CN101341571A - 具有改进的点燃性能的高压放电灯 - Google Patents

具有改进的点燃性能的高压放电灯 Download PDF

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Abstract

在一种高压放电灯中，点燃装置集成在灯中，在灯中生成高压脉冲，其中点燃装置至少由螺旋脉冲发生器和充电电阻构成，其中充电电阻由低温共烧陶瓷材料制成。

Description

具有改进的点燃性能的高压放电灯
技术领域
本发明基于根据权利要求1的前序部分所述的高压放电灯。这种灯尤其是用于通用照明或者用于光学照相目的的高压放电灯。
背景技术
高压放电灯的点燃的问题目前通过以下方式来解决：点燃装置被集成到镇流器中。这带来的缺点是，馈电线必须耐高压地设计。
过去，一再尝试将点燃单元集成进灯中。在此尝试将点燃单元集成到灯头中。一种特别有效的和有希望实现高的脉冲的点燃借助所谓的螺旋脉冲发生器来实现，参见US-A 3 289 015。很久之前，这种装置在不同的高压放电灯如金属卤化物灯或者高压钠灯中被建议，参见例如US-A 4325004、US-A 4 353 012。然而。它们并不能实施，因为一方面它们太贵，另一方面，将其装入灯头中的优点并不充分，因为保留了引起灯泡中的高压的问题。因此，灯损坏的概率，无论是绝缘问题或者灯头的破裂，都强烈增大。目前常用的点燃装置通常不能被加热超过100℃。所生成的电压随后必须被输送给灯，这要求具有相应高压耐受性(典型为大约5kV)的线路和灯保持器。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种高压放电灯，其点燃特性相对于迄今的灯明显得到改进，并且不担心由于高压引起的损坏。这尤其适于金属卤化物灯，其中放电容器的材料可以是石英玻璃或者陶瓷。
该任务通过权利要求1的特征部分来解决。
特别有利的扩展方案在从属权利要求中得到。
此外，本发明的任务是提供一种紧凑的高压脉冲发生器。该任务通过权利要求14的特征部分来解决。
根据本发明，现在借助特定的耐高温的螺旋脉冲发生器生成点燃灯所需的至少1.5kV的高压脉冲，该螺旋脉冲发生器被集成在外灯泡中的放电容器的紧邻的附近。由此，不仅可以冷点燃而且也可以热再点燃。
现在使用的螺旋脉冲发生器尤其是所谓LTCC(低温共烧陶瓷)部件。这种材料是一种特殊的陶瓷，该陶瓷可以被制为耐高达600℃的温度。虽然LTCC已经与灯结合地被使用(参见US 2003/0001519和US-B 6 853151)，然而，针对完全不同的目的，LTCC被使用在实际极少遭受温度负荷的、具有100℃以下的典型温度的灯中。LTCC的与高压放电灯(如特别是具有点燃问题的金属卤化物灯)的点燃相关联的高温度稳定性的特殊值，在现有技术中不能被得到。
螺旋脉冲发生器是一种部件，其将电容器的特性与波导的特性相结合用于生成具有至少1.5kV的电压的点燃脉冲。为了制造，具有金属导电胶的两个陶瓷“生膜”被压印，接着错位地绕成螺旋形，并且最后均衡地挤压为成型体。接着在800℃至900℃之间的温度范围的空气中进行金属胶和陶瓷膜的共烧。这样的处理允许螺旋脉冲发生器的高达700℃的温度负荷的使用范围。由此，螺旋脉冲发生器可以在外灯泡中安置在放电容器的直接附近，也可以安置在灯头中或者安置在灯的紧邻的附近。
在此优选的是容纳在外灯泡中。因为由此省去了耐高压的电压馈电线的必要性。
此外，螺旋脉冲发生器可被设计为使得高压脉冲甚至能够实现灯的热再点燃。陶瓷构成的电介质的特色在于极其高的介电常数ε(ε＞10)，其中根据材料和结构，可以实现ε典型为70直到ε＝100。这提供了螺旋脉冲发生器的很大的电容，并且能够实现所生成的脉冲的比较大的时间宽度。由此，螺旋脉冲发生器的很紧凑的结构是可能的，使得实现装入市场上常见的高压放电灯的外灯泡中。
此外，可以基于该高压脉冲发生器提供点燃单元，该点燃单元此外还包括至少一个充电电阻和开关。该开关可以是火花隙或者也可以是以SiC技术制造的二端交流开关(Diac)。在此，点燃单元极为紧凑，因为充电电阻被集成在高压脉冲发生器中。
由此，螺旋脉冲发生器的非常紧凑的结构是可能的，使得实现装入市场上常见的高压放电灯的外灯泡中。因为充电电阻不是独立部件，该部件仅仅与螺旋脉冲发生器相连，所以实现了特别的紧凑化。因为充电电阻仍然必须满足如螺旋脉冲发生器同样的条件，这涉及温度耐受性，所以建议的是类似于螺旋脉冲发生器由LTCC材料制造充电电阻。
优选地，充电电阻在此可以在内边缘集成到螺旋脉冲发生器中，使得二者一起实施为LTCC陶瓷部件。该部件耐受达到大约600℃的温度。由此，避免了接触部位，否则该接触部位同样必须耐热。因此，除了高压开关之外通常需要火花隙或者二端交流开关，而不需要其他部件。
任何常用的玻璃，即尤其是硬质玻璃、Vycor(维克玻璃)或者石英玻璃都可以用作外灯泡的材料。填料的选择也未受特别的限制。
附图说明
以下将借助多个实施例更为详细地阐述本发明，其中：
图1示出了螺旋脉冲发生器的原理结构，
图2示出了LTCC螺旋脉冲发生器的特性曲线，
