高频无极灯高频电源的研究

　　高频无极灯是集电子技术、真空科学、功率电学、等离子体科学、磁性材料科学等领域综合应用的高新技术产品，又称电子灯泡。灯泡内没有灯丝或电极，已成为“绿色照明”领域的一枝新秀。在电气设计上，采用有源功率因数补偿，在电源电压大范围波动下恒压供电，输出稳定的光通量。输入端净化威廉希尔官方网站 和防辐射，使电磁干扰EMC完全符合国家检测标准。

　　1　高频无极灯的结构

　　高频无极放电灯的结构如图1所示，由高频发生器1、耦合器2、灯泡3三个部分组成。耦合器装在灯泡内，耦合器通高频过馈线与高频发生器连接。

　　

　　1—高频发生器2—耦合器3—灯泡4—高频馈线

　　图1　高频无极放电灯。

　　2　高频无极灯工作原理

　　如图2所示，高频发生器在电源的作用下转换为直流电，再变换成高频电能，产生一个2165MHz高频正弦电压，并同时产生一个3000V左右的点火电压，经过馈线传送至功率耦合器。当高频电流通过功率耦合器时，产生一个高频电磁场，耦合器装在灯泡内，灯泡内壁和内管外壁涂有三基色荧光粉,功率耦合器在玻璃泡壳内瞬间建立一个高频磁场,在高频磁场的作用下，变化的磁场即产生一个垂直于磁场变化的电场，使灯泡内部放电空间的电子加速，当能量达到一定值时，与玻壳内的气体分子发生碰撞，泡壳内部的惰性气体发生电离并进而产生雪崩效应，气体雪崩电离形成等离子体，灯泡内等离子体受激原子返回基态时，自发辐射出254nm的紫外线并激发灯泡壁上的三基色荧光粉而发出可见光。

　　

　　1—内管外壁荧光粉2—耦合器3—高频磁场4—玻壳内壁

　　荧光粉5—水银原子6—荧光粉7—可见光线8—电子

　　图2　高频无极灯发光原理。

　　3　高频无极灯高频发生器的研究

　　3.1　大功率高频无极灯高频发生器威廉希尔官方网站

　　大功率高频无极灯的高频发生器为耦合器稳定工作提供电源，图3为无极灯高频发生器主威廉希尔官方网站 图;图4为无极灯高频发生器保护威廉希尔官方网站 图。

　　

　　图3　主威廉希尔官方网站 图。

　　

　　图4　保护部分威廉希尔官方网站 图。

　　3.2　大功率高频无极灯高频发生器工作原理

　　(1) 高频发生器的构成。

　　高频发生器能产生频率2165MHz的电磁波，主要组成包括电源部分(滤波器、整流器) 、振荡器部分、触发开关器件和一些匹配网络威廉希尔官方网站 。耦合器的高频能量来自高频发生器。高频发生器的威廉希尔官方网站 结构决定了振荡源和过滤威廉希尔官方网站 不受输入电源的影响,它的威廉希尔官方网站 结构使得高频发生器的功率因数很高和谐波含量很少。高频发生器有两套屏蔽结构(外壳屏蔽和高频部分单独再屏蔽) ，能抑制内部磁场对外界的干扰，并且能屏蔽外部磁场对电子元件工作状态的干扰。不同功率的高频发生器必须与同功率的灯泡和耦合器配套使用。

　　(2) 高频发生器的工作原理。

　　①电源部分。

　　电源部分是由B112B33、D12D4、Z12Z1和一些电阻、电容组成的三级式电源滤波网络，能抑制威廉希尔官方网站 产生的高频及高频威廉希尔官方网站 产生的高次谐波。一部分电容能把差模干扰噪声旁路掉，一部分电容抑制输电线继发的射频噪声。电感扼流圈能抑制共模噪声。

　　电阻器用来吸收尖峰脉冲过电压，能有效地抑制开机时的浪涌电流。

　　②MC33262控制功能。

　　电源经电源滤波器和整流器得到脉动直流电。

　　电流通过启动电阻R10向C13充电至lOV时，IC 1开始工作。整流后的直流脉动电压在R4 的分压作为取样信号经IC1的③脚输入乘法器。直流输出电压在R8和R9上的分压经①脚输至误差放大器的反相输入端，与215V的参考电压比较放大后输出一个直流误差电压，同时也输入到乘法器。通过开关管M3的电流在电阻R6上转换为电压信号，输入到IC1的④脚，并与乘法器的输出电压进行比较。随AC电压从零到峰值正弦地通过，乘法器的输出电压控制脚IC1的④的阀值，从而使M3的峰值电流跟踪输入电压，致使威廉希尔官方网站 的负载呈电阻性。

　　由于MC33262的控制作用，使输入电流紧紧跟随输入电压而变化，呈平滑的正弦波。同时，威廉希尔官方网站 又是一种升压型开关稳压电源，使无极灯的功率和光通量不会随输入电压的涨落而变化。

