一種高頻無(wú)極燈驅動(dòng)裝置設計與實(shí)現

摘要：無(wú)極燈是一種新型綠色光源，因其獨特的優(yōu)點(diǎn)正逐步得到推廣。文章回顧了無(wú)極燈的發(fā)光原理，分析了傳統高頻無(wú)極燈驅動(dòng)裝置采用分立元件設計帶來(lái)的缺點(diǎn)，提出了一種新型的基于IC驅動(dòng)的高頻無(wú)極燈驅動(dòng)裝置，并給出了設計模塊的原理圖。經(jīng)過(guò)測試，本方案給出的驅動(dòng)裝置可以穩定高效地驅動(dòng)高頻無(wú)極燈并應用于實(shí)際。
關(guān)鍵詞：無(wú)極燈；驅動(dòng)裝置；IC驅動(dòng)設計

0 引言
高頻無(wú)極燈是綜合應用電子技術(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(wú)極燈采用磁場(chǎng)來(lái)激勵氣體放電并發(fā)光，所以燈泡內部并沒(méi)有電極，突破了傳統的白熾燈、氣體放電燈的發(fā)光機理，正逐漸成為人們公認的新一代實(shí)用型長(cháng)壽命、高光效的光源，具有超長(cháng)壽命、節能效果好、發(fā)光效率高、無(wú)閃爍、低維護成本、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。
高頻無(wú)極燈的推廣對于節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(wàn)盞，年電費就達數百億元以上，并且維護及更換燈泡耗費大量人力與物力，一直是傳統路燈難以克服的弊病。近年來(lái)，隨著(zhù)能源緊張局免的加劇，清潔光源如LED燈、無(wú)極燈的應用日益得到重視。而與其他清潔光源如LED燈相比，無(wú)極燈在散熱和功率方面均有優(yōu)勢，故無(wú)極燈的研制在各國受到重視。本文對高頻無(wú)極燈的驅動(dòng)裝置進(jìn)行了研究，提出了一種基于數字IC的高頻無(wú)極燈驅動(dòng)裝置的設計和實(shí)現方案。實(shí)際測試結果表明，本方案能夠在2．65MHz穩定高效地驅動(dòng)高頻無(wú)極燈，可以應用于生產(chǎn)。

1 無(wú)極燈發(fā)光原理
無(wú)極燈利用電磁感應原理，先由交流電產(chǎn)生磁場(chǎng)，再由磁場(chǎng)產(chǎn)生感應電流，應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(wú)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建立靜電強磁場(chǎng)，對放電空間內的大氣進(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；玻璃泡殼內壁的三基色熒光粉受強紫外光激勵發(fā)可見(jiàn)光。在電源設計上，無(wú)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(diǎn)燈。所以輸入的電源電壓在一定范圍內波動(dòng)時(shí)，其發(fā)光亮度均不變。

2 高頻無(wú)極燈驅動(dòng)裝置研究
驅動(dòng)裝置是高頻無(wú)極燈的重要組成部分。目前已經(jīng)應用的無(wú)極燈高頻驅動(dòng)是由電容、電阻、晶體管組合振蕩器實(shí)現的，將輸出脈沖去驅動(dòng)MOS管。但是分立元件制作的無(wú)極燈驅動(dòng)裝置存在如下缺點(diǎn)：
(1)驅動(dòng)信號幅度大小不穩定，使得MOS管不能處于最佳工作狀態(tài)，影響無(wú)極燈功耗。在國家大力提倡低碳環(huán)保的今天，這個(gè)問(wèn)題必須要解決。
(2)控制頻率漂移嚴重，存在諧波干擾。由于高頻無(wú)極燈工作頻率高(高于2MHz)，如果不能有效解決頻率諧波問(wèn)題，將嚴重干擾其它波段的通信，如無(wú)線(xiàn)廣播、機場(chǎng)無(wú)線(xiàn)電通信等，這將嚴重影響無(wú)極燈的推廣應用。
(3)由分立元件組成的驅動(dòng)電路在實(shí)際應用時(shí)調試麻煩，而且制作困難，控制器故障率高，技術(shù)指標低。
為了克服現有的控制器頻率漂移以及驅動(dòng)信號不穩定的狀態(tài)，本文提出一種高頻驅動(dòng)輸出恒定，并使得無(wú)極燈控制器故障率大幅度下降的方案，是國內首次在2．65MHz下用IC驅動(dòng)的方式驅動(dòng)高頻電源，可以有效克服分立元件制作無(wú)極燈驅動(dòng)裝置所帶來(lái)的缺點(diǎn)。
給出的設計方案如下：在組合模塊中，PCB板、晶振、驅動(dòng)芯片與PCB板連接，設置兩路電壓輸入，使得本裝置一端與主板電源連接，另一端與內部的晶振連接。當標稱(chēng)電壓達到晶振時(shí)，輸出一個(gè)2．65MHz標準脈沖方波，該方波直接輸出給DF803SI驅動(dòng)芯片。DF8031SI的電源通過(guò)插件與主板另外一路電源連接。當震蕩信號達到DF803SI的時(shí)候，DF803SI輸出兩組驅動(dòng)信號，通過(guò)主板的元器件直接驅動(dòng)MOS管工作，從而減少元器件數量，且驅動(dòng)信號衰減極小，驅動(dòng)信號穩定性好，耗散功率大大減小。

如圖2所示，1是主板與驅動(dòng)裝置的接口通道，并通過(guò)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驅動(dòng)芯片串聯(lián)，5與電源一端與DF803SI驅動(dòng)芯片相連，DF803SI通過(guò)6輸出雙驅動(dòng)信號。