无极灯的技术数据与制造要点

施隆龙

(浙江科视电子技术有限公司，温州 325000)

1 引言

我国照明领域中节能问题，一直是广大照明设计工程师梦想。如何让新一代的光源来替代已有的光源也是我们一代照明领域里的工程师们思索的课题。

无极灯的问世，让照明行业的人士眼中亮起一道彩虹，于是跻身于无极灯领域的工程师们肩负起重任，力图去开拓和攻破这个新光源的各个难关，力图让无极灯的长寿命，低功耗，绿色环保以及无极灯具备其他光源达不到的数据能实现。

首先点亮一盏无极灯容易，要让无极灯符合宣传的广告词和应对各项检测以及达到国家对于光源的标准是一个先决的框架。在涉及频率，EMC、光效三个主要的技术指标的突破是重要的环节，随之而来的就是制造和元器件在高温下的承受力，这就是散热的问题。

2 频率的选定

表1 依据以下数据来看当今通讯广播的频率分布状况

海上呼救420－960MHZ航空导航118－139MHZ卫星空间通信156．8MHZ．108－118MHZ航空对地面136－138MHZ气象卫星400－401MHZ无极灯 250K;2．65MHZ

无极灯基本选择了250K与2．65MHZ频率，它的使用频率在我们日常使用的频率里是不影响其他通信的。完全可以打消很多不了解人的疑虑。

电磁波是全球传播的，不可能由某个国家来制定，是需要国际协议来制定的。频率分配是世界组织ITU进行频率分配的工作。只要无极灯还是其他产品只要合理的存在和被广泛的应用以及认同，就允许有特有频率分配，在不与其他产品重叠的情况下是拥有使用权的，而且是受保护的。

因此把无极灯选择在250K和2．65MHZ是正确的。那么规范使用频率的无极灯干扰不了表1所列的任何频段。

浙江科视的无极灯是它激式标准晶振源，高反压半桥专用驱动IC，不存在频飘和镜像干扰问题。

3 EMC

说起辐射和传导的问题，在科视的电磁兼容检测屏蔽室里，我们在一流的设备下，实验了3个月的时间。无论在差模和共模的电路结构和方式上，投入了巨大的精力和财力。无极灯彻底控制住辐射和传导问题，不下功夫是做不到的。

我们先从PCB板的布线问题着手，然后是元器件的布局问题，以及公共线的走向和器件屏蔽的设计。有时一个看是很规则的走线，却带来严重的干扰，无论你怎样更换器件，还是解决不了问题，而你修改了线路的走向，让干扰信号就近衰减掉，到达了意想不到的结果。

前端电压输入采用了共模和差模电感以及CBB电容器来消除干扰是一个方面，而忽略了输出带来的干扰一样过不了EMC。

开关变压器与电感和扼流圈在排列上是有严格要求的，摆放的位置稍有不慎，产生的干扰就更大，很多厂家并没有注意这个问题。设计时，只考虑布线方便，随意置放变压器位置，这样的产品如何过EMC?

在设计PCB板时，我们应对仪器设备看见的波形，逐步修改以上器件布局，按照国家制定的标准，从9K开始到300M范围内，一次性全面通过标准检测。

科视无极灯能达到主要的指标，一方面来自公司高层对产品质量的高度重视，一方面来自科研人员不懈的努力。这就说明无极灯的EMC指标是完全可以做好，数据完全能符合国际认可的标准的。

图1 电磁兼容检测室里的数据 (一)

图2 电磁兼容检测室里的数据 (二)

图3 电磁兼容检测室里的数据 (三)

图4 电磁兼容检测室里的数据 (四)

4 发光效率

发光效率，简称光效。它是电光源发出的光通量和它用电功率之比，单位是流明/瓦 (lm/W)，是评价电光源用电效率最主要的技术参数。光通量是指单位时间内光辐射量的大小，用流明来表示。光源单位用电功率发出的光通量越大、则电能转换光能的效率越高，即光效越高。

