專利名稱：用于產(chǎn)生放電燈工作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：
依照權(quán)利要求1的前序部分本發(fā)明涉及了一個借助于脈沖的、絕緣隔離的放電來產(chǎn)生放電燈工作的脈沖電壓序列的方法。此外本發(fā)明涉及了一個依照本方法來產(chǎn)生脈沖電壓序列的電路裝置。最后根據(jù)相應(yīng)權(quán)利要求的前序部分本發(fā)明也涉及了一個帶有這種電路裝置的照明系統(tǒng)。
在這個概念下“放電燈”也被理解為輻射源，這種輻射源除了電磁輻射外都是在可見頻譜范圍內(nèi)輻射，也就是輻射光線，甚至大多數(shù)輻射是在UV-或VUV-范圍內(nèi)發(fā)射的。
脈沖電壓序列原則上既可以是單極的又可以是雙極的并且用于放電燈或放電光源的工作，對于放電燈或放電光源來說極性電極至少是隔離絕緣的，例如在WO94/23442中所描述的。這種運(yùn)行方式采用了在原則上沒有限制的電壓脈沖序列，在電壓脈沖期間電氣有效功率首先被輸入同時電壓脈沖由于無效時間被彼此分離。脈沖波形對于有效輻射產(chǎn)生的效率是非常重要的。特別是陡峭上升，以及脈沖時間或無效時間的延續(xù)時間。此外電壓脈沖的必要峰值--依賴于放電距離，填充氣體的方式和壓力以及依賴于介質(zhì)方式和厚度--典型情況下可達(dá)到幾千伏特。
現(xiàn)有技術(shù)根據(jù)DE 19548003 A1描述一個這樣的利用脈沖電路來產(chǎn)生脈沖電壓序列的電路裝置已經(jīng)被熟悉了。這個脈沖電路基本上是由電容，晶體管和脈沖變壓器組成。在晶體管導(dǎo)電狀態(tài)時存儲在電容里的能量被傳送給脈沖變壓器。在此脈沖變壓器把脈沖電壓變換到所需要的峰值，可是由此產(chǎn)生幾種不利情況。首先脈沖變壓器必須根據(jù)脈沖電壓序列的峰值來設(shè)計(jì)并且因此變得相當(dāng)大和昂貴。此外脈沖變壓器的脈沖負(fù)載是相當(dāng)大而且同樣相當(dāng)大的卷繞式電容影響了脈沖波形。另外一個缺點(diǎn)是，在脈沖變壓器次級側(cè)繞組的引線上出現(xiàn)了脈沖電壓序列的完整峰值。由于普遍存在的對于環(huán)境媒質(zhì)的雜散電容而產(chǎn)生相當(dāng)高的干擾信號，既所謂的EMI(電磁干擾)。此外對于每個放電脈沖必須的全部能量消耗完全由脈沖電路提供，因此這個脈沖電路必須相應(yīng)的來設(shè)計(jì)。
發(fā)明描述此發(fā)明的任務(wù)是，避免所提到的缺點(diǎn)并且給出一個依照權(quán)利要求1前序部分的方法。這個方法產(chǎn)生脈沖序列，這個脈沖序列保證對以脈沖方式運(yùn)行的、絕緣隔離的放電供給高效的能源。另外一個特征是，產(chǎn)生較小的EMI。
這個任務(wù)由權(quán)利要求1特征部分的特征來解決。特別有利的裝置在所從屬權(quán)利要求中給出。
本發(fā)明另外一個任務(wù)是，給出實(shí)現(xiàn)這個方法的電路裝置。通過對應(yīng)于電路裝置的獨(dú)立的權(quán)利要求的特征這個任務(wù)被解決，其他特別有利的特征在從屬權(quán)利要求中給出。
最后本發(fā)明的一個任務(wù)是依照對應(yīng)照明系統(tǒng)的獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分給出了一個照明系統(tǒng)。這個任務(wù)通過這個權(quán)利要求特征部分的特征被解決。
本發(fā)明的基本思想在于，通過直流補(bǔ)償電壓分量來替換對于脈沖的、絕緣隔離的放電所必須的脈沖峰值部分，此外在這里特別在放電狀態(tài)下電壓脈沖持續(xù)時間里被輸入的電氣有效功率分量是根據(jù)直流補(bǔ)償電壓分量被輸入。
