HU212358B - Method and circuit arrangement for operating xenon-metal-halide lamp - Google Patents
Method and circuit arrangement for operating xenon-metal-halide lamp Download PDFInfo
- Publication number
- HU212358B HU212358B HU901343A HU134390A HU212358B HU 212358 B HU212358 B HU 212358B HU 901343 A HU901343 A HU 901343A HU 134390 A HU134390 A HU 134390A HU 212358 B HU212358 B HU 212358B
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- frequency
- lamp
- xenon
- signal
- metal halide
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
- H05B41/14—Circuit arrangements
- H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
- H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
- H05B41/288—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
- H05B41/292—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
- H05B41/2928—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the lamp against abnormal operating conditions
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B39/00—Circuit arrangements or apparatus for operating incandescent light sources
- H05B39/04—Controlling
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
Landscapes
- Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
- Discharge Lamp (AREA)
- Discharge-Lamp Control Circuits And Pulse- Feed Circuits (AREA)
- Lighting Device Outwards From Vehicle And Optical Signal (AREA)
- Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
Description
Allén, Gary Róbert, Chesterland, Ohio (US) Allison, Joseph Michael, Euclid, Ohio (US) Davenport, John Martin, Lyndhurst, Ohio (US) Hansler, Richard Lowel, Pepper Pike, Ohio (US) (73) Szabadalmas:
General Electric Co., Bridgeport,
Connecticut (US) (74) Képviselő:
DANUBIA Szabadalmi és Védjegy Iroda Kft. Budapest (54) Eljárás és kapcsolási elrendezés xenon-fém-halogén lámpa működtetésére (57) KIVONAT
A találmány szerinti eljárás során xenon-fém-halogén lámpára V(t) időfüggvény szerinti gerjesztőjelet adnak, amelynek jelalakja közelítőleg szinuszos, háromszög, fűrészfog, exponenciális és összetett alakú jelek csoportjának egyike. A gerjesztőjel pillanatnyi feszültsége időben és előírt frekvencia tartományban a következő összefüggés szerint változik:
V(t) = Vm sin[2* π *CF*t + (DF/f)*sin(2* π *f*t)] (I) ahol: Vm = a gerjesztőjel feszültségének csúcsértéke,
CF = modulálatlan jel vivőfrekvenciája,
DF = a maximális frekvencialöket, f = a modulálójel frekvenciája.
A modulálójel f frekvenciája nagyjából 0 értéktől kezdve kb. 0,01 x CF - 0,05 x CF közé eső tartományig; a DF vivőfrekvencia nagyjából 0 értéktől kezdve
Fi}.SM
Fit 5
A leírás terjedelme: 16 oldal (ezen belül 7 lap ábra) mintegy 0,07 x CF - 0,20 x CF tartományig; a modulálatlan jel CF vivőfrekvenciája mintegy 20-80 kHzes tartományba esik.
A kapcsolási elrendezés modulálatlan jelként szolgáló, választható vivőfrekvenciájú (CF) jelet előállító egysége, frekvencia-moduláló jelként szolgáló és választható tartományú, választható moduláló frekvenciájú (f) második jelet előállító egysége, az első és második jelet egymással kombináló, a gázkisülő lámpára bocsátott közép, alsó és felső frekvencia között a moduláló frekvencia inverzének megfelelő 1/f ütemben pásztázó frekvenciamodulált geijesztőjelet előállító egysége van, ahol is a középfrekvencia azonos a választható vivőfrekvenciával (CF), a középső és az alsó frekvencia közötti, illetve a középső és a felső frekvencia közötti különbség azonos a frekvencialökettel (-DF illetve +DF).
Fi}. Stíl
»
HU 212 358 B
HU 212 358 B
A találmány tárgya egyrészt eljárás, másrészt kapcsolási elrendezés mind xenont, mind fém-halogéneket tartalmazó lámpa működtetésére. Pontosabban körülírva a találmány olyan eljárásra és működtetésre szolgáló kapcsolási elrendezésre vonatkozik, amellyel hangfrekvencián működtethetők nagy nyomású xenont tartalmazó xenon-fém-halogén lámpák, és amely a lámpával együttesen elrendezve, különösen járművekben alkalmazható előnyösen.
Járművekben előnyösen felhasználható xenon-fémhalogén lámpát már kifejlesztettek. Ez a xenon-fémhalogén lámpa nagyobb hatásfokkal és hosszabb élettartammal rendelkezik az izzólámpákhoz viszonyítva, ahol is elsődlegesen a nagynyomású xenon gáz töltés révén azonnali fénykibocsátás érhető el és ez teszi ezt a fajta lámpát különösen alkalmassá járművekben való felhasználásra.
J. Allison és társai kifejlesztettek egy xenon-fémhalogén lámpák működtetésére alkalmas fojtóáramkört, beleértve a korábban hivatkozott xenon-fém-halogén lámpát is. Ez az Allison és társai által kifejlesztett fojtóáramkör a fémhalogén lámpát viszonylag nagy frekvencián, azaz mintegy 1-10 kHz tartományban működteti és négyszöghullámú áramot bocsát a lámpára. A négyszöghullámú áram négyszöghullámú feszültséget hoz létre, amely ugyanazon fázisban van, mint az áram, és ezáltal a lámpa teljesítménye (áram-feszültség) konstans értékű, ami lehetővé teszi a lámpa előnyös működtetését. Ennek a fojtóáramkörnek a működése során elkerülhető a hangfrekvenciás rezonancia, mivel a teljesítmény az idő függvényében állandó. Az US 4 170 746 számú szabadalmi leírás (Davenport) ettől eltérő felépítésű áramkört ismertet, amely alkalmas viszonylag kisméretű és kisebb mint egy cm3 térfogatú higany-fém-halogén lámpák működtetésére. Ez a fojtóáramkör hangfrekvenciás üzemmódban működteti a miniatűr higany-fém-halogén lámpát, amelyben nincs nagynyomású xenon. A működtetési frekvencia egy keskeny sáv, 10-50 kHz frekvenciatartományban.
Az Allison-féle megoldáshoz hasonlóan az US 3 890 537 és US 4 042 856 számú szabadalmi leírásokban ismertetett megoldásokban olyan áramköröket alkalmaznak gázkisülésű lámpák működtetéséhez, amelyek elkerülik a működés során a lámpákban kialakuló hangfrekvenciás rezonancia hatásokat.
Az ismert gázkisülésű lámpák és a hozzájuk használatos fojtó, illetve ballaszt áramkörök nem vagy csak korlátozottan alkalmazhatók járművekhez. Az ismert lámpák közül a járművekben való felhasználására leginkább alkalmas R. S. Bergman és társai által kifejlesztett és a DE 39 04 926 jelű szabadalmi dokumentumban ismertetett lámpa, azonban ezzel kapcsolatban is felmerültek gyakorlati korlátok az általa azonnal kibocsátott fénymennyiség miatt, amelyet elsősorban a lámpa xenongáz tartalma határoz meg. Annak érdekében, hogy el lehessen érni a kívánatos nagy intenzitású, azonnali fényt, a járművekben felhasznált ilyen lámpák esetében, a xenongáz nyomásának el kell érnie legalább a 4 bar értéket. Az olyan xenon-fém-halogén lámpák esetében, amelyekben a xenongáz nyomása legalább 4 bar és amelyeket a hagyományos ballaszt áramkörökkel működtetnek, kedvezőtlen konvekciós hatásokat mutatnak, amelyek tovább növekedhetnek, ha egy jármű fényszórójaként vízszintes helyzetbe helyezik el. A nemkívánatos konvekció legalább három kedvezőtlen jelenséget von magával:
1. Az ilyen lámpáknál, ahol az elektródák távköze nagyobb, mint 2 mm, az ív komoly mértékben meghajlik.
2. A melegfolt megnövekedett hőmérséklete következtében csökken a lámpa élettartama.
3. A lámpa lumen/watt hatásfoka lecsökken, a hidegfolt hőmérséklet lecsökkenése következtében. Kívánatos tehát olyan eszköz, nevezetesen egy működtethető áramkör, kapcsolási elrendezés létrehozása, amely lehetővé teszi a nagynyomású xenon-fém-halogén lámpák olyan működtetését, amely járműveken való alkalmazás során azonnal fényt bocsát ki, de egyúttal lehetővé teszi a konvekciós hatás által okozott hiányosságok elkerülését.
