專利名稱：用于產生驅動放電燈的脈沖電壓序列的方法及其電路裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及按照權利要求1的前序部分所述借助于脈沖式的、介質阻擋放電的用于產生驅動放電燈的脈沖電壓序列的方法及其電路裝置。另外本發明涉及按照此方法產生脈沖電壓序列的電路裝置。最后本發明涉及按照具有此電路裝置的相應的權利要求的前序部分所述的照明系統。
概念“放電燈”在此理解為這種輻射源，其發出可見光譜范圍的電磁輻射，也可以是超出UV或者VUV范圍的發射的光。
該脈沖電壓序列原理上能夠是單極的或者雙極的并且用于驅動放電燈或者輻射器，其中至少一種極性的電極被介質阻擋，這例如在WO94/23442中所述。此驅動方式在原理上使用不受限制的電壓脈沖序列，在電壓脈沖期間特別耦合了電功率并且該電壓脈沖通過間隔時間相互分開。決定有用輻射產生的效率的主要方面是脈沖形狀，特別是陡峭的上升沿以及脈沖或者間隔時間的時間長度。電壓脈沖的必需的峰值-另外依賴于放電長度、填充氣體的種類和壓力以及介質層的種類和厚度-典型地取為一到幾千伏。
現有技術kV范圍內的高的電壓峰值一般不能可靠地通過切換晶體管進行切換或者產生。一般情況下對此需要一個脈沖變換器，其連接在脈沖電壓源的輸出端。
在DE19548003A1中公開了一種這樣的電路裝置，其具有用于產生脈沖電壓序列的詳細的脈沖電路。此脈沖電路主要由一個電容、一個晶體管和一個脈沖變換器組成。在晶體管導電狀態期間，在電容中存儲的能量傳輸到脈沖變換器。在此該脈沖變換器將脈沖電壓變換到所需要的峰值，以此其具有如下的缺點。首先該脈沖變換器必需輸出脈沖電壓序列的峰值，并且因此該脈沖變換器是非常大和昂貴的。另外脈沖變換器的脈沖負載是相當大的，并且同樣相當大的繞組電容也損害了脈沖形狀。另一個缺點是在脈沖變換器的次級繞組的連線上出現了脈沖電壓序列的全部峰值。基于一般情況下的泄漏電容，在環境中產生了相當高的干擾信號，即所謂的EMI(電磁干擾)。
發明描述本發明的任務是避免上述的缺點，并且給出按照權利要求1的前序部分所述的產生較小的EMI的方法。
此任務通過權利要求1的特征部分的特征解決。特別有利的實施結構在從屬權利要求中給出。
本發明的其他任務是給出實現此方法的電路裝置。此任務通過對應于電路裝置的獨立權利要求的特征解決。其他的有利的特征在與此相關的從屬權利要求中。
最后本發明的任務是給出按照對應于照明系統的獨立權利要求的前序部分的照明系統，其不含有上述的缺點。此任務通過此權利要求的特征部分的特征解決。
本發明的基本思想在于此脈沖電壓序列由兩部分的電壓序列組成，每一部分電壓序列的峰值小于所產生的脈沖電壓序列的峰值，例如只有一半大。這樣的優點是在產生部分電壓序列時存在相應的較小的EMI。另外兩個部分電壓序列之一相應于參考電壓含有正的上升沿，另一個部分電壓序列相應于參考電壓含有負的上升沿。有利的兩個部分電壓序列之一相應于參考電壓是另一個部分電壓序列的反向。理想的情況是從兩個部分電壓序列所產生的EMI在原處完全的抵銷。何處實際上需要高的峰值電壓，即在負載處，也就是說在輻射源的電極之間，用于介質阻擋放電所需要的高的峰值和以此產生的強的EMI才在那里存在。
按照本發明此基本思想應用在下列方法中。兩個部分序列由分別通過間歇相互分開的電壓脈沖-下面被縮短并且作為部分電壓序列標出-產生，在此兩個部分序列相應于共同的參考電勢，例如大地，含有相互交替上升的上升沿。兩個部分序列如此重疊以產生一個差異序列。在可能的情況下兩個部分序列如此相互同步，差異序列的峰值大于脈沖電壓的兩個部分序列的任一個的峰值。
部分序列的每一個脈沖可以是單極的也可以是雙極的。概念“雙極脈沖”的意思是在此脈沖的內部與時間有關的電壓的極性進行一次或者多次的變化。以此最后產生按照上述方法的單極或者雙極差異序列。在此的區別只是兩個部分序列的修正脈沖相應于共同的參考電勢含有具有相互交替上升的上升沿。在雙極的情況下該電極根據脈沖的狀態分別周期地承擔陽極和陰極的任務。
