CN1086248C - 高压放电灯 - Google Patents

Abstract

一种高压放电灯，在内部真空的外管内备有：两端有一对电极且内部封有稀有气体的发光管，和将脉冲电压加给发光管两电极的起动器。起动器由启辉器和热电阻构成。起动器、常闭第一热控开关和电流熔断器串联，再并联于发光管，常开第二热控开关、间隙放电器分别并联于起动器。第二热控开关靠近起动器的热电阻。上述结构在发光管因某种缘故不能起动或其密封部气密性下降稀有气体流出的情况下，能可靠地永久停止发生脉冲电压。

Description

高压放电灯

本发明涉及高压放电灯。

作为已有技术的高压钠蒸气灯(简称为“钠灯”)等的高压放电灯，已知的有如图10所示，(参见特开平7-105913号公报)，由常闭热控开关19a与发热电阻器(简称为“热电阻”)19b串联构成的起动器19，和常闭热控开关20串联，再并联于发光管1，形成并联结构，同时，与该并联结构并联着热电阻21与热控开关22的串联支路，且热电阻21设置在常闭热控开关20旁。

按上述结构，在发光管1因某种原因未起动的情况下，电流继续流经热电阻21与热控开关22的串联支路，热电阻21发热，配置在该热电阻21旁的热控开关20因电阻21发热而断开，能停止发生脉冲电压。

但是，上述高压放电灯不会使起动器19本身为永久不动作的状态，所以一旦电源电压停止加给高压放电灯，就恢复起始状态，每当电源投入，在一定期间重复产生脉冲。而且，这种高压放电灯在其工作寿命末期，发光管1的密封部气密性下降，造成发光管1内的起动用稀有气体流入外管9(真空状态)内的情况下，发光管1内稀有气体压力下降，同时，因外管9内稀有气体对流和热传导，发光管1的温度下降，故灯电压低于正常值。而且，随着稀有气体从发光管1的不断流出，灯电压进一步下降，结果灯电流增加，引起稳定器10温度过度上升。在这种状态下，高压放电灯放电时，稳定器10内线圈温升异常，会缩短稳定器10的寿命。

为解决上述问题，已知的有(参见特公平3-63177公报)。如图11所示，由常闭热控开关19a和热电阻19b串联构成的起动器19，与过电流时切断起动器19电路的断路器23串联，再并联连接于发光管1，起动器19中断路器23侧的端子24配置在相反电位的导电体25附近。

在上述结构中，如果起动用稀有气体从发光管1泄漏而流入外管9，则因起动器19动作而稳定器10产生脉冲电压时，在发光管1开始放电之前，起动器19的端子24与靠近它的电位相反的导电体25之间发生放电，结果，使稳定器10的短路电流流经断路器23，切断断路器23，起动器19不能动作，此后，高压放电灯不再放电。

但上述结构中，在出现由于发光管1的密封部气密性下降而稀有气体流向外管内的现象，尤其处于稀有气体刚流出之后，稀有气体压力极低的状态，而且用只能获得较低脉冲电压的启辉器(也即辉光起动器)作为起动器19的情况下，存在在预定场所不能发生外管内放电的问题。

本发明目的在于提供一种在发光管由于某种原因而不能起动的情况下，或在发光管密封部的气密性下降起动用稀有气体流入外管内的情况下，能可靠地永久不发生脉冲电压的高压放电灯。

本发明的高压放电灯，在内部真空的外管内，备有：两端有一对电极且内部封有稀有气体的发光管，和用于对上述发光管电极间施加脉冲电压的起动器，其特征在于，在结构上设置得，上述起动器由启辉器和热电阻串联构成，上述起动器、常闭的第一热控开关和电流熔断器的串联支路并联连接于上述发光管，同时将常开的第二热控开关并联连接于上述起动器，且上述第二热控开关因上述起动器中热电阻的热而闭合，从而熔断上述电流熔断器。

