專利名稱：射頻無極紫外光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子信息技術(shù)的微電子與光電子技術(shù)領(lǐng)域。它采取提高工作頻率，在結(jié)構(gòu)上采用中空中空管狀芯柱(4)、內(nèi)置式發(fā)射線圈(5)、金屬屏蔽網(wǎng)格層(8)以及防電磁輻射等措施，成為一種光效高，發(fā)熱量小、散熱好、壽命長，EMC指標符合國家檢測標準的理想光源。
背景技術(shù)：
在各種受激發(fā)射光源中，鈉燈和金鹵燈的售價大約只有高頻無極燈的三分之一、低頻無極燈的六分之一，而鈉燈和金鹵燈的光效已經(jīng)超過120Lm/W，就是直管熒光燈的光效也達到105Lm/W。目前市場在售的無極燈價高質(zhì)次，處境尷尬。但是，除無極燈以外的其它光源存在燈絲電極，使用壽命受到很大限制。所以無極燈是未來光源發(fā)展的必然趨勢?，F(xiàn)有的無極燈分為低頻無極燈(工作頻率230KHZ)和高頻無極燈(2650KHz)兩種。低頻無極燈的功率可以做到400W以上，光效能夠達到85Lm/W。但其電路復雜，制造成本和工藝要求高，售價太高，在市場推廣困難；高頻無極燈成本低，制造工藝簡單，但是其光效太低(一般在65Lm/W左右)，而且由于散熱困難，最大功率目前只能做到165W，使得它在很多場合的應(yīng)用受到限制；EMC指標較難達到國家的檢測標準，安全性能較差?？蛻綦y于接受。低頻無極燈和高頻無極燈都要用到耦合器。耦合器的作用類似于天線，它把高頻電磁波發(fā)生器產(chǎn)生的高頻能量耦合進光源(2)內(nèi)，去激勵里面的汞離子發(fā)生階躍而產(chǎn)生253.7nm的紫外線。耦合器是用鐵氧體磁材做成的，上面用高溫線繞制有耦合線圈，固定磁體的結(jié)構(gòu)件一般用黃銅棒，以便把磁體上產(chǎn)生的熱量盡快的傳導出去散發(fā)掉。鐵氧體磁芯的一個重要技術(shù)指標是居里溫度點?，F(xiàn)在供應(yīng)市場的這些功率磁芯的居里溫度點在200 280°C之間。如圖1所示。一旦耦合器的工作溫度超過了居里溫度點，功率鐵氧體磁芯就會失去磁性，無極燈會立即熄滅喪失了工作能力。所以目前市場在售的無極燈其可靠性較差。低頻無極燈的耦合方式是外耦合，就是將鐵氧體耦合器安裝在光源(2)的外面。外耦合方式有利于散熱，所以低頻無極燈的功率可以做得比較大，但是低頻無極燈的缺點也是明顯的:因為它的工作頻率低，只有高頻無極燈的十分之一，需要的磁材大約是高頻無極燈的十倍，造成它的體積大、成本高；同時因為耦合器放置在光源(2)外面，它的電磁波會大量外泄，對EMC指標非常不利。高頻無極燈的耦合方式是內(nèi)耦合，就是將鐵氧體耦合器安裝在光源(2)的內(nèi)腔里，這里的溫度相當高，產(chǎn)生的熱量不能被很快的導出散發(fā)掉，熱量完全是靠耦合器嵌裝的銅棒通過傳導導熱方式散發(fā)出來的。這種導熱方式效率低，還要消耗大量的銅材，增加了成本。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有無極燈的不足，提供一種新型的射頻無極紫外光源，克服傳統(tǒng)無極熒光燈光效低，發(fā)熱量大、散熱困難、使用壽命短，電磁波外泄現(xiàn)象嚴重、EMC指標難通過國家檢測標準，安全性能差以及需要使用銅棒來幫助散熱、開發(fā)和生產(chǎn)成本高等諸多缺點。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:一種射頻無極紫外光源，它包括高頻發(fā)生器(I)和光源(2)，光源(2)包括玻殼(3)、位于玻殼(3)中部的中空管狀芯柱(4)和螺旋狀纏繞緊貼在中空管狀芯柱(4)外壁上的發(fā)射線圈(5)。中空管狀芯柱(4)內(nèi)為中空腔體，中空腔體兩端貫通，發(fā)射線圈(5)的下端為線圈引出線(6)，通過同軸電纜(7)與線圈引出線(6)連接；所述的玻殼(3)的內(nèi)壁設(shè)有金屬屏蔽網(wǎng)格層(8)。設(shè)置金屬屏蔽網(wǎng)格層(8)的目的是:通過發(fā)射線圈(5)耦合進光源(2)內(nèi)的電磁波，立即會遭遇到光源(2)內(nèi)的汞離子，就會激勵汞離子產(chǎn)生273.5nm的紫外光。而電磁波能夠穿越過汞離子團的少之又少，金屬屏蔽網(wǎng)格層(8)就是起到最后攔阻這些殘存電磁波，使之不能逃逸出去破壞整燈的EMC指標的作用。所述的高頻發(fā)生器(I)包括金屬外殼(10)(內(nèi)壁上設(shè)有吸波材料
