專利名稱：用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)放電燈的脈沖電壓序列的方法及其電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及按照權(quán)利要求1的前序部分所述借助于脈沖式的、介質(zhì)阻擋放電的用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)放電燈的脈沖電壓序列的方法及其電路裝置。另外本發(fā)明涉及按照此方法產(chǎn)生脈沖電壓序列的電路裝置。最后本發(fā)明涉及按照具有此電路裝置的相應(yīng)的權(quán)利要求的前序部分所述的照明系統(tǒng)。
概念“放電燈”在此理解為這種輻射源，其發(fā)出可見(jiàn)光譜范圍的電磁輻射，也可以是超出UV或者VUV范圍的發(fā)射的光。
該脈沖電壓序列原理上能夠是單極的或者雙極的并且用于驅(qū)動(dòng)放電燈或者輻射器，其中至少一種極性的電極被介質(zhì)阻擋，這例如在WO94/23442中所述。此驅(qū)動(dòng)方式在原理上使用不受限制的電壓脈沖序列，在電壓脈沖期間特別耦合了電功率并且該電壓脈沖通過(guò)間隔時(shí)間相互分開(kāi)。決定有用輻射產(chǎn)生的效率的主要方面是脈沖形狀，特別是陡峭的上升沿以及脈沖或者間隔時(shí)間的時(shí)間長(zhǎng)度。電壓脈沖的必需的峰值-另外依賴于放電長(zhǎng)度、填充氣體的種類和壓力以及介質(zhì)層的種類和厚度-典型地取為一到幾千伏。
現(xiàn)有技術(shù)kV范圍內(nèi)的高的電壓峰值一般不能可靠地通過(guò)切換晶體管進(jìn)行切換或者產(chǎn)生。一般情況下對(duì)此需要一個(gè)脈沖變換器，其連接在脈沖電壓源的輸出端。
在DE19548003A1中公開(kāi)了一種這樣的電路裝置，其具有用于產(chǎn)生脈沖電壓序列的詳細(xì)的脈沖電路。此脈沖電路主要由一個(gè)電容、一個(gè)晶體管和一個(gè)脈沖變換器組成。在晶體管導(dǎo)電狀態(tài)期間，在電容中存儲(chǔ)的能量傳輸?shù)矫}沖變換器。在此該脈沖變換器將脈沖電壓變換到所需要的峰值，以此其具有如下的缺點(diǎn)。首先該脈沖變換器必需輸出脈沖電壓序列的峰值，并且因此該脈沖變換器是非常大和昂貴的。另外脈沖變換器的脈沖負(fù)載是相當(dāng)大的，并且同樣相當(dāng)大的繞組電容也損害了脈沖形狀。另一個(gè)缺點(diǎn)是在脈沖變換器的次級(jí)繞組的連線上出現(xiàn)了脈沖電壓序列的全部峰值。基于一般情況下的泄漏電容，在環(huán)境中產(chǎn)生了相當(dāng)高的干擾信號(hào)，即所謂的EMI(電磁干擾)。
發(fā)明描述本發(fā)明的任務(wù)是避免上述的缺點(diǎn)，并且給出按照權(quán)利要求1的前序部分所述的產(chǎn)生較小的EMI的方法。
此任務(wù)通過(guò)權(quán)利要求1的特征部分的特征解決。特別有利的實(shí)施結(jié)構(gòu)在從屬權(quán)利要求中給出。
本發(fā)明的其他任務(wù)是給出實(shí)現(xiàn)此方法的電路裝置。此任務(wù)通過(guò)對(duì)應(yīng)于電路裝置的獨(dú)立權(quán)利要求的特征解決。其他的有利的特征在與此相關(guān)的從屬權(quán)利要求中。
最后本發(fā)明的任務(wù)是給出按照對(duì)應(yīng)于照明系統(tǒng)的獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分的照明系統(tǒng)，其不含有上述的缺點(diǎn)。此任務(wù)通過(guò)此權(quán)利要求的特征部分的特征解決。
