CN101161037A - 具有火花间隙的辅助点火电极点火装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一个用于驱动或点亮配备有辅助点火电极(181)的高压放电灯(18)的装置，其中该装置具有一个依赖电压的开关元件(16)，其用于以高压放电灯(18)的点火电压加载辅助点火电极(181)，该依赖电压的开关元件(16)的开关阈值电压大于或等于高压放电灯(18)的点火电压。

Description

具有火花间隙的辅助点火电极点火装置

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的、用于驱动或点亮高压放电灯的装置、具有这种装置的灯座和照明系统以及用于驱动高压放电灯的方法。

I.技术背景

例如在WO 98/18297中公开了这样的装置。该公开文献描述了一个用于配备有辅助点火电极的高压放电灯、特别是用于汽车前灯高压放电灯的脉冲点火装置。该脉冲点火装置具有火花间隙、点火电容器和点火变压器作为主要部件。为了触发在高压放电灯中的气体放电对点火电容器充电，以便在达到火花间隙的击穿电压时通过火花间隙并通过点火变压器的初级线圈放电，从而在点火变压器的次级绕组中感应出高压脉冲，其经过辅助点火电极馈入高压放电灯并且导致触发在该压放电灯中的气体放电。在触发气体放电之后以具有交变极性的高频电流驱动高压放电灯，该高频电流的频率在兆赫兹范围内。上述的点火电路与高压放电灯的驱动电路电隔离地布置。驱动电路和点火电路都由同一个推挽逆变器提供能量。具有两个次级绕组的变压器用于在点火电路和驱动电路之间进行电隔离以及用于耦合到逆变器，两个次级绕组分别布置在点火电路中和驱动电路中。在成功触发高压放电灯中的气体放电之后借助于一个可控半导体开关截止点火电路或点火装置。

II.发明内容

本发明的任务是提供一个具有简化结构的相应类型的装置。

根据本发明通过权利要求1的特征解决该任务。在从属权利要求中描述本发明的特别有益的实施形式。

用于驱动或点亮配备有辅助点火电极的高压放电灯的本发明装置具有一个用于对辅助点火电极施加高压放电灯的点火电压的、依赖电压的开关元件，其中依赖电压的开关元件的开关阈值电压大于或等于为了触发在高压放电灯中的气体放电所需要的点火电压。在这种关系中对点火电压理解为在辅助点火电极和所属主电极之间所需要的电压，为了触发在高压放电灯中的气体放电该电压是必须的。由此可以实现用于具有辅助电极的高压放电灯的点火装置，其在不应用点火变压器的情况下也可以产生点火电压脉冲。此外也可以省掉用于在成功触发在高压放电灯中的气体放电之后截止点火装置的可控半导体开关和用于电气隔离点火电路与驱动电路的变压器。因此本发明装置具有与根据目前技术背景的装置相比简化的结构。

为了能够产生如此高的电压、比如为了触发在备有辅助电极的高压放电灯中的气体放电所必须的电压，依赖电压的开关元件优选包含至少一个火花间隙。可以通过改变其电极的间距或者所应用的填充气体的压力，把开关阈值电压、也就是说火花间隙的击穿电压调整到所希望的值或调整到大于或等于高压放电灯的点火电压的值。代替一个火花间隙也可以替换地应用多个串联的火花间隙或一个具有附加点火电极的可外触发的火花间隙。可是另外的依赖电压的开关元件、例如可控硅或依赖电压的电阻或上述元件的组合也可以代替火花间隙。

在本发明装置中优选设置一个可以充电到开关阈值电压的电荷存储元件，以便为击穿依赖电压的开关元件提供能量。上述的电荷存储元件优选涉及一个或多个设计用于高电压的电容器。

根据本发明的优选实施例，优选借助于谐振电路或电压加倍电路或压电变压器或它们的组合将电荷存储元件充电到依赖电压的开关元件的开关阈值电压。借助于在点火阶段接近于其谐振运行的谐振电路或借助于电压加倍电路以相对简单的方式可以产生几千伏的所需高压。例如可以通过在灯电路中连接的变压器或谐振电路给电压加倍电路提供能量。

