專利名稱：高壓脈沖發(fā)生器以及具有這種發(fā)生器的高壓放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明基于根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的高壓脈沖發(fā)生器。這種 發(fā)生器尤其可以用于點(diǎn)燃用于普通照明或者光學(xué)照相目的或者車輛中的 高壓放電燈。此外，本發(fā)明還涉及一種具有這種發(fā)生器的高壓放電燈。
背景技術(shù)：
高壓放電燈的點(diǎn)燃的問題目前通過將點(diǎn)燃設(shè)備集成到鎮(zhèn)流器中來解 決。其缺點(diǎn)是饋電線必須設(shè)計(jì)為耐高壓。
過去， 一直反復(fù)嘗試將點(diǎn)燃單元集成到燈中。在此，曾嘗試將點(diǎn)燃單 元集成到燈頭中。借助所謂的螺旋脈沖發(fā)生器實(shí)現(xiàn)了保證特別有效的并且
高的脈沖的點(diǎn)燃，參見US-A3 289 015。長期以來，這種i殳備被建i義用在 不同的高壓放電燈如金屬卣化物燈或者高壓鈉燈中，參見例如US-A 4 325 004、 US-A4 353 012。然而，其并不能實(shí)施，因?yàn)槠湟环矫孢^于昂貴。另 一方面，其安裝在燈頭中的優(yōu)點(diǎn)并不充分，因?yàn)槿源嬖趯⒏邏狠斔椭翢襞?的問題。因此，燈損壞(絕緣問題或者燈頭中的破裂)的概率極大地升高。 目前常用的點(diǎn)燃設(shè)備通常不能被加熱超過100。C。所產(chǎn)生的電壓隨后必須 被輸送給燈，這需要相應(yīng)的耐高壓(典型為大約5kV)的線路和燈座。
為了產(chǎn)生特別高的電壓可以使用雙發(fā)生器，參見US-A4 608 521。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種螺旋脈沖發(fā)生器，其可以用作耐高溫的變壓器。
該任務(wù)通it^利要求1所述的特征來解決。
另 一任務(wù)是提供一種高壓放電燈，其點(diǎn)燃特性相對于目前的燈被明顯 改善，并且其中不必?fù)?dān)心由于高壓而引起的損壞。這特別適用于金屬鹵化 物燈，其中放電容器的材料可以是石英玻璃或者陶瓷。該任務(wù)通過權(quán)利要求10所述的特征來解決。
在從屬權(quán)利要求中獲得特別有利的擴(kuò)展方案。
在DE-Az 102005061832.4和102005061831.6中公開了一種緊湊型高 壓脈沖發(fā)生器，其能夠生成15kV以上的高壓。在此，螺旋脈沖發(fā)生器通 常包括兩個(gè)大致等長的纏繞成螺旋體的導(dǎo)體，參見圖1。這意味著，每個(gè) 導(dǎo)體具有大致相同的匝數(shù)。需要這種結(jié)構(gòu)來利用向量反轉(zhuǎn)原理 (Vektorinversionsprinzip )。
在DE-Az 102006026750.8中7>開了4吏用一種螺旋脈沖發(fā)生器，其被 相對導(dǎo)磁率為Hr = 1到5000的鐵氧體材料包圍。這三篇文獻(xiàn)被明確引用。 在此，始終利用如下原理在第一匝中由于短路而流動(dòng)的電流在其余的匝 中感生高壓脈沖。
根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在使用長度明顯不同的兩個(gè)纏繞的導(dǎo)體。在此，第二 導(dǎo)體僅僅具有4艮少的匝數(shù)，而第一導(dǎo)體具有通常數(shù)目例如為20到100的 匪數(shù)。在此情況下，螺旋脈沖發(fā)生器起到耐高溫的變壓器的作用。該變壓 器通過如下方式類似于集成的自耦變壓器起作用第二導(dǎo)體起電容器的作 用并且由此用作變壓器的充電電容器。通過縮短第二導(dǎo)體可以減小結(jié)構(gòu)， 或者變壓器可以在相同體積的情況下以更多的匝來實(shí)施，這引起更高的高 壓脈沖。
在^^用常用的單獨(dú)的充電電容器的情況下，該發(fā)生器也能夠以帶有三 個(gè)接觸部的僅僅一個(gè)導(dǎo)體繞組而實(shí)施為真正的自耦變壓器。
