[分享] Aigtek功率放大器基于无线控制的舞台灯光斑切割系统中的应用

舞台灯光一般由换色系统、图案变换系统和光斑切割系统等组成。换色系统和图案变换系统技术已经比较成熟;光斑切割系统由于能实现丰富多彩的图案变化，越来越受到关注。

光斑切割系统一般由系统外部开关电源提供电能信号;系统外部主控板控制图案变化;能量输送和信号传输媒介分别是电导线和无线。光斑切割系统使用电导线连接时，由于电线缠绕限制系统旋转角度，以致无法实现连续无限旋转功能，大大削弱系统的表现能力。同时，大量连接导线和接头，可能会引起漏电、线路发热等故障。

基于无线控制的舞台灯光斑切割系统原理框图如图所示，由电能发射、电能接收、信号发射、信号接收和光斑控制5部分组成。

电能发射端由控制器通过逆变驱动电路将直流电转换成交流电，并加载到谐振发射电路。电能接收端通过谐振接收电路接收电能，经过整流、滤波和稳压后为造型装置电机提供能量。同时，通讯电路及天线实现数据的双向通信。

基于无线控制的舞台灯光斑切割系统中无线通信需要稳定的高频率传输信号，这决定了整个系统的可靠运行。

为验证基于无线控制的舞台灯光斑切割系统的可靠性，针对电能传输设计线圈分别在有、无铁氧体屏蔽材料的情况下做了对比实验，并且把实验数据与计算公式和仿真结果进行对比验证。同时，针对无线通信的可靠性做了多机运行监测实验。

设计可验证的功率线圈匝数为6圈,分为有铁氧体磁屏蔽材料和无铁氧体磁屏蔽材料2种情况。考虑到谐振频率较低、趋肤效应不明显，线圈阻抗约等于直流电阻。使用万用表测量电阻为0.659 ;使用电桥分别测量无屏蔽和有屏蔽材料线圈的自感量分别为7.05 uH，13.0 uH。

采用150 kHz，±3V的正弦波信号，通过功率放大器ATA-4012把电压幅度调整到±30V。采用夹具装置保持发射线圈和接收线圈距离为3 mm，使用示波器分别测量次级线圈短路下的初级线圈电流l和次级线圈开路下的输出电压Vout，计算互感系数M=Vout Iin。最后使用直流电源供电及功率放大器驱动电路驱动功率发射线圈,并且在功率接收线圈输出端接电阻负载，测量输入功率和输出功率，计算出无线电能传输效率。

舞台灯光光斑切割系统的关键问题是能量供给，高效率能量传输需要优化发射线圈和接收线圈以及相关的技术参数。通过理论分析、仿真和实验，设计铁氧体屏蔽结构平板螺旋线圈，解决了传输效率问题,同时也避免了周围环境变化对磁路影响。今后随着光斑半径的增大，要求功率线圈空间更小，需要研究更高功率密度和效率的电能线圈。