CN103430628A - 一种驱动气体放电灯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种根据气体放电灯(1)的特定区(R)中的状况来驱动气体放电灯(1)的方法，所述气体放电灯(1)包括其中第一电极(4)和第二电极(5)被布置在放电间隙的两侧的灯头(2)，所述灯(1)被实现使得最冷斑点在AC操作模式期间的位置(PCS)是在所述第一电极(4)附近，所述方法包括以下步骤：最初在所述AC操作模式下驱动所述灯(1)；监控所述灯(1)的环境变量，所述环境变量指示所述灯(1)的特定区(R)中的状况；基于所述监控的环境变量在DC功率值处切换到临时DC操作模式，借此，所述第一电极(4)被分配为阳极；以及在所述DC操作模式下驱动所述灯(1)直到所述监控的环境变量返回到中间环境变量门限值(TDCAC)为止。本发明还描述了一种气体放电灯和一种用于气体放电灯的驱动器。

Description

一种驱动气体放电灯的方法
技术领域
本发明描述了驱动气体放电灯的方法、气体放电灯以及气体放电灯的驱动器。
背景技术
气体放电灯常常被用在需要非常明亮的光源的照明应用中。一个例子是诸如车辆的前车头灯中的前照明应用。另一例子可能是诸如地下隧道这样的内部空间的光照。用于这样的应用的气体放电灯通常使用AC(交流电)来驱动。在将气体放电灯用作为光源的前车头灯应用中，照明模块通常包括包含灯头（burner）和驱动器的外壳。术语“灯头”包括通常为石英玻璃的并且包封包括各种金属盐的填充物的放电容器，以及通常也由玻璃制成的外容器。驱动器的目的是调节灯电流和灯功率。例如，驱动器能够调整电流的频率和幅度以及灯功率的水平。为此目的，现有技术的驱动器通常包括各种电气和电子构件，诸如用于执行存储器功能、逻辑功能等的半导体构件。
诸如汽车D5灯这样的气体放电灯能够在正常操作或环境状况下容易地操作达数千小时。然而，在某些情况下，灯的外壳中的温度可能达到极端水平，并且驱动器的各构件，特别是温度敏感半导体构件，可能不能经受这些温度。结果是，一个或多个驱动器构件可能受到损坏并且可能甚至失效，使得驱动器的寿命(以及因此灯本身的寿命)被显著地缩短。
处理这个问题的一个方式可能是将驱动器简单地布置在远离灯的某一距离处使得它离起源于放电弧并且通过电极传播的高温更远。替换地，一个或多个大的散热器能够被合并在灯设计中。然而，至少在现今的汽车应用中，朝向更紧凑车头灯单元的趋势意味着外壳也必须是相当紧凑的。在这样的设计中，灯驱动器必须紧靠灯头定位。这样的紧凑设计还不能够容纳大的散热器。
在另一方法中，灯功率能够被降低以便还间接地降低电子构件上的热负荷。然而，降低灯功率（即“调暗”灯）具有降低放电容器的最冷斑点中的温度的直接后果。术语“最冷斑点”被用在其建立的上下文中，即用来指代放电容器中的在操作期间为最冷的区。最冷斑点温度应该被保持尽可能高以便实现希望高的效率。当最冷斑点温度被降低时，填充物的金属盐能够部分地冷凝并且随后在气相中是不可用的，从而降低灯的效率，其中效率被表达为光通量与产生该光通量所需要的功率的比率，即每瓦特流明。结果是光输出的显著下降。
当AC驱动灯的灯功率被降低到接近一定的最小值时，灯的整流行为能够开始展示不利行为。例如，在灯电流的零点交叉处，这可以保持在零处或接近于零达显著的持续时间，使得放电弧变得不稳定。随着灯的光输出波动，这作为“闪烁”对于观察者是可见的。如果灯功率被保持在这个最小值处太久，则放电弧将最可能最后熄灭。
因此，本发明的目标是提供避免上面所描述的问题的驱动气体放电灯的方式。
发明内容
这个目标通过驱动气体放电灯的根据权利要求1所述的方法、通过根据权利要求12所述的气体放电灯、以及通过根据权利要求14所述的驱动器而被实现。
根据本发明，所述驱动气体放电灯的方法包括
根据灯的特定区中的状况来驱动气体放电灯，所述气体放电灯包括其中第一电极和第二电极被布置在放电间隙的两侧的灯头，所述灯被实现使得最冷斑点在AC操作模式期间的位置是在针对灯的已定义安装位置的第一电极附近，所述方法包括以下步骤：最初在所述AC操作模式下驱动所述灯；监控所述灯的环境变量，所述环境变量指示所述灯的特定区中的状况；基于所述监控的环境变量在某一DC功率值处切换到临时DC操作模式，凭此，所述第一电极被分配为阳极；以及在所述DC操作模式下驱动所述灯直到所述监控的环境变量返回到中间环境变量门限值为止。
在这里，术语“第一电极”和“第二电极”仅仅被用来区分一个电极与另一个，但不推断在制造过程期间进行处理的任何顺序，并且不推断灯中的任何特定位置或布置。在这里和在下文中使用的术语“第一电极”将被主要理解成指这样的电极，最冷斑点在气体放电灯的正常AC操作模式期间倾向于在其附近发展。
