专利名称：使用第三电极控制hid灯引燃定时的装置、系统和方法
技术领域：
本公开涉及放电光源，并且更特别地涉及具有启动辅助器件的高强度放电(HID) 灯和形成该放电灯的方法。
背景技术：
高强度放电(HID)灯使用等离子体弧来产生光。针对需要光源的很多不同类型的应用，HID灯已经广泛用作产生有效照明的可行选择。当与荧光灯和白炽灯进行比较时，HID 灯具有更高的发光功效，因为输入能量的更大比例被转换为可见光而不是热。通常，HID灯借助于容纳在通常以气体和金属盐填充的放电容器(也称作电弧管或灯头)内的电极之间的电弧来产生光，由此气体促进电弧的初始点火。一旦启动电弧，它就加热并蒸发金属盐从而形成等离子体，这大大地增加了电弧所产生的光的强度并且降低了其功耗。HID灯可能需要高压来初始化电弧。
根据与其一致的实施方式的以下详细描述，要求保护的主题的特征和优势将是明显的，应该参考附图来考虑该描述，在附图中
图1示出了根据本公开一个实施方式的高强度放电(HID)灯系统； 图2示出了根据本公开一个实施方式的HID灯的示意性电路图； 图3示出了根据本公开一个实施方式的HID灯的截面视图； 图4示出了根据本公开另一实施方式的HID灯的截面视图；以及图5示出了根据本公开又一实施方式的HID灯的截面视图。
具体实施例方式通过概览的方式，本申请的一个实施方式可以涉及用于启动高强度放电(HID)灯的装置、系统和方法。例如，与本公开一致的HID灯可以包括外罩和环绕空心体(例如，放电容器)的基体。该放电容器可以限定腔，该腔包含弧生成/维持介质、布置在腔内相对端的阴极和阳极、以及包括第三电极的导电启动辅助器件。通过选择导电启动辅助器件的电阻，可以增加相邻主电极(例如，阳极)与第三电极之间的放电容器中产生的电介质阻挡放电(DBD)的点燃强度。特别地，可以选择第三电极的电阻值来关于跨越主电极(即，阴极和阳极)的电压上升来提供期望的DBD延迟，使得在跨越阴极和阳极的电压达到开路值时或之后发起DBD。例如，第三电极可以选择为具有1-100 kQ的电阻值，从而相对于跨越阴极和阳极的电压上升提供20-50 ns的DBD延迟。因此，根据本公开的装置、系统和方法可以防止DBD的“提早”点燃。现在转到图1，一般性地示出了 HID灯系统10的一个实施方式。HID灯系统10在汽车应用中可能特别有用；然而，HID灯系统10也可以在需要使用HID灯的其他应用中使用，其他应用诸如但不限于内部和/或外部建筑照明应用，工业照明应用等。
HID灯系统10可以包括镇流器12，该镇流器12包括适于从电源18接收电压源Vs 的输入连接14、16对以及用于连接至至少一个HID灯24的输出连接20、22对。电源18可以是交流(AC)和/或直流(DC)，并且取决于应用而可以包括逆变器和/或转换器(为了清楚而没有示出)。镇流器12可以包括引燃器26和控制电路28。引燃器26可以耦合至输出连接20、22。控制电路28可以耦合至引燃器26。引燃器26和控制电路28可以通过本领域中已知的多个合适电路中的任意电路可实现。当然，应该理解，系统10可以包括用于向灯24提供稳态功率的其他电路和用于提供限流和/或功率因子修正的合适前端，为了清楚而在此没有详细示出或描述它们。HID灯24可以通过容纳在放电容器内的电极之间的电弧来产生光，该放电容器可以利用促进电弧初始点火的电弧生成和维持介质(例如，气体和/或金属盐)来填充。一旦启动电弧，该电弧就加热并蒸发金属盐以形成等离子体，这大大地增加了电弧所产生的光的强度并且降低了 HID灯24的功耗。镇流器12可以被配置为在至少两个条件期间一即在其期间HID灯24可以出现类似于开路的条件的启动之前以及在其期间HID灯24可以出现相当于短路的条件的启动之后一控制向HID灯24提供的功率。特别地，引燃器26可以在输出连接20、22之间提供一个或多个高电压引燃脉冲来引燃灯24。在高压汽车HID灯的情况中，没有启动辅助器件的灯需要17-30 kV来对电弧进行点火，而此处描述的具有启动辅助器件的灯需要9-11 kV。