能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数(Ra)高的光源，其数值接近100，显色性最好。当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时，会使颜色产生明显的色差程度越大，光源对该色的显色性越差。

表2 光源对颜色的显色性

表3 光源显色指数Ra

无极灯的光效在70流明/瓦，而显色指数是80－89 1B，任何需要色彩正确的场所，无极灯是理想的光源。如果不了解无极灯的特色，往往会在光效的问题上纠结。总以为光效高就是好的判断是不全面的。

当你眼睛的分辨率能清晰看见物体的时候，没有必要增加光效指标。就节约能源这个角度看问题，无极灯比广泛使用的高压钠灯和高压汞灯的显色指数高了近四倍，所以一盏200W的无极灯替代400W的钠灯用作照明时，视觉效果更好，这个就是显色指数高的原理。

清晰的在40W的灯光下工作学习的时候，有必要去点亮80W光源吗?

在无极灯光源下拍摄照片和摄像时，解析度很高，景物的立体感更层次丰满。无极灯光源下拍摄的作品，细腻表现更为突出，在影片拍摄，摄像头监视画面以及一切需要高解析的场合，无极灯的显色度更显示出它的优越。

随着无极灯泡体内的荧光粉技术越来越好，汞气的质量进一步提高，气体的选择和配比更正确，在加强光效问题上进一步攀升，已经不是问题。

5 无极灯的电磁辐射问题

根据国家标准《电磁辐射防护规定》，与国标GB8702－88，电磁辐射的限值为:

(1)公众照射，在一天24小时内，环境电磁辐射的场量参数在任意连续6分钟内的平均值应满足功率密度＜0．4 W/m2(频率为30～3000MHz)。

(2)职业照射，在一天8小时工作时间内，电磁辐射功率密度的平均值 (连续6分钟)应＜2W/m2(频率为30～3000MHz)。

(3)对电磁辐射源豁免的要求为:

输出功率等于或小于15W的移动无线通信设备，频率为3－300000MHz时，电磁辐射体的等效辐射功率小于100W

很多业内人士和业外人士在无极灯电磁辐射问题了解不是很全面。总被人错误引导，扩大了无极荧光灯电磁辐射的负面因素。为还无极荧光灯电磁辐射的真实面目，我们有必要用数据来说话，以正视听。

电磁波是很常见的辐射，对人体的影响主要由功率 (与场强有关)和频率决定。通讯用的无线电波是频率较低的电磁波，如果按照频率从低到高(波长从长到短)按次序排列，电磁波可以分为:长波、中波、短波、超短波、微波、远红外线、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线、宇宙射线。

①电波

一般的电视和无线电广播的波段就是用这种波。(超长波甚低频 (VLF)，频率3～30KHz，波长100～10Km;长波低频 (LF)，频率30～300KHz，波长 10～1Km;中波 中频 (MF)，频率0．3～3MHz，波长1～0．1Km;短波 高频 (HF)，频率3～30MHz，波长100～10m;超短波 (米波)甚高频 (VHF)，频率30～300MHz，波长10～1m)。

②微波

这些波多用在雷达或其它通讯系统。(分米波微波超高频 (UHF)，频率0．3～3GHz，波长1～0．1m)。

③红外线——波长从10－3米到7．8×10－7米;红外线的热效应特别显著;

④可见光

光是原子或分子内的电子运动状态改变时所发出的电磁波，可见光的波长为380—780nm，是肉眼看得见、直接感受而察觉的电磁波中极少的那一部分。可见光经三棱镜分光后，成为一条由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的光带，这光带称为光谱。其中红光波长最长，紫光波长最短，其它各色光的波长则依次介于其间。

⑤紫外线

波长比可见光短的称为紫外线，它的波长从3×10－7米到6×10－10米，它有显著的化学效应和荧光效应。这种波产生的原因和光波类似，常常在放电时发出。由于它的能量和一般化学反应所牵涉的能量大小相当，因此紫外光的化学效应最强。

