用于操作高壓氣體放電燈的電路裝置和方法

專利名稱：用于操作高壓氣體放電燈的電路裝置和方法
用于操作高壓氣體放電燈的電路裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種用于操作高壓氣體放電燈的電路裝置和方法。本 發明還涉及一種具有高壓氣體放電燈的燈單元以及這種電路裝置，并 且涉及一種具有這種燈單元的前燈。
這種高壓氣體放電燈大體包括一個放電容器，通常設置在該放電
容器的相對端處的兩個電極伸出到該放電容器中，設置于該放電容器
上的密封部分中的所述電極在連接到輸入導體，通過提供電壓的輸入 導體能夠將燈連接到電路裝置。該放電容器以相對高的壓力充滿氣
體，通常是惰性氣體或惰性氣體混合物。這種高壓氣體放電燈的典型
例子是MPXL (微功率氙氣)燈。這種燈主要用于車輛前燈。在這種 燈中激發的電弧產生高溫，實質導致惰性氣體以及例如汞和金屬鹵化 物的混和物的附加物質以發射光。通常由一個外部封套圍繞該放電容 器，由于在放電容器內的電弧中的物理過程，所以在期望的波長光譜 區域內的光之外必然產生紫外線輻射，該外部封套的目的是吸收紫外 線輻射。 一般通過施加高電壓脈沖，激發在燈中的電弧。在放電容器 中存在的氣體壓力越高，這種燈的光輸出一般總是越高。然而，氣體 的較高壓力的不利影響是還要求較高的擊穿電壓，即，達到較高壓力 時，必須對燈的電極施加較高電壓以點火(ignite)燈。通常，擊穿電 壓是數千伏，并且在最近出現的氣體放電燈中，例如是20kV的數量 級。 一旦已經點火燈，在所謂的"轉換"過程中就不得不將其轉換到 穩態模式。在轉換過程中，將燈的電極加熱到典型的穩態模式的溫度。 為了在轉換過程中和在穩態模式中保持電弧，要求一個相當低的電 壓。在這種情況下，施加到電極的電壓通常是在對于轉換為數百伏以 及對于穩態模式為小于IOO伏的范圍內的電壓。
因此，首先要求一個特定的電路裝置來點火高壓氣體放電燈，并 且隨后不妨礙在穩態模式中的操作。這種電路通常稱為"點火模塊"。
這種電路裝置通常包括兩種不同的電路或子電路裝置。在一方 面，這種電路裝置一般具有點火電路電路裝置(在下文中也簡稱為"點 火電路，，)，其目的是產生高壓脈沖來點火高壓氣體放電燈。位于點 火電路中的一個電容器能夠通過兩個端子連接到電壓供給單元(通常
也稱為"鎮流器")。通過一個開關元件，例如火花放電器或可控硅 整流器或半導體開關元件，該電容器連接到變壓器的初級線圈，即， 由通過切換有關的開關元件在一點處斷開電容器到初級線圏的連接。
該電路裝置通常還具有燈電路電路裝置(在下文中也筒稱為"燈 電路，，)，其用于轉換以及用于高壓氣體放電燈的穩態模式。在這種 燈電路中，高壓氣體放電燈在一側通過變壓器的次級線圏連接到用于 與鎮流器連接的一個端子，并且在另一側通過所謂的回路導線連接到 用于與鎮流器連接的第二端子，即，高壓變壓器的次級線團與高壓氣 體放電燈串聯連接。從而高壓氣體放電燈與高壓源(變壓器的次級線 圏)串聯連接，并且連接到鎮流器。由于這個原因，這種電路裝置稱 作"串聯點火模塊"或"串聯點火器"。鎮流器是通過這個燈電路將 在穩態模式中必須的操作電壓提供給高壓氣體放電燈，在這種情況 下，可以將變壓器的次級線圏簡單的看作低電阻和低電感的導線長 度。在這種操作模式中，線圈不執行任何特別的功能。
以以下步驟發生高壓氣體放電燈的點火。在點火電路中的電容器 通過開關元件與變壓器的初級線圏并聯，首先通過鎮流器對該電容器 充電。在這種情況中，高于那里的特定電壓，開關元件轉換為導通， 但是如果鎮流器是匹配設計的，那么還能夠在給定時間內以它轉換為 導通的方式控制它。因此，在當前的例子中，由鎮流器預設轉換電壓， 高于該轉換電壓，開關元件轉換為導通。 一旦在電容器處達到了給定 電壓，電容器就通過開關元件向高壓變壓器的初級線圏放電。電容器 向燈電路中的變壓器的初級線圏的放電產生了期望的高壓脈沖，該高 壓脈沖隨后使燈點火。 一旦在燈中發生擊穿，就由鎮流器通過變壓器 的次級線圏以及通過回路導線給燈提供電能，由此將燈轉換到穩態模 式。在穩態模式中，點火電路和相關組件不執行任何另外的功能，直
