CN101156501A - 驱动或点燃高压放电灯的装置、具有用于驱动高压放电灯的装置及方法的灯座和照明系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于驱动或点燃高压放电灯(10)的装置和一种相应的驱动或点燃方法，其中该装置为了产生高压放电灯(10)的点火电压而具有一个与电压相关的开关器具(131)，该与电压相关的开关器具(131)的开关阈值电压大于或等于高压放电灯(10)的点火电压。本发明使没有利用点火变压器的高压放电灯的脉冲点燃成为可能。本发明的脉冲点火装置或本发明的方法可以有利地与高压放电灯(10)，尤其是与汽车大灯－高压放电灯的高频运行组合。

Description

驱动或点燃高压放电灯的装置、具有用于驱动高压放电灯的装置及方法的灯座和照明系统
本发明涉及一种按照权利要求1前序部分用于驱动或点燃高压放电灯的装置，具有这种用于驱动高压放电灯的装置及方法的一种灯座和一种照明系统。
I.现有技术
这样一种装置例如公布于WO 98/53647中。这篇公布的文章阐述一种用于高压放电灯的脉冲点火装置，尤其是用于一种汽车大灯-高压放电灯。这个脉冲点火装置具有一个火花间隙、一个点火变压器和一个点火电容器作为主要的元件。为了点燃高压放电灯中的气体放电，将点火电容器充电，以便在达到火花间隙的击穿电压时经过这个火花间隙和经过点火变压器的初级绕组放电，致使在点火变压器的次级绕组中感应出为高压放电灯点燃所要求的高电压脉冲。气体放电点燃之后，高压放电灯通常用频率为1kHz以下、基本上是延伸形(reckfoermig)的电流在一个全电桥逆变器上运行，就像例如C.H.Sturm/E.Klein在“Betriebsgeraete und Schaltungen fuer elektrische Lampen(电灯的操作装置和电路)”一书，6.Auflage，1992，Siemens Aktiengesellschaft，第217-218页阐述的那样。这里不利的是相对较高的电路费用，尤其是带有升高控制器(Hochsetzsteller)和其后布置的全电桥逆变器的驱动装置的两级结构以及逆变器和升高控制器的半导体开关所要求的控制电路。除此之外，很小的灯电流频率造成电极温度的持续波动，这些波动可以导致电极表面上放电电弧附着物的突变，由此导致难以屏蔽的电磁干扰以及导致光亮度的快速改变。
WO 2005/011339 A1公布一种作为E-级变流器设计的驱动装置，用于给汽车大灯-高压放电灯施加基本上正弦形的高频交流电。该驱动装置包括有一个用于点燃高压放电灯中气体放电的点火装置，其中点火装置按照一个实施例是作为脉冲点火装置实施的，该点火装置具有一个火花间隙、一个点火变压器和一个点火电容器作为基本元件。为了点燃高压放电灯中的气体放电，将点火电容器充电，以便在达到火花间隙的击穿电压时经过这个火花间隙和经过点火变压器的初级绕组放电，致使在点火变压器的次级绕组中感应出为高压放电灯点火所要求的高电压脉冲。在此不利的是，点火变压器的次级绕组连接到灯的电流回路中，因此在完成启动高压放电灯中的气体放电后，高频的灯电流流过该绕组。由于在高频时，尤其是在大于或等于100kHz时点火变压器的次级绕组具有相对较大的阻抗，尤其是当要求点火电压大于8kV时，因此在灯的运行期间在次级绕组上产生一个较高的电压降，该电压降可以数倍于灯的工作电压。这导致变压器铁芯中的损耗，除此之外必须由驱动装置或电压互感器提供一个相应较高的输出电压。所提供的由次级绕组造成的无功功率导致电压互感器中的损耗。
US 6,194,844公布一种高压放电灯的点火装置，其中灯电流不必流过点火变压器的次级绕组。然而在所建议的解决办法时，一个电容器与高压放电灯串联，该电容器由一个直流电源充电到高压放电灯的点火电压。在图11中示出的是这个直流电压点火的原理图。直流电源1104为了点燃高压放电灯1103将电容器1102充电到高压放电灯的点火电压。这种解决办法的不利之处是，由电压互感器1101提供的灯的交流电流在随后的运行期间必须流过这个电容器1102。因此，这种配置只适用于具有极高频率灯电流的灯运行，要不然就必须将所说电容器的电容设定为很大的尺寸，并且储存在电容器中的能量在击穿高压放电灯的放电间隙时导致电容器的毁坏。