Az azonnali fénykibocsátási képességen felül kívánatos, hogy járművek fényforrásaként való alkalmazás során a lámpa alkalmas legyen mind távolsági, mind tompított fénysugár kibocsátására. Kívánatos tehát, hogy ez a létrehozott eszköz, vagyis a kapcsolási elrendezés oly módon legyen kialakítva, hogy tegye lehetővé a nagynyomású xenon-fém-halogén lámpák járműveken való alkalmazását, mikor is a jármű fényforrása alkalmas gépjárművel távolsági és tompított jellegű világításának előállításához.
Ennek megfelelően a találmánnyal célunk olyan kapcsolási elrendezés kidolgozása, amely lehetővé teszi a nagynyomású xenongázt tartalmazó xenon-fémhalogén lámpák olyan üzemeltetését, amikor a lámpa azonnal nagy intenzitású fényt bocsát ki, amely különösen alkalmas járműveken és közúti gépjárűveken való alkalmazáshoz.
A találmánnyal további célunk egy olyan működtető áramkör kialakítása, amely lehetővé teszi a nagynyomású xenon-fém-halogén lámpák olyan fényforrásként való alkalmazását, amely megvalósítja a gépjárművek jellemző világítási fajtáit.
A találmánnyal további célunk eljárás nagynyomású xenon-fém-halogén lámpák üzemeltetésére, amely különösen alkalmas járműveken való alkalmazáshoz.
A kitűzött céllal összhangban tehát a találmány szerinti megoldás egyrészt eljárás, másrészt kapcsolási elrendezés nagynyomású xenon-fém-halogén lámpák működtetéséhez, amely különösen alkalmas járműveken való alkalmazásra.
A találmány szerinti eljárás alkalmas xenon-fémhalogén lámpa üzemeltetésére, amely eljárás során a lámpára V (t) időfüggvény szerinti gerjesztőjelet adunk, amely gerjesztőjel jelalakja közelítőleg szinuszos, háromszög, fűrészfog, exponenciális és összetett alakú jelek csoportjának egyike,
A találmány értelmében
a) a gerjesztőjel pillanatnyi feszültsége időben és előírt frekvencia tartományban a következő összefüggés szerint változik:
HU 212 358 Β
V(t) = Vm sin(2* π *CF*t + (DF/f)*sin[2* π *f*t)] (I) ahol:
Vm = a gerjesztőjel feszültségének csúcsértéke,
CF = modulálatlan jel vivőfrekvenciája,
DF = a vivőfrekvenciához képesti maximális frekvencialöket, f = a modulálójel frekvenciája;
b) a gerjesztőjel paramétereit a következő előírás alapján határozzuk meg;
bl) a modulálójel f frekvenciája mintegy 0 értéktől kezdve mintegy 0,01 x CF - 0,05 x CF tartományig;
b2) a DF vivőfrekvencia mintegy 0 értéktől kezdve mintegy 0,07 x CF - 0,20 x CF tartományig;
b3) a CF vivőfrekvencia mintegy 20 kHz - 80 kHz tartományban.
A gerjesztőjel paraméterei a következők lehetnek. f=0 DF = 0
CF = 20 kHz - 80 kHz tartományban.
A gerjesztőjel paraméterei előnyösen lényegében a következők:
f=0,01 xCF-0,05xCF
DF = 0,07 xCF-0,20 xCF
CF = 20-80 kHz
A találmány értelmében kapcsolási elrendezést dolgoztunk ki gázkisülő lámpa működtetésére a fenti eljárás megvalósítására. A találmány szerinti kapcsolási elrendezésnek
a) modulálatlan jelként szolgáló, választható CF vivőfrekvenciájú első jelet előállító egysége;
b) frekvencia-moduláló jelként szolgáló és választható tartományú, választható moduláló f frekvenciájú második jelet előállító egysége van, amelyekre
c) az első és második jelet egymással kombináló, a gázkisülő lámpára bocsátott közép, alsó és felső frekvencia között a moduláló frekvencia inverzének megfelelő 1/f ütemben pásztázó frekvenciamodulált gerjesztőjelet előállító egység kapcsolódik, ahol is a középfrekvencia azonos a választható CF vivőfrekvenciával, a középső és az alsó frekvencia közötti, illetve a középső és a felső frekvencia közötti -DF illetve +DF különbség azonos a frekvenciaiökettel.
A kapcsolási elrendezésben a gerjesztőjelet előállító egység és a lámpa között előnyösen a lámpát begyújtó jelet előállító egység van elrendezve.
A kapcsolási elrendezés továbbá előnyösen a lámpa begyújtása után kezdetben lejtősen emelkedő, majd előírt idő eltelte után lejtősen csökkenő áramot szolgáltató egységet tartalmaz.
A kapcsolási elrendezés az áramot szolgáltató egység továbbá előnyösen az eleinte növekvő, majd csökkenő áram lejtős időfuggvényét előíró frekvenciajelet előállító időzítő egységgel van ellátva.
A kapcsolási elrendezés előnyösen akkor alkalmazható, ha a gázkisülő lámpa
a) xenon-fém-halogén lámpa, amely töltetként al) hideg állapotban 2-15 bar nyomású xenon gázt, al 1) 5-20 bar üzemi nyomású higanyt, al 11) mintegy 1-5 mg halid vegyületet; továbbá
b) a burkolat ellenkező végeinél egymástól 1,5-5,0 mm távközzel elrendezett elektród párt tartalmaz.
A kapcsolási elrendezés átkapcsolható fényeloszlást megvalósító változatának az elektródok közötti ívet hajlott állapotba késztethető, első jellegű fényeloszlást képezd koncentrált fényforrást létrehozó első értékű, valamint második jellegű fényeloszlást képező koncentrált fényforrást létrehozó második értékű CF vivőfrekvenciára átkapcsolható egysége van.
A nagynyomású xenon-fém-halogén lámpák működtetésére szolgáló találmány szerinti kapcsolási elrendezés működtethető mind váltakozó áramról, mind egyenáramról.
A kapcsolási elrendezés által előállított első jel modulálatlan jelként szolgál, amelynek választható vivőfrekvenciája van. A második jel modulálójelként szolgál, amelynek választható az amplitúdója és választható a moduláló frekvenciája. A kapcsolási elrendezés továbbá az első és második jelet kombináló egységet tartalmaz, amely a nagynyomású xenon-fém-halogén lámpára bocsátott harmadik és egyben gerjesztőjelet állít elő. Ez a gerjesztőjel frekvenciamodulált jel, amelynek középfrekvenciája, valamint alsó és felső frekvenciája van. Az alsó és felső frekvenciákat egyrészt a választható amplitúdó, másrészt a választható frekvencia határozza meg, ahol is a középfrekvencia megegyezik a választható vivőfrekvenciával. A középfrekvencia és az alsó frekvencia különbsége -DF, a középfrekvencia és az alsó frekvencia különbsége +DF.
A találmányt a továbbiakban a mellékelt rajz alapján ismertetjük részletesebben. A rajzon: az 1. ábra xenon-fém-halogén lámpák azonnali fényének értékét mutatja a xenongáz nyomásának függvényében, a 2. ábra 60 Hz frekvenciájú négyszögjellel és nagyfrekvenciával működtetett xenon-fém-halogén lámpa melegfoltjának hőmérsékletét mutatja a xenongáz nyomásának függvényében, a 3. ábra a találmány szerint működtetett xenon-fémhalogén lámpa melegfoltjának hőmérsékletét és fényhatásfokát mutatja a falterhelés függvényében, a 4. ábra 4a részlete nagynyomású xenon-fém-halogén lámpa modulált nagyfrekvenciás működtetés, 4b részlete nagyfrekvenciás működtetés frekvenciasávjait mutatja, az 5. ábra 5(a), 5(b) és 5(c) diagramjai rendre modulálatlan vivőhullámot, modulálójelet és frekvenciamodulálált jelet mutat, amelyeket a találmány szerinti kapcsolási elrendezés állít elő, a 6. ábra a találmány szerint üzemeltetett xenon-fémhalogén lámpa tápjelének frekvenciaspektruma, a 7. ábra nagynyomású xenon-fém-halogén lámpa működtetésére alkalmas találmány szerinti kapcsolási elrendezés.
