CN1833301A - 气体放电灯 - Google Patents

Abstract

所描述的一种气体放电灯(1)具有放电管(2)、伸入到该放电管(2)内的第一电极(3)和伸入到该放电管(2)内的第二电极(4)。第一电极(3)连接至包围该放电管(2)的可导电第一导体表面(5)。第二电极(4)连接至包围该放电管(2)的可导电第二导体表面(6)，并且该第二导体表面布置成与第一导体表面(5)重叠从而形成电容(C)。

Description

气体放电灯

本发明涉及一种气体放电灯和一种头灯，特别是车头灯，或者是带有对应的气体放电灯的光源。

数年来，气体放电灯因其优良的发光效率和色彩特性以及长的使用寿命而在车头灯工业中得到非常广泛的应用。这种气体放电灯具有放电管，该放电管充有惰性气体并且是由例如石英玻璃的半透明耐热材料制成。电极伸入到该放电管内，并且将电压施加到这些电极上以点燃和运行放电灯。目前在机动车辆上使用的典型气体放电灯例如是所谓的HID灯(高强度放电灯)，如高压钠灯以及特别是MPXL灯(MicroPower Xenon Light，微能量氙灯)，其在充有氙气的条件下工作。然而，使用这些气体放电灯的问题是，相关惰性气体如氙气的物理性质以及由其导致的放电现象使得放电灯不仅发出所希望的光，而且还在高频范围内发出很高比例的电磁干扰辐射。该高达1GHz的范围在这里是特别有问题的。该不希望有的电磁辐射主要通过电极和供电线辐射到放电管，这些部件在放电管处于运行状态时充当了由该放电管驱动的天线。由于该干扰辐射导致了对车辆其他电子单元的电磁干扰，如组合音响，ABS，气囊控制等，并从而导致相关设备的故障，因此有法律规定的EMC(电磁兼容性)要求以及由汽车工业自身设定的比较严格的EMC要求，例如CISPR25。因此非常有必要减少不希望有的辐射电磁能。由于灯的基本物理性质和对灯的功率要求，所以对发出电磁干扰的干扰源本身例如对灯本身进行改进从而使其在相关范围内辐射更少的电磁能的可能性是非常受限的。这就是为什么通常采取改善EMC的措施来防止电磁干扰辐射到周围环境的原因。

目前常用的减少电磁干扰辐射的方法是将整个灯尽可能地屏蔽在头灯内部，例如通过将反射器或灯内部的其它屏蔽件接地，如美国专利5,906,428所介绍的。然而，这种用头灯的金属部件或其他导电部件来对灯和供电线进行屏蔽是比较复杂的，因此价格很高。此外，存在这样的风险，即围绕辐射源的导电物体自身会充当为天线，并因此在例如接地连接接触不良所造成的不充分屏蔽的情况下会有相反的效果。

因此本发明的目的是提供一种气体放电灯，其在工作过程中的任何情况下只发出少量的电磁干扰辐射。

该目的通过如下的放电灯来实现，该放电灯包括放电管、伸入到该放电管内的第一电极和伸入到该放电管内的第二电极，以及连接至第一电极并且至少部分地包围该放电管的可导电的第一导体表面，和连接至第二电极并且至少部分地包围该放电管的可导电的第二导体表面，该第二导体表面布置成至少部分地与第一导体表面重叠从而形成电容元件。这两个导体表面在气体放电灯处形成为一个一方面直接连接到一个电极另一方面直接连接到另一个电极的去耦电容器，该电容器用作高频电流在两个电极之间的短路。照此而以一种有效的方式直接在气体放电灯处减少了电磁干扰的辐射。

按照本发明，由于直接在灯自身处减少了该电磁干扰辐射，因此该灯可有利地用在任何类型的车头灯中或可选择地用于其它以照明为目的的头灯或光源中，这正是所希望的。然后也不需要邻近着相关头灯或光源提供任何特殊屏蔽件或其它部件来抑制电磁干扰辐射。但是，也非常有可能是将本发明的气体放电灯并入到含有附加的EMC罩的头灯或光源中，例如并入到在文章开始所提及的那种类型的头灯中。在那种情况下，有可能是通过本发明气体放电灯和头灯或光源的附加屏蔽设备的特殊组合来进一步减少该辐射值，这对于周围环境中对电磁特别敏感的应用来说是非常有益的。