本發(fā)明的基本思想在于此脈沖電壓序列由兩部分的電壓序列組成，每一部分電壓序列的峰值小于所產(chǎn)生的脈沖電壓序列的峰值，例如只有一半大。這樣的優(yōu)點(diǎn)是在產(chǎn)生部分電壓序列時(shí)存在相應(yīng)的較小的EMI。另外兩個(gè)部分電壓序列之一相應(yīng)于參考電壓含有正的上升沿，另一個(gè)部分電壓序列相應(yīng)于參考電壓含有負(fù)的上升沿。有利的兩個(gè)部分電壓序列之一相應(yīng)于參考電壓是另一個(gè)部分電壓序列的反向。理想的情況是從兩個(gè)部分電壓序列所產(chǎn)生的EMI在原處完全的抵銷。何處實(shí)際上需要高的峰值電壓，即在負(fù)載處，也就是說(shuō)在輻射源的電極之間，用于介質(zhì)阻擋放電所需要的高的峰值和以此產(chǎn)生的強(qiáng)的EMI才在那里存在。
按照本發(fā)明此基本思想應(yīng)用在下列方法中。兩個(gè)部分序列由分別通過(guò)間歇相互分開(kāi)的電壓脈沖-下面被縮短并且作為部分電壓序列標(biāo)出-產(chǎn)生，在此兩個(gè)部分序列相應(yīng)于共同的參考電勢(shì)，例如大地，含有相互交替上升的上升沿。兩個(gè)部分序列如此重疊以產(chǎn)生一個(gè)差異序列。在可能的情況下兩個(gè)部分序列如此相互同步，差異序列的峰值大于脈沖電壓的兩個(gè)部分序列的任一個(gè)的峰值。
部分序列的每一個(gè)脈沖可以是單極的也可以是雙極的。概念“雙極脈沖”的意思是在此脈沖的內(nèi)部與時(shí)間有關(guān)的電壓的極性進(jìn)行一次或者多次的變化。以此最后產(chǎn)生按照上述方法的單極或者雙極差異序列。在此的區(qū)別只是兩個(gè)部分序列的修正脈沖相應(yīng)于共同的參考電勢(shì)含有具有相互交替上升的上升沿。在雙極的情況下該電極根據(jù)脈沖的狀態(tài)分別周期地承擔(dān)陽(yáng)極和陰極的任務(wù)。
在確定各個(gè)脈沖的上升沿的上升時(shí)，在實(shí)際中經(jīng)常存在的并且該部分是不能避免的信號(hào)失真是不考慮的，例如過(guò)或者不足振蕩、噪聲分量等等，但是其在所有的情況下非主要的(＜50％)將有用功率耦合到燈。在此方案中其實(shí)是在每一個(gè)脈沖時(shí)間范圍內(nèi)存在主要的有用功率耦合(＞50％)。
在一個(gè)產(chǎn)生差異序列的有利的變形中，電壓脈沖的部分序列通過(guò)另一個(gè)電壓脈沖的部分序列的反向構(gòu)成。該同步是如此構(gòu)成的，差異序列的峰值是部分序列的峰值的總和。
在另一個(gè)變形中作為附加的方法步驟，兩個(gè)電壓脈沖的部分序列的至少之一和/或差異序列附加的重疊一個(gè)偏置的直流電壓，其中該總共的偏置直流電壓如此選擇，該放電在每一個(gè)脈沖之后能夠結(jié)束并且阻止在各個(gè)脈沖之間的不希望的重新啟動(dòng)。以此方式相關(guān)的電壓分量通過(guò)直流電壓提供。這樣的優(yōu)點(diǎn)是該脈沖電路只需設(shè)計(jì)成剩余的電壓分量。
按照上述方法的用于產(chǎn)生脈沖電壓序列的本發(fā)明的電路裝置含有兩個(gè)分別具有兩個(gè)輸出端和一個(gè)控制輸入端的串聯(lián)連接的脈沖電路和一個(gè)時(shí)間輸出電路，該時(shí)間輸出電路與兩個(gè)脈沖電路的控制輸入端相連接。第一個(gè)脈沖電路的兩個(gè)輸出端之一與第二個(gè)脈沖電路的具有相反極性的輸出端相連接。兩個(gè)所述的輸出端的連接確定了兩個(gè)脈沖電路的兩個(gè)自由輸出端的參考電壓。以此方式在兩個(gè)自由輸出端之間存在兩個(gè)自由輸出端之間的差異信號(hào)和位于參考電勢(shì)上的信號(hào)。該參考電勢(shì)能夠但不是必需的與電路的外殼或者地電勢(shì)相連接。
