專利名稱：光源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用高壓水銀燈的光源裝置，例如作為投影機(jī)光源使用的高壓水銀燈。
但是近年來，為了增加光學(xué)裝置的亮度，人們希望在放電燈管中封入較以往高的水銀量。
在這種放電燈管中，啟動時必須采用啟動器以使高壓產(chǎn)生，從而破壞電空間的絕緣而開始放電。
傳統(tǒng)的放電燈管光源裝置的結(jié)構(gòu)如

圖19所示。光學(xué)裝置用光源裝置中，通常采用在兩個電極(E1、E2)間加高壓的啟動器(Ui)。采用這種方式時，由于啟動器高壓變壓器(Ti)的二次側(cè)線圈(Si)和放電燈管(Li)串聯(lián)連接，放電開始后啟動器(Ui)的功能已不再需要，盡管如此，供給放電燈管(Li)的放電電流仍須流過高壓變壓器的圈數(shù)較多的二次側(cè)線圈(Si)。為了抑制此時二次側(cè)線圈(Si)的發(fā)熱損耗，需要增大線圈的線徑，因此存在難以避免的啟動器(Ui)體積與重量增大的問題。
作為此問題的解決方案，可以采用多用于閃光燈觸發(fā)器的外部觸發(fā)器的方式。采用該方式使主放電開始，也就是在用于啟動后弧光放電的第一與第二兩個電極以外設(shè)輔助電極，在該電極和所述的第一與或第二電極之間加高壓，通過介質(zhì)隔離放電(dielectricbarrier discharge)在放電空間發(fā)生等離子體，以此等離子體為起因，通過第一與第二電極之間預(yù)加的電壓(空載開路電壓)使主放電開始。
通過設(shè)置這種結(jié)構(gòu)開始放電后，由于在啟動器的高壓變壓器的一次與二次側(cè)線圈中沒有放電電流，因此啟動器的高壓變壓器的一次與二次側(cè)線圈中不發(fā)生發(fā)熱損失，從而可以避免啟動器的體積與重量的增加。
可是，卻存在這樣的問題。在大量水銀封入的放電燈管內(nèi)，當(dāng)放電燈管處于冷態(tài)時，由于水銀凝結(jié)而使放電空間的壓力降低而較容易被啟動，但在關(guān)燈后的短時間內(nèi)放電燈管處于熱態(tài)時，會因水銀氣化而使放電空間的壓力升高而難以重新啟動(熱再啟動)。
因熱啟動條件上的限制而難以重新啟動的問題，對于投影機(jī)等光學(xué)裝置而言，是影響該裝置使用者任意使用的重大性能問題。而且，如上所述隨著近年來封入水銀量的增大，上述難以重新啟動的問題對外部觸發(fā)器方式而言，顯得日益嚴(yán)重。
另一方面，傳統(tǒng)上放電燈管(Li)和供電裝置(Ni)由饋線(K1、K2)連接，使放電燈管(Li)啟動的啟動器(Ui)設(shè)置在供電電路側(cè)，且必須使啟動器(Ui)產(chǎn)生高壓。在用產(chǎn)生脈沖高壓的裝置作為啟動器(Ui)的場合，饋線(K1、K2)在短時間內(nèi)被充電至高壓，因此存在強(qiáng)烈噪聲輻射的問題。
并且，由于饋線(K1、K2)和周圍導(dǎo)體之間形成的靜電電容和饋線(K1、K2)的電感，脈沖高壓發(fā)生鈍化(なまり)，削減了電極(E1、E2)之間電壓升高的高度，因此，為了獲得放電燈管啟動所需的電壓，必須從啟動器(Ui)向饋線(K1、K2)放出大量的能量，加之由于所述脈沖高壓的鈍化，脈沖寬度加大，致使啟動器的高壓變壓器(Ti)和饋線(K1、K2)的絕緣覆蓋層等不希望出現(xiàn)的部位發(fā)生絕緣破壞的可能性增大，因此存在使可靠性下降的危險性。
另一方面，在采用使電壓較平緩上升而獲得高壓的啟動器(即所謂DC啟動器)的場合，電壓越高、電壓施加時間越長，絕緣受破壞的現(xiàn)象就越容易發(fā)生，因此存在可能進(jìn)一步增大在不希望出現(xiàn)的部位發(fā)生絕緣破壞的問題。
以往的采用外部觸發(fā)器方式啟動高壓放電燈管的發(fā)明和方案的例子中，有實公昭37-8045。該方案對一種控制結(jié)構(gòu)作了說明，該結(jié)構(gòu)中設(shè)有用高壓水銀燈的放電燈管電流產(chǎn)生磁力的線圈，用該磁力控制在輔助電極中產(chǎn)生高壓的啟動電路的動作。
并且，在特開平5-54983的發(fā)明中敘述了這樣的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中以數(shù)毫米的間隔較接近地在高壓水銀燈等的放電燈管中設(shè)置輔助電極(外部電極)。但是，在以往的發(fā)明和方案中，完全沒有考慮如何避免在所述熱再啟動中在不希望出現(xiàn)的部位發(fā)生絕緣破壞的問題。
用以解決課題的手段為使上述課題得以解決，本發(fā)明權(quán)利要求1所述發(fā)明的光源裝置由以下部分連接而成在放電空間(12)內(nèi)相對設(shè)置一對主放電用的電極(E1、E2)的同時、使所述主放電用的電極以外的輔助電極(Et)不跟用于主放電的放電空間(12)連接的方式設(shè)置的放電燈管(Ld)；給所述主放電用的電極(E1、E2)供給放電電流的供電電路(Bx)；以及用以在所述兩個主放電用電極(E1、E2)中的任一個和所述輔助電極(Et)之間發(fā)生高壓的啟動器(Ue)；其特征在于在所述啟動器(Ue)高壓發(fā)生期間的至少一部分時間重復(fù)地給所述一對主放電用電極(E1、E2)加高壓。
本發(fā)明權(quán)利要求2所述發(fā)明的特征在于在權(quán)利要求1所述的發(fā)明中，在所述啟動器(Ue)高壓發(fā)生期間的至少一部分時間重復(fù)地給所述一對主放電用電極(E1、E2)施加的所述高壓的電壓值，不低于所述放電燈管(Ld)的輝光放電電壓的2.5倍。
本發(fā)明權(quán)利要求3所述發(fā)明的特征在于在權(quán)利要求1所述的發(fā)明中，所述放電燈管(Ld)每1立方毫米放電空間(12)容積中含0.15mg水銀，在所述啟動器(Ue)高壓發(fā)生期間的至少一部分時間重復(fù)地給所述一對主放電用電極(E1、E2)施加的所述高壓的電壓值不低于500V。
本發(fā)明權(quán)利要求4所述發(fā)明的特征在于在權(quán)利要求1至3所述的發(fā)明中，在所述啟動器(Ue)高壓發(fā)生期間的至少一部分時間重復(fù)地給所述一對主放電用電極(E1、E2)施加的所述高壓為脈沖狀電壓。
本發(fā)明權(quán)利要求5所述發(fā)明的特征在于在權(quán)利要求1至4所述的發(fā)明中，在因所述啟動器(Ue)的高壓而使所述放電空間(12)內(nèi)發(fā)生放電時，通過讓所述一對主放電用電極(E1、E2)中不跟所述啟動器(Ue)連接一側(cè)的電極帶電，產(chǎn)生加于所述一對主放電用的電極(E1、E2)的所述高壓。
本發(fā)明權(quán)利要求6所述發(fā)明的特征在于在權(quán)利要求1至5所述的發(fā)明中，啟動電路的至少包含高壓變壓器(Te)的高壓發(fā)生部分(Ub)和供電電路(By)分開。
作用在采用外部觸發(fā)器的場合，為了啟動所述原來的主放電，只使加于所述第一電極(E1)或第二電極(E2)和輔助電極(Et)之間的高壓和空載開路電壓之一升高，不能提高啟動性能。也就是說，按照滅燈后經(jīng)過的時間，即要啟動時刻的溫度等放電燈管的條件，需要施加適當(dāng)平衡的所述高壓和空載開路電壓，并且即使在保持適當(dāng)平衡的場合，在滅燈后的經(jīng)過時間之后，應(yīng)施加的所述高壓和空載開路電壓之一或二者將變得非常高，在想要實現(xiàn)點燈時存在如上所述的在不希望出現(xiàn)的部位發(fā)生絕緣破壞的危險性。
因此，在基于作為目的要求光學(xué)裝置結(jié)構(gòu)緊湊且成本低廉的觀點而要求光源裝置具備的可能絕緣能力限度內(nèi)，存在一個可再啟動的滅燈后最短經(jīng)過時間。