耦合至引燃器26的控制电路28可以控制引燃器26何时以及如何提供(一个或多个)引燃脉冲。由于独特的启动要求，HID灯24可以包括导电启动辅助器件(并且更具体地是HID灯 24的第三电极)以促进在HID灯24中发起电弧的启动。现在转向图2，一般性地示出了与具有启动辅助器件的HID灯24的一个实施方式一致的电路图。HID灯24可以包括第一和第二主电极(例如，阴极30和阳极32)以及导电启动辅助器件34。阴极和阳极30、32可以表示为电容器C。导电启动辅助器件34与相邻主电极一起可以表示为电容器G，该导电启动辅助器件34被配置使得在主电极阳极32处点燃电介质阻挡放电(DBD)。如此处所用的那样，术语“电介质阻挡放电”表示通过对电介质阻挡进行绝缘而分离的两个电极(例如，阴极和阳极)之间的电气放电。在HID灯24的操作期间，在两个电极之间可以形成多个随机电弧。当电荷在电介质表面上聚集时，它们可以在几毫秒中放电，这导致它们在表面的另外地方再形成。如果去往HID灯24的连续能量源提供了所需的电离化程度，则可以维持在HID灯24内生成的等离子体，这克服了导致放电消失的复合过程。此类复合与分子间的碰撞并且继而与HID灯24内的气体压力成正比。 放电过程引起高能光子发射，其能量对应于用于填充HID灯的放电容器的气体类型。一旦DBD点燃，主电极30、32之间的击穿就可以在两个可能路径之一中进行。DBD 可以充当沿放电容器的内表面向阴极30传播的正流光(positvie streamer )的种子放电， 或其可以产生紫外(UV)和真空紫外(VUV)光子，这些光子在阴极30处产生大量光电子，并且因此催化(seed) 了负光流。对导电启动辅助器件34的电势的控制可以通过将其连接至相对的阴极30 (在此表示为E3设备)来实现。与本公开一致的HID灯24可以允许降低向HID灯24提供的引燃电压而显著增加HID灯24的可燃性。还已经示出了 即使利用采用E3设备的HID灯24中的降低引燃电压，也可以发
6生两类击穿，这就在高压引燃脉冲开始之后DBD点燃时而言是不同的。例如，一类击穿发生在DBD “提早”点燃而阴极30和阳极32的引燃电压仍旧在上升的时候。当这发生时，DBD 的点燃不太强烈并且其产生可以防止跨越阴极30和阳极32的电压的进一步增加的光电子流。因此，DBD的“提早”点燃产生了不期望的结果。另一类击穿例如发生在DBD “迟缓”点燃时，这意味着跨越阴极30和阳极32的电压已经有足够的时间来达到开路值。当DBD“迟缓”点燃时，主电极30与32之间的电弧点火比DBD “提早”点燃时能量更高。因此，本公开可以包括被配置为在跨越阴极30和阳极34的电压达到开路值时或之后利用阳极32发起 DBD的导电启动辅助器件34。本公开可以通过经由控制导电启动辅助器件34的电阻来控制跨越阳极30和第三电极34的电压与主电极30和32之间的电压之间的时延而防止DBD的提早点燃。特别地， 可以认为导电启动辅助器件34是非常小的电容器仏，其例如具有约0. 5pF(例如，但不限于此，0.4-0.6 pF)的值G。给定镇流器12 (图1)提供的典型引燃脉冲的上升时间，与跨越主电极30、32的电压相比较，本公开可以将跨越G的电压延迟20-50 ns。可以通过调整与 C2串联的组件(通常由电阻器Z示出)的电阻来实现该延迟。特别地，跨越C2的电压上升可以通过调整RC时间常数τ来调整。RC时间常数τ可以由以下方程表示
T=ZC2
其中Z是电阻并且C2是导电启动辅助器件34的电容。通过调整Z的电阻，可以调整 C2的电压上升到其峰值电压的时间并且可以使DBD点燃定时为发生在跨越阴极30和阳极 32的电压到达开路值时或之后，从而增加HID灯24的可燃性。根据一个实施方式，与跨越主电极30、32的电压相比较，DBD可以延迟20-50 ns。 对于导电启动辅助器件34约0.5 pF的值G而言，组件可以具有在范围1-100 kQ中的电阻。组件Z的电阻也可以(或替代地)大于或等于40 k Ω、在范围10-100 kQU-10 kQ、 5-10 kQ或其中的任何值或范围中。