为了确保整个电路的高效率，所说的电容器在灯电流的频率极高时只允许造成微小的损耗，这就使这个部件很昂贵。除此之外，在直接于关掉高压放电灯后立即热重新点火的情况下，热高压放电灯的灯容器的最终电阻导致直流电源的额外负荷，因为由其提供电流的一部分通过灼热的灯容器流失了。因为关掉高压放电灯后依然灼热的、通常石英玻璃制的灯容器，在最不利的情况只有15兆欧姆至20兆欧姆的电阻，致使高压放电灯的电阻在关掉状态同样也只具有在此范围的电阻。在图13中示出的是，带有石英玻璃放电容器和35瓦额定功率的汽车大灯-高压放电灯的电阻R在关掉状态与高压放电灯的不同点燃持续时间ton的、从关掉高压放电灯以来的时间段toff的关系。例如，高压放电灯在点燃持续时间为5分钟时，直接在关掉之后有小于20兆欧姆的电阻。在关掉之后约9秒钟，它的电阻增加到100兆欧姆。电阻值的增加速度除了与灯本身，还与灯或大灯的热容及其对周围的热耦合有关。因此，在US 6,194,844中公布的直流电源不可以作为带有小功率的小型压电变压器的电压互感器来实现。
II.本发明的阐述
本发明的任务是，提供一种按照规定的用于驱动或点燃高压放电灯的装置，以及提供一种用于驱动高压放电灯的方法，在该高压放电灯时不出现上述现有技术的缺点。
按照本发明，该任务通过具有权利要求1特征的一种装置以及通过具有权利要求19特征的一种方法来解决。本发明特别有利的实施方式在从属权利要求中阐述。
用于驱动或点燃高压放电灯的本发明装置，具有一个用于产生高压放电灯的点火电压的与电压相关的开关器具，其中与电压相关的开关器具的开关阈值电压大于或等于高压放电灯的点火电压。因此，可以实现一种点火装置，为了产生高压放电灯的点火电压脉冲，不应用点火变压器或不应用必须由灯电流流过的电容器时该点火装置就够用。与此相应，本发明的装置在用高频交流电驱动灯时，没有现有技术的上述缺点。此外，本发明的装置有可能产生基本上较短的点火电压脉冲，因为没有点火变压器参与，该变压器的寄生元件将导致点火电压脉冲的扩展。因此，本发明的装置可以特别良好地与一个驱动装置组合使用，该驱动装置向高压放电灯供应高频灯电流。
高压放电灯的上述点火电压是点燃高压放电灯中气体放电必须的电压。为了在高压放电灯的所有可能的状态下可以确保气体放电的点燃，例如要求高达30千伏的点火电压。甚至在最有利的情况，即高压放电灯配备一个辅助点火，例如配备一个在放电容器上或在一个包围着放电容器的外侧和内侧的外灯罩上电容式耦合到高压放电灯气体放电电极的辅助点火涂层，所要求的点火电压还可以为8kV。因此，与电压相关的开关器具的开关阈值电压优选的是至少为8kV。
为了可以以简单的方式产生出如此高的点火电压，与电压有关的开关器具包括至少一个火花间隙。开关阈值电压，就是火花间隙的击穿电压，可以通过改变其电极的距离或通过改变所应用填充气体的压力而调节到期望的数值或调节到一个大于或等于高压放电灯的点火电压的数值。此外，可变通的是，代替一个火花间隙也可以应用多个串联连接的火花间隙，或应用一个带有附加点火电极的可外部触发的火花间隙。但是，代替这些火花间隙也可以使用其它与电压有关的开关器具，例如闸流晶体管或与电压相关的电阻或上述部件的组合。
优选的是在本发明的装置中设置一个可充电到开关阈值电压的电荷存储器具，以便为与电压相关的开关器具的击穿提供能量。前面提到的电荷存储器具优选涉及的是一个或多个为高电压设计的电容器。
按照本发明优选的实施例，电荷存储器具优选地借助于一个压电变压器或一个电压倍增电路或它们的组合充电。借助于压电变压器或电压倍增电路或它们的组合，可以以相对简单的方式产生所需要的高电压。压电变压器可以直接由电压互感器供电，该电压互感器也为高压放电灯产生工作电压。电压倍增电路例如经过一个连接在灯电流回路中的变压器或/和经过一个串联谐振回路供电或连接在压电变压器后面，以便再次提高该压电变压器的输出电压。
有利的方式是设置一个电压互感器，以便例如由230伏低压交流网路的网路电压或由汽车的车载网路电压在高压放电灯点火阶段时保证与电压相关的开关器具的供电和确保向高压放电灯提供带有交变极性的电流。借助于电压互感器可以实现各种运行模式，以便满足高压放电灯在其点火阶段和在点火阶段结束后的灯运行阶段的各种要求。优选的是，用电压互感器在高压放电灯的点火阶段期间为与电压相关的开关器具生成第一供电电压，并在完成高压放电灯中的气体放电的点火后生成第二供电电压以产生带有交变极性的电流。
因此，电压互感器优选的是设计为逆变器或交流电压变流器，该逆变器或变流器可用不同的节拍频率或开关频率驱动。为了产生上面提到的第一和第二供电电压，逆变器优选以来自不同频率范围的开关频率工作。因此，可以以简单的方式保证在完成高压放电灯中气体放电的点火之后在与电压相关的器具上还只有较小的电压作为它的开关阈值电压，从而没有其它的点火电压脉冲生成。
有利的方式是设置一个滤波网络，以便在高压放电灯的点火阶段时保护电压互感器抵御一个或多个点火电压脉冲。滤波网络可以在最简单的情况由灯的扼流圈形成，该扼流圈在灯的工作期间在高压放电灯的点火阶段结束之后限制灯电流。此外，滤波网络包括一个低通滤波器，以便使电压互感器进一步屏蔽拥有来自比灯电流明显更高的频谱的电压的点火电压脉冲。在完成高压放电灯中气体放电的点火之后，与电压相关的开关器具负责点火装置组件与电压互感器之间的电气隔离。因此，不要求完全抑制实施电荷存储器具充电的装置，不用担心例如通过持续的直流电流流过对高压放电灯寿命的负面影响。这使特别简单地实现点火装置成为可能。
