专利名称：具有改进的点燃性能的高压放电灯以及用于气体放电灯的点燃装置的制作方法
技术领域：
本发明基于一种根据权利要求1的前序部分所述的高压放电灯。这种 灯尤其是用于一般照明或者光学照相目的的高压放电灯。此外，本发明还 涉及一种具有改进的工作方法的点燃装置，该点燃装置尤其是可以用于这 种灯。
背景技术：
高压放电灯的点燃问题目前通过将点燃装置集成到镇流器中来解决。
其缺点是，必须对馈电线进行耐高压i殳计。
过去， 一直反复尝试将点燃单元集成到灯中。主要尝试的是，将点燃 单元集成灯头中。借助所谓的螺旋脉冲发生器(如其例如在US-A 3 289 015中所公开的那样)，实现了特别有效的且确保高脉冲的点燃。更早前， 提出了在不同的高压放电灯如金属卤化物灯或高压钠灯中的这种装置，例 如参见US-A4 325 004和US-A4 353 012。然而，这些装置并不能实施， 因为其一方面太昂贵，另一方面，将这些装置安装在灯头中的优点不充分， 因为仍存在将高电压输送到灯泡中的问题。因此，损坏灯(如绝缘问题或 灯头中的击穿)的概率强烈升高。迄今常用的点燃装置通常不会加热超过 100°C-150'C。所产生的电压于是必须输送给灯，这要求具有相应耐高电 压(典型为例如5kV或者更高)的线路和灯座。
以下，参照图1-3简要地阐述了螺旋脉冲发生器的工作原理。螺旋脉 冲发生器由两个导电层的绕组构成，在这两个导电层之间存在绝缘材料。 该绝缘材料可以是具有高介电常数的材料或者具有高导磁率的材料，或者 是这两种材料的混合物。图2a示出了螺旋脉冲发生器的示意性结构的视 图。导电层A在端点A1和A2上接触。平行的层B仅仅在端点B1上接 触。端子Al处于电压Uo，例如电子驱动设备提供该电压。端子A2是输 出端并且与气体放电灯连接。导电层B的端子Bl通过充电电阻7与接地 端子连接。其间有电介质的这两个导电层形成电容器，该电容器通过端子Al和Bl充电到空载电压U。上。端子Al和Bl与快速开关3如火花隙连 接。该开关在略低于U。的确定的阈值电压下切换。在该开关闭合之后， 在螺旋脉冲发生器上形成电压脉冲，该电压脉冲从开关的点开始像波那样 沿着螺旋脉沖发生器传播直至到达点A2，在那里M射并且又返回。在 此，在点A2中建立电压UA，其可以通过2xnxU。XTi来表示。T]在此是螺 旋脉冲发生器的效率。在灯点燃之后，灯电流引导通过导电层A以便驱 动灯。
现在所使用的螺旋脉沖发生器尤其是所谓的LTCC (低温共烧陶瓷) 器件。该材料是一种特殊的陶瓷，该陶瓷能够耐受达到500'C或者600'C 的温度。LTCC已经结合灯来使用，参见US 2003/0001519和US-B 6 853 151。然而，出于完全不同的目的在实践中其使用在几乎没有热负荷的灯 中，该灯具有典型在100"C以下的温度。与点燃高压放电灯、如尤其是带 有点燃问题的金属卣化物灯相结合的、LTCC的高的温度稳定性的特别价 值目前尚未被认识到。
为了产生特别高的电压，目前使用双发生器，参见US-A4 608 521。 然而该方法的缺点是只能应用在双侧带有灯头的灯中，因为在两个电极处 存在非常高的电压。
任务
本发明的任务是，提供一种高压放电灯，其也可以是单侧带有灯头， 其点燃特性相对于目前的灯明显改进，并且不会担心由于将高压导入灯的 外灯泡中而造成的损坏。这特别适于金属离化物灯，其中放电容器的材料 可以是石英玻璃或者是陶瓷。
该任务通过权利要求1和5的特征来解决。 特别有利的扩展方案在从属权利要求中。
此外，本发明的任务还在于提出一种点燃装置，其以改进方法来激励 并且因此可以产生在15kV以上的电压并且同时可以更为紧凑地构建。该 任务通it^利要求8的特征来解决。
根据本发明，现在借助具有特殊的耐热的螺旋脉沖发生器的结构产生 具有至少15kV的高压脉冲，该高压脉冲例如可以用于点燃灯，其中所述 结构紧邻放电容器地集成在外灯泡中。不仅冷点燃而且热复燃由此都是可 能的。
发明内容
目前，借助螺旋脉冲发生器从充电电压u。产生点燃电压用于点燃气
