用于放电灯的灯座电容的制作方法

专利名称：用于放电灯的灯座电容的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及放电灯的领域，尤其涉及HID灯的领域。这种灯包括以气密方式密封放电空间的透光管，还包括位于放电空间中的可电离填充物以及一对电极，所述每个电极均与经由所述灯管从放电空间伸到外部的导电体相连。必须通过向所述电极两端施加足够的高压来执行对这种灯的开启，如此施加高压会产生放电，所述放电生成最初的等离子体以及初始电流，它们最终可以成为工作电流。由于HID灯对于所属技术领域的专业人员人来是熟知的，因此不必在此更为详细地说明它们的构造和工作情况。
对于操作HID灯来说，电源以及控制单元是必需的，并且将其表示为“电子镇流器”。这种镇流器具有连接到HID灯的输出端，并且被设计成能够在其输出端生成用于操作与其输出端相连的这种HID灯所需的电压和电流。通常，对于每个灯来说，必须需要一个镇流器。但由于镇流器体积过大并且费用相对较高，因此最好由一个电子镇流器来操作一个以上的HID灯。
在HID灯的稳态操作期间，所述镇流器应该能够在所述灯中生成确定的电流，同时所述灯的电极两端产生确定的灯电压。由此，所述镇流器应该能够以确定的输出电压来生成这种稳态电灯电流。所述镇流器将可以被设计用于确定类型的灯，因此预先知道将需要何种的可工作性的稳态灯电压。通常，将为所述镇流器设计确定的最高输出电压，其往往比所要求的正常灯电压稍微高一点。如果将两个灯与所述镇流器的输出端串联，那么此串联连接两端所产生的电压将就是灯电压之和，即，一个灯所要求的正常灯电压的两倍，这将高于镇流器的最大输出电压。
原则上讲，对于用于允许两个HID灯串联连接而需要更高的稳态输出电压的电子镇流器而言，其设计相对简单。
上述结构适用于稳态情况。然而，为了启动HID灯，高压点火脉冲是必需的，通常具有5千伏的数值，并且有时甚至有20千伏那么高。将镇流器扩大尺寸、以允许两个HID灯串联采用如上所指出的相同方法操作，这往往意味着使点火脉冲电压双倍。然而，由于将要处理非常高的电压，所以这样做往往涉及完全不同的镇流器设计方法。此外，所述镇流器于是将只能够操作两个串联的HID灯，因为只要一个HID灯与此扩大尺寸的镇流器相连的话，它就会接收过于高的点火脉冲，并且往往很可能使灯破损。
此外，通常为确定的最高电压来设计用于安装所述灯的诸如接头配件的机械构件、以及所述灯的结构本身(单端的)，所述确定的最高电压通常为5千伏。如果意欲使用超过5千伏的电压，那么必须采用那些部件和/或灯结构，并且使它们适用于这种高压，而且根据规则需要所述镇流器内部的定时功能。
由此，不超过5千伏是合乎需要的。
本发明致力于解决此问题。更具体来讲，本发明致力于提供一种用于在不提高点火脉冲电压的情况下、操作两个串联HID灯的方法和设备。
正如所属技术领域的专业人员所熟知的，简单来说，为了生成HID灯的点火脉冲，电子镇流器聚集用于生成高压脉冲的电能。本发明尤其是基于这样的理解，即当所述高压点火脉冲在所述灯中引起放电时，放电仅从启动脉冲中消耗相对较少的能量。原则上，这意味着在用于点亮第二个灯的起动脉冲中保持有足够的能量。基于这种认识，本发明提出了利用相同的高压脉冲一个接一个地连续点亮两个HID灯。由此，根据本发明，将高压点火脉冲施加到第一HID灯、直到放电，然后将相同的高压点火脉冲施加到与第一个灯串联的第二HID灯。因为将点火脉冲连续地施加到两个灯，所以高压点火脉冲的数值只须设计成点亮一个灯，即，相对于由为一个灯而设计的标准型电子镇流器所生成的点火脉冲的幅值，无需提高高压点火脉冲的数值。
为了确保串联的两个HID灯中的连续击穿(breakdown)，本发明提出了在两个灯之间的容性不平衡。在一个实施例中，将电容器与所述灯的其中一个并联。在点亮第一个灯之后，可以断开电容器，但是这样做不是必需的。
本发明的上述及其他方面、特征和优点将通过以下参照附图描述的优选实施例来更加详细地解释，在所述附图中，相同的参考标记表示相同或者相似的部件，并且其中


