5. fejezet - Járművekben alkalmazott fényforrás típusok

A gépjárművekben is alkalmazott legősibb, és napjainkban is leginkább elterjedt fényforrások termikus elven működnek, vagyis a foton emisszió egy adott volfram izzószál elektromos árammal történő hevítésének következtében jön létre. Geometriája és felépítése alapján felhasználása széleskörű lehet. Ezen fényforrások működési elvüket tekintve – a burában található töltőgázok minőségének függvényében – kettő diszkrét csoportba oszthatók: léteznek hagyományos és úgynevezett halogén változatok. A halogén típusok megjelenése óta a fényszórókban a hagyományos izzók „kihaltak”, amit a kisebb fényáram és fényhasznosítás, rövidebb élettartam, a nagyobb méret valamint a rosszabb kezelhetőség eredményezett. Azonban belső téri kiszolgáló világítás vagy indexlámpák esetén még találkozhatunk kisméretű hagyományos izzókkal is.

A termikus fényforrások legnagyobb hátránya a gazdaságtalan üzemeltetés, vagyis a rossz fényhasznosítás (10-15 lm/W) és a rövid élettartam (kb. 1000-2000 óra). Ez annak tudható be, hogy – ahogy azt a termikus sugárzók emissziós karakterisztikáinál a (4.4. ábra) ábrán láthattuk – a hevítés hatására bekövetkező sugárzás legnagyobb része az infravörös tartományba esik, amit nem fényként, hanem hőként érzékelünk. A Wien-féle eltolódási törvény szerint a hőmérséklet folyamatos növelésével az emissziós spektrum maximális hullámhossza a rövidebb, látható hullámhossz tartomány felé tolódik, melyet már szemünk fényként érzékel. Azonban, a sugárzás nagy része „pocsékba megy”, és a befektetett energiának mindössze 2 %-a hasznosul fényként (5.3. ábra), amely magyarázatot ad a rossz fényhasznosításra.

Az izzólámpa működési karakterisztikáiból (5.4. ábra) továbbá az is megfigyelhető, hogy a fényforrás névleges feszültséghez képesti „túlfeszítésével” minél magasabb hőmérsékletre hevítjük az izzószálat, annál inkább nő a kilépő fényáram, és ezzel valamelyest javul az amúgy is alacsony fényhasznosítás.

Ezt azonban büntetlenül nem tehetjük meg, hiszen az élettartam karakterisztika alapján a névlegesnél magasabb izzószál hőmérséklet a lámpa élettartamát radikálisan lecsökkenti, hiszen a túlhevített izzószál hamarabb degradálódik. Ezt az összefüggést az 5.1 egyenlet írja le. Ezért csak a névleges feszültség betartása esetén garantálható a névleges élettartam – az alternatív fényforrásokhoz képest – alacsonyabb fényhasznosítás mellett!

A névleges értékek precíz betartása tehát még egy – nem gazdaságossági – korlátot is eredményez, ugyanis a fényforrás színhőmérsékletét befolyásolja. A működési elvből adódóan az izzószál hőmérséklete nem lehet magasabb a megengedettnél, ezért a hagyományos izzók színhőmérséklete általában 2500-3300 K körüli lehet, vagyis meleg, sárgás spektrumú. Mivel nem hevíthető tovább a szál – a volfrám olvadáspontja 3695 K –, így a kékesebb, semleges vagy hideg színhőmérséklet csak egy színtechnológiai „trükkel”, a bura kékre színezésével érhető el. Ekkor a spektrális teljesítmény eloszlás a kék szűrő hatására a sárgás-vörös tartományokon veszít intenzitásából, így kékesebb színérzetet kelt, és akár a 4300 K színhőmérséklet is elérhető. Ezzel a halogénizzók fénye a xenon fényforrások színképéhez közelebb kerül. Ez a technológiai megoldás azonban a fényáram szignifikáns csökkenését is jelenti – hiszen a kék szűrő tulajdonképpen abszorbeálja, más néven elnyeli a kéknél hosszabb hullámhosszúságú fotonok jelentős részét –, vagyis a fényhasznosítás még rosszabb lesz.

Azonban látáskomfort szempontjából a magasabb színhőmérséklet előnyösebb, hiszen közelebb áll a Nap fényéhez, így szemünk számára világosabb, kontrasztosabb látást biztosít. Ez a körülmény a vezető szemét kevésbé fárasztja.

