CN1126146C - 高压放电灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高压放电灯，它配备有陶瓷壁的放电室和包括至少一种稀有气体和一种金属的填充物。本发明还涉及适用于启动和控制该高压放电灯的电子电路单元。按照本发明，该灯还配置电子电路单元。

Description

高压放电灯
本发明涉及高压放电灯，该放电灯包括：具有封闭放电空间的陶瓷壁的放电室，和包括至少一种稀有气体和一种金属的填充物。
本发明还涉及适用于点燃和控制高压放电灯的电子电路单元。
EP-A-0215524披露了在开篇中所述的这种灯。该已知的灯是其放电室至少包含一种金属卤化物的金属卤化物灯。由于该已知灯的较小尺寸，因此它非常适于作室内照明用的光源，例如商店橱窗、体育馆等。由该灯发射的光有很好的光度学性能，例如有从3000K到4000K范围的色温，大于或等于80的彩色再现指数Ra和高发光效率。
在本说明书和权利要求书中，术语“陶瓷壁”理解为由例如蓝宝石或致密的烧结多晶Al2O3的金属氧化物，或例如AlN之类的金属氮化物制成的壁。放电室包含一种或几种金属卤化物和至少一种稀有气体作为其填充成分。此外，该已知灯还包含作为填充成分的汞。虽然因放电室的小尺寸该灯似乎很适合小型化，但它必须具有控制灯工作的分离的电路单元。这是妨碍广泛应用该灯的不利之处。
本发明的目的是提供消除上述缺陷的措施。按照本发明，在开篇中所述的那种灯用于该目的时的特征在于：灯还配有电子电路单元。
电路单元与灯的一体化使灯可直接连接于公共输电线。这可显著地增加其应用可能性。可是，由于仅在足够小型的电路单元的条件下，才能实现灯的小型化，因此要求该电路单元是电子部件。
利用来自电路单元的高频电源使灯在高频下工作，有利于最佳地实现灯的小型化。灯最好在至多为40kHz的频率下工作，以尽可能地防止由于声共振引起的灯工作不稳定。另一方面，灯最好在至少为19kHz的频率下工作，以防止噪声污染。
已发现以重复的方式制造灯是可能的，在制造放电室并在有复杂的放电室的填充物、例如金属卤化物灯的情况下，因很精确和可重复的尺寸，所以灯能在没有声共振的条件下工作。已发现如果放电室有陶瓷壁，在制造放电室中很精确和可重复的尺寸的这个要求仅仅与预定的小型化程度有关。已发现在这种情况下有利，即放电室有封闭放电空间且内部长度为L的圆筒部分，同时放电室的放电空间部分有内径为D的圆形横截面，并满足L≤D≤1.2L的关系。其中已发现，灯工作期间在放电室中产生的最低的可能的纵向谐振频率的值与具有最低的可能频率的径向或平经(azimuth)谐振可比。
灯最好有不大于30W的额定功率，这样可进一步实现小型化和拓宽可应用领域。其中由放电室封闭的放电空间的容积最好至多为33mm3。在灯的较佳实施例中，放电室包括封闭放电空间且其内部长度L至多为3.5mm的圆筒部分。已发现在那种情况下最低的可能的纵向谐振频率不低于60kHz。已发现，如果放电室的放电空间部分有内径D至多为3.5mm的圆形横截面，则径向或平经谐振的最低的可能的频率大于或等于67kHz。
特别适于在本发明的灯中使用的电路单元是包括半桥转换器的电路单元。该半桥转换器包括两个用开关频率交替地进行导通和不导通的主开关装置。同时，该主开关装置的开关频率构成半桥转换器的开关频率。由于该电路单元具有仅两个主开关装置的简单结构，因而可使其自身较好地实现小型化，从而可装入灯中。
为点燃灯，半桥转换器配置LC电路，在灯未点燃时，该LC电路进入在谐振频率附近振荡的状态。最好，在半桥转换器的开关频率的第三次谐波处发生振荡，因为由此产生的电流值保持相对的限制。
按照本发明灯的另一个较佳实施例，该电路单元配置控制半桥转换器的控制电路，该控制电路配有影响半桥转换器的开关频率的装置。这可使跨接在LC电路上的高电压在点燃灯的过程中逐渐产生，这有利于实现较长的灯寿命，特别是能延长电子电路单元的控制电路的寿命。最好，半桥转换器的开关频率的第三次谐波稍高于LC电路的谐振频率。可实现，跨接在LC电路上的电压保持最初的限制，并且在由影响半桥转换器的开关频率的装置最初给出一个暂时较高的开关频率值的整个时间内，LC电路还构成用于半桥转换器的电感负载。
