用于放电灯的改进点模式操作.pdf

摘要
申请专利号：	CN201280058386.0	申请日：	2012.11.15
公开号：	CN103947300A	公开日：	2014.07.23
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	专利权的转移IPC(主分类):H05B 41/38登记生效日:20180326变更事项:专利权人变更前权利人:皇家飞利浦有限公司变更后权利人:亮锐控股有限公司变更事项:地址变更前权利人:荷兰艾恩德霍芬变更后权利人:荷兰史基浦\|\|\|授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):H05B 41/38申请日:20121115\|\|\|公开
IPC分类号：	H05B41/38	主分类号：	H05B41/38
申请人：	皇家飞利浦有限公司
发明人：	U.赫奇特菲斯彻
地址：	荷兰艾恩德霍芬
优先权：	2011.11.28 US 61/563,882
专利代理机构：	中国专利代理(香港)有限公司 72001	代理人：	孙之刚;汪扬
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内容摘要

描述了一种照明设备和一种用于操作放电灯（10）的方法。所述放电灯（10）包括密封放电容器和两个电极（22）以产生弧。驱动器电路（20）向所述电极（22）输送电力。在起动区间（56）中，电力被供应为交流电IL。在所述起动区间（56）期间，所述交流电IL的波形至少一次被改变成点执行波形，以便将所述弧到所述电极（22）的附着模式改变成点模式。

权利要求书

权利要求书
1.  照明设备，包括
-放电灯（10），其包括密封放电空间（18）和布置在放电空间内以产生电弧的至少两个电极（22），
-驱动器电路（20），其用于将电力输送到所述电极（22），
-其中所述驱动器电路（20）被配置成通过向所述灯（10）供应交流电（IL）来在所述弧的点火之后在起动区间（56）内输送电力，
-其中在所述起动区间（56）期间，所述交流电（IL）的波形至少一次被改变成点执行波形(30，40)，以便将所述弧到所述电极（22）中的至少一个的附着模式改变成点模式。

2.  根据权利要求1的照明设备，其中
-在所述放电灯点火之后所述点执行波形（30，40）被首先应用1-100s。

3.  根据上述权利要求中的一项的照明设备，其中
-在应用所述点执行波形之前，在起动电流电平（IR）处应用所述交流电（IL），
-其中所述点执行波形（30，40）至少包括冷却区间，在此期间，电流在所述起动电流电平（IR）以下的减小的电流电平（I1）处被供应到所述电极（22）。

4.  根据上述权利要求中的一项的照明设备，其中
-所述点执行波形（30）包括冷却区间（32），在此期间，电流在具有第一极性的第一电流电平处被供应给所述电极（22），使得第一电极（22）作为阳极进行操作，
-以及紧跟所述冷却区间（32；44）之后的点模式区间（34；46），在此期间，电流在具有相反极性的第二电流电平处被供应给所述电极（22），使得所述第一电极（22）作为阴极进行操作。

5.  根据权利要求4的照明设备，其中
-所述第二电流电平的绝对值高于所述第一电流电平的绝对值。

6.  根据上述权利要求中的一项的照明设备，其中
-在应用所述点执行波形（30，40）之前和之后，所述电流（IL）被供应为具有基本上恒定的起动电流电平（IR）的交流电，
-其中在所述点执行波形（30，40）期间的时间平均电流电平在所述起动电流电平（IR）的+/-20%内。

7.  根据上述权利要求中的一项的照明设备，其中
-所述点执行波形（30，40）至少包括第一区间（32），其中电流被供应为第一平均电流电平（I1）和第一极性，以及紧跟所述第一区间（32）之后的第二区间（34），其中电流（IL）被供应在第二平均电流电平（I2）和与所述第一极性相反的第二极性处，
-其中所述区间（32，34）中的每一个具有长于在所述点执行波形（30，40）之前和之后供应的交流电（IL）的周期的持续时间。

8.  根据上述权利要求中的一项的照明设备，其中
-在应用所述点执行波形之前，所述交流电（IL）被应用在起动电流电平（IR）处，
-并且其中所述点执行波形（40）包括至少一个区间（42，44），其中电流被供应在第一极性处，以及随后的区间（46，48），其中电流被供应在相反极性处，
-其中在所述区间的至少一个期间，平均电流电平低于所述起动电流电平（IR），
-并且其中所述区间被重复多次。

9.  根据上述权利要求中的一项的照明设备，其中所述点执行波形（40）至少包括
-第一区间（42），其中电流被供应在第一平均电流电平（I1）和第一极性处，
-紧跟所述第一区间（42）之后的第二区间（44），其中电流被供应在不同于所述第一平均电流电平（I1）的第二平均电流电平（I2）处，并且具有相同的极性，
-紧跟所述第二区间（44）之后的第三区间（46），其中电流被供应在第三平均电流电平（I3）和与所述第一极性相反的极性处，
-以及紧跟所述第三区间（46）之后的第四区间（48），其中电流被供应在不同于所述第三平均电流水平（I3）的第四平均电流水平（I4）处，并且具有相同的极性。

10.  根据权利要求9的照明设备，其中
-所述第一平均电流电平（I1）具有高于第二平均电流电平（I2）的绝对值的绝对值，
-并且其中所述第三平均电流电平（I3）的绝对值高于所述第四平均电流电平（I4）的绝对值。

11.  根据权利要求9、10中的一项的照明设备，其中
-在所述点执行波形（40）之前和之后，所述电流（IL）被供应为具有基本上恒定的起动电流电平（IR）的交流电，其中所述第一平均电流电平（I1）的绝对值高于所述起动电流电平（IR）的绝对值，并且所述第二平均电流电平（I2）的绝对值小于所述起动电流电平（IR）的绝对值，
-并且其中，所述第三平均电流电平（I3）的绝对值高于所述起动电流电平（IR）的绝对值，并且所述第四平均电流电平（I4）的绝对值小于所述起动电流电平（IR）的绝对值。

12.  根据上述权利要求中的一项的照明设备，其中
-在所述点执行波形（40）期间，所述电流（IL）被供应为具有低于在其余起动阶段期间的换向频率的交流电。

13.  根据上述权利要求中的一项的照明设备，其中
-在所述点执行波形（40）期间，所述电流（IL）被供应为具有换向频率的交流电，
-其中所述电流（IL）的绝对值被连续调制。

14.  根据权利要求13的照明设备，其中
-所述电流（IL）在高于所述换向频率的调制频率处被连续调制。

15.  操作包括密封放电空间和至少两个电极（22）的放电灯（10）的方法，通过
-通过向所述灯（10）供应交流电（IL）来在所述灯的点火之后，在起动区间（56）期间向所述灯（10）输送电力，
-其中在所述起动区间（56）期间，所述交流电（IL）的波形至少一次被改变成点执行波形（30，40），以便将所述弧到所述电极（22）的附着模式改变成点模式。