A másik gazdaságossági faktort, az élettartamot az izzószál degradáció határozza meg, és egyben limitálja. Fokozott hevítés hatására a levegőnek kitett volfrám szál gyorsan eloxidálódna, és a fényforrás tönkremenne. Ezért a szálat a kezdetekben vákuum alá helyezett burával vették körül. A szálból kivándorló volfrám atomoknak azonban így semmi sem állta útját, az élettartam ezért roppant rövid volt. Ennek meghosszabbításáért – a későbbi fejlesztések eredményeként – egyrészt a hagyományos izzók burájában található argon nemesgáz (~93 %) és nitrogén (~7%) gázok molekulái felelnek, melyek mérsékelni tudják a hevítés hatására a volfrám szálból kidiffundáló atomok mennyiségét. Ezt a folyamatot azonban visszafordítani nem képesek, így a kivándorolt volfrám atomok idővel elérik az izzószálhoz képest alacsonyabb hőmérsékletű burát, melyen végleg lecsapódva feketedést okoznak. Ez egyrészt csökkenti a potenciálisan kijutni képes fényáram mennyiségét, hiszen a fotonok a lerakódott fekete rétegben elnyelődnek, másrészt e folyamat hatására az izzó spirál fokozatosan elvékonyodik. Ez végül a volfrám szál szakadásához és a fényforrás tönkremeneteléhez vezet.

Próbálkoztak alternatív inert gázok alkalmazásával is. A rossz hővezető képessége és gyenge reakcióképességű nemesgázok közül a xenon és a kripton ritka előfordulásuk miatt túlságosan drágának bizonyultak, valamint könnyebben ionizálhatóak – ami íváthúzást is eredményezhet – ezért végül az argon terjedt el.

Másik élettartam növelő módszer a szálspirálozás alkalmazása, amellyel – helyesen megválasztva – egy adott méretű burában alkalmazható izzószál hossza szignifikánsan növelhető, vagyis nagyobb teljesítmény érhető el. Vagyis spirálozással ugyanazon teljesítmény előállításához akár egytizednyi hosszúságú szál is elegendő.

Az izzószálat egy 1-2 mm vastag nyugvó gázréteg veszi körül [2.] , amely hő veszteséget okoz. Ezt spirálozással szintén csökkenteni lehet, hiszen a burok ekkor kisebb, akár mindössze tized akkora felületen érintkezik gázzal. A spirálozás lehet szimpla illetve dupla. A geometria tervezésekor azonban fontos az úgynevezett „üreg effektus” megteremtése, vagyis hogy ne legyen áramlásos hőterjedés, így a spirálmenetek hőenergiájuk egy részét egymásnak adják át. Ekkor a hevítéshez kevesebb energia szükséges, ami kisebb hő veszteséget jelent. Fontos továbbá, hogy a spirálmenetek között ne alakulhasson ki íváthúzás, amely fizikai sérüléseket vagy azonnal szakadást idézhet elő az izzószálban.

A bura anyagát tekintve leggyakrabban lágyüveg, halogénizzók esetén keményüveg vagy kvarc. A lámpa feje leggyakrabban Edison-menetes kivitelű, gépjárművekben sokszor bajonettzáras. Az árambevezetőket a fejhez lágyforrasztással, vagy ponthegesztéssel rögzítik. Magát a fejet ragasztással rögzítik a burához.

Ezeket a fizikai problémákat hivatottak bizonyos mértékben orvosolni a halogén izzók, melyek az 5.1. ábra alapján a hagyományos izzólámpák „testvérei”. A különbséget a semleges töltőgázok mellett a keményüveg burába juttatott kis mennyiségű halogén elemek (bróm vagy jód) jelenléte jelenti. Ezzel a hagyományos izzólámpák gazdaságossági faktorai – vagyis a fényhasznosítás és élettartam – javíthatók. A halogén elemek ugyanis képesek kémiai reakcióba lépni a kipárolgott volfrám atomokkal (volfrám-oxijodidot alkotnak), és visszafordítani a folyamatot, amivel létrejön az úgynevezett halogén körfolyamat, vagy ciklus.

