Trên các phương tiện di chuyển hiện đại, đèn xenon đã trở thành một phần quan trọng của hệ thống chiếu sáng, mang lại ánh sáng mạnh mẽ và hiệu quả hơn so với các loại đèn truyền thống khác. Tuy nhiên, ít người biết rằng bên dưới sự lấp lánh của ánh sáng này là một hệ thống phức tạp và các nguyên lý hoạt động đầy thú vị.

Đèn xenon không chỉ là một công nghệ tiên tiến, mà còn là một minh chứng cho sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp ô tô. Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động và cấu tạo của đèn xenon sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sức mạnh và tính tiện ích của công nghệ này trong việc cải thiện trải nghiệm lái xe và đảm bảo an toàn trên đường. Hãy cùng nhau khám phá sâu hơn về công nghệ đèn xenon và những ứng dụng đa dạng của nó trong ngành công nghiệp ô tô ngày nay.

Bóng đèn Xenon

                                       Bóng đèn Xenon

1. Nguyên lý hoạt động của đèn xenon:

Nguyên lý hoạt động của đèn Xenon giống như hiện tượng sét phóng điện xảy ra trong tự nhiên khi trời mưa. Những tia sét phóng điện giữa những đám mây tích điện và bề mặt trái đất sinh ra những luồng ánh sáng cường độ cao trong không trung, đây là ý tưởng manh nha cho những nhà chế tạo nảy ra ý tưởng sản xuất ra đèn Xenon có thể sinh ra ánh sáng cường độ cao thay thế cho những thế hệ đèn dây tóc và halogen ngày càng trở nên già cỗi.

Năm 1992, nhà sản xuất bóng đèn xe hơi hàng đầu thế giới Hella giới thiệu bóng đèn Xenon đầu tiên, sản xuất theo công nghệ phóng điện cường độ cao – High Intensity Discharge (HID). Đèn xenon lúc này chủ yếu chỉ dùng cho chế độ đèn cốt, vì bóng đèn Xenon chỉ có một chế độ không giống như đèn sợi tóc có thể có hai tim, chóa đèn dùng cho đèn xenon phải có chóa đèn pha và chóa đèn cốt riêng biệt.

Năm 1999, đèn Bi – Xenon ra đời khắc phục được khuyết điểm này của đèn Xenon, nó có thể tạo ra ánh sáng pha và cốt từ một luồng ánh sáng, phát ra ánh sáng giống nhau cho pha và cốt. Tiết kiệm năng lượng hơn.

2. Về cấu tạo của đèn xenon:

Đèn Xenon theo nguyên lý phóng điện cường độ cao giữa hai bản cực để sinh ra luồng sáng vì vậy không có dây điện trở volfram như đèn sợi đốt và đèn halogen, thay vào đó là hai bản điện cực đặt trong ống huỳnh quang, ống huỳnh quang này bên trong có chứa khí Xenon hoàn toàn tinh khiết, thủy ngân và các muối kim loại halogen. Khi đóng nguồn điện đặt vào hai đầu của hai điện cực này một điện áp lớn hơn điện áp đánh thủng (lớn hơn 25000 V) xuất hiện sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện giữa các bản cực do các hạt electron phóng ra va đập với các nguyên tử kim loại của bản đối diện giải phóng năng lượng tạo ra ánh sáng. Sự phóng điện cũng kích thích các phân tử khí trơ Xenon lên mức năng lượng cao, sau khi bị kích thích các phân tử khí Xenon sẽ giải phóng năng lượng để trở về trạng thái bình thường, bức xạ ra ánh sáng theo định luật bức xạ điện từ. Màu của ánh sáng phát ra (hay bước sóng của bức xạ) phụ thuộc vào mức độ chênh lệch năng lượng của electron và vào tính chất hóa học của muối kim loại được dùng trong bầu khí Xenon. Vỏ đèn Xenon được làm từ thủy tinh thạch anh có thể chịu được nhiệt độ và áp suất rất cao.

Do sự phóng điện sinh ra luồng sáng chỉ xảy ra giữa các bản cực đèn Xenon khi đặt vào nó một điện áo cao trên 25000 V nên để có thể tạo ra được điện thế cao như vậy, hệ thống cần có một bộ khởi động (ignitor). Ngoài ra, để duy trì tia hồ quang, một chấn lưu (ballast) sẽ cung cấp điện áp khoảng 85 V trong suốt quá trình đèn hoạt động, đây vừa là bộ xử lý của đèn Xenon vừa làm nhiệm vụ tăng áp cho bóng đèn.

Sơ đồ cấu tạo đèn Xenon

                                                               Sơ đồ cấu tạo đèn Xenon

3. Ánh sáng của đèn Xenon phát ra:

Tùy thuộc vào tính chất hóa học của loại muối kim loại chứa bên trong mà ánh sáng của đèn Xenon phát ra cũng khác nhau. Độ Kelvin và Lumens là 2 đại lượng đặc trưng cho màu sắc (độ trắng) và độ sáng của đèn sẽ phát ra.