在汽车车头灯中，针对气体放电灯的已定义安装位置通常是其中电极基本上沿着灯的纵轴坐落的水平位置。在具有基本上对称的内部几何形状的放电容器中，针对水平保持的灯的正常AC操作期间的最冷斑点将被建立在电极之间基本上一半的位置处并且靠近放电容器的内壁。根据本发明的方法是基于不对称放电容器中的最冷斑点在灯的正常AC操作期间靠近两个电极中的一个（例如在该电极下面沿着放电容器的任一点处）被建立的前提的。术语“靠近”电极和在电极“附近”将被解释成意指最冷斑点不以穿过电极正面之间一半的点的线为中心或者不以穿过任何其它适当的“中途点”的线为中心，而是示出了要被建立在放电容器的一端或另一端处的明确倾向。这个“最冷斑点不对称性”可以是制造过程中的约束条件的不可避免的结果，但同样可以是特定灯设计的所期望的结果。在本发明过程中执行的实验示出了最冷斑点相对于阳极的位置与灯在DC操作期间的效率之间的惊人相关性。
在其中从AC到DC的切换可能被作出以使灯变暗的驱动现有技术气体放电灯的已知技术中，例如响应于用户输入，电极指定可以是随机的，使得存在特定电极将作为阳极的50-50的机会。在DC操作中，阳极总是比阴极显著更热，并且最冷斑点被有效地“推”向较冷的阴极，导致最冷斑点温度的显著下降。在灯几何结构的不对称性的情况下，最冷斑点能够倾向电极中的一个或另一个。如果碰巧所述电极充当阴极，则在最冷斑点处的温度将更进一步下降。在这样的情形下的温度梯度是显著地更明显，并且因此当在DC下操作时灯展示出效率的显著下降。在驱动气体放电灯的已知方法中，到DC操作模式的转换因此能够导致大大地较差的性能。然而，效率的明显下降（带有光输出的显著下降）对于诸如必须递送恒定光输出的汽车灯这样的灯来说是不可接受的，即使它必须在DC模式下被驱动达延长的持续时间。
对于根据本发明的方法，阳极的选择确保在最冷斑点处的温度能够在DC操作期间被有意地和故意地升高，以便大大地阻止金属盐的冷凝，从而让这些金属盐在气相中可用。作为直接结果，灯的效率被维持在有利的高水平。与其中考虑到最冷斑点不对称性阳极功能不被分配给特定电极的现有技术方法相比（其在DC操作模式期间导致效率的显著下降），根据本发明的方法确保在DC操作模式下的灯效率比得上在AC操作模式期间可获得的灯效率。
根据本发明的方法的另一优点是灯功率能够被降低到比将在纯AC操作模式期间可能的更进一步的水平，尤其是对于具有低标称功率的灯（例如25 W灯）而言。在DC(直流电)模式下的操作期间，灯电流不进行整流，而是保持在相对恒定的水平，使得不稳定的整流行为不是问题。DC操作模式能够基本上无限期地持续直到监控的环境变量返回到满意值为止，在这一点上AC操作模式能够被恢复（resume）。根据本发明的方法有利地允许灯功率根据环境变量被调节，所述环境变量能够指示劣化的、稳定的或改进的状况。以这种方式，由于不利状况导致的灯的关键区中的损坏能够容易地和有效地被预先阻止。结果是，可以直接地受到环境变量影响的灯寿命能够被延长。灯需要仅在临时DC模式下被驱动直到监控的环境变量返回到可接受的门限值为止，在这之后灯能够再次在AC操作模式下被驱动。
根据本发明，所述气体放电灯包括灯头，其中第一电极和第二电极被布置在放电间隙的两侧，所述灯被实现使得最冷斑点在AC操作模式期间的位置是在第一电极附近；并且所述灯包括用于根据灯的特定区中的状况来驱动所述灯的驱动器，所述驱动器被实现成：最初在AC操作模式下驱动所述灯；监控所述灯的环境变量，所述环境变量指示所述灯的特定区中的状况；基于所述监控的环境变量在某一DC功率值处切换到临时DC操作模式，并且从而将所述第一电极分配为阳极；以及在DC操作模式下驱动所述灯直到所述监控的环境变量返回到中间环境变量门限值为止。
根据本发明的气体放电灯的优点是在临时DC操作模式期间的最冷斑点温度被维持在有利的高水平，使得灯能够在这个临时DC操作模式下被驱动达延长的持续时间，而在可比较的AC功率水平下没有光输出的显著损失。另一优点是灯能够有效地被保护免遭故障，所述故障否则可能由不利的或逐步恶化的环境状况产生，因为它能够通过实现从AC到DC的转换而对恶化的环境变量起反应，并且能够维持DC操作直到所述环境变量返回到可接受的或“安全的”水平为止。换句话说，根据本发明的气体放电灯能够通过适当地调节灯功率来有效地阻止否则将由不利的环境状况导致的损坏。
根据本发明，用于气体放电灯（其包括其中第一电极和第二电极被布置在放电间隙的两侧的灯头，所述灯被实现使得最冷斑点在AC操作模式期间的位置是在第一电极附近）的驱动器包括：环境变量输入端，其用于获得环境变量值；存储器，其用于存储多个环境变量门限值；以及比较器，其用于将监控的环境变量与环境变量门限值相比较。所述驱动器被实现成：最初在AC操作模式下驱动灯；监控所述灯的环境变量，所述环境变量指示所述灯的特定区中的状况；基于所述监控的环境变量在某一DC功率值处切换到临时DC操作模式，并且从而将所述第一电极分配为阳极；以及在DC操作模式下驱动所述灯直到所述监控的环境变量返回到中间环境变量门限值为止。
这样的驱动器能够被用来替换适当类型的现有灯的现有技术驱动器，使得灯甚至在非常不利的环境状况下能够得到良好的效果。
从属权利要求和后续描述公开了本发明的特别有利的实施例和特征。另外的实施例可以通过组合在下面所描述的各种实施例的特征来得到，并且各种权利要求类别的特征能够以任何适当的方式被组合。
