放電燈的脈衝工作的製作方法

2023-11-06 02:40:27

專利名稱：放電燈的脈衝工作的製作方法
技術領域：
本發明涉及放電燈技術領域，且更具體地涉及放電照明組件和使放電燈工作的方法。
背景技術：
在放電燈中，光由放電容器中兩個電極之間所點燃的電弧放電來生成。放電燈，特別是高壓氣體放電燈如今用在大量的照明應用中，特別地用於汽車的前照明。對於高壓氣體(氙氣)放電燈，已知的是使該燈在放電照明組件中工作，所述放電 照明組件除了放電燈本身外包括用於供給高點燃電壓以啟動燈的點燃電路，用於向燈供給電功率的驅動器電路，以及控制驅動器電路工作的控制器。WO 95/35645 Al描述了一種用於使高壓放電燈工作的方法和電路布置。在利用交流電流工作的高壓放電燈中，為了避免由於不穩定電弧而導致的閃爍，在燈電流的每半周期的末段生成電流脈衝。這增加了電極的溫度並且增大了放電電弧的穩定性。電流脈衝的平均振幅和燈電流的平均振幅之間的比例在0. 6和2之間，並且電流脈衝的持續時間和燈電流的半周期之間的比例在0. 05和0. 15之間。本發明的目的是提出一種用於使放電燈工作的放電照明組件和方法，其中，以簡單的方式獲得有利的工作條件。

發明內容
本發明已經考慮了整流的詳細細節，S卩，在利用交變電流驅動的放電燈中的電流反轉。已經發現在許多放電照明組件中，特別是具有20-30W的減小的平均工作功率和不包括固態發射器的材料的比較厚的電極的放電燈的那些放電照明組件，整流可能是關鍵的。為了獲得穩定的工作，驅動器電子器件因而必須被仔細地設計，來以可以獲得穩定整流的方式提供電功率。然而，使尺寸足夠大以總是獲得成功整流的安全電氣設計可能在形成它們的部件的尺寸方面是誇大的。鑑於這些考慮，問題由根據權利要求I的放電照明組件和根據權利要求15的使放電燈工作的方法來解決。從屬權利要求涉及本發明的優選實施例。根據本發明，電功率被供給燈作為交變電流和/或交變電壓，其中，整流在其正和負值之間。優選的頻率範圍在大約100-800HZ。供給燈的電流和/或電壓的優選波形基本上是矩形，即，除了在其中極性從負變到正以及反之亦然的很短的整流時間之外，對於每個半周期(half period)的最大部分(S卩，大於70%，優選地大於80%)，電流和/或電壓保持基本上恆定(例如，其可以被限定為大小變化小於+/_10%，優選地小於5%)。交變電流和/或電壓由在控制器的控制下的驅動器電路來供給。因而被控制的驅動器電路具有某些動態電壓傳遞能力，或者很短的動態能力，在本上下文中，其被限定為在整流後不久的預定傳遞時間處的可傳遞電壓等級。此處所關心的傳遞時間被選擇接近燈的電極之間電弧的再次點燃的理想時間。然而，正如將從優選實施例的解釋中所理解的，實際的再次點燃可以發生在所選擇的固定傳遞時間之前或者之後不久。因而，傳遞時間在此處被提出主要作為估計驅動器電路動態能力的測量並且應當被選擇在整流後大約10-100微秒(Ii S)處。傳遞時間tD的優選關心值是50 V- S。驅動器的動態電壓傳遞能力對應於在傳遞時間處可以被最大地傳遞的驅動器電壓。正如本領域普通技術人員將理解的，該最大的可以得到的電壓由驅動器電路的電子部件設計以及由其控制來限制。在放電照明組件的工作中，電壓將由驅動器來供給，以用於燈的工作，即，在整流之後的電弧的再次點燃。該再次點燃可能已經在非常低的電壓值處發生，這意味著驅動器不必供給完全的可傳遞的電壓等級。然而，如果再次點燃需要較高的電壓等級，如由控制器所控制的驅動器電路的動態電壓傳遞能力確定再次點燃所要求的電壓等級是否可以在傳遞時間處被傳遞。如果足夠高的電壓等級未在傳遞時間處被傳遞，再次點燃可能被延遲或者完全失敗。根據本發明，驅動器的動態電壓傳遞能力(即，其是能夠在傳遞時間處傳遞的電壓等級)在燈壽命期間不完全恆定。這通過控制驅動器電路以在燈壽命的不同值(即，從燈的製造開始累積的燃燒時間的具體不同的值)處獲得不同的動態電壓傳遞能力來獲得。·本發明人已經發現，所要求的燈再次點燃電壓可以在燈壽命期間改變。通常，對於最新製造的燈，燈再次點燃發生在低電壓處。雖然單個的再次點燃電壓值可能不同，但是平均的再次點燃電壓值通常在燈壽命期間増大。