无极荧光灯研究进展[3]

　　在此基础上，Oleg Popov还发现在低频段(几百千赫兹)线圈绕置式无极荧光灯也可以拥有很高的光效。实验采取的是矩形管无极荧光灯，为尽可能减小线圈的遮挡，提高光输出，线圈紧贴矩形管的内侧缠绕，见图10. 与前面工作在高频段的无极荧光灯相比，该无极荧光灯需要更大的电感，L>20uH。实验表明，由于较高的能量耦合效率(η>90%)，和较低的线圈损失，当f>200kHz, 灯的功率在100W-200W之间时，光效高达85lm/W。

　　图10 线圈绕置式无极灯结构示意图

　　(二) 无汞无极荧光灯

　　目前市面上的无极荧光灯产品均含有一定量的汞。汞是公认的有害物质，能对环境造成巨大的危害。为了制造新型绿色环保光源，各国科研人员正在积极寻找能够代替汞的材料。日本的Jinno在无汞无极荧光灯方面进行了一些研究。其灯采用双螺旋外电极结构，灯长280mm，内管径为3mm，外管径为4mm，内管壁涂三基色荧光粉，具体结构如图11所示。灯内充Xe-Ne混合气，充气比为Xe：Ne=7：3，总充气压为100Torr。驱动电压波形为正弦波，频率为30kHz。实验得到表面亮度与输入功率函数关系如图12所示。当输入功率大于8.5W时，灯表面亮度将超过10000cd/m2。

　　图11 灯结构原理图

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　　图12 表面亮度与输入功率的函数关系

　　(三)无极荧光灯管壁特性

　　图13 管壁的原子力显微镜图像

　　(a)纯氩球形;(b)哑铃形球部

　　(c)哑铃形毛细部(d)哑铃形圆柱部

　　无极荧光灯在理论上有很长寿命，在实际燃点中材料的相互作用可能会影响其寿命和性能。Skudra重点已经了等离子体对管壁的修改作用，通过设计不同的形状研究了管壁的修改情况，得到的结果如图13所示。研究表明在无极灯的工作，等离子体相互作用的SiO2玻璃管壁，造成这种材料的纳米修改。氢和氧被管壁吸附，形成活性基团在管壁表面改性，等离子体条件和OH在的密度都会有不同的影响。

　　(四)低频无极灯

　　无极灯的工作频率也一直是研究的热点，尽可能降低其工作频率，可以在电路设计和电磁兼容方面带来好处。如Chang-Shien Lin等研究让150W的无极灯在80KHz启动，60KHz工作(如图14所示)，可以实现电源效率95%以上，整体驱动效率85%，充分说明降低无极灯工作的频率前景是相当乐观的。改变驱动频率时必须使磁芯的材料的频率响应一致。

　　图14 60KHz无极灯工作点示意

　　结论:

　　无极荧光灯的发展已经经过了一个多世纪，特别是近20年的快速发展，已经涌现了不少实用的产品，并在实际使用中取得了良好的效果。相信随着科技的进步和研究的投入，无极荧光灯的产品性能会进一步提高，并在照明领域得到更广泛的应用。随着在发光机理的不断深入认识和放电结构设计的逐步改进,结合电子线路的创新和耦合效率的提高, 无电极放电光源必将得到更大的发展空间，应用范围也将不断得到开拓。可以预计在未来低成本的大功率的无极荧光灯将会有更多的应用范围。

　　致谢:本项目已经得到上海市科学技术委员会自然科学基金的资助(编号09ZR1402100)。

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