本发明的装置只包括少量的部件，因此可以装在高压放电灯的灯座中。因此，本发明的装置可以特别有利地在用于汽车大灯的卤素-金属蒸汽-高压放电灯中应用，尤其也在用于汽车大灯的无水银的卤素-金属蒸汽-高压放电灯中应用。
流过高压放电灯的很高的电流或在一个或多个点火电压脉冲相对短的持续时间内的高能量输入，可以导致电极材料的损害，该电极材料部分地沉淀在放电容器的内表面上。这导致电极的损坏和黑化，因此对透光性以及增加放电容器的热负荷有不利影响。除此之外，由此在高压放电灯之内基于改变了的温度分布也影响到放电等离子体的组成。所有的因素都导致高压放电灯寿命的降低。在图12中，示出的是经过许多试验灯平均化的、标准化的35瓦-卤素-金属蒸汽-高压放电灯的寿命L/L0与在达到开关阈值电压的时间点和与电压相关的开关器具转换的时间点存储在电荷存储器具中的能量E的关系。为了测量应用按照在图1中示出的实施例的装置，其中用火花间隙131作为与电压相关的开关器具，用电容器132作为电荷存储器具。按照下面的公式计算能量E：
E＝1/2C132U2 s
其中C132表示的是电荷存储器具或电容器132的电容，Us表示的是与电压相关的开关器具的开关阈值电压或火花间隙131的击穿电压。
在图12中示出的测量系列是通过改变电容器132的电容和因此改变能量E进行的。此时表明，要将电容器132的电容C132这样确定尺寸，使从开关阈值电压得出的能量E小于0.5焦耳，且优选甚至小于0.1焦耳。在最后提到的能量E的数值时，高压放电灯的寿命还是比较数值L0的70％。可以将额定功率高于35瓦的灯在点火过程期间在对寿命有相同要求的情况下用较高的能量E加载。一般电荷存储器具或电容器132的电容C132要满足下面的条件：
C132＜[(2·0.5J)/U2 s]·[P/35W]优选的甚至是
C132＜[(2·0.1J)/U2 s]·[P/35W]
其中P表示的是高压放电灯的额定功率，Us表示的是与电压相关的开关器具或火花间隙131的开关阈值电压，C132表示的是电荷存储器具或电容器132的电容。
为了用35瓦的额定功率运行汽车大灯-卤素-金属蒸汽-高压放电灯，本发明装置的电荷存储器具的电容优选小于5.1nF，特别优选的甚至小于3.2nF。
本发明的装置和本发明的方法既可以用于高压放电灯，在这些高压放电灯中点火经过两个主电极进行，即经过它们的气体放电电极进行，也可以用于设置有一个辅助点火电极的高压放电灯。
III.优选实施例的说明
下面用几个实施例详细阐述本发明。示出的有：
图1用本发明的装置点燃和驱动高压放电灯的电路布置的原理图
图2按照本发明第一个实施例装置的电路草图
图3按照本发明第二个实施例装置的电路草图
图4按照本发明第三个实施例装置的电路草图
图5按照本发明第四个实施例装置的电路草图
图6按照本发明第五个实施例装置的电路草图
图7按照本发明第六个实施例装置的电路草图
图8按照本发明第七个实施例装置的电路草图
图9按照本发明第八个实施例装置的电路草图
图10按照本发明第九个实施例装置的电路草图
图11按照现有技术用于点燃和驱动高压放电灯的装置的原理图
图12高压放电灯的寿命与电荷存储器具在点火时间点存储的能量的关系
图13高压放电灯在关掉状态的电阻与关掉高压放电灯后过去的时间段的关系
用图1要表示出按照本发明点燃和驱动高压放电灯的基本原理。驱动高压放电灯10的装置包括一个电压互感器11、一个滤波网络12以及一个点火装置13，该电压互感器由例如汽车的车载网路电压或230伏或120伏的网路交流电压产生一个高频交流电压。滤波网络12在最简单的情况只由灯扼流圈121组成，该扼流圈在高压放电灯10结束点火阶段后在灯的工作期间让灯电流通过并限制这个灯电流。因此，滤波网络12可以用于稳定高压放电灯10中的气体放电。此外，滤波网络12可以有选择地具有低通滤波器122，123，该低通滤波器在图1中用虚线表明。电压互感器11涉及的例如是按照WO 2005/011339A1的E-级变流器或任意其它DC-AC-变流器或AC-AC-变流器。点火装置13由一个火花间隙131和一个电容器132组成，该火花间隙的击穿电压大于或等于高压放电灯10的灼热新点火电压，即大于或等于最高可能的点火电压，该电容器可充电到火花间隙131的击穿电压。
