KR101667280B1 - 통합된 가스 방전 램프 - Google Patents

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Abstract

통합된 가스 방전 램프
본 발명은 통합된 가스 방전 램프(5)에 관한 것으로, 상기 통합된 가스 방전 램프(5)는 램프 베이스(70), 가스 방전 램프 버너(50) 및 점화 전자장치(910)를 갖고, 상기 통합된 가스 방전 램프(5)는 상기 가스 방전 램프 버너(50)를 동작시키기 위한 동작 전자장치(920)를 포함하고, 상기 가스 방전 램프 버너(50), 상기 점화 전자장치(910) 및 상기 동작 전자장치(920)는 불가분적으로 서로 연결된다.

Description

통합된 가스 방전 램프{INTEGRATED GAS DISCHARGE LAMP}
본 발명은 가스 방전 램프 버너 및 점화 전자장치(electronics)를 갖는 통합된 가스 방전 램프에 관한 것이다.
본 발명은 메인 청구항의 일반 타입에 따라 가스 방전 램프 버너 및 점화 전자장치를 갖는 통합된 가스 방전 램프에 기반한다.
WO 2002027746 A1으로부터, 가스 방전 램프 버너 및 점화 전자장치를 갖는 통합된 가스 방전 램프가 알려져 있다. 상기 통합된 가스 방전 램프의 램프 베이스 내에는, 상기 점화 전자장치 및 전압 컨버터를 수용하는 곡류형으로 구부러지는 회로 보드(meander-shaped bent circuit board)가 위치된다. 전압 컨버터는 직류 입력 전압을, 램프를 동작시키기 위한 교류 구형파 전압으로 변환한다. 상기 통합된 가스 방전 램프의 전력은 상기 램프를 동작시키는 전자 동작 디바이스를 통해 제어된다. 그러나, 상기 통합된 가스 방전 램프는, 상기 곡류형으로 구부러지는 회로 보드 때문에, 상기 전자장치가 제조하기에 복잡하고 값비싸지며 상기 통합된 가스 방전 램프가 여전히 자신의 동작을 위해 외부 전자 동작 디바이스를 필요로 한다는 단점을 갖는다.
본 발명의 목적은 전술된 단점들을 더 이상 갖지 않는, 가스 방전 램프 버너 및 점화 전자장치를 갖는 통합된 가스 방전 램프를 특정하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 램프 베이스, 가스 방전 램프 버너 및 점화 전자장치를 갖는 통합된 가스 방전 램프를 통해 달성되고, 상기 통합된 가스 방전 램프는 상기 가스 방전 램프 버너를 동작시키기 위한 동작 전자장치를 포함하고, 상기 가스 방전 램프 버너, 상기 점화 전자장치 및 상기 동작 전자장치는 분리될 수 없게 서로 연결된다. 이는, 고전압과의 인터페이스를 더 이상 갖지 않고 따라서 핸들링 시 훨씬 더 안전한 통합된 가스 방전 램프를 구현하는 것을 가능케 한다.
이러한 어레인지먼트에서, 통합된 가스 방전 램프의 점화 전자장치 및 동작 전자장치는 바람직하게도 베이스 내에서 상이한 평면들 상에 배열된다. 이는, 램프가 더욱 콤팩트하게 하지만, 더 높은 구성(higher construction)을 갖도록 한다. 이러한 어레인지먼트에서, 전기적으로 및/또는 열적으로 전도성인 플레이트가 바람직하게도 점화 전자장치 및 동작 전자장치 사이에 부착된다. 이는, 동작 전자장치 및 점화 전자장치의 향상된 냉각을 생성한다. 통합된 가스 방전 램프의 점화 전자장치 및 동작 전자장치가 한 평면 내에 배열된다면, 램프는 폭만큼 높지 않을 뿐만 아니라 폭에 있어서 덜 콤팩트하다.
통합된 가스 방전 램프는 광학 시스템에 결합될 수 있는 기준 평면을 정의하는 기준 링을 갖고, 기준 링은 상기 기준 링의 기준 평면에 대하여 가스 방전 아크 또는 가스 방전 램프 전극들의 정의된 공간적 위치를 각각 제공한다. 이는 우수한 광학 시스템을 도출한다.
베이스가 절연 플라스틱으로 구성되고 전기 전도성 하우징에 의해 둘러싸이거나, 또는 절연 플라스틱으로 구성되고 전기 전도성 코팅부로 덮이거나, 또는 전기 전도성 플라스틱으로 구성된다면, 향상된 전자파 적합성이 제공된다. 통합된 가스 방전 램프가 전기적으로 및/또는 열적으로 전도성인 재료로 구성되거나, 또는 전기 전도성 코팅부가 제공되는 열적 전도성 재료로 구성되는 베이스 플레이트를 갖는다면, 동작 전자장치는 더욱 잘 냉각되고, 통합된 가스 방전 램프는 둘레 전체가 차폐된다. 동작 전자장치가 가스 방전 램프 버너를 향하는 베이스 플레이트의 표면 상에 배열된다면, 통합된 가스 방전 램프의 단순화된 그리고 경제적인 구성이 제공된다.
베이스 플레이트는 바람직하게도 표면-확대 구조(surface-enlarging structure)를 갖고, 상기 표면-확대 구조는 가스 방전 램프 버너를 등지는 표면 상에 설치된 위치에서 자연 대류를 촉진한다. 이를 통해, 동작 전자장치는 특히 잘 냉각된다. 냉각은, 베이스 플레이트가 열복사를 증가시키는 코팅부를 자신의 외측 상에 갖는다면 추가로 향상될 수 있다.
통합된 가스 방전 램프의 베이스 및 베이스 플레이트는 바람직하게도 클림핑(crimping) 된 연결부, 래칭(latching) 된 연결부, 초음파 용접된 연결부, 납땜 연결부 또는 용접된 연결부를 통해 결합된다. 이는 신뢰성 있는 결합부를 보증한다.
통합된 가스 방전 램프의 램프 베이스는, 방수되는 방식으로 상기 통합된 가스 방전 램프에 결합되는 광학 시스템을 고립시키는 밀봉부를 바람직하게도 버너-측 단부에 갖는다. 이는, 더 작고 더욱 경제적인 캡슐화되지 않은 헤드램프들을 만들어 내는 것을 가능하게 한다. 부가하여, 통합된 가스 방전 램프는 훨씬 잘 냉각된다. 동시에, 광학 시스템에 대하여 통합된 가스 방전 램프가 자신의 설치된 위치로 유지되도록 밀봉부가 프리텐션(pretension)을 기준 링 상에 가한다면, 추가적 컴포넌트가 필요 없이 신뢰할만한 안착(seating)이 또한 보장된다. 이는 부가적으로 비용들을 더 낮춘다.
동작 전자장치가 주변적 전기 전도성 링을 회로 보드의 에지에 갖는 상기 회로 보드 상에 배열된다면, 그리고 베이스 및 베이스 플레이트가 각각의 경우에 적어도 하나의 벽 ― 상기 적어도 하나의 벽은, 전기 전도성 링이 적어도 부분적으로 벽들 모두에 위치(rest)하고 회로 보드가 기계적으로 고정되고 그 결과로 전기 전도성 링이 베이스 플레이트 및/또는 베이스에 전기적으로 연결되도록 상호작용함 ― 을 갖는다면, 동작 전자장치의 하우징과의 완벽한 광역 접지 연결(large-area ground linkage)가 보장되며, 통합된 가스 방전 램프의 완벽한 전자파 적합성이 생성된다.
이러한 어레인지먼트에서, 통합된 가스 방전 램프는 바람직하게도 자동차 내의 프론트 헤드램프 또는 작동 헤드램프에서 사용된다. 그러나, 통합된 가스 방전 램프는 또한 손전등 또는 휴대용 탐색 라이트에서도 사용될 수 있다. 램프의 단순한 핸들링 및 단순한 전력 공급 덕분에, 이들은 특히 바람직한 분야들의 애플리케이션이며, 여기서 램프는 가스 방전 램프 기술의 장점들을 백열 램프들의 단순한 동작의 장점들과 결합시킬 수 있다. 이러한 맥락에서, 통합된 가스 방전 램프는 바람직하게도 배터리 또는 연료전지 시스템으로부터 전력을 공급받는다.
통합된 가스 방전 램프는 바람직하게도 점화 및 시동(start-up) 단계 이후에 안정-상태 모드에서, 가스 방전 램프 버너가 7W 내지 50W 사이의 전기 전력을 공급받도록, 특히 18W 내지 45W 사이의 전력을 공급받도록 동작된다. 이는, 전원을 너무 많이 로딩시키지 않고도 가스 방전 램프 버너의 최적 시동을 보장한다. 7W 내지 50W 사이의 전력의 특정된 범위는 부가적으로, 한편으로 전기 전력이 증가하면서 상기 전력의 특정된 범위가 상승하므로 가스 방전 램프에서 효율적인 광 생성을 제공하지만, 다른 한편으로 전기 전력이 증가하면서 상기 전력의 특정된 범위가 의도된 콤팩트한 형태로 증가하므로 통합된 가스 방전 램프에 있는 동작 전자장치가 정당한 노력으로 냉각되도록 허용하는 범위이다.
통합된 가스 방전 램프의 부피가 44㎤ 내지 280㎤ 사이에, 특히 65㎤ 내지 120㎤ 사이에 있다면, 통합된 가스 방전 램프는 최적의 부피-대-전력 비율을 나타내며, 상기 최적의 부피-대-전력 비율에서, 동작 전자장치는 너무 뜨거워지지 않고 램프는 너무 커지지 않는다. 특히 바람직한 방식으로, 통합된 가스 방전 램프는 0.8 내지 10 사이의 범위, 특히 2 내지 7 사이의 범위에 있는 지름-대-높이 비율을 나타낸다. 이는, 사용자에 의해 느껴지는 콤팩트성을 보증하고, 균형잡힌 표면-대-부피 비율은 램프에 우수한 전기 효율성 및 균형잡힌 온도 관리를 제공한다. 이러한 맥락에서, 통합된 가스 방전 램프는 바람직하게도 36g 내지 510g 사이의 범위, 특히 52g 내지 178g 사이의 범위에 있는 질량(mass)을 갖는다. 따라서, 램프는 또한 자동차 헤드램프들에 적합하다.
본 발명에 따른 통합된 가스 방전 램프의 추가적 유용한 개선예들 및 실시예들은 추가적 종속항들 및 하기의 상세한 설명으로부터 획득된다.
본 발명의 추가적 장점들, 특징들 및 세부사항들은 예시적 실시예들의 후속하는 설명을 통해 그리고 도면들을 통해 획득되며, 도면들에서는 동일하거나 기능적으로 동일한 엘리먼트들에 동일한 참조부호들이 제공된다.
도 1은 제1 실시예에서 본 발명에 따른 통합된 가스 방전 램프의 섹션도를 나타낸다.
도 2는 제1 실시예에서 통합된 가스 방전 램프의 기계적 컴포넌트들의 분해도를 나타낸다.
도 3은 제2 실시예에서 본 발명에 따른 통합된 가스 방전 램프의 섹션도를 나타낸다.
도 4는 제2 실시예에서 본 발명에 따른 통합된 가스 방전 램프의 투시도를 나타낸다.
도 5는 헤드램프/가스 방전 램프 인터페이스의 도면을 나타낸다.
도 6은 전기 접촉 어레인지먼트의 세부도를 나타낸다.
도 7은 기계 접촉 어레인지먼트의 세부도를 나타낸다.
도 8은 통합된 가스 방전 램프의 제3 실시예의 섹션도를 나타낸다.
도 9는 제4 실시예에서 본 발명에 따른 통합된 가스 방전 램프의 투시도를 나타낸다.
도 10은 통합된 가스 방전 램프의 점화 변압기의 투시도를 나타낸다.
도 11은 점화 변압기의 상부 파트의 투시도를 나타낸다.
도 12는 점화 변압기의 하부 파트의 투시도를 나타낸다.
도 13은 가시적 보조 권선을 갖는 점화 변압기의 하부 파트의 투시도를 나타낸다.
도 14는 제2 라운드 실시예에서 점화 변압기의 분해도를 나타낸다.
도 15는 제2 라운드 실시예에서 점화 변압기의 섹션도를 나타낸다.
도 16은 투-턴(two-turn) 일차 권선을 이용하는 제3 라운드 실시예에서 점화 변압기의 분해도를 나타낸다.
도 17은 투-턴 일차 권선을 이용하는 제3 라운드 실시예에서 점화 변압기의 섹션도를 나타낸다.
도 18a는 종래 기술에 따른 비대칭 펄스형 점화의 개략 회로도를 나타낸다.
도 18b는 종래 기술에 따른 대칭 펄스형 점화 디바이스의 개략 회로도를 나타낸다.
도 19는 비대칭 펄스형 점화 디바이스의 개략 회로도를 나타낸다.
도 20은 통합된 가스 방전 램프의 연장된 회로의 개략 회로도를 나타낸다.
도 21은 베이스 구성을 갖는 통합된 가스 방전 램프의 가스 방전 램프 버너의 섹션도를 나타낸다.
도 22는 자신의 연소 시간에 따른 가스 방전 램프 버너의 동작 주파수의 도면을 나타낸다.
도 23은 제1 실시예에서 교정된(straightening) 방전 아크를 이용하는 동작 모드에 대한 회로 토폴로지를 나타낸다.
도 24는 제2 실시예에서 교정된 방전 아크를 이용하는 동작 모드에 대한 회로 토폴로지를 나타낸다.
도 25는 제3 실시예에서 교정된 방전 아크를 이용하는 동작 모드에 대한 회로 토폴로지를 나타낸다.
도 26은 DC-DC 컨버터의 단순화된 동작 모드에 대한 회로 토폴로지를 나타낸다.
도 27은 가스 방전 램프 버너의 정규화된 공칭 연소 전력 및 누적된 가중화된 연소 시간 사이의 함수적 관계를 나타내는 그래프를 나타낸다.
도 28은 가중 함수 γ의 그래프를 나타낸다.
도 29는 함수 α의 그래프를 나타낸다.
도 30은 가스 방전 램프 버너의 정규화된 누적된 연소 시간에 따른 정규화된 공칭 광속의 그래프를 나타낸다.
기계적 통합
도 1은 통합된 가스 방전 램프(5)의 제1 실시예의 섹션도를 나타낸다. 램프 버너(50)가 금속 클램프(52)에 의해 유지되고, 금속 클램프(52)는 네 개의 유지 플레이트들(53)에 부착된다. 유지 플레이트들(53)은 램프 베이스(70) 안으로 몰딩되거나 사출성형된다. 램프 베이스(70)는 바람직하게도 플라스틱으로 구성되고, 사출성형 방법을 통해 또는 캐스팅 방법에 의해 생성된다. 전기적 차폐를 향상시키기 위해, 램프 베이스(70)의 플라스틱은 전기적으로 전도성이거나 금속화될 수 있다. 외측 상에서, 즉 점화 및 동작 전자장치(910, 920)를 등지는 측에서 램프 베이스의 금속화가 특히 유용하다. 금속화 외에도, 금속 전도체들 또는 금속 브레이딩(braiding)의 압출-코딩이 또한 가능하며, 그래서 램프 베이스(70)의 벽에 위치된 전기 전도성 스킨이 생성된다. 전도성 또는 금속화된 플라스틱이 사용되지 않는다면, 플라스틱 베이스는 예컨대 금속과 같은 전도성 재료의 전기 전도성 하우징(72)으로 둘러싸인다. 금속은 예컨대 방식 처리(corrosion-protected) 철 시트일 수 있거나 또는 알루미늄, 마그네슘 또는 놋쇠와 같은 비-철 금속일 수 있다. 전기 전도성 하우징(72)의 버너-측 단부에는, 반사기 쪽으로 밀봉을 제공(effect)하는, 때때로 O-링으로도 불리는 밀봉 링(71)이 위치된다. 이 조치를 통해, 램프를 밀봉된 헤드램프에 완벽하게 설치할 필요 없이 밀봉된 헤드램프 시스템이 구성될 수 있다. 램프가 헤드램프의 외측 상에 위치된다는 사실 덕분에, 베이스 내에 위치되는 점화 및 동작 전자장치(910, 920)의 냉각이 종래 구조 ― 여기서는, 가스 방전 램프(5)가 밀봉된 헤드램프에 설치되고 상기 밀봉된 헤드램프에서는 단지 약하게 형성된 냉각 대류만이 이루어질 수 있음 ― 를 이용하는 것보다 훨씬 더 잘 되고 더 단순해진다. 설명된 상기 밀봉된 헤드램프 내부의 거의 정체된 공기는 열 집중을 유발하고, 상기 열 집중은, 효과적인 반사 표면을 등지는 측에서 램프가 개구부 안에, 예컨대 엔진 구획부 안에 위치(stand)하는 제안된 실시예에서보다 동작 전자장치의 훨씬 더 높은 온도들을 유도한다.
램프 버너(50)를 등지는 측에서, 베이스(70)는 베이스 플레이트(74)에 의해 고립된다. 베이스 플레이트(74)는 바람직하게도, 예컨대 알루미늄 또는 마그네슘과 같은 열적으로 그리고 전기적으로 매우 전도성인 재료로 구성된다. 베이스(70)와의 기계적 연결부 및 전기 전도성 하우징(72)으로의 전기적 연결부를 생성하기 위해, 상기 전기 전도성 하우징(72)은 램프 버너(50)를 등지는 측에 여러 개의 러그들(722)을 갖고, 상기 러그들(722)은 통합된 가스 방전 램프(5)의 어셈블리 동안에 베이스 플레이트(74)에 걸쳐서 상기 베이스 플레이트(74) 상으로 비드(bead)되고 따라서 요구되는 연결부들을 생성한다. 특히, 결합 기술의 이러한 타입에 의해, 램프 버너(50), 점화 전자장치(910) 및 동작 전자장치(920)는 분리될 수 없게 서로 연결된다. 자동차 제조업자의 경우, 이는, 로지스틱스의 관점에서 볼 때, 전체 통합된 가스 방전 램프(5)가 어셈블리 동안에 하나의 파트로서 고려될 수도 있고, 더 적은 복잡성이 감소된 비용들을 유도하고, 상이한 물건 버전들과 같이 동일한 기능을 갖지만 상이한 구성을 갖는 컴포넌트들을 혼동할 위험이 제거되는 장점을 갖는다. 최종 소비자의 경우, 예컨대, 차량 소유자의 경우, 이는, 종래 기술과 비교할 때 감소된 복잡성이 결함이 있는 통합된 가스 방전 램프의 교환을 훨씬 단순화시키고 가속시키며 결함 발견을 용이하게 하고 램프를 변경하기 위한 지식과 능력들을 덜 요구한다는 장점을 도출해 낸다. 부가하여, 컴포넌트들 사이의 케이블들 및 플러그들의 결여는 비용들을 감소시키고, 신뢰성을 증가시키고, 무게를 감소시킨다.
베이스 플레이트는 바람직하게도 다이캐스팅(diecasting) 된 알루미늄 또는 다이캐스팅 된 마그네슘으로 만들어진다. 이는, 경제성과 기계적 및 전기적인 고품질 모두 갖는 변형체이다. 적어도 표면에서 전기 전도성인 램프 베이스(70) 또는 전기 전도성 하우징(72)과, 또한 전기 전도성 베이스 플레이트(74) 사이의 전기적으로 매우 전도성인 연결이 특히 우수한 전자기적 차폐를 위해 요구된다. 이 차폐는 인접한 전기 또는 전자 어셈블리들과의 간섭을 막는다. 부가하여, 상기 차폐는 상기 어셈블리들이 점화 및 동작 전자장치(910, 920)의 동작에 악영향을 끼치지 않는다는 것을 보장한다. 베이스 플레이트(74) 및 베이스(70) 사이에, 밀봉 링(73)이 배열되고, 상기 밀봉 링(73)은 베이스(70) 및 베이스 플레이트(74) 사이의 방수 및 기밀 결합을 보장한다.
대안적인 실시예에서, 베이스(70) 및 베이스 플레이트(74)는 양쪽 파트들 모두가 서로에게 래칭될 수 있고 상기 래칭된 위치 내에는 전기적 차폐를 위한 우수한 연결부를 생성하기 위하여 전기 전도성 하우징(72) 및 베이스 플레이트(74) 사이에 동시에 하나 이상의 접촉점들이 존재하도록 구성된다. 여기서, 역시, 밀봉 링은 다시, 베이스 및 베이스 플레이트 사이에 배열되고, 이는 베이스가 가스 방전 램프 버너(50)를 등지는 측에서 밀봉된다는 것을 보장한다.
