射頻無極紫外光源的製造方法與工藝

2023-05-19 06:30:11

本發明涉及一種受激發射光源，尤其涉及一種射頻無極紫外光源。

背景技術：
在各種受激發射光源中，鈉燈和金滷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，而鈉燈和金滷燈的光效已經超過120Lm/W，就是直管螢光燈的光效也達到105Lm/W。目前市場在售的無極燈價高質次，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展的必然趨勢。現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。但其電路複雜，製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，製造工藝簡單，但是其光效太低(一般在65Lm/W左右)，而且由於散熱困難，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。客戶難於接受。低頻無極燈和高頻無極燈都要用到耦合器。耦合器的作用類似於天線，它把高頻電磁波發生器產生的高頻能量耦合進泡體內，去激勵裡面的汞離子發生階躍而產生253.7nm的紫外線，再去激活泡體管壁上的螢光粉產生可見光線。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，固定磁體的結構件一般用黃銅棒，以便把磁體上產生的熱量儘快的傳導出去散發掉。鐵氧體磁芯的一個重要技術指標是居裡溫度點。現在供應市場的這些功率磁芯的居裡溫度點在200～280℃之間。如圖1所示。一旦耦合器的工作溫度超過了居裡溫度點，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燈泡泡體的外面。外耦合方式有利於散熱，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泡體外面，它的電磁波會大量外洩，對EMC指標非常不利。高頻無極燈的耦合方式是內耦合，就是將鐵氧體耦合器安裝在燈泡泡體的內腔裡，這裡的溫度相當高，產生的熱量不能被很快的導出散發掉，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。在泡體內腔體的管壁上噴塗有螢光粉，在耦合器電磁波的激勵下發光發熱。但是這些發出的光密閉在腔體內部，對燈的光通量沒有什麼貢獻，發出的熱不但消耗了寶貴的電磁波能量拉低了整燈的光效，而且這些熱量使整燈的性能變差並影響其壽命。經實驗證明：如果這裡不噴塗螢光粉，電磁波激勵出來的紫外光在這裡沒有了螢光粉的攔阻會四處亂竄白白消耗完能量而不產生可見光線，光通量會更低。所以目前市場在售的高頻無極燈光效比較差，這種結構因素也是其原因之一。

技術實現要素：
本發明的目的在於解決現有無極燈的不足，提供一種新型的射頻無極紫外光源，克服傳統無極螢光燈光效低，發熱量大、散熱困難、使用壽命短，電磁波外洩現象嚴重、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、開發和生產成本高等諸多缺點。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：本發明的射頻無極紫外光源，包括高頻發生器和光源，所述光源包括玻殼、位於玻殼中部的中空的管狀芯柱及螺旋狀密繞緊貼於所述管狀芯柱外壁上的發射線圈；所述管狀芯柱為兩端貫通的內腔體，所述發射線圈的一端為線圈引出線；所述高頻發生器通過同軸電纜與所述線圈引出線連接；所述的玻殼的內壁裝有金屬屏蔽網格層，所述金屬屏蔽網格層的上面噴塗有螢光粉層；所述的高頻發生器包括金屬外殼、插頭座、平面變壓器和功率器件，所述金屬外殼的內壁上裝有吸波材料；所述玻殼內充斥有氬氣。本發明取得以下明顯效果：(1)發射線圈距離光源管壁很近，發射線圈呈螺旋狀，按照50Ω進行匹配調試。駐波比非常小，發射效率很高。同時因玻殼的管狀芯柱的外壁有發射線圈，相當於是一層金屬屏蔽阻擋層，能夠完全反射紫外線和可見光，這些紫外線距離管壁螢光粉距離很近，對其產生充分的激發，能產生大量的可見光。這使得射頻無極紫外光源的光效很高；(2)取消了傳統耦合器中的鐵氧體磁芯，提高了整燈效率，減小了發熱量。射頻無極紫外光源既可以大功率在室外使用也可以低小功率在室內使用，適宜任何需要照明的場所，射頻無極紫外光源的溫度特性好且適宜於產業化生產。(3)內腔體的兩端貫通，利用這一通道形成煙囪效應加強散熱，既徹底解決了熱量積累這個限制無極燈發展的最大技術問題，同時也使得整個玻殼工作溫度比較均勻並有所降低，不會再有局部高溫灼傷螢光粉的情況出現，射頻無極紫外光源的使用壽命長；(4)高頻發生器採用鐵氧體磁珠來阻截電磁波通過傳導方式的幹擾；用吸波材料來吸收電源內通過輻射方式的幹擾；在玻殼內用金屬屏蔽網格層來抑制電磁波的外洩。