CN100419947C

CN100419947C - 无电极灯系统

Info

Publication number: CN100419947C
Application number: CNB021301298A
Authority: CN
Inventors: 铃木昭夫; 多田猛; 加藤泰成
Original assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2022-08-23
Also published as: US6720733B2; US20030042857A1; JP3927387B2; CN1407599A; JP2003068490A

Abstract

通过从磁控管2发射的微波的电磁场来激发封装于无电极灯5中的发光元素使得该无电极灯5发光。提供一种软启动方法来把电功率逐渐增加到足以驱动磁控管2。该软启动方法是为了防止由于微波的反射波引起的自加热所造成的磁控管损坏，并且在无电极灯5开始发光时使用该方法。因此，所提供的无电极灯系统可以防止由于微波的反射波引起的自加热所造成的磁控管损坏。

Description

无电极灯系统

技术领域

本发明涉及一种通过微波激发无电极灯使其发光的无电极灯系统，更具体地涉及一种用于从无电极灯中输出高能光的改进的无电极灯系统。

背景技术

无电极灯通过这样的方式发光：一种封装于灯内的发光元素(例如汞或类似元素)被经过一天线从磁控管射出的微波所激发而从灯中发射出光。

例如，众所周知，作为普通家用商品的微波炉利用从磁控管射出的微波将一个待加热物体(如一个冷冻食物等)加热到大约600W。由于这种从磁控管输出的微波是低能的，所以这种类型的微波炉将不会被磁控管的自加热所损坏。

但是，当从磁控管输出的微波能是高能时，例如超过6KW(每边3KW×2)，就将出现一个随之而来的缺陷。如图5所示，如果提供给磁控管的电功率是最大输出，即，在一开始启动灯发光的最大功率，在封装于灯内的发光元素(例如汞或一种卤化铁氧体)完全汽化之前，微波以最大功率从磁控管中射出。

图6A至6F分别显示了在无电极灯系统中的阻抗的每个时变情况。图6A显示了从开始起在两秒种(t＝0到2)的一段时间内工作点P所经历的变化。图6B显示了从开始起在两秒种之后的下一个两秒种(t＝2到4)的一段时间内工作点P所经历的变化。图6C显示了从开始起在四秒种之后的下一个两秒种(t＝4到6)的一段时间内工作点P所经历的变化。图6D显示了从开始起在六秒种之后的下一个两秒种(t＝6到8)的一段时间内工作点P所经历的变化。图6E显示了从开始起在十秒种之后的下一个两秒种(t＝10到12)的一段时间内工作点P所经历的变化。图6F显示了从开始起在十二秒种(t＝0到12)的一段时间内工作点P所经历的变化。

根据图6A至6F，工作点P越远离史密斯圆图的中心，越容易产生一个反射波。同样地，工作点P越靠近史密斯圆图的中心，越不容易产生一个反射波。此外，当工作点P在史密斯圆图的中心时，不再产生反射波从而完成一次点亮灯的过程。图6A至6F中的情况显示了在5秒中内点亮灯。

因此，当在封装于灯里的发光元素难以吸收微波的情况下从磁控管射出微波时，微波不能被吸收到发光元素中，并作为反射波被返回到磁控管。所以，磁控管由于反射波而自加热。结果，磁控管内的任何部分被熔化，或者覆盖在磁控管输出天线周围的陶瓷材料破裂。这些现象造成了对磁控管的损坏。

上述的缺陷来自于下面的情况。近来由于从无电极灯中输出的光能增加，换句话说，输入到磁控管的电功率增加，使得由灯射出的光所造成的反射微波的能量也增加了。

此外，一种能容易地消除反射波的绝缘体可以被使用作为一种防止由反射波造成的磁控管自加热的方法。但是，整个无电极灯系统(灯具)不仅造成体积庞大，而且导致费用昂贵等，其是不实用的。

例如，提供了在日本未经审查的专利公布H09-82112上公开的包括现有无电极灯的加热系统。此加热系统由如下方式构成：在点亮灯时(在施加高电压时)限定一个加热器电压的值使其低于标准值，以尽可能缩短预热时间来保证在点亮灯时能稳定工作。

