专利名称：用于产生驱动放电灯的脉冲电压序列的方法及其电路装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及按照权利要求1的前序部分所述借助于脉冲式的、介质阻挡放电的用于产生驱动放电灯的脉冲电压序列的方法及其电路装置。另外本发明涉及按照此方法产生脉冲电压序列的电路装置。最后本发明涉及按照具有此电路装置的相应的权利要求的前序部分所述的照明系统。
概念“放电灯”在此理解为这种辐射源，其发出可见光谱范围的电磁辐射，也可以是超出UV或者VUV范围的发射的光。
该脉冲电压序列原理上能够是单极的或者双极的并且用于驱动放电灯或者辐射器，其中至少一种极性的电极被介质阻挡，这例如在WO94/23442中所述。此驱动方式在原理上使用不受限制的电压脉冲序列，在电压脉冲期间特别耦合了电功率并且该电压脉冲通过间隔时间相互分开。决定有用辐射产生的效率的主要方面是脉冲形状，特别是陡峭的上升沿以及脉冲或者间隔时间的时间长度。电压脉冲的必需的峰值-另外依赖于放电长度、填充气体的种类和压力以及介质层的种类和厚度-典型地取为一到几千伏。
现有技术kV范围内的高的电压峰值一般不能可靠地通过切换晶体管进行切换或者产生。一般情况下对此需要一个脉冲变换器，其连接在脉冲电压源的输出端。
在DE19548003A1中公开了一种这样的电路装置，其具有用于产生脉冲电压序列的详细的脉冲电路。此脉冲电路主要由一个电容、一个晶体管和一个脉冲变换器组成。在晶体管导电状态期间，在电容中存储的能量传输到脉冲变换器。在此该脉冲变换器将脉冲电压变换到所需要的峰值，以此其具有如下的缺点。首先该脉冲变换器必需输出脉冲电压序列的峰值，并且因此该脉冲变换器是非常大和昂贵的。另外脉冲变换器的脉冲负载是相当大的，并且同样相当大的绕组电容也损害了脉冲形状。另一个缺点是在脉冲变换器的次级绕组的连线上出现了脉冲电压序列的全部峰值。基于一般情况下的泄漏电容，在环境中产生了相当高的干扰信号，即所谓的EMI(电磁干扰)。
发明描述本发明的任务是避免上述的缺点，并且给出按照权利要求1的前序部分所述的产生较小的EMI的方法。
此任务通过权利要求1的特征部分的特征解决。特别有利的实施结构在从属权利要求中给出。
本发明的其他任务是给出实现此方法的电路装置。此任务通过对应于电路装置的独立权利要求的特征解决。其他的有利的特征在与此相关的从属权利要求中。
最后本发明的任务是给出按照对应于照明系统的独立权利要求的前序部分的照明系统，其不含有上述的缺点。此任务通过此权利要求的特征部分的特征解决。
本发明的基本思想在于此脉冲电压序列由两部分的电压序列组成，每一部分电压序列的峰值小于所产生的脉冲电压序列的峰值，例如只有一半大。这样的优点是在产生部分电压序列时存在相应的较小的EMI。另外两个部分电压序列之一相应于参考电压含有正的上升沿，另一个部分电压序列相应于参考电压含有负的上升沿。有利的两个部分电压序列之一相应于参考电压是另一个部分电压序列的反向。理想的情况是从两个部分电压序列所产生的EMI在原处完全的抵销。何处实际上需要高的峰值电压，即在负载处，也就是说在辐射源的电极之间，用于介质阻挡放电所需要的高的峰值和以此产生的强的EMI才在那里存在。
按照本发明此基本思想应用在下列方法中。两个部分序列由分别通过间歇相互分开的电压脉冲-下面被缩短并且作为部分电压序列标出-产生，在此两个部分序列相应于共同的参考电势，例如大地，含有相互交替上升的上升沿。两个部分序列如此重叠以产生一个差异序列。在可能的情况下两个部分序列如此相互同步，差异序列的峰值大于脉冲电压的两个部分序列的任一个的峰值。
部分序列的每一个脉冲可以是单极的也可以是双极的。概念“双极脉冲”的意思是在此脉冲的内部与时间有关的电压的极性进行一次或者多次的变化。以此最后产生按照上述方法的单极或者双极差异序列。在此的区别只是两个部分序列的修正脉冲相应于共同的参考电势含有具有相互交替上升的上升沿。在双极的情况下该电极根据脉冲的状态分别周期地承担阳极和阴极的任务。
