[发明专利]放电灯的运行方法

说明书

本发明涉及一种非相干发射辐射光源的运行方法。辐射的产生机理是在放电容器内产生的放电，其中在至少一个电极和放电区之间插入一个电介质层。因此这种放电类型又称为静态或者电介质阻挡放电或屏障放电。非相干发射辐射光源是指紫外(UV-)和红外(IR-)辐射光源以及特别是发射可见光的放电灯。本发明不仅适用于低气压充气也适用高气压充气，还适用于介于高压与低压之间所有气压范围。

这种放电的激发一般借助交流电压来实现，如在专利公开文献DE4022279和DE4203594以及专利文献US5117160中所公开发表的。在这些文献中，选用的激发频率介于工业交流电源频率与几兆赫MHz(DE4022279)之间，或者介于20和100KHz之间(US5117160)。

这种运行方式的缺点是在工业上常用的功率密度下，所希望辐射的效率比较低。典型的UV-效率在面功率密度为1kw/m²时的10％和在面功率密度为10w/m²时的15％之间，见1992年10月7日在Karlsruhe大学光学技术所召开的紫外和红外研究领域第三届会议和1992年在布达佩斯召开的第六届光源科学与技术国际会议上Karlsruhe大学光学技术系(LTI)M.Neiger发表的“电介质屏障放电：一种超常规光源”。

专利文献EP-AO302748描述了一种具有绝缘电极的灯状显示单元，这种灯用电介质阻挡放电方法驱动。为了使放电点火，在灯的电极之间产生一个峰值在300V至6kV数量级的高频电压。为此，灯状显示单元的电极与一个变压器的次级线圈连接。变压器的初级线圈经一个开关晶体管与电源连接。开关晶体管的基极受一个脉冲发生器控制，此发生器提供重复频率介于0.5KHz和20KHz之间的单极性矩形脉冲。对矩形电压的脉宽和间歇时间未详细说明。

本发明的任务是，极大地提高产生所希望辐射的效率。

根据本发明，一种放电灯1的驱动方法，借助电介质阻挡放电，其中一个至少部分透明的由不导电材料制成的放电容器2充入气体填充剂5，其中在气体填充剂5附近至少安装两个电极3、4并且借助引线与电源10-12连接并且其中在至少一个电极4和气体填充剂5之间安置一个介电层，其特征在于，电源在电极3、4之间输入一系列电压脉冲，其中单个脉冲n由电压U_Pn(t)的时间曲线和数量级约为1ns到50μS的宽度T_Pn所标志，并且每个脉冲n与其随后的脉冲n+1由宽度的数量级约为500ns到1ms的静止时间T_on的电压曲线U_on(t)分开，其中在宽度T_Pn时间内电压曲线U_Pn(t)是这样选择的，使在T_Pn期间向气体填充剂5优先输入有效电功率，相反在静止时间T_on期间电压曲线U_on(t)是这样选择的，使气体填充剂5可以恢复到一种状态，这种状态与每次前一个电压脉冲U_Pn内前的状态相似，其中各量U_Pn(t)、T_Pn、U_on(t)、T_on相互之间是如此调整的，使电极3、4之间形成比较低电流密度的放电结构。

本发明的基本思想以重复脉冲驱动的电介质阻挡放电为基础，即连续不断地电能输入即使在高功率密度的单次放电的情况下，以确定的时间间隔T_on-以下称为“静止时间”-所中断。下述要求决定了各时间间隔持续的时间，即一旦电能进一步输入导致能量向所希望辐射的转换效率变低时，能量的输入或者更确切地讲，有效功率的输入就基本结束，或者一旦所充气体又松驰到能重新激发所希望辐射的高效发射时“静止时间”就结束，使平均辐射效率达到最佳。以这种方式，可使电能转换成UV-辐射的效率达到例如65％或更高，这与常规运行的电介质阻挡放电相比提高了数倍。

通常情况下，在此所涉及的是一个相同的或者仅只交替改变极性的电压脉冲序列，其中对电压脉冲的总数n原则上没有限制。然而某些特殊情况也可以使用一个按一定规律变化的脉冲序列。最后，脉冲序列也可以毫无规律(例如用于效果照明，其中把若干个脉冲组合成一组，形成人们看上去可以辨认的灯光效果)。

在脉宽T_Pn期间，电极间加有电压脉冲U_Pn(t)并且输入有效功率。原则上其时间曲线不是固定的，它可以选择不同的形状，例如