所述环境变量可以是给出灯的关键区（critical region）中的状况的可靠指标的任何变量。如引言中所提到的那样，如果驱动器的各构件遭受不利的高温度达延长的时间段，则这些构件可能失效。因此，监控环境变量的步骤优选地包括测量给出灯的关键区中普遍的状况(例如驱动器中的状况)的可靠指示的变量。所述环境变量能够被间接地监控或者追踪。例如，诸如输入镇流器电压这样的操作变量能够被监控，因为这样的操作变量无论如何在灯驱动器中通常被监控，并且所观察到的值能够与在先前的校准阶段期间收集到的数据相比较以便得出关于所述环境变量的适当结论。例如，通过监控输入镇流器电压并且使用先前确立的输入镇流器电压/驱动器温度关系，也许能够针对输入镇流器电压的任何值来推断出驱动器的关键区中的可能温度。只要所选环境变量能够充当灯的关键区中普遍的状况的指标，任何适当的环境变量能够被监控。例如，逐步减少的输入镇流器电压还可能指示灯正在逐步恶化的环境状况下被操作。替换地，所述环境变量可以被直接地测量或者监控，例如温度可以在灯的特定关键区中被直接地测量。当然，任何适当的或适合的其它变量能够被监控。例如，灯电流可以是环境变量的适合的选择，因为这个也随着灯寿命进展而改变，并且因此还能够针对较旧的灯给出关于灯功率能够安全地被降低什么程度的指示。针对环境变量的其它适合的候选可以是电池电压，因为电池电压的变更能够指示正被灯汲取（drawn）的电流的对应变更，这继而能够指示灯的关键区中的恶化或改善的环境状况。
优选地，根据本发明的气体放电灯的灯头被布置在基座上，并且两个电极被优选地沿着所述灯头的纵轴布置，使得第一电极是在远离基座的位置处而第二电极是在靠近基座的位置处。在下文中，术语“内”和“外”被与电极相对于灯基座的位置相关地使用，因为对于汽车用途，所述灯头通常基本上垂直地被安装在基座中，所述灯头的光轴与所述基座成直角。
在紧凑灯设计中，灯驱动器的构件能够被布置在靠近灯本身置于灯的基座端的外壳中。例如，基座侧驱动器外壳能够被包封在灯插座（lamp socket）中使得总体紧凑的灯/驱动器实现是可能的。因此，在根据本发明的方法中，当温度被用作为环境变量时，所述温度在这样的外壳内被优选地测量，使得驱动器中的温度被可靠地监控。在下文中，为了简单起见，但在不以任何方式限制本发明的情况下，可以假定所述环境变量是温度，并且所述温度靠近驱动器（例如，在这样的基座侧驱动器外壳中）被测量。
在这个发明过程中执行的实验已经示出，电极的选择和灯不对称性的考虑在DC模式期间维持令人满意的最冷斑点温度中是重要的因素。因此，在本发明的特别优选的实施例中，位于远离基座的位置处的电极被分配成在DC操作模式期间充当阳极。为了确保这个，驱动器能够跨越电极施加电势差使得施加到外电极(其将充当阳极)的电压大于施加到内电极(其将充当阴极)的电压。驱动器能够是“硬连线的”以便总是将一个特定电极选择为阳极，例如沿着灯的外面延伸到基座中的“外”电极。然而，因为存在设计和构造气体放电容器的许多方式，所以驱动器优选地包括用于存储阳极规格标志的存储器，所述阳极规格标志指示电极对的哪一个电极（内或外电极）将在DC操作模式期间作为阳极被驱动，借此，阳极规格标志规定了最冷斑点通常在AC操作中被建立在其附近的电极。在最适合的电极充当阳极情况下从AC到DC的切换中，最冷斑点温度能够被维持在高水平，使得金属盐的冷凝在调光期间被避免，并且灯效率能够被维持在有利的高水平。
到DC的切换优选地在灯功率已被降低到一定水平之后被执行，所述一定水平足够低以便确保DC操作是稳定的并且电极不会遭受过度水平的热应力。因此，在到临时DC操作模式的切换处的DC功率值优选地比基本上紧接在切换之前的AC灯功率值要低。例如，一旦一定的温度在灯以标称功率的操作期间被超过，则灯驱动器可以切换到DC操作模式。
因此，在本发明的优选实施例中，到临时DC操作模式的切换是以AC灯功率基于监控的环境变量的降低为先导的。如果测量的环境变量越过一定门限，则AC灯功率首先能够被逐渐地降低，其例如通过按非常小的减量使其向下倾斜并且在某一时刻进行从AC到DC的转换来实现。在本发明的另外的优选实施例中，AC灯功率在作出到DC操作模式的切换之前被降低到已定义的AC功率下限值。所述AC功率下限可以取决于各种因素，例如它可以基于灯规格而被定义，或者可以根据灯的期望的寿命属性和/或期望的整流行为而被选择。期望的寿命属性例如可以是随着灯寿命进展的灯电压。
在本发明的优选实施例中，所述AC功率下限值包括灯的标称功率的至多92%，更优选地至多84%，最优选地至多72%。对于25 W灯的情况，所述AC功率下限值因此优选地在23 W-18 W的范围内，借此，较低的18 W水平是最优选的AC功率下限值。
