HID照明系统技术方案

一种低成本HID照明系统，包括：-长宽比小于6的HID灯(1)；和-用于驱动所述HID灯的谐振电子驱动器(10)，所述驱动器被设计来向所述灯提供交流电流并包括一用于确定电流频率的控制装置(30)。所述灯具有一频谱，包括至少一个弧成形声谐振频率以及不需要的声谐振频率。在正常工作期间，所述灯(1)被供以调频的灯电流以使得所述灯电流在10kHz到200kHz的范围内具有较宽的功率谱，由此不论灯取向如何都触发所述弧成形声谐振同时避免所述不需要的声谐振。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及放电灯，尤其是HID灯，即高强度放电灯，也被称为高压放电灯。更具体地，本专利技术涉及包括陶瓷放电管的HID灯，即放电管具有陶瓷壁。
技术介绍
HID灯是已知的，在这里也就进行简单的介绍。简而言之，这种灯大多数情况下包括一细长放电管，其封闭形成一具有两个电极和可电离气体填充物的放电空间。可替换地， 所述放电管可以是球形的。在工作期间，高电压引起放电，产生导电的等离子体从而形成灯电流。只要电流流动，等离子体就能维持。所产生的光量取决于电流幅值，当然颜色也会随着电流变化。虽然可以使用直流电，但通常使用换向直流电，即电流幅值保持恒定但电流方向以一换向频率被改变。一种在公共照明和家庭照明领域都具有广泛应用的特别的HID灯包括了陶瓷放电管。在本说明书和权利要求书中，其意味着陶瓷放电管的管壁包括半透明的晶体金属氧化物，如单晶蓝宝石和深度烧结的多晶氧化铝(也称为PCA)，YAG(钇铝石榴石)和YOX(钇铝氧化物)，或像AlN的半透明金属氮化物。如现有技术所已知的，管壁可能包括一个或多个(烧结的)部件。HID灯的优点在于光输出和能耗。然而，HID灯不能从市电或其它电压源直接供电，其需要一电子驱动器。HID系统包括灯本身与其电子驱动器的组合。本专利技术的目的在于提供一种低成本的HID系统。驱动器的成本占了 HID系统成本的主要部分。因此，有必要减小电子驱动器的尺寸和成本。
技术实现思路
在设计电子驱动器时，工作的换向频率在驱动器的成本上起着重要作用。因此，就成本而言，IOkHz到200kHz之间的频率范围是最感兴趣的范围。这是荧光灯的工作范围，因此，如果能使用基本上相同的驱动器设计，这是很节约成本的。通常用于荧光灯的驱动器设计是谐振设计，生成具有基本正弦波形的交流电流。谐振驱动器具有一固有的优势在于，既能生成增加的点火电压也能在正常工作期间具有稳态电流。然而，问题在于在这个频率范围内，HID灯可能会出现灯的声谐振。本领域技术人员将意识到所述声谐振可能会导致不稳定。本专利技术的目的是设计一种HID系统，其能够使用在所述频率范围内工作的低成本驱动器，同时避免，至少在充分大的范围内避免由声谐振引起的灯的不稳定。为了达到这个目的，人们会尝试在所述范围内寻找不会出现声谐振的所谓“安全” 频率。典型地，特定HID灯的声行为可以表示为在声谐振出现的地方具有声谱线的声谱，每个谱线具有高和宽，并且在这些谱线之间存在安全区或非谐振区。因而，可以确定所述声谱并由此确定安全区。当设计一灯驱动器用于所述区域时，一般来说具有三个类型的问题需要克服-所述谱中的变化；-所要求的精确度；-电极设计。HID灯的频谱即声谱线的准确位置和形状，除了别的因素之外，取决于所述灯的精确形状和尺寸，它的填充成分等。通常，灯的制造本身引入了灯尺寸公差，所述公差转换为声谱中的变化并由此使得安全区变窄。这一问题由于下述事实变得更加严重，即HID灯的频谱并不恒定而是依赖于取向水平地，垂直地或处于一中间角。声谱线随着改变位置角而发生偏移。然而，在任意给定灯的任意给定取向中，安全区可能较宽，而问题在于位置取向预先是未知的并且灯系统应该能够在任意取向上良好地工作，因此驱动器的设计者应该考虑灯的所述公差，寻找在任意灯取向和所有灯取向上都没有谐振的区域。然而，寻找这种全取向的安全区通常是可能的，它们典型地都非常窄，并且使用它们往往需要非常精确且稳定的驱动器。这就使得驱动器非常昂贵。进一步地，HID灯在高频率上工作导致了较高的电极温度。由于高的电极温度，所述电极会更快地融化，导致燃烧器内更高的钨释放并由此使管壁变黑，从而导致较低的维持率。本专利技术致力于提供一种针对上述任一问题，优选针对所有上述问题的组合的解决方案。本专利技术的一方面涉及灯类型的选择。根据本专利技术的低成本HID系统包括其长宽比小于6优选小于5的陶瓷金属卤化物灯(也被称为CDM灯)。与放电管由石英或石英玻璃制成的灯不同，这种灯的放电管由陶瓷材料制成。