A folyamathoz négy hőmérsékleti zóna jelenléte szükséges az alábbi relációkkal:

Ekkor a legmagasabb hőmérsékletű izzószálból (kb. 1400 °C) kipárolgó volfrám atomok (W) a termodinamika törvényei szerint a hidegebb zónák felé vándorolnak, majd egy alacsonyabb hőmérsékleten egyesülnek a halogén atomokkal (H). Az így kialakult halogenidek (WH_n) felhalmozódnak, és áramolni kezdenek az inert gázban. Ezáltal a hidegebb (koncentrálódott WH_n halogenidek) régiók és a melegebb (W és H atomok, elméletileg zérus vegyület) régiók között jelentős koncentráció különbség (gradiens) alakul ki. Ez diffúziót gerjeszt, ami megpróbálja kiegyenlíteni a koncentrációkat. A diffúzió a hidegebb bura faltól a vegyület formájában kötött volfrámot a forróbb izzószál felé szállítja, így egyre magasabb hőmérsékleti régiókba kerülnek, végül elérik a disszociációs hőmérsékletet, és az izzószál környezetében szétválnak. A volfrám ekkor lerakódik a melegebb részeken, vagyis az izzószálon, a felszabadult halogén atom pedig a hidegebb fal felé diffundál. Az izzószál a legvékonyabb helyen a legforróbb, ezért egyfajta önjavító folyamat is végbe megy. Mivel a kisméretű bura magasabb hőmérsékleti tartományba esik (kb. 300 °C), mint a lecsapódási hőmérséklet, így feketedés nem jelentkezik, azaz a kilépő fényáram gyakorlatilag a teljes élettartam (2000-5000 óra, fényszóró világítás esetén 300-500 óra) során konstans marad.

Ez a körfolyamat szignifikánsan magasabb izzószál hőmérsékletet tesz lehetővé, ami nagyobb fényáramot és optimális fényhasznosítást (20-30 lm/W), magasabb (kékesebb) színhőmérsékletet, valamint kisebb méretet eredményez. A kisméretű keményüveg bura magasabb nyomást is megenged, amely szintén csökkenti a volfrám atomok kipárolgását.

A halogén lámpák kvarcüvegje a magas üzemi hőmérséklet miatt fokozottan érzékeny a szennyeződésekre, főképp a zsírra. A szennyező részecskék idővel képesek az üvegbe diffundálni, melynek következtében szerkezeti degradációk jelenhetnek meg és a bura szétreped, ami a fényforrás tönkremeneteléhez vezet, hiszen a bejutó levegő hatására az izzószál eloxidálódik. Ezért fényforrás csere közben mindig használjunk kesztyűt, vagy a folyamat végén töröljük tisztára a bura felszínét. A halogén fényforrások gyakran emittálnak káros UV fotonokat, melyek azonban jól megszűrhetők a keményüveg burával.

A termikus működési elvnek – a felsorolt hátrányos jellemzőkön kívül – az alternatív fényforrásokkal szemben egy napjainkig behozhatatlan előnye is van, a Naphoz hasonló folytonos spektrum. Ez színhőmérséklettől és teljesítménytől függően páratlan, akár 100 %-os színvisszaadást jelent, vagyis közel valamennyi színt képes visszaadni. Szintén fontos jellemző a gyors felfutási és újragyújtási idő. Felhasználásuk spektrumát ezen előnyös tulajdonságok nagyban segítik és indokolják.

Gépjárművek fényszóróiban leggyakrabban a H0…H7 családot alkalmazzák, de számos egyéb típussal is gyakorta találkozhatunk.

A H1 izzókat manapság elsősorban ködfényszórókban alkalmazzák. Helyettük a H7-es család terjedt el, amelyek teljesítményfelvétele kisebb, míg fénysűrűségük nagyobb. A H4-es és H15-ös (Bilux) izzók kettős izzószálat tartalmaznak, részletesebb bemutatásuk a következőkben történik.

A tompított fényszóró izzószálát árnyékoló fedősapkával látják el. Ennek feladata, hogy a fényszórórendszer optikai tengelyében kilépő, vakító fényt elnyelje, és segítsen létrehozni a fényeloszlás világos-sötét határvonalát.

