專利名稱：用于測(cè)量放電燈的電流的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于尤其是在點(diǎn)燃過程期間并且在高頻工作中測(cè)量 放電燈(尤其是高壓放電燈)上的電流的裝置。為了補(bǔ)償受無功電流干擾 的電流信號(hào)，借助電容器生成無功電流，該無功電流借助第二電流測(cè)量裝 置轉(zhuǎn)換成從電流信號(hào)中減去的電壓。
背景技術(shù)：
為了限制電流，放電燈L通過鎮(zhèn)流器BA連接到具有電壓UN (例如 240V)的電網(wǎng)上(圖1)。為了點(diǎn)燃放電燈連接有點(diǎn)燃設(shè)備IG，使得生成 具有幅度(例如5kV)和短的上升時(shí)間(例如100ns)的高壓脈沖序列。 為了表征該高壓脈沖，實(shí)施電測(cè)量，其中為了測(cè)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(cè)量電流通常使用測(cè) 電鉗CP (例如Tektronix TCM202 )。電壓信號(hào)Uu和電流信號(hào)"例如借 助示波器來測(cè)量并且適當(dāng)?shù)赜?jì)算，由此產(chǎn)生燈電壓Ut (t)和電流I (t)。在圖2中針對(duì)400W高壓鈉蒸氣燈示出了由點(diǎn)燃設(shè)備產(chǎn)生的電壓 UL (t)和電流I (t)。在第一電壓脈沖UL (t)升高之后電流信號(hào)I (t) 立即升高，盡管在此時(shí)刻放電尚未被完全點(diǎn)燃并且由此沒有燈電流可以流 動(dòng)。所測(cè)量的電流是位移電流lD(t),其通過在來回引導(dǎo)的導(dǎo)體之間存在 的、大約15pF量級(jí)的電容以及通過在此時(shí)刻大的電壓改變而產(chǎn)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(dǎo)高壓的導(dǎo)體與回引的導(dǎo)體之間的雜散電容或者耦合電容。從所測(cè)量到的電流信號(hào)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(jì)算燈電流It (t)。由此， 可以直接測(cè)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(cè)量(Nullmessung)來確定。對(duì)于該基線測(cè)量，在點(diǎn)燃設(shè)備上的電 壓被調(diào)節(jié)為使得不會(huì)進(jìn)行燈擊穿。雜散電容CN的值在此選擇為使得借助 等式2所計(jì)算的燈電流消失(IL (t) =0)。電子鎮(zhèn)流器被用于驅(qū)動(dòng)放電燈，這些電子鎮(zhèn)流器具有較高的工作頻 率，該工作頻率達(dá)到兆赫茲(MHz)的范圍。為了表征放電，在這些放 電燈中也測(cè)量電流。由于高的工作頻率和存在的雜散電容，所測(cè)量到的電 流與位移電流疊加。借助等式1和等式2可以根據(jù)燈電壓Ul (t)、雜散 電容Qv計(jì)算燈電流lL (t)。通過其中并未完全點(diǎn)燃放電的基線測(cè)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(cè)量裝置與燈之間的線路的雜散電容CT組成.= C￡ + Cr 纟3 )燈的雜散電容Ct在5pF到30pF的范圍。連接線路的電容CT每長(zhǎng)度 單位在50pF/m到100pF/m之間。由于大的電壓改變(例如4kV/ps )或 者高頻率的電壓，干擾性位移電流ID (t)的幅度可以與燈電流It (t)在 相同的量級(jí)(圖2 )或者甚至更大。在借助等式1和等式2的數(shù)值4M嘗的 情況下不再產(chǎn)生可忽略的系統(tǒng)誤差。任務(wù)本發(fā)明的任務(wù)是提供一種用于測(cè)量放電燈中的電流的裝置，其信號(hào)并 不受位移電流干擾。在以下的兩個(gè)實(shí)施例中更為詳細(xì)地闡述了該裝置的功 能。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出了一種用于測(cè)量放電燈的燈電流的固定的裝置。該裝置尤 其包含用于測(cè)量燈電流的測(cè)量轉(zhuǎn)換器和適配的補(bǔ)償電流轉(zhuǎn)換器，該補(bǔ)償電 流轉(zhuǎn)換器針對(duì)測(cè)量結(jié)構(gòu)而調(diào)整。轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)輸出到達(dá)測(cè)量放大器，在該 測(cè)量放大器中從所測(cè)量的電流減去##電流，以便獲得真實(shí)的燈電流。測(cè)量結(jié)構(gòu)還可以被擴(kuò);H使得還一同測(cè)量燈電壓，并且由此在該裝置的輸出端 處提供燈電流和燈電壓的兩個(gè)模擬信號(hào)。


