CN101578922A - 用于放电灯的点燃变压器 - Google Patents

Abstract

设计了一种用于放电灯的点燃变压器，其具有变压器芯。该变压器芯的材料和尺寸选择为使得在借助点燃变压器实现点燃之后能够通过点燃变压器的次级绕组上的电压降达到材料的Curie温度。通过这种方式，对次级绕组仅残留剩余电感。此外，设计了一种用于放电灯的灯头，该灯头具有这种点燃变压器，其中优选的是，灯的放电容器至少部分伸入灯头中的点燃变压器的中心孔中，由此形成带有放电灯的紧凑型灯头。

Description

用于放电灯的点燃变压器

技术领域

本发明基于一种用于借助脉冲点燃装置点燃放电灯、优选高压气体放电灯的点燃变压器，其中在点燃之后在电子镇流器上进行灯的高频工作。

背景技术

在出版物WO2005/011338中描述的用于高压放电灯的电路装置具有带有直流电压源的驱动部件以及带有脉冲源和无汞的卤素金属蒸气高压放电灯的点燃部件。在点燃部件中，放电灯和点燃变压器的次级绕组串联。点燃变压器的初级绕组通过脉冲源激励。作为用于点燃变压器芯的材料，优选是损耗特别低的材料。在通过脉冲源和点燃变压器点燃放电灯之后，次级绕组与放电灯在工作回路中串联。

由于灯电流在放电灯工作期间流经次级绕组，所以该次级绕组在灯工作期间具有不希望的电感。根据前面所述的出版物，可以通过将电容器与次级绕组串联来实现对次级绕组的电感的部分补偿。

然而，在灯高频工作中在使用上面提及的电容器的情况下在灯电流回路中残留有次级绕组的电感，使得不仅在点燃变压器中出现损耗，而且在提供高频灯电流的变换器中出现损耗。

发明内容

本发明的任务是设计一种用于放电灯的点燃变压器，其中在灯高频工作中的损耗被降低并且需要更少的电路技术开销，以及设计一种紧凑型灯头。

该任务通过根据权利要求1所述的用于放电灯的点燃变压器和根据权利要求9所述的灯头来解决。

特别有利的扩展方案可在从属权利要求中得到。

根据本发明，设计了一种用于放电灯的带有变压器芯的点燃变压器，该变压器芯的材料、性能和结构选择为使得在借助点燃变压器引起的点燃之后通过在点燃变压器的次级绕组上的电压降可以达到材料的Curie温度(居里温度)。加热到点燃温度借助施加在次级绕组上的能量来实现，其中在达到Curie温度之后实际上点燃变压器的次级绕组不起作用，并且仅仅需要从灯回路中的低的吸收和功率，以便将变压器芯保持在Curie温度上。

优选地，变压器芯的材料具有在60℃到400℃的范围中的、尤其是在100℃到220℃的范围中的Curie温度，由此避免了对变压器芯过强的加热，该过强的加热可能对变压器芯的周边的材料有负面影响。

Curie温度优选在100℃到220℃之间的范围中，因为随着增加的Curie温度由于热损耗而降低效率，另一方面Curie温度在任何情况下都必须在环境温度之上，以便能够保证无缺陷的功能。

此外，变压器芯优选设计为使得变压器芯的磁性长度和有效磁性横截面最小化，使得在点燃变压器的冷状态下在初级绕组和次级绕组之间存在对于点燃而言足够的磁耦合。因此，可以实现快速点燃并且同时在灯工作期间次级绕组实际上不起作用。

