技术领域
[0001] 本
发明描述用于
高强度放电灯的点火器装置；灯驱动器；照明装置；以及驱动高强度放电灯的方法。
背景技术
[0002] 高强度放电灯（HID灯）-比如用于前向射束的
汽车氙灯-可以与点火器一起实现，即该灯安装到点火器
外壳并且电气连接到该点火器外壳内的组件。灯和点火器可以实现为单个产品，其中灯直接安装到包含点火器组件的外壳。点火器外壳一般具有用于将若干电气引线连接到
电子灯驱动器的连接
接口。点火器一般包括
变压器、点火电容器、诸如削波
二极管之类的
电压限制器、放电
电阻器和
火花隙。点火器的目的是跨灯的放电室（也称为“
燃烧器”）内的
电极的尖端建立放电
电弧，使得正常或稳定状态操作可以开始。一种已知类型的点火器，诸如非对称点火器，包括用于施加点火电压的一对输入
端子，以及用于在稳定状态操作期间向灯施加驱动电压的一对端子。
[0003] 灯驱动器用于调控灯功率。在一些情况下，例如在建成区域之外的夜间驾驶，出于安全原因，道路上的更多光是合期望的。为此目的，用于汽车HID灯的一些电子灯驱动器被设计和制造成能够在这样的情况下增加灯功率。此外，灯可以设计成例如在由适当调控允许的功率上限中消耗更多功率。不管出于什么原因增加灯功率引起点火器外壳内的
温度的增加，并且作为结果，点火器的组件可能变得受损。例如，如果灯在大于该灯的标称功率的升高的或更高的功率下驱动，则点火器组件经受增加的热应
力。该热量源自于燃烧器，其在物理上非常靠近点火器外壳。对于点火器组件来说，达到接近150℃的温度并非是不寻常的，该温度是针对这样的组件的通常的规范限制。以上提及的所有组件可能由于
过热而失效。显然，如果允许点火器变得太热，则组件的寿命以及因此点火器的寿命显著地降低。与太热的点火器相关联的其它问题在于，过热的点火器的再点火（“
热启动”）可能失败，或者点火器的高压隔离可能减少并且可能造成再点火失败。促使点火器中的高温的发展的另一因素是朝向更紧凑头灯组装件的趋势。
[0004] 在应对此问题的一个方案中，施加到灯的功率减小以便降低点火器中的温度。然而，为了调控功率，需要关于点火器温度的一些信息。因此，在一个已知方案中，参见US20050067979A1、EP2244537A2、US6072283A和WO2010136918A1，温度
传感器可以布置在点火器外壳之内并且通过电气引线连接到监控温度发展并且相应地调控灯功率的外部模
块。然而，此解决方案要求对点火器和灯驱动器之间的现有接口的更改以便容纳附加电气引线，并且因此从商业
角度来看是不具吸引力的。在可替换方案中，
散热元件可以安装到点火器外壳之外以便从点火器及其组件驱除一些热量，和/或通
风机可以用来在点火器之上吹冷空气。然而，这样的元件是庞大的并且因此不具吸引力，并且还增加了具有这样的点火器的照明装置的总体成本。
[0005] 因此，本发明的目的是提供一种操作高强度放电灯的改进方式，其避免上面概述的问题。
发明内容
[0006] 本发明的目的通过
权利要求1的点火器装置；通过权利要求5的灯驱动器；通过权利要求9的照明装置；以及通过权利要求10的驱动高强度放电灯的方法实现。
[0007] 根据本发明，用于高强度放电灯的点火器装置包括用于向点火器装置施加点火电压的第一对输入端子；用于向点火器装置施加输入驱动电压的第二对输入端子；以及布置在点火器装置的外壳的内部并且跨第一输入端子对连接的放电
电阻器，其特征在于，该放电电阻器实现为温度相关电阻器。
[0008] 在上文中仅列出了与本发明有关的点火器装置的元件，并且将理解，点火器装置将包括用于使灯点火的另外的元件，以及用于向灯施加输出驱动电压的一对输出端子。