体放电灯。点燃电压UA作为充电电压Uo的函数通过U^2xnxU()XTi给定， 其中效率Ti通过rrl-1.16气AD-ID)/AD来给定。AD是螺旋脉冲发生器的外 直径，ID是其内直径。充电电压的最大大小在根据现有技术的接线中通 过驱动装置的空载电压的最大值来给定。该最大值通常在大约400V左右。 由于充电电压直接i^V输出量即点燃电压中，所以通过提高充电电压可以 显著地提高点燃电压的最大值。
因此建议的是，提供另一电压，借助该电压可以将更高的充电电压施 加在螺旋脉冲发生器上。这可以借助提高的充电电压来实现。但也可能的 是使用负的电压，其与正的空载电压一起形成充电电压。
图1示出了根据现有技术的气体放电灯的原理性结构，其包含在外灯 泡中的具有螺旋脉冲发生器的点燃装置。
图2a示出了螺旋脉冲发生器的原理性结构。
图2b示出了螺旋脉冲发生器的简化视图。
图3出了根据现有技术的具有螺旋脉冲发生器的灯系统的电路。
图4示出了根据本发明的灯系统的第一实施形式的原理性结构，该灯 系统包含带有螺旋脉冲发生器的点燃装置，该螺旋脉冲发生器具有专用充 电电压。
图5示出了 i级维絲级联(Villardkaskade)的电路图。
图6示出了祁^据本发明的灯系统的第二实施形式的原理性结构，该灯 系统包含具有通过维M级联充电的螺旋脉冲发生器的点燃装置。
图7示出了根据本发明的灯系统的第三实施形式的原理性结构，该灯 系统包含具有通过上游的螺旋脉冲发生器充电的螺旋脉冲发生器的点燃 装置。
图8示出了在没有偏置电压(信号81 )和具有作为偏置电压的-U。(信 号83)的螺旋脉冲发生器的输出电压UA的示例。图9示出了在1MQ的负载下的具有电容器的6级二极管级联的放大 的频率相关性，这些电容器具有22nF的电容。
图10示出了 LTCC结构形式的3级二极管级联的示例结构。
图11示出了才艮据第三实施形式的双螺旋脉沖发生器的结构。
具体实施例方式
根据本发明，为气体放电灯提供点燃电压的螺旋脉冲发生器并不是以 驱动装置的空载电压(13-15)来充电，而是以可以通过不同方式产生的 更高的电压来充电。在其他方面，工作方式对应于根据现有技术的螺旋脉 冲发生器的工作方式，然而通过提高充电电压可以为放电灯提供明显更高 的点燃电压。
第一实施形式
在第一实施形式中，如图4中可看到的那样，除了已知的空栽电压之 外还由驱动装置生成第二充电电压17并且将其输送给具有根据本发明的 螺旋脉冲发生器的点燃装置。充电电压UL (17)优选相对于空载电压Uo (13 )具有相反的符号。施加到螺旋脉冲发生器上的电压由此达到Uq-Ul， 并且在根据本发明的方法中由此比根据现有技术的充电电压高UL的数 量。图4示出了一种根据本发明的气体放电灯，其中燃烧器5、螺旋脉冲 发生器1及其线路安^t气体放电灯的外灯泡51中。在该实施形式中， 尽管必须将三个电压电势引入灯中，但所有三个电势都在比较低的电压水 平上变动，使得至灯泡中的穿通部的负载较小。
第二实施形式
此外如果气体放电灯要构建有两个馈电装置，则可以从驱动装置的空 载电压生成提高的充电电压。根据驱动装置的空载电压是直流电压还是交 流电压来考虑不同的方法。
第二实施形式涉及如下实施形式，其中交流电压作为驱动装置的空栽 电压被提供。图5示出了电压倍增电路的电路图。该电路也称作维M级 联或者Cockcroft-walton发生器。级联电路的一级分别由两个电容器31 和33以及两个二极管35和37构成，它们分别以已知的方式连接。对于每个级，该级联电路使电压翻倍。输出电压因此得到为:Uv-2MnJo。在灯 点燃之后，灯电压施加在级联电路上，该灯电压通常比驱动装置的空载电 压明显更小。由此，输出电压Uv保持在开关元件3的阈值电压以下，使 得点燃电路在灯充分点燃之后不工作。图6示出了第二实施形式的电i^M匡 图，其中输入电压Uo也用作维拉德级联30的输入电压。级联的输出端通 过充电电阻7连接到螺旋脉沖发生器上。而在级联的相应设计中，充电电 阻不是必要的。对于该电路的功能而言的唯一前提条件是交流电压作为输 入电压Uo。
