CN1339242A - 感应灯系统和感应灯 - Google Patents

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J·W·A·M·吉伦
R·M·A·德里森斯
H·J·G·吉伦
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Abstract

感应灯系统包括一个能提供高频交流电压的供电单元、一根与供电单元连接的供电电缆和一个与供电电缆连接的感应灯。该灯有一个感应线圈,并且在感应线圈和供电电缆之间设置有至少一个电子元件。电子元件与感应线圈和供电电缆一起有组合阻抗Z。根据本发明,由于电子元件的特性,对于任意长度的供电电缆,系统都能保持阻抗Z的虚部Im(Z)的绝对值小于实部Re(Z)。

Description

感应灯系统和感应灯
本发明涉及一种感应灯系统，该系统包括：一个能提供高频交流电压的供电单元、一根与供电单元连接的供电电缆和一个感应灯，感应灯与供电电缆连接并包括一个感应线圈，在感应线圈和供电电缆之间设置有至少一个电子元件。
感应灯因其长寿命和高效率而闻名，其效率可与传统的气体放电灯比如TL管相当。在一定程度上讲，感应灯的工作原理也与传统的气体放电灯相当，即，灯中的电子流不是由两电极之间的电压差而是由一个感应线圈产生的，在感应线圈中产生一个高频电压从而引起一个电流在密闭于围绕线圈的玻璃壳中的气体中流过。这种气体可以是汞蒸汽(来自一块汞合金)和稀有气体。由电流而导致的通过气体的电磁辐射的发射和因荧光作用而导致的这种辐射向可见光的转换与传统的气体放电灯是完全相当的。
灯的阻抗特别依赖于稀有气体混合物和汞蒸汽压强。后者随着汞合金的温度而变化。灯被开启后，灯的升温最初会引起其电气性能的波动，最后便趋于稳定。通常装有高频电压发生器和谐振电路的电源按这种方式设计：在不同的阻抗条件下，感应灯都能获得正确的功率。
在起始段落中所描述的感应灯系统是从国际专利说明书WO93/23975中获知的。在这个系统中，一个电容器与感应灯串联，这个电容器的电容值可以使具有预定的固定功率值(例如85W)的灯谐振于和供电单元相同的频率上。这种系统的一个特性是，从供电单元“看”的阻抗受供电电缆长度的影响，因此谐振频率也受其影响。因此，电容器和供电单元中各元件的值必须事先按所用的电缆长度调整。这样，对于给定的系统，电缆长度是预先确定的，这会降低用户使用该系统的灵活性。
本发明的一个目的是提供一种用于高频感应灯的感应灯系统，它适用于不同电缆长度。本发明的另一个目的是提供一种与电缆长度无关，并且既便宜又高效的感应灯系统。
为了达到这个目的，电子元件具有这样的特性：对于任意长度的供电电缆，供电电缆、电子元件和感应线圈的总阻抗Z的虚部Im(Z)的绝对值小于实部Re(Z)。总阻抗Z的虚部Im(Z)的绝对值最好小于实部Re(Z)的0.5倍，小于实部Re(Z)的0.25倍则更好。其目的是为了得到完全单纯的实阻抗，以便在使用同轴电缆的情况下，系统的谐振特性完全独立于供电电缆的长度。因为虚阻抗还依赖于灯内的温度和汞蒸汽压强，虚阻抗在灯开启期间会升高，因此这不是对于任何温度都可行的，但通过正确选择元件，对于出现的任何温度，虚部Im(Z)能被保持在可接受的限度内。“任意长度的供电电缆”这句话应该理解为至少是在0.2m到4m之间的任意电缆长度。
电子元件和感应灯的总阻抗Z的实部Re(Z)的值与供电电缆的特性阻抗相差最好小于15％，小于8％则更好。上述两种方法，即大致去除阻抗的虚部和使感应灯阻抗的实部大致等于电缆的特性阻抗，都被称为特性终端(termination)的方法，所述的方法共同保证供电电缆的长度不影响系统的阻抗。
对于不同的电缆长度，总阻抗Z的绝对值|Z|的变化最好小于35Ω。这是有益的，因为阻抗|Z|也影响灯的光输出，而对于任意的电缆长度，通常总是希望得到一个大致相同的光输出。
在一个优选实施例中，电子元件包含一个电容器。通过接入一个合适值的电容器，上述的目的能以有效的方式来实现。
供电单元最好包含一个谐振电路，该电路可以调节成适应总阻抗Z，以达到最佳光输出，谐振电路最好包含两个线圈和一个电容器。已经发现，这是要获得希望的高效率所需要的最少元件数。总的说来，该系统因此包括两个线圈、两个电容器和一个感应灯(它也可以认为是一个线圈)。