图3示出了在外灯泡中具有螺旋脉冲发生器的高压钠灯的原理结构，
图4示出了在外灯泡中具有螺旋脉冲发生器的金属卤化物灯的原理结构，
图5示出了在外灯泡中具有螺旋脉冲发生器的金属卤化物灯，
图6示出了在灯头中具有螺旋脉冲发生器的金属卤化物灯。
具体实施方式
图1以俯视图示出了螺旋脉冲发生器1的结构。该螺旋脉冲发生器由陶瓷圆柱体2构成，两个不同的金属导体3和4作为膜带螺旋形地绕到该圆柱体中。圆柱体2内部是空心的并且拥有给定的内直径ID。这两个导体3和4的两个内接触部6和7通过火花隙5彼此相连。
两个导体中只有较外面的导体在圆柱体的外边缘上拥有另一接触部8。另一导体开放地结束。这两个导体由此一起构成了在介电的媒质(陶瓷)中的波导。由其他材料构成的导线段连接到导体的内部接触部7上，该导线段用作充电电阻18。
螺旋脉冲发生器由两个以金属胶涂覆的陶瓷膜绕制或者由两个金属膜和两个陶瓷膜构建。在此，一个重要的特征量是匝数n，该匝数应优选在5至100的量级。该线圈布置随后被层压并且接着被烧结，由此形成LTCC部件。这样形成的具有电容器特性的螺旋脉冲发生器随后与火花隙连接。
火花隙本身可以位于内部端子或者外部端子旁，或者也可以位于发生器的线圈的内部。作为初始化脉冲的高压开关，优选可以使用基于SiC并且非常热稳定的火花隙。例如，可以使用Cree公司的开关元件MESFET。该开关元件适于大于350℃的温度。
在一个具体的实施例中，使用具有ε＝60至70的陶瓷材料。在此，优选将陶瓷膜、特别是分别由Heraeus提供的陶瓷带如Heratape CT 707或者优选是CT 765，或者二者的混合物用作电介质。生膜的厚度典型为50μm至150μm。尤其是同样由Heraeus提供的Ag导电胶如“可共烧的银(Cofirable Silver)”用作导体。具体的例子是Heraeus的CT 700。DuPont的金属胶6142也提供了良好的结果。这些部分可以被良好地层压并且接着被烘烤(“burnout”)并且被共烧(“co-firing”)。
螺旋脉冲发生器的内直径ID是10mm。各个条的宽度同样为10mm。膜厚度为50μm以及两个导体的厚度也分别为50μm。充电电压为300V。在该前提条件下，螺旋脉冲发生器在匝数为n＝20至70时达到其特性最优。
在图2中示出了以μs为单位的高压脉冲的关联半值宽度(曲线a)、以，为单位的部件的总电容(曲线b)、以mm为单位的所得到的外直径(曲线c)，以及示出了效率(曲线d)，以kV为单位的最大脉冲电压(曲线e)和以Ω为单位的导体电阻(曲线f)。
图3示出了具有陶瓷放电容器11和外灯泡12的高压钠灯10的原理结构，其中外灯泡12具有集成在其中的螺旋脉冲发生器13，其中点燃电极14在外部安装在陶瓷放电容器11附近。带有集成的充电电阻的螺旋脉冲发生器13与火花隙15一起安置在外灯泡中。
图4示出了具有集成的螺旋脉冲发生器21的金属卤化物灯20的原理结构，其中未将点燃电极在外部安装在放电容器22附近，其中该放电容器可以由石英玻璃或者陶瓷制成。具有集成的充电电阻的螺旋脉冲发生器21与火花隙23一起安置在外灯泡25中。
图5示出了具有放电容器22的金属卤化物灯20，该放电容器由两个馈电线26、27保持在外灯泡中。第一馈电线26是有小段被弯曲的线。第二馈电线27基本上是杆，该杆通向远离灯头的穿通部28。在来自灯头30的馈电线29与杆27之间设置有点燃单元31，如在图4中所示的那样，该点燃单元包含螺旋脉冲发生器、火花隙和充电电阻。
图6示出了类似图5具有放电容器22的金属卤化物灯20，该放电容器由两个馈电线26、27保持在外灯泡25中。第一馈电线26是有小段被弯曲的线。第二馈电线27基本上是杆，该杆通向远离灯头的穿通部28。在此，在灯头30中设置有点燃单元，更为确切地说不仅设置有带集成的充电电阻的螺旋脉冲发生器21，而且设置有火花隙23。
该技术也可以用于无电极的灯，其中螺旋脉冲发生器可以用作点燃辅助。
该紧凑的高压脉冲发生器的另外的应用在于其他设备的点燃。应用尤其在所谓的魔术球(magischen Kugeln)中，其中有利地产生伦琴脉冲以及产生电子束脉冲。作为对常用的点燃脉冲的替代，使用在车辆中也是可能的。
在此，使用高达500的匝数n，使得输出电压达到100kV的量级。因为，输出电压UA作为充电电压UL的函数通过UA＝2×n×UL×η给定，其中系数η通过η＝(AD-ID)/AD给定。
本发明展现了与用于车辆前灯的高压放电灯的结合中的特别的优点，其中这些高压放电灯填充以优选至少3巴的高压力的氙气和金属卤化物。这些灯特别难于点燃，因为由于高的氙气压力，点燃电压高于10kV。目前尝试将点燃单元的部件安置在灯头中。具有集成的充电电阻的螺旋脉冲发生器可以安置在车灯的灯头中或者安置在灯的外灯泡中。
本发明展现了在结合不含汞的高压放电灯中的非常特别的优点。这种灯由于环境保护的原因而是特别值得追求的。它们包含合适的金属卤化物填充物和尤其是含有处于高压的稀有气体，如氙气。由于没有汞所以点燃电压特别高。点燃电压典型为超过20kV。目前尝试将点燃单元的部件安置在灯头中。具有集成的充电电阻的螺旋脉冲发生器可以安置在无汞灯的灯头中或者安置在灯的外灯泡中。

