CN103338576B - 直流低压电源注锁功率合成调光荧光灯 - Google Patents

直流低压电源注锁功率合成调光荧光灯 Download PDF

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本发明涉及电光源照明技术领域，具体是一种直流低压电源注锁功率合成调光荧光灯。包括荧光灯管、直流低压电源、基准晶振、相位调光芯片、推挽放大器、推挽振荡器、功率合成耦合器，相位调光芯片压控振荡器VCO输出接推挽放大器，经变压器T1与推挽振荡器变压器T3馈入相加耦合器，功率合成、升压匹配灯管启辉，基准晶振信号经分频器注入压控振荡器VCO锁定相位，推挽放大器变压器T1与推挽振荡器变压器T3功率合成互耦注锁频率牵引推挽振荡器相干同步锁定相位，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。本发明适用于直流低电压、大电流供电的调光荧光灯照明场合。

Description

直流低压电源注锁功率合成调光荧光灯
技术领域
本发明涉及电光源照明技术领域，具体是一种直流低压电源注锁功率合成调光荧光灯。
背景技术
现有技术电子镇流器通用LC或RC振荡器作为荧光灯光源，产生的振荡频率受温度变化稳定性差，影响功率不稳定光强下降，尤其直流低压电源供电的荧光灯工作在低电压、大电流，虽然这种电子镇流器，结构简便，成本低。由于电源电压低，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。授权公告号CN202068649U双推振荡逆变功率合成拖动大功率灯具，解决器件功率容量限制。但是，功率合成振荡电压相位应一致，以克服非线性互调功率不均衡。此外，大功率强光照明灯光不可调既浪费电能，且强光污染环境影响视力妨害工作或生活。
发明内容
本发明的目的是提供直流低压电源低电压、大电流供电，逆变振荡高稳频相位同步的一种直流低压电源注锁功率合成调光荧光灯。
本发明技术解决方案为：包括直流低压电源、荧光灯管、基准晶振、分频器、型号为IR21592的相位调光芯片、推挽放大器、推挽振荡器、相加耦合器、灯管异常检测器，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电阻偏置，并分别并联接地电容，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整形缓冲接入分频器，相位调光芯片，芯片内含压控振荡器VCO、鉴相器、推挽放大驱动电路、检测灯负载电流相位电路CS、相位调光接口、灯负载异常控制SD，电源端VDD由电阻降压，电容滤波接入直流低压电源，VCO外接电容产生振荡，荧光灯管镇流电感、电容谐振点相位在灯管取样接入检测灯负载电流相位电路CS，由芯片内部至鉴相器一端，调光直流电压连接相位调光接口DIM，由芯片内部压控振荡器VCO经相位调光接口接入鉴相器另一端，鉴相器输出经恒流源接VCO，VCO输出接推挽放大驱动电路，驱动输出端HO、LO连接推挽放大器，输出功率经变压器T1与推挽振荡器输出变压器T3馈入相加耦合器功率合成，升压匹配荧光灯管启辉，基准晶振经分频器分频的基准信号电容分压注入相位调光芯片VCO锁定相位，由推挽放大器与推挽振荡器在相加耦合器功率合成互耦注锁频率牵引相干同步锁定相位，推挽振荡器的两个大功率MOS场效应管Q3、Q4的漏极连接变压器T3的谐振电感L4两端，栅极接变压器T2的反馈电感L8两端，电感L8中心点同时连接源极接地的场效应管Q5漏极及电阻R7、R8的一端，两个大功率MOS场效应管Q3、Q4源极经接地电阻R9电压降，由电阻R11电流取样和灯管异常检测器信号通过电阻R12接入场效应管Q5栅极，灯管异常时控制推挽振荡器两个大功率MOS场效应管Q3、Q4截止，快速停振使其得到保护，电感L7串联电阻R10与变压器T3的电感L5闭合，电感L4中心点串联电感L9后接入直流低压电源，电感L9与直流低压电源连接的一端还接有旁路电容C9，旁路电容C9的另一端接地，灯管异常检测器信号经电阻接入相位调光芯片灯负载异常控制SD，灯管异常检测器信号经电阻接推挽振荡器场效应管栅极，直流低压电源接入基准晶振、分频器、推挽放大器、推挽振荡器电源端。
本发明产生积极效果：解决直流低压电源低压、大电流供电自激和它激双推振荡注入锁相高稳频相位同步功率合成，达到单个推挽振荡或推挽放大难以得到大功率调光荧光灯照明，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直流低压电源注锁功率合成调光荧光灯电路
具体实施方式
