用於測量放電燈的電流的裝置的製作方法

2023-05-19 14:50:31 1

專利名稱：用於測量放電燈的電流的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於尤其是在點燃過程期間並且在高頻工作中測量 放電燈(尤其是高壓放電燈)上的電流的裝置。為了補償受無功電流幹擾 的電流信號，藉助電容器生成無功電流，該無功電流藉助第二電流測量裝 置轉換成從電流信號中減去的電壓。
背景技術：
為了限制電流，放電燈L通過鎮流器BA連接到具有電壓UN (例如 240V)的電網上(圖1)。為了點燃放電燈連接有點燃設備IG，使得生成 具有幅度(例如5kV)和短的上升時間(例如100ns)的高壓脈衝序列。 為了表徵該高壓脈衝，實施電測量，其中為了測量電壓通常使用高壓探頭 VP (例如Tektronix P6015，分壓比為1/1000)。為了測量電流通常使用測 電鉗CP (例如Tektronix TCM202 )。電壓信號Uu和電流信號"例如借 助示波器來測量並且適當地計算，由此產生燈電壓Ut (t)和電流I (t)。在圖2中針對400W高壓鈉蒸氣燈示出了由點燃設備產生的電壓 UL (t)和電流I (t)。在第一電壓脈衝UL (t)升高之後電流信號I (t) 立即升高，儘管在此時刻放電尚未被完全點燃並且由此沒有燈電流可以流 動。所測量的電流是位移電流lD(t),其通過在來回引導的導體之間存在 的、大約15pF量級的電容以及通過在此時刻大的電壓改變而產生。位移電流Iu (t)通過如下式子來描述""，其中(t)是燈電壓而CN是在引導高壓的導體與回引的導體之間的雜散電容或者耦合電容。從所測量到的電流信號I (t)減去位移電流ID (t)，由此得到燈電流t (t):(2)4等式2來計算燈電流It (t)。由此， 可以直接測量燈電壓UL (t)以及燈電流IL (t)。雜散電容Qv在此通過 基線測量(Nullmessung)來確定。對於該基線測量，在點燃設備上的電 壓被調節為使得不會進行燈擊穿。雜散電容CN的值在此選擇為使得藉助 等式2所計算的燈電流消失(IL (t) =0)。電子鎮流器被用於驅動放電燈，這些電子鎮流器具有較高的工作頻 率，該工作頻率達到兆赫茲(MHz)的範圍。為了表徵放電，在這些放 電燈中也測量電流。由於高的工作頻率和存在的雜散電容，所測量到的電 流與位移電流疊加。藉助等式1和等式2可以根據燈電壓Ul (t)、雜散 電容Qv計算燈電流lL (t)。通過其中並未完全點燃放電的基線測量選擇 雜散電容Qv的值，使得所得到的燈電流消失(t) =0)。雜散電容在此由燈的雜散電容CL和電流測量裝置與燈之間的線路的雜散電容CT組成.= C￡ + Cr 糹3 )燈的雜散電容Ct在5pF到30pF的範圍。連接線路的電容CT每長度 單位在50pF/m到100pF/m之間。由於大的電壓改變(例如4kV/ps )或 者高頻率的電壓，幹擾性位移電流ID (t)的幅度可以與燈電流It (t)在 相同的量級(圖2 )或者甚至更大。在藉助等式1和等式2的數值4M嘗的 情況下不再產生可忽略的系統誤差。任務本發明的任務是提供一種用於測量放電燈中的電流的裝置，其信號並 不受位移電流幹擾。在以下的兩個實施例中更為詳細地闡述了該裝置的功 能。發明內容本發明提出了一種用於測量放電燈的燈電流的固定的裝置。該裝置尤 其包含用於測量燈電流的測量轉換器和適配的補償電流轉換器，該補償電 流轉換器針對測量結構而調整。轉換器的兩個輸出到達測量放大器，在該 測量放大器中從所測量的電流減去##電流，以便獲得真實的燈電流。測量結構還可以被擴;H使得還一同測量燈電壓，並且由此在該裝置的輸出端 處提供燈電流和燈電壓的兩個模擬信號。


圖1示出了在根據現有技術的高壓放電燈中藉助探頭和測電鉗的電 壓測量和電$危測量。圖2示出了具有由此計算出的燈電流的示例性電流信號和電壓信號。圖3示出了根據本發明的用於補償放電燈的電流測量的裝置。圖4示出了用於補償放電燈的電壓和電流的測量的其他實施形式。