現(xiàn)在所使用的螺旋脈沖發(fā)生器尤其是所謂的LTCC (低溫共燒陶瓷) 器件或者是HTCC (高溫共燒陶瓷)器件。該材料是一種特殊的陶瓷， 該陶瓷能夠耐受達(dá)到600。C的溫度。盡管LTCC已與燈相結(jié)合地使用，參 見US 2003/0001519和US-B 6 853 151，然而其為了完全不同的目的而被 使用在實(shí)際幾乎沒有熱負(fù)荷的燈中(典型的溫度在IOO'C以下)。LTCC 的高的溫度穩(wěn)定性的特別值可以在與點(diǎn)燃高壓放電燈(尤其是具有點(diǎn)燃問 題的金屬卣化物燈)的關(guān)聯(lián)中看到。
螺旋脈沖發(fā)生器在其基本實(shí)施形式中是如下器件該器件使電容器的 特性與波導(dǎo)的特性相統(tǒng)一用于產(chǎn)生電壓為至少1.5kV的點(diǎn)燃脈沖。為了制 造，兩個(gè)陶資"生片，，與金屬導(dǎo)電骨擠壓，并且l^偏移地纏繞為螺旋體， 并且最后均衡地壓制為成形體。隨后的對金屬骨和陶瓷膜的共燒在空氣中 在800'C到卯0。C之間的溫度范圍中進(jìn)行。該處理允許螺旋脈沖發(fā)生器的使用范圍達(dá)到700'C的熱負(fù)荷。通過這種方式，可以將螺旋脈沖發(fā)生器緊 靠外燈泡中的放電容器安裝，也可以安裝在燈頭中或者緊靠燈安裝。
與此無關(guān)，這種螺旋脈沖發(fā)生器也可以使用于其他應(yīng)用，因?yàn)槠洳粌H 是高溫穩(wěn)定的，而且也極其緊湊。對此重要的是，螺旋脈沖發(fā)生器實(shí)施為 LTCC器件，其由陶瓷膜和金屬導(dǎo)電骨構(gòu)成。為了提供足夠的輸出電壓， 螺旋應(yīng)包括至少5匝。
此夕卜，基于該高壓脈沖發(fā)生器可以提出一種點(diǎn)燃單元，其還包括至少 一個(gè)充電電阻和開關(guān)。該開關(guān)可以是火花隙或者也可以是SiC技術(shù)的兩端 交流開關(guān)元件(Diac)。
優(yōu)選地，在針對燈的應(yīng)用的情況下安裝在外燈泡中，因?yàn)橥ㄟ^這樣的 方式消除了耐高壓的電壓饋電線的必要性。
此外，螺旋脈沖發(fā)生器可以設(shè)計(jì)為使得高壓脈沖甚至能夠?qū)崿F(xiàn)燈的熱 復(fù)燃。陶瓷構(gòu)成的電介體的特征在于極其高的介電常數(shù)s(P10)，其中根 據(jù)材料和結(jié)構(gòu)，s可以達(dá)到典型為70，直到s-100。這使螺旋脈沖發(fā)生器 具有非常高的電容并且能夠使得所產(chǎn)生的脈沖具有比較大的時(shí)間寬度。由 此，螺旋脈沖發(fā)生器的非常緊湊的結(jié)構(gòu)變得可能，使得實(shí)現(xiàn)安裝在高壓放 電燈的市面上常見的外燈泡中。此外，所產(chǎn)生的高壓脈沖提供了比較大的 能量，這使在成功擊穿之后過渡到獨(dú)立的放電變得容易。
此外，大的脈寬佳放電體積中的擊穿變得容易。
任何常用的玻璃、尤其是^tt玻璃、維克玻璃(Vycor)或者石英玻 璃都可以用作燈的外燈泡的材料。填充物的選擇也未受到特別的限制。


以下參照多個(gè)實(shí)施例更為詳細(xì)地闡述了本發(fā)明。其中
圖1示出了如已^>開的螺旋脈沖發(fā)生器的原理結(jié)構(gòu)；
圖2示出了具有鐵氧體包封物的螺旋脈沖發(fā)生器的原理結(jié)構(gòu)；
圖3示出了具有縮短的第二導(dǎo)體的螺旋脈沖發(fā)生器的原理結(jié)構(gòu)；
圖4示出了具有僅僅一個(gè)金屬導(dǎo)體的螺旋脈沖發(fā)生器的原理結(jié)構(gòu)；
圖5示出了在外燈泡中具有螺旋脈沖發(fā)生器的金屬離化物燈的原理 結(jié)構(gòu)；圖6示出了在外燈泡中具有螺旋脈沖發(fā)生器的金屬卣化物燈; 圖7示出了在燈頭中具有螺旋脈沖發(fā)生器的金屬鹵化物燈。
具體實(shí)施例方式
圖l以俯視圖示出了螺旋脈沖發(fā)生器i的原理結(jié)構(gòu)。該螺旋脈沖發(fā)生