本发明的高压放电灯，在内部真空的外管内，备有：两端有一对电极且内部封有稀有气体的发光管，和用于对上述发光管电极间施加脉冲电压的起动器，其特征在于，在结构上，上述起动器由启辉器和热电阻串联构成，上述起动器、常闭的第一热控开关和电流熔断器组成的串联支路并联连接于上述发光管，同时将常开的第二热控开关并联连接于上述起动器，且上述起动器还并联有间隙放电器，在配置上使得，上述发光管未起动情况下，上述第二热控开关因上述起动器中上述热电阻的热而闭合，熔断上述电流熔断器，在上述起动用稀有气体从上述发光管流入上述外管内的情况下，通过上述间隙放电器熔断上述电流熔断器。

在上述结构中，上述间隙放电器最好是一种把一对电极设置在陶瓷衬底的装置。

在上述结构中，上述间隙放电器最好是一种把一对上述电极设置在陶瓷衬底上，且上述电极之一由与上述起动器串联连接的钨丝构成的装置。

在上述结构中，上述间隙放电器中作为电极的钨丝最好兼有上述电流熔断器的功能。

在上述结构中，上述间隙放电器中至少一个上述电极最好具有电子发射性物质。

在上述结构中，上述起动器的热电阻最好为平板状。

在上述结构中，上述起动器的热电阻最好由陶瓷被覆加热器构成。

在上述结构中，上述起动器的热电阻由陶瓷被覆加热器构成，最好将上述陶瓷被覆加热器，上述第二热控开关，上述电流熔断器及上述间隙放电器作成一体设置。

所述第二热控开关配置在所述热电阻的与所述发光管相反的一侧。

本发明的高压放电灯，在将电源电压施加于高压放电灯，发光管却由于某种原因不起动的情况下，通过熔能电流熔断器，使高压放电灯永久不动作。也即，在将电源电压施加于高压放电灯，发光管却由于某种原因不起动的情况下，借助点亮时发光管的热而开路的第一热控开关，因发光管未点亮而仍为闭路状态，因此，启辉器的接点重复开闭，稳定器继续产生脉冲电压，起动器中依然断续流过热电阻限定的电流，热电阻因该电流而自身发热，温度上升。于是，配置成受该热电阻放出的热而闭合的常开第二热控开关接受发热电阻的加热，并达到闭合温度使其接点闭合时，稳定器的短路电流通过闭合的第二热控开关流过电流熔断器，熔断电流熔断器。

在发光管的起动用稀有气体，由于发光管密封部的气密性下降等原因，流入外管内的情况下，通过流向外管内的稀有气体，在间隙放电器的间隙间发生放电，稳定器的短路电流经间隙放电器流入电流熔断器，熔断电流熔断器。

上述电流熔断器一旦熔断，电流已不能流经起动器，故起动器处于永远不会动作状态，此后，再投入电源也不会产生脉冲电压。

间隙放电器是一种在陶瓷衬底上设置一对电极的装置，容易获得小间隙，故容易设定开始放电的外管内气压。因此，在稀有气体从发光管开始流向真空管内的较初始阶段，间隙放电器的电极间就能可靠地产生放电。

由于间隙放电器的一对电极制作在陶瓷衬底上，且上述电极的一个由与上述起动器串联的钨丝构成，该钨丝通过流经起动器的电流被加热到赤热状态，故在稀有气体从发光管开始流入真空外管内的比较初始阶段，在间隙放电器的电极间就能可靠地产生放电。

由于间隙放电器的作为电极的钨丝兼有上述电流熔断器的功能，故每当间隙放电器产生放电稳定器短路电流流经该钨丝时，就能熔断该钨丝，使高压放电灯成为不能起动的状态，而且能减少零部件数量。

由于间隙放电器中至少一个上述电极具有电子发射性物质，故能进一步确保间隙放电器中开始放电。

由于起动器的热电阻为平板状，发热面积大，故能确保向邻近配置的热动开关传热。

由于起动器的热电阻由陶瓷被覆加热器构成，故能使热电阻小型化，使之不妨碍灯点亮时的光发射。

起动器的热电阻由陶瓷被覆加热器构成，通过将陶瓷被覆加热器、第二热控开关、电流熔断器及间隙放电器设置成一体，将零件汇集，故能紧凑小型，使用时，不会妨碍灯点亮时光发射。