(11))、插頭座(12)、平面變壓器(13)和功率器件。本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)為:(I)所述的射頻無極紫外光源(2)的工作頻率為13.56MHz或27MHz(2)所述的高頻發(fā)生器(I)附加一個復合型EMC濾波器和鐵氧體磁珠；(3)所述的發(fā)射線圈(5)由超高溫漆包線繞制而成。(4)所述的金屬屏蔽網(wǎng)格層⑶是厚度為1(^!11的#字形金屬框格，框體1mm，框空格規(guī)格為30mm X 30mm(5)所述的插頭座(12)中裝有鐵氧體襯片；(6)所述的光源(2)內(nèi)充斥有惰性氣體，依照潘寧效應(yīng)，它能夠提高紫外光的生成 量。本發(fā)明取得以下明顯效果:(I)發(fā)射線圈(5)距離光源(2)管壁很近，發(fā)射線圈(5)呈螺旋狀，按照50 Ω進行匹配調(diào)試。駐波比非常小，發(fā)射效率很高。同時因光源(2)的中空管狀芯柱(4)的外壁有發(fā)射線圈(5)，相當于是一層金屬屏蔽阻擋層，能夠完全反射紫外線和可見光。這使得射頻無極紫外光源(2)的光效很高；(2)取消了傳統(tǒng)耦合器中的鐵氧體磁芯，提高了整燈效率，減小了發(fā)熱量。射頻無極紫外光源(2)既可以大功率在室外使用也可以低小功率在室內(nèi)使用，適宜任何需要照明的場所，射頻無極紫外光源(2)的溫度特性好且適宜于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。(3)內(nèi)腔體的兩端貫通，利用這一通道形成煙囪效應(yīng)加強散熱，既徹底解決了熱量積累這個限制無極燈發(fā)展的最大技術(shù)問題，射頻無極紫外光源(2)的使用壽命長。(4)高頻發(fā)生器(I)采用鐵氧體磁珠來阻截電磁波通過傳導方式的干擾；用吸波材料(11)來吸收電源內(nèi)通過輻射方式的干擾；在光源⑵內(nèi)用金屬屏蔽網(wǎng)格層⑶來抑制電磁波的外泄。這些措施使射頻無極紫外光源(2)滿足EMC指標并提高了使用安全性；(5)不需要貴重金屬銅來幫助散熱，也不再需要含稀土的鐵氧體磁芯，生產(chǎn)成本大大得以降低；(6)射頻無極紫外光源(2)的外形可為梨泡型、橄欖型、球形、圓柱形，對燈具沒有特殊要求；它不需要預熱，可以瞬時啟動；燈光的顯色性好，光色與太陽光十分近似，具有良好的使用性能；(7)采用成熟的射頻技術(shù)，所有已經(jīng)在應(yīng)用的射頻器件都可以借用。降低了射頻無極紫外光源(2)的開發(fā)成本。

圖1為鐵氧體磁芯的起始磁導率-溫度關(guān)系曲線圖；圖2本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明光源⑵結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明高頻發(fā)生器(I)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為傳統(tǒng)高頻發(fā)生器(I)干擾信號屏蔽方法示意圖；圖6為本發(fā)明高頻發(fā)生器(I)干擾信號屏蔽方法示意圖；圖7為13.56MHz吸波磁珠的損耗-頻率關(guān)系曲線圖；圖中，1-高頻發(fā)生器，2-光源，3-玻殼，4-中空管狀芯柱，5-發(fā)射線圈，6-線圈引出線，7-同軸電纜，8-金屬屏蔽網(wǎng)格層，10-金屬外殼，11-吸波材料，12-插頭座，143-平面變壓器(13)。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖進一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖2、圖3所示。本發(fā)明為一種射頻無極紫外光源(2)。它包括高頻發(fā)生器(I)和光源(2)。