CN1134820C - 包括作为电极的压电变压器次级侧的放电灯和照明装置 - Google Patents

包括作为电极的压电变压器次级侧的放电灯和照明装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及放电灯，该放电灯配有气密放电容器，该放电容器装有包括一种气体的填充物，能透射工作期间由填充物产生的电磁辐射的至少一部分，并且配有在工作期间在其间维持放电的灯电极。根据本发明，该放电灯包括压电变压器，而灯电极的至少一个包括压电变压器的次级侧。由于压电变压器起灯电极、镇流器扼流圈和变压器的作用，因而该放电灯可以借助相对简单和廉价的镇流器电路而工作。

Description

包括作为电极的压电变压器次级侧的放电灯和照明装置
技术领域
本发明涉及用于产生电磁辐射的放电灯，该放电灯配有气密放电容器，该放电容器装有包括一种气体的填充物，能透射工作期间由填充物产生的电磁辐射的至少一部分，并且配有灯电极，工作期间在所述灯电极之间维持放电。
本发明还涉及包括放电灯和镇流器电路的照明装置。
背景技术
开篇中所述的放电灯的一个实例是低压汞放电灯，也称作荧光灯，例如在J.F.Waymouth，M.I.T.Press，Cambridge 1971的“Electricdischarge lamps”中所描述的。在这种荧光灯中，填充物除惰性气体外还包括汞，并且气密放电容器的壁被在工作期间将灯中产生的UV辐射转换成可见辐射的荧光层所覆盖。灯电极一般位于放电容器中，并且由覆盖有发射体材料的金属合金构成。已发现这种荧光灯借助于高频电流可以以高效率(1m/W)工作。这种高频电流常常由供电电压产生，该供电电压由电压源借助于包括DC-AC转换器的镇流器电路提供。由于需要相对高的电压来点燃荧光灯并在稳定工作期间维持放电，该DC-AC转换器通常配有变压器。在这种DC-AC转换器中，灯被耦合到变压器的次级侧。这种变压器可以是感应变压器或压电变压器。配有压电变压器的DC-AC转换器提供许多优点。首先，压电变压器可以非常平而小，使镇流器电路也可以平而小，这在镇流器电路例如被用于使在平板显示器中起背光作用的灯工作的情况下非常重要。此外，由于压电变压器具有正的电流-电压关系，因而常常可以省去单独的镇流器扼流器。另一个重要的优点是压电变压器的特性对耦合到其次级侧上的负载有很强的依赖关系。实际中已发现由于这种强的依赖性，可以通过将同样的信号加到压电变压器的初级侧来产生具有相对高幅度(例如1-1.6kV)的点火电压和在稳定工作期间维持放电的低得多的灯电压(例如约500-800伏)。这意味着DC-AC转换器不需要包括用于改变灯点燃时加在压电变压器初级侧上的信号的额外电路，并因此可以较为简单和廉价。尽管有这些优点，包括这种已知放电灯和用于使放电灯工作的镇流器电路的照明装置还是包括许多元件。
发明内容
本发明目的在于提供可借助于包括相对较少元件的镇流器电路而工作的放电灯。
因此根据本发明，开篇中所述放电灯的特征在于该放电灯包括压电变压器，并且至少一个灯电极包括该压电变压器的次级侧。
在根据本发明的放电灯中压电变压器不仅在放电灯工作期间起灯电极作用，而且起变压器和镇流器扼流器作用，从而在用来使根据本发明的放电灯工作的镇流器电路中可以省去变压器和镇流器扼流器。结果用于使灯工作的镇流器电路可以相对较紧凑并且廉价，对包括根据本发明的放电灯及用于使该灯工作的镇流器电路的照明装置来说也同样是这样。
根据本发明的放电灯可以是用于普通照明应用的产生可见光的放电灯，但也可以产生UV光或IR光。
对于根据本发明的放电灯已获得好的结果，其中气密放电容器装有包括惰性气体的填充物，并且能透射可见光。
对于在其中压电变压器的次级侧和放电容器的填充物彼此直接接触的根据本发明的放电灯也已获得好的结果。但另一方面，通过涂覆一层存在于压电变压器次级侧和放电容器的填充物之间，且覆盖位于放电灯内部的次级侧的至少一部分表面区域的导电材料，可以增强来自压电变压器次级侧的电子发射。