通过将第二热控开关配置在相对于热电阻与发光管相反的一侧，使之在高压放电灯稳定点亮中不易受到来自发光管的辐射热，故对第二热控开关比第一热控开关提前开路的现象能有较富裕的设计。

下面参照附图说明本发明的实施例。

图1为本发明第一实施例高压放电灯的电路图；

图2为表示图1中部件单元的图；

图3为图1中第二热控开关的位置示意图；

图4为图1中使用具有辅助电极发光管时的电路图；

图5为本发明第二实施例高压放电灯的电路图；

图6为表示图5中间隙放电器的图；

图7为本发明第三实施例高压放电灯的电路图；

图8为本发明第四实施例高压放电灯的电路图；

图9为表示本发明高压放电灯中部件单元的图；

图10为已有技术高压放电灯的电路图；

图11为已有技术高压放电灯的电路图；

图1所示的是本发明第一实施例的起动器内装式高压钠灯(钠蒸气灯)，它具有发光管1，该发光管1的两端有一对电极，且由其内部封有钠和水银及氙等起动用稀有气体的透光性氧化铝陶瓷构成。发光管1与起动器2、常闭第一热控开关3和电流熔断器4组成的串联支路并联。起动器2由启辉器2a与限制流入启辉器2a电流的热电阻2b串联构成。第一热控开关3用于在高压放电灯稳定照明中，借助发光管1的辐射热使接点开路，切断供给起动器2的电流。电流熔断器4在结构上作成，一旦流过比热电阻2b确定的电流值大得多的电流，就立即熔断。第二热控开关6与起动器2并联。第二热控开关6的一端连接于发光管1一电极与起动器2的连接点，另一端连接于起动器2与电流熔断器4的连接点。第二热控开关6靠近热电阻2b配置，在高压放电灯稳定照明中的外管9内温度下不动作，常为开路状态，而且由热电阻2b自身发的热进行加热，当温度达到比高压放电灯稳定照明中的温度高的某个确定温度时，变成闭路状态。

邻近导体8配置成与发光管1外表面接触，并通过第三热控开关7连接于发光管1的的一个电极。第三热控开关7因高压放电灯稳定照明中发光管1的辐射热而开路，使邻近导体8不带电位。10为稳定器，11为交流电源。

上述结构的高压钠灯通过稳定器10一旦接入电源电压时，起动器2中的启辉器2a开始进行开关动作，在稳定器10的端子间产生脉冲电压。该脉冲电压一旦使发光管1开始放电，发光管电压就下降，因而启辉器2a停止动作，流经起动器2的电流也停止。若发光管1正常起动后进入稳定照明，则发光管1的辐射热使第一热控开关3开路，起动器2、电流熔断器4与第一热控开关3组成的串联支路中没有电流流动。施加电源电压时流过起动器2的电流，由稳定器10的阻抗和热电阻2b的阻值确定，电流熔断器4的熔断电流设定得比上述电流足够大，故电流熔断器4在上述电流下不会熔断。发光管1正常工作状态中，从外加电源电压至发光管1开始放电的时间最长也仅为数秒，在该期间中受热电阻2b加热的第二热控开关6达不到闭路温度。

万一高压放电灯进入寿命末期，发光管1的起动电压显著上升，或外部机械冲击切断至发光管1的部分电流馈线，使发光管1处于不能起动的状态，即使施加电源电压，发光管1当然也不会开始放电。此时，由于继续施加电源电压，启辉器2a继续进行开关动作，起动器2中继续流过电流，造成热电阻2b过度发热。通过热电阻2b加热，第二热控开关6一旦达到闭路温度，其接点即闭合，仅取决于稳定器10阻抗的大电流通过第二热控开关6流入电流熔断器4，熔断电流熔断器4，使起动器2成为永久切断状态。因此，此后即使高压放电灯一直处于施加电源电压状态，或即使反复接入电源电压，也不会产生脉冲电压，成为极安全的状态。

