驅動高壓氣體放電燈的電路裝置和方法

專利名稱：驅動高壓氣體放電燈的電路裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種包括高壓氣體放電燈和具有這種電路裝置的燈單元
以及一種具有這種燈單元的前燈(headlight)。
背景技術：
這種高壓氣體放電燈基本上包括兩個電極伸入其中的放電燈管， 通常來說這兩個電極布置在放電燈管的相對側上，其中電極連接到電 源線并且到達布置在放電燈管的密封部分，通過該電源線燈可以連接 到用來提供電源的電路裝置。放電燈管填充了氣體，通常是相對高壓 的稀有氣體或稀有氣體混合物。這種高壓氣體放電燈的典型例子是所 謂的HID燈(高強度放電燈)，尤其是MPXL (微功耗氙光)燈，它 們主要是用于汽車的車頭燈。在這種燈中點燃的電弧產生了高溫，從 而原則上導致放電燈管中的稀有氣體以及添加的例如汞和金屬卣素 混合物材料發光。通常借助于高壓脈沖點燃燈中的電弧。放電外殼中 的氣體壓力越高，這種燈的發光功效越高。但是不利的是，越高氣體 的壓力也需要越高的擊穿電壓，即在更高壓力下，應當向高壓氣體放 電燈的電極施加更高的電壓以點燃該燈。通常，擊穿電壓是幾千伏； 例如，最新一代高壓氣體放電燈的擊穿電壓為20kV的數量級。只要 燈被點燃，就應當在所謂的接替(take-over)過程中將其引導到穩定 運行。在這個接替過程中，燈電極加熱到穩定運行的典型溫度。在接 替過程以及在穩定運行中，需要明顯更低的電壓維持電弧。這里，通 常將 一 般地在幾百伏范圍中的電壓施加給電極用于接替(take over ), 而將低于100V的電壓用于穩定運行。
為了適當地驅動高壓氣體放電燈，在點燃和隨后的運行過程中， 需要合適的電路裝置。這些電路裝置具有用于不同電壓電勢以及提供 點燃燈的某個電壓的端子。所需的電壓電勢通常由標記為電子鎮流器 的燈的運行裝置提供，該電子鎮流器被依次連接到例如汽車的電氣系
到用于高壓氣體放電燈的端子。此外，這種電路裝置具有點火裝置， 在輸入側其被連接到點燃燈的電壓電源的端子，而在輸出側其被連接 到高壓氣體放電燈的其中一個端子。將適當的電壓施加給點火裝置中 特別裝配的端子在點火裝置內產生了適當的高電壓，其中電壓暫時位 于在高壓氣體放電燈的相關端子上，由此提供對燈的點燃。由于電路 裝置主要起到點燃燈的作用，所以它通常也叫做"點火模塊"。
一旦被點燃，則高壓氣體放電燈例如以具有頻率為大約1 OOHz的 方波信號運行。在燈點燃過程中，可能產生在大約10MHz到大約 1000MHz范圍中的電磁輻射。這些干擾可能導致與車輛中其他電子裝 置的電磁干擾(EMI)。
一般來說，在汽車中只允許發射非常低等級的電磁干擾，使得車 輛內某些部件的控制不受干擾。這些也可以是例如安全相關的部件。 此外，在87和108MHz之間的FM頻率范圍中的干4尤會降低在上述 頻率范圍中無線電接收的質量和可能性，由此直接影響了終端用戶 (汽車駕駛員和乘客)的駕駛舒適度。此外，在從45到820MHz的整 個TV范圍之內以及在30MHz到1000MHz范圍中的移動服務的整個 范圍內，應當盡可能地避免干擾。上述設計的其他進一步的問題是， 在燈點燃過程中高壓電勢的極快變化產生了持續時間僅為幾納秒且 振幅大約為IOOV的干擾脈沖。這里，在電路裝置和鎮流器之間的端 子上，電壓高達1000V以上。這種干擾脈沖通常也叫做"假信號 (glitch)"。然后，這種假信號脈沖可能通過連接線朝著鎮流器傳播， 并損害或者甚至完全破壞鎮流器或鎮流器部件。
在US2005 / 0001559A1中描述了 一種特別濾除FM波段中干擾的
電路裝置，其中電感器布置在緊靠用于第一和第二電壓電勢的第一和 第二端子以及用于在電連接中提供點火電壓的第三端子之后的輸入
側上，其中電感器彼此耦合，使得它們形成了電流補償的扼流圈或者 "共模扼流圏"。在一種修改中，建議使用具有三個繞組的合適的電 流補償扼流圏提供第三電壓電勢和點火裝置，在用于第一和第二電壓 電勢的第一和第二端子的電連接線中以及到第三端子的電連接中，其 互連所有的三個端子或電連接。而且，在簡化的實施例中，建議通過 具有兩個繞組的普通電流補償扼流圈，僅僅彼此耦合用于第 一 電壓電 勢的第一端子和用于第二電壓電勢的第二端子。
盡管前面對于具有三繞組的電流補償扼流圏的修改非常適于濾
