TW200845819A - High voltage pulse generator and high pressure discharge lamp with such a generator - Google Patents

Description

200845819 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種如申請專利範圍第1 J：旨射f α^… Μ刖g所述的咼 電壓脈波產生器。此種產生器特別是可用來點燃—般照明_ 或光學目的·或機動車用的高壓放電燈。此外，4g _ 及一種具有此種產生器之高壓放電燈。 【先前技術】 高壓放電燈之點燃問題目前是以” 一個點燃裝置M合 至電子式安定器中”來解決。此種方式的缺點是：須以固 定的高電壓來設計多條導線。 過去的時間中，通常亦尋求將點燃單元整合在一種燈 中。因此，試圖將該點燃單元整合在基座中。一種允許特 別有效之高脈波的點燃可藉由所謂螺旋式脈波產生器來達 成’請參閱US-A 3 289 015。在更久之前，此種裝置已建議 使用在不同的高壓放電燈中，例如，用在金屬鹵化物燈或 鈉高壓燈中，這例如可參閱US-A 4 325 004，US-A 4 353 〇 1 2。然而，不能用這些燈來實施，此乃因一方面是這些燈 太貴，另一方面是優點（即，這些燈安裝在基座上）仍顯不 足，此乃因高電壓供應至燈泡仍有問題。因此，若基座中 有隔離上的問題或缺口時，燈受損的機率會大大地增加。 目前’一般的點燃裝置被加熱時通常未超過l〇(TC。然後， 所產生的電壓必須傳送至該燈，這需要可耐高壓（典型上是 5 kV)的導線和燈頭。 爲了產生特別高的電壓，可使用一種雙（double) -產生 200845819 器，請參閱 US-A 4 608 5 2 1 ° 【發明內容】 本發明的目的是提供一種螺旋式脈波產生器，其可用 作耐高溫的變壓器。 上述目的藉由申請專利範圍第1項的特徵來達成。 另一目的是提供一種高壓放電燈，其點燃特性相對於 目前的燈而言已大大地改進’且不必擔心由於高電壓而受 損。此種高壓放電燈特別適用於金屬鹵化物燈，其放電管 的材料可以是石央玻璃或陶瓷。 該另一目的藉由申請專利範圍第1〇項的特徵來達成。 本發明特別有利的形式描述在申請專利範圍各附屬項 中〇 由 DE-Az 102005 061 832.4 和 102005 061 831.6 中已知 一種緊密式高電壓脈波產生器，其可產生多種超過15kV的 電壓。因此，螺旋式脈波產生器通常由二個大約相同長度 的捲繞成螺旋狀的導體所構成，請參閱第1圖。這表示： 每一導體具有大約相同的多個繞組。此種構造是需要的， 以便使用向量反向（inversion)原理。 由DE-Az 102006 02 6 750.8中已知可使用一種螺旋式脈 波產生器，其由相對導磁率Μ 至5000之鐵磁材料所圍繞 著，這在上述三個文件中有詳細的說明。於此，通常使用 以下的原理··一種由於短路而在第一繞組中流動的電流會 在其餘的繞組中感應一種高電壓脈波。 依據本發明，使用二個捲繞的導體之很不相同的長 -6- 200845819 度。於是，第二導體只具有少數的繞組，而第一導體具有 一般數目（例如，20至100)的繞組。在此種情況下，該螺旋 式脈波產生器用作爲一種耐高溫的變壓器。