可能的是，在切换点的灯电流可以比针对DC操作的可接受的水平要高得多，这将导致电极遭受非常高的热负荷。结果可能是电极正面在这些由于非常高的温度导致融化时候的严重回烧（burn-back）。除了由这样的回烧（即由较长放电弧导致的光通量的下降）所引起的明显缺点外，电极的形变也能够导致灯寿命的显著缩短。因此，在本发明的特别优选的实施例中，在从AC操作模式到DC操作模式的切换处，灯功率被从AC功率下限值突然地减少到甚至更低的功率值，使得灯电流也被突然地减少到这样的水平，其对于DC操作来说适当的并且足够低到避免任何显著的电极形变和夹上的热负荷。与诸如灯功率的斜降这样的逐渐减少相比，表达“突然减少”将被理解成意指显著的或显著的减少。突然减少的幅度能够取决于灯类型。优选地，突然地减少灯功率的步骤包括将灯功率减少到DC较低功率值，其最终是灯标称功率的至多84%，更优选地至多72%，最优选地至多60%。对于25 W灯，灯功率最终将分别被降低到21 W、18 W、或甚至低到15 W。突然减少的“功率间隙”或幅度能够被表达为灯标称功率的百分比，例如功率间隙能够包括灯标称功率值的至多8%，更优选地至多4%，以及最优选地至多2%。例如，对于25 W灯，DC功率值优选地是至多1 W，更优选地仅小于AC功率下限值0.5 W。梯级的幅度能够由预定义的值（例如低于AC较低功率极限的值0.75 W）来给出。如果AC较低功率极限包括固定值，则较低的DC值能够通过AC较低功率极限和梯级幅度来定义。
如上面所提到的那样，根据本发明的方法允许灯功率在DC操作模式期间被降低到比将在AC操作模式期间可实行的水平要低得多的水平。然而，将DC灯功率降低太多可能使放电弧熄灭。因此，在本发明的另外的优选实施例中，在DC操作模式下驱动灯的步骤包括将灯功率降低到DC功率下限，在这之后，灯功率或者被维持在所述DC功率下限，或者被逐渐地往回增加到较高的DC功率水平。对于在上面例子中给出的25 W灯而言，适当的DC功率下限可能包括18 W或甚至15 W。
在某一点处，当所述环境变量已返回到可接受的水平时，从临时DC模式往回向AC操作模式的切换能够被执行。例如，这样的切换能够优选在到AC的返回很可能为“永久的”时（即，在灯能够再次在AC模式下被驱动而没有所述环境变量的恶化时）被执行。然而，如果渐增的灯功率将仅相反地回溯（trace）与渐减的灯功率相同的路径，则驱动器可能在不稳定的操作点附近陷入无尽的校正循环中。在这样的情形下，温度能够降低(有利的发展)，使得驱动器增加灯功率（灯电流对应增加）；结果，温度增加(不利的发展)使得驱动器减少灯功率（灯电流对应减少）；结果，温度降低等；等等。这样的无尽校正循环是非常不合需要的。因此，根据本发明的方法的特别优选的实施例包括当监控的环境变量已返回到中间或返回门限值时从临时DC操作模式往回切换到AC操作模式的步骤，所述返回门限值显著地不同于在其处从AC到DC的转换被作出的环境变量的值。例如，如果环境变量是温度，则从DC操作模式到AC操作模式的切换优选地在比从AC操作模式到DC操作模式的切换在其处被作出的温度显著要低的温度处被执行。
当功率作为温度的函数被标绘或者用图表表示时，功率曲线展示了某一程度的滞后，因为DC至AC返回路径不同于AC至DC路径。这个将稍后借助于图被示出。所述中间或返回门限值能够在真实的或模拟的不利状况下针对该灯类型在先前的校准步骤中被确定，并且能够指示这样的水平，在其处能够安全地假定到AC操作模式的返回至少对于可预见的将来来说很可能为“永久的”。
当从DC往回切换到AC时，灯电流必须足够高以便维持稳定的放电弧。因此，在本发明的另外的优选实施例中，在从DC操作模式到AC操作模式的切换处，灯功率(以及因此同样灯电流) 被从较低的功率值突然增加到较高的功率值。这个“向上”功率梯级优选地显著地大于在从AC到DC的转换中包括的任何“向下”功率梯级。在本发明的特别优选的实施例中，返回功率值超过AC功率下限值达灯标称功率的至少2%，更优选地至少4%。以这种方式，灯功率被更加迅速地带回到标称灯功率水平，而同时，由于灯控制的滞后性质，灯驱动器将不会陷入如上面所描述的不稳定操作点或工作点。
放电容器或放电室中的温度分布在灯的操作期间起重要作用。最冷斑点为相对高的是重要的，因为低的最冷斑点温度与灯的效率的下降有关。通过将最冷斑点温度保持在相对高的水平，较高的效率能够因此被实现。在根据本发明的气体放电灯中，最冷斑点正常地将在AC操作模式下靠近其被建立的电极是阳极的优选选择。通过将该电极用作为阳极，灯头的放电容器中的温度梯度能够被保持有利地低。最冷斑点相比另一个电极更靠近一个电极发展的倾向归因于灯的不对称性。如果知道存在这样的不对称性，则最冷斑点的发展能够在灯的正常AC操作期间被监控以便识别最接近最冷斑点的电极，并且该电极以根据本发明的方法被选择成在DC操作模式期间充当阳极。
优选地，根据本发明的制造过程故意地引入不对称性使得在如此制造的灯的操作期间最冷斑点基本上总是在一个特定电极附近发展。换句话说，这些灯展示了什么可以在AC操作期间被称作“最冷斑点不对称性”，意味着这些灯中的最冷斑点不在中心位置处、不在电极之间的位置处、或不在任何这样的“中间位置”处发展。替代地，对于使用根据本发明的相同制造过程制造的相同系列的灯，最冷斑点将可靠地并且可再生地更靠近一个特定电极发展。这个是在根据本发明的方法中当作出从AC到DC的切换时将被用作为阳极的电极(在上文被称作“第一电极”)。根据本发明的这样的制造过程在下文中被描述。
