专利名称：用于测量放电灯的电流的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于尤其是在点燃过程期间并且在高频工作中测量 放电灯(尤其是高压放电灯)上的电流的装置。为了补偿受无功电流干扰 的电流信号，借助电容器生成无功电流，该无功电流借助第二电流测量装 置转换成从电流信号中减去的电压。
背景技术：
为了限制电流，放电灯L通过镇流器BA连接到具有电压UN (例如 240V)的电网上(图1)。为了点燃放电灯连接有点燃设备IG，使得生成 具有幅度(例如5kV)和短的上升时间(例如100ns)的高压脉冲序列。 为了表征该高压脉冲，实施电测量，其中为了测量电压通常使用高压探头 VP (例如Tektronix P6015，分压比为1/1000)。为了测量电流通常使用测 电钳CP (例如Tektronix TCM202 )。电压信号Uu和电流信号"例如借 助示波器来测量并且适当地计算，由此产生灯电压Ut (t)和电流I (t)。在图2中针对400W高压钠蒸气灯示出了由点燃设备产生的电压 UL (t)和电流I (t)。在第一电压脉冲UL (t)升高之后电流信号I (t) 立即升高，尽管在此时刻放电尚未被完全点燃并且由此没有灯电流可以流 动。所测量的电流是位移电流lD(t),其通过在来回引导的导体之间存在 的、大约15pF量级的电容以及通过在此时刻大的电压改变而产生。位移电流Iu (t)通过如下式子来描述""，其中(t)是灯电压而CN是在引导高压的导体与回引的导体之间的杂散电容或者耦合电容。从所测量到的电流信号I (t)减去位移电流ID (t)，由此得到灯电流t (t):(2)4等式2来计算灯电流It (t)。由此， 可以直接测量灯电压UL (t)以及灯电流IL (t)。杂散电容Qv在此通过 基线测量(Nullmessung)来确定。对于该基线测量，在点燃设备上的电 压被调节为使得不会进行灯击穿。杂散电容CN的值在此选择为使得借助 等式2所计算的灯电流消失(IL (t) =0)。电子镇流器被用于驱动放电灯，这些电子镇流器具有较高的工作频 率，该工作频率达到兆赫兹(MHz)的范围。为了表征放电，在这些放 电灯中也测量电流。由于高的工作频率和存在的杂散电容，所测量到的电 流与位移电流叠加。借助等式1和等式2可以根据灯电压Ul (t)、杂散 电容Qv计算灯电流lL (t)。通过其中并未完全点燃放电的基线测量选择 杂散电容Qv的值，使得所得到的灯电流消失(t) =0)。杂散电容在此由灯的杂散电容CL和电流测量装置与灯之间的线路的杂散电容CT组成.= C￡ + Cr 纟3 )灯的杂散电容Ct在5pF到30pF的范围。连接线路的电容CT每长度 单位在50pF/m到100pF/m之间。由于大的电压改变(例如4kV/ps )或 者高频率的电压，干扰性位移电流ID (t)的幅度可以与灯电流It (t)在 相同的量级(图2 )或者甚至更大。在借助等式1和等式2的数值4M尝的 情况下不再产生可忽略的系统误差。任务本发明的任务是提供一种用于测量放电灯中的电流的装置，其信号并 不受位移电流干扰。在以下的两个实施例中更为详细地阐述了该装置的功 能。发明内容本发明提出了一种用于测量放电灯的灯电流的固定的装置。该装置尤 其包含用于测量灯电流的测量转换器和适配的补偿电流转换器，该补偿电 流转换器针对测量结构而调整。转换器的两个输出到达测量放大器，在该 测量放大器中从所测量的电流减去##电流，以便获得真实的灯电流。测量结构还可以被扩;H使得还一同测量灯电压，并且由此在该装置的输出端 处提供灯电流和灯电压的两个模拟信号。
图1示出了在根据现有技术的高压放电灯中借助探头和测电钳的电 压测量和电$危测量。图2示出了具有由此计算出的灯电流的示例性电流信号和电压信号。图3示出了根据本发明的用于补偿放电灯的电流测量的装置。图4示出了用于补偿放电灯的电压和电流的测量的其他实施形式。