此變壓器在功 能上類似於一種已整合的節約式變壓器，此時第二導體用 作電容器且因此作爲該變壓器用之充電電容器。由於第二 導體較短，則造型較小或該變壓器可在相同的體積時設有 更多的繞組，這樣可產生較高的高電壓脈波。 在使用個別的充電電容器時，該產生器亦可只設有一 導體繞組，其具有三個接觸區以作爲真正的節約式變壓器。 目前所使用的螺旋式脈波產生器特別是一種所謂 LTCC-構件或HTCC-構件。此種材料是一種特殊的陶瓷，其 可在達到600°C的溫度時製成。LTCC甚至已與多種燈一起 使用，請參閱 US 2003/0001519 和 US-B 6 853 151。然而， 爲了完全不同的目的，實際上幾乎不使用各種受到溫度負 載所影響的燈，其典型的溫度小於l〇〇°C。LTCC之高的溫 度穩定性之特殊的値是與高壓放電燈（主要是金屬鹵化物燈） 之點燃一同來辨認點燃上的問題。 螺旋式脈波產生器之基本造型是一種構件，其將電容 器的特性與一種波導的特性相結合以產生電壓至少是 1 · 5 kV的點燃脈波。就製程而言，二個陶瓷”生胚薄片”以 金屬導電糊來壓製且然後轉移成一螺旋線來進行捲繞，最 後以均衡的（isostatic)方式壓製成一成形體。隨後以金屬糊 和陶瓷薄片來進行的共（co)燒結是在8〇〇。(：至900°C的溫度 範圍內在空氣中進行。此種處理允許該螺旋式脈波產生器 -7- 200845819 之使用範圍可達700°C之溫度負載範圍。於是，該螺旋式脈 ' 波產生器可安裝在該外燈泡中放電管的直接相鄰處，但亦 • 可安裝在基座中或安裝在燈的直接相鄰處。 上述之螺旋式脈波產生器亦可用在其它的應用中，此 乃因其不只是具有高溫穩定性而且亦最緊密。此處，重要 的是，該螺旋式脈波產生器以LTCC-構件來構成，其包括陶 瓷薄片和金屬導電糊。爲了提供充份的輸出電壓，該螺旋 線應包括至少5個繞組。 C1 此外，一種點燃單元可以高電壓脈波產生器爲主來形 成，此點燃單元另外包括至少一充電電阻和一開關。此開 關可以是一種火花間隙或亦可爲以SiC-技術製成的雙向二 極體（Diac)。 在燈的應用情況下，較佳是在外燈泡中進行。於是， 不需一種高壓穩定的電壓導線。 此外，可對螺旋式脈波產生器設定尺寸，使高電壓脈 波甚至可使該燈達成一種加熱再點燃的作用。由陶瓷所構 成的介電質之特徵是一種特別高的介電質常數ε >10,此時 依據材料和構造形式該ε典型上可以是70，且可達到ε = 100。 這樣可使螺旋式脈波產生器達成很高的電容且可使 所產生的脈波在時間上有較大的寬度。因此，該螺旋式脈 波產生器可達成一種很緊密的構造，於是可安裝在高壓放 電燈之商業上慣用的外燈泡中。此外，所產生的高電壓脈 波可支配較大的能量，這樣在成功地崩潰（breakdown)之後 可輕易地轉移成獨立的放電作用。 200845819 又，大的脈波寬度可容易地在放電體積中達成上述的 崩潰作用。 • 可使用每一種一般的玻璃以作爲燈的外燈泡之材料’ 這些玻璃特別是硬玻璃，Vycor或石英玻璃。塡料的選取亦 不會受到特殊的限制。 本發明以下將依據多個實施例來詳述。 【實施方式】 第1圖顯示習知之螺旋式脈波產生器1之原理上的構造 f 之俯視圖，其由一種陶瓷圓柱體2所構成，陶瓷圓柱體2 中以螺旋形式捲繞著二個不同的金屬導體3和4而成爲箔 帶。該圓柱體2的內部中是中空的且具有一種已設定的內 直徑ID。該二個導體3和4之二個內部接觸區6和7儘可 能互相靠近且經由一火花間隙5而互相連接。 