CN1805642B

CN1805642B - 利用兆赫级频率的交流电压操作高压放电灯的方法

Info

Publication number: CN1805642B
Application number: CN2005101283314A
Authority: CN
Inventors: G·希尔施曼; B·西泽格尔
Original assignee: PATRA Patent Treuhand Munich
Current assignee: PATRA Patent Treuhand Munich
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2025-10-27
Also published as: JP4915642B2; EP1653785B1; JP2006128113A; DE502005007770D1; US20060087251A1; ES2328706T3; US7378800B2; EP1653785A1; DE102004052299A1; ATE438285T1; CN1805642A

Abstract

本发明涉及针对装备有点火辅助电极(Z)的高压放电灯(Lp)的点火装置，其中，该点火装置具有串联谐振电路，用于产生针对该高压放电灯(Lp)的点火电压。根据本发明，串联谐振电路的谐振电感包括变压器的初级绕组(L11)，该变压器的次级绕组(L12)被装设来给高压放电灯(Lp)的点火辅助电极(Z)加载点火电压。此外，本发明还涉及具有这样的、被布置在灯座中的点火装置的高压放电灯、特别是汽车前灯。

Description

利用兆赫级频率的交流电压操作高压放电灯的方法

技术领域

本发明涉及一种针对高压放电灯的操作方法。

背景技术

EP-A 0294604说明了一种电路装置，用于以正弦交流电压来确动汽车前灯高压放电灯。该电路装置包括串联谐振电路，其为了点燃高压放电灯中的气体放电，在谐振电容器上借助谐振增高(Resonanzueberhoehung)的方法产生具有45千赫的频率和直至18000伏特的振幅的正弦形交流电压，该交流电压在6毫秒的时间间隔内点燃灯。

发明内容

本发明的任务是，提供针对装备有点火辅助电极的高压放电灯的点火装置，其适于以高频交流电流来驱动高压放电灯，且具有与现有技术相比更简单的结构。

根据本发明，提供一种用于利用兆赫级频率的交流电压操作高压放电灯的方法，其中，借助被构造为串联谐振电路的组成部分的变压器的初级绕组提供用于点燃所述高压放电灯的放电容器中的气体放电的谐振增高的交流电压，并且其中该谐振增高的交流电压借助变压器的次级绕组被变换为较高的电压，该电压被供给所述高压放电灯的点火辅助电极，其特征在于，在成功点燃高压放电灯中的气体放电后，在利用兆赫级频率的交流电压操作高压放电灯期间，应用串联谐振电路的与所述高压放电灯的放电路径串联的阻抗来稳定该气体放电。

本发明的针对装备有点火辅助电极的高压放电灯的点火装置具有串联谐振电路，用于产生该高压放电灯的点火电压，该串联谐振电路的谐振电感包括变压器的初级绕组，其中该变压器的次级绕组被装设用来给高压放电灯的点火辅助电极加载点火电压。由此可以针对高频、特别是对于兆赫级频率的交流电压，在变压器的初级绕组中在高压放电灯的点火阶段以简单的方式产生与点火装置的电源电压相比谐振增高的电压，该电压借助变压器的次级绕组被升压为灯的必要的点火电压，并被供给高压放电灯的点火辅助电极。为了在成功点燃高压放电灯中的气体放电后去活点火装置，这样改变点火装置和高压放电灯的电源电压的频率就足够了，使得对于上述串联谐振电路的谐振频率存在足够的频率间距。与此相应，本发明的点火装置具有简单的结构。此外，变压器的次级绕组在灯运行期间没有流过高频的灯电流，以致在次级绕组中不会出现值得一提的功率损耗。此外，本发明的点火装置实现完全将点火装置与其电压电源电路或高压放电灯的驱动电路电气绝缘。