在确定各个脉冲的上升沿的上升时，在实际中经常存在的并且该部分是不能避免的信号失真是不考虑的，例如过或者不足振荡、噪声分量等等，但是其在所有的情况下非主要的(＜50％)将有用功率耦合到灯。在此方案中其实是在每一个脉冲时间范围内存在主要的有用功率耦合(＞50％)。
在一个产生差异序列的有利的变形中，电压脉冲的部分序列通过另一个电压脉冲的部分序列的反向构成。该同步是如此构成的，差异序列的峰值是部分序列的峰值的总和。
在另一个变形中作为附加的方法步骤，两个电压脉冲的部分序列的至少之一和/或差异序列附加的重叠一个偏置的直流电压，其中该总共的偏置直流电压如此选择，该放电在每一个脉冲之后能够结束并且阻止在各个脉冲之间的不希望的重新启动。以此方式相关的电压分量通过直流电压提供。这样的优点是该脉冲电路只需设计成剩余的电压分量。
按照上述方法的用于产生脉冲电压序列的本发明的电路装置含有两个分别具有两个输出端和一个控制输入端的串联连接的脉冲电路和一个时间输出电路，该时间输出电路与两个脉冲电路的控制输入端相连接。第一个脉冲电路的两个输出端之一与第二个脉冲电路的具有相反极性的输出端相连接。两个所述的输出端的连接确定了两个脉冲电路的两个自由输出端的参考电压。以此方式在两个自由输出端之间存在两个自由输出端之间的差异信号和位于参考电势上的信号。该参考电势能够但不是必需的与电路的外壳或者地电势相连接。
两个脉冲电路例如分别按照DE19548003A1中所述的电路构成。在此相对于现有技术的优点是，在同步设计例如分别只有一半大时，能够预先给出的峰值电压所需要的变换和以此的两个变换器的绕组比例是比较小的。以此产生的另一个优点是电压脉冲的上升沿和因此产生的应用辐射的高效率是能够实现的。
另外在很多情况下，至今为止变换器的使用不是通用(unumgaenglich)的，变换器的全部使用都被省去了，因为按照本发明每一个脉冲电路的二倍实现了所产生的脉冲电压。
脉冲电路的具体的实施例在单一情况下根据电极所要求的峰值设计。该电路的有利的作用标准首先是两个脉冲电路是适合的，其分别由通过间歇相互分开的电压脉冲提供一个部分序列，其中该部分电压序列分别含有相互交替上升的上升沿。
该时间输出电路如此控制两个脉冲电路，两个部分电压序列相互同步。
在一个变形中，脉冲电路的两个自由连接端的至少一个与偏置直流电压源的分别相反极性的一端相连接。以此方式实现了在一个变形中所解释的偏置直流电压。
另外还要求保护照明系统，该照明系统由本发明的电路装置和借助于脉冲化的介质阻挡放电驱动的辐射源组成。
下面借助于实施例详细解释本发明。图为图1示出了具有平面辐射器的按照本发明的电路装置，图2a示出了具有单极脉冲的图1的部分电压序列U1(t)的时序图，图2b示出了具有单极脉冲的图1的部分电压序列U2(t)的时序图，图2c示出了图1的差异电压序列U3(t)的时序图，图3a示出了另一个部分电压序列U′1(t)的时序图，图3b示出了另一个部分电压序列U′2(t)的时序图，图3c示出了差异电压序列U′3(t)的时序图，图4a示出了具有双极脉冲U″1(t)的部分电压序列的时序图，图4a示出了具有双极脉冲U″2(t)的部分电压序列的时序图，图4c示出了差异电压序列U″3(t)的时序图。
图1示出了示意性描述的按照本发明产生脉冲电压序列的电路装置和平面辐射器的方框图。该电路装置主要由第一和第二脉冲电路1、2和时间输出器3组成。每一个脉冲电路分别含有一个控制输入端a；d和两个输出端b、c；e、f。在运行时两个脉冲电路1、2在输出端b、c和e、f之间分别提供一个部分电压序列U1和U2。每一个控制输入端与时间输出器3相连接。时间输出器3作为两个脉冲电路1；2的同步之用。第一个脉冲电路1的正极(+)输出端b和第二个脉冲电路2的负极(-)输出端f与接头4和5相连接。接头4和5在该侧通过连线6、7与平面辐射器8相连接。两个脉冲电路1、2的每一个自由输出端c；e相互地并且与地电势相连接，该地电势作为参考电势。因此两个脉冲电路1、2串联连接并且在运行时其在第一个脉冲电路1的正极(+)输出端b和第二个脉冲电路2的负极(-)输出端f之间产生一个差异电压序列。
