太陽能電源四橋振蕩金滷燈的製作方法

2023-06-29 12:19:51 2

專利名稱：太陽能電源四橋振蕩金滷燈的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子技術領域，具體是一種太陽能電源四橋振蕩金滷燈。
背景技術：
汽車、火車、船隻太陽能直流低電壓電源供電的金滷燈HID，光電轉換效率高，可產生強光照明，適於車船內外照明，如汽車前燈照明。金滷燈是一種高強度氣體放電發光，工作電壓在數百伏，點火啟動電壓通常在3KV以上才能引燃。太陽能直流低電壓電源供電金滷燈電子核心是一個DC-AC逆變器。燈負載功率在25W左右時，採用大功率三極體或MOS場效應管推挽振蕩方式工作，獲取較好的效果。但是，金滷燈功率都較大，驅動電流相應大，這時逆變器功率器件功耗急劇增大，由於車船內部空間所限散熱器體積不能做大發熱升溫很高會燒壞元器件，不能正常工作。此外，金滷燈高頻電源供電極易產生「聲共振」燈光閃爍， 燈管內壓力波脈衝從管壁反射與高頻電流諧波相位相同時形成駐波，導致放電電弧不穩定燈光抖動，使人眼產生暈眩。
發明內容本實用新型的目的是提供太陽能電源供電，拖動大功率燈負載的一種太陽能電源四橋振蕩金滷燈。本實用新型技術解決方案為包括由太陽能電池陣列、過壓檢測控制器、欠壓檢測控制器、電壓配接器、蓄電池組成太陽能電源和逆變器與金滷燈管，還包括逆變器由調頻信號發生器、四個全橋振蕩器、三個相加耦合器、燈管電路、過載檢測保護電路及太陽能電源組成，三個相加耦合器分為第一相加耦合器、第二相加耦合器和第三相加耦合器，四個全橋振蕩器分為全橋振蕩器5a、全橋振蕩器5b、全橋振蕩器5c和全橋振蕩器5d，分別由鐵氧體磁性變壓器T1、T2和T3、T4初級電感並聯電容為諧振迴路，諧振迴路兩端分別並接兩個PNP 大功率振蕩管集電極和兩個NPN大功率振蕩管集電極，兩個PNP大功率振蕩管發射極接太陽能電源正極，兩個NPN大功率振蕩管發射極接地，四個大功率振蕩管集電極與發射極之間並聯快速恢復二極體，諧振迴路兩端還並聯交叉耦合對管到基極電阻靜態偏置和電容正反饋構成全橋振蕩器，兩個NPN大功率振蕩管基極並接控制信號接口管集電極，接口管基極、集電極接電壓負反饋偏置電阻，發射極接地，調頻信號發生器輸出信號經耦合電容、電阻接入橋式振蕩器5a接口管，由振蕩管極間電容調製振蕩頻率抑制燈光閃爍，全橋振蕩器 5a和全橋振蕩器5b輸出功率分別由鐵氧體磁性變壓器T1、T2次級電感反相接入第一相加耦合器初級電感一階功率合成，全橋振蕩器5c和全橋振蕩器5d輸出功率分別由鐵氧體磁性變壓器T3、T4次級電感反相接入第二相加耦合器初級電感一階功率合成，第一相加耦合器和第二相加耦合器次級電感反相接入第三相加耦合器初級電感二階功率合成，第三相加耦合器次級電感升壓接入燈管電路，過載檢測保護電路由燈負載電流經磁環電感感生電壓二極體檢波，檢測電壓接入接口管控制振蕩管，調頻信號發生器電源端接入太陽能電源；其中，調頻信號發生器由集成電路與電阻、電容構成低頻振蕩器，輸出信號經達林頓三極體射極跟隨接入橋式振蕩器5a調頻信號接口管， 由振蕩管極間電容調製振蕩頻率抑制燈光閃爍；燈管電路由第三相加耦合器次級電感一端接地，另一端經電容接入脈衝點火線圈初級和次級的連接點，該接點另經電容串聯接地電阻，並在電容電阻串聯的接點上與雙向觸發二極體相接，雙向觸發二極體串聯脈衝點火初級線圈，脈衝點火次級線圈與接地的燈管相接；過壓檢測控制器由運算放大器Al同相輸入端接穩壓二極體基準電壓，反相輸入端接蓄電池電壓，運算放大器Al輸出經三極體電流放大接繼電器線圈，常閉觸點切換太陽能電池陣列充電過壓控制；欠壓檢測控制器由運算放大器A2反相輸入端接穩壓二極體基準電壓，同相輸入端接蓄電池電壓，運算放大器A2輸出經三極體電流放大接繼電器線圈， 常開觸點切換太陽能電池陣列放電欠壓控制。