为了点燃高压放电灯10中的气体放电，在第一工作模式下运行电压互感器11，以便为点火装置13产生第一供电电压和将电容器132充电到火花间隙131的击穿电压。为了清楚起见，电压互感器11与电容器132以及必要时与附加元件之间的连接没有在图1中示出。如果电容器132上的电压达到火花间隙131的击穿电压，则对高压放电灯10加载高电压脉冲，这些高电压脉冲导致高压放电灯中的气体放电被点燃。滤波网络12在高压放电灯10的点火阶段保护电压互感器11抵御这些拥有宽度或持续时间约为10至950纳秒的高电压脉冲。随后，电压互感器11在第二工作模式中运行，以便为高压放电灯10产生第二供电电压，并向高压放电灯提供频率在100kHz以上的交流电。灯电流的频率，对此理解为在灯电流的时间分布的傅立叶分析或傅立叶分解时的基频或基波振荡，明显小于上面介绍的在高压放电灯10点火阶段时的高电压脉冲的频谱，尽管有滤波器12这还是允许通过电压互感器11驱动高压放电灯10，同时有可能保护电压互感器11抵御点火装置13的高电压脉冲。在电压互感器11的第二工作模式期间，电容器132还仅充电到比火花间隙131的击穿电压低的电压，致使火花间隙131在灯工作期间，在点火阶段结束之后造成点火装置13与电压互感器11以及高压放电灯10之间的电位分离。
完成点火之后，电压互感器11用1.3MHz的灯电流供给高压放电灯10。扼流圈121设计为带有11μH或38μH电感的耐高压扼流圈。灯10涉及的是一种额定功率为35瓦或标准工作电压为45伏或85伏的无水银或有水银的卤素-金属蒸汽-高压放电灯，该灯是为了在汽车大灯中应用而设置的。火花间隙131拥有25kV的开关阈值电压或击穿电压。电容器132是为多达30kV的电压设计的并拥有100pF的电容。在此，所给出的扼流圈121的电感值要选择为除了保护电压互感器11外也实现气体放电电流的稳定。如果高压放电灯在完成点火之后用频率为700kHz而不是上面提到的1.3MHz的灯电流工作，则这样确定扼流圈121的尺寸，使在无水银的卤素-金属蒸汽-高压放电灯的情况下该扼流圈的电感为20μH，在有水银的卤素-金属蒸汽-高压放电灯的情况下其电感为70μH。
在图2中概略地示出本发明装置的第一个实施例。电压互感器设计为单晶体管互感器，该单晶体管互感器包括带有集成主体二级管(Body-Diode)和寄生电容的场效应晶体管21以及带有初级绕组221和两个次级绕组段222，223的变压器22，和一个并联于场效应晶体管21并与初级绕组221串联的电容器23。场效应晶体管21的栅极与一个控制装置211连接。一个直流电源，例如汽车的车载网络电压用作电源。第一次级绕组段222用作点火装置的电源，该次级绕组段由整流器二极管251、电阻252、限流元件253、电容器254和火花间隙255形成。在图2中画影线表示的限流元件253是可选的。作为限流元件253，例如可以应用电阻、扼流圈或前面提到部件的串联电路。此外，元件253提高该电路或装置的电磁兼容性。它用于保护高压放电灯20的气体放电电极和火花间隙255抵御电容器254过高的放电电流，并基于降低的脉冲负荷延长电容器的寿命。此外，尤其在电压互感器的开关频率较低开关频率时，该元件可以用于延长一个或多个高电压脉冲时间上的扩展，致使高压放电灯的低欧姆状态一直保持到由电压互感器提供的电流负责为止。
如上面已经阐述过的那样，火花间隙255的击穿电压调整到高压放电灯20的点火电压。变压器22的第二次级绕组段223向灯回路供电，该灯回路在此由滤波网络26以及高压放电灯20形成，滤波网络由灯座261和透穿二级管(Transildiode)262组成。
为了点燃高压放电灯中的气体放电，用控制装置去控制晶体管21的开关频率，使它接近于由电容器23和初级绕组221形成的串联谐振回路的谐振频率。此时可以进行开关频率的频率调制，以便与用于串联谐振回路的部件的公差无关地确保激励谐振。因此，在第一次级绕组段222中感应出一个足够高的电压，以便将电容器254经过整流器二极管251和电阻252以及限流部件253充电到火花间隙255的击穿电压。在达到火花间隙255的击穿电压后，电容器254经过限流部件253和火花间隙255放电，使高压放电灯20被一个或多个高电压脉冲加载，这些高电压脉冲导致高压放电灯20中气体放电的点燃。接着用控制装置211控制晶体管21的开关频率，使它处于谐振回路23，221的谐振之外并在第二次级绕组段223上感应出一个足够高的交流电压，以便高压放电灯20可以在无水银的卤素-金属蒸汽-高压放电灯的情况下用约45伏的工作电压运行而在有水银的卤素-金属蒸汽-高压放电灯的情况下用约85伏的工作电压运行。电容器254因此没有再充电到火花间隙255的击穿电压，以至于也没有产生其它的高电压脉冲。晶体管21的开关频率在100kHz以上，优选的是在0.3-3.5MHz范围，致使流过灯扼流圈261和流经灯20的放电间隙的灯电流同样拥有这个频率。灯扼流圈261用于限制灯电流。透穿二级管(Transildiode)262保护变压器22和晶体管21在灯20的点火阶段抵御火花间隙255的高电压脉冲。