有益地设置一个变压器，用于确保在高压放电灯的点火阶段从市电电压、例如从230伏的低压交流电网、或从汽车的车用电源给依赖电压的开关元件供电，并且保证给高压放电灯提供交变极性的电流。借助于该变压器可以实现不同的运行模式，以便在高压放电灯的点火阶段并且在结束点火阶段之后的灯运行阶段满足高压放电灯的不同需求。优选借助于该变压器在高压放电灯的点火阶段产生用于依赖电压的开关元件的第一供电电压，并且在成功触发高压放电灯中的气体放电之后产生第二供电电压用于生成交变极性的灯电流。

因此该变压器优选形成为逆变器或者交流电压变流器，其可以用不同的时钟或开关频率运行。为了产生上述第一和第二供电电压优选用由不同频率范围形成的开关频率驱动逆变器。由此可以以简单的方式确保，在成功触发高压放电灯中的气体放电之后在依赖电压的开关元件上只施加低于其开关阈值电压的电压，并因此不再产生另外的点火电压脉冲。

本发明装置仅仅包含少量元件并因此可以安置在高压放电灯的灯座中。因此本发明装置能够特别有益地应用在汽车前灯的备有辅助点火电极的卤素金属蒸汽高压放电灯中，也特别可以用在汽车前灯的无汞的卤素金属蒸汽高压放电灯中。

III.具体实施形式

下面根据多个优选实施例详细阐述本发明。

图1示出了根据本发明第一实施例的装置的电路图

图2示出了根据本发明第二实施例的装置的电路图

图3示出了根据本发明第三实施例的装置的电路图

图4示出了根据本发明第四实施例的装置的电路图

图5以示意图示出了由本发明装置驱动的高压放电灯的侧视图

图6示出了根据本发明第五实施例的装置的电路图，

在图1中图解示出了本发明装置的第一实施例的电路图。用于驱动备有辅助点火电极181的汽车前灯高压放电灯18的装置包含一个变压器10，该变压器从汽车的车用电压中产生高频交流电压。设置在高压放电灯的放电容器外部的高压放电灯18的辅助点火电极181电容性地耦合到高压放电灯18的、布置在放电容器内部的气体放电电极之一上。该装置包含一个具有初级绕组元件11a和次级绕组元件11b的自耦变压器11、一个与高压放电灯18的放电间隙并联的电容器12、一个整流二极管13、电阻14、17、一个电容器15和一个火花间隙16。二极管13设计用于直到30kV的电压，例如型号为BY724的二极管。电容器15的容量为100pF并且设计用于直到15kV的电压。在图1中虚线表示的电阻17是可选择的并且也可以不用。其电阻值为20兆欧并且特别用在火花间隙具有较低绝缘电阻的情况下，因为该电阻防止对由辅助点火电极和主电极产生的电容充电。火花间隙16的击穿电压为12kV。为了触发在高压放电灯18中的气体放电所需的点火电压在空载电压情况下为2千伏，这是在峰值之间测量的，典型为5千伏到10千伏。电阻14限制经过二极管13的电流、特别在放电电容器15的情况下，并且选择电阻值为47千欧。

为了触发在高压放电灯18中的气体放电以一个这样的开关频率驱动变压器10，该开关频率接近由元件11a和12组成的串联谐振电路的谐振频率。在自耦变压器11的次级绕组元件11b中由此感应出高电压，其足以经过整流二极管13和电阻14对电容器15充电到火花间隙16的击穿电压。如果电容器15上的电压达到火花间隙16的击穿电压，则其通过火花间隙16放电并用该高压脉冲加载辅助点火电极181，该高压脉冲导致触发在高压放电灯18中的气体放电。在成功触发高压放电灯18中的气体放电之后，通过高压放电灯的导电放电间隙跨接谐振电容器12，并且串联谐振电路衰减，从而在次级绕组11b中不会感应出足够高的电压来对电容器15充电到火花间隙16的击穿电压。因此在成功触发气体放电之后自动截止该点火装置。此外由此在成功触发气体放电之后火花间隙16负责辅助点火电极181与该装置的电气分离。在结束点火阶段之后辅助点火电极181是零电位并且因此不会引起钠迁移，钠迁移在高压放电灯18的放电容器中导致钠流失并因此导致高压放电灯18的过早失效。

