高頻無極燈高頻電源的研究

　　高頻無極燈是集電子技術(shù)、真空科學、功率電學、等離子體科學、磁性材料科學等領(lǐng)域綜合應(yīng)用的高新技術(shù)產(chǎn)品，又稱電子燈泡。燈泡內(nèi)沒有燈絲或電極，已成為“綠色照明”領(lǐng)域的一枝新秀。在電氣設(shè)計上，采用有源功率因數(shù)補償，在電源電壓大范圍波動下恒壓供電，輸出穩(wěn)定的光通量。輸入端凈化電路和防輻射，使電磁干擾EMC完全符合國家檢測標準。

　　1　高頻無極燈的結(jié)構(gòu)

　　高頻無極放電燈的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由高頻發(fā)生器1、耦合器2、燈泡3三個部分組成。耦合器裝在燈泡內(nèi)，耦合器通高頻過饋線與高頻發(fā)生器連接。

　　1—高頻發(fā)生器2—耦合器3—燈泡4—高頻饋線

　　圖1　高頻無極放電燈。

　　2　高頻無極燈工作原理

　　如圖2所示，高頻發(fā)生器在電源的作用下轉(zhuǎn)換為直流電，再變換成高頻電能，產(chǎn)生一個2165MHz高頻正弦電壓，并同時產(chǎn)生一個3000V左右的點火電壓，經(jīng)過饋線傳送至功率耦合器。當高頻電流通過功率耦合器時，產(chǎn)生一個高頻電磁場，耦合器裝在燈泡內(nèi)，燈泡內(nèi)壁和內(nèi)管外壁涂有三基色熒光粉,功率耦合器在玻璃泡殼內(nèi)瞬間建立一個高頻磁場,在高頻磁場的作用下，變化的磁場即產(chǎn)生一個垂直于磁場變化的電場，使燈泡內(nèi)部放電空間的電子加速，當能量達到一定值時，與玻殼內(nèi)的氣體分子發(fā)生碰撞，泡殼內(nèi)部的惰性氣體發(fā)生電離并進而產(chǎn)生雪崩效應(yīng)，氣體雪崩電離形成等離子體，燈泡內(nèi)等離子體受激原子返回基態(tài)時，自發(fā)輻射出254nm的紫外線并激發(fā)燈泡壁上的三基色熒光粉而發(fā)出可見光。

　　1—內(nèi)管外壁熒光粉2—耦合器3—高頻磁場4—玻殼內(nèi)壁

　　熒光粉5—水銀原子6—熒光粉7—可見光線8—電子

　　圖2　高頻無極燈發(fā)光原理。

　　3　高頻無極燈高頻發(fā)生器的研究

　　3.1　大功率高頻無極燈高頻發(fā)生器電路

　　大功率高頻無極燈的高頻發(fā)生器為耦合器穩(wěn)定工作提供電源，圖3為無極燈高頻發(fā)生器主電路圖;圖4為無極燈高頻發(fā)生器保護電路圖。

　　圖3　主電路圖。

　　圖4　保護部分電路圖。

　　3.2　大功率高頻無極燈高頻發(fā)生器工作原理

　　(1) 高頻發(fā)生器的構(gòu)成。

　　高頻發(fā)生器能產(chǎn)生頻率2165MHz的電磁波，主要組成包括電源部分(濾波器、整流器) 、振蕩器部分、觸發(fā)開關(guān)器件和一些匹配網(wǎng)絡(luò)電路。耦合器的高頻能量來自高頻發(fā)生器。高頻發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)決定了振蕩源和過濾電路不受輸入電源的影響,它的電路結(jié)構(gòu)使得高頻發(fā)生器的功率因數(shù)很高和諧波含量很少。高頻發(fā)生器有兩套屏蔽結(jié)構(gòu)(外殼屏蔽和高頻部分單獨再屏蔽) ，能抑制內(nèi)部磁場對外界的干擾，并且能屏蔽外部磁場對電子元件工作狀態(tài)的干擾。不同功率的高頻發(fā)生器必須與同功率的燈泡和耦合器配套使用。

　　(2) 高頻發(fā)生器的工作原理。

　?、匐娫床糠?。

　　電源部分是由B112B33、D12D4、Z12Z1和一些電阻、電容組成的三級式電源濾波網(wǎng)絡(luò)，能抑制電路產(chǎn)生的高頻及高頻電路產(chǎn)生的高次諧波。一部分電容能把差模干擾噪聲旁路掉，一部分電容抑制輸電線繼發(fā)的射頻噪聲。電感扼流圈能抑制共模噪聲。

