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主题:[公告]长寿高效新光源MW-LEP解说

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  发帖心情 Post By:2012-6-7 14:09:56

在与一些高校的同事交流时,知道他们比较关心MW_LEP的军事用途。我关心民用,因为这才是真正的大市场。关心MW_LEP的军用的一般都是些有理论无经验的学者,他们可以申请到研发经费,不过研发成果的性价比可能会稍差一些。

关于MW_LEP的军事用途参考:

1)点光源。在潜艇追踪浮标时方便变更聚焦,改变捕捉范围,这是激光和普通光源做不到的。用于照明时不容易被子弹击中。

2)点光源,高功率,高效率三者兼备,这是军工照明最需要的。

3)可调范围广(30W-1000W连续可调)响应比一般的热光源快。

4)高抗震。小硫泡塞在鸭蛋大小的氧化铝陶瓷介质同轴谐振腔中,而介质同轴谐振腔外包裹散热铝壳,非常抗震和抗外力。注意不要选用市场上方形介质谐振腔的那一种,那种非常不抗震!

5)高可靠(长寿)。目前市场的LEP路灯故障率高的原因是4点没有做好:

a)是没有实时反馈保护(S22检测和DC电流检测后直接到功放的实时保护没有。S22检测和DC电流检测再经过MCU处理后再去保护功放就晚了。防止瞬间烧毁功放应该由实时保护完成,MCU处理后再去保护的应该是临界区附近的精细保护,比如是过载20mS后才会烧毁的那种).

b)级间屏蔽处理不完善.280W射频功率功放的部分泄漏已经足够使VCO或者MCU工作出现断断续续的错误。

c)电源退偶没有处理好,开关电源一些次要指标变稍差LEP路灯驱动器就不能工作了.

d)是最关键的,这里就不谈了。。暂时保密,前面3点透露出来,已经使LUX。。的美国人大大地受益了(限驱)。

现在市场上的MW_LEP路灯如果能完善以上4点,其无故障时间就可以长几倍,基本由开关电源的无故障时间决定了。

6)没有灯丝,抗震好。

7)没有灯丝,热惯性小,数据调制方便,数据传输速率高。

8)110V-260V24V-33V双供电,可直接使用电池

9)缺点是,起辉慢,即硫气体的等离子化时间太长。如果需要快速启动可以考虑采用以下工作过程:先启动,然后将功率降到30W待命,这样就可以省去起辉时间。

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  发帖心情 Post By:2012-6-22 15:15:27

MW_LED照明:  固态 RF 技术将推动光源的下一波革命 RF 功率技术的最新进展 (例如增强的成本结构、耐用性及单个LDMOS最大 1200 W 的功率促进了突破性光源技术的形成,称之为“微波等离子照明”(即MW_LEP。所有 RF 等离子照明光源都使用内含氩气和金属卤化物混合物(包括硫蒸汽)的小型、无电极石英灯泡。这种灯泡直接由电磁波提供能量,点燃灯泡中的气体混合物(使之等离子化)等离子灯光的颜色可通过进行调整气体混合物的成分去改变。 和标准高强度放电灯泡不同,这种技术灯泡不需要任何电极等离子灯的另外一个优点是效率:1 W RF 功率能转变成130 lm 的光。因此使用等离子技术可以制造出非常紧凑、明亮的灯泡,发射出 10,000 到 20,000 lm 的白光,这种光线的色彩保真度非常好,与太阳光很相似。    普通的高效率热光源都是有电极的,在高温下电极的蒸发会造成灯泡内气体污染和电极老化导致效率降低,最终让灯泡报废无电极意味着使用寿命长RF光源使用时长高达 50,000 小时(工作50000后仍可以输出原有光强度50% ),工作寿命是普通高压钠灯的10倍.


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  发帖心情 Post By:2012-6-22 15:15:45

下表对各种效率的发光技术进行了总结。表中列出了数种关键参数,包括寿命、流明、功效、色彩还原指数、色温、启动时间、重新启动时间 (正常关闭后再次启动的时间)。等离子光源是光色最自然、效率高的光源,拥有超长的使用寿命。值得注意的是200W以上的等离子光源,价格比LED要低,而且体积也小。

   Type                             Lifetime        Luminous flux              Efficacy                       Colorrendering    Color temperature        Start-up time          Re-strike time 

                                           (hrs)              (klm)                         (lm/W)                                                    (K)                                (s)                         (s) 

 Incandescent                    2,000              1,700                         10 to 17                                 100              3200                            0.1                         0.1 

 Fluorescent                       10,500            3,000                              115                                 51 to 76          2940 to 6430               0.3                         0.1 

 LED                                 25,000            130                           60 to 100                                 30                6000                           0.1                         0.1 