为了导致上述电气绝缘，串联谐振电路的谐振电容以有利的方式由至少两个电容器构成，这样连接这两个电容器，使得它们阻止在电压电源电路和点火装置的部件之间流过直流电流。

按照本发明的一些优选的实施例，还以有利的方式装设隔直流电压电容器，以便减小由钠离子对放电容器壁的扩散决定的放电等离子体中的钠损失。隔直流电压电容器的容量在此如此确定大小，以致一方面给点火辅助电极加载用于点燃气体放电的足够高的电压，而另一方面充分减少上述的钠扩散。在隔直流电压电容器的容量过大或者其漏电流过高的情况下，不能实现钠扩散的充分的减少，而在容量过低时，不能给点火辅助电极加载用于点燃气体放电的足够高的电压。

本发明的点火装置的变压器以有利的方式被构造为自耦变压器，也就是说，该变压器只拥有唯一的绕组，该绕组具有被构造为初级绕组的第一绕组段和被构造为次级绕组的第二绕组段，其中这些绕组段的接线被构造为公共接线。由此可以保证变压器和点火装置的节省位置的布置，以致完整的点火装置可集成到高压放电灯的灯座中。此外，本发明的点火装置的变压器的一个或多个绕组优选地以盒绕组(Kammerwicklung)或者十字绕组的形式被构造为定向的一个或多个分层绕组(Lagenwicklung)，以便保证变压器的尽可能高的自然谐振频率。

本发明的针对高压放电灯的操作方法的特征在于，提供用于点燃高压放电灯的放电容器中的气体放电的谐振增高的交流电压，其中该谐振增高的交流电压借助变压器来产生，并被变换为较高的电压，该较高的电压被供给高压放电灯的点火辅助电极。由此可以基本上很小的开销来产生高压放电灯的必要的点火电压，因为与现有技术不同，现在要通过谐振增高的方法来提供的电压还只是点火辅助电极上的必要的高压的一小部分。优选地，借助被构造为串联谐振电路的组成部分的变压器的初级绕组来产生谐振增高的交流电压，并借助变压器的次级绕组来产生被供给点火辅助电极的较高的电压。此外，为了提供谐振增高的交流电压，优选地执行由电压源产生的电源电压的频率调制，以便考虑由元件公差、温度波动和元件的老化引起的上述串联谐振电路的谐振频率的变化。

在成功点燃高压放电灯中的气体放电后，以有利的方式应用与高压放电灯的放电路径串联的阻抗、例如上述变压器的初级绕组，以稳定气体放电。在成功点燃高压放电灯中的气体放电后也可以有利的方式使用上述串联谐振电路，以便通过改变高压放电灯的电源电压的频率来将其电功率消耗调整到希望的值。

附图说明

下面根据多个优选的实施例详细说明本发明。其中：

图1示出按照本发明的第一实施例的点火装置的电路草图。

图2示出按照本发明的第二实施例的点火装置的电路草图。

图3示出按照本发明的第三实施例的点火装置的电路草图。

图4示出按照本发明的第四实施例的点火装置的电路草图。

图5示出按照本发明的第五实施例的点火装置的电路草图。

图6示出按照本发明的第五实施例的点火装置、以及将部件分配给灯座的电路草图。

图7示出按照本发明的第六实施例的点火装置的电路草图。

图8示出具有按照第一实施方案的点火辅助电极的按照本发明的第一实施例的点火装置的电路草图。

图9示出具有按照第二实施方案的点火辅助电极的按照本发明的第一实施例的点火装置的电路草图。

具体实施方式

在图1到图9中示意性示出的点火装置用于给高压放电灯Lp的点火辅助电极Z或Z’加载对此必要的点火电压。点火装置分别由交流电压源Q或Q’来供电，该交流电压源Q或Q’例如产生正弦形或者矩形电源电压或正弦形或者矩形电源电流。

在图1中示意性示出的本发明的点火装置的实施例由自耦变压器L11、L12和电容器C1组成。自耦变压器拥有具有被构造为初级绕组的第一绕组段L11和具有被构造为变压器的次级绕组的第二绕组段L12的绕组。电容器C1和初级绕组段L11被连接为连接在交流电压源Q上的串联谐振电路。串联谐振电路的谐振频率优选地被选择为300kHz以上、特别是1MHz以上，这导致小的尺寸和点火辅助电极上的特别低的必要的电压。电源电压或电源电流的频率在点火阶段期间接近串联谐振电路的谐振频率来选择或这样选择，使得电源信号的谐波导致点火阶段期间激励串联谐振电路。