包括有主开关装置的半桥转换器的电子电路单元适于装入灯中以及适于装入可与灯分离的单独的适配器中。
如果放电室的电流导体长度不相等，为了尽可能可靠地点燃灯，最好将经由LC电路的谐振产生的高压供给长度较短的电流导体。
放电室的填充物可包括代替金属卤化物的Na，加入的Na量可使灯在工作状态下形成发射白光的高压钠灯。美国专利US-4475061和US-5097176披露了这种灯。
最好，本发明的灯是反射灯。同时，反射器构成适当的用于电子电路单元的热屏。
在又一个较佳实施例中，该电子电路单元适于点燃和控制本发明的高压放电灯，该电子电路单元配置用于产生通过放电室的恒定极性的电流的主开关装置。这样在DC下工作的灯具有结构简单因而非常紧凑的电路单元，便得其非常适于装在灯中。用于灯直流工作的电子电路单元也适于装在与灯可拆卸的分离的适配器中。
下面参照附图更详细地说明本发明的上述和其它方案，其中
图1示出本发明的灯，
图2示出图1的灯的放电室，和
图3是按照图1的灯的电路单元的电路图。
图1和2所示非实际尺寸。
在图1，参考标号1代表高压放电灯，该灯配置下列部分：带陶瓷壁31的放电室3；至少包括稀有气体和金属的填充物；和电子电路单元100。
该放电室设置于由反射器13形成的并用透明板12封闭的空间110中。利用杯14将该反射器固定于灯头15上。电子电路单元100装在用杯14、反射器13和灯头15粘接而成的空间内。用导电体80、90把电子电路单元100连接到灯头15的连接触点81、91上。
图2中更详细地展示放电室3。放电室有陶瓷壁31，陶瓷壁31在其两端有用作到达相应的电极4、5的电导通部件的陶瓷插头34和35。每个导通部件都有例如由Mo构成的耐卤化物部分41、51，和通过熔化陶瓷密封件10以气密方式连接到相应的插头34、35上的部分40、50。该部分40、50由其膨胀系数与突出的插头的膨胀系数可很好地相匹配的金属构成。例如，Nb是非常适合的材料。该部分40、50与导向电子电路单元100的相应电流导体8、9连接，其连接方式未更详细地示出。放电室包括封闭放电空间11的圆筒部分32。圆筒部分32的内部长度L至多为3.5mm。在放电空间部分放电室有内径D至多为3.5mm的圆形横截面。
因而，由放电室封闭的放电空间的容积至多为33mm3。在放电室内还满足L≤D≤1.2L的关系。
图3中更详细地展示电子电路单元100，参考标号81、91代表灯头的连接触点。I是半桥转换器，II是控制半桥转换器的控制电路，该控制电路配有影响半桥转换器的开关频率的装置III。该控制电路还配有制动半桥转换器的主开关装置的开关的装置IV。由此防止跨接在灯上、特别是跨接在主开关装置和LC电路上的电压，由于LC电路的谐振而升高到不能接受的程度。
半桥转换器包括两个按照来自控制电路的开关信号交替地进行导通和非导通的主开关装置21、22。半桥转换器还包括桥电容器23、24。LC电路25连接在点A和点B之间，包括电感26和电容器27。放电室3与电容器27并联连接。这样选择电感26和电容器27的值，以使LC电路的谐振频率基本上与两个主开关装置的开关频率的第三次谐波一致但稍小于它。
控制电路包括形成开关信号源的控制IC30，按照该信号主开关装置交替地进行导通和非导通。电感26构成装置IV的一部分，装置IV用于制动半桥转换器的主开关装置的开关。由此，电感26构成有次级绕组26a的变压器28的初级绕组。用次级绕组26a检测的电压构成使开关33导通的控制信号，从而通过整流器网络和RC滤波器的组合部分36使控制IC30不连通。
为了使例如由于电源电压的骤降而熄灭的灯可快速地再次点燃，组合部分36最好配置附加的定时电路37，利用该定时电路使开关在某一周期之后不导通，随后使控制IC再次工作。