在图3中示出的是本发明的第二个实施例，该实施例与在图2中描绘的实施例的区别仅在于一个附加的电容器263和限流部件256，该电容器与灯扼流圈261串联并用于部分补偿灯扼流圈261的电感，该限流元件设计为电阻。在所有其它细节和它们的功能方面，第一个和第二个实施例彼此一致。因此，在图2和3中为相同的部件应用相同的附图标记。
在图4中示出的是本发明的第三个实施例。电压互感器是作为单晶体管互感器设计的，该单晶体管互感器包括一个带有集成主体二级管(Body-Diode)和寄生电容的场效应晶体管41以及一个带有初级绕组421和次级绕组422的变压器42，以及一个并联于场效应晶体管41并与初级绕组421串联的电容器43。场效应晶体管41的栅极与一个控制装置411连接。一个直流电源44，例如汽车的车载网络电压用作电源。一个滤波网络46连接到次级绕组422，该滤波网络由低通滤波器461，462，464和并联于次级绕组的透穿二级管(Transildiode)463组成，其中电感461，464也作为灯扼流圈对稳定灯电流产生影响。高压放电灯40连接到滤波网络46。在低通电容器462与电感461，464之间的中间抽头上连接一个带有集成整流器的电压倍增电路47的电压输入端，该电压倍增电路用于为高压放电灯40的点火装置的部件453，454，455供电。
为了点燃高压放电灯中的气体放电，用控制装置411控制晶体管41的开关频率，使它接近于由电容器462和扼流圈461形成的串联谐振回路的谐振频率。在这种情况下，为电压倍增电路47提供一个相应高的输入电压，以便将电容器454充电到火花间隙455的击穿电压。在达到火花间隙455的击穿电压后，电容器454经过扼流圈453和火花间隙455放电，使高压放电灯40被一个或多个高电压脉冲加载，这些高电压脉冲导致高压放电灯40中气体放电的点燃。扼流圈453用于保护灯电极和火花间隙455抵御电容器454的超高的放电电流。接着用控制装置411控制晶体管41的开关频率，使在次级绕组422中感应出一个足够高的交流电压，以便高压放电灯40可以在无水银的卤素-金属蒸汽-高压放电灯的情况下用约40伏的工作电压运行而在有水银的卤素-金属蒸汽-高压放电灯的情况下用约85伏的工作电压运行。电容器454因此没有再充电到火花间隙455的击穿电压，因为谐振回路461，462没有再被激励到它的谐振频率附近，或谐振回路的阻尼通过点燃的高压放电灯40是如此之大，致使也没有产生其它的高电压脉冲。晶体管41的开关频率在100kHz以上，优选的是在0.3-3.5MHz范围，致使流过灯扼流圈461，464和流经灯40的放电间隙的灯电流同样拥有这个频率。灯扼流圈461，464用于限制灯电流。透穿二级管(Transildiode)463保护变压器42和晶体管41在灯40的点火阶段期间抵御火花间隙455的高电压脉冲。
在图5中示出的是本发明的第四个实施例。电压互感器设计为单晶体管互感器，该单晶体管互感器包括一个带有集成主体二级管(Body-Diode)和寄生电容的场效应晶体管51以及一个带有初级绕组521和次级绕组522的变压器52，以及一个并联于场效应晶体管51并与初级绕组521串联的电容器53。场效应晶体管51的栅极与一个控制装置511连接。一个直流电源54，例如汽车的车载网络电压用作电源。一个滤波网络56连接到次级绕组522，该滤波网络由自耦变压器561，563，电容器562，并联于次级绕组522的透穿二级管(Transildiode)565和扼流圈564组成。自耦变压器的初级绕组段561和扼流圈564与电容器562形成一个低通滤波器。高压放电灯50连接到滤波网络56上。自耦变压器的次级绕组段563用于向点火装置供电，该点火装置由整流器二极管551、电阻552、扼流圈557、电容器554和火花间隙555形成。电阻556和扼流圈557是可选的。它们用于保护高压放电灯50的气体放电电极和火花间隙555抵御电容器554的过高放电电流。如上面已经阐述的那样，火花间隙555的击穿电压在所有实施例中都调整到高压放电灯的点火电压。