说明书

说明书用于放电灯的改进点模式操作
技术领域
本发明涉及一种照明设备，其包含放电灯，并且涉及操作放电灯的方法。特别地，本发明涉及一种设备与方法，其用于改进放电灯在起动（run-up）期间（即在灯已经达到热稳态操作模式之前的操作时间段中）的操作。
背景技术
已知不同类型的弧放电灯，其每一个包括密封放电容器和伸入到放电容器内的密封放电空间的至少两个电极。弧放电灯从电极之间点火的电弧生成光。根据灯的类型，可以存在提供于放电容器内的不同部件，特别是以指定填充压力的填充气体和其它成分，例如金属卤化物或者，可选地，汞。
通过驱动器电路向电极供应电力。这可以包含用于为电极之间的放电点火的高电压脉冲。典型地，所引起的放电将作为辉光放电开始并且快速地转换成弧放电。
例如，在汽车HID灯（即，旨在使用于汽车的头灯中的灯）中，向电极供应作为交流电的电力。在起动周期中，在电弧已经成功建立之后，已知的汽车HID灯（例如，具有35W的额定功率）首先通过将电流限制到最大值而进行操作。在起动周期的稍后阶段，灯可以在功率控制模式中进行操作，从而根据功率曲线，在预定时间内从初始的较高功率值降低至额定功率值。当转换成稳态操作时，作为交流电向灯供应的电力（优选地作为方波）被控制在灯的额定功率处。
US 2009/0230870描述了用于高强度放电灯的电子镇流器。弧的形成是由点火控制、辉光至弧转换电流控制和初始弧发展电流控制来控制的。因此所形成的弧在弧稳定化电流控制中被稳定化，随后在正常操作期间由灯功率控制稳定化。在此周期期间，首先在初始弧发展阶段以较高切换频率供应交流电，并且稍后在弧稳定化和正常操作期间以恒定的较低频率供应交流电。在从较高频率切换至较低频率之前，存在电压、灯电流和操作频率的增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种照明设备和一种用于操作放电灯的方法，其允许放电灯的改进操作。
该目的由根据权利要求1的照明设备和根据权利要求15的方法来解决。从属权利要求是指本发明的优选实施例。
本发明是基于以下想法：提供操作条件，使得灯优选地操作在“点模式”中，即，使得电弧到电极的附着模式对应于点模式，其中弧只在小位置处附着到电极，而不是其中弧在电极前面的较大区域上附着到电极上的扩散模式。点模式具有较低电极损耗和因此的较低电极温度的优点，使得在给定总灯功率的情况下生成较高的光通量。另外的优点是在电磁干扰（EMI）方面改进的性能，这对于汽车HID灯而言十分重要。基于滞后行为的识别（将结合优选实施例对其进行详细解释），本发明提出在起动阶段将灯切换到弧附着的点模式，以便确保在该模式中的操作同样用于随后的稳态操作。
根据本发明，这可以通过在起动区间内供应作为供应给灯的交流电的电力来实现，所述起动区间被定义为放电灯的点火之后的指定时间区间，其中在起动区间期间，交流电的波形至少一次被改变成点执行波形（spot-enforcing waveform），以便将弧到电极的附着模式改变到点模式。
如将解释的，一旦达到，点模式典型地是稳定的。在点执行波形的应用之前灯已经操作在点模式中的情况下，它将继续操作在该模式中。然而，如果灯操作在弧附着的扩散模式中，所供应的操作电流的点执行波形将有可能成功地将灯从扩散模式切换到点模式弧附着，在随后的操作中其然后将保持稳定。
因此，本发明提供了实现点模式中的期望操作的非常简单的方式，而无需在稍后的稳态操作期间的特殊措施。
根据本发明的优选实施例，在此期间动力被供应为交流电（优选地为方波），并且在此期间点执行波形被至少应用一次、优选为多次的起动区间可以被定义为灯点火后的在1-100秒之间的时间。可能早在点火后的5秒之前就成功地应用点执行波形，但是一般优选的是一直等到灯操作条件足够接近最终稳态，并且灯部件（尤其是电极）已经达到足够稳定的热条件来使得切换到点模式确实是永久的时。因此，进一步优选为在点火后的10秒处或者更晚时开始点执行波形的应用，并且甚至进一步优选为点火后20秒或者更长时间。另一方面，还可能首先在晚于点火后100秒的时间处应用点执行波形，并且然后仍实现稳定的点模式。然而，为了尽可能早地建立点模式，优选的是例如早在点火后的60秒之前，进一步优选为早在点火后的40秒之前开始应用点执行波形。
在起动区间随后的稳态操作期间，优选将电力供应给电极而没有点执行波形的另外应用。这促进了操作和驱动器设计。例如，在点火后的200s之后，以规则方波供应电流而没有点执行波形的应用。
根据本发明的优选实施例，可以使用不同波形的驱动电流来执行点模式弧附着。正如以下将要解释的，如果电极作为整体未被充分加热以承受扩散附着的弧，则点模式而非扩散模式中的弧附着发生。结果，优选的点执行波形至少包括具有有效用于冷却一个或两个电极的电流波形的部分，即其中电极作为阳极以减小的电流被驱动。正如将从以下描述的详细实施例变得显而易见的，冷却电流波形部分可以由相对长的冷却区间来提供，其中操作实现在减小的电流值处。可替换地，也可以通过多个连续的较短冷却区间来实现冷却，从而建立较低的电极温度。
对于通过减小的电流实现点模式的可能性取决于电流选择得多低以及用于多长时间。电流越低，对于实现点模式的可能性就越高。针对减小的电流的下限是其中灯熄灭的电流值。因此，减小的电流电平应选择成在用于承受弧放电的最小电流值以上但在通常的起动电流以下。由于起动电流贯穿起动区间不是恒定的，因此减小的电流的电流值应当比点执行波形开始之前所应用的瞬时起动电流低。
而且，应用减小的电流越久，实现点模式的可能性越高。然而，在相对长的时间段内应用减小的电流将导致人眼可见的光通量的下降或降低。这对于一些应用来说可能是可接受的。特别地对于汽车头灯而言，优选的是点执行波形不产生可见下降。
特别优选的有效点执行波形首先提供冷却区间来冷却电极，并且然后提供具有随后点模式区间的换向来将电极切换到点模式。在这些区间期间，所供应的电流可以是至少基本上恒定的（即，变化小于+/-10%），但是可替换地，还可能（并且在许多实际应用中更容易获得）使电流在冷却和点模式区间内变化，例如作为电流斜坡。
在冷却区间期间，电流基本上恒定地供应给电极，或者可替换地具有在第一电流电平处（或者，在变化电流的情况下：第一平均电流电平）的第一极性的变化电流值，使得第一电极作为阳极操作。优选地，选择相对低的电流电平。这导致阳极电极的冷却。
在紧随其后的点模式区间中，第二电流电平（或：第二平均电流电平）处的电流供应有相反极性。先前在冷却区间期间冷却的第一电极现在作为阴极操作。如果第一电流电平被选择成足够低并且持续时间被选择成足够长，则电极温度将不足以承受扩散模式，并因此切换到点模式。
在已经证实作为点执行有效的一些波形中，换向之后电极所要求的第二电流电平的绝对值被选择成高于冷却区间期间所供应的第一电流电平的绝对值。实验已经示出，对于第二电流电平而言，高于第一电流电平至少50%是有效的，进一步优选的是第一电流电平的至少两倍。利用甚至更高的第二电流水平（诸如是第一电流电平的5倍或者更多）已经获得了甚至更好的结果。同样，在点模式区间中供应的电流可以是基本上恒定的，或者可以可替换地在区间期间变化。在冷却和/或点模式区间中的变化电流值的情况下，第一和第二电流电平可以定义为每个区间持续时间上的时间平均值。
选择点执行波形来使得灯所生成的光通量基本上不改变是优选的，使得点执行波形的应用应当几乎不可见，并且避免了可见光下降。为了实现这一点，优选的是将第一和第二电流电平与其间它们被应用的冷却区间和点模式区间的持续时间选择成获得时间平均电流，其在不超过点执行波形之前和之后应用到灯的电流的+/-20%以内。在起动区间期间，供应为交流的电流（优选为矩形电流）将随着放电容器变热而逐渐改变。因此，所应用的起动电流电平可能不完全是恒定的，而是将在点执行波形的短持续时间期间仅仅小幅改变，这在本上下文中被称为“基本上恒定”。优选地，在点执行波形之前和之后所应用的起动电流电平和在点执行波形期间供应的平均电流在+/-10%内，进一步优选地在+/-5%区间内以避免可见光下降。
根据本发明的实施例，优选的点执行波形包含应用一次的第一类型的波形和直接相继应用多次的第二类型的波形。
要被应用一次的点执行波形（即，在恢复到常规起动之前一次；事实上，波形可以在不久被重复应用）包含交变恒定或变化的电流电平区间。优选地，这些区间包括第一区间，其中电流供应在第一电流电平和第一极性处；以及随后的第二区间，其中电流供应在第二电流电平和相反的极性处。（在这些区间内，电流可以供应在至少基本上恒定的电流电平处，或者可替换地为变化的电流。）同样，第二平均电流电平可以被选择成高于第一平均电流电平（绝对值）。优选地，第一和第二区间每个具有比点执行波形之前和之后所供应的交流电的周期更长的持续时间。在起动区间中，以及优选地还在稍后的稳态操作中，操作电流供应在例如150-500Hz、优选为200-400Hz的相对低的频率处。优选地，以上描述的电流区间的点执行波形具有10ms以上、进一步优选为至少20ms的总持续时间。为了避免不同电流电平的长周期（其在灯的光输出中将是可见的），优选的是两个区间的持续时间总和小于100ms，进一步优选为小于60ms。优选地，第一和第二区间的持续时间被选择成使得第一区间的持续时间与第一和第二区间的总和的商在0.3和0.7之间，优选在约0.5处，使得这两个区间具有大约相等的持续时间。
优选地，第一电流电平被选择成低于点执行波形之前和之后应用的起动电流电平，并且优选地，第二电流电平被选择成高于起动电流电平。因此，光通量可以在平均值上保持大约恒定。
在点执行波形的另外的优选实施例中，在连续区间中为电流供应有不同的电流电平。优选地，这种类型的点执行波形直接相继重复多次。
在点执行波形的一个示例中，在四个连续区间内为电流供应有不同的电流电平，第一区间中的第一极性的第一电流、第二区间中的第二极性处的第二电流，以及第三和第四区间中的第三和第四电流电平。在每个区间内，电流电平如果不是至少基本上恒定的，则可以被定义为时间平均值。第一和第二区间中供应的电流的极性是相同的，并且与在第三和第四区间中供应的电流的极性相反。在另外的优选实施例中，第一电流电平的绝对值高于第二电流电平的绝对值，并且第三电流电平的绝对值高于第四电流电平的绝对值。（在本上下文中，当比较电流电平时，参照其绝对值，忽略极性）。