베이스(70)의 내부에는, 점화 및 동작 전자장치를 수용하는 두 개의 평면들이 제공된다. 램프 버너(50)에 가까운 더 작은 제1 평면이 점화 변압기(80)를 갖는 점화 전자장치(910)를 수용한다. 점화 변압기(80)의 설계는 추후에 논의될 것이다. 더 큰 제2 평면이 방전 램프 버너(50)를 동작시키기 위해 필요한 동작 전자장치(920)를 수용한다. 점화 전자장치 및 동작 전자장치는 보드로도 불리는 임의의 적절한 타입의 회로 보드 상에 상주할 수 있다. 종래의 회로 보드들, 금속 코어 회로 보드들, LTCC 기술의 회로 보드들, 박막 기술의 전도체 트랙들을 갖는 산화되거나 코팅된 금속 플레이트들, MID 또는 MID 핫 스탬핑 기술 또는 열-저항 회로 보드들을 생성하기 위한 적절한 다른 가능한 기술들의 플라스틱 회로 보드들이 사용될 수 있다. 이러한 맥락에서, 점화 및 동작 전자장치를 형성하는 전자 컴포넌트들은 각각의 경우에 두 개의 회로 보드들의 상단에 그리고 하단에 그리고 내부에 위치될 수 있다. 간략성을 위해, 도 1은 변압기(80) 외에는 회로 보드 상에 추가적인 전자 컴포넌트들을 나타내지 않는다. 점화 전자장치(910)를 위한 회로 보드 및 동작 전자장치(920)를 위한 회로 보드가 동일한 재료로 구성된다면, 상기 회로보드들은 유리하게도 동일한 패널 상에서 생성될 수 있다. 이러한 어레인지먼트에서, 브릿지들이 보드들 사이에 피팅될 수 있고, 상기 브릿지들은 보드들이 분리되고 램프 베이스(70) 안에 삽입될 때 보드들 사이의 전기적 연결부들로서 사용된다. 브릿지들은 예컨대 단일 와이어들, 리본 케이블들 또는 강성(rigid)/연성(flexible) 회로 보드들일 수 있다. 이러한 맥락에서, 두 개의 회로 보드들의 전기적 연결부는, 열 팽창에 기인한, 특히 순환 열 부하에 기인한 점화 및 동작 전자장치의 두 개의 회로 보드들 사이의 거리의 변경을 손상 없이 견뎌내도록 설계된다. 이를 위해, 예컨대, 와이어들에는 충분한 길이와 하우징 내부에서의 대응하는 런이 제공된다. 대안적으로, 예컨대 하나 이상의 핀과 소켓 스트립들이 사용될 수 있고, 상기 하나 이상의 핀과 소켓 스트립들은 상기 하나 이상의 핀과 소켓 스트립들이 두 개의 회로 보드들의 열 팽창을 가스 방전 램프 버너의 길이 축 방향으로 허용하고 어떤 경우에든지 전기적 연결을 여전히 보증하도록 디멘션되고 배열된다. 이를 위해, 예컨대, 핀 스트립의 핀들은 각각의 회로 보드 표면에 수직으로 배열되고, 소켓들의 삽입의 길이는 소켓들 내부에서의 열 팽창의 결과로서 핀들이 필요로 하는 것보다 더 긴 거리를 상기 핀들에게 제공하도록 상기 소켓들은 디멘션된다.
동작 전자장치를 향하는 측에서, 점화 전자장치(910)를 위한 회로 보드는 가능하다면 동작 전자장치로부터 점화 전자장치 내의 고전압에 의해 생성되는 간섭을 멀리 유지하기 위하여 전기 전도성 차폐 표면을 갖는다. 이 표면은 본래 금속 또는 금속-코어 보드의 경우에 존재한다. 다른 보드 재료들의 경우에, 구리 표면 등등이 바람직하게도 이 측면에 적용된다. 금속-코어 보드가 사용된다면, 금속 코어 보드는 가스 방전 램프 버너(50)의 근접성에 기인하여 특히 높은 열 부하에 노출되는 점화 변압기(80)를 냉각시키는데에도 사용될 수 있다. 대안으로서, 점화 전자장치(910) 및 동작 전자장치(920) 사이의 전기 전도성 차폐 표면은 또한 금속 시트에 의해 생성될 수 있고, 상기 금속 시트는 두 개의 회로 보드 사이에 삽입되고 유리하게도 전기 전도성 하우징(72)에 전기 전도적으로 연결된다. 이 차폐 표면이 또한 점화 변압기(80)를 냉각시키기 위해 사용된다면, 금속 시트가 또한 열 전도성 포일 또는 열 전도성 페이스트를 통해 전기 전도성 하우징(72)으로의 우수한 열적 연결부를 갖는다는 장점이 있다.
동작 전자장치(920)를 위한 회로 보드는 베이스(70) 및 베이스 플레이트(74) 사이에 클램핑 된다. 동작 전자장치(920)를 위한 회로 보드는 상단 및 하단 상에서 각각의 경우에 자신의 주변부에 주변적 접지 전도체 트랙(peripheral ground conductor track), 소위 스루-접촉(through-contact) 어레인지먼트들 덕분에 전기 전도적으로 서로 연결되는 접지 링들을 갖는다. 이러한 스루-접촉 어레인지먼트들은 일반적으로 비아(via)들로 불리고, 회로 보드를 통과해 연장되는 전기 접촉 어레인지먼트들이다. 베이스(70) 및 베이스 플레이트(74) 사이의 클램핑 때문에, 이러한 접지 링들은 베이스 플레이트(74)로의 전기 접촉을 설정하고, 상기 전기 접촉은 비드-오버 러그(beaded-over lug)들(722)을 통한 전기 전도성 하우징(72)으로의 동작 전자장치(720)의 접지 연결을 보장한다.
도 2는 제1 실시예에서 통합된 가스 방전 램프(5)의 기계적 컴포넌트들의 분해도를 나타낸다. 베이스는 여기서 정사각형히지만, 원칙적으로 많은 다른 적절한 형태들도 가질 수 있다. 특히 유용한 추가적 실시예들은 원형, 육각형, 팔각형 또는 직사각형이다. 실시예의 외부 윤곽을 결정하기 위해, 정신적으로 전자장치를 포함하는 하우징 파트를 통한 가스 방전 램프 버너(50)의 길이방향 축에 대하여 수직인 섹션이 유도되고, 결과적 외부 윤곽부가 고려되는데, 이때 하우징 코너들 상의 라운딩(rounding)들은 무시된다. 도 1 및 도 2에 도시된 제1 실시예의 경우에서, 선택된 섹션화된 영역이 점화 전자장치(910)에 더 가까운지 또는 동작 전자장치(920)에 더 가까운지의 여부에 따라 두 개의 정사각형들이 획득된다. 제1 실시예의 경우에, 그러므로 상기 제1 실시예는 정사각형 실시예이다. 점화 전자장치(910) 부근에 제1 결과적 외부 윤곽부는, 점화 전자장치(920)의 회로 보드가 동작 전자장치(910)의 디멘션들보다 더 작은 디멘션들을 갖는다는 사실에 본질적으로 기인하는 제2 결과적 외부 윤곽부보다 더 작다. 그러나, 이는 그렇게 하는 것이 강제적이지 않으며, 외부 윤곽부들 모두가 동일한 사이즈를 갖고 결과적으로 단 하나의 단일 외부 윤곽부가 존재하는 실시예가 가능하다. 다양한 영역들에서 외부 윤곽부들의 두 개의 기하구조들 어느 쪽도 동일하지 않아야 한다. 특히, 점화 전자장치의 영역 내의 작고 둥근 외부 윤곽부 및 동작 전자장치의 영역 내의 더 큰 육각형 외부 윤곽부가 특히 유용한 실시예인 것으로 보인다.
위에서 이미 설명된 바와 같이, 동작 전자장치(920)를 위한 보드는 여기서 베이스(70) 및 베이스 플레이트(74) 사이에 클램핑 된다. 밀봉 링(73)은, 동작 전자장치(920)를 위한 회로 보드처럼, 베이스(70) 및 베이스 플레이트(74) 사이에 놓이게 되고, 동작 전자장치(920)를 위한 회로 보드 외부에 배열된다.
도 3은 통합된 가스 방전 램프(5)의 제2 실시예의 섹션도를 나타낸다. 제2 실시예는 제1 실시예와 유사하며, 그러한 이유로 제1 실시예와 차이점들만이 설명된다. 제2 실시예에서, 점화 전자장치(910) 및 동작 전자장치(920)는 전체 동작 전자장치(930)로서 하나의 회로 보드 상의 공통 평면 내에 배열된다. 이러한 조치 때문에, 본 발명에 따른 가스 방전 램프(5)의 베이스는 플래터(flatter)로 이루어질 수 있고, 그 결과 이 가스 방전 램프(5)를 사용하는 헤드램프가 또한 더 낮은 깊이를 나타낸다. 이러한 어레인지먼트에서, 점화 변압기(80)는 가스 방전 램프 버너(50) 아래에서 중앙에 위치된다. 점화 변압기(80)의 중심은 바람직하게도 가스 방전 램프 버너(50)의 길이방향 축 상에 위치된다. 베이스에 가까운 가스 방전 램프 버너 전극을 위한 전류 공급은 점화 변압기의 중심 파트로 돌출된다. 점화 변압기는 회로 보드 상에 장착되는 것이 아니고, 가스 방전 램프 버너를 등지는 회로 보드의 측과 거의 동일한 높이에서 가스 방전 램프 버너로부터 떨어져 자신의 단부가 위치된다. 전체 동작 전자장치(930)의 회로 보드는 이를 위해 이 지점에서 리세스되어, 점화 변압기(80)가 전체 동작 전자장치(930)의 회로 보드에 삽입된다. 전자파 적합성을 향상시키기 위해, 하우징에는 예컨대 알루미늄 플레이트 또는 Mu 금속의 웹들에 의해 벽들 및 챔버들이 제공되고, 이를 통해, 서로로부터 그리고 환경으로부터 상이한 회로 섹션들의 전기적, 자기적 및 전자기적 차폐를 제공한다. 차폐는 또한 다른 조치들에 의해서도 달성될 수 있다; 특히, 베이스 플레이트(74) 내 및 램프 베이스(70) 내의 캐비티(cavity)들의 형성이 사출성형 프로세스의 일부로서 쉽게 달성될 수 있다.
특히 점화 변압기(80) 둘레에 그리고 전체 동작 전자장치(930)의 양쪽 측면들 상에 있는, 통합된 가스 방전 램프(5)의 하우징 내부의 나머지 캐비티들은 캐스팅 화합물로 채워진다. 이는, 특히 점화 변압기에 의해 생성된 고전압에 기인한 예컨대 전기적 플래쉬-오버들이 신뢰성 있게 방지되고, 전자장치의 우수한 열 소거가 보장되고, 특히 습도 및 높은 가속도와 같은 환경적 영향들에 매우 우수한 저항성을 제공하는 기계적으로 매우 견고한 유닛이 생성되는 것과 같은 여러 장점들을 갖는다. 그러나, 예컨대 점화 변압기(80)의 영역 내의 부분적 캐스팅만이 특히 무게를 줄이기 위해서 구현될 수도 있다.
도 8은 본 발명에 따른 통합된 가스 방전 램프(5)의 제3 실시예를 나타낸다. 제3 실시예는 제1 실시예와 유사하며, 그러한 이유로 제1 실시예와 차이점들만이 설명된다. 제3 실시예에서, 베이스 플레이트(74)에는 상기 베이스 플레이트(74)의 외측 상에 냉각용 립(rib)들이 제공된다. 램프 베이스(70) 및 전기 전도성 하우징(72)에도 각각의 경우에 냉각용 립들이 제공되는 것도 고려될 수 있다. 부가하여, 동작 전자장치(920)의 회로 보드의 기능은 또한 베이스 플레이트에 의해 충족되는데, 그 이유는 베이스 플레이트가 상기 베이스 플레이트의 내측 상에 전기 비전도성 영역들, 예컨대 전도성 패턴들 ― 예컨대, 박막 기술의 전도체 트랙들 ― 이 제공되고 예컨대 납땜에 의해 전체 동작 전자장치의 컴포넌트들에 전기 전도적으로 연결되는 양극적으로 산화된 알루미늄(anodically oxidized aluminum)의 영역들을 갖기 때문이다. 이러한 조치 덕분에, 동작 전자장치(920)는 특히 잘 냉각되는데, 그 이유는 상기 동작 전자장치들(920)이 열 싱크에 직접 부착되기 때문이다. 냉각용 립들은 바람직하게도, 자연 대류가 통합된 가스 방전 램프(5)의 설치된 위치에서 촉진되도록 설계된다. 통합된 가스 방전 램프(5)가 다양한 설치된 위치들에서 동작되는 것을 가능하게 하는 것이 의도된다면, 냉각용 표면이 또한 적절하게 설계될 수 있고, 예컨대 원형, 육각형, 정사각형 또는 직사각형 핑거(finger)들로 구성되어서, 자연 대류가 여러 공간적 방향들로 이루어질 수 있다. 제1 실시예에서와 같이, 점화 전자장치들(910)은 겹쳐진 회로 보드 상에 수용되고, 적절한 조치들에 의해 동작 전자장치(920)에 전기적으로 연결된다. 이는, 스프링 접촉들 또는 플러그-인 접촉들에 의해, 그뿐만 아니라 베이스 내에서 연장되는 전도체 트랙들 또는 점화 전자장치(910) 및 동작 전자장치(920)에 연결되는 베이스의 내부 상에 양각된(embossed) 전도체 트랙들에 의해 관리될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 통합된 가스 방전 램프(5)의 제4 실시예를 나타낸다. 제4 실시예는 제2 실시예와 유사하며, 그러한 이유로 제2 실시예와 차이점들만이 설명된다. 제4 실시예에서, 베이스 플레이트(74)는 이전 예시적 실시예에서와 같이 내부 상에 그리고 그에 따라 또한 일 측 상에 갖추어진 금속-코어 보드에 의해 구현된다. 그러나, 도 4 상에서 쉽게 볼 수 있는 바와 같이, 베이스 플레이트(74)는 플레이트가 더 이상 아니지만, 측벽들이 풀업(pull up) 된 베이스 컵이다. 이어지는 설명에서는, 베이스 플레이트가 그러므로 명확성을 위해 베이스 컵으로 불릴 것이다. 베이스 컵은 또한 열적으로 매우 전도성인 재료로 구성될 수 있다. 예컨대 딥 드로잉(deep drawing)에 의해 쉽게 재형상화될 수 있는 금속합금들이 특히 적절하다. 사출성형에 의해 형상화될 수 있는 열적으로 매우 전도성인 플라스틱이 또한 적절하다. 기준 링(702) 및 기준 놉(knob)들(703)을 갖는 베이스(70)는 본질적으로 육각형 플레이트 ― 상기 육각형 플레이트 상에서 버너가 기준 링에 대하여 정렬되어 장착됨 ― 의 이 실시예에 있다. 베이스 컵은 각자의 고유 회로 보드 상에 또는 베이스 컵의 내부 하단 상에 놓이는 전체 동작 전자장치(930)를 수용한다. 가스 방전 램프 버너(50)의 전류 피드(feed)들(56, 57)에서, 베이스 컵 및 베이스(70)의 어셈블리 동안에 베이스 컵의 대응하는 상대접촉들과 체결되고 신뢰성 있는 접촉을 설정하는 플러그-인 접촉들이 접촉된다.
베이스 컵 및 베이스(70)가 금속으로 이루어진다면, 두 개의 부분들이 커피캔 또는 푸드(food) 캔의 경우에서와 같이 비드 오버(bead over) 됨으로써 결합될 수 있다. 그러나, 도 9에 도시된 바와 같이, 기계적으로 및 전기적으로 우수한 열결을 생성하기 위해서, 베이스의 단지 다수의 러그들이 베이스로 비드될 수 있다. 그러나, 친숙한 납땜 및 용접 방법들이 또한 연결부를 설정하기 위해 사용될 수 있다.
베이스 컵 및 베이스(70)가 플라스틱으로 이루어진다면, 결합부는 바람직하게도 초음파 용접에 의해 만들어질 수 있다. 이는 신뢰성 있고 튼튼한 결합부를 야기하며, 상기 결합부는 전도성 플라스틱의 경우에 전도성 연결부를 수반한다. 그러나, 결합부는 또한 이러한 목적을 위한 대응하는 인터록킹 어레인지먼트들에 의해 만들어질 수 있고, 대응하는 래칭 노즈(nose)들 또는 만입부들 각각은, 베이스 컵 및 베이스(70)에 각각 제공되어야 한다.
이어지는 설명에서는, 통합된 가스 방전 램프(5)의 지름(DIA) 및 높이(HIG)이, 이어지는 설명에서의 더 단순한 설명을 제공할 수 있기 위하여, 기하구조와 거의 무관하게 정의될 것이다. 통합된 가스 방전 램프의 높이(HIG)는 버너를 등지는 베이스 플레이트(74)의 외측에 대한, 아래에서 추가로 논의될 기준 평면의 최대 거리가 될 것으로 이해된다. 지름(DIA)은 통합된 가스 방전 램프 내부에서 최장 거리인 것으로 이해되며, 상기 거리는 임의의 평면 내에서 위치되고, 이 평면은 기준 평면과 평행하게 연장된다.
이어지는 표는 도 9에 도시된 가스 방전 램프(5)의 제4 실시예의 다양한 설계들의 일부 기하구조 양(quantity)들을 도시한다:
지름 D [mm] 높이 h의 길이 [mm] 부피 [㎤] 질량 [g] D/h
A. 50 W 램프 100 35 275 510 2.86
B. 35 W 램프 100 25 196 178 4.00
C. 25 W 램프, 표준 변형체 70 25 99 139 2.80
D. 18 W 램프, 슈퍼플랫 변형체 100 15 120 168 6.67
E. 45 W 램프, 커피캔 변형체 40 50 63 52 0.80
F. 7 W 램프, 손전등 용도 40 35 44 36 1.14
표에 열거된 상이한 실시예들 중 7 W로부터 50 W까지의 전기 전력들은, 동일한 구조의 가스 방전 램프 버너의 상이한 기하구조들 및 사이즈들을 이용하는, 가스 방전 램프 버너의 공칭 전기 전력에 관한 것이다.
도 4에서 쉽게 볼 수 있는 바와 같이, 제2 및 제4 실시예에 따른 통합된 가스 방전 램프(5)의 램프 베이스는 여러 장점들을 수반하는 육각형 형상을 갖는다. 한편으로, 통합된 가스 방전 램프(5)는 따라서 상기 통합된 가스 방전 램프(5)를 그 의도된 위치에 삽입하기 위하여 쉽게 잡힐 수 있다. 다른 한편으로, 통합된 전체 동작 전자장치(930)의 회로 보드의 패널은, 거의 낭비가 일어나지 않고 따라서 우수한 비용 효율성이 가능하도록 설계될 수 있다. 베이스의 평평한 설계 덕분에, 매우 짧은 구조의 헤드램프가 구성되며, 상기 헤드램프는 특히 최신 자동차들에서 장점을 갖는다. 점-대칭 육각형 형상은 원형 형상의 단점들을 가지지 않고서 원형 형상의 장점들 전부를 갖는다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 접촉들(210, 220)은 램프의 베이스(70)의 일측 상에서 가스 방전 램프 버너(50)의 길이방향 축에 대하여 방사형으로 베이스로부터 돌출된다. 상기 접촉들(210, 220)은 통합된 가스 방전 램프(5)를 헤드램프와 전기적으로 접촉시키기 위해 사용된다. 이러한 접촉들은 램프 베이스(70)의 제조 동안에 플라스틱 사출성형 프로세스의 일부로서 코팅되는 돌출부이다. 이는, 특별한 플러그 시스템이 요구되지 않으나 위에서 이미 설명된 방수 및 기밀 캡슐화가 여전히 보증될 수 있다는 장점을 갖는다.
헤드램프 인터페이스
통합된 가스 방전 램프(5) 및 헤드램프(3) 사이의 상호작용이 도 5에 도시된다. 제2 실시예의 가스 방전 램프(5)는 특별한 전기 인터페이스를 갖고, 상기 전기 인터페이스를 통해 전기 전력을 공급받는다. 상기 전기 인터페이스는, 가스 방전 램프(5)가 헤드램프(3)에 삽입될 때, 상기 가스 방전 램프(5)가 기계적으로 뿐만 아니라 동시에 전기적으로도 헤드램프(3)에 연결되도록 구성된다. 유사하게 구조화된 인터페이스가 또한 자동차 헤드램프들을 위한 최신 백열 할로겐 램프들에서 사용되고, 예컨대 오스람 회사에 의해 "스냅 라이트"의 이름 하에서 판매된다. 따라서, 통합된 가스 방전 램프(5)가 반사기 또는 헤드램프에 삽입된다면, 정확한 동작을 위해 필요한 모든 기계적 및 전기적 접촉들이 상기 삽입의 프로세스 동안에 헤드램프(3) 내에 존재하는 각자의 대응하는 상대접촉들에 연결된다. 베이스(70)는 헤드램프(3)에 대한 자신의 인터페이스에 놉들(703)을 갖고, 상기 놉들(703)은 기준 평면을 정의하는 기준 링(702)으로부터 돌출된다. 세부적인 표현이 도 7에 도시된다. 이러한 세 개의 놉들은 통합된 가스 방전 램프(5)가 삽입될 때 헤드램프(3)의 대응하는 상대피스(counterpiece)에 위치한다. 가스 방전 램프 버너(50)의 전극들 또는 방전 아크는 각각 통합된 가스 방전 램프(5)의 제조 프로세스에서 기준 평면에 대하여 정렬된다. 그 결과, 통합된 가스 방전 램프(5)가 정밀한 광학 이미징을 제공하는 헤드램프에 삽입될 때, 상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 아크는 반사기 내에서 정의된 위치를 담당한다. 도 3 및 도 4에 따른 제2 실시예에서, 헤드램프로의 삽입은 기준 링으로부터 헤드램프(3)의 반사기(33)의 반사기 하단을 통해 측방향으로 돌출되는 러그들(704)을 푸쉬함으로써 이루어진다. 그 이후에, 통합된 가스 방전 램프(5)는 반사기(33)를 기준으로 회전되고, 그때 베이스 측에서 러그들(704)의 표면에 부착되는 놉들(703)은 통합된 가스 방전 램프를 안쪽으로 끌어당기고, 회전의 끝에서 반사기 하단 상에서 이를 위해 제공되는 기준 표면들로 래칭된다. 이 프로세스 동안에, 밀봉 링(71)은 함께 압박되고, 놉들(703)이 반사기 하단 상에 위치된 기준 표면들에 대하여 압박되도록 시스템이 텐션(tension)에 유지된다. 이를 통해, 통합된 가스 방전 램프(5) 및 그에 따라 가스 방전 램프 버너(50)의 방전 아크의 위치가 정확하게 정렬되고 반사기(33)에 대하여 고정된다. 설명된 헤드램프 인터페이스의 모든 세 개의 공간적 방향들로 0.1㎜보다 통상적으로 우수한 기계적 포지셔닝의 높은 반복 정확성은 광학적으로 완벽한 헤드램프 시스템이 구현될 수 있도록 한다. 이러한 헤드램프 시스템은 특히 자동차에 적용될 수 있는데, 그 이유는 이러한 헤드램프 시스템이 대응하는 실시예에서 선언된 그리고 잘 정의된 명/암 경계에 의해 구별되기 때문이다.
