一種高頻無極燈驅(qū)動裝置設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：無極燈是一種新型綠色光源，因其獨特的優(yōu)點正逐步得到推廣。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)動裝置采用分立元件設(shè)計帶來的缺點，提出了一種新型的基于IC驅(qū)動的高頻無極燈驅(qū)動裝置，并給出了設(shè)計模塊的原理圖。經(jīng)過測試，本方案給出的驅(qū)動裝置可以穩(wěn)定高效地驅(qū)動高頻無極燈并應(yīng)用于實際。
關(guān)鍵詞：無極燈；驅(qū)動裝置；IC驅(qū)動設(shè)計

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。無極燈采用磁場來激勵氣體放電并發(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)光機理，正逐漸成為人們公認(rèn)的新一代實用型長壽命、高光效的光源，具有超長壽命、節(jié)能效果好、發(fā)光效率高、無閃爍、低維護成本、無污染等優(yōu)點。
高頻無極燈的推廣對于節(jié)能減排有積極的意義。以路燈照明為例，僅2009年，我國共計安裝路燈2000萬盞，年電費就達數(shù)百億元以上，并且維護及更換燈泡耗費大量人力與物力，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，故無極燈的研制在各國受到重視。本文對高頻無極燈的驅(qū)動裝置進行了研究，提出了一種基于數(shù)字IC的高頻無極燈驅(qū)動裝置的設(shè)計和實現(xiàn)方案。實際測試結(jié)果表明，本方案能夠在2．65MHz穩(wěn)定高效地驅(qū)動高頻無極燈，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，再由磁場產(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)建立靜電強磁場，對放電空間內(nèi)的大氣進行電離，形成大量的等離子體。等離子受激原子返回基態(tài)時，輻射出253．7nm紫外光；玻璃泡殼內(nèi)壁的三基色熒光粉受強紫外光激勵發(fā)可見光。在電源設(shè)計上，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燈。所以輸入的電源電壓在一定范圍內(nèi)波動時，其發(fā)光亮度均不變。

2 高頻無極燈驅(qū)動裝置研究
驅(qū)動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)動是由電容、電阻、晶體管組合振蕩器實現(xiàn)的，將輸出脈沖去驅(qū)動MOS管。但是分立元件制作的無極燈驅(qū)動裝置存在如下缺點：
(1)驅(qū)動信號幅度大小不穩(wěn)定，使得MOS管不能處于最佳工作狀態(tài)，影響無極燈功耗。在國家大力提倡低碳環(huán)保的今天，這個問題必須要解決。
(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、機場無線電通信等，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)動電路在實際應(yīng)用時調(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)動信號不穩(wěn)定的狀態(tài)，本文提出一種高頻驅(qū)動輸出恒定，并使得無極燈控制器故障率大幅度下降的方案，是國內(nèi)首次在2．65MHz下用IC驅(qū)動的方式驅(qū)動高頻電源，可以有效克服分立元件制作無極燈驅(qū)動裝置所帶來的缺點。
給出的設(shè)計方案如下：在組合模塊中，PCB板、晶振、驅(qū)動芯片與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)稱電壓達到晶振時，輸出一個2．65MHz標(biāo)準(zhǔn)脈沖方波，該方波直接輸出給DF803SI驅(qū)動芯片。DF8031SI的電源通過插件與主板另外一路電源連接。當(dāng)震蕩信號達到DF803SI的時候，DF803SI輸出兩組驅(qū)動信號，通過主板的元器件直接驅(qū)動MOS管工作，從而減少元器件數(shù)量，且驅(qū)動信號衰減極小，驅(qū)動信號穩(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。部件4與IXDF404SI驅(qū)動芯片串聯(lián)，5與電源一端與DF803SI驅(qū)動芯片相連，DF803SI通過6輸出雙驅(qū)動信號。