依據(jù)上述各項，首先參照圖1、圖2就發(fā)明人所作的關(guān)于權(quán)利要求1所述發(fā)明的實驗進(jìn)行說明。
圖1給出的數(shù)據(jù)是對于每1立方毫米放電空間含0.15mg水銀、所述主放電用的兩個電極即第一與第二電極之間的電極間距為1.2mm的放電燈管的實驗結(jié)果。
如圖2所示，實驗在將DC電源(Mx)、供電電路(Bx)和啟動器(Ue)跟放電燈管(Ld)連接后進(jìn)行。但是，為了給啟動器的高壓變壓器的一次側(cè)線圈(Pe)和加于主放電用的電極(E1、E2)的空載開路電壓提供單獨的電壓，連接了可變電壓源(Vp)與可變電壓源(Va)，在將空載開路電壓加于放電燈管(Ld)的狀態(tài)下，在第一電極(E1)和輔助電極(Et)之間施加所述啟動器(Ue)產(chǎn)生的高壓脈沖。
空載開路電壓，以通過高阻值電阻(Ra)的電容器(Ca)的充電電壓的方式加于放電燈管(Ld)；這樣設(shè)置的理由是，放電燈管(Ld)啟動時，由電容器(Ca)快速供給電流，放電燈管啟動后由于電阻(Ra)的高阻值，不會由于可變電壓源(Va)的存在給供電電路(Bx)的工作帶來影響。
再有，調(diào)整可變電壓源(Vp)，所述啟動器(Ue)高壓脈沖的峰值電壓(Vtrg)被設(shè)于4.4kV與8.3kV、12.1kV、16.1kV，該值的測定這樣進(jìn)行，在事先將所述啟動器的高壓變壓器二次側(cè)線圈(Se)與放電燈管的輔助電極(Et)斷開的狀態(tài)下，用示波器測定所述啟動器(Ue)的高壓變壓器二次側(cè)線圈(Se)的發(fā)生電壓。
使所述啟動器(Ue)動作時，事先讓放電燈管(Ld)點燈4分鐘，以該燈的滅燈時間為基準(zhǔn)，每過適當(dāng)?shù)臅r間間隔使之動作，測定到放電燈管(Ld)成功啟動為止的時間即再啟動未成時間(Trst)(圖1中的豎軸)。
并且，將空載開路電壓(Vopn)這樣測定，以280V與350V、500V、750V、1000V、1300V、1600V、1900V為大體目標(biāo)調(diào)整可變電壓源(Va)，用示波器測定放電燈管(Ld)實際成功啟動時加于主放電用電極(E1、E2)上的電壓(圖1中的橫軸)。
圖1所直接揭示的內(nèi)容是，啟動器(Ue)的高壓脈沖的峰值電壓(Vtrg)越高，并且空載開路電壓(Vopn)越高，則再啟動未成時間(Trst)就越短。
因此，不難理解，如“用以解決課題的手段”部分中所述，通過在所述啟動器(Ue)的高壓發(fā)生期間重復(fù)地施加高壓，作為加于所述一對主放電用電極(E1、E2)的空載開路電壓，可以縮短再啟動未成時間，從而解決涉及熱再啟動條件下再啟動困難的問題。
以下對權(quán)利要求2與3所述的發(fā)明進(jìn)行說明。
空載開路電壓越高則再啟動未成時間就越短，可從物理上解釋如下將如上所述的啟動器(Ue)的高壓加于輔助電極(Et)，通過介質(zhì)隔離放電在放電空間產(chǎn)生等離子體，以該等離子體為起因，通過所施加的空載開路電壓，在主放電用電極(E1、E2)之間，使應(yīng)最初產(chǎn)生的放電即輝光放電發(fā)生；但輝光放電是一種和放電空間中的氣體原子密度有關(guān)的概率現(xiàn)象，為產(chǎn)生輝光放電，放電燈管的溫度越高空載開路電壓就需要越高。因此，在空載開路電壓的上升的同時，輝光放電的發(fā)生概率也隨著上升，從而使再啟動未成時間縮短。
另外，詳閱圖1后不難發(fā)現(xiàn)，到了約500V的區(qū)域，再啟動未成時間不再取決于啟動器(Ue)的高壓脈沖的峰值電壓(Vtrg)，而是隨空載開路電壓的升高而急遽降低，并且還減小了再啟動未成時間的波動。可是，當(dāng)空載開路電壓升至該值以上后，再啟動未成時間雖然依然在降低，但降低的速度變緩。而且，在約1600V以上的區(qū)域，即使將空載開路電壓升至該值以上，再啟動未成時間也不會降低太多。
因此，使用該放電燈管的場合，作為實際光源裝置中適當(dāng)?shù)目蛰d開路電壓，至少不應(yīng)低于500V，最好能不低于600V的電壓。并且，為了不增加上述的在不希望的部位出現(xiàn)絕緣破壞的危險性，將該電壓抑制在1600V的范圍內(nèi)較為有利。
據(jù)認(rèn)為，盡管由于加上啟動器(Ue)的高壓而使輝光放電成功產(chǎn)生，而要使之向弧光放電轉(zhuǎn)移，還需在放電等離子體中注入使電極達(dá)到持續(xù)熱電子發(fā)射狀態(tài)的足夠能量，因此雖然在空載開路電壓上升的同時，放電燈管的放電啟動的成功率上升，但其能量跟上述輝光放電時的不同，由于對放電空間中存在的氣體原子密度依存性的改變，放電啟動成功率的上升傾向受制于所述500V電壓處出現(xiàn)的飽和。
這可以解釋為何在圖1的標(biāo)繪數(shù)據(jù)點群所示的曲線中，為使上述輝光放電發(fā)生再啟動未成時間隨空載開路電壓上升而縮短的成分，以及為了向弧光放電轉(zhuǎn)移再啟動未成時間隨著在所述500V電壓處飽和的空載開路電壓上升而縮短的成分，均以疊合方式形成。
就為了向上述的弧光放電轉(zhuǎn)移再啟動未成時間隨空載開路電壓上升而縮短的成分而論，由于使輝光放電成功發(fā)生后向弧光放電轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步涉及能夠注入多少電力的問題，因此該現(xiàn)象跟放電燈管的輝光放電電壓相關(guān)。
圖1所示的實驗中使用的放電燈管的典型的輝光放電電壓為180～220V，如果近似地看作200V，則和上述的再啟動未成時間的急遽降低傾向變緩時的電壓500V聯(lián)系起來看，施加的空載開路電壓，至少不低于放電燈管的典型輝光放電電壓的2.5倍，最好不低于3倍。
并且，如果聯(lián)系上述的幾乎不能使再啟動未成時間再降低的電壓1600V來看，換言之，為了不增加在不希望出現(xiàn)的部位發(fā)生絕緣破壞危險性，將該電壓控制在不大于放電燈管典型的輝光放電電壓的8倍較為有利。
按照這一方針，在設(shè)計用于某試驗用放電燈管的、本發(fā)明的光源裝置的供電裝置時，有必要通過實驗求得試驗用放電燈管的上述典型的輝光放電電壓(Vg)。試驗時先準(zhǔn)備試驗用DC電壓源和限流電阻，該試驗用DC電壓源具有為該試驗用放電燈管正常點燈時弧光放電電壓即額定電壓5倍左右的電壓(Vs)，該限流電阻的阻值大致等于下述的計算值，即先用所述額定電壓去除該試驗用放電燈管的正常點燈額定功率計算得到額定電流，再用跟以所述額定電流去除所述試驗用DC電壓源的電壓(Vs)所得的值。將所述試驗用放電燈管和所述限流電阻串聯(lián)，然后接上所述試驗用DC電壓源，使啟動器(Ue)動作后啟動時，可以通過示波器測定求出所述試驗用放電燈管的主放電用電極的電極間電壓即燈管電壓(VL)。
圖18示出了啟動時燈管電壓(VL)波形的模式圖。如該圖所示，在時刻ti使啟動器動作，啟動器動作開始前，燈管電壓(VL)為所示的試驗用DC電壓源的電壓(Vs)，但是在啟動器動作后燈管電壓急遽下降，在一個短時間區(qū)(Ag)顯示平坦的電壓后，燈管電壓又急遽下降至弧光放電區(qū)(Aa)。
在所述時間區(qū)(Ag)中發(fā)生輝光放電，通過測定此時的電壓，可以求得試驗用放電燈管的所述典型輝光放電電壓(Vg)。輝光放電的時間區(qū)(Ag)的長度因燈的結(jié)構(gòu)與電極材料、封入物的成分不同而異，通常在數(shù)微秒至毫秒的范圍內(nèi)。
但是，根據(jù)放電燈管的狀態(tài)，例如，滅燈前的點燈時間和滅燈后的經(jīng)過時間，以及電極上水銀的附著狀態(tài)等，實際啟動時的燈管電壓(VL)的觀測波形會有變化，特別是陰極有水銀附著的場合，也會有因水銀的存在而先發(fā)生弧光放電，而不能明顯觀察到輝光放電的情況。
