CN1199523C - 用于产生放电灯工作的脉冲电压序列的方法及其电路装置 - Google Patents

用于产生放电灯工作的脉冲电压序列的方法及其电路装置 Download PDF

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Abstract

依照本发明的方法借助于脉冲的绝缘隔离的放电为放电灯的工作来产生脉冲电压序列的电路装置，包含一个带有两个输出极(a，b)的脉冲电路(1)，这个脉冲电路(1)适合于，提供利用间歇彼此分隔的电压脉冲序列(Up(t))，一个带有两个输出极(c，d)的直流电压电路(2)，这个直流电压电路(2)适合于，提供直流补偿电压(UDC)和在放电时的电压脉冲持续期间首先输入的电气有功功率分量，并且这个直流电压电路(2)串联到脉冲电路(1)，以便于直流电压电路(2)的两个输出极之一(C)和脉冲电路(1)的相反极性的输出极(b)相连接，于是脉冲电压序列(Up(t))和直流补偿电压(UDC)的值(|Ups|，|UDC|)累积叠加。

Description

用于产生放电灯工作的脉冲电压 序列的方法及其电路装置
                           技术领域
本发明涉及了一个借助于脉冲的、绝缘隔离的放电来产生放电灯工作的脉冲电压序列的方法。此外本发明涉及了一个依照本方法来产生脉冲电压序列的电路装置。最后根据相应权利要求的前序部分本发明也涉及了一个带有这种电路装置的照明系统。
在这个概念下“放电灯”也被理解为辐射源，这种辐射源除了电磁辐射外都是在可见频谱范围内辐射，也就是辐射光线，甚至大多数辐射是在UV-或VUV-范围内发射的。
脉冲电压序列原则上既可以是单极的又可以是双极的并且用于放电灯或放电光源的工作，对于放电灯或放电光源来说极性电极至少是隔离绝缘的，例如在WO 94/23442中所描述的。这种运行方式采用了在原则上没有限制的电压脉冲序列，在电压脉冲期间电气有效功率首先被输入同时电压脉冲由于无效时间被彼此分离。脉冲波形对于有效辐射产生的效率是非常重要的。特别是陡峭上升，以及脉冲时间或无效时间的延续时间。此外电压脉冲的必要峰值--依赖于放电距离，填充气体的方式和压力以及依赖于介质方式和厚度--典型情况下可达到几千伏特。
                             背景技术
根据DE 195 48 003 A1描述一个这样的利用脉冲电路来产生脉冲电压序列的电路装置已经被熟悉了。这个脉冲电路基本上是由电容，晶体管和脉冲变压器组成。在晶体管导电状态时存储在电容里的能量被传送给脉冲变压器。在此脉冲变压器把脉冲电压变换到所需要的峰值，可是由此产生几种不利情况。首先脉冲变压器必须根据脉冲电压序列的峰值来设计并且因此变得相当大和昂贵。此外脉冲变压器的脉冲负载是相当大而且同样相当大的卷绕式电容影响了脉冲波形。另外一个缺点是，在脉冲变压器次级侧绕组的引线上出现了脉冲电压序列的完整峰值。由于普遍存在的对于环境媒质的杂散电容而产生相当高的干扰信号，既所谓的EMI(电磁干扰)。此外对于每个放电脉冲必须的全部能量消耗完全由脉冲电路提供，因此这个脉冲电路必须相应的来设计。
                         发明内容
此发明的任务是，避免所提到的缺点并且给出一种下述方法。这个方法产生脉冲序列。借助脉冲的介电隔离放电来产生放电灯工作的脉冲电压序列的方法，其中放电灯包括如下特征：
·一个至少部分透明的放电管和
·正极和负极，其中放电管内部的正极通过介电材料被隔开，并且有下述操作步骤，
·提供一个直流补偿电压UDC(t)，其中，直流补偿电压UDC(t)的幅值UDC选择达到非常高，以便在每次电压脉冲后的放电能够被熄灭并且在单个电压脉冲之间的不希望的再点燃被阻止，
·提供一个利用间歇而彼此分隔的电压脉冲Up(t)序列，其中参考共同的电势时的序列Up(t)的极性是和至少一个直流补偿电压UDC(t)的极性相反的，
·至少一个直流补偿电压UDC(t)和电压脉冲序列Up(t)叠加成一个总电压U(t)，其相应于由一个直流补偿电压UDC(t)和电压脉冲序列Up(t)的各自峰值(UDC，Ups)之和构成的总电压U(t)的峰值(Us)，也就是说适用于：|Us|＝|UDC|+|Ups|，
·把总电压U(t)加在放电灯的正极和负极上，
其中在放电时电压脉冲持续期间首先输入的电气有功功率分量是基于直流补偿电压UDC(t)被输入的。
为了按照目的的应用这样构成的总电压被加到电极上。
