专利名称：：用于高压放电灯的功率匹配的电路装置和方法
技术领域：
：本发明涉及一种具有集成的电子设备的、高效的高压灯，该高压灯在相同的光通量情况下可以代替更高功率和更低效率的高压灯。该灯应将无需另外的匹配地直接插入现有插座(Brennstelle)中，该插座带有效率较低的高压灯的现有传统镇流器。本发明的目的尤其在于，可以《吏用标准灯作为高效高压灯，该标准灯在光通量方面并不与要替代的较低效率的灯一致。在此，本发明优选涉及通过具有较高效率的高压钠蒸气灯来替代高压汞蒸气灯。当然，本发明也可以实现任何其他的灯配对，该灯配对在效率方面有才目应的区别。
背景技术：
：目前，已针对改型应用(Retro-fit-Anwendung)制造了特殊的灯，这些灯在特性方面与要替代的灯匹配。多年以来存在具有所谓的Penning混合物(Penning-Gemisch)的高压钠蒸气灯，这些灯通过施加的电网电压来点燃。这些灯由deGroot和vanVliet所著的TheHigh-PressureSodiumLamp，Kl鼎erTechnischeBoekenB.V.-Deventer，1986，第6章第175页公开。这些高压钠蒸气灯与普通的高压钠蒸气灯相比具有更低的发光效率。通过在这些灯中的氖-氩混合物，等离子体具有较高的导热能力，这导致较高的热光孤损耗并且由此导致较差的效率。通过这种气体混合物，高压钠蒸气灯的通常明显较高的点燃电压也降低到高压汞蒸气灯的水平，使得在高压汞蒸气灯镇流器上的直接替换才是可能的。^L据现有技术的调光电路通常使用一种电路，其中开关与灯串联。由应用文献"Littelfuse，PhaseControlUsingTyristors,ApplicationNoteAN1003,2004"例如乂>开了这样的电路。任务本发明的任务是开发一种带有集成的电子设备的高压放电灯，该高压放电灯使用具有高的发光效率的灯燃烧器。光通量以及由此功率匹配将通过调光电路来实现而高的点燃电压通过点燃装置来实现，这些电膝故集成在灯中、优选在灯的灯头区域中，确切地说，使得灯的尺寸不比要替代的灯的尺寸更大。
发明内容本发明通过根据权利要求1所述的电路装置和根据权利要求11所述的驱动方法来解决。该电路装置是一种调光电路，其同时也承扭点燃设备的功能。调光电路的开关在此并不与灯串联而是并联。这具有的重要优点是输入电流的失真较小。图l是带有串联的开关的调光电路的示意图。图2是带有并联的开关的调光电路的示意图。图3示出了在高压汞蒸气灯电感线圏上的高压钠蒸气灯的电流和电压分布曲线。图4示出了在串联电路中的调光器上的、在高压汞蒸气灯电感线围上的高压钠蒸气灯的电流和电压分布曲线。图5示出了调光电路的电路装置，其带有与灯串联的半导体开关。图6示出了在并联电路中的调光器上的、在高压汞蒸气灯电感线围上的高压钠蒸气灯的电流和电压分布曲线。图7示出了根据本发明的用于调光电路的电路装置，其带有与灯并联的半导体开关。具体实施例方式一种灯功率为PHQL和光通量为^HQL的高压汞蒸气灯要通过高压钠蒸气灯(NAV灯)来替代，该高压钠蒸气灯的灯功率P^调节为使得产生相同的光通量。要进^^代的高压钠蒸气灯在功率P恥L的情况下发出光通量①HQL。如果假i史光通量在NAV灯的情况下与所吸收的功率成正比，则可以借助调光电路通过下式来计算高压钠蒸气灯的功率:PDim="^MV"T(1)AW为了清楚起见而说明笫一实施例通过具有高得多的发光效率①hql/Phql=100lm/W的高压钠蒸气灯来替代高压汞蒸气灯，该高压汞蒸气灯具有125W的灯功率(PHQL=125W)和①hql-65001m的光通量，其由此具有Ohql/Phql=52lm/W的发光效率，其中为了实现根据公式(l)的相同的光通量，需要65W的功率，以^f更产生与125W的高压汞蒸气灯相同的光通量。