這些措施使射頻無極紫外光源滿足EMC指標並提高了使用安全性；(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，生產成本大大得以降低；(6)射頻無極紫外光源的外形可為梨泡型、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)採用成熟的射頻技術，所有已經在應用的射頻器件都可以借用。降低了射頻無極紫外光源的開發成本。附圖說明圖1為鐵氧體磁芯的起始磁導率-溫度關係曲線圖；圖2本發明結構示意圖；圖3為本發明光源結構示意圖；圖4為本發明高頻發生器結構示意圖；圖5為傳統高頻發生器幹擾信號屏蔽方法示意圖；圖6為本發明高頻發生器幹擾信號屏蔽方法示意圖；圖7為13.56MHz吸波磁珠的損耗-頻率關係曲線圖；圖中，1-高頻發生器，2-光源，3-玻殼，4-管狀芯柱，5-發射線圈，6-線圈引出線，7-同軸電纜，8-金屬屏蔽網格層，9-螢光粉層，10-金屬外殼，11-吸波材料，12-插頭座，13-平面變壓器。具體實施方式下面結合附圖進一步描述本發明的技術方案。本發明的射頻無極紫外光源，其較佳的具體實施方式是：包括高頻發生器和光源，所述光源包括玻殼、位於玻殼中部的中空的管狀芯柱及螺旋狀密繞緊貼於所述管狀芯柱外壁上的發射線圈；所述管狀芯柱為兩端貫通的內腔體，所述發射線圈的一端為線圈引出線；所述高頻發生器通過同軸電纜與所述線圈引出線連接；所述的玻殼的內壁裝有金屬屏蔽網格層，所述金屬屏蔽網格層的上面噴塗有螢光粉層；所述的高頻發生器包括金屬外殼、插頭座、平面變壓器和功率器件，所述金屬外殼的內壁上裝有吸波材料；所述玻殼內充斥有氬氣。該射頻無極紫外光源的工作頻率為13.56MHz或27MHz。所述發射線圈由超高溫漆包線繞制而成，起到三重作用：一是發射13.56MHz或是27MHz電磁波；二是反射阻隔汞齊產生的273.5nm紫外光，使其只能射向玻殼內壁，激發噴塗在上面的螢光粉發光；三是反射阻隔螢光粉產生的可見光，使其只能通過所述玻殼透射出去。所述的金屬屏蔽網格層是厚度為10μm的#字形金屬框格，框空格規格為30mm×30mm。所述的高頻發生器設有複合型EMC濾波器和鐵氧體磁珠。所述的插頭座為裝有鐵氧體襯片的插頭座，用於防止電磁幹擾通過電源線傳導洩漏。本發明採取提高工作頻率，在結構上採用中空管狀芯柱、內置式發射線圈、金屬屏蔽網格層以及防電磁輻射等措施，成為一種光效高，發熱量小、散熱好、壽命長，EMC指標符合國家檢測標準的理想光源。本發明的射頻無極紫外光源，它包括高頻發生器和光源，光源包括玻殼、位於玻殼中部的管狀芯柱和螺旋狀纏繞緊貼在管狀芯柱外壁上的發射線圈。管狀芯柱內為中空腔體，中空腔體兩端貫通，發射線圈的下端為線圈引出線，高頻發生器通過同軸電纜與線圈引出線連接；所述的玻殼的內壁設有金屬屏蔽網格層，在它的上面噴塗有螢光粉層。設置金屬屏蔽網格的目的是：通過發射線圈耦合進玻殼內的電磁波，立即會遭遇到玻殼內的汞離子，就會激勵汞離子產生273.5nm的紫外光。而電磁波能夠穿越過汞離子團的少之又少，金屬屏蔽網格就是起到最後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，同時使它在玻殼內部與螢光粉結合而提高射頻無極紫外光源的光效。所述的高頻發生器包括金屬外殼(內壁上設有吸波材料)、插頭座、平面變壓器和功率器件。本發明的關鍵技術為：(1)所述的射頻無極紫外光源的工作頻率為13.56MHz或27MHz；(2)所述的高頻發生器附加一個複合型EMC濾波器和鐵氧體磁珠；(3)所述的發射線圈由超高溫漆包線繞制而成。(4)所述的金屬屏蔽網格層是厚度為10μm的#字形金屬框格，框體1mm，框空格規格為30mm×30mm；(5)所述的插頭座中裝有鐵氧體襯片；(6)所述的玻殼內充斥有惰性氣體，依照潘寧效應，它能夠提高紫外光的生成量。如圖1至圖7所示，本發明的射頻無極紫外光源，採取了更高的工作頻率，進行了新穎的提高光效、有效散熱的結構設計和滿足電磁兼容要求的電氣設計。它包括高頻發生器1和光源2。光源2包括玻殼3、位於玻殼3中部的中空管狀芯柱4及螺旋狀密繞緊貼於管狀芯柱4外壁上的發射線圈5。中空管狀芯柱4為內腔體，內腔體兩端貫通，發射線圈5的一端為線圈引出線6。高頻發生器1通過同軸電纜7與線圈引出線6連接。所述的玻殼3的內壁裝有金屬屏蔽網格層8，在金屬屏蔽網格層8的上面噴塗有螢光粉層9。所述的高頻發生器1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的內壁上裝有吸波材料11。在玻殼內充斥有一定氣壓的惰性氣體—氬氣。無電極射頻螢光燈的工作頻率為13.56MHz或27MHz。設計了發射線圈5。