淺談無極燈鎮(zhèn)流器（逆變器）的技術(shù)核心

無極燈是Promise Light（electrodeless lamp）高頻電磁等離子體放電燈的簡稱，由燈泡/管、耦合器（內(nèi)外置）、電子鎮(zhèn)流器（高、低頻）三部分組成。鎮(zhèn)流器起電頻轉(zhuǎn)換和驅(qū)動作用，耦合器（電磁轉(zhuǎn)換）與燈泡/管是鎮(zhèn)流器的負(fù)載。

　　當(dāng)市電通過高頻鎮(zhèn)流器變頻后，產(chǎn)生一個2-3MHz高頻正弦電流，通過功率耦合器建立一個高頻磁場，在高頻磁場的作用下，在涂有稀土熒光粉的玻璃泡殼內(nèi)瞬間產(chǎn)生高頻電場，使泡殼內(nèi)部的汞原子發(fā)生電離雪崩效應(yīng)，從而產(chǎn)生253.7nm的強紫外線，稀土熒光粉在強紫外線的作用下從而發(fā)出可見光（低頻無極燈的頻率在180-250KHz）。由于玻璃泡殼內(nèi)壁涂有氧化鋁金屬粉層，相當(dāng)于在泡殼內(nèi)壁建立了一個金屬屏蔽層，從而阻擋了電磁波外泄，這使得高頻無極燈不會產(chǎn)生超出國際標(biāo)準(zhǔn)的電磁空間輻射。

　　由于無極燈燈泡/管內(nèi)沒有金屬電極，燈體部分不存在易損元件，所以這類燈的壽命非常長，可達(dá)到6-10萬小時以上。

　　無極燈鎮(zhèn)流器是將85V～265V 50Hz/60Hz的電網(wǎng)電能高可靠、高效率地轉(zhuǎn)換為驅(qū)動燈泡/管所需的高頻（180-250KHz；2-3MHz）交流形式電能。燈泡/管的特性決定了整個系統(tǒng)的壽命主要取決于高頻電子鎮(zhèn)流器高可靠、高穩(wěn)定的運行壽命的技術(shù)、材料保證。

　　無極燈的燈泡/管具有三個特性：

　　1. 負(fù)阻特性；即燈管等效阻抗隨溫度T的上升，阻抗呈下降狀態(tài)，若鎮(zhèn)流器無限流功能，燈管功率將不斷上升直至電路或燈管損壞。

　　2. 啟動特性；啟動時需高達(dá)數(shù)千伏特的電壓和足夠的功率，才能使燈管氣體由高阻狀態(tài)進(jìn)入工作時的額定等效阻抗(從電特性對燈管工作的分析)。

　　3. 溫度特性；即環(huán)境溫度的不同，使燈管的初始等效阻抗值相差巨大，這一特征對燈管在低溫下啟動有明顯影響。

　　根據(jù)以上特性，擬從燈泡/管和驅(qū)動供電兩個方面著手解決：

　　與普通日光燈管/HID的方法一樣，負(fù)載與電源之間串接一只電感器，該電感器即鎮(zhèn)流器電感或則叫扼流電感，電感器穩(wěn)定負(fù)載電流的原理是一種負(fù)反饋調(diào)節(jié)，普通工頻情況下，為達(dá)到鎮(zhèn)流器所需的電感量，其體積大，重量重，為減小體積和重量，則要提高工作頻率，因而引入了變頻器，這就是節(jié)能燈、無極燈電子鎮(zhèn)流器。因變頻以及提高功率因數(shù)又帶來了電磁干擾問題，又不得不增加電路來解決電磁干擾，為實現(xiàn)鎮(zhèn)流，把電路搞得復(fù)雜與龐大。

　　啟動問題，普通日光燈/HID的啟動是利用鎮(zhèn)流器電感反向沖擊電壓與電源電壓疊加實現(xiàn)高壓啟動。無極燈電子鎮(zhèn)流器則利用諧振原理產(chǎn)生高壓實現(xiàn)啟動。啟動時除了高壓要求之外，另一個重要參數(shù)即功率，只有啟動電流達(dá)到燈泡/管啟動功率要求，方可有效啟動燈泡/管。

　　燈泡/管的第三個特征，就是因溫度下降，燈管初始等效阻抗大幅提高，使得在相同諧振電壓情況下，啟動電流相對減少，影響燈管的啟動，造成啟動困難。

　　此外，無極燈與燈具的恰當(dāng)配合保證良好的散熱效果，也是充分發(fā)揮無極燈優(yōu)良性能的一個很重要的部分。

無極燈鎮(zhèn)流器技術(shù)重點研究問題之一：變頻過程中的效率問題

　　鎮(zhèn)流器效率的高低，直接影響無極燈是否高效節(jié)能。在研究解決效率問題中，本人認(rèn)為，在保障電路正常、安全工作的原則下，設(shè)計電路時：一是要盡可能減化電路；二是要系統(tǒng)所有參數(shù)以最優(yōu)為目標(biāo)（杜絕短板效應(yīng)）、并以降耗為第一原則，成本考慮放在其次。