根据电压脉冲序列较小的所必须的脉冲高度足够用于设计小峰值脉冲电路，由此得出多个其他值得注意的优点。首先对于通常在脉冲电路中存在的脉冲变压器来说一个较小的变压比足够了或者能够有可能全部放弃脉冲变压器。在这两种情况下能够得到可以提高该序列产生有效辐射效率的陡峭的脉冲边沿，此外通过减小电压脉冲高度可以达到减小EMI和脉冲变压器初级侧电路的电流。
根据本发明的另一个方面，借助于脉冲介电绝缘隔离的放电为放电灯的工作来产生脉冲电压序列的电路装置，包含
一个带有两个输出极a，b的脉冲电路，这个脉冲电路适合于，提
供利用间歇彼此分隔的电压脉冲序列Up(t)，
一个带有两个输出极c，d的直流电压电路，这个直流电压电路适合于，提供直流补偿电压UDC和在放电时的电压脉冲持续期间首先输入的电气有功功率分量，并且这个直流电压电路串联到脉冲电路，以便于直流电压电路的两个输出极之一C和脉冲电路的相反极性的输出极b相连接，于是脉冲电压序列Up(t)和直流补偿电压UDC的值|Ups|，|UDC|累积叠加。
因此至少一个直流补偿电压和一个电压脉冲序列被累积叠加成总电压，以致于直流补偿电压分量在一定程度上构成了总电压的“基础”，而电压脉冲序列叠加在其上面。在这种方式下总电压的峰值是由直流补偿电压值和电压脉冲峰值之和得出来的。于是借助依照本发明的叠加电压脉冲具有比无叠加小的峰值，并且足够达到实际有效峰值所必须的大小。
直流补偿电压的总振幅在这里被目标明确的选择成足够大以至于在每个电压脉冲后放电能够熄灭。为了获得在WO 94/23442中所描述的高效的运行方式，这个要求必须被满足。
电压脉冲序列的单个脉冲既可以是单极的也可以是双极的。“双极的脉冲”的概念意味着，在这种脉冲内部与时间相关的电压一次或几次的变换符号。通过双极性脉冲和直流补偿电压的叠加也可以产生一个双极性总电压。
此外本发明给出一个提供直流补偿电压的电源，这个电源适用于提供在电压脉冲放电持续期间首先输入的电气有功功率的部分。这有如下优点，脉冲源仅仅需要对以脉冲方式运行的、绝缘隔离的放电提供所必须的功率的剩余部分并且因此被设计成仅相应于较小的功率。
在下面处理步骤中提供了依照本发明的借助脉冲方式的绝缘隔离的放电为放电灯工作产生脉冲电压序列的方法。
--至少提供一个直流补偿电压，在这里直流补偿电压的总振幅被目标明确的选择成足够大以至于在每个电压脉冲后的放电能够熄灭并且在单个电压脉冲之间的不希望的再次点燃被阻止。
--提供由于间歇而彼此分隔的电压脉冲序列，在这里对于公共电势这个序列的极性与直流电压的极性相反。
--至少一个直流补偿电压和电压脉冲序列被这样叠加成总电压以致于总电压的峰值由直流补偿电压的数值和电压脉冲峰值的数值之和得出来(根据数值累积叠加)。
为了按照目的的应用这样构成的总电压被加到电极上。
根据电压脉冲序列较小的所必须的脉冲高度足够用于设计小峰值脉冲电路，由此得出多个其他值得注意的优点。首先对于通常在脉冲电路中存在的脉冲变压器来说一个较小的变压比足够了或者能够有可能全部放弃脉冲变压器。在这两种情况下能够得到可以提高该序列产生有效辐射效率的陡峭的脉冲边沿，此外通过减小电压脉冲高度可以达到减小EMI和脉冲变压器初级侧电路的电流。
依照本发明的用于产生脉冲电压序列的电路装置根据当前描述的方法包含一个脉冲电路和一个直流电压电路，两个电路各带有两个输出极。
脉冲电路两个输出极之一和第二脉冲电路即直流电压电路的相反极性的输出极连接起来。这两个所说的输出极的连接确定了相对两个串联电路的两个自由输出极的参考电势。在这种方式下在两个自由输出极之间存在有两个总是位于自由输出极和参考电势之间的信号分量的差动信号，也就是说，在两个自由输出极之间有脉冲电压序列和直流补偿电压的数值累积叠加。参考电势可以但不是必须和电路外壳或和地电位相连。
脉冲电路例如总是依照在DE 195 48 003 A1中公布的电路来构造。脉冲电路具体的实现在特定情况下根据所需的峰值定位在电极上。对于电路的有利的作用来说决定性的首先是，脉冲电路应适合于提供通过间歇彼此分隔的电压脉冲的序列分量。
此外脉冲电路也可以由两个或多个串联的脉冲分电路组成。在这种方式下脉冲电压序列由两个或多个序列分量依照数值累积装配而成。在这种方式下总是只产生相对较小的序列分量峰值来达到由此而产生的脉冲电压序列所要求的峰值。
直流电压电路在最简单的情况下是一个电池或一个熟悉的电子直流电压电路。对于电路有利的作用在这里首先决定性的是，直流电路适合于提供直流补偿电压。此外直流电压电路的电气功率特性是这样有利的设置，以便于提供对于放电所必需的直流电压电路的重要的电气功率份额，例如超过大约20％。