该波形（特别是如果在四个区间的相继中重复多次）已经证实作为点执行波形是有效的，因为随着电流在第二区间中减小，充当阳极的电极冷却下来，并且在换向之后，不得不在随后的区间中输送相反极性的电流。正如将针对优选实施例所解释的，这很可能为该电极将弧附着模式切换到点模式。
优选地，在第一和第四区间中，使电流电平变化以获得平均电流的较小变化，并且因此获得大约恒定的光输出。较高的第一电流电平因此补偿了较低的第二电流电平，并且较低的第四电流电平补偿了第三较高的电流电平。因此，该波形对避免从灯生成的光通量中的明显下降是有效的。
优选地，以上所描述的波形可以插入到起动区间期间供应的AC（矩形）电流中，使得所有四个区间的总持续时间之和至少基本上等于所供应的AC电流的一个周期。因此，点执行波形在所供应的操作电流的单个周期内被供应，这便于驱动器电路的设计。
第一占空比，即，第一区间的持续时间与第一和第二区间的持续时间之和的商，以及第二占空比，即，第三区间的持续时间与第三和第四区间的持续时间之和的商，可以优选地选择成例如在25%和75%之间。更高或更低的占空比可能导致不理想的高电流电平，或者可能不足够长以实现所期望的热性能。进一步优选的是在40%和60%之间、特别优选为基本上50%的占空比，使得所有四个区间具有基本上相同的持续时间。
第一电流因数，定义为第一电流电平除以第二电流电平的值，以及第二电流因数，定义为第三电流电平除以第四电流电平，可以例如选择为在1.5和10之间。低于1.5的因数可能不能高效实现转换。过高的因数将难以在驱动器电路中实现并可能引起附加的问题，诸如换向问题。优选地，第一和第二电流因数可以被选择为在2和6之间。
将第一到第四电流电平的绝对值与在点执行波形之前和之后应用的起动电流电平进行比较，第一和第三电流电平优选地被选择成高于起动电流电平，并且第二和第四电流电平被选择成低于起动电流电平。
在另外的优选实施例中，点执行波形期间的换向频率可以不同于点执行波形的应用之前（以及优选地，之后）在起动阶段应用的换向频率。在示例中，在点执行波形期间为电流供应有比在其余起动阶段期间低的换向频率。如果应用电流的绝对值的连续调制，那么这已经被证明特别有利。根据已被证明对获得稳定点模式而没有明显的光输出下降以及对驱动器电路的相对容易的设计二者都有效的优选实施例，点执行波形期间的电流被供应为具有某一换向频率的交流电，其中，电流的绝对值被连续地调制。优选地，调制关于时间平均电流值对称，所述时间平均电流值至少基本上等于在点执行波形的应用之前的起动阶段期间应用的时间平均电流值。特别优选的是在高于换向频率的调制频率处的调制。令人惊奇的是，实验已经示出，具有不同于换向频率的调制频率的波形对于将灯切换到点模式来说是有效的，并且易于通过现有的可编程驱动器电路实现。
优选地，所提出的波形实施例是对称的，使得两个电极都同等地受影响并且切换到点模式。
仅在起动区间期间的单个时间处应用点执行波形是可能的。为了确保到点模式的转换将确实发生，还可能并且优选地，在不同时间处应用点执行波形。在点执行波形的应用之间，电流优选地被供应为恒定频率的交流电。例如，起动区间期间点执行波形可以被应用至少两次、优选至少三次。点执行波形可以被应用预定次数并且在预定时间点处被应用而无需修改。可替换地，应用可以取决于从灯获得的反馈，即找出到点模式的转换是否成功的测量。如果发现电极仍在扩散模式中操作，则点执行波形可以再次被应用。
另外，在适于仅将一个电极切换到点模式的点执行波形的情况下，优选在起动区间期间应用至少第一点执行波形来将第一电极切换到点模式，并且应用第二反向点执行波形来将第二电极也切换到点模式。
所述设备和方法可以用于十分不同的类型的弧放电灯的操作，其中优选点模式中的操作。特别地，灯可以是HID（高强度放电）灯。本发明特别适用于汽车HID灯，特别是具有无汞填充物的灯。由于放电空间内钍、特别是镀钍电极的存在可以促进点模式操作，所以本发明尤其适用于无钍弧放电灯。
本发明可以有利地用于特别是其中驱动器电路被布置在灯座内的灯。一般而言，这些灯被设计成在20-30W、特别是25W的额定功率处进行稳态操作。
本发明的这些和其它方面将是显而易见并且参照本文如下的实施例加以阐述。
附图说明
图1示出了包含放电灯和驱动器电路的照明设备的示意性表示；
图2示出了具有集成到放电灯的基座中的驱动器电路的放电灯的示意性表示；
图3示出了放电灯的点火之后直到稳态操作的灯电流的示意性时序图；
图4-11a，11b示出了根据不同实施例的具有点执行波形的灯电流的示意性时序图；
图12示出为具有多个点执行波形的灯电流的示意性时序图；
图13示出了弧附着模式与盐压p和灯电流IL的关系的象征性图；
图14示出了起动区间内的灯电流和灯电压的时序图的示例。
具体实施方式
图1示意性地示出了弧放电灯10，在当前示例中为布置在汽车的前反射器12内的汽车HID放电灯。灯10包括基座14，其容纳在包括到示意性示出的驱动器电路20的机械连接和电连接的插座16内。
灯10包括放电容器，其限定具有彼此相对布置的电极22的密封内部放电空间18。包含于放电空间内的是优选为氙的稀有气体以及金属卤化物。由于HID灯本身是本领域技术人员所公知的，因此不需要解释放电灯10的设计的进一步细节。
在所示的示例中，驱动器电路20通过输入24处的汽车的DC车载电压供电。驱动器电路20向插座16提供灯操作电流IL，其中基座14的电连接服务于将灯操作电流IL应用到电极22。
示例性驱动器电路20的结构一般在图1中示出。可控DC/DC电源25向全桥式切换单元26供应DC电流。控制单元28控制DC/DC电源25来提供具有所期望的电流电平的灯电流IL并且还驱动切换单元26从而以所期望的频率和极性供应电流IL，即，作为方波交流电。在点火期间，控制单元28驱动点火电路29来供应高电压脉冲。
在图2中示出的灯10的优选替换实施例中，驱动器电路20集成在灯10的基座14内，使得当基座14和因此所供应的驱动器电路20将生成灯电流IL以用于供应给电极22时，常规DC车载电压可以应用到电接触件。
正如本领域技术人员已知的，通过在电极22之间供应高电压以用于为弧放电点火并因此向灯22供应电力直到达到全光通量处的稳态操作，将实现图1（以及图2的可替换实施例中）的灯10的操作。在稳态中，利用被供应为例如300或400Hz的相对低频率的方波交流电的灯电流IL来操作灯10。
在灯电流IL的每个半周期期间，电极22之一作为阳极进行操作，并且另一个作为弧放电的阴极。弧附着模式描述了电弧放电如何被附着到阴极。在扩散模式中，弧足迹在阴极前表面的大部分上伸展。在点模式中，电弧只在小点处以收缩的方式被附着到阴极。如H.Pursch等人在J.Phys.D:Appl.Phys.35（2002）1757-1760 上发表的“Arc Attachment and Fall Voltage on the Cathode of an AC high-pressure Mercury Discharge（AC高压汞放电的阴极上的弧附着和降落电压）”中描述的，点模式中的阴极顶端具有比在扩散模式中高的温度，然而，在点模式中，其余电极体具有较低的温度。
弧附着到阴极的模式可以取决于多个参数，其中灯电流IL和盐压p是最重要的。对于该二维参数空间，图8示意性地示出了点模式的存在区域C、扩散模式的存在区域A，以及共存区域B。如实验所揭示的，点模式区域C（即，图7的虚线的左侧）中的灯操作将总是在点模式中。同样，扩散模式区域A中的操作将总是发生在扩散模式中。然而，在共存区域B中，操作模式示出了滞后行为，即，它将取决于操作的先前模式。这意味着，在共存区域B内，除非参数改变使得操作进入相反模式的区域中，否则弧附着的模式将保持稳定。
将该知识应用于HID灯，尤其是在汽车领域中，其中优选点模式中的操作，灯应该被设计和操作在点模式区域C内，或在共存区域B中，而不在扩散模式区域A中。虽然在扩散模式区域A中，点模式中的稳定操作可能不实现，但是扩散模式中的操作在共存区域B中的灯可以通过短暂改变参数而稳定地切换到点模式以进入点模式区域C，即使参数之后再次改变回到共存区域B。
因此，对于在共存区域B中具有稳态参数的灯，或者对于设计用于点模式区域C的一系列灯（其中一些单独的灯由于制造容差而将操作在共存区域B中）而言，通过一旦将灯切换到点模式而确保点模式操作是可能的，其此后将是稳定的。
为了实现该切换，可以使用灯电流IL的点执行波形。由于如果相对低温的阴极不得不输送电流则发生点模式操作，因此点执行波形的基本思想是操作电极以使之冷却下来。特别地，通过将电极操作为减小的电流处的阳极可以实现冷却。然后，如果换向发生并且电极作为阴极工作，弧附着的模式很可能切换到点模式。
图4和5示意性地图示了灯电流IL的点执行波形30的示例。这些波形提供相对低电流的冷却区间以及随后的点模式区间，其中灯操作在相对高的电流处。对于图4中示出的第一示例，理想波形的示例被示出为实线。在点执行波形30之前和之后，灯电流IL被供应为在电流电平IR和-IR之间换向的矩形波形的交流电。在点执行波形30期间，灯电流IL在第一冷却区间32中被供应为减小的电流电平-I1的直流电，其绝对值小于IR。然后，实现电流的换向，并且在第二点模式区间34中，灯利用供应在增加的电流电平I2处的大于IR的灯电流IL进行操作。因此，在第二区间34中的高电流I2的应用时，在第一区间32中充当阳极的电极将很可能切换到点模式，其中它作为阴极进行操作。反向波形将很可能也将另一个电极切换到点模式。
已经利用HID灯进行实验以示出波形30对于将先前操作在扩散模式中的灯切换到点模式是有效的。当然，如图7的视图所解释的，只有如果灯一般操作在共存区域B中，这才有可能。取决于电路20的部件，可能不能获得理想波形（实线），而是实际测量电流曲线可以看起来更像图4中示出的虚线。不过，冷却电极以及然后将其切换到点模式的目的将被满足。