根据有关专家实时测试结果估计:对于300kHz以下的低频设备，有效辐射功率，可按其输出功率的0．01%计算。以200W的无极荧光灯计算，有效辐射总功率为0．02W，在1．5m高度悬挂空间的辐射量约为0．7－2uW/cm2。根据《环境电磁波卫生标准》 (GB9175－88)、 《电磁辐射防护规定》(GB8702－88)等国家标准;《辐射环境保护导则－电磁辐射环境影响评价方法与标准》(HJ/T10．3－96)、《微波辐射生活区安全限制》 (GB475－88)等标准，规定在连续长时间工作的环境中电磁辐射功率不能超过40μW/cm2，一级安全标准 (居民生活区)电磁辐射功率不能超过20μW/cm2的要求，无极荧光灯电磁辐射功率为0．7－－2μW/cm2，所以是非常安全的。

无极荧光灯的波长为1200m，无极荧光灯的尺寸不足0．5m，远小于这个1200m波长。电场、磁场也基本独立，也不存在二者交替变化并以波的形式向远处空间传送能量的情况，不会构成有效的电磁辐射。

世界卫生组织 (WHO)及美国国家环境卫生研究所 (NIEHS)、国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)等权威机构在其官方文件中，均严格引用工频电场和工频磁场等专业术语，并拒绝采用“电磁辐射”这一不恰当的概念。

另外，国家权威机构的多年研究成果均显示，低频场是不可能引发致癌作用的，输变电设施周围低频场的水平对健康也不会产生危险。参照上述依据，无极荧光灯不应该存在严重的电磁辐射问题。

对无极荧光灯安全问题质疑的另一个声音，是磁场问题。他们看到两个磁环 (耦合器)，认定磁场方面一定会找出无极荧光灯的问题，但事实上这是无稽之谈。

无极荧光灯工作时，控制电路先将220V的交流电转变为直流电，再将直流电转变为250kHz的高频交流电，最后将该高频交流电，输送到耦合器，从而产生交变磁场，驱动灯管发光。耦合器是闭合磁环，形成闭合磁场，闭合磁场范围之外的磁场非常微弱。

表4 家庭常用电器泄露的磁感应强度值(单位:uT)

电磁炉8．70～20 0．4～0．9 0．025～0．1无极灯8．50～17 0．2～0．7 0．02～0．08

无极荧光灯可与电磁炉与无极荧光灯工作原理相似、结构类同。电磁炉功率在300W—2000W，而无极荧光灯目前最大功率也只做到400W。电磁炉近身操用，无极荧光灯高处悬挂。因此，无极荧光灯在较远的使用距离很安全。关于电场问题，无极荧光灯一旦瞬间点亮后处在200～260V的工作电压范围，不存在高压电场对人体影响的情况，因而电场的作用甚微，所以，不用担心无极荧光灯磁场对人的影响。

6 无极灯的散热问题

首先来分析无极灯与LED这两种光源比较:

1)无极灯向外辐射紫外线和红外线，LED不存在紫外线和红外线的辐射，很明显 LED不能从光辐射上带走温度;

2)LED是点光源，无极灯时面光源;

3)LED需要解决衬板散热技术;

而无极灯没有这样的症结存在。以上三点无极灯就显示出在大功率照明系统的优势了。不能向外传导热量就会造成温度的堆积，从而导致严重的光衰。LED点光源的衬板遮挡了反光罩的作用，而要想利用衬板技术来带走热量的技术当今世界科技界还在积极努力探索中。无极灯的泡体完全沿用了传统的泡体结构，能与各种反光罩配合，并且能利用密封灯具来达到散热，而又能满足各种灯具的改造要求。

7 无极灯产生热量的元器件选用制造和方法

(1)磁性材料

先有的磁性材料的居里温度点做不高，一旦到达它的极限温度时，它就不是磁性材料而是一块陶瓷，无极灯立即熄灭损坏。而现在的磁性材料已经可以到达350℃，甚至更高居里点，这个就开创了无极灯的新起点。