器包括陶瓷圓柱體2，兩個(gè)不同的金屬導(dǎo)體3和4作為膜帶螺旋狀地繞制 為該圓柱體.圓柱體2在內(nèi)部是空心的并且具有給定的內(nèi)直徑ID。兩個(gè) 導(dǎo)體3和4的兩個(gè)內(nèi)部接觸部6和7盡可能近地平排靠置并且通過火花隙 5彼此相連'
兩個(gè)導(dǎo)體中僅僅在外部的導(dǎo)體在圓柱體的外邊緣具有另 一接觸部8 。 另一導(dǎo)體開放地終止。由此，這兩個(gè)導(dǎo)體一同形成在介電媒質(zhì)(陶瓷)中 的波導(dǎo)。
螺旋脈沖發(fā)生器由兩個(gè)涂敷有金屬骨的陶瓷膜繞制或者由兩個(gè)金屬 膜和兩個(gè)陶資膜構(gòu)成。在此， 一個(gè)重要的特征量是匝數(shù)n，該匝數(shù)優(yōu)選應(yīng) 在5到100的量級.該繞組布置于;l被層壓并且l^被燒結(jié)，由此形成 LTCC器件。這樣實(shí)現(xiàn)的具有電容器特性的螺旋脈沖發(fā)生器隨后以火花隙 以及充電電阻來連接。
火花隙可以在內(nèi)端子或者外端子上，或者也可以在發(fā)生器的繞組的內(nèi) 部。優(yōu)選可以將溫度穩(wěn)定的火花隙用作起動(dòng)脈沖的高壓開關(guān)。也可以使用 半導(dǎo)體開關(guān)元件，優(yōu)選SiC技術(shù)中的半導(dǎo)體開關(guān)元件。其適于350'C以上 的溫度。
在一個(gè)具體的實(shí)施例中，使用8 = 60到70的陶瓷材料。在此優(yōu)選的 是，陶瓷膜尤其是陶瓷帶如Heraeus的Heratape CT 707或者優(yōu)選CT 或者這二者的混合物用作電介體。其生片的厚度典型為50nm到150nm。 尤其是，Ag導(dǎo)電骨如同樣為Heraeus的"可共燒的銀"用作導(dǎo)體。 一個(gè)具 體的例子是Heraeus的TC 7303。 DuPont的金屬骨6145也提供了良好的 結(jié)果。這些部件可以良好地層壓，隨后加熱("燒除粘結(jié)劑")并且燒結(jié)在 一起("共燒")。
在一個(gè)實(shí)施例中，螺旋脈沖發(fā)生器的內(nèi)直徑ID為10mm。各帶的寬 度同樣為10mm。膜厚度為50pm并且兩個(gè)導(dǎo)體的厚度也分別為50pm。 充電電壓為300V。在此前提條件下，螺旋脈沖發(fā)生器在匝數(shù)為n-20到 70的情況下達(dá)到其特性的最優(yōu)。發(fā)生器被導(dǎo)磁率為^1 = 50~5000的鐵氧體E-1芯包圍，如在圖中所 示。由此，其作為變壓器來工作而不才艮據(jù)向量反轉(zhuǎn)原理工作。
有利地，發(fā)生器1完全或者部分地用導(dǎo)磁率為ji-50到5000的鐵氧 體材料50包圍。在圖2中示出了E芯構(gòu)型的鐵氧體50，其中間梁51穿 it;St生器l的內(nèi)部空腔。
在圖3中示出了根據(jù)本發(fā)明的螺旋脈沖發(fā)生器10，其中第二金屬導(dǎo) 體14明顯短于第一導(dǎo)體3。第二導(dǎo)體14應(yīng)尤其是比第一導(dǎo)體3短至少5 匝或者至少匝數(shù)的10%,第一導(dǎo)體的匝數(shù)優(yōu)選在n = 20到100的量級。 火花隙5的接觸部在此可以彼此對置或者盡可能彼此靠近。
圖4示出了螺旋脈沖發(fā)生器20，該螺旋脈沖發(fā)生器只具有唯一的金 屬導(dǎo)體3。其現(xiàn)在具有單獨(dú)的市面上常見的充電電容器IO，該充電電容器 與火花隙5串聯(lián)。該電路通過如下方式用作自耦變壓器金屬導(dǎo)體的中間 抽頭40通過充電電容器10和火花隙5與^r屬導(dǎo)體的內(nèi)端部41相連。
圖5示出了具有集成的螺;^沖發(fā)生器21的金屬卣化物燈25的原理 結(jié)構(gòu)，其中在可以由石英玻璃或者陶瓷制成的放電容器22外沒有安置點(diǎn) 燃電極。螺旋脈沖發(fā)生器21與火花隙23和充電電阻24 —同安裝在外燈 泡36中。
