高频灯及其操作方法
【专利说明】高频灯及其操作方法
[0001]本分案申请是基于申请号为200880117747.8 (PCT/EP2008/066352)，申请日为2008年11月27日，发明名称为“高频灯及其操作方法”的中国专利申请提出的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及根据权利要求1前序部分的高频灯，在以下有时也被简称为HF灯。本发明还涉及到根据权利要求9前序部分的这种高频灯的操作方法.
【背景技术】
[0003]这样的高频灯广为人知。
[0004]每一个灯的任务是发出尽可能有效的光，因此高频灯的任务也是发出尽可能有效的光。每个灯以或多或少良好的效率转换光能。通常，在转换时存在非常多的损耗热量。
[0005]灯的其他任务是很多的。通常，所发出的光谱对于使用目的是非常具有决定性的。因此，一些应用、如汽车前灯和投影器需要具有尽可能点状的光源的灯。
[0006]对现有技术的描述应当主要限于电灯。其大致可分为发光二极管和具有玻璃体的灯。在这里，应当主要涉及后者。其被划分为白炽灯和气体放电灯。
[0007]白炽灯在玻璃体内具有灯丝(例如由钨制成的灯丝)和保护气体。熔点高于30000C的灯丝通常被加热到2500°C ο根据普朗克辐射定律，对于白炽灯，由此还没有产生对应于日光的光谱，而是其发出明显的桔红色。白炽灯以频率直至kHz范围中的直流或交流电压驱动。其不需要镇流器。
[0008]与本发明有关的气体放电灯是使用气体放电的光源，其中该光源利用通过原子或分子的电子跃迀产生的自发辐射以及通过电子放电所产生的等离子的复合辐射。包含在石英玻壳(电离室)中的气体通常是由金属蒸气(例如汞)和惰性气体(例如氩气)、并且在可能的情况下好包括其他气体、如还包括卤素所构成的混合物。气体放电灯被划分为两类，低压放电灯和高压放电灯。前者使用辉光放电，而后者使用电弧放电。这些灯都需要镇流器。镇流器包括借助于kV范围中的电压脉冲对气体进行电离的启动器。此外，对于持续运行，在可能的情况下，频率被转换到kHz的范围内。因此，这些灯不涉及借助于高频信号在MHz或GHz范围内中运行的灯。
[0009]气体放电灯的一种特殊形式是硫灯。它由作为电离室的填充以硫和氩的石英玻璃球构成。在玻璃球中，通过高频辐射产生等离子。与传统的气体放电灯不同，硫灯由于使用波导管而不需要电极。由于在球的石英玻璃处非常高的温度，硫灯保持旋转，并由此被冷却。这由具有涡轮叶片形的扇形化的下部柱实现。下部柱在由在通风机在磁控管(具有约1500W的HF电源)中产生的气流中旋转。在该冷却发生故障的情况下，玻璃球会在20秒后被熔化。
[0010]硫灯具有与节能灯(荧光灯)类似的高的光效率。其具有色温大约为5700K到6000K的均衡的光谱，并且因此是非常高效的白光源。通过控制磁控管的功率，硫灯能良好地变暗，其中其色谱保持稳定。由于高光通量，灯大多不直接设置在使用位置处。相反，光借助于光导体被馈送到空间中。这使得这种类型的灯易于维护。
[0011]由于相对较高的设备费用(磁控管的电源，微波、温度的屏蔽)，这个灯远远不能商业应用。自2006年以来，LG电子公司生产了名为“电力照明系统”的硫灯(PLS灯，也作为硫等离子灯提供)。其经常被用作电视演播室中的照明或作为用于植物的人工照明。
[0012]Japanese Journal of Applied Physics (日本应用物理杂志)2007 年第 46 卷第 6A 中 T.Mizojir1、Y.Morimoto 和 M.Kando 的 “Eimiss1n Properties of CompactAntenna-Excited Super-High Pressure Mercury Microwave Discharge Lamps (小型天线激励的超高压水银微波放电灯的发射特性)”以及2007年7月15日至20日在捷克共和国布拉格举行的第 28 届 IC-PIG 上 M.Kando、T.Fukaya 和 T.Mizojiri 的“Numerical analysisof antenna-excited microwave discharge lamp by finite element method(通过有限元法的对天线激励的微波放电灯的数值分析)”中公开了这样的高频灯，其以小的高频功率(30W - 100W)工作，并且代替波导管耦接而是使用经由具有内导体电极的TEM线(同轴线)实现的耦接。因为这些灯使用气体放电灯的长导线作为天线，所以这些灯应当被认为基本上适合作为HF天线灯。