此外，借助存在于压电变压器次级侧和放电容器的填充物之间，且覆盖位于放电灯内部的次级侧的至少一部分表面区域的发射体材料层，也可以增强电极的发射。
在根据本发明的放电灯的相对简单的实施例中，压电变压器包括一个初级侧和两个次级侧，并且每个次级侧被包括在放电灯的不同灯电极中。由于该根据本发明放电灯的较简单实施例仅包括一个压电变压器，因而它可以相对容易地制造并且相对较廉价。
另一方面，在其中放电灯的每个灯电极包括一个压电变压器，并且每个压电变压器包括一个单独的初级侧和单独的次级侧的实施例中，可以与灯电极构造无关地选择放电容器的形状。
在另一个根据本发明的放电灯的较简单的实施例中，在工作期间放电容器在放电和体电位(mass potential)之间形成容性耦合，所述容性耦合起第二灯电极的作用。该较简单的实施例只包括一个只具有一个次级侧的压电变压器。因此可以相对容易地制造并且相对较廉价。
由于被用于制造压电变压器的一些材料可透射可见光，因此可以由相同的材料制造根据本发明的放电灯的灯容器和压电变压器。这种放电灯可以相对容易地制造。
对于在其中压电变压器为罗森(Rosen)类型的根据本发明的放电灯已获得了好的结果。
本发明非常适合于在低压气体放电灯类型的放电灯中实施，并且特别适合于低压汞放电灯类型的放电灯中实施。
最好在不与初级侧接触的电极中所包括的压电变压器次级侧外表面的每个部分被放电容器所包围。这种放电灯的使用者不可能无意中触及压电变压器的次级侧从而暴露于相对高的电压下。
最好将放电容器安装到压电变压器上的一个位置，工作期间压电变压器的机械振动的节点出现在该位置上。这将由机械振动造成的损坏安装的风险降到最小。一般来说，该节点的位置取决于工作频率。
附图说明
下面将利用附图进一步描述本发明的实施例。
在图1-5中示出了根据本发明的放电灯的实施例。
具体实施方式
在图1中，DCV是由玻璃制成并填充有Ar的圆柱形气密放电容器。放电容器DCV的第一端以真空密闭的方式密封到第一压电变压器PT1的次级侧SEC1上。放电容器DCV的第二端以真空密闭的方式密封到第二压电变压器PT2的次级侧SEC2上。PRIM1和PRIM2是相应压电变压器PT1和压电变压器PT2的初级侧。压电变压器PT1和PT2都为Rosen类型，并被成形为方形平行六面体形状。初级侧PRIM1的两个相对的表面区域被电极EL1和EL1’覆盖。在本实施例中电极由金属层构成。同样地，初级侧PRIM2的两个相对的表面区域被电极EL2和EL2’覆盖。初级侧PRIM1和PRIM2被沿相同的垂直于电极的方向极化。次级侧SEC1和SEC2二者被沿相同的垂直于初级侧极化方向并平行于放电容器DCV的轴的方向极化。与放电容器DCV接触的次级侧SEC1和SEC2的外表面起相应的压电变压器PT1和压电变压器PT2的第三电极EL1”和EL2”的作用。电极EL1和电极EL2被连接到输入端K1上，而电极EL1’和电极EL2’被连接到输入端K2上。
图1所示的放电灯的工作如下。
当输入端K1和K2被连接到频率与压电变压器PT1和PT2的谐振频率之一接近的输入电压源上时，每个压电变压器将输入电压转换成具有相同频率但幅度高得多的输出电压，该输出电压存在于同一个压电变压器的第三电极和每一个其它电极之间。由于两个次级侧被沿相同方向极化，因而存在于两个第三电极EL1”和EL2”之间的放电容器上的电压等于压电变压器的输出电压之和。如果放电灯尚未被点燃，则在出现在两个第三电极之间的电压的影响下它将点燃。点燃之后每个压电变压器的负载增加。结果变压比下降而且在第三电极之间出现一个低得多的电压即工作电压。常常可以选择输入电压的频率，从而得到足够高的点火电压以及在点燃之后适当的工作电压。
在图2a和2b中，与包括在图1所示实施例中的灯部件类似的灯部件已被相应地标明。图2a所示实施例只包括一个其次级侧SEC1以真空密闭的方式密封到圆柱形玻璃放电容器DCV一端上的压电变压器。圆柱形放电容器的另一端封闭。该压电变压器为Rosen类型，并且具有方形平行六面体形状。初级侧PRIM1和次级侧SEC1象图1中的压电变压器PT1那样被极化。电极EL1和EL1’被以与在图1的压电变压器PT1中相同的方式设置。与放电容器DCV接触的次级侧SEC1的外表面起压电变压器的第三电极EL1”的作用。电极EL1和电极EL1’被连接到输入端K1和K2上。在工作期间K2被保持在地电位。