在结束高压放电灯18的点火阶段之后借助于其控制装置如此选择变压器10的开关频率，即在含汞的卤素金属蒸汽高压放电灯的情况下以大约85伏的工作电压，在无汞的卤素金属蒸汽高压放电灯的情况下以大约40伏的工作电压驱动高压放电灯18。给高压放电灯18提供交流电流，其频率高于100kHz。电容器15在结束点火阶段之后充电到低于火花间隙16的击穿电压的电压。

在图2中示出了本发明装置的第二实施例的电路图。用于驱动备有辅助点火电极281的汽车前灯高压放电灯28的装置包含一个变压器20，其从汽车的车用电压中产生一个高频交流电压。设置在高压放电灯的放电容器外部的高压放电灯28的辅助点火电极281电容性地耦合到高压放电灯28的、布置在放电容器内部的气体放电电极之一上。该装置包含一个具有初级绕组21a和次级绕组21b的变压器21、一个与高压放电灯28的放电间隙并联的电容22、一个火花间隙26和电阻24、27，以及一个对称的、由二极管231、232和电容器251、252形成的电压加倍电路。在图2中虚线示出的电阻24、27是可选择的。

为了触发在高压放电灯28中的气体放电以这样的开关频率驱动变压器20，该开关频率接近由元件21a和22组成的串联谐振电路的谐振频率。由此在变压器21的次级绕组元件21b中感应出高电压，其由上述的电压加倍电路提高系数2，从而电容251、252被充电到火花间隙26的击穿电压。如果电容器251、252上的电压达到火花间隙16的击穿电压，则其通过火花间隙26放电并用该高压脉冲加载辅助点火电极281，该高压脉冲导致触发在高压放电灯28中的气体放电。在成功触发高压放电灯28中的气体放电之后，通过高压放电灯的导电放电间隙跨接谐振电容器22，并且串联谐振电路衰减，从而在次级绕组21b中不会感应出足够高的电压来对电容器251、252充电到火花间隙26的击穿电压。因此在成功触发气体放电之后自动截止该点火装置。此外由此在成功触发气体放电之后火花间隙26负责辅助点火电极281与该装置的电气分离。

在结束高压放电灯28的点火阶段之后借助于其控制装置如此选择变压器20的开关频率，即在含汞的卤素金属蒸汽高压放电灯的情况下以大约85伏的工作电压，并且在无汞的卤素金属蒸汽高压放电灯的情况下以大约40伏的工作电压驱动高压放电灯28。给高压放电灯28供给几乎矩形的、频率为400赫兹的交流电流。电容器251、252在结束点火阶段之后充电到低于火花间隙26的击穿电压的电压。另外下面阐述的、在图6中显示的实施例与第二实施例的区别仅仅在于，与在图2中的示意图相比初级绕组21a和谐振电容器22的位置发生了互换。点火类似于在第二实施例中的点火，但是以近似正弦的、频率高于1MHz的灯电流进行驱动，并且该灯电流流经谐振电容器22。

在图3中示出了本发明装置的第三实施例的电路图。用于驱动备有辅助点火电极381的汽车前灯高压放电灯38的装置包含一个变压器30，其从汽车的车用电压中产生一个高频交流电压。设置在高压放电灯的放电容器外部的高压放电灯38的辅助点火电极381电容性地耦合到高压放电灯38的、布置在放电容器内部的气体放电电极之一上。该装置包含一个具有初级绕组元件31a和次级绕组元件31b的自耦变压器31、一个与高压放电灯38的放电间隙并联的电容器32、一个火花间隙36和电阻37，以及一个非对称的、由二极管331、332和电容器351、352形成的电压加倍电路。在图2中虚线示出的电阻37是可选择的。二极管331、332分别设计用于25kV的电压。火花间隙36的击穿电压为22kV。在图3中显示的、根据第三实施例的装置功能完全类似于在图2中显示的、根据本发明第二实施例的装置。代替在此描述的单级级联电路也可以应用多级级联，其也称为Cockroft-Walton电路。