到燈再次放電。在US5986413中描述了這種電路的一個例子。
然而，這種設計存在的問題在于，由于在該電路裝置中高壓電勢 非常快的改變，所以產生具有僅幾納秒的持續時間和數百伏的幅度的 一個瞬時脈沖。在這種情況下在點火模塊的端子處達到高于IOOOV的 電壓。該瞬時脈沖還通常稱為"閃信號(glitch)"。這種閃信號脈沖 可以在鎮流器的方向上沿著連接線傳播，并且損壞或者完全毀壞鎮流 器或其組件。當冷啟動燈時，尤其會發生這個問題。 本發明的一個目的是進一步開發在本文開始段落中說明的這種電 路裝置以及方法，由此顯著的降低或很大程度上防止毀壞與該電路裝 置接觸的或位于其附近的其它電氣組件的危險、以及特別是毀壞鎮流 器的危險，所述危險是由在點火期間發生的高壓電勢中的快速改變所 導致的。
由在權利要求1中要求的電路裝置和在權利要求10中要求的方法
實現該目的。
為此目的，采用呈空心電感器或棒心電感器形式、具有電感小于
或等于20yH的電感元件，連接在與次級線團相對的高壓氣體放電燈 的一側(低壓側)上，即，連接到不與高壓變壓器的次級線圈連接的 電極。
如以下將更詳細說明的，在許多高成本的研究中已經發現，閃信 號脈沖的參數主要取決于電路裝置中或在電路裝置與周圍之間的寄生 電容。令人驚訝的，在這種情況下還發現，使用具有小于或等于20 n H的適當電感值的簡單的空心電感器或棒心電感器，充分的降低閃信 號脈沖，從而可靠地防止對電壓供給單元的任何損壞。由于電感元件 是空心電感器或棒心電感器，所以確保了即使非常高的電流，這種電 感元件也不進入飽和狀態。由于在高電流時它們的飽和特性，所以在 另一方面已經證明，例如環形磁心電感器或鐵氧體磁珠(ferrite beads) 的具有閉合磁路的電感元件僅是限制的適用于上述目的，保護鎮流器 不受閃信號脈沖的影響。對于本發明的目的，"空心電感器，，意味著 任何不填充磁性材料而是簡單的填充例如空氣或一些其它電介質的電 感器，從而使用介電填充物質增加介電強度。
還發現，當使用具有超過20MH電感的電感元件時，在高壓氣體 放電燈與空心或棒心電感器之間的導線上的高電壓不會衰減的足夠 快，從而增加在高壓氣體放電燈的回路導線與燈周圍的其它部件之間 出現跳火(flashover)的可能性，跳火是在點火之后短暫地處于高電 位，跳火可能隨后導致對機動車輛的前燈反射器涂層的損壞，并且在 前燈系統中導致其它不期望的光學影響。
從屬權利要求分別涉及本發明的特定優選實施例和精煉方案。具 體的，用于操作高壓氣體放電燈的方法也以與在對應于電路裝置的從
屬權利要求中指定的方式相同的方式實現。
對于電感元件的電感，特別優選的是小于大約5nH，并且特別優 選為lpH。在大量系列實驗中已經發現，即使是具有小于5nH電感、 并且特別是具有1 電感的空心電感器或棒心電感器，就足以降^氐即 修正閃信號脈沖，以足夠排除對鎮流器的損害。另一方面，使用在回 路導線上的這種低電感，在燈中產生的電勢非常快的降低，從而能夠 可靠的防止在回路導線與周圍部件之間的跳火。
作為電感元件，特別優選的是具有高頻鐵氧體棒心的棒心電感 器，因為這種電感元件就其效率而言是最佳的，并且因此能夠^f吏用小 結構外部尺寸的電感器。