(2)高温绝缘线

目前我国很多厂家都已经生产出镀银高温线，并突破了350℃大关。在长期高温烘烤中，能保持绝缘强度和抗老化，为无极灯的长寿命提供了保证。

(3)高温绝缘胶带

介于高温线与磁性材料之间的绝缘层，是一个瓶颈，高温绝缘胶带不但要承受300℃的高温烘烤，还要保证绝缘强度，而且要有良好的导热性能。

(4)磁性材料的热传导结构

热传导系数的定义为:每单位长度、每K，可以传送多少W的能量，单位为W/mK。其中“W”指热功率单位，“m”代表长度单位米，而“K”为绝对温度单位。该数值越大说明导热性能越好。下列几种金属的导热系数:

铜401 W/mK

铝237 W/mK

铁80 W/mK

由以上数据看，铜的导热性最好。无极灯选用了纯铜来作为热传导是必须的。耦合器用的磁性是个圆柱体，它的中心是一个直径在10mm左右的通孔，这个通孔就是安装相对应尺寸的铜棒来提供的散热通道，利用这个散热通道就能把泡体、线圈、磁性材料在做功时产生的热量给导到外部的散热器上散发出去，铜棒与磁性材料有间隙，于是在两个介体之间加入导热硅胶。

针于以上阐述，选择铜棒为热传导 (当然小功率的可以采用铝棒来作为传导)。加工出铜棒与磁性材料更为紧配合的尺寸也是关键，铜棒与散热底座的紧配合也尤其重要，把铜棒传导的热量通过散热器带出的散热装置更是我们要注意的，散热棒与磁体之间的空隙填充散热硅胶也是很重要的环节，否则前功尽弃。

(5)泡体的散热问题

玻璃是散热很差的介体，汞气对温度又很敏感，很多厂家以为在安放汞气的抽气管处采用铝制的散热器是有利于散热的做法是错误的。因为。随着泡体温度的不断堆积，该铝件就会是个热源，温度的堆积与铝件散热不能一致时，无极灯功率就会出现功率严重跌落现象。所以泡体与灯座的连接处应该采用高温塑料的做法更好。

泡体内腔的空间大小也是应该修正的，在不影响光效的前提下，这个泡体中心空间愈大愈好。这样可以减小泡体内腔对线圈的烘烤距离，由于耦合器与泡体之间的空隙太近，在运输中颠簸引起的耦合器晃动损坏泡体的概率也下降很多。另一方面这个空间大了，也能让外部冷空气与泡体内的热空气加速对流，从而达到散热的目的。

(6)MOS管的散热

MOS管在制造时一定会有个寄生二极管出现，这个也是当今MOS管制造业不能摒除的死结。这个寄生二极管最大的危害体现在温度升高到MOS管的极限时，额定功率立即随着温度爬高而下降，当功率下降到不能承受负载的时候，MOS管立即损坏。所以选择高于实际电流的MOS管后，加强MOS管的散热也是势在必行的。

采用带散热板的MOS管自然导出热量的效果好，但是无极灯在瞬间启动时有3000V左右的高压，很容易击穿散热片与紧固螺丝之间的绝缘圈，而在高温下，表现很好的绝缘圈并不理想。

无极灯为了克服以上问题，都选择塑封的MOS管，显然塑封的导热性会差很多。但加大散热面积，MOS管与散热器的平面紧密接触，涂抹导热硅胶，利用外散热器来辅助MOG管的散热问题时，设计师必须认真仔细，生产中对于这个环节也必须有完善的工艺指导文件。

(7)变压器

无极灯内部的所有发热元器件很多，绝不放过每个发热元器件的散热处理是很关键的技术。扼流圈与开关变压器和电感所用的磁性材料必须符合要求，所选的磁性材料应在PC40以上的规格。磁性材料的导磁率越高，损耗越小，而低于PC40的磁性材料显然就不适合做无极灯的材料。磁性材料的截面积应保证25%的储备功率。