图2a所示实施例的工作如下。
当输入端K1和K2被连接到频率与压电变压器的谐振频率之一接近的输入电压源上时，由压电变压器产生存在于第三电极EL1”和电极EL1和EL1’的每一个之间的输出电压。由于电极EL1’的电位是地电位，因而在第三电极和地电位之间出现的电压也相对较高。放电容器的玻璃壁起将放电容器内部与处于地电位的其外部和其周围环境容性地耦合的介质材料的作用。换句话说，放电容器的壁起第二灯电极的作用。借助于存在于第三电极EL1”和地电位之间的电压，放电灯被成功地点燃并工作。
在图2b中所示实施例与图2a中所示实施例非常类似。一个不同点是压电变压器为有第一半径的第一圆柱形的形状。压电变压器的次级侧SEC1为与所述第一圆柱形的轴相同但有小于第一半径的第二半径的第二圆柱形。第一圆柱形距轴的距离大于第二半径的部分形成压电变压器的初级侧PRIM1。初级侧的两个相对表面配有由金属层构成并被连接到端子K1和K2上的电极EL1和EL1’。工作期间K2被保持在地电位。与放电容器DCV接触的次级侧SEC1的外表面起第三电极EL1”的作用。初级侧PRIM1被平行于轴地极化。次级侧SEC1也被平行于轴地极化。沿着压电变压器的表面内初级侧和次级侧之间的边界线将放电容器DCV固定到压电变压器上。已发现对于适当选定尺寸的压电变压器，可选择工作频率使得压电变压器的机械振动节点出现在该边界线上。当沿节点固定放电容器时，由机械振动造成的损坏安装的风险相对较小。
图2b中所示实施例的工作与图2a中所示实施例的工作类似，并且将不单独讨论。
图3中所示实施例与图1中所示实施例非常类似。其不同在于放电容器DCV不是圆柱形的而是被形成为方形平行六面体。不与初级侧接触的压电变压器次级侧外表面的每个部分被放电容器包围。这种放电灯的用户不可能无意中触及压电变压器的次级侧并由此暴露于相对高的电压下。在每个压电变压器中初级侧和次级侧二者是尺寸相同的方形平行六面体。放电容器只与压电变压器表面区域的一个相对小的部分接触。象在图2b所示实施例中那样，最好沿表面的一部分将放电容器固定到压电变压器上，在工作期间压电变压器的机械振动节点出现在表面的该部分上。在图3的实施例中，当压电变压器工作在λ/2模式时沿着压电变压器在初级侧和次级侧之间的边界平面上的表面处的线就属这种情况。象图2b的实施例的情况那样，当沿节点固定放电容器时，由机械振动造成的损坏安装的风险相对较小。
图3中所示实施例的工作与图1中所示实施例的工作相同。
图4a和图4b中所示实施例各只包括一个压电变压器。压电变压器配有一个初级侧PRIM和两个次级侧SEC1和SEC2。放电容器DCV的第一端以真空密闭的方式密封到压电变压器的次级侧SEC1上，而放电容器DCV的第二端以真空密闭的方式密封到压电变压器的次级侧SEC2上。压电变压器为Rosen类型，而且被形成为方形平行六面体形状。初级侧PRIM的两个相对表面区域被电极EL和EL’覆盖。电极由金属层构成。初级侧PRIM被沿与电极EL和EL’垂直的方向极化。次级侧SEC1和SEC2二者都被沿相同的与初级侧的极化方向垂直、并垂直于与放电容器DCV接触的次级侧SEC1和SEC2的外表面的方向极化，该次级侧SEC1和SEC2的外表面起压电变压器的第三电极EL”和EL的作用。电极EL和电极EL’被分别连接到输入端K1和输入端K2上。为了能够与一个变压器的两个次级侧都接触，图4a中所示实施例的放电容器具有环形形状，而图4b中所示实施例的放电容器为U形。
图4所示实施例的工作如下。
当输入端K1和K2被连接到频率与压电变压器的谐振频率之一接近的输入电压源上时，该压电变压器将输入电压转换成具有相同频率但幅度高得多的输出电压，该输出电压存在于第三电极EL”和EL之间。如果放电灯尚未被点燃，则在出现在两个第三电极之间的电压的影响下它将点燃。点燃之后压电变压器的负载增加，这使变压比下降，从而在点燃后在第三电极之间出现一个低得多的电压即工作电压。