图1示意性地举例说明了HID灯；图2举例说明了HID灯的电气特性；图3举例说明了电子镇流器的一些部件；图4从整体上示意性地举例说明了本发明；图5示出了对两个串联的灯执行电压测量的结果；图6和7示意性地示出了在镇流器设备中实现的本发明；图8A、8B和9示意性地示出了在灯外壳中实现的本发明；图10示意性地举例说明了本发明的另一个实施例；以及图11示意性地举例说明了本发明的又一个实施例。
图1示意性地示出了HID灯1，所述HID灯1包括封闭球2和经由所述球2延伸的两个电极3。球2内充满气体4。将电极3的自由端以彼此相对较短的距离来设置，所述较短的距离通常在金属卤化物灯的实例中约为几毫米，而在高压钠灯的实例中约为几厘米。
图2是举例说明HID灯电气特性的一些方面的时序图。横轴表示时间t；纵轴表示电压。在时间t＝0以前，将所述灯关闭。在时间t＝0，将所述灯打开。现在，可以区别四个工作阶段。在第一阶段I中，将高压施加到电极3。通常，此高压约为5千伏。通常，如图2所示，将此电压在确定的上升时间、以脉冲的形式施加，其一般约为0.1-0.5μs。在某一时刻，所述灯1发生击穿(breaks down)，即，由于将所述高压施加给电极3、而在所述电极3之间发生放电。此刻表示从阶段I转换到阶段II。由于此放电，电极3两端的电压快速地降低。然而，在电极3之间还没有正确的导电通路，所以通过所述灯1的电流相对较低。此第二阶段II也称为接收阶段(借助于开路电压‘接收’从点火器到镇流器的电灯电流)。
在第三阶段中，在电极3之间产生辉光放电(glow discharge)，这增加了传导性，由此增加了电流幅度。在第四阶段，以相对高的电流在电极3之间发出一道弧；在此阶段中，额定的灯电压大约为100伏。
在图2中没有按比例示出四个阶段的持续期。典型来讲，所述辉光阶段具有约为一秒的持续期。此外，在第四阶段或者弧光阶段中，一般要花费30秒或更长的时间来使所述灯趋于稳定并达到稳态。
图3举例说明了用于驱动HID灯1的典型的电源和控制单元或者电子镇流器10的一些重要部件。由于这种驱动器本身是已知的，所以没有示出全部的电路图。为了生成高压点火脉冲，电子镇流器10典型地包括电容器、开关和脉冲变压器以及图3中未示出的控制部件。图3示出了具有输出端子11、12的镇流器10，一端与第一输出端子11相连的主电感器L，一个电极与第二输出端子12相连、而其他电极与电感器L的第二端子相连的主电容器C。虽然镇流器10的能量容量强烈地取决于此主电容器C的电容值，但是点火脉冲基本上通过此LC组合来生成。
当灯1处于稳态时，镇流器10应该充当电流源，用于向灯1馈送电流，将所述电流的幅度设计成能够适合某种特殊的灯，同时将输出端子11，12两端产生的电压通过稳态期间所述灯的欧姆电阻来确定。在串联两个灯的情况下，待传送的电流可以保持相同，但是镇流器10应该能够处理两倍那么高的输出电压。对于所属技术领域的专业人员来说，使用任何的镇流器设计来满足此必要条件应该相对容易。然而，本发明不具体地涉及镇流器的稳态特性；实际上，本发明涉及灯特性的点火阶段，即，图2中的第一阶段I。在所述点火阶段中，没有电流经过所述灯直到发生击穿。在此阶段间，镇流器10应该充当电压电源，所述电压主要从主电容器C提供。
如果将两个灯串联连接到镇流器10的输出端子11、12，那么设计成只点亮一个灯的电压脉冲，在安全点亮两个串联灯的过程中往往不成功。
图4示意性地示出了本发明提出的技术方案。将两个灯1A和1B串联连接到镇流器10的输出端子11和12。将辅助电容器13与第二个灯1B并行连接。
在图4的结构中，如下进行操作。
当镇流器10在其输出端生成其点火脉冲时，电容器13作为与第二个灯1B并联的短路电路，以便将全部脉冲施加到第一个灯1A。结果，第一个灯1A发生击穿，并且第一个灯1A点亮。因此，第一个灯1A两端产生的电压跌至几百伏特，由此立刻导致镇流器10的几乎全部输出脉冲将被施加到第二灯1B的两端。图5示出了实际情况下执行的测量结果。在第一个灯1A两端测量第一电压脉冲，同时在第二个灯1B的两端测量第二电压脉冲。在这方面的重要性在于所述两个灯两端的电压脉冲都由镇流器10的同一个输出脉冲生成。