基本上，不考慮共用的高壓變壓器，燈電路和點火電路可以是兩 個單獨的電路，具有它們各自的用于連接到鎮流器的端子。原則上， 還能夠對每個電路提供其自己的單獨的鎮流器。然而，對于電路裝置 特別優選的是具有三個連接到鎮流器的端子，并且在這種情況下這樣 構成，在構成點火電路電路裝置中，第一端子連接到電容器，并且連 接到變壓器的初級線團，和第二端子連接到電容器的另一端，并且通 過開關元件連接到初級線圏的另一側。在構成燈電路電路裝置中，第 一端子隨后通過變壓器的次級線圈也連接到高壓氣體放電燈的一側， 即，第一電極，高壓氣體放電燈在另一側由其第二電極通過所述電感 元件連接到第三端子。這種設計與具有單獨電路的設計相比更節省空 間，并且特別是要求更少的端子。
不管所使用的電路裝置是具有總共四個電極的兩個單獨電路或是 上述優選的僅具有三個電極的電路裝置，在優選實施例中，燈電路裝 置的端子通過限壓元件連接在一起，限壓元件在高電壓時變為導通， 所述限壓元件例如跨越(transil diode ) 二極管或穩壓二極管。這種限 壓元件同樣參與在點火之后盡可能快地減少在燈電路的端子之間的高 壓，從而減少鎮流器失效的風險。作為可替換的方案，代替跨越二極 管或穩壓二極管，還能夠用于此目的的是適合的電容元件，例如具有 從幾百pF到幾nF電容量的電容器。
基本上，根據本發明的電路裝置可以與高壓氣體放電燈分離的構 成，并且可以具有適合的端子，高壓氣體放電燈可分離的連接到這些 端子。這意味著隨后能夠從電路裝置中單獨地替換高壓氣體放電燈。
然而，作為特別優選的，使用該電路裝置，高壓氣體放電燈構成 燈單元，并且燈單元能夠作為一個完整的單元裝配到例如機動車輛的 前燈中，并且燈單元還能夠作為共用組件進行替換。在這種情況下， 該電路裝置的整體優選的包括在高壓氣體放電燈的基座外殼。
這種燈單元通常還稱為"具有整體點火模塊的燈，，。在這種情況 下，根據本發明使用的電感元件還優選的設置在基座外殼內。在另一 種優選的可能變化中，電感元件直接包括在從高壓氣體放電燈的一個 電極達到基座外殼的回路導線中，其中該電路裝置的其它組件位于基 座外殼中，所述電極設置為遠離基座外殼。
根據本發明下面所述的實施例，將說明本發明的這些和其它方 面，并且它們是顯而易見的。在附圖中，相同的附圖標記表示相同的 組件。
在附圖中，


圖1是根據本發明的燈布置的第一實施例的簡化電路圖，具有獨 立的點火電路和燈電路。
圖2是本發明的第二實施例的簡化電路圖，具有數量減少的端子。 圖3是具有高壓氣體放電燈的燈單元和根據本發明的電路裝置的
簡化表示，所述電路裝置包括在高壓氣體放電燈的基座外殼中。
圖4a示意性的表示了在電路裝置與周圍接地之間的寄生電容，以
及示意性的表示了由此導致的在圖2的電路裝置中的閃信號脈沖傳
圖4b示意性的表示了與變壓器的次級線圏并聯的寄生電容，以及 示意性的表示了由此導致的在圖2的電路裝置中的閃信號脈沖傳播。
圖5示出了在圖2中所示的電路裝置中阻抗作為頻率的函數的測 量結果。
圖6a是出現在與圖2所示類似的常規電路裝置的端子處的閃信號
脈沖的示波器描跡。
圖6b是在如圖2所示根據本發明利用20yH的棒心電感器調整了 電路裝置之后，用于與圖6a比較的測量。
圖6c示出了在如圖2所示根據本發明利用2.7jiiH的棒心電感器調 整了電路裝置之后，用于與圖6a比較的測量結果。圖1中所示的根據本發明的電路1的實施例是一個線路圖
(layout)，其中點火電路3和燈電路4分別具有它們自己的兩個端子a3、 a4和a^ a2。這意味著，不考慮初級線團Tpi殳置在點火電路3中而次 級線圏Ts設置在點火電路4中的變壓器T，作為圖1中的外側電路的 燈電路4和作為內側電路的點火電路3是彼此完全分開的。因此，這 個線路圖與圖2中所示的線路圖相比不是很復雜并且容易理解。