除干擾的電磁干擾，尤其是在從87到108MHz的期望范圍中，但是 后面的改進修改涉及通過用于提供點火電壓的第三端子可能產生明 顯干擾的問題。而前面的改進具有的缺點是，為此目的應當使用制造 昂貴和相對笨重的三路電流補償扼流圈，其增加了整個電路設計的成本。

發明內容
本發明的目的是，提供一種驅動高壓氣體放電燈的交流電路裝置 和合適的方法，這一方面可靠地避免或顯著地減少了燈的電磁干擾， 同時還使用了三路電流補償扼流圏(choke)，其另外降低了由假信號 脈沖導致的鎮流器破壞的危險，另一方面，這是更便宜的結構。
該目的可通過權利要求1中所定義的電路裝置和權利要求13所 定義的方法來實現。
如上所述，根椐本發明的電路裝置包括用于第一電壓電勢的第一 端子，用于第二電壓電勢的第二端子，和提供第三電壓電勢的第三端 子，其中第一和第二端子在連續運行模式中起到供電高壓氣體放電燈 的作用，以及第一和第三端子起到供電用于點火高壓氣體放電燈的點 燃裝置的作用。另外，該電路裝置包括第一電連接，在其第一端提供 用于高壓氣體放電燈的第一連接端子并在其第二端耦合到用于第一 電壓電勢的第一端子；和第二電連接，在其第一端提供用于高壓氣體 放電燈的第二連接端子并在其第二端耦合到用于第二電壓電勢的第 二端子。電路裝置進一步包括點火裝置，其輸入端至少連接到第三端 子，而其輸出端耦合到用于高壓氣體放電燈的其中一個連接端子。為 了降低電磁干擾并減弱在點燃過程中假信號脈沖的影響，第 一 電連接 和第二電端子分別包括第一和第二電感元件，它們彼此磁耦合，從而 它們 一起形成電流補償扼流圈，同時第三電連接包括在點火裝置和第 三端子之間的大于或等于IOO的電阻器。
多種測試已經表明，如果僅僅在第 一 和第二電連接中連接電流補 償扼流圈，而在第三電連接中替換使用某大小的歐姆電阻器，則可以 獲得與具有耦合到第 一、第二和第三電連接的三個繞組的電流補償扼 流圏相同的效果。因此，第三電連接中的第三繞組可以意外地由簡單
且足夠高的電阻取代，而這在降低干擾的方面是有利的。這實現了更 有利的電路裝置制造。因此， 一方面可以更經濟地制造扼流圈。另一 方面，該組件更加經濟可行，因為這種l厄流圈的每一個線通常應當手 動連接到電路裝置，而電阻器可以以完全自動的方式安裝。因此根據
本發明的解決方案比用三路(three way)電流補償扼流圈(choke)的 方案少需要手動連接兩條線。如果具有高壓氣體放電燈的電路裝置連 接到燈單元，即優選地集成在高壓氣體放電燈的插座殼體中，則這種 成本節約是尤其有益的。該燈單元也叫做"具有集成點火模塊的燈"。 當燈被替換時，在這種設計中完整的電路裝置會隨著它被替換。那么 完整的電路裝置是不可修理項目，所以能夠提供經濟的電路裝置尤其 重要。根據本發明的方案的進一步優點是，由于需要最小線尺寸，所 以具有三繞組的電流補償扼流圈比僅具有兩個繞組的電流補償扼流 圏更笨重。因此，根據本發明的結構具有更小的總空間需求，其不僅 降低了其成本，而且對于一些前燈或汽車模型首次允許使用集成點火 模塊。
對于根據本發明的控制高壓氣體放電燈的適當方法，通過具有用 于第一電壓電勢的第一端子和用于高壓氣體放電燈的第一連接端子 的第一電連接，以及通過具有用于第二電壓電勢的第二端子和用于高 壓氣體放電燈的第二連接端子的第二電連接，在穩定運行中由電源裝 置為高壓氣體放電燈提供一定運行電壓。為了點燃高壓氣體放電燈， 將在點火裝置中產生的高電壓脈沖應用到高壓氣體放電燈的其中一 個端子，因為第三電壓電勢被施加到第三端子，其連接到該點火裝置 的輸入側。根據本發明，該方法減少了干擾脈沖，所述脈沖尤其給電 源裝置增加了負擔并借助于布置在第 一 電連接中的第 一 電感器和布 置在第二電連接中的第二電感器出現在用于第一電壓電勢的第一端 子和用于第二電壓電勢的第二端子上，其中第二電感器和第一電感器 一起形成電流補償扼流圏。另外，布置在點火裝置和第三端子之間的 大于IOQ的電阻器減少了出現在第三端子上的干擾脈沖，尤其是影響 電源裝置的那些脈沖。
從屬權利要求包括本發明的特別有利的實施例和其他的實施例。 尤其是，通過類比還可以將操作高壓氣體放電燈的方法進一步擴展到 電路裝置的更多從屬權利要求。
如所述，已經證實，大于ion的電阻器足以明顯減少出現在第三 端子上的干擾。然而，根據高壓氣體放電燈和電路裝置的實際結構以
及使用的控制脈沖，可以使用更大的電阻器，例如大于等于lkQ,優 選地大于等于5kQ,特別優選地大于等于20kQ。