这种陶瓷放电管的制造过程能以高的精确度等级(比石英管的可能精确度等级更高)来进行。在这里，长宽比被定义为EA/di，其中EA表示管内电极的相互距离且di表示在电极距离上的所有位置处测得的所述管的最大内部横截面直径。针对高的制造精确度，灯驱动器的设计并不需要考虑灯声谱中的变化。优选地，所述灯具有小于约3的长宽比，并且更加优选所述长宽比在约1和约3之间。在长宽比的这个范围内，具有非常高标准的光技术性能的多种类型的HID灯在市场上有售。根据本专利技术的第二方面，声谱基本上是与取向无关的。本专利技术的这个方面基于这样的认知声谐振频率的取向相关性主要是由放电通道的变化形状引起的。如果听任它，垂直工作的灯的放电通道是直的，而水平工作的灯的放电通道是弯的。虽然术语“弧”来源于水平放电的弯曲形状，但这个术语在下面将被用来仅仅表示放电通道，而不管它的形状如何。基于这样的认知，根据本专利技术的HID系统包括弧成形装置，将弧的形状固定为与取向无关的形状。由此，所述灯的声谱基本与取向无关。因此，对驱动器设计者的束缚被减少可以选择较宽的非谐振频率区并设计驱动器在这个区域工作而无需驱动器的高精确度。实现弧成形装置的一个可能方式是提供一种能够向弧施加定位力的外部装置。这种外部装置例如可以包括一磁场。在上面已经提到了一些工作频率可能导致声谐振。这意味着所述灯具有某些声谐振频率，并且这些频率是一种灯特征；还注意到这些频率是与电源频率有关的，在交流电的情况下其高达电流频率的两倍。以类似的方式，存在某些特征频率能够使得所述弧具有某固定的形状。例如，灯可能具有一个或多个特征频率使得弧形状为一直线；灯可能具有一个或多个特征频率使得弧形状为单曲线；灯可能具有一个或多个特征频率使得弧形状为一双曲线或S形；等等。这种频率通常被称为弧成形频率。如果所述特定的形状被指名，则所述弧成形频率将被称为准直频率，一阶弯曲频率，二阶弯曲频率等。由此，实现弧成形装置的另一可能方式为使得驱动器工作在某弧成形频率，优选为弧准直频率。注意到，弧准直频率通常位于与第一方位角模式相关的频率和与第一径向模式相关的频率之间。原则上，可以使所述灯工作在单个固定的工作频率。如果所述灯将在非谐振频率区域内工作，这是特别有用的。然而，如果所述灯将在弧成形频率处工作，驱动器就必须被设计具有较高程度的精确度。另一方面，不知出于何种原因，如果工作频率接近不期望的声谐振频率，以单个工作频率提供的高功率可能会触发不期望的声谐振。为了克服这个问题，灯电流的功率谱优选被展宽并降低。能获得这个目的的一较简单且优选的方式为向所述工作频率增加调制，例如以频率扫描的形式。在一示例中，灯可能具有一弧准直谐振频率，其位于60kHz到150kHz之间的非谐振区域内的约IlOkHz处。当驱动器被设计来扫描例如90kHz到130kHz之间的电源频率时，这个范围内的任意频率处的功率幅值与恒定换向频率情况下单个电源频率处的功率幅值相比明显更小，因此没有足够的能量来触发不期望的谐振模式，如果灯的公差与驱动器的公差使得不期望的声谐振频率与电流功率谱相一致的话所述不期望的谐振模式偶然可能被覆盖，然而在同时，足够的能量位于弧准直频率从而获得了弧准直。虽然电流的功率谱避免所述灯的不期望声谐振频率是优选的，但其在下本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种ＨＩＤ照明系统（１００），包括：－ＨＩＤ灯（１），包括一具有陶瓷管壁的封闭放电管（２），所述管壁密封一包含了可电离填充物的放电空间，所述灯还包括电极（３，４），所述电极的电极头位于所述放电空间内，电极头的相互距离（ＥＡ）定义了它们之间的放电路径，其中所述管（２）具有最大内直径（ｄｉ），并且其中所述相互距离与所述最大内直径的长宽比（ＥＡ／ｄｉ）小于６；和－用于驱动所述ＨＩＤ灯的谐振电子驱动器（１０），所述驱动器被设计来向所述灯提供交流电流并包括一用于确定电流频率的控制装置（３０）；其中，所述灯具有一频谱，包括至少一个弧成形声谐振频率以及不需要的声谐振频率；其中，在正常工作期间，所述驱动器（１０）被设计来向所述灯（１）提供调频的灯电流以使得所述灯电流在１０ｋＨｚ到２００ｋＨｚ的范围内具有较宽的功率谱，所述功率谱包括一与所述弧成形声谐振频率一致的使能功率谱，同时仅仅具有与所述不需要的声谐振频率一致的非使能功率谱。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J·S·希尔施，R·范洪肖滕，P·A·M·德布吕克，
申请(专利权)人：J·S·希尔施，R·范洪肖滕，P·A·M·德布吕克，
类型：发明
国别省市：NL