由于点燃装置优选安^t气体放电灯的外灯泡中，所以也需要将该点 燃装置相应耐热地实施。这通过耐热的材料和化合物来实现。SiC二极管 用作用于级联的二极管，SiC二极管允许达到600。C的阻挡层温度。电容 器如螺旋脉冲发生器那样以LTCC结构方式来实施，使电容器耐受直到 800。C的温度。由于为了快速且可靠的点燃相应地需要高的电容，所以使 用具有高的介电常数的电介质。在此，例如可以使用BaTi03。该BaTiO;j 设置有相应的烧结添加物，并且于是以已知的LTCC方法来处理。在此， 优选构建双堆(D叩pelstack)，如在图10中所示的那样。介电材料位于 堆A的导电层lll、 112、 113和114与堆B的导电层121、 122、 123和 124之间。在这些层之间分别形成电容器，即每个堆三个电容器。在这些 堆之间可以设置SiC 二极管，它们优选作为小块(Die)直接施加到衬底 上并且通过通孔与相应的导电层连接。在图10中示出了具有SiC 二极管 的堆的示意性电路。借助通孔的连接是LTCC器件中的现有技术，并且 因此未详细阐述。SiC 二极管可以以所有在LTCC方法中已知的和适合于 该温度的连接方法与LTCC电容器连接。优选的是，SiC 二极管通过^ 与LTCC电容器连接。为了布线，从导电的层中引出接触凸起部分。通 孔可以加入接触凸起部分中，通孔在装配侧上具有对应的接触面，于是 SiC 二极管的M连接施加到这些接触面上。SiC 二极管当然也可以以合 适的高温焊剂或者借助焊接连接来接触。
维4i^级联当然并不限于三个级。根据高压放电灯和螺旋脉冲发生器 的设计，维M级联可以包括1至10级。
第三实施形式
在第三实施形式中，空载电压的类型对点燃机构的功能而言是无关紧 要的。同时，可以实现非常高的点燃电压，其能够毫无问题地实现灯的热复燃。如图7中所示，在第三实施形式中两个螺旋脉冲发生器相继地连接。 第一螺旋脉冲发生器11以已知的方式馈送有驱动装置的空载电压U。。开 关元件31、优选火花隙设计为使得阈值电压略微低于空载电压U。。由此， 第一螺旋脉冲发生器产生UsPG产2xi^xU()XTi的输出电压。输出电压脉冲通 过任意极性的二极管区段9和充电电阻7提供到第二螺旋脉沖发生器1 的输入端。由此，第二螺旋脉冲发生器l緩慢地通过第一螺旋脉冲发生器 的多个脉冲充电到第一螺旋脉冲发生器11的输出电压USPG1的峰值。为了 这正常运行，二极管9必须能够接通第一螺旋脉冲发生器的短脉冲，并且 足够快速地阻止该脉冲的负的部分，i^l"二极管9的开关速度提出了相应 要求。螺旋脉冲发生器的输出脉冲形状例如在图8中示出。信号83是具 有偏置电压U。的螺旋脉沖发生器的输出电压，信号81是没有偏置电压的 输出电压，即偏置电压为0V。时间轴以单位ns绘出，纵轴的单位为kV。 可以良好地看到的是，在第二螺旋脉冲发生器的基本脉冲宽度h为大约 100ns的情况下，大约10kV的点燃电压是可能的。由于第一螺旋脉冲发 生器的基本脉冲宽度t，如下二极管是必需的其截止延迟时间小于基本 脉冲宽度t的一半。由此，通过来自第一螺旋脉冲发生器的反极性的脉冲 的序列对第二螺旋脉冲发生器充电，并且仅仅部分又放电。为了保持较小 的放电，优选使用如下二极管其截止延迟时间小于基本脉沖宽度^的四 分之一。第二阈值开关3设计为使得其在^Mt低于第一螺旋脉冲发生器的 输出电压USPG1的峰值的电压情况下被接通。输出电压在充电电阻7和快 速二极管9之后来测量，使得也包含在这些部分上的电压。第二阈值开关 优选也是火花隙。输出电压、即点燃电压由此为USPG2= Uz= 2x nix U0x
TllX2xn2XTl2，其中Ih是第一螺旋脉冲发生器的匝数，1!2是第二螺旋脉冲
发生器的匝数，w是第一螺旋脉冲发生器的效率，而T]2是第二螺旋脉冲 发生器的效率。
在图11中示出了一个优选的实施形式，其中两个螺旋脉冲发生器集 成在一个器件中。这通过将螺旋脉冲发生器l和ll共同绕制来实现，并 且在膜之间 一同绕制有合适的绝缘物并且烧结。由此形成并排的所谓的两 个螺旋脉冲发生器，它们为紧凑的布线提供有利的前提条件。
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权利要求