二個導體中只有外部的導體在該圓柱的外部邊緣具有 另一接觸區8。另一導體在終端敞開著。此二個導體因此一 起形成一種位於介電質媒體（陶瓷）中的波導。 I ; 該螺旋式脈波產生器由二個以金屬糊來塗布的陶瓷薄 片捲繞而成或由二個金屬箔和二個陶瓷薄片來構成。因 此’主要的特徵値是繞組的數目η，η較佳是應該在5至1 0 0 之範圍中。然後，此種捲繞式配置被薄片化以及被繞結， 這樣就可形成一種LTCC-構件。以此種方式所形成的螺旋式 脈波產生器具有電容器特性且隨後與火花間隙和充電電阻 相連接。 該火花間隙可位於內部終端或外部終端或亦可位於該 -9- 200845819 產生器的繞組內部。較佳是使用一種火花間隙以作爲起動 脈波用的高壓開關，其具有溫度穩定性。亦可使用半導體 開關元件，其較佳是以SiC-技術來製成。這在溫度大於 3 5 0°C時是適當的。 在一具體的實施例中，使用一種ε = 60至70之陶瓷材 料。因此，較佳是使用一種陶瓷薄片作爲介電質，特別是 使用一種陶瓷帶，例如，可使用CT 707或CT 765或亦可使 用此二者（分別是Heraeus公司製）的混合物。生胚薄片之厚 度典型上是50至150// m。特別是可使用銀-導電糊（例如， 可共燒的銀，同樣來自Heraeus)作爲導體。一種具體的例子 是來自Heraeus之TC 7303。來自Dupont之金屬糊6145亦 可提供好的結果。這些部分可被薄片化且隨後予以加熱 (binder burnout)以及一起燒結（co-firing)。 在一實施例中，該螺旋式脈波產生器之內直徑ID是 10mm。個別的條片之寬度同樣是10mm。箔厚度是50 // m且 該二個導體之厚度分別是50 // m。充電電壓是300伏（V)。 在此種先決條件下，該螺旋式脈波產生器可在繞組數n = 20 至70時具有最佳的特性。 該產生器由一種導磁率u = 5 0··· 5000之鐵磁式E-；[鐵心 所圍繞，如第2圖所示。於是，該產生器可操作成一種變 壓器且未依據向量反向原理來操作。 該產生器1的整體或一部分由一種鐵磁材料50(其導磁 率u = 5 0至5000)所圍繞時是有利的。第2圖中顯示一種E-鐵心-形式的鐵磁體50，其中央樑51經由該產生器1之內 -10- 200845819 部的中空區。 * 第3圖顯示本發明的螺旋式脈波產生器1 0，其中第二 - 金屬導體14較第一導體3短很多。第二導體14特別是較第 一導體3至少短5個繞組或至少短了該繞組數的1 0%。第一 導體3之繞組數n較佳是在20至100之間。火花間隙5之 各接觸區可互相面對著或儘可能互相靠近。 第4圖顯示一種螺旋式脈波產生器20，其只具有唯一 的金屬導體3。目前，此金屬導體3具有一分開的商用充電 ί % 電容器1 〇，其是與該火花間隙5串聯連接著。此種電路用 作節約式變壓器，此時該金屬導體之中央接頭40經由該充 電電容器1 0和該火花間隙5而與該金屬導體之內部終端4 1 相連接。 第5圖顯示一種具有已整合之螺旋式脈波產生器21之 金屬鹵化物燈25的原理上的構造，其中在放電管22之外部 未安裝著點燃電極。放電管22可由石英玻璃或陶瓷所製 成。該螺旋式脈波產生器2 1是與火花間隙23和該充電電阻 ^ 24 —起安裝在外燈泡3 6中。 第6圖顯示一種具有放電管22之金屬鹵化物燈25。該 放電管22由二條導線26、27固定在一外燈泡中。