被构造为绕组段L11、L12的第一公共接线的两个绕组段L11、L12的中间抽头既与高压放电灯Lp的第一电极又与电容器C1的接线连接。初级绕组段L11的第二接线与交流电压源Q连接，而次级绕组段L12的第二接线与高压放电灯Lp的点火辅助电极Z连接。电容器C1与灯Lp的放电路径并联。灯Lp例如涉及被设置为汽车前灯中的光源的无汞卤素金属蒸气高压放电灯。该高压放电灯Lp的放电容器或者由透光陶瓷、例如由氧化铝陶瓷构成，或者由石英玻璃构成。点火辅助电极Z例如作为导电涂层被涂敷在放电容器的外侧上或者被构造为导线，以致在点火辅助电极Z和被布置在放电容器内的高压放电灯Lp的两个电极中的至少一个之间存在电容耦合。谐振电容器C1的容量为94pF(在1kHz的频率下测量)。初级绕组段L11具有70匝，而电感为100μH(在1kHz的频率下测量)。次级绕组段L12有95匝。

为了驱动上述具有陶瓷放电容器的高压放电灯，应用交流电压源Q，该交流电压源Q拥有有效值为90V、频率为1248MHz的近似正弦形的交流电压，所述频率对应于由所应用的器件构成的谐振电路的按经验确定的谐振频率。交流电压源Q涉及电压变换器、例如推挽变换器，该电压变换器从汽车的车用电源电压中产生希望的交流电压。为了点燃高压放电灯Lp中的气体放电，将由交流电压源Q提供的交流电压的频率调谐到串联谐振电路C1、L11的谐振频率，以致在元件C1和L11上建立峰值大于1000伏特的谐振增高的交流电压。该电压也施加在高压放电灯Lp的两个电极之间的放电路径上，因为谐振电容器C1与灯Lp的放电路径并联。借助次级绕组段L12，将该谐振增高的交流电压升压到2500伏特的峰值并供给点火辅助电极Z。因而，在点火辅助电极Z和高压放电灯Lp的电极之间存在2500伏特的电压差，该高压放电灯Lp的电极与交流电压源Q和谐振电容器C1的一个接线连接，该电压差足以点燃灯Lp中的气体放电。在成功点燃高压放电灯Lp中的气体放电后，该点火装置自动被去活，因为那时高压放电灯强蒸镀谐振电路。由交流电压源Q产生的交流电压的频率增高如此多，以致出现希望的灯功率。在高压放电灯Lp的运行期间，初级绕组段L11被用来稳定放电、亦即用来限制灯电流。

为了驱动上述具有由石英玻璃制成的放电容器的高压放电灯Lp，应用拥有有效值为195V和频率为1234MHz的近似正弦形的交流电压的交流电压源Q。为了点燃高压放电灯Lp中的气体放电，将由交流电压源Q提供的交流电压的频率调谐到串联谐振电路C1、L11的谐振频率，以致在元件C1和L11上建立峰值为1500伏特的谐振增高的交流电压。该电压也施加在高压放电灯Lp的两个电极之间的放电路径上，因为该谐振电容器C1与灯Lp的放电路径并联。借助次级绕组段L12将峰值为4000伏特的交流电压供给点火辅助电极Z。因而，在点火辅助电极Z和高压放电灯Lp的电极之间存在4000伏特的电压差，该高压放电灯Lp的电极与交流电压源Q和谐振电容器C1的一个接线连接，该电压差与电极之间的电压差一起足以点燃灯Lp中的气体放电。在成功点燃高压放电灯Lp中的气体放电后，该点火装置自动被去活，因为那时高压放电灯强蒸镀谐振电路。由交流电压源Q产生的交流电压的频率增高如此多，以致出现希望的灯功率。在高压放电灯Lp的运行期间，初级绕组段L11被用来稳定放电、亦即用来限制灯电流。