其次，提供了在日本未经审查的专利公布2000-21559上公开的加热系统，此加热系统由如下方式构成：

把初始电流的一个预定值设置为低于输入电流的预定值，作为流经一个高电压功率转换部件的电流预定值。当加热工作开始时，把该高电压功率转换部件的输入电流控制到一个初始电流的预定值。随后，通过抑制输入电流的过冲最大限度地利用该额定电功率来缩短加热时间。

再次，提供了在日本未经审查的专利公布H02-276189上公开的加热系统，此加热系统由如下方式构成：

在一个高压电路中产生的电压值被限制在一个值附近：在磁控管正常振荡时施加该电压值，直到该磁控管的阴极温度被提高到足以发射足够数量的用以振荡的电子。同时，在次级侧不产生过量电压，所以即使阴极温度提高，磁控管也不振荡。因此，在施加电功率后，异常高压的产生是可以防止的，直到磁控管开始振荡。因此，可以防止高压部件和开关装置的损坏。

但是，公开在每个上述的未审查专利公布中的任何发明都不能解决由因反射波引起的自加热造成的磁控管损坏这样的缺陷。

此外，如前所述的现象，从开始从磁控管中发射微波到灯处于稳定的照射状态，在这段时间内，从磁控管发射的微波作为反射波又返回到磁控管。这个情形对磁控管是个巨大压力，以致于成为缩短磁控管使用寿命的一个巨大因素。

以如下方式考虑一种针对上述缺陷的对策：在从磁控管输出一低能微波的条件下开始从磁控管发射微波。例如，在大约5秒到20秒的期间，把足以从磁控管中输出的微波的能量逐渐增加到输出条件的最大值来完全点亮灯。特别是，由反射波造成的施加到磁控管的压力可以通过一个软启动的方法减小。因此，可以延长磁控管的使用寿命。

因此，本发明的目的是为了解决上述缺陷而提供无电极灯系统，此系统能防止因反射波造成的自加热而导致的磁控管损坏。

发明内容

为达到上述目的，该无电极灯系统由如下方式组成：

作为本发明的第一方面，在无电极照明系统上提供一种软启动方法，其中，该无电极灯由从磁控管发射的微波的电磁场激发来发光。其中，该软启动方法将把一电功率逐渐增加到足以能驱动所述的磁控管，并且在该无电极灯开始发光时使用该方法。

因此，在无电极灯开始发光时，通过使用该软启动方法可以把电功率逐渐增加到足以驱动该磁控管。因此，根据封装于灯内的发光元素的汽化情况增加提供给该磁控管的电功率。所以，微波能容易地被发光元素吸收，使得即使从磁控管输出高能微波，也能减少微波反射波的产生。

作为本发明的第二方面，根据本发明的第一方面，所述的软启动方法以如下方式设置时间。所设置的直到磁控管发射的微波的能量达到最大值的时间比无电极灯里的发光元素吸收微波和汽化的时间要长。

因此，当提供给磁控管的电功率达到最大值时，发光元素已经完全汽化了。例如，如果从磁控管发射的微波的能量达到最大值的时间被设置为大约5到20秒，则恰好点亮灯。

作为本发明的第三方面，在根据本发明的第一或第二方面其中之一的软启动方法工作的一个操作中，提供了一种光通量密度检测方法。所述的检测方法用来检测从无电极灯中发射的光的光通量密度，从而以如下方式来控制输入到该磁控管的电功率的增加。

当通过该光通量密度检测方法所检测的光通量密度小于一预定值时，停止输入到磁控管的电功率的增加以维持一个等待状态。另一方面，当光通量密度达到该预定值时，重新开始增加输入到磁控管的电功率。