Dãy màu mà đèn Xenon phát ra

                      Dãy màu mà đèn Xenon phát ra

Ở 4300 K đèn tạo ra khoảng 3100 Lm, nó tạo ra lượng ánh sáng nhiều hơn gấp 3 lần của loại đèn Halogen và tạo ra nhiệt độ màu sáng nhất, ánh sáng có màu trắng hoàn toàn và sẽ chuyển sang hơi vàng nhạt khi phản xạ đồng nhất trên đường. Loại đèn này được dùng ở trên các loại xe sử dụng nhiều về đêm và đi đường đồi núi nhằm tối ưu tầm nhìn.

Ở 6000 K đèn tạo ra khoảng 2900 Lm, nó tạo ra lượng ánh sáng nhiều hơn gấp 3 lần của loại đèn Halogen và mỏng hơn so với ở 4300 K. Mặc dù phát ra ánh sáng ít hơn, nhưng phát ra ánh sáng trắng hơn với màu xanh nhạt.

Ở 8000 K đèn tạo ra khoảng 2500 Lm, nó tạo ra lượng ánh sáng nhiều hơn gấp 3 lần của loại đèn Halogen và mỏng hơn và phát ra ánh sáng ít hơn đồng thời xanh hơn so với ở 6000 K. Đây là một trong những màu được lựa chọn sử dụng ở trên xe.

Ở 10000 K đèn tạo ra khoảng 2300 Lm, nó tạo ra lượng ánh sáng nhiều hơn gấp 2 lần của loại đèn Halogen. Ở 10000 K phát ra dãy ánh sáng xanh thẩm đến tím sau đó chuyển sang xanh đậm hơn so với 8000 K.

Ở 12000 K đèn tạo ra khoảng 2000 Lm, nó tạo ra lượng ánh sáng nhiều hơn gấp 2 lần của loại đèn Halogen. Đây là nhiệt độ màu có màu xanh thẩm tím và màu đậm hơn so với 10000 K. Sản phẩm này được được khách hàng sử dụng vì phát ra ánh sáng tối ưu và lạ mắt nhất.

4. Các loại chân đế bóng đèn Xenon:

Chân đế tiêu chuẩn của loại đèn này có dạng tròn là D2S, D2R hoặc dạng chân đế vuông là D1S, D1R. Trong đó:

D2S: Là loại bóng dùng cho các chóa đèn có màng chắn lóa (ký tự S lấy từ chữ shield – tấm chắn) và có thấu kính giúp gom ánh sáng không làm chói xe lưu thông ngược chiều.

Cấu tạo chóa và bóng đèn D2S

                                                                  Cấu tạo chóa và bóng đèn D2S

D2R: Là loại bóng có sẵn màng chắn dùng cho các chóa đèn chỉ có mặt phản xạ (ký tự R lấy từ chữ reflector – vật phản xạ). Có 1 lớp màu đen, để ngăn ánh sáng trực tiếp làm chói mắt xe ngược chiều.

Cấu tạo chóa và bóng đèn D2R

                                                       Cấu tạo chóa và bóng đèn D2R

D1S: Là loại bóng dùng cho các chóa đèn có màng chắn lóa và có thấu kính giúp gom được nhiều ánh sáng hơn (được tích hợp bộ khởi động).

Cấu tạo bóng đèn D1S

                            Cấu tạo bóng đèn D1S

D1R: Là loại bóng có sẵn màng chắn dùng cho các chóa đèn chỉ có mặt phản xạ. Có 1 lớp màu đen, để ngăn ánh sáng trực tiếp làm chói mắt xe ngược chiều (được tích hợp bộ khởi động).

Cấu tạo bóng đèn D1R

                                           Cấu tạo bóng đèn D1R

Đối với từng loại bóng đèn thì bộ ballast sẽ được thiết kế riêng phù hợp để phù hợp với từng loại chân đế.

 Ballast đèn D1 và Ballast đèn D2

                                     Ballast đèn D1 và Ballast đèn D2

5. Phương pháp lắp ráp đối với từng loại bóng đèn:

– Đối với bóng D2:

Tìm Hiểu Về Nguyên Lí Hoạt Động Và Cấu Tạo Của Đèn Xenon Ô Tô - EAC– Đối với bóng D1:

Sơ đồ kết nối 2 loại đèn D2 và D1 với Ballast

Sơ đồ kết nối 2 loại đèn D2 và D1 với Ballast

6. Lợi ích của đèn Xenon:

Đầu tiên, tuổi thọ của đèn Xenon cao gấp 10 lần đèn halogen và đèn sợi đốt, do dây điện trở volfram của đèn halogen và sợi đốt rất dễ đứt do bị va đập hoặc hao mòn trong quá trình sử dụng, còn đèn Xenon chỉ đơn giản gồm hai bản cực phóng điện, được cố định bởi lớp vỏ thạch anh, chỉ có thể hư nếu bóng đèn bị vỡ. Trung bình đèn halogen chỉ có thời gian sử dụng từ 300 – 1000 giờ, còn đèn Xenon là 3000 giờ.