虽然与第二个灯1B并联的辅助电容器13的确切电容值无关紧要，但是存在一些有待考虑的事项。为了给电压脉冲提供适当的短路，辅助电容器13的电容值C13应该具有最小值，优选的是，约为灯本身电容的至少两倍，即，至少大约20pF。然而，一旦已经点亮第一个灯1A，就立刻将其余电压脉冲、即减去第一个灯1A两端的电压降的电压，施加到第二个灯1B和辅助电容器13的并联连接的两端。此并联连接限定了镇流器10的电容负载，这样做使得其将不会相对于镇流器10的输出阶段中的主电容器C而太高。此必要条件限定了辅助电容器13的电容值的上限。总的来说，辅助电容器13的电容值将不会大于100pF-1nF(根据最大电容可以处理点火器)。
在上文中，已经参照与第二个灯1B并联的独立的辅助电容器13解释了本发明。然而，原则上，没有必要具有不同的电容器13。原则上，重要特征在于在镇流器10的两个输出端子11和12之间的外部电流回路20中，存在两个灯1A和1B之间的容性不平衡。在图4中，分别将电流回路20中的三个节点表示为N21、N22和N23。将第一个灯1A连接到第一和第二节点N21和N22之间，而将第二个灯1B连接到第二和第三节点N22和N23之间。在电路20中，第一和第二节点N21和N22之间的电容值C1不同于第二和第三节点N22和N23之间的电容值C2。第一和第二节点N21和N22之间的电容值C1小于第二和第三节点N22和N23之间的电容值C2的这一事实，具有这样的作用，即如果将诸如高压脉冲的高频信号施加到第一和第二节点N21和N22两端的话，则第一电容C1两端就将发生较大的电压降。
在本发明的范围内，能够以多种方式来实现此电容比C2/C1。如上文中所讨论的以及如图4中举例说明的那样，可以将独立的辅助电容器13与第二个灯1B并联安装。如图6以及随后的附图中所举例说明的那样，这种解决方案能够以多种方式来实现。
图6示意性地示出了镇流器设备60，其包括标准电子镇流器10，尽可能地适合于允许比原来的稳态输出电压高的电压，并且分别具有第一和第二输出端子11和12。将镇流器设备60设计成能驱动两个灯，并且为此目的，所述镇流器设备60具有两个输出端61和62。第一输出端61包括两个输出端子63、64，第一输出端子63与标准镇流器10的第一输出端子11相连。同样，第二输出端62包括第三和第四输出端子65和66，所述第四输出端子66与标准镇流器10的第二输出端子12相连。第二输出端子64和第三输出端子65彼此电气连接。作为代替，除了具有两个独立的输出端子64和65外，还可以提供单个公共输出端子。此外，所述镇流器设备60包括连接到第三和第四输出端子65和66之间的电容器67。为了使用，可以将第一个灯以传统方式与第一输出端61相连，并且将第二个灯以传统方式与第二输出端62相连。
在图7中举例说明了本发明的第二种实现方式。再一次利用标记10示出标准镇流器，其具有第一和第二输出端子11、12。双模块(doubling module)70具有二个输入端子71和72、包括两个输出端子75和76的第一输出端73以及包括两个输出端子77和78的第二输出端74。第一输出端子75与第一输入端71相连，第四输出端子78与第二输入端子72相连，并且第二和第三输出端子彼此相连。此外，第二和第三输出端子76和77可以合并成一个公共输出端子。将电容器79连接到第三输出端子77和第四输出端子78之间。
可以利用此模块来适应将标准镇流器10与两个串联的灯一起使用的情况。将双模块70的输入端子71和72与镇流器10的初始输出端子11和12相连，并且可以将两个灯与模块70的输出端73和74相连。
实际上，HID灯往往安装在灯座上，所述灯座是灯外壳的一部分。这种灯外壳还可以包含镇流器；作为选择，所述灯外壳可以是独立的，由此适合于连接到镇流器。本发明还能够以如下文将要解释的那种外壳来实现。