在波形30（其被称为交变DC电平的波形）中，每个DC阶段32、34应当长于作为方波的常规供应期间的灯电流IL的完整周期。I1的绝对值应当在IR的50和80%之间，并且I2的绝对值应当在IR的120和150%之间。如图4所示，波形30优选是对称的，即，第一和第二区间32、34的持续时间大约相等，并且I2大于IR的量与I1小于IR的量相同。因此，在时间平均中，波形30期间的电流供应将等于IR。在第一区间32期间减少的光输出与在第二区间34期间增加的光通量仍然可以是可测量的，但是鉴于短持续时间不应当使观察者受到干扰。
可替换于交变DC电平的以上所描述的波形（图4），还可以通过不同成形的电流曲线来获得点执行波形的效果。图5示出了具有冷却区间32和点模式区间34的交变电平的点执行波形的第二实施例的对应示例，其中在这些区间的每一个期间，电流IL不是（恒定或基本上恒定的）DC电流，而是可以沿着任意曲线变化。在电流随时间变化的这种情况下，电流值-I1和I2是平均电流值。由于通过低电流的在一个电极上的冷却效果也将通过可变电流实现，因此该波形也将成功地将电极切换到点模式。
图6、图7示出了点执行波形的第三和第四实施例。虽然这样的波形的第一个和第二个依赖于冷却区间，随后是换向后的相对高电流，图6、图7中示出的第三和第四实施例提供了随后是关于第一和第二波形修改的第二区间34的冷却区间32。在第二区间34′中，换向后的电流也是在减小的电平处，其绝对值I2在起动电流IR以下。同样地，在第四实施例（图7）中的第二区间34期间变化的电流具有较低的平均值I2。这些波形也已经被证实对将灯切换到点模式是有效的，其中换向后的电流电平I2与换向前的减小的电流值I1的绝对值相同。然而，这些波形具有时间平均光通量小于常规起动期间的缺点。
图8示出了点执行波形的第五实施例。第五点执行波形40的周期具有等于波形40之前和之后供应在电流电平IR处的交流电的周期（图8的左侧所示）的总持续时间。在四个连续区间42、44、46、48中，灯电流IL供应在变化的电流电平I1、I2、-I1、-I2处。在第一区间42中，电流供应在高于电流电平IR的电流电平I1处。在随后的冷却区间44中，电流供应在较低电流电平I2处，其小于IR的量与电流值I1高于IR的量相同。此外，由于第一和第二区间42、44具有相同的持续时间，波形40的第一半中的平均电流等于IR。
第三和第四区间46、48与具有相反极性的区间42、44相同。电流首先供应在高绝对值-I1处，并且在随后的第四区间48中，电流电平-I2再次具有相对低的绝对值。如在波形的第一半中那样，第三和第四区间46、48具有相同的持续时间并且电流电平在IR周围对称，使得时间平均电流保持在IR处。
在图8中，理想波形被示出为实线，而测量示例可能看起来更像虚线所示。不过，两个波形对于通过在第二区间44中冷却作为阳极的第一电极以及在随后区间46中应用反向极性的高电流来将第一电极切换到点模式是有效的。由于波形40是对称的，并且被直接相继地连续应用多次，因此这对在从第四区间48到随后第一区间42的转换时将第二电极切换到点模式也是有效的。
图9示出了点执行波形的第六实施例。在该波形中，在四个连续区间42′、44′、46′、48′中以变化的电流电平I2、I1、-I2、-I1供应在波形40′的应用之前和之后供应在电流电平IR处的电流。区间42′-48′中的电流电平对应于第五实施例（图8）的电流电平，但是以反向的时间顺序：在换向之前应用高电流值I1、-I1，并且在换向之后应用较低电流值I2、-I2。不过，由于区间44′、48′中减小的电流，该波形对于在该修改的波形的若干次应用之后充分冷却阳极是有效的，使得灯被切换到点模式。
图10中所示的点执行波形的第七实施例对应于第六实施例（图9），但是利用电流斜坡而不是步进式恒定电流电平。重复波形40″包含第一区间42″，其具有从起动电流值IR以下的较低值I2线性增加到高于起动电流值IR的电流值I1的电流。在随后的区间44″中，电流波形保持相同，但是具有相反极性。同样，已经证实该波形对于将灯切换到点模式是有效的。
同样，在所有实施例图8-图10中，由于电流电平I1、I2被选择成关于起动电流IR对称，因此在重复波形40、40′、40″的应用期间平均电流电平保持在IR处恒定，使得光输出保持恒定。
如通过图9、图10 的实施例对于将灯切换到点模式是有效的这一事实所验证的，绝对电流的充分变化作为点模式执行波形是有效的，即使绝对电流中的变化与换向不同步。
同样依赖于绝对电流电平的变化独立于反向这一事实的点执行波形的第八实施例示出在图11a、11b中。图11a示出了供应给灯的灯电流IL。在图11a的左侧示出了对应于通常的起动电流（方波）的部分50，随后是点执行波形52。波形52具有所供应的电流的绝对值的连续调制。这种变化关于在通常的起动阶段50期间应用的电流IR对称，并且在较低值I2和较高值I1之间变化。绝对电流的变化在图11b中更清楚可见，其中除灯电流IL之外还示出反向灯电流-IL（虚线）。
在该优选实施例中，利用250Hz的调制频率实现I1和I2之间的调制，而波形52期间的换向频率为200Hz。在通常的起动阶段50期间，换向频率为400Hz。出于点执行波形52的目的，换向频率降至200Hz，使得250Hz的调制频率高于换向频率。
虽然图11a中示出的结果得到的波形52看似复杂，但是已经证明，该波形52在可用驱动器电路中相对易于生成。点执行波形52期间的表观光输出是恒定的，因为绝对电流值以250Hz的频率变化，其对人眼而言将不是可识别的。同样，因为调制关于IR对称，所以在点执行波形52的应用期间的光通量将与在点执行波形52之前和之后应用的通常的起动电流40期间的相同，并且因此提供相同的时间平均光通量。
一般而言，在点执行波形52期间的较低换向频率不必实现点执行效果。然而，优选的是调制频率足够高以使得光通量被人眼感知为是恒定的，使得100Hz以上、优选为200Hz以上的调制频率是优选的。然而，通过可用的驱动器电路，可实现的调制频率是有限的，诸如例如到250Hz。由于调制频率应当高于换向频率，因此优选应用（仅在点执行波形52期间）低于在其余起动波40期间的换向频率。
在灯的起动期间应用点执行波形。在本上下文中，该术语是指在灯10的点火之后并且在灯已经达到完全稳定的稳态操作之前的时间区间。图3示意性地图示了放电灯在点火（峰50）之后的操作的不同阶段。应当清楚，图3中的图不是按比例绘制的，特别是在时间轴上。第一点火阶段52具有大致100ns的持续时间，并且随后的接管周期（takeover period）54（也称为辉光至弧转换）具有大致100μs的持续时间。
一旦辉光至弧转换54完成并且出现稳定的弧，本发明处理弧附着的模式。这是起动周期56开始处的情况，在此期间，当放电容器的壁变热并且放电空间18内的条件改变时，驱动器电路20应用作为与在稍后的稳态操作58中相同的低频率的方波交流电的灯电流IL，但是其具有被控制成随时间变化直至在稳态区域58中达到热稳定条件和完整光通量的电功率或电流电平，其中驱动器电路20根据电功率到灯10的例如25W的额定功率值的控制供应灯电流IL。
对于不同类型的灯10和对于相同灯的不同初始温度（即在“冷”和“热”起动之间），起动周期56的持续时间可以不同，但是一般具有针对冷起动的大约100s的持续时间。
在起动阶段56期间，在到那时还没有自然达到点模式的情况下，至少应用一次如图3中示意性示出的点执行波形30、40以将灯的一个电极或两个电极切换到点模式。
如以上关于点模式执行波形30所解释的，这被设计为将一个电极切换到点模式。当然，优选的是同样提供用于将另一电极也切换到点模式的反向波形。此外，由于在起动周期56期间放电容器变热时放电空间18内的弧的操作参数改变，优选的是在起动区间56期间多次提供点执行波形，以便确保灯10在两个电极22处尽可能早地被确实切换到点模式。
图12示出了作为在其中灯一般利用在电流电平IR处的方波交流电来驱动的区间期间优选的点执行波形40如何可以被多次应用的示例。应当指出，对于该优选的波形40，驱动器电路可以继续以相同电平和频率供应电流，并且，波形40可以通过叠加脉冲以修改波形40的第一至第四区间中的电流电平来实现。
图14示出了应用的真实示例的时序图，其中在灯的起动区间期间应用点执行波形。所示出的是具有25W的标定功率和无钍电极的无Hg汽车HID灯的起动区间的头40s中的灯电流和灯电压。
电流被示出为实线。在0s（即灯的点火）和大约10s之间，驱动器将电流保持在两个固定电平2.3A 与2.0A。从10s开始，它通过强加从2A（10s处）到40s处的约0.7A的电流降低来遵循编程的功率曲线。同时，灯电压（虚线）从24V（冷灯）上升至40s处的接近40V。在40s处的瞬时灯功率为28W，即，25W的最终功率尚未达到，但在本情况下将在120s之前达到。
利用照相机长期监视两个电极上的弧附着。可见，两个电极从开始直到18s操作在扩散模式中。在开始之后的18s和19s之间应用图6中示出的类型的点执行波形，其具有以下参数：点执行之前的平均电流I0=0.81A，电平I1=1.10A，I2=0.53A，I3=-I1，I4=-I2。从19秒以后，应用区间结束，观察到两个电极操作在点模式中。通过灯电压突降约1.5V以及灯电流中结果得到的增加（由驱动器的功率控制强加）来在图14中同样清楚表示在18s和19s之间的从扩散到点的转换。
按照以上教导对本发明的许多修改和变形是可能的。因此，要理解，可以在随附权利要求的范围内除本文具体描述的之外的那样实施本发明。特别地，本发明可以通过不同类型的放电灯来实施，并且可以使用不同的点执行波形。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施这一仅有事实并不指示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何参考标记不应被解释为限制范围。

