CN203055864U - 射频无极紫外光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种射频无极紫外光源，属于电子信息技术的微电子与光电子技术领域。主要解决低频无极灯由于散热困难因而功率受限制，EMC指标难以达标，售价高，市场推广困难的问题。本实用新型采用提高工作频率的方法，采取了以线圈作为发射天线、金属屏蔽网格层提高光效设计措施、中空管状芯柱有效散热的结构设计和满足电磁兼容要求的电气设计方案。它由灯泡和高频电磁波发生器两大部分组成。灯泡采用中空管结构，泡体内配置发射线圈以及金属屏蔽网格层；高频发生器包括高频电路、平面变压器、功率器件以及插座。本实用新型具有光效高，发热量小、散热好、寿命长、EMC指标符合国家检测标准、开发和生产成本低等特点。是一种性能优异的大功率紫外光源。

Description

射频无极紫外光源

技术领域

本发明属于电子信息技术的微电子与光电子技术领域。它采取提高工作频率，在结构上采用中空中空管状芯柱(4)、内置式发射线圈(5)、金属屏蔽网格层(8)以及防电磁辐射等措施，成为一种光效高，发热量小、散热好、寿命长，EMC指标符合国家检测标准的理想光源。 

背景技术

在各种受激发射光源中，钠灯和金卤灯的售价大约只有高频无极灯的三分之一、低频无极灯的六分之一，而钠灯和金卤灯的光效已经超过120Lm/W，就是直管荧光灯的光效也达到105Lm/W。目前市场在售的无极灯价高质次，处境尴尬。但是，除无极灯以外的其它光源存在灯丝电极，使用寿命受到很大限制。所以无极灯是未来光源发展的必然趋势。 

现有的无极灯分为低频无极灯(工作频率230KHz)和高频无极灯(2650KHz)两种。低频无极灯的功率可以做到400W以上，光效能够达到85Lm/W。但其电路复杂，制造成本和工艺要求高，售价太高，在市场推广困难；高频无极灯成本低，制造工艺简单，但是其光效太低(一般在65Lm/W左右)，而且由于散热困难，最大功率目前只能做到165W，使得它在很多场合的应用受到限制；EMC指标较难达到国家的检测标准，安全性能较差。客户难于接受。 

低频无极灯和高频无极灯都要用到耦合器。耦合器的作用类似于天线，它把高频电磁波发生器产生的高频能量耦合进光源(2)内，去激励里面的汞离子发生阶跃而产生253.7nm的紫外线。耦合器是用铁氧体磁材做成的，上面用高温线绕制有耦合线圈，固定磁体的结构件一般用黄铜棒，以便把磁体上产生的热量尽快的传导出去散发掉。铁氧体磁芯的一个重要技术指标是居里温度点。现在供应市场的这些功率磁芯的居里温度点在200～280℃之间。如图1所示。一旦耦合器的工作温度超过了居里温度点，功率铁氧体磁芯就会失去磁性，无极灯会立即熄灭丧失了工作能力。所以目前市场在售的无极灯其可靠性较差。 

低频无极灯的耦合方式是外耦合，就是将铁氧体耦合器安装在光源(2)的外面。外耦合方式有利于散热，所以低频无极灯的功率可以做得比较大，但是低频无极灯的缺点也是明显的：因为它的工作频率低，只有高频无极灯的十分之一，需要的磁材大约是高频无极灯的十倍，造成它的体积大、成本高；同时因为耦合器放置在光源(2)外面，它的电磁波会大量外泄，对EMC指标非常不利。高频无极灯的耦合方式是内耦合，就是将铁氧体耦合器安装在光源(2)的内腔里，这里的温度相当高，产生的热量不能被很快的导出散发掉，热量完全是靠耦合器嵌装的铜棒通过传导导热方式散发出来的。这种导热方式效率低，还要消耗大量的铜材，增加了成本。 