具体实施方式
在图3中，电网电压UN通过镇流器BA和点燃设备IG以及测量设 备CPC连接到放电灯LA。流经灯的电流I (t)流经测量转换器或者变压器TM的初级绕组。变压器Tm在初級可以由绕组或者由引线(durchfuehrenden Draht) 构成而在次级可以由具有例如15匝的线團构成，该线團缠绕到例如铁粉 环形芯的可磁化的芯上。在次级线團中根据匝数比耦合输入电流，该电流 通过电阻RM (例如厚膜电阻，15Q)转换成电压UIM， 4吏得例如产生1V/A的电流-电压转换比。测量转换器TM优选连接到从灯回引的线路中，以便使干扰电压至线團的电容性耦合输入保持为小。通过与地连接的屏蔽 SM可以进一步降低干扰电压至线團中的电容性耦合输入。由于灯的杂散电容CL和连接线路的杂散电容Ct而根据等式1和等 式3产生电容性位移电流ID (t)，该位移电流与灯电流IL (t)和电流信号UIM叠加。为了补偿位移电流ID (t)借助可调节的电容器CK产生电容 性位移电流Iv (t)，该位移电流流经测量转换器或者变压器Tc的初级绕 组。该测量转换器可以在初级由绕组构成而在次级由具有数匝(例如15 匪)的线團构成，该线團缠绕到可>^化的芯(例如铁粉环形芯)上并且通 过电阻Rc (例如厚膜电阻，15Q)产生电压UK:。屏蔽SC产生线圏对高 压线路的良好去耦。补偿电流转换器应构建为使得其具有与测量电流转换器相同的幅度 响应和相位响应。这可以优选通过选#^目同的部件来实现。如果例如在高频工作时仅仅存在正弦干扰电压，则补偿电流转换器仅需针对该工作频率 具有与测量电流转换器相同的相位，由此其可以在结构上明显更为简单。电流信号UzM和补偿信号Urc被借助运算放大器OP来减去并且适当 放大，以使i区动线缆和终端电阻。产生的电流信号Uz例如借助示波器来 测量。在灯未击穿的情况下的基线测量中，电容器CK调节为使得电流信号消失(U产0)。可调节的电容器的平均值可以选择为使得CK-CL + CT。调节范围通过在测量装置与灯座之间的线路的长度和类型以及灯电容Q 的所选择的范围来确定。为了减小测量装置的负载电容，也可以将Ck的 平均年值选择得更小，例如CK = 0.5 (C一Ct)，并且将产生的补偿信号 UIC在如下的电路中进行放大或者适当地耦合输入。同样可能的是，代替可调节的电容器选择固定的电容器并且进行电压 与可调节的放大器的匹配。同样可能的是，由电流转换器4^供的电勢睹助 可调节的电阻分压器来匹配。较大的带宽可以通过选择较小的电流-电压转换比(例如0.1V/A) 来实现。如下运算放大器OP可以放大信号，使得又存在所选择的电流-电压转换因数(例如1V/A )。次级线團的合理的匝数在2^NM^50匝之间， 而电阻值可以在0.0KKRm《100O的范圃。类似地适用于补偿电流转换器。借助该装置可以有利地在点燃过程期间或者在高频工作中测量不具 有干扰性位移电流的灯电流。在图4中示出了测量装置的另一实施形式。在该实施形式中，代替具 有电阻RM和Rc的变压器TM和Tc，仅仗S将电阻RM和Rc用作电流-电压转换器。存在的两个电压信号借助运算放大器OP又被减去并且M 大，使得可以驱动线路和终端电阻。在此借助带有可调节的电阻Ro的电 阻分压器来实现对补偿信号的匹配。电阻Rm和Rc的值在O.OUl到10Q的范围。通常，在对点燃特性的测量中或者在高频工作中需要彼此间具有固定 相位关系的电流信号和电压信号。因此有利的是，将用于电压测量的测量 装置集成到用于电流测量的测量装置中。其可以由分压器(例如1/1000) 构成，该分压器由两个电阻RV1和RV2构建。为了驱动线路和测量电阻(例 如50O)可以使用阻抗转换器OP2。用于测量电流的装置可以集成在电子镇流器或者电子点燃设备中并 且提供适当的信号以控制点燃并且尤其是在高频工作中控制稳定状态。