因此，微波的反射波能被安全地减小，从而安全地防止了磁控管的损坏。

附图说明

图1示出了一种灯具的示意性横剖面图，其中，该灯具采用了根据本发明的无电极灯系统。

图2示出了图1所示的无电极灯沿箭头线I-I的截面的示意性横剖面图。

图3示出了图1所示的无电极灯沿箭头线II-II的截面的一个局部放大横剖面图。

图4示出了用于驱动磁控管的控制电路的说明图。

图5示出了随时间推移输入到该磁控管的电功率状态的说明曲线图。

图6A至6F示出了关于该无电极灯的阻抗随时间变化的情况的说明图。

具体实施方式

参考附图详细说明根据本发明的实施例。

图1至图4显示了根据本发明的无电极灯系统的一个实施例。图1是一个灯具的示意性横剖面图，其中，该灯具采用了无电极灯系统，图2是一个底部示图。图3是该无电极灯的一个局部放大横剖面图。图4是一个显示用于驱动磁控管的控制电路的说明图。

如图1至图3所显示，标号1至11分别表示以下内容：1表示灯具箱。2表示产生微波电磁场的磁控管。3表示波导管。4表示天线。5表示无电极灯。6表示反射镜。7表示微波谐振器。8表示反射微波网。9表示冷却风扇。10表示灯的冷却管口。11表示光通量密度检测传感器。

具体地说，根据本发明的无电极灯系统在灯具箱1中包括两个磁控管2。其中，所述的磁控管2的一个振动频率是2.45GHz。从这两个磁控管2发射的微波通过波导管3和天线4发射到无电极灯5。同时，封装于无电极灯5中的发光元素(例如汞)吸收微波，汽化和激发以使无电极灯5发光。这是无电极灯5的点亮状态。随后，无电极灯发射的光通过反射镜6在外部被会聚使其聚焦在焦点FP上。

此外，冷却风扇9用来冷却磁控管2。同时，由冷却风扇9吹出的风通过开在波导管3上的一个通孔3a和图3中实线箭头所表示的灯冷却管口10来冷却无电极灯。

另外，光通量密度检测传感器11检测无电极灯5发射的光的光通量密度，即封装于无电极灯5中的发光元素的气体状态，从而控制磁控管驱动电路20使其足以驱动如下所述的磁控管(见图4)。

具体地，如图4所示，该磁控管驱动电路20由一个电源20A和一个灯具20B构成，其中电源20A和灯具20B通过一个高压输出和一个高压输入互相连接。其中，该电源20A包括脉宽调制(PWM)电压控制器21，一个变压器22，一个整流二极管23，和一个倍压电容器(voltage doubler-condenser)24。另一方面，灯具20B包括一个对磁控管2进行加热控制的一个加热变压器(heatertrance)25。

通过将磁控管2的一个阳极电压和一个阳极电流相乘求出磁控管2输出的微波的能量。其中，该磁控管的阳极电压几乎不变。因此，磁控管2输出的微波的能量由磁控管的阳极电流的大小决定。此外，该磁控管的电流的大小由变压器22的初级侧电压决定。另一方面，变压器22的初级侧电压由脉宽调制电压控制器21决定。

如上所述，根据本发明的软启动方法由脉宽调制电压控制器21和变压器22构成。该软启动方法逐渐增大电功率到足以驱动磁控管2，使得脉宽调制电压控制器21通过改变变压器22的初级侧电压来改变磁控管2的微波输出。因此，根据封装于无电极灯5中的发光元素的汽化情况来增大提供给磁控管2的电功率。从而，该发光元素能容易地吸收微波，即使从磁控管输出高能微波，也能减少该磁控管的反射波的产生。

此外，在根据本发明的无电极灯系统中提供了磁控管2。该磁控管2被用做微波的一个振动源，并工作于2.45GHz的振动频率上。其中，本发明的无电极灯系统包括两个磁控管2，所以总的微波能量大约是6KW，而且，在磁控管驱动电路20中使用一个全波倍压电路来控制磁控管2的驱动。同时，采用软启动方法使得变压器22的初级侧的输入电压由脉宽调制电压控制器21来控制。从而使得足以能驱动磁控管2的电功率是可变的。

此外，如图5所示，提供给磁控管2的电功率由该软启动方法缓和地开始，使得灯开始发光后，随时间的推移，变压器22的输入电压从初始输出0％(0V)逐渐增加到一个最大输出(全功率)100％(200V)。在这种情况下，一直到输入到磁控管2的电功率通过该软启动方法达到全功率的这段时间被设置为5秒种。