为了限制电流，与灯串联有电感线團。在高压汞蒸气灯的情况下，使用阻抗为Zd(高压汞蒸气灯)=1430的电感线團。灯电压为UL(高压汞蒸气灯)=125V，并且灯电流IL(高压汞蒸气灯)-1.15A.在光通量方面类似的高压钠蒸气灯为了工作而需要ZD(高压钠蒸气灯)=2020的电感线團，其中出现Ut(高压钠蒸气灯)=86￥的电压和^(高压钠蒸气灯)=0.88A的电流(表2)。在高压钠蒸气灯的情况下，灯电压以及灯电流比在高压汞蒸气灯的情况下都明显小。为了在高压汞蒸气灯电感线圏上驱动高压钠蒸气灯，需要附加的电路，该电路降低了半波的平均电流，由此将气体温度以及由此将光弧的导电性调节为确定的值。这可以是电子电路，例如是调光电路。电路装置的结构为了阐述根据本发明的电路装置，考虑另一实施例。125W的高压汞蒸气灯要通过具有高的发光效率的65W的高压钠蒸气灯来替代。图3示出了在60W的高压钠蒸气灯电感线團上的该65W高压钠蒸气灯的电压和电流分布曲线。因为该65W的高压钠蒸气灯要在125W的高压汞蒸气灯电感线闺上驱动，所以必须对高压钠蒸气灯调光。在传统的用于白炽灯的调光电路中，以电网周期来将与灯串联的开关接通和关断(图1)。由此，降低了在周期上平均的电压、电流和功率。图4示出了借助这种电路调光后的高压钠蒸气灯的电压和电流分布曲线。通常，使用三端交流开关(Triac)作为电子开关(S)。在阻塞状态中，该三端交流开关是高阻的，而在导通状态中^1低阻的。通过至控制输入端的点燃脉沖，该三端交流开关导通，并且在电流it^时该三端交流开关又关断。在相角控制中，该三端交流开关在电压it^:之后的一定时间接通。为此，由施加的电网电压通过电阻对电容器充电。在建立一定电压之后，三端交流开关变为低阻并且可以将点燃脉冲通到三端交流开关的控制输入端。三端交流开关被导通。施加在灯上的电压升高，直到灯又过渡到导通状态中并且流过电流。该电路具有的特性是，输入电流强烈地失真，由此与基波相比电流的谐波具有大的比例。例如在图5中示出了根据现有技术的电路。在该电路中，Vw是电网电压，Rp和Lp的串联电路是电感线團的简化的等效电路图。三端交流开关XI通过两端交流开关X2在电压it^之后的一定时间之后触发，由此闭合电路并且接通灯Ll。电容器Cl通过电阻Rl和变阻器X3以及串联电阻R2和灯L1中的导电通道形成的分压器来充电。一旦施加在电容器Cl上的电压大于两端交流开关X2的触发电压(30V),则该两端交流开关将触发脉冲提供给三端交流开关XI，该三端交流开关闭合灯回路。电容器通过两端交流开关X2放电到剩余电压(19V)。在接通之后，电容器通过电阻网络放电。在电流过零时，三端交流开关X1闭合。在随后的半波中，电容器又被充电。在激励电路中的器件选择为使得出现所希望的功率。然而在这种类型的调光电路中产生电流的谐波的问题。由于电流中的谐波，线路和发电机受到负荷。在较高的谐波的高电流成分的情况下，系统必须4f对较大的功率而设计，这导致较高的成本。在许多国家中，因此具有边界值，这些边界值确定了(基波的)第ii谐波与第l谐波的比例。在放电灯中，系统借助镇流器对灯的供给电流不允许超过例如在表1中示出的IEC100-3-2的值。入是功率因子其中，UN和lN是电压和电流的有效值'Ps是系统功率，其根据灯功率PL以及从电感线團中吸收的功率之和来计算。关键的是第三谐波与第一谐波的比例。该比例不允许超过0,3入的值，参见表l。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表1:根据IEC100-3-2的笫n谐波与第一谐波的比值的边^Hi。为了使得该问题清楚，再次简短地提出第一实施例一种高压钠蒸气灯，其借助具有串联的开关元件的灯调光器来驱动，该高压钠蒸气灯具有PS=65.6W(PL)+11.1W(PN)的系统功率，处于UN=220V的电压上，并且让If0.907A的电流流过。