為此，也可以通過暫且將試驗用放電燈管點燈5分鐘左右讓水銀完全蒸發(fā)后滅燈以及將陰極保持在上側(cè)等方式，使陰極在完全沒有水銀附著的狀態(tài)下(例如)經(jīng)20分鐘左右的自然空氣冷卻，然后再進(jìn)行所述的觀測。
再有，即使試驗用放電燈管為交流用燈時，由于至多只在從啟動開始到轉(zhuǎn)入弧光放電后的短時間內(nèi)進(jìn)行觀測，所以仍可采用此處所述的輝光放電電壓的測定方法。
如上所述，通過依據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求1或2、3的發(fā)明構(gòu)成光源裝置，不僅改善了所述熱再啟動條件下的再啟動性，而且由于通過外部觸發(fā)器方式，放電燈管(Ld)放電開始后，放電電流不流過啟動器(Ue)的高壓變壓器(Te)的一次側(cè)線圈(Pe)和二次側(cè)線圈(Se)，因此啟動器(Ue)的高壓變壓器(Te)的一次側(cè)線圈(Pe)和二次側(cè)線圈(Se)中不產(chǎn)生發(fā)熱損失，從而可以實現(xiàn)避免啟動器(Ue)體積與重量增大的光源裝置。
接著，就權(quán)利要求4所述的發(fā)明進(jìn)行說明。如上所述，為了縮短再啟動未成時間，在將所述啟動器(Ue)的高壓加于輔助電極(Et)的同時，在所述一對主放電用電極(E1、E2)施加高壓的空載開路電壓，這樣雖然有效，但是該高壓空載開路電壓未必一定為DC電壓和交流點燈供電裝置中的長時間的高壓交流電壓。
加于主放電用電極(E1、E2)的高壓空載開路電壓中，所述啟動器(Ue)的高壓發(fā)生前的時間區(qū)內(nèi)的部分，對于縮短再啟動未成時間并無意義，相反地，由于空載開路電壓為高壓，所以存在增加在不希望的部位出現(xiàn)絕緣破壞的危險性。并且由此，不僅從所述啟動器(Ue)到輔助電極(Et)的高壓電氣通路，而且從供電裝置到主放電用電極(E1、E2)的電氣通路，均需提高對于安全必要的絕緣能力。
此時，依據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)明，由于將加于主放電用電極(E1、E2)的空載開路電壓設(shè)為以脈沖方式加高的電壓，使得從供電裝置到主放電用電極(E1、E2)的電氣通路中加高壓的時間變短，從而可以降低在不希望的部位發(fā)生絕緣破壞的危險性。
再有，此時所述啟動器(Ue)的高壓為DC電壓時，可以在啟動器(Ue)的動作開始后以脈沖方式提高空載開路電壓。并且，所述啟動器(Ue)的高壓為脈沖時，有必要使啟動器的動作和脈沖地提高空載開路電壓的動作同步，使所述啟動器(Ue)的高壓期間和進(jìn)行以脈沖方式提高空載開路電壓的期間重合。
這樣，通過按照本發(fā)明權(quán)利要求4所述發(fā)明來構(gòu)成光源裝置，不僅可以改善所述熱再啟動條件下的再啟動性，而且可以使所實現(xiàn)的光源裝置避免啟動器(Ue)的體積和重量的增加，并降低在不希望的部位出現(xiàn)絕緣破壞的危險性。
接著，就權(quán)利要求5所述的發(fā)明進(jìn)行說明。如圖3所示，從啟動器(Ue)的高壓變壓器(Te)的二次側(cè)線圈(Se)的一端給放電燈管(Ld)的輔助電極(Et)加高壓時，當(dāng)然會在放電容器(11)的內(nèi)面和跟所述高壓變壓器(Te)的二次側(cè)線圈(Se)另一端連接的主放電用電極(E1)之間，形成放電氣通路(Dp1)而進(jìn)行介質(zhì)隔離放電。
但是，即使在和不跟所述高壓變壓器(Te)的二次側(cè)線圈(Se)的另一端連接的主放電用電極(E2)之間，也形成放電氣通路(Dp2)而進(jìn)行介質(zhì)隔離放電。這是因為，所述主放電用的兩個電極(E1、E2)處經(jīng)由供電電路(Bx)等只加有至多約數(shù)百V至2kV的電位差，而由于輔助電極(Et)處加有例如約數(shù)kV至數(shù)十kV的電壓，所述主放電用的兩個電極(E1、E2)和放電容器(11)的內(nèi)面之間的電位差非常大。
因此，不跟所述高壓變壓器(Te)的二次側(cè)線圈(Se)的另一端連接一側(cè)的主放電用電極(E2)處，經(jīng)介質(zhì)隔離放電而得到電荷，可以將這些電荷保持住而使該電極帶高壓，此時通過這種高壓帶電，可以給所述主放電用的兩個電極(E1、E2)加上高壓的空載開路電壓。
為將通過介質(zhì)隔離放電獲得的電荷保持住，其最簡單的方法是采用圖3所示的供電裝置結(jié)構(gòu)，即在供電電路(Bx)和不跟所述高壓變壓器(Te)的二次側(cè)線圈(Se)的另一端連接一側(cè)的主放電用電極(E2)之間接入二極管(Dz)。
從所述高壓變壓器(Te)的二次側(cè)線圈(Se)有高壓脈沖發(fā)生，但是在變壓器的二次側(cè)線圈上基本上只能發(fā)生交流電壓；并且，由于存在由二次側(cè)線圈(Se)的電感和與之連接的所述輔助電極(Et)的靜電電容及漂移靜電電容構(gòu)成的LC共振電路，在所述輔助電極(Et)上出現(xiàn)衰減振蕩的交流高壓。
所述衰減振蕩的交流高壓波形的正、負(fù)電壓絕對值大的相位處，每半周期發(fā)生所述介質(zhì)隔離放電。所述輔助電極(Et)在負(fù)相位放電的場合，使不跟所述高壓變壓器(Te)的二次側(cè)線圈(Se)的另一端連接一側(cè)的主放電用電極(E2)帶負(fù)電，但是該場合，由于所述二極管(Dz)上有正向電流，所帶電荷被中和。
但是，所述輔助電極(Et)在正相位放電的場合，使不跟所述高壓變壓器(Te)的二次側(cè)線圈(Se)的另一端連接的一側(cè)的主放電用電極(E2)帶正電，但此時因跟所述二極管(Dz)成反向連接而無電流通過，因此實際可帶上正電；此時發(fā)生的高壓，在所述主放電用的兩個電極(E1、E2)處形成空載開路電壓；然后以帶電后仍持續(xù)的跟所述高壓變壓器(Te)的二次側(cè)線圈(Se)的另一端連接一側(cè)的主放電用電極(E1)和放電容器(11)的內(nèi)面之間的介質(zhì)隔離放電為起因，在所述兩個電極(E1、E2)之間引起主放電。
依據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)明，作為用以給所述主放電用的兩個電極(E1、E2)處提供高壓的空載開路電壓的裝置，盡燈管其結(jié)構(gòu)非常簡單，卻改善了所述熱再啟動條件下的再啟動性，而且可實現(xiàn)不增大體積和重量的光源裝置。
再有，圖3所示為最簡單的情況，實際應(yīng)用中，為防止不跟所述高壓變壓器(Te)的二次側(cè)線圈(Se)的另一端連接一側(cè)的主放電電極(E2)的帶電電壓過高時所述二極管(Dz)受損，最好接入保護(hù)元件，例如在所述主放電用的兩個電極(E1、E2)之間或所述二極管(Dz)的兩端并聯(lián)在所加電壓超過規(guī)定值時電阻值會下降的可變電阻等。
以下，對權(quán)利要求6所述的發(fā)明進(jìn)行說明。通過在啟動器電路中將至少含高壓變壓器(Te)的高壓發(fā)生部分(Ub)跟供電電路部分(By)分離，可以縮短用以連接高壓變壓器(Te)的二次側(cè)電路和所述輔助電極(Et)的電流通路的長度。這樣，可以減小用以連接高壓變壓器(Te)的二次側(cè)電路部分和所述輔助電極(Et)的電流通路部分和周圍導(dǎo)體之間形成的靜電電容，并減小所述電流通路的電感。因此，在啟動器作為使脈沖高壓產(chǎn)生的器件時，由于所述電流通路的靜電電容和電感的存在而導(dǎo)致的脈沖高壓的鈍化，使電極間電壓升高被削減的負(fù)面影響得到了抑制，解決了必須發(fā)出大于所需之能量的問題；并且，通過所述脈沖高壓的鈍化，加大了脈沖寬度，由此可抑制在不希望出現(xiàn)的部分發(fā)生絕緣破壞的可能性。由于可將連接高壓變壓器(Te)的二次側(cè)電路部分和所述輔助電極(Et)的電流通路的長度縮短，并可減小環(huán)路面積，從而可抑制噪聲輻射。另外，由于所述啟動器和所述輔助電極(Et)之間連接線的長度縮短，即使在所述啟動器以較平緩上升方式形成高壓的場合，也可以抑制在不希望出現(xiàn)的部位發(fā)生絕緣破壞的可能性。