另外，調查顯示，布置在第一和第二電連接中的電感器的阻抗和 優選的電阻器之間存在著依賴性。在相應頻率范圍中，電阻器對于扼 流圈的最大阻抗應當具有適當比例。因此，對于特定頻率范圍，電阻 器應當至少大于或等于布置在第一和第二電連接中的電感器的相應 最大阻抗的1/10,優選地大于或等于該最大阻抗。
這里，要考慮的頻率范圍依賴于哪一個頻率范圍被首先從干擾頻 譜中濾出。如果目標是從FM范圍濾出干擾，那么要考慮的頻率范圍 優選應當在50MHz和150MHz之間。順便說，當假信號脈沖的最高 能量也在100MHz范圍以及較高諧波的能量急劇下降時，從50MHz 到150MHz的范圍也非常適用于降低假信號脈沖。然而，這不排除可 以考慮20到lOOOMHz的更寬頻率范圍，即使例如TV頻率范圍中或 移動通訊的頻率范圍中的所有干擾被可靠地濾出。
對于電路裝置的實際結構存在著多種可能性。在優選實施例中， 點火裝置的變壓器的次級繞組設置在第一電連接中，點火裝置的電容 器的 一側以及與其并聯的變壓器初級繞組的 一側連接到用于第 一 電 壓電勢的第一端子和所述變壓器的次級繞組之間的第一電連接。然后 經過電阻器以及經過與其并聯的點火裝置的電路元件，通過電容器的 另 一側將為點燃燈而提供電壓的電路裝置的第三端子例如經過火花 隙連接到變壓器的初級繞組的另 一 側。可以以特別緊湊和經濟的方式 制造這種結構。
非常優選地， 一方面位于第一電感器和用于高壓氣體放電燈的第 一連接端子之間的-優選地位于第一電感器和電容器之間的-第一 電連接，和另一方面位于第二電感器和用于高壓氣體放電燈的第二連 接端子之間的第二電連接通過限壓元件彼此連接。該限壓元件例如穿 透二極管或者齊納二極管從某個電壓開始變得導電并有助于限制在
點燃燈之后出現電壓迅速增加。因此降低了燈點燃之后第 一端子和第 二端子之間高壓的形成，從而降低了鎮流器故障的危險。可替換地， 為此目的，可以使用適當的電容元件，例如具有電容為100pF到一定
pF的電容器，代替穿透二極管(transil diode )或者齊納二極管
另外，在特別優選的改進中，第一電連接和第二電連接在電流補 償扼流圈的輸入側上游彼此電容性地耦合。可以在用于第一電壓電勢 的第 一端子和電流補償扼流圏之間或可替換地在用于第二電壓電勢 的第二端子和電流補償扼流圈之間提供這個電容耦合。此外，同樣可
以很好地在到第一端子和第二端子的電源線上(即在從鎮流器到電路 裝置的連接電纜上)實現。已經表明，第一和第二端子之間的這種電 容耦合本身足以顯著減少點火干擾脈沖(即假信號脈沖)反向傳播。
因此，不須將所有的單個端子或者電源線與圍繞地電容性地耦合。在 第一和第二電感器之前，即在電流補償扼流圈的輸入側上游，在兩個 電源線或者端子之間的簡單電容耦合，明顯地比借助于連接到地電勢 的電容器的所有單獨電感器的這種電容性耦合更經濟。
可以特別經濟地提供這種電容性耦合，因此優選地經過寄生電 容，例如通過電源電纜的適當設置或電路裝置內的電連接的適當設置 來提供。 因此，優選的實施例保證了，通過加寬相關電連接的導電軌跡和 /或通過將至少一個附加導電表面電連接到相關的電連接端子，來增 加第一電連接和第二電連接之間的寄生電容。優選地，根據需要，該 方法也被用于人為地增加或者適當地調節第一電連接與周圍地之間 和/或第二電連接與周圍地之間和/或第三電連接與周圍地之間的 寄生電容。
附帶地，寄生電容的應用和適當設計還可以應用在其他電路裝置 中，該電路裝置沒有電流補償扼流圈或者在第三電連接中沒有電阻 器。這種實踐確實增加了一點設計支出，因為適當的寄生電容通常可 能是只能通過實驗準確確定，但是相反可能由此降低制造成本，這對 于批量生產的物品和非可修理的項目，例如具有集成點火模塊的燈單 元是尤其重要的。
因此，如上所述，當用在適當的燈單元中時，其中電路裝置與之 集成在一起，例如集成到高壓氣體放電燈的插座殼體中，并與其一起 插入并作為進入到汽車的車前燈中的完整子組件替換，本發明具有特 殊的優點。然而，這不排除本發明還可具有其他電路裝置以及用于其 他的燈。
參考下文中描述的實施例，本發明的這些和其他方面將是明顯的 并得到闡明。


在這些圖中
圖1示出了根據本發明的電路裝置的第一實施例的電路圖。
圖2是包括高壓氣體放電燈和插座殼體的燈單元的側視圖，其中
根據本發明的電路裝置與該插座殼體集成在一起。 圖3示出了扼流圈的測量的頻率相關阻抗。 圖4示出了根據本發明的電路裝置的第二實施例的電路圖。 圖5示出了根據本發明的第三實施例的電路圖，具有在第一和第