它由超高溫漆包線繞制而成，在此發明中起到三重作用：一是發射13.56MHz或是27MHz電磁波；二是反射阻隔汞齊產生的273.5nm紫外光，使其只能射向玻殼內壁，激發噴塗在上面的螢光粉發光；三是反射阻隔螢光粉產生的可見光，使其只能通過玻殼透射出去。所述的金屬屏蔽網格層8是厚度為10μm的#字形金屬框格，框體1mm，框空格規格為30mm×30mm。這一經過專門設計計算的金屬屏蔽網格可有效攔阻電磁波，保證整燈的EMC指標，同時它與玻殼內壁螢光粉層間距的合理設置，保證射頻無極紫外光源達到極高的光效。發射線圈本身具有的良好散熱特性，通過通過特別設計的中空管狀柱體的煙囪效應進行散熱。達到良好的散熱效果。所述的高頻發生器1特別設計了複合型EMC濾波器和鐵氧體磁珠。所述的插頭座12為裝有鐵氧體襯片的插頭座，防止電磁幹擾通過電源線傳導洩漏。在玻殼內充滿一定氣壓的惰性氣體—氬氣。基於潘寧效應，能有效增加273.5nm紫外線的強度。如圖2、圖3所示。本發明為一種射頻無極紫外光源。它包括高頻發生器1和光源2。光源2包括玻殼3、位於玻殼3中部的管狀芯柱4和螺旋狀纏繞於管狀芯柱4外壁上的發射線圈5。管狀芯柱4內為兩端貫通的內腔體。發射線圈5由直徑為0.7mm的超高溫漆包線繞制而成，其兩端為線圈引出線6，高頻發生器1通過同軸電纜7與線圈引出線6連接。所述的玻殼3的內壁設有金屬屏蔽網格層8，它是厚度為10μm的#字形金屬框格，框體1mm，框空格規格為30mm×30mm。金屬屏蔽網格層8靠近玻殼3管壁內的一面噴塗有三基色螢光粉層9。高頻發生器1包括金屬外殼10、平面變壓器13和功率器件，內壁噴塗有吸波材料11的金屬外殼10，裝有鐵氧體襯片的插頭座12。高頻發生器1附加一個複合型EMC濾波器和鐵氧體磁珠。射頻無極紫外光源採用13.56MHz或27MHz的工作頻率。這兩個頻率廣泛使用於長距離射頻識別技術、射頻卡、醫院射頻熱療設備以及一些玩具的遠距離遙控頻率、業餘電臺等。這兩個頻點避開了導航、通信等領域重要設備的使用頻率，不會對其造成幹擾。因而EMC指標相對而言就寬鬆得多。為了解決散熱問題，把原本封閉的內腔體上下兩端貫通，如圖2所示。這帶來三個好處：(1)散熱由傳導方式變換成對流方式，而且由於通道窄小很容易形成煙囪效應，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，可以製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(發射)效率低，同時鐵氧體對電磁波的損耗大，就造成耦合器發熱嚴重。現在把工作頻率提高到13.56MHz或是27MHz，採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、饋送電纜及高頻發生器1來進行匹配，讓發射線圈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，採用直徑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管狀芯柱4的外壁上，組成發射線圈5。產生的熱量容易被發射線圈吸收，通過中空管狀芯柱的通道形成的煙囪效應被迅速流動的空氣散發掉。管狀芯柱4的外壁上密集繞制的發射線圈有四個作用：(1)發射13.56MHz或是27MHz的電磁波以激勵玻殼內汞離子產生273.5nm的紫外光；(2)向玻殼3反射玻殼內的紫外線，使之只能射向玻殼內壁上噴塗的螢光粉層，以此提高射頻無極紫外光源的光效；(3)是反射阻隔螢光粉產生的可見光，使其只能通過玻殼透射出去增加光效；(4)能快速吸收玻殼內的熱量並通過空氣對流很快的把熱量散發掉。玻殼3的內壁設有金屬屏蔽網格層8。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，這就保證了玻殼的EMC指標滿足國家標準的要求。高頻發生器採取了5個措施來滿足EMC指標和提高電路效率：(1)採用綜合性能優異的抗傳導幹擾技術。圖5為傳統高頻發生器幹擾信號屏蔽方法示意圖，電磁波被禁錮在電源盒體內。圖6為採用吸波材料後的效果示意圖；(2)在盒體內部使用電磁波吸波材料，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幹擾；(4)應用平面變壓器13，如圖7所示。減小了變壓器漏感，提高了變換效率；(5)盒體與外部連接採用內裝有鐵氧體內襯片的插頭座12。上述措施保證高頻電源的EMC指標完全滿足國家相關標準要求，並提高了電路效率。在玻殼內充進一定壓力的惰性氣體，比如氬氣，這些氣體能夠幫助並加強汞離子體在高頻電磁波的激勵下產生273.5nm紫外光的能力，並顯著減少或是基本上不產生185nm這一我們不需要的紫外光線。這就是著名的潘寧效應。由於玻璃玻殼和玻殼內壁上的金屬網格的雙重阻隔，紫外光線和高頻電磁波幾乎完全不能逃逸出玻殼從而對外部環境造成汙染。這極大提高了射頻無極紫外光源的光效及它的使用安全性能。