在確定各個脈沖的上升沿的上升時，在實際中經常存在的并且該部分是不能避免的信號失真是不考慮的，例如過或者不足振蕩、噪聲分量等等，但是其在所有的情況下非主要的(＜50％)將有用功率耦合到燈。在此方案中其實是在每一個脈沖時間范圍內存在主要的有用功率耦合(＞50％)。
在一個產生差異序列的有利的變形中，電壓脈沖的部分序列通過另一個電壓脈沖的部分序列的反向構成。該同步是如此構成的，差異序列的峰值是部分序列的峰值的總和。
在另一個變形中作為附加的方法步驟，兩個電壓脈沖的部分序列的至少之一和/或差異序列附加的重疊一個偏置的直流電壓，其中該總共的偏置直流電壓如此選擇，該放電在每一個脈沖之后能夠結束并且阻止在各個脈沖之間的不希望的重新啟動。以此方式相關的電壓分量通過直流電壓提供。這樣的優點是該脈沖電路只需設計成剩余的電壓分量。
按照上述方法的用于產生脈沖電壓序列的本發明的電路裝置含有兩個分別具有兩個輸出端和一個控制輸入端的串聯連接的脈沖電路和一個時間輸出電路，該時間輸出電路與兩個脈沖電路的控制輸入端相連接。第一個脈沖電路的兩個輸出端之一與第二個脈沖電路的具有相反極性的輸出端相連接。兩個所述的輸出端的連接確定了兩個脈沖電路的兩個自由輸出端的參考電壓。以此方式在兩個自由輸出端之間存在兩個自由輸出端之間的差異信號和位于參考電勢上的信號。該參考電勢能夠但不是必需的與電路的外殼或者地電勢相連接。
兩個脈沖電路例如分別按照DE19548003A1中所述的電路構成。在此相對于現有技術的優點是，在同步設計例如分別只有一半大時，能夠預先給出的峰值電壓所需要的變換和以此的兩個變換器的繞組比例是比較小的。以此產生的另一個優點是電壓脈沖的上升沿和因此產生的應用輻射的高效率是能夠實現的。
另外在很多情況下，至今為止變換器的使用不是通用(unumgaenglich)的，變換器的全部使用都被省去了，因為按照本發明每一個脈沖電路的二倍實現了所產生的脈沖電壓。
脈沖電路的具體的實施例在單一情況下根據電極所要求的峰值設計。該電路的有利的作用標準首先是兩個脈沖電路是適合的，其分別由通過間歇相互分開的電壓脈沖提供一個部分序列，其中該部分電壓序列分別含有相互交替上升的上升沿。
該時間輸出電路如此控制兩個脈沖電路，兩個部分電壓序列相互同步。
在一個變形中，脈沖電路的兩個自由連接端的至少一個與偏置直流電壓源的分別相反極性的一端相連接。以此方式實現了在一個變形中所解釋的偏置直流電壓。
另外還要求保護照明系統，該照明系統由本發明的電路裝置和借助于脈沖化的介質阻擋放電驅動的輻射源組成。
下面借助于實施例詳細解釋本發明。圖為圖1示出了具有平面輻射器的按照本發明的電路裝置，圖2a示出了具有單極脈沖的圖1的部分電壓序列U1(t)的時序圖，圖2b示出了具有單極脈沖的圖1的部分電壓序列U2(t)的時序圖，圖2c示出了圖1的差異電壓序列U3(t)的時序圖，圖3a示出了另一個部分電壓序列U′1(t)的時序圖，圖3b示出了另一個部分電壓序列U′2(t)的時序圖，圖3c示出了差異電壓序列U′3(t)的時序圖，圖4a示出了具有雙極脈沖U″1(t)的部分電壓序列的時序圖，圖4a示出了具有雙極脈沖U″2(t)的部分電壓序列的時序圖，圖4c示出了差異電壓序列U″3(t)的時序圖。
圖1示出了示意性描述的按照本發明產生脈沖電壓序列的電路裝置和平面輻射器的方框圖。該電路裝置主要由第一和第二脈沖電路1、2和時間輸出器3組成。每一個脈沖電路分別含有一個控制輸入端a；d和兩個輸出端b、c；e、f。在運行時兩個脈沖電路1、2在輸出端b、c和e、f之間分別提供一個部分電壓序列U1和U2。每一個控制輸入端與時間輸出器3相連接。時間輸出器3作為兩個脈沖電路1；2的同步之用。第一個脈沖電路1的正極(+)輸出端b和第二個脈沖電路2的負極(-)輸出端f與接頭4和5相連接。接頭4和5在該側通過連線6、7與平面輻射器8相連接。兩個脈沖電路1、2的每一個自由輸出端c；e相互地并且與地電勢相連接，該地電勢作為參考電勢。因此兩個脈沖電路1、2串聯連接并且在運行時其在第一個脈沖電路1的正極(+)輸出端b和第二個脈沖電路2的負極(-)輸出端f之間產生一個差異電壓序列。
