一種高頻無極燈驅動裝置設計與實現

摘要：無極燈是一種新型綠色光源，因其獨特的優點正逐步得到推廣。文章回顧了無極燈的發光原理，分析了傳統高頻無極燈驅動裝置采用分立元件設計帶來的缺點，提出了一種新型的基于IC驅動的高頻無極燈驅動裝置，并給出了設計模塊的原理圖。經過測試，本方案給出的驅動裝置可以穩定高效地驅動高頻無極燈并應用于實際。
關鍵詞：無極燈；驅動裝置；IC驅動設計

0 引言
高頻無極燈是綜合應用電子技術、真空科學、功率電學、等離子體科學、磁性材料科學等學科的高新技術產品。無極燈采用磁場來激勵氣體放電并發光，所以燈泡內部并沒有電極，突破了傳統的白熾燈、氣體放電燈的發光機理，正逐漸成為人們公認的新一代實用型長壽命、高光效的光源，具有超長壽命、節能效果好、發光效率高、無閃爍、低維護成本、無污染等優點。
高頻無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，隨著能源緊張局免的加劇，清潔光源如LED燈、無極燈的應用日益得到重視。而與其他清潔光源如LED燈相比，無極燈在散熱和功率方面均有優勢，故無極燈的研制在各國受到重視。本文對高頻無極燈的驅動裝置進行了研究，提出了一種基于數字IC的高頻無極燈驅動裝置的設計和實現方案。實際測試結果表明，本方案能夠在2．65MHz穩定高效地驅動高頻無極燈，可以應用于生產。

1 無極燈發光原理
無極燈利用電磁感應原理，先由交流電產生磁場，再由磁場產生感應電流，應用耦合震蕩原理將產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光。高頻無級燈在輸入一定范圍的電源電壓后，高頻發生器產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，對放電空間內的大氣進行電離，形成大量的等離子體。等離子受激原子返回基態時，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可見光。在電源設計上，無極燈采用APFC電源控制技術和采用IC技術，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波動時，其發光亮度均不變。

2 高頻無極燈驅動裝置研究
驅動裝置是高頻無極燈的重要組成部分。目前已經應用的無極燈高頻驅動是由電容、電阻、晶體管組合振蕩器實現的，將輸出脈沖去驅動MOS管。但是分立元件制作的無極燈驅動裝置存在如下缺點：
(1)驅動信號幅度大小不穩定，使得MOS管不能處于最佳工作狀態，影響無極燈功耗。在國家大力提倡低碳環保的今天，這個問題必須要解決。
(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，這將嚴重影響無極燈的推廣應用。
(3)由分立元件組成的驅動電路在實際應用時調試麻煩，而且制作困難，控制器故障率高，技術指標低。
為了克服現有的控制器頻率漂移以及驅動信號不穩定的狀態，本文提出一種高頻驅動輸出恒定，并使得無極燈控制器故障率大幅度下降的方案，是國內首次在2．65MHz下用IC驅動的方式驅動高頻電源，可以有效克服分立元件制作無極燈驅動裝置所帶來的缺點。
給出的設計方案如下：在組合模塊中，PCB板、晶振、驅動芯片與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。當標稱電壓達到晶振時，輸出一個2．65MHz標準脈沖方波，該方波直接輸出給DF803SI驅動芯片。DF8031SI的電源通過插件與主板另外一路電源連接。當震蕩信號達到DF803SI的時候，DF803SI輸出兩組驅動信號，通過主板的元器件直接驅動MOS管工作，從而減少元器件數量，且驅動信號衰減極小，驅動信號穩定性好，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驅動芯片串聯，5與電源一端與DF803SI驅動芯片相連，DF803SI通過6輸出雙驅動信號。