功率放大器基于無線控制的舞臺(tái)燈光斑切割系統(tǒng)中的應(yīng)用

舞臺(tái)燈光一般由換色系統(tǒng)、圖案變換系統(tǒng)和光斑切割系統(tǒng)等組成。換色系統(tǒng)和圖案變換系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)比較成熟;光斑切割系統(tǒng)由于能實(shí)現(xiàn)豐富多彩的圖案變化，越來越受到關(guān)注。

光斑切割系統(tǒng)一般由系統(tǒng)外部開關(guān)電源提供電能信號(hào);系統(tǒng)外部主控板控制圖案變化;能量輸送和信號(hào)傳輸媒介分別是電導(dǎo)線和無線。光斑切割系統(tǒng)使用電導(dǎo)線連接時(shí)，由于電線纏繞限制系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)角度，以致無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)無限旋轉(zhuǎn)功能，大大削弱系統(tǒng)的表現(xiàn)能力。同時(shí)，大量連接導(dǎo)線和接頭，可能會(huì)引起漏電、線路發(fā)熱等故障。

基于無線控制的舞臺(tái)燈光斑切割系統(tǒng)原理框圖如圖所示，由電能發(fā)射、電能接收、信號(hào)發(fā)射、信號(hào)接收和光斑控制5部分組成。

電能發(fā)射端由控制器通過逆變驅(qū)動(dòng)電路將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，并加載到諧振發(fā)射電路。電能接收端通過諧振接收電路接收電能，經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓后為造型裝置電機(jī)提供能量。同時(shí)，通訊電路及天線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通信。

基于無線控制的舞臺(tái)燈光斑切割系統(tǒng)中無線通信需要穩(wěn)定的高頻率傳輸信號(hào)，這決定了整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

為驗(yàn)證基于無線控制的舞臺(tái)燈光斑切割系統(tǒng)的可靠性，針對(duì)電能傳輸設(shè)計(jì)線圈分別在有、無鐵氧體屏蔽材料的情況下做了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，并且把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算公式和仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。同時(shí)，針對(duì)無線通信的可靠性做了多機(jī)運(yùn)行監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)。

設(shè)計(jì)可驗(yàn)證的功率線圈匝數(shù)為6圈,分為有鐵氧體磁屏蔽材料和無鐵氧體磁屏蔽材料2種情況。考慮到諧振頻率較低、趨膚效應(yīng)不明顯，線圈阻抗約等于直流電阻。使用萬用表測(cè)量電阻為0.659 ;使用電橋分別測(cè)量無屏蔽和有屏蔽材料線圈的自感量分別為7.05 uH，13.0 uH。

采用150 kHz，±3V的正弦波信號(hào)，通過功率放大器ATA-4012把電壓幅度調(diào)整到±30V。采用夾具裝置保持發(fā)射線圈和接收線圈距離為3 mm，使用示波器分別測(cè)量次級(jí)線圈短路下的初級(jí)線圈電流l和次級(jí)線圈開路下的輸出電壓Vout，計(jì)算互感系數(shù)M=Vout Iin。最后使用直流電源供電及功率放大器驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)功率發(fā)射線圈,并且在功率接收線圈輸出端接電阻負(fù)載，測(cè)量輸入功率和輸出功率，計(jì)算出無線電能傳輸效率。

舞臺(tái)燈光光斑切割系統(tǒng)的關(guān)鍵問題是能量供給，高效率能量傳輸需要優(yōu)化發(fā)射線圈和接收線圈以及相關(guān)的技術(shù)參數(shù)。通過理論分析、仿真和實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)鐵氧體屏蔽結(jié)構(gòu)平板螺旋線圈，解決了傳輸效率問題,同時(shí)也避免了周圍環(huán)境變化對(duì)磁路影響。今后隨著光斑半徑的增大，要求功率線圈空間更小，需要研究更高功率密度和效率的電能線圈。