二電源線之間的寄生電容作用的示意性圖示。
圖6示出了第三實施例的電路圖，具有在單獨的連接線和點火模
塊的接地屏蔽之間寄生電容作用的示意性圖示。
具體實施例方式
圖1示出了用于通常HID燈2的根據本發明電路裝置1的結構的 第一實施例，所述的燈例如可以用于汽車車前燈中。該電路裝置l在 輸入側具有三個端子Xp X2和X4，電路裝置1借助于這些端子連接到 鎮流器10。在燈2點火過程中和隨后的穩定運行中，該鎮流器10確
保了將必需的電壓電勢施加給電路裝置1的相關端子Xl、 X2和X4，并
且給電路裝置l提供必需的電流。鎮流器IO通過插入(plug-in)連 接器11 (在圖1中僅僅示意性地表示了具有連接器11的鎮流器10) 正常地連接到汽車的電氣系統。電路裝置l在輸出側具有連接燈2的 兩個端子3， 4。
在圖2中示出了燈單元22的機械結構，其包括具有集成到燈座 殼體中的電路裝置1的高壓氣體放電燈2。這里可以看見高壓氣體放 電燈2,該燈基本上包括形成放電管的內燈泡17。兩個電極18從相 對側延伸到放電管中。通過在電極18之間產生的火花導致燈2的點 燃，因此產生了放電電弧。
通常在高壓條件下的放電管中存在稀有氣體或者稀有氣體的混 合物以及金屬鹵化物和汞的混合物。
另外，也有用其他材料代替汞的無汞燈。放電管17被外燈泡19 包圍著，其尤其起到屏蔽除了所需的照明輻射之外所產生的UV輻射 的作用。外燈泡19和內燈泡17之間的中空空間被優選地排空或者在 低壓狀態下，或者如果必要，還具有填充有空氣或者一些其他氣體或 者氣體混合物的正常大氣壓力。在外燈泡19上，借助于基座14上的 環形支架21保持高壓氣體放電燈2，該支架部分地集成到插座殼體 12中。電路裝置1定位在該插座殼體12中。
例如，通過金屬插座殼體12或者具有導電表面或屏的插座殼體， 可以實現圖1所示的圍繞電路裝置1的地M。插座殼體12中的插頭 13提供了電路裝置1經過電纜9 (圖2未示出)到鎮流器10 (參見圖 1)的連4妄。燈2的端子3， 4以及上行線(upline) 15和回線(return line) 16也設置在插座殼體Rl中，它們耦合到高壓氣體放電燈的電 極18。電極18以通常的方式通過燈泡17的密封中的箔部分耦合到上 行線15和回線16。
上行線15,引導到燈2的電極18并布置在燈2的面對基座14的 側面上，被直接引導到基座14并且在該處被連接到電路裝置1的第 一端子3。位于遠離基座14 一側上的電極18連接到回線16，其穿過 優選地為陶瓷材料的電絕緣管20,回到基座14，并在那里連接到電 路裝置1的第二端子4。
在圖1中，可以再次發現根據本發明的電路裝置1的電子結構。
該電路裝置1的核心是具體的點火裝置8，其基本上包括具有初 級繞組Tp和次級繞組Ts的變壓器T以及火花隙(Spark gap) SG、電 容器C和電阻器R。
電連接5從通過鎮流器10施加第一電壓電勢的第一端子Xl引導 到用于高壓氣體放電燈2的第一端子3。在該電連接5中，變壓器T 的次級繞組Ts布置在燈的側面上。類似地，從通過鎮流器10施加第 二電壓電勢的第二端子x2，連接線6引導到用于高壓氣體放電燈2的 第二端子4。因此，通過電連接5， 6以及變壓器的次級繞組Ts和燈2, 在端子Xi和X2之間構建稱作"燈電路"部分，借助于"燈電路"， 在穩定運行期間通過鎮流器IO運行燈2。
然而，為了能夠啟動，即用高壓點燃燈2，點燃結構8具有上述 的其他部件，即次級繞組Ts集成到燈電路的變壓器T、電容器C、電
阻器R和火花隙SG。這些部件耦合到電路裝置1的第一端子x!或第
一電連接5以及第三端子x4(通過該第三端子用于點燃燈2的電壓可 以由用于點燃燈2的鎮流器IO提供)，或者耦合到連接到它的第三 電連4妄7,如下
一方面，第一電連接5連接到用于第一電壓電勢的第一端子Xl 和變壓器T的次級繞組Ts之間的變壓器T初級繞組Tr的一側上，并 且平行地連接到電容器C的一側以及電阻器R的一側。電阻器R和 電容器C的另一側連接到第三電連接7并由此連接到第三端子x4。另 外，該第三電連接7通過火花隙SG連接到變壓器T的初級線圈TP 的另一側。因此，除了火花隙SG斷開情況，電容器C不僅連接到電 阻器R,還以某種方式和變壓器T的初級線圈Tp并聯連接。
第 一 電連接5和第二電連接6包括在其他們的輸入側上的各自的 電感元件Lp L2。這些電感元件L!和L2是彼此》茲耦合的線圈，由此 形成電流補償扼流圈L！,2。根據本發明，電阻器Rj殳置在第三電連接 7上在輸入側第三端子x4后，代替這種線圏用于提供用于點燃燈2的 電壓。