還有，使高壓得以發(fā)生的所述啟動器的高壓變壓器(Te)，隨使用次數(shù)的增加其絕緣性能將不可避免地變差。另一方面，放電燈管(Ld)有一定的使用壽命，必須在限定的使用時間內(nèi)加以更換。由于所述放電燈管(Ld)至少和所述啟動器的高壓變壓器(Te)形成為一體，所以當(dāng)由于放電燈管壽命而更換放電燈管時，得將所述啟動器的高壓變壓器(Te)也一起更換，由此，起因于所述啟動器高壓變壓器(Te)的絕緣性能惡化的絕緣破壞的危險得以防患于未然。
另外，使所述啟動器和所述輔助電極(Et)之間接線的長度更短是有利的，這可以抑制在不希望出現(xiàn)的部位方式絕緣破壞的可能性；即使在所述啟動器作為脈沖高壓發(fā)生器件的場合，在抑制所述噪聲輻射的問題方面也是有利的。這時，將凹面鏡等使放電燈管(Ld)所發(fā)射的光指向特定方向的光學(xué)裝置加以一體化，可使放電燈管的更換操作簡易化。
如此，按照本發(fā)明權(quán)利要求6所述的發(fā)明來構(gòu)成光源裝置，即使在所述熱再啟動條件下也能改善再啟動性，而且可以避免啟動器(Ue)體積和重量的增大，實現(xiàn)噪聲輻射降低的光源裝置。
圖2用于圖1的測定的實驗電路結(jié)構(gòu)。
圖3關(guān)于放電容器和兩個電極之間產(chǎn)生的介質(zhì)隔離放電的說明圖。
圖4采用反相斬波器的權(quán)利要求1或2、3所述發(fā)明的光學(xué)裝置的實施例示圖。
圖5采用降壓斬波器的權(quán)利要求1或2、3所述發(fā)明的實施例示圖。
圖6采用降壓斬波器和升壓斬波器的的權(quán)利要求1或2、3所述發(fā)明的光學(xué)裝置的實施例示圖。
圖7權(quán)利要求4所述發(fā)明的光源裝置的實施例示圖。
圖8圖7所示的脈沖發(fā)生電路之控制電路的各部分波形的示圖。
圖9圖7、圖8所示的本發(fā)明光源裝置的實施例示圖。
圖10權(quán)利要求4所述發(fā)明的光源裝置的實施例示圖。
圖11權(quán)利要求6所述發(fā)明的光源裝置的實施例示圖。
圖12權(quán)利要求6所述發(fā)明的光源裝置之燈具裝置的實施例示圖。
圖13權(quán)利要求5和6所述發(fā)明的光源裝置的實施例示圖。
圖14交流點燈方式的權(quán)利要求1或2、3所述發(fā)明的光學(xué)裝置的實施例示圖。
圖15可用于本發(fā)明的DC啟動器之一例。
圖16可用于本發(fā)明的二段升壓啟動器之一例。
圖17本發(fā)明放電燈管的實施例示圖，(a)為外觀圖，(b)為局部截面圖。
圖18放電燈管啟動時的燈管電壓波形模式圖。
圖19傳統(tǒng)光源裝置的結(jié)構(gòu)圖。
符號說明11 放電容器12 放電空間13 密封部13A 密封部13B 密封部14 陰極17 放電空間外圍部21A 外部引線桿21B 外部引線桿Aa 弧光放電區(qū)Ag 時間區(qū)Ak 放電間隙Br 供電電路
Bx 供電電路By 供電電路部分CEt 線圈Ca 電容器Ce 電容器Cf1 電容器Cf2 電容器Ci 電容器Cj 電容器Ck 電容器Cm1 電容器Cm2 電容器Cn 連接器Co 電容器Cr 平滑電容器Cu 平滑電容器Cv 電容器Cx 平滑電容器Df 二極管Dj 二極管Dp1 放電氣通路Dp2 放電氣通路Dr 二極管Du 二極管Dz 二極管E1 電極E1’ 電極E2 電極
E2’ 電極Et 輔助電極Et1 導(dǎo)線Et2 導(dǎo)線Et3 導(dǎo)線F1 輸入端F2 接地端F2’ 接地端F2” 接地端F3 輸出端F3’ 輸出端Fm1 單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器Fm2 單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器Fz 連接點G1 門驅(qū)動電路G2 門驅(qū)動電路G3 門驅(qū)動電路G4 門驅(qū)動電路Ge 門驅(qū)動電路Gi 門驅(qū)動電路Go 門驅(qū)動電路Gr 門驅(qū)動電路Gu 門驅(qū)動電路Gx 門驅(qū)動電路Hc 全橋式逆變器控制電路K1 饋線K2 饋線Kg 電氣通路
Kp 電氣通路Kp’ 電氣通路Kv 電氣通路Ld 放電燈管Ld’ 放電燈管Li 放電燈管Lr 扼流圈Lu 扼流圈Lv 線圈Lx 扼流圈Ly 燈具裝置Mx DC電源Ni 供電裝置Pe 一次側(cè)線圈Pf 一次側(cè)線圈Pi 一次側(cè)線圈Pj 一次側(cè)線圈Pk 一次側(cè)線圈Po 一次側(cè)線圈Pz 可變電阻Q1 開關(guān)元件Q2 開關(guān)元件Q3 開關(guān)元件Q4 開關(guān)元件Qe 開關(guān)元件Qf 開關(guān)元件Qi 開關(guān)元件Qj 開關(guān)元件
Qm1 晶體燈管Qm2 晶體燈管Qo 開關(guān)元件Qr 開關(guān)元件Qu 開關(guān)元件Qx 開關(guān)元件Ra 電阻Re 電阻Rf 電阻Ri 電阻Rj 電阻Rm1 電阻Rm2 電阻Rm3 電阻Rm4 電阻Ro 電阻Se 二次側(cè)線圈Sf 二次側(cè)線圈Sg1 信號Sg2 信號Si 二次側(cè)線圈Sj 二次側(cè)線圈Sk 二次側(cè)線圈Sm0 起始信號Sm1 脈沖信號Sm2 脈沖信號So 二次側(cè)線圈T1 輸出端
T1’ 輸出端T2 接地端T2’ 輸出端Te 高壓變壓器Tf 高壓變壓器Ti 高壓變壓器Tj 變壓器Tk 高壓變壓器To 變壓器Trst 再啟動未成時間Ua 啟動器變壓器驅(qū)動電路部分Ub 高壓發(fā)生部分Ue 啟動器Ue’ 啟動器Uf 啟動器Ui 啟動器Uk 啟動器VL 燈管電壓Va 可變電壓源Vg 輝光放電電壓Vopn 空載開路電壓Vp 可變電壓源Vs 電壓Vtrg 峰值電壓W1 導(dǎo)線We 導(dǎo)線Y1 反射鏡Y2 光輸出窗
τ1 時間寬度但是，供電電路(Br)的輸出，如以輸出端(T1’)為基準(zhǔn)，則輸出端(T2’)為負(fù)壓，其特征在于通過適當(dāng)調(diào)整開關(guān)元件(Qr)的占空因數(shù)，該電壓的絕對值，可以低于也可以高于作為供電電路(Br)輸入的DC電源(Mx)的電壓。
換言之，為了使放電燈管(Ld)的主放電用電極(E1、E2)之間流過的放電電流或主放電用電極(E1、E2)之間的電壓，或者該電流和電壓的乘積即燈管功率，成為對應(yīng)該時刻放電燈管(Ld)的狀態(tài)的適當(dāng)值，將門驅(qū)動電路(Gr)的具有適當(dāng)占空因數(shù)的門信號加到開關(guān)元件(Qr)上，此時，就不會出現(xiàn)如降壓斬波器那樣的輸出電壓被限制在輸入DC電源電壓以下的情況。
通常，為了適當(dāng)控制上述燈管電流或電壓、功率，設(shè)有檢測平滑電容器(Cr)的電壓和平滑電容器(Cr)供給放電燈管(Ld)的電流的分壓電阻和分流電阻，并設(shè)有能使門驅(qū)動電路(Gr)產(chǎn)生適當(dāng)門信號的控制電路，但這些圖中均未示出。
