射频无极灯研制报告（3）

　　1、 无极灯电子镇流器

　　无极灯和节能灯的工作原理完全不同。虽然无极灯和节能灯一样要有一个类似于节能灯镇流器的盒体才能正常工作，但是这个盒体还是称为高频电源(更确切的称呼应该是：高频电磁波发生器)为好，而不应该叫它为无极灯电子镇流器，因为高频电磁波发生器在工作过程中没有镇流作用，一些人认为无极灯中存在负阻效应，温度越高阻值越低，到最后直至无极灯不能工作。那么这个负阻效应发生在哪里?负阻是怎么造成恶果的?这些谁也说不清楚也无法说清楚。实际上这个现象是耦合器中铁氧体磁芯的居里温度效应引起的，如图一所示。

　　铁氧体功率磁芯有一个重要的物理特征，即它们具有居里温度点，大约在180~280

　　℃之间，这是磁介质有无磁性的一个临界点。工作过程中随着温度的升高铁氧体磁芯的电感量就会增加如图一中所表明的，电感量大了耦合就会增强发射功率也会增强，发射功率强了铁氧体磁芯的温度会更高，这是一个恶性循环的过程，一旦温度累积不能被很快的散去而超过了铁氧体磁芯的居里温度点，铁氧体磁芯立即就会失去磁性，造成耦合器失谐无极灯当然也就不能工作发光了。我们知道电子镇流器是从电感镇流器演变过来的，电感镇流器纯粹是用来扼制灯电流的，启动日光灯靠的是启辉器。实质上电子镇流器和镇流作用已经关系不大了，但是电子镇流器之中还有扼流圈，这种称呼对电子镇流器的工作原理分析影响不是很大，还勉强说不会造成人们对电子镇流器的误解。而无极灯的高频电源就不同了，因为它产生的是高频电磁波，电磁波通过耦合器(发射天线)去激励无极灯泡体内的汞原子发生阶跃而产生253.7nm的紫外线再去激活荧光粉产生可见光线。在无极灯启动时，灯泡内部存在着电压降，但是这个电压降不可能影响高频电源的工作状态，高频电源也不用镇流的方式来保护自己。再称之为镇流器就可能影响人们对高频电磁波发生器的误解，对它的建模和电路分析都会带来错误的结果，进而干扰我们正确的来理解无极灯的工作原理和工作状态，使我们在技术上走上歧路。

　　2、 无极灯中添加有磁元素

　　有人在回答关于无极灯质疑时宣称：他们生产的磁能感应灯为什么比其它光源有更好的照明效果呢?原因就在于他们的磁感应灯里面添加有磁元素。这里所谓的磁元素无疑是指耦合器中加有铁氧体功率磁芯。那么无极灯耦合器中为什么要加入铁氧体磁芯呢?真的是因为加入了铁氧体就能够提升灯的性能吗?无极灯与节能灯工作原理最大的不同就是：节能灯是靠灯丝加热发射电子来工作的;而无极灯是靠高频电磁波发生器产生的高频振荡能量，经过耦合器变换成电磁波能量来工作的，就是说无极灯的电磁波能量要靠天线发射出去。根据天线发射理论，电磁波要被天线全能量的辐射出去不再返回波源的条件是发射天线的长度要等于λ/2，λ就是电磁波波长，我们就可以称天线和需要发射的电磁波达到匹配了，在良好匹配状态下可以测试到天线的驻波比是1。高频无极灯的工作频率是2.65MHz，它的波长是113米，λ/2线圈的长度就是56.5米;低频无极灯更了不得，它的波长是1.3Km，λ/2的长度就是650米，这么长的线圈几乎不可能塞进无极灯之中，好在我们找到了铁氧体磁材。铁氧体磁材一个重要电气性能就是它能够给绕在它上面的线圈增添很强的电感量，相当于1米的线圈马上就具有了几十米长线圈的性能，所以有了铁氧体磁材像高频无极灯耦合线圈的绕制就只需要24~28匝大约仅1.3米即可。但是铁氧体磁材有着它自身固有的电气特征，即：