图8A示出了灯外壳80，其包括两个灯座80A和80B，用于分别接收灯1A和1B。所述外壳80具有两个端子81、82，用于分别连接到镇流器10的输出端子11、12。第一灯座80A具有两个灯座端子83、84，当将灯安装在第一灯座80A中时，其与所述灯的电极连接。同样地，第二灯座80B具有灯座端子85、86。将第一灯座80A的第一灯座端子与外壳80的第一输入端子81相连，而将第二灯座80B的第二灯座端子86与外壳80的第二输入端子82相连。将第一灯座80A的第二灯座端子84与第二灯座80B的第一灯座端子85相连。将电容器87与第二灯座80B的灯座端子85和86相连。
图8B举例说明了外壳80的改进。相同的参考标记表示相同或相似的部件。在此改进中，外壳80具有四个输入端子81、88、89、82。此时，将第一灯座80A的第二灯座端子84与第二输入端子88相连，而不是与第二灯座80B的第一灯座端子85相连，所述第一灯座端子85此刻又与第三输入端子89相连。改进的外壳80的这四个输入端子可以与镇流器设备相连，如图6中举例说明的那样，其中已省略了电容器67。
如上所述，不需要通过合并镇流器或者外壳中的不同独立的电容器来实现容性差异。还可以由不同的配线来产生容性不平衡。图9举例说明了外壳80，除了已省略了电容器87外，其类似于图8B的外壳80。此外，在这种情况下，除了已省略了电容器87以外，如图6中所举例说明的那样，计划将外壳80连接到镇流器设备60，以便使输出端61和62在电容方面是对称的。在图9中举例说明的外壳80的实例中，一方面输入端子81和88与灯座端子83、84之间的导电通路与另一方面输入端子89和82方面与灯座端子85、86方面之间的导电通路相比，明显变短。在长度方面的差异因一些过度的配线长度或者仅仅因以下事实而实现，所述事实就是外壳80是细长的外壳，其中第一灯座80A位于相对接近于输入端一侧，而第二灯座80B位于相对远离所述输入端一侧。
图10举例说明了这样一种情况，其中还通过配线长度方面的差异而非独立的电容器来实现容性不平衡。在这种情况下，将对称的镇流器设备101与具有两个灯座80A和80B的对称的外壳102相连，其中在不具有电容器67的情况下、所述镇流器设备可以比作图6的镇流器设备60。第一灯座80A与第一输入端103相连，同时第二灯座80B与第二输入端104相连，输入端103和第一灯座80A方面之间的配线、与第二输入端104和第二个灯座80B方面之间的配线是对称的。外壳102的第一输入端103经过第一配线106与镇流器设备101的第一输入端105相连，而灯外壳102的第二输入端104经过第二配线108与镇流器设备101的第二输出端107相连。如图10中示意性地清楚示出的那样，第二配线108的长度大于第一配线106的长度，由此当在镇流器设备101的输出端105和107处测量、或者在灯座80A和80B处测量时，在电容值方面产生差异。
由此，容性不平衡可能受到配线方面差异的影响，即，第一配线具有与第二配线不同的电容值。利用相同类型的配线，如果第一配线的长度与第二配线的长度不同，那么由此就可以实现其操作。然而，还能够使用具有不同实质容量(以每单位长度的容量来表示)的不同类型的配线，在这样的情况下，配线长度甚至可以相等。
然而，还能够以HID灯自身来实现本发明。图11举例说明了两个HID灯1A和1B的组合，每个灯均分别具有灯电极3A和3B，并且每个灯分别具有灯端子5A和5B。将要由诸如图10中举例说明的对称的镇流器设备101、或者图6中在没有电容器67情况下举例说明的镇流器设备60来驱动所述灯，这种灯要么直接、要么经由图10中举例说明的诸如灯外壳102的对称灯外壳与镇流器相连。在这种情况下，容性不平衡受到两个灯1A和1B的影响，这两个灯在它们的灯端子5A和5B之间分别具有不同的容量值。
在可能的实施例中，第二个灯1B具有内装的电容器6，将其连接到其两个灯端子5B之间。然而，因为不同的设计，第二个灯1B的电容值和第一个灯1A的电容值不同也是可能的，例如电极3B的不同尺寸，或者电极3B之间的不同距离，或者它们二者的之类的。
