高頻燈及其操作方法
【專利說明】高頻燈及其操作方法
[0001]本分案申請是基于申請?zhí)枮?00880117747.8 (PCT/EP2008/066352)，申請日為2008年11月27日，發(fā)明名稱為“高頻燈及其操作方法”的中國專利申請?zhí)岢龅姆职干暾垺?br>技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的高頻燈，在以下有時也被簡稱為HF燈。本發(fā)明還涉及到根據(jù)權(quán)利要求9前序部分的這種高頻燈的操作方法.
【背景技術(shù)】
[0003]這樣的高頻燈廣為人知。
[0004]每一個燈的任務(wù)是發(fā)出盡可能有效的光，因此高頻燈的任務(wù)也是發(fā)出盡可能有效的光。每個燈以或多或少良好的效率轉(zhuǎn)換光能。通常，在轉(zhuǎn)換時存在非常多的損耗熱量。
[0005]燈的其他任務(wù)是很多的。通常，所發(fā)出的光譜對于使用目的是非常具有決定性的。因此，一些應(yīng)用、如汽車前燈和投影器需要具有盡可能點狀的光源的燈。
[0006]對現(xiàn)有技術(shù)的描述應(yīng)當主要限于電燈。其大致可分為發(fā)光二極管和具有玻璃體的燈。在這里，應(yīng)當主要涉及后者。其被劃分為白熾燈和氣體放電燈。
[0007]白熾燈在玻璃體內(nèi)具有燈絲(例如由鎢制成的燈絲)和保護氣體。熔點高于30000C的燈絲通常被加熱到2500°C ο根據(jù)普朗克輻射定律，對于白熾燈，由此還沒有產(chǎn)生對應(yīng)于日光的光譜，而是其發(fā)出明顯的桔紅色。白熾燈以頻率直至kHz范圍中的直流或交流電壓驅(qū)動。其不需要鎮(zhèn)流器。
[0008]與本發(fā)明有關(guān)的氣體放電燈是使用氣體放電的光源，其中該光源利用通過原子或分子的電子躍迀產(chǎn)生的自發(fā)輻射以及通過電子放電所產(chǎn)生的等離子的復(fù)合輻射。包含在石英玻殼(電離室)中的氣體通常是由金屬蒸氣(例如汞)和惰性氣體(例如氬氣)、并且在可能的情況下好包括其他氣體、如還包括鹵素所構(gòu)成的混合物。氣體放電燈被劃分為兩類，低壓放電燈和高壓放電燈。前者使用輝光放電，而后者使用電弧放電。這些燈都需要鎮(zhèn)流器。鎮(zhèn)流器包括借助于kV范圍中的電壓脈沖對氣體進行電離的啟動器。此外，對于持續(xù)運行，在可能的情況下，頻率被轉(zhuǎn)換到kHz的范圍內(nèi)。因此，這些燈不涉及借助于高頻信號在MHz或GHz范圍內(nèi)中運行的燈。
[0009]氣體放電燈的一種特殊形式是硫燈。它由作為電離室的填充以硫和氬的石英玻璃球構(gòu)成。在玻璃球中，通過高頻輻射產(chǎn)生等離子。與傳統(tǒng)的氣體放電燈不同，硫燈由于使用波導(dǎo)管而不需要電極。由于在球的石英玻璃處非常高的溫度，硫燈保持旋轉(zhuǎn)，并由此被冷卻。這由具有渦輪葉片形的扇形化的下部柱實現(xiàn)。下部柱在由在通風(fēng)機在磁控管(具有約1500W的HF電源)中產(chǎn)生的氣流中旋轉(zhuǎn)。在該冷卻發(fā)生故障的情況下，玻璃球會在20秒后被熔化。
[0010]硫燈具有與節(jié)能燈(熒光燈)類似的高的光效率。其具有色溫大約為5700K到6000K的均衡的光譜，并且因此是非常高效的白光源。通過控制磁控管的功率，硫燈能良好地變暗，其中其色譜保持穩(wěn)定。由于高光通量，燈大多不直接設(shè)置在使用位置處。相反，光借助于光導(dǎo)體被饋送到空間中。這使得這種類型的燈易于維護。