　　③逆变威廉希尔官方网站 。

　　逆变威廉希尔官方网站 是将前级威廉希尔官方网站 输出的高压直流变换为供无极灯使用的高频交流电。

　　接通电源后，前级威廉希尔官方网站 输出的直流电压，通过R13、R14加到电容C25上，C25开始充电。当C25上所充电压达到触发管D82D16的转折电压时，D82D16由关断转为导通状态。积分电容C25所储存的电荷经D82D16加于振荡变压器T3的初级绕组，依靠T3 两个次级绕组使MC1、MC2 获得幅度相等,相位相差180°的驱动信号。在MC2导通时MC1被强迫关断截止; MC1导通时，MC2又被强迫关断截止。

　　逆变器的振荡频率由绕组W21，W22的电感量与场效应管MC1、MC2 的输入电容以及补偿电容C25、C26共同决定，灯回路网络的谐振频率必须与输入回路的谐振频率相同，例如: 谐振频率为2165MHz。还要尽力优化MC1、MC2的驱动信号的幅度和波形，使其自身功耗降到最低。

　　二极管D11有两个作用: 正向时用来泄放C25上的电荷，防止逆变威廉希尔官方网站 因误触发而出现“共同导通”现象，起保护作用; 反向时，利用反向恢复时间的反向电流为振荡变压器输入激励信号。

　　图3中L2、C22、C23为谐振电感和谐振电容,它们是设计中重要的参数。在启动阶段，灯泡的等效电阻很大，L2、C22、C23发生串联谐振，谐振威廉希尔官方网站 可以在灯两端形成很高(约3000V ) 的点火电压。无极灯引燃后，进入正常运行阶段，泡体内电弧等效电阻在数百欧姆，当灯电流生成后，谐振回路失谐，C22、C23 上的谐振电压降到灯的工作电压。灯点亮后由L2稳定灯的电弧电流。与此同时,由于输出回路的选频滤波作用，点灯电能为一余弦波的电压和电流，其频率为激励信号的基频。

　　(3) 保护威廉希尔官方网站 。

　　保护威廉希尔官方网站 ，如图4所示。

　　当出现灯泡接线脱落或者灯泡漏气等异常状态时，无极灯不能正常启动，谐振引火威廉希尔官方网站 一直处于谐振状态，逆变器输出的电流增大到正常电流的3～5倍。如果不采取有效的保护措施，就会造成点灯逆变器以及前级单元威廉希尔官方网站 因过载而烧毁。

　　在异常状态时: 在谐振电容C22、C23 的中点引出异常保护采样电压，保护威廉希尔官方网站 通过两个二极管D51、D54分别对MC2、MC1进行保护。通过电容、二极管(D52、D53) 、电阻整流后成为控制电压,形成延时威廉希尔官方网站 ，在C19上得到随时间上升的直流电压，当此电压大于DZ53的稳压值时便被击穿，二极管D51将MC2栅极与地短路，迫使半桥逆变威廉希尔官方网站 停止工作。而在正常状态下，C19上的电压还未上升到DZ1的稳压值，灯就点亮了，灯点亮后谐振威廉希尔官方网站 便失谐，因而DZ51一直处于截止状态。

　　4　高频无极灯耦合器的的研究

　　4.1　高频无极放电灯耦合器的结构

　　高频无极放电灯耦合器的结构，如图5所示。

　　

　　1—线圈2—磁心3—铜棒4—底座

　　图5　高频无极放电灯耦合器。

　　高频无极放电灯耦合器由以下部分组成: 拉克线线圈、铁氧体磁芯、导热棒、底座、引出线等。

　　4.2　无极放电灯耦合器工作原理

　　由于高频无极放电灯的主要特点是无灯丝或电极，耦合器相当于普通电光源的发热体，它是产生高频磁场的关键元件，因此它在高频无极放电灯光源中起着举足轻重的作用，它的质量直接影响着高频无极放电灯光源的寿命和光效。

　　(1) 耦合器电磁线采用高频耐高温的拉克线。

　　(2) 铁氧体磁芯采用高频且高温条件下磁性稳定性较高的铁氧体磁心，即R100镍锌铁氧体磁心。

　　(3) 线圈、磁芯的固定使用耐高温亚胺脂漆浇注或浸泡线圈，在温度250 度左右烘干后冷却,进而把线圈与铁氧体磁芯、铁氧体磁芯与导热棒固定在一起，避免在200度高温下线圈的松动和脱落,尤其避免了在运输过程中线圈与铜棒的脱落。

　　(4) 线圈引出线的固定采用在200度温度时仍保持粘性的高温四氟胶布进行帮扎固定，固定可靠。

　　(5) 线圈在绕制过程中的固定采用耐温200度以上的高温布绑扎，帮扎后，在经过高温时不会松动，耦合器线圈电感量稳定，灯泡光效稳定。

　　(6) 底座的加工采用铝合金精密铸造，保证了可靠散热。

　　5　结束语

　　本文研究了无极灯高频发生器工作原理，耦合器的工作原理。高频发生器为高频电子产品，要防止高频磁场的外泄; 耦合器为功率元件，要注意它的散热。