兩個(gè)脈沖電路例如分別按照DE19548003A1中所述的電路構(gòu)成。在此相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，在同步設(shè)計(jì)例如分別只有一半大時(shí)，能夠預(yù)先給出的峰值電壓所需要的變換和以此的兩個(gè)變換器的繞組比例是比較小的。以此產(chǎn)生的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是電壓脈沖的上升沿和因此產(chǎn)生的應(yīng)用輻射的高效率是能夠?qū)崿F(xiàn)的。
另外在很多情況下，至今為止變換器的使用不是通用(unumgaenglich)的，變換器的全部使用都被省去了，因?yàn)榘凑毡景l(fā)明每一個(gè)脈沖電路的二倍實(shí)現(xiàn)了所產(chǎn)生的脈沖電壓。
脈沖電路的具體的實(shí)施例在單一情況下根據(jù)電極所要求的峰值設(shè)計(jì)。該電路的有利的作用標(biāo)準(zhǔn)首先是兩個(gè)脈沖電路是適合的，其分別由通過(guò)間歇相互分開(kāi)的電壓脈沖提供一個(gè)部分序列，其中該部分電壓序列分別含有相互交替上升的上升沿。
該時(shí)間輸出電路如此控制兩個(gè)脈沖電路，兩個(gè)部分電壓序列相互同步。
在一個(gè)變形中，脈沖電路的兩個(gè)自由連接端的至少一個(gè)與偏置直流電壓源的分別相反極性的一端相連接。以此方式實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)變形中所解釋的偏置直流電壓。
另外還要求保護(hù)照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)由本發(fā)明的電路裝置和借助于脈沖化的介質(zhì)阻擋放電驅(qū)動(dòng)的輻射源組成。


下面借助于實(shí)施例詳細(xì)解釋本發(fā)明。圖為圖1示出了具有平面輻射器的按照本發(fā)明的電路裝置，圖2a示出了具有單極脈沖的圖1的部分電壓序列U1(t)的時(shí)序圖，圖2b示出了具有單極脈沖的圖1的部分電壓序列U2(t)的時(shí)序圖，圖2c示出了圖1的差異電壓序列U3(t)的時(shí)序圖，圖3a示出了另一個(gè)部分電壓序列U′1(t)的時(shí)序圖，圖3b示出了另一個(gè)部分電壓序列U′2(t)的時(shí)序圖，圖3c示出了差異電壓序列U′3(t)的時(shí)序圖，圖4a示出了具有雙極脈沖U″1(t)的部分電壓序列的時(shí)序圖，圖4a示出了具有雙極脈沖U″2(t)的部分電壓序列的時(shí)序圖，圖4c示出了差異電壓序列U″3(t)的時(shí)序圖。
圖1示出了示意性描述的按照本發(fā)明產(chǎn)生脈沖電壓序列的電路裝置和平面輻射器的方框圖。該電路裝置主要由第一和第二脈沖電路1、2和時(shí)間輸出器3組成。每一個(gè)脈沖電路分別含有一個(gè)控制輸入端a；d和兩個(gè)輸出端b、c；e、f。在運(yùn)行時(shí)兩個(gè)脈沖電路1、2在輸出端b、c和e、f之間分別提供一個(gè)部分電壓序列U1和U2。每一個(gè)控制輸入端與時(shí)間輸出器3相連接。時(shí)間輸出器3作為兩個(gè)脈沖電路1；2的同步之用。第一個(gè)脈沖電路1的正極(+)輸出端b和第二個(gè)脈沖電路2的負(fù)極(-)輸出端f與接頭4和5相連接。接頭4和5在該側(cè)通過(guò)連線6、7與平面輻射器8相連接。兩個(gè)脈沖電路1、2的每一個(gè)自由輸出端c；e相互地并且與地電勢(shì)相連接，該地電勢(shì)作為參考電勢(shì)。因此兩個(gè)脈沖電路1、2串聯(lián)連接并且在運(yùn)行時(shí)其在第一個(gè)脈沖電路1的正極(+)輸出端b和第二個(gè)脈沖電路2的負(fù)極(-)輸出端f之間產(chǎn)生一個(gè)差異電壓序列。