平面辐射器8是由放电管9、带状的阴极10和介质阻挡的带状的阳极11组成。该放电管9是由一个底板12、一个盖板13和一个框架14组成，它们总共构成一个矩形的底平面。底板12和盖板13借助于玻璃焊封与框架气密地如此连接，以使放电管9的内部矩形体地构成。底板12大于盖板13以使放电管9含有一个包围的自由边。阴极10和以及11是交替的并且相互平行的以约6mm的相对距离设在底板12的内壁上。阴极10和阳极11在相互交错的一端被延长并且从放电管9的内部在两侧向外引出到底板12。阴极10和阳极U分别在阳极侧15和阴极侧16引出向外的电流引线到底板12的边沿。外侧的电流引线15、16分别借助于短的连接件17、18与连线6、7相连接。
底板13上的开口只作为描述之用并且因此可以任意的看到阴极10和阳极11。在放电管9的内部，阳极11全部通过玻璃层19覆盖，其厚度约250μm。电极10；11和外触点15；16是由银构成的阴极结构和阳极结构的不同部分，其借助于丝网印刷技术并且随后通过一般的烘烤敷设。该层厚约6μm。
在一个变形(未示出)中，在负的连接端5和所属的连线7之间是偏置直流电压源。
图2a到2c分别示出了由图1示意性和示范性描述的两个部分电压序列U1(t)和U2(t)=-U1(t)以及差异序列U3(t)的时序图。示出的分别是具有峰值U1S、U2S和U3S的半波形电压脉冲，其中|U3S|=|U1S|+|U2S|。
图3a和3b示出了理想状态的两个另外的部分电压序列U′1(t)和U′2(t)。与图2b的区别是图3b中的电压信号另外重叠一个峰值UDC的偏置直流电压。因此在差异信号U′3(t)中同样形成一个峰值UDC的偏置直流电压，也就是说|U′3S|=|U′1S|+|U′2S|+|UDC|。
图4a和4b示出了理想状态的两个另外的部分电压序列U″1(t)和U″2(t)=-U″1(t)。与图2a,2b的区别是在此部分电压序列具有双极的脉冲(正弦形)。单个的双极脉冲如上通过间歇(在此电压=0)相互分开。所产生的差异序列U″3(t)同样含有具有两个峰值|U″3S|=|U″1S|+|U″2S|和-U″3S的双极脉冲，其中U″1S和U″2S表示两个部分电压序列的(正的和负的)峰值。
在上述的理想描述中没有考虑在实际中经常出现的失真，例如过和不足振荡等等。
在此还应该注意到在图2a到4a和图2b到4b中，部分序列U1到U1″以及U2到U2″的信号形状只具有示意性的特征。按照本发明尤其是所有的信号形状都是适合的，并且能够借助于该电路装置产生，这已经在WO94/23442中公开。
权利要求
1．借助于脉冲的介质阻挡放电的产生驱动一个放电灯(8)的脉冲电压序列(U3(t),U′3(t),U″3(t))的方法，具有●一个至少部分透明的和以气体填料填充的封闭的或者由气体或者气体混合物通流的开放的放电管(9)是由非导电材料构成的，并且●第一和第二种极性(10或者11)的电极，其中至少一种极性的电极(11)由放电管的内部通过介质材料(19)分开，其特征在于，具有如下的方法步骤，●由通过间歇相互分开的具有第一峰值(U1S,U′1S,U″1S)和具有相对于参考电势是正的上升沿的电压脉冲产生第一部分序列(U1(t),U′1(t),U″1(t))，其中该参考电势(0)被从该电极去耦，●由通过间歇相互分开的具有第二峰值(U2S,U′2S,U″2S)和具有相对于参考电势(0)是负的上升沿的电压脉冲产生第二部分序列(U2(t),U′2(t),U″2(t))，●将电压脉冲的第一部分序列(U1(t),U′1(t),U″1(t))施加在第一极性(+)的电极(11)上，●将电压脉冲的第二部分序列(U2(t),U′2(t),U″2(t))施加在第二极性(-)的电极(10)上，●将两个电压脉冲的部分序列(U1(t),U2(t)或者U′1(t),U′2(t)或者U″1(t),U″2(t))如此相互地同步，在极性交错的电极(10,11)之间产生电压脉冲的差异序列(U3(t),U′3(t),U″3(t))，其中差异序列(U3(t),U′3(t),U″3(t))的峰值(U3S,U′3S,U″3S)大于两个单独电压脉冲的部分序列(U1(t),U2(t)或者U′1(t),U′2(t)或者U″1(t),U″2(t))的每一个的峰值(U1S,U2S；U′1S,U′2S；U″1S,U″2S)。