在针对气体放电灯的放电容器的制造中，石英玻璃管被形成并且加热。所述管通过夹紧经融化的石英在一端被密封，并且同时电极被包封在该夹中，使得电极的一端延伸到开放管中。包括例如氙和各种金属盐的小球的处于冷冻(固体的或气体的)状态的填充材料然后被滴入开放管中，所述开放管随后被密封以便防止填充物漏出，而同时包封另一个电极。另一个夹被形成在管的那端。以这种方式，小的放电室被形成，并且电极从对端突入到放电室中。电极被布置成沿着灯头的光轴坐落，并且它们的正面被小的间隙分隔。因为所述夹在单独的步骤中被形成，并且因为填充材料还在第二个夹正被形成时加热并且膨胀，所以填充气体在密封时对第二个夹施加（exert）压力。由于这个原因，以这种方式制造的放电容器展示了一定程度的不对称性。例如，所述不对称性能够导致一个电极的略微较长的暴露长度。“暴露长度”是暴露在放电室中的电极在尖端与夹之间的长度。具有使用根据本发明的方法驱动的这样的气体放电灯的实验已经示出具有略微较长的暴露长度的电极非常适合作为阳极，因为较长的暴露长度改进了该电极在热负荷下的行为。因此，在根据本发明的气体放电灯的特别优选的实施例中，制造过程被配置使得气体放电灯包括被两个夹密封的放电室，借此，一个夹被形成使得通过该夹延伸到放电室中的电极的长度大于通过另一个夹延伸到放电室中的电极的长度。为了使用上面所确立的术语，具有这样的较长暴露长度的电极可以是“第一电极”，因为最冷斑点将倾向于在其附近发展。由电极暴露长度中的差异产生的不对称性通常是如此轻微以至于对于裸眼而言是不可见的。
对于根据本发明的气体放电灯，所述不对称性能够被故意地引入到灯设计中使得在AC操作期间的最冷斑点倾向一个特定电极，如上面所描述的那样，并且这个不对称性能够被驱动器利用，所述驱动器跨越电极施加DC电压使得该特定电极作为阳极来执行。因此，在根据本发明的气体放电灯的优选实施例中，所述灯包括被布置成跨越短间隙沿着灯头的纵轴面向彼此的两个电极，所述间隙沿着纵轴朝灯的基座被偏移。“外”或第一电极具有较长的暴露长度，而最靠近基座的“内”或第二电极具有较短的暴露长度。这还能够通过沿着纵轴朝灯头的内端“移位”或者偏移电极来被实现，使得电极间隙然后不再被基本上置于灯头的中心，而是被朝灯的基座偏移一点儿。不管怎样，在作出从AC操作模式到DC操作模式的切换之后，外或第一电极更好地适合于其作为阳极的功能。
优选地，在根据本发明的气体放电灯中，内电极和外电极具有基本上相等的尺寸，即它们的直径或它们的端到端长度(从Mo箔到电极尖端)是基本上相同的。
为了追踪环境变量在灯的操作期间的发展，根据本发明的气体放电灯优选地包括用于监控的环境变量的适合的监控单元，所述监控单元被实现成向灯驱动器提供环境变量值。这个监控单元能够位于任何适合的位置处，优选地使得它能够监控诸如插座区这样的关键区中的变量。优选地，所述监控单元包括温度传感器，因为温度的直接测量能够提供关键区中的情形的可靠报告，并且驱动器能够相应地起反应。当然，这样的监控单元还能够被合并在驱动器中。其它监控装置是可以想到的。例如，红外线传感器能够被用来监控灯中的温度发展以及确定最冷斑点的位置。在另一实施例中，一对传感器能够被用来例如通过测量在灯的每端处或在每个电极处的温度来监控跨越灯的温度梯度。
本发明的其它目标和特征从结合附图考虑的以下详细描述中将变得明显。然而，应当理解，图被仅仅设计用于图示的目的，并且不作为本发明的限制的限定。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的气体放电灯；
图2示出了针对使用根据本发明的方法驱动的图1的灯的、功率相对于温度的第一图表；
图3示出了针对使用根据本发明的方法驱动的图1的灯的、功率相对于温度的第二图表；
图4示出了针对使用根据本发明的方法驱动的图1的灯的、功率相对于温度的第三图表；
图5示出了根据本发明的驱动器的框图；
图6示出了针对使用根据本发明的方法驱动的气体放电灯的、光通量相对于灯功率的图表。
在图中，相同的标号贯穿始终指代相同的对象。图中的对象未必按比例绘制。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的实施例的气体放电灯1。灯1包括安装在基座3中的灯头2。在汽车的前面的照明装置中，这样的灯1通常被水平地安装在外壳中使得灯头2的纵轴X是基本上水平的。灯头2包括包封内放电容器21的外玻璃容器20。放电容器21(通常为石英玻璃灯泡21)包括一对电极4、5，其沿着光轴X布置成跨越放电室22中的短间隙面向彼此，所述放电室22被两个夹40、50密封。外电极4的暴露长度d4比内电极5的暴露长度d5略长。这可能是电极沿着灯头的纵轴的故意“移位”以便将分隔电极的正面的间隙偏移向灯的基座的结果。替换地，较长的暴露长度可能是制造过程的结果，在所述制造过程中第一个夹在引入填料并形成第二夹之前被形成。结果是放电室的不对称形状，其基本上是圆锥形的或者指向一端(这个图中的外端)并且在另一端更圆。