因而，具有固定動態電壓傳遞能力的驅動器電路可以能夠安全地驅動燈僅僅直到某一燈壽命。如果所要求的燈的再次點燃電壓達到驅動器電路最大地可傳遞的電壓等級，再次點燃可能失敗。根據本發明的解決方案(其中，驅動器電路的動態電壓傳遞能力在燈壽命期間不恆定，但是可以經由控制驅動器電路來變化)允許驅動器電路的適當地合適設計。用於獲得驅動器電路的高動態能力的測量將具有不利之處，例如，驅動器電路的部件的高電氣費用，可能増大的電損耗，等等。因為本發明提出了一種可變的方法，這種不利之處不必貫穿燈的整個壽命而完全存在。因而，可以足以獲得僅僅朝向較高燈齡的較高的動態能力。在本上下文中，對於燈壽命的不同值，驅動器電路的變化的動態能力可以例如通過確定自從製造開始燈工作的小時數和通過直接根據因而確定的燈壽命不同地控制驅動器電路(例如，通過使用燈壽命值和適合的控制參數的查找表)來直接獲得。然而，可替代地，還可以間接獲得可變的行為，即，通過根據可以在燈壽命期間本身變化的另ー個參數(諸如例如，燈電流或者燈電壓)來控制驅動器電路。根據本發明的優選實施例，驅動器電路由控制器來控制，優選地以閉合的控制環方式來工作，從而根據設定值來傳遞燈電流或者電壓。控制器因而將使驅動器電路工作，以傳遞燈電流和/或電壓，從而最小化設定值和實際傳遞的電流/電壓值之間的控制偏差。優選的是，控制燈電流而不是電壓。在優選的實施例中，設定值包括疊加的脈衝，以獲得較高的動態電壓傳遞能力。與基本的波形相比，脈衝可以被限定為設定值大小的明顯上升以及隨後減小，例如，設定值的優選的矩形波形。本發明人已經考慮利用脈衝控制驅動器電路有不利之處，例如，驅動器中増大的功率損耗，板網負載上的電的相互作用以及在放電燈內部工作時的可能的作用，例如，增大的電極燒損(burn-back)。然而，驅動器電路的動態能力可以明顯地由這種脈衝來影響。為了獲得動態電壓傳遞能力的理想變化，根據優選實施例的脈衝高度(其也可以相對於基本波形來限定)在貫穿燈工作期間不恆定，而是根據燈的壽命變化。通過根據壽命選擇脈衝高度，提出了一種簡單的解決方案，其允許根據燈的特定工作情形來調節驅動器電路的動態電壓傳遞能力。這允許將動態能力調節為隨壽命改變的燈工作條件。因而，以非常簡單和靈活的方法，可以在每個工作情形中選擇和獲得穩定工作所必要的一祥高的脈衝高度，但是仍然足夠小以避免過度的不利之處。特別地，在驅動器電路的動態能力已經足夠的許多情況下，沒有脈衝的工作是安全地可能的。所使用的脈衝適時地位於整流之後，優選地在整流之後不久，S卩，在極性改變後至多30%的半周期的時間間隔內，優選地在低於20%之內。附加地，在整流之前的脈衝可以被提供。通常，脈衝可以在每個半周期中被限定，雖然，應當理解，正如從優選實施例的描 述中可以清楚的，脈衝高度可以被選擇，以使得在一些間隔沒有施加任何脈衝，例如，在燈的最初燃燒間隔中。在優選的實施例中，驅動器電路的動態電壓傳遞能力可以被更特別地影響，以使得在後期壽命獲得更高的動態能力。另外優選的，動態能力至少在燈壽命的間隔中(另外優選地在整個壽命期間)單調増大。對於通過提供不同高度的脈衝來影響動態能力的優選方法，這意味著在燈的全部壽命中，至少存在第一、早期時間和第二後期時間，其中，脈衝高度在第一、早期時間處比在第二、後期時間處更低。例如，優選的是，在2500h的燈壽命處，脈衝高度比在壽命開始時更高。還優選的是，脈衝高度在第一和第二時間之間的間隔中增大，或者甚至在整個壽命期間單調増大，即，脈衝高度從不低於先前的值。特別優選地，在燈的壽命期間，存在至少ー個間隔，其中，脈衝高度值在燈壽命期間強烈地單調増大，該增大可以具有變化的或者恆定的(線性)斜率。根據本發明的另ー個實施例，燈可以利用至少在壽命間隔內逐漸增加的脈衝高度或者寬度的脈衝來驅動，以獲得較高的光通量。在許多燈中，燈效率和因而從恆定電功率得到的光通量將在燈壽命期間，至少在其間隔內降低。例如，對於燈壽命的500 h的間隔，如果燈利用恆定的電工作條件來驅動，就可以觀察到例如ー些每瓦特2-10流明的燈效率的損耗。損耗在早期的燈壽命或者後期壽命中的間隔之間可以變化。根據優選的實施例，該影響可以通過至少在例如大於300 h (優選地，900 h或者更大)的壽命間隔內提供逐漸增大的脈衝高度或者寬度的脈衝來抵銷。