现在转到图3，一般性地示出了与本公开一致的HID灯100的一个实施方式的截面视图。HID灯100可以包括中空体或放电容器102以及外罩122。放电容器102可以包括限定电弧腔112的半透明和/或透明材料(诸如但不限于熔融石英、熔融铝等)。外罩122 可以限定罩腔101，该罩腔101被配置为环绕放电容器102的至少一部分并且保护放电容器102。放电容器102和/或外罩122可以耦合至基体146。基体146可以被配置为机械地和/或电子地将HID灯100耦合至插口或插座141和镇流器/电源(为了清楚在图3中未示出)。HID灯100还可以包括分别密封在放电容器102的第一和第二端区域104、106中的第一和第二电极114、116。第一电极114的至少一部分可以延伸穿过外罩122的第一端区域128、104和/或放电容器102并且可以终止在电弧腔112内。第二电极116的至少一部分可以延伸穿过外罩122的第二端区域130、106和/或放电容器102并且可以终止在在电弧腔112内。在一个实施方式中，第一和第二电极114、116分别可以包括阴极和阳极。电极114、116可以包括导电材料(诸如但不限于钨等等)并且可以被配置为连接至电源和镇流器(为了清楚未示出)。HID灯100还可以包括电弧腔112内容的电弧隙118。弧隙118可以由电弧腔112 内的阴极114与阳极116的终端之间的空隙或空间限定。电弧和/或等离子体生成和维持介质120可以包含在电弧腔112内。介质120可以包括气体和/或金属盐，诸如但不限于氖、氩、氙、氪、钠、金属卤化物和/或汞。HID灯100也可以包括耦合至放电容器102的导电启动辅助器件132。导电启动辅助器件132可以包括导电涂层134 (即，第三电极)、导电部件136以及导电回线138。导电涂层134可以包括通常沿放电容器102外表面108的长度从第一端区域104延伸的透明材料。在一个实施方式中，导电涂层134可以被配置为提供如此处所述的期望电阻Z(例如但不限于1-100 kQ )，使得在跨越第一和第二电极114、116的电压达到开路值时或之后利用第二电极116发起DBD。可以通过调整涂层134的导电材料的量和/或大小/形状来从其具体的电阻选择导电涂层134的电阻。导电部件136可以耦合至导电涂层134和导电回线138。例如，导电部件136可以在外罩122的第一端区域128处从外罩122的外表面124延伸到内表面126。回线138也可以限定至少延伸放电容器102长度的中间部分142。回线138的第一端140可以耦合至阴极114，而第二端144可以被配置为与电源和/或镇流器(未示出)电连接。导电部件136 和/或导电回线138可以包括导线、导带等。现在转到图4，一般性地示出了与本公开一致的HID灯200的另一个实施方式的截面视图。已经为与图3中示出和/或描述的那些类似的组件分配了同样的参考标号，并且为了清楚不再对它们进行描述。HID灯200可以包括耦合至放电容器102的导电启动辅助器件232。导电启动辅助器件232可以包括导电涂层234 (即，第三电极)、导电部件236以及导电回线238。导电涂层234可以包括通常沿放电容器102外表面108的长度从放电容器的第二端区域108延伸的透明材料。导电涂层234可以辅助器件在涂层234与阳极116 之间发起DBD。例如，导电涂层134可以被配置为提供如此处所述的期望电阻Z (例如但不限于1-100 kQ )，使得在跨越第一和第二电极114、116的电压达到开路值时或之后利用第二电极116发起DBD。可以通过调整涂层234的导电材料的量和/或大小/形状来选择导电涂层234的电阻。导电部件236可以耦合至涂层234的一部分和至回线238。例如，导电部件236可以在外罩122的第二端130处从外罩122的外表面124延伸到内表面126。回线238可以包括耦合至阴极114的至少一部分的第一端240和可以至少延伸放电容器102长度的中间部分242。回线238的第二端244可以被配置为与电源和/或镇流器(未示出)电连接。