　　鎮(zhèn)流電路中的元件都是物理元件，只要工作必然產(chǎn)生損耗，而不同的元件其產(chǎn)生損耗的性質(zhì)是不一樣的，可分為兩類：一類為固定損耗類，例如 二極管、電阻、導(dǎo)線等。此類元件的參數(shù)設(shè)計簡單，只需根據(jù)電路原理、功率、耐壓等一些基本參數(shù)要求，精選元件就能實現(xiàn)最低能量損耗的電路設(shè)計。第二類為可變損耗類，如 場效應(yīng)管(三極管)、電容、電感，此類元件的參數(shù)設(shè)計是降耗的關(guān)鍵，設(shè)計得好功耗低、設(shè)計不好功耗大幅上升。設(shè)計中不僅要考慮單個元件的參數(shù)，而且要考慮電路的整體優(yōu)化，是一項系統(tǒng)性很強的工作。

　　使用場效應(yīng)管作開關(guān)管時，驅(qū)動性能是影響場管功耗的重要原因，通常會設(shè)計一些電路來保證驅(qū)動波形的上升速率和下降速率，使波形陡峭。例如開通時的加速電路、關(guān)閉時抽取貯存電荷等等。測試部分廠家的產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象，有的鎮(zhèn)流器波形雖好，但功耗仍較大、場管溫度也較高，時有燒管現(xiàn)象；有的產(chǎn)品波形雖一般，功耗并非想像中那麼差、溫度也不很高，故障現(xiàn)象也不明顯。如果只從驅(qū)動上分析，解釋不通這種現(xiàn)象。但把驅(qū)動、電路、負(fù)載特性、電源供電、結(jié)合電路一起作理論分析，即系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化（杜絕短板效應(yīng)），就證明這種現(xiàn)象存在的合理性。

　　在設(shè)計、生產(chǎn)鎮(zhèn)流器時是按優(yōu)化電路模型計算、調(diào)整各個部分的參數(shù)，使產(chǎn)品自身功耗下降、而可靠性、穩(wěn)定性就得以提高。

　　貯能元件電容、電感，變壓器是非線性的，其能耗參數(shù)設(shè)計是很多廠家忽視的一環(huán)，一般只考慮了電路功能的需要，而較少在降耗上下功夫。這些元件在理論狀態(tài)下只進(jìn)行能量交換而耗能不多，但由于實際上參數(shù)設(shè)計、材料選取、制作工藝的區(qū)別，最終出現(xiàn)耗能相差甚遠(yuǎn)，而這正是大功率無極燈鎮(zhèn)流器設(shè)計生產(chǎn)中值得所有廠家深入研究的一環(huán)。

　　除了基波外，包含各種畸變的輸入電流還含有很豐富的高次諧波分量，這些過高的諧波分量會對公共電網(wǎng)造成嚴(yán)重影響，從而形成諧波干擾。這種周期性尖脈沖電流更窄，會使直流脈動電壓起伏變大，使燈電流的波峰系數(shù)變大，對燈泡/管極為不利。同樣，燈的光通量起伏也加大，對人的視力造成較大損害。直流脈動電壓起伏變大也會使得開關(guān)管不能處于最佳工作狀態(tài)，容易發(fā)熱而導(dǎo)致?lián)p壞，鎮(zhèn)流器的使用壽命將大大縮短，得不償失。

　　抑制諧波的改進(jìn)措施就是盡可能提高其功率因數(shù)，減小輸入電流的諧波失真。要達(dá)到這個目的，就必須提高整流管的導(dǎo)通率（即延長輸入電流的導(dǎo)通時間），使得電源電流的波形接近電壓的正弦波，減小電流的波形失真；同時又要保證電源濾波電容能平滑地向負(fù)載連續(xù)供電（即減小輸入電流與輸入電壓間的相位差）。這就是通常所說的功率因數(shù)校正電路工作原理。功率校正電路分無源校正（PPFC）和有源校正（APFC）。目前，小功率一體化無極燈電子鎮(zhèn)流產(chǎn)品限于成本價格因素，大都采用改進(jìn)型逐流電路組成的無源諧波抑制電路。這種技術(shù)發(fā)展得比較成熟，只要調(diào)試得當(dāng)，鎮(zhèn)流器的諧波含量基本可以得到有效的抑制，功率因數(shù)可達(dá)到0.85-0.90。但這種電路存在調(diào)試難度高，在大量生產(chǎn)時難以控制產(chǎn)品質(zhì)量的問題，而且基本上無法同時滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)和性能標(biāo)準(zhǔn)要求。而有源校正則是采用三極管等分立有源器件組成的諧波抑制電路，或采用專用集成電路的諧波抑制電路，功率因數(shù)一般都可達(dá)到0.95-0.99以上。而且后者調(diào)試要比前者簡單，可靠性更高。