這些脈衝可以是在整流之後所提供的相同脈衝，以確保如上所討論的燈的穩定的再次點燃。可替代地或者附加於此地，逐漸增大的脈衝可以在各自壽命間隔的每個半周期期間的其它時間處被提供。提供更長的和/或更高的電流脈衝增大燈的效率。通過提供逐漸増大的脈衝，在燈的壽命期間的效率損耗可以被減小，以使得在各自間隔結束時，利用逐漸增加的脈衝得到的燈效率將比在利用無脈衝或者恆定脈衝工作的可比較的實例中更高。特別優選的，在各個間隔中燈效率的損耗的影響可以通過根據確定的效率損耗來特別地選擇脈衝高度的増大而補償，以使得至少基本上恆定的效率可以在間隔內部獲得。在本上下文中，如果對於500 h的壽命間隔，每瓦特流明中的流明效率變化不大於4 lm/W，進ー步優選地不大於2 lm/W，就假定是基本上恆定的效率。根據另ー個優選實施例，在燈壽命的最初間隔中不提供脈衝。在最初間隔結束之後，然後提供可以具有固定的或者可變的脈衝高度的脈衝。以此方式，避免了不必要的脈衝工作。在其中不提供脈衝的最初間隔可以具有例如300 h或者更長的短持續時間，然而，還可以具有1000 h或者更長、或者甚至2000 h或者更長的長得多的無脈衝的最初間隔。正如將從優選實施例的討論中變得明顯的，在優選的應用中，在燈壽命期間的脈衝高度PH的曲線可以限定在最小值和最大值曲線之間。此外，可以限定優選值的曲線。例如，對於燈的500 h的壽命，脈衝高度可以以100%-210%來選擇，優選地以所提出的最優值的120%的+/-20%來選擇。在2250 h時，脈衝高度優選地是110%-225%，進ー步優選的是160%+/-20%。根據優選實施例的放電燈是具有低於40W的額定功率，特別優選的，20-30W的放電燈。燈由驅動器電路以其額定功率來驅動，本發明特別地應用到放電燈，其具有30 Ul或者更小(特別優選地12-25 yl)的小容積的放電容器。優選的燈具有10-20bar冷壓的稀有氣體(例如，侃)和金屬齒化物(其可以以100_400ii g的優選的量來設置並且可以優選地包括NaI和ScI3)的填充。燈優選地無汞。此外，本發明優選地應用到具有150-400 u m直徑的圓柱形電極的燈，優選地用沒有釷的鎢材料。 所提供的脈衝寬度可以是例如半周期持續時間的1%_25%。優選的值小於20%,優選地小於15%。


參考以下所描述的實施例，本發明的這些和其它方面將是顯然的並且將被闡述，其中
圖I示出了放電燈的示意性側視 圖2示出了包括燈和驅動器電路的放電照明布置的電路 圖3a、3b不出了說明1ぃUlj和Ud的不意 圖4a、4b不出了具有不同整流脈衝的設定電流值的時序 圖5示出了在壽命L期間所要求的再次點燃電壓的 圖6示出了示出了在壽命L期間的脈衝高度PH的 圖7示出了根據脈衝高度的動態電壓傳遞能力的 圖8示出了根據脈衝寬度的動態電壓傳遞能力的 圖9示出了在壽命L期間燈效率損耗的圖。
具體實施例方式本發明涉及一種用於驅動放電燈的方法和裝置，以及涉及包括燈和驅動器的對應的組件。以下，將針對在交通工具頭燈中的汽車應用來描述這種組件和對應的工作方法的實施例。然而，將理解的是，本發明不限於此，並且其不意在排除用於非汽車應用的燈。圖I示出了高壓氣體放電燈10的側視圖。燈包括具有兩個電接觸14的基座12，所述電接觸14與燈頭16在內部連接。燈頭16由放電容器20周圍的石英玻璃的外燈泡18組成。放電容器20也由石英玻璃製成，並且限定具有突起、圓柱形(杆形)電極24的內部放電空間22。來自放電容器的玻璃材料還在燈10的縱向方向延伸，以密封與包括扁平鑰箔26的電極24的電連接。外燈泡18在其中心部分具有圓柱形形狀並且被布置在放電容器20周圍一段距離，由此限定外燈泡空間28。外燈泡空間28被密封。通常，放電容器22包括稀有氣體和金屬滷化物的填充。外燈泡空間28具有優選減少的壓カ(在1000 mbar以下)的氣體填充，從而獲得被限定的、有限的熱傳導。正如本領域普通技術人員將理解的，不同形狀、尺寸和瓦數的所示類型的高壓氣體放電燈本身是已知的。本發明主要集中於低於40W額定功率，優選地在20和30瓦額定功率之間的低功率汽車燈。燈在放電容器20中具有無汞的填充。具體地，本發明的實施例將鑑於樣品25W燈來描述，其可以由以下參數來表徵 放電容器具有內徑2. 2_和外徑5. 5mm的橢圓形或者圓柱形的內部和外部形狀，放