Az izzólámpás fényforrások egyik speciális fajtáját képviselik a kettős izzószálat alkalmazó változatok. Működési elvüket tekintve kettő különálló izzólámpát egyetlen burába zárva érik el azt, hogy a lámpa több funkciót is megvalósíthasson. Emellett a fényforrás fényárama a dupla akkora emissziós felület miatt növelhető. Ez abban az esetben különösen előnyös, ha a fényforrás lámpatestben történő elhelyezésére szűkös tér áll rendelkezésre, vagy maga a lámpatest mérete korlátozott. A technológia már meglehetősen régen létezik, az első fényszórókban alkalmazott típusokat ugyanis 1924-ben mutatták be. A gyártástechnológia fejlődésével sorban jelentek meg a különböző változatok, mint a „Duolux”, és az ötvenes évek közepén az úgynevezett „Bilux/Duplo R2” izzók. Később, 1971-ben mutatták be a halogén izzók családjába tartozó Bilux (H4) típusokat, melyek a fényszóró világítás mindkét – tompított és távolsági – funkcióját képesek ellátni, kettő különálló izzószál, és speciális tükrös optika segítségével (5.9. ábra). Így a kettő fényeloszlás biztosítása különálló fényszórók nélkül, egyetlen normális méretű lámpatest kialakítással áthidalhatóvá vált.

A Táblázat 5.1 felsorolja a gépjárművek fényszóróiban alkalmazott leggyakoribb halogén izzólámpák típusait, és összefoglalja főbb jellemzőiket:

A fémhalogén fényforrások történelme a hatvanas évekre nyúlik vissza, amikor az addig széles körben alkalmazott higanylámpák gyenge és előnytelen fotometriai jellemzőit (elsősorban színvisszaadását és fényhasznosítását) próbálták javítani. A gépjármű világításban való megjelenésük pedig azzal a könnyen belátható jelenséggel magyarázható, hogy reflektorok hatásfoka úgy növelhető, ha az izzószálnál nagyobb fényáramú fényforrást alkalmaznak.

A fémhalogén lámpa (MH – Metal Halide) a HID (High Intensity Discharge) magyarul nagy intenzitású gázkisüléses (GDL – Gas-Discharge-Lamp) fényforrások családjához tartozik. Működési elvét tekintve a fény emissziót (a higanylámpákhoz hasonlóan) ívkisüléses gerjesztés hozza létre egy nagynyomású gázokkal és fémsókkal töltött kerámia vagy kvarcüveg kisülő csőben. A kerámia cső előnyösebb, hiszen magasabb hőmérsékletet képes elviselni, amely a fényhasznosítás javulását eredményezi. A nagy teljesítményű (>150 W) lámpákban azonban kvarc csövet alkalmaznak. A kisülő térben a higany és az argon (Ar) vagy xenon (Xe) töltőgáz mellett különböző halogének (jód vagy ritkábban bróm) és fémsók vagy ritka földfémek vegyületei, azaz fémhalogének találhatók. A leggyakoribb alkalmazott fémek a nátrium (Na), az indium (In), a tallium (Tl), ón (Sn) és lítium (Li), ritka földfémek a szkandium (Sc), diszprózium (Dy) és a holmium (Ho). Ez azért fontos, mert inertgázok és a fémhalogén vegyületek összetétele határozza meg az emittált spektrum összetevőit, vagyis közvetlen hatással van a fényforrás színére és korrelált színhőmérsékletére valamint a fényerősségre egyaránt.

Ezáltal a fényforrás spektrális jellemzői a komponensekkel viszonylag tág határok között változtathatók.

A kisüléses fényforrások és izzólámpák inert gázaként leggyakrabban alkalmazott argon Földünkön a leggyakoribb nemesgáz, az atmoszféra körülbelül 1 %-a, olcsósága és kémiai közömbössége mellett mérsékelt hővezető képessége miatt is alkalmazzák. Mivel gerjesztés hatására viszonylag könnyen kerül ionizált állapotba, így elősegíti az elektródák közötti ívkisülést. Ezért az ív indulásakor az argon miatt 1-2 másodpercig lilás színű. Az ívkisülés által generált hő miatt a csőben lévő nyomás és a hőmérséklet fokozatosan megnövekszik, amelynek hatására a higany és fémhalogén vegyületek különböző hőmérsékleteken elpárolognak és szétválnak. A lámpa színe ezért csak percek múlva (5-10 perc) éri el üzemi színképét és fényáramát. A szabaddá váló fématomok az ívkisülés gerjesztő elektronjaival ütközve az energiaszinttől függően gerjesztődnek vagy ionizálódnak és egy magasabb energia szintre kerülnek. Az előtétek áramkorlátozó szerepe miatt a gáz atomok csak egy bizonyos hányada lehet gerjesztve vagy ionizálva, melyek spontán vagy szabad elektronokkal rekombinálódnak, majd visszakerülnek a nyugalmi energia szintre. A felszabaduló energiakülönbség foton emisszió formájában jelenik meg. A kisülő csőben működés közben körülbelül 500-5000 kPa nyomás, és körülbelül 1100 °C uralkodik.