上述实施例中热电阻2b可用一般的碳膜电阻。如图2所示，热电阻2b也可用平板陶瓷被覆加热器。也可将第二热控开关6及电流熔断器4设在该陶瓷被覆加热器的表面上构成一体(单元化)。图2所示陶瓷被覆加热器分别设有：第二热控开关6、电流熔断器4和热电阻2b的端子14、15；第二热控开关6的另一端子16；将电流熔断器4的一端连接于第一热控开关3的端子17；将单元整体保持于高压放电灯外管9内适当位置处用的安装端子18。

下面，说明具有图1所示电路结构的220W起动器内装式高压钠灯的具体结构例。

图1中，第二热控开关6，使用弯曲常数为10.9×10^-6/℃，厚、宽及长度分别为0.2毫米、5毫米及18毫米的双金属片，接点间隔取5毫米，构成实测闭路温度约350℃的开关。如图3所示，第二热控开关6在离开热电阻2b(即陶瓷被覆加热器面)3毫米的位置上，第二热控开关6的双金属片的面与陶瓷被覆加热器的面相互大致相向安置。在外管9内将图2所示单元安装在使第二热控开关6借助平板状陶瓷被覆加热器遮挡住发光管1的方向上。因此，不易受到高压放电灯稳定照明中来自发光管1的辐射热，这样，对第二热控开关比第一热控开关提前开路的现象可有较富裕的设计。

第一热控开关3及第三热控开关7，其开路温度分别为约150℃，而且在外管9中，不管哪一个开关都安装在尽量靠近发光管1且离开起动器2的位置上。

一旦将上述高压钠灯通过250W高压水银灯用稳定器接于200V交流电源，发光管1即经过上述过程正常起动，并过渡到稳定的照明状态。在确认正常起动后，为了实验发光管在不能起动状态下高压放电灯的动作，在高压放电灯熄灯冷却后，按照外管9不遭破坏的要求，用激光切断向发光管1供电的电流馈线，使发光管1成为不能起动的状态。在上述状态中若将电源电压施加给高压放电灯，则电流继续流经起动器2，作为热电阻2b的陶瓷被覆加热器2b，其温度急速上升，数十秒后，第二热控开关6闭路，熔断电流熔断器4，借助该熔断，切断起动器2，从而能确认永久不会发生来自稳定器的脉冲电压。

图4表示使用具有辅助电极的发光管时的电路结构。图4中限流电阻20用于抑制流入辅助电极的电流，能获得与上述实施例同样的效果。在上述实施例中，虽是对高压钠灯进行了阐述，但在发光管内封有水银、金属卤化物及氩等稀有气体的金属卤化物灯中也能获得同样的效果。

图5所示，为本发明第二实施例的高压钠灯。该实施例与图1所示第一实施例相比，除具有一对电极5a、5b的间隙放电器5外，其余结构与第一实施例大致相同。其相同结构部分具有与第一实施相同的工作原理和作用，故这里不再对其重复。

下面就间隙放电器5有关的电路连接、结构和工作原理及作用进行描述。

继续参看图5，间隙放电器5与起动器2并联，其一电极5a连接于发光管1一端与起动器2一端的连接点上，另一电极5b连接于起动器2另一端与电流熔断器4一端的连接点上。

第一热控开关3未必一定连接于图5所示的位置，也可连接于起动器2与电流熔断器之间等适当的位置上。此时，也可将起动器2与第一热控开关3串联后，并联于间隙放电器5。邻近导体8配置成与发光管1外表面接触，并通过第三热控开关7也可连接于发光管1的另一个电极(与第一实施例相比)。与第一实施例一样，第三热控开关7因高压放电灯照明中发光管1的辐射热而开路，使邻近导体8不带电位。

图6所示作为间隙放电器的间隙放电器5，在陶瓷衬底上设置一对电极5a、5b，该对电极5a、5b分别烧结在陶瓷衬底上。12，13，表示间隙放电器5电极5a、5b的端子。