在图4中示出了本发明装置的第四实施例的电路图。用于驱动备有辅助点火电极481的汽车前灯高压放电灯48的该装置包含一个变压器40，其从汽车的车用电压中产生高频交流电压。设置在高压放电灯的放电容器外部的高压放电灯48的辅助点火电极481电容性地耦合到高压放电灯48的、布置在放电容器内部的气体放电电极之一上。该装置包含一个具有与高压放电灯48的放电间隙并联的初级绕组41a和次级绕组41b的变压器、一个整流二极管43、电阻44、47、一个电容器45和一个火花间隙46。在图4中虚线示出的电阻47是可选择的。如果变压器在初级绕组和次级绕组之间具有足够低的耦合，则可以放弃电阻44，类似于按照在图2中示出的实施形式的电阻24。

在高压放电灯48的点火阶段在变压器的次级绕组41b中感应出足够高的电压，用于经过整流二极管43和电阻44对电容器45充电到火花间隙46的击穿电压。如果电容器45上的电压达到火花间隙46的击穿电压，则其通过火花间隙46放电并用该高压脉冲加载辅助点火电极481，该高压脉冲导致触发在高压放电灯48中的气体放电。

在结束高压放电灯48的点火阶段之后借助于其控制装置如此选择变压器40的开关频率，即在含汞的卤素金属蒸汽高压放电灯的情况下以大约85伏的工作电压，并且在无汞的卤素金属蒸汽高压放电灯的情况下以大约40伏的工作电压驱动高压放电灯48。给高压放电灯48提供频率高于100kHz的交流电流。电容器45在结束点火阶段之后仅仅充电到低于火花间隙46的击穿电压的电压。

根据本发明的优选实施例的、在图5中图解示出的高压放电灯18、28、38、48涉及用于汽车前灯的卤素金属蒸汽高压放电灯。

该高压放电灯La具有一个由石英玻璃形成的放电容器1，在该放电容器中气体密封地封闭可电离的填充物。可电离的填充物包含氙和金属卤化物，优选是金属钠、钪、锌和铟的碘化物，并且可电离的填充物最好不包含汞。氙的冷充气压力为大约10巴。分别借助于钼薄膜封焊2a、2b密封放电容器1的两个末端1a、1b。在放电容器1的内部存在两个电极E1、E2，在这两个电极之间在灯运行中形成用于光辐射的放电电弧。主电极E1、E2分别经过一个钼薄膜封焊2a、2b导电地与从放电容器1中引出的电流引线3a、3b连接。放电容器1由玻璃外灯泡5包封。在此由在外灯泡5的内表面上的薄金属涂层形成在图1至4中以参考符号181、281、381、481表示的辅助点火电极ZE。可是也可以选择该涂层安置在放电容器1的外侧。薄金属涂层ZE的形状为纵向延伸的带状，其从外灯泡5的靠近底座的末端差不多一直延伸到放电容器中点的高度。灯壳1、5固定在灯座4的塑料顶部411中。由两部分金属外壳41、42罩住灯座4的长方六面体形状的部分，该金属外壳用于电磁屏蔽高压放电灯的、设置在灯座4内部的点火或驱动装置。高压放电灯La的电接头40用于给高压放电灯和布置在灯座内的点火或驱动装置供电，该点火或驱动装置根据在图1至4中示出的优选实施例形成。

在图6中图解示出了本发明装置的第五实施例的电路图。用于驱动备有辅助点火电极581的汽车前灯高压放电灯58的装置包含一个变压器50，其从汽车的车用电压中产生高频交流电压。设置在高压放电灯的放电容器外部的高压放电灯58的辅助点火电极581电容性地耦合到高压放电灯58的、布置在放电容器内部的气体放电电极之一上。该装置包含一个压电变压器59，其输入端由变压器50供电并且在其输出端上向包括二极管53a和53b的电压加倍电路供电，该装置还包含一个与变压器50串联并与高压放电灯的放电间隙串联的谐振扼流圈或者灯扼流圈51，以及一个与高压放电灯58的放电间隙并联的谐振电容52、电阻54、电容器55、火花间隙56和一个可选的电阻57。

二极管53a和53b设计用于直到25kV的电压并且例如型号为BY724。电容器15的电容为220pF并且设计用于直到15kV的电压。在图6中虚线表示的电阻57是可选择的并且可以不用。其电阻值为100兆欧。火花间隙的击穿电压为12kV。为了触发在高压放电灯58中的气体放电所需的点火电压小于12kV。