通過端子a^ a2、 a3、 a4，燈電路4和點火電路3分別連接到鎮流 器5。在圖l和圖2中僅以示意的形式示出了鎮流器5。連接在鎮流器 5與高壓氣體放電燈2之間的電路裝置1通常還稱作"點火模塊"。
圖1中的燈電路4大體包括串聯的高壓變壓器T的次級線圍Ts和 高壓氣體放電燈2、以及電感元件L，所述電感元件L連接在與次級線 圈Ts相對的高壓氣體放電燈2的一側上。根據本發明，該電感元件L 是具有電感小于等于20nH的空心電感器或棒心電感器。還由跨越二 極管D將燈電路4的端子a2連接在一起。如上已經提到的，可以 使用具有從幾百pF到幾nF的電容量的電容器代替跨越二極管。
首先連接到點火電路3的端子a3、 a4的是電容器C。與后者并聯 連接的是電阻器R。在一端，電容器C直接連接到變壓器T的初級線 圏Tp的第一端子。在另一端，電容器C通過開關元件連接到初級線團 Tp的第二端子，在這種情況下所述開關元件是火花放電器(SG)。除 了火花放電器SG導致的斷路之外，在某種意義上，電容器C還因此 與變壓器T的初級線圈Tp并聯連接。
圖2示出了一種可替換的線路圖，其中對于兩個電路，即，對于 點火電路和燈電路，僅需要三個端子Xb x2、 x4。將在下文中作為基礎 的內容主要是圖2中所示的用于點火模塊的線路圖，但不將本發明限 制于此。
在這種情況下，在端子A和X4之間形成有點火電路3，通過電容
器C、設置為與電容器C并聯連接的電阻器R以及高壓變壓器T的初 級線團Tp以基本上與在圖1中所示的線路圖相同的方式構成點火電路 3，其中初級線圏Tp與所述前兩個組件(電容器C和電阻器R)并聯連 接，電容器C通過火花放電器SG再次連接到初級線圏Tp。
然而，同時，第一端子A也連接到變壓器T的次級線圈Ts，另一
方面，后者再次與高壓氣體放電燈2串聯連接，并且還與根據本發明 選擇的電感元件L串聯連接，從而構成燈電路3。通過指向遠離燈2 的端子，電感元件L在其另一側連接到端子x2。這種系列的點火模塊
的端子x^ X2、 X4依次連接到鎮流器5。
還是如圖2中所示，是點火模塊的封裝和/或EMC屏蔽S (EMC =電磁兼容性)，其處于地電位M，并且圍繞點火模塊以及燈2。通 常，處于地電位的封裝也出現在圖1所示的實施例中。
在圖3中以示意的形式示出了包括這種點火模塊和燈的燈單元(具 有整體的點火模塊的燈)的機械結構。這里可以看出，高壓氣體放電 燈2大體包括形成放電容器7的內封套(envelope)，兩個電極8、 9 從相對端伸出到放電容器7。當點火燈2時，在電極8、 9之間發出火 花，并且隨后在它們之間發展為電弧。通常包括惰性氣體以及金屬卣 化物與汞的混合物的混合物，位于相對高壓力的放電容器7中。(與此 同時，也存在無汞燈。)外封套6包圍放電容器7，尤其是，外封套6 用作屏蔽(screen)，預防在期望的光輻射之外產生的UV輻射。在外 封套6和放電容器7之間空間優選的是真空的、或在低壓或正常環境 壓力下填充空氣或一些其它氣體或例如惰性氣體混合物的氣體混合 物。
通過環形裝配配件12，由其在包括于基座外殼13中的基座上的外 封套6，將高壓氣體放電燈2保持在適當位置。電路裝置l的組件也位 于這個基座外殼13中。可以由接地金屬屏蔽包圍燈的基座。通過在基 座外殼13中的連接器14，點火模塊1連接到鎮流器(圖3中未示出鎮 流器)。
設置在臨近于基座的一端的燈2的電極8，通過導線，以圖2中所 示的方式連接到設置在基座外殼13中的次級線圈Ts。位于遠離基座的 一端的電極9連接到回路導線10，回路導線10穿過優選陶資材料的電 絕緣管ll返回到基座。在基座外殼13中，如圖2所示，回路導線10 通過以電感小于等于20pH的空心電感器或棒心電感器形式的電感元 件L，連接到端子X2。電感元件L還可以設置在沿著回路導線IO的任 何期望的位置。特別的，只要所述電感元件L足夠小，電感元件L甚 至能夠設置在基座外側或陶瓷外套管11的內側(參見圖3)。例如， 如果電感元件L是具有電感小于5niH的小鐵氧體棒心電感器，這是可