電容器容積19. 5 ill
放電容器填充14 bar冷壓カ的氙，包括NaI、ScI3和可選的其它滷化物的200 y g滷·化物
電極杆形，直徑250 ii m、光學的電極距離3. 9mm 電極材料鎢，無釷
外燈泡密封並以減少的壓力填充有氣體。圖2示出了放電照明組件30，其包括驅動器電路12、控制器40、點燃電路14和燈10。對於本領域技術人員已知的是，通過將高壓施加到用於生成電弧放電的電極24之間而將在圖I中所示出類型的放電燈10點燃。在點燃之後，燈10利用高電流以增高的序列來驅動。在完成大約60秒的增高序列之後，燈10以具有至少基本上矩形波形的交變燈電流ん的穩定狀態來驅動。燈電流し的大小通過閉環反饋控制來調節，以調整時間平均的電功率到(在優選的實例中)25W的額定值。燈的壽命L在從製造以來的工作小時中被測量。正如本領域普通技術人員所已知的，針對放電燈壽命L的測試的標準序列包括在冷卻之後連續不斷地關燈和再返回開燈，以模擬真實的工作循環。正如由本領域普通技術人員所理解的，組件30的部件以簡化的方式來示出，其中，一些元件已經被省略。因而，完整的點燃電路包括高壓變壓器用來生成點燃電壓。因為點燃電路本身對於本領域普通技術人員是在先已知的，並且因為本發明處理燈10的穩態行為，所以點燃電路14在圖2中被示出僅僅包括與點燃電路14的高壓變壓器(未示出)的次級側對應的電感レ。因為點燃電路的剰餘部件在穩態中是不工作的，所以在此處僅僅電感L1是相關的。燈10處的電壓Ul由驅動器電路12來供給，作為施加到點燃電路14的電感L1和燈10的串聯連接上的驅動器電壓Ud。正如圖2中所示出的，驅動器電路12在優選的實例中包括DC/DC轉換器15和具有開關S1-S4的全橋開關配置。例如12V的輸入直流板電壓Ub在DC/DC轉換器15中被轉換成大約400V開路電壓的受控直流電壓U0。DC/DC轉換器15的工作被控制，優選地通過由控制器40控制其中的至少ー個開關元件。正如將由本領域普通技術人員所理解的，不同類型的DC/DC開關轉換器電路是已知的，其可以用來獲得受控的輸出電壓U0。由電容C濾波的受控直流電壓U0被全橋配置中的開關S1-S4轉換成基本上矩形波形的理想交變電壓UD。開關S1-S4可以是半導體開關元件，例如，FET0驅動器電路12由控制器電路40來控制，以使得燈電流ら根據設定的電流值Iset來獲得。設定的電流值Isrt是由外控制環(未示出)來供給，從而以在本實例中為25W的恆定電功率來驅動燈10。控制器電路40接收燈電流し的度量，並且驅動DC/DC轉換器15和開關S1-S4，從而最小化控制偏差I^IS6t。控制器40在閉環控制中起作用，以連續不斷地調節電壓U0,以及打開和閉合用於正極的開關SpS4和用於負極驅動器輸出電壓Ud的開關S2、S30正如本身為本領域普通技術人員在先已知的，控制器40由此根據設定值Iset控制燈電流Il。圖4a、4b示出了用於本發明不同實施例的設定電流值Iset的時間變化。通常，設定電流Isrt的波形是如點線所示出的矩形，即，其在本實例中利用400Hz的整流頻率來整流，其中，在每半周期中，電流值Isrt仍然基本上恆定在值Iplat_，其具有相同的大小，但是具有對於鄰近的半周期相反的極性。圖3a示出了 對於相應地受控的驅動器電路12，在燈10的穩態工作的時間內驅 動器電壓UD、以及因而得到的燈處的電流込和電壓Ul的變化。驅動器電壓Ud以點線、燈電壓Ulj以虛線、以及燈電流]^以削減虛線(slash dotted line)線來示出。通常，UD、^和込具有基本上矩形的波形，S卩，它們在整流(S卩，極性反轉)之間保持基本上恆定。在優選的實施例中，燈10以400Hz來工作，以使得每個半周期具有I. 25 ms的持續時間。在每個半周期的恆定部分，基本上恆定的電弧存在在燈10的電極24之間。一旦整流，電弧很快熄滅並且然後利用反轉的極性快速地被再次點燃。