平面輻射器8是由放電管9、帶狀的陰極10和介質(zhì)阻擋的帶狀的陽(yáng)極11組成。該放電管9是由一個(gè)底板12、一個(gè)蓋板13和一個(gè)框架14組成，它們總共構(gòu)成一個(gè)矩形的底平面。底板12和蓋板13借助于玻璃焊封與框架氣密地如此連接，以使放電管9的內(nèi)部矩形體地構(gòu)成。底板12大于蓋板13以使放電管9含有一個(gè)包圍的自由邊。陰極10和以及11是交替的并且相互平行的以約6mm的相對(duì)距離設(shè)在底板12的內(nèi)壁上。陰極10和陽(yáng)極11在相互交錯(cuò)的一端被延長(zhǎng)并且從放電管9的內(nèi)部在兩側(cè)向外引出到底板12。陰極10和陽(yáng)極U分別在陽(yáng)極側(cè)15和陰極側(cè)16引出向外的電流引線到底板12的邊沿。外側(cè)的電流引線15、16分別借助于短的連接件17、18與連線6、7相連接。
底板13上的開(kāi)口只作為描述之用并且因此可以任意的看到陰極10和陽(yáng)極11。在放電管9的內(nèi)部，陽(yáng)極11全部通過(guò)玻璃層19覆蓋，其厚度約250μm。電極10；11和外觸點(diǎn)15；16是由銀構(gòu)成的陰極結(jié)構(gòu)和陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的不同部分，其借助于絲網(wǎng)印刷技術(shù)并且隨后通過(guò)一般的烘烤敷設(shè)。該層厚約6μm。
在一個(gè)變形(未示出)中，在負(fù)的連接端5和所屬的連線7之間是偏置直流電壓源。
圖2a到2c分別示出了由圖1示意性和示范性描述的兩個(gè)部分電壓序列U1(t)和U2(t)=-U1(t)以及差異序列U3(t)的時(shí)序圖。示出的分別是具有峰值U1S、U2S和U3S的半波形電壓脈沖，其中|U3S|=|U1S|+|U2S|。
圖3a和3b示出了理想狀態(tài)的兩個(gè)另外的部分電壓序列U′1(t)和U′2(t)。與圖2b的區(qū)別是圖3b中的電壓信號(hào)另外重疊一個(gè)峰值UDC的偏置直流電壓。因此在差異信號(hào)U′3(t)中同樣形成一個(gè)峰值UDC的偏置直流電壓，也就是說(shuō)|U′3S|=|U′1S|+|U′2S|+|UDC|。
圖4a和4b示出了理想狀態(tài)的兩個(gè)另外的部分電壓序列U″1(t)和U″2(t)=-U″1(t)。與圖2a,2b的區(qū)別是在此部分電壓序列具有雙極的脈沖(正弦形)。單個(gè)的雙極脈沖如上通過(guò)間歇(在此電壓=0)相互分開(kāi)。所產(chǎn)生的差異序列U″3(t)同樣含有具有兩個(gè)峰值|U″3S|=|U″1S|+|U″2S|和-U″3S的雙極脈沖，其中U″1S和U″2S表示兩個(gè)部分電壓序列的(正的和負(fù)的)峰值。
在上述的理想描述中沒(méi)有考慮在實(shí)際中經(jīng)常出現(xiàn)的失真，例如過(guò)和不足振蕩等等。
在此還應(yīng)該注意到在圖2a到4a和圖2b到4b中，部分序列U1到U1″以及U2到U2″的信號(hào)形狀只具有示意性的特征。按照本發(fā)明尤其是所有的信號(hào)形狀都是適合的，并且能夠借助于該電路裝置產(chǎn)生，這已經(jīng)在WO94/23442中公開(kāi)。
權(quán)利要求