能的。
由于在圖2中所示的系列點火器是根據本發明的電路裝置的優選 線路圖，所以將參照圖2中所示的系列點火器說明該電路裝置的操作 及其存在的問題，確切的說在克服這些問題方面根據本發明使用的電 感元件L的作用。此外，下面將以高壓氣體放電燈2是作為優選的 MPXL燈為基礎。然而，下面給出的說明還可以以相同的方式應用于 圖1中所示的線路圖或類似線路圖，并且還可以應用于其他類型的高 壓氣體放電燈。
為了點火燈2，首先通過點火電路3的端子Xi和X4對電容器C充 電。火花放電器SG以這樣的方法定制，即，在大約800V時它成為導 通的。這樣的結果是，充電到約800V的電容器C通過火花放電器SG 放電到變壓器T的初級線團Tp。從而在變壓器的次級線圏Ts中產生 20kV數量級的高壓，并且隨后在點火前，該高壓出現在變壓器T與燈 2之間的高壓路徑上。電感元件L將燈2的另一側連接到燈的端子x2, 并且在點火前其處于相當低的電位。
通常，由點火脈沖啟動燈。如果燈2沒有成功的啟動，點火電路3 中的電容器C就再次充電，從而能夠利用另外的點火脈沖啟動燈。一 旦在放電容器7中發生期望的擊穿，燈2本身就能夠認為是一個相對 低阻抗的電阻器。隨后通過燈電路4，對燈2施加一個操作電壓，所述 操作電壓通常用于其驅動器的設計，例如在幾十與幾百伏之間的方波 電壓。各額定電壓的一半例如可以施加到端子Xi和x2。任何達到幾百 伏的期望電壓可以施加到點火電路3的笫二端子x4。簡言之，這個電 壓不必足夠高以使火花放電氣SG導通。在許多鎮流器中，這個端子處 于浮動電位。在點火模塊中的電阻器R通常是高阻抗，由于安全原因 安裝在電路中，從而抑制來自電容器C的任何可能的剩余電荷，從而
導致在端子X4處保持的電勢近似等于在端子x4出現的處防止進一步產
生不期望的點火脈沖時的電勢。
這種線路圖的一個問題在于，當點火高壓氣體放電燈2時，作為 電勢從接近20kV到小于幾百伏的非常快速變化的結果，可以在變壓器 T的次級線圏Ts與燈2之間高壓線上產生非常快和高的瞬時脈沖，該 瞬時脈沖具有小于lns的上升時間、僅幾ns的持續時間以及1000伏或
更高的幅值，該瞬時脈沖通過端子Xh X2和X4進入到鎮流器5，并且
可能在那里導致毀壞或破壞。在這種情況下，最受影響的是端子X2。 為了確定引起這種稱為閃信號脈沖的脈沖精確原因、以及為了發現對 該閃信號脈沖參數的起作用可能的方法，進行了多種不同的測量，并
且在此期間發現存在如下的相關性
除了確定電路裝置1的必不可少的功能的、如圖2所示的組件， 總是具有多個不能避免的的寄生組件，在某些條件下，它們能夠影響 電路1的運轉狀態。實際上多數這些寄生組件不起任何主要作用，因 為它們的值很低以致于可以忽略它們，但是盡管如此某些寄生組件是 產生閃信號脈沖的原因。在這種情況下，閃信號脈沖賴以存在的機構 如下
如上所述，由在變壓器的次級線圏中感應的高壓脈沖點火MPXL 燈2。該高壓脈沖的上升時間在幾十與幾百納秒之間的范圍內。通常， 所述高壓脈沖是正極性。然而這依賴于驅動電路和變壓器T的設計。 一旦電壓達到20kV數量級的擊穿值，在燈中就發生期望的擊穿，并且 點火燈。
在高壓氣體放電燈2的點火過程中，燈的電阻在幾納秒內從幾乎 無限大的值變化到相對低的值。因此，在次級線圈Ts與燈2之間的高 壓線上的電勢非常快的從接近20kV衰減到小于IOOV的值。產生點火 的高壓脈沖在其中衰減的時間由燈2中的擊穿過程確定，并且是幾納 秒的時間。那么在次級線圏Ts與燈2之間的高壓線(參見圖2)上的 值dU/dt是20kV/2ns^0，〃的數量級。由此導致，在高壓線與點火模塊 和屏蔽的其它組件之間的寄生電容非常快的放電，這樣在到鎮流器5 的連接線中，并且特別是從燈2到端子X2的回路導線10中，產生了相 對高的電流。由上述過程導致的過流或過壓參數尤其還取決于所包括 的特定連接線的阻抗。