正如圖3a中所示出的，驅動器電壓Ud示出了直接在每次整流之後的小電壓峰32。如圖3a中所圖示出的，在整流周圍(即，在時段34內)的％、隊和込的時間變化在圖3b中用放大的時間比例來示出。正如此處可見的，一旦整流，驅動器電壓Ud快速地改變極性。然而，因為Ud被施加到電感L1和燈10的串聯連接上，電流込由於電感L1僅僅穩定地改變。同樣，燈電壓Ul慢慢改變，直到電弧熄滅。此後，連續施加的驅動器電壓Ud獲得，以增加燈電壓隊直到整流後時間も處的再次點燃點36，在此處，反轉極性的電弧被再次點燃。在再次點燃之後，燈電流し快速升高，直到燈電壓Ul和燈電流し達到各自半周期的恆定部分，其中，燈電壓Ul等於驅動電壓UD。正如圖3a、3b中可見的，所傳遞的驅動器電壓Ud包括在毎次整流後不久被傳遞的峰或者脈衝32。因而，電壓Ud在整流後很短的時間間隔中比在剰餘的半周期中更高。然而，已經發現如上所述的放電燈10的整流不總是成功的。在放電燈10的工作中，可能出現電弧未被成功再次點燃以使得燈可能熄滅的情形。本發明人已經發現這種整流問題可能源自由於燈10的老化而引起的改變。放電燈在幾百個小時的很長時段上的工作中，燈在壽命L期間改變其屬性。對燈10的改變包括在電極24處的可能燒損以及對放電容器20的機械改變和對其中所含有的填充的化學改變。本發明人在試驗中已經確定放電燈中的整流問題更可能發生在燈壽命L的後期。本發明人已經調查了在穩態中整流後(圖3b中t=tK處的再次點燃點36)的燈的再次點燃。在點36處所要求的再次點燃電壓取決於燈參數，特別地取決於電極24的參數。特別地，本發明人已經發現對於更厚的電極以及對於用不包括固態發射器的材料(例如，釷)的電極，所要求的再次點燃電壓更高。特別地，本發明人已經發現所要求的再次點燃電壓取決於燈壽命。對於上述的樣品燈，進行了試驗來測量根據燈壽命L的所要求的再次點燃電壓。已經發現雖然在早期壽命中燈樣品可以顯示以低電壓(諸如例如，30 V)已經成功點燃，但是所需要的電壓在燈壽命後期中可能明顯更高並且在大於2000 h時達到例如70-90 V的值。實際的再次點燃時間tK可以變化。然而，優選地是，保持、很低，例如，在IOOy s以下。正如圖2中的電路圖中可見的，驅動器電壓Ud被施加到電感L1和燈10的串聯連接上。因而，驅動器15需要供給驅動器電壓UD，其至少等於電感L1上的壓降和燈10所要求的再次點燃電壓的和。電感L1上的壓降可以根據典型地在0.5和I. 5 mH之間的電感值、電流值ら和直到再次點燃的時間tK來變化。對於壓降的良好估計值可以是10-20 V。圖5示出了在燈壽命L期間所要求的驅動器電壓Ud的曲線。此處，實線示出了平均的所要求的再次點燃電壓。最大值曲線以點線來示出，最小值曲線以虛線來示出。圖5中的平均值曲線代表從試驗中發現的、根據燈壽命的樣品燈的再次點燃電壓，加上在電感L1上所估計的壓降。實際值被發現從在圖5中所示出的平均值開始統計地變化。與電感·L1上壓降的不同估計值一起，所示出的最小值和最大值曲線被確定。此外，驅動器電路12的動態行為被確定。正如圖3b中所示出的，驅動器電路的輸出電壓Ud快速地改變極性，並且然後増加，以便於獲得燈電流し的理想正值。但是，雖然圖3b示出了沒有問題的整流和再次點燃的實例，然而在燈壽命後期中的較高的所要求的再次點燃電壓(見圖5)可以防止電弧的成功再次點燃，如果驅動器電壓Ud不足夠高以傳遞必須的再次點燃電壓(以及附加的，在電感L1上的壓降)。驅動器電路12因而需要能夠供給足夠高的驅動器電壓UD，以保證再次點燃。驅動器電路12在整流後快速地供給某ー電壓級別Ud的能力是驅動器電路12的動態電壓傳遞能力。對於給定的驅動器電路12，該動態電壓傳遞能力可以被發現為能夠在整流後限定的傳遞時間tD處所傳遞的最大電壓。在本上下文中，如圖3b中所示出的，將考慮50 y s的固定的傳遞時間tD。固定的傳遞時間tD可以基本上對應於所希望的再次點燃時間tK，但是因為tK的實際值可以變化，所以tD和、將肯定不總是相同的。正如所討論的，驅動器電路12根據燈電流込和此處用的設定值Iset來控制。對於根據如圖4a、4b中點線所示出的矩形設定值Is6t的控制，驅動器電路12具有固定的動態電壓傳遞能力，即，可以在被考慮的傳遞時間tD處傳遞的恆定最大電壓。