A gépkocsik vagy járművek fényforrásaként alkal3
HU 212 358 Β mazható xenon-fém-halogén lámpák által azonnal leadott fény mennyiségét befolyásoló legfőbb korlátozó tényező a lámpa xenongáz tartalmának nyomása. Az azonnali fénykibocsátó képességnek járműveken való alkalmazásához szükséges mértékének eléréséhez a xenongáz nyomásának legalább 4 bar értéket kell elérnie a xenon-fém-halogén lámpa ellipszoid-gömb-alakú kisülő csövében. Amint azt korábban a technika állását ismertető leírásrészben megadtuk, az ilyen mértékű xenonnyomás nem kívánatos igen erős konvenciót okoz a xenon-fém-halogén lámpa belsejében. Ezen túlmenően a járművek világításához szükséges fénynyaláb kialakításához a fém-halogén lámpát célszerű vízszintesen irányítani, ami viszont az erős áramlás következtében kedvezőtlen jelenségként hozzájárul az ív elhajlásához. Ezen túlmenően gépjárműveken való alkalmazáshoz a kívánt alakú fénynyaláb előállítása érdekében kisméretű fényforrás előállítása a kívánatos, és ennek érdekében a xenon-fém-halogén lámpa elektródjai közötti távközt 5 mm értéknél kisebbre választják. A kis távköz által meghatározott légrés csökkenti a hosszú résekhez viszonyítva az elhajlást. A rövidebb rés azonban egyúttal nagyobb értékű higanynyomást igényel, ami ismét növeli a konvekciót és a hajlást. Végeredményként elmondható, hogy a rövidebb légrés csökkenti az elhajlást, még nagyobb higanynyomás esetében is.
Az ilyen lámpában a nagyértékű xenonnyomás és higanynyomás erőteljes függőleges irányú konvekciót hoz létre a vízszintesen irányított lámpában, aminek eredményeként megnövekszik a lámpa tetején a forrófolt hőmérséklete, míg a ilyen lámpa alsó részén alacsonyabb lesz a hőmérséklet. A melegfolt megnövekedett hőmérséklete és a hidegfolt csökkent hőmérséklete olyan hőmérsékletgradienst hoz létre, amely elősegíti a lámpán belül a konvekciót, amely viszont igen komoly mértékben elhajlítja az ívet az elektródok között abban az esetben, ha ezek egymástól 2 mm-nél nagyobb távköznyire vannak elhelyezve. A lámpa tetején a melegfolt hőmérsékletének növekedésével csökken az ilyen lámpa hőmérséklete, míg a lámpa alsó részén a hidegfolt hőmérsékletének csökkentésével lecsökken a lámpán belül a halitok nyomása és ezáltal lecsökken a lámpa lumen/watt hatásfoka. Ezen túlmenően a nagynyomású xenongáz és a higanygőz nagy nyomása által létrehozott körülmények miatti elhajlott ív rontja a fénynyaláb optikai tulajdonságait, amelynek jelentősége van a gépjárművön való alkalmazás során. A nagynyomású xenongáz által létrehozott kedvezőtlen jelenségeket a továbbiakban az 1. ábra alapján tárgyaljuk.
A lámpán belüli xenontöltet nyomása és a járműiparban való alkalmazáshoz kívánatos azonnali fény közötti viszont az 1. ábra mutatja be egy xenon-fémhalogén lámpa esetére, amely 7x9 mm-es ellipszoid alakú kisülőcsövet tartalmaz, ahol is az elektródák közötti távköz kb. 4 mm és táplálására mintegy 4,5 A áram szolgál. Az 1. ábra diagramjának vízszintes tengelye jelzi a lámpán belül a gáztöltet nyomását és bar-értékekben van megadva, míg a függőleges tengely mutatja az azonnali fény mennyiségét, amelyet a lámpa bocsát ki lumen egységekben. Az 1. ábra a legjobban illeszkedő egyenes vonalú 10 jelleggörbét mutatja, amely 10A, 10B ... 10H pontok alapján van képezve. Amint azt az 1. ábra mutatja, a vonatkozó xenontöltet nyomásának mintegy 7 bar értékűnek kell lennie, annak érdekében, hogy 1500 lumen azonnali fényáramot bocsásson ki, amely kívánatos gépjármű reflektorként való alkalmazáshoz.
A találmány értelmében a xenon-fém-halogén lámpa ezen viszonylag nagyértékű nyomását a találmány értelmében megnöveljük. A lámpán kialakuló feszültségesés - tipikusan 40V értékű - elsősorban a higany üzemi nyomásától függ, amely mintegy 15 bar értékű a járművi alkalmazáshoz használatos 4 mm-nél kisebb elektródák közötti távköz esetén. Üzemelés közben a lámpa viszonylag nagy értékű átlagos gázhőmérséklete növeli, illetve hozzáadódik a xenon nyomásához a xenon-fém-halogén lámpán belül, ami a higany 15 bar értékű üzemi nyomásához hozzáadva 35 bar értékű eredő üzemi nyomást hoz létre és ez a viszonylag nagy nyomás súlyos konvekciós problémákat okoz a járművön alkalmazott vízszintes irányban elhelyezett lámpa esetében. Miközben a xenongáz nyomása növekszik, a kisülőcsövön belül a forró gázoknak az ív elhajlását okozó, felfelé irányuló áramlási sebessége is növekszik, és ennek növekedésével együtt növekszik a kisülőcső hőmérséklete az ív fölött. Az ilyen felmelegedés hatását a továbbiakban a 2. ábra kapcsán ismertetjük.
A 2. ábra vízszintes tengelyén tüntettük fel a lámpán belüli xenontöltet nyomását bar-értékben, míg a függőleges tengely mutatja a melegfolt hőmérsékletét ’C értékben egy xenon-fém-halogén lámpa esetében. A
2. ábra két egyenes vonalú 12 és 14 jelleggörbéket mutat, amelyek közül a 12 jelleggörbe mutatja a xenon-fém-halogén lámpa működési jellemzőit 60 Hz frekvenciájú négyszögjellel működő ballasztáramkör alkalmazásával, amint ezt Allison és társai javasolták. A 14 jelleggörbe mutatja a xenon-fém-halogén lámpa működését a találmány szerinti megoldás alkalmazása esetén.
A 2. ábra 12 jelleggörbéjéből belátható, hogy a 2 bar értéknél nagyobb xenonnyomás esetében a melegfolt hőmérséklete 1000 ’C körül van, míg kiegyenesített ívvel való működés esetében nagyfrekvenciás táplálással a melegfolt hőmérséklete a 14 jelleggörbe szerint nem haladja meg az 1000 ’C értéket a kívánatos xenonnyomás fennállása esetén sem. A xenon-fém-halogén lámpának ezen 1000 ’C hőmérséklet fölötti működtetése a kisülőcsövet általában alkotó kvarc anyagát viszonylag gyorsan károsítja. A kisülőcső 1000 ’C hőmérséklet alatti működését a továbbiakban a 3. ábra alapján ismertetjük részletesebben.
A 3. ábra mutatja be egy 6 x 8,5 mm ellipszoid gömb alakú kisülőcső működését 3,4 mm elektródák közötti távközzel és 10,3 bar xenonnyomással, mikor is a találmány szerinti megoldás révén az ívet hangfrekvenciásán kiegyenesítettük. A 3. ábra vízszintes tengelyén a falterhelést tüntettük fel watt/cm2 értékkel és ez mutatja a lámpa kisülőcsövének egységnyi felületére eső kisülési teljesítményt. A 3. ábrán két függőleges
HU 212 358 Β tengely van feltüntetve, amelyek közül a bal oldali a lámpa melegfoltjának hőmérsékletét adja meg °C értékben, míg a jobb oldali a xenon-fém-halogén lámpa lumen/watt (LPW) hatásfokát adja meg. A 3. ábra 16 jelleggörbéje a kisülőcső falterhelésének függvényében adja meg a hatásfokot, míg a második 18 jelleggörbe mutatja be a melegfolt hőmérsékletét a kisülőcső falterhelésének függvényében.
A 3. ábra alapján belátható, hogy a találmány szerinti megoldás révén a falterhelés növelésével (18 jelleggörbe) a melegfolt hőmérséklete nem növekszik lényegesen és mintegy 100 ’C érték alatt marad, és ez növekvő hatásfokot eredményez (lásd a 18 jelleggörbét a kisülőcső működése során). így például a 3. ábrából belátható, hogy a kisülőcső 20 W/cm2 falterheléssel működtetve 70 LPW hatásfokot ér el, miközben a melegfolt hőmérséklete kisebb, mint 1000 'C.