在一个特别的扩展方案中，变压器芯具有环形形状，因为在高频的灯电流时比在开放式的几何结构譬如杆状芯的情况下引起更少的电磁干扰。

此外，优选的是，点燃变压器热隔离地构建，以便在整个装置的较低的输送功率并且由此较高的效率的情况下将变压器芯保持在Curie温度上并且次级绕组实际上不起作用。

优选的是，变压器芯为了热隔离和电绝缘而被浇注，由此可以在经济上有利地制造该变压器芯。

对此可替选地，变压器芯可以设置在封闭的壳体中，由此可以阻止空气对流并且阻止随之出现的增强的冷却。

点燃变压器尤其是设计用于高压放电灯。在此，尤其是在汽车前灯中可以在良好发光效率的情况下实现紧凑的结构形式。

此外，放电灯的灯头设置有具有前面所述的特性的点燃变压器，其中由于变压器芯的小的体积而可以实现灯装置的紧凑结构形式。

在一个改进方案中，灯的放电容器至少部分伸入灯头中的点燃变压器的孔中地设置。以这样的方式可以利用放电灯的大的轴向尺寸用于将变压器芯设置在放电灯的放电容器的周边。

附图说明

以下将参照实施例更为详细地阐述本发明。其中：

图1示出了根据本发明的带有点燃变压器的放电灯的电路装置，

图2示出了根据本发明的带有点燃变压器、脉冲源和放电灯的灯头的示意图，

图3示出了根据本发明的带有用于点燃变压器的缝隙的变压器芯的透视图，

图4示出了根据本发明的变压器芯材料的温度与起始导磁率的相关性的图示，

图5示出了根据本发明的第一实施例的用于激励点燃变压器的脉冲源的结构，

图6示出了根据本发明的第二实施例的用于点燃变压器的脉冲源的结构，

图7示出了根据第二实施例的次级绕组和电容器上的电压的图示，

图8示出了根据第三实施例的在使用对称点燃的情况下用于放电灯的电路装置，

图9示出了具有示例性尺寸的变压器芯的一个变形方案。

具体实施方式

在图1中示出了根据本发明的具有点燃变压器2的电路装置1。

点燃变压器2的初级绕组4通过脉冲源6和点燃电压U2来馈电。点燃变压器2的初级绕组8与放电灯10串联并且通过驱动电压U_Q来馈电。优选高压气体放电灯、例如型号为“OSRAM HQI”的含汞的卤素金属蒸气灯使用为放电灯。

在图2中示出了灯头12中的放电灯10。灯头12具有脉冲源6，通过该脉冲源对点燃变压器2的初级绕组4馈电。点燃变压器2如图2中所示优选环形地构造并且具有变压器芯14，该变压器芯如图3中所示具有气隙15。在变压器芯14上安装有次级绕组8，该次级绕组被初级绕组4包围。

如已在图1中所示的那样，放电灯10的端子16与初级绕组8的端部相连，而放电灯10的另一端子18通过灯头被提供驱动电压U_Q。如已在图1中所示的那样，脉冲源6被馈送点燃电压U2。灯头12优选填充有填充材料譬如硅树脂，由此围绕点燃变压器存在高电压绝缘并且同时设置有变压器芯14的热隔离。具有泡沫结构或者空心体填充(Hohlkoerperfuellung)的填料是可能的。对此可替选地，芯可以设置在封闭的壳体中，通过该壳体防止空气对流并且由此阻止冷却。

用于点燃电压U2和驱动电压U_Q的端子作为至驱动设备的电端子从灯头引出。

放电灯10的放电容器20伸入点燃变压器2中的中部的孔，由此如已经在公开文献DE 19610385中所描述的那样，小体积的气体放电灯与短的电压馈电装置可以实现成整体结构。除了有利的紧凑结构之外，由于紧凑结构而可以保持点燃电压情况下的损耗为低。

在图3中示出了具有气隙15的变压器芯14的示例性透视图。

铁氧体可以用作芯材料。在此例子中，使用制造商Epcos的材料N30，该材料外直径为25mm、内直径为15mm、高度为3.8mm以及气隙为3.5mm。用于变压器芯的材料被选择为使得紧接在点燃之后通过如下方式来达到Curie温度：由变换器提供的能量的一部分被用于加热变压器芯。当变压器芯至少部分达到Curie温度时，变压器的次级绕组基本上不起作用，然而其中需要来自灯回路的低的功率吸收，以将变压器芯或者变压器芯的一部分保持在Curie温度上。