现在转到图5，一般性地示出了与本公开一致的HID灯300的又一个实施方式的截面视图。已经为与图3和/或4中示出和/或描述的那些类似的组件分配了同样的参考标号，并且为了清楚不再对它们进行描述。HID灯300可以包括中空体或放电容器102和外罩 322。HID灯300还可以包括耦合至放电容器102的导电启动辅助器件332。启动辅助器件 332可以包括导电部件336和导电回线338。导电部件336可以包括耦合至并且界定放电容器102至少一部分的电阻材料。例如，导电部件336可以包括类似于护套的电导体，诸如但不限于围绕放电容器102第二端区域106缠绕的线圈。导电部件336可以围绕第二端区域106缠绕至少两圈。导电部件336可以辅助利用阳极116发起之间的DBD。例如，导电部件336可以被配置为提供如此处所述的期望电阻Z (例如但不限于1-100 kQ)，使得在跨越第一和第二电极114、116的电压达到开路值时或之后利用第二电极116发起DBD。可以通过调整导电部件336的导电材料的量和/或大小/形状来选择导电部件336的电阻。
导电回线338可以包括耦合至导电部件336。回线338的第一端区域340可以耦合至阴极114，并且回线338的中间部分342可以沿放电容器102的长度延伸。回线338的第二端344可以被配置为与电源和/或镇流器(未示出)电连接。HID灯300的外罩322可以被配置为环绕放电容器102和启动辅助器件332。外罩322可以具有外表面324和内表面326并且还可以限定第一端328和第二端330。阳极 116的至少一部分可以从放电容器102延伸并且超出外罩322的第二端330。因而，启动辅助器件332 (并且尤其是回线342)可以布置/定位在外罩322的内腔352内。在一个方面中，本公开可以以一种HID灯为特征。HID灯可以包括放电容器、第一和第二电极以及导电启动辅助器件。放电容器可以包括第一和第二端区域并且限定包含电弧生成介质的电弧腔。第一和第二电极可以分别密封在放电容器的第一和第二端区域中。 第一和第二电极的每个都可以包括布置在电弧腔内并且由电弧隙分离的终端。导电启动辅助器件可以被配置为在跨越第一和第二电极的电压达到开路值时或之后利用第二电极发起电介质阻挡放电(DBD)。在另一方面中，本公开可以以一种HID灯系统为特征。HID灯系统可以包括HID灯和被配置为向HID灯提供功率的镇流器。HID灯可以包括放电容器，包括第一和第二端区域并且限定包含电弧生成介质的电弧腔；分别在放电容器的第一和第二端区域中的阴极和阳极，其中阴极和阳极的每个都包括布置在电弧腔内并且由电弧隙分离的终端；以及导电启动辅助器件，被配置为在跨越阴极和阳极的电压达到开路值时或之后利用阳极发起电介质阻挡放电(DBD)。在又一方面中，本公开可以以一种引燃HID灯的方法为特征。该方法可以包括提供放电容器，该放电容器包括第一和第二端区域并且限定包含电弧生成介质的电弧腔；提供分别密封在放电容器的第一和第二端区域中的第一和第二电极，其中第一和第二电极的每个都包括布置在电弧腔内并且由电弧隙分离的终端；以及在跨越第一和第二电极的电压达到开路值时或之后利用第二电极发起电介质阻挡放电(DBD)。虽然已经在此描述并示出了本公开的若干实施方式，但是本领域的那些普通技术人员将容易预想到用于执行功能和/或获得结果和/或此处描述的一个或多个优势的各种其他装置和/或结构，并且将此类变化和/或修改的每个视为处于本公开的范围内。更一般地，本领域的那些技术人员将容易地理解此处描述的所有参数、尺寸、材料和配置都意味着是示例性的并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于针对其使用本公开教导的一个或多个具体应用。本领域的那些技术人员将仅使用例行试验而认识到或能够断定此处所描述的公开的具体实施方式