本发明还涉及到一种感应灯，它包含一个感应线圈和一个电子元件，该感应灯可以通过供电电缆与供电单元连接，供电单元能提供一个高频的交流电压，电子元件被设置在感应线圈和供电电缆的一个连接点之间，所述电子元件具有这样的特性：对于任意长度的供电电缆，所连接的供电电缆、电子元件和感应线圈的总阻抗Z的虚部Im(Z)的绝对值小于实部Re(Z)。
参照下面描述的实施例，本发明的这些和其它方面将会更清楚。
在附图中：
图1显示出一个感应灯系统；
图2是一个图表，它显示出对于不同的供电电缆长度，供电电缆、电子元件和感应线圈的总阻抗与感应灯的汞合金温度之间的关系。
参考图1，一个感应灯系统包含一个供电单元1，供电单元中可产生一个高频电压。为此，供电单元1具有：一个连接至市电(220v/50Hz)的输入端；一个转换网络2，其中输入的交流电压被转换为一个直流电压；以及一个半桥电路，半桥电路包括两个晶体管3、4，用来将上述的直流电压转换为一个高频交流电压(189v/2.65MHz)。另外，供电单元还包括一个谐振电路5，它由一个电容器6和两个线圈7、8组成。谐振电路5是这样设计的：在启动和稳定工作期间灯都能获得正确的供电特性。电容器6的值大约为450pF，线圈7的值大约为12μH，线圈8的值大约为16.5μH。
一个感应灯11通过同轴电缆10与供电单元1连接。同轴电缆10可以任意长，在本实施例中，该电缆有大约61Ω的特性阻抗和大约105pF/m的电容量。感应灯11有一个灯座9和一个玻璃壳14，一个感应线圈12和一个铁氧体磁心13被固定在灯座9上。玻璃壳14中填充稀有气体和来自一块汞合金15的一定量的汞蒸汽。玻璃壳14还有一个内腔用来设置感应线圈12。在本实施例中，此感应灯系统具有85W的额定功率。
当一个高频电流流过感应线圈12时，在铁氧体磁心13和玻璃壳14中会产生一个高频磁场。由于这个高频磁场的作用，在玻璃壳14中会产生一个电流，这个电流主要由电子和汞离子来传输。以这种方式产生的电流中的电子与其它汞原子产生碰撞，导致汞原子中的电子越迁到一个较高的能态。当原子回到它们的原始能态的时候，原子发射电磁辐射，在这种情况下是紫外线。在玻璃壳14的内侧涂有一层荧光材料，它能保证由气体混合物发射的紫外线被转换为可见光。
与同轴电缆10的芯线相连的一个电容器16被设置在线圈12与同轴电缆10之间。电容器16的值大约为440pF。通过在灯一侧接入电容器16，供电单元1“看似”主要是实阻抗，该阻抗和同轴电缆10的特性阻抗大致相同。因此，灯11和电容器16共同组成了同轴电缆10的特性终端，系统的谐振特性变得在很大程度上不依赖于同轴电缆10的长度，这一点将会参考图2进行进一步地说明。
图2显示出对于不同长度(1C)的同轴电缆10，同轴电缆10、电容器16和感应灯11的总阻抗与感应灯11的汞合金温度(Ta)之间的关系。灯11包含有一定量的固体汞合金，根据温度，一定量的汞从汞合金变为汽态。因此，在灯11中汞蒸汽的压强依赖于灯内所保持的温度，特别是固体汞合金的温度(Ta)。在灯11开启后，温度(Ta)根据环境的情况上升至介于60℃到120℃之间的一个最大值，使得灯内汞蒸汽的量达到一个不可预定的值，从而导致灯11的阻抗的波动。
四个不同部分的图表连续地显示出参照图1所述系统的阻抗的绝对值|Z|、相位变化Phi(Z)、实部Re(Z)和虚部Im(Z)。这些图表显示出，对于任意长度(lC)和任意温度(Ta)，虚部Im(Z)在范围[-15Ω，+10Ω]内，同时实部Re(Z)在范围[+41Ω，+69Ω]内。因此，由于特性终端的作用，在任意情况下，虚部的绝对值都小于实部，特别是小于实部的0.25倍，以至于供电单元1看似主要为实阻抗。阻抗的绝对值|Z|在范围[40Ω，69Ω]内，以至于灯11的光输出对于任意长度(1C)都很稳定。如果没有上述的特性终端，对于同轴电缆10的不同长度(1C)，实部Re(Z)和虚部Im(Z)都会有较大程度的波动，以至于不能总是得到大致实阻抗的结果，并且因此灯11不能工作在最佳状态，或者如果电子元件不适应长度(1C)的话，灯11甚至根本不工作。
上述实施例涉及到一个额定功率为85W的感应灯系统，但很明显，所述的原理可适用于任何感应灯系统。本发明的原理除了上述系统之外还适用于多种类型的感应灯系统。