[0009] 根据本发明的点火器装置的优点在于，温度相关电阻器可以用于获取直接涉及点火器装置内部中的温度的信息。由于温度相关电阻器的电阻随着温度增加或减小而改变，并且由于电阻可以相对容易地测量，因此温度相关电阻器可以用于确定点火器中的温度，并且灯的操作功率可以相应地调控。例如，通过调节经由第二对输入端子供应到灯的
电流，可以调控灯功率。
[0010] 用于HID灯的诸如非对称点火器之类的点火器合并了放电电阻器，其服务于为用于生成跨火花隙的火花的电容器提供放
电路径的目的。在根据本发明的点火器装置中，放电电阻器的这种功能保持不变，并且此放电电阻器现在还履行附加功能，也就是说，有利地提供关于点火器内温度的精确反馈的功能。以此方式，可以实现点火器装置内部中的温度的调控，而不必更改或调适现有点火器/驱动器接口或实际的点火器设计。为了获取温度相关反馈，根据本发明的点火器装置有利地利用
点火端子，其在灯的稳定状态操作期间不再被要求用于任何特定目的。与通常利用温度传感器（其必须另外内置到点火器中并且其要求到控制单元的附加电气连接）的
现有技术的解决方案相比，根据本发明的点火器装置不需要任何附加组件或感测装置，并且不需要对点火器与驱动器之间的接口的更改。因此，在制造方面，根据本发明的点火器装置是有利地经济的。此外，如将在下文解释的，根据本发明的点火器装置以延长的寿命为特征，因为点火器外壳内的组件可以受保护以免受热损伤。
[0011] 根据本发明，灯驱动器被实现以驱动高强度放电灯，优选地驱动汽车灯，并且包括：根据本发明的点火器装置；点火电路，其被实现以跨点火器装置的第一对输入端子施加点火电压；驱动电路，其被实现以跨点火器装置的第二对输入端子施加驱动电压；温度评估单元，其被实现以确定点火器装置内部中的温度；以及控制单元，其用于在所确定的温度的
基础上调控灯的操作功率。
[0012] 根据本发明的灯驱动器的优点在于，它可以容易地被提供涉及点火器内的瞬时热情况的信息，使得它可以适当地做出响应。例如，在内部条件太热的情况下，灯驱动器可以通过降低灯功率而做出响应。另一方面，如果点火器内的温度表现为具有一些“净空高度（headroom）”，并且附加灯功率将具有优点，则灯驱动器可以在不冒着对点火器组件热损伤的风险的情况下增加灯功率。
[0013] 根据本发明，照明装置包括布置在外壳内部中的根据本发明的点火器装置；以及安装到外壳上的高强度放电灯，其中灯的电极对连接到点火器装置的输出端子对。
[0014] 根据本发明的照明装置的优点在于，与没有并入在点火器内部中的这样的温度相关电阻器的可比较的照明装置相比，它可以具有明显更长的寿命，并且此附加寿命可以在不必在照明装置与灯驱动器之间的接口上进行任何更改的情况下获得。
[0015] 根据本发明，驱动高强度放电灯的方法包括以下步骤：将灯连接到根据本发明的点火器装置；跨点火器装置的第一对输入端子施加点火电压以便使灯点火；在灯点火之后跨点火器装置的第二对输入端子施加驱动电压；确定点火器装置内部中的温度；以及，在所确定的温度的基础上调控操作功率。
[0016] 根据本发明的方法的优点在于，点火器装置内部中的温度可以以非常简单且方便的方式建立或确定，而不比将温度传感器布置在点火器内。灯驱动器可以在任何时间确定点火器内的温度并且在必要时可以相应地调控灯功率。此外，根据本发明的方法允许灯驱动器确定在更高的功率下驱动灯是否安全（如果这是期望的），因为容易确定点火器内部温度是否足够低以能够应对增大的燃烧器温度。