이를 위해, 적절한 헤드램프(3)가 반사기(33) 형태의 광 지향 수단, 통합된 가스 방전 램프(5)를 위한 리셉터클, 및 캐리어 부분(35), 상기 캐리어 부분 상에 배열되어 있는 통합된 가스 방전 램프(5)의 전기 접촉들(210, 220, 230, 240)에 대한 상대접촉들이 제공된 연결 엘리먼트를 갖는다. 통합된 가스 방전 램프(5)의 전기 접촉들(210, 220, 230, 240)은 램프 베이스(70)로부터 가스 방전 램프 버너(50)의 길이방향 축에 대하여 방사형으로 돌출된다. 상기 전기 접촉들(210, 220, 230, 240)은 전체 동작 전자장치(930)에 전기 에너지를 공급하기 위해 사용된다. 우회전 이동이 이어지는 플러그-인 이동에 본질적으로 기반하는 어셈블리 프로세스에 의한 헤드램프에 통합된 가스 방전 램프(5)의 어셈블리 이후에, 상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 접촉들(210, 220, 230, 240)은 도 6에서 세부도를 볼 수 있는 바와 같이 연결 엘리먼트(35)의 슬롯들(351, 352)에 배열된다. 이러한 슬롯들(351, 352)은 통합된 가스 방전 램프(5)의 접촉들(210, 220, 230, 240)에 대한 전기적 상대접촉들(350)을 위한 슬롯들이다. 그 결과, 종래 기술에 따라 통합된 가스 방전 램프(5)를 헤드램프에서 접촉시키기 위한 연결 케이블들이 제공된 플러그들이 생략된다. 특히, 통합된 가스 방전 램프(5)의 전기 접촉들은 헤드램프에의 삽입 동안에 캐리어 부분(35) 상의 연결 엘리먼트의 각자의 상대접촉들(350)과 직접 접촉된다. 이는 자유롭게 흔들리는 케이블들 때문에 전기 연결부들에 대한 기계적 로딩을 감소시킨다. 게다가, 헤드램프당 필요한 연결 케이블들의 개수가 감소되고, 따라서 제조 동안의 애매성의 위험이 감소된다. 부가하여, 이 조치는 또한 헤드램프의 제조 동안에 더 높은 정도의 자동화를 제공하는데, 그 이유는 더 적은 개수의 케이블들이 수동으로 어셈블리될 필요가 있기 때문이다. 램프 베이스로 플러깅되고 종래 기술에 따라 앞서와 같은 연결 케이블이 제공된 플러그를 통해 헤드램프의 광원들 전부에 에너지를 공급하는 대신에, 본 발명에 따라 헤드램프에서 통합된 가스 방전 램프(5)에 전력을 공급하기 위해, 헤드램프의 기존 전기 공급 접촉들을 차량 네트워크 전압에 연결시키는 것으로 충분하다. 헤드램프의 공급 접촉들에 의한 헤드램프에 존재하는 램프들로의 공급이 헤드램프에 있는 고정된 와이어링에 의해 주어진다. 이는, 헤드램프(3) 및 통합된 가스 방전 램프(5)의 케이블링을 각각 상당히 단순화한다.
도 1 및 도 2에서 램프의 제1 실시예는 기계적 정렬의 다른 변형체를 나타낸다. 이 경우에, 놉들(703)은 가스 방전 램프 버너(50)를 향하는 기준 링(702)의 측 상에 배열된다. 이 변형체에서, 놉들(703)은 반사기의 후부 상의 대응하는 상대표면들에 안착되고, 따라서 통합된 가스 방전 램프(5)의 위치가 반사기(33)에 대하여 정의된다. 이러한 어레인지먼트에서, 통합된 가스 방전 램프(5)는 뒤로부터 반사기(33)의 기준 표면들에 대하여 압박된다. 이 변형체는, 정확한 광학 이미징을 달성하기 위해, 광학적으로 효과적인 반사기 내부 및 반사기의 후부 상의 기준 표면들 사이의 위치가 매우 정확한 허용오차들을 가져야 한다는 단점을 갖는다.
제2 실시예의 헤드램프 인터페이스의 시스템이 또한 최신 버스 시스템들 내의 추가로 단순화된 케이블링을 구현하기에 적합하다. 따라서, 두 개의 전기 접촉들(210, 220)과는 별개로, 통합된 가스 방전 램프(5)는 추가적 접촉들(230, 240)을 갖고, 상기 추가적 접촉들(230, 240)을 통해 자동차의 차량 전자장치와의 통신이 수행된다. 연결 엘리먼트(35)는 두 개의 상대접촉들 각각에 대응하게 두 개의 슬롯들(351, 352)을 갖는다. 추가적인 예시적 실시예에서, 도시되지는 않았으나, 램프에 단 세 개의 전기 접촉들이 존재하고, 그 중 두 개는 전기 램프 전력과 원격 인에이블 핀으로도 불리는 하나의 논리 입력을 공급하기 위해 본질적으로 사용되고, 이들의 도움으로 램프는 자동차의 차량 전자장치에 의해 거의 전력 없이(almost wattlessly) 스위칭 온 및 스위칭 오프 될 수 있다.
전기 연결부들의 교환이 불가능하다는 장점과는 별개로, 이 "스냅 라이트" 인터페이스는 또한 하나의 추가적 장점을 갖는다: 램프가 헤드램프에서 자신의 의도된 위치에 위치될 때에만 상기 램프가 전력을 공급받는다는 사실 덕분에, 베이스를 등지는 상기 가스 방전 램프 버너(50)의 전류 피드(57)는 통합된 가스 방전 램프(5)가 신뢰성 있게 동하지 않을 때에만 터치될 수 있다. 이는 이러한 고압 방전 램프를 핸들링하는 것의 안전성을 극적으로 증가시킨다. 헤드램프(3) 내에서의 통합된 가스 방전 램프(5)의 단순한 설치는 최종 고객이 이러한 램프를 교체할 수 있도록 한다. 이는 최종 고객을 위해 통합된 가스 방전 램프(5)를 더욱 경제적으로 만드는데, 그 이유는 램프들을 바꾸기 위해 수리 공장에 갈 필요가 없기 때문이다.
통합된 가스 방전 램프(5)를 반사기(33)에 삽입시키는 것은 또한 램프를 헤드램프 하우징 접지에 링크시킨다. 이는, 예컨대 반사기(33)에 부착되고 차량의 접지 전위에 연결된 스프링 플레이트 스트립들에 의해 달성될 수 있다. 램프가 헤드램프에 삽입될 때, 스프링 플레이트 스트립들은 통합된 가스 방전 램프(5)의 전기 전도성 하우징 표면을 터치하고, 차량 접지 및 내부 접지 또는 통합된 가스 방전 램프의 접지 차폐 사이에 전기 연결부를 설정한다. 이 접촉은 하우징(72)의 예컨대 측벽에서 또는 전면 단부 상에서 이루어질 수 있다. 현재의 경우에, 접지 연결은 전도성인 밀봉 링(71)을 통해 수행된다. 하우징 표면이 전기 전도성이 아니거나 또는 완전히 전기 전도성이 아니라면, 스프링 플레이트 스트립들의 접촉은 통합된 가스 방전 램프의 하우징 표면 상의 접촉 영역 상에서 발생한다. 이 접촉 영역 또는 이들 접촉 영역들은 통합된 가스 방전 램프의 내부 접지 또는 접지 차폐로의 전기 전도성 연결부를 갖는다.
점화 변압기
이어지는 설명에서는, 통합된 가스 방전 램프(5)의 점화 변압기(80)의 설계가 이제 설명된다. 도 10은 제1 실시예에서 점화 변압기(80)의 투시도를 나타내며, 이때 점화 변압기(80)는 정사각형의 평평한 형상을 갖는다. 그러나, 다른 실시예들이 또한 고려될 수 있으며, 여기서는 점화 변압기(80)가 원형, 육각형, 팔각형 또는 다른 적절한 형상을 가질 수 있다. 다른 실시예들이 아래에서 추가로 설명된다. 형상은 여기서 점화 변압기의 본질적으로 각기둥 모양의 외측 디멘션들의 베이스 영역의 형상으로 이해되고, 바디 에지들에서의 라운딩들은 무시된다. 여기에 도시된 특히 유용한 실시예에서, 프리즘은 약간 높이를 갖고, 특히 베이스 영역을 형성하는 기하구조의 대각선 또는 지름 각각의 1/3 미만인 높이를 갖는다.
점화 변압기(80)는 제1 페라이트(ferrite) 코어 하프(811) 및 동일한 제2 페라이트 코어 하프(812)로 어셈블리되는 페라이트 코어(81)를 갖는다. 점화 변압기의 측면들 상에서, 점화 변압기(80)는 상기 점화 변압기(80)를 기계적으로 부착시키기 위해 사용되는 여러 바깥쪽으로 가리키는 러그(outward-pointing lug)들(868, 869)을 갖는다.
도 11은 점화 변압기의 상부 일부의 투시도를 나타내며, 여기서 일차 권선 및 제2 페라이트 코어 하프(812)는 보이지 않는다. 제1 페라이트 코어 하프(811)는 정사각형 측벽(8112)으로 구성되고, 상기 정사각형 측벽(8112)으로부터 하프 공동 실린더(8110)가 내부를 향해 중심으로 돌출된다. 정사각형 측벽(8112)의 내부는 상기 권선을 향하는 측에서 외부로부터 내부로 연장되는 가늘고 긴 만입부들(81121)을 갖는다. 이들 만입부들을 통과해, 고전압 절연을 위해 완성된 이후에 점화 변압기(80)가 삽입되는 첨가 바니시(impregnating varnish) 또는 캐스팅 화합물은, 점화 변압기(80)의 모든 권선들을 균일하게 습윤시키기 위하여 점화 변압기로 침투할 수 있다.
두 개의 페라이트 코어 하프들(811, 812) 사이의 외부 에지 상에, 시트 금속으로 형상화된 스탬핑 된 구부러지는 부분으로 구성된 일차 권선(86)이 놓인다. 시트 금속은 바람직하게도 구리, 청동 또는 놋쇠와 같은 비-철 금속으로 이루어진다. 시트 금속은 바람직하게도 탄력 있게 변형될 수 있고 복원력이 있다. 일차 권선(86)은 본질적으로 긴 스트립이고, 상기 스트립은 두 개의 페라이트 코어 하프들(811, 812) 사이의 외측 상에서 연장된다. 제1 변형에서, 일차 권선(86)은 점화 변압기(80)의 세 개의 코너들에 걸쳐서 단 하나의 턴(turn)으로 이어지고, 제4 코너는 개방된다. 일차 권선(86)의 금속 스트립은 따라서 점화 변압기의 외부 윤곽부 둘레에 놓이는 스리-쿼터 턴(three-quarter turn)이고, 각각의 경우에 제4 코너 이전에 거의 끝난다. 일차 권선(86)의 금속 스트립은 전술된 러그들(866, 867, 868 및 869)을 갖고, 상기 러그들은 금속 스트립의 측방향으로 부착된다. 네 개의 러그들은 점화 변압기(80)를 기계적으로 부착시키기 위해 사용된다; 이를 위해, 상기 러그들은 예컨대 평평한 SMD 러그 또는 땜납 러그로서 점화 전자장치(910)의 보드에 납땜될 수 있다. 그러나, 상기 러그들은 또한 추가적인 90° 구부러짐을 가질 수 있고, 이때 러그들은 점화 전자장치(910)의 보드를 통과해 푸쉬되고, 도 12에 도시된 바와 같이 다른 측 상에서 클린치(clinch)되고, 꼬이고 납땜된다. 일차 권선(86)의 금속 스트립의 두 개의 단부들은 약 180°의 반지름으로 외부를 향해 구부러지며, 그래서 상기 단부들은 제4 코너로부터 다시 멀리 가리킨다. 도 12에서, 두 개의 단부들은 약 90°만큼 외부를 향하여 구부러지고, 반지름들이 각각 8620 및 8640에 의해 각각 식별된다. 금속 스트립의 외부 단부에, 전기적 접촉을 위해 사용되는 하나의 측방향으로 돌출되는 러그(862, 864) 각각이 부착된다. 도 12는 두 개의 러그들(862, 864)의 대안적인 실시예를 나타낸다. 두 개의 반지름들(8620 및 8640)의 180° 지름을 통한 소프트 연결은 각각 일차 권선 및 온도 변동들에 기인하여 발생할 수 있는 보드 사이의 결합부에서 텐션들을 흡수한다. 러그들은 바람직하게도 SMD 컴포넌트처럼 점화 전자장치(910)의 보드로 납땜된다. 앞서 설명된 바와 같이, 금속 스트립의 180° 구부림 덕분에, 납땜 지점에는 상기 설명된 기계적 텐션들이 로딩되지 않고, 납땜 지점의 골절 및 피로의 위험이 크게 줄어든다. 러그들(862, 864)의 대안적인 실시예는 러그 자체 내에서 추가적 270° 반지름을 갖고, 이는 어셈블링된 상태에서 기계적 텐션들을 추가로 줄인다.
페라이트 코어의 공동-실린더형 내부 부분의 중심에서, 가스 방전 램프 버너(50) 및 이차 권선(87)의 내부 단부(미도시) 사이에 전기적 접촉을 설정하는 접촉 바디(85)가 삽입된다. 접촉 바디(85)는 베이스에 가까운 가스 방전 램프 버너(50)의 전류 피드(56)에 연결되는 구부러진 금속 부분으로 구성된다. 버너로부터 원격의 접촉 바디(85)의 단부에서, 접촉 바디(85)는 고압 방전 램프 전극을 접촉시키기 위한 두 개의 루프 표면들을 갖는다. 접촉 바디(85)는 바람직하게도 버너로부터 원격의 단부의 두 개의 반대 측들 상에 두 개의 루프 표면들(851, 852)을 갖고, 상기 두 개의 루프 표면들(851, 852)은 새들 루프(saddle roof)의 형태로 서로에 대하여 기울어지고, 두 개의 루프 표면들이 접촉되는 단부들에서, 고압 가스 방전 램프 버너(50)의 전류 피드 와이어(56)가 중심으로 클램핑 되는 방식으로 형성된다. 이를 위해, 두 개의 루프 표면들(851 및 852)에는 단부들에서 V-형 윤곽부가 제공되고, 상기 단부들에서는 두 개의 루프 표면들(851, 852)이 접촉된다. 그러나, 윤곽부는 또한 임의의 다른 적절한 방식으로 라운딩되거나 완성될 수 있다. 어셈블리를 위해, 전류 피드 와이어(56)는 접촉 바디(85)를 통해 푸쉬되고, 미리 결정된 나머지까지 컷팅되고, 그런 다음에 바람직하게 레이저를 통해 접촉 바디(85)에 용접된다.
도 12는 점화 변압기의 하부 일부분의 투시도를 나타낸다. 상기 도면은, 특히, 제1 페라이트 코어 하프(811)와 동일하게 형상화되는 제2 페라이트 코어 하프(812)를 도시한다. 역시, 정사각형 측벽(8122)으로 구성되고, 상기 정사각형 측벽(8122)으로부터 하프 공동 실린더(8120)가 내부로 중심으로 돌출된다. 정사각형 측벽(8122)의 내부는 외부로부터 내부로 연장되는 가늘고 긴 만입부들(81221)을 나타낸다. 도면에서, 버너에 가까운 접촉 바디(85)의 측면은 자신의 육각형 개방 형상 및 상기 육각형 개방 형상을 통과하는 전류 피드 와이어(56)를 갖는 것으로 보일 수 있다. 두 개의 하프들이 어셈블링된다면, 공동 실린더가 내부로 생성되고, 상기 내부로 접촉 바디가 삽입된다. 어셈블리 이후에, 외부 윤곽부가 원형이 아니지만 둥글게 된 코너들을 갖는 정사각형이라는 점을 제외하고서, 페라이트 코어(81)는 오디오 테이프 또는 필름 릴(film reel)의 형태를 갖는다.
제1 코너에서, 점화 변압기는 제1 리턴 경로 페라이트(814)를 갖는다. 제2 및 제3 코너에는 또한 제2 리턴 경로 페라이트(815) 및 제3 리턴 경로 페라이트(816)가 제공된다. 세 개의 리턴 경로 페라이트들은 일차 권선(86)에 의해 유지된다. 이를 위해, 일차 권선(86)의 금속 스트립은 세 개의 코너들에 실린더형의 안쪽으로 가리키는 라운딩들(861, 863)을 갖고, 상기 라운딩들(861, 863) 안으로 리턴 경로 페라이트들(814-816)이 클램핑된다. 복원력 있게 탄력적으로 변경될 수 있는 재료 덕분에, 세 개의 리턴 경로 페라이트들(814-816)은 제조 동안에 각자의 자리에서 안전하게 머무른다. 리턴 경로 페라이트들은 점화 변압기(80)의 자기 리턴 경로를 표현하고, 상기 자기 리턴 경로를 통해 자기장들이 자기 재료에서 유지되며 따라서 점화 변압기 외부에서 어떠한 간섭도 유발할 수 없다. 이는 또한 점화 변압기의 효율성, 특히 달성될 수 있는 점화 전압의 크기를 뚜렷하게 증가시킨다.
도 13은 점화 변압기(80)의 제2 페라이트 코어 하프(812)에 삽입된 보일 수 있는 이차 권선(87)을 갖는 점화 변압기(80)의 하부 일부분의 투시도를 나타낸다. 이차 권선은 절연된 금속 스트립으로 구성되고, 상기 절연된 금속 스트립은 필름처럼 미리 결정된 개수의 턴들을 갖는 필름-릴-형 페라이트 코어에 감기고, 이때 고전압을 전도하는 단부는 내부에 놓이게 되고, 필름-릴-형 페라이트 코어의 중심 코어를 통과하며, 접촉 바디(85)에 전기 전도적으로 연결된다. 절연은 모든 측면들 상에서 금속 스트립에 적용될 수 있으나, 금속 스트립과 함께 감기는 절연 포일로 구성될 수도 있다. 절연 포일은 바람직하게도 적당한 절연 간격을 보장하기 위하여 금속 스트립보다 더 넓다. 이 어레인지먼트에서, 금속 포일은, 금속 포일이 절연 포일의 중심에 놓이게 되도록 절연 포일과 함께 감긴다. 이는 앞의 코일에서 첨가(impregnation) 또는 캐스팅 이후에 첨가 바니시 또는 캐스팅 화합물로 각각 채워지는 나선-형 갭을 생성하고, 따라서 이차 권선(87)의 완벽한 절연을 생성한다.
고전압을 전달하는 이차 권선(87)의 내부 단부(871)에서, 이차 권선(87)은 접촉 바디(85)에 연결된다. 저전압을 전달하는, 상기 이차 권선(87)의 외부 단부(872)는 일차 권선(86)에 연결된다. 연결부는 납땜, 용접 또는 임의의 다른 적절한 타입의 연결에 의해 설정될 수 있다. 현재 실시예에서, 연결부들은 레이저-용접된다. 이를 위해, 두 개의 용접 지점들이 단부당 바람직하게 적용되고, 상기 단부는 신뢰성 있게 그리고 전기 전도적으로 상기 두 개의 부분들을 서로 연결시킨다. 이차 권선(87)의 내부 단부(871)는 페라이트 코어(81)의 두 개의 공동 실린더 하프들(8110, 8120)을 통과하고, 상기 두 개의 공동 실린더 하프들(8110, 8120)에 의해 클램핑된다. 이차 권선(87)의 외부 단부(872)는 이차 권선(87)의 권선 방향이 일차 권선(86)의 권선 방향과 반대로 지향되도록 일차 권선(86)의 단부에 연결된다. 요구사항에 따라, 이차 권선(87)의 외부 단부는 또한 일차 권선(86)의 다른 단부에 연결될 수 있지만, 그래서 일차 및 이차 권선의 권선 방향은 동일하게 된다.
