CN1360336A - 高压放电灯 - Google Patents

Abstract

高压放电灯1包括:带一对主电极3、4的发光管2、带有用以使起动电路开路的热敏开关19的起动电路13和将所述发光管与所述起动电路内置的外壳14,其结构适合用电抗稳定器21启动。热敏开关外面设有罩壳27,且热敏元件的接点23、24被遮覆在所述罩壳内。由此,在灯泡的寿命末期等场合出现发光管起动不良或熄灭时,外壳内持续电弧放电的发生得以防止。

Description

高压放电灯

技术领域

本发明涉及起动器内置式高压放电灯。

背景技术

近年，人们在迎接节能时代的到来，金属卤化物灯与高压钠灯等高压放电灯当前正被用于公路、广场、街道等室外照明，以及工厂、体育馆、商店等室内照明，与以往使用的高压水银灯相比，它们具有更高的效率与良好的演色性。

这些金属卤化物灯与高压钠灯，通常照样采用高压水银灯所用的传统装备，沿用基于电源频率的简易铜铁型电抗稳定器的启动方法。因此，为了使用这样的铜铁型电抗稳定器来启动，这类灯将传统的高压水银灯所未装备的起动电路设置在灯内。

作为这种起动电路，采用与灯泡品种相对应的各种不同类型的电路，它们一般可分为两个基本类型。

第一种基本型，即图6所示的起动电路57。其基本结构是由用于电流断路的开关元件58、用于电流限制的电阻59以及用以断开起动电路的双金属热敏开关60组成的串联电路。该串联电路的两端与具有一对主电极61与62的发光管63并联连接。

这样的起动电路57与发光管63被设置于真空的或加入气体的玻璃外壳65内，构成灯泡64。作为开关元件58，可以采用例如用于金属卤化物灯泡的辉光启动器，用于高压钠灯的非线性陶瓷电容器，或者兼用于上述起动电路断开的双金属热敏开关。

用以断开起动电路的双金属热敏开关60，具有(例如)图7所示的结构，其中包括：作为固定接点的引线66、绝缘玻璃67、充当L形固定电极的支架68、作为可动接点的接触杆69与作为可动电极的双金属片70。引线66的一端跟电极61连接，其另一端跟绝缘玻璃67连接。支架68的一端跟绝缘玻璃67连接，其另一端跟电阻59连接。双金属片70的前端设有接触杆69，其后端装在支架68上。通过双金属片70受热后缓慢反向动作，接触杆69可完成跟引线66的接触与分离动作。而热敏开关60的固定接点与可动接点的连接点，即引线66与接触杆69的连接点，外露地设置在外壳65内。

以下说明起动电路57的动作过程。通过施加电源电压22使开关元件58反复开闭，每次开闭动作导致的电流断路在电抗稳定器21上感应产生1～4kV的高压脉冲，由此使发光管63开始放电。其后，在放电开始后开关元件58随即停止开闭动作。接着，在放电开始后约2～3分钟，热敏开关60在发光管63产生的热量作用下缓慢地从闭合状态转向断开状态，起动电路57被点灯回路开路。在这之后的灯泡稳定点亮状态中，热敏开关60继续保持断开状态。

还有，在图6所示的起动电路57中，例如采用作为开关元件58的辉光启动器的金属卤化物灯中的该电路中，为了在发光管起动不良时停止辉光启动器的开关动作，一般在热敏开关60旁连接电阻59，通过电阻59产生的热使热敏开关60从闭合状态转变到断开状态。

第二种基本型，即图8所示的起动电路71。这种电路特别用在采用其一对主电极72、73上加设辅助电极74的石英发光管75的金属卤化物灯76中。该起动电路71为由限流电阻77和由双金属构成的用以使起动电路开路的热敏开关78连接而成的串联电路。起动电路71的一端跟主电极72连接，其另一端跟辅助电极74连接。在热敏开关78中，接点也外露地设置在外壳79内。

以下说明起动电路71的动作过程。施加电源电压22后，首先主电极73与辅助电极74之间发生辅助放电。接着，通过由辅助放电供给的足够初始电子的作用，在主电极72、73之间开始主放电。而在主放电开始后约2分钟，热敏开关78在发光管75产生的热量作用下缓慢地从闭合状态转向断开状态，起动电路71被从点灯回路断开。在此后灯泡稳定点亮状态中，热敏开关78继续保持断开状态。