使放電燈管(Ld)點燈時，在啟動之前，將由供電電路(Br)發(fā)生的所述空載開路電壓加到放電燈管(Ld)的主放電用電極(E1、E2)之間。關(guān)于所述空載開路電壓，如上所述，以不低于輝光放電電壓2.5倍、最好不低于3倍的電壓；或者說，在所述放電燈管(Ld)每1立方毫米放電空間(12)水銀含量不少于0.15mg的場合，將該電壓設(shè)于至少不低于500V、最好不低于600V的電壓處，具有可以縮短熱再啟動的條件下再啟動未成時間的優(yōu)點。
由于啟動器(Ue)高壓側(cè)的輸入端(F1)和低壓側(cè)的輸入端(F2)跟放電燈管(Ld)并聯(lián)，因此供給啟動器(Ue)的電壓跟加于放電燈管(Ld)的電壓相同。在該電壓下，啟動器(Ue)中的電容器(Ce)經(jīng)由電阻(Re)被充電。
以適當(dāng)?shù)亩〞r通過門驅(qū)動電路(Ge)使SCR半導(dǎo)體開關(guān)元件等開關(guān)元件(Qe)導(dǎo)通，這樣在高壓變壓器(Te)的一次側(cè)線圈(Pe)處施加了電容器(Ce)的充電電壓，因此在高壓變壓器(Te)的二次側(cè)線圈(Se)處產(chǎn)生了由高壓變壓器(Te)結(jié)構(gòu)決定的升高的電壓。當(dāng)加于一次側(cè)線圈(Pe)的電壓伴隨電容器(Ce)的放電而急速下降時，二次側(cè)線圈(Se)處的電壓也同樣急速下降，因此在二次側(cè)線圈(Se)的電壓形成脈沖電壓。
高壓變壓器(Te)的二次側(cè)線圈(Se)的一端跟放電燈管(Ld)的一個電極(E1)連接(此例中為陰極)，高壓變壓器(Te)的二次側(cè)線圈(Se)的另一端跟設(shè)于放電燈管(Ld)的放電容器(11)的外部的輔助電極(Et)連接，由于高壓變壓器(Te)的二次側(cè)線圈(Se)發(fā)生的高壓，在放電燈管(Ld)的放電容器(11)的內(nèi)面和放電燈管(Ld)另一電極(E2)之間，以及放電燈管(Ld)的放電容器(11)的內(nèi)面和放電燈管(Ld)另一電極(E2)(此例中為陽極)之間發(fā)生介質(zhì)隔離放電。
設(shè)計啟動器(Ue)時，如以上圖1顯示，為了縮短熱再啟動的條件下再啟動未成時間，提高啟動器(Ue)的二次側(cè)線圈(Se)處高壓的峰值是有利的，但是考慮到能夠讓啟動器(Ue)的高壓變壓器(Te)得以維持的絕緣能力和能夠讓從二次側(cè)線圈(Se)的一端到放電燈管(Ld)的輔助電極(Et)的電氣通路得以維持的絕緣能力，或者說用于放電燈管(Ld)的輔助電極(Et)和主放電用電極(E1、E2)電連接的外部引線桿(21A、21B)之間的爬電距離等因素，以在該耐壓上限的范圍內(nèi)取盡可能高的值為宜。
一般，變壓器的二次側(cè)電壓，可以近似地估算成一次側(cè)電壓乘以一、二次之間的圈數(shù)比，但是本例中，由于是如上所述的脈沖，二次側(cè)線圈(Se)處產(chǎn)生的電壓波形，會受到高壓變壓器(Te)的泄漏電感和寄生靜電電容的影響。因此，高壓變壓器(Te)的二次側(cè)線圈(Se)的圈數(shù)要試?yán)@不同的圈數(shù)來加以確定。
在圖4中，示出了基于反相斬波器的供電電路(Bx)的情況，但也可以給放電燈管(Ld)施加的空載開路電壓不大于DC電壓，這種情況就是作為另一個實施例的、圖5所示的采用基于降壓斬波器的供電電路(Bx)。
供電電路(Bx)中，通過FET等開關(guān)元件(Qx)使DC電源(Mx)的電流接通或斷開，經(jīng)由扼來圈(Lx)給平滑電容器(Cx)充電。由門驅(qū)動電路(Gx)加給開關(guān)元件(Qx)具有適當(dāng)占空因數(shù)的門信號，以使放電燈管(Ld)的主放電用電極(E1、E2)之間流過的電流，放電燈管(Ld)的主放電用電極(E1、E2)之間的電壓，或作為上述的電流與電壓之乘積的燈管功率，達(dá)到滿足該時刻放電燈管(Ld)狀態(tài)的適當(dāng)值。
通常，為了適當(dāng)控制上述燈管電流、電壓或功率，設(shè)有用以測出平滑電容器(Cx)的電壓和由平滑電容器(Cx)供給放電燈管(Ld)的電流的分壓電阻和分流電阻，并設(shè)有用以使門驅(qū)動電路(Gx)能發(fā)生適當(dāng)?shù)拈T信號的控制電路，它們的圖示從略。
再有，該圖中，啟動器(Ue)的結(jié)構(gòu)，圖4中對啟動器(Ue)的上下反相作了描述，但是由于圖4中的供電電路(Br)是反相斬波器，如以輸出端(T1’)為基準(zhǔn)，則輸出端(T2’)成為負(fù)電壓，而圖5中的供電電路(Bx)采用降壓斬波器，如以輸出端(T2)為基準(zhǔn)，則輸出端(T1)成為正電壓。
圖4、圖5示出了將啟動器的高壓加于放電燈管的陰極側(cè)和輔助電極之間的情況，但是也可以將該電壓加在放電燈管的陽極側(cè)和輔助電極之間。
圖6所示為權(quán)利要求1、2或3所述發(fā)明的經(jīng)簡化的另一實施例。該圖的供電裝置，跟圖5所示的相比，附加了由扼來圈(Lu)、FET等開關(guān)元件(Qu)、控制開關(guān)元件(Qu)的門驅(qū)動電路(Gu)二極管(Du)、平滑電容器(Cu)等構(gòu)成的升壓斬波器電路。
門驅(qū)動電路(Gu)，通過以適當(dāng)?shù)臅r間寬度和周期使開關(guān)元件(Qu)處于導(dǎo)通狀態(tài)，扼流圈(Lu)中流過電流，在扼流圈(Lu)中蓄積磁能。接著，開關(guān)元件(Qu)處于斷開狀態(tài)時，在扼流圈(Lu)的感應(yīng)作用下，蓄積的磁能釋放，經(jīng)由二極管(Du)給平滑電容器(Cu)充電，由此獲得高于供電電路(Bx)輸出電壓的高電壓，作為空載開路電壓加到放電燈管(Ld)的主放電用電極(E1、E2)上。
一般的升壓斬波器電源電路中，用分壓電阻等檢測該輸出電壓，即該圖所示的平滑電容器(Cu)的電壓，然后用反饋電路調(diào)整門驅(qū)動電路(Gu)的占空因數(shù)，以使檢測電壓跟目標(biāo)值的誤差減小。
當(dāng)然，本發(fā)明也可采用相同的結(jié)構(gòu)，但該圖所示的升壓斬波器電路中，只在啟動前跟放電燈管(Ld)連接，幾乎沒有電流從升壓斬波器電路輸出，而且升壓斬波器電路動作后馬上使啟動器(Ue)動作，在放電燈管(Ld)開始放電后，由于已無必要產(chǎn)生空載開路電壓，升壓斬波器電路可完全停止工作。
因此也可以比一般的升壓斬波器電源電路的輸出電壓反饋控制更為簡化，例如，使門驅(qū)動電路(Gu)以預(yù)定周期發(fā)生數(shù)次具有預(yù)定時間寬度的脈沖后停止，其后使啟動器(Ue)動作。
在這種場合，啟動失敗后，由于在平滑電容器(Cu)不放電狀態(tài)下為下一次試啟動而使升壓斬波器電路工作，致使平滑電容器(Cu)的充電電壓過高；這時，最好采用保護(hù)措施，例如在升壓斬波器電路的輸出即該圖中平滑電容器(Cu)的兩端附加可變電阻等過電壓保護(hù)元件，防止在不希望出現(xiàn)的部位發(fā)生絕緣破壞，以及平滑電容器(Cu)和二極管(Du)的損壞。
圖7是權(quán)利要求4所述發(fā)明的經(jīng)簡化的實施例的示圖。其光源裝置跟圖6中的相似，主要差別在于該實施例中省略了二極管(Du)。因此，在放電燈管(Ld)上不施加如升壓斬波器電路那樣的DC高壓的空載開路電壓，而是施加在開關(guān)元件(Qu)斷開后立即在扼流圈(Lu)的感應(yīng)作用下發(fā)生的脈沖高壓的空載開路電壓。
但是，在啟動器(Ue)為產(chǎn)生脈沖高壓的裝置時，必須通過使該高壓和扼流圈(Lu)所發(fā)生的高壓的發(fā)生時間同步等手段，使所述啟動器(Ue)發(fā)生高壓的期間和扼流圈(Lu)發(fā)生高壓的期間至少有一部分相重合。