因此至少一個直流補(bǔ)償電壓和一個電壓脈沖序列被累積疊加成總電壓，以致于直流補(bǔ)償電壓分量在一定程度上構(gòu)成了總電壓的“基礎(chǔ)”，而電壓脈沖序列疊加在其上面。在這種方式下總電壓的峰值是由直流補(bǔ)償電壓值和電壓脈沖峰值之和得出來的。于是借助依照本發(fā)明的疊加電壓脈沖具有比無疊加小的峰值，并且足夠達(dá)到實(shí)際有效峰值所必須的大小。
直流補(bǔ)償電壓的總振幅在這里被目標(biāo)明確的選擇成足夠大以至于在每個電壓脈沖后放電能夠熄滅。為了獲得在WO 94/23442中所描述的高效的運(yùn)行方式，這個要求必須被滿足。
電壓脈沖序列的單個脈沖既可以是單極的也可以是雙極的?！半p極的脈沖”的概念意味著，在這種脈沖內(nèi)部與時間相關(guān)的電壓一次或幾次的變換符號。通過雙極性脈沖和直流補(bǔ)償電壓的疊加也可以產(chǎn)生一個雙極性總電壓。
此外本發(fā)明給出一個提供直流補(bǔ)償電壓的電源，這個電源適用于提供在電壓脈沖放電持續(xù)期間首先輸入的電氣有功功率的部分。這有如下優(yōu)點(diǎn)，脈沖源僅僅需要對以脈沖方式運(yùn)行的、絕緣隔離的放電提供所必須的功率的剩余部分并且因此被設(shè)計(jì)成僅相應(yīng)于較小的功率。
在下面處理步驟中提供了依照本發(fā)明的借助脈沖方式的絕緣隔離的放電為放電燈工作產(chǎn)生脈沖電壓序列的方法。
--至少提供一個直流補(bǔ)償電壓，在這里直流補(bǔ)償電壓的總振幅被目標(biāo)明確的選擇成足夠大以至于在每個電壓脈沖后的放電能夠熄滅并且在單個電壓脈沖之間的不希望的再次點(diǎn)燃被阻止。
--提供由于間歇而彼此分隔的電壓脈沖序列，在這里對于公共電勢這個序列的極性與直流電壓的極性相反。
--至少一個直流補(bǔ)償電壓和電壓脈沖序列被這樣疊加成總電壓以致于總電壓的峰值由直流補(bǔ)償電壓的數(shù)值和電壓脈沖峰值的數(shù)值之和得出來(根據(jù)數(shù)值累積疊加)。
為了按照目的的應(yīng)用這樣構(gòu)成的總電壓被加到電極上。
根據(jù)電壓脈沖序列較小的所必須的脈沖高度足夠用于設(shè)計(jì)小峰值脈沖電路，由此得出多個其他值得注意的優(yōu)點(diǎn)。首先對于通常在脈沖電路中存在的脈沖變壓器來說一個較小的變壓比足夠了或者能夠有可能全部放棄脈沖變壓器。在這兩種情況下能夠得到可以提高該序列產(chǎn)生有效輻射效率的陡峭的脈沖邊沿，此外通過減小電壓脈沖高度可以達(dá)到減小EMI和脈沖變壓器初級側(cè)電路的電流。
依照本發(fā)明的用于產(chǎn)生脈沖電壓序列的電路裝置根據(jù)當(dāng)前描述的方法包含一個脈沖電路和一個直流電壓電路，兩個電路各帶有兩個輸出極。
脈沖電路兩個輸出極之一和第二脈沖電路即直流電壓電路的相反極性的輸出極連接起來。這兩個所說的輸出極的連接確定了相對兩個串聯(lián)電路的兩個自由輸出極的參考電勢。在這種方式下在兩個自由輸出極之間存在有兩個總是位于自由輸出極和參考電勢之間的信號分量的差動信號，也就是說，在兩個自由輸出極之間有脈沖電壓序列和直流補(bǔ)償電壓的數(shù)值累積疊加。參考電勢可以但不是必須和電路外殼或和地電位相連。
脈沖電路例如總是依照在DE 19548003 A1中公布的電路來構(gòu)造。脈沖電路具體的實(shí)現(xiàn)在特定情況下根據(jù)所需的峰值定位在電極上。對于電路的有利的作用來說決定性的首先是，脈沖電路應(yīng)適合于提供通過間歇彼此分隔的電壓脈沖的序列分量。
