專利名稱：太陽能電源八橋振蕩功率合成高壓鈉燈的制作方法
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八橋振蕩功率合成高壓鈉燈。
背景技術：
汽車、船只太陽能電源供電的高壓鈉燈HID，光電轉換效率高，可產生強光照明，適于車船內外照明，如汽車前燈照明。高壓鈉燈是一種高強度氣體放電發(fā)光，工作電壓在數(shù)百伏，點火啟動電壓通常在3KV以上才能引燃。太陽能電源供電高壓鈉燈電子核心是一個 DC-AC逆變器。燈負載功率在25W左右時，采用大功率三極管推挽振蕩獲取較好的效果。但是，高壓鈉燈功率都較大，驅動電流相應要大，這時逆變器功率器件功耗急劇增大，由于車船內部空間所限散熱器體積不能做大發(fā)熱升溫很高會燒壞元器件，不能正常工作。此外，高壓鈉燈高頻電源供電極易產生“聲共振”，燈管內壓力波脈沖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(wěn)定燈光閃爍，對人眼產生暈眩。
發(fā)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八橋振蕩功率合成高壓鈉燈。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燈管，還包括逆變器由八個橋式振蕩器、七個相加耦合器、調頻信號發(fā)生器、燈管電路及過載檢測保護電路組成，七個相加耦合器分為第一相加耦合器、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，八個橋式振蕩器分為橋式振蕩器6a、橋式振蕩器6b、橋式振蕩器6c、橋式振蕩器6d、橋式振蕩器6e、橋式振蕩器6f和橋式振蕩器6g、橋式振蕩器6h，分別由八個鐵氧體磁性變壓器T1、T2、T3、T4和T5、T6、T7、T8初級電感并聯(lián)電容為諧振回路，諧振回路兩端分別并接兩個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(fā)射極接太陽能電源正極，兩個NPN大功率振蕩管發(fā)射極接地，四個大功率振蕩管集電極與發(fā)射極之間并聯(lián)快恢二極管，諧振回路兩端還并聯(lián)交叉耦合到對管基極電阻靜態(tài)偏置和電容正反饋構成橋式振蕩器，兩個NPN大功率振蕩管基極并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(fā)射極接地，調頻信號發(fā)生器輸出信號接入八個橋式振蕩器接口管，由振蕩管極間電容調制振蕩頻率抑制燈光閃爍，橋式振蕩器6a和橋式振蕩器6b輸出功率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，橋式振蕩器6c和橋式振蕩器6d輸出功率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， 橋式振蕩器6e和橋式振蕩器6f輸出功率由鐵氧體磁性變壓器T5、T6次級電感反相接入第三相加耦合器初級電感一階功率合成，橋式振蕩器6g和橋式振蕩器他輸出功率由鐵氧體磁性變壓器T7、T8次級電感反相接入第四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五相加耦合器初級電感二階功率合成，第三相加耦合器和第四相加耦合器次級電感反相接入第六相加耦合器初級電感二階功率合成，第五相加耦合器和第六相加耦合器次級電感反相接入第七相加耦合器初級電感三階功率合成，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(huán)電感感生電壓二極管檢波，檢測電壓接入接口管控制振蕩管，調頻信號發(fā)生器電源端接入太陽能電源；其中，調頻信號發(fā)生器由運算放大器Al、A2與電阻、電容構成自激多諧振蕩器和有源帶通濾波器，Al偏置電阻和反饋電阻取值相同，電容充放電時間相同，構成對稱翻轉的自激多諧振蕩器，A2由電阻、電容RC單T選頻網絡構成負反饋式有源帶通濾波器，Al輸出信號經A2有源帶通濾波接入八個橋式振蕩器接口管，由振蕩管極間電容調制振蕩頻率抑制燈光閃爍；燈管電路由電容串接燈管接入第七相加耦合器次級電感，并經限流電阻接雙向可控硅陽極，另由電阻對電容充電連接雙向觸發(fā)二極管觸發(fā)雙向可控硅門極，雙向可控硅陽極和陰極并接在與放電電容串聯(lián)的脈沖點火變壓器初級線圈，脈沖點火次級線圈接燈管， 雙向可控硅陰極、充電電容和脈沖點火線圈初級、次級連接點接入第七相加耦合器次級電感接地端；太陽能電源過壓檢測控制器由運算放大器A3同相輸入端接穩(wěn)壓二極管基準電壓，反相輸入端接蓄電池電壓，輸出經三極管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A4反相輸入端接穩(wěn)壓二極管基準電壓，同相輸入端接蓄電池電壓，輸出經三極管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。