[0017]
从属权利要求和以下描述公开了本发明的特别有利的
实施例和特征。实施例的特征可以在适当的情况下组合。在一个权利要求类别的上下文中描述的特征可以等同地适用于另一权利要求类别。
[0018] 在下文中，但没有以任何方式限制本发明，可以假设，灯或燃烧器是在汽车应用中使用的类型的高强度放电（HID）灯，诸如前头灯，并且术语“灯”和“燃烧器”在下文中可以互换地使用。这样的燃烧器的一个示例可能是氙气HID灯，其可以直接地安装到点火器。包括这样的HID灯和点火器的照明装置一般地具有限定的接口，其具有用于与灯驱动器的连接器匹配的连接器，使得在确保燃烧器放置在头灯中的限定取向或
位置中的同时整个照明装置可以容易地更换。在本发明的上下文中，术语“温度相关放电电阻器”、“温度相关电阻器”和“
热敏电阻器”在下文中可以互换地使用。
[0019] 存在可能针对温度相关放电电阻器的若干可替换方案。例如，可以使用诸如负温度系数（NTC）热敏电阻器之类的温度相关电阻器，或者
正温度系数（PTC）热敏电阻器，或者热敏感
硅电阻器，其通常被称为
半导体可变电阻器。
[0020] 温度相关电阻器的电阻随着电阻器的温度的增加而更改。例如，NTC热敏电阻器的电阻随着温度的增加而减小。温度和电阻之间的关系一般是非线性的，或者可以仅在非常小的温度范围之上为线性的。通常，电阻和温度之间的关系使用三阶（third-order）近似来描述。然而，不管使用的是哪种类型的温度相关放电电阻器，它都应当在额定功率下灯的操作期间典型的温度范围之上具有某电阻值。因此，在本发明的优选实施例中，温度相关放电电阻器在灯的正常操作条件期间的点火器内部中的已知温度的基础上选取。“正常操作条件”可以理解成意指在某
环境温度范围内在标称或额定灯功率下的操作。热敏电阻器的电阻值可以与其替换的电阻器的值相同。例如，如果6MΩ的电阻器被NTC热敏电阻器替换，并且灯的标称操作功率为35W，则该热敏电阻器应当在针对该功率
水平下的操作典型的温度处具有类似电阻。此外，当点火器中的温度随着等以更高的功率被驱动而增加时，热敏电阻器的电阻应当明显改变，使得这样的改变是可检测的并且可以用于推断或估计点火器内部中的温度。优选地，使用至少在从25℃到150℃的温度范围之上具有电阻和温度之间的限定关系的热敏电阻器。
[0021] 温度评估单元优选地跨温度相关放电电阻器连接，使得它可以评估温度相关放电电阻器两端的电压和/或通过温度相关放电电阻器的电流。由温度相关放电电阻器提供的信息-即，跟随点火器内部中的温度的改变的电阻中的改变-可以以若干方式评估或使用。例如，可以在热敏电阻器两端施加已知电压，并且可以测量通过热敏电阻器的所得电流，从其可以计算热敏电阻器的电阻。由于一般在任何情况下在稳定状态灯操作期间跨共享端子和点火端子施加基本恒定的电压，所以此事实通过根据本发明的灯驱动器而很好地使用。
例如，在本发明的特别优选的实施例中，可以测量通过热敏电阻器的电流。电阻中的任何改变将导致所测量的电流中的改变。例如，如果热敏电阻器是NTC热敏电阻器，则其电阻随着温度而减小。因此，更高的经测量的电流将指示电阻中的减小并且因此还指示温度中的增加。可以使用欧姆定律以及已知电压和经测量的电流的值来确定热敏电阻器的经更改的电阻，并且点火器内的温度可以随后利用适当
算法来估计。例如，灯驱动器可以装备有处理器，其可以在所测量的电流的基础上计算热敏电阻器的电阻，并且然后可以使用此电阻来求解使电阻与温度相关的三阶近似，以便计算瞬时温度。然而，在本发明的另外优选的实施例中，温度评估单元被提供使所测量的电流的值与温度的值相关的信息。该信息可以在针对驱动器/点火器组合的校准或测试设置期间预先收集。此信息可以以使得可用于灯驱动器的温度评估单元的一个或多个查找表的形式提供。
