寬電壓輸入自適應動態節能照明電源裝置的製作方法
2023-09-12 16:18:35
專利名稱：寬電壓輸入自適應動態節能照明電源裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種寬電壓輸入自適應動態節能照明電源裝置，屬於照明電源技術領域。
背景技術：
據統計，全世界照明用電消耗全部發電量的30%左右，因此節約照明用電對節能減排，低碳環保具有重要意義。而大功率帶載調節一直以來是國際性技術難題，目前應用的節能電源主要有以下幾類 I.電磁固定降壓節電裝置。這類節能裝置體積大，節電率固定，照度無法控制，易發生電壓突變和閃斷，使負載燈具工作不穩定，瞬間滅燈，甚至損壞燈具。2.可控矽調節器。對於路燈這樣的負載，由於負載為感性，電壓電流相位複雜，容易換相失敗，需要大功率電阻吸收短路電流，功耗大，節電率不高，檔位調節也存在電壓突變現象。3.採用新型電カ電子技術的節電裝置。該類裝置採用新型電カ電子器件為開關器件，具有技術含量高，輸出特性好，設備輕巧，易於實現智能化等優勢。代表了照明節能裝置的發展方向。但目前市場上該類裝置可靠性不高，適應負載能力較差，輸入電源範圍較窄，不能適應不同國家不同地區的電壓，需要單獨開發適應某ー種電壓的產品，因此成本也較聞。
發明內容本實用新型的目的提供ー種寬電壓輸入、運行狀態自適應的寬電壓輸入自適應動態節能照明電源裝置。本實用新型為達到上述目的的技術方案是一種寬電壓輸入自適應動態節能照明電源裝置，其特徵在於包括輸入保護單元、EMC濾波單元、功率調節單元、斬波控制単元、寬電壓輸入電源單元以及旁路保護単元和輸出濾波単元，輸入保護單元依次經EMC濾波單元和功率調節單元與輸出濾波單元連接，且旁路保護單元的兩端連接在功率調節單元的輸入端和輸出端，提供工作電源的寬電壓輸入電源単元包括至少三個獨立的輸入電源模塊，其中兩個輸入電源模塊分別與接旁路保護単元和斬波控制單元連接，另ー個輸入電源模塊作為備用電源，所述的輸入電源模塊包括整流電路、電壓自適應電路、PWM開關電路以及反饋電路和反激變換輸出電路，整流電路的輸出端依次經電壓自適應電路和PWM開關電路接反激變換輸出電路的輸入端，反饋電路的輸入端接反激變換輸出電路、輸出端接PWM開關電路，反激變換輸出電路的輸出端輸出工作電源。本實用新型採用上述技術方案後的有益後果(I)、本實用新型裝置採用專門設計的寬電壓輸入電源単元，電源單元包括至少三個獨立的輸入電源模塊，其中兩個輸入電源模塊分別與接旁路保護単元和斬波控制單元連接，另ー個輸入電源模塊作為備用電源，使得動態節能照明電源裝置能夠適應較寬輸入電壓的範圍，能夠適應90V 305V的電壓，避免了因為電壓適應問題導致的產品複雜化。[0011](2)、本實用新型通過輸入電壓保護單元和EMC濾波單元對照明電源裝置進行防雷、防浪湧衝擊保護，提高動態節能照明電源裝置的可靠性和適應性。(3)、本實用新型裝置可通過嵌入在單片機中的智能化軟體自適應的根據實際運行環境選擇工作模式，有效地對負載進行調壓，節電效率高，同時省去了人工運營維護成本。(4)、本實用新型裝置採用模塊化設計，體積小，結構緊湊，工作效率高。
以下結合附圖對本實用新型的實施例作進ー步的詳細描述。圖I是本實用新型寬電壓輸入自適應動態節能照明電源的結構框圖。圖2是本實用新型輸入保護單元以及EMC濾波單元和輸出濾波單元的電路原理圖。圖3是本實用新型功率調節單元的電路原理圖。圖4是本實用新型寬電壓輸入電源單元的電路原理圖。
具體實施方式