为了点燃高压放电灯中的气体放电，用控制装置511控制晶体管51的开关频率，使它接近于由电容器562和初级绕组561形成的串联谐振回路的谐振频率。在这种情况下，在自耦变压器的次级绕组段563中感应出一个足够高的电压，以便将电容器554充电到火花间隙555的击穿电压。在达到火花间隙555的击穿电压后，电容器554经过电阻556和扼流圈557以及火花间隙555放电，使高压放电灯50被一个或多个高电压脉冲加载，这些高电压脉冲导致高压放电灯50中气体放电的点燃。接着用控制装置511控制晶体管51的开关频率，使它处于谐振回路561，562的谐振之外并在次级绕组562中感应出一个足够高的交流电压，以便高压放电灯50可以在无水银的卤素-金属蒸汽-高压放电灯的情况下用约45伏的工作电压运行而在有水银的卤素-金属蒸汽-高压放电灯的情况下用约85伏的工作电压运行。电容器554因此没有再充电到火花间隙555的击穿电压，以至于也没有产生其它的高电压脉冲。晶体管51的开关频率在100kHz以上，优选的是在0.3-3.5MHz范围，致使流过灯扼流圈564和流经灯50的放电间隙的灯电流同样拥有这个频率。初级绕组561和扼流圈564用于限制灯电流。透穿二级管(Transildiode)565保护变压器52和晶体管51在灯50点火阶段期间抵御火花间隙555的高电压脉冲。
在图6中示出的是本发明的第五个实施例。电压互感器设计为单晶体管互感器，该单晶体管互感器包括一个带有集成主体二级管(Body-Diode)和寄生电容的场效应晶体管61以及一个带有初级绕组621和次级绕组622的变压器62以及一个并联于场效应晶体管61并与初级绕组621串联的电容器63。场效应晶体管61的栅极与一个控制装置611连接。一个直流电源64，例如汽车的车载网络电压用作电源。一个滤波网络66连接到次级绕组622，该滤波网络由自耦变压器661，663，电容器662，并联于次级绕组622的透穿二级管(Transildiode)665和扼流圈664组成。自耦变压器的初级绕组段661与电容器662形成一个低通滤波器。高压放电灯60连接到滤波网络66上。自耦变压器的次级绕组段663用于向集成有整流器的电压倍增电路67供电，该电压倍增电路67的输出电压又用于将电容器654充电到火花间隙655的击穿电压。集成有整流器的电压倍增电路67例如基本上可以用单极的或多级的级联电路实施，级联电路也称作为考克饶夫-瓦耳顿(Cockroft-Walton)-电路。扼流圈653在点火阶段期间用于保护高压放电灯60和火花间隙655抵御电容器654的过高放电电流。扼流圈653也可以替换地在该电路中使用，使它在灯60点燃之后不被高频灯电流流过和在点火阶段期间不被电容器654的充电电流，而只有电容器654的放电电流通过。此外，在示出的布置中，扼流圈653可以在点燃期间和随后灯运行期间用于稳定放电和提高电磁兼容性。
为了点燃高压放电灯中的气体放电，用控制装置611控制晶体管61的开关频率，使它接近于由电容器662和初级绕组661形成的串联谐振回路的谐振频率。在这种情况下，为电压倍增电路67提供一个相应高的输入电压，以便将电容器654充电到火花间隙655的击穿电压。在达到火花间隙655的击穿电压后，电容器654经过火花间隙655和扼流圈653放电，使高压放电灯60被一个或多个高电压脉冲加载，这些高电压脉冲导致高压放电灯60中气体放电的点燃。接着用控制装置611控制晶体管61的开关频率，使它处于谐振回路661，662的谐振之外并在次级绕组622中感应出一个足够高的交流电压，以便高压放电灯60可以在无水银的卤素-金属蒸汽-高压放电灯的情况下用约45伏的工作电压运行而在有水银的卤素-金属蒸汽-高压放电灯的情况下用约85伏的工作电压运行。电容器654因此没有再充电到火花间隙655的击穿电压，从而也没有产生其它的高电压脉冲。晶体管41的开关频率在100kHz以上，优选的是在0.3-3.5MHz范围，致使流过感应部件661，664和653和流经灯60的放电间隙的灯电流同样拥有这个频率。初级绕组661和扼流圈664和653用于限制灯电流。透穿二级管(Transildiode)665保护变压器62和晶体管61在灯60点火阶段期间抵御火花间隙655的高电压脉冲。
在图7中示出的是按照本发明用于点燃和驱动高压放电灯70的装置的第六个实施例。该装置包括一个电压互感器71，该电压互感器从汽车的车载网络电压产生一个高频交流电压，该装置还包括一个具有初级绕组721和次级绕组722的变压器72、电容器73、灯扼流圈74和用于高压放电灯70的点火装置，该点火装置由火花间隙75和一个对称的电压倍增电路组成。电压倍增电路由电容器761，762和二极管771，772形成。初级绕组721和扼流圈74以及电容器73形成一个低通滤波器，该低通滤波器保护电压互感器71在点火阶段期间抵御高电压脉冲。
在高压放电灯70的点火阶段期间，电压倍增电路761，762，771，772由次级绕组722上的电压供以足够高的电压，以便电容器761和762在电压倍增电路的输出端充电到火花间隙75的击穿电压，致使高压放电灯70为了点燃气体放电而被一个或多个高电压脉冲加载。
点火阶段结束之后，次级绕组722上的电压降不再够用于将电容器761和762充电到火花间隙75的击穿电压。此时，如果由初级绕组721和电容器73组成的谐振回路的阻尼由于点燃的高压放电灯70而不够用，则可以在点火阶段结束之后改变电压互感器71的开关频率。