光源(2)包括玻殼(3)、位于玻殼(3)中部的中空管狀芯柱(4)和螺旋狀纏繞于中空管狀芯柱(4)外壁上的發(fā)射線圈(5)。中空管狀芯柱(4)內(nèi)為兩端貫通的內(nèi)腔體。發(fā)射線圈(5)由直徑為0.7_的超高溫漆包線繞制而成，其兩端為線圈引出線(6)，高頻發(fā)生器(I)通過同軸電纜(7)與線圈引出線(6)連接。所述的玻殼(3)的內(nèi)壁設(shè)有金屬屏蔽網(wǎng)格層(8)，它是厚度為1(^!11的#字形金屬框格，框體1mm，框空格規(guī)格為30mmX30mm。高頻發(fā)生器⑴包括金屬外殼(10)、平面變壓器(13)和功率器件，內(nèi)壁噴涂有吸波材料(11)的金屬外殼(10)，裝有鐵氧體襯片的插頭座
(12)。高頻發(fā)生器(I)附加一個復合型EMC濾波器和鐵氧體磁珠。射頻無極紫外光源(2)采用13.56MHz或27MHz的工作頻率。這兩個頻率廣泛使用于長距離射頻識別技術(shù)、射頻卡、醫(yī)院射頻熱療設(shè)備以及一些玩具的遠距離遙控頻率、業(yè)余電臺等。這兩個頻點避開了導航、通信等領(lǐng)域重要設(shè)備的使用頻率，不會對其造成干擾。因而EMC指標相對而言就寬松得多。為了解決散熱問題，把原本封閉的內(nèi)腔體上下兩端貫通，如圖2所示。這帶來三個好處:(I)散熱由傳導方式變換成對流方式，而且由于通道窄小很容易形成煙囪效應(yīng)，散熱效率也就大大的得以提升；(2)不再使用昂貴金屬銅材，對降低無極燈的成本意義十分重大；(3)無極燈的功率再也不用受限制，可以制作任意功率大小的無極燈。在低頻或是高頻無極燈中都使用鐵氧體耦合器。這種耦合器體積大、重量重，而且難以做到阻抗匹配。所以對電磁波的耦合(發(fā)射)效率低，同時鐵氧體對電磁波的損耗大，就造成耦合器發(fā)熱嚴 重?，F(xiàn)在把工作頻率提高到13.56MHz或是27MHz，采用耦合線圈做天線代替鐵氧體耦合器，全部按照高頻輻射理論對天線、饋送電纜及高頻發(fā)生器(I)來進行匹配，讓發(fā)射線圈(5)的駐波比最小，使13.56MHz和27MHz在線圈做成的天線上完全諧振、完全發(fā)射。這是徹底解決無極燈光效低和成本高的重要措施之一。去掉了鐵氧體磁芯的耦合線圈，采用直徑0.7mm的超高溫漆包線代替昂貴的高溫線，在中空的芯柱外密集繞制多圈緊貼在中空管狀芯柱(4)的外壁上，組成發(fā)射線圈(5)。產(chǎn)生的熱量容易被發(fā)射線圈(5)吸收，通過中空中空管狀芯柱(4)的通道形成的煙囪效應(yīng)被迅速流動的空氣散發(fā)掉。中空管狀芯柱(4)的外壁上密集繞制的發(fā)射線圈(5)有四個作用:(I)發(fā)射13.56MHz或是27MHz的電磁波以激勵光源(2)內(nèi)汞離子產(chǎn)生273.5nm的紫外光；(2)向玻殼(3)反射光源(2)內(nèi)的紫外線，以此提高射頻無極紫外光源(2)的光效；(3)使其只能通過玻殼(3)透射出去增加光效；(4)能快速吸收光源(2)內(nèi)的熱量并通過空氣對流很快的把熱量散發(fā)掉。玻殼(3)的內(nèi)壁設(shè)有金屬屏蔽網(wǎng)格層⑶。這個框格對光線的透射沒有絲毫阻礙，但是對13.56MHz或是27MHz的電磁波卻是有相當大的阻擋作用，這就保證了光源(2)的EMC指標滿足國家標準的要求。高頻發(fā)生器(I)采取了 5個措施來滿足EMC指標和提高電路效率:(I)采用綜合性能優(yōu)異的抗傳導干擾技術(shù)。圖5為傳統(tǒng)高頻發(fā)生器(I)干擾信號屏蔽方法示意圖，電磁波被禁錮在電源盒體內(nèi)。圖6為采用吸波材料(11)后的效果示意圖；(2)在盒體內(nèi)部使用電磁波吸波材料(11)，可以解決高頻電源的電磁波輻射問題；(3)使用鐵氧體磁珠，在電路中隔離不需要的雜波干擾；(4)應(yīng)用平面變壓器(13)，如圖7所示。減小了變壓器漏感，提高了變換效率；(5)盒體與外部連接采用內(nèi)裝有鐵氧體內(nèi)襯片的插頭座(12)。上述措施保證高頻電源的EMC指標完全滿足國家相關(guān)標準要求，并提聞了電路效率。在光源⑵內(nèi)充進一定壓力的惰性氣體，比如氬氣，這些氣體能夠幫助并加強汞離子體在高頻電磁波的激勵下產(chǎn)生273.5nm紫外光的能力，并顯著減少或是基本上不產(chǎn)生185nm這一我們不需要的紫外光線。這就是著名的潘寧效應(yīng)。由于玻璃光源(2)和光源(2)內(nèi)壁上的金屬網(wǎng)格的雙重阻隔，紫外光線和高頻電磁波幾乎完全不能逃逸出光源(2)從而對外部環(huán)境造成污染這。這極大提高了射頻無極紫外光源(2)的光效及它的使用安全性倉泛。