也有根据金属卤化物灯的品种，将上述两种基本型起动电路合并使用的情况。

但是，上述先有技术中的起动电路，特别在将上述的两个基本型起动电路内置的金属卤化物灯和高压钠灯中，通过市场上消费者长年实际使用获知，存在着跟热敏开关相关联的问题；用以使起动电路开路的热敏开关是上述电路的基本构件。

如上所述，作为传统的起动电路57或71中由双金属构成的热敏开关60、78，由于设置于外壳内不存在发生氧化等问题而采用廉价的接点外露的结构。

采用这种热敏开关60、78的灯泡中，特别在使用寿命末期发光管63、75出现起动不良时，或者因灯泡电压上升从点亮状态熄灭时，由于因断流在电抗稳定器21中感应产生高压脉冲电压，处于OFF状态即断开状态的热敏开关60、78的接点上确实存在电弧放电的情况，尽管发生比率较低。此处，问题在于：这种由接点的电弧放电提供的初始电子会成为诱因，造成新的电弧放电持续发生，例如在保持发光管的成对的引线之间发生。这种持续的电弧放电会造成过大的灯泡短路电流持续流过电抗稳定器21。并且，尽管发生比率也较低，但是确实存在因此使外壳65、79的灯头侧端部等受损的情况。

上述的普通高压钠灯的外壳内为真空状态，在灯泡使用寿命的末期，发光物质钠和用以辅助起动的氙气等会从发光管内向外漏泄。为此，通过实验弄清了跟上述情况相同的持续电弧放电的发生机制。并且，上述第二基本型起动电路的热敏开关78的接点处，特别在发光管熄灭时有电弧放电的情况。可以说，这是由于在发光管熄灭后主电极与邻接的辅助电极之间随即被保持在导通状态，从而因灯泡电流中断而感应产生的高压脉冲电压，直接施加在上述热敏开关的断开状态的接点上。

对于如上所述的起动电路内置的高压放电灯，出于产品安全方面的考虑，必须解决因外壳内的持续电弧放电而出现过大的短路电流与发生外壳破损等问题，所述起动电路采用设有双金属可动电极的、达到规定温度即缓慢反向的缓动型热敏开关。为了确实解决上述问题，必须防止因热敏开关的接点处的电弧放电诱发的持续电弧放电的发生。

发明内容

本发明旨在提供具有良好安全性的高压放电灯泡，该灯泡可抑制在其使用寿命的末期、当发光管起动不良或熄灭时、因热敏开关接点处的电弧放电引起的外壳内的持续电弧放电。

本发明的高压放电灯泡包括：设有一对主电极的发光管，设有用以断开起动电路的热敏开关的起动电路，以及其内设置了上述发光管与上述起动电路的外壳；其结构适合通过电抗稳定器点灯的起动器，设置于所述高压放电灯泡内。上述热敏开关设有罩壳，上述热敏开关元件的接点由上述罩壳遮覆。

采用这种结构，可以防止在由于灯泡寿命末期等情况出现发光管起动不良或熄灭时，因热敏开关接点处的电弧放电诱发的外壳内的持续电弧放电。

上述热敏开关最好为速动型开关。

并且，上述热敏开关在断开状态的接点间隔最好在0.3mm以上。

上述结构可以这样构成：所述发光管设有辅助电极，所述起动电路包括：由辉光启动器、第一电阻以及所述热敏开关串联、再跟所述发光管并联而成的串联电路，以及一端跟所述热敏开关与所述第一电阻的接点连接、另一端跟所述辅助电极连接的第二电阻；所述第一电阻设置在热敏开关的近旁。

并且，也可以采用这样的结构：沿所述发光管的管轴方向设置经由电容器施加电压的起动辅助导体，所述起动电路包括：由具有断流开关功能的非线性陶瓷电容器、限流用的钨灯丝电阻和所述热敏开关串联后再跟所述发光管并联而成的串联电路，以及跟所述钨灯丝电阻与所述非线性陶瓷电容器并联、并与所述非线性陶瓷电容器邻接的加热电阻。

并且，也可以采用这样的结构：所述发光管设有辅助电极，所述起动电路包括由电阻与所述热敏开关组成的串联电路，所述热敏开关的不与所述电阻连接的一端跟所述主电极连接，所述电阻的不跟所述热敏开关连接的一端跟所述辅助电极连接。

