场效应管全波整流电路，整流输出直流电压供负载，过载检测保护电路由负载电流经磁环电感感生电压二极管检波，检测电压接入接口管控制振荡管。

2.根据权利要求1所述的太阳能电源八桥振荡电子变压器，其特征在于：大功率MOS场效应管全波整流电路由两个大功率MOS场效应管、开关二极管和电阻构成，两个大功率MOS场效应管源极分别接第七相加耦合器次级电感的两端，第七相加耦合器次级电感中心抽头接地，两个大功率MOS场效应管栅偏置电阻接在栅、漏两端，栅极由开关二极管并联电阻交叉接入第七相加耦合器次级电感的两端，两管漏极并接成全波整流输出直流电压供负载。

3.根据权利要求1所述的太阳能电源八桥振荡电子变压器，其特征在于：过压检测控制器由运算放大器A1同相输入端接稳压二极管基准电压，反相输入端接蓄电池电压，运算放大器A1输出经三极管电流放大接继电器线圈，常闭触点切换太阳能电池阵列充电过压控制；欠压检测控制器由运算放大器A2反相输入端接稳压二极管基准电压，同相输入端接蓄电池电压，运算放大器A2输出经三极管电流放大接继电器线圈，常开触点切换太阳能电池阵列放电欠压控制。

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