圖1示出了在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的高壓放電燈中借助探頭和測(cè)電鉗的電 壓測(cè)量和電$危測(cè)量。圖2示出了具有由此計(jì)算出的燈電流的示例性電流信號(hào)和電壓信號(hào)。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的用于補(bǔ)償放電燈的電流測(cè)量的裝置。圖4示出了用于補(bǔ)償放電燈的電壓和電流的測(cè)量的其他實(shí)施形式。
具體實(shí)施方式
在圖3中，電網(wǎng)電壓UN通過鎮(zhèn)流器BA和點(diǎn)燃設(shè)備IG以及測(cè)量設(shè) 備CPC連接到放電燈LA。流經(jīng)燈的電流I (t)流經(jīng)測(cè)量轉(zhuǎn)換器或者變壓器TM的初級(jí)繞組。變壓器Tm在初級(jí)可以由繞組或者由引線(durchfuehrenden Draht) 構(gòu)成而在次級(jí)可以由具有例如15匝的線團(tuán)構(gòu)成，該線團(tuán)纏繞到例如鐵粉 環(huán)形芯的可磁化的芯上。在次級(jí)線團(tuán)中根據(jù)匝數(shù)比耦合輸入電流，該電流 通過電阻RM (例如厚膜電阻，15Q)轉(zhuǎn)換成電壓UIM， 4吏得例如產(chǎn)生1V/A的電流-電壓轉(zhuǎn)換比。測(cè)量轉(zhuǎn)換器TM優(yōu)選連接到從燈回引的線路中，以便使干擾電壓至線團(tuán)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(jìn)一步降低干擾電壓至線團(tuán)中的電容性耦合輸入。由于燈的雜散電容CL和連接線路的雜散電容Ct而根據(jù)等式1和等 式3產(chǎn)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(hào)UIM疊加。為了補(bǔ)償位移電流ID (t)借助可調(diào)節(jié)的電容器CK產(chǎn)生電容 性位移電流Iv (t)，該位移電流流經(jīng)測(cè)量轉(zhuǎn)換器或者變壓器Tc的初級(jí)繞 組。該測(cè)量轉(zhuǎn)換器可以在初級(jí)由繞組構(gòu)成而在次級(jí)由具有數(shù)匝(例如15 匪)的線團(tuán)構(gòu)成，該線團(tuán)纏繞到可>^化的芯(例如鐵粉環(huán)形芯)上并且通 過電阻Rc (例如厚膜電阻，15Q)產(chǎn)生電壓UK:。屏蔽SC產(chǎn)生線圏對(duì)高 壓線路的良好去耦。補(bǔ)償電流轉(zhuǎn)換器應(yīng)構(gòu)建為使得其具有與測(cè)量電流轉(zhuǎn)換器相同的幅度 響應(yīng)和相位響應(yīng)。這可以優(yōu)選通過選#^目同的部件來實(shí)現(xiàn)。如果例如在高頻工作時(shí)僅僅存在正弦干擾電壓，則補(bǔ)償電流轉(zhuǎn)換器僅需針對(duì)該工作頻率 具有與測(cè)量電流轉(zhuǎn)換器相同的相位，由此其可以在結(jié)構(gòu)上明顯更為簡(jiǎn)單。電流信號(hào)UzM和補(bǔ)償信號(hào)Urc被借助運(yùn)算放大器OP來減去并且適當(dāng) 放大，以使i區(qū)動(dòng)線纜和終端電阻。產(chǎn)生的電流信號(hào)Uz例如借助示波器來 測(cè)量。在燈未擊穿的情況下的基線測(cè)量中，電容器CK調(diào)節(jié)為使得電流信號(hào)消失(U產(chǎn)0)?？烧{(diào)節(jié)的電容器的平均值可以選擇為使得CK-CL + CT。調(diào)節(jié)范圍通過在測(cè)量裝置與燈座之間的線路的長(zhǎng)度和類型以及燈電容Q 的所選擇的范圍來確定。