在該特定實施例中，發現實際上是兩個寄生電容在導致閃信號脈 沖方面發揮主要影響。第一個電容在圖4a中表示為電容器CPn并且 位于從次級線圏Ts到燈2的高壓線與點火模塊的屏蔽外殼或周圍接地 S之間。在點火操作前，由點火脈沖對該寄生電容器CPt充電到燈的點 火電壓。 一旦在燈中發生擊穿，能夠將燈2本身認為是電路1中的一 個相對低電阻的電阻器。電容器CPi充電到高壓，那么電容器CPi的 正充電端由燈2連接到該電路裝置的其它部分。圖4中由箭頭示出了
可能的方向，在這些方向上由電容器CPi導致的閃信號脈沖能夠傳播
在端子Xh X2、 X4的方向、以及最終傳播在鎮流器5的方向。在這種情 況下，在端子X4上的負栽是重的。在實驗中證明這個電容的存在，在實
驗中由一個附加屏蔽在受懷疑的點處覆蓋點火模塊和燈，在那些點處
可能在高壓電位存在突變電荷。附加屏蔽與常規屏蔽s電隔離，并且 連接到回路導線，附加屏蔽位于常規屏蔽s的下面。這一步驟導致閃
信號脈沖幅值的顯著下降，閃信號脈沖的極性與變化前端子Xi和X2處
的相同，并且在變化后改變。由此，能夠推斷第二寄生電容存在于點 火模塊的線路圖中。
主要對閃信號脈沖負責的第二寄生電容是次級線圏Ts本身的電 容。在圖4b中將這個電容表示為并聯于次級線團Ts的電容器CP2。該 電容器CP2在點火脈沖的上升期間同樣也充電到擊穿電壓。在燈2中 擊穿之后，該電容器CP2的正充電端也連接到燈2的回路導線10 (圖 3)。寄生電容器CP2的負極端(如果點火脈沖是一種正極性；否則電 容器的這端處于正電位)直接連接到端子xl5以及通過電容器C、初 級線圏TP和火花放電器SG間接連接到端子x4。來自該寄生電容器 CP2的部分能量由跨越二極管D吸收。在移除了跨越二極管D的實驗 中證明了這個電容的存在。因此，在點火模塊的所有端處觀察到閃信
號脈沖的幅值顯著增加，在端子Xi和X4處的脈沖極性與端子X2處的極
性相反。
作為兩個寄生電容CPi、 CP2的影響疊加的結果產生了實際的閃信 號脈沖，在端子X2上的負栽是重的。在端子^和X4處測量的脈沖具有
較低的電流和電壓峰值。這能夠從圖6a中看出。圖6a示出了在鎮流 器5與MPLX燈2之間的50m長、50Q同軸連接電纜上的離燈2大約 20cm的一點處的閃信號脈沖的示波器描跡， 一個具有大約20pH電感 的標準環形磁心鐵氧體電感器裝配在電路裝置中，代替根據本發明選 擇的電感元件L。這種環形磁心鐵氧體電感器用于在燈的穩態操作期 間減少電磁擊穿(disruptions)。這也清楚的表明，由于它們的飽和特 性，這種通常安裝到回路導線以提高EMC特性的標準環形磁心鐵氧體 電感器不適于防止閃信號脈沖的問題。特別從圖6a能夠看出的是，在 最重負荷的端子x2處的電壓值能夠達到高電平。在這點處的電壓短時 段內能夠容易的超過1000伏的值。
還使用阻抗分析器估測兩個寄生電容的大小的和。為此目的，電 路l的端子Xh X2和X4通過50Q的電阻器連接到燈屏蔽。移除燈2的
同時測量在變壓器T的次級線團Ts的高壓端與屏蔽S之間的阻抗。圖 5中示出了在達到500MHz的頻率范圍內阻抗測量的結果。直線表示 6pF的理想電容器的阻抗。該測量表明點火器電路裝置1的總寄生電容 是6pF的數量級。該6pF的電容與非常快變化的1013V/s電勢一起，能 夠導致數十A數量級的電流脈沖。
在這種情況下，閃信號脈沖對于鎮流器5表現出的潛在危險不僅 取決于最大電流或最大電壓，而且在相當大的程度上，取決于脈沖電 流中的上升的值dl/dt，即，特別是取決于上升沿的形狀。