圖6示出了具有放電容器22的金屬卣化物燈25,該放電容器由兩個(gè) 饋電線26、 27保持在外燈泡中。第一饋電線26是短地彎曲的線。第二饋 電線27基本上是桿，其通向遠(yuǎn)離燈頭的穿通部28。在來自燈頭30的饋 電線29和桿27之間設(shè)置有點(diǎn)燃單元31,其包含螺旋脈沖發(fā)生器、火花 隙和充電電阻，如圖5中所表示的那樣。
圖7示出了與圖5類似的具有放電容器22的金屬卣化物燈25，該放 電容器由兩個(gè)饋電線26、 27保持在外燈泡36中。笫一饋電線26是短地 彎曲的線。第二饋電線27基本上是桿，該桿通向遠(yuǎn)離燈頭的穿通部28。 在此，點(diǎn)燃單元(更為確切地說螺旋脈沖發(fā)生器21以及火花隙23和充電 電阻24)設(shè)置在燈頭30中。
該技術(shù)也可以應(yīng)用于無電極的燈，其中螺旋脈沖發(fā)生器可以用作點(diǎn)燃 輔助裝置。
該緊湊型高壓脈沖發(fā)生器的其他應(yīng)用在于其他設(shè)備的點(diǎn)燃。該應(yīng)用尤
其是在所謂的魔力球中、在倫琴脈沖的產(chǎn)生中和在電子束脈沖的產(chǎn)生中是 有利的。使用在車輛中作為常用點(diǎn)燃脈沖的替代也是可能的。在此，使用高達(dá)500的匝數(shù)n,使得輸出電壓達(dá)到100kV的量級，因 為輸出電壓lLv作為由UA = 2xnxULxn給出的充電電壓UL的函數(shù)，其中效 率"通過11= (AD-ID)/AD給出。
結(jié)合用于汽車前燈的高壓放電燈，本發(fā)明展現(xiàn)出特別的優(yōu)點(diǎn)，其中該 高壓放電燈填充有優(yōu)選至少3巴(bar)的高壓下的氙氣和金屬卣化物。 它們是特別難點(diǎn)燃的，因?yàn)橛捎诟唠瘹鈮毫Χ裹c(diǎn)燃電壓高于10kV。目 前嘗試將點(diǎn)燃單元的部件安裝在燈頭中。具有集成的充電電阻的螺旋脈沖 發(fā)生器可以安裝在車燈的燈頭中。
本發(fā)明與不含汞的高壓放電燈結(jié)合展現(xiàn)出非常特別的優(yōu)點(diǎn)。這種燈由 于環(huán)境保護(hù)原因而是特別值得追求的。這些燈包含合適的金屬卣化物填充 物并且尤其包含高壓下的惰性氣體如氙氣。由于沒有汞，所以點(diǎn)燃電壓特 別高。點(diǎn)燃電壓高于20kV。目前嘗試將點(diǎn)燃單元的部件安裝在燈頭中。 具有集成的充電電阻的螺旋脈沖發(fā)生器可以安裝在無汞燈的燈頭中或者 安裝在燈的外燈泡中。
權(quán)利要求
1.一種基于螺旋脈沖發(fā)生器的緊湊型高壓脈沖發(fā)生器，其中螺旋脈沖發(fā)生器實(shí)施為包括螺旋纏繞的陶瓷膜和帶狀施加于該陶瓷膜上的金屬導(dǎo)電膏的低溫共燒陶瓷器件或者高溫共燒陶瓷器件，其特征在于，螺旋脈沖發(fā)生器用作變壓器，其方式是第一金屬導(dǎo)體卷成n匝的螺旋體，其中n至少為5，而此外開關(guān)和充電電容器與第一金屬導(dǎo)體的開端相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高壓脈沖發(fā)生器，其特征在于，螺旋脈沖 發(fā)生器通過如下方式連接成自耦變壓器螺旋脈沖發(fā)生器僅僅具有唯一的 金屬導(dǎo)體(3 )，并且金屬導(dǎo)體的中間抽頭(40 )通過充電電容器(10 )和 火花隙(5)與金屬導(dǎo)體的內(nèi)端部(41)相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高壓脈沖發(fā)生器，其特征在于，螺旋體包 括至少n = 5匪并且優(yōu)選最高n = 500匪。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高壓脈沖發(fā)生器，其特征在于，發(fā)生器完 全或者部分用導(dǎo)磁率為p = 50 ~ 5000的鐵氧體材料包圍。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高壓脈沖發(fā)生器，其特征在于，開關(guān)是火 花隙。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高壓脈沖發(fā)生器，其特征在于，充電電容 器是常規(guī)電容器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高壓脈沖發(fā)生器，其特征在于，充電電容 器通過將螺旋纏繞的第二陶瓷膜上的第二金屬導(dǎo)體與第 一 陶瓷膜一 同纏 繞來形成，其中第二陶瓷膜所纏繞的長度比第一陶瓷膜所纏繞的長度短至少兩匝o