A találmány szerinti megoldás gyakorlati alkalmazása a 2. és 3., valamint az 1. ábra alapján érthető meg. A 2. ábrából belátható, hogy a nagyfrekvenciás működtetés esetében a későbbiek során ismertetett kapcsolási elrendezéssel a 14 jelleggörbe a mérvadó, mikor is 1500 lumen értékű azonnali fényáram létrehozásához a xenon-fém-halogén lámpán belül a xenontöltet szükséges értékű nyomása a kritikus értéknek tekinthető 1000 ’C alatti melegfolt hőmérsékletet eredményez. A 3. ábrából belátható, hogy egy 70 LPW hatásfokú xenonfém-halogén lámpa falterhelése 20 W/cm2 értékű, mikor is a melegfolt hőmérséklete még mindig a kritikus 1000 ’C hőmérséklet alatt marad. Az 1. ábra azt mutatja meg, hogy 7 bar értékű xenontöltet nyomás legalább 1500 lumen fényáram kibocsátását eredményezi, amely mennyiség elegendő, sőt több, mint a járműveken és gépkocsikon való alkalmazáshoz szükséges.
A járművön való alkalmazás esetében elengedhetetlen azonnali fénymennyiség eléréséhez elegendő nyomású xenontöltettel ellátott nagynyomású xenon-fémhalogén lámpák üzemeltetésére a találmány szerinti eljárás alkalmazható, amelynek eljárási lépései során meghatározott gerjesztőjelet adunk a lámpára, és megfelelő módon választjuk meg ezen tápláló jelnek a paramétereit. A gázkisülő lámpának olyan foglalata van, amely tartalmaz egyrészt egy 0,05-1 cm3 térfogatú burát. A lámpa burát magában foglaló részében xenongázt tartalmazó töltet helyezhető el, amelynek hidegállapotban vett nyomása 2-15 bar tartományon belül van, és higanytöltetének üzemi nyomása 5-20 bar határokon belül van. A búra továbbá halogén vegyületet tartalmaz, amelynek mennyisége 1-5 mg. A lámpa továbbá magában foglal egy pár elektródát, amelyek a foglalat ellenkező végein vannak elhelyezve, egymástól 1,5-5 mm távköznyire. Az elektródák táplálása olyan árammal történik, amely elegendő pont üzemmódban való működtetéshez, mivel a parázsfénnyel való indítás nehézkes a találmányhoz szükséges nagynyomású xenontöltet miatt. A 4 574 219 számú USA szabadalom leírása ismerteti a pont üzemmód áramellátási követelményeit, valamint egy általános ismertetést ad a parázsfény üzemmódú indításról.
A gerjesztő jel hullámalakja megközelítőleg szinuszos, háromszög alakú, fűrészfogú vagy exponenciális, vagy bármilyen összetett jelalakot magában foglaló csoportból választható ki, amely a lámpán időben változó teljesítményt hoz létre 20 kHz - 80 kHz frekvenciájú tartományban. A legegyszerűbb és jellemző példaként szinuszos hullámalak választható, ahol is a jel időfüggvényét a következő kifejezés adja meg:
V(t) = Vm sin[2* π *CF*t + (DF/f)*sin(2* π *f*t)] (I) ahol:
Vm a feszültség csúcsértéke,
CF a vivőfrekvencia,
DF a vivőfrekvenciához képesti maximális frekvencialöket és f a moduláció frekvenciája.
A háromszögalakú, fűrészfogalakú, exponenciális vagy összetett hullámalakú geijesztőjel hasonlóképpen kifejezhető CF, DF és f függvényeként, ahol is az egyes változók értelme ugyanaz, miközben a pillanatnyi feszültség lineárisan, lépcsősen, exponenciálisan vagy valamilyen összetett módon változik az egyes esetekben.
A nagynyomású xenon-fém-halogén lámpa a találmány szerinti eljárások valamelyikével működtethető, amely eljárás értelmében az (I) kifejezéssel jellemezhető gerjesztőjel paramétereit megválasztjuk. Az (I) kifejezés szerinti jel esetében f értéke előnyösen 0,01 x CF-0,05 x CF tartományba esik. Hasonlóképpen DF értéke 0,07 x CF-0,2 x CF tartományban változhat. A továbbiakban CF értéke 20 kHz - 80 kHz körüli tartományba esik. Kívánt esetben a xenon-fémhalogén lámpa frekvenciamoduláció nélkül is működhet, amikor is f és DF értékét 0 értékűre választjuk, miközben CF értéke mintegy 20 kHz - 80 kHz tartományban állapítható meg.
A találmány szerinti eljárásnak megfelelő módszereket a továbbiakban a 4. ábra alapján ismertetjük. A 4. ábra diagramjának vízszintes tengelyén a nagynyomású xenon-fém-halogén lámpára adott és az (I) kifejezéssel jellemezhető gerjesztőjel CF vivőfrekvenciájának értékét tüntettük fel kHz egységekben. A 4. ábra 4a és 4b részei adják meg a frekvenciamodulációval kombinált nagyfrekvenciás üzemelés 20 karakterisztikáját, mikor is az (I) kifejezésben a DF értéke az előzőleg megadott kívánatos frekvenciatartományban van, míg a 4b rész frekvenciamoduláció nélküli működtetés 22 karakterisztikáját mutatja, ahol is DF = 0. A nagyfrekvenciás üzemeltetés frekvenciamodulációs 20 karakterisztikái 20a, 20b és 20c részeket foglalják magukban, amelyek az (1) kifejezés szerinti gerjesztőjel frekvenciáját mutatják, amelyek esetében a fémhalogén-lámpa íve instabil. A 20a, 20b és 20c részek mutatják az ívképződés olyan körülményeit, amelyek során villogás és görbülés alakul ki. A moduláció nélküli nagyfrekvenciás működtetés 22 jelleggörbéje 22a-22g részeket foglal magában, amelyek a xenon-fém-halogén lámpán belüli ív instabil működésére jellemzők. A 22a-22f részek jelzik azokat az instabilitásokat, amelyek kialvást, villódzást vagy görbülést okoznak az ívben. Azok a frekvenciák, amelyek nincsenek benne a 22a-22f részekben, ezek jelzik azokat a frekvenciasávokat vagy ablakokat, amelyekben az ív egyenesen és
HU 212 358 Β stabil módon működik. A 4. ábra 4a és 4b részének összehasonlítása megmutatja, hogy a modulációval kombinált nagyfrekvenciás táplálást mutató 20 karakterisztika viszonylag széles ablakot tartalmaz az ív stabil működéséhez, amely a 20a és 20b részek között helyezkedik el. A 4b rész több frekvenciaablakot mutat, de egyik sem olyan széles, mint ez a 20 karakterisztikában kimutatható ablak.
A 4. ábra 4a részével kapcsolatban rájöttünk, hogy a nagyfrekvenciás működést bemutató 20 karakterisztika megvalósításával a xenon-fém-halogén lámpában jelentősen lecsökken a gravitáció által keltett konvekció, amely egyébként jellemző a 2 bar nyomásnál nagyobb értékű xenontöltettel ellátott xenon-fém-halogén lámpák esetében. A 4a diagram szerinti táplálás esetében a xenon-fém-halogén lámpa viselkedése lényegesen különbözik az US 4 170 746 jelű szabadalomban ismertetett megoldással táplált lámpa viselkedésétől. A 4a diagram szerinti működtetés esetében a xenon-fémhalogén lámpa hangfrekvenciásán üzemel oly módon, hogy a lámpa felső falának hőmérséklete mintegy 200 *C értékkel lecsökken, míg hatásfoka megduplázódik a 60 Hz frekvenciás tápláláshoz viszonyítva, amelyet a
2. ábra kapcsán mutattunk be. Ezzel egyidejűleg a gravitáció okozta konvekció is lényegesen lecsökken, egészen addig a határig, hogy az ív kiegyenesedik. Az ív kiegyenesedése elsősorban annak köszönhetően érhető el, hogy a xenon és a higany hangfrekvenciás mozgása dominál a függőleges konvekció fölött, amely egyébként az elektródok közötti ívet felfelé hajlítaná el. A 20 karakterisztika által jellemzett működés során a frekvencia ablakok jelzik azokat a tartományokat, amelyek megfelelnek a gáz hangfrekvenciás perturbációinak, amelyek szimmetrikusan a kisülőcső középpontjába kényszerítik az ívet, semmint aszimmetrikusan a kisülőcső fala felé. A működésben tapasztalható legszélesebb stabil sáv (SB) a 4b diagram szerinti frekvenciamoduláció-mentes esetre az egyes instabil tartományok között mintegy 5 kHz értékű vagy pedig a vivőfrekvencia CF frekvenciájához számítva mintegy 10% értékű. A frekvenciamodulációt magában foglaló és a 4a diagramon bemutatott esetben a stabil működés sávja a 20a és 20b részek között található, ahol is az SB/CF arány 30%-50% tartományban van. A xenonfém-halogén lámpa hangfrekvenciás működését frekvenciamodulációval kiegészített jellel - amelyet a 4a diagram 20 karakterisztikája mutat - a továbbiakban az
5. ábra kapcsán ismertetjük részletesebben.
