[发明专利]具有阻抗匹配和滤波网络的无电极放电灯

说明书

本发明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。

本发明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。

本发明的目的在于提供一种能确保所有上述条件的无电极放电灯。

根据本发明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。