이어지는 설명에서, 통합된 가스 방전 램프(5)에 수용되는 점화 변압기(80)의 지름 및 높이는 이어지는 설명에서 더 단순한 설명을 생성하기 위해 자신의 기하구조와 거의 무관하게 그리고 페라이트 코어의 디멘션들에 기반하여 정의될 것이다. 점화 변압기의 높이는 각각의 경우에 권선으로부터 떨어진, 두 개의 측벽들의 두 개의 외부 표면들 사이의 거리인 것으로 이해되고, 상기 거리는 측벽의 두께의 두 배 및 권선 폭의 합에 거의 대응한다. 이어지는 설명에서, 점화 변압기(80)의 지름은, 측벽들의 형상과 무관하게, 두 개의 측벽들 중 하나 내부의 최장 거리인 것으로 이해되고, 상기 거리는 임의의 평면 내에 놓이며, 이 평면은 각각의 측벽의 외부 표면에 평행하게 연장된다.
특히 유용한 실시예에서, 점화 변압기의 페라이트 코어는 8㎜의 높이와 26㎜의 지름을 갖는다. 이 맥락에서, 측벽들은 26㎜의 지름과 2㎜의 두께를 갖고, 중심 코어는 11.5㎜의 지름과 6㎜의 높이를 갖는다. 이차 권선은 5.5㎜ 폭 및 55㎛ 두께를 갖는 캡톤 포일(Kapton foil)의 42번 턴들로 구성되고, 상기 캡톤 포일 상으로 길이방향에 중심이 있는 4㎜-폭 및 35㎛-두께 구리층이 적용된다. 추가적인 특히 유용한 실시예에서, 75㎛-두께 구리 포일 및 50㎛-두께 캡톤 포일을 이용하여, 이차 권선은 서로 위에 놓이는 두 개의 별개의 포일들로부터 감긴다. 양쪽 실시예들 모두에서, 이차 권선은 하나의 턴을 포함하는 일차 권선에 전기 전도적으로 연결되고, 상기 일차 권선은 800 V 스파크 갭을 포함하는 펄스 발생 유닛으로 구동된다.
도 14는 제2 실시예에서 점화 변압기(80)의 분해도를 나타낸다. 제2 실시예가 점화 변압기(80)의 제1 실시예와 유사하므로, 제1 실시예와의 차이점만이 이어지는 설명에서 설명될 것이다. 제2 실시예에서 점화 변압기(80)는 필름 릴과 유사한 원형 형상을 갖는다. 상기 원형 형상 덕분에, 리턴 경로 페라이트들(814-816)이 생략되고, 일차 권선(86)은 더 단순한 형상을 갖는다. 변압기의 기계적 부착을 위한 측방향으로 돌출하는 러그들은 여기서, 과도한 기계적 압력들로부터 납땜 지점들을 보호하기 위하여 270° 구부러짐을 갖는 SMD 러그들로서 구성된다. 전기적 접촉을 위한 두 개의 러그들(862, 864)은 동일한 방식으로 구성되고, 점화 변압기(80)의 둘레에서 방사형으로 배열된다. 제2 실시예의 페라이트 코어(82)는 세 개의 부분들로 구성된다; 상기 페라이트 코어(82)는 원형 플레이트들(822)에 의해 자신의 두 개의 단부들에서 폐쇄되는 공동-실린더형 중심 코어(821)를 갖는다. 원형 플레이트들(822)은 공동 실린더(821) 상에서 중심에 놓이고, 위에서 설명된 필름-릴 형상이 야기된다. 공동 실린더는 이차 권선(87)의 내부 단부를 공동 실린더의 내부로 통과시킬 수 있기 위하여 슬롯(823)(도면에 미도시)을 갖는다.
도 15는 점화 변압기(80)의 제2 실시예의 섹션도를 나타낸다. 이는 페라이트 코어(81)의 구조를 쉽게 나타낸다. 이러한 관점에서, 슬롯(823)은 또한 이차 권선(87)의 내부 단부가 통과되는 것으로 보일 수 있다.
도 16은 2-턴 일차 권선을 갖는 제3 원형 실시예에서 점화 변압기의 분해도를 나타낸다. 제3 실시예가 점화 변압기(80)의 제2 실시예와 매우 유사하므로, 제2 실시예와의 차이점만이 이어지는 설명에서 설명된다. 제3 실시예에서, 점화 변압기(80)는 두 개의 턴들을 갖는 일차 권선을 갖는다. 따라서, 일차 권선(86)의 금속 스트립은 단지 점화 변압기 둘레를 두 번 통과한다. 두 개의 단부들에서, 점화 변압기(80)를 전기적으로 접촉시키기 위한 러그들이 다시 부착되고, 상기 러그들은 SMD 변형체로서 구성된다. 이 실시예에서, 점화 변압기(80)를 기계적으로 부착시키기 위한 러그들이 없어지고, 점화 변압기(80)는 따라서 다른 수단에 의해 기계적으로 고정되어야 한다. 이는, 예컨대, 도 3에서 표시된 바와 같이 점화 변압기(80)를 클램핑 함으로써 관리될 수 있다. 점화 변압기(80)는 여기서 베이스(70) 및 베이스 플레이트(74) 사이에 클램핑 된다. 이를 위해, 베이스 플레이트(74)는 베이스 플레이트 돔(dome)(741), 베이스 플레이트 상의 상승부(elevation)를 갖고, 상기 상승부는 점화 변압기(80)를 설치된 상태에서 클램핑 한다. 이러한 타입의 구성의 장점은 점화 변압기(80)의 우수한 열 소거이다. 점화 변압기(80)는 동장중에 매우 뜨거워질 수 있는데, 그 이유는 점화 변압기(80)가 통합된 가스 방전 램프(5)의 가스 방전 램프 버너(50)에 매우 가까이 위치되기 때문이다. 열적으로 매우 전도성인 베이스 플레이트(74)를 통해, 가스 방전 램프 버너(50)에 의해 점화 변압기(80)로 도입되는 열의 일부가 다시 소거될 수 있고, 점화 변압기(80)는 효과적으로 냉각될 수 있다.
도 17은 2-턴 일차 권선을 갖는 제3 원형 실시예에서 점화 변압기(80)의 섹션도를 나타낸다. 이 섹션도는 다시 페라이트 코어(82)의 코어 구성을 매우 잘 나타낸다. 제2 실시예에서와 같이, 페라이트 코어(82)는 중심 코어(824) 및 두 개의 플레이트들(825, 826)의 세 개의 부분들로 구성된다. 중심 코어(824)는 공동 실린더형이고, 제1 플레이트(825) 내의 원형 컷아웃과 체결되고 상기 제1 플레이트(825)를 중심 코어(824) 상에 고정시키는 레지(ledge)(827)를 한 단부에 갖는다. 제2 플레이트(826)는 또한 원형 컷아웃을 갖고, 상기 원형 컷아웃의 내부 반지름은 중심 코어(824)의 외부 반지름에 대응한다. 이차 및 일차 권선의 어셈블리 이후에, 이 플레이트는 중심 코어 상으로 푸쉬되고 따라서 고정된다. 상기 플레이트는, 점화 변압기(80) 내의 자속을 최대한 우수하게 달성하기 위하여 상기 점화 변압기(80)가 이차 권선에 위치하게 될 때까지 멀리 푸쉬된다.
비대칭 점화 펄스
이어지는 설명에서는, 통합된 가스 방전 램프(5)의 점화 디바이스의 동작이 설명된다.
도 18a는 종래 기술의 비대칭 펄스된 점화 디바이스의 개략적인 회로도를 나타낸다. 비대칭 점화 디바이스에서, 점화 변압기(TIP)는 대등한 회로로서 여기서 도시된 가스 방전 램프 버너(50)의 피드 라인들 중 하나에서 연결된다. 이는, 대부분의 경우들에서 가스 방전 램프 버너의 다른 피드 라인에 연결되는 접지 기준 전위로부터 단 하나의 '방향'으로 전압을 발생시키는 점화 펄스를 야기한다; 따라서, 접지 기준 전위에 대하여 양(positive)인 전압 펄스 또는 접지 기준 전위에 대하여 음(negative)인 전압 펄스가 생성된다. 비대칭 펄스된 점화 디바이스의 동작은 폭넓게 알려져 있고, 여기서 더 상세히 설명되지 않을 것이다. 비대칭 전압은 일 측 상에 베이스를 갖는 램프들에 매우 적절한데, 그 이유는 점화 전압이 두 개의 가스 방전 램프 버너 전극들 중 하나에만 존재하기 때문이다. 이를 위해, 베이스에 가까운 전극이 보통 선택되는데, 그 이유는 상기 전극이 터치될 수 없고 따라서 부적절한 활용의 경우에 사람에 대한 위험 잠재성을 나타내지 않기 때문이다. 보통 개방된 상태로 이어지는(run open)리턴 전도체에서, 사람에 위험한 전압은 존재하지 않는다; 따라서, 비대칭 점화 디바이스로 동작되는 램프는 특정한 안전성을 보증한다. 그러나, 비대칭 점화 디바이스는 완전한 점화 전압을 가스 방전 램프 전극에 인가하는 단점을 갖는다. 이는, 코로나 방전들에 기인한 손실들 및 고전압에 기인한 다른 영향들을 증가시킨다. 이는, 생성된 점화 전압의 일부만이 가스 방전 램프 버너(50)에 실제로 존재한다는 것을 의미한다. 따라서, 복잡하고 값비싼, 필요한 것보다 더 높은 점화 전압이 생성되어야 한다.
도 18b는 종래 기술의 대칭 펄스된 점화 디바이스의 개략적인 회로도를 나타낸다. 대칭 펄스된 점화 디바이스는 점화 변압기(TIP)를 갖고, 상기 점화 변압기(TIP)는 일차 권선과 함께 자기적으로 결합되는 두 개의 이차 권선들을 갖는다. 두 개의 이차 권선들은, 상기 두 개의 이차 권선들의 생성된 전압이 램프에서 함께 부가되도록 기원된다. 따라서, 전압이 두 개의 가스 방전 램프 전극들로 거의 절반씩 분산된다.
위에서 이미 전술된 바와 같이, 이는 코로나 방전들 및 다른 기생 효과들에 기인한 손실들을 감소시킨다. 대칭 펄스된 점화의 경우에 일반적으로 더 높은 점화 전압에 대한 원인은 기생 커패시턴스들의 더 가까운 관찰로만 명백하게 될 것이다. 이를 위해, 도 18b의 가스 방전 램프 버너(50)의 대등한 램프 회로가 고려된다. 커다란, 그렇지 않다면, 기생 램프 커패시턴스(CLa)의 가장 큰 비율이 램프 자체에 의해 유발되는 것이 아니고, 램프 및 점화 유닛 사이의 연결에 의해, 예컨대 램프 라인들에 의해 유발된다. 그러나, 이들은 전도체로부터 전도체로 뿐만 아니라 전도체 및 환경 사이에도 기생 커패시턴스들을 갖는다. 집중화된 에너지 저장소들을 이용한 설명의 단순화시키는 가정에 기반하여, 두 개의 전도체들 또는 두 개의 가스 방전 램프 전극들 사이의 기생 커패시턴스들은 각각 도 18b에 도시된 바와 같이 CLa,2로서 결합될 수 있다. 전도체 및 환경 사이에 각각의 경우에 존재하는 기생 커패시턴스는 CLa ,1 및 CLa ,3에 의해 각각 모델링된다. 이어지는 설명에서, 환경, 예컨대 하우징의 전위가 공간적으로 일정하고, 상기 전위가 저-전압 시스템의 관점에서 PE 또는 PEN에 대응할 필요가 없더라도 접지 심볼에 의해 표현되는 것으로 간주된다. 부가하여, 대칭 구성 및 그에 따라 CLa ,1 = CLa ,3이 가정될 것이다. 확대된 대등한 회로에 따르면, 기생 램프 커패시턴스는 CLa,2 + 1/2 CLa,1으로서 획득된다.
비대칭 펄스된 점화 및 대칭 펄스된 점화 사이의 차이는, 컨버터 및 점화 유닛이 또한 환경에 대하여 기생 커패시턴스들을 갖는다면 명백해진다. 이들은 의도적으로 부분적으로 증가되고(예컨대, 라인 필터), 위에서 고려된 환경에 대하여 램프의 기생 커패시턴스들보다 일반적으로 훨씬 더 크고, 따라서 환경 전위에 있는 전극들이 점화를 고려하기 위한 단순화시키는 방식으로 가정될 수 있다. 그러므로, 전압(UW)를 무시하여, CLa,1 및 CLa,2가 비대칭 점화의 경우에 점화 전압까지 충전되어야 하는 반면에, 대칭 점화의 경우에 CLa,2가 점화 전압까지 충전되어야 하고 CLa,1 및 CLa,3는 각각의 경우에 점화 전압의 절반까지 충전되어야 한다. 대칭 구성을 가정하면, 즉 CLa,1 = CLa,3이면, 기생 커패시턴스들의 충전은 따라서 비대칭 변형체의 경우에서보다 대칭 펄스된 점화의 경우에 에너지를 덜 요구한다. CLa,1 = CLa,3 >> CLa,2의 극단적인 경우에, 도 18a에 따른 점화 유닛은 도 18b에 따른 것과 비교할 때 에너지를 거의 두 배 제공해야 한다.
대칭 점화의 추가적 장점은 환경과 비교할 때 더 낮아진 요구되는 절연 강도에 있는데, 그 이유는 비대칭 점화의 경우의 전압(UIsol)과 비교할 때 발생하는 전압들(UIsol,1 및 UIsol,2)가 절반 값만을 갖기 때문이다. 동시에, 이는 대칭 펄스된 점화의 단점과 대칭 펄스된 점화가 종종 사용될 수 없는 이유를 표시한다: 대칭 점화의 경우, 양쪽 램프 연결들 모두가 안전을 이유로 종종 허용될 수 없는 고전압을 운반하는데, 그 이유는 많은 램프 또는 베이스 설계들에서 두 개의 램프 연결들 중 하나, 보통 램프로부터 떨어진, “램프 리턴 전도체”로도 불리는 램프 연결이 터치될 수 있기 때문이다.
이는, 대칭 점화 방법이, 각자의 기계적 구조의 관점에서도 대칭적으로 설계되는 두 개의 측면들 상에 베이스들을 갖는 가스 방전 램프들을 위해 선택적으로 적절하다는 것을 나타낸다. 일 측에 베이스를 갖는 가스 방전 램프의 경우, 앞서 이미 언급된 바와 같이, 베이스로부터 떨어진 개방 가스 방전 램프 전극에 존재하는 점화 전압이 사용자에 의해 닿을 수 있다는 문제점이 존재한다. 추가적인 문제점은 베이스로부터 떨어진 가스 방전 램프 전극에 존재하는 반사기의 전위에 대한 전압이다. 가스 방전 램프가 설치되는 반사기가 보통 접지된다. 따라서, 베이스로부터 떨어진 전극의 리턴 전도체 및 반사기 사이에는 점화 순간에 고전압이 존재한다. 이는, 반사기에 대한 플래쉬-오버들을 유도할 수 있고, 이는 기능불량들을 야기한다. 이러한 이유들로, 대칭 점화가 일 측 상에 베이스를 갖는 가스 방전 램프들에 대하여 부적절하다.
부가하여, 절연의 양(amount)이 절연될 전압으로 비선형적으로 증가한다는 것이 언급되어야 한다. 절연 재료들의 비선형 효과들 때문에, 두 개의 전도체들 사이의 거리는 플래쉬-오버/브레이크다운을 획득하지 않기 위해 전압의 배가로 통상적으로 두 배보다 더 많아야 한다.
위에서 고려된 환경의 순수하게 용량성의 동작 또는 수반되는 절연 재료들 각각과는 별개로, 예컨대 코로나 방전들, 부분적 방전들 등등에 기인한, 절연 재료들에서의 유효 전력으로의 변환은 절연 재료들에서 그리고 각자의 경계 표면들에서 특정한 전압이나 결과적 필드 강도들보다 위에서 더 이상 무시될 수 없다. 위 대등한 회로들에서, 부가적인 비선형 저항성들이 커패시턴스들과 병렬로 부가하여 삽입되어야 한다. 이 양상으로부터, 역시, 대칭 펄스된 점화가 비대칭 펄스된 점화에 대하여 바람직할 것이다.
결론적으로, 절연 재료 상에 로딩되는 특정한 전압보다 위에서 상기 절연 재료가 훨씬 더 신속하게 노화되고 그러므로 전압에서의 약간의 감소의 경우에 뚜렷하게 증가된 수명이 이미 예상될 수 있다는 것이 관찰됨이 틀림없다.
도 19의 개략적인 도면에 도시된 비대칭 펄스된 점화는 양쪽 점화 방법들 모두의 장점들을 결합하는 우수한 절충안을 표현한다. 상기 절충안은 대칭 점화와 유사한 구조를 갖지만, 두 개의 이차 권선들이 상이하게 많은 개수의 턴들을 갖는다. 대칭 점화 방법의 단점은 주로, 물론, 점화 동안의 리턴 전도체의 우발적인 터치 및 따라서 사용자에 의한 고전압이 운반되는 금속 부분의 터치가 배제될 수 없다는 것이다. 위에서 설명된, 도 5에 따른 헤드램프 인터페이스를 갖는 통합된 가스 방전 램프(5)의 경우에, 이는 배제될 수 있는데, 그 이유는 전극들이 상기 전극들이 헤드램프에 삽입될 때에만 전압을 공급받기 때문이다. 헤드램프가 완성될 때, 베이스로부터 떨어진 전극의 리턴 전도체를 상기 리턴 전도체가 전압을 운반할 때 터치하는 것이 불가능하다. 위에서 이미 언급된 바와 같이, 대칭 점화 역시 여기서 가능하지 않은데, 그 이유는 일반적으로 접지되는 반사기에 대한 플래쉬-오버들이 우려되어야 하기 때문이다. 비대칭 점화가 그러므로 제안되며, 상기 비대칭 점화는 예컨대 점화 전압의 3/4를 베이스에 가까운 전극에 인가하고 예컨대 점화 전압의 1/4를 베이스로부터 떨어진 전극에 인가한다. 가스 방전 램프 버너(50)의 전극들, 즉 베이스에 가까운 제1 램프 전극 및 베이스로부터 떨어진 제2 램프 전극 사이의 정확한 전압비는 많은 인자들, 즉 램프의 사이즈 및 베이스 설계에 따라 좌우된다. 베이스에 가까운 제1 램프 전극 및 베이스로부터 떨어진 제2 램프 전극 사이의 전압비는 22:1로부터 5:4까지 연장될 수 있다. 리턴 전도체를 가로질러 점화 변압기(TIP)의 이차 권선(IPSR) 양단에, 2...8kV의 전압들이 바람직하게 생성되고, 순방향 전도체를 가로질러 점화 변압기(TIP)의 이차 권선(IPSH) 양단에, 23...17kV의 전압들이 바람직하게 생성된다. 이는 1과 같지 않은 두 개의 이차 권선들 사이의 바람직한 변환(transformation) 비율들, 즉 nIPSR : nIPSH = 2:23...8:17이 야기된다. 이는 또한 공식 nIPSR = 0.04...0.08*nIPSH로서 표현될 수도 있다. 비록 구조가 따라서 대칭 점화기와 유사하더라도, 이차 권선들은 균일하게 분포하지 않는다.
점화 변압기(TIP)의 주요 턴들(nP)의 개수는 바람직하게 1 내지 4 사이에 있고, 양쪽 이차 권선들(IPSH 및 IPSR)의 턴들의 개수들의 합은 바람직하게도 40 내지 380 사이에 있다.
도 19의 펄스된 점화 유닛(Z)은 종래 기술로부터 폭넓게 알려져 있고, 따라서 여기서 더 상세히 설명되지 않을 것이다. 상기 펄스된 점화 유닛(Z)은 스위칭 엘리먼트를 통해 점화 변압기의 일차 권선에 연결되는 적어도 하나의 커패시터로 구성된다. 이 어레인지먼트에서, 350V 내지 1300V의 공칭 트리거링 전압을 갖는 스위칭 엘리먼트가 바람직하게 사용된다. 이는, 대응하는 구동 회로를 갖는 사이리스터(thyristor) 또는 스위칭 스파크 갭일 수 있다. 현재의 제1 실시예에서, 점화 변압기(TIP)는 400V 스파크 갭에 기반하여, 즉 400V의 공칭 트리거링 전압을 갖는 스파크 갭을 이용하여, 점화 유닛(Z)으로 동작되는 1:50:150 턴들의 변환 비율(nIPP:nIPSR:nIPSH)을 갖는다.점화 변압기(TIP)는 베이스로부터 떨어진 가스 방전 램프 버너(50)의 전극에서 접지에 대한 +5kV의 피크 전압을 전달하고, 베이스에 가까운 가스 방전 램프 버너(50)의 전극에서 접지에 대한 -15kV의 피크 전압을 전달한다.
