一种高频无极灯驱动装置设计与实现

摘要：无极灯是一种新型绿色光源，因其独特的优点正逐步得到推广。文章回顾了无极灯的发光原理，分析了传统高频无极灯驱动装置采用分立元件设计带来的缺点，提出了一种新型的基于IC驱动的高频无极灯驱动装置，并给出了设计模块的原理图。经过测试，本方案给出的驱动装置可以稳定高效地驱动高频无极灯并应用于实际。
关键词：无极灯；驱动装置；IC驱动设计

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电路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。[!--empirenews.page--]

    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。