[0022] 在另外的实施例中，跨共享端子和点火端子所施加的电流可以是基本恒定的，并且温度评估单元可以能够测量热敏电阻器两端的电压。再次，可以使用欧姆定律以及所测量的电压和已知电流的值来确定热敏电阻器的电阻中的任何改变，使得可以随后估计点火器内的温度。还是在该情况下，对于某恒定电流而言使电压与温度相关的信息可以在驱动器/点火器组合的校准阶段期间针对特定热敏电阻器收集，并且可以以使得可用于灯驱动器的温度评估单元的一个或多个查找表的形式提供。
[0023] 可替换地或者此外，温度评估单元可以被实现以在
分压器的基础上操作。为此目的，点火器装置的温度相关放电电阻器和温度评估单元中的固定值电阻器可以被连接作为分压器。可以在分压器两端施加已知电压，并且可以使用点火端子测量
输出电压。
[0024] 点火器内部中的温度可以由控制单元以任何适当的方式来监控。例如，控制单元可以在每十分钟或者以任何其它适当的间隔执行温度估计。在本发明的优选实施例中，控制单元被实现以基本上连续地监控点火器装置的温度。以该方式，驱动器可以通过调控灯功率而对点火器内部空间中的温度的快速增加迅速地做出响应。等同地，控制单元和驱动器可以行动以防止点火器的组件在任何时间长度内暴露于过度高度。
[0025] 所估计或计算的点火器内部温度可以用于确定是否应当在如何驱动灯方面进行任何调节。优选地，执行调控灯的操作功率的步骤，使得点火器装置内部中的温度维持在温度上限以下。例如，如果发现点火器内部温度接近于该温度上限，则可以减小灯功率直到温度下降至令人满意的水平。等同地，如果所估计的温度指示在温度上限以下的有利量的“净空高度”，则灯驱动器可以在需要时增加灯的操作功率，而同时继续监控点火器内部温度。
[0026] 本发明的其它目标和特征将根据结合
附图考虑的以下详细描述而变得清楚明白。然而，要理解，附图仅仅设计用于说明的目的并且不作为本发明的限制的释义。
附图说明
[0027] 图1示出了根据本发明的照明装置的实施例；
[0028] 图2示出了根据本发明的灯驱动器的实施例；
[0029] 图3示出了图2的灯驱动器中的温度评估单元的第一实施例；
[0030] 图4示出了图2的灯驱动器中的温度评估单元的第二实施例；
[0031] 图5示出了针对不同环境温度的点火器温度对比灯功率的图；
[0032] 图6示出了具有灯驱动器以及合并了非对称点火器的照明装置的现有技术的装置。
[0033] 在附图中，相同标号自始至终是指相同对象。图中的对象未必按照比例绘制。
具体实施方式
[0034] 图1示出了根据本发明的照明装置4的实施例，其中HID灯燃烧器2安装到并且电气连接到根据本发明的点火器装置1。点火器装置1被实现为非对称汽车点火器1，并且灯2可以是用于前照明应用的HID燃烧器2。照明装置4可以实现为例如D1或D3应用。点火器装置1具有向其施加点火电压（通过灯驱动器，此处没有示出）的一对输入端子101、102，以及向其施加驱动电压的另一对输入端子101、103。第一端子101被共享，并且仅在灯2的点火期间需要点火端子102。HID灯需要短暂的强电压脉冲来在电极尖端之间建立放电电弧，该电极尖端在燃烧器2的放电容器20中跨短间隙面对彼此。点火器装置1包括各种电气组件以向灯2生成这样的短暂强脉冲，灯2借助于其电极引线200、201连接到点火器装置。