A lassú felfutási idő gátat szabott az olyan alkalmazásoknak, melyek gyors vagy azonnali fényteljesítményt követelnek meg, ezért a hagyományos fémhalogén fényforrások járművilágításhoz is alkalmatlannak bizonyultak. Ezért a későbbi fejlesztések eredményeként a töltőgázt argon helyett xenonra cserélték, innen ered a köznyelvben gyakran előforduló – helytelenül alkalmazott! – xenon-lámpa kifejezés. Az első gépjárművekben alkalmazott lámpák 1991-ben jelentek meg – a 7-es BMW családban, míg Amerikában csak 4 évvel később, a Lincoln Mark VIII luxusautó 1995-ös típusba építették be elsőként (5.12. ábra).

A felfutási idő a xenon használatával jelentősen lecsökkent, a bekapcsolás pillanatában a névleges fényáram 5%-a, 3 mp-el később 90%-a áll rendelkezésre. A névleges fényáramot mintegy fél perc alatt képes produkálni. Mindezek mellett a xenon rossz hővezető képessége, valamint a megnövekedett fényáram szintén indokolja alkalmazásukat a hagyományos halogén lámpákkal szemben. A gerjesztett összetett spektrum fehér, a Napéhoz hasonló.

Felépítés

A kisméretű kisülő csövet a lámpa gyakran nagyméretű külső burája veszi körül, amely hármas célt szolgál. Egyfelől védi a kisülő csövet a fizikai és környezeti behatásoktól és biztosítja annak és az elektromos hozzávezetéseknek stabil rögzítését, másfelől a megfelelő hőszigetelést is segíti. Harmadik fontos feladata a gerjesztett higany atomok által emittált UV tartományba eső, vagyis nagy energiájú fotonok kiszűrése, melyek a külvilágba jutva – energiaszintjük miatt – károsak lehetnek akár az emberi szemre, vagy a műanyag fényszóró burákra egyaránt.

A bura mindemellett lehet opálos, vagy diffúz-fehér bevonatú is, az egyenletesebb fénysűrűség, vagyis az esetleges káprázás csökkentése érdekében. Előfordul fénypor (foszfor) bevonatú bura is, amely az UV fotonokat alakítja át látható tartományú sugárzássá, javítva ezzel a spektrumot. A kisméretű kisülő cső – az izzószálhoz hasonlóan – nagy fénysűrűsége miatt könnyen előidézhet káprázást. Járművekben található xenon fényforrások esetén a diffúz bevonat előnytelen, ezért nem alkalmazzák.

A fémhalogén lámpák előnyös tulajdonságaik miatt széles körben elterjedtek, de alkalmazásuk ott célszerű, ahol a jó színvisszaadás és a nagy fényáram fontos követelmény, például közvilágítási és mennyezeti lámpatestek, gépjármű fényszórók (xenon változat), csarnokvilágítás, fényvetők, színpad és stúdióvilágítás. Beltéri szobavilágításhoz – ahol a gyors felfutási és újragyújtási idő alapvető igény – nem alkalmasak.

Gazdaságossági szempontból vizsgálva a fémhalogén lámpák kiváló mutatókkal büszkélkednek, hiszen fényhasznosításuk kiváló, 65-120 lm/W körüli. Xenon fényforrások esetén visszafogottabb 90 lm/W körüli értékek a jellemzőek, amely sokkal kedvezőbb a halogénizzóénál, amely által felvett teljesítmény körülbelül 90 %-a nem hasznosul, és javarészt hővé alakul. Xenon lámpák esetén az arány jelentősen javul, a nem hasznosuló energia aránya nagyjából 70 % körül alakul – 55 % hősugárzás, 15 % UV-sugárzás. Például egy 38 wattos HID lámpa 3500 lm fényerőt képes produkálni, amely egy 250 W-os izzólámpa fényének felel meg. Fénysűrűségük ennél fogva meglehetősen nagy. Élettartamuk nagyságrendileg 6000-16000 óra, de előfordul ennél magasabb is, akár 20000 óra is. Gépjárművekben alkalmazott xenon lámpáknál ez a szám egy nagyságrenddel kevesebb, mindössze 2-3000 óra, ami a járművilágításnál alkalmazott alternatív halogén fényforráshoz képest így is öt-hatszoros időtartam.