權(quán)利要求1.一種射頻無極紫外光源，其特征在于:它包括高頻發(fā)生器(I)和光源(2);光源(2)包括玻殼(3)、位于玻殼(3)中部的中空管狀芯柱(4)及螺旋狀密繞緊貼于管狀芯柱(4)外壁上的發(fā)射線圈(5);中空管狀芯柱(4)為內(nèi)腔體，內(nèi)腔體兩端貫通，發(fā)射線圈(5)的一端為線圈引出線(6);高頻發(fā)生器(I)通過同軸電纜(7)與線圈引出線(6)連接；所述的玻殼(3)的內(nèi)壁裝有金屬屏蔽網(wǎng)格層(8)所述的高頻發(fā)生器(I)包括金屬外殼(10)、插頭座(12)、平面變壓器(13)和功率器件，金屬外殼(10)的內(nèi)壁上裝有吸波材料(11)，在泡體玻殼內(nèi)充斥有一定氣壓的惰性氣體-1S氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種射頻無極紫外光源，其特征在于:無電極射頻熒光燈的高頻電磁波發(fā)生器工作頻率為13.56MHz或27MHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射頻無極紫外光源，其特征在于:設(shè)計了發(fā)射線圈(5)，它由超高溫漆包線繞制而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種射頻無極紫外光源，其特征在于:所述的金屬屏蔽網(wǎng)格層⑶是厚度為10 μ m的#字形金屬框格,框體Imm,框空格規(guī)格為30mmX 30mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種射頻無極紫外光源，其特征在于:發(fā)射線圈本身具有的良好散熱特性，通過特別設(shè)計的中空管狀柱體的煙 效應(yīng)進行散熱，達到良好的散熱效果。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種射頻無極紫外光源，其特征在于:所述的高頻發(fā)生器(I)特別設(shè)計了復合型EMC濾波器和鐵氧體磁珠。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種射頻無極紫外光源，其特征在于:所述的插頭座(12)為裝有鐵氧體襯片的插頭座。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種射頻無極紫外光源，其特征在于:在泡體內(nèi)充滿一定氣壓的惰性氣體-氬氣。
專利摘要本實用新型提供一種射頻無極紫外光源，屬于電子信息技術(shù)的微電子與光電子技術(shù)領(lǐng)域。主要解決低頻無極燈由于散熱困難因而功率受限制，EMC指標難以達標，售價高，市場推廣困難的問題。本實用新型采用提高工作頻率的方法，采取了以線圈作為發(fā)射天線、金屬屏蔽網(wǎng)格層提高光效設(shè)計措施、中空管狀芯柱有效散熱的結(jié)構(gòu)設(shè)計和滿足電磁兼容要求的電氣設(shè)計方案。它由燈泡和高頻電磁波發(fā)生器兩大部分組成。燈泡采用中空管結(jié)構(gòu)，泡體內(nèi)配置發(fā)射線圈以及金屬屏蔽網(wǎng)格層；高頻發(fā)生器包括高頻電路、平面變壓器、功率器件以及插座。本實用新型具有光效高，發(fā)熱量小、散熱好、壽命長、EMC指標符合國家檢測標準、開發(fā)和生產(chǎn)成本低等特點。是一種性能優(yōu)異的大功率紫外光源。
文檔編號H01J61/35GK203055864SQ201220103798
公開日2013年7月10日 申請日期2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月20日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:北京航天宏達光電技術(shù)股份有限公司