此处，这些组件包括变压器12、火花隙13、点火电容器11和放电电阻器10。点火电压最初跨共享的和点火端子101、102施加。电压在点火电容器11两端并且因此在火花隙13两端构建，直到该电压已经达到在火花隙13两端造成击穿的水平。一旦电流流过变压器12的初级挠组并且跨火花隙13流动（即便只是短暂地流动），则电流还流过变压器12的次级挠组，使得高电压点火脉冲跨灯2的电极而出现，并且建立放电电弧。在此时，不再需要点火端子102，火花隙再一次为非传导的，并且如果点火器1从灯驱动器断开，点火电容器11可以通过放电电阻器10放电。该图还示出了削波二极管装置14，其用来对第二对输入端子之间的高电压脉冲削波以保护灯驱动器。
[0035] 点火器装置1的组件一般包封在灯2安装到的紧凑外壳中。氙气HID灯的燃烧器在额定功率下的操作期间可以容易地达到700℃范围中的温度，并且当灯在额定功率以上驱动时（例如，如果在某驾驶情况下期望更多光的话）此温度可以进一步增加。由于燃烧器20在物理上极为接近点火器外壳，所以点火器的内部100中的温度将相应地增加，并且组件10、11、12、13、14将暴露于高温并且可能最终作为热损伤的结果而失效。达到或超过150℃的点火器内部100中的温度对于本文描述的类型的点火器而言是临界的。
[0036]
发明人认识到热敏电阻器10可以被用作放电电阻器10，使得其放电功能仍旧可以被履行，而同时热敏电阻器的
电阻率的温度相关性可以用于良好的效果以便确定点火器外壳的内部100中的温度。灯驱动器经由端子101、102、103连接到点火器装置1，并且可以甚至在灯2的正常稳定状态操作期间通过跨第一输入端子对101、102施加适当电压来测量热敏电阻器电阻率，因为第一端子101被共享并且在稳定状态操作期间不需要点火端子102。图2示出了连接到图1的点火器装置1的根据本发明的灯驱动器3的实施例，HID灯2借助于灯接口151而牢固地安装到该灯驱动器3。该图示出了点火器装置1与灯驱动器3之间的已知类型的连接接口152不需要以任何方式改变。灯驱动器3可以借助于端子301、302而连接到外部电源（未示出）并且包括功能单元的通常布置，即，用于灯驱动器保护并且用于对由DC-DC转换器生成的更高
频率进行滤波的输入电路30；用于将输入电压转换成适当水平的DC-DC转换器31；用于生成200-1000 Hz范围中的低频方波的DC-AC转换器32；以及用于跨第一对输入端子101、102向点火装置1施加适当DC电压的辅助点火模块33。灯驱动器3还包括控制电路34，其用于在稳定状态操作期间调控施加到灯的功率。在此示例性实施例中，控制单元34被提供附加控制输入340以允许由外部模块（没有示出）按照期望调节灯功率。在根据本发明的灯驱动器3的此示例性实施例中，附加模块35被实现为温度评估单元35，其功能是确定或估计点火器外壳15内部100中的温度。由于火花隙在稳定状态操作期间是非传导性的，因此在第一端子101与点火端子102之间可用的仅有的电流路径是通过放电电阻器。在灯2的稳定状态操作期间不需要点火端子102，使得温度评估单元35可以将热敏电阻器10合并到向其施加已知电压的评估电路中，并且可以在点火端子102与另一适当
节点之间测量所得电压。温度评估单元35然后可以计算热敏电阻器10的瞬时电阻，估计点火器内部100中的瞬时温度T100，并且向控制单元提供所估计的温度T100的值。