具體實施方式
在圖3中，電網電壓UN通過鎮流器BA和點燃設備IG以及測量設 備CPC連接到放電燈LA。流經燈的電流I (t)流經測量轉換器或者變壓器TM的初級繞組。變壓器Tm在初級可以由繞組或者由引線(durchfuehrenden Draht) 構成而在次級可以由具有例如15匝的線團構成，該線團纏繞到例如鐵粉 環形芯的可磁化的芯上。在次級線團中根據匝數比耦合輸入電流，該電流 通過電阻RM (例如厚膜電阻，15Q)轉換成電壓UIM， 4吏得例如產生1V/A的電流-電壓轉換比。測量轉換器TM優選連接到從燈回引的線路中，以便使幹擾電壓至線團的電容性耦合輸入保持為小。通過與地連接的屏蔽 SM可以進一步降低幹擾電壓至線團中的電容性耦合輸入。由於燈的雜散電容CL和連接線路的雜散電容Ct而根據等式1和等 式3產生電容性位移電流ID (t)，該位移電流與燈電流IL (t)和電流信號UIM疊加。為了補償位移電流ID (t)藉助可調節的電容器CK產生電容 性位移電流Iv (t)，該位移電流流經測量轉換器或者變壓器Tc的初級繞 組。該測量轉換器可以在初級由繞組構成而在次級由具有數匝(例如15 匪)的線團構成，該線團纏繞到可>^化的芯(例如鐵粉環形芯)上並且通 過電阻Rc (例如厚膜電阻，15Q)產生電壓UK:。屏蔽SC產生線圏對高 壓線路的良好去耦。補償電流轉換器應構建為使得其具有與測量電流轉換器相同的幅度 響應和相位響應。這可以優選通過選#^目同的部件來實現。如果例如在高頻工作時僅僅存在正弦幹擾電壓，則補償電流轉換器僅需針對該工作頻率 具有與測量電流轉換器相同的相位，由此其可以在結構上明顯更為簡單。電流信號UzM和補償信號Urc被藉助運算放大器OP來減去並且適當 放大，以使i區動線纜和終端電阻。產生的電流信號Uz例如藉助示波器來 測量。在燈未擊穿的情況下的基線測量中，電容器CK調節為使得電流信號消失(U產0)。可調節的電容器的平均值可以選擇為使得CK-CL + CT。調節範圍通過在測量裝置與燈座之間的線路的長度和類型以及燈電容Q 的所選擇的範圍來確定。為了減小測量裝置的負載電容，也可以將Ck的 平均年值選擇得更小，例如CK = 0.5 (C一Ct)，並且將產生的補償信號 UIC在如下的電路中進行放大或者適當地耦合輸入。同樣可能的是，代替可調節的電容器選擇固定的電容器並且進行電壓 與可調節的放大器的匹配。同樣可能的是，由電流轉換器4^供的電勢睹助 可調節的電阻分壓器來匹配。較大的帶寬可以通過選擇較小的電流-電壓轉換比(例如0.1V/A) 來實現。如下運算放大器OP可以放大信號，使得又存在所選擇的電流-電壓轉換因數(例如1V/A )。次級線團的合理的匝數在2^NM^50匝之間， 而電阻值可以在0.0KKRm《100O的範圃。類似地適用於補償電流轉換器。藉助該裝置可以有利地在點燃過程期間或者在高頻工作中測量不具 有幹擾性位移電流的燈電流。在圖4中示出了測量裝置的另一實施形式。在該實施形式中，代替具 有電阻RM和Rc的變壓器TM和Tc，僅仗S將電阻RM和Rc用作電流-電壓轉換器。存在的兩個電壓信號藉助運算放大器OP又被減去並且M 大，使得可以驅動線路和終端電阻。在此藉助帶有可調節的電阻Ro的電 阻分壓器來實現對補償信號的匹配。電阻Rm和Rc的值在O.OUl到10Q的範圍。通常，在對點燃特性的測量中或者在高頻工作中需要彼此間具有固定 相位關係的電流信號和電壓信號。因此有利的是，將用於電壓測量的測量 裝置集成到用於電流測量的測量裝置中。其可以由分壓器(例如1/1000) 構成，該分壓器由兩個電阻RV1和RV2構建。為了驅動線路和測量電阻(例 如50O)可以使用阻抗轉換器OP2。用於測量電流的裝置可以集成在電子鎮流器或者電子點燃設備中並 且提供適當的信號以控制點燃並且尤其是在高頻工作中控制穩定狀態。