的很多等同物。因此，要理解仅通过示例的方式呈现了前述实施方式并且处于所附权利要求书和其等同物的范围内，本公开可以以除了具体描述和要求保护的之外的方式实行。本公开涉及此处描述的每个独立特征、系统、制品、材料、工具和 /或方法。此外，如果此类特征、系统、制品、材料、工具和/或方法不是相互不一致的，则两个或更多此类特征、系统、制品、材料、工具和/或方法的任何组合包括在本公开的范围内。如此处所定义和使用的所有定义应被理解为对词典定义、通过参考所合并的文档中的定义和/或所定义术语的普通意义的控制。除非清楚地指出相反的意思，如说明书和权利要求书中使用的不定冠词“一”和 “一个”应被理解为意味着“至少一个”。
如说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应被理解为如此结合的元素的“两者之一或两者”即在某些情况中结合出现并且在其他情况中分离出现的元素。不论是否与具体标识的那些元素相关还是不相关，除非清楚地指出相反的意思，除了由“和/或”从句标识的元素之外，其他元素可以可选地出现。本申请中引用或提及的所有参考、专利和专利申请都通过引用将它们的全文合并于此。在下面以权利要求书的格式阐述了附加公开。
权利要求
1.一种高强度放电(HID)灯，包括放电容器，包括第一和第二端区域并且限定包含电弧生成介质的电弧腔； 第一电极和第二电极，分别密封在所述放电容器的第一和第二端区域中，所述第一电极和所述第二电极的每个都包括布置在所述电弧腔内并且由电弧隙分离的终端；以及导电启动辅助器件，被配置为在跨越所述第一电极和所述第二电极的电压达到开路值时或之后利用所述第二电极发起电介质阻挡放电(DBD)。
2.根据权利要求1所述的HID灯，其中所述第一电极和所述第二电极分别包括阴极和阳极。
3.根据权利要求2所述的HID灯，其中所述导电启动辅助器件被配置为在跨越所述阴极和所述阳极的电压达到所述开路值之后将所述DBD延迟20-50纳秒。
4.根据权利要求3所述的HID灯，其中在所述DBD之前，所述阴极和所述导电启动辅助器件形成具有值为0. 4-0. 6 pF的电容器。
5.根据权利要求4所述的HID灯，其中所述导电启动辅助器件具有1-100kQ的电阻值。
6.根据权利要求2所述的HID灯，还包括基体，被配置为被接收在插口中，所述基体包括被配置为将所述阴极、所述阳极和所述导电启动辅助器件电连接至电源的第一和第二连接器；以及外罩，环绕所述放电容器的至少一部分，所述外罩具有通常彼此相对布置的第一和第二端区域；其中所述外罩和所述放电容器的所述第二端区域耦合至所述基体。
7.根据权利要求6所述的HID灯，其中所述阴极的至少一部分从所述放电容器的所述第一端区域延伸并且超出所述外罩的所述第一端区域，并且所述阳极的至少一部分从所述放电容器的所述第二端区域延伸并且超出所述外罩的第二端区域；以及其中所述导电启动辅助器件包括 导电涂层，布置在所述放电容器的一部分上； 导电部件，耦合至所述导电涂层；以及导电回线，耦合至所述导电部件，所述导线包括耦合至所述阴极的第一端、至少延伸所述放电容器的长度的中间部分以及被配置为电耦合至电源的第二端。
8.根据权利要求7所述的HID灯，其中所述导电部件的至少一部分延伸通过所述外罩的所述第一端区域，并且其中所述导电涂层布置在所述放电容器的外表面上并且从所述放电容器的所述第一端区域延伸。
9.根据权利要求7所述的HID灯，其中所述导电部件的至少一部分延伸通过所述外罩的所述第二端区域，并且其中所述导电涂层布置在所述放电容器的外表面上并且从所述放电容器的所述第二端区域延伸。
10.根据权利要求6所述的HID灯，其中所述导电启动辅助器件包括 导电线圈，围绕所述放电容器的所述第二端区域的一部分布置；以及导电回线，耦合至所述导电线圈，所述回线包括耦合至所述阴极的第一端、至少延伸所述放电容器的长度的中间部分以及被配置为与所述电源电连接的第二端； 其中所述回线布置在由所述外罩限定的腔内。