本實用新型產生有益的積極效果是太陽能電源供電四橋振蕩二階功率合成，調頻抑制燈光閃爍，獲取功率燈負載高光效，振蕩電路互補串饋供電，電源電壓高電流小，降低功耗增大輸出功率。阻容交叉耦合四橋振蕩功率合成不僅高效，集電極電流相位相反三階和高階奇次諧波為零，偶次諧波相互抵消，輸出為純正弦波，廣泛用於沒交流電源或供電不便的場合照明。

圖1本實用新型技術方案原理方框圖圖2全橋振蕩器電路圖3四橋振蕩功率合成及過載檢測保護電路圖4調頻信號發生器電路圖5燈管電路圖6太陽能電源過壓和欠壓檢測控制器電路具體實施方法參照圖1、2、3及圖6(圖2以全橋振蕩器5a電路為例，其餘全橋振蕩器電路均相同)，本實用新型具體實施方法和實施例包括由太陽能電池陣列la、過壓檢測控制器lb、 欠壓檢測控制器lc、電壓配接器Id、蓄電池組成太陽能電源1和逆變器與金滷燈管，還包括逆變器由調頻信號發生器4、四個全橋振蕩器5、三個相加耦合器6、燈管電路3及過載檢測保護電路2組成，三個相加耦合器6分為第一相加耦合器6a、第二相加耦合器6b和第三相加耦合器6c，四個全橋振蕩器5分為全橋振蕩器5a、全橋振蕩器5b、全橋振蕩器5c和全橋振蕩器5d，分別由鐵氧體磁性變壓器T1、T2和Τ3、Τ4初級電感Ll並聯電容C6為諧振迴路， 諧振迴路兩端分別並接兩個PNP大功率振蕩管Q1、Q2集電極和兩個NPN大功率振蕩管Q3、 Q4集電極，兩個PNP大功率振蕩管Q1、Q2發射極接太陽能電源正極，兩個NPN大功率振蕩管 Q3、Q4發射極接地，兩種極性振蕩管互補串饋供電，四個大功率振蕩管Q1、Q2和Q3、Q4集電極與發射極之間並聯快速恢復二極體VD1、VD2和VD3、VD4，諧振迴路兩端還並聯交叉耦合到對管到基極電阻Rl、R2和R3、R4靜態偏置和電容Cl、C2和C3、C4正反饋構成全橋振蕩器，Q3、Q4基極並接控制信號接口管Q5、Q6集電極，接口管Q5、Q6基極、集電極接電壓負反饋偏置電阻R5、R6，發射極接地，調頻信號發生器4輸出信號經耦合電容C5、電阻R7、R8接入橋式振蕩器5a接口管，由振蕩管極間電容調製振蕩頻率抑制閃爍，全橋振蕩器5a和全橋振蕩器5b輸出功率分別由鐵氧體磁性變壓器T1、T2次級電感L2反相接入第一相加耦 合器 6a初級電感一階功率合成，全橋振蕩器5c和全橋振蕩器5d輸出功率分別由鐵氧體磁性變壓器T3、T4次級電感L2反相接入第二相加耦合器6b初級電感一階功率合成，第一相加耦合器6a和第二相加耦合器6b次級電感反相接入第三相加耦合器6c初級電感二階功率合成，第三相加耦合器6c次級電感升壓接入燈管電路3，調頻信號發生器4電源端接入太陽能電源。過載檢測保護電路2由燈負載電流經磁環電感L3感生電壓二極體VD5檢波，檢測電壓經電容C7電阻Rll濾波，電阻R9、R10限流接入接口管Q5、Q6控制振蕩管Q3、Q4及 Q1、Q2。當燈管接觸不良或燈負載短路產生大電流，過載檢測電壓使Q5、Q6飽和導通，振蕩管Q3、Q4及Q1、Q2截止停振，起保護作用。快速恢復二極體VD1、VD2和VD1、VD2保護振蕩