通過在電路中使用具有電感Li的電感元件L (同時考慮總的擊穿 電容(disruptive capacitance ) Cp )，能夠確保代替快速閃信號脈沖而 發生的是具有半周期的諧振
對于點火電壓U，隨后也產生的最大電流，最大電流的數值為
這意味著，作為引入根據本發明的電感元件的結果，閃信號脈沖 的上升沿和幅值能夠這樣控制，即，該脈沖對鎮流器不具有任何不利 影響，由此確保振動比原始閃信號脈沖慢，并且特別是具有不陡峭的 上升沿。
如果將測量的6pF看作寄生電容Cp的值，而U-20kV看作點火 電壓，那么由此將得出電感元件L具有電感Li = 20 p H、具有接近35ns 的半周期長度的脈沖以及接近HA的電流，顯著的低于原始閃信號脈 沖的值。在圖6b中示出了為此目的進行的比較測量，其中根據本發明 使用具有20nH電感的鐵氧體棒心電感器作為電感元件L。與圖6a的 比較表明，在這種情況下，閃信號脈沖現在是難于辯別的。
圖6c示出了用于比較目的的進一步測量，其中使用具有2.7nH電 感的鐵氧體棒心電感器。該圖清楚的表明，使用這種方法甚至使得閃 信號脈沖已經是顯著小于臨界的。代替閃信號脈沖而發生的振動的上 升沿基本上是非常淺的坡度。
驅動器電路可以這樣設計，使得在燈周期中的諧振具有5到10ns 的半周期，并且不再導致鎮流器故障，這意味著能夠容易的使用甚至1 )iH的空心電感器或棒心電感器作為電感元件L。優選的，電感元件 的感應率(inductivity)應當大于大約O.lpH。
與使用20pH空心電感器或棒心電感器時35ns相比，具有1 ja H 電感的電感器的5到10ns的較快衰減時間具有顯著的益處，顯著的減 少跳火(flashover)的可能性以及從回路導線到燈周圍內存在組件的其 它高壓影響。因此，使用具有小于5MH電感的電感元件是理想的妥協 方案，其確保閃信號脈沖可以不毀壞或損壞鎮流器和位于燈周圍內的 其它組件。
然而，在這種情況下，必須使用空心電感器或棒心電感器。緊湊 結構的標準環形磁心電感器具有小的閉合磁路，通常是鐵氧體，其以 高電流進入飽和。當這種情況發生時，磁心電感器失去了它的感應特 性，這意味著很大程度上減低了這種電感器的過濾特性。
最后，應當再次指出的是，在附圖和說明書中實際示出和說明的 電路和方法僅是描述性的實施例，本領域技術人員能夠在寬的范圍內 對其進行改變，但不因此超出本發明的范圍。特別的，它還能夠不僅 用于根據本發明選擇使用的電感器來防止閃信號脈沖，而且能夠用于
使用一個或多個另外的環形磁心電感器，例如可以在改進emc特性之 外使用這些電感器。在這些另外的電感器可以進入飽和的情況下，它 們可以具體的具有超過20mH電感，由于它們的飽和特性，這些電感
器將不會對閃信號脈沖有任何影響。
為了完整起見，應當指出，不定冠詞"一"或"一個"的使用不 排除超過一次出現相關的多個特征的可能。
權利要求
1、一種用于操作高壓氣體放電燈(2)的電路裝置(1)，-具有點火電路電路裝置(3)，點火電路電路裝置(3)具有能夠通過兩個端子(a3、a4、x1、x4)連接到電壓供給單元(5)的電容器(C)，該電容器(C)通過開關元件(SG)與變壓器(T)的初級線圈(TP)并聯連接，和-具有燈電路電路裝置(4)，其中高壓氣體放電燈(2)在一側通過變壓器(T)的次級線圈(TS)連接到用于連接電壓供給單元(5)的端子(a1、x1)，并且在另一側通過電感元件(L)連接到用于連接電壓供給單元(5)的第二端子(a2、x2)，電感元件(L)由具有電感等于或小于20μH的空心電感器或棒心電感器構成。
2、 如權利要求1所述的電路裝置，特征在于電感元件(L)的 電感小于大約5nH,并且優選的是大約l|iH。