在现有技术中力求高的Curie温度，由此能够在高功率的情况下驱动磁性部件。与此相反，在本发明中力求Curie温度优选在材料的60℃到400℃之间的范围中，因为从现有技术的观点来看该温度由于差的铁氧体特性而已较早地在次级绕组中出现所希望的效果。

在现有技术中在所力求的低的损耗方面变压器芯的大的横截面是有利的，然而在本发明中力求特别小的芯横截面。此外，也应将磁性长度保持为小。由此，对加热变压器芯所需的能量可以被保持为低。因此总之可以说，对于本发明而言小的芯体积是有利的。然而，变压器芯大小选择为使得变压器可以实现其功能，即在冷状态下能够实现初级绕组与次级绕组之间的充分的磁耦合。

图3中所示的环形形状特别适于作为芯形状，因为在这样的温度和高频灯电流的情况下比在杆状芯的情况下引起更小的电磁干扰，其中此情况尤其是出现在接近Curie温度的温度的情况下或者出现在Curie温度的情况下。

由图4可看到，在使用N30的芯材料的情况下导磁率从大约143℃的温度(Curie温度)开始大约达到值1。现在当在点燃之后的工作期间变压器芯的温度保持在143℃附近或者略高于该温度，则变压器芯失去了其铁氧体磁性特性并且仅仅还显示出顺磁性特性，由此次级绕组实质上不起作用。

在以下描述的第一和第二实施例中，使用根据前面描述的材料N30构成的变压器芯。

图5示出了根据第一实施例的代替图1中的脉冲源6所使用的脉冲源26。

次级绕组8具有由特氟隆绝缘线构成的30匝并且在20℃时具有39μH的阻抗。初级绕组具有两匝。初级绕组4和次级绕组8的中间的匝在变压器芯14上相对于气隙设置。变压器芯通过借助硅树脂的真空浇注来热隔离和高压绝缘。初级绕组4通过100kΩ的电阻28和火花隙30与2kV的开关电压串联。27nF的电容器32通过电阻28与点燃电压U2并联连接。点燃电压U2为2.5kV。

以下描述了以图5中的脉冲源26驱动点燃变压器。

只要存在点燃电压U2，则通过点燃变压器2在次级绕组8上产生了具有21kV的峰值电压的脉冲。这导致点燃图5中未示出的放电灯10。具有标称功率为35W的类型为“OSRAM HQI”的含汞的卤素金属蒸汽灯用作放电灯。

在点燃放电灯10之后进行点燃电压U2的关断，使得通过点燃变压器2并未产生另外的点燃脉冲。对应于图1，通过具有频率为2MHz的驱动电压U_Q来实现放电灯10的驱动。放电灯10以400mA的驱动电流来驱动，由此首先出现在次级绕组8上的大约200V的欧姆-电感电压降(ohmsch-induktiver Spannungsabfall)。通过该电压降实现变压器芯14的加热。灯电压首先为20V。

当变压器芯14的温度接近大约143℃的Curie温度时，则根据图4迅速降低电感，使得次级绕组上的电压降是大约40V。通过电路的相应设计和合适的热隔离，在与灯的启动相同的时间范围中，芯温度达到接近Curie温度的值。实际上，该持续时间可以为数秒到几分钟。在该时间中，灯电压从开始的20V提高到85V。由于在次级绕组8上减小的电压降，仅需要低的驱动电压U_Q。

现在通过升高频率(例如从2.5MHz升高到3.5MHz)实现灯功率的调节。这种灯功率的调节和放电的稳定通过次级绕组8的残留的剩余电感来实现。剩余电感与次级绕组8形成的气隙的电感有关，以及与静态工作期间的温度特性有关。该剩余电感优选被设置为使得所形成的阻抗在放电灯的阻抗的1/5到五倍之间。在第一实施例中，剩余电感为8μH。在此，放电灯的阻抗应该理解在标称功率下灯电压和灯电流的两个有效值二者的商。

在图6中示出了根据第二实施例的脉冲源46。第一实施例的脉冲源26具有火花隙50和电容器52。与第一实施例中的电阻28类似的电阻在第二实施例中并未设置。电容器52具有70nF的电容而火花隙具有800V的开关电压。

