具有阻抗匹配和滤波网络的无电极放电灯制造技术

本发明专利技术公开了一种阻抗匹配与滤波网络。该网络执行两个预选的阻抗转换并提供滤波功能以衰减在该网络输入端得到的电信号的谐波。该网络可以平衡式双滤波器的形式构成，双滤波器之间的接地点作参考点，该接地点连接到包围电子部件的屏蔽壳上。该网络特别适用于无电极放电灯，以对感应线圈提供一个阻抗匹配功能并限制ＲＦＩ。电极放电灯，以对感应线圈提供一个阻抗匹配功能并限制ＲＦＩ。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及并参考结合了于1992年5月20日申请的，申请号分别为07/886，718和07/887，168的两个美国专利申请。本专利技术涉及阻抗匹配和滤波网络，特别涉及应用于无电极放电灯的阻抗匹配和滤波网络。在授予Hollister的US4，010，400的美国专利中描述了无电极放电灯，在此结合参考之，它描述了具有一个感应线圈的无电极放电灯，该线圈位于一个由密封容器环绕的空腔中，这个容器包含有一种金属蒸汽和一种能电离的气体的混合物，经常使用水银蒸汽和氩气。感应线圈和一个电容器串接，由振荡器产生的射频信号经过一个放大器加到L-C串联电路。当这个信号激励该L-C串联网络，它将谐振，该感应线圈产生电磁能量，将该电磁能量传送给密封容器中的汽态混合物。无电极放电灯有两个工作阶段。在“启动”阶段，即电磁放电模式，该灯被开启，感应线圈的电场使得汽态混合物中的某些原子电离。在这个过程中释放的电子环绕感应线圈在密封容器中流动。在这些电子和原子间碰撞释放出另外的电子，直至形成循环的带电粒子的等离子体。这个感应线圈和等离子体起类似变压器的作用。该感应线圈作为初级绕组，放电电流起到次级绕组的作用。由于在该线圈和密封容器间存在空气间隙，该容器典型的是由玻璃制成，在线圈和气态的混合物间的磁耦合一般是很差的。多数碰撞激励水银原子至较高的能量状态而不是将其电离。当水银原子从高能状态降至原先状态，它们发出辐射，主要是UN频谱中不可见的光。此辐射撞击涂覆在容器内表面上的磷。该磷层依次由UN辐射激励而且发出可见光。在工作的稳定状态阶段，在气态混合物的等离子体建立以后，由感应线圈产生的磁场在维持放电方面是至关重要的。为了电离气态混合物，在等离子体中需要的最小电压梯度。经实验确定，为实现这个最小电压梯度大约是每公分1伏(1v/cm)。由于在线圈和等离子体之间的磁耦合是很差的，所以需要一个串连L-C谐振电路以便在感应线圈上产生合乎需要的高电压。维持串连谐振电路的准确的自然频率是困难的，这是因为等离子体的负载具有非线性的阻抗特性，该负载是反应到感应线圈的负载。向串连L-C网络看进去的阻抗(感应线圈/电容器的复合阻抗)为R±jx。这里的R和jx取决于气态混合物的温度和压力、以及输入功率、线圈匝数、以及灯泡的实际体积的大小。对于这些参数的统一选择，感应线圈/等离子体的结合必须满足一些重要的条件，这些最重要的条件如下1、在启动的阶段期间，该线圈必须提供足够的能量以完成气态混合物的电离，大约是3至6瓦，才能使灯开启。开启必须发生在标称的稳态电压以下，这是由于直流输入电压通常是由交流电压整流而得，而该交流电有明显的脉动。如果供电电压降于开灯的必须的电压门限值之下，灯的工作将受到损害。2、当灯工作在稳定状态时，感应线圈必须提供一个预定的功率电平给气态混合物。3、提供给感应线圈的波形常常是方波，或者谐波丰富的相关波形。为了减少对电视和其它电气装置的射频干扰(RFI)。这些不需要的谐波必须予以实质上的衰减。例如，在无电极放电灯的一个实施例中，通过一个D类放大器向感应线圈供能，最优选的放大器在未批准的申请号为07/887，168，于1992年5月20日专利申请中描述了。在此参考结合之。放大器的供电电压是130伏。该放大器工作在13.56MHz。放大器的输出是改进的方波，它有大量的谐波。为了在电源电压和开启电压间保证一个足够的安全系数，希望在60～100伏，或提供给放大器的直流电压的一半能将灯开启。灯的稳定状态的射频功耗典型设计为19瓦。现有技术未披露这种灯中能确保所有上述条件得以满足的装置。根据本专利技术在无电极放电灯中的放大器和电感线圈间插入阻抗匹配和滤波网络。