如上所述的第二实施例除具有与第一实施例相同作用外，其间隙放电器5的设置还带来如下作用。

即，在高压放电灯寿命末期等情况下，由于发光管1密封部的气密性下降，使发光管1内起动用稀有气体流到真空外管9内时，由于存在稀有气体，故高压放电灯起动时通过脉冲电压在间隙放电器5电极5a与5b之间产生放电，稳定器10的短路电流经间隙放电器5流经电流熔断器4，熔断电流熔断器(可以是一根保险丝)4。一旦电流熔断器4熔断，电流就不能流经起动器2，起动器2成为永久不能动作状态，高压放电灯不会起动。因此，能防止高压放电灯工作在低灯电压状态下造成电流增加而使稳定器10温度过度上升的现象。

图7表示本发明第三实施例的起动器内装式高压钠灯。其间隙放电器5电极中一电极5b使用钨丝。该钨丝串联于起动器2，由流经起动器2的电流将其加热成赤热状态。按照这种结构，在发光管1密封部气密性下降等引起起动用稀有气体从发光管1开始流到真空外管9内的情况下，能保证在较初始阶段就在间隙放电器5电极5a及5b间产生放电。

图8表示本发明第四实施例起动器内装式高压钠灯。该实施例的结构使图7中间隙放电器5一电极5b的钨丝兼有电流熔断器4的功能。即，间隙放电器5产生放电，稳定器10的短路电流流过时，使钨丝熔断。

在上述第二至第四各实施例任一结构中，通过在间隙放电器5的至少一个电极上涂敷或掺有由金属氧化物等构成的电子发射性物质，能使间隙放电器5放电的启动更可靠。

上述各实施例中的热电阻2b，也可用普通的碳膜电阻。或如图9所示，也可用陶瓷被覆平板状加热器。在该陶瓷被覆加热器的表面上，分别设有：间隙放电器5的电极5a、5b，第二热控开关6，热电阻2b的端子14、15，第二热控开关6的一端子16′，用于将构成间隙放电器5一电极5b的钨丝的一端连接于第一热控开关3的端子17′，及使整个单元保持于高压放电灯外管9内适当位置用的安装端子18。

下面，说明具有图8所示电路结构的220W起动器内装式高压钠钉的具体结构例。

图8中，第二热控开关6使用弯曲常数为10.9×10^-6/℃，厚、宽及长度分别为0.2毫米、5毫米及18毫米的双金属片，接点间隔取5毫米，构成实测闭路温度约350℃的开关。如图9所示，第二热控开关6在离开热电阻2b(即陶瓷被覆加热器面)3毫米位置上，第二热控开关6的双金属片的面与陶瓷被覆加热器的面相互大致相向安置。

在外管9内将图9所示上述结构的单元安装在使第二热动开关6借助平板状陶瓷被覆加热器遮挡住发光管1的方向上。这样，不易受到高压放电灯稳定照明中来自发光管1的辐射热，因此，对第二热控开关比第一热控开关开路提前开路的现象可有较富裕的设计。

第一热控开关3及第三热控开关7，开路温度分别为约150℃，而且在外管9中，不管哪一个开关都安装在尽量靠近发光管1且离开起动器2的位置上。

若将上述高压钠灯通过250W高压水银灯用稳定器接于220V交流电源，则发光管1经过上述过程正常起动进入稳定的照明状态。在确认正常起动后，为了实验发光管在不能起动状态下高压放电灯的动作，在高压放电灯熄灯冷却后，按照外管9不遭破坏的要求，用激光切断向发光管1供电的电流馈线，使发光管1成为不能起动的状态。在上述状态中若将电源电压施加给高压放电灯，则电流继续流经起动器2，作为热电阻2b的陶瓷被覆加热器2b，其温度急速上升，数十秒后，第二热控开关6闭路，熔断兼作电流熔断器的钨丝5b，借助该熔断，切断起动器2，从而不会发生来自稳定器的脉冲电压。

