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1. CN1227041 - Ignition device for discharge lamp and method for igniting discharge lamp

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放电灯的引燃装置和放电灯的引燃方法


发明涉及一种权利要求1或13的前叙部分所述的、用于放电灯的 引燃装置和一种用于引燃放电灯的方法。
Ⅰ.技术领域
本发明特别是涉及一种用于高压放电灯的,譬如用于汽车大灯用 低瓦数的卤素金属蒸汽高压放电灯的引燃装置。该高压放电灯具有一 个气密封闭的放电管。两个与外部的电流引线导电地连接的气体放电 电极伸入放电区域。在放电灯的工作过程中,在其气体放电电极之间 形成发射光的放电弧。为了使灯工作,需要一个操作装置,该操作装 置向放电灯供电并经由放电弧限定放电电流。该操作装置还包括一个 引起气体放电的、用于放电灯的引燃装置。为了在高压放电灯中引燃 气体放电,在灯冷的情况下需要几千伏的引燃电压,而在热重新引燃 该灯时,即在高热的状态下引燃时,可需要20千伏以上的引燃电压。 在对气体放电进行引燃之后,高压放电灯的工作电压,即为保持放电 弧所需的、放电间隙上的电压降、降至只尚有约80伏至100伏。该引 燃装置可譬如为脉冲式引燃器结构,该脉冲式引燃器在引燃阶段中向 高压放电灯的两个气体放电电极之一供以单极性的高压脉冲。
Ⅱ.现有技术
在国际申请WO97/04624中公开了一种与权利要求1的前叙部分一 致的引燃装置。该引燃装置是一种用于高压放电灯的脉冲式引燃装 置。该脉冲式引燃装置具有一个具有初级和次级线圈的引燃变压器、 一个引燃电容器、一个经由其为引燃电容器充电的电阻元件和一个自 动开关。次级线圈的一个接头与高压放电灯的气体放电电极之一相 连,而其另一接头与引燃装置的电压输入端相连。引燃变压器的初级 线圈和自动开关的触头间隙的布置准则在于,它们被引燃电容器的放 电电流流过。
由于因为热态重新引燃高压放电灯所需的引燃电压远远高于加在 引燃装置的电压输入端上的电压,所以引燃变压器必须具有相应大的 变压比。引燃变压器的大的变压比所造成的后果是:由于引燃变压器 的体积大,公开的和商业上通用的引燃装置需要很大的占地面积。因 此,在用于汽车大灯的、低瓦数的卤素金属蒸汽高压放电灯中,不能 把用于这种灯的引燃装置装在灯座中。
Ⅲ.发明概述
发明的任务在于提供一种经过改进的、用于放电灯的引燃装置和 一种经过改进的、用于引燃放电灯的方法。引燃装置特别是应具有尽 可能紧凑的结构,使该引燃装置即便是在用于汽车大灯的、低瓦数的、 其结构很小的卤素金属蒸汽高压放电灯中仍可被装在灯座中。
按照发明,解决以上任务的技术方案在于权利要求1或13的特征 部分中的特征。在从属权利要求中描述了发明的特别优选的实施形 式。
按照发明,发明的引燃装置具有一个变压器,该变压器具有至少 两个并联的初级线圈和至少一个次级线圈,其中,并联的初级线圈感 应地与至少一个次级线圈耦合。通过该措施,在变压器的变化比被预 先给定的情况下可大大减少变压器的次级侧的匝数,同时,初级侧和 次级侧之间的感应耦合通过减少初级线圈的匝数不受到损害。在变压 比被保持的情况下,可在次级侧上提供的感应电压不发生变化。
初级线圈有利地分别具有至多两匝。据此,至少一个次级线圈的 匝数根据所需的变压比也有所减少。实践表明,譬如一个具有两个并 联的、分别有两匝的初级线圈的变压器具有与一个具有只一个有四匝 的初级线圈的变压器所具有的初级侧和次级侧之间的感应耦合同样好 的感应耦合。而在预先给定变压器的变压比的情况下,相对于一个具 有四匝的初级线圈的情况,对于两个并联的、各有两匝的初级线圈的 情况,在次级侧只需半数的匝数。为了进一步改善变压器的初级侧和 次级侧之间的感应耦合,并联的初级线圈可有利地分别由一条铜带构 成。