发明内容

本发明的目的在于解决现有无极灯的不足，提供一种新型的射频无极紫外光源，克服传统无极荧光灯光效低，发热量大、散热困难、使用寿命短，电磁波外泄现象严重、EMC指标难通过国家检测标准，安全性能差以及需要使用铜棒来帮助散热、开发和生产成本高等诸多缺点。 

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种射频无极紫外光源，它包括高频发生器(1)和光源(2)，光源(2)包括玻壳(3)、位于玻壳(3)中部的中空管状芯柱(4)和螺旋状缠绕紧贴在中空管状芯柱(4)外壁上的发射线圈(5)。中空管状芯柱(4)内为中空腔体，中空腔体两端贯通，发射线圈(5)的下端为线圈引出线(6)，通过同轴电缆(7)与线圈引出线(6)连接；所述的玻壳(3)的内壁设有金属屏蔽网格层(8)。设置金属屏蔽网格层(8)的目的是：通过发射线圈(5)耦合进光源(2)内的电磁波，立即会遭遇到光源(2)内的汞离子，就会激励汞离子产生273.5nm的紫外光。而电磁波能够穿越过汞离子团的少之又少，金属屏蔽网格层(8)就是起到最后拦阻这些残存电磁波，使之不能逃逸出去破坏整灯的EMC指标的作用。所述的高频发生器(1)包括金属外壳(10)(内壁上设有吸波材料(11))、插头座(12)、平面变压器(13)和功率器件。本发明的关键技术为： 

(1)所述的射频无极紫外光源(2)的工作频率为13.56MHz或27MHz 

(2)所述的高频发生器(1)附加一个复合型EMC滤波器和铁氧体磁珠； 

(3)所述的发射线圈(5)由超高温漆包线绕制而成。 

(4)所述的金属屏蔽网格层(8)是厚度为10μm的#字形金属框格，框体1mm，框空格规格为30mm×30mm 

(5)所述的插头座(12)中装有铁氧体衬片； 

(6)所述的光源(2)内充斥有惰性气体，依照潘宁效应，它能够提高紫外光的生成量。 

本发明取得以下明显效果： 

(1)发射线圈(5)距离光源(2)管壁很近，发射线圈(5)呈螺旋状，按照50Ω进行匹配调试。驻波比非常小，发射效率很高。同时因光源(2)的中空管状芯柱(4)的外壁有发射线圈(5)，相当于是一层金属屏蔽阻挡层，能够完全反射紫外线和可见光。这使得射频无极紫外光源(2)的光效很高； 

(2)取消了传统耦合器中的铁氧体磁芯，提高了整灯效率，减小了发热量。射频无极紫外光源(2)既可以大功率在室外使用也可以低小功率在室内使用，适宜任何需要照明的场所，射频无极紫外光源(2)的温度特性好且适宜于产业化生产。 

(3)内腔体的两端贯通，利用这一通道形成烟囱效应加强散热，既彻底解决了热量积累这个限制无极灯发展的最大技术问题，射频无极紫外光源(2)的使用寿命长。 

(4)高频发生器(1)采用铁氧体磁珠来阻截电磁波通过传导方式的干扰；用吸波材料(11)来吸收电源内通过辐射方式的干扰；在光源(2)内用金属屏蔽网格层(8)来抑制电磁波的外泄。这些措施使射频无极紫外光源(2)满足EMC指标并提高了使用安全性； 

(5)不需要贵重金属铜来帮助散热，也不再需要含稀土的铁氧体磁芯，生产成本大大得以降低； 

(6)射频无极紫外光源(2)的外形可为梨泡型、橄榄型、球形、圆柱形，对灯具没有特殊要求；它不需要预热，可以瞬时启动；灯光的显色性好，光色与太阳光十分近似，具有良好的使用性能； 