Az 5. ábra 5a diagramja modulálatlan vivőfrekvenciát mutat, amelynek frekvenciája CF és amely az (I) öszszefüggés szerint szinuszos hullám, azonban az egyszerűség kedvéért itt háromszöghullámként tüntettük fel. Az 5b diagram mutatja a f frekvenciájú moduláló jelet, amely szintén az (I) összefüggés egyik eleme. Az 5c diagram mutatja az (I) összefüggésnek megfelelő V(t) jelet. A modulálatlan CF jel és az f moduláló jel periódusait az 5a, 5b és 5c diagramok 1/CF és 1/f szakaszai jelölik. Az 5c diagram mutatja a modulált jel hullámalakját, miközben áthalad a CF+DF maximális frekvencián, a CF középfrekvencián és a CF-DF minimális frekvencián.
A találmány szerinti eljárás tulajdonképpen (I) összefüggésnek megfelelő gerjesztőjel kiválasztása, ahol is a jel alakja szinuszos háromszögletű, fűrészfogalakú vagy összetett, majd a továbbiakban ki kell választani DF és f előnyös tartományát, amelyben a xenon-fém-halogén lámpa íve viszonylag egyenes. A DF frekvencia előnyös tartományát az alábbi (II) összefüggés adja meg, míg f előnyös tartományát a (III) összefüggés adja meg.
0,07 < DF/CF < 0,20 (Π)
0,01 <f/CF< 0,05 (ΠΙ)
A nagyfrekvenciás működést a 20 diagram alapján megvalósítva, különösen f = 0,7 kHz értékű moduláló frekvencia és DF = 4,2 kHz értékű frekvencialöket alkalmazásával belülről 5,8 mm kistengellyel, 10,0 mm nagytengellyel rendelkező ellipszoid kisülőcsövet működtettünk. Az üzemeltetés során az ív egyenes és stabil volt, ha a CF vivőfrekvencia 32-48 kHz tartományba esett.
A 20 diagram szerinti frekvenciamodulációs működést a továbbiakban a 6. ábra kapcsán ismertetjük, amely a nagy nyomású xenon-fém-halogén lámpára bocsátott (I) kifejezés szerinti geijesztőjel frekvencia-spektrumát mutatja. A 6. ábra diagramjának vízszintes tengelye az F frekvenciát, függőleges tengelye a teljesítmény logaritmusát tünteti fel. A diagram bemutatja, hogy a hangfrekvenciás teljesítmény számos diszkrét frekvenciára oszlik el (CF-DF) < F < (CF+DF) tartományban. Az egyes diszkrét frekvencia-összetevőket f értékű frekvenciakülönbség választja el egymástól, és a spektrumnak a maximum felével (3 dB) egyező pontjainál lévő fél-szélessége nagyjából megegyezik DF értékével, ha DF/f értéke jóval nagyobb mint 1. Ha a lámpára bocsátott teljesítmény stabil frekvenciával párosul, amint azt a 4(a) diagram mutatja, akkor elkerülhetők az ív instabilitásai. A hangfrekvenciás teljesítménynek a frekvenciaspektrumon belüli számottevő szétosztásához a sáv 2 DF szélességének nagyobbnak kell lennie, mint az instabilitásokat okozó frekvenciasávok szélessége (amelynek értéke tipikusan néhány kHz), de nem haladhatja meg azon frekvenciasáv szélességét, amelyen belül stabil működés tapasztalható (tipikusan 10-20 kHz sávszélesség). Ezen felül, ha a frekvenciamodulációt létrehozó fjei túl nagy, akkor túl kevés lesz a frekvenciakomponens, és az egyes (esetlegesen instabilitást okozó) komponenseknek túl nagy lesz a teljesítménye. Minél kisebb f értéke, annál nagyobb lesz azon frekvenciakomponensek száma, amelyek hordozzák a hangfrekvenciás teljesítményt, és annál kisebb a valószínűsége az instabilitás gerjesztésének. Az f moduláló jel értékének előnyös tartományát a (ΙΠ) összefüggés adja meg, és az alsó határértékre vonatkozó körülményeket az 5. ábra kapcsán ismertetjük.
Jelöljük az (I) összefüggés szerinti gerjesztőjel frekvenciáját F-fel, akkor az 5 (a) és 5 (b) diagramokról látható, hogy az alkalmazott frekvencia CF-DF minimális frekvenciáról 1/f értékű periódusidő fele alatt változik CF+DF maximális frekvenciára (ld. 5 (c) diagram). Miközben az F frekvencia értéke egy stabil frekvenciasávból (ld. a 4. ábra 4 (a) részének 20A és 20B részei közötti tartományt) UB sávszélességű in6
HU 212 358 Β stabil frekvenciasávon áthalad, T = UB/4ÍDF időtartam alatt instabilitás keltés történik. Itt „instabilitás keltés” alatt az értendő, hogy a T időtartam alatt nemkívánatos mozgást, azaz vagy ívgörbülést vagy villogást keltünk, „kapcsolunk be”, és engedjük, hogy a T időtartam alatt ez a hatás növekedjék. Ahhoz, hogy az instabilitás nemkívánatos működést, például az ív elhajlását, villogását vagy kialvását okozó, számottevő mértékig növekedjék, a lámpát jónéhány 1/F hosszúságú rezgési perióduson át kell működtetni, amihez F x T értékének 10-nél jóval nagyobbnak kell lennie. UB értéke tipikusan mintegy 2 kHz, F értéke mintegy 0,7 kHz, DF értéke mintegy 4,2 Hz, F értéke mintegy 40 kHz, és ebből az F x T szorzat mintegy 6 nagyságúra adódik. Azon viszonylagos gyorsaság következtében, amivel az F frekvencia áthalad az instabil sávon, az instabilitás csak mintegy 6 rezgési perióduson át növekedhet. A jelen példában fentebb megadott UB, f, DF és F értékek esetében az instabilitás nagysága elhanyagolható marad. Ezen magyarázat alapján belátható, hogy amennyiben a pásztázási sebesség, azaz az f x DF mennyiség túl kicsiny, akkor ezzel megengedjük, hogy a frekvencia felesleges ideig tartózkodjon az instabil tartományokban, (ld. a 4 (a) diagram 20A, 20B és 20C részleteit). Ennélfogva F értékének alsó határa néhány száz Hertz. Kísérleteink során ezen felül azt is tapasztaltuk, hogy f frekvenciával való frekvenciamoduláció esetében a háromszög vagy fűrészfog alakú jelforma előnyösebb, mint a szinuszos jelalak, mivel ebben az esetben a háromszög, vagy fűrészfog alakú jel frekvenciája nem időzik az 5 (c) diagram szerinti CF+DF maximális és CF-DF minimális frekvenciákon, ami egyébként időt adna az esetleges instabilitások növekedésére.
Megfigyeltük, hogy az egyes frekvenciák (CF, DF és f) nagysága fordítottan arányosak a xenon-fém-halogén lámpa kisülőcsövének lineáris méreteivel, és ebből következőleg kisebb kisülőcsövekhez nagyobb frekvenciák szükségesek és fordítva, azonban miniatűr xenon-fém-halogén lámpák esetében a széles stabil frekvenciasáv (amelyre SB/CF 30-50%) 0,3 cm3-nél kisebb térfogatú kisülőcsővel érhető el, amely geometriailag lehet gömb, elliptikus gömb, ellipszoid vagy henger alakú.