每个电极4、5被连接到夹40、50中的钼箔(Mo箔)23。每个箔23继而被连接到外电极引线24、25。外电极引线24、25被连接到位于基座3中的驱动器7的相关构件。在这个在外电极处具有放电容器的“较长”端的灯设计中，放电室的不对称性导致最冷斑点PCS被建立在外电极的附近，如由阴影区域以非常简化的方式所指示的那样。如上面所提到的那样，这样的灯不对称性通常是如此轻微以至于对于裸眼而言是不可见的。
因为在灯的操作期间在放电室22中达到的非常高的温度，所以电极引线24、25也变得非常热。驱动器7的构件也热度上升。基座(以及未被示出的周围的灯外壳)中的有限空间意味着这个热度不能够被从由虚线所指示的这个关键区R迅速地消散。如果关键区R中的温度达到不利的高水平，则驱动器7的一些构件可能被损坏，这很可能能够导致灯故障。因此，根据本发明的灯1包括位于基座3中的位置处的监控单元8，在所述位置处它能够可靠地监控的环境变量。在这个实施例中，监控单元8被实现成测量靠近电极引线24、25被连接到驱动器7所在的区的温度，并且被实现成将环境变量值88递送到驱动器7。驱动器7能够调节灯功率以便根据环境变量值88在AC操作模式或DC操作模式下驱动灯1。
对于汽车D5高强度气体放电(HID)灯，标称功率ACnom是25 W。使用根据本发明的方法和所监控的环境变量，灯能够最初在AC模式下被驱动。如果在灯基座中测量的温度超过规定值的第一门限T1 (例如在外壳中测量的约120°C的温度)，则灯驱动器能够开始灯功率的逐渐降低，并且最后作出到临时DC模式的切换，如由图2所图示的那样，图2示出了针对使用根据本发明的方法驱动的图1的灯1的、功率P (以瓦特为单位)相对于温度T (以摄氏度为单位)的第一图表。在临时DC操作模式下，外电极4被赋予阳极的功能。在这里，监控单元8测量温度并且将温度值递送给驱动器。最初，灯以针对该灯的标称操作功率ACnom在AC模式下被驱动。在灯的操作期间，关键区中的温度能够增加。超过一定的第一温度门限T1，驱动器以小的减量例如通过将功率向下倾斜来稳定地降低AC灯功率。AC功率不被降低到某一水平下，超过该水平灯的整流行为将变得不稳定。如果所监控的温度仍然示出要增加的倾向，则驱动器在某一点（由图表上的小圆指示）从AC操作模式切换成DC操作模式。这个瞬间可以受灯功率值或者受所监控的温度值的适当规制。同时，DC电压跨越电极被施加使得图1的灯1的外电极4充当阳极，而内电极5充当阴极。以这种方式，在最冷斑点处的温度能够被增加，因为阳极在气体放电灯的DC操作期间变得比阴极显著更热。因为由较高的最冷斑点温度导致的在气相（gas phase）中仍然可用的金属盐的大比例，灯效率因此在临时DC模式期间被维持在有利的高水平。驱动器能够通过将灯功率向下倾斜将灯功率减少到最小DC功率水平DCmin，如在这里所示出的那样。这个功率水平DCmin然后被维持，在这期间温度可以增加一会儿。最后，温度将再次开始下降。一旦温度降到可接受的水平T2，驱动器就能够逐渐地增加DC灯功率。一旦达到中间DC功率水平（例如较低的功率水平DCint），驱动器就维持这个功率水平DCint直到温度进一步降到中间值或返回值TDCAC。这个中间值或返回值TDCAC被选择成显著地比在其处作出从AC模式到DC模式的转换的值要低。在这一点上，驱动器往回切换到AC操作模式，并且同时将灯功率突然地增加到返回值ACret，使得灯电流对于令人满意的整流行为和令人满意的光输出来说是足够高的。在返回到AC模式之后，只要温度继续向下的倾向，驱动器就能够持续地朝标称功率水平ACnom增加AC灯功率。一旦达到令人满意的温度，灯就能够再次以其标称功率水平ACnom被驱动。
图2-4示出了由作为温度的函数的灯功率行进的“路径”。在灯的操作期间的任一点，随着温度反转其趋势，例如如果温度在已示出向下的倾向一会儿之后再次开始增加，“行进的方向”(由箭头指示)能够被反转。为了确保令人满意的稳定的功率控制，若干温度测量能够在预定义的时长上被接连地获得以便在执行适当的灯功率调整之前确定温度趋势。
图3示出了针对使用根据本发明的方法驱动的25 W灯的、作为温度T的函数的功率P的另一图表。超过第一温度T1，驱动器逐渐地降低AC灯功率。在这里，当AC功率达到AC功率下限ACmin时，功率被从AC功率下限ACmin突然地降低到较低的功率水平DCint，以便还显著地降低灯电流使得它足够低到使电极免遭过度的热负荷。如果温度继续在这个较低的功率水平DCint上增加，则驱动器能够例如通过将它向下倾斜（如在这里所示出的那样）来继续稳定地降低DC功率至最小DC功率水平DCmin。
在这个例子中，在切换到DC模式(用外电极作为阳极)并且将灯功率突然地减少到较低的功率水平DCint之前，驱动器将AC功率降低到约21 W的最小AC水平ACmin，其是标称功率的约84%，所述较低功率水平DCint可以是约15 W或标称功率的约60%。这种类型的灯在AC操作模式下不能够在这样的低功率水平上被驱动，因为由于差的整流行为，放电弧最后将熄灭。在根据本发明的灯中，相当低的DC功率水平DCint能够被维持一会儿，但当然仅应该被维持有限的持续时间，因为这应该被认为是一种“紧急情况”模式，其仅被用来抵消诸如驱动器外壳中的太高温度这样的极端环境变量的潜在损坏效应。低的DC功率水平应该优选地只有必要时被维持，其使用环境变量的改进来返回到正常操作模式。