在本實例中，該電壓級別對應於如圖5中水平線所示出的90 V。因而，對於圖2的照明布置，當根據矩形Iset來控制時，驅動器電路12可以在整流之後的時間tD50 u m處僅僅供給直到90V的最大電壓。正如從圖5中可見的，對於平均的所要求的再次點燃電壓的測量曲線(實線)，這意味著對於大約450 h的最初時期，驅動器電路12將能夠向點燃電路14和燈10供給足夠高的驅動器電壓UD。因而，在該450 h的最初時期，將不預期任何整流問題。然而，在圖5中的點60處，燈10的所要求的再次點燃電壓超過可由驅動器12傳遞的90 V。因而，從點60開始，驅動器12可能在及時地再次點燃燈10方面不成功，以使得燈可能熄滅。在圖4a、4b中所示出的實線中，示出了可替代的設定電流值Iset，其中，在設定電流Iset的矩形波形上，脈衝50被疊加，其在圖4a的第一實例中在整流後不久被施加。脈衝50可以由它們的脈衝寬度PW、它們的脈衝高度PH以及相對於整流時間的適時位置來限定。此處，將使用以下限定
脈衝寬度將相對於電流Isrt的半周期持續時間以百分比來限定。雖然脈衝寬度的度量在如圖4a、4b中所示出的全矩形脈衝的情況中是清晰的，但是在其它形狀的情況下，脈衝寬度PW將在半最大值點(half maximum points)之間被測量。脈衝高度PH將在脈衝期間相對於穩定狀態電流Iplateau以百分比限定為電流值Iset。在脈衝形狀不同於矩形脈衝的情況下，將考慮電流最大值。如圖4a中所示出的，對於第一實施例，脈衝50直接在整流之後被施加。這促使了圖2中的控制器40的閉環控制，以在整流之後快速地増加驅動器電壓UD。在圖4b的可替代的第二實施例中，脈衝在整流之前(脈衝52)和之後(脈衝50)被施加。 本發明人已經發現可以選擇脈衝寬度PW和脈衝高度PH的不同值，以影響驅動器12的動態電壓傳遞能力。圖7示出了在整流之後50 y s的限定的傳遞時間tD之後可得到的最大電壓Ud依賴於脈衝高度PH的依賴性。如所示出的，驅動器12的動態能力可以因而由從控制器40所施加的控制來明顯影響，而不需要對驅動器電路12的任何其它的改變，因而，通過選擇合適的脈衝50，可以獲得驅動器電路12的理想的動態能力。然而，應當記住這些脈衝具有缺點，例如，對於電路30的元件的增加的損耗和較高的總體要求，以使得將避免脈衝的不必要施加以及不必要高的脈衝高度和寬度。特別地，脈衝工作對於供給用於放電照明組件工作的電功率的系統可以具有明顯的影響，即，在用於交通工具板網的汽車照明的情況中。在脈衝期間，所要求的電功率不是恆定的，而是增大。這些負載變化對於板網具有明顯的影響。因而，根據本發明，已經導出在設定的電流值Iset中整流之後所供給的電流脈衝50的限定的極限。關於脈衝寬度PW，本發明人已經考慮了不同的脈衝寬度。圖8示出了 對於半周期持續時間的0% (無脈沖)直到25%的脈衝，驅動器電路12的動態能力。對於在半周期的1%和25%之間、優選地在2%-20%之間的脈衝寬度PW，已經獲得了令人滿意的結果。在半周期的3-15%處已經建立了大約最佳的電壓。為了獲得驅動器電路12的理想的可變動態能力，本發明人提出將根據燈壽命L施加脈衝高度PH。通常，施加到最新製造的燈上的脈衝高度PH應小於施加到2500燃燒小時的燈壽命的燈上的脈衝高度PH。本發明人已經發現在ー些放電組件設計中，對於工作的最初時期無需施加任何脈衝(PH=100%)。從這之後，脈衝高度PH應增加以確保具有成功的再次點燃的整流。正如圖5中所示出的，對於最小值曲線(虛線)，由驅動器電路12可得到的90 V是足夠的，直到2000 h燈齡的點62處。在該最小值的方法中，僅僅在該最初時期之後利用脈衝50來啟動是足夠的。圖6示出了脈衝高度PH (在本實例中，對於10%的固定脈衝寬度PW)可以如何在燈壽命L中變化。在圖6中，實線說明被推薦的曲線，其中脈衝高度PH的值被選擇為高得足以保證成功整流，但是仍然相當低以限制產生的缺點。點線示出了被提出的最大值曲線，其說明了脈衝高度PH的最高值，就缺點而言，所述最高值提供高安全界限並且仍然被認為是可忍受的。