(7)采用成熟的射频技术，所有已经在应用的射频器件都可以借用。降低了射频无极紫外光源(2)的开发成本。 

附图说明

图1为铁氧体磁芯的起始磁导率-温度关系曲线图； 

图2本发明结构示意图； 

图3为本发明光源(2)结构示意图； 

图4为本发明高频发生器(1)结构示意图； 

图5为传统高频发生器(1)干扰信号屏蔽方法示意图； 

图6为本发明高频发生器(1)干扰信号屏蔽方法示意图； 

图7为13.56MHz吸波磁珠的损耗-频率关系曲线图； 

图中，1-高频发生器，2-光源，3-玻壳，4-中空管状芯柱，5-发射线圈，6-线圈引出线，7-同轴电缆，8-金属屏蔽网格层，10-金属外壳，11-吸波材料，12-插头座，143-平面变压器(13)。 

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明的技术方案。如图2、图3所示。本发明为一种射频无极紫外光源(2)。它包括高频发生器(1)和光源(2)。光源(2)包括玻壳(3)、位于玻壳(3)中部的中空管状芯柱(4)和螺旋状缠绕于中空管状芯柱(4)外壁上的发射线圈(5)。中空管状芯柱(4)内为两端贯通的内腔体。发射线圈(5)由直径为0.7mm的超高温漆包线绕制而成，其两端为线圈引出线(6)，高频发生器(1)通过同轴电缆(7)与线圈引出线(6)连接。所述的玻壳(3)的内壁设有金属屏蔽网格层(8)，它是厚度为10μm的#字形金属框格，框体1mm，框空格规格为30mm×30mm。高频发生器(1)包括金属外壳(10)、平面变压器(13)和功率器件，内壁喷涂有吸波材料(11)的金属外壳(10)，装有铁氧体衬片的插头座(12)。高频发生器(1)附加一个复合型EMC滤波器和铁氧体磁珠。 

射频无极紫外光源(2)采用13.56MHz或27MHz的工作频率。这两个频率广泛使用于长距离射频识别技术、射频卡、医院射频热疗设备以及一些玩具的远距离遥控频率、业余电台等。这两个频点避开了导航、通信等领域重要设备的使用频率，不会对其造成干扰。因而EMC指标相对而言就宽松得多。 

为了解决散热问题，把原本封闭的内腔体上下两端贯通，如图2所示。这带来三个好处： 

(1)散热由传导方式变换成对流方式，而且由于通道窄小很容易形成烟囱效应，散热效率也就大大的得以提升； 

(2)不再使用昂贵金属铜材，对降低无极灯的成本意义十分重大； 

(3)无极灯的功率再也不用受限制，可以制作任意功率大小的无极灯。 

在低频或是高频无极灯中都使用铁氧体耦合器。这种耦合器体积大、重量重，而且难以做到阻抗匹配。所以对电磁波的耦合(发射)效率低，同时铁氧体对电磁波的损耗大，就造成耦合器发热严重。现在把工作频率提高到13.56MHz或是27MHz，采用耦合线圈做天线代替铁氧体耦合器，全部按照高频辐射理论对天线、馈送电缆及高频发生器(1)来进行匹配，让发射线圈(5)的驻波比最小，使13.56MHz和27MHz在线圈做成的天线上完全谐振、完全发射。这是彻底解决无极灯光效低和成本高的重要措施之一。 

去掉了铁氧体磁芯的耦合线圈，采用直径0.7mm的超高温漆包线代替昂贵的高温线，在中空的芯柱外密集绕制多圈紧贴在中空管状芯柱(4)的外壁上，组成发射线圈(5)。产生的热量容易被发射线圈(5)吸收，通过中空中空管状芯柱(4)的通道形成的烟囱效应被迅速流动的空气散发掉。 