线圈/等离子体负载具有一个固有的阻抗。它随输入功率以及其它诸如放电气体的温度和压力的参数而变化。阻抗匹配和滤波网络的结构是这样的，即在和线圈/等离子体负载结合时，在开启和稳定状态提供希望的阻抗，例如，在一实施例中，阻抗配匹和滤波网络确保在60至100伏直流输入的开启期间提供3至6瓦的射频功率。它还确保在稳定状态期间在130V的供电时大约19瓦的射频功率，灯泡工作在13.56MHz频率下，在达到线圈/等离子体网络以前，滤波器网络滤除基频的谐波，很多这类谐波从线圈/等离子体中辐射并干扰电视和其他通讯装置的接收频段。在优选实施例中，阻抗匹配和滤波网络包含和线圈/等离子体串连的三个电感线圈，和三个与线圈/等离子体并联的电容器。正如其中描述的，电感和电容的值是由规定的方法确定的。该方法能保证所有希望的运行条件得以满足。如上所述，重要的是由该种灯发射的射频干扰(RFI)基本上消除了。这时上述的本实施例提供了优越的阻抗配匹，由于接近这些元件，仍然可能产生不可接受的射频干扰。如果，例如，功率放大器，阻抗匹配器和滤波网络和电感线圈共用一个共同的电路接地点，由放大器产生的谐波电流环绕小的接地表面流通。该表面包含一个有限的阻抗。结果，表面电压电位沿着接地区域发展。由于感应线圈的一端直接或者容性连接到电路的接地点，它将起到发射天线的作用并辐射宽范围的谐波到自由空间。第二个问题是，即使阻抗配匹和滤波网络消除了噪声信号，感应线圈工作于基频，它也将辐射它的能量进入自由空间。即使它处在政府同意(FCC)的ISM波段以内，仍然需要使它的辐射强度减小至最小，例如，电视接收机，特别是较老的电视机的前端能被过量的辐射能量所饱和。这些问题由本专利技术的另一个实施例所克服。在这里，阻抗匹配和滤波网络被分裂成两个粗略的对称网络，它们连接到放大器的单一的输出端和电路(直流)接地端。用两个对称阻抗配匹和滤波网络，把放大器的单端输出有效地转变成双端输出，它称之为两个网络间的共公节点上的“伪”接地。这个伪接地点有利地连接到金属外壳，金属外壳围绕着该灯的电子元件。由于通过两个滤波器将伪接地和“噪声”谐波信号隔离，该灯的这些谐波被大大地减小了。按照本专利技术的另一方案，感应线圈的基频的辐射被大大地减小或消除。感应线圈的轴向长度在相对基频的波长做得很小。结果，在远离感应线圈一点处，线圈起到辐射点源的作用，它在横向方向上实质上不产生电场。为了实现谐振，电容器通常和感应线圈串连。把它分成为两个相同容量的电容器，而且分别连接到该线圈的两侧。根据这种结构，加在感应线圈端点的信号幅度是相等的，但相位相差180°，该感应线圈起到偶极子天线的作用，该天线在该线圈的中点的伪接地点周围振荡。偶极子天线的这两半的运场有效地相互抵消于任何给定的距离，并且因此而消除掉沿从感应线圈到远离线圈的一点的连线方向上的任何电场。通过精确平衡一对阻抗匹配和滤波网络可以达到同样的效果，虽然是一种解决方案，但使用精确的平衡电感，可能是很昂贵的。附图说明图1示出了无电极放电灯部分的方框图，它包含本专利技术的一个阻抗匹配和滤波网络。图2示出了本专利技术的阻抗匹配和滤波网络的电路图。图3A至3L示出了阻抗匹配和滤波网络元件实现的阻抗变换。图4示出了放大器和感应线圈共用一个公共电路接地点的示意图。图5示出了图4所示部件，使用电流发生器的等效电路图。图6示出了一种无电极放电灯的方框图，它包括本专利技术的双滤波器。图7示出了双滤波器电路图。图8示出了反向绕制于环形磁芯上的一对电感线圈。图9示出了位于金属屏蔽盒内的无电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无电极放电灯包括：一个射频发生器；一个与所述射频发生的输出端相连接的放大器；一个包括感应线圈的线圈网络；以及一个连接在所述放大器和线圈网络之间的阻抗匹配网络，所述阻抗匹配和滤波网络用于在灯的不同工作状态下，为所述线圈网络提供两种预定的阻抗变换。提供两种预定的阻抗变换。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗杰西奥，
申请(专利权)人：戴布罗研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]