[0013]但是，这些灯以及还有硫灯不具有阻抗变换器。因此，对于这些灯，对高频发生器的频率稳定性的要求很低。
[0014]但是，这些已知的气体放电灯的缺点在于:用于这些灯的技术非常复杂，并因此昂贵。此外，其只能作为具有大约1500W的功率灯提供。此外，所有已知的气体放电灯都需要单独的电路用于触发等离子。这里需要kV反问中的电压。对于已经已知的没有触发电路的高频灯，缺陷首先在于，其需要非常大的功率(超过30W微波功率)。此外，气体放电灯用作为天线。这具有在实践中严重的缺点，高频辐射以更高的大小发射。这种灯由于该辐射而不被允许。
[0015]用作为节能灯的气体放电灯不能调暗，这在实际应用中是一个非常大的缺点。
[0016]由于以前的高频灯在高欧姆范围中没有抗阻变压器，所以非常大的电流流过电极。因为这些电极由表面光洁度差的材料、如钨制成，所以欧姆损失非常大。
【发明内容】
[0017]因此，本发明的一个目的是提供一种高频灯，其避免上述缺点或者至少减少上述缺点的影响，尤其是提供一种既能用作高压气体放电灯、也能用作低压气体放电灯、并且特别适于改善效率、发射谱、成本和寿命的高频灯的结构。本发明的另一任务是提供一种用于操作这样的高频灯的方法。
[0018]该任务按照本发明一方面通过具有权利要求1的特征的高频灯来实现。为此，对于具有用于生成高频信号的信号发生区以及连接在该信号发生区后面的电离室的高频灯，其中在该高频灯中，信号发生区具有可开关的高频振荡器、并且在其输出端具有功率放大器用于提高高频信号的功率，并且在该高频灯中，为具有至少一个填充以气体的玻壳的电离室分配至少一个电极，在该功率放大器后面连接有阻抗变换器，该阻抗变换器在其输出端与该电极或每个电极连接。
[0019]对于方法，该目的根据本发明是通过权利要求9的特点来实现的。其中，为了操作开头所提到的且在后面进一步描述的类型的高频灯，由高频振荡器生成高频信号，其中高频信号的功率被后面连接的功率放大器提高，使得高频信号被连接在功率放大器后面的阻抗变换器转换到高电压范围中，并且转换后的高频信号被馈送给电极。
[0020]本发明的优点首先在于:在高频灯的信号发生区中能使用能被针对电压改变、并且能作为低成本模块而获得的高频振荡器。此外，高频振荡器的通常位于mW范围中的输出信号可以被不但具有高效率、而且也是低成本的功率放大器提高到一位数至两位数的瓦特范围中。最后，用于将尽可能高的电压施加到电离室的阻抗变换器的使用使得即使在高频功率非常小的情况下也不需要使用触发单元。此外，通过大的持续存在的场强，实现了明显更高的电离速率，并因此实现了更高的效率。因为高频功率通过阻抗变换器被持续地被耦入以尚电压，所以由导电差的材料制造的电极尖端上的欧姆损耗更小，由此提尚效率。而且，由于在高频范围中的操作，大量电路可能性可以作为阻抗变换器使用，使得其也能以低成本的元件、如电容器和线圈实现。
[0021]此外，具有这样的信号产生区的高频灯的结构在以下方面是有利的，即在高频灯之外不发生高频辐射，并且其因此是能允许的。
[0022]对于为电离室分配的电极，可以使用不同材料，并且可以使用多种形状，由此可以同样地改善效率和应用范围。
[0023]本发明的有利实施方式是从属权利要求的主题。其中所使用的回引是指用相应从属权利要求的特征对主权利要求的扩展；其并不应当被理解为放弃对于被回引的从属权利要求的特征组合的独立、具体的保护。此外，在后面的权利要求中进一步具体化特征的情况下对于权利要求的解释应当在于，这样的限制在相应的前面的权利要求中不存在。
[0024]根据高频灯的一个优选实施方式中，附加地，信号发生区具有高频检测器、处理单元和连接在功率放大器后面、尤其是设置在功率放大器和阻抗变换器之间的耦接器，其中在高频灯工作时在电极上反射的高频信号经由该耦接器能馈送给高频检测器，并且由于高频检测器的输出信号能由处理单元生成的控制信号或调节信号能被馈送给高频振荡器，以基于反射的信号优化高频信号。通过采集反射的高频信号，其优化是可能的，例如在触发高频灯以然后可能减小高频信号的频率以后。作为附加或替代，基于反射的高频信号也可以调整尚频振荡器。
[0025]如果高频灯被构造为使得具有第一和第二信号分配器输出端的信号分配器连接在高频振荡器后面，并且功率放大器连接到第一信号分配器输出端，其中在第二信号分配器输出端，相移装置(在后面也被成为“移相器”并且例如以180°长导线的形式实现)、第二功率放大器、第二阻抗变换器和第二电极一个接一个地被连接，则利用高频振荡器可以为电离室