圖8示出了用以使啟動器(Ue)和扼流圈(Lu)的高壓同步發(fā)生的、給啟動器(Ue)用的門驅(qū)動電路(Ge)和門驅(qū)動電路(Gu)發(fā)生信號(Sg1、Sg2)的電路之一例。并且，圖9示出了該電路的動作說明圖。如該圖中的a與b所示，在t0時刻將開始信號(Sm0)輸入第一單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(Fm1)，其下降邊沿被檢出后，基于電阻(Rm1)和電容器(Cm1)確定的時間常數(shù)，生成具有預(yù)定時間寬度(τ1)的高電平脈沖信號(Sm1)。在所生成的脈沖信號(Sm1)輸入第二單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(Fm2)的同時，經(jīng)由電阻(Rm3)使晶體管(Qm1)處于導(dǎo)通狀態(tài)，于是門驅(qū)動電路(Gu)被激活，使開關(guān)元件(Qu)被置于導(dǎo)通狀態(tài)。
并且，如圖9的c所示，在時刻t1，脈沖信號(Sm1)一返回低電平，第二單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(Fm2)就將脈沖信號(Sm1)的下降邊沿檢出，按照由電阻(Rm2)和電容器(Cm2)確定的時間常數(shù)，生成具有預(yù)定時間寬度的高電平脈沖信號(Sm2)。生成的脈沖信號(Sm2)，經(jīng)由電阻(Rm4)晶體管(Qm2)被置于導(dǎo)通狀態(tài)，門驅(qū)動電路(Ge)被激活，開關(guān)元件(Qe)被置于導(dǎo)通狀態(tài)。
如圖9的d所示，脈沖信號(Sm1)為高電平的期間，開關(guān)元件(Qu)成為導(dǎo)通狀態(tài)，在扼流圈(Lu)處蓄積磁能，脈沖信號(Sm1)一返回低電平，扼流圈(Lu)上蓄積的磁能就被釋放，于是產(chǎn)生了用以施加于放電燈管(Ld)的主放電用電極(E1、E2)的脈沖高壓的空載開路電壓。
如圖9的e所示，跟脈沖信號(Sm1)返回低電平大致同時，由于開關(guān)元件(Qe)成為導(dǎo)通狀態(tài)，如上所述，高壓變壓器(Te)的一次側(cè)線圈(Pe)被加上電容器(Ce)的充電電壓，于是在高壓變壓器(Te)二次側(cè)線圈(Se)處產(chǎn)生用以加于放電燈管(Ld)輔助電極(Et)的高壓。
再有，晶體管(Qm1、Qm2)處存在延遲，但是本說明在定性分析上沒有計入延遲的影響。并且，為了方便說明，未與放電燈管連接，因此圖9的d和e波形所示的是沒有發(fā)生放電現(xiàn)象時的情況。附帶說一下，作為所述第一和第二單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(Fm1、Fm2)，例如可以采用德州儀器公司出品的SN74HC123等IC芯片。
圖7的光源裝置，由于去掉了圖6所示裝置中的二極管(Du)，不發(fā)生啟動后的正常點燈時的二極管(Du)的正向電壓損失，其優(yōu)點在于效率比圖6所示的裝置高。
圖10是權(quán)利要求4所述發(fā)明的經(jīng)簡化的另一實施例。該光源裝置中，圖7所示裝置中的扼流圈(Lu)被換成了變壓器(To)的二次側(cè)線圈(So)。
經(jīng)由電阻(Ro)給電容器(Co)充電。以適當(dāng)?shù)亩〞r通過門驅(qū)動電路(Go)使SCR半導(dǎo)體開關(guān)元件等開關(guān)元件(Qo)導(dǎo)通，從而使變壓器(To)的一次側(cè)線圈(Po)處被加上電容器(Co)的充電電壓，因此，按照變壓器(To)的構(gòu)造在變壓器(To)的二次側(cè)線圈(So)處產(chǎn)生升高的電壓，這樣便可獲得用以加于放電燈管(Ld)的主放電用電極(E1、E2)的脈沖高壓的空載開路電壓。
開關(guān)元件(Qo)和啟動器(Ue)上的開關(guān)元件(Qe)的動作定時，最好能調(diào)整得使上述的熱再啟動的條件下再啟動未成時間成為最短，但實際上多數(shù)情況讓它們同時動作就可以了。因此，也有這樣的情況，門驅(qū)動電路(Go)的控制信號和開關(guān)元件(Qe)的門驅(qū)動電路(Go)的控制信號可采用同一信號，這樣可以具有簡化結(jié)構(gòu)的好處。
在這種場合，省去了所述電阻(Ro)、電容器(Co)和開關(guān)元件(Qo)，通過串聯(lián)或并聯(lián)連接啟動器(Ue)高壓變壓器(Te)的一次側(cè)線圈(Pe)和變壓器(To)的一次側(cè)線圈(Po)，可以使啟動器(Ue)的驅(qū)動電路兼任變壓器(To)的驅(qū)動，從而可以進(jìn)一步簡化結(jié)構(gòu)。
圖10的光源裝置，由于去掉了圖6所示裝置中的二極管(Du)，啟動后正常點燈時不會發(fā)生因二極管(Du)的正向電壓而造成的損失，可以具有比圖6所示裝置高的效率。
圖11是權(quán)利要求4和6所述發(fā)明的經(jīng)簡化的實施例。該圖中，啟動器由啟動器變壓器驅(qū)動電路部分(Ua)和高壓發(fā)生部分(Ub)構(gòu)成，由于它們是將圖4所示的啟動器(Ue)分割而形成的，實現(xiàn)了所述高壓發(fā)生部分(Ub)和供電電路部分(By)的分離設(shè)置。
圖4所示的啟動器(Ue)的輸出端(F3)至放電燈管(Ld)輔助電極(Et)的布線用以傳輸高壓脈沖，與此相反，供電電路部分(By)和所述高壓發(fā)生部分(Ub)和放電燈管(Ld)的連接線上的電壓要低許多，因此，可以減小對因該連接線的延伸而造成的影響即增大噪聲輻射和在不希望出現(xiàn)的部分發(fā)生絕緣破壞的可能性的擔(dān)心。
本例中，將啟動器(Ue)的接地端(F2)分為啟動器變壓器驅(qū)動電路(Ua)的接地端(F2’)和高壓發(fā)生部分(Ub)的接地端(F2”)，并且，給高壓變壓器(Te)的一次側(cè)線圈(Pe)的供電，經(jīng)由和至主放電用電極(E1、E2)的電氣通路(Kv、Kg)不同的另一電氣通路(Kp、Kp’)進(jìn)行。
通過上述處理方式，由于所述高壓變壓器(Te)的所述一次側(cè)線圈(Pe)的電流只流經(jīng)電氣通路(Kp、Kp’)，形成平衡電路，使噪聲輻射和誤動作受到了抑制。此時，通過將電氣通路(Kp、Kp’)絞合在一起，可以進(jìn)一步提高對噪聲輻射的抑制效果。另外，對于主放電用電氣通路(Kv、Kg)，也可以通過絞合抑制主放電開始后例如因由所述平滑電容器(Cx)流入所述放電燈管(Ld)的涌流引起的噪聲輻射。
再有，本實施例中，如上所述，將用于主放電用電極(E1、E2)處脈沖狀提高空載開路電壓的變壓器(To)的一次側(cè)線圈(Po)和啟動器(Ue)的高壓變壓器(Te)的一次側(cè)線圈(Pe)串聯(lián)連接，讓兩個變壓器同時由啟動器變壓器驅(qū)動電路部分(Ua)驅(qū)動，使電路結(jié)構(gòu)得到了簡化。
圖12是權(quán)利要求6所述發(fā)明的經(jīng)簡化的實施例的示圖。該圖示出了燈具裝置(Ly)的結(jié)構(gòu)，其中放電燈管(Ld)和所述啟動器的高壓發(fā)生部分(Ub)做成一體。燈具裝置(Ly)中如下各部分也構(gòu)成為一體使放電燈管發(fā)出的光朝一個方向射出的反射鏡(Y1)，遮覆在反射鏡(Y1)前面的出光窗(Y2)，以及用以電氣連接供電電路部分(By)和燈具裝置(Ly)的連接器(Cn)。
圖13是權(quán)利要求5和6所述發(fā)明的經(jīng)簡化的實施例的示圖。和圖11的實施例相同，所述高壓發(fā)生部分(Ub)跟供電電路部分(By)分開設(shè)置。如上所述，在放電燈管(Ld)的近旁設(shè)有二極管(Dz)，使不跟高壓變壓器(Te)的二次側(cè)線圈(Se)的另一端連接的主放電用電極(E2)帶上通過介質(zhì)隔離放電供給的電荷，通過該高電壓帶電將高壓的空載開路電壓加到所述主放電用的兩個電極(E1、E2)上。
