高频无极灯驱动装置设计与实现

　　0 引言

　　高频无极灯是综合应用电子技术、真空科学、功率电学、等离子体科学、磁性材料科学等学科的高新技术产品。无极灯采用磁场来激励气体放电并发光，所以灯泡内部并没有电极，突破了传统的白炽灯、气体放电灯的发光机理，正逐渐成为人们公认的新一代实用型长寿命、高光效的光源，具有超长寿命、节能效果好、发光效率高、无闪烁、低维护成本、无污染等优点。

　　高频无极灯的推广对于节能减排有积极的意义。以路灯照明为例，仅2009年，我国共计安装路灯2000万盏，年电费就达数百亿元以上，并且维护及更换灯泡耗费大量人力与物力，一直是传统路灯难以克服的弊病。近年来，随着能源紧张局免的加剧，清洁光源如LED灯、无极灯的应用日益得到重视。而与其他清洁光源如LED灯相比，无极灯在散热和功率方面均有优势，故无极灯的研制在各国受到重视。本文对高频无极灯的驱动装置进行了研究，提出了一种基于数字IC的高频无极灯驱动装置的设计和实现方案。实际测试结果表明，本方案能够在2．65MHz稳定高效地驱动高频无极灯，可以应用于生产。

　　1 无极灯发光原理

　　无极灯利用电磁感应原理，先由交流电产生磁场，再由磁场产生感应电流，应用耦合震荡原理将产生的高频电压注入到真空的玻壳或玻管里，与三基色荧光粉及惰性气体作用发光。高频无级灯在输入一定范围的电源电压后，高频发生器产生高频恒压送给功率耦合器，由功率耦合器在玻壳的放电空间内建立静电强磁场，对放电空间内的大气进行电离，形成大量的等离子体。等离子受激原子返回基态时，辐射出253．7nm紫外光；玻璃泡壳内壁的三基色荧光粉受强紫外光激励发可见光。在电源设计上，无极灯采用APFC电源控制技术和采用IC技术，一方面使得电源的功率因数高达0．95以上，另一方面使得高频发生器始终以高频恒电压点灯。所以输入的电源电压在一定范围内波动时，其发光亮度均不变。

　　2 高频无极灯驱动装置研究

　　驱动装置是高频无极灯的重要组成部分。目前已经应用的无极灯高频驱动是由电容、电阻、晶体管组合振荡器实现的，将输出脉冲去驱动MOS管。但是分立元件制作的无极灯驱动装置存在如下缺点：

　　（1）驱动信号幅度大小不稳定，使得MOS管不能处于最佳工作状态，影响无极灯功耗。在国家大力提倡低碳环保的今天，这个问题必须要解决。

　　（2）控制频率漂移严重，存在谐波干扰。由于高频无极灯工作频率高（高于2MHz），如果不能有效解决频率谐波问题，将严重干扰其它波段的通信，如无线广播、机场无线电通信等，这将严重影响无极灯的推广应用。

　　（3）由分立元件组成的驱动威廉希尔官方网站 在实际应用时调试麻烦，而且制作困难，控制器故障率高，技术指标低。

　　为了克服现有的控制器频率漂移以及驱动信号不稳定的状态，本文提出一种高频驱动输出恒定，并使得无极灯控制器故障率大幅度下降的方案，是国内首次在2．65MHz下用IC驱动的方式驱动高频电源，可以有效克服分立元件制作无极灯驱动装置所带来的缺点。

　　给出的设计方案如下：在组合模块中，PCB板、晶振、驱动芯片与PCB板连接，设置两路电压输入，使得本装置一端与主板电源连接，另一端与内部的晶振连接。当标称电压达到晶振时，输出一个2．65MHz标准脉冲方波，该方波直接输出给DF803SI驱动芯片。DF8031SI的电源通过插件与主板另外一路电源连接。当震荡信号达到DF803SI的时候，DF803SI输出两组驱动信号，通过主板的元器件直接驱动MOS管工作，从而减少元器件数量，且驱动信号衰减极小，驱动信号稳定性好，耗散功率大大减小。

　　如图2所示，1是主板与驱动装置的接口通道，并通过2向晶振提供电源。部件3是高频模块，输出2．65MHz高频信号。部件4与IXDF404SI驱动芯片串联，5与电源一端与DF803SI驱动芯片相连，DF803SI通过6输出双驱动信号。

　　如图3所示，1是PCB板，2是2．65MHz晶振，3是DF803SI驱动芯片与PCB板1相焊接，5使DF803SI驱动芯片的引脚端与接插件4与PCB主板连同。接插件4一端与驱动装置相连接，另一端与主板6上的PCB接口7相焊接。

　　如图4所示，2．65MHz晶振引脚端与PCB板相连接，6纵剖面的DF803SI驱动芯片3DF803SI驱动芯片与PCB板在4相焊接。

　　3 测试结果与结论

　　本项目同浙江科视电子技术有限公司进行合作，生产的无极灯已经应用于若干示范工程，如宁波镇海工业园区、杭州七格污水厂厂区路灯改造、温州藤桥工业园区等工程。

　　该区域原先采用的是400W钠灯，杆高12米。采用200W无极灯后，无论照度以及各个参数指标，都满足了该园区道路改造的要求，符合国家道路照明的要求。但功率下降了50％，显色度高。

　　经过实物测试，本方案能够在2．65MHz稳定高效地驱动高频无极灯，并且没有任何谐波输出，可以广泛用于公路、大桥和机场等公共交通领域的照明。具有重大的社会经济效益。