在图7中在上部视图中示出了通过次级绕组8产生的电压，而在下部的图示中可看到电容器52上的电压。

如根据第一实施例的电路装置情况下的工作那样进行点燃灯之后的工作。通过根据第一和第二实施例的电路装置，可以针对点燃之后的灯工作实现次级绕组的低的电感并且也实现了在放电灯工作期间的较低的损耗。

放电灯优选用于视频投影、使用在车辆前灯中和用于普通照明。与在WO2005/011338中所示的现有技术相比，在根据本发明的用于驱动放电灯的电路装置中不需要附加的器件，例如在所述的出版物中的用于部分补偿的电容器。结果，借助本发明可以实现电路装置中的良好的整体效率。

在迄今所描述的实施形式中，始终考虑不对称的点燃装置，其中点燃变压器仅仅具有一个次级绕组。图8中示出了根据第三实施例的电路装置54，其中通过两个次级绕组8a和8b实现了对称的点燃。具有仅仅大约109℃的Curie温度和仅为2500的最大起始导磁率的铁氧体用作芯材料(与在两个迄今的实施例中的根据图4的大约143℃和5400相对)。此外，在图8中示出了脉冲源56和驱动设备58，该驱动设备提供电压U2和UQ。用于馈电(例如12V直流电或者230V交流电)的端子用60表示。电路装置54在灯头中。

图9示出了不具有缝隙的芯的几何尺寸。两个次级绕组8a和8b在此盘绕到两个30mm长的芯侧上。在另一工作步骤中，初级绕组分别通过次级绕组8a和8b分成一半地盘绕到两个长的芯侧上。

变压器与脉冲源和驱动设备一起浇注在灯头中。在此，驱动设备的在工作中变得特别热的部分(譬如功率半导体)紧靠点燃变压器地设置，以便可以利用其废热来加热变压器芯。在工作期间因此必须从灯电路中吸收特别少的能量，以便将变压器芯保持在Curie温度附近。

用于放电灯的点燃变压器设置有变压器芯。变压器芯的材料和尺寸选择为使得材料的Curie温度在借助点燃变压器实现点燃之后可以通过在点燃变压器的刺激绕组上的电压降来达到。通过这种方式，对于次级绕组仅仅残留剩余电感。此外，放电灯的灯头设置有这种点燃变压器，其中优选灯的放电容器至少部分伸入灯头中的点燃变压器的中心孔中，由此形成具有放电灯的紧凑型灯头。

Claims (10)

1.一种用于放电灯的点燃变压器(2)，其具有变压器芯(14)，该变压器芯的材料和尺寸选择为使得材料的Curie温度在借助点燃变压器(2)实现点燃之后能够通过点燃变压器的次级绕组(8)上的电压降来达到。

2.根据权利要求1所述的点燃变压器，其中材料的Curie温度在60℃到400℃的范围中。

3.根据权利要求1或者2所述的点燃变压器，其中使变压器芯(14)的磁性长度和磁性有效横截面最小化，使得在点燃变压器的冷状态下在初级绕组和次级绕组(4，8)之间存在对于点燃而言足够的磁耦合。

4.根据上述权利要求中任一项所述的点燃变压器，其中变压器芯环形地构建。

5.根据上述权利要求中任一项所述的点燃变压器，其中点燃变压器热隔离地构建。

6.根据权利要求5所述的点燃变压器，其中变压器芯(14)为了热隔离和/或电绝缘而被浇注。

7.根据权利要求5所述的点燃变压器，其中变压器芯(14)设置在封闭的壳体中，通过该壳体降低空气对流。

8.根据上述权利要求中任一项所述的点燃变压器，该点燃变压器被设计用于高压放电灯。

9.一种用于放电灯的灯头(12)，该灯头具有根据上述权利要求中任一项所述的点燃变压器(14)。

10.根据权利要求9所述的灯头，其中灯的放电容器(20)至少部分伸入灯头(12)中的点燃变压器的中心孔中。

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