1.一种高压放电灯，具有放电容器(5)，该放电容器尤其是安装在外灯泡(51)中，其中点燃装置集成在灯中，该点燃装置在灯中产生高压脉冲，并且该点燃装置包含至少一个螺旋脉冲发生器，其特征在于，点燃装置的充电电压(17)具有与驱动装置的空载电压(13)相反的极性，该充电电压(17)同样由驱动装置提供，并且两个电压之和施加到点燃装置上。
2. 根据权利要求l所述的高压放电灯，其特征在于，点燃装置还包 含阈值开关(3 )。
3. 根据权利要求2所述的高压放电灯，其特征在于，阈值开关(3) 是火花隙。
4. 根据上述权利要求中任一项所述的高压放电灯，其特征在于，点 燃装置还包含充电电阻(7)。
5. —种高压放电灯，其具有放电容器(5)，该放电容器尤其是安装 在外灯泡(51)中，其中点燃装置集成在外灯泡(51)中，该点燃装置在 灯中产生高压脉冲，并且该点燃装置包含至少一个螺旋脉冲发生器，其特 征在于，驱动装置的空栽电压(U。)借助灯或者灯头中的合适的装置来提 高，以便将提高的电压作为螺旋脉沖发生器的充电电压施加到该螺旋脉冲 发生器上。
6. 根据权利要求5所述的高压放电灯，其特征在于，点燃装置还包 含阈值开关(3)。
7. 根据权利要求6所述的高压放电灯，其特征在于，阈值开关(3) 是火花隙。
8. —种点燃装置，其具有第一螺旋脉冲发生器(1)和第一阁值开关 (3 )，该第一阈值开关设置在气体放电灯的外灯泡中或者设置在气体放电灯的灯头中，其特征在于，在点燃之前施加在灯上的电压(U。)以合适的 装置来提高，以便随后将提高的电压施加到第一螺旋脉冲发生器(1)上 用于生成点燃电压。
9. 根据权利要求8所述的点燃装置，其特征在于，使用电压倍增级 联(30)用于提高电压。
10. 根据权利要求9所述的点燃装置，其特征在于，电压倍增级联(30 )由高温稳定的器件构成。
11. 根据权利要求10所述的点燃装置，其特征在于，电压倍增级联 (30)由SiC二极管和LTCC结构方式的电容器构成。
12. 根据权利要求11所述的点燃装置，其特征在于，电容器由一个 或者两个LTCC堆来构建。
13. 根据权利要求12所述的点燃装置，其特征在于，SiC二极管施加 到LTCC堆上并且借助LTCC印制导线与电容器相连。
14. 根据权利要求8所述的点燃装置，其特征在于，使用具有第二阈 值开关(31)的第二螺旋脉冲发生器(11)来用于提高电压。
15. 根据权利要求14所述的点燃装置，其特征在于，在第一螺旋脉 冲发生器(1)和第二螺旋脉冲发生器(11)之间以任意极性连接有二极 管，其中二极管的截止时间小于第一螺旋脉沖发生器的脉冲的脉冲宽度(tj的一半。
16. 根据权利要求14所述的点燃装置，其特征在于，在第一螺旋脉 沖发生器(1)和第二螺旋脉冲发生器(11)之间以任意极性连接有二极 管，其中二极管的截止时间小于第一螺旋脉冲发生器的脉冲的脉冲宽度(t》的四分之一。
全文摘要
本发明涉及一种高压放电灯，其具有放电容器(5)，该放电容器尤其是安装在外灯泡(51)中，其中点燃装置集成在灯中，该点燃装置在灯中产生高压脉冲，其中该点燃装置包含至少一个螺旋脉冲发生器，并且点燃装置的充电电压(17)具有与驱动装置的空载电压(13)相反的极性，该充电电压(17)同样由驱动装置提供，并且两个电压之和施加到点燃装置上。本发明同样涉及一种高压放电灯，其中驱动装置的空载电压(U<sub>0</sub>)借助灯或者灯头中的合适装置来提高，以便将提高的电压作为螺旋脉冲发生器的充电电压施加到该螺旋脉冲发生器上。本发明也涉及一种点燃装置，其具有第一螺旋脉冲发生器(1)和第一阈值开关(3)，该第一阈值开关设置在气体放电灯的外灯泡中或者设置在气体放电灯的灯头中，其中在点燃之前施加在灯上的电压(U<sub>0</sub>)以合适的装置来提高，以便随后将提高的电压施加到第一螺旋脉冲发生器(1)上用于生成点燃电压。
文档编号H05B41/04GK101682967SQ200780053228
公开日2010年3月24日 申请日期2007年6月6日 优先权日2007年6月6日
发明者伯恩哈德·沙尔克, 安德烈亚斯·克洛斯, 斯特芬·沃尔特 申请人:奥斯兰姆有限公司