通过减少次级侧的匝数可使变压器的和整个引燃装置的结构变得 紧凑,因此,引燃装置的所有的构件,包括变压器在内均可被设在灯 座中。据此,可省去灯口和引燃器之间的昂贵的、具有耐高压绝缘的 电气连接装置。用于对气体放电进行引燃的高压脉冲则在灯座内被发 生并且因此不再是从外部可达的。
采用一个具有一个铁氧体磁芯和一个有至少一个为变压器线圈而 设的匣的线圈骨架的变压器被证明是有利的。为了避免电击穿和为了 防止铁氧体磁芯中的涡流,铁氧体磁芯最好由高欧姆的材料构成,使 铁氧体磁芯具有大于1兆欧姆的电阻。山形磁芯或圆柱形磁芯,如圆 柱磁芯、管磁芯或螺纹磁芯有利地被用作铁氧体磁芯。
发明的引燃装置包括一个电容器、一个电阻元件、一个自动开关 和一个具有至少两个并联的初级线圈并具有至少一个次级线圈的变压 器。引燃装置的构件的配置准则和互接准则在于,为了在灯中引燃气 体放电,电容器的放电是脉冲式的,其中,电容器的放电电流流经由 初级线圈构成的并联电路并流经自动开关的触头间隙,使灯的气体放 电电极之一被供以在至少一个次级线圈中感生的电压脉冲。
在发明的第一优选的实施例中,引燃装置为非对称的脉冲式引燃 装置结构,该引燃装置只向灯的电极之一供以单极性的引燃电压脉 冲。在该引燃装置中,变压器只有一个次级线圈,该次级线圈与放电 灯的引燃电压输出端的一个接头相连。
在发明的第二特别优选的实施例中,引燃装置为对称的脉冲式引 燃装置结构,该引燃装置同时向灯的两个放电电极供以相反极性的单 极性引燃电极脉冲。与非对称的脉冲式引燃装置相比,该工作方式的 优点在于,线路损耗有所减少并且对灯的高压作业构件的电气绝缘提 出的要求有所降低。脉冲式引燃装置的第二特别优选的实施例具有一 个变压器,该变压器具有两个并联的初级线圈和两个次级线圈,其中, 两个并联的初级线圈在灯的引燃阶段中双双被引燃装置的经由自动开 关的触头间隙脉冲放电的电容器的放电电流流过,两个次级线圈双双 地与由初级线圈构成的并联电路感应地耦合。两个次级线圈分别经由 引燃电压输出端的一个接头与灯的一个气体放电电极相连并且其设置 准则在于,通过上述放电电流,在两个次级线圈中有相反极性的单极 性高压脉冲被感生。
解决发明的任务的另一技术方案在于权利要求13的特征部分中的 特征并在发明的第三个实施例中有所描述。
在脉冲式引燃装置的第三实施例中,属于引燃装置的变压器具有 一个有至多两匝的、按照发明由一条宽的金属带构成的初级线圈,这 条金属带包封至少一个次级线圈并且也有利地包封变压器的铁氧体磁 芯。通过该措施,在预先给定变压器的变压比的情况下,可大大减少 变压器的次级侧上的匝数,同时,初级侧和次级侧之间的感应耦合通 过初级线圈的少的匝数不受到损害。采用具有一个铁氧体磁芯和一个 有至少一个为至少一个次级线圈而设的匣的线圈骨架被证明是有利 的。为了避免电击穿并为了防止铁氧体磁芯中的涡流,铁氧体磁芯有 利地由一种具有1兆欧姆以上的电阻的材料构成。山形磁芯或圆柱形 磁芯,如圆柱磁芯,管形磁芯和螺纹磁芯有利地被用作铁氧体磁芯。
Ⅳ.对优选的实施例的描述
下面借助多个优选的实施例详细说明本发明。附图所示为:
图1发明的第一实施例中的非对称的引燃装置的电路示意图,
图2发明的第二实施例中的对称的引燃装置的电路示意图,
图3发明的引燃装置的具有一个四匣式线图骨架和铁氧体磁芯的 变压器的示意图,
图4发明的引燃装置的具有一个主匣式线图骨架和铁氧体磁芯的 变压器的示意图,
图5发明的第四实施例中的非对称的引燃装置的电路示意图。
