專利名稱：：用于高壓放電燈的功率匹配的電路裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種具有集成的電子設(shè)備的、高效的高壓燈，該高壓燈在相同的光通量情況下可以代替更高功率和更低效率的高壓燈。該燈應(yīng)將無需另外的匹配地直接插入現(xiàn)有插座(Brennstelle)中，該插座帶有效率較低的高壓燈的現(xiàn)有傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器。本發(fā)明的目的尤其在于，可以《吏用標準燈作為高效高壓燈，該標準燈在光通量方面并不與要替代的較低效率的燈一致。在此，本發(fā)明優(yōu)選涉及通過具有較高效率的高壓鈉蒸氣燈來替代高壓汞蒸氣燈。當然，本發(fā)明也可以實現(xiàn)任何其他的燈配對，該燈配對在效率方面有才目應(yīng)的區(qū)別。
背景技術(shù)：
：目前，已針對改型應(yīng)用(Retro-fit-Anwendung)制造了特殊的燈，這些燈在特性方面與要替代的燈匹配。多年以來存在具有所謂的Penning混合物(Penning-Gemisch)的高壓鈉蒸氣燈，這些燈通過施加的電網(wǎng)電壓來點燃。這些燈由deGroot和vanVliet所著的TheHigh-PressureSodiumLamp，Kl鼎erTechnischeBoekenB.V.-Deventer，1986，第6章第175頁公開。這些高壓鈉蒸氣燈與普通的高壓鈉蒸氣燈相比具有更低的發(fā)光效率。通過在這些燈中的氖-氬混合物，等離子體具有較高的導熱能力，這導致較高的熱光孤?lián)p耗并且由此導致較差的效率。通過這種氣體混合物，高壓鈉蒸氣燈的通常明顯較高的點燃電壓也降低到高壓汞蒸氣燈的水平，使得在高壓汞蒸氣燈鎮(zhèn)流器上的直接替換才是可能的。^L據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)光電路通常使用一種電路，其中開關(guān)與燈串聯(lián)。由應(yīng)用文獻"Littelfuse，PhaseControlUsingTyristors,ApplicationNoteAN1003,2004"例如乂>開了這樣的電路。任務(wù)本發(fā)明的任務(wù)是開發(fā)一種帶有集成的電子設(shè)備的高壓放電燈，該高壓放電燈使用具有高的發(fā)光效率的燈燃燒器。光通量以及由此功率匹配將通過調(diào)光電路來實現(xiàn)而高的點燃電壓通過點燃裝置來實現(xiàn)，這些電膝故集成在燈中、優(yōu)選在燈的燈頭區(qū)域中，確切地說，使得燈的尺寸不比要替代的燈的尺寸更大。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置和根據(jù)權(quán)利要求11所述的驅(qū)動方法來解決。該電路裝置是一種調(diào)光電路，其同時也承扭點燃設(shè)備的功能。調(diào)光電路的開關(guān)在此并不與燈串聯(lián)而是并聯(lián)。這具有的重要優(yōu)點是輸入電流的失真較小。圖l是帶有串聯(lián)的開關(guān)的調(diào)光電路的示意圖。圖2是帶有并聯(lián)的開關(guān)的調(diào)光電路的示意圖。圖3示出了在高壓汞蒸氣燈電感線圏上的高壓鈉蒸氣燈的電流和電壓分布曲線。圖4示出了在串聯(lián)電路中的調(diào)光器上的、在高壓汞蒸氣燈電感線圍上的高壓鈉蒸氣燈的電流和電壓分布曲線。圖5示出了調(diào)光電路的電路裝置，其帶有與燈串聯(lián)的半導體開關(guān)。圖6示出了在并聯(lián)電路中的調(diào)光器上的、在高壓汞蒸氣燈電感線圍上的高壓鈉蒸氣燈的電流和電壓分布曲線。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的用于調(diào)光電路的電路裝置，其帶有與燈并聯(lián)的半導體開關(guān)。具體實施例方式一種燈功率為PHQL和光通量為^HQL的高壓汞蒸氣燈要通過高壓鈉蒸氣燈(NAV燈)來替代，該高壓鈉蒸氣燈的燈功率P^調(diào)節(jié)為使得產(chǎn)生相同的光通量。要進^^代的高壓鈉蒸氣燈在功率P恥L的情況下發(fā)出光通量①HQL。如果假i史光通量在NAV燈的情況下與所吸收的功率成正比，則可以借助調(diào)光電路通過下式來計算高壓鈉蒸氣燈的功率:PDim="^MV"T(1)AW為了清楚起見而說明笫一實施例通過具有高得多的發(fā)光效率①hql/Phql=100lm/W的高壓鈉蒸氣燈來替代高壓汞蒸氣燈，該高壓汞蒸氣燈具有125W的燈功率(PHQL=125W)和①hql-65001m的光通量，其由此具有Ohql/Phql=52lm/W的發(fā)光效率，其中為了實現(xiàn)根據(jù)公式(l)的相同的光通量，需要65W的功率，以^f更產(chǎn)生與125W的高壓汞蒸氣燈相同的光通量。