相对于上面现有技术而言其优点是脉冲变压器和/或变压器铁芯绕组的金属线的横截面可以选择较小的。此外对于规定的电压峰值所必须的变比和由此而来的线圈比例要小于在现有技术下的情况。由此得出一个其他优点是，可以获得电压脉冲的陡峭边沿和相应的产生有效辐射的较高效率。
此外在很多情况下，这些情况直到现在仍是变压器部件不可避免的，可以完全抛弃变压器部件，于是依照本发明所需的电压峰值分量由直流电压电路提供。
另外在至少一个直流电压电路和相应的到辐射源的连接导线之间可以设置一个开关。一个开关或者也许多个开关是和脉冲电路同步的，以致一个或多个开关在电压脉冲持续期间是连通的并且在间歇期间是断开的。由此阻止了，直流补偿电压在间歇期间加到电极上。区别于脉冲电路开关本身不需要特别快。开关动作时间在多个μs例如5μs的范围内就足够了。开关动作时间在相应的过渡时间里被考虑处于同步状态，以便电压脉冲一开始直流补偿电压就加到电极上。
最后对于照明系统的保护要求，这种照明系统是由依照本发明的电路装置和一个利用脉冲的绝缘隔离的放电来工作的辐射源组成。
                           附图说明
在下面本发明借助一个实施例被详细的解释。图示如下：
图1    带有平面放电灯的依照本发明的电路装置，
图2a   源于图1的脉冲电压序列Up(t)的时序片段，
图2b   源于图1的直流补偿电压UDC(t)的时序片段，
图2c   源于图1的差动电压序列U(t)的时序片段。
具体实施方式
图1示意性示出了依照本发明的用于产生脉冲电压序列的电路装置和平面放电灯方块图。这个电路装置基本上是由脉冲电路1和直流电压电路2组成。这两个电路都给出了两个输出极a，b；c，d。在运行时脉冲电路1在其输出极a，b之间提供一个脉冲电压序列Up(t)。直流电压电路2在其输出极c，d之间提供一个直流补偿电压UDC。脉冲电路1的正(+)输出极a和直流电压电路2的负(-)输出极d利用连线4或5来连接。连线4或5在这边通过引线6，7和平面放电灯8相连接。两个电路1，2的总是空着的输出极b，c彼此相连并和地电势3相连，地电势用作参考电势。于是两个电路1，2相串联并且在运行时在脉冲电路1的正(+)输出极a和直流电压电路2的负(-)输出极d之间产生差动电压序列U(t)。
平面放电灯8由放电管9、带状负极10和绝缘隔离的带状正极11组成。放电管9由底板12、盖板13和机架14组成，这些全都是矩形基面。底板12和盖板13借助玻璃焊剂和机架密封的连接，以便放电管9内部构成矩形空腔形状。底板12大于盖板13，以使放电管有旋转的松动安装的边缘。负极10和正极11互相交替并且以相互间大约6mm的间隔彼此并联安置到底板的内壁绝缘物上。负极10和正极11加长到彼此相对的两端并且由放电管内部向外铺设到底板12两侧。在底板12的边缘上正极11和负极10总是转接到正极侧16和负极侧15的外部电源引线。外部电源引线15、16总是借助短连接件17、18与引线6、7相连。
击穿盖板13仅仅是作为演示的目的以便于观察正极11和负极10的部件。在放电管9内部正极由玻璃层完全遮盖，其厚度大约是250μm。负极10和正极11和外部电源引线15、16是作为正极侧和负极侧由银构造的层状结构的不同区域来实现的，层状结构是利用丝网印刷技术和紧接着的煅烧共同涂上的。层厚度大约是6μm。
在一个变型中(未描述)脉冲电路通过两个脉冲分电路的串联来实现。
在另外一个变变型中(未描述)在连接直流电压源和辐射源的连接导线上设置了开关，这个开关是和脉冲电路同步的，以便开关在电压脉冲期间是闭合的而在间歇期间是断开的。因此阻止直流补偿电压在间歇期间出现在电极上。
在图2a到2c中源于图1的脉冲电压序列Up(t)和直流补偿电压序列UDC(t)＝-UDC以及差动序列U(t)被概略的示范性地分别予以描述。分别给出了两个带有峰值Ups的半正弦电压脉冲，直流补偿电压-UDC和上述两个信号的差动信号U(t)，差动信号的峰值Us是由|Us|＝|Ups|+|UDC|得出的，也就是说在图2c中的总信号是由图2a和2b中的多个信号累积叠加的值。
在这里再一次的指出，在图2a中脉冲电压序列Up(t)的信号波形仅仅具有示意的性质。依照本发明特别适合并且借助电路装置可以产生的所有的信号波形包括双极性的脉冲波形(在脉冲内部有一次或几次的符号变换)，这个电路装置公布在WO 94/23442中。