見圖I所示，本實用新型的寬電壓輸入自適應動態節能照明電源裝置，包括輸入保護單元、EMC濾波單元、功率調節單元、斬波控制単元、寬電壓輸入電源單元以及旁路保護単元和輸出濾波単元。見圖I所示，本實用新型輸入保護單元依次經EMC濾波單元和功率調節單元與輸出濾波單元連接，且旁路保護單元的兩端連接在功率調節單元的輸入端和輸出端，輸入保護單元能夠使裝置防止雷電感應及浪湧電壓造成的損壞，輸入濾波單元完成EMC濾波，提高裝置的抗幹擾性能，功率調節單元是本裝置的開關電路，通過功率器件的高頻斬波完成對輸入電壓的調節，斬波控制單元是提供給功率調節單元脈寬調製信號的電路，由單片機根據設定的程序完成不同時間段不同脈寬信號的輸出，同時單片機還實時監測本裝置的狀態，對過壓、欠壓，過流、欠流等狀況做出相應的保護動作。本實用新型提供工作電源的寬電壓輸入電源単元包括至少三個獨立的輸入電源模塊，能夠適應寬範圍的電壓輸入，同時輸出穩定的額定的直流，供給相應電壓於裝置中相應的工作器件，本實用新型其中兩個輸入電源模塊分別與接旁路保護単元和斬波控制単元連接以提供工作電源，另ー個輸入電源模塊作為備用電源。見圖I所示，本實用新型的旁路保護單元包括交流接觸器Kl、K2和K3，旁路保護単元在本實用新型裝置過壓、過流等故障狀態時由單片機控制各輸入電源模塊停止對外輸出，從而切斷交流接觸器Kl和K2起到保護作用，而另ー個輸入電源模塊啟動使交流接觸器K3閉合，由電網電壓直接對負載供電，不影響負載的正常工作，使本實用新型的動態節能照明電源裝置工作可靠。見圖2所示，本實用新型的輸入保護單元包括放電管CRl和CR2以及壓敏電阻RVl RV3。放電管CRl和壓敏電阻RVl串聯後接入電源的火線和地線間，壓敏電阻RV2和放電管CR2串聯後接入電源的地線和零線間，壓敏電阻RV3跨接在火線和零線間。見圖2所示，本實用新型的EMC濾波單元包括電容Cl、共模電容C2和C3、共模電感LI、共模電容C4和C5、差模電容C6和C7以及差模電感L2和瞬態抑制ニ極管TVSl，電容Cl跨接在火線和零線間，共模電容C2和C3接火線和零線間、其接點接地，共模電感LI輸入線圈接輸入電源兩端，輸出線圈接輸出電源兩端，共模電容C4和C5接在共模電感LI的輸出線圈、其接點接地，差模電容C6跨接在火線和零線間，差模電感L2接在火線上，差模電感L2輸入端接差模電容C6的火線輸入端，差模電容C7和瞬態抑制ニ極管TVS跨接在火線和零線間、其輸入端接差模電感L2的輸出端。見圖2所示，本實用新型的輸出濾波単元包括差模電容C8、LC濾波元件L3、電容C9和C12、共模電感L4以及共模電容ClO和C11，電容C8跨接在火線和零線間，LC濾波元件L3接在火線上、其輸入端接在差模電容C8的火線輸入端，電容C9跨接在火線和零線間、其輸入端接LC濾波元件L3的輸出端，共模電感L4輸入線圈接輸入電源兩端，輸出線圈接輸出電源兩端，共模電容ClO和Cll接在共模電感L4的輸出線圈、其連接點接地，電容C12跨接在輸出的 零線和火線間，輸出EMC濾波的電壓。見圖3所示，本實用新型功率調節單元包括四個IGBT模塊，即IGBTl IGBT4，四個ニ極管Dl D4，其中IGBTl和IGBT2為斬波管，而IGBT3和IGBT4為續流管，ニ極管Dl和D2分別反向並聯在IGBTl和IGBT2兩端起保護IGBT作用，IGBTl和IGBT2的集電極分別接電源的兩端，且IGBTl的發射極經IGBT3的集電極流經發射極再正接ニ極管D3後接入IGBT2的發射極，同時IGBTl的發射極也經過反接ニ極管D4接IGBT4的發射極經集電極後接入IGBT2的發射極，通過功率器件的高頻斬波完成對輸入電壓的調節。見