为了保证，由交流电压源产生的交流电压的频率在点火阶段期间充分接近由于串联谐振电路的高品质形成的窄带串联谐振电路的谐振频率，可以在点火阶段期间执行交流电压的频率调制。为此，例如在123MHz的中频处，50kHz的频移和具有500Hz的正弦形调制信号是适宜的。

在图2中所示的本发明的点火装置的第二实施例中，点火装置由自耦变压器L21、L22和电容器C2组成。自耦变压器拥有具有被构造为初级绕组的第一绕组段L21和具有被构造为变压器的次级绕组的第二绕组段L22的绕组。电容器C2和初级绕组段L21被连接为连接在交流电压源Q上的串联谐振电路。被构造为绕组段L21、L22的第一公共接线的两个绕组段L21、L22之间的中间抽头既与高压放电灯Lp的第一电极又与电容器C2的一个接线连接。初级绕组段L21的第二接线与交流电压源Q并与高压放电灯的第二电极连接，而次级绕组段L22的第二接线与高压放电灯Lp的点火辅助电极Z连接。与第一实施例(图1)的不同之处在于，在第二实施例中，初级绕组段L21而不是谐振电容器C2与高压放电灯Lp的放电路径并联。绕组段L21、L22和谐振电容器C2具有与第一实施例的相应的部件L11、L12和C1相同的尺寸。交流电压源Q和灯Lp同样与第一实施例一致。电容器C2也阻止直流电流流过灯Lp。谐振电容器C2的容量为94pF。初级绕组段L21具有70匝，而电感为100μH。次级绕组段L22具有95匝。

为了点燃灯Lp中的气体放电，将由交流电压源Q产生的交流电压的频率在1毫秒内线性地从12MHz升高到13MHz，并且接着再次在同样的时间间隔内减小到12MHz，以便保证充分好地符合处于该频率范围内的串联谐振电路C2、L21的谐振频率。该过程一直重复，直到灯Lp中的气体放电已点燃或者超过预定的最大时间间隔、例如100ms和交流电压源Q被关断。在点燃灯Lp中的气体放电后，交流电压的频率增高，直到出现希望的灯功率。

在图3中示出本发明的点火装置的第三实施例。该第三实施例继续与按照第二实施例的点火装置一致。与第二实施例的不同之处在于，在本发明的点火装置的第三实施例中，由两个电容器C31和C32构成点火装置的串联谐振电路的谐振电容。这两个谐振电容器C31、C32被这样连接，使得保证完全电势分离交流电压源Q和点火装置的部件以及灯Lp。电容器C31具有235pF的容量，而电容器C32具有157pF的容量。元件L31、L32、Q、Lp和Z的尺寸和布置与第二实施例(参见图2)的元件L21、L22、Q、Lp和Z的尺寸和布置一致。操作方式同样对应于第二实施例的操作方式。

图4中示出的本发明的点火装置的第四实施例与第一实施例的不同之处只在于附加的隔直流电压电容器C42，该隔直流电压电容器C42被连接在次级绕组段L42的高压输出和高压放电灯Lp的点火辅助电极Z之间。自耦变压器L41、L42的初级绕组段L41和电容器C41构成串联谐振电路，该串联谐振电路被连接在交流电压源Q上。谐振电容器C41与高压放电灯Lp的放电路径并联。初级绕组段L41和次级绕组段L42之间的中间抽头被连接在电容器C41上和被连接在高压放电灯Lp的第一电极上。次级绕组段L42的另一个接线通过电容器C42被连接在点火辅助电极Z上。灯Lp的第二电极被连接在电容器C41上和交流电压源Q上。电容器C42阻止在高压放电灯Lp的点火辅助电极和第一以及第二电极之间流过直流电流。电容器C42的容量可在宽的界限内自由选择，而不用对点火过程施加值得一提的影响。优选地，如此确定电容器C42的大小，以致电容器C42上的电压降在点火过程期间比在高压放电灯Lp的点火辅助电极Z和两个电极之间出现的电压小。因而，非常小的电容值对于电容器C42已经足够，例如33pF。但是对于电容器C42的容量明显更大的值、例如10nF也是可能的。此外，该实施例的操作方式对应于第一实施例的操作方式。