管免受高反壓擊穿。全橋振蕩器由PNP、NPN三極體兩個互補對稱阻容交叉耦合推挽振蕩相互耦合而成，大功率振蕩管Q1、Q2和Q3、Q4導通角為90度交替工作，輸出電流為半餘弦波脈衝，經諧振迴路衰減諧波，集電極電流相位相反三階和高階奇次諧波為零，偶次諧波相互抵消，使燈負載輸出為純正弦波，不僅高效，互補串饋供電，電源電壓高，電流小，輸出功率大，降低功耗優點顯著。通用大功率三極體構成橋振蕩要求更大輸出功率，例如匹配250W燈負載時，僅幾隻器件直接並聯運用不能令人滿意，採用四橋振蕩功率合成效果明顯，輸出功率疊加能滿足技術要求，通過兩個相加耦合器分別將四橋振蕩輸出功率相互反相激勵功率合成，又將兩個相加耦合器輸出電流變換加倍總和送到第三個相加耦合器功率合成，升壓引燃大功率燈管發光。三個平衡電阻R12、R13和R14在功率合成的兩個電流相等時無功率損耗。圖4，調頻信號發生器集成電路ICl採用LM567，經電阻R15對電容C9充電產生 180HZ低頻方波，由電阻R16、R17和電容ClO積分為三角波經達林頓三極體Q7射極阻抗變換，在電阻R18輸出接入全橋振蕩器5a信號接口管Q5、Q6，經振蕩管極間電容調製振蕩頻率，低頻信號圍繞四橋振蕩中心頻率不斷變化，燈電弧無法形成駐波共振點避免「聲共振」 燈光閃爍。電容C8對地旁路。圖5，燈管電路3在啟動開燈瞬間第三相加耦合器6c功率合成高壓經電容Cll對 C12、電阻R19、R20充電使雙向觸發二極體VD6導通，電流經過脈衝點火線圈初級L4，感應次級線圈L5升壓產生高壓脈衝，點火觸發金滷燈G氣體擊穿導通，引燃金滷燈管啟動發光。圖6，過壓檢測控制器Ib當蓄電池El電壓高於穩壓二極體VD7基準電壓時，Al輸出為低電平，三極體Q8驅動繼電器Jl釋放Jl-I常閉觸點切斷充電迴路，保護蓄電池El過壓充電，蓄電池El電壓隨著照明耗電下降低於VD7基準電壓時，Al反相輸入電位低於同相基準電壓，輸出為高電平，繼電器Jl吸合Jl-I常閉觸點接通充電迴路。欠壓檢測控制器Ic 當蓄電池El電壓低於穩壓二極體VD9基準電壓時，A2輸出為低電平，三極體Q9驅動繼電器 J2釋放J2-1常開觸點切斷放電迴路，保護蓄電池El欠壓放電，蓄電池El隨著充電電壓上升高於VD9基準電壓時，A2同相輸入電位高於反相基準電壓，輸出為高電平，繼電器J2吸合J2-1常開觸點接通放電迴路。電阻R21、R22、R23和R26、R27、R28及電位器RP1、RP2分壓分別接入運算放大器同相和反相輸入端。調整運算放大器電壓負反饋電阻R24、R29和電位器RP1、RP2達到切換門限值。電阻R25、R30限流作用。二極體VDll防蓄電池反充電，利用單向導電避免太陽能電池陣列Ia晚間或下雨天不發電時或出現短路時蓄電池El向太陽能電池陣列Ia放電。二極體VD12防反接，當蓄電池El極性接反時導通，產生大電流將熔絲Fl快速熔斷，起到防護作用。二極體VD8、VD10 吸收繼電器J1、J2線圈反向電勢，防護擊穿三極體Q8、Q9。電壓配接器Id內置電源退耦濾波器連接四橋振蕩器5和調頻信號發生器4的電源端。本實施例電源電壓60V，四橋振蕩頻率67KHZ，低頻信號180HZ頻偏2. 5KHZ調頻抑制燈光抖動，輸出匹配功率250W金滷燈，逆變效率達82%，振蕩管散熱器溫升40°C以下。