在图8中示出的是按照本发明用于点燃和驱动高压放电灯80的装置的第七个实施例。该装置包括一个电压互感器81，该电压互感器从汽车的车载网络电压产生一个高频交流电压，该装置还包括一个具有初级绕组82和次级绕组83的变压器、可选的、并联于电压互感器81的电压输出端的电容器89、灯扼流圈84和用于高压放电灯80的点火装置，该点火装置由火花间隙85和一个对称的电压倍增电路组成。该电压倍增电路由电容器861，862和二极管871，872以及一个可选的电阻88形成。可选的电阻88用作加载电阻并阻止在电容器861和861接近放电时由于过高的电流而损坏二极管871和872。例如，一旦在初级绕组82与次级绕组83之间实施带有足够小耦合的变压器82和83，就可以放弃电阻44。通过电压互感器81相对高的内部阻抗，其输出电压在高压放电灯80的点火阶段结束之后下降如此之大，以至不再达到火花间隙85的击穿电压。
在图9中示出的是按照本发明用于点燃和驱动高压放电灯90的装置的第八个实施例。该装置包括一个电压互感器91，该电压互感器从汽车的车载网络电压产生一个高频交流电压，该装置还包括一个具有初级绕组92和次级绕组93的变压器、可选的、并联于电压互感器91的电压输出端的电容器99、灯扼流圈94和用于高压放电灯90的点火装置，该点火装置由火花间隙95和一个非对称的电压倍增电路组成。该电压倍增电路或两级的级联电路由电容器961，962，963，964和二极管971，972，973，974形成。高压放电灯90的一个电极与测量参考电位98连接，它的另一个电极与火花间隙95的一个接头连接。
在高压放电灯90的点火阶段期间，电压倍增电路961，962，963，964，971，972，973，974由次级绕组93上的电压供以足够高的电压，以便电容器962和964在电压倍增电路的输出端充电到火花间隙95的击穿电压，致使高压放电灯90为了点燃气体放电被一个或多个高电压脉冲加载。
点火阶段结束之后，电压互感器91用另一个开关频率工作，从而由于它的内部阻抗，其相当于次级绕组93上的电压的输出电压不再足够用于将电容器962和964充电到火花间隙95的击穿电压。
在图10中示出的是本发明的第九个实施例。电压互感器设计为单晶体管互感器，该单晶体管互感器包括一个带有集成主体二级管(Body-Diode)和寄生电容的场效应晶体管31以及一个带有初级绕组321和次级绕组322的变压器32，以及一个并联于场效应晶体管31并与初级绕组321串联的电容器33。场效应晶体管31的栅极与一个控制装置311连接。一个直流电源34，例如汽车的车载网络电压用作电源。一个滤波网络36连接到次级绕组322上，该滤波网络由一个并联于次级绕组的透穿二级管(Transidiode)362和灯扼流圈361组成。高压放电灯30连接到滤波网络36上。高压放电灯30的点火装置包括一个压电变压器37，其电压输入端连接到电容器33上，该点火装置还包括连接到压电变压器37的电压输出端的二极管391，392，这些二极管与压电变压器37的内部电容在次级侧形成一个电压倍增电路，点火装置还包括电阻393，394以及电容器38和火花间隙35。
为了点燃高压放电灯30中的气体放电，用控制装置611控制晶体管61的开关频率，以激励起压电变压器37的谐振。在压电变压器37的次级侧，用电压倍增电路391，392将压电变压器37的输出电压加倍，致使电容器38经过电阻393和394充电到火花间隙35的击穿电压。因此，电容器38经过电阻393和火花间隙35放电，此时高压放电灯30被一个或多个高电压脉冲加载，这些高电压脉冲导致高压放电灯30中的气体放电点燃。
在完成高压放电灯30中的气体放电后，用控制装置311控制晶体管31的开关频率，使它处于压电变压器37的谐振之外并在次级绕组322上感应出一个足够高的交流电压，以便高压放电灯30可以在无水银的卤素-金属蒸汽-高压放电灯的情况下用约45伏的工作电压运行而在有水银的卤素-金属蒸汽-高压放电灯的情况下用约85伏的工作电压运行。电容器38没有再充电到火花间隙35的击穿电压，因为点火阶段结束之后没有激励起压电变压器37的谐振，致使也没有产生另外的高电压脉冲。晶体管31的开关频率在100kHz以上，优选的是在0.3-3.5MHz范围，致使流过灯扼流圈361和流经灯30的放电间隙的灯电流同样拥有这个频率。灯扼流圈361用于限制灯电流。透穿二级管(Transildiode)362保护变压器32和晶体管31在灯30点火阶段期间抵御火花间隙35的高电压脉冲。点火阶段结束之后，火花间隙35负责压电变压器37的次级绕组侧与电压互感器31，32之间的电位分离。