所用导线应采用多股高温漆包线，线圈层与层之间，次级之间必须有耐高温绝缘胶带隔离。真空浸漆必须保证高温绝缘器完全渗透所有空隙，变压器的外围需用薄铜皮做成一个短路屏蔽层，并良好接地。线包与磁性间应留有1mm左右的空间，利用这个气隙来保证空气的流通。变压器的周围避免出现元器件 (尤其是发热元器件)，变压器在PCB板上的摆放位置不允许平行，必须成90度角。

(8)电解电容器

目前全世界所用的电解电容器的最高温标都在105℃范围，当然也有达到125℃的，但是价格太高，影响无极灯控制器的成本。我们分别对以下产品进行反复高温试验，在特定高温下，各个厂家的电解电容器所表现基本是一样的。于是我们在目前电解电容器未能突破关键技术的情况下，采取相应的散热措施是完全必要的。

在无极灯控制器里出现故障最多的就是电解电容器。该器件长期高温下工作引起的电解液内水分子沸腾蒸发顶开顶部或者从引脚部分带出的电解液。该液体溢出后，电解电容器失效，严重腐蚀PCB板和元器件，破坏了原有的绝缘部分导致控制器损坏。加强控制器内部的电解电容器的散热很关键，在主电解电容器的外壳上加装散热器是比较理想的方法，为防止电解液的渗漏，PCB板必须浸三防漆。

(9)外围的散热

外围的散热对于无极灯的安全运行是非常重要的环节。如果我们忽视了外围的因素，那么就会导致故障的产生。

利用灯具外壳来散热，利用路灯杆的空间散热，利用一切可以帮助散热的部件来提供散热是必须考虑周全的。必要时可采取涡流风机将灯具内的高温散发出去，从而使得无极灯处在更好的条件下安全的工作。

目前的路灯灯具包括专门为无极灯设计的灯具其实还存在缺陷，没有把无极灯的散热装置与灯具具备的铸铝件紧配合，浪费了灯具铸铝件的散热功效。

以上阐述了无极灯控制器的散热问题，也许有人会思考，无极灯控制器会在这样的高温下工作吗?一般情况下是不可能的。但是我们必须考虑环境温度的叠加问题，要考虑无极灯在完全密封的条件下，比如:路灯、泛光灯、隧道灯等场合用的灯具都是做成全密封的，内部的温度很难通过空气对流的方式散热，所以设计无极灯时，必须要考虑到以上因素的存在。

8 无极灯是目前最长寿的光源产品

毫无疑问，无极灯可达10万小时的超常寿命，在不方便更换灯具、后期维护较困难的场所使用更为优越。与目前的光源产品进行对比，仅仅是产品寿命这一项，无极灯就足以让其他光源产品难望其项背。即使无法达到标榜的10万小时，能提供五年的质量保证，这已经是很多其它光源不可比拟的了。

由于灯泡内部没有灯丝或电极，先有的泡体内灯丝或电极的溅射效应是限制灯使用寿命的必然的。因此光源的寿命仅取决于灯的电子线路和灯泡的制造技术，辐射同样的光通量，耗电量仅为白炽灯的1/6，光效能达到65lm。无极灯没有灯丝和电极，寿命仅决定于荧光粉的自然衰减，寿命达60000小时以上，是白炽灯的60倍，卤素灯20倍。

9 无极灯的光衰

我们对无极灯的光衰做过测试，结果显示:无极灯在2000小时的时候，依然维持了95%的光通量，仅有5%的光衰;在20000小时是20%的光衰;50000小时是25%的光衰;100000小时是35%的光衰。这表明，在20000小时的时候，其它光源产品已经寿终正寝，而无极灯依旧光亮如昔。由此可见，无极灯的光衰速度相当慢。

10 结论

目前中国产的无极灯占到世界份额的90%，是具有自主知识产权的产品。无极灯在中国的发展，为中国照明企业突破西方光源技术封锁打开了一个缺口。只要我们详细了解目前无极灯已经突破的关键技术，各个制造厂家认真把握好生产制造的关键技术，无极灯这个新型光源必将在照明领域里异军突起，必将为我国的节能减排带来不可忽视的动力!