權利要求1.一種太陽能電源四橋振蕩金滷燈，包括由太陽能電池陣列、過壓檢測控制器、欠壓檢測控制器、電壓配接器、蓄電池組成太陽能電源和逆變器與金滷燈管，其特徵在於還包括逆變器由基準振蕩器、緩衝放大器、調頻信號發生器、四個全橋振蕩器、三個相加耦合器、燈管電路及過載檢測保護電路組成，三個相加耦合器分為第一相加耦合器、第二相加耦合器和第三相加耦合器，四個全橋振蕩器分為全橋振蕩器(5a)、全橋振蕩器(5b)、全橋振蕩器 (5c)和全橋振蕩器(5d)，分別由鐵氧體磁性變壓器(Tl)、(T2)和(T3)、(T4)初級電感並聯電容為諧振迴路，諧振迴路兩端分別並接兩個PNP大功率振蕩管集電極和兩個NPN大功率振蕩管集電極，兩個PNP大功率振蕩管發射極接太陽能電源正極，兩個NPN大功率振蕩管發射極接地，四個大功率振蕩管集電極與發射極之間並聯快速恢復二極體，諧振迴路兩端還並聯交叉耦合對管到基極電阻靜態偏置和電容正反饋構成全橋振蕩器，兩個NPN大功率振蕩管基極並接控制信號接口管集電極，接口管基極、集電極接電壓負反饋偏置電阻，發射極接地，調頻信號發生器輸出信號經耦合電容、電阻接入橋式振蕩器(5a)接口管，由振蕩管極間電容調製振蕩頻率抑制燈光閃爍，全橋振蕩器(5a)和全橋振蕩器(5b)輸出功率分別由鐵氧體磁性變壓器(Tl)、(T2)次級電感反相接入第一相加耦合器初級電感一階功率合成，全橋振蕩器(5c)和全橋振蕩器(5d)輸出功率分別由鐵氧體磁性變壓器(T3)、(T4)次級電感反相接入第二相加耦合器初級電感一階功率合成，第一相加耦合器和第二相加耦合器次級電感反相接入第三相加耦合器初級電感二階功率合成，第三相加耦合器次級電感升壓接入燈管電路，過載檢測保護電路由燈負載電流經磁環電感感生電壓二極體檢波，檢測電壓接入接口管控制振蕩管，調頻信號發生器電源端接入太陽能電源。
2.根據權利要求1所述的太陽能電源四橋振蕩金滷燈，其特徵在於調頻信號發生器由集成電路與電阻、電容構成低頻振蕩器，輸出信號經達林頓三極體射極跟隨接入橋式振蕩器(5a)調頻信號接口管，由振蕩管極間電容調製振蕩頻率抑制燈光閃爍。
3.根據權利要求1所述的太陽能電源四橋振蕩金滷燈，其特徵在於燈管電路由第三相加耦合器次級電感一端接地，另一端經電容接入脈衝點火線圈初級和次級的連接點，該接點另經電容串聯接地電阻，並在電容電阻串聯的接點上與雙向觸發二極體相接，雙向觸發二極體串聯脈衝點火初級線圈，脈衝點火次級線圈與接地的燈管相接。
4.根據權利要求1所述的太陽能電源四橋振蕩金滷燈，其特徵在於過壓檢測控制器由運算放大器Al同相輸入端接穩壓二極體基準電壓，反相輸入端接蓄電池電壓，運算放大器Al輸出經三極體電流放大接繼電器線圈，常閉觸點切換太陽能電池陣列充電過壓控制； 欠壓檢測控制器由運算放大器A2反相輸入端接穩壓二極體基準電壓，同相輸入端接蓄電池電壓，運算放大器A2輸出經三極體電流放大接繼電器線圈，常開觸點切換太陽能電池陣列放電欠壓控制。
專利摘要本實用新型涉及電子技術領域，是一種太陽能電源四橋振蕩金滷燈。包括由太陽能電池陣列、過壓檢測控制器、欠壓檢測控制器、電壓配接器、蓄電池組成太陽能電源和逆變器與金滷燈管，還包括逆變器由調頻信號發生器、四個橋式振蕩器，三個相加耦合器、燈管電路及過載檢測保護電路組成，四橋振蕩器功率合成調頻抑制「聲共振」燈光閃爍，輸出功率接入燈管電路產生高光效，本實用新型電路獨特、高效，廣泛用於汽車、火車、船隻無交流市電或供電不便的場合大功率金滷燈照明。
文檔編號H05B41/36GK201976318SQ201120110480
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月3日 優先權日2011年4月3日
發明者梅玉剛, 阮樹成 申請人:梅玉剛