相对于以125W的高压汞蒸气灯的工作，在相同光通量情况下系统功率从125W+15W降低到以相角控制的工作中的76.7W。得到电流的以下谐波在根据标准计算边界值时，得到如下值0.3入-11.6%。电流的第三谐波与第一谐波的所测量的比例为13/11=15.9%,这明显在边界值以上。因此，根据现有技术的调光电路不适于改型应用。在才艮据本发明的电路中，在电感线團之后与灯并联有开关(图2)。该开关周期性地将电路短路，由此在灯上电压消失并且灯熄灭(图6)。因为电感线團的阻抗大于灯的电阻，所以在接通短路开关时输入电流几乎不变，由此输入电流几乎不失真，并且谐波相对于基波的比例几乎不增大。要提出的是，在点燃或者熄灭灯时，电感线圏产生高的电压，这些电压在不存在保护装置的情况下会损毁或者触发电子开关。因此，点燃设备和根据本发明的调光电路相互协调。原则上，任何合适的点燃设备拓朴都是可能的，然而优选的是一种匹配的叠加点燃设备(Ueberlagerungszuendgeraet)，其在高压灯情况下具有广泛应用。图7中示出了根据本发明的具有与灯并联的开关的电路。电子开关还是成本低廉的三端交流开关。三端交流开关可以在任意时间被接通，然而仅仅在电流it^的情况下关断。由此，三端交流开关必须在电流it^之后一定时间被接通，为此需要相角控制。从灯出发来看，涉及一相角。在相位激励电路中，通过电阻RTdl来对电容器C2充电。在一定的电压的情况下，两端交流开关X5接通三端交流开关X4。电阻RTeil的值选择为使得出现所希望的功率。然而，并不出现对称的灯电流，这意味着，在正半波中从it^至触发三端交流开关的时间差并不与在负半波中相同。因此，扩展电路，以便出现无滞后的相位控制电路。RTeil和C2构成的基波电路在此通过电阻R3、R4和二极管D1、D2、D3、D4构成的网络来补充。这导致对称的灯电流。在这种根据本发明的电路装置中，整个系统的电能消耗明显比根据现有技术的电路装置失真更少。这将在图4和6中的65W高压钠蒸气灯的例子中变得清楚8<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>电路来调光的高压钠蒸气灯并不满足标准IEC1000-3-2。现在开始讨i^艮据图7的才艮据本发明的电路。在图6中可以看出，灯电压UL和灯电流IL在半波结束之前i2^降低。M间歇在此为3.25ms。在随后的半波中，显示出提高的再点燃电压为Upk=176V，该电压与在具有与灯串联的开关的电路中的值相似。在三端交流开关短接的时刻，输入电流lN仅仅很少地变化，4吏得输入电流几乎无附加失真。13/11=4.0%(表2)的值明显在所允许的10.3%的边界值以下。较高的谐波的电流的比例(表2)也明显在边界值(表l)以下。由此，借助与灯并联连接的开关来实现的高压钠蒸气灯满足标准IEC1000-3-2。在125W高压汞蒸气灯的电感线闺上以与65W高压钠蒸气灯并联的开关驱动的系统功率消耗为PS=80.7W，这意"未着相对于在125W高压汞蒸气灯电感线團上的以125W高压汞蒸气灯的工作(PS=140W)，在相同光通量情况下节省了43%的功率。于是，借助这种电路通过较高效率的类似地调光的灯替代了较低效率的灯。在此，可以保留针对较低效率的灯设计的镇流器。由此，可以实现对于较低效率的较老的灯类型的直接替换，其比原来的灯类型明显更节约电能。根据本发明的电路装置集成到灯中并且优选直接集成到灯头中，使得在除了更换灯之外没有其他工作，以通过更高效的灯来替换较老的灯类型。在此可以有利的是，在电路装置中设置有温度测量装置。