一种新颖的无极照明荧光光源[3]

　　无源PFC是通过一些无源器件，如电感、电容等的储能特性来延长整流部分二极管的导通时间，使流过负载的电流发生畸变的程度得以减小。电路的特点是采用对电容“串充并放”，即缓充快放模式。这种无源PFC网络可将电路的功率因数提高到0.9以上，电源总谐波失真度从80%以上降低到30%以下，只是它的电流波峰系数还比较差，这种较大波形畸变的电流对有极荧光灯的灯丝损害是相当大的，但是对没有电极的无极灯来说不会影响灯的寿命。这种电路结构简单，不需要大体积笨重的电感器件而易于实现，对功率较小深受成本压力的照明灯有着积极意义。

　　2、输出扼流圈

　　输出扼流圈在电路中的作用非常重要，是目前无极灯电路中一个块头最大，重量最重的一个器件。输出扼流圈的磁芯一般都是选用磁粉芯材料，是因为磁粉芯具有2个非常特别的性能： 1)特有的多孔结构，就相似于磁体上布满了众多的“微气隙”，因此在工作时不会泄漏磁通量，易于存储、传递功率能量，不容易进入磁饱和状态。 2)具有高达300℃的居里温度点，在过去一般都是100多居里温度点的铁氧体磁材前，这就是一道不得不用它的不可逾越天堑。但是磁粉芯的缺陷也是明显的： 1)它的磁导率较低，一般仅有1000mT多一点，在很多场合使用，不得不多绕制线圈，带来的铜损就大; 2)它的电阻率极低，必须在它的磁体上要喷涂一层绝缘漆并做烘干处理，额外带来加工成本不说，还因为其极低的电阻率造成在高频使用时有较高的功率损耗，磁芯发热严重; 3)它的原材料成本较低，但是它的用量比较小，物以稀为贵，加上2)的原因，所以磁粉芯磁材售价比铁氧体磁芯要高很多。现在尝试用一款新型铁氧体磁材来取代它，这款新型铁氧体磁材同样具有多孔结构，而且磁体上分布的“微气隙”比磁粉芯还要多，它的饱和磁通密度略高于磁粉芯磁材;它的磁导率在4500mT以上，居里温度点高达320℃，磁体的电阻率更是比磁粉芯磁体高10000多倍。原来的输出扼流圈磁环是20*8*11，绕线48T，经测试：电感量：18.76μH，Q值：20.71。经用新型铁氧体磁材来取代，磁环是13*7*7，绕线30T，经测试：电感量：21.26μH，Q值：46.86。试用结果是：磁环温升很低，电磁波功率在磁材上的损耗很小，此时测试整灯的技术指标，比对原使用磁粉芯输出扼流圈得到的各项电气指标，此时整灯技术指标很优秀，成本也要低不少。

　　3、EMI双环电磁抗干扰滤波器

　　①什么是EMI双环电磁抗干扰滤波器?

　　EMI双环电磁抗干扰滤波器主要是用作电路中抗EMI干扰用，同时具有改善电路电流波峰系数的作用。图11是该滤波器的电原理图和绕制图，图12是它的实物照片。对新型柱状一体化高频无极灯电源电路，由于它的工作频率相对工频50Hz来说很高，市电供电线路类似于2.65MHz电磁波的发射天线，所以防止高频电磁波对外的传导干扰是这个滤波器要完成的主要功能。

　　2双环电磁抗干扰滤波器的工作原理：

　　在开关电源内部，会围绕开关管、续流二极管以及高频变压器产生大量的电磁干扰(EMI)杂波，这些电磁干扰杂波会随着工作频率的提升变得更加厉害，它会沿两个途径向外进行传播，即是通过传导和辐射方式。暂不说辐射抑制，以完成传导干扰抑制的双环电磁抗干扰滤波器，外面的大环完成共模抑制功能，里面的小环完成差模抑制功能。在输入导线之间的EMI电压称之为差模噪声。导线对接地端的噪声称之为共模噪声。对于抑制共模噪声的电感器，需要在一个磁芯上绕制两组电流方向相反的导线，并使用高磁导率的磁芯。相反，对于抑制差模噪声的电感器，则要求磁芯材料在偏磁场下仍然能够保持磁导率指标(偏磁场是指含有直流成分的交变磁场)。在一般高频开关电源，共模滤波器的磁芯选用锰锌铁氧体材料，这是因为一般高频开关电源的工作频率都是小于100KHz，特别是节能灯或是LED灯电源，工作频率一般是40KHz内，锰锌铁氧体还能够发挥它的优良性能。但是在1MHz频率以上使用，锰锌铁氧体就显得力不从心了。有下图13做说明：