参照图1、2、3，本发明具体实施方式和实施例：包括直流低压电源1、荧光灯管8，基准晶振2、分频器3、型号为IR21592的相位调光芯片4、推挽放大器5、推挽振荡器6、相加耦合器7、灯管异常检测器9，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电阻R1偏置，并分别并联接地电容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整形缓冲接入分频器3，相位调光芯片4，即芯片IC4型号IR21592，内含压控振荡器VCO、鉴相器、推挽放大驱动电路、检测灯负载电流相位电路CS、相位调光接口、灯负载异常控制SD，电源端VDD由电阻R19降压，电容C8滤波接入直流低压电源，VCO外接电容C4产生振荡，荧光灯管8镇流电感L12、电容C11谐振点相位在灯管取样接入检测灯负载电流相位电路CS，由芯片内部至鉴相器一端，调光直流电压1-5V连接相位调光接口DIM，由芯片内部压控振荡器VCO经相位调光接口接入鉴相器另一端，鉴相器输出经恒流源接VCO，VCO输出接推挽放大驱动电路，驱动输出端HO、LO连接推挽放大器5，输出功率经变压器T1与推挽振荡器6输出变压器T3馈入相加耦合器7功率合成，升压匹配荧光灯管8启辉，基准晶振2经分频器3分频÷N的基准信号fo电容C3、C5分压注入相位调光芯片4压控振荡器VCO锁定相位，由推挽放大器5与推挽振荡器6在相加耦合器7功率合成互耦注锁频率牵引相干同步锁定相位，推挽振荡器6的两个大功率MOS场效应管Q3、Q4的漏极连接变压器T3的谐振电感L4两端，栅极接变压器T2的反馈电感L8两端，电感L8中心点同时连接源极接地的场效应管Q5漏极及电阻R7、R8的一端，两个大功率MOS场效应管Q3、Q4源极经接地电阻R9电压降，由电阻R11电流取样和灯管异常检测器信号通过电阻R12接入场效应管Q5栅极，灯管异常时控制推挽振荡器两个大功率MOS场效应管Q3、Q4截止，快速停振使其得到保护，电感L7串联电阻R10与变压器T3的电感L5闭合，电感L4中心点串联电感L9后接入直流低压电源，电感L9与直流低压电源连接的一端还接有旁路电容C9，旁路电容C9的另一端接地，灯管异常检测器信号经电阻接入相位调光芯片灯负载异常控制SD，灯管异常检测器9信号经电阻R12接推挽振荡器6场效应管Q5栅极，直流低压电源1接入基准晶振2、分频器3、推挽放大器5、推挽振荡器6电源端+V。
IC4引脚符号功能：VDD电源端，VCO压控振荡器，DIM相位调光接口，HO驱动Q1，LO驱动Q2，CS检测灯负载电流相位信息，SD灯负载异常控制，COM接地。
推挽放大器由相位调光芯片它激振荡驱动Q1、Q2，轮流导通、截止半周；推挽振荡器自激振荡Q3、Q4轮流导通、截止半周，双推输出功率经相加耦合器叠加合成拖动大功率灯具，扩容可靠，但要求两个振荡电压相位一致，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。
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相位调光芯片压控振荡器VCO锁定相位。未注入基准信号VCO产生自由振荡频率，注入基准信号VCO振荡电压与其矢量合成，通过VCO非线性混频锁定相位，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VCO有载Q值反比，由于基准信号注入VCO输入端，增益高，小功率锁定。基准信号分频注入选配高频石英谐振器，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器分频。
注入锁相无需压控调谐、鉴相、环路滤波，电路结构简单，性能优越，附加成本低。相加耦合器叠加双推输出功率合成，“紧密捆绑”互耦注锁效应推挽放大器牵引推挽振荡器频率相干同步锁定相位。注入锁相本质上与环路锁相没差别，适合大功率灯具稳定振荡频率相位同步，避免器件温升过高功率失衡，稳定灯光延长使用寿命。
相加耦合器T4电感L10将两个推挽输出功率变压器T1、T3电感L2、L6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，两个电流相等时平衡电阻R14无功率损耗。
相位调光取自灯管镇流电感L12、电容C11谐振点，灯负载电流相位与注入基准信号fo相位鉴相比较，高于谐振点灯管电流超前电压，低于谐振点灯管电流滞后电压，电流/电压相位差小，功率大、灯光强，反之亦然。控制相位调光接口直流电压DC 1-5V改变压控振荡器VCO相位偏移，使推挽放大器和推挽振荡器电压相位同步偏移，调节RP1电压改变灯光亮度，实现大功率灯调光。
推挽振荡器T2、T3双变压器振荡，T3不会饱和，功效高。谐振频率调L4，振荡反馈调电阻R10或电感L5，互不牵连。
灯异常电流磁环电感L13电压二极管VD1检波，电阻R15、电容C14滤波经电阻R12，电容C10使Q5导通，推挽振荡器功率管Q3、Q4截止；振荡驱动芯片灯故障控制器SD控制停振，保护推挽放大器Q1、Q2。同时，灯异常电流电阻R6压降经电阻R4、电容C6开启振荡驱动芯片电流检测CS，保护Q1、Q2；灯异常电流电阻R9压降经电阻R11、电容C10进而使Q5导通，双重保护Q3、Q4。
电阻R17、电容C12吸收抑制尖峰脉冲平滑灯光，电容C13匹配灯管启辉，电阻R16加直流偏压防止灯管两头发黑。
实施例直流低压电源30V，双推电流2.3A，引燃56W荧光灯管G，调光适意，效率81％，昼夜开灯照明，功率MOS管温升在允许值内，延长使用寿命。