此外脈沖電路也可以由兩個或多個串聯(lián)的脈沖分電路組成。在這種方式下脈沖電壓序列由兩個或多個序列分量依照數(shù)值累積裝配而成。在這種方式下總是只產(chǎn)生相對較小的序列分量峰值來達(dá)到由此而產(chǎn)生的脈沖電壓序列所要求的峰值。
直流電壓電路在最簡單的情況下是一個電池或一個熟悉的電子直流電壓電路。對于電路有利的作用在這里首先決定性的是，直流電路適合于提供直流補(bǔ)償電壓。此外直流電壓電路的電氣功率特性是這樣有利的設(shè)置，以便于提供對于放電所必需的直流電壓電路的重要的電氣功率份額，例如超過大約20％。
相對于上面現(xiàn)有技術(shù)而言其優(yōu)點(diǎn)是脈沖變壓器和/或變壓器鐵芯繞組的金屬線的橫截面可以選擇較小的。此外對于規(guī)定的電壓峰值所必須的變比和由此而來的線圈比例要小于在現(xiàn)有技術(shù)下的情況。由此得出一個其他優(yōu)點(diǎn)是，可以獲得電壓脈沖的陡峭邊沿和相應(yīng)的產(chǎn)生有效輻射的較高效率。
此外在很多情況下，這些情況直到現(xiàn)在仍是變壓器部件不可避免的，可以完全拋棄變壓器部件，于是依照本發(fā)明所需的電壓峰值分量由直流電壓電路提供。
另外在至少一個直流電壓電路和相應(yīng)的到輻射源的連接導(dǎo)線之間可以設(shè)置一個開關(guān)。一個開關(guān)或者也許多個開關(guān)是和脈沖電路同步的，以致一個或多個開關(guān)在電壓脈沖持續(xù)期間是連通的并且在間歇期間是斷開的。由此阻止了，直流補(bǔ)償電壓在間歇期間加到電極上。區(qū)別于脈沖電路開關(guān)本身不需要特別快。開關(guān)動作時間在多個μs例如5μs的范圍內(nèi)就足夠了。開關(guān)動作時間在相應(yīng)的過渡時間里被考慮處于同步狀態(tài)，以便電壓脈沖一開始直流補(bǔ)償電壓就加到電極上。
最后對于照明系統(tǒng)的保護(hù)要求，這種照明系統(tǒng)是由依照本發(fā)明的電路裝置和一個利用脈沖的絕緣隔離的放電來工作的輻射源組成。
附圖描述在下面本發(fā)明借助一個實(shí)施例被詳細(xì)的解釋。圖示如下


圖1帶有平面輻射器的依照本發(fā)明的電路裝置，圖2a源于圖1的脈沖電壓序列Up(t)的時序片段，圖2b源于圖1的直流補(bǔ)償電壓UDC(t)的時序片段，圖2c源于圖1的差動電壓序列U(t)的時序片段。
圖1示意性示出了依照本發(fā)明的用于產(chǎn)生脈沖電壓序列的電路裝置和平面輻射器方塊圖。這個電路裝置基本上是由脈沖電路1和直流電壓電路2組成。這兩個電路都給出了兩個輸出板a,b；c,d。在運(yùn)行時脈沖電路1在其輸出極a,b之間提供一個脈沖電壓序列Up(t)。直流電壓電路2在其輸出極c,d之間提供一個直流補(bǔ)償電壓UDC。脈沖電路1的正(+)輸出極a和直流電壓電路2的負(fù)(-)輸出極d利用連線4或5來連接。連線4或5在這邊通過引線6,7和平面輻射器8相連接。兩個電路1,2的總是空著的輸出極b,c彼此相連并和地電勢(3)相連，地電勢用作參考電勢。于是兩個電路1,2相串聯(lián)并且在運(yùn)行時在脈沖電路1的正(+)輸出極a和直流電壓電路2的負(fù)(-)輸出極d之間產(chǎn)生差動電壓序列U(t)。
平面輻射器8由放電管9、帶狀負(fù)極10和絕緣隔離的帶狀正極11組成。放電管9由底板12、蓋板13和機(jī)架14組成，這些全都是矩形基面。底板12和蓋板13借助玻璃焊劑和機(jī)架密封的連接，以便放電管9內(nèi)部構(gòu)成矩形空腔形狀。底板12大于蓋板13，以使放電管有旋轉(zhuǎn)的松動安裝的邊緣。負(fù)極10和正極11互相交替并且以相互間大約6mm的間隔彼此并聯(lián)安置到底板的內(nèi)壁絕緣物上。負(fù)極10和正極11加長到彼此相對的兩端并且由放電管內(nèi)部向外鋪設(shè)到底板12兩側(cè)。在底板12的邊緣上正極11和負(fù)極10總是轉(zhuǎn)接到正極側(cè)16和負(fù)極側(cè)15的外部電源引線。外部電源引線15、16總是借助短連接件17、18與引線6、7相連。