在圖1的實施例中，在電流補償扼流圈L"或者電阻器R！的前面 以及電流補償扼流圏Lw或者電阻器的后面，電連接5、 6、 7通過 電容器Q、 C2、 C3、 C4、 C5、 C6在各自的輸入側上耦合到周圍地M。 而且，從用于第一和第二電壓電勢的第一和第二端子Xl、 x2分別引導 到燈端子3 ， 4的電連接5, 6通過限壓元件D(這里是穿透二極管(transil diode))互連。因此，該限壓元件D和電流補償扼流圈Lw并聯連接。
圖1的實施例使用下述的部件
具有桿狀鐵芯的高壓穩定變壓器T;具有大約80nF電容的電容 器；大約6.8Mohm的電阻器R;以及具有大約520V的限幅電壓的穿 透二極管D。
電容器d、 C2、 C3、 C4、 C5、 Q可以是大約100pF數量級。 現在下面將描述點火裝置8的部件T、 C、 R，穿透二極管D,例
如電容器Q、 C2、 C3、 C4、 C5、 C6的其他部件，電流補償扼流圈L1>2
以及電阻器R的操作。
為了點燃燈2，首先通過端子x!和x4對電容器C充電。確定火花
隙SG的大小，使得在大約800 V時，它變得導電。這產生這樣的結
果是，充電到大約800V的電容器C通過火花隙SG對變壓器T的初 級繞組Tp放電。由此在變壓器T的次級繞組Ts中產生20kV數量級 的高壓，然后在點燃燈2之前，該電壓存在于變壓器T的次級繞組 Ts和燈2之間的高壓部分(即在上行線15中)。燈2的另一側通過 電感元件b(也就是，電流補償扼流圈Lw)連接到端子x2,并在點 燃之前位于較低電勢。
通常，燈2僅以單點燃脈沖啟動。如果燈2沒有成功啟動，則再 次對點燃裝置8中的電容器C充電，從而用其他的點燃脈沖啟動燈2。 一旦在放電管中出現所需的擊穿，則燈2本身可以被認為是相對低歐 姆的電阻器。經過端子Xi和X2，然后根據鎮流器10的結構通過鎮流 器IO將常規的操作電壓，例如在大約IO至大約IOOV之間的方波電 壓供給燈2。這里，例如，可以將額定電壓的一半施加到相應端子Xi
和X2。高達幾百伏的任何電壓可以存在于第三端子X4上，用于施加點
火電壓。這個電壓只須不能太高，以免火花隙SG擊穿。在很多鎮流 器中，第三端子X4在懸浮電勢上。為了安全的原因，插入點火模塊l 中的通常高歐姆電阻器R,以減少來自電容器C的可能剩余電荷，從 而在端子X4維持電勢，其或多或少對應于在第一端子x,上的電勢， 因此阻止產生另外的不想要的點火脈沖。
如上所述，在燈2的點燃和運行期間，點火模塊中產生了電磁脈 沖。其可能導致與汽車中的其他信號的干擾。大部分電磁干擾(EMI) 問題對于當前使用的所謂Dl燈在70到108MH頻率范圍(即典型的 FM范圍)內產生，但是在一些情況中其也在較低頻率范圍(30和 54MHz之間)中產生。
另一個問題是，在高壓氣體放電燈2點燃過程中，從大約20kV 到低于大約100V的快速電勢變化發生在位于變壓器T的次級繞組Ts 和燈2 (即也在上行線15上)之間的高壓線中，該快速電勢變化可能 導致非常快和強烈的干擾脈沖以lns數量級的增長時間出現，持續時 間僅僅為幾ns,且高度為IOOOV和更多，其通過端子xp X2和X4給 鎮流器10增加負擔并可以導致對鎮流器的損壞或破壞。作為抵制該 假信號(glitch)脈沖的對策，第一電連接5和第二電連接6，即第一 和第二端子&、 X2，通過作為限壓元件的穿透二極管D耦合。在該元 件上強烈干 一尤脈沖的電壓的明顯部分已經減少。
此外，第一電連接5和第二電連接6,即端子Xi和X2，通過電流 補償扼流圏L^彼此耦合，以便于改善整個電路裝置的電磁兼容性并
進一步減小假信號脈沖的干擾影響。用于抵消電磁干擾的操作和這種
電流補償才厄流圈L1)2的結構可以乂人上面所引用的4支術文獻 US2005/0001559A1中摘取，并且其確實原則上對于本領域技術人員 來說是公知的。代替這種電感，在第三電連接7中存在簡單的歐姆電 阻Rn其從第三端子X4引導到點火裝置Z。這里，這個電阻器&的 數量級優選地適合在要屏蔽的頻率范圍內通過電流補償扼流圏1^,2得 到的阻抗。
計算表明，對于上述80到108MH中的頻率范圍應當提供所述兩 個線圈L、L2的最小電感為lpH。然而，該值應當優選地大于或者等 于lOpH,特別地優選高于或等于15pH。理想地，該值為20到大約 25pH的數量級。當然，也可以選擇具有更高電感的線圏，但是這里 應當考慮的是這將增加所述結構的成本并且首先需要更大的體積。
