一種高頻無極燈驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：無極燈是一種新型綠色光源，因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)正逐步得到推廣。文章回顧了無極燈的發(fā)光原理，分析了傳統(tǒng)高頻無極燈驅(qū)動(dòng)裝置采用分立元件設(shè)計(jì)帶來的缺點(diǎn)，提出了一種新型的基于IC驅(qū)動(dòng)的高頻無極燈驅(qū)動(dòng)裝置，并給出了設(shè)計(jì)模塊的原理圖。經(jīng)過測(cè)試，本方案給出的驅(qū)動(dòng)裝置可以穩(wěn)定高效地驅(qū)動(dòng)高頻無極燈并應(yīng)用于實(shí)際。
關(guān)鍵詞：無極燈；驅(qū)動(dòng)裝置；IC驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

0 引言
    高頻無極燈是綜合應(yīng)用電子技術(shù)、真空科學(xué)、功率電學(xué)、等離子體科學(xué)、磁性材料科學(xué)等學(xué)科的高新技術(shù)產(chǎn)品。無極燈采用磁場(chǎng)來激勵(lì)氣體放電并發(fā)光，所以燈泡內(nèi)部并沒有電極，突破了傳統(tǒng)的白熾燈、氣體放電燈的發(fā)光機(jī)理，正逐漸成為人們公認(rèn)的新一代實(shí)用型長(zhǎng)壽命、高光效的光源，具有超長(zhǎng)壽命、節(jié)能效果好、發(fā)光效率高、無閃爍、低維護(hù)成本、無污染等優(yōu)點(diǎn)。
    高頻無極燈的推廣對(duì)于節(jié)能減排有積極的意義。以路燈照明為例，僅2009年，我國(guó)共計(jì)安裝路燈2000萬(wàn)盞，年電費(fèi)就達(dá)數(shù)百億元以上，并且維護(hù)及更換燈泡耗費(fèi)大量人力與物力，一直是傳統(tǒng)路燈難以克服的弊病。近年來，隨著能源緊張局免的加劇，清潔光源如LED燈、無極燈的應(yīng)用日益得到重視。而與其他清潔光源如LED燈相比，無極燈在散熱和功率方面均有優(yōu)勢(shì)，故無極燈的研制在各國(guó)受到重視。本文對(duì)高頻無極燈的驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行了研究，提出了一種基于數(shù)字IC的高頻無極燈驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案。實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明，本方案能夠在2．65MHz穩(wěn)定高效地驅(qū)動(dòng)高頻無極燈，可以應(yīng)用于生產(chǎn)。

1 無極燈發(fā)光原理
    無極燈利用電磁感應(yīng)原理，先由交流電產(chǎn)生磁場(chǎng)，再由磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，應(yīng)用耦合震蕩原理將產(chǎn)生的高頻電壓注入到真空的玻殼或玻管里，與三基色熒光粉及惰性氣體作用發(fā)光。高頻無級(jí)燈在輸入一定范圍的電源電壓后，高頻發(fā)生器產(chǎn)生高頻恒壓送給功率耦合器，由功率耦合器在玻殼的放電空間內(nèi)建立靜電強(qiáng)磁場(chǎng)，對(duì)放電空間內(nèi)的大氣進(jìn)行電離，形成大量的等離子體。等離子受激原子返回基態(tài)時(shí)，輻射出253．7nm紫外光；玻璃泡殼內(nèi)壁的三基色熒光粉受強(qiáng)紫外光激勵(lì)發(fā)可見光。在電源設(shè)計(jì)上，無極燈采用APFC電源控制技術(shù)和采用IC技術(shù)，一方面使得電源的功率因數(shù)高達(dá)0．95以上，另一方面使得高頻發(fā)生器始終以高頻恒電壓點(diǎn)燈。所以輸入的電源電壓在一定范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，其發(fā)光亮度均不變。