추가적인 제2 실시예에서, 점화 변압기는 3:50:100 턴들의 변환 비율로 구성되고, 800V 스파크 갭에 기반하여 점화 유닛(Z)으로 동작된다. 이는, 접지에 대한 -8kV의 피크 전압을 베이스로부터 떨어진 가스 방전 램프 버너(50)의 전극에서 전달하고, 접지에 대한 +16kV의 피크 전압을 베이스에 가까운 가스 방전 램프 버너(50)의 전극에서 전달한다.
도 20은 통합된 가스 방전 램프(5)의 연장된 회로의 개략적인 회로도를 나타낸다. 이 경우, 고전압 피크들(소위 글리치(glitch)들)을 갖는 잡음 펄스들을 방지하기 위하여, 하나 또는 두 개의 비-포화 초크(non-saturating choke)들(LNS1 및 LNS2)이 각각의 경우에 하나의 이차 권선의 고전압을 운반하는 단부 및 각각의 버너 연결부 사이에 각각의 경우에 연결된다. 이 어레인지먼트에서, 0.5μH로부터 25μH까지, 바람직하게는 1μH로부터 8μH까지의 인덕턴스 값들이 사용된다. 부가하여, 고-전압-저항 커패시터(CB)(소위 “버너 커패시터”)가 가스 방전 램프 버너와 평행하게 그리고 그에 따라 가스 방전 램프 버너 및 비-포화 초크들 사이에 직접적으로 연결될 수 있다. 이 커패시터는 일반적으로 22pF 미만의 커패시턴스를 갖고, 그래서 점화 펄스가 너무 많이 댐핑(damping) 되지 않는다. 상기 커패시터는 바람직하게도 3pF 내지 15pF 사이의 커패시턴스를 갖는다. 상기 커패시터는 대응하는 어레인지먼트 및 신출성형(extrusion)-코팅된 램프 전류 피드들의 설계에 의해 예컨대 플레이트들의 형태로 구조상으로 구현될 수 있다. 상기 커패시터는 두 개의 긍정적인 영향력들을 갖는다: 한편으로, 상기 커패시터는 램프의 EMC 동작에 대한 장점을 갖는데, 그 이유는 램프에 의해 생성되는 고-주파수 간섭이 자신의 기원(origin)의 위치에서 직접 단락되기 때문이고, 다른 한편으로, 상기 커패시터는 특히 동작 회로(20)에 의한 핸들링을 용이하게 하는 더 낮은 저항에서 버너가 브레이크다운할 것을 보증한다.
바람직하게 68pF 내지 22nF 사이에 있는 커패시턴스 값을 갖는 리턴 경로 커패시터(CRS)를 이용하여, 매우 낮은 임피던스를 갖는 PSG에 대한 펄스 점화기의 종료(termination)가 점화 변압기(TIP)에 의해 생성되는 매우 고속의 펄스들에 대하여 달성된다. 그 결과, 생성되는 고-전압 점화 펄스들이 매우 우수한 근사화로 버너에서 완전히 존재한다. 리턴 전도체 초크(LR)와 함께, 리턴 경로 커패시터(CRS)는 저역-통과 필터를 형성한다. 이는 전자파 장해에 대응(counteract)하고, PSG 출력을 허용될 수 없게 높은 전압들로부터 보호한다. 연장된 회로는 또한 전자파 장해에 대응하는 전류-보상된 초크(LSK)를 갖는다. 클램핑 다이오드로도 불리는 서프레서(suppressor) 다이오드(DTr)가 점화 프로세스에 기인하여 동작 회로(20)에서 생성된 전압을 제한하고, 따라서 동작 회로(20)의 출력을 보호한다.
통합된 가스 방전 램프(5)의 가스 방전 램프 버너(50)는 금속 클램프(52) 및 네 개의 홀딩 플레이트들(53)을 통해 베이스(70) 상에 장착된다. 도 20에서 이미 표시된 바와 같이, 이 금속 클램프(52)는 이제 접지된다, 즉 자동차들을 위한 통합된 가스 방전 램프의 경우에 예컨대 클래식 접지에 연결된다. 금속 클램프를 신뢰성 있게 그라운딩(grounding)하는 것은 금속 클램프로부터 헤드램프까지 플래쉬-오버를 방지하는데, 그 이유는 양쪽 부분들 모두가 심지어 점화 동안에도 동일한 전위에 있기 때문이다. 게다가, 금속 클램프를 그라운딩하는 것은 가스 방전 램프 버너 용기 상에 위치된 보조 점화 코팅부에 대하여 특히 우수한 용량성 커플링을 설정한다. 일부 모델들의 높은 점화 전압들을 낮추기 위하여, 이러한 보조 점화 코팅부들은 종종 고-압 방전 램프 버너들로 인가된다. 이 조치는 가스 방전 램프 버너 용기 상에 위치된 보조 점화 코팅부의 점화-전압-감소 특성을 증가시킨다. 가스 방전 램프 버너(필요하다면 상기 가스 방전 램프 버너의 보조 점화 코팅부를 포함하여) 상의 금속 클램프의 용량성 영향력이 증가되는 것이 특히 유용하다. 이를 위해, 다른 전기 전도성 부분들이 갈바니적으로(galvanically) 또는 용량성으로 금속 클램프에 결합된다. 이는, 여러 “서로 결합되는 개별 전극들”로 구성되고 한 단부에서 그라운딩되는 “제3 전극”의 타입을 야기한다. 예컨대, 이 제3 전극은, 금속 클램프에 부가하여, 도 21에 표시된 바와 같이 외부 엔벨로프 상에 금속 코팅부(54)를 부가하여 포함할 수 있다. 상기 코팅부는 외부 엔벨로프의 외측 및/또는 내측 상에 적용될 수 있다. 상기 코팅부는 전기 전도성, 예컨대 금속 재료로 구성되고, 바람직하게도 리턴 전도체와 평행한 스트립으로 적용된다. 그 결과, 금속 코팅부(54)는 시작적으로 보이지 않고, 부가하여, 버너 용기 상의 보조 점화 코팅부로의 최소 거리 및 그에 따른 최대 커플링 커패시턴스가 획득된다. 외부 엔벨로프 상의 코팅부는 용량성으로 또는 갈바니적으로 금속 클램프에 결합될 수 있다. 갈바닉 커플링의 경우, 금속 클램프를 갖는 외부 코팅부의 전기 접촉이 버너를 금속 클램프에 고정시킴으로써 이루어지는 것이 특히 유용하고, 상기 금속 클램프는 종래 기술의 통상적인 어셈블리 기술에 의한 부가적인 노력 없이 구현될 수 있다. 상기 코팅부는 바람직하게도 외부 엔벨로프 둘레의 1%에서 20%까지에 걸쳐서 연장된다.
가스 방전 램프의 점화 전압 상에서의 그라운딩된 금속 클램프의 긍정적인 효과는 하기의 물리적 관계에 의해 생성된다: 그라운딩된 금속 클램프 및 비대칭 펄스된 점화의 경우에 두 개의 가스 방전 램프 전극들 및 금속 클램프 사이에 고전압이 존재한다는 사실 덕분에, 외부 엔벨로프 내에서 유전체적으로 임피디드 된 방전이 가스 방전 램프 전극들 모두의 근처에서 촉진된다. 외부 엔벨로프 내의 유전체적으로 임피디드된 방전은 버너 용기에서 브레이크다운을 촉진한다. 이는, 상기 유전체적으로 임피디드된 방전으로 생성되는 UV 광에 의해 촉진되고, 버너 용기에 의해 거의 흡수되지 않으며, 전극들에서 그리고 방전 공간에서 자유 전하 운반자들의 생성을 촉진하고 그에 따라 점화 전압을 감소시킨다.
통합된 가스 방전 램프(5)의 반사기에 대한 기준 평면 및 금속 클램프는 플라스틱으로 코팅된 신출성형부인 대응하는 앵커(anchor)들을 갖는 금속 부분으로 구성될 수 있고, 베이스(70)에 대한 우수한 기계적 결합을 보장할 수 있다. 상기 금속 클램프는 그런 다음에 램프를 반사기에 또는 헤드램프에 각각 삽입함으로써 자동으로 그라운딩된다. 이는, 그런 다음에, 기계적 마모에 대하여 기준 평면이 더욱 강하게 만들고, 이는 통합된 가스 방전 램프(5)의 증가된 무게 때문에 유용하다. 종래 기술의 실시예는 단지 기준 평면으로서 사출성형된 플라스틱 부분을 제공한다.
통합된 가스 방전 램프(5)의 바람직한 실시예에서, 베이스는 두 개의 부분들로 구성된다. 가스 방전 램프 버너(50)를 갖는 제1 부분이, 이미 정렬되고 금속 클램프(52) 및 홀딩 플레이트들(53)을 통해 플라스틱의 베이스 내에 내장되며 위에서 설명된 바와 같이 금속-강화된 기준 평면을 갖는다. 이 제1 부분은 제2 부분에 결합되고, 상기 제2 부분은 점화 및 동작 전자장치를 포함한다. 램프 및 전류 피드들에 대한 연결부들은 용접, 납땜에 의해 또는 플러그-인 접촉 또는 절연 이동 접촉(insulation displacement contact)과 같은 기계적 연결에 의해 생성될 수 있다.
도 21은 이어지는 설명에서 설명될 가스 방전 램프 버너(50)를 나타낸다. 가스 방전 램프 버너(50)는 바람직하게도 무-수은 가스 방전 램프 버너이지만, 수은-함유 가스 방전 램프 버너가 또한 사용될 수 있다. 가스 방전 램프 버너(50)는 기밀 방식으로 폐쇄되는 방전 용기(502)를 수용하고, 상기 방전 용기(502)에서 전극들(504) 및 가스 방전을 생성하기 위한 이온화 충전물이 둘러싸이며, 여기서 이온화 충전물은 바람직하게 무-수은 충전물로서 설계되고, 상기 충전물은 금속들 소듐, 스칸듐, 아연 및 인듐의 제논 및 할라이드들을 포함하고, 아연 및 인듐의 할라이드들의 무게 비율은 20 내지 100의 범위, 바람직하게 50 주변이고, 여기서 제논 가스의 냉충전 압력은 1.3 메가파스칼 내지 1.8 메가파스칼의 범위 내에 있다. 이를 통해, 가스 방전 램프 버너(50)의 동작 시간에 의한 광속의 감속 및 가스 방전 램프 버너(50)의 동작 시간에 의한 가스 방전 램프 버너(50)의 연소 전압의 증가가 감소될 수 있다는 것이 발견되었다. 이는, 종래 기술에 따른 가스 방전 램프 버너와 비교할 때, 가스 방전 램프 버너(50)가 향상된 광속 유지를 갖고 동작 시간에 걸쳐서 더 낮은 연소 전압 상승에 기인하여 더 긴 수명이 예상되도록 한다는 것을 의미한다. 부가하여, 가스 방전 램프 버너(50)는 자신의 동작 시간에 걸쳐서 자신에 의해 방출되는 광의 색 로커스에서의 약간의 이동(shift)만을 나타낸다. 특히, 색 로커스는 ECE 규칙 99에 따라 허용되는 제한치들 내에서만 옮겨진다(migrate). 제논의 비교적 높은 냉충전 압력 및 아연의 할라이드들의 무게에 의한 비교적 높은 비율 모두가 가스 방전 램프 버너(50)의 연소 전압, 즉 가스 방전 램프 버너(50)의 방전 경로에 걸쳐서 준안정 동작 상태에서, 점화 단계의 끝 이후에 발생하는 전압의 조절에 상당히 기여한다. 인듐의 할라이드들은, 비록 상기 인듐의 할라이드들이 가스 방전 램프 버너에 의해 방출되는 광의 색 로커스의 조절에 기여하더라도 상기 인듐의 할라이드들이 가스 방전 램프 버너(50)의 연소 전압의 조절에 큰 기여를 하지 않도록 낮은 무게 부분(fraction)으로 표현된다. 가스 방전 램프 버너(50)에서, 소듐 및 스칸듐의 할라이드들처럼, 인듐의 할라이드들은 주로 광 방출을 위해 사용된다.
아연의 할라이드들의 무게 프랙션은 바람직하게도 방전 용기 부피의 1㎣당 0.88 마이크로그램으로부터 2.67 마이크로그램들까지의 범위에 있고, 인듐의 할라이드들의 무게 프랙션은 방전 용기 부피의 1㎣당 0.026 마이크로그램으로부터 0.089 마이크로그램까지의 범위에 있다. 요오드화물들, 브롬화물들 또는 염화물들이 할라이드들로서 사용될 수 있다.
가스 방전 램프 버너(50)가 약 4000 켈빈의 색온도를 갖는 백색광을 생성하고 가스 방전 램프 버너(50)의 수명 동안에 색 로커스가 백색광의 범위 내에서, 바람직하게는 좁은 제한치들 내에서 유지되는 것을 보장하기 위하여, 소듐의 할라이드들의 무게 프랙션은 유용하게도 방전 용기 부피의 1㎣당 6.6 마이크로그램들로부터 13.3 마이크로그램들까지의 범위에 있고, 스칸듐의 할라이드들의 무게 프랙션은 방전 용기 부피의 1㎣당 4.4 마이크로그램들로부터 11.1 마이크로그램들까지의 범위에 있다. 더 낮은 무게 프랙션을 이용하여, 소듐의 손실들(방전 용기의 방전 벽을 통한 확산에 기인함) 및 스칸듐의 손실들(방전 용기의 석영 유리에 의한 화학 반응에 기인함)은 더 이상 보상될 수 없고, 더 높은 무게 프랙션을 이용하여, 색 로커스 및 색 온도가 변경된다.
방전 용기의 부피는 유용하게도 포인트 광원의 이상에 가능한 한 가깝게 접근하기 위하여 23㎣ 미만이다. 차량 헤드램프 또는 다른 광학 시스템에서 광원으로서 사용하기 위하여, 방전 용기(502)의 발광 부분, 즉 상기 방전 용기(502) 안에 둘러싸이는 전극들을 갖는 방전 공간은 가능한 한 최소 디멘션들을 가져야 한다. 광학 이미징 시스템의 초점에 광원을 배열할 수 있도록 하기 위하여 상기 광원은 이상적으로 포인트-형상화되어야 한다. 본 발명에 따른 고압 방전 램프(5)는 종래 기술의 고압 방전 램프보다 이 이상에 더욱 가깝게 접근하는데, 그 이유는 본 발명에 따른 고압 방전 램프(5)가 바람직하게도 더 작은 부피를 갖는 방전 용기(502)를 갖기 때문이다. 그러므로, 고압 방전 램프(5)의 방전 용기(502)의 부피는 유용하게도 10㎣ 초과 내지 26㎣ 미만의 범위 내에 있다.
포인트 광원의 이상에 가능한 한 가깝게 접근하기 위하여, 가스 방전 램프 버너의 전극들(504)의 거리는 바람직하게도 5 밀리미터들 미만이다. 자동차 헤드램프에서 광원으로서의 사용을 위해, 전극 거리는 바람직하게도 3.5 밀리미터들이다. 따라서, 가스 방전 램프 버너(50)는 차량 헤드램프의 이미징 관계들에 최적으로 매칭된다.
가스 방전 램프 버너의 전극들(502)의 두께 또는 지름은 각각 유용하게도 0.20 밀리미터에서 0.36 밀리미터까지의 범위 내에 있다. 이 범위의 값들 내에서 두께를 갖는 전극들은 방전 용기의 석영 유리에 여전히 충분하게 신뢰성 있게 내장될 수 있고, 동시에, 고압 방전 램프가 자신의 정격 전력 및 자신의 정격 전류의 3 내지 5배로 동작되는 동안에, 특히 고압 방전 램프의 소위 시동 단계 동안에 중요한 적절한 전류 운반 능력을 갖는다. 더 얇은 전극들의 경우에, 적당한 전류 운반 능력은 무-수은 충전재를 이용한 현재 실시예로 더 이상 보장되지 않으며, 더 두꺼운 전극들(504)의 경우에, 석영 유리인 방전 용기 재료 그리고 텅스텐 및 토륨이나 산화토륨으로 도핑된 텅스텐인 전극 재료의 팽창의 뚜렷하게 상이한 열적 계수들에 기인한 기계적 압력들의 발생 때문에 방전 용기 내에 형성하는 크랙들의 위험이 있다.
전극들은 각각의 경우에 방전 용기의 재료에 내장된 몰리브덴 포일(506)에 연결되고, 상기 몰리브덴 포일(506)은 기밀 전류 피드-스루과 상기 몰리브덴 포일(506)에 연결된 전극의 단부까지의 각각의 몰리브덴 포일(506)의 최소 거리를 제공하며, 이때 상기 전극들은 방전 용기(502)의 내부 공간으로 돌출되고, 상기 몰리브덴 포일(506)은 각각의 몰리브덴 포일(506) 및 방전 용기(502)로 돌출되는 전극 지점들에서 시작하는 가스 방전 사이의 최대 가능한 거리를 보장하기 위하여 유용하게도 적어도 4.5㎜이다. 몰리브덴 포일들(506) 및 가스 방전 사이의 이 결과적으로 비교적 큰 최소 거리는, 이온화 충전물의 할로겐 화합물들 내의 할로겐들에 기안하여, 몰리브덴 포일들(506)이 더 적은 열적 부하 및 부식의 더 적은 위험에 노출된다는 장점을 갖는다.
주파수 매칭
이어지는 설명에서는, 통합된 가스 방전 램프(5)의 동작 전자장치에 의해 수행되는 플리커링(flickering) 현상을 방지하기 위한 방법이 설명된다.
여기서 고려되는 가스 방전 램프들은 동작 전자장치(920)에 의해 주로 생성되는 교류 전류로 동작되어야 한다. 이 교류 전류는 고-주파수 교류 전류일 수 있고, 이때, 특히 음향 공진(acoustic resonance)들을 초과하는 주파수가 가스 방전 램프들 내에서 발생하고, 여기서 고려되는 램프들의 경우에 상기 주파수는 대략 1㎒를 초과하는 램프 전류의 주파수에 대응한다. 그러나, 보통, 이어지는 설명에서 고려될 저-주파수 구형파 동작이 사용된다.
원칙적으로, 가스 방전 램프들, 특히 고압 가스 방전 램프들이 잘못 동작될 때, 상기 고압 가스 방전 램프들은 램프 전류가 전극들의 너무 낮은 온도(too low a temperature of the electrodes)에 원인으로 방향을 바꿀 때, 소위 정류(commutation)시 아크가 인터럽팅되는 경향이 있다. 고압 방전 램프들은 보통, 소위 "지터리(jittery) 직류 동작"으로도 불리는 저-주파수 구형파 전류로 동작된다. 이 맥락에서, 보통 100㎐에서 몇 ㎑까지의 주파수를 갖는 본질적으로 직사각형 전류(retangular current)가 램프에 인가된다. 동작 전자장치에 의해 본질적으로 제공되는 양 및 음의 구동 전압 사이의 각각의 스위치-오버에 의해, 램프 전류의 일시적 제로잉(zeroing)을 수반하는 램프 전류가 정류된다. 이 모드는 준 직류 동작에도 불구하고 램프의 전극들이 균일하게 부하를 받는다는 것을 보장한다.
아크 스폿, 즉 전극 상의 아크의 시작 지점은 가스 방전 램프가 교류로 동작될 때 기본적으로 문제이다. 교류를 이용한 동작 동안에, 캐소드는 애노드가 되고 반대로 정류 동안에 애노드는 캐소드가 된다. 원칙적으로, 캐소드/애노드 전이는 비교적 덜 문제성인데, 그 이유는 전극의 온도가 자신의 애노딕 동작에 대하여 거의 영향을 갖지 않기 때문이다. 애노드/캐소드 전이 동안에, 충분히 높은 전류를 공급할 수 있는 전극의 능력은 자신의 온도에 따라 좌우된다. 이 온도가 너무 낮다면, 아크는 정류 동안에 포인트-형 아크 스폿 동작 모드로부터 확산된 아크 스폿 동작 모드로 주로 제로-크로싱 이후에 변경된다. 이 변경은 플리커링으로서 인지될 수 있는 광 방출의 종종 가시적인 인터럽션으로 밀접히 연관된다(go hand-in-hand).
그러므로, 램프는 포인트-형 아크 스폿 동작 모드에서 합리적으로 동작되는데, 그 이유는 아크 스폿이 여기서 매우 작고 따라서 매우 뜨겁기 때문이다. 결과는, 상기 작은 시작 지점에서의 더 높은 온도 때문에, 충분한 전류를 공급할 수 있기 위해 여기서 더 적은 전압이 필요하다는 것이다.
이어지는 설명에서는, 정류가 프로세스로 고려되며, 여기서 전압의 극성이 변경되고 그러므로 큰 전류 또는 전압 변경이 발생한다. 램프의 본질적으로 대칭 동작 모드의 경우에, 전압 또는 전류 제로 크로싱은 정류 시간의 중심에 위치된다. 여기서, 전압 정류가 일반적으로 전류 정류보다 항상 더 빠르다는 것이 언급되어야 한다.
O.Langenscheidt 등등에 의한 'The boundary layers of ac-arcs at HID electrodes : phase resolved electrical measurements and optical observations' J.Phys D 40 (2007년), pp. 415-431로부터, 냉전극 및 확산 아크 스폿을 이용하여, 전압이 정류 이후에 초기에 상승하는데 그 이유는 너무 차가운 전극이 더 높은 전압을 통해 요구되는 전류만을 전달할 수 있기 때문이라는 것이 알려졌다. 가스 방전 램프를 동작시키기 위한 디바이스가 이 전압을 공급할 수 없다면, 위에서 전술된 플리커링이 발생한다.