首先，這兩個線圈Lp L2的阻抗將要被確定以使第三電連接7中 的電阻器Rl適應電連4妻5和6中的電流補償4厄流圈Lu的線圈LLL2 的阻抗。
然而，線圈Lp L2的阻抗是頻率有關的。對于25pH的線圏，在 圖3中示出了為此目的的測量。這里，和以MHz的干擾脈沖的頻率f 相對地畫出以Q的阻抗Z，使用對數比例。從該圖明顯可見的是，阻 抗在大約100MHz時具有清楚的最大值。這是因為對于低頻來說阻抗 是由線圈電感決定的。然而，對于高頻，線圈關于環境的寄生電容變 得明顯，由此提供阻抗曲線的下降。
如果選擇扼流圈使得其最大阻抗位于要被濾除的頻率范圍的區 域中，則這種作為抵制干擾的濾波器的扼流圈具有其最大影響。因此 該曲線還示出了，作為實施例的例子來說，這里選擇的具有25^H范
圍的電感的扼流圈L,，2對于汽車燈的點火模塊中的使用是理想的。如
上所述，在汽車中的最干擾的頻率范圍在80和108MHz之間。在這 種情況中，這恰是線圏的阻抗最大值所在的范圍。而且，該扼流圈在 從10MHz到大約幾百MH的整個范圍中也具有良好的效果。
另外，這樣選擇電感，使得具有線圈L!、 L2的扼流圈不能通過吸 收假信號脈沖的功率太快變得飽和。在值為25pH且假定的脈沖高度
為2.5kV時，在大約1A時假定的飽和僅僅大約10ns之后是這種情況。 這種扼流圏的最大阻抗是(這還可以從圖3看出)大約是2kQ。 因此，選擇電阻器&使得它大于這個最大阻抗，該電阻器代替位于 第三端子X4和點火裝置8之間的電連接7中的其他繞組而被連接。對 于這里所示的實施例選擇精確為5.8kQ的電阻器Rh
在該電阻器R!的幫助下，在點火裝置8和鎮流器IO之間創建高 頻濾波器，其效果不低于具有3繞組的共模扼流圈的類似濾波器的效 果。
在圖1的電路設計中使用的電容器C2、 C3、 C4、 C5、 C6從根本上 幫助進 一 步削弱了假信號脈沖并改善了燈的E MI特性，其中這些電容 器在電流補償扼流圈L^或電阻器Ri之前和之后將電連接5、 6、 7耦 合到點火模塊M的接地屏蔽。在燈的點燃過程之后，電容器d、 C2、 C3還避免了在回線4， 16上的高電壓的形成。
這里，要考慮的是，通過兩種機制影響假信號(glitch)脈沖。一 種機制可以通過寄生電容C/解釋，該寄生電容必然在位于變壓器T 的次級線圏Ts和高壓氣體放電燈2之間的高壓傳輸線(即上行線12 ) 與點火模塊的接地屏蔽M之間產生。在圖6中示出了該寄生電容C/。 在點火之前該寄生電容C/被直接充電到大約20kV的非常高電勢，并 在燈容器中出現火花之后立即再次對其放電。電容器C/的放電是通 過兩個電連4妻5， 6，也就是通過兩個端子x^ X2平行地均勻進行。這 是所謂的共模干擾，通過適當的電流補償扼流圈Lu，可以將其降低 到恰好可接受的水平。然而，由于并聯于變壓器T的次級繞組Ts的 另外的寄生電容Cp"出現了第二效果。在圖5中示出了該寄生電容 Cp:并且其引起電連接5， 6處的反模(reverse-mode)干擾。通過 穿透二極管，大幅度地降低該脈沖的功率。剩余脈沖幾乎未被削減地 都通過了電流補償扼流圈Lu。因此應當通過畫出的濾波器電容器d、 C2、 C3、 C4、 C5、 Q阻隔該部分干擾。
然而，在為此目的進行的實驗中，發現可以用單個的濾波電容器 C6代替這些濾波電容器Q、 C2、 C3、 C4、 C5、 C6，該濾波電容器C6 在電流補償扼流圈Lw的輸入側上游將第一電連接5和第二電連接6 彼此耦合。在圖4中示出了具有這種結構的電路裝置1。圖4(借助 于和線平行畫的箭頭)還示出了在點燃燈瞬間之后由寄生電容Cp"產
生的電流脈沖的方向，該寄生電容C,和變壓器T的次級繞組Ts并聯。 這種表示使得非常清楚的是，電流補償扼流圈L口可以僅僅對由該寄 生電容C,產生的電流脈沖部分產生非常小的影響，但是通過簡單的 寄生電容器C7可以非常明顯地減少該電流脈沖部分，該電容器7在 輸入側將端子Xt、 X2彼此耦合，使得仍然維持嚴格的極限值。在所示 的實施例中，濾波電容器C7具有大約500pF的值。電容器C7提供了 目前為止在上述電容器(d、 C2、 C3、 C4、 C5、 C6)之間必需的昂貴 連接，并使得點火模塊的屏蔽M是多余的，從而組件成本可以進一步 降低。
圖5示出了電路裝置1〃的進一步改進，其中在端子Xt和X2與鎮