用于实现点燃、暂时增加主开关装置的开关频率的装置III包括与控制IC连接的定时电路。在实际实现中，定时电路由可用开关48局部短路的RC电路45构成。装置III这样设计，以使跨接在用开关48可短路的RC电路部分上的电压降，只要所述部分不短路便导致开关频率增加。
开关48由辅助电压源55供电，该辅助电压源55也用于通过延迟网络49对控制IC供电。
在上述灯的实施例的实际实现中，灯的额定功率为20W。
放电室具有其横截面为圆形、内部长度为3mm和内径为3mm的圆筒部分。这样封闭的放电空间包括Hg和金属卤化物NaI、TII和DyI3。放电室还包括作为引燃气体的Ar。
由反射器13形成并用透明板12封闭的空间有由N2和Kr的混合物组成的填充物。用石英玻璃筒(附图中未示出)狭窄地封闭放电室。由该灯辐射的光具有为87的一般彩色再现指数值Ra和为3000K的色温TC。发光效率为65lm/W。
在灯工作期间，电子电路单元100的半桥转换器I的开关频率为24KHz。当灯连接到适当的电源上时，开关频率最初升至28kHz。其中延迟网络49这样设定，以使暂时升高的开关频率在10ms的周期之后变成24kHz的开关频率。IR2151(由国际整流器公司制造)(makeInternational Rectifier)，用作控制IC30。另一种也非常适用于本发明灯的IC是L6569型，SGS汤姆逊公司制造(SGS Thomson)。
由IRF720型MOSFET(International Rectifier制造)构成各主开关装置21、22。桥电容器23、24每个都有220nF的电容值。电感26有3mH的自感值，电容器27有1.8nF的值。
该灯适于在120V、60Hz的电源下工作，为此电子电路单元包括本身已知并设置在灯连接触点81、91和半桥转换器100之间的升压网络(未示出)。在将灯连接到适当的电源上之后，半桥转换器用28kHz的较高频率启动开关动作。LC电路的振荡器在这期间使加在放电室上的电压具有500V的振幅。在10ms之后，开关频率逐渐降低到24kHz，以使LC电路进入谐振状态，具有1200V振幅的最大电压加在放电室上。如果灯不能被点燃，在50ms之后由装置IV切断控制IC。在400ms的周期之后，定时电路37使开关33不导通，控制IC又重新工作。

Claims (11)

1.一种高压放电灯，包括：有封闭放电空间的陶瓷壁的放电室，和至少包括一种稀有气体和一种金属的填充物，其特征在于：该放电室有封闭该放电空间并且内部长度为L的圆筒部分，还在于该放电室在具有内径D的放电空间部分有圆形横截面，并满足L≤D≤1.2L的关系，该灯另外还包括电子电路单元。
2.如权利要求1所述的灯，其特征在于：该灯在至多40kHz的频率下工作。
3.如权利要求1或2所述的灯，其特征在于：该灯在至少19kHz的频率下工作。
4.如权利要求1或2所述的灯，其特征在于：该灯有至多30W的额定功率。
5.如权利要求1或2所述的灯，其特征在于：放电室有至多33mm3的容积。
6.如权利要求5所述的灯，其特征在于：封闭该放电空间的圆筒部分的内部长度至多为3.5mm。
7.如权利要求5所述的灯，其特征在于：该放电室在放电空间部分有内径D至多为3.5mm的圆形横截面。
8.一种适用于灯中并启动和控制如权利要求1-7中任一项所述的高压放电灯的电子电路单元，其特征在于：该电路单元包括配置了主开关装置的半桥转换器。
9.如权利要求8所述的电子电路单元，其特征在于：有影响半桥转换器的开关频率的装置，它使该最初的开关频率有暂时的较高值。
10.如权利要求8所述的电子电路单元，其特征在于：该电路单元配有开关该主开关装置的控制电路，该控制电路包括制动该半桥转换器的主开关装置的开关的装置。
11.一种适用于启动和控制如前述权利要求1到7中任一项所述的高压放电灯的电子电路单元，其特征在于：该电路单元配有产生通过该放电室的恒定极性的电流的主开关装置。
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