當連接線路的幹擾性位移電流是小的並且該裝置安裝在燈附近時，用 於測量放電燈的電流的裝置提供了最好的並且最精確的電流信號。在放電 燈工作時，燈升溫並且通常燈座也升溫。為了避免對測量裝置的顯著加熱 (其會引起測量誤差)，在燈座和測量裝置中的連接部之間的連接線纜在長度方面、在直徑方面以;Mt材料方面進行選擇，使得傳導少量的熱。此 外，測量裝置被構建為^吏得也可以輻射一定的熱。對於有些應用而言，感興趣的是將測量裝置集成到燈座中。在此，測 量裝置的加熱是不可避免的。為了使產生的測量誤差最小化，附加地將溫 度傳感器(例如ptioo )安裝到測量裝置中。所測量的溫度升高可以被利 用ilt^正電流信號的幅度和相位，其中例如使用線性的溫度相位和溫度幅 度模型。
權利要求
1.一種用於測量放電燈(L)的電流的裝置，其具有第一電流測量裝置，該第一電流測量裝置將流經燈的電流轉換成信號，其特徵在於，該裝置包含第二電流測量裝置，具有與流經第一電流測量裝置的位移電流相同的幅度和相位特性的電流流經該第二電流測量裝置，第一電流測量裝置和第二電流測量裝置的信號連接為使得在所得到的信號中位移電流的成分消失。
2. 根據權利要求l所述的用於測量放電燈的電流的裝置，其特徵在 於，第 一 電流測量裝置和/或第二電流測量裝置包含低阻值的電阻作為電 流-電壓轉換器。
3. 根據權利要求l所述的用於測量放電燈的電流的裝置，其特徵在 於，第一電流測量裝置和/或第二電流測量裝置包含具有終端電阻的線團 作為電流-電壓轉換器。
4. 根據上a利要求中任一項所述的用於測量放電燈的電流的裝置， 其特徵在於，用於適配第二電流-電壓轉換器的電壓的電路包含電阻分壓 器。
5. 根據權利要求l、 2或3所述的用於測量放電燈的電流的裝置，其 特徵在於，用於適配第二電流-電壓轉換器的電壓的電路包含電壓控制的 放大器。
6. 根據權利要求l、 4或5所述的用於測量放電燈的電流的裝置，其 特徵在於，用於補償無功電流的電路包含減法器或者差分放大器。
7. 根據權利要求l所述的用於測量放電燈的電流的裝置，其特徵在 於，至放電燈的連接線路在長度方面、在導熱性方面以及在直徑方面被設 計為使得由放電燈傳導的熱不引起測量裝置中的電子設備的顯著溫度升 高。
8. 根據上述權利要求中任一項所述的用於測量放電燈的電流的裝置， 其特徵在於，該裝置包含溫度傳感器。
9. 根據上i^l利要求中任一項所述的用於測量放電燈的電流的裝置， 其特徵在於，用於測量放電燈的電流的裝置還包含用於測量燈電壓的裝 置。
10. 根據權利要求9所述的用於測量放電燈的電流的裝置，其特徵在於，該裝置利用歐姆分壓器來測量電壓。
11. 根據權利要求9或10所述的用於測量放電燈的電流的裝置，其 特徵在於，該裝置包含阻抗轉換器用於通過線纜傳輸電壓信號。
12. 根據上a利要求中任一項所述的用於在放電燈上進行電測量的 裝置，其特徵在於，該裝置優選安裝在燈附近。
13. 根據上述權利要求中任一項所述的用於在放電燈上進行電測量的 裝置，其特徵在於，該裝置是燈座的一部分。
14. 根據上i^L利要求中任一項所述的用於在放電燈上進行電測量的 裝置，其特徵在於，該裝置是電子鎮流器的一部分。
15. 根據上a利要求中任一項所述的用於在放電燈上進行電測量的 裝置，其特徵在於，該裝置是點燃設備的一部分。
全文摘要
本發明涉及一種用於測量放電燈的電流的裝置，其具有第一電流測量裝置，該第一電流測量裝置將流經燈的電流轉換成信號；以及第二電流測量裝置，具有與流經第一電流測量裝置的位移電流相同的幅度和相位特性的電流流經該第二電流測量裝置，其中第一電流測量裝置和第二電流測量裝置的信號連接為使得在所得到的信號中位移電流的成分消失。
文檔編號H05B41/00GK101606072SQ200880004029
公開日2009年12月16日 申請日期2008年2月13日 優先權日2007年3月1日
發明者盧德格爾·維爾肯 申請人:奧斯蘭姆有限公司