11.一种高强度放电(HID)灯系统，包括 HID灯，包括放电容器，包括第一和第二端区域并且限定包含电弧生成介质的电弧腔； 阴极和阳极，分别在所述放电容器的第一和第二端区域中，所述阴极和所述阳极的每个都包括布置在所述电弧腔内并且由电弧隙分离的终端；以及导电启动辅助器件，被配置为在跨越所述第一电极和所述第二电极的电压达到开路值时或之后利用所述阳极发起电介质阻挡放电(DBD)；以及镇流器，被配置为控制向所述HID灯提供的功率。
12.根据权利要求11所述的HID灯系统，其中所述导电启动辅助器件被配置为在跨越所述阴极和所述阳极的电压达到开路值之后将所述DBD延迟20-50纳秒。
13.根据权利要求11所述的HID灯系统，所述HID灯还包括基体，被配置为接收在插口中，所述基体包括被配置为将所述阴极、所述阳极和所述导电启动辅助器件电连接至镇流器的第一和第二连接器；以及外罩，环绕所述放电容器的至少一部分，所述外罩具有通常彼此相对布置的第一和第二端区域；其中所述放电容器的所述第二端区域和所述外罩耦合至所述基体。
14.根据权利要求13所述的HID灯系统，其中所述阴极的至少一部分从所述放电容器的所述第一端区域延伸并且超出所述外罩的所述第一端区域，并且所述阳极的至少一部分从所述放电容器的所述第二端区域延伸并且超出所述外罩的第二端区域；以及其中所述导电启动辅助器件包括 导电涂层，布置在所述放电容器的一部分上； 导电部件，耦合至所述导电涂层；以及导电回线，耦合至所述导电部件，所述导线包括耦合至所述阴极的第一端、至少延伸所述放电容器的长度的中间部分以及被配置为电耦合至电源的第二端。
15.根据权利要求14所述的HID灯系统，其中所述导电部件的至少一部分延伸通过所述外罩的所述第一端区域，并且其中所述导电涂层布置在所述放电容器的外表面上并且从所述放电容器的所述第一端区域延伸。
16.根据权利要求14所述的HID灯系统，其中所述导电部件的至少一部分延伸通过所述外罩的所述第二端区域，并且其中所述导电涂层布置在所述放电容器的外表面上并且从所述放电容器的所述第二端区域延伸。
17.根据权利要求13所述的HID灯系统，其中所述导电启动辅助器件包括 导电线圈，围绕所述放电容器的所述第二端区域的一部分布置；以及导电回线，耦合至所述导电线圈，所述回线包括耦合至所述阴极的第一端、至少延伸所述放电容器的长度的中间部分以及被配置为与所述镇流器电连接的第二端； 其中所述回线布置在由所述外罩限定的腔内。
18.一种引燃高强度放电(HID)灯的方法，包括提供放电容器，所述放电容器包括第一和第二端区域并且限定包含电弧生成介质的电弧腔；提供第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极分别密封在所述放电容器的第一和第二端区域中，所述第一电极和所述第二电极的每个都包括布置在所述电弧腔内并且由电弧隙分离的终端；以及在跨越所述第一电极和所述第二电极的电压达到开路值时或之后利用所述第二电极发起电介质阻挡放电(DBD)。
19.根据权利要求18所述的方法，其中发起所述DBD包括在跨越所述阴极和所述阳极的电压达到所述开路值之后将所述DBD延迟20-50纳秒。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一电极和所述第二电极分别包括阴极和阳极，并且其中发起所述DBD包括利用所述阳极发起所述DBD。
全文摘要
本发明涉及使用第三电极控制HID灯引燃定时的装置、系统和方法，其中提供一种高强度放电(HID)灯，包括放电容器，包括第一和第二端区域并且限定包含电弧生成介质的电弧腔；分别在该放电容器的第一和第二端区域中的阴极和阳极，阴极和阳极的每个都包括布置在电弧腔内并且由电弧隙分离的终端；以及导电启动辅助器件，被配置为在跨越第一和第二电极的电压达到开路值时或之后利用阳极发起电介质阻挡放电(DBD)。镇流器可以控制向HID灯提供的功率。
文档编号H01J61/56GK102437007SQ201110270980
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月14日 优先权日2010年9月14日
发明者阿德勒 H., 科斯特伦 M. 申请人:奥斯兰姆施尔凡尼亚公司