　　電阻器用來吸收尖峰脈沖過電壓，能有效地抑制開機時的浪涌電流。

　　②MC33262控制功能。

　　電源經(jīng)電源濾波器和整流器得到脈動直流電。

　　電流通過啟動電阻R10向C13充電至lOV時，IC 1開始工作。整流后的直流脈動電壓在R4 的分壓作為取樣信號經(jīng)IC1的③腳輸入乘法器。直流輸出電壓在R8和R9上的分壓經(jīng)①腳輸至誤差放大器的反相輸入端，與215V的參考電壓比較放大后輸出一個直流誤差電壓，同時也輸入到乘法器。通過開關(guān)管M3的電流在電阻R6上轉(zhuǎn)換為電壓信號，輸入到IC1的④腳，并與乘法器的輸出電壓進行比較。隨AC電壓從零到峰值正弦地通過，乘法器的輸出電壓控制腳IC1的④的閥值，從而使M3的峰值電流跟蹤輸入電壓，致使電路的負載呈電阻性。

　　由于MC33262的控制作用，使輸入電流緊緊跟隨輸入電壓而變化，呈平滑的正弦波。同時，電路又是一種升壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源，使無極燈的功率和光通量不會隨輸入電壓的漲落而變化。

　?、勰孀冸娐?。

　　逆變電路是將前級電路輸出的高壓直流變換為供無極燈使用的高頻交流電。

　　接通電源后，前級電路輸出的直流電壓，通過R13、R14加到電容C25上，C25開始充電。當C25上所充電壓達到觸發(fā)管D82D16的轉(zhuǎn)折電壓時，D82D16由關(guān)斷轉(zhuǎn)為導通狀態(tài)。積分電容C25所儲存的電荷經(jīng)D82D16加于振蕩變壓器T3的初級繞組，依靠T3 兩個次級繞組使MC1、MC2 獲得幅度相等,相位相差180°的驅(qū)動信號。在MC2導通時MC1被強迫關(guān)斷截止; MC1導通時，MC2又被強迫關(guān)斷截止。

　　逆變器的振蕩頻率由繞組W21，W22的電感量與場效應(yīng)管MC1、MC2 的輸入電容以及補償電容C25、C26共同決定，燈回路網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率必須與輸入回路的諧振頻率相同，例如: 諧振頻率為2165MHz。還要盡力優(yōu)化MC1、MC2的驅(qū)動信號的幅度和波形，使其自身功耗降到最低。

　　二極管D11有兩個作用: 正向時用來泄放C25上的電荷，防止逆變電路因誤觸發(fā)而出現(xiàn)“共同導通”現(xiàn)象，起保護作用; 反向時，利用反向恢復時間的反向電流為振蕩變壓器輸入激勵信號。

　　圖3中L2、C22、C23為諧振電感和諧振電容,它們是設(shè)計中重要的參數(shù)。在啟動階段，燈泡的等效電阻很大，L2、C22、C23發(fā)生串聯(lián)諧振，諧振電路可以在燈兩端形成很高(約3000V ) 的點火電壓。無極燈引燃后，進入正常運行階段，泡體內(nèi)電弧等效電阻在數(shù)百歐姆，當燈電流生成后，諧振回路失諧，C22、C23 上的諧振電壓降到燈的工作電壓。燈點亮后由L2穩(wěn)定燈的電弧電流。與此同時,由于輸出回路的選頻濾波作用，點燈電能為一余弦波的電壓和電流，其頻率為激勵信號的基頻。

　　(3) 保護電路。

　　保護電路，如圖4所示。

　　當出現(xiàn)燈泡接線脫落或者燈泡漏氣等異常狀態(tài)時，無極燈不能正常啟動，諧振引火電路一直處于諧振狀態(tài)，逆變器輸出的電流增大到正常電流的3～5倍。如果不采取有效的保護措施，就會造成點燈逆變器以及前級單元電路因過載而燒毀。

　　在異常狀態(tài)時: 在諧振電容C22、C23 的中點引出異常保護采樣電壓，保護電路通過兩個二極管D51、D54分別對MC2、MC1進行保護。通過電容、二極管(D52、D53) 、電阻整流后成為控制電壓,形成延時電路，在C19上得到隨時間上升的直流電壓，當此電壓大于DZ53的穩(wěn)壓值時便被擊穿，二極管D51將MC2柵極與地短路，迫使半橋逆變電路停止工作。而在正常狀態(tài)下，C19上的電壓還未上升到DZ1的穩(wěn)壓值，燈就點亮了，燈點亮后諧振電路便失諧，因而DZ51一直處于截止狀態(tài)。

　　4　高頻無極燈耦合器的的研究

　　4.1　高頻無極放電燈耦合器的結(jié)構(gòu)

　　高頻無極放電燈耦合器的結(jié)構(gòu)，如圖5所示。