Emissziós spektrumuk a kisülő fényforrásokra jellemzően tüskés, összetételét a komponensek határozzák meg. Színvisszaadási indexe jó vagy kiváló (CRI=75-85), ennek ellenére így is kedvezőtlenebb a halogén lámpáénál. A Xenon lámpa fénye összehatásban közelebb áll a természetes nappali fényhez, mint a halogén izzóké. Mivel ehhez a színhőmérséklethez szokott hozzá az emberi szem, Xenon lámpa használata esetén sokkal kontrasztosabb, élesebb képet kapunk és ez által éjjel jobb látási viszonyok érhetők el. A színvisszaadás javul.

A korrelált színhőmérséklete az adalékanyagok széles palettájának köszönhetően változó, 3500 és 20000 K közötti. Xenon lámpáknál a felhasználáshoz előnyösen igazodva általában 4100 K körüli (de akár 6-8000 K lehet).

Előnyök :

Hátrányok:

Fémhalogén lámpák esetén gyakran felléphet a vakítás jelensége. A nagyobb fényerejű, apró kisülőcső sokkal jobban vakít (kb. 3000 cd/m2 fénysűrűség), mint például egy hagyományos halogén izzó, annak ellenére, hogy a kisülőtér nagyjából akkora (kb. 4 mm), mint egy halogén izzószál (kb. 1500 cd/m² fénysűrűség), ahogy a (5.17. ábra) ábrán látható. Ezért a xenon HID lámpákat fényszóró mosó rendszerrel és automata magasságállítással kell szerelni. A piszkos fényszórónak nemcsak a fényereje csökken, hanem jobban is vakít. Általánosságban a HID lámpa 40%-al jobban vakít bármilyen intenzitás mellett, mint a halogén társai.

A kvarc kisülőcső esetén élettartam során a színezetük változhat, ugyanis az adalék fématomok egy része idővel a csőbe diffundál. Ezért előfordulhat, hogy a lámpatestek, vagy fényszórók színe valamilyen mértékben elütnek egymástól.

A negatív (differenciális) ellenállás karakterisztika miatt (5.18. ábra) működésükhöz – mint minden kisülőlámpa esetén, kevertfényűt kivéve – szükséges két elektronikai komponens, egy előtét (ballaszt) és egy gyújtó, melyek a begyújtáshoz, majd a stabil működéshez szükséges feszültségszinteket biztosítják, vagyis a csőben folyó áram nagyságát szabályozzák és korlátozzák. Erre azért van szükség, mert a gerjesztés hatására az atomok egyre nagyobb mennyiségben ionizálódnak, vagyis több és több szabad elektronra van szükség. Ez a folyamat a lámpán átfolyó áram folyamatos növekedését jelentené, az elektródák közti feszültség párhuzamos esésével. Ezért ha előtét nélkül táplálnánk a hálózatról konstans feszültséggel, akkor a lámpa a túl nagy áram hatására tönkremenne, akár fel is robbanhatna. Az előtétek szerepe tehát a begyújtás után a lámpán átfolyó áram korlátozása és állandó szinten tartása.

Fémhalogén lámpák esetén két jellemző előtét típust különböztetünk meg: a fluoreszcens fénycsöveknél is gyakran alkalmazott induktív előtétet, melyben egy vasmagos tekercs található, melynek impedanciája korlátozza az átfolyó áram nagyságát a feszültség redukálásával. A nagyteljesítményű lámpák túlnyomó többségében induktív előtét található. Az elektronikus előtétek összetettebbek és kisebbek, és a kisebb teljesítményű típusoknál terjedtek el, melyek egy oszcillátor áramkör segítségével, nagyfrekvenciás árammal vezérlik a lámpát. Az indukciósakhoz képest energiahatékonyabbak, mert kisebb az rezisztív veszteségük. Használatukkal a fényforrás élettartama növekedhet, és az üzemeltetés gazdaságosabb lehet, azonban az indukciós változatoknál drágábbak, de a gyújtó áramkört is tartalmazzák.