[0037] 图3示出了用于图2中所示的灯驱动器的温度评估单元35的实施例。该简化图仅指示灯驱动器3的相关元件，并且仅示出点火器装置1的热敏电阻器10。在稳定状态操作期间，跨如图1中所示的点火器的驱动端子101、103应用低频方波。在可以持续若干毫秒的一个半波期间，共享端子101处的电压基本上恒定。在此时间期间，通过热敏电阻器10的电流I10可以在不干扰灯的操作的情况下被测量。
[0038] 此处，温度评估单元35利用以下事实：通过DC-AC转换器32和辅助点火模块33向端子101、102施加已知电压。在此示例性实施例中，温度评估单元35包括可以测量通过热敏电阻器10的电流I10的电流监控单元350。存储使电流值与温度值相关的查找表的
存储器351包括在温度评估单元35中。以此方式，所估计的温度值T100可以被快速地获得并且转发给灯驱动器的控制电路。
[0039] 图4示出了用于图2的灯驱动器的温度评估单元35的另一实施例。再次，此简化图仅指示灯驱动器3的相关元件，并且仅示出点火器装置1的热敏电阻器10。在此示例性实施例中，温度评估单元35包括可以测量热敏电阻器10两端的电压V10的电压监控单元352。此处同样地，使用存储查找表的存储器351，在此情况下是使电压值与温度值相关的查找表。所估计的温度值T100被再次转发给灯驱动器的控制电路。
[0040] 如上文所提及，点火器外壳中的温度将在一定程度上受环境温度影响。这进而可能影响可以驱动灯的功率水平。图5示出了针对三个不同环境温度Tamb1、Tamb2、Tamb3的点火器温度（以开氏温标为单位）对比灯功率（以瓦特为单位）的图。最低环境温度Tamb1与最高的最大灯功率Pmax3相关联，而最高的环境温度Tamb3与最低的最大灯功率Pmax1相关联。最大点火器温度Tmax是基本恒定的，因为这是点火器组件在其以上便可能遭受损伤的温度。典型的最大点火器温度是大约150℃。根据本发明的灯驱动器的控制单元将调控灯功率以使得点火器外壳内的温度不超过此最大点火器温度Tmax。由于点火器外壳中的温度在一定程度上取决于环境温度，所以点火器中的温度可能对于不同环境温度而言是不同的，即便灯功率在每一种情况下是相同的。此处，示例性功率水平Px与三个不同内部点火器温度T1、T2、T3相关联。当点火器分别用在相对冷的环境、“正常”的环境、以及相对热的环境中时，这些不同温度可能在点火器内部中观察到。因此，可以驱动灯的最大功率Pmax1、Pmax2、Pmax3也取决于环境温度Tamb1、Tamb2、Tamb3，并且根据本发明的灯驱动器可以通过响应于如上文所述的所估计的点火器内部温度而调控灯功率来考虑到这一点。
[0041] 图6示出了具有用于连接到灯驱动器61的非对称点火器60的现有技术的装置。灯驱动器61包括已经在上文描述的模块30、31、32、33、34中的大多数。此处，温度传感器603被布置在非对称点火器60内以使得其极为接近点火器60的组件，例如靠近常规固定值放电电阻器或者靠近点火电容器。为了
访问来自温度传感器603的反馈，需要电气连接601、602。驱动器61还需要对应的连接611、612，使得一些适当的温度评估模块610可以获取反馈并且评估它。更改已知驱动器和点火器设计以容纳温度传感器603和电气连接601、602、611、612的必要性导致增大的总体成本和兼容性方面的降低。
[0042] 尽管已经以优选实施例及其上的
变形的形式公开了本发明，但是将理解的是，可以对其进行众多附加
修改和变形而不脱离本发明的范围。
[0043] 为了清楚起见，要理解的是，遍及本
申请的“一”或“一个”的使用不排除多个，并且“包括”不排除其它步骤或元件。“单元”或“模块”的提及不排除多于一个单元或模块的使用。