圖1、4所示，本實用新型的輸入電源模塊包括整流電路、電壓自適應電路、PWM開關電路以及反饋電路和反激變換輸出電路，整流電路的輸出端依次經電壓自適應電路和PWM開關電路接反激變換輸出電路的輸入端，反激變換輸出電路的輸入端接PWM開關電路的輸出端，整流電路對輸入的交流電壓進行整流，整流電路輸出端接電壓自適應電路的輸入端，電壓自適應電路針對不同的交流輸入能夠輸出穩定的400V的直流，PWM開關電路的輸入端接電壓自適應電路的輸出端，反饋電路的輸入端接反激變換輸出電路、輸出端接PWM開關電路，反激變換輸出電路的輸出端輸出工作電源，使輸入電源模塊構成反激降壓變換的開關電源，能夠適應較寬輸入電壓的範圍，能夠適應90V 305V的電壓，避免了因為電壓適應問題導致的產品複雜化。見圖4所示，本實用新型的整流電路包括整流橋DB1、保險管Fl以及電容C13、C14和共模電感L5，保險管Fl經電容C13及共模電感L5連接在整流橋DBl輸入端並構成LC全橋整流濾波電路，保險管Fl接在火線上，電容C13在Fl之後跨接在火線和零線上，共模電感L5輸入線圈端接在C13兩端，整流橋DBl的輸入端接L5的輸出線圈，整流橋DBl的輸出端一路經C14濾波後接地、另一路接電壓自適應電路的輸入端，且整流橋DBl的接地端接地。見圖4所示，本實用新型的電壓自適應電路包括調整晶片Ul及其外圍電路以及變壓器Tl和MOS管Ql，調整晶片Ul可選用L6562，電阻Rl、R2、R3作為分壓電阻串聯在整流輸入端和地線之間，電容C15與電阻R3並聯，電阻R2和電阻R3的接點接調節晶片Ul的MULT端，分壓電阻R4、R5和R6串接在變壓器Tl的輸出端和地線之間，電阻R5與電阻R6的接點接調整晶片Ul的INV端，電阻R7和電容C16串聯後接在電阻R5與電阻R6的接點及調整晶片Ul的COMP端，變壓器Tl的輸出正極一路接MOS管Ql的集電極、另一路經ニ極管D5接PWM開關電路的輸入端，變壓器Tl的輸出負極經電阻R8接調整晶片Ul的Z⑶端，調整晶片Ul的VCC接輸入電源並經電容C17接地，調整晶片Ul的OUT端經電阻R9接MOS管Ql的基板、COM端接地，調整晶片Ul的CS端一路接MOS管Ql的發射極、另一路經並聯的電阻RlO和Rll後接地。見圖4所示，本實用新型的PWM開關電路包括PWM控制晶片U2及其外圍電路以及MOS管Q2和變壓器T2，PWM控制晶片U2可選用NCP1230D，電壓自適應電路輸出端接變壓器T2的輸入線圈正極，且連接在電壓自適應電路輸出端的電阻R17接PWM控制晶片U2的HV端、電阻R18與電阻R19串接後接PWM控制晶片U2的CS端、電阻R20反接ニ極管D7後接MOS管Q2集電極，電容C18與電阻R21串接後並接在電阻R20的兩端，PWM控制晶片U2的Dtv端一路經反接的ニ極管D6接MOS管Q2的基極、另一路經穩壓管D9接地，MOS管Q2的發射極一路經電阻R22接PWM控制晶片U2的CS端、另一 路經電阻R23接地，變壓器T2的輸出正極經ニ極管D8和電阻R25接PWM控制晶片U2的VCC端為PWM控制晶片U2供電，電容C26接在ニ極管D8和電阻R25兩端。見圖4所示，本實用新型的反激變換輸出電路包括電阻R29 R35、電容C19、電容C21 C24、電感L7和L8，以及ニ極管D8 DlO和分流基準源U4，變壓器T2的輸出線圈正極經並聯的ニ極管D8和D9接電感L7的輸入端，電容C19與電阻R29串聯後接在ニ極管D8的兩端，電容C21、電容C22以及串聯的ニ極管DlO和電阻R29並聯在電感L7的輸入端和變壓器T2的輸出線圈負極間，電容C23和電阻R32並聯後接在電感L7的輸出端和變壓器T2的輸出線圈負極間，電感L7的輸出端經電感L8輸出工作電源對外供電，電感L8的輸入端一路經電阻R35接分流基準源U4的參考電壓端、另一路經電阻R30和電容C24接分流基準源U4的分壓輸出端，分流基準源U4的ANODE端接地，電阻R32與電阻R33並聯後接在分流基準源U4的參考電壓端和地線間。見圖4所示，本實用新型的反饋電路包括相串接的電阻R27和R28以及電容C20和線性光耦U3，電阻R28接在線性光耦U3的輸入端，電阻R27接T2輸出線圈2的正極，線性光耦U3的輸出端接在PWM控制晶片U2的反饋輸入端FB，同時通過電容C20接地濾波。