Claims (1)

1.一种直流低压电源注锁功率合成调光荧光灯，包括直流低压电源、荧光灯管，其特征在于：还包括基准晶振、分频器、型号为IR21592的相位调光芯片、推挽放大器、推挽振荡器、相加耦合器、灯管异常检测器，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电阻偏置，并分别并联接地电容，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整形缓冲接入分频器，相位调光芯片，芯片内含压控振荡器VCO、鉴相器、推挽放大驱动电路、检测灯负载电流相位电路CS、相位调光接口、灯负载异常控制SD，电源端VDD由电阻降压，电容滤波接入直流低压电源，VCO外接电容产生振荡，荧光灯管镇流电感、电容谐振点相位在灯管取样接入检测灯负载电流相位电路CS，由芯片内部至鉴相器一端，调光直流电压连接相位调光接口DIM，由芯片内部压控振荡器VCO经相位调光接口接入鉴相器另一端，鉴相器输出经恒流源接VCO，VCO输出接推挽放大驱动电路，驱动输出端HO、LO连接推挽放大器，输出功率经变压器T1与推挽振荡器输出变压器T3馈入相加耦合器功率合成，升压匹配荧光灯管启辉，基准晶振经分频器分频的基准信号电容分压注入相位调光芯片VCO锁定相位，由推挽放大器与推挽振荡器在相加耦合器功率合成互耦注锁频率牵引相干同步锁定相位，推挽振荡器的两个大功率MOS场效应管Q3、Q4的漏极连接变压器T3的谐振电感L4两端，栅极接变压器T2的反馈电感L8两端，电感L8中心点同时连接源极接地的场效应管Q5漏极及电阻R7、R8的一端，两个大功率MOS场效应管Q3、Q4源极经接地电阻R9电压降，由电阻R11电流取样和灯管异常检测器信号通过电阻R12接入场效应管Q5栅极，灯管异常时控制推挽振荡器两个大功率MOS场效应管Q3、Q4截止，快速停振使其得到保护，电感L7串联电阻R10与变压器T3的电感L5闭合，电感L4中心点串联电感L9后接入直流低压电源，电感L9与直流低压电源连接的一端还接有旁路电容C9，旁路电容C9的另一端接地，灯管异常检测器信号经电阻接入相位调光芯片灯负载异常控制SD，灯管异常检测器信号经电阻接推挽振荡器场效应管栅极，直流低压电源接入基准晶振、分频器、推挽放大器、推挽振荡器电源端。
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