图5中所示实施例非常类似于图1中的实施例。第一点不同是放电容器DCV是由与压电变压器相同的材料制成的。可以使用的材料例如是镧(lanthan)掺杂的锆钛酸铅，铌酸锂和钽酸锂。第二点不同是放电容器DCV的形状不是圆柱形的，而是具有与两个压电变压器相同的宽度和高度的方形平行六面体形状，从而放电灯作为一个整体也具有方形平行六面体的形状。
图5所示实施例的工作与图1所示实施例的工作相同。
在图1所示的根据本发明的放电灯的实施例的实际完成中，由内径为7mm而长度为200mm并填充有压力为5乇的氩的圆柱形玻璃管构成放电容器。压电变压器由块形(blocks)预极化(prepoled)的压电陶瓷材料形成。该压电陶瓷材料由锆钛酸铅(Philips PXE43)构成。各块具有24mm长度，9mm高度和9mm宽度。初级侧配有长度为12mm和宽度为9mm的导电金属层形式的电极。当电极连接到幅度约为200伏、频率为70kHz的AC电压源上时，放电灯被点燃，并且稳定的放电被维持。放电灯消耗的功率约为8瓦。

Claims (16)

1.用于产生电磁辐射的放电灯，该放电灯配有气密放电容器，该放电容器装有包括一种气体的填充物，能透射工作期间由填充物产生的电磁辐射的至少一部分，并配有灯电极，在工作期间在所述灯电极间维持放电，其特征在于，放电灯包括压电变压器，而灯电极的至少一个包括压电变压器的次级侧。
2.如权利要求1的放电灯，其特征在于，气密放电容器装有包括一种惰性气体的填充物，并且能透射可见光。
3.如权利要求1或2的放电灯，其特征在于，导电材料层存在于压电变压器的次级侧和放电容器的填充物之间，并覆盖位于放电灯内部的次级侧表面区域的至少一部分。
4.如权利要求1的放电灯，其特征在于，发射体材料层存在于压电变压器次级侧和放电容器的填充物之间，且覆盖位于放电灯内部的次级侧的表面区域的至少一部分。
5.如权利要求1或2的放电灯，其特征在于，压电变压器的次级侧和放电容器的填充物在位于放电灯内部的次级侧的整个表面区域上彼此直接接触。
6.如权利要求1的放电灯，其特征在于，压电变压器包括一个初级侧和两个次级侧，并且其中每个次级侧被包括在放电灯的不同灯电极中。
7.如权利要求1的放电灯，其特征在于，放电灯的每个灯电极包括一个压电变压器，并且每个压电变压器包括一个单独的初级侧和单独的次级侧。
8.如权利要求1的放电灯，其特征在于，在工作期间放电容器的壁起介质材料的作用并且形成放电容器内部与处于地电位的其外部和其周围环境之间的容性耦合，所述容性耦合起第二灯电极的作用。
9.如权利要求1的放电灯，其特征在于，灯容器和压电变压器由相同材料构成。
10.如权利要求1的放电灯，其特征在于，压电变压器为罗森类型。
11.如权利要求1的放电灯，其特征在于，放电灯是低压气体放电灯。
12.如权利要求1的放电灯，其特征在于，放电灯是低压汞放电灯。
13.如权利要求1的放电灯，其特征在于，在不与初级侧接触的电极中所包括的压电变压器次级侧外表面的每个部分被灯容器所包围。
14.如权利要求1的放电灯，其特征在于，放电容器被沿着初级侧和次级侧之间的在压电变压器表面中的边界线安装到压电变压器上。
15.照明装置，包括用于产生电磁辐射的放电灯，该放电灯配有气密放电容器，该放电容器装有包括一种气体的填充物，能透射工作期间由填充物产生的电磁辐射的至少一部分，并配有灯电极，在工作期间在所述灯电极间维持放电，其特征在于，放电灯包括压电变压器，而灯电极的至少一个包括压电变压器的次级侧，所述照明装置还包括用于使该放电灯工作的镇流器电路。
16.如权利要求15的照明装置，其特征在于，放电容器被安装到压电变压器的一个位置上，在工作期间机械振动的节点出现在该位置上。
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