该温度测量装置可以测量在预先确定的点Tc上在灯头的壁上的温度，并且在过高的温度情况下为了保护灯和电路装置更强地将灯调暗，以便限制灯的热散发。此外，可以设计温度关断装置，其在电路装置的持续的过高温度情况下将该电路装置关断。在这种具有调光器的灯中，也可能集成接口，该接口允许实现其他的调光等级，例如针对夜晚变暗(nachtabsenkimg)。在此，不同的信号传输M是可能的，例如附加的控制端子、在电磁路径上的传输等等。接口也可以具有针对所谓的中央控制信号的输入端，其调节不同的调光等级。这些信号被调制到标准的电流线路上并且可以通过合适的滤波器来提取。权利要求1.一种用于高压放电灯(1)的功率匹配的电路装置，该电路装置适于借助电感线圈(L)来工作，其特征在于，该电路装置包含电子开关(S)，该电子开关与灯(1)并联，并且该并联电路与电感线圈(L)串联设置，其中该电路装置设置在高压放电灯(1)中。2.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，电路装置优选设置在高压放电灯的灯头中。3.根据权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于，电子开关(S)是三端交流开关。4.根据权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于，电子开关(S)是晶闸管。5.根据权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于，电子开关(S)是晶体管。6.根据上述权利要求中的任一项所述的电路装置，其特征在于，电子开关(S)的激励电路配置为使得灯电流是没有直流成分的纯粹的交流电流。7.根据上述权利要求中的任一项所述的电路装置，其特征在于，电子开关(S)的激励电路调整为使得电路装置将预先确定的功率输出给灯。8.根据权利要求1至6中的任一项所述的电路装置，其特征在于，激励电路具有输入端，电路装置至灯(1)的输出功率可以通过该输入端来调节.9.根据权利要求8所述的电路装置，其特征在于，与线路关联的信号被输入到输入端中。10.根据权利要求8所述的电路装置，其特征在于，输入端具有针对电磁辐射的接收装置，并且输出功率通过电磁无线电信号来控制。11.根据上a利要求中的任一项所述的电路装置，其特征在于，电路装置具有温度测量元件，该温度测量元件安装在灯头壳体的预先确定的位置。12.根据权利要求11所述的电路装置，其特征在于，该电路装置在温度测量元件的预先确定的温度以上降低至灯的功率输出。13.根据权利要求11或12所述的电路装置，其特征在于，该电路装置在预先确定的温度以上的持续升高的温度情况下关断高压放电灯(1)。14.一种用于驱动作为效率较低的高压放电灯的替代物的高效高压放电灯的方法，其特征在于，高效高压放电灯(1)在如下功率情况下工作该功率导致与要替代的效率较低的高压放电灯的光通量基本对应的光通量。15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，功率调节通过灯的周期性短接来进行，4吏得提前熄灭光弧。16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，灯的周期性短接与电网频率同步。全文摘要本发明涉及一种用于高压放电灯的功率匹配的电路装置，该电路装置适于借助电感线圈来工作或者设置在高压放电灯中或者在高压放电灯的灯头中，其中该电路装置包含电子开关，该电子开关与灯并联，并且该并联电路与电感线圈串联地设置。文档编号H05B41/231GK101584250SQ200880001682公开日2009年11月18日申请日期2008年1月28日优先权日2007年2月28日发明者卢德格尔·维尔肯申请人:奥斯兰姆有限公司