附图说明

图1为本发明第一实施例中的金属卤化物灯的正视图。

图2为该金属卤化物灯的点灯回路的电路图。

图3为该点灯回路中所用的热敏开关的示图。

图4为本发明第二实施例中的高压钠灯的点灯回路的电路图。

图5为本发明第三实施例中的金属卤化物灯的点灯回路的电路图。

图6为传统高压放电灯的点灯回路的电路图。

图7为该点灯回路中所用的热敏开关的示图。

图8为另一例传统高压放电灯的点灯回路的电路图。

具体实施方式

(第一实施例)

本发明第一实施例中的起动器内置型金属卤化物灯，如图1所示。金属卤化物灯1包括：有放电空间的发光件2a，在该发光件2a两端形成封接件2b、2c的石英发光管2。在封接件2b、2c上，分别将主电极3、4和外部引线5、6连接的钼金属箔7、8封接。并且，靠近主电极3的辅助电极16同样经由钼箔9封接。主电极3、4分别位于发光件2a内的两端。在发光管2内，封入充当发光物质的金属卤化物(NaI+ScI₃)、充当缓冲气体的水银Hg和充当起动辅助气体的氩。该发光管2的具体尺寸，例如在400W的灯泡中发光管的内径为20mm，主电极间距Le为42.5mm。

玻璃制的外壳14通过玻璃杆10封固，外壳14内装有：由从玻璃杆10延伸的引线11、12连接、固定的发光管2，以及后文将述及的起动电路13。以氮气为主要成分的气体，以约46.5kPa的气压封入于外壳14内。灯头15设于外壳14有玻璃杆10的那端。

如图2所示，起动电路13包含由用于断流的辉光启动器17、用于限流的第一电阻18，以及用以断开起动电路的热敏开关19构成的串联电路。该串联电路与发光管2并联连接。起动电路13还包含第二电阻2。第二电阻20的一端跟热敏开关19与第一电阻18的连接点连接，另一端跟辅助电极16连接。

第一电阻18被设置在热敏开关19的近旁，当发光管2起动不良时，热敏开关19就会因第一电阻18发热而断开，从而断开电流，使辉光启动器17停止开关动作。

这种金属卤化物灯1可安装在器具(未作图示)上，经由电抗稳定器21接上电源电压22使用。

以下就金属卤化物灯1的点灯动作进行说明。

金属卤化物灯1进行正常点灯动作时，通过施加电源电压22，首先在主电极3与辅助电极16之间发生辅助放电来供给初始电子，同时使辉光启动器17动作，反复进行辉光启动器17内的电极接点的开闭动作。这时，每次开闭都使流过电抗稳定器21的电流中断，从而感应产生1.5～2.0kV的高压，在上述初始电子与所施加的高压脉冲电压的作用下发光管2的主电极3、4之间开始放电。放电一开始，辉光启动器17就转入非动作状态。起动后约2分钟，发光管2产生的热量使热敏开关19从闭合状态转入断开状态，起动电路13被从点灯回路开路(被断开状态)。之后，在正常点灯状态中，发光管2的热量使热敏开关19保持断开状态。

如果由于某些原因发光管2不能正常点灯时，热敏开关19在第一电阻18所发出热量的作用下从闭合状态转入断开状态，起动电路13又处于从点灯回路开路的状态，由此保证了电路的安全。

在本实施例中，作为构成金属卤化物灯的热敏开关19，采用在达到规定温度的瞬间即开始反向动作的速动型热敏开关。如图3所示，热敏开关19，其前端分别跟接点23、24焊接的固定电极25与可动电极26被设置在罩壳27内，该罩壳内封入约67kPa的空气。接点23、24采用覆盖Ag的Cu-Ni材料制成。固定电极25用Ni-Cr-Fe片制成，可动电极26采用Fe-Ni/Fe-Ni-Cr双金属片。可动电极26先用所谓的冲压成型工艺成形，再经加工使它受热后可以瞬时快速动作。

可动电极26由可动电极支架28支持。固定电极25与可动电极支架28由玻璃珠29固定，然后，分别被焊接在外部引线30、31上。外部引线30、31被封固在玻璃制的罩壳27的端部。