平面輻射器8是由放電管9、帶狀的陰極10和介質阻擋的帶狀的陽極11組成。該放電管9是由一個底板12、一個蓋板13和一個框架14組成，它們總共構成一個矩形的底平面。底板12和蓋板13借助于玻璃焊封與框架氣密地如此連接，以使放電管9的內部矩形體地構成。底板12大于蓋板13以使放電管9含有一個包圍的自由邊。陰極10和以及11是交替的并且相互平行的以約6mm的相對距離設在底板12的內壁上。陰極10和陽極11在相互交錯的一端被延長并且從放電管9的內部在兩側向外引出到底板12。陰極10和陽極U分別在陽極側15和陰極側16引出向外的電流引線到底板12的邊沿。外側的電流引線15、16分別借助于短的連接件17、18與連線6、7相連接。
底板13上的開口只作為描述之用并且因此可以任意的看到陰極10和陽極11。在放電管9的內部，陽極11全部通過玻璃層19覆蓋，其厚度約250μm。電極10；11和外觸點15；16是由銀構成的陰極結構和陽極結構的不同部分，其借助于絲網印刷技術并且隨后通過一般的烘烤敷設。該層厚約6μm。
在一個變形(未示出)中，在負的連接端5和所屬的連線7之間是偏置直流電壓源。
圖2a到2c分別示出了由圖1示意性和示范性描述的兩個部分電壓序列U1(t)和U2(t)=-U1(t)以及差異序列U3(t)的時序圖。示出的分別是具有峰值U1S、U2S和U3S的半波形電壓脈沖，其中|U3S|=|U1S|+|U2S|。
圖3a和3b示出了理想狀態的兩個另外的部分電壓序列U′1(t)和U′2(t)。與圖2b的區別是圖3b中的電壓信號另外重疊一個峰值UDC的偏置直流電壓。因此在差異信號U′3(t)中同樣形成一個峰值UDC的偏置直流電壓，也就是說|U′3S|=|U′1S|+|U′2S|+|UDC|。
圖4a和4b示出了理想狀態的兩個另外的部分電壓序列U″1(t)和U″2(t)=-U″1(t)。與圖2a,2b的區別是在此部分電壓序列具有雙極的脈沖(正弦形)。單個的雙極脈沖如上通過間歇(在此電壓=0)相互分開。所產生的差異序列U″3(t)同樣含有具有兩個峰值|U″3S|=|U″1S|+|U″2S|和-U″3S的雙極脈沖，其中U″1S和U″2S表示兩個部分電壓序列的(正的和負的)峰值。
在上述的理想描述中沒有考慮在實際中經常出現的失真，例如過和不足振蕩等等。
在此還應該注意到在圖2a到4a和圖2b到4b中，部分序列U1到U1″以及U2到U2″的信號形狀只具有示意性的特征。按照本發明尤其是所有的信號形狀都是適合的，并且能夠借助于該電路裝置產生，這已經在WO94/23442中公開。
權利要求
1．借助于脈沖的介質阻擋放電的產生驅動一個放電燈(8)的脈沖電壓序列(U3(t),U′3(t),U″3(t))的方法，具有●一個至少部分透明的和以氣體填料填充的封閉的或者由氣體或者氣體混合物通流的開放的放電管(9)是由非導電材料構成的，并且●第一和第二種極性(10或者11)的電極，其中至少一種極性的電極(11)由放電管的內部通過介質材料(19)分開，其特征在于，具有如下的方法步驟，●由通過間歇相互分開的具有第一峰值(U1S,U′1S,U″1S)和具有相對于參考電勢是正的上升沿的電壓脈沖產生第一部分序列(U1(t),U′1(t),U″1(t))，其中該參考電勢(0)被從該電極去耦，●由通過間歇相互分開的具有第二峰值(U2S,U′2S,U″2S)和具有相對于參考電勢(0)是負的上升沿的電壓脈沖產生第二部分序列(U2(t),U′2(t),U″2(t))，●將電壓脈沖的第一部分序列(U1(t),U′1(t),U″1(t))施加在第一極性(+)的電極(11)上，●將電壓脈沖的第二部分序列(U2(t),U′2(t),U″2(t))施加在第二極性(-)的電極(10)上，●將兩個電壓脈沖的部分序列(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，在極性交錯的電極(10,11)之間產生電壓脈沖的差異序列(U3(t),U′3(t),U″3(t))，其中差異序列(U3(t),U′3(t),U″3(t))的峰值(U3S,U′3S,U″3S)大于兩個單獨電壓脈沖的部分序列(U1(t),U2(t)或者U′1(t),U′2(t)或者U″1(t),U″2(t))的每一個的峰值(U1S,U2S；U′1S,U′2S；U″1S,U″2S)。