 HID (high- 

 intensity                           20,000            25,000                        65 to 115                          40 to 94              4000 to 5400                60                         480 

 discharge) 

 RF plasma                        50,000            25,000                       100 to140                          70 to 94             4000 to 5500                 30                           25 

表 1:发光源比较。注释:这些数字仅适用于量化比较。来源:www.wikipedia.org 维基百科和相关参考

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  发帖心情 Post By:2012-12-1 16:12:03

高效微波等离子灯(mw_lep的设计总论

高效微波等离子灯由以下3大部分组成:

1)电源和防雷防浪涌电压保护。

2)微波功率发生器(微波驱动器)。

3)发光体(谐振腔和硫灯泡)。

4)外形和散热。

粗略说明:

1)电源和防雷防浪涌电压保护

 电源设计指标与一般LED路灯电源接近,详细请看英飞特或者茂硕的路灯电源指标,但是,我已经将批量产品指标做到,效率94%,功率因数优于99%,设计时变压器磁芯一定要用TDK的,要用28股以上的漆包线绕,另外Power Factor Correction补偿的IC一定要选对,否则只能做到97%防雷防浪涌电压保护一般由压敏电阻和气体放电管组成,一般是在600VPP起保护,当超过600VPP时,接在两电源线和大地之间的压敏电阻和气体放电管导通,吸收大量的电能(即将电能引导入地),保护等离子灯不受损坏。注意,为了提高效率,等离子灯一般不会在电源线串入过流保护电阻,而是串入保险丝保护。

2)微波功率发生器(微波驱动器)

 一定要有PLL电路,否则无法通过CE或者FCCEMC标准。环境和可靠性标准与路灯相同。DC转微波效率要大于65%,关键要设计好PA(理论要借助ADSLoadPull设计完成)。设计PA时要特别注意防止启动时反射能量烧毁PA,也要防止PA瞬间输出大功率烧毁硫泡。设计微波功率发生器(微波驱动器)时不要使用电解电容,留足设计余量,保证60000小时的工作寿命。微波功率发生器(微波驱动器)比较脆弱,设计必须把握得很精准,在后面会有好大的篇幅说明。

3)发光体(谐振腔和硫灯泡)

 发光体包括了谐振腔和灯泡两大部分,谐振腔的作用是将电能转化为场能,去激励灯泡内的硫气转化成等离子态,灯泡内无电极,所以没有电极汽化导致光衰的后果,这就是等离子路灯优于LED和高压钠灯的关键所在。灯泡的外观就是一个类似花生米的纯玻璃泡。谐振腔的散热作用使玻璃泡壁温度约700-800度。
发光体部分的设计和制作有两个关键:
      灯泡在生产制作时要对泡内的成分和压力进行控制。允许有比较大比例的废品,因为灯泡的卖价很高,废品的石英可以再用。玻璃泡的尺寸精度是有要求的,高强电磁场在玻璃泡的轴心形成约1400度的高温,如果泡壳接近高温区,就会熔变。
     谐振腔的设计非常关键,必须让强场能聚集在玻璃泡的轴心。而且要求与激励源谐振。还要求激励端为50欧姆。还要求泄漏尽可能小。设计者必须有场论和微波电磁场的理论基础,还应该会HFSSHFSS电磁仿真设计应用详解作者李明洋 HFSS原理与工程应用,作者: 谢拥军Ansoft HFSS 磁场分析与应用实例作者:曹善勇 编著----我推荐李明洋的)。可能会CTS也可以吧。在中国,大批量制作一个等离子路灯发光体,应该不会超过100元(RMB)等离子灯发光体包括硫泡(约12元),介质谐振腔(约40元),散热器(约30元),N头(约10元)。谐振腔的设计还要考虑帮助硫泡散热,使硫泡玻璃泡壁温度约700-800谐振腔的介质一般是氧化铝陶瓷或者是空气。如果是空气 ,硫泡就要用同轴腔的轴散热。

4外形和散热。主要用压铸铝壳散热,主要考虑热流和热阻,考虑铝壳与流动空气的接触面面积,尽量采用垂直散热槽,设计比较简单。另外就是美观设计。

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EMAIL:mw_lep@163.com


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半导体微波等离子灯设计(2

PLLVCO设计

一篇能够让硕士毕业生看明白的设计过程写了20%,发现工作量太大,篇幅太大,重点不突出,费时太多,这里还是先提重点,方便有工作经验和理论基础的老工程师阅读。

1)PLL IC的选择:

前面已经说过PLL IC 选用富士通公司的15E03,主要特点是功耗低,其他指标也不错。

2)VCO晶体管的选择:

  2SC3356BFS5402SC4228都是性价比高的晶体管,其它Ft>5G的小功率NPN管都可以考虑,重点要考虑可靠性!变容二极管可采用瑞萨公司的HVC350,特点是性价比高。

3)电路形式:VCO包括振荡级和缓冲级,两级都带Re直流负反馈,以稳定工作点,提高可靠性。振荡级和缓冲级必须放置在(layout at)一起,仅在PCB顶层走线,底层全部覆铜(地)。缓冲级输出分成两路,一路经放大后送到功放,一路反馈到PLL15E03),缓冲级输出的RF信号一般有15dBm左右,正好加低通滤波器将OSC的高次谐波衰减到-45dBm以下,防止高次谐波锁定PLL-IC,低通滤波器必须放置在(layout atPLL-15E03RF-IN PIN附近而不是放置在(layout at)缓冲级附近(为什么?因为VCOPLL-IC有一段距离,VCO缓冲级的输出信号比低通滤波器的输出信号大15-20dB,这样做系统的抗干扰性能就会提高。如果这一点都看不明白的话,你设计的等离子灯寿命一定没有60000小时,可靠性是靠每一个细节的积累。RF-MW设计工程师必须精通PCB layout 和电磁场)。OSC采用CLAPP式振荡器(电容三点式振荡器),两个变容二极管和电容分别构成外围CbeCce,变更外围CbeCce的比值,使等效LC回路阻抗与晶体管阻抗匹配即可(调整晶体管的直流工作点,使晶体管的阻抗变高,导致LC回路有效Q值变高,可以使高次谐波减少)。为了使年轻工程师设计好VCO,我简单讲述用ADS2008软件辅助设计VCO(我还没有看到有任何文章做相关介绍):

a)进入ADS2008Sch新窗口,点击DesignGuide,点击Oscillator,点开Voltage Controlled Oscillator,里面就有10项内容可以使用。。。。。。例如,你可以点击Tuned Frequency OSC,再点击OK,就有一个设计框图出现在你的Sch窗口,你就可以利用它做辅助设计了。

b)点击(高亮)其中一个框图,再点击工具栏中朝下的箭头(框图进入电路),就可以把你的零件放置在电路中进行仿真和优化,零件参数可以来自生产商的ADS文件,DATA SHEET和矢量网络分析仪读出的S1PS2PS3P、。。。。。。文件。

c)更细的操作可以参考有关书籍,市场书籍有的这里就不说了。

待续。。。

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好消息,国内已经有工厂开始生产适合半导体等离子灯用的等离子硫泡了。我会继续在这里写半导体等离子灯的科普贴。

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  发帖心情 Post By:2014-3-13 13:46:45

  在整个半导体等离子路灯系统中,技术含量最高的就是微波驱动器了,目前半导体等离子路灯不能推广的原因就是故障率太高,而故障率太高的原因基本都是由微波驱动器引起的,后续文章将会说明微波驱动器的整体结构,方块框图,具体电路和工作原理。。。。。。   发光头(陶瓷谐振腔和硫泡)也会有故障,这个是设计失误造成的,一个小改进就可以克服电晕产生,防止氧化。具体可以参考《微波原理》和《HFSS》。

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  发帖心情 Post By:2014-3-13 16:28:41

先把方框图传上来,然后解说:
图片点击可在新窗口打开查看

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  发帖心情 Post By:2014-3-25 14:54:21

等离子路灯方框图解说: 这是一个比较老的方案,不过容易理解,所以先用它解说。 首先介绍方案的主要特点: 1)会在工作过程中跟踪最高效率点,保证整个路灯始终工作在最高效率状态。跟踪主要是通过“检测S参数,反馈到MCU,由MCU控制VCO的频率”去完成的。 2)会在启动过程中保护微波功率器件LDMOSFET,防止启动时因为负载不匹配而损坏LDMOSFET。保护主要是通过“检测S参数,反馈到MCU,由MCU控制VCO的频率、衰减器和MOSFET的偏置”去完成的。 主要是因为上面两点,所以有比较复杂的等离子路灯方框图,这样大家知道为什么要有VCO、MCU和S参数检测电路了。 *注意,目前的微波驱动器故障率高不是不可以克服的,仅仅是设计上的一些失误造成的。

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  发帖心情 Post By:2014-6-2 16:04:18

随着人们生活水平的提高,人们对照明光源的要求逐步提高了。固态等离子灯就应顺了这个要求。 1)高效节能。 2)寿命长,故障率低(注意,以前产品故障率高是因为以前美国公司的设计缺陷造成的)。 3)显色性好,色彩保真度高。 4)光谱和太阳光类似,可以改善使用者的心情。 5)点光源,可以用光导纤维将光传导到大吊灯的每一个水晶或者每一个角落。 缺点,启动时间比较长,15秒左右。

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