　　① 尺寸大，体积笨重;
　　② 电磁功率损耗大，发热严重;
　　③ 有居里温度点，容易失谐会带来可靠性问题;
　　④ 造成耦合器的匹配粗糙，反射严重，致高频电源内的功率器件极易被伤害。
　　⑤ 为了导引出热量，要用到贵重的铜材使成本增高。

　　由此可见，铁氧体磁材如果有可能不用最好不用它，现在选择技术方案就是要想方设法的摒弃它。新开发研制的无电极射频荧光灯，采用比较高的射频频率，就完全摒弃了铁氧体磁材，新选用的发射线圈驻波比测试小于1.1，具有非常优异的电气性能，光效不但大大得以提高，成本反而大幅降低，泡体中没有铁氧体磁芯也就不存在居里温度点的问题，发热很小，整灯不再需要昂贵的铜材。在新研制的无电极射频荧光灯里面铁氧体磁材--磁元素被去除了，灯的照明性能不但没有降低反而是提高了，可见鼓吹添加磁元素的那些人就是在忽悠瞎扯。

　　3、 无极灯的工作寿命

　　不少厂家宣传无极灯10万小时的工作寿命，一些人对此提出疑问是可以理解的。高频电源的工作寿命由于元器件的制约很难超过1.5万小时。卤磷酸钙荧光粉的寿命在它的额定工作温度45℃下一般就是3000小时。在额定工作温度90℃下三基色荧光粉的工作寿命到底是多少存在一些争议，普遍认为是在8000~15000小时之间，当然希望荧光粉行业的专家能够给出确切结论。有统计资料显示三基色荧光粉在夜光低温的工作情况下其寿命可望超过8万小时，但是这个数据如果拿来作为无极灯在高温高亮情况下的参考值可能是有问题的。目前还是不宜太夸大宣传无极灯的寿命期限，以免反而得到适得其反的效果。

　　4、 无极灯的工作频率

　　当一些无极灯的生产厂家庆祝他们开发研制出了100KHz的低频无极灯时，实际上他们已经步入了一片没有任何希望和前途的泥泞沼泽区。低频率的无极灯能够得到的唯一好处就是它的EMC指标比较好，为了将就这个并不太难解决的技术指标而带来更多难以处理的技术难题是不是捡了芝麻丢了西瓜?这里就提出了一个非常严肃的问题：无极灯的发展方向是什么?真的是必须向更低的工作频率发展才行吗?记得十年前刚研制出100KHz的开关电源，深感欣慰它比起市面上流通的40KHz的开关电源要先进了不少，道理何在?其实当时也是同样对更高工作频率的开关电源有着大量的质疑，质疑同样是：更高的工作频率会带来更多的辐射，纹波差，可能对功率器件会带来更多伤害等等。事实上今天市面上600KHz的开关电源已经不再稀罕，其技术参数之优异实在让人感叹，国外甚至推出了2000KHz的宇航级开关电源。更高的工作频率就具有更高的功率密度，更高的转换效率，更小的体积和更轻巧的外形，这样的技术指标，不正是照明光源所也应该追求的目标吗?低频无极灯采用的外耦合方式，不适宜较高的工作频率是源于它的耦合器外置方式。这种毫无遮拦任意空间辐射的外置方式，在较低工作频率下因为电磁波的波长太巨大不容易谐振起振，所以它的辐射值不大还勉强可以容忍。但是在高频率下这种外置方式产生的辐射电磁波就不能忽略不计了。如果无极灯想要得到更高的功率密度，更高的转换效率，更小的体积和更轻巧外形的光源产品，就必须选用更高的工作频率，要想选用更高的工作频率，就不能采用外耦合方式。有人说：高频无极灯的EMC指标过不了检测关。我要说高频无极灯最要命的不是EMC指标，而是它的温升带来功率做不大光效太低的问题，这才是无极灯目前困境的根本原因。光效和温升的问题解决好了，EMC指标的问题自然就能够解决好。这很好理解：电磁波发射效率解决好了光效就提高了，浪费在无用发射上就少了，EMC指标肯定也就好了。