3、 如權利要求1或2所述的電路裝置，特征在于電感元件(L)由具有鐵氧體棒心的棒心電感器構成。
4、 如權利要求l到3之一所述的電路裝置，特征在于三個端子 (Xl、 x2、 x4)連接到電壓供給裝置(5)，-在構成點火電路電路裝置(3)中，笫一端子(Xl)連接到電容器 (C)，并且將其并聯連接到變壓器(T)的初級線團(TP)，和第二 端子(x4)連接到電容器(C)，并且通過開關元件(SG)將其并聯連 接到初級線圈(TP)，以及-在構成燈電路電路裝置(4)中，笫一端子(Xl)通過變壓器(T) 的次級線圏(Ts)連接到高壓氣體放電燈(2)的一側，高壓氣體放電 燈(2)的另一側通過電感元件(L)連接到第三端子(x2)。
5、 如權利要求l到4之一所述的電路裝置，特征在于燈電路電 路裝置(4)的端子a2、 Xl、 x2)通過限壓元件(D)連接在一起。
6、 一種燈單元(15)，具有高壓氣體放電燈(2)以及具有如權 利要求l到5之一所述的電路裝置。
7、 如權利要求6所述的燈單元，特征在于電路裝置(5)的整 體引入高壓氣體放電燈(2)的基座外殼(13)中。
8、 如權利要求6或7所述的燈單元，特征在于電感元件(L) 包括在從高壓氣體放電燈(2)的一個電極(9)到達基座外殼(13)的回路導線(10)中，所述電極(9)設置為遠離基座外殼U3)。
9、 一種前燈，具有如權利要求6到8之一所述的燈單元(15)。
10、 一種操作高壓氣體放電燈(2)的方法，誦其中，在穩態模式，電壓供給單元(5)通過燈電路電路裝置(4) 為高壓氣體放電燈(2)提供給定的操作電壓，在燈電路電路裝置(4) 中，高壓氣體放電燈(2)與變壓器(T)的次級線圏(Ts)串聯連接， -并且其中，為了點火高壓氣體放電燈(2)，通過對連接到電壓供 給單元(5)的電容器(C)充電，在次級線圈(Ts)中感應出高壓脈 沖，所述電容器(C)通過開關元件(SG)與變壓器(T)的初級線圏 (Tp)并聯連接，從而形成點火電路電路裝置(3)，-通過空心電感器或棒心電感器(L)，降低了位于電壓供給單元 (5)上的負載的瞬時脈沖，所述空心電感器或棒心電感器(L)連接 到燈電路電路裝置(4)中，連接到與次級線圈(Ts)相對的高壓氣體 放電燈(2)的一側，所述空心電感器或棒心電感器(L)與變壓器(T) 的次級線圏(Ts)以及高壓氣體放電燈(2)串聯連接，并且所述空心 電感器或棒心電感器(L)具有等于或小于20jiH的電感。
全文摘要
描述一種用于操作高壓氣體放電燈(2)的電路裝置(1)。該電路裝置(1)具有點火電路電路裝置(3)，點火電路電路裝置(3)具有能夠通過兩個端子(a₃、a₄、x₁、x₂)連接到電壓供給單元(5)的電容器(C)，該電容器(C)通過開關元件(SG)與變壓器(T)的初級線圈(T_P)并聯連接，開關元件(SG)在高于給定電壓時變為導通。電路裝置(1)還具有燈電路電路裝置(4)，其中高壓氣體放電燈(2)在一側通過變壓器(T)的次級線圈(T_S)連接到用于連接電壓供給單元(5)的端子(a₁、x₁)，并且在另一側通過電感元件連接到用于連接電壓供給單元(5)的第二端子(a₂、x₂)。電感元件(L)由暴露的或封裝在絕緣物質中的空心電感器或棒心電感器構成，并電感元件(L)具有等于或小于20μH的電感。還描述了一種用于操作高壓氣體放電燈(2)的相應方法。
文檔編號H05B41/04GK101112128SQ200680003501
公開日2008年1月23日 申請日期2006年1月16日 優先權日2005年1月28日
發明者A·薩弗利夫, H·韋納特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司