流器IO之間的電纜9的適當選擇導致了電纜9之間的寄生電容C7,P， 其可以替換圖5中的電容器C7,其中該電容器耦合輸入端x!和xj在 該圖中，再次用平行于線畫出的箭頭表示電流脈沖的方向)。根據電 纜類型和電纜長度，從5到50pF的寄生電容可以容易地借助于電纜 獲得。根據鎮流器10的類型(在燈輸出中其通常仍然具有它自己的 另 一個電容器)，以及所使用的電路裝置或者所使用的那些燈的類型， 還可以使用鎮流器輸出的電容，并且可能是足夠的。如果有必要，除 了這些寄生電容C7，p之外，可以在電路裝置1的輸入端可替代地使用 更經濟更小的濾波電容器。
也可以人為地增加這些寄生電容器，尤其是將承擔上述電容器 Q、 C2、 C3的功能的那些寄生電容器，因為例如加寬了電連接5、 6、 7的導電帶或者將布置的附加導電表面，例如以一定距離耦合到電路 裝置的殼體。可以以這種方式精確地限定一定的寄生電容。
特別地，在燈2點燃之后，這種人為增加的寄生電容器的設計也 可以用于盡可能快和盡可能明顯地降低燈2的回線16上的高電壓。 為此目的，參考圖6。(圖6也和圖4和5—樣，用平行于線畫出的 箭頭表示電流脈沖的方向)。這里基本上通過點火電壓Uz確定回線 16上和電路裝置1〃即點火模塊1〃中的高電壓URL,其大約等于圖6 中所畫的寄生電容C/上的最大電壓，該電容存在于位于變壓器T的 次級繞組Ts和高壓氣體放電燈2之間的高壓導體(即到燈2的上行線 15)和點火模塊的接地屏蔽M之間。而且，還通過寄生電容C/本身 和通過另外的寄生電容Cp,確定電壓U虹。如圖6所示，這種另外的
寄生電容Cp一存在于一方面電路裝置r的點火模塊的接電屏蔽M和
另一方面布置在電流補償扼流圈L,，2和燈2之間的電路裝置1中的所 有部件之間，其中在點燃之前所述部件在較低電勢。回線16上的高
壓URL的依賴關系由下述公式給出。
從該公式中明顯可見，可以通過增加寄生電容C/"減少回線16 上的高電壓URL。如上所述，通過增加導電帶的表面或者通過耦合附 加的導電表面可以人為地增加該電容Cp,。然而，通過對電路裝置1 〃的各種部件的特殊布置來調節該寄生電容Cp,是可能的。這樣，可 以經濟地制造電路裝置1〃 ，其實現了減少電磁干擾的所有要求，其 明確地避免了點燃燈2時對鎮流器10的損壞，以及其另外保證了在 燈2點燃之后再次盡可能快地降低了回線16上的高壓脈沖。在人為 的寄生電容Cp,幫助下，在點燃之后經濟地降低了回線16上的高壓 URL的這種思想確實也可以用于沒有電路補償扼流圏的其他電路裝置 中。
最后要指出，在附圖和說明書中具體描繪的電路和方法僅僅涉及 實施例的例子，在不脫離本發明的范圍的條件下，其可以由本領域技 術人員在很大程度上進行改變。此外，為了完備性，要指出不定冠詞 "一個"的使用不排除也可以存在多個相關特征。
權利要求
1. 一種用于驅動高壓氣體放電燈(2)的電路裝置(1，1′，1″)，包括-用于第一電壓電勢的第一端子(x1)，-用于第二電壓電勢的第二端子(x2)，-用于提供第三電壓電勢的第三端子(x4)，用以點火高壓氣體放電燈(2)，第一電連接(5)，在其第一端提供了用于高壓氣體放電燈(2)的第一連接端子(3)并且在其第二端耦合到用于第一電壓電勢的第一端子(x1)，第二電連接(6)，在其第一端提供了用于高壓氣體放電燈(2)的第二連接端子(4)并且在其第二端耦合到用于第二電壓電勢的第二端子(x2)，點火裝置(8)，其在輸入側至少連接到第三端子(x4)并且其在輸出側耦合到用于高壓氣體放電燈(2)的其中一個端子(3)，布置在第一電連接(5)中的第一電感器(L1)，以及布置在第二電連接(6)中的第二電感器(L2)，其中第二電感器(L2)通過與第一電感器(L1)磁耦合而形成電流補償扼流圈(L1，2)，以及布置在點火裝置(8)和第三端子(x4)之間的第三電連接(7)中的大于10Ω的電阻器(R1)。
2. 如權利要求1所述的電路裝置，其特征在于電阻器(RJ具 有大于或等于lkD的值，優選地大于或等于5kD，特別優選地大于 或等于20kQ。
3. 如權利要求1或2所述的電路裝置，其特征在于，在特定頻 率范圍中，電阻器(R。的值大于或等于布置在第一和第二電連接(5, 6)中的電感(Li, L2)的阻抗的1/10,優選地大于或等于該阻抗。
4. 如權利要求3所述的電路裝置，其特征在于頻率范圍位于 50MHz和150MHz之間。