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高壓脈沖發(fā)生器，其特征在于，第二金屬 導(dǎo)體的匝數(shù)為至少 一 匝并且最多為第 一金屬導(dǎo)體的匝數(shù)的20 % 。
9. 一種基于權(quán)利要求1所述的螺旋脈沖發(fā)生器的點(diǎn)燃裝置，其特征 在于，點(diǎn)燃裝置還包括至少一個(gè)充電電阻和開關(guān)。
10. —種帶有放電容器的高壓放電燈，該放電容器安裝在外燈泡中， 其中點(diǎn)燃裝置集成在燈中，該點(diǎn)燃裝置在燈中生成至少15kV的高壓脈沖， 其特征在于，點(diǎn)燃裝置安裝在外燈泡中并且包括根據(jù)上述權(quán)利要求1至8 中任一項(xiàng)所述的高壓脈沖發(fā)生器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的高壓放電燈，其特征在于，點(diǎn)燃裝置通過支架保持在外燈泡中。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的高壓放電燈，其特征在于，由螺旋脈沖 發(fā)生器引起的高壓直接作用到放電容器中的兩個(gè)電極上。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的高壓放電燈，其特征在于，由螺旋脈沖 發(fā)生器引起的電壓作用到安置在放電容器外的點(diǎn)燃輔助電極上.
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的高壓放電燈，其特征在于，螺旋脈沖發(fā) 生器由多個(gè)層構(gòu)成，其中層數(shù)n至少為n-5。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的高壓放電燈，其特征在于，層數(shù)n最高 為n-500，優(yōu)選最高為n-lOO。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的高壓放電燈，其特征在于，螺旋脈沖發(fā) 生器具有大致空心圓柱體的構(gòu)型，其具有至少為10mm的內(nèi)直徑。
17. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的高壓放電燈，其特征在于，螺旋脈沖發(fā) 生器的介電常數(shù)e為至少s-10。
18. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的高壓放電燈，其特征在于，在外燈泡中 還安裝有串聯(lián)電阻，該串聯(lián)電阻限制螺旋脈沖發(fā)生器的充電電流。
19. 一種帶有放電容器和燈頭的高壓放電燈，其中點(diǎn)燃裝置集成在燈 中，點(diǎn)燃裝置在燈中產(chǎn)生至少15kV的高壓脈沖，其特征在于，點(diǎn)燃裝置 安裝在燈的燈頭中并且包括根據(jù)上述權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的高壓 脈沖發(fā)生器。
全文摘要
為了點(diǎn)燃高壓放電燈使用了一種高壓脈沖發(fā)生器，其用作變壓器。
文檔編號(hào)H05B41/04GK101658073SQ200880003909
公開日2010年2月24日 申請日期2008年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月6日
發(fā)明者伯恩哈德·沙爾克, 安德烈亞斯·克洛斯, 斯特芬·沃爾特 申請人:奧斯蘭姆有限公司