擊穿蓋板13僅僅是作為演示的目的以便于觀察正極11和負(fù)極10的部件。在放電管9內(nèi)部正極由玻璃層完全遮蓋，其厚度大約是250μm。電極10、11和外部接點(diǎn)15、16是作為正極側(cè)和負(fù)極側(cè)由銀構(gòu)造的層狀結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域來實(shí)現(xiàn)的，層狀結(jié)構(gòu)是利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)和緊接著的煅燒共同涂上的。層厚度大約是6μm。
在一個變型中(未描述)脈沖電路通過兩個脈沖分電路的串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。
在另外一個變變型中(未描述)在連接直流電壓源和輻射源的連接導(dǎo)線上設(shè)置了開關(guān)，這個開關(guān)是和脈沖電路同步的，以便開關(guān)在電壓脈沖期間是閉合的而在間歇期間是斷開的。因此阻止直流補(bǔ)償電壓在間歇期間出現(xiàn)在電極上。
在圖2a到2c中源于圖1的脈沖電壓序列Up(t)和直流補(bǔ)償電壓序列UDC(t)=-UDC以及差動序列U(t)被概略的示范性地分別予以描述。分別給出了兩個帶有峰值Ups的半正弦電壓脈沖，直流補(bǔ)償電壓-UDC和上述兩個信號的差動信號U(t)，差動信號的峰值Us是由｜Us｜=｜Ups｜+｜UDC｜得出的，也就是說在圖2c中的總信號是由圖2a和2b中的多個信號累積疊加的值。
在這里再一次的指出，在圖2a中脈沖電壓序列Up(t)的信號波形僅僅具有示意的性質(zhì)。依照本發(fā)明特別適合并且借助電路裝置可以產(chǎn)生的所有的信號波形包括雙極性的脈沖波形(在脈沖內(nèi)部有一次或幾次的符號變換)，這個電路裝置公布在WO94/23442中。
權(quán)利要求
1．借助脈沖的絕緣隔離的放電來產(chǎn)生放電燈(8)工作的脈沖電壓序列的方法，具有·一個至少部分透明的并且利用填充氣體填充封閉的或由氣體或混合氣體流過的開放的由不導(dǎo)電材料制造的放電管(9)和·第一和第二極性電極，其中放電管(9)內(nèi)部的極性電極至少通過絕緣材料被隔開，并且有下述操作步驟，·提供至少一個直流補(bǔ)償電壓(UDC(t))，這里直流補(bǔ)償電壓(UDC(t))的振幅(UDC)或者也許對于所有直流補(bǔ)償電壓得出的總振幅被選擇達(dá)到非常高，以便在每次電壓脈沖后的放電能夠被熄滅并且在單個電壓脈沖之間的不希望的再點(diǎn)燃被阻止，·提供一個利用間歇而彼此分隔的電壓脈沖(Up(t))序列，其中參考共同的電勢(3)時的序列(Up(t))的極性是和至少一個直流補(bǔ)償電壓(UDC(t))的極性相反的，·至少一個直流補(bǔ)償電壓(UDC(t))和脈沖電壓序列(Up(t))疊加成一個總電壓(U(t))，以致于相應(yīng)于由至少一個直流補(bǔ)償電壓(UDC(t)和脈沖電壓序列(Up(t))的各自峰值(UDc,Ups)之和構(gòu)成的總電壓(U(t))的峰值(Us)，也就是說適用于｜Us｜=｜UDC｜+｜Ups｜,·把總電壓(U(t))加到電極(10,11)上，其中在放電時電壓脈沖持續(xù)期間首先輸入的電氣有功功率分量是基于直流補(bǔ)償電壓(UDC(t))被輸入的。