本實用新型產生積極效果太陽能電源供電八橋振蕩功率合成調頻抑制燈光閃爍，阻容交叉耦合八橋振蕩功率合成振蕩十分強烈，獲取大功率燈負載高光效，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。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，廣泛用于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橋式振蕩器電路圖3八橋振蕩功率合成及過載檢測保護電路圖4調頻信號發(fā)生器圖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以橋式振蕩器6a電路為例，其余橋式振蕩器電路相同)， 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l(wèi)a、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El組成太陽能電源1和逆變器與燈管，還包括逆變器由調頻信號發(fā)生器3、八個橋式振蕩器6、七個相加耦合器4、燈管電路2及過載檢測保護電路5組成，七個相加耦合器4分為第一相加耦合器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、第五相加耦合器如、第六相加耦合器4f、第七相加耦合器4g， 八個橋式振蕩器6分為橋式振蕩器6a、橋式振蕩器6b、橋式振蕩器6c、橋式振蕩器6d、橋式振蕩器6e、橋式振蕩器6f和橋式振蕩器6g、橋式振蕩器他，分別由八個鐵氧體磁性變壓器Tl、T2、T3、T4和T5、T6、T7、T8初級電感Ll并聯(lián)電容C5為諧振回路，諧振回路兩端分別并接兩個PNP大功率振蕩管Ql、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Ql、Q2發(fā)射極接太陽能電源1正極，兩個NPN大功率振蕩管Q3、Q4發(fā)射極接地，四個大功率振蕩管Ql、Q2和Q3、Q4集電極與發(fā)射極之間并聯(lián)快恢二極管VD1、VD2 和VD3、VD4，諧振回路兩端還并聯(lián)交叉耦合到對管基極電阻Rl、R2和R3、R4靜態(tài)偏置和電容C1、C2和C3、C4正反饋構成橋式振蕩器，兩個NPN大功率振蕩管Q3、Q4基極并接控制信號接口管Q5、Q6集電極，接口管基極、集電極接電壓負反饋偏置電阻R5、R6，發(fā)射極接地，調頻信號發(fā)生器3輸出信號經耦合電容C6、電阻R7、R8接入八個橋式振蕩器接口管，由振蕩管Q3、Q4極間電容調制振蕩頻率抑制燈光閃爍，橋式振蕩器6a和橋式振蕩器6b輸出功率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如初級電感一階功率合成， 橋式振蕩器6c和橋式振蕩器6d輸出功率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4b初級電感一階功率合成，橋式振蕩器6e和橋式振蕩器6f輸出功率由鐵氧體磁性變壓器T5、T6次級電感反相接入第三相加耦合器如初級電感一階功率合成，橋式振蕩器6g和橋式振蕩器他輸出功率由鐵氧體磁性變壓器T7、T8次級電感反相接入第四相加耦合器4d初級電感一階功率合成，第一相加耦合器如和第二相加耦合器4b次級電感反相接入第五相加耦合器4e初級電感二階功率合成，第三相加耦合器如和第四相加耦合器4d 次級電感反相接入第六相加耦合器4f初級電感二階功率合成，第五相加耦合器如和第六相加耦合器4f次級電感反相接入第七相加耦合器4g初級電感三階功率合成，次級電感升壓接入燈管電路2。過載檢測保護電路5由燈負載電流經磁環(huán)電感L3感生電壓二極管檢波VD5，檢測電壓經電容C7、電阻R18濾波，電阻R9、RlO限流接入接口管Q5、Q6控制振蕩管Q3、Q4和 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，即時起到保護作用。調頻信號發(fā)生器3電源端接入太陽能電源1。