LED照明設備非接觸供電技術(shù)的探討

半導體照明又稱(chēng)固態(tài)照明，是指用固態(tài)發(fā)光器件作為光源的照明，包括LED(LightEmittingDiode，發(fā)光二極管)和OLED(OrganicLightEmittingDiode，有機發(fā)光二極管)，具有體積小、耗電量低、使用壽命長(cháng)、高亮度、環(huán)保、堅固耐用、可控性強等優(yōu)勢，是理想的光源，有著(zhù)廣泛的用途。半導體照明是繼白熾燈、熒光燈之后照明光源的又一次革命。半導體照明技術(shù)發(fā)展迅速、應用領(lǐng)域廣泛、產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)性強、節能潛力大，被各國公認為最有發(fā)展前景的高效照明產(chǎn)業(yè)。

　　2009年9月22日國家發(fā)展和改革委員會(huì )等六部委公布了《半導體照明節能產(chǎn)業(yè)發(fā)展意見(jiàn)》，并明確了半導體照明節能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“六年計劃”。隨著(zhù)我國產(chǎn)業(yè)結構調整、發(fā)展方式轉變進(jìn)程的加快，半導體照明節能產(chǎn)業(yè)作為節能減排的重要措施迎來(lái)了新的發(fā)展機遇期。由于技術(shù)的不斷進(jìn)步，LED在照明領(lǐng)域的大規模應用即將啟動(dòng)。國內外投資機構紛紛把目光投向LED領(lǐng)域，LED產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為投資的熱點(diǎn)。

　　LED照明產(chǎn)業(yè)還在啟步階段，各種LED照明技術(shù)還在進(jìn)一步完善中。我國LED產(chǎn)業(yè)需要把握市場(chǎng)脈搏，積極拓展消費市場(chǎng)，形成以市場(chǎng)應用促進(jìn)科技創(chuàng )新、以科技創(chuàng )新帶動(dòng)市場(chǎng)需求的良性循環(huán)。發(fā)揮LED的優(yōu)勢，發(fā)展有特殊用途的LED發(fā)光設備，積極擴大LED發(fā)光設備的應用范圍。

　　非接觸供電技術(shù)

　　非接觸供電技術(shù)的特點(diǎn)是供電端與用電端無(wú)需任何物理上的連接，就可以把電能傳輸給用電端。利用電磁波進(jìn)行毫米到厘米級范圍的近距離非接觸供電系統已經(jīng)得到應用。如電動(dòng)車(chē)輛、深水作業(yè)、機器人、礦山機械、電動(dòng)牙刷、手機和筆記本等移動(dòng)設備，甚至在植入人體的電子醫療器件也采用了這一技術(shù)供電、充電。因此，近距離非接觸供電技術(shù)有著(zhù)廣泛的應用前景。

　　基于電磁感應原理的非接觸供電技術(shù)，綜合利用電力電子技術(shù)、磁場(chǎng)耦合技術(shù)、大功率高頻變換技術(shù)，借助現代控制理論和方法，實(shí)現了傳輸電能系統和用電設備的隔離，使兩者之間沒(méi)有電的直接接觸，很好地滿(mǎn)足了特種應用場(chǎng)合的需要，提高了電能傳輸的安全性和可靠性。因此，非接觸供電技術(shù)是一種安全、可靠、靈活的電能接入新技術(shù)。

　　1 基本原理

　　非接觸供電系統包括電能發(fā)送單元和電能接收單元兩部分。電能發(fā)送單元主要由交直流電源電路、功率放大輸出電路、驅動(dòng)電路、振蕩電路、基準電壓電路、控制保護電路以及發(fā)射線(xiàn)圈L1(變壓器初級)組成；電能接收單元主要包括接收線(xiàn)圈L2(變壓器次級)、高頻整流濾波電路和負載組成(如圖1所示)。

圖1　非接觸供電系統結構圖

　　非接觸供電系統工作時(shí)輸人端將交流市電經(jīng)全橋整流電路變換成直流電，或用直流電端直接為系統供電，直流電通過(guò)振蕩電路逆變轉換成高頻交流電經(jīng)功率放大輸出電路放大供給發(fā)射線(xiàn)圈L1。通過(guò)發(fā)射線(xiàn)圈L1與接收線(xiàn)圈L2耦合電能，接收線(xiàn)圈L2輸出的電流經(jīng)高頻整流濾波電路變換成直流電提供給負載。

　　2 特性和缺陷

　　基于電磁感應原理的非接觸供電技術(shù)，發(fā)射線(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈必須有諧振頻率一致的電磁共振，才能傳輸電能，而具有以下主要特性和缺陷：電磁共振以“電一磁一磁一電”的方式實(shí)現電能的傳遞，而且是一個(gè)開(kāi)放的系統，必然存在著(zhù)電磁輻射和能量的損耗，因此，近距離的實(shí)際效率很難超過(guò)80%，遠距離的狀態(tài)下，效率可能很低。因此，不符合節能的概念。

　　電磁能與距離的關(guān)系為電場(chǎng)強度與距離的二次方成反比，磁場(chǎng)強度與距離的四次方成反比。單純的電磁共振是不可能長(cháng)距離傳輸的。通常在1米處，效率不超過(guò)l%。因此，只能在近距離內使用，一般不超過(guò)10厘米。

　　電磁共振可以穿透非金屬，卻不能穿透金屬。利用這個(gè)特性，可以制造出即時(shí)充電或即時(shí)供電的電器，在移動(dòng)性、防水性和隔離性等方面有突出的表現，同樣可以應用這個(gè)特性，來(lái)解決其自身的電磁干擾問(wèn)題。選擇一個(gè)適當供電頻率使系統產(chǎn)生共振，則電能發(fā)射端的電磁波頻段對正常的通信、廣播沒(méi)有干擾或干擾較小，對人體或其他生物不構成傷害，符合安全指標。

在幾個(gè)厘米以?xún)鹊慕嚯x的電磁共振中，還存在著(zhù)空振高壓?jiǎn)?wèn)題：接收電路在負載時(shí)的電壓與空載時(shí)的電壓相差懸殊，往往是數倍甚至是十倍以上，致使接收電路在空載時(shí)，由于電壓的大幅度升高，將負載