為了限制電流，與燈串聯(lián)有電感線團。在高壓汞蒸氣燈的情況下，使用阻抗為Zd(高壓汞蒸氣燈)=1430的電感線團。燈電壓為UL(高壓汞蒸氣燈)=125V，并且燈電流IL(高壓汞蒸氣燈)-1.15A.在光通量方面類似的高壓鈉蒸氣燈為了工作而需要ZD(高壓鈉蒸氣燈)=2020的電感線團，其中出現(xiàn)Ut(高壓鈉蒸氣燈)=86￥的電壓和^(高壓鈉蒸氣燈)=0.88A的電流(表2)。在高壓鈉蒸氣燈的情況下，燈電壓以及燈電流比在高壓汞蒸氣燈的情況下都明顯小。為了在高壓汞蒸氣燈電感線圏上驅(qū)動高壓鈉蒸氣燈，需要附加的電路，該電路降低了半波的平均電流，由此將氣體溫度以及由此將光弧的導電性調(diào)節(jié)為確定的值。這可以是電子電路，例如是調(diào)光電路。電路裝置的結(jié)構(gòu)為了闡述根據(jù)本發(fā)明的電路裝置，考慮另一實施例。125W的高壓汞蒸氣燈要通過具有高的發(fā)光效率的65W的高壓鈉蒸氣燈來替代。圖3示出了在60W的高壓鈉蒸氣燈電感線團上的該65W高壓鈉蒸氣燈的電壓和電流分布曲線。因為該65W的高壓鈉蒸氣燈要在125W的高壓汞蒸氣燈電感線閨上驅(qū)動，所以必須對高壓鈉蒸氣燈調(diào)光。在傳統(tǒng)的用于白熾燈的調(diào)光電路中，以電網(wǎng)周期來將與燈串聯(lián)的開關(guān)接通和關(guān)斷(圖1)。由此，降低了在周期上平均的電壓、電流和功率。圖4示出了借助這種電路調(diào)光后的高壓鈉蒸氣燈的電壓和電流分布曲線。通常，使用三端交流開關(guān)(Triac)作為電子開關(guān)(S)。在阻塞狀態(tài)中，該三端交流開關(guān)是高阻的，而在導通狀態(tài)中^1低阻的。通過至控制輸入端的點燃脈沖，該三端交流開關(guān)導通，并且在電流it^時該三端交流開關(guān)又關(guān)斷。在相角控制中，該三端交流開關(guān)在電壓it^:之后的一定時間接通。為此，由施加的電網(wǎng)電壓通過電阻對電容器充電。在建立一定電壓之后，三端交流開關(guān)變?yōu)榈妥璨⑶铱梢詫Ⅻc燃脈沖通到三端交流開關(guān)的控制輸入端。三端交流開關(guān)被導通。施加在燈上的電壓升高，直到燈又過渡到導通狀態(tài)中并且流過電流。該電路具有的特性是，輸入電流強烈地失真，由此與基波相比電流的諧波具有大的比例。例如在圖5中示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電路。在該電路中，Vw是電網(wǎng)電壓，Rp和Lp的串聯(lián)電路是電感線團的簡化的等效電路圖。三端交流開關(guān)XI通過兩端交流開關(guān)X2在電壓it^之后的一定時間之后觸發(fā)，由此閉合電路并且接通燈Ll。電容器Cl通過電阻Rl和變阻器X3以及串聯(lián)電阻R2和燈L1中的導電通道形成的分壓器來充電。一旦施加在電容器Cl上的電壓大于兩端交流開關(guān)X2的觸發(fā)電壓(30V),則該兩端交流開關(guān)將觸發(fā)脈沖提供給三端交流開關(guān)XI，該三端交流開關(guān)閉合燈回路。電容器通過兩端交流開關(guān)X2放電到剩余電壓(19V)。在接通之后，電容器通過電阻網(wǎng)絡(luò)放電。在電流過零時，三端交流開關(guān)X1閉合。在隨后的半波中，電容器又被充電。在激勵電路中的器件選擇為使得出現(xiàn)所希望的功率。然而在這種類型的調(diào)光電路中產(chǎn)生電流的諧波的問題。由于電流中的諧波，線路和發(fā)電機受到負荷。在較高的諧波的高電流成分的情況下，系統(tǒng)必須4f對較大的功率而設(shè)計，這導致較高的成本。在許多國家中，因此具有邊界值，這些邊界值確定了(基波的)第ii諧波與第l諧波的比例。在放電燈中，系統(tǒng)借助鎮(zhèn)流器對燈的供給電流不允許超過例如在表1中示出的IEC100-3-2的值。入是功率因子其中，UN和lN是電壓和電流的有效值'Ps是系統(tǒng)功率，其根據(jù)燈功率PL以及從電感線團中吸收的功率之和來計算。關(guān)鍵的是第三諧波與第一諧波的比例。該比例不允許超過0,3入的值，參見表l。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表1:根據(jù)IEC100-3-2的笫n諧波與第一諧波的比值的邊^(qū)Hi。為了使得該問題清楚，再次簡短地提出第一實施例一種高壓鈉蒸氣燈，其借助具有串聯(lián)的開關(guān)元件的燈調(diào)光器來驅(qū)動，該高壓鈉蒸氣燈具有PS=65.6W(PL)+11.1W(PN)的系統(tǒng)功率，處于UN=220V的電壓上，并且讓If0.907A的電流流過。