为了触发在高压放电灯58中的气体放电以这样的开关频率驱动变压器50，该开关频率接近压电变压器的谐振频率，其中在该压电变压器的输出端上产生一个高电压，其通过电压加倍电路在其输出端上整流并再次升高，从而其足以经过电阻54对电容器55充电到火花间隙56的击穿电压。如果电容器55上的电压达到火花间隙56的击穿电压，则其通过火花间隙56放电并以该高压脉冲加载辅助点火电极581，该高压脉冲导致触发在高压放电灯58中的气体放电。其中如此选择串联谐振电路的元件51和52的参数，即其接近同样在谐振中的压电变压器的谐振频率，并且通过激励压电变压器当在气体放电灯的两个主电极之间点火期间产生一个足够高的、幅度例如为1200伏的电压，因此能够通过在辅助点火电极581上的电压脉冲触发在气体放电灯的两个主电极之间的放电。

在结束高压放电灯58的点火阶段之后如此选择变压器50的开关频率，即在含汞的卤素金属蒸汽高压放电灯的情况下以大约85伏的工作电压，并且在无汞的卤素金属蒸汽高压放电灯的情况下以大约40伏的工作电压驱动高压放电灯58。给高压放电灯58提供频率高于100kHz的交流电流。通过改变频率压电变压器不再产生如此高的输出电压，这最后将导致电容器55在结束点火阶段之后被充电到低于火花间隙56的击穿电压的电压。

Claims (13)

1.一种用于驱动或点亮配备有辅助点火电极(ZE、181)的高压放电灯(18)的装置，其中该装置包含一个用于对辅助点火电极(ZE、181)施加高压放电灯(18)的点火电压的、依赖电压的开关元件(16)，其特征在于，依赖电压的开关元件(16)的开关阈值电压大于或等于高压放电灯(18)的点火电压。

2.按照权利要求1的装置，其特征在于，依赖电压的开关元件包含至少一个火花间隙(16)。

3.按照权利要求1的装置，其特征在于，设置一个可被充电到所述开关阈值电压的电荷存储元件(15)。

4.按照权利要求3的装置，其特征在于，所述电荷存储元件包含至少一个电容器(15)。

5.按照权利要求1至4中的一个或多个权利要求的装置，其特征在于，设置一个变压器(10)，其用于给依赖电压的开关元件(16)供电并且用于给高压放电灯(18)提供交变极性的电流。

6.按照权利要求3或5的装置，其特征在于，为了给电荷存储元件(15)充电而设置一个谐振电路(11a、12)或、和一个电压加倍电路(231、232、251、252)或、和一个压电变压器(59)。

7.一种用于配备有辅助点火电极(ZE、181)的高压放电灯(18)的灯座(4)，具有根据权利要求1至6中的一个或多个权利要求的装置。

8.一种具有至少一个配备有辅助点火电极的高压放电灯和至少一个根据权利要求1至6中的一个或多个权利要求的装置的照明系统。

9.一种用于驱动配备有辅助点火电极(ZE、181)的高压放电灯(18)的方法，其中借助于依赖电压的开关元件(16)以用于触发高压放电灯(ZE、18)中气体放电的电压脉冲加载所述辅助点火电极(ZE、181)，其特征在于，依赖电压的开关元件(16)的开关阈值电压大于或等于为了触发高压放电灯中气体放电所需的点火电压。

10.按照权利要求9的方法，其特征在于，为了触发高压放电灯(18)中的气体放电，对电荷存储元件(15)充电到依赖电压的开关元件(16)的开关阈值电压。

11.按照权利要求9或10的方法，其特征在于，借助于变压器(10)在高压放电灯(18)的点火阶段提供用于所述依赖电压的开关元件(16)的第一供电电压，并且在成功触发高压放电灯(18)中的气体放电之后提供用于高压放电灯(18)的第二供电电压以产生具有交变极性的灯电流。

12.按照权利要求11的方法，其特征在于，所述变压器(10)形成为逆变器或交流电压变流器，其为了产生第一和第二供电电压而用由不同频率范围形成的开关频率驱动。

13.按照权利要求10至12中的一个或多个权利要求的方法，其特征在于，在成功触发高压放电灯(18)中的气体放电之后，对所述电荷存储元件充电到低于依赖电压的开关元件(16)的开关阈值电压的电压。

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