아크 스폿 모드를 변경하는 문제점은 주로, 동일한 정격 전력의 유사한 램프들과 비교할 때 비교적 큰 전극들을 갖는 가스 방전 램프들에 관한 것이다. 램프들은 통상적으로, 예컨대 자동차 분야에서의 제논 방전 램프들의 경우에서와 같이 "즉각적인 광"이 요구될 때 과부하로 동작되며, 상기 자동차 분야에서는 법적 규정들에 기인하여 4초 후 광 방출의 80%가 달성되어야 한다. 적용될 수 있는 자동차 표준들 또는 규정들을 충족시키기 위하여, 이러한 램프들은 시동 단계로도 불리는 소위 "고속 시동" 동안에 자신들의 정격 전력의 몇 배로 동작된다. 그러므로, 전극은 높은 시동 전력으로 디멘션되지만, 공칭 동작 상태에 대해서 너무 크다. 전극이 상기 전극을 통해 흐르는 램프 전류에 의해 이제 주로 가열되므로, 특히 노화된 가스 방전 램프들의 경우에 플리커링의 문제점이 발생하고, 상기 노화된 가스 방전 램프들의 연소 전압은 그들의 수명 끝에서 증가된다. 증가된 연소 전압 때문에, 더 적은 램프 전류가 흐르는데, 그 이유는 동작 전자장치가 안정-상태 램프 동작 동안에 규정을 통해 램프 전류를 일정하게 유지하기 때문이여, 이는 가스 방전 램프의 전극들이 상기 가스 방전 램프의 수명의 끝에서 더 이상 충분히 가열되지 않는 이유이다.
통합된 가스 방전 램프의 경우에, 장점은, 상기 가스 방전 램프 버너가 동작되지 않는 동안의 중간 기간들에 상관 없이, 상기 가스 방전 램프 버너가 동작되는 동안의 모든 기간들을 함께 더함으로써 도출되는 누적 연소 시간(tk)으로 칭해지는, 이전의 연소 시간이 간단한 방식으로 상기 동작 전자장치에 의해 검출될 수 있도록, 상기 동작 전자장치이 상기 가스 방전 램프 버너에 분리될 수 없게 연결된다는 사실에 있다. 예컨대, 상기 검출은 상기 가스 방전 램프 버너(50)가 동작될 때마다 그 시간을 측정하는 비휘발성 메모리를 갖는 시간 측정 디바이스에 의해 수행될 수 있고, 그러므로 아크가 전극들 사이에서 버닝된다. 플리커링의 문제점이 주로 구형 램프들에서 발생하기 때문에, 증가하는 연소 기간으로 동작 주파수가 또한 증가하도록, 상기 가스 방전 램프 버너가 동작되는 동작 주파수가 상기 가스 방전 램프 버너의 연소 기간에 매칭되는 방법이 제안된다. 이 방법은 다음의 장점들을 제공한다: 상기 전극 지점들의 온도 변조를 수반하는 애노드 및 캐소드 동작 단계의 변경이 더 높은 주파수에서 더 빠르게 발생한다. 결과적으로, 더 높은 주파수에서 상기 전극 지점들의 온도 스윙이 상기 전극 지점들의 열적 관성으로 인해 더 작아진다. 놀랍게도, 상기 램프 전극들의 "임계 최소 온도"를 초과하는 전극 온도에서는 어떠한 플리커링도 발생하지 않음을 알게 되었다.
그러나, 주파수는 임의선택적으로 증가하지 않아야 하는데, 그 이유는 그렇지 않으면 상기 아크의 변형에 의해서뿐만 아니라 플리커링에 의해서도 수반될 수 있는 음향 공진들의 여기가 상기 램프에서 발생할 수 있기 때문이다. 이러한 효과는 1 kHz의 주파수들로부터도 가능한데, 그 이유로 400 Hz 또는 500 Hz의 주파수가 정상 동작을 위해, 즉 점화 및 시동 단계 이후 안정-상태 동작 단계에서 보통 선택된다. 상기 주파수는 또한 이하에서는 더 낮은 제한 주파수라 지칭될 것이다.
도 22는 상기 가스 방전 램프 버너의 동작 주파수가 그 연소 시간에 걸쳐 그려진 상기 방법의 제 1 실시예의 도면을 도시한다. 상기 동작 주파수가 500 h의 연소 시간까지 400 Hz에서 일정하게 머무르며, 그런 다음에 500 h 내지 1500 h의 연소 시간 동안 900 Hz까지 0.5 Hz/h만큼 점진적으로 증가하되고, 그런 다음에 900 Hz에 머무른다는 것을 쉽게 알 수 있다.
그러나, 500 h 내지 1500 h까지의 범위의 주파수 증가가 연속적으로 발생할 필요는 없지만, 또한 단계적으로 발생할 수 있다. 따라서, 상기 방법의 제 1 실시예의 제 2 변형에서, 상기 주파수는 2,097,152 s의 누적 연소 시간으로부터 4 Hz만큼씩 증가하고, 상기 누적 연소 시간은 대략 583 h에 대응하며, 이는 항상 대략 9.1 h에 대응하는 32,768 s가 경과한 이후이다. 상기 주파수는 128배 증가가 수행될 때까지 증가한다. 그 후에, 400 Hz의 본래 시작 값으로부터 시작하여, 상기 주파수는 912 Hz의 값에 도달하였다. 상기 방법의 제 1 실시예의 제 2 변형은, 이산 시간 및 주파수 단계들만을 요구하기 때문에, 디지털 로직에 의해, 예컨대 ASIC에서의 디지털 회로 또는 마이크로제어기에 의한 구현을 위해 특히 적합하다.
상기 제 1 실시예의 제 3 변형에서, 특히 간단한 구현이 적용된다. 대략 291 h에 대응하는 1,048,576 s의 시간 이후에, 상기 주파수는 여기서 400 Hz의 단계에서 800 Hz까지 2배가 된다. 후속적으로, 상기 램프는 항상 고주파수에서 동작된다. 상기 제 1 실시예의 제 2 변형과 반대로, 단일 주파수 단계만이 존재한다.
제 2 실시예에서, 상기 방법은 상기 램프 버너의 요구사항들에 대한 주파수의 주문형 적응(demand-oriented adaptation)을 수행할 수 있기 위해 플리커링을 검출하기 위한 회로 어레인지먼트(미도시)와 결합된다. 플리커링을 검출하기 위한 회로 어레인지먼트는 여기서 상기 검출 프로세스를 위해 상기 램프 전압 및/또는 상기 램프 전류를 사용하는 검출 회로에 기반한다. 대안적으로, 상기 인버터 이전에 적합한 상관시키는 양(correlating quantity)들이 또한 검출을 위해 사용될 수 있다. 자동차에 통상적으로 사용되며 상기 통합된 가스 방전 램프(5)에 동작 전자장치(920)로서 포함될 수 있는 바와 같은 전자 동작 디바이스 또는 안정기는, 직류-전압 링크 회로를 통해 서로 결합되는 DC-DC 컨버터 및 인버터로 구성된 2-단 구조를 갖고, 여기서 직류-전압 링크 회로의 시간에 따른 전압에서의 변화 및/또는 상기 링크 회로로부터 인버터로 흘러가는 전류의 시간에 따른 전류에서의 변화가 램프의 플리커링의 측정으로서 고려될 수 있다.
그런 다음에 플리커링을 검출하기 위한 회로 어레인지먼트는 플리커링이 상기 램프에서 존재하는지 여부를 검출한다. 만약 존재한다면, 그리고 상기 램프의 이전 연소 시간이 500 h보다 크다면, 플리커 맵핑 프로세스가 시작된다.
상기 프로세스는 다음의 단계들을 포함한다:
- 플리커 최소 검색의 카운트를 1만큼 증가시키는 단계,
- 더 낮은 컷오프 주파수로부터 시작하여 상기 가스 방전 램프 버너의 동작 주파수의 증분(incremental) 증가 단계,
- 상기 선택된 동작 주파수에서 플리커 강도를 측정하는 단계.
이 맥락에서, 적어도, 상기 선택된 동작 주파수에서의 플리커 강도가 각 경우에 저장된다. 필요하다면, 상기 동작 주파수에서 측정되는 다른 파라미터들이 저장된다. 상기 플리커 강도는 동작 동안 발생할 수 있는 통계적인 변동들을 보상하기 위해 비교적 긴 시간 기간에 걸쳐 측정되어야 한다. 제 2 실시예에서, 예컨대 20-30분의 측정 시간이 제공된다. 상기 주파수는 100 Hz만큼씩 증가하고, 그런 다음에 상기 플리커 강도가 측정된다. 제1 단계에서, 상기 주파수는 900 Hz의 제 1 상위 컷오프 주파수까지 증가한다. 플리커링이 사라지거나 플리커 강도가 허용가능한 임계값 미만으로 떨어지자마자, 주파수가 더 이상 증가하지 않고, 상기 통합된 램프가 다음에 다시 스위치 온 될 때, 최종 동작된 주파수로 상기 통합된 램프가 즉시 시동되도록, 현재 주파수가 또한 비휘발성 메모리에 추후 동작을 위해 저장된다.
상기 제 1 상위 제한치까지의 증가에도 불구하고 상기 플리커링을 제거할 수 없거나, 또는 허용가능한 임계값 미만으로 플리커 강도가 낮아질 수 없다면, 상기 플리커 최소 검색의 상기 카운트는 1만큼 증가하며 상기 제 1 상위 컷오프 주파수의 값의 3배, 즉 이 경우에 제2 상위 컷오프 주파수인 2700 Hz에 도달될 때까지 상기 주파수가 더 증가한다. 그 후에, 상기 주파수는 최소량의 플리커가 보일 수 있는 제 2 상위 컷오프 주파수와 상기 더 낮은 컷오프 주파수 사이의 전체 측정 범위로부터 선택적으로 선택된다. 적어도 플리커링에 속하는 플리커 강도는 1보다 큰 팩터로 곱해지며 새로운 허용가능한 임계값으로서 소위 현재의 플리커 제한치가 저장된다.
이어지는 설명에서는, 상기 플리커링의 모니터링 및 측정이 활성화되고, 상기 현재 플리커 강도가 상기 현재 플리커 제한치를 초과하는지 여부에 관해 주기적인 체크가 이루어진다. 만일 이것이 그래야 한다면, 상기 방법의 일부로서 램프의 앞서 설명된 검사 동안에 제2 최하위 플리커 강도들을 나타낸 주파수로 시스템이 점프한다. 상기 램프는 그 후에 상기 주파수에서 동작하며, 여기서 상기 플리커링의 모니터링 및 측정은 활성화된 상태로 유지된다. 현재 플리커 강도가 다시 현재 플리커 제한치를 초과하면, 제3 최하위 지터 강도를 갖는 주파수로 시스템이 변경된다. 후속적인 동작에서, 현재 플리커 강도가 또한 상기 현재 플리커 제한치를 초과하는 경우, 상기 플리커 최소 검색의 카운트는 다시 1만큼 증가하며 시스템은 최소 검색을 통한 새로운 런(run)으로 시작되며, 여기서 상기 하위 컷오프 주파수 및 상기 제2 상위 컷오프 주파수 사이의 전체 주파수 범위가 검사된다.
상기 플리커 최소 검색이 얼마나 종종 이미 활성화되었는지의 카운트 및 현재 플리커 제한치는 상기 동작 전자장치(920, 930)의 비휘발성 메모리에 저장된다. 이들 2개 값들은 예컨대, LIN 버스를 통해 상기 통합된 가스 방전 램프의 통신 인터페이스를 통해 판독될 수 있다. 자동차의 유지보수(maintenance) 동안에, 예컨대 일단 서비스 간격이 경과한 이후의 검사 동안에 또는 상기 자동차가 결함으로 인해 수리 공장에 있기 때문에, 상기 2개의 값들이 판독되며, 여전히 허용될 수 있는 값들을 나타내는 제한값들과 비교된다. 상기 제한값들은 또한 상기 통합된 가스 방전 램프에 저장될 수 있으며 상기 통신 버스를 통해 판독될 수 있지만, 간략화를 위해, 상기 바람직한 실시예에서, 수리 공장의 진단 디바이스에 저장된다. 판독된 값들 중 하나가 상기 연관된 제한 값을 초과한다면, 상기 통합된 가스 방전 램프(5)는 새로운 통합된 가스 방전 램프로 교체되어야 한다. 상기 유지보수 동안 상기 램프가 불필요하게 조기에 교체되지 않으며 상당한 추가 시간이 소비되지 않으므로, 상기 차량이 어떤 경우에도 상기 진단 디바이스에 연결되기 때문에, 상기 절차는 상당한 비용들을 발생시키지 않고서 상기 조명 시스템의 이용가능성을 실질적으로 증가시킨다.
상기 동작 전자장치의 비휘발성 메모리로부터의 데이터와 비교되는 제한값들은, 예컨대 상기 램프를 교체할 필요없이 구형 램프의 플리커 제한치가 신규 램프의 플리커 제한치보다 높을 수 있도록, 상기 비휘발성 메모리로부터 판독되는 누적 연소 시간(tk) 또는 누적 가중된 연소 시간(tkg)에 따라 변경될 수 있다. 상기 램프의 연소 시간의 함수로서 상기 제한 값들의 종속성(dependence)들은 램프 제조업자가 예컨대, 표 또는 데이터 매트릭스의 형태로 상기 데이터를 자신의 진단 디바이스에 입력할 수 있도록 상기 램프 제조업자에 의해 상기 차량 제조업자에게 제공된다.
제 3 실시예에서, 상기 절차는 상기 제 2 실시예와 유사하게 실행되지만, 특히 마이크로제어기에서의 저장 공간을 절약하기 위해, 지금까지 발생한 최소 플리커 강도의 값 및 관련 동작 주파수만이 상술한 검색 동안 저장된다. 즉, 실제 매핑 대신에, 상기 플리커 강도에 관한 최소 검색만이 수행된다. 검색의 전술된 인터럽션이 상기 제1 상위 컷오프 주파수까지의 상기 제 1 검색 프로세스 동안에 일어나지 않았다면, 상기 검색은 제2 실시예에서와 같이 제2 상위 컷오프 주파수까지 계속된다. 후속적으로, 상기 최소 메모리에 저장된 주파수로의 직접적인 점프가 가능하다. 상기 램프는 그 후에 상기 주파수에서 적어도 30분 동안 동작되며, 이 시간 동안 상기 플리커 강도가 상기 기간에 걸쳐 결정된다. 상기 본래 강도와 비교할 때, 예컨대 20%의 허용가능 팩터를 초과하여 증가하는 경우, 최상의 가능한 동작 주파수를 위한 새로운 검색이 시작되며 상기 절차는 상술한 방식으로 수행된다.
자신의 연소 시간에 걸친 상기 가스 방전 램프 버너의 동작 주파수의 증가는, 상기 회로 어레인지먼트 자체에서의 비용-집약적 측정들을 필요로 하지 않고서 상기 버너의 플리커링에 대한 경향을 상당하게 감소시킬 수 있다. 상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 동작 전자장치가 마이크로제어기를 포함한다는 사실로 인해, 전체 방법이 상기 마이크로제어기의 소프트웨어로 구현될 수 있으며, 따라서 어떠한 추가 비용들도 발생시키지 않는다. 기발한 설계에 의해, 상기 제 2 실시예의 플리커링을 검출하기 위한 회로 어레인지먼트는 순수하게 소프트웨어로 배열될 수 있다. 상기 플리커링을 검출하기 위해 필요한 상기 측정 양(quantity)들이 다른 이유로 상기 마이크로제어기에 이미 존재한다는 사실로 인해, 검출 유닛은 이들 양들을 적절하게 평가함으로써 상기 소프트웨어에서 배열될 수 있다. 하드웨어에 필요한 회로 부분들은 다른 이유들로 이미 존재하며, 따라서 어떠한 추가의 비용들도 유발하지 않는다.
통신 인터페이스
이미 전술된 바와 같이, 상기 통합된 가스 방전 램프(5)는 특히 상기 자동차의 차량 전자장치들과의 통신을 제공하는 통신 수단 또는 적어도 하나의 통신 인터페이스를 가질 수 있다. LIN 버스가 특히 유용한 것으로 나타나지만, CAN 버스에 의한 상기 차량 전자장치로의 상기 통합된 가스 방전 램프의 연결이 또한 가능하다.
상기 통신 인터페이스를 통해, 상기 램프는 상위 제어 시스템, 예컨대, 자동차의 조명 모듈과 유용하게 통신할 수 있다. 이 어레인지먼트에서, 상기 통합된 가스 방전 램프(5)에 관한 많은 타입들의 정보가 상기 통신 인터페이스를 통해 상기 상위 제어 시스템에 전송될 수 있다. 상기 정보는 상기 램프의 비휘발성 메모리에 저장된다. 상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 제조 동안, 상기 제조 시스템에 의해 수집될 수 있으며 상기 램프의 제조 종료시에 상기 램프의 비휘발성 메모리로 프로그램되는 많은 타입들의 정보가 발생한다. 그러나, 상기 정보는 상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 동작 전자장치의 비휘발성 메모리로 직접 기록될 수 있으며, 이는 그러므로 통신 인터페이스를 반드시 요구하지 않는다.
제조 동안 상기 가스 방전 램프 버너(50)는 예컨대 정밀하게 조사(survey)되며, 상기 베이스(70) 상에서 자신이 어셈블리 되는 동안에, 상기 베이스의 기준 평면에 대하여 상기 베이스 상의 정밀하게 정의된 위치에 장착된다. 이는, 상기 가스 방전 램프 전극들(504) 사이의 아크 연소가 헤드램프에 대한 인터페이스에 의해 표현되는 상기 기준 평면에 대해 정확한 공간적 위치를 가정하기 때문에, 통합된 가스 방전 램프(5) 및 헤드램프(3)의 광학 시스템의 고품질을 보장한다. 그 결과, 상기 제조 머신은 예컨대, 상기 전극들의 거리 및 위치를 알게 된다. 그러나, 상기 가스 방전 램프 버너(50)의 전극 간격이 상기 연소 전압과 상관되기 때문에, 상기 전극 간격은 상기 동작 전자장치에 대한 중요한 양(quantity)을 나타낼 수 있다. 더욱이, 고유한 직렬 번호 또는 대안적으로 제조 배치 번호가, 추적가능성을 보장하기 위해, 상기 램프의 비휘발성 메모리에 저장될 수 있다. 상기 직렬 번호를 통해, 단일 부품들의 제조 오류의 경우에 발생되는 램프들을 발견할 수 있기 위해 모든 이용가능 데이터와 함께 상기 통합된 가스 방전 램프(5)에 설치된 부품들이 상기 제조업자에 의해 유지되는 데이터베이스를 통해 요청될 수 있다.
상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 바람직한 실시예에서, 램프 동작 동안 측정되고 상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 비휘발성 메모리에 저장되는 다른 파라미터들이 차량 전자장치를 통해 통신 인터페이스에 의해 요청될 수 있고, 또한 저장될 수 있다. 예시로서, 상기 헤드램프 시스템의 균일하게 높은 광 방출이 달성되도록 통합된 가스 방전 램프(5)가 상기 가스 방전 램프 버너(50)의 전력을 제어할 수 있기 때문에, 헤드램프가 상기 통합된 가스 방전 램프(5)로 구성되는 광학 시스템의 데이터를 저장하는 것이 적절할 수 있다.
특히 다음의 통신 파라미터들이 통신 파라미터들로서 고려될 수 있다:
- 상기 가스 방전 램프 버너(50)의 누적 연소 시간,
- 발생한 플리커 효과들의 개수, 즉 허용가능 제한값의 위반들의 횟수
- 상기 플리커 최소 검색의 시작들의 횟수,
- 현재 램프 전력
- 인버터의 현재 주파수
- 램프 전력의 공칭 값(= 타겟 공칭 램프 전력)
- 램프 전력의 실제 값
- 전자장치의 온도
- 직렬 번호 또는 배치 번호, 각각
- 상기 램프 소등들의 총 횟수 및 과거 기간, 예컨대 200 h 내의 램프 소등들의 횟수
- 비-점화들의 횟수.
원칙적으로, 상기 방전 램프의 램프 베이스에 통합되지 않는 종래의 동작 전자장치는 또한 이들 파라미터들을 검출할 수 있었으며 통신 인터페이스를 통해 상기 파라미터들을 제공할 수 있었을 것이다. 그러나, 상기 램프가 동작 전자장치와 무관하게 언제든 교체될 수 있었으며 결과적으로 판독된 파라미터들이 상기 램프 및 동작 장치의 현재 존재하는 시스템을 의무적으로 설명할 필요가 없었기 때문에, 이들 파라미터들은 차량의 서비스의 일부로서 진단을 위해 사용될 수 없었다. 가스 방전 램프 버너 및 상기 가스 방전 램프 버너를 위한 동작 전자장치가 상호 분리될 수 없게 램프에 통합된되는 설명된 통합된 가스 방전 램프의 시스템은 이 단점을 갖지 않는다.