見圖I所示，本實用新型的斬波控制單元包括單片機、功率驅動電路、溫度檢測電路以及電壓採集電路和電流採集電路，單片機可選用LPC2136，功率驅動電路以功率驅動模塊M57962L構成的常規IGBT驅動電路，電壓採集電路和電流採集電路採用帶有串行接ロ的雙向功率/電能計量集成晶片，如採用CS5460A晶片，單片機為本裝置系統的主控處理器，與功率調節單元連接的溫度檢測電路以及連接在輸出濾波單元輸出端的電壓採集電路和電流採集電路與單片機的輸入端ロ連接，通過溫度檢測電路和CS5460A輸出數字採樣信號給單片機，連接在單片機輸出端ロ的功率驅動電路與功率調節單元的驅動端連接，通信模塊連接在單片機的通信端ロ，液晶顯示器和鍵盤輸入電路接單片機的輸入輸出端ロ，上位機通過通信模塊與單片機通信，通過液晶顯示電路可實時顯示電壓電流信息，鍵盤輸入電路可重新設置調節電壓，本實用新型的單片機的端ロ與風扇的控制端連接，可控制散風扇工作。見圖I所示，本實用新型的寬電壓輸入自適應動態節能照明電源裝置上電後，依次打開交流接觸器K3、Kl和K2，電壓採集電路和電流採集電路採集線路上的電壓和電流，如果正常則交流接觸器K3斷開，使得裝置系統正常運行，如果不正常則交流接觸器Kl、K2斷開，交流接觸器K3保持閉合，達到保護裝置的目的。正常運行後，單片機按照設置的程序在不同時間段輸出不同佔空比的PWM波形，再通過功率驅動電路進行信號轉換，控制功率調節單元中的IGBT通斷來達到調節線路電壓的目的，而溫度檢測電路實時檢測功率調節単元的溫度，將信號傳給單片機，如果溫度異常則控制功率調節單元停止工作，並啟動風扇 工作進行散熱，實現對功率調節單元的過溫保護。
權利要求1.一種寬電壓輸入自適應動態節能照明電源裝置，其特徵在幹包括輸入保護單元、EMC濾波單元、功率調節單元、斬波控制単元、寬電壓輸入電源單元以及旁路保護単元和輸出濾波單元，輸入保護單元依次經EMC濾波單元和功率調節單元與輸出濾波單元連接，且旁路保護単元的兩端連接在功率調節單元的輸入端和輸出端，提供工作電源的寬電壓輸入電源單元包括至少三個獨立的輸入電源模塊，其中兩個輸入電源模塊分別與接旁路保護單元和斬波控制單元連接，另ー個輸入電源模塊作為備用電源，所述的輸入電源模塊包括整流電路、電壓自適應電路、PWM開關電路以及反饋電路和反激變換輸出電路，整流電路的輸出端依次經電壓自適應電路和PWM開關電路接反激變換輸出電路的輸入端，反饋電路的輸入端接反激變換輸出電路、輸出端接PWM開關電路，反激變換輸出電路的輸出端輸出工作電源。
2.根據權利要求I所述的寬電壓輸入自適應動態節能照明電源裝置，其特徵在於所述的斬波控制單元包括單片機、功率驅動電路、溫度檢測電路以及電壓採集電路和電流採集電路，與功率調節單元連接的溫度檢測電路以及連接在輸出濾波單元輸出端的電壓採集電路和電流採集電路與單片機的輸入端ロ連接，連接在單片機輸出端ロ的功率驅動電路與功率調節單元的驅動端連接，通信模塊連接在單片機的通信端ロ，液晶顯示器和鍵盤輸入電路接單片機的輸入輸出端ロ。
3.根據權利要求2所述的寬電壓輸入自適應動態節能照明電源裝置，其特徵在於所述的電壓採集電路和電流採集電路採用帶有串行接ロ的雙向功率/電能計量集成晶片。
4.根據權利要求I所述的寬電壓輸入自適應動態節能照明電源裝置，其特徵在於所述的整流電路包括整流橋DB1、保險管Fl以及電容C13、C14和共模電感L5，保險管Fl經電容C13及共模電感L5連接在整流橋DBl輸入端並構成LC全橋整流濾波電路，整流橋DBl的輸出端一路經C14濾波後接地、另一路接電壓自適應電路的輸入端。