所属技术领域的专业人员应该清楚的是，本发明不局限于上述的实施例，在不脱离如所附权利要求定义的本发明的范围的情况下，能够作出多种修正和改进。举例来说，还可以将本发明提出的原理应用于TL灯、PL灯及其他类型的利用预热灯丝作为电极的气体放电灯。
此外，虽然上文中借助于点火脉冲、依照点火环境来解释本发明，但是还可以将本发明应用于谐振点火(resonant ignition)的实例中。由此，权利要求书中使用的短语“点火脉冲”应该解释为还覆盖谐振电压。
此外，虽然上文中依照电子镇流器解释了本发明，但是还可以将本发明应用于磁性镇流器的实例中。由此，权利要求书中使用的短语“镇流器”应该解释为覆盖电子镇流器以及磁性镇流器。
权利要求
1.用于馈电两个气体放电灯的系统，所述系统包括镇流器；与镇流器的输出端相连的第一灯座；与镇流器的输出端相连的第二个灯座；在两个灯座之间的串联连接；其中，作为第一灯座的灯座端子的测量结果的电容值、与作为第二灯座的灯座端子的测量结果的电容值不同。
2.如权利要求1所述的系统，包括用于将第一灯座连接到镇流器的第一配线，以及用于将第二灯座连接到镇流器的第二配线，其中第一配线具有与第二配线不同的电容值。
3.如权利要求2所述的系统，其中第一配线的长度与第二配线的长度不同，其中第一配线具有与第二配线不同的固有容量。
4.如权利要求1所述的系统，具有驱动装置，用于驱动两个气体放电灯，包括具有第一输出端子和第二输出端子的镇流器；连接到第一个灯的第一输出端，所述第一输出端具有与镇流器的第一输出端子相连的第一输出端子；具有与镇流器的第二输出端子相连的第四输出端子的第二输出端；具有第二输出端子的第一输出端，以及具有与第一输出端的第二输出端子相连的第三输出端子的第二输出端；所述驱动装置还包括连接到所述输出端的其中一个的输出端子之间的电容。
5.如权利要求4所述的驱动装置，其中将第二和第三输出端子作为公共端子来实现。
6.包括用于接收气体放电灯的两个灯座的灯外壳，第一灯座具有第一和第二灯座端子，并且第二灯座具有第三和第四灯座端子；其中作为第一和第二灯座端子之间测量结果的电容值，与作为第三和第四灯座端子之间测量结果的电容值不同。
7.如权利要求6所述的灯外壳，包括连接在第二灯座的第三和第四灯座端子之间的电容。
8.如权利要求7所述的灯外壳，包括与第一灯座端子相连的第一输入端子；与第二灯座的第四灯座端子相连的第二输入端子；其中将第一灯座的第二灯座端子与第二灯座的第三灯座端子相连。
9.如权利要求7所述的灯外壳，包括与第一灯座端子相连的第一输入端子；与第二灯座的第四灯座端子相连的第二输入端子；与第一灯座的第二灯座端子相连的第三输入端子；与第二灯座的第三灯座端子相连的第四输入端子；其中第一和第三输入端子定义与第一灯座相关联的第一输入端，并且其中第二和第四输入端子定义与第二灯座相关联的第二输入端。
10.如权利要求6所述的灯外壳，包括与第一灯座端子相连的第一输入端子；与第二灯座的第四灯座端子相连的第二输入端子；与第一灯座的第二灯座端子相连的第三输入端子；与第二灯座的第三灯座端子相连的第四输入端子；与第一灯座端子相连的第一输入端子；与第二灯座的第四灯座端子相连的第二输入端子；其中第一输入端和第一灯座之间的配线长度，不同于第二输入端和第二灯座之间的配线长度。
全文摘要
公开了一种用于点亮两个串联HID灯(1A，1B)的方法和设备，将两个HID灯串联到单个点火器(10)上。由于两个灯之间的容性不平衡，所述点火器生成高压点火脉冲，将所述高压点火脉冲顺序施加给两个连续的灯。为了确保这种容性不平衡，可以将电容器(13)与灯(1B)并联设置。
文档编号H01J61/56GK1575624SQ02821089
公开日2005年2月2日 申请日期2002年10月21日 优先权日2001年10月25日
发明者N·H·G·雷德斯, C·K·普哈姆, H·A·范埃斯维德 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司