1．借助于脈沖的介質(zhì)阻擋放電的產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)一個(gè)放電燈(8)的脈沖電壓序列(U3(t),U′3(t),U″3(t))的方法，具有●一個(gè)至少部分透明的和以氣體填料填充的封閉的或者由氣體或者氣體混合物通流的開(kāi)放的放電管(9)是由非導(dǎo)電材料構(gòu)成的，并且●第一和第二種極性(10或者11)的電極，其中至少一種極性的電極(11)由放電管的內(nèi)部通過(guò)介質(zhì)材料(19)分開(kāi)，其特征在于，具有如下的方法步驟，●由通過(guò)間歇相互分開(kāi)的具有第一峰值(U1S,U′1S,U″1S)和具有相對(duì)于參考電勢(shì)是正的上升沿的電壓脈沖產(chǎn)生第一部分序列(U1(t),U′1(t),U″1(t))，其中該參考電勢(shì)(0)被從該電極去耦，●由通過(guò)間歇相互分開(kāi)的具有第二峰值(U2S,U′2S,U″2S)和具有相對(duì)于參考電勢(shì)(0)是負(fù)的上升沿的電壓脈沖產(chǎn)生第二部分序列(U2(t),U′2(t),U″2(t))，●將電壓脈沖的第一部分序列(U1(t),U′1(t),U″1(t))施加在第一極性(+)的電極(11)上，●將電壓脈沖的第二部分序列(U2(t),U′2(t),U″2(t))施加在第二極性(-)的電極(10)上，●將兩個(gè)電壓脈沖的部分序列(U1(t),U2(t)或者U′1(t),U′2(t)或者U″1(t),U″2(t))如此相互地同步，在極性交錯(cuò)的電極(10,11)之間產(chǎn)生電壓脈沖的差異序列(U3(t),U′3(t),U″3(t))，其中差異序列(U3(t),U′3(t),U″3(t))的峰值(U3S,U′3S,U″3S)大于兩個(gè)單獨(dú)電壓脈沖的部分序列(U1(t),U2(t)或者U′1(t),U′2(t)或者U″1(t),U″2(t))的每一個(gè)的峰值(U1S,U2S；U′1S,U′2S；U″1S,U″2S)。
2．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，第二個(gè)電壓脈沖的部分序列(U2(t),U′2(t),U″2(t))通過(guò)第一個(gè)電壓脈沖的部分序列(U1(t),U′1(t),U″1(t))的反向構(gòu)成，并且如此實(shí)現(xiàn)同步，差異序列(U3(t),U′3(t),U″3(t))的峰值(|U3S|,|U′3S|,|U″3S|)是兩個(gè)部分序列(U1(t),U2(t)或者U′1(t),U′2(t)或者U″1(t),U″2(t))的峰值(|U1S|,|U2S|；|U′1S|,|U′2S|；|U″1S|,|U″2S|)的和。
3．如權(quán)利要求1或者2的方法，其特征在于，作為附加的方法步驟，兩個(gè)電壓脈沖的部分序列(U′2(t))的至少一個(gè)和/或差異序列被附加一個(gè)偏置直流電壓(UDC)，其中總的偏置直流電壓所最高達(dá)到的被選擇為如此的高，放電能夠在每一個(gè)電壓脈沖之后被結(jié)束，并且在單獨(dú)的電壓脈沖之間的不希望的重復(fù)啟動(dòng)被避免。
4．如權(quán)利要求3的方法，其特征在于，通過(guò)附加的方法步驟，分別在間歇期間將偏置直流電壓嘗試地加到總的參考電勢(shì)。