　　而新型的共差模组合扼流圈利用两个不同特性的磁芯将共模电感和差模电感巧妙的组合在一起 ,来替代分立的共模电感与差模电感 ,可以使滤波器尺寸得以减小和因线长带来的分布参数的影响大幅降低，电路的技术参数得到极大的提高。这种复合滤波器产生的磁通互相叠加，使共模电感量相应增加。而表现出差模电流经过共模电感时情况则相反,磁通互相抵消,因此差模电感量很小,几乎为零，符合电路理论上共模电感对于共模电流表现为高阻抗 ,对差模电流表现为零阻抗的理想滤波电路的要求，这是一种完美的抗EMC干扰的新型滤波器。共模扼流圈使用环形磁芯，适宜于大电流小电感量的场合。差模扼流圈使用比共模的刚好小一号的环形磁芯，能够嵌入共模扼流圈的磁环内，如图12所示。

　　3EMI双环电磁抗干扰滤波器磁材特性： 共模电感采用干扰抑制专用的铁氧体材料作为磁芯，差模电感采用的是不易磁饱和的最新研制成功的铁氧体磁芯。这种新型铁氧体磁芯表面的电阻率很高，所以就用不着像铁粉芯一样因为体表面的电阻率极低被迫要在上面喷涂一层绝缘漆，所以制作成本就要低些，更重要的是，不再采用铁粉芯而是用铁氧体磁芯，差模电感的优异性能会发挥得更加淋漓尽致。在前面已经较为详细的剖析了这种新型铁氧体磁材的特点和性能，它特别具有的高居里温度点及功耗、电感量负温度特性实在是太奇妙了，很多人还意识不到这种新型磁材研制成功的重大意义，它在电路上会带来的许多改变，对电路性能指标向上提高的程度，都将使人惊奇不已。

　　4、实际的电路原理图：

　　图14是实际生产中的一体化高频无极灯电路图，其中需要特别指出的是：当电路刚刚被接入时，需要DB3双向二极管来做功率管开关振荡的第一次启动。当它完成这个第一次振荡启动后，实质上电路就不需要DB3了，但是它是挂在电路上的啊?所以电路中的D4这个时候就起作用了，它好像开关一样，把DB3上面的电压及时放掉，让该电压不能达到DB3工作所需的数值，DB3也就在电路中被排除掉了。很多电路中这个D4都是使用1N4007， 该二极管开关速度很低，用在这里可能会出现问题。因为整灯工作频率是2.65MHz，功率管的开关速度很快，1N4007可能跟不上，极可能会失去放电的时机，DB3上面的电量就有可能没有被及时放掉而累积，DB3就会因为它的电压超过工作量值而参合进电路来搅和，这是不允许的危险动作。怎么办?我们建议这个D4不要使用一般的低速二极管，使用快恢复二极管。计算可以得出：恢复时间在150~50ns间的快恢复二极管均可，但耐压至少800V，这一隐患就被彻底排除掉了。

　　　　　　　　　5、整灯的抗EMI技术：

　　1)抗EMI辐射干扰技术：

　　1灯座的内部壁面，喷涂一层绵阳久硕磁材公司生产的吸波浆液，这层浆液干透后能够提供约13dB的电磁波衰耗能力，浆液中的吸波磁材把电磁波能量吸收后转化成热量散发掉。吸波抗干扰方式比反射抗干扰方式的优越性在于：它不会给电路带来额外的干扰杂波，能增加电路工作的可靠性。

　　2塑料灯座的外表面喷涂一层导电漆，能提供10dB屏蔽电磁波能力。导电漆有金、银、红、兰等多种颜色供选用。灯座可以用廉价的塑料制作总成本增加不多。这样内外处理以后，灯座的抗辐射能力已经满足国家技术标准要求。

　　3灯管部分：2.65MHz电磁波的波长为113米，可见光的波长在400~700nm之间,二者波长相差约有10亿倍，我们就是要利用这个悬殊的波长差异来分隔它们，尽可能的透过可见光，把电磁波阻隔在灯管内，既可以提高光效，又可以降低电磁干扰。由于几种方案的实验工作量非常大，几种方案都各有优点和不足，需要反复比较综合评估后才能有最后结论，目前该项工作正在进行之中，预计2013年春节后就有好消息宣布了。

　　2)抗EMI传导干扰技术：就是我们上面讲到的用“双环电磁抗干扰滤波器”来完成这个任务，效果很好。

　　非常高兴的告诉大家：该灯的抗EMI的多个技术指标均已经通过国家权威检测部门的严格测试，技术指标全部符合国家标准，证书已颁发。

　　七、新灯的知识产权状况

　　为了大批量的推广新型柱状一体化高频无极灯，以此确定企业发展的核心技术路线，建立知识产权的防御体系，避免侵权纠纷，我们对新灯的知识产权工作非常重视，申请了一项发明专利、七项实用新型和一项外观设计，形成了一个较为完整的知识产权的专利群作为保护网罩，从整灯技术原理、照明灯的外观设计、电路特点、铁氧体磁材等诸方面进行必要的技术公开和阐述，以便获得足够宽的、明白无误的、绝无歧义的保护点，便于今后工作的开展。

编辑：Cedar