现将金属卤化物灯1中的热敏开关19的动作过程说明如下。首先可动电极26在升至规定温度约120℃后，就立即快速动作，在500ns的瞬间从闭合状态转入断开状态。此时，处于断开状态的接点23与24之间的间隔为0.6mm。并且，在之后的正常点灯状态中，发光管2的热量使接点23与24的间隔进一步扩大，一直增加到1.5mm左右。并且，据确认，即使在刚起动后发光管就熄灭时等发光管起动不良的场合，热敏开关19的接点23与24之间也可达到0.6mm，未见热敏开关19的接点23与24之间发生电弧放电。这些现象，均为本发明人所作的最大4kV的高压脉冲电压的电压施加试验所确认。

再有，经确认，本实施例的金属卤化物灯的热敏开关19的接点间隔，在断开状态后，也因发光管2产生的热量进一步扩大，最大可达约4mm。并且，将热敏开关19的可动电极26设定为：在温度降至约80℃时由断开状态转入闭合状态，在该时刻接点23与24从0.6mm的间隔瞬时转入闭合状态。

如上所述的本实施例的金属卤化物灯中，热敏开关19的接点不被外露地设置在外壳14内，这不同于传统的起动器内置式高压放电灯，其热敏开关的接点被外露地设置于外壳内。由此，可以防止在传统的起动器内置式高压放电灯中出现的这种不良情况：在因灯泡到了使用寿命末期等造成发光管2起动不良，以及因起动后灯泡电压上升而熄灭时，因电流中断在电抗稳定器21上感应产生高压脉冲电压而在热敏开关的接点处产生电弧放电。而且，还可以防止这种电弧放电引起在引线11与12之间的电弧放电，并可防止点灯回路中流过过大的灯泡短路电流，以及因电弧放电位置转移到玻璃杆附近而造成外壳的破损。

据知，传统的起动器内置式高压放电灯，只是在热敏开关的接点处于断开即OFF状态时接点之间的间隔不到0.3mm的范围内，才发生电弧放电。这是由于如果接点之间的间隔不满0.3mm，热敏开关的接点就成为点灯回路中放电阻抗最低、最容易开始放电的地方。

基于以上的考虑，本实施例的金属卤化物灯采用了双重的安全功能结构，即其热敏开关19的接点处于断开状态时的间隔被设置为0.3mm以上，并且将其热敏开关19用罩壳27遮覆。

(第二实施例)

以下参照图4就本发明的第二实施例中的起动器内置式高压钠灯进行说明。构成高压钠灯46的发光管32采用多晶氧化铝陶瓷管。在其两端用陶瓷粘合剂封接一对铌管35、36，其上分别固定钨电极33、34。发光管32内以汞齐(amalgam)的形式封入发光物质钠(Na)与缓冲气体的水银(Hg)，并且封入约27kPa的作为起动辅助气体的氙(Xe)。

起动电路37包括由具有断流开关功能的非线性陶瓷电容器38、用于限流的钨灯丝电阻39以及用以使起动电路开路的热敏开关40构成的串联电路。该串联电路跟发光管32并联连接。此例中采用的热敏开关40，跟第一实施例中使用的热敏开关19相同。用以感应产生更高的脉冲电压的sidac(硅对称二端开关元件)半导体41，作为起动电路37的附件，跟上述由非线性陶瓷电容器38、钨灯丝电阻39以及热敏开关40构成的串联电路串联连接。并且，sidac半导体41的控制电阻42跟sidac半导体41并联连接。此外，跟钨灯丝电阻39、非线性陶瓷电容器38、sidac半导体41并联地设置加热用电阻43，该电阻是为了在发光管起动不良时降低脉冲电压而设置的。

沿发光管32的管轴方向经由电容器45设置钼线起动辅助导体44。发光管32与起动电路37设置在抽成真空的外壳47的内部。

以下说明高压钠灯46的点灯动作。施加电源电压22后，首先通过非线性陶瓷电容器38的开关功能在电抗稳定器21上引起2～3kV的高压脉冲电压。该电压使发光管32开始放电，放电开始后起动电路37就处于非动作状态。接着，在起动约2分钟后，热敏开关40因发光管32的热量从闭合状态转入断开状态，于是起动电路37被从点灯回路切断。在这之后的正常点灯状态中，热敏开关40在发光管32发出的热量作用下继续保持断开状态。当热敏开关40处于断开状态时，固定电极的接点与可动电极的接点之间的间隔约为0.6mm，这跟第一实施例的相同。

本实施例的高压钠灯46的启动试验确认，即使在刚起动后熄灭以及在使用寿命的末期等场合有钠蒸气与氙气等封入气体从发光管32向外壳47内漏泄的情况下，处于断开状态的热敏开关40的接点间并未出现电弧放电，因此也未引起其他的引线之间的持续电弧放电。