在图1中示出了发明的第一实施例中的非对称的脉冲式引燃装置 的电路图。该引燃装置用于对一个其额定功率为35瓦的、譬如用于汽 车大灯的卤素金属蒸汽高压放电灯LP1中的气体放电进行引燃。引燃 装置由一个具有两个初级线圈N10、N11和一个次级线圈N12的变压器 TR1、一个电容器C1、一个电阻元件R1、火花间隙F1和一个二极管D1 组成。此外,引燃装置还具有一个具有一个有第一直流电压接头j10 和一个第二直流电压接头j11的直流电压输入端及一个具有一个第一 引燃电压接头j12和一个第二引燃电压接头j13的引燃电压输出端。
在直流电压输入端上,为引燃装置提供一个譬如被一个电压互感 器(图中未示出)从汽车的车用电源电压中产生的、约400伏的直流 电压。直流电压接头j10位于+400伏上并且另一直流电压接头位于接 地电位上。正的接头j10经由结点V10与电容器C1的一个接头相连。 电容器C1的另一接头经由另一结点V11并经由欧姆电阻R1以及经由 正向极化的二极管D1与位于接地电位上的直流电压接头j11相连。据 此,用于电容器C1的充电电流流经电阻元件R1和二极管D1,使电容 器C1被充电至约350伏。结点V10与变压器TR1的次级线圈N12的始 端相连并且与变压器TR1的以并联电路的形式设置的初级线圈N10、 N11的线圈始端相连。次级线圈N12的线圈末端与引燃电压输出端的引 燃电压接头j12相连,该引燃电压接头j12在装好灯的情况下又与灯 LP1的一个气体放电电极E10相连。在装好灯的情况下,接触灯的第二 气体放电电极E11的另一引燃电压接头j13与引燃装置的直流电压输 入端的位于接地电位上的直流电压接头j11相连。
变压器TRl的两个初级线圈N10、N1l是并联的。这就是说,第一 初级线圈N10的线圈始端与第二初级线圈N11的线圈始端相连并且第 一初级线圈N10的线圈末端与第二初级线圈N11的线圈末端相连。变 压器的线圈N10、N11、N12的线圈始端在图1中是分别通过相应的线 圈上方的一个点表示的。两个并联的初级线圈N10、N11的线圈始端与 结点V10相接,而两个初级线圈N10、N11的线圈末端与火花间隙F1 的一个接头相连。火花间隙F1的另一接头与第二结点V11相接。
变压器TRl具有一个设有四个匣S1、S2、S3、S4的线圈骨架S和 一个圆柱形的铁氧体磁芯K1,该铁氧体磁芯设在线圈骨架S的一个轴 向伸展的空档中。次级线圈N12具有320匝并由一根其直径为0.3毫 米的铜束线构成。该铜束线均匀地绕在线圈骨架S的四个匣S1至S4 上。两个初线线圈N10、N11分别有两匣并分别由一根20股的铜束线 构成,其中,铜束线中的每一股的直径为0.1毫米。两个初级线圈N10、 N11在通过电绝缘隔离的情况下绕在次级线圈N12上。铁氧体磁芯K1 几乎是沿变压器线圈N10、N11、N12的缠绕轴线设置的。铁氧体磁芯 具有多于1兆欧姆的电阻。
在引燃阶段开始时,电容器C1经由电阻R1并经由正向极化的二 极管D1被充电。如果电容器C1上的压降达到约350伏的值,则火花 间隙F1击穿,这就是说,在火花间隙处出现电晕放电,使电容C1经 由两个并联的初级线圈N10、N11并经由火花间隙F1进行脉冲式放电。 该流经两个初级线圈N10、N11的放电电流在与两个初级线圈感应地耦 合的次级线圈N12中感生出正极性的高压脉冲,该高压脉冲被供给放 电灯LPl的与次级线圈N12的线圈末端相连的气体放电电极E10并对 灯LPl中的气体放电进行引燃。引燃电压输出端j12上的和灯电极E10 上的电压脉冲达到最高为+25千伏的值并具有约300纳秒的宽度。另 一灯电极E11位于接地电位上。
在图2中示出了发明的特别优选的第二实施例中的对称的脉冲式 引燃装置的电路图。该引燃装置也用于对其额定功率为35瓦的、譬如 用于汽车大灯的卤素金属蒸汽高压放电灯LP2中的气体放电进行引 燃。引燃装置由一个具有两个初级线圈N20、N21和两个次级线圈N22、 N23的变压器TR2、一个电容器C2、一个电阻元件R2、一个火花间隙 F2和一个二极管D2组成。此外,引燃装置还具有一个设有一个第一直 流电压接头j20和一个第二直流电压接头j21的直流电压输入端及一 个设有一个第一引燃电压接头j22和一个第二引燃电压接头j23的引 燃电压输出端。