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是，直流補(bǔ)償電壓(UDC(t))的振幅(｜UDC｜)和電壓脈沖(Up(t))序列的峰值(｜Ups｜)之和(｜Us｜)大約等于或大于放電的起輝電壓。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2之一的方法，其特征是，基于直流補(bǔ)償電壓(UDC(t))輸入的電氣有功功率分量超過大約20％。
4．根據(jù)權(quán)利要求1到3之一的方法，其特征是，一個附加的處理步驟，在這個步驟里在間歇期間直流補(bǔ)償電壓升高到公共的參考電勢。
5．根據(jù)權(quán)利要求1到4之一的方法，其特征是，一個附加的處理步驟，在這個步驟里脈沖序列通過至少兩個脈沖序列分量的累積疊加來產(chǎn)生。
6．依照根據(jù)權(quán)利要求1到5之一的方法借助于脈沖的絕緣隔離的放電為放電燈的工作來產(chǎn)生脈沖電壓序列的電路裝置，包含·一個帶有兩個輸出極(a,b)的脈沖電路(1)，這個脈沖電路(1)適合于，提供利用間歇彼此分隔的電壓脈沖序列(Up(t))，·一個帶有兩個輸出極(c,d)的直流電壓電路(2)，這個直流電壓電路(2)適合于，提供直流補(bǔ)償電壓(UDC)和在放電時的電壓脈沖持續(xù)期間首先輸入的電氣有功功率分量，并且這個直流電壓電路(2)串聯(lián)到脈沖電路(1)，以便于直流電壓電路(2)的兩個輸出極(C)之一和脈沖電路(1)的相反極性的輸出極(b)相連接，于是脈沖電壓序列(Up(t))和直流補(bǔ)償電壓(UDC)的值(｜Ups｜,｜UDC｜)累積疊加。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的電路裝置，其特征是，由直流電壓電路(2)提供的電氣有功功率分量超過大約20％。
8．根據(jù)權(quán)利要求6或7的電路裝置，其特征是，在放電燈和直流電路之間接有一個開關(guān)，這個開關(guān)主要是在電壓脈沖持續(xù)期間閉合而此外則斷開。
9．根據(jù)權(quán)利要求6到8之一的電路裝置，其特征是，這個脈沖電路有一個由至少兩個脈沖分電路組成的串聯(lián)電路，這個脈沖分電路適合于產(chǎn)生脈沖序列分量，其中脈沖分電路的輸出極總是和另一個脈沖分電路的相反極性的輸出極相連接，于是串聯(lián)電路的脈沖電壓序列由這些脈沖序列分量累積疊加獲得。
10．照明系統(tǒng)，包含·一個輻射源(8)，特指一個放電燈，這個輻射源(8)對于絕緣隔離的放電是適合的，其中輻射源(8)有如下部件--一個至少部分透明的并且由填充氣體填充封閉的或者由氣體或混合氣體流過的開放的由不導(dǎo)電材料制造的放電管(9)，--電極(10,11)，其中放電管(9)內(nèi)部的極性電極(11)至少用絕緣材料(19)來隔斷，·一個和電極(10,11)相連的脈沖電壓源(1,2)，這個電壓源適合于提供利用間歇彼此隔斷的電壓脈沖，其特征是，脈沖電壓源(1,2)含有一個具有權(quán)利要求6到9其中一個或多個特征的電路裝置。
全文摘要
借助脈沖的、絕緣隔離的放電來產(chǎn)生放電燈(8)工作的脈沖電壓序列的方法規(guī)定了,利用補(bǔ)償電壓直流分量(U
文檔編號H05B41/28GK1236534SQ98801139
公開日1999年11月24日 申請日期1998年7月16日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月12日
發(fā)明者F·沃爾科默, L·希茨施克 申請人:電燈專利信托有限公司