因此，在从磁控管2开始发射微波到无电极灯系统5处于稳定的发光状态的这段时间里，磁控管2所输出的微波的能量可以被逐渐地从低能增加到最大能量。从而减小了由反射波造成的施加在磁控管2上的压力。

例如，当输入到磁控管2上的电功率是全功率的60％时，无电极灯5的发射光的光通量密度，即封装于无电极灯5中的发光元素的气体状态，由一个光通量密度检测传感器11来检测。其中，所述的检测传感器11安装在无电极灯系统中，用以判断该光的光通量密度是否大于预定值。

同时，所述的检测传感器11以如下方式控制输入到变压器22的电功率的增加。

在软启动工作期间，当无电极灯5的发射光的光通量密度小于预定值时，停止增加输入到变压器22的电功率，以等待无电极灯5发射的光达到所说的预定值的状态。相继地，当该光的光通量密度变为大于预定值时，增加输入到变压器22的电功率，从而逐渐增加提供给磁控管2的电功率。

另一方面，当灯以常规方式点亮，以致于只要灯点亮电功率就以全功率提供给磁控管，该磁控管在工作20到30次后就会损坏。但是，根据本发明，可以通过使用软启动方法防止由反射波造成的磁控管自加热，从而当灯开始点亮时，磁控管2将再也不会损坏。

此外，根据本发明的上述实施例，磁控管2被用作微波的一个振动源，并且工作于2.45GHz的振动频率上。使用两个磁控管2从而总的微波能量大约是6KW。但是可以有例外，在该无电极灯系统中可以使用一个或多于三个磁控管2。此外，在磁控管驱动电路20中使用全波倍压电路来控制该磁控管2的驱动。但是，本发明不仅仅限定于上述方式。同时，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，显然可以通过各种方式对其做改变。

如上所述，根据本发明的无电极灯系统在如下方面展示其卓越的效果。

根据本发明的第一方面，依据封装于无电极灯5中的发光元素的汽化情况，使用软启动方法把电功率逐渐增加到足以驱动该磁控管。因此，发光元素能容易地吸收微波以减少该微波的反射波。从而可以防止作为现有缺陷的由自加热所造成的磁控管的损坏。

根据本发明的第二方面，所设置的直到磁控管发射的微波的能量达到最大值的软启动时间比封装于无电极灯中的发光元素吸收微波和汽化的时间要长。

因此，当提供给磁控管的电功率达到最大值时，封装于灯中的发光元素得以充分地汽化，从而，发光元素可以容易地吸收微波来安全地减少微波的反射波。

根据本发明的第三方面，在软启动方法工作期间，提供了一种光通量密度检测方法来检测无电极灯发射的光的光通量密度。该光通量密度检测方法以如下方式控制提供给磁控管的电功率的增加。

当该光通量密度检测方法所检测的光通量密度小于一预定值时，停止输入到磁控管的电功率的增加以维持一个等待状态。另一方面，当光通量密度达到预定值时，重新开始增加输入到磁控管的电功率。

因此，可以安全地减少微波的反射波从而能安全地防止磁控管的损坏。

Claims

1. 一种无电极灯系统，包括：

用于发射微波的磁控管；

无电极灯，由发射的微波的电磁场激发并发光；以及

软启动装置，用于逐渐增加驱动磁控管所需的电功率，其中该软启动装置在无电极灯启动时操作，

所述的软启动装置以如下方式设置时间：直到磁控管发射的微波能量达到最大值的时间被设置为等于或大于5秒，比无电极灯中的发光元素完全吸收微波和汽化的时间要长。

2. 根据权利要求1所述的无电极灯系统，其特征在于，所述无电极灯系统具有光通量密度检测装置，其通过检测从无电极灯发射的光通量密度来控制输入到磁控管的电功率的增加。

3. 根据权利要求2所述的无电极灯系统，其特征在于，在所述软启动装置的操作过程中，当输入到磁控管的电功率是预定电功率时，所述光通量密度检测装置检测从无电极灯发射的光通量密度是否大于预定值，并且当所述光通量密度检测装置检测的光通量密度小于所述预定值时，停止增加输入到磁控管的电功率以维持一个等待状态，另一方面，当光通量密度达到所述预定值时，重新开始增加输入到磁控管的电功率。