一旦温度降至门限温度T2以下，DC功率就能够被再次逐渐地斜升直到它达到预定的返回值DCret为止，所述预定义的返回值DCret在这个案例中与中间值DCint一致。这个DC值DCint被维持直到温度达到返回门限值TDCAC为止，在这一点上驱动器将灯功率突然地增加到比AC功率下限值ACmin要高的返回AC功率值ACret。
较高的灯功率值与较低的灯功率值之间的“间隙”（例如图2中的较低功率值DCret与较高功率值ACret之间的差；或图3中的较高功率值ACmin与较低功率值DCint之间的差）是滞后的特性，所述滞后由灯驱动器的控制回路施加来确保它在不稳定操作点附近不能“陷入”在无尽校正循环中，如上面所解释的那样。
图4示出了针对使用根据本发明的方法驱动的图1的灯的、功率相对于温度的第三图表。这个曲线示出了由驱动器所采用的功率控制算法的变化。代替将DC灯功率增加到中间DC功率水平DCint，驱动器将DC功率增加到较低值DCret并且维持这个功率水平直到温度降至令人满意的中间值TDCAC为止，在其上，驱动器将灯功率突然地增加到比AC功率下限值ACmin要高的返回AC功率值ACret。当然，其它变化是可能的。例如，灯能够被驱动使得返回功率水平DCret将比中间功率水平DCint高。
图5示出了根据本发明的驱动器7的简化框图。在这里，驱动器7的整流单元70被连接到灯(图中未示出)的外电极引线24、25。整流单元70 能够跨越引线24、25施加AC电压，而且还能够施加DC电压。图还示出了具有温度传感器81的监控单元8，所述温度传感器靠近电极引线中的一个被放置。连接到温度传感器81的转换单元80以适合的形式向驱动器7提供环境变量值88。环境变量值88被驱动器7在适合的输入端71处接收，并且在比较器73中与存储在存储器72中的预定义的门限值T1、T2、TDCAC相比较。比较器70能够向整流单元70指示灯功率何时应该被增加、减少、维持等。当然，整流单元70将包含如对于技术人员而言将是已知的各种构件，诸如逻辑构件、晶体管、电压测量单元、电流测量单元等。监控单元8或仅转换单元80当然能够被实现为驱动器7的部分。
由作为温度的函数的灯功率所展示的滞后已被示出成包括当从AC模式返回到DC操作模式时灯功率中的突然“垂直”增加，并且还可能是当作出从DC到AC的转换时灯功率中的突然“垂直”减少。当然，在这些点处的灯功率中的改变能够被不太突然地进行。例如，当从DC转换到AC时，灯功率能够被陡峭地斜升，同时允许温度略微进一步下沉，使得所标绘的功率增加示出陡坡而不是“垂直的”。相同情况原则上适用于从AC到DC的转换，其中功率能够被陡峭地斜降，同时允许温度增加。
图6示出了针对25 W D5气体放电灯的、光通量G(lm)相对于灯功率P(瓦特)的图表GAC、GDC-1、GDC-2。第一图表GAC(具有指示测量值的菱形标记的虚线)示出了针对在AC模式下驱动的灯的光通量。为了确定功率/通量依赖性，灯被简要地以高于额定功率（高达约28 W）的功率水平驱动。随着灯功率被从约28 W减少到约19 W，光通量被观察到从约2400 lm减少到约1300 lm。当其中最冷斑点由于放电容器的不对称性而位于外端处的灯使用根据本发明的方法被驱动以便外电极充当阳极时，光通量遵循第二图表GDC-1 (具有指示测量值的方形标记的实线)，其基本上遵循与第一图表GAC相同的路径。如这个图表示出的，灯能够以降低的灯功率在DC模式下被驱动，而比以降低的灯功率在AC模式下驱动没有任何显著地更坏的效率。这是因为最冷斑点温度被较热的阳极升高了。多达500流明的改进(由图表之间的垂直线指示)被观察到优于现有技术方法。相比之下，对于具有或没有这样的不对称性的并且在用内电极充当阴极的情况下在DC下驱动的灯来说，所述灯展示了光通量中的显著下降，如由第三图表GDC-2 (具有指示测量值的三角标记的虚线)所指示的那样。对于基本上对称的放电容器，例如，最冷斑点在AC模式期间将差不多是在沿着放电容器一半的地方，但在DC模式期间将朝较冷的阴极移动，其具有产生的明显温度梯度。对于其最冷斑点更靠近内电极并且外电极充当阳极的不对称放电容器来说，温度梯度在DC操作模式下变得更明显。再者，结果是灯效率的下降。
尽管已经以优选实施例及其上变化的形式公开了本发明，但是应当理解，在不背离本发明的范围的情况下能够对其作出许多附加的修改和变化。为了清楚起见，还应当理解，贯穿本申请的“一”或“一个”的使用不排除多个，并且“包括”不排除其它步骤或元素。

Claims (15)

1. 一种根据气体放电灯(1)的特定区(R)中的状况来驱动气体放电灯(1)的方法，所述气体放电灯(1)包括灯头(2)，其中第一电极(4)和第二电极(5)被布置在放电间隙的两侧，所述灯(1)被实现使得最冷斑点在AC操作模式期间的位置(PCS)是在所述第一电极(4)附近，所述方法包括以下步骤
- 最初在所述AC操作模式下驱动所述灯(1)；
- 监控所述灯(1)的环境变量，所述环境变量指示所述灯(1)的所述特定区(R)中的状况；