资源描述

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1、(10)申请公布号 CN 103947300 A (43)申请公布日 2014.07.23 C N 1 0 3 9 4 7 3 0 0 A (21)申请号 201280058386.0 (22)申请日 2012.11.15 61/563,882 2011.11.28 US H05B 41/38(2006.01) (71)申请人皇家飞利浦有限公司地址荷兰艾恩德霍芬 (72)发明人 U.赫奇特菲斯彻 (74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人孙之刚汪扬 (54) 发明名称用于放电灯的改进点模式操作 (57) 摘要描述了一种照明设备和一种用于操作放电灯（10）的。

2、方法。所述放电灯（10）包括密封放电容器和两个电极（22）以产生弧。驱动器电路（20）向所述电极（22）输送电力。在起动区间（56）中，电力被供应为交流电I L 。在所述起动区间（56）期间，所述交流电I L 的波形至少一次被改变成点执行波形，以便将所述弧到所述电极（22）的附着模式改变成点模式。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.05.28 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/IB2012/056433 2012.11.15 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/080076 EN 2013.06.06 (51)Int.Cl. 权。

3、利要求书2页说明书10页附图15页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书2页说明书10页附图15页 (10)申请公布号 CN 103947300 A CN 103947300 A 1/2页 2 1.照明设备，包括 -放电灯（10），其包括密封放电空间（18）和布置在放电空间内以产生电弧的至少两个电极（22）， -驱动器电路（20），其用于将电力输送到所述电极（22）， -其中所述驱动器电路（20）被配置成通过向所述灯（10）供应交流电（I L ）来在所述弧的点火之后在起动区间（56）内输送电力， -其中在所述起动区间（56）期间，所述交流电（I L。

4、）的波形至少一次被改变成点执行波形(30，40)，以便将所述弧到所述电极（22）中的至少一个的附着模式改变成点模式。 2.根据权利要求1的照明设备，其中 -在所述放电灯点火之后所述点执行波形（30，40）被首先应用1-100s。 3.根据上述权利要求中的一项的照明设备，其中 -在应用所述点执行波形之前，在起动电流电平（I R ）处应用所述交流电（I L ）， -其中所述点执行波形（30，40）至少包括冷却区间，在此期间，电流在所述起动电流电平（I R ）以下的减小的电流电平（I 1 ）处被供应到所述电极（22）。 4.根据上述权利要求中的一项的照明设备，其中 -所述点执行波形（30）包括。

5、冷却区间（32），在此期间，电流在具有第一极性的第一电流电平处被供应给所述电极（22），使得第一电极（22）作为阳极进行操作， -以及紧跟所述冷却区间（32；44）之后的点模式区间（34；46），在此期间，电流在具有相反极性的第二电流电平处被供应给所述电极（22），使得所述第一电极（22）作为阴极进行操作。 5.根据权利要求4的照明设备，其中 -所述第二电流电平的绝对值高于所述第一电流电平的绝对值。 6.根据上述权利要求中的一项的照明设备，其中 -在应用所述点执行波形（30，40）之前和之后，所述电流（I L ）被供应为具有基本上恒定的起动电流电平（I R ）的交流电， -其中在所述点。

6、执行波形（30，40）期间的时间平均电流电平在所述起动电流电平（I R ）的+/-20%内。 7.根据上述权利要求中的一项的照明设备，其中 -所述点执行波形（30，40）至少包括第一区间（32），其中电流被供应为第一平均电流电平（I 1 ）和第一极性，以及紧跟所述第一区间（32）之后的第二区间（34），其中电流（I L ）被供应在第二平均电流电平（I 2 ）和与所述第一极性相反的第二极性处， -其中所述区间（32，34）中的每一个具有长于在所述点执行波形（30，40）之前和之后供应的交流电（I L ）的周期的持续时间。 8.根据上述权利要求中的一项的照明设备，其中 -在应用所述点执行波。

7、形之前，所述交流电（I L ）被应用在起动电流电平（I R ）处， -并且其中所述点执行波形（40）包括至少一个区间（42，44），其中电流被供应在第一极性处，以及随后的区间（46，48），其中电流被供应在相反极性处， -其中在所述区间的至少一个期间，平均电流电平低于所述起动电流电平（I R ）， -并且其中所述区间被重复多次。权利要求书CN 103947300 A 2/2页 3 9.根据上述权利要求中的一项的照明设备，其中所述点执行波形（40）至少包括 -第一区间（42），其中电流被供应在第一平均电流电平（I 1 ）和第一极性处， -紧跟所述第一区间（42）之后的第二区间（44）。

8、，其中电流被供应在不同于所述第一平均电流电平（I 1 ）的第二平均电流电平（I 2 ）处，并且具有相同的极性， -紧跟所述第二区间（44）之后的第三区间（46），其中电流被供应在第三平均电流电平（I 3 ）和与所述第一极性相反的极性处， -以及紧跟所述第三区间（46）之后的第四区间（48），其中电流被供应在不同于所述第三平均电流水平（I 3 ）的第四平均电流水平（I 4 ）处，并且具有相同的极性。 10.根据权利要求9的照明设备，其中 -所述第一平均电流电平（I 1 ）具有高于第二平均电流电平（I 2 ）的绝对值的绝对值， -并且其中所述第三平均电流电平（I 3 ）的绝对值高于所述第四平。

9、均电流电平（I 4 ）的绝对值。 11.根据权利要求9、10中的一项的照明设备，其中 -在所述点执行波形（40）之前和之后，所述电流（I L ）被供应为具有基本上恒定的起动电流电平（I R ）的交流电，其中所述第一平均电流电平（I 1 ）的绝对值高于所述起动电流电平（I R ）的绝对值，并且所述第二平均电流电平（I 2 ）的绝对值小于所述起动电流电平（I R ）的绝对值， -并且其中，所述第三平均电流电平（I 3 ）的绝对值高于所述起动电流电平（I R ）的绝对值，并且所述第四平均电流电平（I 4 ）的绝对值小于所述起动电流电平（I R ）的绝对值。 12.根据上述权利要求中的一项的。

10、照明设备，其中 -在所述点执行波形（40）期间，所述电流（I L ）被供应为具有低于在其余起动阶段期间的换向频率的交流电。 13.根据上述权利要求中的一项的照明设备，其中 -在所述点执行波形（40）期间，所述电流（I L ）被供应为具有换向频率的交流电， -其中所述电流（I L ）的绝对值被连续调制。 14.根据权利要求13的照明设备，其中 -所述电流（I L ）在高于所述换向频率的调制频率处被连续调制。 15.操作包括密封放电空间和至少两个电极（22）的放电灯（10）的方法，通过 -通过向所述灯（10）供应交流电（I L ）来在所述灯的点火之后，在起动区间（56）期间向所述灯（10）输送。

11、电力， -其中在所述起动区间（56）期间，所述交流电（I L ）的波形至少一次被改变成点执行波形（30，40），以便将所述弧到所述电极（22）的附着模式改变成点模式。权利要求书CN 103947300 A 1/10页 4 用于放电灯的改进点模式操作技术领域 0001 本发明涉及一种照明设备，其包含放电灯，并且涉及操作放电灯的方法。特别地，本发明涉及一种设备与方法，其用于改进放电灯在起动（run-up）期间（即在灯已经达到热稳态操作模式之前的操作时间段中）的操作。背景技术 0002 已知不同类型的弧放电灯，其每一个包括密封放电容器和伸入到放电容器内的密封放电空间的至少两个电。

12、极。弧放电灯从电极之间点火的电弧生成光。根据灯的类型，可以存在提供于放电容器内的不同部件，特别是以指定填充压力的填充气体和其它成分，例如金属卤化物或者，可选地，汞。 0003 通过驱动器电路向电极供应电力。这可以包含用于为电极之间的放电点火的高电压脉冲。典型地，所引起的放电将作为辉光放电开始并且快速地转换成弧放电。 0004 例如，在汽车HID灯（即，旨在使用于汽车的头灯中的灯）中，向电极供应作为交流电的电力。在起动周期中，在电弧已经成功建立之后，已知的汽车HID灯（例如，具有35W的额定功率）首先通过将电流限制到最大值而进行操作。在起动周期的稍后阶段，灯可以在功率控制模式中进行操。

