[发明专利]HID照明系统

说明书

技术领域

本发明总体上涉及放电灯，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，本发明涉及包括陶瓷放电管的HID灯，即放电管具有陶瓷壁。

背景技术

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。本发明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。

发明内容

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，10kHz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。

本发明的目的是设计一种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。

本发明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。

本发明的一方面涉及灯类型的选择。根据本发明的低成本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。