- 基于所述监控的环境变量在DC功率值处切换到临时DC操作模式，借此，所述第一电极(4)被分配为阳极；以及
- 在所述DC操作模式下驱动所述灯(1)直到所述监控的环境变量返回到中间环境变量门限值(TDCAC)为止。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述灯头(2)被布置在基座(3)上，并且所述电极(4, 5)被布置在所述灯头(2)中使得所述第一电极(4)是在远离所述基座(3)的位置处。
3. 根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，到所述临时DC操作模式的切换是以所述AC灯功率基于所述监控的环境变量的降低为先导的。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述AC灯功率被降低到AC功率下限值(ACmin)。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述AC功率下限值(ACmin)包括所述灯(1)的标称功率(ACnom)的至多92%，更优选地至多84%，最优选地至多72%。
6. 根据权利要求4或权利要求5所述的方法，其中，从所述AC操作模式到所述临时DC操作模式的切换包括将所述灯功率从所述AC功率下限值(ACmin) 突然地减少到DC较低功率值(DCint)。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中，所述DC较低功率值(DCint)包括所述灯标称功率(ACnom)的至多84%，更优选地至多72%，最优选地至多60%。
8. 根据前面权利要求中任一项所述的方法，其中，在从所述临时DC操作模式到所述AC操作模式的切换处，所述灯功率被从较低功率值(DCint, DCret)突然地增加到返回功率值(ACint, ACret)。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述返回功率值(ACret)超过所述AC功率下限值(ACmin)达所述灯标称功率(ACnom)的至少2%，更优选地至少4%。
10. 根据前面权利要求中任一项所述的方法，其中，在其处作出从所述临时DC操作模式到所述AC操作模式的所述切换的中间环境变量门限值(TDCAC)显著地不同于在其处作出从所述AC操作模式到所述临时DC操作模式的所述转换的环境变量门限值(TACDC)。
11. 根据前面权利要求中任一项所述的方法，其中，监控环境变量的步骤包括测量所述灯(1)的所述特定区(R)中的温度。
12. 一种气体放电灯(1)，其包括其中第一电极(4)和第二电极(5)被布置在放电间隙的两侧的灯头(2)，所述灯(1)被实现使得最冷斑点在AC操作模式期间的位置(PCS)是在所述第一电极(4)附近；并且所述灯(1)包括用于根据所述灯(1)的特定区(R)中的状况来驱动所述灯(1)的驱动器(7)，所述驱动器7被实现成
- 最初在所述AC操作模式下驱动所述灯(1)；
- 监控所述灯(1)的环境变量，所述环境变量指示所述灯(1)的所述特定区(R)中的状况；
- 基于所述监控的环境变量在DC功率值处切换到临时DC操作模式，并且从而将所述第一电极(4)分配为阳极；以及
- 在所述DC操作模式下驱动所述灯(1)直到所述监控的环境变量返回到中间环境变量门限值(TDCAC)为止。
13. 根据权利要求12所述的气体放电灯，包括包封由内夹(50)和外夹(40)所密封的放电室(22)的放电容器(21)，其中，所述内夹(50)被实现成保持所述内电极(5)以及所述外夹(40)被实现成保持所述外电极(4)，并且其中所述外夹(40)被形成使得从所述外夹(40)延伸到所述放电室(22)中的所述电极(4)的长度(d4)大于从所述内夹(50)延伸到所述放电室(22)中的所述电极(5)的长度(d5)。
14. 一种用于气体放电灯(1)的驱动器(7)，包括：环境变量输入端(71)，其用于获得环境变量值(88)；存储器(72)，其用于存储多个环境变量门限值(T1, T2, TDCAC)；以及比较器(73)，其用于将所述监控的环境变量值(88)与环境变量门限值(T1, T2, TDCAC)相比较，所述驱动器(7)被实现成
- 最初在所述AC操作模式下驱动所述灯(1)；
- 监控所述灯(1)的环境变量，所述环境变量指示所述灯(1)的特定区(R)中的状况；
- 基于所述监控的环境变量在DC功率值处切换到临时DC操作模式，并且从而将所述第一电极(4)分配为阳极；以及
- 在所述DC操作模式下驱动所述灯(1)直到所述监控的环境变量返回到中间环境变量门限值(TDCAC)为止。
15. 根据权利要求14所述的驱动器，包括用于存储阳极规格标志的存储器，所述阳极规格标志指示所述电极对(4, 5)的哪个电极(4)将在DC操作模式期间作为阳极被驱动。
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