功率放大器基于無線控制的舞臺燈光斑切割系統中的應用

舞臺燈光一般由換色系統、圖案變換系統和光斑切割系統等組成。換色系統和圖案變換系統技術已經比較成熟;光斑切割系統由于能實現豐富多彩的圖案變化，越來越受到關注。

光斑切割系統一般由系統外部開關電源提供電能信號;系統外部主控板控制圖案變化;能量輸送和信號傳輸媒介分別是電導線和無線。光斑切割系統使用電導線連接時，由于電線纏繞限制系統旋轉角度，以致無法實現連續無限旋轉功能，大大削弱系統的表現能力。同時，大量連接導線和接頭，可能會引起漏電、線路發熱等故障。

基于無線控制的舞臺燈光斑切割系統原理框圖如圖所示，由電能發射、電能接收、信號發射、信號接收和光斑控制5部分組成。

電能發射端由控制器通過逆變驅動電路將直流電轉換成交流電，并加載到諧振發射電路。電能接收端通過諧振接收電路接收電能，經過整流、濾波和穩壓后為造型裝置電機提供能量。同時，通訊電路及天線實現數據的雙向通信。

基于無線控制的舞臺燈光斑切割系統中無線通信需要穩定的高頻率傳輸信號，這決定了整個系統的可靠運行。

為驗證基于無線控制的舞臺燈光斑切割系統的可靠性，針對電能傳輸設計線圈分別在有、無鐵氧體屏蔽材料的情況下做了對比實驗，并且把實驗數據與計算公式和仿真結果進行對比驗證。同時，針對無線通信的可靠性做了多機運行監測實驗。

設計可驗證的功率線圈匝數為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、趨膚效應不明顯，線圈阻抗約等于直流電阻。使用萬用表測量電阻為0.659 ;使用電橋分別測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，通過功率放大器ATA-4012把電壓幅度調整到±30V。采用夾具裝置保持發射線圈和接收線圈距離為3 mm，使用示波器分別測量次級線圈短路下的初級線圈電流l和次級線圈開路下的輸出電壓Vout，計算互感系數M=Vout Iin。最后使用直流電源供電及功率放大器驅動電路驅動功率發射線圈,并且在功率接收線圈輸出端接電阻負載，測量輸入功率和輸出功率，計算出無線電能傳輸效率。

舞臺燈光光斑切割系統的關鍵問題是能量供給，高效率能量傳輸需要優化發射線圈和接收線圈以及相關的技術參數。通過理論分析、仿真和實驗，設計鐵氧體屏蔽結構平板螺旋線圈，解決了傳輸效率問題,同時也避免了周圍環境變化對磁路影響。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。