优选应该留意该导体表面的结构和布置，以便形成尽可能高的电容，使得对高频电流的阻抗尽可能的低。为了形成尽可能高的电容，因此该两个导体表面应该是相互绝缘的，但是要布置成尽可能靠近在一起并且具有尽可能大的重叠。

在许多在机动车辆头灯中使用的气体放电灯中，该第一电极和第二电极从布置在放电管两个相互对置的末端处的两个连接定位件伸入到放电管内。在这种气体放电灯中，第一导体表面优选是在第一电极的连接定位件处连接至第一电极，并且在朝着第二电极的连接定位件的方向上延伸。相反地，该第二导体表面优选是在第二电极的连接定位件处连接至第二电极，并且在朝着第一电极的连接定位件的方向上延伸，使其至少在远离第二电极的连接定位件的末端区域与第一导体表面重叠。这意味着两个导体表面在放电管外部基本上平行于所关联的电极在朝着另一电极的连接定位件的方向上一直延伸到使这两个导体表面具有足够程度的重叠。

在一个特别优选的实施例中，由第一导体表面和/或第二导体表面、或至少是由该导体表面形成的总表面基本上完全屏蔽了该放电管。为了实现之，该导体表面的每一个都优选是在放电管周围在一定距离之上以屏蔽件的形式(类似于同轴电缆的外导体)从相应电极延伸出来。特别优选的是每个导体表面都一直延伸到与相对的相应另一电极的连接定位件靠近。如果这两个导体表面都以这种方式布置成为屏蔽件，那么结果是形成非常大的覆盖表面积，以致形成相应的高电容。

此外，该导体表面可以布置成另外的形状，并且可以例如只是在放电管外部的一定区域上延伸，而不是实现对放电管的完全屏蔽。特别是，在一个更优选的实施例中，该导体表面在一定区域中还包括被精确限定的空隙或孔，这是灯在进行特别高的光发射时所需要的。

在一个特别优选的实施例中，第一导体表面和/或第二导体表面布置在包围放电管的外泡壳处。大多数现代气体放电灯总是具有外泡壳，该外泡壳完全包围住了该放电管并且特别是用来吸收在放电过程中产生的紫外辐射。因此，该外泡壳将其自身用作导体表面的载体。

高度优选地，该导体表面被布置成在外泡壳的壁上或壁中的若干层，这些层相互绝缘但是彼此间具有小的间距。在这种情况下，至少一个导体表面处于外泡壳的壁中或外泡壳的壁内侧。可选择地，两个导体表面都可被集成到外泡壳的壁中。将导体表面集成到外泡壳的壁中的优点是，至少该导体表面是从其周围环境中完全电绝缘的。这里应当留意，要在一个电极上施加几千伏的电压来点燃气体放电灯，然后该电压也必然被施加到连接在该相关电极上的导体表面上。

有各种可能性来实现该导体表面。

因此，例如，该导体表面可以由导电的半透明材料构成，例如以连续层的形式布置在外泡壳的壁上或壁中的FTO(掺氟的氧化锡)。一个可选方案是网状结构的导体材料，例如金属，该网状结构应该布置成总体上还有足够的光能通过该网而传输。而且，其它的金属结构也是可能的。

原则上还有可能是第一和第二导体表面是不同的结构，例如第一导体表面是外泡壳壁内部的导电半透明材料层，而第二导体表面是汽相沉积在外泡壳上的金属网状结构或某种类似结构。

在一个优选的实施例中，例如铁氧体磁珠、线圈或某种这类元件的电感元件连接至第一电极或第二电极，尽可能地靠近该电极的相关连接定位件。特别优选地，每个电极都连接电感元件。因而通过该相关的电感元件实现了相应电极与用于运行气体放电灯的电气系统之间的连接。该电感元件与用导体表面形成的电容一起形成了一个高效低通滤波器，该滤波器以比较可靠地方式阻止了或者说过滤了高频电流。该低通滤波器只允许通常在大约250～1000Hz的工作频率范围内的低频电流通过，优选是400Hz的工作频率，这些工作频率是气体放电灯的连续运行所必需的。