相對于以125W的高壓汞蒸氣燈的工作，在相同光通量情況下系統(tǒng)功率從125W+15W降低到以相角控制的工作中的76.7W。得到電流的以下諧波在根據(jù)標準計算邊界值時，得到如下值0.3入-11.6%。電流的第三諧波與第一諧波的所測量的比例為13/11=15.9%,這明顯在邊界值以上。因此，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)光電路不適于改型應(yīng)用。在才艮據(jù)本發(fā)明的電路中，在電感線團之后與燈并聯(lián)有開關(guān)(圖2)。該開關(guān)周期性地將電路短路，由此在燈上電壓消失并且燈熄滅(圖6)。因為電感線團的阻抗大于燈的電阻，所以在接通短路開關(guān)時輸入電流幾乎不變，由此輸入電流幾乎不失真，并且諧波相對于基波的比例幾乎不增大。要提出的是，在點燃或者熄滅燈時，電感線圏產(chǎn)生高的電壓，這些電壓在不存在保護裝置的情況下會損毀或者觸發(fā)電子開關(guān)。因此，點燃設(shè)備和根據(jù)本發(fā)明的調(diào)光電路相互協(xié)調(diào)。原則上，任何合適的點燃設(shè)備拓樸都是可能的，然而優(yōu)選的是一種匹配的疊加點燃設(shè)備(Ueberlagerungszuendgeraet)，其在高壓燈情況下具有廣泛應(yīng)用。圖7中示出了根據(jù)本發(fā)明的具有與燈并聯(lián)的開關(guān)的電路。電子開關(guān)還是成本低廉的三端交流開關(guān)。三端交流開關(guān)可以在任意時間被接通，然而僅僅在電流it^的情況下關(guān)斷。由此，三端交流開關(guān)必須在電流it^之后一定時間被接通，為此需要相角控制。從燈出發(fā)來看，涉及一相角。在相位激勵電路中，通過電阻RTdl來對電容器C2充電。在一定的電壓的情況下，兩端交流開關(guān)X5接通三端交流開關(guān)X4。電阻RTeil的值選擇為使得出現(xiàn)所希望的功率。然而，并不出現(xiàn)對稱的燈電流，這意味著，在正半波中從it^至觸發(fā)三端交流開關(guān)的時間差并不與在負半波中相同。因此，擴展電路，以便出現(xiàn)無滯后的相位控制電路。RTeil和C2構(gòu)成的基波電路在此通過電阻R3、R4和二極管D1、D2、D3、D4構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)來補充。這導致對稱的燈電流。在這種根據(jù)本發(fā)明的電路裝置中，整個系統(tǒng)的電能消耗明顯比根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電路裝置失真更少。這將在圖4和6中的65W高壓鈉蒸氣燈的例子中變得清楚8<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>電路來調(diào)光的高壓鈉蒸氣燈并不滿足標準IEC1000-3-2?，F(xiàn)在開始討i^艮據(jù)圖7的才艮據(jù)本發(fā)明的電路。在圖6中可以看出，燈電壓UL和燈電流IL在半波結(jié)束之前i2^降低。M間歇在此為3.25ms。在隨后的半波中，顯示出提高的再點燃電壓為Upk=176V，該電壓與在具有與燈串聯(lián)的開關(guān)的電路中的值相似。在三端交流開關(guān)短接的時刻，輸入電流lN僅僅很少地變化，4吏得輸入電流幾乎無附加失真。13/11=4.0%(表2)的值明顯在所允許的10.3%的邊界值以下。較高的諧波的電流的比例(表2)也明顯在邊界值(表l)以下。由此，借助與燈并聯(lián)連接的開關(guān)來實現(xiàn)的高壓鈉蒸氣燈滿足標準IEC1000-3-2。在125W高壓汞蒸氣燈的電感線閨上以與65W高壓鈉蒸氣燈并聯(lián)的開關(guān)驅(qū)動的系統(tǒng)功率消耗為PS=80.7W，這意"未著相對于在125W高壓汞蒸氣燈電感線團上的以125W高壓汞蒸氣燈的工作(PS=140W)，在相同光通量情況下節(jié)省了43%的功率。于是，借助這種電路通過較高效率的類似地調(diào)光的燈替代了較低效率的燈。在此，可以保留針對較低效率的燈設(shè)計的鎮(zhèn)流器。由此，可以實現(xiàn)對于較低效率的較老的燈類型的直接替換，其比原來的燈類型明顯更節(jié)約電能。根據(jù)本發(fā)明的電路裝置集成到燈中并且優(yōu)選直接集成到燈頭中，使得在除了更換燈之外沒有其他工作，以通過更高效的燈來替換較老的燈類型。在此可以有利的是，在電路裝置中設(shè)置有溫度測量裝置。該溫度測量裝置可以測量在預(yù)先確定的點Tc上在燈頭的壁上的溫度，并且在過高的溫度情況下為了保護燈和電路裝置更強地將燈調(diào)暗，以便限制燈的熱散發(fā)。此外，可以設(shè)計溫度關(guān)斷裝置，其在電路裝置的持續(xù)的過高溫度情況下將該電路裝置關(guān)斷。