当连接线路的干扰性位移电流是小的并且该装置安装在灯附近时，用 于测量放电灯的电流的装置提供了最好的并且最精确的电流信号。在放电 灯工作时，灯升温并且通常灯座也升温。为了避免对测量装置的显著加热 (其会引起测量误差)，在灯座和测量装置中的连接部之间的连接线缆在长度方面、在直径方面以;Mt材料方面进行选择，使得传导少量的热。此 外，测量装置被构建为^吏得也可以辐射一定的热。对于有些应用而言，感兴趣的是将测量装置集成到灯座中。在此，测 量装置的加热是不可避免的。为了使产生的测量误差最小化，附加地将温 度传感器(例如ptioo )安装到测量装置中。所测量的温度升高可以被利 用ilt^正电流信号的幅度和相位，其中例如使用线性的温度相位和温度幅 度模型。
权利要求
1.一种用于测量放电灯(L)的电流的装置，其具有第一电流测量装置，该第一电流测量装置将流经灯的电流转换成信号，其特征在于，该装置包含第二电流测量装置，具有与流经第一电流测量装置的位移电流相同的幅度和相位特性的电流流经该第二电流测量装置，第一电流测量装置和第二电流测量装置的信号连接为使得在所得到的信号中位移电流的成分消失。
2. 根据权利要求l所述的用于测量放电灯的电流的装置，其特征在 于，第 一 电流测量装置和/或第二电流测量装置包含低阻值的电阻作为电 流-电压转换器。
3. 根据权利要求l所述的用于测量放电灯的电流的装置，其特征在 于，第一电流测量装置和/或第二电流测量装置包含具有终端电阻的线團 作为电流-电压转换器。
4. 根据上a利要求中任一项所述的用于测量放电灯的电流的装置， 其特征在于，用于适配第二电流-电压转换器的电压的电路包含电阻分压 器。
5. 根据权利要求l、 2或3所述的用于测量放电灯的电流的装置，其 特征在于，用于适配第二电流-电压转换器的电压的电路包含电压控制的 放大器。
6. 根据权利要求l、 4或5所述的用于测量放电灯的电流的装置，其 特征在于，用于补偿无功电流的电路包含减法器或者差分放大器。
7. 根据权利要求l所述的用于测量放电灯的电流的装置，其特征在 于，至放电灯的连接线路在长度方面、在导热性方面以及在直径方面被设 计为使得由放电灯传导的热不引起测量装置中的电子设备的显著温度升 高。
8. 根据上述权利要求中任一项所述的用于测量放电灯的电流的装置， 其特征在于，该装置包含温度传感器。
9. 根据上i^l利要求中任一项所述的用于测量放电灯的电流的装置， 其特征在于，用于测量放电灯的电流的装置还包含用于测量灯电压的装 置。
10. 根据权利要求9所述的用于测量放电灯的电流的装置，其特征在于，该装置利用欧姆分压器来测量电压。
11. 根据权利要求9或10所述的用于测量放电灯的电流的装置，其 特征在于，该装置包含阻抗转换器用于通过线缆传输电压信号。
12. 根据上a利要求中任一项所述的用于在放电灯上进行电测量的 装置，其特征在于，该装置优选安装在灯附近。
13. 根据上述权利要求中任一项所述的用于在放电灯上进行电测量的 装置，其特征在于，该装置是灯座的一部分。
14. 根据上i^L利要求中任一项所述的用于在放电灯上进行电测量的 装置，其特征在于，该装置是电子镇流器的一部分。
15. 根据上a利要求中任一项所述的用于在放电灯上进行电测量的 装置，其特征在于，该装置是点燃设备的一部分。
全文摘要
本发明涉及一种用于测量放电灯的电流的装置，其具有第一电流测量装置，该第一电流测量装置将流经灯的电流转换成信号；以及第二电流测量装置，具有与流经第一电流测量装置的位移电流相同的幅度和相位特性的电流流经该第二电流测量装置，其中第一电流测量装置和第二电流测量装置的信号连接为使得在所得到的信号中位移电流的成分消失。
文档编号H05B41/00GK101606072SQ200880004029
公开日2009年12月16日 申请日期2008年2月13日 优先权日2007年3月1日
发明者卢德格尔·维尔肯 申请人:奥斯兰姆有限公司