在直流电压输入端上,为引燃装置提供一个譬如被一个电压互感 器(图中未示出)从汽车的车用电源电压中产生的、约400伏的直流 电压。直流电压接头j20位于+400伏上并且另一直流电压接头j21 位于接地电位上。正的接头j20经由结点V20与电容器C2的一个接头 相连。电容器C2的另一接头经由另一结点V21并经由欧姆电阻R2以 及经由正向极化的二极管D2与位于接地电位上的直流接头j21相连。 据此,用于电容器C2的充电电流流经电阻元件R2和二极管D2,使电 容器C2被充电至约350伏。结点V20与变压器TR2的第一次级线圈 N22的线圈始端相连并且与变压器TR2的以并联电路的形式设置的初 级线圈N20、N21的线圈始端相连。第一次级线圈N22的线圈末端与引 燃电压输出端的引燃电压接头j22相接,引燃电压接头j22在装好灯 的情况下又与灯LR2的一个气体放电电极E20相连。在装好灯的情况 下,接触灯LP2的第二气体放电电极E21的另一引燃电压接头j23与 第二次级线圈N23的始端相连。第二次级线圈N23的线圈末端与引燃 装置的直流电压输入端的位于接地电位上的直流电压接头j21相接。
变压器TR2的两个初级线圈N20、N21是并联的。这就是说,第一 初级线圈N20的线圈始端与第二初级线圈N21的线圈始端相连并且第 一初级线圈N20的线圈末端与第二初级线圈N21的线圈末端相连。变 压器线圈N20、N21、N22、N23的线圈始端在图2中是分别通过相应的 线圈上方的一个点表示的。两个并联的初级线圈N20、N21的线圈始端 结点V20相连,而两个初级线圈N20、N21的线圈末端与火花间隙F2 的一个接头相连。火花间隙F2的另一接头与第二结点V21相接。两个 次级线圈N22、N23如此感应地与并联的初级线圈N20、N21耦合,使 相反极性的感应电压在两个次级线圈N22、N23中被发生。
引燃装置的变压器TR2具有一个设有5个匣S1′、S2′、S3′、S4′、 S5′,的线圈骨架S′,和一个圆柱形的铁氧体磁芯K2,该铁氧体磁芯K2设 在线圈骨架S′的轴向伸展的空挡内。变压器TR2的两个初级线圈N20、 N21各有两匝并分别由一根20股的铜束线构成,其中,铜束线中的每 一股具有0.1毫米的直径。变压器TR2的两个次级线圈N22、N23各有 160匝并分别由一根其直径为约0.3毫米的铜束线构成。两个初级线圈 N20、N21设在线圈骨架S′的居中的匣S3′内,而第一次级线圈N22均 匀分布地绕在线圈骨架S′的头两个匣S1′、S2′上并且第二次级线圈N23 均匀分布地绕在线圈骨架S′的最后两个匣S4′、S5′上。两个次级线圈 N22、N23是沿相互相反的方向缠绕的。铁氧体磁芯K2几乎是设在变 压器线圈N20、N21、N22、N23的缠绕轴线上。铁氧体磁芯K2具有多 于1兆欧姆的电阻。
在引燃阶段开始时,电容器C2经由电阻R2并经由正向极化的二 极管D2被充电。如果电容器C2上的压降达到约350伏的值,则火花 间隙F2击穿,这就是说,在火花间隙处出现电晕放电,使电容器C2 经由两个并联的初级线圈N20、N21并经由火花间隙F2进行脉冲式放 电。该流经两个初级线圈N20、N21的放电电流在两个与两个初级线圈 N20、N21感应地耦合的次级线圈N22和N23中感生单极性的高压脉 冲。因为两个次级线圈N22、N23是沿相互相反的方向缠绕的,所以在 这两个次级线圈中感生的高压脉冲具有相互相反的极性,使灯的第一 电极E20经由接头j22被第一次级线圈N22供以正的高压脉冲并使灯 的第二电极E21经由接头j23同时被第二次级线圈N23供以负的高压 脉冲。在引燃电压输出端j22上的和在灯电极E20上的正的电压脉冲 达到最高为+11千伏的值,而在引燃电压输出端j23上的和在灯电极 E21上的负的电压脉冲达到最高为-11千伏的值,在引燃阶段中使灯 LP2的放电间隙上的压降最高为22千伏。