13、作，从而根据功率曲线，在预定时间内从初始的较高功率值降低至额定功率值。当转换成稳态操作时，作为交流电向灯供应的电力（优选地作为方波）被控制在灯的额定功率处。 0005 US 2009/0230870描述了用于高强度放电灯的电子镇流器。弧的形成是由点火控制、辉光至弧转换电流控制和初始弧发展电流控制来控制的。因此所形成的弧在弧稳定化电流控制中被稳定化，随后在正常操作期间由灯功率控制稳定化。在此周期期间，首先在初始弧发展阶段以较高切换频率供应交流电，并且稍后在弧稳定化和正常操作期间以恒定的较低频率供应交流电。在从较高频率切换至较低频率之前，存在电压、灯电流和操作频率的增加。发明内容。

14、0006 本发明的目的是提供一种照明设备和一种用于操作放电灯的方法，其允许放电灯的改进操作。 0007 该目的由根据权利要求1的照明设备和根据权利要求15的方法来解决。从属权利要求是指本发明的优选实施例。 0008 本发明是基于以下想法：提供操作条件，使得灯优选地操作在“点模式”中，即，使得电弧到电极的附着模式对应于点模式，其中弧只在小位置处附着到电极，而不是其中弧在电极前面的较大区域上附着到电极上的扩散模式。点模式具有较低电极损耗和因此的较低电极温度的优点，使得在给定总灯功率的情况下生成较高的光通量。另外的优点是在电磁干扰（EMI）方面改进的性能，这对于汽车HID灯而言十分重要。。

15、基于滞后行为的识别（将结合优选实施例对其进行详细解释），本发明提出在起动阶段将灯切换到弧附着的点模式，说明书CN 103947300 A 2/10页 5 以便确保在该模式中的操作同样用于随后的稳态操作。 0009 根据本发明，这可以通过在起动区间内供应作为供应给灯的交流电的电力来实现，所述起动区间被定义为放电灯的点火之后的指定时间区间，其中在起动区间期间，交流电的波形至少一次被改变成点执行波形（spot-enforcing waveform），以便将弧到电极的附着模式改变到点模式。 0010 如将解释的，一旦达到，点模式典型地是稳定的。在点执行波形的应用之前灯已经操作在点模式中。

16、的情况下，它将继续操作在该模式中。然而，如果灯操作在弧附着的扩散模式中，所供应的操作电流的点执行波形将有可能成功地将灯从扩散模式切换到点模式弧附着，在随后的操作中其然后将保持稳定。 0011 因此，本发明提供了实现点模式中的期望操作的非常简单的方式，而无需在稍后的稳态操作期间的特殊措施。 0012 根据本发明的优选实施例，在此期间动力被供应为交流电（优选地为方波），并且在此期间点执行波形被至少应用一次、优选为多次的起动区间可以被定义为灯点火后的在 1-100秒之间的时间。可能早在点火后的5秒之前就成功地应用点执行波形，但是一般优选的是一直等到灯操作条件足够接近最终稳态，并且灯部件（尤。

17、其是电极）已经达到足够稳定的热条件来使得切换到点模式确实是永久的时。因此，进一步优选为在点火后的10秒处或者更晚时开始点执行波形的应用，并且甚至进一步优选为点火后20秒或者更长时间。另一方面，还可能首先在晚于点火后100秒的时间处应用点执行波形，并且然后仍实现稳定的点模式。然而，为了尽可能早地建立点模式，优选的是例如早在点火后的60秒之前，进一步优选为早在点火后的40秒之前开始应用点执行波形。 0013 在起动区间随后的稳态操作期间，优选将电力供应给电极而没有点执行波形的另外应用。这促进了操作和驱动器设计。例如，在点火后的200s之后，以规则方波供应电流而没有点执行波形的应用。。

18、0014 根据本发明的优选实施例，可以使用不同波形的驱动电流来执行点模式弧附着。正如以下将要解释的，如果电极作为整体未被充分加热以承受扩散附着的弧，则点模式而非扩散模式中的弧附着发生。结果，优选的点执行波形至少包括具有有效用于冷却一个或两个电极的电流波形的部分，即其中电极作为阳极以减小的电流被驱动。正如将从以下描述的详细实施例变得显而易见的，冷却电流波形部分可以由相对长的冷却区间来提供，其中操作实现在减小的电流值处。可替换地，也可以通过多个连续的较短冷却区间来实现冷却，从而建立较低的电极温度。 0015 对于通过减小的电流实现点模式的可能性取决于电流选择得多低以及用于多长时间。电。

19、流越低，对于实现点模式的可能性就越高。针对减小的电流的下限是其中灯熄灭的电流值。因此，减小的电流电平应选择成在用于承受弧放电的最小电流值以上但在通常的起动电流以下。由于起动电流贯穿起动区间不是恒定的，因此减小的电流的电流值应当比点执行波形开始之前所应用的瞬时起动电流低。 0016 而且，应用减小的电流越久，实现点模式的可能性越高。然而，在相对长的时间段内应用减小的电流将导致人眼可见的光通量的下降或降低。这对于一些应用来说可能是可接受的。特别地对于汽车头灯而言，优选的是点执行波形不产生可见下降。 0017 特别优选的有效点执行波形首先提供冷却区间来冷却电极，并且然后提供具有随说明。

20、书CN 103947300 A 3/10页 6 后点模式区间的换向来将电极切换到点模式。在这些区间期间，所供应的电流可以是至少基本上恒定的（即，变化小于+/-10%），但是可替换地，还可能（并且在许多实际应用中更容易获得）使电流在冷却和点模式区间内变化，例如作为电流斜坡。 0018 在冷却区间期间，电流基本上恒定地供应给电极，或者可替换地具有在第一电流电平处（或者，在变化电流的情况下：第一平均电流电平）的第一极性的变化电流值，使得第一电极作为阳极操作。优选地，选择相对低的电流电平。这导致阳极电极的冷却。 0019 在紧随其后的点模式区间中，第二电流电平（或：第二平均电流电平）处的电流供。

21、应有相反极性。先前在冷却区间期间冷却的第一电极现在作为阴极操作。如果第一电流电平被选择成足够低并且持续时间被选择成足够长，则电极温度将不足以承受扩散模式，并因此切换到点模式。 0020 在已经证实作为点执行有效的一些波形中，换向之后电极所要求的第二电流电平的绝对值被选择成高于冷却区间期间所供应的第一电流电平的绝对值。实验已经示出，对于第二电流电平而言，高于第一电流电平至少50%是有效的，进一步优选的是第一电流电平的至少两倍。利用甚至更高的第二电流水平（诸如是第一电流电平的5倍或者更多）已经获得了甚至更好的结果。同样，在点模式区间中供应的电流可以是基本上恒定的，或者可以可替换地在。

22、区间期间变化。在冷却和/或点模式区间中的变化电流值的情况下，第一和第二电流电平可以定义为每个区间持续时间上的时间平均值。 0021 选择点执行波形来使得灯所生成的光通量基本上不改变是优选的，使得点执行波形的应用应当几乎不可见，并且避免了可见光下降。为了实现这一点，优选的是将第一和第二电流电平与其间它们被应用的冷却区间和点模式区间的持续时间选择成获得时间平均电流，其在不超过点执行波形之前和之后应用到灯的电流的+/-20%以内。在起动区间期间，供应为交流的电流（优选为矩形电流）将随着放电容器变热而逐渐改变。因此，所应用的起动电流电平可能不完全是恒定的，而是将在点执行波形的短持续时间期间。

23、仅仅小幅改变，这在本上下文中被称为“基本上恒定”。优选地，在点执行波形之前和之后所应用的起动电流电平和在点执行波形期间供应的平均电流在+/-10%内，进一步优选地在+/-5%区间内以避免可见光下降。 0022 根据本发明的实施例，优选的点执行波形包含应用一次的第一类型的波形和直接相继应用多次的第二类型的波形。 0023 要被应用一次的点执行波形（即，在恢复到常规起动之前一次；事实上，波形可以在不久被重复应用）包含交变恒定或变化的电流电平区间。优选地，这些区间包括第一区间，其中电流供应在第一电流电平和第一极性处；以及随后的第二区间，其中电流供应在第二电流电平和相反的极性处。（在这些。

24、区间内，电流可以供应在至少基本上恒定的电流电平处，或者可替换地为变化的电流。）同样，第二平均电流电平可以被选择成高于第一平均电流电平（绝对值）。优选地，第一和第二区间每个具有比点执行波形之前和之后所供应的交流电的周期更长的持续时间。在起动区间中，以及优选地还在稍后的稳态操作中，操作电流供应在例如150-500Hz、优选为200-400Hz的相对低的频率处。优选地，以上描述的电流区间的点执行波形具有10ms以上、进一步优选为至少20ms的总持续时间。为了避免不同电流电平的长周期（其在灯的光输出中将是可见的），优选的是两个区间的持续时间总和小于 100ms，进一步优选为小于60ms。优。