二極管VD1、VD2和VD3、VD4吸收振蕩管高反壓，避免擊穿。橋式振蕩器由PNP、NPN三極管兩個互補對稱阻容交叉耦合推挽振蕩相互耦合而成，阻容交叉耦合推挽振蕩實際是輸出輸入直接相連的兩級LC選頻放大器，大功率振蕩管 Q3、Q4和Q1、Q2導通角為90度交替工作，輸出電流為半余弦波脈沖，振蕩十分強烈，經諧振回路衰減諧波，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，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。通用大功率三極管構成的橋式振蕩輸出功率只能50W左右，在要求更大輸出功率時，如匹配450W燈負載，僅幾只器件直接并聯(lián)運用不能令人滿意，采用八橋振蕩功率合成效果明顯，其輸出功率疊加能滿足技術要求，通過七個相加耦合器分別將八橋振蕩輸出功率相互反相激勵功率合成，升壓引燃大功率或多支中小功率燈管發(fā)光。平衡電阻R11、R12、 R13、R14、R15和R14、R17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(fā)生器由運算放大器Al為多諧振蕩器，偏置電阻R19、R20和負反饋R21、R22取值相同，電容C8充、放電時間相同，輸出對稱方波，經運算放大器A2與電阻 R23、R24、R25和電容C9、ClO組成負反饋式RC單T選頻網絡有源帶通濾波器濾除高次諧波，輸出基波為低頻正弦波接入八個橋式振蕩器接口管Q5、Q6，由振蕩管Q3、Q4極間電容調制振蕩頻率，低頻正弦波圍繞注入鎖定中心頻率不斷變化，燈電弧無法形成駐波共振點，避免“聲共振”燈光閃爍。圖5，燈管電路在啟動開燈的瞬間第七相加耦合器4g功率合成輸出高壓由電容 C11、電阻似6對電容C12充電使雙向觸發(fā)二極管VD6導通，進而觸發(fā)雙向可控硅VSl門極使其導通，電流經限流電阻R27、放電電容C13和脈沖點火變壓器T9初級線圈L4，感應到次級線圈L5升壓成高壓脈沖，點火觸發(fā)高壓鈉燈G氣體擊穿導通，使高壓鈉燈啟動引燃發(fā)光。圖6，太陽能電源過壓檢測控制器Ib當蓄電池E電壓高于穩(wěn)壓二極管VD7基準電壓時，A3輸出為低電平，三極管Q7驅動繼電器Jl釋放Jl-I常閉觸點切斷充電回路，保護蓄電池E過壓充電，蓄電池E電壓隨著照明耗電下降低于VD7基準電壓時，A3反相輸入電位低于同相基準電壓，輸出為高電平，繼電器Jl吸合Jl-I常閉觸點接通充電回路。欠壓檢測控制器Ic當蓄電池E電壓低于穩(wěn)壓二極管VD9基準電壓時，A4輸出為低電平，三極管Q8驅動繼電器J2釋放J2-1常開觸點切斷放電回路，保護蓄電池E欠壓放電，蓄電池E隨著充電電壓上升高于VD9基準電壓時，A4同相輸入電位高于反相基準電壓，輸出為高電平，繼電器J2 吸合J2-1常開觸點接通放電回路。電阻R28、R29、R30和R33、R34、R35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R31、R36和電位器RP1、RP2達到切換門限值。電阻R32、R37限流作用。二極管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(fā)電時或出現(xiàn)短路時蓄電池E向太陽能電池陣列Ia放電。二極管VD12防反接，當蓄電池E極性接反時導通，產生大電流將熔絲F快速熔斷，起到防護作用。二極管VD8、VDlO 吸收繼電器J1、J2線圈反向電勢，防護擊穿三極管Q7、Q8。電壓配接器Id內置電源退耦濾波器連接八橋振蕩器6和調頻信號發(fā)生器3電源端。實施例太陽能直流電壓為60V，八橋振蕩頻率51KHZ，低頻信號^OHZ調頻偏移范圍2. 6KHZ抑制燈光閃爍，輸出功率匹配450W高壓鈉燈管，逆變效率85%，振蕩管散熱器溫升低于40°C。
權利要求1.一種太陽能電源八橋振蕩功率合成高壓鈉燈，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燈管，其特征在于還包括逆變器由八個橋式振蕩器、七個相加耦合器、調頻信號發(fā)生器、燈管電路及過載檢測保護電路組成，七個相加耦合器分為第一相加耦合器、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，八個橋式振蕩器分為橋式振蕩器(6a)、橋式振蕩器(6b)、橋式振蕩器(6c)、橋式振蕩器(6d)、橋式振蕩器 (6e)、橋式振蕩器(6f)和橋式振蕩器(6g)、橋式振蕩器( )，分別由八個鐵氧體磁性變壓器(Tl)、(T2)、(T3)、(T4)和(T5)、(T6)、(T7)、(T8)初級電感并聯(lián)電容為諧振回路，諧振回路兩端分別并接兩個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(fā)射極接太陽能電源正極，兩個NPN大功率振蕩管發(fā)射極接地，四個大功率振蕩管集電極與發(fā)射極之間并聯(lián)快恢二極管，諧振回路兩端還并聯(lián)交叉耦合到對管基極電阻靜態(tài)偏置和電容正反饋構成橋式振蕩器，兩個NPN大功率振蕩管基極并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(fā)射極接地，調頻信號發(fā)生器輸出信號經耦合電容、電阻接入八個橋式振蕩器接口管，由振蕩管極間電容調制振蕩頻率抑制燈光閃爍，橋式振蕩器(6a)和橋式振蕩器(6b)輸出功率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，橋式振蕩器(6c)和橋式振蕩器(6d)輸出功率由鐵氧體磁性變壓器CH)、(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，橋式振蕩器(6e)和橋式振蕩器(6f)輸出功率由鐵氧體磁性變壓器 (T5)、(T6)次級電感反相接入第三相加耦合器初級電感一階功率合成，橋式振蕩器(6g)和橋式振蕩器(6h)輸出功率由鐵氧體磁性變壓器(T7)、(T8)次級電感反相接入第四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五相加耦合器初級電感二階功率合成，第三相加耦合器和第四相加耦合器次級電感反相接入第六相加耦合器初級電感二階功率合成，第五相加耦合器和第六相加耦合器次級電感反相接入第七相加耦合器初級電感三階功率合成，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(huán)電感感生電壓二極管檢波，檢測電壓接入接口管控制振蕩管，調頻信號發(fā)生器電源端接入太陽能電源。
2.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電源八橋振蕩功率合成高壓鈉燈，其特征在于調頻信號發(fā)生器由運算放大器Al、A2與電阻、電容構成自激多諧振蕩器和有源帶通濾波器，Al 偏置電阻和反饋電阻取值相同，電容充放電時間相同，構成對稱翻轉的自激多諧振蕩器，A2 由電阻、電容RC單T選頻網絡構成負反饋式有源帶通濾波器，Al輸出信號經A2有源帶通濾波接入八個橋式振蕩器接口管，由振蕩管極間電容調制振蕩頻率抑制燈光閃爍。
3.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電源八橋振蕩功率合成高壓鈉燈，其特征在于燈管電路由電容串接燈管接入第七相加耦合器次級電感，并經限流電阻接雙向可控硅陽極，另由電阻對電容充電連接雙向觸發(fā)二極管觸發(fā)雙向可控硅門極，雙向可控硅陽極和陰極并接在與放電電容串聯(lián)的脈沖點火變壓器初級線圈，脈沖點火次級線圈接燈管，雙向可控硅陰極、充電電容和脈沖點火線圈初級、次級連接點接入第七相加耦合器次級電感接地端。
4.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電源八橋振蕩功率合成高壓鈉燈，其特征在于太陽能電源過壓檢測控制器由運算放大器A3同相輸入端接穩(wěn)壓二極管基準電壓，反相輸入端接蓄電池電壓，輸出經三極管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A4反相輸入端接穩(wěn)壓二極管基準電壓，同相輸入端接蓄電池電壓，輸出經三極管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，是一種太陽能電源八橋振蕩功率合成高壓鈉燈。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高壓鈉燈管，還包括逆變器由調頻信號發(fā)生器、八個橋式振蕩器，七個相加耦合器、燈管電路及過載檢測保護電路組成，八橋振蕩功率合成調頻抑制“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，廣泛用于汽車、火車、船只無交流市電或供電不便的場合大功率高壓鈉燈照明。
文檔編號H05B41/36GK202059662SQ201120110270
公開日2011年11月30日 申請日期2011年4月3日 優(yōu)先權日2011年4月3日
發(fā)明者阮樹成 申請人:阮樹成