Thứ hai là ánh sáng do đèn Xenon sinh ra là loại ánh sáng trắng xanh rất giống ánh sáng ban ngày trong khi đèn halogen chỉ sinh ra ánh sáng màu vàng, điều này có ý nghĩa giúp người điều khiển xe dễ dàng quan sát khi lái xe với hình ảnh thật hơn, rõ nét hơn. Vì vậy với công nghệ sinh ra luồng sáng cường độ cao (HID) đặc biệt có ý nghĩa tăng tính an toàn khi lái xe ban đêm.

Theo các nghiên cứu để có thể phản ứng và xử lý các chướng ngại vật khi đang lái xe với tốc độ 100km/h người lái xe phải quan sát được các tín hiệu giao thông trước đó 70 m, vì vậy để đảm bảo an toàn chúng ta cần ít nhất 2,5 giây để phản xạ trước các biến cố xảy ra trên đường. Đèn Xenon với chùm ánh sáng dài, tầm quan sát rộng có thể đáp ứng được những yêu cầu này.

Một ưu điểm nữa của đèn Xenon là tiết kiệm năng lượng hơn so với đèn sợi đốt do không phải tốn năng lượng để đốt nóng dây tóc nên tiêu thụ chỉ bằng 1/3 so với đèn sợi đốt, đèn halogen. Mà cường độ sáng lại cao hơn gấp 2 – 3 lần, một bóng Xenon 35 W cho độ sáng tương đương bóng halogen 100 W.

Hiệu quả của hai loại đèn trên đường

Hiệu quả của hai loại đèn trên đường

Hãng Hella đã có một bước phát triển xa hơn. Từ năm 1999, hệ thống đèn Bi-Xenon được sử dụng, nó có thể sinh ra tia sáng cốt và pha từ cùng một nguồn sáng. Thuận lợi là tiêu thụ năng lượng giảm hơn nữa mở ra những khả năng mới cho các nhà thiết kế, phát ra ánh sáng giống nhau cho pha và cốt.

7. Mạch nguyên lý hoạt động đèn Xenon:

Sơ đồ khối hệ thống đèn Xenon

                                                 Sơ đồ khối hệ thống đèn Xenon

Mạch điện điều khiển đèn đầu Xenon

                                              Mạch điện điều khiển đèn đầu Xenon

Hoạt động của bộ ECU điều khiển đèn:

ECU điều khiển đèn (bộ Ballast) là bộ điều khiển điện tử trung tâm của các bóng đèn phóng điện cao áp, bộ Ballast thực hiện việc điều khiển tối ¬ưu dòng điện cung cấp cho các bóng đèn để đảm bảo cường độ đèn phát sáng liên tục, ổn định. Cung cấp dòng khởi động với cường độ và điện áp cao, đảm bảo đèn khởi động nhanh. Bộ Ballast còn được trang bị chức năng an toàn để ngăn chặn ảnh hưởng của điện áp cao.

Hoạt động của chức năng an toàn bộ ECU điều khiển đèn:

ECU điều khiển đèn xác định được các sai hỏng xảy ra và kích hoạt chức năng an toàn theo các điều kiện sau đây.
Tự ngắt nếu điện áp đặt vào bộ ballast không nằm trong khoảng điện áp hoạt động (9 – 16V), và tự đóng trở lại nếu điện áp hoạt động được điều chỉnh lại nằm trong vùng điện áp hoạt động.

Tự động ngắt điện nếu điện áp ra sai hoặc đèn cao áp nhấp nháy.Nếu xảy ra hiện tượng này trước tiên phải kiểm tra những hư hỏng trong đường dây và cầu chì sau đó thay đèn cao áp nếu vẫn không sáng thì phải thay bộ Ballast.
Ngắt điện nếu không có bóng đèn hay bóng đèn cao áp cháy: Nếu không có bóng đèn hay đèn cao áp cháy thì mạch điện không được khép kín, bộ Ballast sẽ nhận biết được và tự động ngắt điện.

Trong quá trình tìm hiểu về nguyên lý hoạt động và cấu tạo của đèn xenon ô tô, chúng ta đã được khám phá một công nghệ chiếu sáng tiên tiến và hiệu quả. Đèn xenon sử dụng nguyên tắc tạo cung cấp ánh sáng bằng cách ion hóa khí xenon trong bóng đèn, tạo ra một cung cấp điện mạnh và áp dụng nó vào cực của đèn, tạo ra một cung cấp ánh sáng sáng hơn và tiết kiệm năng lượng hơn so với đèn halogen truyền thống. Bên cạnh đó, cấu tạo của đèn xenon bao gồm bóng đèn chứa khí xenon, bộ điều khiển và ballast. Sự kết hợp giữa nguyên lý hoạt động và cấu tạo này giúp đèn xenon ô tô trở thành một lựa chọn phổ biến cho các xe hơi hiện đại, mang lại ánh sáng mạnh mẽ, tiết kiệm năng lượng và tuổi thọ cao. Điều này làm cho đèn xenon không chỉ là một phần quan trọng của hệ thống chiếu sáng ô tô mà còn là một biểu tượng của sự tiến bộ trong công nghệ chiếu sáng ô tô.