25、选地，第一和第二区间的持续时间被选择成使得第一区说明书CN 103947300 A 4/10页 7 间的持续时间与第一和第二区间的总和的商在0.3和0.7之间，优选在约0.5处，使得这两个区间具有大约相等的持续时间。 0024 优选地，第一电流电平被选择成低于点执行波形之前和之后应用的起动电流电平，并且优选地，第二电流电平被选择成高于起动电流电平。因此，光通量可以在平均值上保持大约恒定。 0025 在点执行波形的另外的优选实施例中，在连续区间中为电流供应有不同的电流电平。优选地，这种类型的点执行波形直接相继重复多次。 0026 在点执行波形的一个示例中，在四个连续区间内为电流供应。

26、有不同的电流电平，第一区间中的第一极性的第一电流、第二区间中的第二极性处的第二电流，以及第三和第四区间中的第三和第四电流电平。在每个区间内，电流电平如果不是至少基本上恒定的，则可以被定义为时间平均值。第一和第二区间中供应的电流的极性是相同的，并且与在第三和第四区间中供应的电流的极性相反。在另外的优选实施例中，第一电流电平的绝对值高于第二电流电平的绝对值，并且第三电流电平的绝对值高于第四电流电平的绝对值。（在本上下文中，当比较电流电平时，参照其绝对值，忽略极性）。 0027 该波形（特别是如果在四个区间的相继中重复多次）已经证实作为点执行波形是有效的，因为随着电流在第二区间中减小，。

27、充当阳极的电极冷却下来，并且在换向之后，不得不在随后的区间中输送相反极性的电流。正如将针对优选实施例所解释的，这很可能为该电极将弧附着模式切换到点模式。 0028 优选地，在第一和第四区间中，使电流电平变化以获得平均电流的较小变化，并且因此获得大约恒定的光输出。较高的第一电流电平因此补偿了较低的第二电流电平，并且较低的第四电流电平补偿了第三较高的电流电平。因此，该波形对避免从灯生成的光通量中的明显下降是有效的。 0029 优选地，以上所描述的波形可以插入到起动区间期间供应的AC（矩形）电流中，使得所有四个区间的总持续时间之和至少基本上等于所供应的AC电流的一个周期。因此，点执行波。

28、形在所供应的操作电流的单个周期内被供应，这便于驱动器电路的设计。 0030 第一占空比，即，第一区间的持续时间与第一和第二区间的持续时间之和的商，以及第二占空比，即，第三区间的持续时间与第三和第四区间的持续时间之和的商，可以优选地选择成例如在25%和75%之间。更高或更低的占空比可能导致不理想的高电流电平，或者可能不足够长以实现所期望的热性能。进一步优选的是在40%和60%之间、特别优选为基本上50%的占空比，使得所有四个区间具有基本上相同的持续时间。 0031 第一电流因数，定义为第一电流电平除以第二电流电平的值，以及第二电流因数，定义为第三电流电平除以第四电流电平，可以例如选择为。

29、在1.5和10之间。低于1.5的因数可能不能高效实现转换。过高的因数将难以在驱动器电路中实现并可能引起附加的问题，诸如换向问题。优选地，第一和第二电流因数可以被选择为在2和6之间。 0032 将第一到第四电流电平的绝对值与在点执行波形之前和之后应用的起动电流电平进行比较，第一和第三电流电平优选地被选择成高于起动电流电平，并且第二和第四电流电平被选择成低于起动电流电平。 0033 在另外的优选实施例中，点执行波形期间的换向频率可以不同于点执行波形的应用之前（以及优选地，之后）在起动阶段应用的换向频率。在示例中，在点执行波形期间为电说明书CN 103947300 A 5/10页 8。

30、流供应有比在其余起动阶段期间低的换向频率。如果应用电流的绝对值的连续调制，那么这已经被证明特别有利。根据已被证明对获得稳定点模式而没有明显的光输出下降以及对驱动器电路的相对容易的设计二者都有效的优选实施例，点执行波形期间的电流被供应为具有某一换向频率的交流电，其中，电流的绝对值被连续地调制。优选地，调制关于时间平均电流值对称，所述时间平均电流值至少基本上等于在点执行波形的应用之前的起动阶段期间应用的时间平均电流值。特别优选的是在高于换向频率的调制频率处的调制。令人惊奇的是，实验已经示出，具有不同于换向频率的调制频率的波形对于将灯切换到点模式来说是有效的，并且易于通过现有的可编程。

31、驱动器电路实现。 0034 优选地，所提出的波形实施例是对称的，使得两个电极都同等地受影响并且切换到点模式。 0035 仅在起动区间期间的单个时间处应用点执行波形是可能的。为了确保到点模式的转换将确实发生，还可能并且优选地，在不同时间处应用点执行波形。在点执行波形的应用之间，电流优选地被供应为恒定频率的交流电。例如，起动区间期间点执行波形可以被应用至少两次、优选至少三次。点执行波形可以被应用预定次数并且在预定时间点处被应用而无需修改。可替换地，应用可以取决于从灯获得的反馈，即找出到点模式的转换是否成功的测量。如果发现电极仍在扩散模式中操作，则点执行波形可以再次被应用。 0036 另。

32、外，在适于仅将一个电极切换到点模式的点执行波形的情况下，优选在起动区间期间应用至少第一点执行波形来将第一电极切换到点模式，并且应用第二反向点执行波形来将第二电极也切换到点模式。 0037 所述设备和方法可以用于十分不同的类型的弧放电灯的操作，其中优选点模式中的操作。特别地，灯可以是HID（高强度放电）灯。本发明特别适用于汽车HID灯，特别是具有无汞填充物的灯。由于放电空间内钍、特别是镀钍电极的存在可以促进点模式操作，所以本发明尤其适用于无钍弧放电灯。 0038 本发明可以有利地用于特别是其中驱动器电路被布置在灯座内的灯。一般而言，这些灯被设计成在20-30W、特别是25W的额定功率。

33、处进行稳态操作。 0039 本发明的这些和其它方面将是显而易见并且参照本文如下的实施例加以阐述。附图说明 0040 图1示出了包含放电灯和驱动器电路的照明设备的示意性表示；图2示出了具有集成到放电灯的基座中的驱动器电路的放电灯的示意性表示；图3示出了放电灯的点火之后直到稳态操作的灯电流的示意性时序图；图4-11a，11b示出了根据不同实施例的具有点执行波形的灯电流的示意性时序图；图12示出为具有多个点执行波形的灯电流的示意性时序图；图13示出了弧附着模式与盐压p和灯电流I L 的关系的象征性图；图14示出了起动区间内的灯电流和灯电压的时序图的示例。具体实施方式 0041 图1示。

34、意性地示出了弧放电灯10，在当前示例中为布置在汽车的前反射器12内的汽车HID放电灯。灯10包括基座14，其容纳在包括到示意性示出的驱动器电路20的机械说明书CN 103947300 A 6/10页 9 连接和电连接的插座16内。 0042 灯10包括放电容器，其限定具有彼此相对布置的电极22的密封内部放电空间18。包含于放电空间内的是优选为氙的稀有气体以及金属卤化物。由于HID灯本身是本领域技术人员所公知的，因此不需要解释放电灯10的设计的进一步细节。 0043 在所示的示例中，驱动器电路20通过输入24处的汽车的DC车载电压供电。驱动器电路20向插座16提供灯操作电流I L 。

35、，其中基座14的电连接服务于将灯操作电流I L 应用到电极22。 0044 示例性驱动器电路20的结构一般在图1中示出。可控DC/DC电源25向全桥式切换单元26供应DC电流。控制单元28控制DC/DC电源25来提供具有所期望的电流电平的灯电流I L 并且还驱动切换单元26从而以所期望的频率和极性供应电流I L ，即，作为方波交流电。在点火期间，控制单元28驱动点火电路29来供应高电压脉冲。 0045 在图2中示出的灯10的优选替换实施例中，驱动器电路20集成在灯10的基座14 内，使得当基座14和因此所供应的驱动器电路20将生成灯电流I L 以用于供应给电极22 时，常规DC车载电压。

36、可以应用到电接触件。 0046 正如本领域技术人员已知的，通过在电极22之间供应高电压以用于为弧放电点火并因此向灯22供应电力直到达到全光通量处的稳态操作，将实现图1（以及图2的可替换实施例中）的灯10的操作。在稳态中，利用被供应为例如300或400Hz的相对低频率的方波交流电的灯电流I L 来操作灯10。 0047 在灯电流I L 的每个半周期期间，电极22之一作为阳极进行操作，并且另一个作为弧放电的阴极。弧附着模式描述了电弧放电如何被附着到阴极。在扩散模式中，弧足迹在阴极前表面的大部分上伸展。在点模式中，电弧只在小点处以收缩的方式被附着到阴极。如 H.Pursch等人在J.Phy。

37、s.D:Appl.Phys.35（2002）1757-1760 上发表的“Arc Attachment and Fall Voltage on the Cathode of an AC high-pressure Mercury Discharge（AC高压汞放电的阴极上的弧附着和降落电压）”中描述的，点模式中的阴极顶端具有比在扩散模式中高的温度，然而，在点模式中，其余电极体具有较低的温度。 0048 弧附着到阴极的模式可以取决于多个参数，其中灯电流I L 和盐压p是最重要的。对于该二维参数空间，图8示意性地示出了点模式的存在区域C、扩散模式的存在区域A，以及共存区域B。如实验所揭示的。

