Газоразрядная лампа в автомобиле. Устройство и работа лампы

Газоразрядная лампа — источник света, излучающий энергию в видимом диапазоне. Физическая основа — электрический разряд в газах. В последнее время принято называть газоразрядные лампы разрядными лампами.

Сейчас на транспортные средства устанавливаются фары с газоразрядными лампами (gas discharge headlamps — GDL). Они позволяют обеспечить более эффективное освещение и предоставляют новые возможности для конструктивного оформления передней части автомобиля. Конфликт между аэродинамическим моделированием и подходящим положением ламп освещения — компромисс между экономией и безопасностью — крайне нежелателен. Новые фары вносят существенный вклад в улучшение этой ситуации, потому что они могут быть относительно малыми по своим размерам. Система GDL состоит из трех основных компонентов.

Газоразрядная лампа

Газоразрядная лампа работает не так, как обычные лампы. Дня нее необходимо намного более высокое напряжение. На рисунке показан принцип действия газоразрядной лампы.

Рис. Принцип действия газоразрядной лампы

Балластная система

Система содержит блок зажигания и управления и преобразует электрическое напряжение источника питания системы в рабочее напряжение, необходимое газоразрядной лампе. Блок управляет стадией воспламенения и начала работы лампы, осуществляет ее регулировку в течение цикла непрерывной работы и, наконец, контролирует работу лампы с точки зрения безопасности. На рисунке показана схема лампы и связанные с ней компоненты.

Рис. Балластная система для управления газоразрядной лампой

Фара

Конструкция фары в целом подобна обычным модулям. Однако чтобы удовлетворить ограничениям в отношении ослепления других участников движения, в данной случае необходимо выдерживать большую точность параметров, что влечет дополнительные издержки производства.

Источником света в газоразрядной лампе является электрическая дуга. Поперечник колбы газоразрядной лампы всего 10 мм. Колба изготовлена из кварцевого стекла, в ней расположены два электрода, промежуток между которыми составляет 4 мм. Расстояние между концом электрода и опорной поверхностью лампы составляет 25 мм, это соответствует размерам стандартной галогенной лампы.

При комнатной температуре лампа содержит смесь ртути, солей различных металлов и ксенона под давлением. Когда лампа включается, ксенон сразу начинает светиться и испаряет ртуть и металлические соли. Высокая световая эффективность возникает за счет смеси паров металлов. Ртуть производит большую часть света, а металлические соли определяют цветовой спектр. На рисунке показан спектр излучения, создаваемого газоразрядной лампой в сравнении со спектром галогенной лампы. В таблице приведены различия между газоразрядной (DI) и галогенной (HI) лампами (цифры приблизительные и даны только для сравнения).

Рис. Спектр излучения газоразрядной лампы (вверху) в сравнении со спектром галогенной лампы

Таблица. Сравнение HI и DI ламп

Тип лампы	Видимый свет, %	Тепло, %	УФ излучение, %
HI	8	92	1
DI	28	58	14

Высокий уровень ультрафиолетового излучения от газоразрядной лампы означает, что по соображениям безопасности требуется использовать специальные фильтры. На рисунке еще раз показана светимость газоразрядной лампы в сравнении с галогенной. Отдача газоразрядной лампы примерно в три раза больше.

Рис. Светимость газоразрядной лампы (DI) в сравнении с галогенной (HI)

Чтобы зажечь газоразрядную лампу необходимо последовательно пройти следующие четыре стадии:

1. Воспламенение — высокий импульс напряжения создает искру между электродами, что вызывает ионизацию промежутка, — создается трубчатая дорожка разряда.
2. Мгновенное свечение — ток, текущий по дорожке разряда, возбуждает ксенон, который далее испускает свет в количестве 20% от максимального значения лампы.
3. Разгон — лампа теперь работает при возрастающей мощности, температура быстро повышается, ртуть и металлические соли испаряются. Давление в лампе увеличивается по мере увеличения светового потока, и происходит смешение спектра от синего цвета к белому.
4. Непрерывный режим — теперь лампа работает при стабилизированной мощности около 35 Вт. Такой режим гарантирует, что поддерживается горение дуги и световой выходной поток не мерцает. К этому моменту достигается световой поток порядка 28 000 лм и цветовая температура 4500 °К.

Чтобы управлять описанными выше стадиями работы лампы, требуется балластная система. Для создания дуги необходимо высокое напряжение, которое может достигать 20 кВ. В течение разгона балластная система ограничивает ток, а затем ограничивает также и напряжение. Контроль потребляемой мощности позволяет световому потоку расти очень быстро, но предохраняет от превышения заданного уровня, которое уменьшило бы срок службы лампы. Балластная система также включает в себя схемы подавления радиоизлучения и схемы обеспечения безопасности.

Полный модуль фары может быть сконструирован различными способами, поскольку газоразрядная лампа производит в 2,5 раза больший световой поток при температуре, вдвое меньшей, чем у обычных галогенных ламп. Это предоставляет большие возможности в моделировании фары и, следовательно, в дизайне передней части автомобиля.

Если система GDL используется как луч ближнего света, требуются модули фар с автоматическим выравниванием потока света из-за высоких интенсивностей свечения. Однако использование её для дальнего света может создавать проблему вследствие природы процесса включения и выключения лампы. Подходящим решением может быть система GDL с непрерывным лучом ближнего света, снабженная дополнительно обычными фарами дальнего света (система с четырьмя фарами).