正如上文所指出的，本发明的气体放电灯原则上可按需要用在任何头灯和光源中。然而，一种特别优选的头灯包括位于第一连接件和/或第二连接件外侧上的电感元件，第一连接件用于连接气体放电灯的第一电极，第二连接件用于连接气体放电灯的第二电极，最终通过该电感元件实现了电极与运行气体放电灯所必需的驱动设备之间的连接。这些电感元件也可以是铁氧体磁珠或线圈等。如前所述，如果所使用的本发明的放电灯因资金原因而在其电极连接件处不包括任何电感元件，那么这样一种具有已经布置在灯连接件处的电感元件的头灯是特别有益的。

下面参考附图和具体实施方式对本发明进行更详细的解释。同一部件在附图中具有相同的参考标号，附图中：

图1是按照本发明一个实施例的气体放电灯的纵向剖面示意图，和

图2是图1的气体放电灯的等效电路图。

图1示出了一种典型的MPXL灯1。这样一种MPXL灯1包括通常是由石英玻璃制成的内放电管2(也叫做内泡或燃弧器)，该内放电管2具有一个只有几立方毫米的内部空间9。第一电极3和第二电极4以通常的方式从两个相互对置的端部延伸入放电管2也就是其内部空间9。该电极3、4以密封的方式穿过气体放电管2的圆柱形端部15、16而通到外部，使得内部空间9与外界密封隔绝。放电管2的内部空间9中具有比较高压力的惰性气体，在该情况下是氙气。在电极3、4之间施加高电压以便点燃该气体放电灯1。在随后的运行中，亦即点燃了灯1之后，在电极3、4两侧上施加一个交流电压，该交流电压具有大约400Hz的频率并且上峰值电压和下峰值电压分别为大约12V和大约-73V。

放电管2由外泡壳10围绕，该外泡壳10充有气体特别是空气，并且该外泡壳10与周围空气密封隔绝以便吸收在特别是放电中出现的紫外辐射，该外泡壳通常也是由石英玻璃构成并且在放电管2的端部15、16处固定连接至放电管2。

当将该灯设置在头灯或光源内时，电极3、4经由设置在放电灯2的末端区域15、16处的两个连接定位件7、8连接至供电线13、14，所述供电线依次又连接至适当的驱动设备(未示出)，该驱动设备为点燃灯1而供给高电压并且为灯的运行而供给交流电压。

按照本发明，两个独立的、相互绝缘的、导电的导体表面5、6以半透明膜或层或金属网状结构的形式呈现在外泡壳10上或外泡壳10内。在这种情况下，这些导体表面中的第一导体表面5处于外泡壳10外壁上。第二导体表面6设置为外泡壳10的壁中的一个层，以使第二导体表面6和第一导体表面5之间只有非常小的间距。每一个导体表面5、6都以屏蔽件的形式基本上完全包围住了放电管2。因此在下文中它们也被称作屏蔽件5、6。

第一屏蔽件5在连接定位件7处导电地连接至第一电极3。形成为外泡壳10的壁中的一个层的第二屏蔽件6在另一连接定位件8处导电地连接至第二电极4。对应的屏蔽件5、6在对应的连接定位件7、8处连接至相关的电极3、4，而每一个屏蔽件5、6的与其对应连接定位件7、8相对的端部是没有电接触的，也就是说是电悬空的(electrically floating)。

大的重叠表面面积以及小的相互间距意味着第一屏蔽件5和第二屏蔽件6形成了具有充分高的电容量的电容C，该电容C对于高频电流会将电极3、4短路。

这从图2的等效电路图来看是特别明显的。这两个电极3、4之间的高频短路使得由电极3、4形成的天线的有效截面积非常小，所述天线原则上要为高频电磁干扰辐射的发射负责。这个有效天线截面积F在图2的等效电路图中用阴影线示出。由于天线的功率原则上依赖于该有效截面积，而且该面积F在这里是非常小的，结果是按照本发明的气体放电灯1内的电磁干扰辐射在一切情况下都将是小的。由该同轴布置的系统所限定的截面积F在随本发明的实施中甚至可以认为接近0。