在下面的表中包括发明的两个以上详细描述的实施例的构件的规 格数据。
表:在图1和2所示的实施例中所用构件的规格数据
C1、C2    330nF,400V
R1、R2    4.7kQ,1W
Dl、D2    UF4007
F1、F2    KAS03
发明的第三实施例在很大程度上与上述的第一实施例相同。与第 一实施例的区别仅表现在变压器上。第三实施例中的变压器如同第一 实施例中的在图3中所示的变压器,具有一个设有四个匣的线圈骨架 和一个圆柱形的铁氧体磁芯,其中,圆柱形的铁氧体磁芯设在线圈骨 架的轴向伸展的空挡中。次级线圈具有320匝并由一根其直径为约0.3 毫米的铜束线构成,该铜束线均匀地缠绕在线圈骨架的四个匣上。与 第一个实施例的区别在于,第三实施例中的变压器只有一个初级线 圈。该初级线圈具有两匝并由一条宽的铜带构成,这条铜带在隔有一 层电绝缘的漆层的情况下均匀地缠绕到次级线圈上并据此包封次级线 圈。变压器的铁氧体磁芯几乎是设在初级和次级线圈的缠绕轴线上。 铁氧体磁芯具有多于1兆欧姆的电阻。第三实施例在其它细节上与第 一实施例相同。
第四实施例中的引燃装置(图5)具有一个设有两个并联的初级线 圈N1、N2和一个与两个初级线圈感应地耦合的次级线圈N3的变压器 TR、一个为火花间隙F1结构的自动开关、一个引燃电容器C3,另一电 容器C4、两个扼流圈L1、L2、一个直流电压输入端J1、J2、J3和一 个引燃电压输出端J4、J5。引燃电容器C3和火花间隙F1固定在一块 环段形的金属板上并据此形成一个预制的结构单元。为了把引燃电容 器C3和火花间隙F1固定在金属板上,引燃电容器C3的和火花间隙F1 的一个电气接头分别通过一个或多个焊点与金属板相连。属于该结构 单元的还有两个板条和一条与金属板焊接的、用作金属板的电气接头 的金属丝。第一板条通过一个或多个焊点与引燃电容器C3的第二电气 接头相连。第二板条通过一个或多个焊点与火花间隙F1的第二电气接 头相连。第一和第二板条的各一个自由端设有一个电气接头,该电气 接头用于把初级线圈N1、N2的线圈始端和线圈末端电气连接到引燃电 容器C3的第二接头上和火花间隙F1的第二接头上。
在图5中示出的引燃装置具有三个直流电压接头J1(用于-400 伏的供电电压)、J2(用于+600伏的供电电压)、J3(位于接地电 位上),在这三个直流电压接头中,有两个被选用。直流电压接头J1 经由结点V3、V1与引燃电容器C3的第二接头相连。引燃电容器C3 (68nF,1000V)的第一接头与直流电压接头J2相连并通过金属板与 火花间隙F1的第一接头相连。结点V3经由变压器TR的次级线圈N3 和设在后方的扼流圈L1与引燃电压输出端J4相连。结点V1与两个并 联的初级线圈N1、N2的线圈始端相连。两个初级线圈N1·N2的线圈 末端经由结点V2与火花间隙F1的第二接头相连。直流电压接头J3经 由扼流圈L2与引燃电压输出端J5相连。此外,引燃装置还具有另一 电容器C4(4.7nF,1000V),该电容器C4的第一接头与直流电压接 头J1相连并且该电容器C4的第二接头与直流电压接头J3相连。
本发明不限于以上详细描述的实施例。譬如在说明变电器的所有 的上述实施例中,也可用山形的磁芯或环形的磁芯或U形的磁芯取代 圆柱形的铁氧体磁芯。此外,也可用等效的、自动的开关,譬如半导 体开关取代火花间隙。对于引燃装置的直流电压输入端的直流电压接 头被相互置换的情况,二极管D1或者D2用于保护电容器C1或者C2。 二极管D1或者D2对于发明的引燃装置的效能不是绝对需要的。第四 个实施例中的引燃装置的变压器TR还可附加有一个与扼流圈L2串联 地设在接头j3和j5之间的第二次级线圈,使第四实施例中的非对称 的引燃装置变成一个对称的、向两个灯电极供以引燃电压脉冲的引燃 装置。