5．按照權(quán)利要求1到4之一所述的借助于脈沖的介質(zhì)阻擋放電的產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)放電燈(8)的脈沖電壓序列的電路裝置，具有● 一個(gè)第一脈沖電路(1)具有兩個(gè)輸出端(b,c)和一個(gè)控制輸入端(a)，該脈沖電路(1)適合于提供通過(guò)間歇相互分開(kāi)的電壓脈沖的第一序列(U1)，● 一個(gè)第二脈沖電路(2)具有兩個(gè)輸出端(e,f)和一個(gè)控制輸入端(d)，該脈沖電路(2)適合于提供通過(guò)間歇相互分開(kāi)的電壓脈沖的第二序列(U2)，其中第一脈沖電路(1)的兩個(gè)輸出端之一(c)與第二脈沖電路(2)的具有交錯(cuò)極性的輸出端(e)相連接，以此能夠在兩個(gè)脈沖電路(1,2)的自由輸出端(b,f)之間取得一個(gè)電壓脈沖的差異序列(U3)，其相應(yīng)于兩個(gè)與參考電勢(shì)相關(guān)的單獨(dú)電壓脈沖序列(U1,U2)的差異，● 一個(gè)時(shí)間輸出電路(3)，其與兩個(gè)脈沖電路(1,2)的控制輸入端(a,d)相連接，并且其如此地控制，以使兩個(gè)脈沖電壓序列(U1,U2)相互同步。
6．如權(quán)利要求5的電路裝置，其特征在于，在兩個(gè)脈沖電路(1,2)之間的具有交錯(cuò)極性的輸出端(c,e)的連接點(diǎn)與該電路裝置的一個(gè)參考電勢(shì)相連接。
7．如權(quán)利要求6的電路裝置，其特征在于，該參考電勢(shì)位于地電勢(shì)上。
8．如權(quán)利要求5到7之一的電路裝置，其特征在于，第二脈沖電路含有一個(gè)反向電路，其使第二電壓脈沖序列相對(duì)于第一序列反向。
9．如權(quán)利要求5到8之一的電路裝置，其特征在于，一個(gè)附加的直流電壓電路，它的一個(gè)極與該脈沖電路的具有交錯(cuò)極性的自由輸出端相連接。
10．照明系統(tǒng)，具有●一個(gè)輻射源(8)，尤其是一個(gè)放電燈，該輻射源(8)適合于介質(zhì)阻擋的放電，其中該輻射源(8)含有如下的-一個(gè)至少部分透明的和以氣體填料填充的封閉的或者由氣體或者氣體混合物通流的開(kāi)放的放電管(8)是由非導(dǎo)電材料構(gòu)成的，并且-電極(10,11)，其中至少一種極性的電極(11)由放電管(9)的內(nèi)部通過(guò)介質(zhì)材料(19)分開(kāi)，● 一個(gè)與該電極(10、11)相連接的脈沖電壓源(1-3)，其適合于提供通過(guò)間歇相互分開(kāi)的電壓脈沖，其特征在于，該脈沖電壓源(1-3)含有一個(gè)具有權(quán)利要求5到9之一或者多個(gè)特征的電路裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及借助于脈沖式的、介質(zhì)阻擋放電的用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)放電燈(8)的脈沖電壓序列的方法,該脈沖電壓序列如此地通過(guò)兩個(gè)部分電壓序列組成,每一個(gè)部分電壓序列的峰值小于所產(chǎn)生的脈沖電壓序列的峰值,例如只有一半。優(yōu)點(diǎn)是,在產(chǎn)生部分電壓序列時(shí)相應(yīng)的存在較小的EMI。另外兩個(gè)部分電壓序列含有相應(yīng)于參考電勢(shì)的上升沿交錯(cuò)的上升,優(yōu)選的是兩個(gè)部分電壓序列相互反向。以此在理想狀態(tài)下至少在本地全部補(bǔ)償了由兩個(gè)部分電壓序列所產(chǎn)生的電磁干擾(EMI)。一個(gè)電路裝置含有兩個(gè)串聯(lián)連接的脈沖電路(1,2),其借助于時(shí)間輸出電路(3)被同步。
文檔編號(hào)H05B41/24GK1234957SQ98800974
公開(kāi)日1999年11月10日 申請(qǐng)日期1998年7月16日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月12日
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