并且，為防止主放電用電極(E2)的帶電電壓過高時所述二極管(Dz)損壞，在主放電用電極(E1、E2)上并聯(lián)了保護(hù)元件可變電阻(Pz)。
圖14是權(quán)利要求1、2或3所述發(fā)明的經(jīng)簡化的另一實施例的示圖。該實施例的電路，與圖5所示的電路相比，增加了FET等開關(guān)元件(Q1、Q2、Q3、Q4)而構(gòu)成全橋式逆變器，這樣可以在放電燈管(Ld’)上加交流的放電電壓。
各開關(guān)元件(Q1、Q2、Q3、Q4)，由各門驅(qū)動電路(G1、G2、G3、G4)驅(qū)動，各門驅(qū)動電路(G1、G2、G3、G4)，通過全橋式逆變器控制電路(Hc)的控制使全橋式逆變器對角的開關(guān)元件(Q1、Q4)(Q2、Q3)同時導(dǎo)通。
啟動器(Ue’)和圖5所示的啟動器(Ue)相同，而二次側(cè)線圈(Si)的一端在圖5的啟動器(Ue)中和接地端(F2)連接，但在啟動器(Ue’)中則作為輸出端(F3’)直接連接于至放電燈管(Ld’)一電極(E1’)的接線上。
啟動器(Ue’)的輸出端(F3、F3’)處發(fā)生的高壓，被加在放電燈管(Ld’)的主放電用的一個電極(E1’)和輔助電極(Et)之間，在該電極(E1’)和放電燈管(Ld’)的放電容器(11)的內(nèi)面之間通過介質(zhì)隔離放電方式進(jìn)行放電，從而使放電燈管啟動。
電容器(Cv)跟放電燈管(Ld’)并聯(lián)，并且，由于線圈(Lv)和它們串聯(lián)，通過將所述全橋式逆變器的工作頻率設(shè)定在所述電容器(Cv)和線圈(Lv)形成的LC諧振電路的諧振頻率附近，所述電容器(Cv)也就是放電燈管(Ld’)處因諧振而發(fā)生交流高壓，因此可以在主放電用電極(E1’、E2’)之間施加高空載開路電壓。
再有，如全橋式逆變器的開關(guān)元件(Q1、Q2、Q3、Q4)導(dǎo)通狀態(tài)切換和啟動器(Ue)高壓發(fā)生的定時，從放電燈管的放電起動的觀點看存在發(fā)生定時上不相適合的可能時，通過使開關(guān)元件(Q1、Q2、Q3、Q4)的導(dǎo)通狀態(tài)的切換和啟動器(Ue)的高壓發(fā)生的定時適當(dāng)?shù)赝剑蚴谷珮蚴侥孀兤鞯膭幼饕恢钡椒烹姛艄艿姆烹娖饎油瓿珊蟛磐Ｖ?，這樣基于所述放電燈管的放電起動的觀點的定時上的不相適合就可得到避免。
再有，本發(fā)明的實施例中主要描述了啟動器用作高壓脈沖發(fā)生裝置的情況，如圖4和圖5等所示的啟動器(Ue)那樣，但是也可使用如圖15所示的、使電壓較緩慢上升的高壓得以發(fā)生的、稱為DC啟動器的啟動器(Uf)。
啟動器(Uf)的輸入端(F1)和接地端(F2)，與圖4和圖5等所示的實施例中的啟動器(Ue)的輸入端(F1)和接地端(F2)相同，跟供電電路(Br)的輸出端(T1’、T2’)或供電電路(Bx)的輸出端(T1、T2)連接，向啟動器(Uf)供給所需的電壓。
獲得該電壓后，啟動器(Uf)開始經(jīng)由電阻(Rf)給電容器(Cf1)充電。一旦電容器(Cf1)的電壓被充電至預(yù)定的閾值電壓，硅對稱二端開關(guān)元件等的開關(guān)元件(Qf)便自動導(dǎo)通，將該電壓加到高壓變壓器(Tf)的一次側(cè)線圈(Pe)，并經(jīng)由連接于二次側(cè)線圈(Se)的二極管(Df)給二次側(cè)的電容器(Cf2)充電。隨著一次側(cè)的電容器(Cf1)放電的進(jìn)行，電流降至預(yù)定值以下時，開關(guān)元件(Qf)自動轉(zhuǎn)入非導(dǎo)通狀態(tài)，于是再次開始給電容器(Cf1)充電。電容器(Cf1)每充放電一次，二次側(cè)電容器(Cf2)就累積充電一次，使其電壓逐步上升。
電容器(Cf2)的一端跟放電燈管(Ld)的一個電極(E1)連接，電容器(Cf2)的另一端跟設(shè)于放電燈管(Ld)放電容器(11)外側(cè)的輔助電極(Et)連接，電容器(Cf2)的電壓一旦達(dá)到此時的放電開始電壓，就在放電燈管(Ld)的一個電極(E1)和放電燈管(Ld)的放電容器(11)內(nèi)面之間通過介質(zhì)隔離放電而發(fā)生放電。
放電后，放電燈管起動，如成功轉(zhuǎn)入弧光放電，則放電燈管(Ld)的電壓下降，啟動器(Uf)得到的供給電壓也隨之下降，因此電容器(Cf1)的充電電壓下降，使開關(guān)元件(Qf)不再工作。
再有，作為啟動器本發(fā)明的實施例中主要描述了，如圖4和圖5等中的啟動器(Ue)那樣，采用設(shè)有單個升壓變壓器的所謂一段升壓方式的裝置的情況，但是也可使用如圖16所示的、采用所謂二段式升壓方式的啟動器(Uk)等設(shè)有兩個升壓變壓器的裝置，以及其他任意方式的高壓發(fā)生裝置。
圖17是關(guān)于本發(fā)明的放電燈管部分的經(jīng)簡化的實施例的示圖。該實施例中，放電燈管(Ld)的陰極側(cè)的外部的引線桿(21A)，跟啟動器(Ue)的接地端(F2)和供電電路(Bx)的接地端(T2)連接，陽極側(cè)外部的引線桿(21B)跟供電電路(Bx)的正輸出端(T1)連接。
另一方面，輔助電極(Et)，由繞在陰極側(cè)密封部(13A)接近放電空間外圍部(17)處的導(dǎo)線(Et1)和繞在陽極側(cè)密封部(13B)接近放電空間外圍部(17)處的導(dǎo)線(Et2)構(gòu)成，所述導(dǎo)線(Et1)和所述導(dǎo)線(Et2)由導(dǎo)線(W1)連成一體，再經(jīng)由導(dǎo)線(We)跟所述啟動器(Ue)的所述輸出端(F3)連接。
這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于由于所述導(dǎo)線(Et1)和所述導(dǎo)線(Et2)的周長小于放電空間外圍部(17)的外形鼓出部分的周長，所述導(dǎo)線(Et1)或所述導(dǎo)線(Et2)不會朝放電空間外圍部(17)的外形鼓出部分移動而相互靠攏，并且，由于所述導(dǎo)線(Et1)和所述導(dǎo)線(Et2)由所述導(dǎo)線(W1)連接，也不會向相互離開的方向移動。因此，即使存在因放電燈管點燈與滅燈的熱循環(huán)導(dǎo)致的各部分反復(fù)熱脹冷縮和振動，所述導(dǎo)線(Et1)和所述導(dǎo)線(Et2)可以長期穩(wěn)定地保持在所設(shè)置的狀態(tài)。
這種結(jié)構(gòu)可使輔助電極(Et)很好地工作，這是因為所述導(dǎo)線(Et1)和所述導(dǎo)線(Et2)繞在所述密封部(13A、13B)接近所述放電空間外圍部(17)，因此所述放電空間外圍部(17)的所述密封部(13A、13B)的一部分玻璃，被所述啟動器(Ue)的高壓強(qiáng)烈極化，在所述放電空間外圍部(17)的所述密封部(13A、13B)的一部分中有所述陰極導(dǎo)體和所述陽極導(dǎo)體貫穿(即連接)，或者因距離非常靠近，在所述放電空間外圍部(17)的陰極側(cè)的所述密封部(13A)的一部分和所述陰極導(dǎo)體之間，以及所述放電空間外圍部(17)的陽極側(cè)的所述密封部(13B)的一部分和所述陽極導(dǎo)體之間發(fā)生強(qiáng)烈的介質(zhì)隔離放電。
因此，連接所述導(dǎo)線(Et1)和所述導(dǎo)線(Et2)的所述導(dǎo)線(W1)，可以跟也可以不跟所述放電空間外圍部(17)連接。再有，所述導(dǎo)線(Et1)和所述導(dǎo)線(Et2)的所述導(dǎo)線(W1)所繞的圈數(shù)，可以為一圈，也可以為一圈以上。