　　5、 无极灯的有效光效

　　在无极灯光通量的检测数据上，无极灯无法和钠灯、金卤灯相比，甚至直管荧光灯以105Lm/W的光效也是远远高于无极灯。有人就出来辩解说：人眼看到的光通量除与光源本身的光能量P(λ)有关外，还与不同视觉条件下的光谱光视效率有关.随着周围环境亮度由明亮向暗视觉转变，整个光谱光视效率曲线向短波方向推移，长波端能见的波长范围缩小，短波端的能见范围扩大，即蓝色光的人眼敏感增加。 无极灯为紫外线激发三基色荧光粉发光，该灯的红、绿、蓝成分相互配合，有连续的较强的蓝绿光，符合中间视觉光谱的要求，无极灯的实际有效光随着周围环境亮度的降低而上升。在夜景照明中，人眼的适应范围处于中间视觉范畴，即无极灯在夜景照明中的有效亮度高。他们提出依据所谓暗视觉、明视觉概念，以人眼的感觉来对无极灯光效数据增加修正系数，对钠灯、金卤灯的光效数据减小修正系数，然后得出了无极灯的有效光效高于钠灯、金卤灯光效的结论。这有道理吗?在检测系统和检测过程中，为了保证检测的公正性，必须要排除人为因素的介入，纯粹就是以仪器仪表测试数据为准，这是任何检测标准中规定了的基本要求。所以在检测结果上给这个加系数给那个减系数作不得准，我们大可一笑了之。实际上在灯光照明下人眼的感觉跟很多因素有关，比如灯光的强度、灯光的显色性、环境背景等，甚至与人的心情也有相当大的关系。无极灯的光效差是众所周知它的一大缺陷，我们完全可以通过技术改进来弥补这一缺点，根本不必遮遮掩掩东描西画的进行诡辩。实质上无极灯尽管有这样那样的缺陷，但是丝毫不会动摇它未来光源的地位，在正视它的不足并克服完善以后，无极灯必定会在不断的技术改进和争论碰撞中走向成熟与辉煌。

　　6、 无极灯模型

　　气体放电灯的出现是电光源业界的一个里程碑式的突破，特别是我们称之为节能灯的光源产品走进千家万户现已经成为人们的日常必需。气体放电灯是通过电极间的放电来发光，因此电极的寿命就决定了光源的寿命，这无疑限制了光源寿命的上限。同时高热的电极在放电的过程中必然会有电极体的溅射和消耗，这将导致电弧管发黑，使光源的光通量减少，也使灯丝电极慢慢烧蚀断掉。这些不利因素促使人们去开发不要电极的气体放电光源。第一盏无极荧光灯在1991年问世，从此也开启了无电极气体放电灯的新纪元。为无极灯建立电路模型的目的是为了帮助我们分析电路，寻找电路各个元器件的最佳匹配数值，以获得电路更高的电气性能，如果最后可以进行仿真就能简化设计过程提高工作效率。对无极灯较早建立起的是变压器模型，它是建立在几个MHz的基础上的。其中给出一个最重要的参数就是K，即耦合系数。由于模型比较粗糙所以K系数是预置还是怎样来求解没有给出答案，只是说如果测试出线圈和铁芯上的功率损耗，就可以利用模型求解出耦合系数。所以这个模型对无极灯的设计和实际生产指导意义不大。后来有人把它移植到低频无极灯分析领域，建立了外耦合双线圈模型，通过测量初级侧的电压、电流参数，利用变压器模型就可以逐步求出次级侧的相关参数，进而导出系统的等效阻抗和等效感抗。对射频无极灯，不能用变压器模型来描述它。应该采用高频辐射理论来予以描述。按照高频辐射理论对线圈天线的性能指标有4个方面的技术要求：

　　① 依照75Ω系统对线圈和高频电磁波发生器进行匹配，驻波比在1.1以下;
　　② 天线线圈发射的电磁波主要集中于四周的管壁;
　　③ 天线线圈的工作频带有2MHz，即f0±1MHz。
　　④ 天线线圈发射的是圆极化电磁波;

　　射频无极灯正是按照这一成熟理论的指导开发研制成功，目前正申报国家的发明专利程序中，很快就会公开发布其中的关键技术要点。

编辑：Sophy