Claims (10)

1.一种感应灯系统，包括：一个供电单元，它能提供高频交流电压；一根与供电单元连接的供电电缆；和一个感应灯，感应灯与供电电缆连接并具有一个感应线圈，在感应线圈和供电电缆之间设置有至少一个电子元件，其特征在于，电子元件具有这样的特性：对于任意长度的供电电缆，供电电缆、电子元件和感应线圈的总阻抗Z的虚部Im(Z)的绝对值小于实部Re(Z)。
2.根据权利要求1的感应灯系统，其中，总阻抗Z的虚部Im(Z)的绝对值小于实部Re(Z)的0.5倍。
3.根据权利要求1或2的感应灯系统，其中，总阻抗Z的虚部Im(Z)的绝对值小于实部Re(Z)的0.25倍。
4.根据权利要求1、2或3的感应灯系统，其中，电子元件和感应灯的总阻抗Z的实部Re(Z)的值与供电电缆的特性阻抗相差小于15％。
5.根据前述任一权利要求的感应灯系统，其中，对于不同的电缆长度，总阻抗Z的绝对值|Z|的变化小于35Ω。
6.根据前述任一权利要求的感应灯系统，其中，电子元件包括含一个电容器。
7.根据前述任一权利要求的感应灯系统，其中，供电单元包括一个谐振电路，该电路适应于总阻抗Z，以达到最佳光输出。
8.根据权利要求7的感应灯系统，其中，谐振电路包括两个线圈和一个电容器。
9.根据前述任一权利要求的感应灯系统，其中，供电电缆包括一根同轴电缆。
10.一种感应灯，包含一个感应线圈和一个电子元件，该感应灯可以通过供电电缆与供电单元连接，供电单元能提供一个高频的交流电压，电子元件被设置在感应线圈和供电电缆的一个连接点之间，其特性在于，电子元件具有这样的特性：对于任意长度的供电电缆，所连接的供电电缆、电子元件和感应线圈的总阻抗Z的虚部Im(Z)的绝对值小于实部Re(Z)。
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