A gépjárművekben alkalmazott xenonnal töltött fémhalogén lámpa begyújtáshoz a két elektróda között körülbelül 23 kV-os indítófeszültség szükséges (kb. 2,5 A áramfelvétel), míg az ív fenntartásához és stabilizálásához 400 Hz-es 85 V-os váltakozó feszültség (kb. 0,5 A áramfelvétel) biztosítása szükséges. D2-es és D3-as csoportba tartozó típusoknál (Táblázat 5.1) az üzemelési feszültség mindössze 42 V. A fényforrás csatlakoztatása a gépjármű 12 V-os hálózatába természetesen csak egy speciális vezérlőegység közbeiktatásával lehetséges. Az szükséges feszültségeket általában mikroprocesszor által vezérelt transzformátoros előtét biztosítja. A lámpa hőmérsékletétől függően a vezérlőegység kiszámítja és létrehozza azt a gyújtófeszültséget, amely az ív begyújtásához szükséges [13.] . A 20 kV feletti gyújtófeszültség miatt a fényszórókon végzett munkálatok előtt minden esetben le kell húzni vezérlőegység betáplálásának csatlakozóját!

A fémhalogén lámpák egyik nagy hátránya (a többi nagynyomású lámpához hasonlóan) az, hogy a lekapcsolás, vagy a tápfeszültség megszakadása után az ív újragyújtása alapesetben nem lehetséges, a kisülő térben uralkodó nagy nyomás miatt. Ezért alapesetben meg kell várni azt az időtartamot (kb. 5-15 perc), amíg a lámpa lehűl. Ez a tulajdonság gátat szabhat az alkalmazhatóságuknak, például beltéri lakásvilágításra a gyakori kapcsolások miatt alkalmatlanok. Léteznek azonban melegen is újragyújtható "Hot Restrike" típusok is, melyek drágábbak, de felfutási idő használatuk 2-4 percre csökkenthető.

A fémhalogén lámpákat az élettartamuk végén ciklikus működés jellemzi. Működés során a kezdeti ívgyújtáshoz tartozó feszültség impulzus után egy kisebb szint szükséges a folyamat stabilizálásához, amely a folyamatosan növekvő nyomás hatására egyre növekszik. Azonban az élettartam folyamán az öregedő lámpának egyre nagyobb feszültségre van szüksége a kisülés fenntartásához, amely egy idő után meghaladja az előtét által biztosított szintet. Ennek hatására a lámpa kialszik, majd lehűl, a nyomás pedig visszaesik. Ekkor az előtét ismét képes a fényforrást begyújtani, és a folyamat így ismétlődik.

Bi-Xenon rendszerek

A xenon lámpa gyakorlati előnye a hagyományos halogén izzókkal szemben – a szignifikánsan nagyobb fényerő – leginkább a tompított fény esetében mutatkozik meg. Reflektornál a halogén izzó is elegendően messzire sugároz, viszont ezen funkció gyors felfutási időt követel, ami xenon lámpák esetén körülbelül 3-30 másodperc. A hagyományos (elavult) xenon fényszórók kettő darab külön funkciót betöltő fényforrást és reflektortükröt tartalmaznak. Ezeket optimálisan az úgynevezett bi-xenon típussal lehet kiváltani. Ebben az esetben egyetlen fényforrás látja el a tompított és távolsági fény funkciót, azaz a reflektor használatakor a névleges fényerő rendelkezésre áll.

Felmerülhet a kérdés – teljes joggal –, hogy ez a gyakorlatban miként lehetséges. Halogén izzólámpáknál volt hasonló elven működő típus, például az OSRAM által bevezetett Bilux, amely kettő külön izzószálat tartalmazott. Ez a megoldás HÍD fényforrások esetén, különösen fényszórókhoz passzoló kis méretben ésszerű keretek között megoldhatatlan feladatnak bizonyult. Ezért a mérnökök egy új megközelítés alapul véve a fényforrás optikai rendszerhez képesti relatív pozícióját változtatva próbáltak eltérő célt megvalósító fényerősség eloszlásokat produkálni. A rendszer Dual-Xenon néven terjedt el. E szerint a megoldás szerint reflektor használatakor a xenon fényforrást – és azzal együtt a kisülő teret – egy általában elektromágneses elven működő aktuátor mechanikusan átmozgatja az ellipszoid reflektortükör másik fókuszsíkjába (5.20. ábra). Így a kilépő fénysugarak útja megváltozik. Ennek a funkciónak van egy komoly hátránya, miszerint egyszerre csak egy funkció működhet.