圖17中，在所述導(dǎo)線(Et1)以外，還在陰極側(cè)的密封部(13A)加繞了導(dǎo)線(Et3)，圖中所述導(dǎo)線(Et1)和所述導(dǎo)線(Et3)作為整體表示為線圈(CEt)。
啟動器(Ue)的輸出端(F3)和接地端(F2)跟高壓變壓器(Te)的二次側(cè)線圈(Se)的兩端連接，在因此啟動器(Ue)不工作的期間，特別在放電燈管起動完成后的點燈過程中，啟動器(Ue)的輸出端(F3)和接地端(F2)之間無電壓發(fā)生。
如上所述，陰極側(cè)的外部引線桿(21A)跟啟動器(Ue)的接地端(F2)連接，因此點燈過程中，自陰極側(cè)的外部引線桿(21A)至供電電路(Bx)的接地端(T2)的布線上的啟動器(Ue)的接地端(F2)、連接點(Fz)和在陰極側(cè)的密封部(13A)外圍設(shè)置的線圈(CEt)均被維持在相同的電位。
再說，在放電燈管(Ld)的點燈狀態(tài)中，在自陰極(14)前端至陰極側(cè)的外部引線桿(21A)到連接點(Fz)的通路中有放電燈管(Ld)的主放電電流，會產(chǎn)生與該通路的電阻和流過電流的乘積成比例的電壓降，因此越靠近陰極(14)前端，電位越高。
如上所述，由于連接點(Fz)和線圈(CEt)處于相同電位，陰極特別是其密封部(13A)附近的部分的電位要高于其周圍所繞的線圈(CEt)的電位。
為此，如特公平4-40828中所述，就點燈狀態(tài)下升至高溫的放電燈管的放電容器(11)而言，其密封部(13)附近部分的放電容器(11)的材料中所含的雜質(zhì)金屬陽離子，被朝向離開構(gòu)成陰極的電極材料的方向驅(qū)動，這樣就可防止因所述電極材料表面的雜質(zhì)金屬陽離子蓄積而使放電容器密封部石英等玻璃材料和所述電極材料剝落的現(xiàn)象，通過構(gòu)成具有如圖17所示結(jié)構(gòu)的放電燈管，可以有效地將因所述剝落現(xiàn)象造成的放電燈管損壞問題防患于未然。
再有，就所述輔助電極和構(gòu)成所述線圈的導(dǎo)線(Et1、Et2、Et3、W1、We)組成的部分整體而言，例如按“連接用導(dǎo)線(We)、陰極側(cè)密封部(13A)側(cè)的導(dǎo)線(Et1)、連接用導(dǎo)線(W1)、線圈(CEt)”的順序繞在燈管上，可以途中無接頭地用一根導(dǎo)線構(gòu)成。本例中，作為導(dǎo)線材料，由于放電燈管點燈過程中放電容器(11)和密封部(13A、13B)均升至高溫，應(yīng)采用鎢等耐熱性能強(qiáng)的材料。
圖15所示的啟動器(Uf)的輸出端(F3)和接地端(F2)不跟高壓變壓器(Tf)的二次側(cè)線圈(Sf)的兩端直接連接，即使在二極管(Df)和電阻等元件串聯(lián)接入的場合，由于輸出端(F3)和接地端(F2)之間完全沒有電流或只有微量電流，即使在所述二極管(Df)已接入的情況下，其電壓降(電流順向或逆向流過時的電壓)也幾乎不發(fā)生，并且即使在所述電阻接入時，其電壓降也幾乎不發(fā)生，因此可以取得如上所述的在陰極特別其密封部(13A)附近的部分形成高于其周圍線圈(CEt)的電位的效果。
發(fā)明的效果依據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的發(fā)明，不僅可以改善所述熱再啟動條件下的再啟動性，而且可以抑制在不希望的部位出現(xiàn)絕緣破壞的危險性，并可實現(xiàn)體積和重量的不增加的光源裝置。
依據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)明，在權(quán)利要求1、2或3所述發(fā)明的效果以外，可以抑制在不希望的部位出現(xiàn)絕緣破壞的可能性。依據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)明，權(quán)利要求4所述的發(fā)明能夠以極簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。依據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)明，在權(quán)利要求1、2或3所述發(fā)明的效果以外，可以將因高壓變壓器的絕緣惡化而引起的絕緣破壞的危險性防患于未然。采用發(fā)生高壓脈沖的啟動器的場合，可以進(jìn)一步抑制因啟動器的脈沖高壓的鈍化引起的電極間電壓的升高被削減的不良影響和噪聲輻射問題。并且，可以進(jìn)一步抑制在不希望的部位出現(xiàn)絕緣破壞的可能性。
權(quán)利要求
1.一種光源裝置，它由如下部分連接而成在其放電空間(12)內(nèi)相對設(shè)有一對主放電用電極(E1、E2)，同時設(shè)有一個跟主放電用放電空間(12)不連接的所述主放電用電極以外的輔助電極(Et)的放電燈管(Ld)；用以向所述主放電用電極(E1、E2)提供放電電流的供電電路(Bx)；以及在所述主放電用的兩個電極(E1、E2)中任一電極和所述輔助電極(Et)之間產(chǎn)生高壓的啟動器(Ue)；其特征在于在所述啟動器(Ue)的高壓產(chǎn)生期間的至少一部分時間也重復(fù)給所述一對主放電用電極(E1、E2)施加高壓。
2.如權(quán)力要求1所述的光源裝置，其特征在于在所述啟動器(Ue)的高壓產(chǎn)生期間的至少一部分時間也重復(fù)地給所述一對主放電用電極(E1、E2)施加的所述高壓的電壓值，不低于所述放電燈管(Ld)的輝光放電電壓的2.5倍。
3.如權(quán)力要求1所述的光源裝置，其特征在于所述放電燈管(Ld)的放電空間(12)中每1立方毫米的水銀含量不低于0.15mg，在所述啟動器(Ue)高壓產(chǎn)生期間的至少一部分時間也重復(fù)地給所述一對主放電用電極(E1、E2)施加的所述高壓的電壓值不低于500V。
4.如權(quán)力要求1至3中任一項所述的光源裝置，其特征在于在所述啟動器(Ue)的高壓產(chǎn)生期間的至少一部分時間也重復(fù)地給所述一對主放電用電極(E1、E2)施加的所述高壓為脈沖狀電壓。
5.如權(quán)力要求1至4中任一項所述的光源裝置，其特征在于因所述啟動器(Ue)產(chǎn)生的高壓在所述放電空間(12)內(nèi)發(fā)生放電時，通過讓所述一對主放電用電極(E1、E2)中不跟所述啟動器(Ue)連接一側(cè)的電極帶電，形成在所述一對主放電用電極(E1、E2)上施加的所述高壓。
6.如權(quán)力要求1至5中任一項所述的光源裝置，其特征在于啟動器電路中的至少包含高壓變壓器(Te)的高壓發(fā)生部分(Ub)跟供電電路部分(By)分開設(shè)置。
全文摘要
為解決諸如啟動器體積和重量因線圈發(fā)熱而增大、滅燈后放電燈管熱態(tài)再啟動難、噪聲輻射、因饋線與周圍導(dǎo)體間電容耦合引起啟動器向饋線釋放能量過高、在不希望的部位絕緣破壞可能性增大等問題，由如下部分構(gòu)成光源裝置在放電空間(12)內(nèi)相對設(shè)置一對主放電電極(E1、E2)，同時設(shè)有跟主放電用放電空間(12)不連接的輔助電極(Et)的放電燈管(Ld)；用以向所述主放電用電極(E1、E2)提供放電電流的供電電路(Bx)；以及在兩個主放電電極(E1、E2)中任一電極和輔助電極(Et)之間產(chǎn)生高壓的啟動器(Ue)。所述啟動器(Ue)在高壓產(chǎn)生期間的至少一部分時間也重復(fù)地給所述一對主放電電極(E1、E2)施加高壓。
文檔編號H05B41/19GK1409169SQ0214279
公開日2003年4月9日 申請日期2002年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月18日
發(fā)明者岡本昌士, 高谷泉, 山下高史 申請人:優(yōu)志旺電機(jī)株式會社