A találmány szerinti kapcsolási elrendezés példaként megadott kiviteli alakját a 7. ábra mutatja be. Ez a kapcsolási elrendezés hagyományos két fokozatú konvertert mutat, amely 12 V egyenfeszültségű 102 tápforrásra kapcsolódik. A kapcsolási elrendezés bemeneti fokozata teljesen hagyományos rákapcsolt vezérlőjellel szabályozható 104 DC/DC konverter. A 104 DC/DC konverter vezérlőbemenetére 60 xenon-fém-halogén lámpa figyelt működési paramétereitől függő vezérlőjelet előállító 106 szabályozóegység csatlakozik. A találmány megvalósításához alkalmas konverter és szabályozóegységet az US 5 047 695 jelű szabadalmi leírás ismerteti. A 106 szabályozóegység a 60 xenonfém-halogén lámpa figyelt működési paramétereit mintavételező, áram és feszültség értéket visszacsatoló 108 egységen át kapcsolódik a 60 xenon-fém-halogén lámpára. A kapcsolási elrendezés második fokozatát a 104 DC/DC konverterre kapcsolódó vezérelhető DC/AC konverter 110 egység képezi, amelynek vezérlőbemenetére a 6. ábra szerinti fűrészjelet előállító, frekvencia moduláló 112 generátor kapcsolódik. A 112 generátor 114 időzítőegységet és impulzusszélesség modulátor 116 egységet tartalmaz. A 112 generátor impulzusszélesség moduláló 116 egység megvalósítható szabványos integrált áramkörrel, amelynek szabadonfutó CF vivőfrekvenciát előállító oszcillátora van. Ilyen például az UC 3843 jelű integrált áramkör is (UNITRODE gyártmány). A 112 generátor 114 időzítőegysége megvalósítható szabványos integrált időzítő áramkörrel. Ilyen például a CMOS technológiával előállított 7555 jelű integrált áramkör is (INTERSIL gyártmány).
Általánosságban véve a 7. ábrán bemutatott kapcsolási elrendezés frekvenciamodulált nagyfrekvenciás feszültséget állít elő, amely táplálja az ismertetett 60 xenon-fém-halogén lámpát. A 116 egység (impulzusszélesség modulátor) középfrekvenciája a korábbiakkal összhangban 55 kHz értékű CF vivőfrekvenciára van beállítva, amelyet a 114 időzítő egység jele modulál. A 114 időzítő egység állandó frekvenciájú fűrészjelet állít elő, amely a 116 egység frekvenciamoduláló bemenetére csatlakozik. A két jel kombinálásával a DC/AC konverter 110 egység előállítja az (I) összefüggés szerinti gerjesztőjelet, amely a 60 xenon-fém-halogén lámpára jut. A 7. ábra szerinti ballasztáramkör az (I) összefüggésnek megfelelő gerjesztőjelet az áramköri elemek megfelelő megválasztása esetén a korábban tárgyalt paraméter tartományokon belül állítja elő.
A 7. ábrán bemutatott kapcsolási elrendezés olyan kiviteli alakot mutat, amely a 60 xenon-fém-halogén lámpát összetett hullámformájú jellel táplálja, amelynek jelalakja szinuszos vagy háromszög alakú jelhez hasonlít és megközelítőleg exponenciális jelalakként jellemezhető. A frekvencia 10 kHz-200 kHz tartományban van. A frekvenciamoduláció relítav lökete (DF/CF) mintegy 10% értékű, és a moduláció aránya akkora, hogy lehetővé teszi a frekvenciának a korábban tárgyalt stabil tartományban való maradását. A jelalakra a stabil működés érdekében továbbá jellemző, hogy folyamatos, számottevő ideig nem nulla értékű a teljesítménye, és alaktényezője (a csúcsérték és az effektív érték hányadosa) kisebb mint 2:1 értékű. A 7. ábrán bemutatott kapcsolási elrendezés elegendő feszültséget és teljesítményt bocsát a 60 xenon-fém-halogén lámpára, amely még annak meleg állapotában is elegendő tartós ív keltésére.
Egy kiviteli alak esetében a 7. ábrán bemutatott kapcsolási elrendezés szerinti működtető áramkör váltóáramú táplálására is kapcsolható, amely tipikusan 120 V feszültséget szolgáltat 60 Hz frekvencián. A bemutatott kiviteli alak esetében 7a működtető áramkör közvetlenül az egyenáramú 102 tápforrásra kapcsolódik, mikor is ezáltal elkerülhető a különben szükséges egyenirányító. Szabályozása úgy van kialakítva, hogy járművön való alkalmazáshoz a 60 xenon-fémhalogén lámpa azonnal fényt bocsát ki. Azonnali fénykibocsátás azáltal érhető el, hogy bekapcsoláskor vi7
HU 212 358 Β szonylag nagy teljesítményt (áram x feszültség) szolgáltat a 6. ábra szerinti ferde karakterisztikával a 60 xenon-fém-halogén lámpa számára, majd a 60 xenonfém-halogén lámpa felmelegedése közben a ferde karakterisztikának megfelelően a teljesítmény lecsökken. A 60 xenon-fém-halogén lámpa impedanciája viszonylag kicsiny a későbbiekben ismertetett indítást követőleg, míg felmelegedett állapotba elegendő bekapcsolás után kerül, mikor is impedanciája viszonylag nagy értékűre változik.
A találmány lehetőséget ad a xenon-fém-halogén lámpa elektródjai között képzett ív különböző alakokban és állapotban való előállításához annak érdekében, hogy különböző alkalmazásokhoz alkalmas koncentrált fényforrást képezzen. Ez átkapcsolás révén valósítható meg, mikor is a 60 xenon-fém-halogén lámpa ívét hajlott vagy enyhén görbült alakról lényegében teljesen egyenes ívre kapcsolja át, amely a 60 xenon-fém-halogén lámpát tartalmazó gépjármű fényszóró fénynyalábjának menetét egy első vagy tompított nyalábról egy második vagy távolsági nyalábra váltja át egyszerűen azáltal, hogy a vivőfrekvencia értékét egy állandó értékkel, például 45 kHz-ről 55 kHz-re változtatja. Természetesen más értékű frekvenciaeltolás is alkalmazható, figyelembe véve a 60 xenon-fém-halogén lámpa méreteit és a korábban tárgyalt vonatkozó stabil ablakokat. Egy lehetséges kiviteli alak esetében a frekvencia elcsúsztatása a 60 xenon-fém-halogén lámpában lévő ívet lényegében egyenes állapotból görbült vagy hajlott állapotba kapcsolja át, és ezáltal az ívhez kötött elsődleges fénykoncentráció helyét a fényszórón belüli és a távolsági fénynyalábhoz tartozó fókuszponttal egybeeső első helyről a fényszórón belüli és a tompított fénynyalábhoz tartozó fókuszponttal egybeeső második helyre mozgatja el, vagy fordítva.
Az ív helyzetének ily módon való elmozdítása legalább a következő két okból előnyösebb a mágneses eltérítéshez viszonyítva: a) a mágneses eltérítés külön áramköröket és szerkezetet igényel, és b) a hangfrekvenciás üzemeltetés még az ív enyhén görbült állapotában is a korábban tárgyalt melegfolt hőmérsékletét alacsonyabban tartja.
Továbbá az ív elhajításának további megvalósítását jelenti a jelalak megváltoztatása oly módon, hogy megfelelő keveréket tartalmaz görbült üzemmódban (hangfrekvenciás alapharmónikus) és kiegyenesített üzemmódban (első páros harmónikus). Ez lehetővé teszi az ív kiegyenesítését, behajlítását és a kettő között bármely közbülső helyzetet különféle felhasználási célokra.
A kezdeti elektromos kisülés létrehozásához és az ív meleg állapotban való újragyújtásához szükséges viszonylag nagy feszültséget a 7. ábra szerinti áramköri elrendezés állítja elő. A találmány gyakorlati megvalósítása tehát egy olyan kapcsolási elrendezést eredményez, amely frekvenciamodulált nagyfrekvenciás feszültséget és áramot állít elő nagynyomású xenon-fémhalogén lámpa geijesztéséhez. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés lehetővé teszi a xenon-fém-halogén lámpában nagynyomású xenongáz töltet alkalmazását annak érdekében, hogy alkalmas legyen különösen járműveken való alkalmazás esetére azonnali, nagy intenzitású fény kibocsátására. A xenon-fém-halogén lámpa lényegesen nagyobb nyomáson üzemel (az együttesen alkalmazott xenonnak és higanynak köszönhetően), mint a hagyományos fém-halogén lámpák, és falterhelése is lényegesen nagyobb a szokásosnál. Ezen túlmenően továbbá egyes optikai rendszerekben, ahol igen rövid ívhossz, tehát az elektródok közötti kicsiny távköz a kívánatos, ott az elfogadható nagyságú lámpafeszültség eléréséhez még nagyobb higanynyomásra van szükség, mint normális ívhosszúságú lámpák esetében. A frekvenciamodulált nagyfrekvenciás gerjesztés előnyös az igen nagy nyomások által létrehozott különlegesen erős konvekciós erők leküzdésére, és ezáltal egy közel izotermikus lámpát eredményez, amely viszont az igen nagy falterhelés révén elérhető különlegesen nagy hatásfokot eredményez, ami egyébként rendes körülmények között nem érhető el a xenont tartalmazó kompakt higany-fém-halogén lámpákkal, amilyet az US 4 170 746 jelű szabadalmi leírás ismertet. Ha a xenon-fém-halogén lámpa alacsony frekvenciás táplálást kapna, akkor a találmány szerinti megoldással járó előnyök elmaradása miatt az ív a kisülőcső fala felé mozdulna el, és a fal ezáltal okozott kipúposodása miatt a lámpa tönkremenne. A nagy frekvencia találmány szerinti előnyös alkalmazása nélkül a hangfrekvenciás ablakok túl keskenyek és kizárják a xenon-fém-halogén lámpa gyakorlatban alkalmazható méretezését. A találmánnyal összefüggésben a xenon nyomása elegendően nagy például járművek fényszórójában való alkalmazás esetén a távolsági világításhoz kielégítő mennyiségű azonnali fénykibocsátáshoz. A búra alakja és mérete, a frekvencia és a frekvenciamoduláció egymással összhangban választandó meg az adott alkalmazáshoz szükséges fényáram és ívhossz eléréséhez, mégpedig oly módon, hogy kiegyenesített ívvel a búra hőmérséklete elegendő legyen a kívánt mennyiségű halid elpárologtatásához, de egyúttal a búra hőmérséklete elegendően alacsony maradjon a tervezett élettartam eléréséhez.