中空管状芯柱(4)的外壁上密集绕制的发射线圈(5)有四个作用： 

(1)发射13.56MHz或是27MHz的电磁波以激励光源(2)内汞离子产生273.5nm的紫外光； 

(2)向玻壳(3)反射光源(2)内的紫外线，以此提高射频无极紫外光源(2)的光效； 

(3)使其只能通过玻壳(3)透射出去增加光效； 

(4)能快速吸收光源(2)内的热量并通过空气对流很快的把热量散发掉。 

玻壳(3)的内壁设有金属屏蔽网格层(8)。这个框格对光线的透射没有丝毫阻碍，但是对13.56MHz或是27MHz的电磁波却是有相当大的阻挡作用，这就保证了光源(2)的EMC指标满足国家标准的要求。 

高频发生器(1)采取了5个措施来满足EMC指标和提高电路效率： 

(1)采用综合性能优异的抗传导干扰技术。图5为传统高频发生器(1)干扰信号屏蔽方法示意图，电磁波被禁锢在电源盒体内。图6为采用吸波材料(11)后的效果示意图； 

(2)在盒体内部使用电磁波吸波材料(11)，可以解决高频电源的电磁波辐射问题； 

(3)使用铁氧体磁珠，在电路中隔离不需要的杂波干扰； 

(4)应用平面变压器(13)，如图7所示。减小了变压器漏感，提高了变换效率； 

(5)盒体与外部连接采用内装有铁氧体内衬片的插头座(12)。上述措施保证高频电源的EMC指标完全满足国家相关标准要求，并提高了电路效率。 

在光源(2)内充进一定压力的惰性气体，比如氩气，这些气体能够帮助并加强汞离子体在高频电磁波的激励下产生273.5nm紫外光的能力，并显著减少或是基本上不产生185nm这一我们不需要的紫外光线。这就是著名的潘宁效应。由于玻璃光源(2)和光源(2)内壁上的金属网格的双重阻隔，紫外光线和高频电磁波几乎完全不能逃逸出光源(2)从而对外部环境造成污染这。这极大提高了射频无极紫外光源(2)的光效及它的使用安全性能。 

Claims (8)

1.一种射频无极紫外光源，其特征在于：它包括高频发生器(1)和光源(2)；光源(2)包括玻壳(3)、位于玻壳(3)中部的中空管状芯柱(4)及螺旋状密绕紧贴于管状芯柱(4)外壁上的发射线圈(5)；中空管状芯柱(4)为内腔体，内腔体两端贯通，发射线圈(5)的一端为线圈引出线(6)；高频发生器(1)通过同轴电缆(7)与线圈引出线(6)连接；所述的玻壳(3)的内壁装有金属屏蔽网格层(8)所述的高频发生器(1)包括金属外壳(10)、插头座(12)、平面变压器(13)和功率器件，金属外壳(10)的内壁上装有吸波材料(11)，在泡体玻壳内充斥有一定气压的惰性气体-氩气。 

2.根据权利要求1所述的一种射频无极紫外光源，其特征在于：无电极射频荧光灯的高频电磁波发生器工作频率为13.56MHz或27MHz。 

3.根据权利要求2所述的射频无极紫外光源，其特征在于：设计了发射线圈(5)，它由超高温漆包线绕制而成。 

4.根据权利要求1所述的一种射频无极紫外光源，其特征在于：所述的金属屏蔽网格层(8)是厚度为10μm的#字形金属框格，框体1mm，框空格规格为30mm×30mm。 

5.根据权利要求1所述的一种射频无极紫外光源，其特征在于：发射线圈本身具有的良好散热特性，通过特别设计的中空管状柱体的烟囱效应进行散热，达到良好的散热效果。 

6.根据权利要求1所述的一种射频无极紫外光源，其特征在于：所述的高频发生器（1）特别设计了复合型EMC滤波器和铁氧体磁珠。 

7.根据权利要求1所述的一种射频无极紫外光源，其特征在于：所述的插头座(12)为装有铁氧体衬片的插头座。 

8.根据权利要求1所述的一种射频无极紫外光源，其特征在于：在泡体内充满一定气压的惰性气体-氩气。 

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