5.根據權利要求I所述的寬電壓輸入自適應動態節能照明電源裝置，其特徵在於所述的電壓自適應電路包括調整晶片Ul及其外圍電路以及變壓器Tl和MOS管Q1，電阻R1、R2、R3作為分壓電阻串聯在整流輸入端和地線之間，電容C15與電阻R3並聯，電阻R2和電阻R3的接點接調節晶片Ul的MULT端，分壓電阻R4、R5和R6串接在變壓器Tl的輸出端和地線之間，電阻R5與電阻R6的接點接調整晶片Ul的INV端，電阻R7和電容C16串聯後接在電阻R5與電阻R6的接點及調整晶片Ul的COMP端，變壓器Tl的輸出正極一路接MOS管Ql的集電極、另一路經ニ極管D5接PWM開關電路的輸入端，變壓器Tl的輸出負極經電阻R8接調整晶片Ul的Z⑶端，調整晶片Ul的VCC接輸入電源並經電容C17接地，調整晶片Ul的OUT端經電阻R9接MOS管Ql的基極、COM端接地，調整晶片Ul的CS端一路接MOS管Ql的發射極、另一路經並聯的電阻RlO和Rll後接地。
6.根據權利要求I所述的寬電壓輸入自適應動態節能照明電源裝置，其特徵在於所述的PWM開關電路包括PWM控制晶片U2及其外圍電路以及MOS管Q2和變壓器T2，電壓自適應電路輸出端接變壓器T2的輸入線圈正極，且連接在電壓自適應電路輸出端的電阻Rl7接PWM控制晶片U2的HV端、電阻R18與電阻R19串接後接PWM控制晶片U2的CS端、電阻R20反接ニ極管D7後接MOS管Q2集電極，電容C18與電阻R21串接後並接在電阻R20的兩端，PWM控制晶片U2的Dtv端一路經反接的ニ極管D6接MOS管Q2的基極、另一路經穩壓管D9接地，MOS管Q2的發射極一路經電阻R22接PWM控制晶片U2的CS端、另一路經電阻R23接地，變壓器T2的輸出正極經ニ極管D8和電阻R25接PWM控制晶片U2的VCC端為PWM控制晶片U2供電，電容C26接在ニ極管D8和電阻R25兩端；所述的反激變換輸出電路包括電阻R29 R35、電容C19、電容C21 C24、電感L7和L8以及ニ極管D8 DlO和分流基準源U4，變壓器T2的輸出線圈正極經並聯的ニ極管D8和D9接電感L7的輸入端，電容C19與電阻R29串聯後接在ニ極管D8的兩端，電容C21、電容C22以及串聯的ニ極管DlO和電阻R29並聯在電感L7的輸入端和變壓器T2的輸出線圈負極間，電容C23和電阻R32並聯後接在電感L7的輸出端和變壓器T2的輸出線圈負極間，電感L7的輸出端經電感L8輸出工作電源對外供電，電感L8的輸入端一路經電阻R35接分流基準源U4的參考電壓端、另一路經電阻R30和電容C24接分流基準源U4的分壓輸出端，分流基準源U4的ANODE端接 地，電阻R32與電阻R33並聯後接在分流基準源U4的參考電壓端和地線間；所述的反饋電路包括相串接的電阻R27和R28以及電容C20和線性光耦U3，電阻R28接在線性光耦U3的輸入端，電阻R27接T2輸出線圈2的正極，線性光耦U3的輸出端接在PWM控制晶片U2的反饋輸入端FB，同時通過電容C20接地濾波。
專利摘要本實用新型涉及一種寬電壓輸入自適應動態節能照明電源裝置，輸入保護單元依次經EMC濾波單元和功率調節單元與輸出濾波單元連接，且旁路保護單元的兩端連接在功率調節單元的輸入端和輸出端，提供工作電源的寬電壓輸入電源單元包括至少三個獨立的輸入電源模塊，其中兩個輸入電源模塊分別與接旁路保護單元和斬波控制單元連接，另一個輸入電源模塊作為備用電源，輸入電源模塊的整流電路的輸出端依次經電壓自適應電路和PWM開關電路接反激變換輸出電路的輸入端，反饋電路的輸入端接反激變換輸出電路、輸出端接PWM開關電路，反激變換輸出電路的輸出端輸出工作電源。本實用新型寬具有電壓輸入和運行狀態自適應的特點。
文檔編號H02M3/335GK202406045SQ201120573840
公開日2012年8月29日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者劉輝, 張興華, 賀建平, 雷錫社 申請人:江蘇宏微科技有限公司