与在现有技术中介绍的电路布置相反，压电变压器在电容器38充电期间不是通过一个可能还灼热的高压放电灯的寄生电阻加负载，如图13中所示那样。因此，可以应用比按照现有技术小得多的和成本低廉得多的压电变压器。

Claims (25)

1.一种用于驱动和点燃高压放电灯(10)的装置，其中该装置为了产生高压放电灯(10)的点火电压而具有一个与电压相关的开关器具(131)，
其特征在于，所述与电压相关的开关器具(131)的开关阈值电压大于或等于高压放电灯(10)的点火电压。
2.如权利要求1的装置，其特征在于，所述与电压相关的开关器具(131)的开关阈值电压大于或等于8千伏。
3.如权利要求1的装置，其特征在于，所述与电压相关的开关器具包括至少一个火花间隙(131)。
4.如权利要求1的装置，其特征在于，设置一个可充电到所述开关阈值电压的电荷存储器具(132)。
5.如权利要求4的装置，其特征在于，所述电荷存储器具(132)拥有小于或等于5.1nF的电容。
6.如权利要求4的装置，其特征在于，所述电荷存储器具(132)的电容满足下面的条件：
C132＜[(2.0.5J)/U2 S]·[P/35W]
其中P表示的是高压放电灯(10)的额定功率，US表示的是与电压相关的开关器具(131)的开关阈值电压，C132表示电荷存储器具(132)的电容。
7.如权利要求4的装置，其特征在于，所述电荷存储器具包括至少一个电容器(132)。
8.如权利要求4的装置，其特征在于，为了对电荷存储器具(38，454)充电设置一个压电变压器(37)或/和一个电压倍增电路(47)。
9.如权利要求4的装置，其特征在于，设置至少一个限流元件(253)用于限制所述电荷存储器具(254)的放电电流。
10.如权利要求9的装置，其特征在于，所述至少一个限流元件(253)串联于高压放电灯(20)的放电间隙和串联于与电压相关的开关器具(131)。
11.如权利要求9的装置，其特征在于，所述限流元件(253)包括一个电阻或一个电感或这些部件的组合。
12.如权利要求1至11之中一个或几个的装置，其特征在于，设置一个电压互感器(11)，该电压互感器用于在高压放电灯(10)的点火阶段期间向与电压相关的开关器具(131)供电和为高压放电灯(10)供应具有交变极性的电流。
13.如权利要求12的装置，其特征在于，具有交变极性的电流具有大于或等于100kHz的基频。
14.如权利要求12的装置，其特征在于，为了保护电压互感器(11)抵御由与电压相关的开关器具(131)产生的电压脉冲而设置一个滤波网络(12)。
15.如权利要求14的装置，其特征在于，将所述滤波网络(12)设计为使它有助于稳定高压放电灯(10)中的气体放电。
16.如权利要求14或15的装置，其特征在于，所述滤波网络(12)包括至少一个扼流圈(121)。
17.一种带有按照权利要求1至16之中一个或几个的装置的高压放电灯(10)的灯座。
18.一种带有至少一个高压放电灯和至少一个按照权利要求1至16之中一个或几个的装置的照明系统。
19.一种用于驱动和点燃高压放电灯(10)的方法，其中借助于一个与电压相关的开关器具(131)产生用于点燃高压放电灯(10)中的气体放电的电压脉冲，其特征在于，所述与电压相关的开关器具(131)的开关阈值电压大于或等于用于点燃高压放电灯(10)中的气体放电所要求的点火电压。
20.如权利要求19的方法，其特征在于，为了点燃高压放电灯(10)中的气体放电，将一个电荷存储器具(132)充电到与所述电压相关的开关器具(131)的开关阈值电压。
21.如权利要求20的方法，其特征在于，所述将电荷存储器具(132，454)充电到开关阈值电压借助于一个压电变压器(37)或/和一个电压倍增电路(47)进行。
22.如权利要求19至21之中一个或几个的方法，其特征在于，借助于一个电压互感器(11)在高压放电灯(10)的点火阶段期间为所述与电压相关的开关器具(131)提供第一供电电压，并在高压放电灯(10)中的气体放电完成之后为高压放电灯(10)提供第二供电电压，用于产生带有交变极性的灯电流。
23.如权利要求22的方法，其特征在于，所述电压互感器设计为逆变器或交流电压变流器，该逆变器或交流电压变流器为了产生第一和第二供电电压而用来自不同频率范围的开关频率工作。
24.如权利要求22或23的方法，其特征在于，借助于一个滤波网络(12)保护所述电压互感器(11)抵御来自与电压相关的开关器具(131)的电压脉冲。
25.如权利要求20至23之中一个或几个的方法，其特征在于，将所述电荷存储器具(132)在完成高压放电灯(10)中的气体放电点燃之后充电到一个电压，该电压小于与电压相关的开关器具(131)的开关阈值电压。
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