2．如權利要求1的方法，其特征在于，第二個電壓脈沖的部分序列(U2(t),U′2(t),U″2(t))通過第一個電壓脈沖的部分序列(U1(t),U′1(t),U″1(t))的反向構成，并且如此實現同步，差異序列(U3(t),U′3(t),U″3(t))的峰值(|U3S|,|U′3S|,|U″3S|)是兩個部分序列(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．如權利要求1或者2的方法，其特征在于，作為附加的方法步驟，兩個電壓脈沖的部分序列(U′2(t))的至少一個和/或差異序列被附加一個偏置直流電壓(UDC)，其中總的偏置直流電壓所最高達到的被選擇為如此的高，放電能夠在每一個電壓脈沖之后被結束，并且在單獨的電壓脈沖之間的不希望的重復啟動被避免。
4．如權利要求3的方法，其特征在于，通過附加的方法步驟，分別在間歇期間將偏置直流電壓嘗試地加到總的參考電勢。
5．按照權利要求1到4之一所述的借助于脈沖的介質阻擋放電的產生用于驅動放電燈(8)的脈沖電壓序列的電路裝置，具有● 一個第一脈沖電路(1)具有兩個輸出端(b,c)和一個控制輸入端(a)，該脈沖電路(1)適合于提供通過間歇相互分開的電壓脈沖的第一序列(U1)，● 一個第二脈沖電路(2)具有兩個輸出端(e,f)和一個控制輸入端(d)，該脈沖電路(2)適合于提供通過間歇相互分開的電壓脈沖的第二序列(U2)，其中第一脈沖電路(1)的兩個輸出端之一(c)與第二脈沖電路(2)的具有交錯極性的輸出端(e)相連接，以此能夠在兩個脈沖電路(1,2)的自由輸出端(b,f)之間取得一個電壓脈沖的差異序列(U3)，其相應于兩個與參考電勢相關的單獨電壓脈沖序列(U1,U2)的差異，● 一個時間輸出電路(3)，其與兩個脈沖電路(1,2)的控制輸入端(a,d)相連接，并且其如此地控制，以使兩個脈沖電壓序列(U1,U2)相互同步。
6．如權利要求5的電路裝置，其特征在于，在兩個脈沖電路(1,2)之間的具有交錯極性的輸出端(c,e)的連接點與該電路裝置的一個參考電勢相連接。
7．如權利要求6的電路裝置，其特征在于，該參考電勢位于地電勢上。
8．如權利要求5到7之一的電路裝置，其特征在于，第二脈沖電路含有一個反向電路，其使第二電壓脈沖序列相對于第一序列反向。
9．如權利要求5到8之一的電路裝置，其特征在于，一個附加的直流電壓電路，它的一個極與該脈沖電路的具有交錯極性的自由輸出端相連接。
10．照明系統，具有●一個輻射源(8)，尤其是一個放電燈，該輻射源(8)適合于介質阻擋的放電，其中該輻射源(8)含有如下的-一個至少部分透明的和以氣體填料填充的封閉的或者由氣體或者氣體混合物通流的開放的放電管(8)是由非導電材料構成的，并且-電極(10,11)，其中至少一種極性的電極(11)由放電管(9)的內部通過介質材料(19)分開，● 一個與該電極(10、11)相連接的脈沖電壓源(1-3)，其適合于提供通過間歇相互分開的電壓脈沖，其特征在于，該脈沖電壓源(1-3)含有一個具有權利要求5到9之一或者多個特征的電路裝置。
全文摘要
本發明涉及借助于脈沖式的、介質阻擋放電的用于產生驅動放電燈(8)的脈沖電壓序列的方法,該脈沖電壓序列如此地通過兩個部分電壓序列組成,每一個部分電壓序列的峰值小于所產生的脈沖電壓序列的峰值,例如只有一半。優點是,在產生部分電壓序列時相應的存在較小的EMI。另外兩個部分電壓序列含有相應于參考電勢的上升沿交錯的上升,優選的是兩個部分電壓序列相互反向。以此在理想狀態下至少在本地全部補償了由兩個部分電壓序列所產生的電磁干擾(EMI)。一個電路裝置含有兩個串聯連接的脈沖電路(1,2),其借助于時間輸出電路(3)被同步。
文檔編號H05B41/24GK1234957SQ98800974
公開日1999年11月10日 申請日期1998年7月16日 優先權日1997年8月12日
發明者F·福爾克姆默, L·希茨施克 申請人:電燈專利信托有限公司