為了減小測(cè)量裝置的負(fù)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)，并且將產(chǎn)生的補(bǔ)償信號(hào) UIC在如下的電路中進(jìn)行放大或者適當(dāng)?shù)伛詈陷斎?。同樣可能的是，代替可調(diào)節(jié)的電容器選擇固定的電容器并且進(jìn)行電壓 與可調(diào)節(jié)的放大器的匹配。同樣可能的是，由電流轉(zhuǎn)換器4^供的電勢(shì)睹助 可調(diào)節(jié)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(zhuǎn)換比(例如0.1V/A) 來實(shí)現(xiàn)。如下運(yùn)算放大器OP可以放大信號(hào)，使得又存在所選擇的電流-電壓轉(zhuǎn)換因數(shù)(例如1V/A )。次級(jí)線團(tuán)的合理的匝數(shù)在2^NM^50匝之間， 而電阻值可以在0.0KKRm《100O的范圃。類似地適用于補(bǔ)償電流轉(zhuǎn)換器。借助該裝置可以有利地在點(diǎn)燃過程期間或者在高頻工作中測(cè)量不具 有干擾性位移電流的燈電流。在圖4中示出了測(cè)量裝置的另一實(shí)施形式。在該實(shí)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(zhuǎn)換器。存在的兩個(gè)電壓信號(hào)借助運(yùn)算放大器OP又被減去并且M 大，使得可以驅(qū)動(dòng)線路和終端電阻。在此借助帶有可調(diào)節(jié)的電阻Ro的電 阻分壓器來實(shí)現(xiàn)對(duì)補(bǔ)償信號(hào)的匹配。電阻Rm和Rc的值在O.OUl到10Q的范圍。通常，在對(duì)點(diǎn)燃特性的測(cè)量中或者在高頻工作中需要彼此間具有固定 相位關(guān)系的電流信號(hào)和電壓信號(hào)。因此有利的是，將用于電壓測(cè)量的測(cè)量 裝置集成到用于電流測(cè)量的測(cè)量裝置中。其可以由分壓器(例如1/1000) 構(gòu)成，該分壓器由兩個(gè)電阻RV1和RV2構(gòu)建。為了驅(qū)動(dòng)線路和測(cè)量電阻(例 如50O)可以使用阻抗轉(zhuǎn)換器OP2。用于測(cè)量電流的裝置可以集成在電子鎮(zhèn)流器或者電子點(diǎn)燃設(shè)備中并 且提供適當(dāng)?shù)男盘?hào)以控制點(diǎn)燃并且尤其是在高頻工作中控制穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)連接線路的干擾性位移電流是小的并且該裝置安裝在燈附近時(shí)，用 于測(cè)量放電燈的電流的裝置提供了最好的并且最精確的電流信號(hào)。在放電 燈工作時(shí)，燈升溫并且通常燈座也升溫。為了避免對(duì)測(cè)量裝置的顯著加熱 (其會(huì)引起測(cè)量誤差)，在燈座和測(cè)量裝置中的連接部之間的連接線纜在長(zhǎng)度方面、在直徑方面以;Mt材料方面進(jìn)行選擇，使得傳導(dǎo)少量的熱。此 外，測(cè)量裝置被構(gòu)建為^吏得也可以輻射一定的熱。對(duì)于有些應(yīng)用而言，感興趣的是將測(cè)量裝置集成到燈座中。在此，測(cè) 量裝置的加熱是不可避免的。為了使產(chǎn)生的測(cè)量誤差最小化，附加地將溫 度傳感器(例如ptioo )安裝到測(cè)量裝置中。所測(cè)量的溫度升高可以被利 用ilt^正電流信號(hào)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(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量放電燈(L)的電流的裝置，其具有第一電流測(cè)量裝置，該第一電流測(cè)量裝置將流經(jīng)燈的電流轉(zhuǎn)換成信號(hào)，其特征在于，該裝置包含第二電流測(cè)量裝置，具有與流經(jīng)第一電流測(cè)量裝置的位移電流相同的幅度和相位特性的電流流經(jīng)該第二電流測(cè)量裝置，第一電流測(cè)量裝置和第二電流測(cè)量裝置的信號(hào)連接為使得在所得到的信號(hào)中位移電流的成分消失。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于測(cè)量放電燈的電流的裝置，其特征在 于，第 一 電流測(cè)量裝置和/或第二電流測(cè)量裝置包含低阻值的電阻作為電 流-電壓轉(zhuǎn)換器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于測(cè)量放電燈的電流的裝置，其特征在 于，第一電流測(cè)量裝置和/或第二電流測(cè)量裝置包含具有終端電阻的線團(tuán) 作為電流-電壓轉(zhuǎn)換器。