이 어레인지먼트에서 상기 통신 인터페이스는 바람직하게는 LIN 버스 또는 대안적으로 CAN 버스이다. 양쪽 인터페이스 프로토콜들 모두는 상기 자동차 섹터에서 널리 이용될 수 있고 사용된다. 상기 통합된 가스 방전 램프(5)가 자동차에 사용되지 않는다면, 상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 통신 인터페이스는 또한 DALI 또는 EIB/인스타버스(Instabus)와 같은 일반 조명 내에 널리 사용되는 프로토콜을 포함할 수 있다.
상기 데이터(주로 상기 누적 연소 시간의)에 기반하여, 자동차에 존재하는 상위-레벨 제어 시스템은 예컨대, 상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 교체의 예측된 시간을 계산할 수 있다. 상기 자동차의 점검 동안에, 상기 통합된 가스 방전 램프(5)가 다음 점검 날짜까지 올바르게 여전히 동작할 것인지의 여부, 또는 예컨대, 램프의 열악한 광 품질 또는 심지어 램프의 고장이 의심되기 때문에 램프가 교체되어야 하는지 여부에 관하여 결정하는 것이 가능하다.
상기 데이터가 상기 통합된 가스 방전 램프의 통신 인터페이스를 통해 판독될 수 있다는 사실로 인해, 서비스 기술자는 상기 통합된 가스 방전 램프로부터 상기 데이터를 판독할 수 있으며 플리커링 램프에 관하여 위에서 이미 상술한 바와 같이, 고장 전에 필요하다면 상기 램프를 교체할 수 있다.
상기 통합된 가스 방전 램프의 제조로부터의 데이터가 상기 동작 전자장치의 비휘발성 메모리에 불변하게 저장된다면, 상기 램프는 자신의 수명 계산시에 언제든 상기 데이터를 액세스할 수 있으며, 이로써 상기 수명 계산들, 즉 상기 통합된 가스 방전 램프가 올바르게 동작하는 시간의 기간의 추정이 훨씬 더 정확해진다. 동작 전자장치의 비-휘발성 메모리에서, 데이터가 바람직하게는 저장되고, 상기 데이터로부터 제조 기간이 액세스될 수 있다. 이를 통해, 배치 내에서 이후에만 발견되는 임의의 제조 오류들 또는 결함들은 상기 램프가 고장나기 이전에 현장에서 여전히 교체될 수 있다. 이는 자동차의 사용자에게 크게 유용한데, 그 이유는 특히 프론트 헤드램프에서의 상기 통합된 가스 방전 램프의 이용이 특히 안정성-관련 애플리케이션이기 때문이다. 데이터 ― 상기 데이터에 의해 상기 통합된 가스 방전 램프가 고유하게 식별됨 ― 가 상기 동작 전자장치의 비휘발성 메모리에 저장된다면, 제조 동안 데이터베이스에 저장된 데이터는 단순하고 신뢰성 있게 상기 램프와 상관될 수 있다. 이는, 뚜렷하고 고유한 직렬 번호가 상기 동작 전자장치의 비휘발성 메모리에 저장되는 경우에 특히 효율적으로 기능한다. 상기 직렬 번호는 또한 그 중에서도, 동일한 타입의 통합된 가스 방전 램프의 서로 다른 제조업자들이 그들의 각각의 제조에서 현재 번호를 발행할 수 있지만, 동일한 직렬 번호를 갖는 제2의 램프가 존재하지 않는다는 것이 여전히 보장되도록, 모든 제조업자들 사이에 합의된 제조업자의 코드를 포함한다.
상기 통합된 가스 방전 램프의 동작 동안, 상기 가스 방전 램프의 연소 시간 및/또는 점화들의 수와 함께 단조롭게 증가하는 하나 이상의 번호들이 바람직하게는 상기 비휘발성 메모리에 저장된다. 이 맥락에서, 상기 가스 방전 램프 버너의 연소 시간이 검출되고, 합산되며, 누적 연소 시간으로서 상기 동작 전자장치의 비휘발성 메모리에 저장된다. 상기 누적 연소 시간은 바람직하게는 숫자로 상기 비휘발성 메모리에 저장된다. 그러나, 상기 연소 시간은 또한 동작 파라미터들에 의해 가중될 수 있으며 상기 동작 전자장치의 비휘발성 메모리에 숫자로서 저장될 수 있으며, 여기서 상기 숫자는 그 후에 상기 누적 가중 연소 시간에 대응한다. 상기 다양한 타입들의 누적 연소 시간은 이하에서 더 상세하게 다루어질 것이다. 이전의 연소 시간은 따라서 상기 제조업자에 의해 특정된 수명과 신뢰성 있게 매칭될 수 있으며, 상기 램프의 잔여 수명에 관한 정확한 진술이 이루어질 수 있다. 상기 제조업자에 의해 특정된 수명은 상기 수명이 예컨대, 램프의 시작들의 수 또는 램프의 요구된 광속에 따라 좌우될 수 있도록 상기 비휘발성 메모리로부터 판독되는 다른 데이터의 함수일 수 있다. 상기 통합된 램프가 교체되어야 하는지 여부에 관한 결정은 경제적인 이유로, 부가하여, 상기 서비스 수리 공장에의 이전 방문들의 일부로서 결정된 서비스 수리 공장의 진단 디바이스에 저장된 데이터로부터 이루어질 수 있으며, 따라서 예컨대 과거 서비스 간격들 내에서 광이 얼마나 집중적으로 사용되었는지에 관한 정보가 상기 결정들이 이루어지는데 포함될 수 있다.
상기 동작 전자장치의 비휘발성 메모리에 저장된 수가 상기 램프의 플리커링에 관한 정보, 특히 플리커 최소 검색의 시작들의 횟수 또는 현재 플리커 제한치를 제공하는 경우, 상기 통합된 가스 방전 램프의 상태가 정확하게 검출될 수 있으며 필요하다면 판독될 수 있다. 이들 값들은 잔여 수명을 평가하기 위해 상기 통합된 가스 방전 램프가 위치되는 차량의 서비스 동안에 고려될 수 있다. 동작 전자장치의 비휘발성 메모리에 저장된 상기 가스 방전 램프 버너의 점화들의 수에 대하여 또한 상기 서비스 기술자가 관심을 가질 수 있는데, 그 이유는 상기 점화들의 수가 또한 연소 시간과 유사한 영향력을 수명에 대하여 갖기 때문이다. 상기 자동차의 서비스 약속 동안에, 데이터가 따라서 상기 동작 전자장치의 비휘발성 메모리로부터 판독되며 상기 데이터에 따라, 유지보수 동안 상이한 절차가 수행된다. 이는 유지보수를 더 효율적이고 더 우수하게 만들며, 조기 고장들이 드물게 되고, 고객 만족도가 증가한다. 상기 통합된 가스 램프가 교체되어야 하는지 여부에 관한 결정은 상기 서비스 기술자의 경험에 더하여, 상기 동작 전자장치의 비휘발성 메모리로부터 판독된 데이터에 기초할 수 있다. 상기 통합된 가스 방전 램프를 교체하기 위한 결정은, 바람직하게는 상기 누적 연소 시간 및/또는 상기 누적 가중 연소 시간 및/또는 상기 가스 방전 램프의 점화들의 수가 특정 제한 값을 초과할 때 이루어진다. 이 맥락에서, 상기 제한 값은 바람직하게는 제조 기간 및/또는 상기 통합된 가스 방전 램프의 명백한 식별을 허용하는 데이터에 따라 좌우된다. 따라서, 상기 통합된 가스 방전 램프의 교체에 관한 신뢰성 있으며 간단한 결정이 이루어질 수 있다.
루멘 항등성(Lumen constancy)
상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 비휘발성 메모리에 저장된 정보는 또한, 상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 광 방출을 그 수명에 걸쳐 일정하게 유지하기 위해 사용될 수 있다. 가스 방전 램프들의 공칭 전력에서의 광 방출은 각자의 수명에 걸쳐 변화한다. 연소 시간이 증가함에 따라, 전극들의 소각(burn-back) 및 결과적인 방전 아크에서의 변경에 기인하여 상기 방전관의 흑변 및 실투(devitrification)로 인해 상기 램프의 효율성이 떨어진다. 이는, 이들 시스템들이 보통 포인트 광원에 대하여 디멘션되고 방전 아크가 연장될 때 광학 시스템에서 더 많은 광이 손실되기 때문에, 전체 광학 시스템의 효율성을 더 강등시킨다. 상기 광학 시스템 자체는 또한, 자동차 헤드램프에서 발생하는 영구적 진동들 또는 온도 사이클들로 인한 디포커싱(defocusing)에 기인하여 또는 렌즈 불투명화(clouding)에 의해, 그 동작 시간 동안 효율성을 잃게 된다. 이어지는 설명에서는, 램프 연소 시간(tk) 및 누적 가중 연소 시간(tkg)이 언급되며, 여기서 상기 누적 가중 연소 시간(tkg)은 이하에서 더 논의될 가중 함수(weight function) γ로 가중된다.
상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 동작 전자장치가 상기 비휘발성 메모리에 상기 가스 방전 램프 버너(50)의 관련 파라미터들을 저장하였기 때문에, 상기 가스 방전 램프 버너(50)에 존재하는 동작 전력(PLA)을 상기 누적 연소 시간에 맞출 수 있다. 상기 노화 프로세스는 선형이 아니므로, 도 27에 도시된 바와 같이 보상 함수 β가 간단한 실시예에서 동작 전자장치에 저장된다. 여기서 상기 램프의 누적 가중 연소 시간(tkg)은 상기 가스 방전 램프 버너(50)의 공칭 전력(PN)에 대한 상기 램프 전력(PLA)의 몫(quotient)에 걸쳐 그려진다. 10 h 연소 시간 미만의 더 낮은 범위에서, 상기 전력은 약간 증가한다. 이는 상기 가스 방전 램프 버너(50)를 조절(condition)하는 것을 돕도록 의도된다. 이는 또한 상기 통합된 가스 방전 램프(5)를 "가열(burning in)"하는 것으로도 불린다. 일단 상기 램프가 가열되면, 상기 램프 및 광학기구의 효율성이 여전히 매우 양호하기 때문에, 약간 감소한 전력(상기 공칭 전력의 대략 85%)로 동작된다. 3000 h의 특정 수명의 종료에 도달될 때, 상기 특정된 공칭 정격 램프 버너 전력보다 약 10% 더 높은 램프 전력(PLA)에 도달하기 위해, 약 100 h의 누적 가중 연소 시간(tkg)으로부터 전력이 다시 천천히 증가한다. 따라서, 상기 가스 방전 램프 버너의 광 방출은 그 연소 시간에 걸쳐 실질적으로 일정하다. 상기 동작 전자장치에 저장된 함수는 제조 동안 상기 비휘발성 메모리에 저장된, 예컨대 상기 전극들 사이의 거리와 같은 버너 파라미터들에 의해 영향을 받을 수 있다.
상위-레벨 제어 시스템에 의해 상기 통합된 가스 방전 램프(5)가 제어되는 진보된 시스템에서, 방출된 광의 양(quantity)의 속도-종속 제어(speed-dependent control)와 같은 추가적인 광 기능들이 수행될 수 있다. 이같은 진보된 실시예에서, 상기 동작 전자장치는 부족 전력 또는 과잉 전력으로 상기 가스 방전 램프 버너(50)를 동작시킬 수 있도록 설계된다. 그러나, 상기 가스 방전 램프 버너(50)가 공칭 전력에서 동작하지 않기 때문에, 상기 가스 방전 램프 버너(50)는 더욱 빠르게 노화한다. 이는 상기 누적 연소 시간의 계산시에 고려되어야 한다. 이를 위해, 상기 부족 전력 또는 과잉 전력에 종속하는 팩터를 나타내는 가중 함수 γ가 상기 동작 전자장치에 저장된다. 도 28은 자동차의 프론트 헤드램프에 사용하기 위해 설계된 통합된 가스 방전 램프(5)에 대한 가중 함수 γ를 도시한다. 상기 가스 방전 램프 버너(50)가 과잉 전력으로 동작하는 경우, 전극들이 너무 뜨겁고 전극 재료가 증발하기 때문에, 상기 가스 방전 램프 버너(50)는 더 빨리 노화한다. 상기 가스 방전 램프 버너(50)가 부족 전력에서 동작하는 경우, 상기 전극들이 너무 차갑고 결과적으로 전극 재료가 스퍼터링(sputter away)되며, 그러므로 전극 재료가 원해지지 않는 스퍼터링에 의해 제거되므로, 이는 상기 램프의 수명 및 광 수율을 감소시키기 때문에, 상기 가스 방전 램프 버너(50)가 또한 더 빨리 노화한다. 따라서, 상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 동작 전자장치는 상기 노화를 상기 누적 가중 연소 시간(tkg)의 계산에 포함시켜야 한다. 예컨대, 이는 다음의 공식에 의해 달성될 수 있다:
Figure 112014107107229-pct00001
; 상기 함수 f(τ)는 상기 연소 함수만을 나타내며, 즉 상기 가스 방전 램프 버너(50)가 동작되자마자 f(τ)=1이며, 상기 가스 방전 램프 버너(50)가 동작하지 않을 때 f(τ) = 0이다. 따라서, 상기 통합된 가스 방전 램프(5)는, 부족 전력 또는 과잉 전력에서 동작하는 경우, 값 10에 도달할 수 있는 팩터만큼 더 빠르게 노화한다.
부족 전력 또는 과잉 전력에서 상기 가스 방전 램프 버너(50)를 동작시킬 수 있는 진보된 제어 시스템에서, 또한 상위-레벨 제어기와의 진보된 통신이 구현될 수 있다. 상기 진보된 제어 시스템은, 상기 상위-레벨 제어기가 상기 통합된 가스 방전 램프(5)로부터 특정 전력을 더 이상 요구하지 않지만 미리 결정된 양의 광을 요구하도록 상기 진보된 제어 시스템을 나타낼 수 있다. 이를 달성하기 위해, 디밍(dimming) 곡선이 상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 동작 전자장치에 저장된다. 도 29는 자동차 엔지니어링을 위한 통합된 가스 방전 램프(5)의 예에 관한 그와 같은 디밍 곡선 α를 도시한다. 상기 디밍 곡선은 상기 가스 방전 램프 버너(50)에 의해 방출되는 광속 φSoll, 또는 도 29에 도시된 바와 같이, 상기 전기 버너 전력 PLA,S 상의 공칭 광속 φN에 정규화된 광속
Figure 112014107107229-pct00002
, 또는 도 29에 도시된 바와 같이, 상기 정격 전기 버너 전력 PN에 대하여 정규화된 전기적 버너 전력
Figure 112014107107229-pct00003
의 종속성을 도시한다. 도 29에서, 이것은 100 h의 가스 방전 램프 버너(50)의 누적 가중 연소 시간(tkg)으로 그려진다. 상기 가스 방전 램프 버너(50)의 다른 누적 가중 연소 시간(tkg)을 위해 다른 곡선들이 획득된다. 그러므로, 이상적인 경우에, 상기 가스 방전 램프 버너(50)의 노화를 고려하는 특성들의 3차원 맵(map)이 상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 동작 전자장치에 저장된다. 따라서, 도 29는 100 h의 가스 방전 램프 버너의 누적 가중 연소 시간(tkg)에 대한 상기 맵을 통한 단면일 뿐이다. 자연스레, 디밍 곡선은 통합된 가스 방전 램프(5)의 동작 전자장치의 특성들의 맵으로서 저장될 필요가 없으나, 동작 전자장치에 통합된되는 마이크로제어기에 의해 계산될 수 있도록 함수로서 저장될 수 있다. 가스 방전 램프 버너(50)의 연소 시간을 계산에 포함시키기 위해, 상기 계산에 포함되는 몫이 또한 대략 충분하다. 따라서, 특정한 양(quantity)의 광을 위해 요구되는 버너 전력(PLa)은 따라서 예컨대, 다음의 공식에 의해 표현될 수 있다:
Figure 112014107107229-pct00004
; 상기 팩터 β는 상기 가스 방전 램프 버너(50)의 노화를 고려한다. 상기 함수 β는 또한 상기 광학 시스템의 노화를 포함할 수 있으며, 상기 데이터는 바람직하게는 이들 영향들이 상기 통합된 가스 방전 램프의 동작 전자장치에 의한 계산시에 고려될 수 있도록 통신 인터페이스를 통해 상기 통합된 가스 방전 램프에 전달된다. 상기 제어기에 의해 특정된 광량은 상기 통합된 가스 방전 램프(5)가 동작하는 자동차의 속도에 따라 좌우될 수 있다. 느리게 이동할 때, 예컨대 상기 램프는 디밍 방식으로 동작하는 반면, 예컨대 고속 도로 위에서 고속 이동시, 상기 램프는 상기 도로의 넓은 시야 및 우수한 조명을 보장하기 위해 정격 전력보다 약간 위에서 동작한다.
상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 진보된 동작 전자장치에 의해, 동작 동안의 상기 가스 방전 램프 버너(50)의 이전의 연소 시간이 또한 고려될 수 있다. 상기 누적 가중 연소 시간(tkg)이 상기 가스 방전 램프 버너의 수명의 특정된 종료에 도달할 때, 동작 전자장치는 자신에 최소 손상을 유발하고 따라서 자신의 수명을 연장시키는 전력에서 상기 버너를 동작시킬 수 있다. 도 30은 상기 광속 몫
Figure 112014107107229-pct00005
은 상기 누적된 특정된 수명
Figure 112014107107229-pct00006
에 걸쳐서 그려지는 이러한 예시적 버너 홀드-오프(hold-off) 곡선을 나타낸다. 상기 가스 방전 램프 버너(50)는 상기 가스 방전 램프 버너(50)를 조절하고 가열하기 위해 그 공칭 수명의 3%까지에 대해 그 정격 전력의 1.2배에서 동작한다. 그 후에, 상기 가스 방전 램프 버너(50)는 상당한 시간 동안 정격 전력에서 동작한다. 일단 상기 가스 방전 램프 버너(50)가 자신의 수명의 80%에 도달하면, 상기 전력은 정격 전력의 약 0.8배까지 점진적으로 감소한다. 더 가까이 고려될 때, 도 28의 가중 함수는 상기 램프가 자신의 정격 전력의 약 0.8배에서 동작될 때 가장 보호된다는 것을 나타낸다. 따라서, 상기 통합된 가스 방전 램프(5)는 최장 가능한 상기 잔여 수명을 보장하고 특히 자동차 분야에서 치명적인 결과들을 가질 수 있는 갑작스런 램프 고장을 방지하기 위해 자신의 수명의 종료에 근접할 때 상기 전력에서 동작할 것이다. 상술한 데이터 및 계산들에 기반하여, 상기 통합된 가스 방전 램프(5)는 그 가스 방전 램프 버너의 예측된 잔여 수명을 계산할 수 있으며, 상기 정보를 상기 동작 전자장치(220, 230)의 비휘발성 메모리에 저장할 수 있다. 따라서, 상기 자동차가 수리 공장에서 점검된다면, 상기 점검을 위해 관심 대상이 되는 램프 데이터, 특히 저장된 잔여 수명이 판독될 수 있다. 판독된 잔여 수명은, 상기 통합된 가스 방전 램프(5)가 교체되어야 하는지 여부에 관해 결정하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 상기 통합된 가스 방전 램프의 직렬 번호 및/또는 상기 가스 방전 램프 버너(50)의 직렬 번호가 상기 통합된 가스 방전 램프(5)에 저장되는 것이 고려될 수 있다. 상기 직렬 번호를 이용하여, 상기 수리 공장에서의 정비공은 예컨대, 램프가 적법한지(in order) 또는 설치된 컴포넌트들의 결함들에 기인하여 교체되어야 하는지의 여부에 관해 제조업자의 데이터베이스를 통해 질의할 수 있다.
아크 교정(Arc straightening)
이어지는 설명에서는, 상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 실시예에서 구현되는, 상기 가스 방전 램프 버너의 방전 아크를 교정하기 위한 방법이 설명될 것이다. 제 1 실시예의 경우, 도 23에 따른 토폴로지를 갖는 동작 전자장치(920)가 기초로서 사용된다. 이 어레인지먼트에서, 상기 동작 전자장치(920)는 자동차의 배터리 전압에 의해 전력 공급되는 DC-DC 컨버터(9210)를 갖는다. DC-DC 컨버터(9210) 뒤에는 링크 회로 커패시터(CZW)를 통해 인버터(9220)가 이어지며, 상기 인버터(9220)는 램프 회로를 통해 가스 방전 램프 버너(50)에 교류 전압을 공급한다. 상기 램프 회로는 상기 램프 회로에서의 점화 변압기의 일차 권선 및 가스 방전 램프 버너(50)와 함께, 출력 캐패시터(CA) 및 점화 전자장치(910)로 구성된다. 종래 기술로부터 널리 알려지는 상기 토폴로지에 의해, 방전 아크는 상기 컴포넌트들의 창의적인 설계로 교정될 수 있다.