在這種具有調(diào)光器的燈中，也可能集成接口，該接口允許實現(xiàn)其他的調(diào)光等級，例如針對夜晚變暗(nachtabsenkimg)。在此，不同的信號傳輸M是可能的，例如附加的控制端子、在電磁路徑上的傳輸?shù)鹊?。接口也可以具有針對所謂的中央控制信號的輸入端，其調(diào)節(jié)不同的調(diào)光等級。這些信號被調(diào)制到標準的電流線路上并且可以通過合適的濾波器來提取。權(quán)利要求1.一種用于高壓放電燈(1)的功率匹配的電路裝置，該電路裝置適于借助電感線圈(L)來工作，其特征在于，該電路裝置包含電子開關(guān)(S)，該電子開關(guān)與燈(1)并聯(lián)，并且該并聯(lián)電路與電感線圈(L)串聯(lián)設(shè)置，其中該電路裝置設(shè)置在高壓放電燈(1)中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置，其特征在于，電路裝置優(yōu)選設(shè)置在高壓放電燈的燈頭中。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路裝置，其特征在于，電子開關(guān)(S)是三端交流開關(guān)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路裝置，其特征在于，電子開關(guān)(S)是晶閘管。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路裝置，其特征在于，電子開關(guān)(S)是晶體管。6.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的電路裝置，其特征在于，電子開關(guān)(S)的激勵電路配置為使得燈電流是沒有直流成分的純粹的交流電流。7.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的電路裝置，其特征在于，電子開關(guān)(S)的激勵電路調(diào)整為使得電路裝置將預(yù)先確定的功率輸出給燈。8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項所述的電路裝置，其特征在于，激勵電路具有輸入端，電路裝置至燈(1)的輸出功率可以通過該輸入端來調(diào)節(jié).9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路裝置，其特征在于，與線路關(guān)聯(lián)的信號被輸入到輸入端中。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路裝置，其特征在于，輸入端具有針對電磁輻射的接收裝置，并且輸出功率通過電磁無線電信號來控制。11.根據(jù)上a利要求中的任一項所述的電路裝置，其特征在于，電路裝置具有溫度測量元件，該溫度測量元件安裝在燈頭殼體的預(yù)先確定的位置。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路裝置，其特征在于，該電路裝置在溫度測量元件的預(yù)先確定的溫度以上降低至燈的功率輸出。13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的電路裝置，其特征在于，該電路裝置在預(yù)先確定的溫度以上的持續(xù)升高的溫度情況下關(guān)斷高壓放電燈(1)。14.一種用于驅(qū)動作為效率較低的高壓放電燈的替代物的高效高壓放電燈的方法，其特征在于，高效高壓放電燈(1)在如下功率情況下工作該功率導致與要替代的效率較低的高壓放電燈的光通量基本對應(yīng)的光通量。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，功率調(diào)節(jié)通過燈的周期性短接來進行，4吏得提前熄滅光弧。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，燈的周期性短接與電網(wǎng)頻率同步。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于高壓放電燈的功率匹配的電路裝置，該電路裝置適于借助電感線圈來工作或者設(shè)置在高壓放電燈中或者在高壓放電燈的燈頭中，其中該電路裝置包含電子開關(guān)，該電子開關(guān)與燈并聯(lián)，并且該并聯(lián)電路與電感線圈串聯(lián)地設(shè)置。文檔編號H05B41/231GK101584250SQ200880001682公開日2009年11月18日申請日期2008年1月28日優(yōu)先權(quán)日2007年2月28日發(fā)明者盧德格爾·維爾肯申請人:奧斯蘭姆有限公司