[0011]由于相對較高的設(shè)備費用(磁控管的電源，微波、溫度的屏蔽)，這個燈遠遠不能商業(yè)應(yīng)用。自2006年以來，LG電子公司生產(chǎn)了名為“電力照明系統(tǒng)”的硫燈(PLS燈，也作為硫等離子燈提供)。其經(jīng)常被用作電視演播室中的照明或作為用于植物的人工照明。
[0012]Japanese Journal of Applied Physics (日本應(yīng)用物理雜志)2007 年第 46 卷第 6A 中 T.Mizojir1、Y.Morimoto 和 M.Kando 的 “Eimiss1n Properties of CompactAntenna-Excited Super-High Pressure Mercury Microwave Discharge Lamps (小型天線激勵的超高壓水銀微波放電燈的發(fā)射特性)”以及2007年7月15日至20日在捷克共和國布拉格舉行的第 28 屆 IC-PIG 上 M.Kando、T.Fukaya 和 T.Mizojiri 的“Numerical analysisof antenna-excited microwave discharge lamp by finite element method(通過有限元法的對天線激勵的微波放電燈的數(shù)值分析)”中公開了這樣的高頻燈，其以小的高頻功率(30W - 100W)工作，并且代替波導(dǎo)管耦接而是使用經(jīng)由具有內(nèi)導(dǎo)體電極的TEM線(同軸線)實現(xiàn)的耦接。因為這些燈使用氣體放電燈的長導(dǎo)線作為天線，所以這些燈應(yīng)當被認為基本上適合作為HF天線燈。
[0013]但是，這些燈以及還有硫燈不具有阻抗變換器。因此，對于這些燈，對高頻發(fā)生器的頻率穩(wěn)定性的要求很低。
[0014]但是，這些已知的氣體放電燈的缺點在于:用于這些燈的技術(shù)非常復(fù)雜，并因此昂貴。此外，其只能作為具有大約1500W的功率燈提供。此外，所有已知的氣體放電燈都需要單獨的電路用于觸發(fā)等離子。這里需要kV反問中的電壓。對于已經(jīng)已知的沒有觸發(fā)電路的高頻燈，缺陷首先在于，其需要非常大的功率(超過30W微波功率)。此外，氣體放電燈用作為天線。這具有在實踐中嚴重的缺點，高頻輻射以更高的大小發(fā)射。這種燈由于該輻射而不被允許。
[0015]用作為節(jié)能燈的氣體放電燈不能調(diào)暗，這在實際應(yīng)用中是一個非常大的缺點。
[0016]由于以前的高頻燈在高歐姆范圍中沒有抗阻變壓器，所以非常大的電流流過電極。因為這些電極由表面光潔度差的材料、如鎢制成，所以歐姆損失非常大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種高頻燈，其避免上述缺點或者至少減少上述缺點的影響，尤其是提供一種既能用作高壓氣體放電燈、也能用作低壓氣體放電燈、并且特別適于改善效率、發(fā)射譜、成本和壽命的高頻燈的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一任務(wù)是提供一種用于操作這樣的高頻燈的方法。
[0018]該任務(wù)按照本發(fā)明一方面通過具有權(quán)利要求1的特征的高頻燈來實現(xiàn)。為此，對于具有用于生成高頻信號的信號發(fā)生區(qū)以及連接在該信號發(fā)生區(qū)后面的電離室的高頻燈，其中在該高頻燈中，信號發(fā)生區(qū)具有可開關(guān)的高頻振蕩器、并且在其輸出端具有功率放大器用于提高高頻信號的功率，并且在該高頻燈中，為具有至少一個填充以氣體的玻殼的電離室分配至少一個電極，在該功率放大器后面連接有阻抗變換器，該阻抗變換器在其輸出端與該電極或每個電極連接。