38、，点模式区域C（即，图7的虚线的左侧）中的灯操作将总是在点模式中。同样，扩散模式区域A中的操作将总是发生在扩散模式中。然而，在共存区域 B中，操作模式示出了滞后行为，即，它将取决于操作的先前模式。这意味着，在共存区域B 内，除非参数改变使得操作进入相反模式的区域中，否则弧附着的模式将保持稳定。 0049 将该知识应用于HID灯，尤其是在汽车领域中，其中优选点模式中的操作，灯应该被设计和操作在点模式区域C内，或在共存区域B中，而不在扩散模式区域A中。虽然在扩散模式区域A中，点模式中的稳定操作可能不实现，但是扩散模式中的操作在共存区域B中的灯可以通过短暂改变参数而稳定地切换到点模式以进入点。

39、模式区域C，即使参数之后再次改变回到共存区域B。 0050 因此，对于在共存区域B中具有稳态参数的灯，或者对于设计用于点模式区域C的一系列灯（其中一些单独的灯由于制造容差而将操作在共存区域B中）而言，通过一旦将灯切换到点模式而确保点模式操作是可能的，其此后将是稳定的。说明书CN 103947300 A 7/10页 10 0051 为了实现该切换，可以使用灯电流I L 的点执行波形。由于如果相对低温的阴极不得不输送电流则发生点模式操作，因此点执行波形的基本思想是操作电极以使之冷却下来。特别地，通过将电极操作为减小的电流处的阳极可以实现冷却。然后，如果换向发生并且电极作为阴极工作。

40、，弧附着的模式很可能切换到点模式。 0052 图4和5示意性地图示了灯电流I L 的点执行波形30的示例。这些波形提供相对低电流的冷却区间以及随后的点模式区间，其中灯操作在相对高的电流处。对于图4中示出的第一示例，理想波形的示例被示出为实线。在点执行波形30之前和之后，灯电流I L 被供应为在电流电平I R 和-I R 之间换向的矩形波形的交流电。在点执行波形30期间，灯电流 I L 在第一冷却区间32中被供应为减小的电流电平-I 1 的直流电，其绝对值小于I R 。然后，实现电流的换向，并且在第二点模式区间34中，灯利用供应在增加的电流电平I 2 处的大于 I R 的灯电流I L 进。

41、行操作。因此，在第二区间34中的高电流I 2 的应用时，在第一区间32中充当阳极的电极将很可能切换到点模式，其中它作为阴极进行操作。反向波形将很可能也将另一个电极切换到点模式。 0053 已经利用HID灯进行实验以示出波形30对于将先前操作在扩散模式中的灯切换到点模式是有效的。当然，如图7的视图所解释的，只有如果灯一般操作在共存区域B中，这才有可能。取决于电路20的部件，可能不能获得理想波形（实线），而是实际测量电流曲线可以看起来更像图4中示出的虚线。不过，冷却电极以及然后将其切换到点模式的目的将被满足。 0054 在波形30（其被称为交变DC电平的波形）中，每个DC阶段32、34。

42、应当长于作为方波的常规供应期间的灯电流I L 的完整周期。I 1 的绝对值应当在I R 的50和80%之间，并且 I 2 的绝对值应当在I R 的120和150%之间。如图4所示，波形30优选是对称的，即，第一和第二区间32、34的持续时间大约相等，并且I 2 大于I R 的量与I 1 小于I R 的量相同。因此，在时间平均中，波形30期间的电流供应将等于I R 。在第一区间32期间减少的光输出与在第二区间34期间增加的光通量仍然可以是可测量的，但是鉴于短持续时间不应当使观察者受到干扰。 0055 可替换于交变DC电平的以上所描述的波形（图4），还可以通过不同成形的电流曲线来获得点。

43、执行波形的效果。图5示出了具有冷却区间32和点模式区间34的交变电平的点执行波形的第二实施例的对应示例，其中在这些区间的每一个期间，电流I L 不是（恒定或基本上恒定的）DC电流，而是可以沿着任意曲线变化。在电流随时间变化的这种情况下，电流值-I 1 和I 2 是平均电流值。由于通过低电流的在一个电极上的冷却效果也将通过可变电流实现，因此该波形也将成功地将电极切换到点模式。 0056 图6、图7示出了点执行波形的第三和第四实施例。虽然这样的波形的第一个和第二个依赖于冷却区间，随后是换向后的相对高电流，图6、图7中示出的第三和第四实施例提供了随后是关于第一和第二波形修改的第二区间34。

44、的冷却区间32。在第二区间34 中，换向后的电流也是在减小的电平处，其绝对值I 2 在起动电流I R 以下。同样地，在第四实施例（图7）中的第二区间34期间变化的电流具有较低的平均值I 2 。这些波形也已经被证实对将灯切换到点模式是有效的，其中换向后的电流电平I 2 与换向前的减小的电流值I 1 的绝对值相同。然而，这些波形具有时间平均光通量小于常规起动期间的缺点。 0057 图8示出了点执行波形的第五实施例。第五点执行波形40的周期具有等于波形说明书CN 103947300 A 10 8/10页 11 40之前和之后供应在电流电平I R 处的交流电的周期（图8的左侧所示）的总持续。

45、时间。在四个连续区间42、44、46、48中，灯电流I L 供应在变化的电流电平I 1 、I 2 、-I 1 、-I 2 处。在第一区间42中，电流供应在高于电流电平I R 的电流电平I 1 处。在随后的冷却区间44中，电流供应在较低电流电平I 2 处，其小于I R 的量与电流值I 1 高于I R 的量相同。此外，由于第一和第二区间42、44具有相同的持续时间，波形40的第一半中的平均电流等于I R 。 0058 第三和第四区间46、48与具有相反极性的区间42、44相同。电流首先供应在高绝对值-I 1 处，并且在随后的第四区间48中，电流电平-I 2 再次具有相对低的绝对值。如在波。

46、形的第一半中那样，第三和第四区间46、48具有相同的持续时间并且电流电平在I R 周围对称，使得时间平均电流保持在I R 处。 0059 在图8中，理想波形被示出为实线，而测量示例可能看起来更像虚线所示。不过，两个波形对于通过在第二区间44中冷却作为阳极的第一电极以及在随后区间46中应用反向极性的高电流来将第一电极切换到点模式是有效的。由于波形40是对称的，并且被直接相继地连续应用多次，因此这对在从第四区间48到随后第一区间42的转换时将第二电极切换到点模式也是有效的。 0060 图9示出了点执行波形的第六实施例。在该波形中，在四个连续区间42、44、 46、48中以变化的电流电平。

47、I 2 、I 1 、-I 2 、-I 1 供应在波形40的应用之前和之后供应在电流电平I R 处的电流。区间42-48中的电流电平对应于第五实施例（图8）的电流电平，但是以反向的时间顺序：在换向之前应用高电流值I 1 、-I 1 ，并且在换向之后应用较低电流值I 2 、-I 2 。不过，由于区间44、48中减小的电流，该波形对于在该修改的波形的若干次应用之后充分冷却阳极是有效的，使得灯被切换到点模式。 0061 图10中所示的点执行波形的第七实施例对应于第六实施例（图9），但是利用电流斜坡而不是步进式恒定电流电平。重复波形40包含第一区间42，其具有从起动电流值 I R 以下的较低值。

48、I 2 线性增加到高于起动电流值I R 的电流值I 1 的电流。在随后的区间44 中，电流波形保持相同，但是具有相反极性。同样，已经证实该波形对于将灯切换到点模式是有效的。 0062 同样，在所有实施例图8-图10中，由于电流电平I 1 、I 2 被选择成关于起动电流I R 对称，因此在重复波形40、40、40的应用期间平均电流电平保持在I R 处恒定，使得光输出保持恒定。 0063 如通过图9、图10 的实施例对于将灯切换到点模式是有效的这一事实所验证的，绝对电流的充分变化作为点模式执行波形是有效的，即使绝对电流中的变化与换向不同步。 0064 同样依赖于绝对电流电平的变化独立于反向。

49、这一事实的点执行波形的第八实施例示出在图11a、11b中。图11a示出了供应给灯的灯电流I L 。在图11a的左侧示出了对应于通常的起动电流（方波）的部分50，随后是点执行波形52。波形52具有所供应的电流的绝对值的连续调制。这种变化关于在通常的起动阶段50期间应用的电流I R 对称，并且在较低值I 2 和较高值I 1 之间变化。绝对电流的变化在图11b中更清楚可见，其中除灯电流I L 之外还示出反向灯电流-I L （虚线）。 0065 在该优选实施例中，利用250Hz的调制频率实现I 1 和I 2 之间的调制，而波形52期间的换向频率为200Hz。在通常的起动阶段50期间，换向频率为400Hz。出于点执行波形说明书CN 103947300 A 11 9/10页 12 52的目的，换向频率降至200Hz，使得250Hz的调制频率高于换向频率。 0066 虽然图11a中示出的结果得到的波形52看似复杂，但是已经证明，该波形52在可用驱动器电路中相对易于生成。点执行波形52期间的。

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