Megoldásként felmerült a komplett lámpatest mozgatása is, amely a nagy tömegek miatt precíziósan és nagy megbízhatósággal nem lenne gazdaságos. Ezért a gyakorlatban egy harmadik megoldás terjedt el, amely a Bi-Xenon nevet kapta. Ebben az esetben egy kitakaró elemet helyeznek az ellipszoid tükör egy része elé, amely tompított fény esetén a távolsági sugarak útját állja. Reflektorfény esetén a kitakarás megszűnik, ezzel a távolsági sugarak akadálytalanul képesek kilépni. A Bi-Xenon lámpák így gondoskodnak az adott funkciónak megfelelő fényerősség eloszlásról, amely párhuzamosan is működik. Ahhoz, hogy a kitakarásból adódó éles átmenetet csökkentsék, a reflektor elé egy kondenzor lencsét helyeznek, amely gyakran kap Fresnel-lencse peremet. A fénypajzsot egy elektromágneses aktuátor (ritkábban piezoelektromos) mozgatja, lineárisan és/vagy elforgatva. A rendszert 1999 óta alkalmazzák gépjárművekben. A legismertebb foglalat típus a D2-es, de találkozhatunk számos egyéb változattal is (Táblázat 5.2). A hagyományos 2 fényforrásos xenon lámpák hátrányai közé tartozik még a bonyolultabb felépítésből adódó magasabb ár, valamint a dupla vezérlésből fakadó nagyobb meghibásodási arány. Bi-xenon esetén a mechanikai mozgatás meghibásodása okozhat gondot, amely jóval ritkább.

A fémhalogén gázkisüléses fényforrások fejlettségi szintjüknek megfelelően D1-tól D4-ig terjedő csoportokba sorolhatók. A „D” betű, az angol „Discharge”, magyarul kisülés szóból ered. Ezek közül az első, legrégebbi technológia a D1-es. Ezek integrált impulzusgyújtóval vannak ellátva, míg a D2-es csoportba tartozó típusok nincsenek – csupán a fényforrásból és a foglalatból állnak. A D3-as és D4-es osztályok, a D1-es és D2-es továbbfejlesztett változatai. Ezek előnye, hogy például a foto-biológiai szempontból és a műanyag burára egyaránt káros, nagy energiájú sugárzások kiszűrése érdekében UV-szűrős védőburával vannak ellátva, és nem tartalmaznak higanyt – helyette nem mérgező cink-jodidot alkalmaznak –, ami környezetvédelmi szempontból jelentősen előnyös. Utóbbi két típus névleges üzemelési feszültsége az elődökhöz képest már csak közel fele (42 V), ezért csak saját vezérlőegységgel működtethetőek. A különböző csoportokba sorolt típusokat ezen kívül ellátják egy S vagy R jelöléssel is, amelyek a projektoros (S), illetve a reflektoros fényszórórendszerekbe illeszthetőségről nyújtanak információt. Utóbbiban megtalálható egy „U” alakú árnyékoló lemez is. Az S és R-rendszerekhez tartozó foglalatok alakjának kialakítása kizárja a felcserélhetőséget.

A Táblázat 5.2 felsorolja a gépjárművek fényszóróiban alkalmazott leggyakoribb fémhalogén lámpa típusokat, és összefoglalja főbb jellemzőiket:

A fémhalogén lámpatestek esetén kiemelten fontos a bura felületének tisztántartása. A szennyeződött homloküvegen ugyanis a nagy fénysűrűségű fényforrás sugarai szétszóródhatnak, és így a tompított fényeloszlás is kápráztathatja a szembejövőket. Ezért az ilyen lámpatesteket célszerű fényszórómosó berendezéssel ellátni.  

Az előírások alapján csak akkor lehet beszerelni ilyen rendszerű fényforrásokat, ha biztosítjuk, hogy az azt magában foglaló reflektornak a dőlésszöge függetlenül a jármű terhelésétől a vízszintessel állandó szöget zár be. Ezt egy úgynevezett fényszórószintező rendszerrel oldották meg [13.] .

A LED (Light Emitting Diode) fény emittáló dióda lényegében nyitó irányban működő félvezető rétegdióda, melyben a foton emisszió az injektált töltéshordozók p-n átmeneten végbemenő rekombinációja során jön létre. Fizikai besorolás szerint a LED elektrolumineszcens sugárzó, vagyis az emisszió elektromos energiával létrehozott kölcsönhatás eredménye. A LED-ek az SSL (Solid State Lighting) szilárdtest fényforrások családjába tartoznak.