A találmány tehát egy olyan optikai rendszert eredményez, amely nagynyomású xenon-fém-halogén lámpát és balalszt áramkört tartalmaz, ahol is az egyenes ív és a szimmetrikus kisülés megvalósítása útján kiküszöböli a különlegesen nagy nyomással járó konvekció extrém hatásait. Ezeket a hatásokat a szabályozott hangfrekvenciás rezonancia küszöböli ki, amely különböző fajtájú vetítő és kijelző rendszerekben kedvező egyenletes fénymezőt hoz létre. A találmány elsősorban gépjárművek fényszórójához kapcsolódik, amelyekben a fényt frekvencia-modulált, nagyfrekvenciás ballasztáramkörrel működtetik, ahol is a nagynyomású xenon jelenléte révén kitűnő eredmények érhetők el az azonnali fénykibocsátás tekintetében. A fényszóró optikai rendszerében lévő fényforrás kicsiny mérete és egyenes jellege a lámpa kicsiny méretére és izotermikus jellegére vezethető vissza, amely az igen gyors konvekció hangfrekvenciás rezonancia általi legyőzésének köszönhető, amelyet a találmány gyakorlati megvalósítása során a nagyfrekvencia modulációja és a hullámalak vezérlése szabályoz.
HU 212 358 Β
A találmány szerinti megoldás további megvalósítása esetében a 60 xenon-fém-halogén lámpát gerjesztő jel frekvenciája elcsúsztatható és ezáltal a lámpa íve egyenes állapotából elhajlítható, illetve meggörbíthető, miáltal az ív elsődleges fény koncentrációjának helyzete egy első pozícióból egy másik pozícióba váltható át. Ezek a pozíciók úgy választhatók meg, hogy egybeessenek a gépjármű fényszórójának A távolsági és tompított fénynyalábjához tartozó pontjaival.
A 7. ábrán bemutatott kapcsolási elrendezés különösen alkalmas xenon-fém-halogén lámpák begyújtására és üzemeltetésére, azonban előnyösen alkalmazható xenon-fém-halogén lámpákon kívül más gázkisülő lámpák indítására és üzemeltetésére.
SZABADALMI IGÉNYPONTOK
Claims (9)
1. Eljárás xenon-fém-halogén lámpa üzemeltetésére, amelynek során a lámpára V(t) időfüggvény szerinti gerjesztőjelet adunk, amely gerjesztőjel alakja közelítőleg szinuszos, háromszög, fűrészfog, exponenciális és összetett alakú jel, azzal jellemezve, hogy
a) a gerjesztőjel pillanatnyi feszültségét időben és előírt frekvencia tartományban a következő összefüggés szerint változtatjuk:
V (t) = Vm sin[2* π *CF*t + (DF/f)*sin(2* π *f*t)] (I) ahol:
Vm = a gerjesztőjel feszültségének csúcsértéke,
CF = modulálatlan jel vivőfrekvenciája,
DF = a vivőfrekvenciához képesti maximális frekvencialöket, f = a modulálójel frekvenciája;
b) a gerjesztőjelet úgy választjuk meg, hogy paraméterei a következők legyenek:
bl) a modulálójel f frekvenciája nagyjából 0 értéktől kezdve kb. 0,01 x CF - 0,05 x CF tartományig;
b2) a DF vivőfrekvencia nagyjából 0 értéktől kezdve mintegy 0,07 x CF - 0,20 x CF tartományig;
b3) a modulálatlan jel CF vivőfrekvenciája mintegy 20 kHz - 80 kHz tartományba esik.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gerjesztőjel paraméterei a következők:
f=0
DF = 0
CF = 20 kHz - 80 kHz tartományban.
3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gerjesztőjel paraméterei lényegében a következő tartományokba esnek:
f=0,01 xCF-0,05xCF
DF = 0,07 x CF - 0,20 x CF
CF = 20-80 kHz.
4. Kapcsolási elrendezés gázkisülő lámpa működtetésére és az 1. igénypont szerinti eljárás megvalósítására, azzal jellemezve, hogy
a) modulálatlan jelként szolgáló, választható CF vivőfrekvenciájú (CF) első jelet előállító egysége (116);
b) frekvencia-moduláló jelként szolgáló és választható tartományú, választható moduláló f frekvenciájú (f) második jelet előállító egysége (114) van, amelyekre
c) az első és második jelet egymással kombináló, a gázkisülő lámpára (60) bocsátott közép, alsó és felső frekvencia között a moduláló frekvencia inverzének megfelelő 1/f ütemben pásztázó frekvenciamodulált gerjesztőjelet előállító egység (110) kapcsolódik, ahol is a középfrekvencia azonos a választható CF vivőfrekvenciával (CF), a középső és az alsó frekvencia közötti, illetve a középső és a felső frekvencia közötti különbség azonos a frekvencialökettel (-DF illetve +DF).
5. A 4. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy a geijesztőjelet előállító egység (110) és a lámpa (60) között a lámpát (60) begyújtó jelet előállító egység van elrendezve.
6. Az 5. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy a lámpa (60) begyújtása után kezdetben lejtősen emelkedő, majd előírt idő eltelte után lejtősen csökkenő áramot szolgáltató egysége (110) van.
7. A 6. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy az áramot szolgáltató egység (110) az eleinte növekvő, majd csökkenő áram lejtős időfüggvényét előíró referenciajelet előállító időzítő egységgel (114) van ellátva.
8. A 4-7. igénypontok bármelyike szerinti kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy a gázkisülő lámpa (60)
a) xenon-fém-halogén lámpa, amely töltetként al) hideg állapotban 2-15 bar nyomású xenon gázt, all) 5-20 bar üzemi nyomású higanyt, alll) mintegy 1-5 mg halid vegyületet; továbbá
b) a burkolat ellenkező végeinél egymástól 1,5-5,0 mm távközzel elrendezett elektród párt tartalmaz.
9. A 8. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy az elektródok közötti ívet hajlott állapotba késztető, első jellegű fényeloszlást képező koncentrált fényforrást létrehozó első értékű, valamint második jellegű fényeloszlást képező koncentrált fényfonást létrehozó második értékű vivőfrekvenciára (CF) átkapcsolható egysége (116) van.