교정된 방전 아크는 많은 장점들을 제공한다. 제 1의 중요 장점은 상기 버너관의 더 균일한 열적 벽(thermal wall)에 의해 획득되는 상기 가스 방전 램프 버너(50)의 개선된 열 균형(thermal housekeeping)이다. 이는 개선된 열 이용을 유도하며 따라서 상기 버너관의 더 긴 수명을 유도한다. 제 2의 중요 장점은 감소된 확산성(diffusivity)을 갖는 단축된 아크(contracted arc)이다. 그와 같은 '더 협소한' 아크에 의해, 예컨대 헤드램프의 광학기구들은 더 정밀해질 수 있으며 상기 헤드램프의 광 수율이 상당히 증가할 수 있다.
상기 통합된 가스 방전 램프(5)에서 점화 및 동작 전자장치들(910, 920) 또는 전체 동작 전자장치(930)(또한 이하에서는 동작 전자장치들로 칭함)이 상기 가스 방전 램프 버너(50)에 불가분적으로 연결되기 때문에, 상기 동작 전자장치들은 안정되게 연소하는 스트레이트 아크(straight arc)를 생성하기 위해 상기 가스 방전 버너(50)에 대해 자신들을 보정(calibrate)할 수 있다. 상기 동작 전자장치들(920, 930)의 불가분성 및 상기 동작 전자장치들(920, 930)의 가스 방전 램프 버너(50)로 인하여, 상기 가스 방전 램프 버너(50)의 연소 시간이 또한 알려지기 때문에, 상기 가스 방전 램프 버너(50)의 노화 효과들은 상기 가스 방전 램프 버너(50)의 동작 모드에 영향을 미칠 수 있다.
상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 아크를 교정하기 위한 기본 절차는 다음과 같다: 상기 동작 전자장치들(920, 930)이 처음으로 스위칭 온 될 때, 상기 동작 전자장치들(920, 930)은 음향 공진들에 관하여 상기 가스 방전 램프 버너(50)를 조사하며 아크를 교정하기 위해 적합한 주파수들을 검출한다. 이는 최소 주파수와 최대 주파수 사이의 주파수 범위들을 통한 스캐닝에 의해 실행된다. 상기 주파수들은 상기 통합된 가스 방전 램프 버너의 동작 주파수상으로 변조된다. 상기 스캐닝 동안, 상기 가스 방전 램프 버너의 임피던스가 측정되며 각 경우에 연관된 주파수를 갖는 최저 임피던스가 저장된다. 최저 임피던스를 갖는 상기 주파수는 달성가능한 최대 아크 교정을 식별한다. 상기 램프 타입에 따라, 상기 최소 주파수는 80 kHz의 주파수로 낮아질 수 있으며, 상기 최대 주파수는 약 300 kHz의 주파수에 도달할 수 있다. 상기 자동차 엔지니어링을 위한 전형적인 고압 방전 램프에서, 상기 최소 주파수는 약 110 kHz이며 상기 최대 주파수는 약 160 kHz이다. 상기 측정 은 상기 가스 방전 램프 버너(50)의 제조 허용오차들을 보상하는데 필요하다. 상기 램프의 공진 주파수들에 관한 전형적인 노화는 상기 동작 전자장치들(920, 930)의 마이크로제어기(미도시)에 예컨대 표로 저장된다. 상기 표 내의 값들은 상기 가스 방전 램프 버너의 동작 모드에 따라(주기적 동작, 시동 동작 또는 디밍 동작) 저장될 수 있다. 추가적인 실시예에서, 상기 제어된 동작은 (제어된 동작에 따라) 상기 계산된 주파수 주변의 좁은 범위 내의 변조 주파수를 갖는 제어된 변조 모드에 의해 부가하여 확장될 수 있다. 상기 계산된 주파수는 상기 가스 방전 램프 버너(50)에서의 음향 공진들의 여기에 기인한 어떠한 플리커링 현상도 방지하기 위해 예컨대, 1 kHz의 변조 주파수로 변조된다. 종래 기술에 따른 이전 동작 디바이스과 비교할 때 일 장점은, 주파수 범위(상기 주파수 범위 내에서 상기 주파수가 가변되도록 허용됨)가 이제 매우 작으며, 페이딩(fading) 램프들 또는 불안정한 제어기 행동에 관한 문제점들이 더 적어진다는 것이다. 그럼에도 불구하고, 안정한 램프 동작을 보장하기 위해 램프의 플리커링 동작에 관하여 실제 변조 주파수 주변의 주파수 범위들을 측정하는 것이 특정 타입들의 램프에 적절할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 플리커링을 검출하고 자신들의 플리커링 동작에 대한 변조 주파수에 가까운 주파수를 측정하기 위한 회로 어레인지먼트가 일 실시예에서 사용된다.
도 23에 따른 제 1 실시예에서, 상기 DC-DC 컨버터(9210)의 주파수는 상기 변조 주파수와 동일하도록 이제 선택된다. 상기 링크 회로 커패시터(CZW)의 대응하는 설계를 통해, 고주파수 리플(ripple)이 상기 DC-DC 컨버터(9210)에 의해 상기 직류 전압 출력 상에 변조된 고주파수 교류 전압으로서 남아있다. 변조된 고주파수 교류 전압과 함께 직류 전압이 상기 인버터(9220)에 대한 입력 전압으로서 이용된다. 이 경우에 상기 인버터(9220)는 상기 직류 전압을 교류 구형파 전압으로 변환하는 풀-웨이브 브리지로서 구성된다. 상기 변조 신호의 진폭, 즉 변조된 상기 고주파수 교류 전압의 진폭은 상기 풀-웨이브 브리지의 출력 필터(출력 커패시터(CA))의 디멘셔닝에 의해서 그리고 상기 펄스된 점화 변압기의 이차 권선(IPSH, IPSR)의 인덕턴스에 의해 결정된다. 상기 통합된 가스 방전 램프(5)에서 이들 컴포넌트들이 불가분적으로 연결된다는 사실로 인해, 원하는 동작 모드를 위한 컴포넌트들의 우수한 정렬이 가능하다. 상기 방전 아크의 원하는 교정은 상기 중첩 고주파수 전압으로 인해 발생한다. 본 실시예의 단점은 상기 시스템 손실들이 증가하도록 효율적인 스위칭 완화(relief)를 제공하지 않는 DC-DC 컨버터의 고정-주파수 동작 모드이다.
도 24에 따른 제 2 실시예에서, 상기 중첩 고주파수 전압이 신호 생성기(9230)에 의해 생성된다. 상기 전압은 초크(LK)와 상기 점화 전자장치(910)의 점화 변압기의 일차 권선 사이의 램프 회로에서의 고주파수 전압에서 커플링한다. 그렇지 않은 경우 상기 신호 생성기(9230)가 고전압-안정 방식으로 설계되어야 하기 때문에 상기 점화 변압기의 커플링-인 업스트림이 중요하다. 점화 변압기 이전의 커플링-인이 중요한데, 그 이유는 그렇지 않다면 신호 생성기(9230)가 고전압-저항적으로 설계되어야 하기 때문이다. 그렇지 않다면 상기 커플링-인 고주파수 전압을 과도하게 약화시키기 때문에, 상기 초크는 상기 링크 회로 커패시터(CZK)를 디커플링하기 위해 사용된다. 이러한 이유로, 상기 점화 전자장치(910)의 점화 변압기의 인덕턴스는 또한 가능한 한 작아야 한다. 이 어레인지먼트에서, 상기 신호 생성기는 상기 가스 방전 램프 버너(50)의 더 안정하고 무-프리커 동작을 달성하기 위해 상기 커플링-인 고주파수 전압의 주파수가 다시 변조되도록 설계될 수 있다.
도 25에 도시되는 제 3 실시예에서, 상기 신호 생성기는 상기 점화 전자 장치(910)에 통합된된다. 여기서, 상기 가스 방전 램프 버너(50)는 공진 점화에 의해 시동된다. 상기 점화 전자장치는 고주파수 동작을 위해 설계되며 등급-E 컨버터로서 구성되는 신호 생성기에 의해 구동되는 점화 변압기(TIR)를 갖는다. 상기 점화 변압기(TIR)는, 등급-E 컨버터의 스위칭 주파수와 동일한, 특히 자신의 효율성이 이 주파수에서 10%보다 더 우수하게, 발생하는 고주파수의 기본적인 오실레이션을 적어도 충분히 여전히 전달할 수 있도록 디멘져닝되어야 한다. 상기 점화 동안의 상기 등급-E 컨버터의 스위칭 주파수는 80 kHz 내지 10 MHz 사이의 값을 갖는다. 그러나, 상기 주파수는 작은 설계가 여기서 가능하므로 300 kHz를 초과하여 바람직하게 선택되고, 달성가능한 효율성들이 특히 높으므로 4 MHz 미만으로 바람직하게 선택된다. 상기 점화 변압기는 간접적-커플링된 일차 권선을 통해 구동된다. 이차 권선은 각각의 경우에 램프 전극과 인버터(9220) 사이에 연결되는 2개의 간접적-커플링된 권선들로 분할된다. 여기서 상기 신호 생성기는 상기 가스 방전 램프 버너(50)가 브레이크 스루(break through)하도록 허용하는 공진 회로에서의 공진을 상기 이차 측에서 여기하는 상기 점화 변압기(TIR)의 일차 권선을 통해 고주파수 전류를 생성한다. 이 어레인지먼트에서, 상기 공진 회로는 상기 점화 변압기(TIR)의 이차 인덕턴스 및 상기 램프 양단의 커패시터(CR2)로 구성된다. 상기 커패시터(CR2)가 매우 작기 때문에, 상기 점화 전자 장치(910)에 컴포넌트로서 통합된되어야 할 필요는 없지만, 구조상 조치들에 의해 생성될 수 있다.
상기 가스 방전 램프 버너(50)가 점화되자마자, 상기 신호 생성기의 동작 모드는 상기 점화 변압기(TIR)를 통해 고주파수 신호에 커플링되도록 변경되며, 상기 신호는 아크를 교정하기 위해 상기 램프 전압으로 변조된다. 이는, 상기 변조된 전압의 주파수 및 진폭이 상기 DC-DC 컨버터(9210) 또는 상기 인버터(9220)의 최적화된 동작 모드를 생략할 필요 없이 비교적 자유롭게 조정될 수 있다는 장점을 갖는다. 이 회로 토폴로지에 의해, 상기 점화 전자장치(910)는 또한 상기 DC-DC 컨버터(9210)에 의해 생성될 필요 없도록 상기 가스 방전 램프 버너(50)를 위해, 상기 공진 회로를 통해 생성된 증가된 테이크-오버(take-over) 전압을 제공할 수 있다. 상기 DC-DC 컨버터(9210)의 동작 모드는 상기 DC-DC 컨버터(9210)의 필요한 출력 전압 범위가 더 작아지기 때문에 이 조치에 의해 추가로 최적화될 수 있다. 상기 인버터(9220)는 상기 램프 전력의 일부가 상기 변조된 램프 전압을 통해 커플링-인 되기 때문에, 더 적은 전력을 변환시킬 필요가 있다. 따라서, 상기 실시예는 상기 가스 방전 램프 버너(50)의 최적화되고 신뢰성 있는 동작이 교정된 방전 아크와 함께 가능하게 되도록 동작 파라미터들의 변환시에 최대한의 자유도를 제공한다.
도 26은 종래 기술에 비해 간략화되는, DC-DC 컨버터(9210)의 실시예를 도시한다. 자동차의 차량 시스템에 의해 동작될 수 있는 안정기들을 위해 종래 기술에서 보통 사용되는 DC-DC 컨버터들은, 12V의 차량 전압이 더 큰 전압까지 변환되어야 하기 때문에, 플라이백 컨버터 토폴로지를 갖는다. 상기 통합된 가스 방전 램프(5)에서 상기 램프가 상기 헤드램프(3)에 삽입될 때에만 전기 접촉이 설정된다는 사실로 인해, 또한 부스트-컨버터로 칭해지는, 부스트 초퍼(boost chopper) 형태의 간략화된 변환기가 또한 자동변압기(TFB)와 함께 사용될 수 있다. 이는, 사용된 전자기 인터페이스의 경우에, 상기 부스트-컨버터의 파괴를 발생시키는 차량 접지와 상기 컨버터 출력부의 접촉과 함께 컨버터 출력부의 우발적 접촉이 배제될 수 있기 때문에 가능하다. 종래 기술에서 이전에 사용된 플라이백 컨버터 토폴로지의 DC-DC 컨버터들은 상기 출력부의 단락에도 불구하고 에너지 흐름이 인터럽팅되도록 허용한다. 이는 도 26에 따른 본 컨버터 개념의 경우가 아닌데, 그 이유는 여기서 입력부, 즉 12 V 차량 시스템으로부터 출력부, 즉 상기 차량 접지에 우연하게 연결된 가스 방전 램프 버너(50)의 전류 피드로 전력의 흐름을 인터럽팅할 수 있는 컨버터의 전력 경로에서의 DC 분리가 존재하지 않기 때문이다. 그렇지 않으면, 상기 DC-DC 컨버터는 보통 방식으로 설계된다. 상기 컨버터는 입력 단부에서의 EMI 필터, 입력 커패시터(C1), 컨버터 스위치(Q), 및 다이오드(D)를 통해 상기 링크 회로 커패시터(CZW)로 동작하는 자동변압기로서 구성된 인덕턴스(TFB)로 구성된다. 상기 컨버터는 종래 기술에 사용된 플라이백 컨버터들에 비해 훨씬 더 경제적인데, 그에 따라 상기 시스템을 전체로 볼 때, 상기 통합된 가스 방전 램프(5)는 가스 방전 램프 및 외부 전자 동작 디바이스를 갖는 종래 기술의 램프 시스템에 비해 상당히 더 경제적이다.
20 전자 동작 디바이스
210 전기 접촉
220 전기 접촉
230 전기 접촉
240 전기 접촉
3 헤드램프
33 헤드램프의 반사기
35 상대접촉들을 갖는 캐리어 부분
350 상대접촉들
351, 352 슬롯들
5 통합된 가스 방전 램프
50 가스 방전 램프 버너
502 방전 용기
504 전극들
506 몰리브덴 포일
52 가스 방전 램프 버너를 유지하기 위한 금속 클램프
53 금속 클램프를 위한 홀딩 플레이트
54 외부 엔벨로프의 금속 코팅부
56 가스 방전 램프 버너의 베이스에 가까운 전류 피드
57 베이스로부터 떨어진 전류 피드
70 램프 베이스
702 기준 링
703 기준 링으로부터 돌출되는 놉들
71 반사기에 대한 밀봉 링
72 전기 전도성 하우징
73 베이스 플레이트 및 베이스 사이의 밀봉 링
74 베이스 플레이트
741 베이스 플레이트 돔
80 점화 변압기
81 페라이트 코어
811 제1 페라이트 코어 하프
8110 페라이트 코어의 내부 부분의 제1 하프
8112 제1 페라이트 코어 하프의 측벽
81121 가늘고 긴 만입부들
812 제2 페라이트 코어 하프
814-816 리턴 경로 페라이트
8120 페라이트 코어의 내부 부분의 제2 하프
8122 제2 페라이트 코어 하프의 측벽
81221 가늘고 긴 만입부들
821 공동 실린더
822 원형 플레이트들
823 슬롯
824 공동 실린더형 중심 코어
825 제1 플레이트
826 제2 플레이트
824 단계
85 접촉 바디
851 제1 루프 표면
852 제2 루프 표면
86 일차 권선
861, 863,
865 실린더형의 안쪽으로 가리키는 라운딩들
862, 864 전기 접촉을 위한 러그들
8620, 8640 일차 권선의 금속 스트립의 단부들에 있는 라운딩들 또는 반지름들
866-869 기계적 장착을 위한 장착 러그들
87 이차 권선
871 이차 권선의 내부 단부
872 이차 권선의 외부 단부
910 점화 전자장치
920 동작 전자장치
930 전체 동작 전자장치
9210 DC-DC 컨버터
9220 인버터
9230 신호 생성기

Claims (25)

  1. 램프 베이스(70), 가스 방전 램프 버너(50) 및 점화 전자장치(910)를 갖는 통합된 가스 방전 램프(5)로서,
    상기 램프 베이스는 제1 부분 및 제2 부분으로 이루어지며,
    상기 제1 부분은, 상기 제1 부분에 내장된(embeded) 금속 클램프(52) 및 유지 플레이트들(53)에 의해 이미 정렬된 상기 가스 방전 램프 버너(50)를 가지며,
    상기 제2 부분은 상기 점화 전자장치(910) 및 상기 가스 방전 램프 버너(50)를 동작시키기 위한 동작 전자장치(920)를 포함하고,
    상기 램프 베이스(70)의 제1 부분은 광학 시스템(3)에 결합될 수 있는 기준 평면을 정의하는 기준 링을 가지며, 상기 기준 링은 상기 기준 링의 기준 평면에 대한 가스 방전 아크의 정의된 공간적 위치를 정의하는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 상기 점화 전자장치(910) 및 상기 동작 전자장치(920)는 상기 베이스(70)에서 상이한 평면들 상에 배열되는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  3. 제 2 항에 있어서,
    전기적으로, 또는 열적으로, 또는 전기적-및-열적으로 전도성인 플레이트가 상기 점화 전자장치(910) 및 상기 동작 전자장치(920) 사이에 부착되는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 상기 점화 전자장치(910) 및 상기 동작 전자장치(920)는 하나의 평면에 배열되는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스(70)는 절연 플라스틱으로 구성되고 전기 전도성 하우징으로 둘러싸이거나, 또는 절연 플라스틱으로 구성되고 전기 전도성 코팅부로 덮이거나, 또는 전기 전도성 플라스틱으로 구성되는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  7. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통합된 가스 방전 램프는 베이스 플레이트(74)를 갖고, 상기 베이스 플레이트(74)는 전기적으로, 또는 열적으로, 또는 전기적-및-열적으로 전도성인 재료로 구성되거나 또는 전기 전도성 코팅부가 제공된 열 전도성 재료로 구성되는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 동작 전자장치는 상기 가스 방전 램프 버너를 향하는(facing) 상기 베이스 플레이트의 표면 상에 배열되는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 표면-확대 구조(surface-enlarging structure)를 갖고, 상기 표면-확대 구조는 상기 가스 방전 램프 버너를 등지는 표면 상에서, 설치된 위치에서 자연 대류를 촉진하는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 증가된 열 복사를 야기하는 코팅부를 상기 베이스 플레이트의 외측에 갖는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 상기 베이스(70) 및 상기 베이스 플레이트(74)는 클림핑(crimpping) 된 연결부, 래칭(latching) 된 연결부, 초음파 용접된 연결부, 납땜 연결부 또는 용접된 연결부를 통해 결합되는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  12. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 상기 램프 베이스는, 방수되는 방식으로 상기 통합된 가스 방전 램프(5)에 결합되는 광학 시스템(3)을 고립시키는(close off) 밀봉부(71)를 버너-측 단부에 갖는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 밀봉부는, 동시에, 상기 광학 시스템(3)에 대하여 상기 통합된 가스 방전 램프(5)가 상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 설치된 위치에서 유지되도록 프리텐션(pretension)을 상기 기준 링 상에 가하는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 동작 전자장치는 주변적(peripheral) 전기 전도성 링을 자신의 에지에 갖는 회로 보드(circuit board) 상에 배열되고, 상기 베이스(70) 및 상기 베이스 플레이트(74)는 각각의 경우에 적어도 하나의 벽 ― 상기 적어도 하나의 벽은, 전기 전도성 링이 적어도 부분적으로 벽들 둘 다에 위치(rest)하고 상기 회로 보드가 기계적으로 고정되고 상기 전기 전도성 링이 상기 베이스 플레이트 또는 상기 베이스 중 적어도 하나에 전기적으로 연결되도록 상호작용함 ― 을 갖는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  15. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통합된 가스 방전 램프(5)는 자동차(motor vehicle)의 프론트 헤드램프에서 또는 작동(working) 헤드램프에서 사용되는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  16. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통합된 가스 방전 램프(5)는 손전등 또는 휴대용 서치 라이트(search light)에서 사용되는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  17. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통합된 가스 방전 램프(5)는 배터리 또는 연료전지 시스템으로부터 전력을 공급받는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  18. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통합된 가스 방전 램프(5)는 점화 및 시동(start-up) 단계 이후에 안정-상태 모드에서, 상기 가스 방전 램프 버너가 7W 내지 50W 사이의 전기 전력을 공급받도록 동작되는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  19. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 부피가 44㎤ 내지 280㎤ 사이에 있는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  20. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통합된 가스 방전 램프(5)는 0.8 내지 10 사이의 범위에 있는 지름(DIA) 대 높이(HIG) 비율을 갖는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  21. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통합된 가스 방전 램프(5)는 36g 내지 510g 사이의 범위에 있는 질량(mass)을 갖는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 통합된 가스 방전 램프(5)는 점화 및 시동 단계 이후에 안정-상태 모드에서, 상기 가스 방전 램프 버너가 18W 내지 45W 사이의 전력을 공급받도록 동작되는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 통합된 가스 방전 램프(5)의 부피가 65㎤ 내지 120㎤ 사이에 있는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 통합된 가스 방전 램프(5)는 2 내지 7 사이의 범위에 있는 지름(DIA) 대 높이(HIG) 비율을 갖는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 통합된 가스 방전 램프(5)는 52g 내지 178g 사이의 범위에 있는 질량을 갖는,
    통합된 가스 방전 램프(5).
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