第一條導 線26是一捲繞成較短的導線。第二條導線27基本上是一種 桿柱，其延伸至基座遠端的引線2 8。在由基座3 0而來的導 線29和桿柱27之間配置一點燃單元3 1，其包含該螺旋式 脈波產生器、該火花間隙和該充電電阻，如第5圖所示。 第7圖顯不一種類似於第5圖之金屬鹵化物燈25，具 -11- 200845819 有一放電管22，其由二條導線26、27而固定在一外J 中。第一條導線26是一捲繞成較短的導線。第二條丨 基本上是一種桿柱，其延伸至基座遠端的引線2 8。 該點燃單元配置在基座30中，且該螺旋式脈波產生 該火花間隙23和該充電電阻24亦配置在基座30中 此技術亦可用於無電極的燈中，此時該螺旋式 生器可用作點燃輔助器。 上述緊密式高電壓脈波產生器亦可另外用來點 裝置。此種螺旋式脈波產生器之應用主要是在魔術 生倫琴（Rontgeη)脈波且產生電子束-脈波時是有利的 用在機動車中以取代一般的點燃脈波。 因此，繞組數η爲500之繞組可被使用，使輸出 達到100kV之範圍。然後，該輸出電壓Ua設定成L UlX7/而成爲充電電壓 Ul的函數，其中效率7? = (AD-ID)/AD 來設定。 本發明在與機動車的探照燈用的高壓放電燈共 下發揮了特殊的優點，該高壓放電燈在至少3巴的 下以氙和金屬鹵化物來作爲塡料。此種塡料特別 燃’此乃因高的氙壓力而使點燃電壓大於1 〇kV。目 尋求將該點燃單元之組件安裝在基座中。一種具有 的充電電阻之螺旋式脈波產生器可安裝在機動車-燈 中〇 本發明在與高壓放電燈共同作用時發揮了特 點’該高壓放電燈未含有水銀。此種燈由於環境保 登泡36 Ϊ線2 7 此處， 器21、 〇 脈波產 燃其它 球中產 。亦可 電壓可 [A = 2xnx 是由7? 同作用 局壓力 不易點 前正在 已整合 之基座 殊的優 護原因 -12- 200845819 而特別値得追求，其含有一種適當的金屬鹵化物-塡料且特 別是含有一種高壓的稀有氣體（例如，氙）。由於未具備水 銀，該點燃電壓特別高，其可大於20kV。目前正在尋求將 該點燃單元的組件安裝在基座中。具有已整合的充電電阻 之螺旋式脈波產生器可安裝在無水銀的燈之基座中或安裝 在燈之外燈泡中。 【圖式簡單說明】 第1圖 習知之螺旋式脈波產生器之原理上的構造。 第2圖 具有鐵磁式外罩之螺旋式脈波產生器之原理上的 構造。 第3圖 螺旋式脈波產生器之原理上的構造，其具有較短 的第二導體。 第4圖 只具有一種金屬導體的螺旋式脈波產生器之原理 上的構造。 第5圖 外燈泡中具有螺旋式脈波產生器之金屬鹵化物燈 的原理上的構造。 第6圖 外燈泡中具有螺旋式脈波產生器之金屬鹵化物燈。 第7圖 基座中具有螺旋式脈波產生器之金屬鹵化物燈。 【主要元件符號說明】 ID 內直徑 1、20、21 螺旋式脈波產生器 2 圓柱體 3、4 金屬導體 5、23 火花間隙 -13- 200845819

6、7 內部接觸區 10 充電電容器 14 第二導體 22 放電管 24 充電電阻 25 金屬鹵化物燈 26 、 27 、 29 導線 28 引線 30 基座 31 點燃單元 36 外燈泡 40 中央接頭 41 內部終端 50 鐵磁體 51 中央樑 -14-

Claims (1)