HU 212 358 Β
Int. Cl.6: H 05 B 41/00
-1OB
HU 212 358 Β
Int. Cl.6: H 05 B 41/00
1500
Fig.2
HU 212 358 Β
Int. Cl.6: Η 05 Β 41/00 ιεοο -η ν100
Fig.3
HU 212 358 Β
Int. Cl.6: H 05 B 41/00
Fig. 4
HU 212 358 Β
Int. Cl.6: H 05 B 41/00
Fig. 5
HU 212 358 B
Int. Cl.6: H 05 B 41/00
HU 212 358 Β Int. Cl.6; H 05 B 41/00
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US32073689A | 1989-03-08 | 1989-03-08 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HU901343D0 HU901343D0 (en) | 1990-05-28 |
| HUT54847A HUT54847A (en) | 1991-03-28 |
| HU212358B true HU212358B (en) | 1996-06-28 |
Family
ID=23247680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HU901343A HU212358B (en) | 1989-03-08 | 1990-03-07 | Method and circuit arrangement for operating xenon-metal-halide lamp |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0386990B1 (hu) |
| JP (1) | JPH0766866B2 (hu) |
| KR (1) | KR970009072B1 (hu) |
| AU (1) | AU632094B2 (hu) |
| DE (1) | DE69023680T2 (hu) |
| HU (1) | HU212358B (hu) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5198727A (en) * | 1990-02-20 | 1993-03-30 | General Electric Company | Acoustic resonance operation of xenon-metal halide lamps on unidirectional current |
| CH686390A5 (de) * | 1992-10-12 | 1996-03-15 | Juerg Nigg | Verfahren zum betrieb einer gasentladungs- oder fluoreszenzlampe und vorschaltgeraet zu dessen ausfuehrung |
| US5306987A (en) * | 1993-03-11 | 1994-04-26 | General Electric Company | Acoustic resonance arc stabilization arrangement in a discharge lamp |
| DE4317368A1 (de) * | 1993-05-25 | 1994-12-01 | Patent Treuhand Ges Fuer Elektrische Gluehlampen Mbh | Verfahren zum Betrieb einer Hochdruckentladungslampe |
| DE4437453A1 (de) * | 1994-10-19 | 1996-04-25 | Patent Treuhand Ges Fuer Elektrische Gluehlampen Mbh | Verfahren zum Betrieb einer Entladungslampe und Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe |
| EP0713352B1 (en) * | 1994-11-18 | 2001-10-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Discharge lamp-lighting apparatus |
| US5508592A (en) * | 1994-12-21 | 1996-04-16 | Osram Sylvania Inc. | Method for deflecting the arc of an electrodeless hid lamp |
| ATE261235T1 (de) * | 1995-05-23 | 2004-03-15 | Praezisa Ind Elektronik | Verfahren bzw. vorrichtung zum betrieb einer hochdruckentladungslampe |
| DE19535662A1 (de) * | 1995-09-26 | 1997-03-27 | Bosch Gmbh Robert | Betriebsweise für eine hochfrequent betriebene Hochdruck-Gasentladungslampe |
| EP0840537A1 (en) * | 1996-10-31 | 1998-05-06 | MAGNETEK S.p.A. | Electronic ballast for high-intensity discharge lamps |
| CN1217867A (zh) * | 1997-02-13 | 1999-05-26 | 皇家菲利浦电子有限公司 | 电路装置 |
| WO1998036622A1 (en) * | 1997-02-13 | 1998-08-20 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Circuit arrangement |
| US6437517B1 (en) * | 2001-02-22 | 2002-08-20 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method and system for exciting an azimuthal acoustic and longitudinal acoustic combination mode |
| US6737815B2 (en) * | 2001-12-21 | 2004-05-18 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Reducing vertical segregation in a HID lamp operated at VHF frequencies using simultaneous arc straightening and color mixing |
| US6686703B2 (en) | 2002-01-10 | 2004-02-03 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | High frequency electronic ballast |
| DE102008037656A1 (de) * | 2008-08-14 | 2010-02-18 | Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Hochdruckentladungslampe |
| DE102008059494A1 (de) | 2008-11-28 | 2010-06-10 | Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Integrierte Gasentladungslampe und Verfahren zum Betreiben einer integrierten Gasentladungslampe |
| EP2271185B1 (en) * | 2009-07-02 | 2012-12-19 | Luigi Desiderato | Power factor correction method and device for discharge lamps, for example high pressure sodium lamps |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3931544A (en) * | 1974-12-05 | 1976-01-06 | Gte Sylvania Incorporated | Fast warm up electronic ballast circuit for a high pressure discharge lamp |
| US4170746A (en) * | 1977-12-27 | 1979-10-09 | General Electric Company | High frequency operation of miniature metal vapor discharge lamps |
| JPS5524337A (en) * | 1978-08-10 | 1980-02-21 | Ushio Inc | Gas discharge lamp |
| AU514039B2 (en) * | 1978-11-07 | 1981-01-22 | Esquire, Inc | Transformerless power supply |
| JPS5648095A (en) * | 1979-09-27 | 1981-05-01 | Toshiba Electric Equip | Device for firing discharge lamp |
| US4477748A (en) * | 1980-10-07 | 1984-10-16 | Thomas Industries, Inc. | Solid state ballast |
| US4373146A (en) * | 1980-10-20 | 1983-02-08 | Gte Products Corporation | Method and circuit for operating discharge lamp |
| JPS5953242A (ja) * | 1982-09-22 | 1984-03-27 | Toshiba Corp | 車輌の照明装置 |
| GB2133925B (en) * | 1982-12-29 | 1987-02-18 | Gen Electric | Control of radial distributions in high intensity discharge lamps |
| JPS6155897A (ja) * | 1984-08-25 | 1986-03-20 | 松下電工株式会社 | 放電灯点灯装置 |
| JPS61165999A (ja) * | 1985-01-17 | 1986-07-26 | 松下電工株式会社 | 高圧放電灯 |
| JPS62147647A (ja) * | 1985-12-23 | 1987-07-01 | Matsushita Electric Works Ltd | 高圧放電灯 |
-
1990
- 1990-02-28 AU AU50591/90A patent/AU632094B2/en not_active Expired
- 1990-03-06 JP JP5291790A patent/JPH0766866B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1990-03-06 EP EP90302347A patent/EP0386990B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-03-06 DE DE69023680T patent/DE69023680T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1990-03-07 HU HU901343A patent/HU212358B/hu unknown
- 1990-03-08 KR KR1019900003016A patent/KR970009072B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0386990A2 (en) | 1990-09-12 |
| DE69023680T2 (de) | 1996-07-18 |
| EP0386990B1 (en) | 1995-11-22 |
| JPH0766866B2 (ja) | 1995-07-19 |
| HU901343D0 (en) | 1990-05-28 |
| KR970009072B1 (ko) | 1997-06-03 |
| AU5059190A (en) | 1990-09-13 |
| AU632094B2 (en) | 1992-12-17 |
| EP0386990A3 (en) | 1991-10-16 |
| KR900015581A (ko) | 1990-10-27 |
| HUT54847A (en) | 1991-03-28 |
| JPH02299197A (ja) | 1990-12-11 |
| DE69023680D1 (de) | 1996-01-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| HU212358B (en) | Method and circuit arrangement for operating xenon-metal-halide lamp | |
| US5121034A (en) | Acoustic resonance operation of xenon-metal halide lamps | |
| KR100389170B1 (ko) | 방전램프점등장치 | |
| KR940009326B1 (ko) | 단방향 전류에 의한 크세논 금속 할로겐 램프의 음향 공명 동작 방법 | |
| JP4990490B2 (ja) | 高圧放電ランプ点灯装置、高圧放電ランプ装置、投射型画像表示装置及び高圧放電ランプ点灯方法 | |
| US6005356A (en) | Operating method and operating apparatus for a high pressure discharge lamp | |
| NL193231C (nl) | Xenon-metaalhalogenidelamp die in het bijzonder geschikt is voor toepassingen bij een auto. | |
| HU182651B (en) | Method for operating miniature high-pressure metal-vapour discharge lamp and miniature high-pressure lamp arrangement | |
| US7023143B2 (en) | Ballast apparatus and ballasting method of high intensity discharge lamp | |
| US6225754B1 (en) | Operating method and operating apparatus for a high pressure discharge lamp | |
| JPH08235905A (ja) | 無電極高輝度放電ランプのアーク放電の偏向方法 | |
| JP2008509518A (ja) | 放電ランプを動作させる方法及び回路装置 | |
| US5880561A (en) | Discharge lamp operating apparatus and method for reducing discharge arc curvature | |
| JPH06203984A (ja) | 車両用放電灯点灯装置 | |
| EP0000842B1 (en) | Low pressure metal vapour discharge lamp | |
| JPH11265795A (ja) | 放電ランプ点灯装置 | |
| JP3201981B2 (ja) | 放電ランプ点灯装置及び方法 | |
| JPH11102790A (ja) | 放電ランプ点灯装置 | |
| JP3189602B2 (ja) | 放電ランプ点灯装置 | |
| JPH08195288A (ja) | 放電ランプ点灯装置 | |
| JP3445926B2 (ja) | 高圧放電ランプの点灯方法およびその点灯装置 | |
| JP3189641B2 (ja) | 放電ランプ点灯装置 | |
| CA2012814C (en) | Acoustic resonance operation for xenon-metal halide lamps | |
| JP2004265714A (ja) | 高圧金属蒸気放電ランプ点灯装置および照明装置 | |
| JPH09237687A (ja) | 無電極放電灯、無電極放電灯装置および照明装置 |