Claims (7)

1.借助脉冲的介电隔离放电来产生放电灯(8)工作的脉冲电压序列的方法，其中放电灯包括如下特征：
·一个至少部分透明的放电管(9)和
·正极(11)和负极(10)，其中放电管(9)内部的正极(11)通过介电材料(19)被隔开，并且有下述操作步骤，
·提供一个直流补偿电压(UDC(t))，其中，直流补偿电压(UDC(t))的幅值(UDC)选择达到非常高，以便在每次电压脉冲后的放电能够被熄灭并且在单个电压脉冲之间的不希望的再点燃被阻止，
·提供一个利用间歇而彼此分隔的电压脉冲(Up(t))序列，其中参考共同的电势(3)时的序列(Up(t))的极性是和至少一个直流补偿电压(UDC(t))的极性相反的，
·至少一个直流补偿电压(UDC(t))和电压脉冲序列(Up(t))叠加成一个总电压(U(t))，其相应于由一个直流补偿电压(UDC(t)和电压脉冲序列(Up(t))的各自峰值(UDC，Ups)之和构成的总电压(U(t))的峰值(Us)，也就是说适用于：|Us|＝|UDC|+|Ups|，
·把总电压(U(t))加在放电灯的正极(11)和负极(10)上，
其中在放电时电压脉冲持续期间首先输入的电气有功功率分量是基于直流补偿电压(UDC(t))被输入的。
2.根据权利要求1的方法，其特征是，直流补偿电压(UDC(t))的幅值(|UDC|)和电压脉冲(Up(t))序列的峰值(|Ups|)之和(|Us|)等于或大于放电的起辉电压。
3.根据权利要求1或2之一的方法，其特征是，基于直流补偿电压(UDC(t))输入的电气有功功率分量超过20％。
4.根据权利要求1的方法，其特征是，一个附加的处理步骤，在这个步骤里脉冲序列通过至少两个脉冲序列分量的累积叠加来产生。
5.借助于脉冲介电绝缘隔离的放电为放电灯的工作来产生脉冲电压序列的电路装置，包含
一个带有两个输出极(a，b)的脉冲电路(1)，这个脉冲电路(1)适合于，提供利用间歇彼此分隔的电压脉冲序列(Up(t))，
一个带有两个输出极(c，d)的直流电压电路(2)，这个直流电压电路(2)适合于，提供直流补偿电压(UDC)和在放电时的电压脉冲持续期间首先输入的电气有功功率分量，并且这个直流电压电路(2)串联到脉冲电路(1)，以便于直流电压电路(2)的两个输出极之一(C)和脉冲电路(1)的相反极性的输出极(b)相连接，于是脉冲电压序列(Up(t))和直流补偿电压(UDC)的值(|Ups|，|UDC|)累积叠加。
6.根据权利要求5的电路装置，其特征是，由直流电压电路(2)提供的电气有功功率分量超过20％。
7.根据权利要求5或6的电路装置，其特征是，将一个开关接在放电灯和直流电路之间的连接导线上，这个开关在电压脉冲持续期间闭合，否则断开。
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