相似的，如虛線所示出的曲線是最小值曲線，其說明了整流脈衝高度PH的被推薦的最小值。然而，應當強調，對於圖5中的最小值曲線，僅僅存在非常有限的安全界限。因而，對於被選擇在圖5中的最小值和最大值曲線之間的脈衝，可以希望的是，燈的不利之處和故障率將仍然是可以忍受的。然而，可取的是，選擇脈衝高度PH更接近如圖6中實線所示出的最優曲線。在圖6的最小值曲線中，在最初間隔時直到2000 h的燈齡L，沒有施加任何脈衝エ作(PH=100%)。在L=2000 h (點62)之後，脈衝高度PH隨著燈壽命L線性地增加，直到在燈壽命L=2500 h時PH=125%的值。對於工作超過L=2500 h，優選地是，線性地使最小值曲線繼續。根據圖6的最大值曲線，對於最新製造的燈，脈衝高度PH以150%開始並且在工作的最初時期中已經增加，直到在L=500 h處的PH=210%的值。從該時刻開始，脈衝高度PH 線性地增加，以使得在L=2000 h處達到脈衝高度PH=220%。對於工作超過L=2000 h，線性地繼續増大。圖6中所提出的最優曲線示出了 對於最新製造的燈，在450 h的最初間隔直到圖5的點60，沒有脈衝工作(PH=100%)，其中，所要求的再次點燃電壓(加上電感LI上的壓降)取代從驅動器電路12可以得到的90 V，而沒有脈衝。因而，根據最優曲線，超過燈壽命L的450 h提出了脈衝工作，而脈衝高度PH首先線性增加，直到L=500 h處的PH=120%。脈衝高度PH然後在燈壽命期間進一歩増大，儘管具有較小的斜率，直到L=2000 h處的155%。對於超過L=2000 h的工作，曲線以相同的斜率繼續。如上所述的工作可以通過在由外部恆定功率控制環所供給的設定電流值Isrt上疊加脈衝而在照明組件30中實現。相應的脈衝高度和寬度值可以存儲在查詢表中。微控制器連續不斷地確定燈的壽命し壽命L的值然後用在查詢表中，以確定脈衝的脈衝高度PH，所述脈衝疊加到設定的電流值Isrt的矩形波形上。因而已經示出包括整流脈衝50 (其中，至少一部分脈衝50在整流之後被施加)的設定電流值Isrt可以用來調節動態電壓傳遞能力，以確保在燈10的整個壽命的良好整流屬性，同時避免不必要的不利之處。在燈壽命L期間施加大小増大的脈衝還對燈的工作(即，對燈的效率以及因而由燈10所生成的全部光通量)具有另外的影響。燈10利用恆定的工作功率來驅動。然而，由燈10所生成的光通量(其以流明(Im)來測量)以及燈效率(即，得到的光通量除以電功率，以每瓦特的流明(lm/W)來測量)通常在燈壽命L期間降低。這被已知為光通維持率(lumenmaintenance)0圖9示出了說明利用恆定的脈衝高度PH和脈衝寬度PW的脈衝來驅動本樣品25W燈的效率對壽命L的依賴性的圖。如所示出的，燈效率在壽命L期間從86 lm/W (對於樣品25W燈的2150 Im的光通量)的最初值在工作的3000 h內減小大約15%。如果燈利用燈電流込上的脈衝來驅動，所獲得的效率可以増大。正如以下表I中所示出的，在脈衝工作中的燈效率在無脈衝(PH=100%，Pff=0%)情況下獲得的基礎效率上增大，並且利用更高的脈衝高度PH來進ー步増大。表I :樣品25W燈的流明輸出的增大值
IPW=10% IPW=20% [pw=30% :
PH=I00% +/-01m +/-01m +/-01m ^
PH=120% l+/-01m 1+/-0Im [+251m :
權利要求
1.一种放電照明組件，具有 -放電燈(10)，包括具有用於形成電弧放電的兩個電極(24)的放電容器(20)， -驅動器電路(12)，向所述燈(10)供給電功率， -其中，所述電功率被供給為交變的燈電流(IJ和/或交變的燈電壓( )，在其正值和負值的半周期之間具有整流； -其中，所述驅動器電路被控制，從而能夠在整流之後10-100μ s的預定傳遞時間(tD)處以電壓等級(Ud)來傳遞所述電功率，所述電壓等級(Ud)在所述燈(10)的壽命(L)期間變化。
2.根據權利要求I的組件,其中， -控制器(40)控制所述驅動器電路(12)，以根據設定值(Isrt)傳遞所述燈電流(IJ和/或燈電壓(隊)，其中，所述設定值(Iset)包括具有脈衝高度(PH)的脈衝(50)， -所述脈衝(50)適時地位於整流後， -其中，所述脈衝高度(PH)根據所述燈(10)的壽命(L)來變化。