2．如权利要求1的方法，其特征在于，第二个电压脉冲的部分序列(U2(t),U′2(t),U″2(t))通过第一个电压脉冲的部分序列(U1(t),U′1(t),U″1(t))的反向构成，并且如此实现同步，差异序列(U3(t),U′3(t),U″3(t))的峰值(|U3S|,|U′3S|,|U″3S|)是两个部分序列(U1(t),U2(t)或者U′1(t),U′2(t)或者U″1(t),U″2(t))的峰值(|U1S|,|U2S|；|U′1S|,|U′2S|；|U″1S|,|U″2S|)的和。
3．如权利要求1或者2的方法，其特征在于，作为附加的方法步骤，两个电压脉冲的部分序列(U′2(t))的至少一个和/或差异序列被附加一个偏置直流电压(UDC)，其中总的偏置直流电压所最高达到的被选择为如此的高，放电能够在每一个电压脉冲之后被结束，并且在单独的电压脉冲之间的不希望的重复启动被避免。
4．如权利要求3的方法，其特征在于，通过附加的方法步骤，分别在间歇期间将偏置直流电压尝试地加到总的参考电势。
5．按照权利要求1到4之一所述的借助于脉冲的介质阻挡放电的产生用于驱动放电灯(8)的脉冲电压序列的电路装置，具有● 一个第一脉冲电路(1)具有两个输出端(b,c)和一个控制输入端(a)，该脉冲电路(1)适合于提供通过间歇相互分开的电压脉冲的第一序列(U1)，● 一个第二脉冲电路(2)具有两个输出端(e,f)和一个控制输入端(d)，该脉冲电路(2)适合于提供通过间歇相互分开的电压脉冲的第二序列(U2)，其中第一脉冲电路(1)的两个输出端之一(c)与第二脉冲电路(2)的具有交错极性的输出端(e)相连接，以此能够在两个脉冲电路(1,2)的自由输出端(b,f)之间取得一个电压脉冲的差异序列(U3)，其相应于两个与参考电势相关的单独电压脉冲序列(U1,U2)的差异，● 一个时间输出电路(3)，其与两个脉冲电路(1,2)的控制输入端(a,d)相连接，并且其如此地控制，以使两个脉冲电压序列(U1,U2)相互同步。
6．如权利要求5的电路装置，其特征在于，在两个脉冲电路(1,2)之间的具有交错极性的输出端(c,e)的连接点与该电路装置的一个参考电势相连接。
7．如权利要求6的电路装置，其特征在于，该参考电势位于地电势上。
8．如权利要求5到7之一的电路装置，其特征在于，第二脉冲电路含有一个反向电路，其使第二电压脉冲序列相对于第一序列反向。
9．如权利要求5到8之一的电路装置，其特征在于，一个附加的直流电压电路，它的一个极与该脉冲电路的具有交错极性的自由输出端相连接。
10．照明系统，具有●一个辐射源(8)，尤其是一个放电灯，该辐射源(8)适合于介质阻挡的放电，其中该辐射源(8)含有如下的-一个至少部分透明的和以气体填料填充的封闭的或者由气体或者气体混合物通流的开放的放电管(8)是由非导电材料构成的，并且-电极(10,11)，其中至少一种极性的电极(11)由放电管(9)的内部通过介质材料(19)分开，● 一个与该电极(10、11)相连接的脉冲电压源(1-3)，其适合于提供通过间歇相互分开的电压脉冲，其特征在于，该脉冲电压源(1-3)含有一个具有权利要求5到9之一或者多个特征的电路装置。
全文摘要
本发明涉及借助于脉冲式的、介质阻挡放电的用于产生驱动放电灯(8)的脉冲电压序列的方法,该脉冲电压序列如此地通过两个部分电压序列组成,每一个部分电压序列的峰值小于所产生的脉冲电压序列的峰值,例如只有一半。优点是,在产生部分电压序列时相应的存在较小的EMI。另外两个部分电压序列含有相应于参考电势的上升沿交错的上升,优选的是两个部分电压序列相互反向。以此在理想状态下至少在本地全部补偿了由两个部分电压序列所产生的电磁干扰(EMI)。一个电路装置含有两个串联连接的脉冲电路(1,2),其借助于时间输出电路(3)被同步。
文档编号H05B41/24GK1234957SQ98800974
公开日1999年11月10日 申请日期1998年7月16日 优先权日1997年8月12日
发明者F·福尔克姆默, L·希茨施克 申请人:电灯专利信托有限公司