[0019]對于方法，該目的根據(jù)本發(fā)明是通過權(quán)利要求9的特點來實現(xiàn)的。其中，為了操作開頭所提到的且在后面進一步描述的類型的高頻燈，由高頻振蕩器生成高頻信號，其中高頻信號的功率被后面連接的功率放大器提高，使得高頻信號被連接在功率放大器后面的阻抗變換器轉(zhuǎn)換到高電壓范圍中，并且轉(zhuǎn)換后的高頻信號被饋送給電極。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點首先在于:在高頻燈的信號發(fā)生區(qū)中能使用能被針對電壓改變、并且能作為低成本模塊而獲得的高頻振蕩器。此外，高頻振蕩器的通常位于mW范圍中的輸出信號可以被不但具有高效率、而且也是低成本的功率放大器提高到一位數(shù)至兩位數(shù)的瓦特范圍中。最后，用于將盡可能高的電壓施加到電離室的阻抗變換器的使用使得即使在高頻功率非常小的情況下也不需要使用觸發(fā)單元。此外，通過大的持續(xù)存在的場強，實現(xiàn)了明顯更高的電離速率，并因此實現(xiàn)了更高的效率。因為高頻功率通過阻抗變換器被持續(xù)地被耦入以尚電壓，所以由導(dǎo)電差的材料制造的電極尖端上的歐姆損耗更小，由此提尚效率。而且，由于在高頻范圍中的操作，大量電路可能性可以作為阻抗變換器使用，使得其也能以低成本的元件、如電容器和線圈實現(xiàn)。
[0021]此外，具有這樣的信號產(chǎn)生區(qū)的高頻燈的結(jié)構(gòu)在以下方面是有利的，即在高頻燈之外不發(fā)生高頻輻射，并且其因此是能允許的。
[0022]對于為電離室分配的電極，可以使用不同材料，并且可以使用多種形狀，由此可以同樣地改善效率和應(yīng)用范圍。
[0023]本發(fā)明的有利實施方式是從屬權(quán)利要求的主題。其中所使用的回引是指用相應(yīng)從屬權(quán)利要求的特征對主權(quán)利要求的擴展；其并不應(yīng)當被理解為放棄對于被回引的從屬權(quán)利要求的特征組合的獨立、具體的保護。此外，在后面的權(quán)利要求中進一步具體化特征的情況下對于權(quán)利要求的解釋應(yīng)當在于，這樣的限制在相應(yīng)的前面的權(quán)利要求中不存在。
[0024]根據(jù)高頻燈的一個優(yōu)選實施方式中，附加地，信號發(fā)生區(qū)具有高頻檢測器、處理單元和連接在功率放大器后面、尤其是設(shè)置在功率放大器和阻抗變換器之間的耦接器，其中在高頻燈工作時在電極上反射的高頻信號經(jīng)由該耦接器能饋送給高頻檢測器，并且由于高頻檢測器的輸出信號能由處理單元生成的控制信號或調(diào)節(jié)信號能被饋送給高頻振蕩器，以基于反射的信號優(yōu)化高頻信號。通過采集反射的高頻信號，其優(yōu)化是可能的，例如在觸發(fā)高頻燈以然后可能減小高頻信號的頻率以后。作為附加或替代，基于反射的高頻信號也可以調(diào)整尚頻振蕩器。
[0025]如果高頻燈被構(gòu)造為使得具有第一和第二信號分配器輸出端的信號分配器連接在高頻振蕩器后面，并且功率放大器連接到第一信號分配器輸出端，其中在第二信號分配器輸出端，相移裝置(在后面也被成為“移相器”并且例如以180°長導(dǎo)線的形式實現(xiàn))、第二功率放大器、第二阻抗變換器和第二電極一個接一個地被連接，則利用高頻振蕩器可以為電離室