3.根據權利要求2的組件，其中， -所述電功率被供給為交變的燈電流(IJ， -以及其中，所述控制器(40)控制所述驅動器電路(12)，以根據設定電流值(Isrt)傳遞燈電流(IJ，其中，所述設定電流值(Iset)包括具有根據所述燈(10)的壽命(L)變化的脈衝高度(PH)的脈衝(50)。
4.根據以上權利要求2-3中一個的組件，其中， - 所述脈衝高度(PH)在所述燈(10)的所述壽命(L)的第一、早期時間所施加的第一脈衝高度值和在所述燈(10)的所述壽命(L)的第二、後期時間所施加的第二脈衝高度值之間增大。
5.根據權利要求4的組件，其中， -所述脈衝高度(PH)在所述第一時間和所述第二時間之間單調增大。
6.根據以上權利要求2-5中一個的組件，其中， -在最初時間間隔直到壽命值範圍內不提供脈衝， -以及其中，在所述壽命值之後提供脈衝。
7.根據以上權利要求2-6中一個的組件，其中， -在所述燈(10)的壽命的500h處的脈衝高度是100% - 210%， -以及其中，在所述燈(10)的壽命的2225h處的脈衝高度是110% - 225%。
8.根據以上權利要求2-7中一個的組件，其中， -在所述燈(10)的壽命的500h處的脈衝高度(PH)是100% - 140%， -以及其中，在所述燈(10)的壽命的2000h處的脈衝高度(PH)是130% - 170%。
9.根據以上權利要求2-8中一個的組件，其中， -所述脈衝具有半周期持續時間的1%_25%的脈衝寬度(PW)。
10.根據以上權利要求中一個的組件，其中， -控制器(40)控制所述驅動器電路(12)，以根據設定值(Iset)傳遞所述燈電流(IJ， -其中，所述設定值(Iset)包括具有脈衝高度(PH)和脈衝寬度(PW)的脈衝(50，52)， -其中，所述脈衝高度(PH)和/或脈衝寬度(PW)至少在壽命間隔內被確定，以根據所述燈(10)的壽命(L)來増大，從而與利用恆定脈衝工作相比獲得更高的光通量。
11.根據權利要求10的組件，其中， -所述脈衝高度(PH)被選擇以根據所述壽命(L)増大，從而使得所述光通量在所述壽命間隔內基本上恆定。
12.根據以上權利要求中一個的組件，其中， -所述放電燈(10)利用20-30W的時間平均的電功率來驅動。
13.根據以上權利要求中一個的組件，其中， -所述傳遞時間tD是50 y S。
14.根據以上權利要求中一個的組件，其中， -所述放電燈(10)具有30 ill或者更小容積的放電容器，其填充有10-20 bar冷壓カ的稀有氣體和金屬滷化物，其中，所述填充無汞， -以及其中，所述電極(24)是具有150-400 iim直徑的圓柱形形狀。
15.ー種使放電燈(10)工作的方法，所述放電燈包括具有用於形成電弧放電的兩個電極(24)的放電容器(20)， -其中，驅動器電路(12)向所述燈(10)供給電功率作為交變的燈電流(し)和/或交變的燈電壓(隊)，在其正值和負值的半周期之間具有整流， -其中，所述驅動器電路被控制，從而能夠在整流之後IO-IOOil s的預定傳遞時間(tD)處以電壓等級(Ud)來傳遞所述電功率，所述電壓等級(Ud)根據所述燈(10)的壽命(L)來變化。
全文摘要
描述了放電照明組件和使放電燈10工作的方法。放電燈10包括具有用於形成電弧放電的兩個電極24的放電容器20。驅動器電路12向燈10供給電功率，作為交變的燈電流IL和/或交變的燈電壓UL，在正值和負值的半周期之間具有整流。驅動器電路12被控制，從而能夠在整流之後10-100μs的預定傳遞時間tD處傳遞根據燈10的壽命L而變化的電壓等級UD。
文檔編號H05B41/392GK102860136SQ201180019970
公開日2013年1月2日 申請日期2011年4月12日 優先權日2010年4月21日
發明者M.哈亞科, L.達布林格豪森, E.T.M.德科寧格, J.巴姆 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司