铁氧体磁珠11、12作为电感器而直接连接到电极3、4的连接定位件7、8，以便改善由双重叠屏蔽件甚至更多重叠的屏蔽件所形成的去耦电容器C的效果。这些铁氧体磁珠11、12与该去耦电容器C一起形成了一个高效低通滤波器，该滤波器基本上完全滤出了该高频干扰辐射，并且仅允许在运行过程中为气体放电灯供电所需的低频电流通过。

由于第二屏蔽件6处于外泡壳壁的内部，因此就有可能向连接到第二屏蔽件6的第二电极4供给为点燃该气体放电灯1所需的高电压，而没有了人手会触到该高压带电部件的风险。

用于形成该导电层5、6的适当材料目前是可得到的。原则上，将这些层插入到壁内以及将它们提供在外泡壳10的壁上都是可能的。因此，本发明为减少气体放电灯1运行过程中的电磁干扰辐射提供了一种比较简单并因而也是便宜的可能性，使得用来运行本发明气体放电灯的相关头灯或光源的特殊结构措施不再绝对需要。

再次为了完整性而注意到，在图1和图2中示出的气体放电灯1仅仅是一个示例。这样，本发明原则上可应用于其它类型的气体放电灯。此外，例如，在图1中直接设置在灯1上的铁氧体磁珠11、12或类似的电感元件可选择地设置在头灯或光源内，例如可以设置在灯座中而不是直接设置在灯1上，以便进一步减少气体放电灯自身的成本，毕竟后者是一个可有可无的成品。

Claims (10)

1.一种气体放电灯(1)，具有

放电管(2)，

伸入到该放电管(2)内的第一电极(3)，

伸入到该放电管(2)内的第二电极(4)，

连接至第一电极(3)并且至少部分地包围该放电管(2)的可导电的第一导体表面(5)，和

连接至第二电极(4)并且至少部分地包围该放电管(2)的可导电的第二导体表面(6)，该第二导体表面布置成至少部分地与第一导体表面(5)重叠从而形成电容(C)。

2.根据权利要求1所述的气体放电灯，其特征在于，

该第一电极(3)和第二电极(4)从布置在放电管(2)的相互对置的末端处的连接定位件(7，8)延伸到放电管(2)内，和

该第一导体表面(5)在第一电极(3)的连接定位件(7)处连接至第一电极(3)，并且在朝着第二电极(4)的连接定位件(8)的方向上延伸，和

该第二导体表面(6)在第二电极(4)的连接定位件(8)处连接至第二电极(4)，并且在朝着第一电极(3)的连接定位件(7)的方向上延伸，使其至少在远离第二电极(4)的连接定位件(8)的末端区域与第一导体表面(5)重叠。

3.根据权利要求1或2所述的气体放电灯，其特征在于，第一导体表面(5)和/或第二导体表面(6)和/或由两个导体表面(5，6)形成的总表面将放电管(2)基本上完全屏蔽。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的气体放电灯，其特征在于，第一导体表面(5)和/或第二导体表面(6)布置在包封放电管(2)的外泡壳(10)处。

5.根据权利要求4所述的气体放电灯，其特征在于，该导体表面(5，6)被布置成在外泡壳(10)的壁上或壁内的不同的层。

6.根据权利要求4或5所述的气体放电灯，其特征在于，第一和/或第二导体表面(5，6)包括一层导电的半透明材料。

7.根据权利要求4～6中任一项所述的气体放电灯，其特征在于，第一和/或第二导体表面(5，6)包括网状结构的导体材料。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的气体放电灯，其特征在于连接到第一电极(3)的电感元件(11)和/或连接到第二电极(4)的电感元件(12)，各个电极(3，4)经由电感元件连接至供电线(13，14)来运行气体放电灯(1)。

9.一种头灯或光源，具有如权利要求1～8中任一项所述的气体放电灯。

10.根据权利要求9所述的头灯或光源，其特征在于，用于连接气体放电灯的第一电极的第一连接件和用于连接气体放电灯的第二电极的第二连接件，以及布置在第一连接件和/或第二连接件外侧的电感元件。