为了确认在发光管1密封部气密性下降、即作为起动用稀有气体氙的一部分从发光管1流入外管9的状态下，高压放电灯的动作，制作实验用高压放电灯，该实验灯外管9内备有可对发光管1和氙气密封压作种种变化的模拟发光管。制作好这种高压放电灯后，以上述方法在该模拟发光管的管壁上用激光开孔，使氙流到外管9内。在这种状态下，若将电源电压加给高压放电灯，通过计算外管9内氙气压，当达到10巴(Pa)以上时，发光管1还未开始放电，而间隙放电器5却产生放电，熔断钨丝5b。

在上述各实施例中，虽是对高压钠灯进行了阐述，但在发光管内封有水银、金属卤化物及氩等稀有气体的金属卤化物灯中也能获得同样的效果。

综上所述，在万一放电灯寿命末期，发光管起动电压显著上升，或因外部机械冲击而切断向发光管供电的部分电流馈线，使发光管成为不能起动状态，或在发光管密封部气密性下降等引起发光管内起动气体流入外管内的情况下，本发明能迅速可靠地中止起动器的动作，永久不再产生脉冲电压，从而能提供一种防止起动器或起动电路布线绝缘下降及稳定器温度异常上升的高压放电灯。

Claims (17)

1.一种高压放电灯，该灯在外管内备有：两端有一对电极且内部密封有起动用稀有气体的发光管，和在所述发光管电极间施加脉冲电压的起动器，其特征在于，

所述起动器由启辉器和热电阻串联构成，所述起动器与常闭第一热控开关和电流熔断器构成的串联支路并联连接于上述发光管，同时，常开第二热控开关与所述起动器并联，且设置成所述发光管未起动时所述第二热控开关借助所述起动器的所述热电阻放出的热形成闭路，熔断所述电流熔断器。

2.如权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，所述外管的内部可为真空，所述起动器可进一步并联有间隙放电器，在所述起动用稀有气体从所述发光管流入所述外管内的情况下，通过所述间隙放电器的放电，熔断所述电流熔断器。

3.如权利要求1或2所述的高压放电灯，其特征在于，所述起动器的热电阻为平板状。

4.如权利要求3所述的高压放电灯，其特征在于，所述起动器的热电阻由陶瓷被覆加热器构成。

5.如权利要求4所述的高压放电灯，其特征在于，所述起动器的热电阻由陶瓷被覆加热器构成，所述陶瓷被覆加热器、所述第二热控开关及所述电流熔断器构成整体。

6.如权利要求5所述的高压放电灯，其特征在于，所述起动器的热电阻由陶瓷被覆加热器构成，所述陶瓷被覆加热器、所述第二热控开关、所述电流熔断器及所述间隙放电器构成整体。

7.如权利要求6所述的高压放电灯，其特征在于，所述第二热控开关配置在所述热电阻的与所述发光管相反的一侧。

8.如权利要求7所述的高压放电灯，其特征在于，所述间隙放电器由一对电极构成。

9.如权利要求2所述的高压放电灯，其特征在于，所述间隙放电器由一对电极构成。

10.如权利要求8所述的高压放电灯，其特征在于，所述间隙放电器设置在陶瓷衬底上。

11.如权利要求9所述的高压放电灯，其特征在于，所述间隙放电器设置在陶瓷衬底上。

12.如权利要求10所述的高压放电灯，其特征在于，所述间隙放电器的所述电极中的一个由与所述起动器串联的钨丝构成。

13.如权利要求9或11所述的高压放电灯，其特征在于，所述间隙放电器的所述电极中的一个由与所述起动器串联的钨丝构成。

14.如权利要求12所述的高压放电灯，其特征在于，作为所述间隙放电器电极的钨丝兼有所述电流熔断器的功能。

15.如权利要求13所述的高压放电灯，其特征在于，作为所述间隙放电器电极的钨丝兼有所述电流熔断器的功能。

16.如权利要求14求所述的高压放电灯，其特征在于，所述间隙放电器中至少一个上述电极含有电子发射性物质。

17.如权利要求15求所述的高压放电灯，其特征在于，所述间隙放电器中至少一个上述电极含有电子发射性物质。

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