5. 如權利要求1到4的任一項所述的電路裝置，其特征在于畫點火裝置(8)的變壓器(T)的次級繞組(Ts)布置在第一電 連接(5)中，點火裝置(8)的電容器(C) 一側和與其并聯的變壓 器(T)的初級繞組(TP)的一側連接到用于第一電壓電勢的第一端子(Xl)和第二繞組(TS)之間的第一電連接(5),-以及第三端子(x4)通過電阻器(Ri)連接到電容器(C)的另 一側，并且平行地通過點火裝置(8)的開關元件(SG)連接到變壓 器(T)初級繞組的另一側。
6. 如權利要求1到5的任一項所述的電路裝置，其特征在于第 一電感器(LI )和用于高壓氣體放電燈(2) —側上的第一連接端子 (3)之間的第一電連接(5),與第二電感器(L2)和用于高壓氣體 放電燈(2)另一側上的第二端子(4)之間的第二電連接(6)通過 限壓元件(D)互連。
7. 如權利要求1到6的任一項所述的電路裝置，其特征在于第 一電連接(5)和第二電連接(6)在電流補償扼流圈(L1>2)的輸入 側上游電容地耦合。
8. 如權利要求7所述的電路裝置，其特征在于電容耦合通過寄 生電容(C7,P)發生。
9. 如權利要求1到8中的任一項所述的電路裝置，其特征在于 通過加寬相關電連接的導電軌跡和/或通過將至少一個附加導電表 面電連接到所述相關電連接，增加第一電連接(5)與第二電連接(6) 之間的寄生電容和/或第一電連接(5)與周圍地(M)之間的寄生電 容(Cp,)和/或第二電連接(6 )與周圍地(M )之間的寄生電容(Cp***) 和/或第三電連接(7)與周圍地(M)之間的寄生電容(Cp,)。
10. —種具有高壓氣體放電燈和如權利要求1到9任一項所述的 電路裝置(1 )的燈單元(22)。
11. 如權利要求10所述的燈單元，其特征在于該電路裝置(1 ) 集成到高壓氣體放電燈(2)的插座殼體(11)內。
12. 具有如權利要求10和11中的一項所述的燈單元(22)的車 前燈。
13. —種控制高壓氣體放電燈(2)的方法-其中，通過具有用于第一電壓電勢的第一端子(Xl)和用于高 壓氣體放電燈(2)的第一連接端子(3)的第一電連接(5)以及通過具有用于第二電壓電勢的第二端子(X2)和用于高壓氣體放電燈(2)的第二連接端子(4)的第二電連接(6),在穩定運行中給高壓氣體 放電燈(2)提供一定運行電壓，以及其中，為了點燃高壓氣體放電燈(2)，給高壓氣體放電燈(2)的其中一個連接端子(3)施加高壓脈沖，由于在輸入側向連接 到點火裝置的第三端子(x4)施加了第三電壓電勢，在點火裝置(8) 中產生該脈沖，其中布置在第一電連接(5)中的第一電感器(LJ和布置在第二 電連接(6)中的第二電感器(L2)起到減少在用于第一電壓電勢的 第一端子(Xl)和用于第二電壓電勢的第二端子(x2)處出現的干擾 脈沖的作用，其中第二電感器和第一電感器(L。通過磁耦合共同形 成電流補償，阮流圈(L1;2)，以及其中布置在點火裝置(8)和第三端子(x4)之間的大于10 D的電阻器(R!)起到減少在第三端子(x4)處出現的干擾脈沖的作 用。
全文摘要
描述了一種用于驅動高壓氣體放電燈(2)的電路裝置(1，1′，1″)，其具有用于第一電壓電勢的第一端子(x₁)、用于第二電壓電勢的第二端子(x₂)和為了點燃高壓氣體放電燈(2)用于提供第三電壓電勢的第三端子(x₄)。而且，電路裝置(1，1′，1″)具有第一電連接(5)，在其第一端提供了用于高壓氣體放電燈(2)的第一連接端子(3)并且其通過第二端被耦合到用于第一電壓電勢的第一端子(x₁)；第二電連接(6)，在其第一端提供了用于高壓氣體放電燈(2)的第二連接端子(4)并且其通過第二端被耦合到用于第二電壓電勢的第二端子(x₂)；以及點火裝置(8)，在它的輸入側其至少連接到第三端子(x₄)并在其它的輸出側其被耦合到用于高壓氣體放電燈(2)的其中一個連接端子(3)。另外，電路裝置(1，1′，1″)具有布置在第一電連接(5)中的第一電感器(L₁)，以及布置在第二電連接(6)中的第二電感器(L₂)，和布置在位于點火裝置(8)和第三端子(x₄)之間的第三電連接(7)中的大于10Ω的電阻器(R₁)，其中電感器一起通過磁耦合形成電流補償扼流圈(L_1，2)。
文檔編號H05B41/28GK101379891SQ200780004638
公開日2009年3月4日 申請日期2007年1月26日 優先權日2006年2月6日
發明者A·薩維利夫, G·托查德斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司