Claims (16)

1.一种具有放电容器的高压放电灯，该放电容器尤其是安置在外灯泡中并且通过支架保持在那里，其中点燃装置集成在灯中，所述点燃装置在灯中生成高压脉冲，其特征在于，该点燃装置至少由螺旋脉冲发生器和充电电阻构成，其中充电电阻由低温共烧陶瓷材料制成。
2.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，充电电阻安置在外灯泡中。
3.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，点燃装置是支架的一部分。
4.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，螺旋脉冲发生器由耐热的材料、尤其是由低温共烧陶瓷来制造。
5.根据权利要求4所述的高压放电灯，其特征在于，螺旋脉冲发生器和充电电阻一起构建为集成的低温共烧陶瓷部件。
6.根据权利要求6所述的高压放电灯，其特征在于，在低温共烧陶瓷部件上的充电电阻集成在最内部的陶瓷绝缘层中。
7.根据权利要求7所述的高压放电灯，其特征在于，充电电阻与在螺旋脉冲发生器的外端上保持开放的导体电连接。
8.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，螺旋脉冲发生器由多层构建，其中层数目n为至少n＝5。
9.根据权利要求7所述的高压放电灯，其特征在于，层数目n最高为n＝500。
10.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，螺旋脉冲发生器具有大致圆柱形的构型，该构型的内直径ID为至少10mm。
11.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，螺旋脉冲发生器的介电常数ε为至少ε＝10。
12.一种具有放电容器和关联的点燃装置的高压放电灯，其中点燃装置生成高压脉冲并且包含螺旋脉冲发生器，其特征在于，螺旋脉冲发生器由低温共烧陶瓷材料制成，其中充电电阻集成在螺旋脉冲发生器中。
13.根据权利要求12所述的高压放电灯，其特征在于，螺旋脉冲发生器安置在灯中，优选在灯头中或者安置在灯的外灯泡中。
14.一种基于螺旋脉冲发生器的紧凑型高压脉冲发生器，其特征在于，螺旋脉冲发生器实施为包括陶瓷膜和金属导电胶的低温共烧陶瓷部件，其中充电电阻被集成在螺旋脉冲发生器中，为此尤其是通过使用具有电阻的胶来实现。
15.根据权利要求14所述的高压脉冲发生器，其特征在于，螺旋体包括至少5匝。
16.一种基于根据权利要求14所述的高压脉冲发生器的点燃单元，其特征在于，该点燃单元此外还包括至少一个开关。
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