1. 200845819 十、申請專利範圍： ' 1 · 一種以螺旋式脈波產生器爲主之緊密式高電壓脈波產生 • 器，此螺旋式脈波產生器構成LTCC-構件或HTCC-構件 ’其是由一種螺旋式捲繞之陶瓷薄片和以條形方式施加 在陶瓷薄片上的金屬導電糊所組成，其特徵爲：該螺旋 式脈波產生器用作變壓器，其中第一金屬導體捲成一種 具有η繞組的螺旋線，其中n至少是5，且一開關和一充 電電容器另外與第一金屬導體的起始端相連接。 ί 2·如申請專利範圍第1項之高電壓脈波產生器，其中該螺 旋式脈波產生器連接成節約式變壓器，此時該螺旋式脈 波產生器只具有唯一的金屬導體（3)，且該金屬導體之一 中央接頭（40)經由充電電容器（1〇)和火花間隙（5)而與該 金屬導體之內部終端（41)相連接。 3 .如申請專利範圍第1項之高電壓脈波產生器，其中該螺 旋線具有至少η = 5個繞組且較佳是最多具有η = 5 00個繞 組。 C 4. 如申請專利範圍第1項之高電壓脈波產生器，其中該產 生器之整體或一部分由一種導磁率// =50...5 000之鐵磁 材料所圍繞著。 5. 如申請專利範圍第1項之高電壓脈波產生器，其中該開 關是一種火花間隙。 6·如申請專利範圍第1項之高電壓脈波產生器，其中該充 電電容器是一種傳統式電容器。 7.如申請專利範圍第1項之高電壓脈波產生器，其中該充 -15- 200845819 電電容器以下述方式來形成：第二金屬導體是與第一陶 瓷薄片一起捲繞在以螺旋形式捲繞而成的第二陶瓷薄片 上，但第二陶瓷薄片之捲繞長度至少較第一陶瓷薄片之 捲繞長度少二個繞組。 8 ·如申請專利範圍第1項之高電壓脈波產生器，其中第二 金屬導體之繞組數至少是一個且最多是第一金屬導體之 繞組數的2 0 %。 9·一種以申請專利範圍第1項之螺旋式脈波產生器爲主的 點燃裝置，其特徵爲：此點燃裝置另外包括至少一充電 電阻和一開關。 1 0 · —種具有放電管的高壓放電燈，其安裝在一外燈泡中， 一點燃裝置整合在該燈中，此點燃裝置在此燈中產生至 少1 5kV之高電壓脈波，其特徵爲：此點燃裝置安裝在該 外燈泡中且包括一種如申請專利範圍第1至8項中任一項 所述的高電壓脈波產生器。 11.如申請專利範圍第1 〇項之高壓放電燈，其中該點燃裝置 藉由基座而固定在該外燈泡中。 1 2 ·如申請專利範圍第1 〇項之高壓放電燈，其中由該螺旋式 脈波產生器所調整的高電壓直接作用在放電管中的二個 電極上。 U ·如申請專利範圍第1 〇項之高壓放電燈，其中由該螺旋式 脈波產生器所調整的高電壓作用在一安裝在放電管外部 的點燃輔助電極上。 1 4 ·如申請專利範圍第1 〇項之高壓放電燈，其中該螺旋式脈 -16- 200845819 波產生器由多個層所構成，層的數目η至少是n = 5。 1 5 ·如申請專利範圍第1 4項之高壓放電燈，其中層的數目η 最多是η = 500，較佳是最多η=100。 1 6 ·如申請專利範圍第1 0項之高壓放電燈，其中該螺旋式脈 波產生器具有大致上是中空圓柱形的形式，其內直徑至 少是1 0 m m。 17.如申請專利範圍第1〇項之高壓放電燈，其中該螺旋式脈 波產生器之介電質常數ε至少是ε =10。 1 8 ·如申請專利範圍第1 〇項之高壓放電燈，其中在外燈泡中 另外安裝一串聯電阻，其限制了該螺旋式脈波產生器之 充電電流。 19.一種具有放電管和基座的高壓放電燈，一點燃裝置整合 在該燈中且在該燈中產生至少15kV之高電壓脈波，其特 徵爲：該點燃裝置安裝在該燈的基座中且包括一種如申 請專利範圍第1至8項中任一項所述的高電壓脈波產生器 -17-