2 高頻無極燈驅(qū)動(dòng)裝置研究
    驅(qū)動(dòng)裝置是高頻無極燈的重要組成部分。目前已經(jīng)應(yīng)用的無極燈高頻驅(qū)動(dòng)是由電容、電阻、晶體管組合振蕩器實(shí)現(xiàn)的，將輸出脈沖去驅(qū)動(dòng)MOS管。但是分立元件制作的無極燈驅(qū)動(dòng)裝置存在如下缺點(diǎn)：
    (1)驅(qū)動(dòng)信號(hào)幅度大小不穩(wěn)定，使得MOS管不能處于最佳工作狀態(tài)，影響無極燈功耗。在國(guó)家大力提倡低碳環(huán)保的今天，這個(gè)問題必須要解決。
    (2)控制頻率漂移嚴(yán)重，存在諧波干擾。由于高頻無極燈工作頻率高(高于2MHz)，如果不能有效解決頻率諧波問題，將嚴(yán)重干擾其它波段的通信，如無線廣播、機(jī)場(chǎng)無線電通信等，這將嚴(yán)重影響無極燈的推廣應(yīng)用。
    (3)由分立元件組成的驅(qū)動(dòng)電路在實(shí)際應(yīng)用時(shí)調(diào)試麻煩，而且制作困難，控制器故障率高，技術(shù)指標(biāo)低。
    為了克服現(xiàn)有的控制器頻率漂移以及驅(qū)動(dòng)信號(hào)不穩(wěn)定的狀態(tài)，本文提出一種高頻驅(qū)動(dòng)輸出恒定，并使得無極燈控制器故障率大幅度下降的方案，是國(guó)內(nèi)首次在2．65MHz下用IC驅(qū)動(dòng)的方式驅(qū)動(dòng)高頻電源，可以有效克服分立元件制作無極燈驅(qū)動(dòng)裝置所帶來的缺點(diǎn)。
    給出的設(shè)計(jì)方案如下：在組合模塊中，PCB板、晶振、驅(qū)動(dòng)芯片與PCB板連接，設(shè)置兩路電壓輸入，使得本裝置一端與主板電源連接，另一端與內(nèi)部的晶振連接。當(dāng)標(biāo)稱電壓達(dá)到晶振時(shí)，輸出一個(gè)2．65MHz標(biāo)準(zhǔn)脈沖方波，該方波直接輸出給DF803SI驅(qū)動(dòng)芯片。DF8031SI的電源通過插件與主板另外一路電源連接。當(dāng)震蕩信號(hào)達(dá)到DF803SI的時(shí)候，DF803SI輸出兩組驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過主板的元器件直接驅(qū)動(dòng)MOS管工作，從而減少元器件數(shù)量，且驅(qū)動(dòng)信號(hào)衰減極小，驅(qū)動(dòng)信號(hào)穩(wěn)定性好，耗散功率大大減小。

    如圖2所示，1是主板與驅(qū)動(dòng)裝置的接口通道，并通過2向晶振提供電源。部件3是高頻模塊，輸出2．65MHz高頻信號(hào)。部件4與IXDF404SI驅(qū)動(dòng)芯片串聯(lián)，5與電源一端與DF803SI驅(qū)動(dòng)芯片相連，DF803SI通過6輸出雙驅(qū)動(dòng)信號(hào)。[!--empirenews.page--]

    如圖3所示，1是PCB板，2是2．65MHz晶振，3是DF803SI驅(qū)動(dòng)芯片與PCB板1相焊接，5使DF803SI驅(qū)動(dòng)芯片的引腳端與接插件4與PCB主板連同。接插件4一端與驅(qū)動(dòng)裝置相連接，另一端與主板6上的PCB接口7相焊接。

    如圖4所示，2．65MHz晶振引腳端與PCB板相連接，6縱剖面的DF803SI驅(qū)動(dòng)芯片3DF803SI驅(qū)動(dòng)芯片與PCB板在4相焊接。

3 測(cè)試結(jié)果與結(jié)論
    本項(xiàng)目同浙江科視電子技術(shù)有限公司進(jìn)行合作，生產(chǎn)的無極燈已經(jīng)應(yīng)用于若干示范工程，如寧波鎮(zhèn)海工業(yè)園區(qū)、杭州七格污水廠廠區(qū)路燈改造、溫州藤橋工業(yè)園區(qū)等工程。

    該區(qū)域原先采用的是400W鈉燈，桿高12米。采用200W無極燈后，無論照度以及各個(gè)參數(shù)指標(biāo)，都滿足了該園區(qū)道路改造的要求，符合國(guó)家道路照明的要求。但功率下降了50％，顯色度高。
    經(jīng)過實(shí)物測(cè)試，本方案能夠在2．65MHz穩(wěn)定高效地驅(qū)動(dòng)高頻無極燈，并且沒有任何諧波輸出，可以廣泛用于公路、大橋和機(jī)場(chǎng)等公共交通領(lǐng)域的照明。具有重大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。