图5中示出的第五实施例基本上对应于图2中示出的本发明的第二实施例。与第二实施例的不同之处只在于附加的隔直流电压电容器C52，该隔直流电压电容器C52被连接在点火辅助电极Z和次级绕组段L52的高压接线之间。电容器C51和自耦变压器L51、L52的初级绕组段L51构成被连接在交流电压源Q上的串联谐振电路。初级绕组段L51与高压放电灯Lp的放电路径并联。元件L51、L52、C51、Q、Lp和Z的布置和尺寸对应于本发明的第二实施例(图2)的元件L21、L22、C2、Q、Lp和Z的布置和尺寸。操作方式同样对应于本发明的第二实施例的操作方式。

在图6中示意性地示出按照第五实施例(图5)的点火装置的部件的空间划分。点火装置的部件C51、L51、L52和C52被安放在高压放电灯Lp的灯座中。高压放电灯Lp或点火装置的电气接线S2借助电缆与交流电压源Q的电气接线S1连接。

在图7中示意性地示出本发明的点火装置的串联谐振电路的谐振电容的可替换的空间划分。这里，谐振电容由两个串联的电容器C51a和C51b组成。电容器C51a、C51b和自耦变压器L51、L52的初级绕组段L51在这里构成被连接到交流电压源Q上的串联谐振电路。电容器C51a、C51b在这里代替按照在图5和6中示出的第五实施例的电容器C51。电容器C51a被构造为交流电压源的组成部分或灯Lp的镇流器Q的组成部分，而电容器C51b被构造为点火装置的组成部分，该电容器C51b与点火装置的其它部件一起被安放在灯Lp的灯座中。所有其他的细节，图7中示出的实施例与图5和6中示出的第五实施例相对应。因而，对于同样的元件，在图5、6和7中应用同一参考符号。

在图8和9中再次示出按照本发明的的第一实施例的并具有高压放电灯Lp点火装置。但是，灯Lp在这里装备有不同实施的点火辅助电极Z1或Z2。因而，在图1、8和9中针对相同的组件应用同一参考符号。

在图8中示意性示出的高压放电灯Lp中，点火辅助电极Z1被构造为导线，该点火辅助电极Z1被伸入外壳灯泡B1的内部空间中并靠在放电容器B2的外侧上。该点火辅助导线Z1与被布置在高压放电灯Lp的放电容器B2内的电极之一电容耦合，并通过封头、例如收缩封头从外壳灯泡B1引出，并与次级绕组段L12的高压接线接触。

在图9中示意性示出的高压放电灯Lp中，点火辅助电极Z1基本上由弹簧金属板制成，该弹簧金属板被布置在外壳灯泡B1的内部空间中，并与被布置在放电容器B2内的电极之一电容耦合。该弹簧金属板与外壳灯泡B1的内侧上的金属层接触，该金属层再次与在外壳灯泡B1的外侧上的第二涂层电容耦合。外壳灯泡B1的内侧和外侧上的两个金属涂层彼此相对设置并构成电容器，其中外壳灯泡的材料或玻璃构成绝缘材料。该电容器对应于隔直流电压电容器C52。外壳灯泡B1的外侧上的金属涂层与次级绕组段L12的高压接线连接。

Claims

1.用于利用兆赫级频率的交流电压操作高压放电灯的方法，其中，借助被构造为串联谐振电路的组成部分的变压器的初级绕组(L11)提供用于点燃所述高压放电灯的放电容器中的气体放电的谐振增高的交流电压，并且其中该谐振增高的交流电压借助变压器(L11，L12)的次级绕组被变换为较高的电压，该电压被供给所述高压放电灯(Lp)的点火辅助电极(Z)，其特征在于，在成功点燃高压放电灯中的气体放电后，在利用兆赫级频率的交流电压操作高压放电灯期间，应用串联谐振电路的与所述高压放电灯的放电路径串联的阻抗来稳定该气体放电。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，通过改变所述高压放电灯的电源电压的频率来调整该高压放电灯的希望的电功率消耗。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，为了提供所述谐振增高的交流电压，执行由电压源产生的电源电压的频率调制。