4. 根據(jù)上a利要求中任一項(xiàng)所述的用于測(cè)量放電燈的電流的裝置， 其特征在于，用于適配第二電流-電壓轉(zhuǎn)換器的電壓的電路包含電阻分壓 器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的用于測(cè)量放電燈的電流的裝置，其 特征在于，用于適配第二電流-電壓轉(zhuǎn)換器的電壓的電路包含電壓控制的 放大器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l、 4或5所述的用于測(cè)量放電燈的電流的裝置，其 特征在于，用于補(bǔ)償無功電流的電路包含減法器或者差分放大器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于測(cè)量放電燈的電流的裝置，其特征在 于，至放電燈的連接線路在長(zhǎng)度方面、在導(dǎo)熱性方面以及在直徑方面被設(shè) 計(jì)為使得由放電燈傳導(dǎo)的熱不引起測(cè)量裝置中的電子設(shè)備的顯著溫度升 高。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于測(cè)量放電燈的電流的裝置， 其特征在于，該裝置包含溫度傳感器。
9. 根據(jù)上i^l利要求中任一項(xiàng)所述的用于測(cè)量放電燈的電流的裝置， 其特征在于，用于測(cè)量放電燈的電流的裝置還包含用于測(cè)量燈電壓的裝 置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于測(cè)量放電燈的電流的裝置，其特征在于，該裝置利用歐姆分壓器來測(cè)量電壓。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的用于測(cè)量放電燈的電流的裝置，其 特征在于，該裝置包含阻抗轉(zhuǎn)換器用于通過線纜傳輸電壓信號(hào)。
12. 根據(jù)上a利要求中任一項(xiàng)所述的用于在放電燈上進(jìn)行電測(cè)量的 裝置，其特征在于，該裝置優(yōu)選安裝在燈附近。
13. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于在放電燈上進(jìn)行電測(cè)量的 裝置，其特征在于，該裝置是燈座的一部分。
14. 根據(jù)上i^L利要求中任一項(xiàng)所述的用于在放電燈上進(jìn)行電測(cè)量的 裝置，其特征在于，該裝置是電子鎮(zhèn)流器的一部分。
15. 根據(jù)上a利要求中任一項(xiàng)所述的用于在放電燈上進(jìn)行電測(cè)量的 裝置，其特征在于，該裝置是點(diǎn)燃設(shè)備的一部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量放電燈的電流的裝置，其具有第一電流測(cè)量裝置，該第一電流測(cè)量裝置將流經(jīng)燈的電流轉(zhuǎn)換成信號(hào)；以及第二電流測(cè)量裝置，具有與流經(jīng)第一電流測(cè)量裝置的位移電流相同的幅度和相位特性的電流流經(jīng)該第二電流測(cè)量裝置，其中第一電流測(cè)量裝置和第二電流測(cè)量裝置的信號(hào)連接為使得在所得到的信號(hào)中位移電流的成分消失。
文檔編號(hào)H05B41/00GK101606072SQ200880004029
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2008年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月1日
發(fā)明者盧德格爾·維爾肯 申請(qǐng)人:奧斯蘭姆有限公司