再有，起动电路37具有这样的结构，在发光管32起动不良时，该结构可通过其加热电阻43的发热使非线性陶瓷电容器38的温度上升，使其开关功能降低，从而使感应产生的脉冲电压急剧地下降。这样，当发光管起动不良时由于热敏开关40继续保持闭合状态，所以接点之间不发生电弧放电。

(第三实施例)

以下参照图5就本发明的第三实施例中的金属卤化物灯进行说明。构成金属卤化物灯48的发光管49采用石英灯管。在其两端封接着一对钨制的主电极50、51，以及靠近主电极51设置的辅助电极52。发光管49内封入作为发光物质的金属卤化物(NaI+TlI+InI)、作为缓冲气体的水银(Hg)以及用以辅助起动的约10kPa的氖·氩彭宁气体(Ne+0.5％Ar)。

起动电路53由限流用的电阻54和用以断开起动电路的热敏开关55串联而成。热敏开关55的一端跟主电极50连接，其带电阻54的一端跟辅助电极52连接。再有，此例的热敏开关55跟上述各实施例中采用的热敏开关相同。

发光管49与起动电路53设置在外壳56的内部，该外壳内封入约53kPa的氮·氖混合气体(N₂+60％Ne)。

以下说明金属卤化物灯48的点灯动作。施加电源电压22后，首先在电极51与辅助电极52之间产生辅助放电。接着，通过由辅助放电供给的足够的初始电子以及用以辅助起动的氮·氖混合气体的作用，在主电极50与51之间开始主放电。主放电开始后约2分钟，热敏开关55因来自发光管49的热量瞬间从闭合状态转入断开状态，于是起动电路53跟点灯回路断离。在这之后的正常点灯状态中，热敏开关55在发光管49发出的热量作用下继续保持断开状态。当热敏开关55处于断开状态时，固定电极的接点与可动电极的接点之间的间隔约为0.6mm，这跟上述各实施例的相同。

对本实施例的金属卤化物灯48的启动试验确认，即使在刚起动后熄灭以及在使用寿命的末期等场合有钠蒸气与氙气等封入气体从发光管49向外壳56内漏泄的情况下，处于断开状态的热敏开关55的接点之间并未出现电弧放电，因此也未引起其他的引线之间的持续电弧放电。

再有，本例的起动电路53不具有诱发高压脉冲电压的开关功能，因此，当发光管49起动不良时，热敏开关55的接点之间理应不发生电弧放电。

如上所述，本发明确实可以防止在灯泡的使用寿命末期发光管出现起动不良和熄灯时，因热敏开关接点之间的电弧放电诱发的、外壳内引线之间的持续电弧放电的发生，且能提供安全性好的高压放电灯。

Claims (6)

1.一种高压放电灯，其特征在于：在由带一对主电极的发光管、带有用以使起动电路开路的热敏开关的起动电路以及将所述发光管与所述起动电路内置的外壳构成的、其结构适合用电抗稳定器启动的内置式高压放电灯中，所述热敏开关外面设有罩壳，且所述热敏开关的接点被遮覆在所述罩壳内。

2.如权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于：所述热敏开关为速动型。

3.如权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于：所述热敏开关在断开状态时的接点间隔为0.3mm以上。

4.如权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于：所述发光管带辅助电极；所述起动电路包括：由辉光启动器、第一电阻与所述热敏开关串联后跟所述发光管并联而成的串联电路，以及一端跟所述热敏开关与所述第一电阻的接点连接、另一端跟所述辅助电极连接的第二电阻；所述第一电阻与所述热敏开关被相互靠近地设置。

5.如权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于：沿所述发光管的管轴方向设置经由电容器施加电压的起动辅助导体；所述起动电路包括：由具有断流开关功能的非线性陶瓷电容器、用以限流的钨灯丝电阻和所述热敏开关串联再跟所述发光管并联而成的串联电路，以及跟所述钨灯丝电阻和所述非线性陶瓷电容器并联、并设置于所述非线性陶瓷电容器近旁的加热电阻。

6.如权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于：所述发光管带辅助电极；所述起动电路包括由电阻和所述热敏开关组成的串联电路，所述热敏开关未与所述电阻连接的一端跟所述主电极连接，所述电阻未与所述热敏开关连接的一端跟所述辅助电极连接。

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