具有燈閃爍抑制和燈電壓控制的高壓燈的製作方法

2023-07-04 21:52:01

專利名稱：具有燈閃爍抑制和燈電壓控制的高壓燈的製作方法
具有燈閃爍抑制和燈電壓控制的高壓燈
背景技術：
在諸如視頻投影燈(video projection lamp )這樣的高壓燈中，燈閃爍是 一個公知問題。為了實現在投影燈應用中的高性能，降低閃爍是非常關鍵的。 以下涉及運行高壓燈以降低閃爍。
高壓燈中的燈閃爍與電極端部突起(electrode tip protrusion)的溫度和 物理特性相關聯。經常是，由於放電電弧源點不穩定，所以從陰極到陽極的 放電電弧(discharge arc )不穩定。太冷或太熱的電極將產生微小尖峰(micro spike ),其是由電極放電電弧從電極上的 一點跳至電極上的不同的點而造成。 者被觀察者感知為閃爍。美國專利5608294 (以下文中稱為Derra等)提出 了 一種針對此問題的解決方案，並且討論了本領域技術人員所理解的高壓燈 的閃爍的原因。Derm等公開了具有電流脈沖的交流燈電流用以運行高壓氣 體放電燈以便降低閃爍，該電流脈衝被疊加在交流燈電流的半周期的較後的 部分。由Derra等公開的方法局限於將這樣的燈電流波形提供給燈其包括 範圍為0.6至2.0的電流比Ri和範圍為0.05至0.15的持續時間(duration) 比Rt。電流比Ri被定義為電流脈衝的平均幅度對交流燈電流的平均幅度之 比。持續時間比Rt被定義為電流脈衝的持續時間對交流燈電流的半周期的 持續時間之比。美國專利4485434 (以下文中稱為Beeston等)描述了用於 向電弧燈供電的電源。特此通過參照的方式將美國專利5608294 (Derra等) 和美國專利4485434 ( Beeston等)併入。
除了 Derra等中所論述的那些之外，需要用於控制高強度氣體放電燈 (high intensity discharge lamp )中的燈閃爍的電流波形。另外的波形將為燈 電路的設計者提供備選以將降低閃爍的相關成本最小化。此外，需要用於生 成交流波形的設備和方法，該交流波形包括交流燈電流與一個或多個脈沖的 組合。最後，需要控制高強度燈以通過改變Rt和Ri來維持恆定功率並且降 低閃爍的方法。

發明內容
提供一種運行高壓氣體放電燈的系統和方法，以便通過為提供給高壓燈
的燈電流選擇最佳Rt和Ri來顯著降低閃爍。此外，提供了一種裝置和方法，
以便通過將 一 個或多個電流脈衝與交流燈電流組合/人而使得電流脈沖的前 沿基本上與交流燈電流的半周期的尾沿同時發生、或在交流燈電流的半周期
的尾沿起的時間延遲Td之後發生，即，電流脈沖沒有疊加在交流燈電流的 半周期的較後部分上，來降低閃爍。
還提供了通過控制提供給高壓燈的交流燈電流的電流比Ri和持續時間 比Rt來控制電極端部直徑大小、電極端部突起長度、和電極端部生長速度 的方法。通過控制交流燈電流的電流比Ri和持續時間比Rt,可以控制電極 端部突起的大小和電極端部生長速度，以進一步保證電極端部的穩定性並且 進一步降J氐閃爍。
而且，提供了一種方法，用以將燈運行電壓有效地控制在所期望的目標 電壓，該方法將顯著提高燈的性能和燈的壽命。


圖1是高壓燈所使用的燈電路的已有技術配置。 圖2示出了用於提供給高壓燈的燈電流。
圖3示出了用於提供給高壓燈的燈電流，其按照能量波形表示。 圖4-6示出了用於提供給高壓燈的燈電流，其具有顯著(substantial)延遲。
圖7-9示出了用於提供給高壓燈的燈電流，其沒有顯著延遲。
圖IO是根據示範性實施例的、用於生成燈電流的系統的方框示意圖。
圖11示出了根據圖10，用於生成具有在交流燈電流的半周期結束之後
開始的脈沖的燈電流的信號的時序圖。
圖12示出了根據圖10，用於生成在沒有顯著延遲情況下開始的脈沖的
燈電流的信號的時序圖。
圖13示出了根據圖10,用於使用DC信號生成燈電流的信號的時序圖。 圖14示出了用於通過將電流脈沖與交流電流組合向高壓燈提供燈電流
的示範性實施例。
圖15示出了根據圖14,用於生成具有在交流電流的半周期結束之後開 始的脈衝的燈電流的信號的時序圖。
圖16示出了用於通過將雙極性電流脈沖與交流電流組合來提供燈電流 給高壓燈的示範性實施例。
圖17示出了根據圖16，用於生成具有在交流燈電流方波的半周期結束
之後開始的脈沖的燈電流的信號的時序圖。
圖18示出了用於提供給高壓燈的燈電流。
圖19示出了用於提供給高壓燈的能量波形。
圖20示出了作為持續時間比Rt的函數的燈運行電壓降。
圖21是根據示範性實施例的燈電壓和電弧間隙控制的流程圖。
具體實施例方式
圖1示出了 Derra等-5608294號美國專利的已有技術配置。如上面所 簡述的那樣，Derra專利公開了用於抑制高壓氣體放電燈中的閃爍的運行方 法和電路配置。在燈電流的半周期的部分中生成電流脈沖。該電流脈沖具有 與燈電流相同的極性，並且被疊加在所述半周期的較後部分。按照這種方式， 流經燈的總電流量被增大，並且同樣地，燈的電極的溫度被升高。升高後的 溫度提高了放電電弧的穩定性，並且結果，電弧源於電極上的同一位置。
但是，如上所述，Derm確定(identify) 了所選擇的運行範圍的限制。 具體來說，Derra限制Ri為0.6至2.0的範圍，Rt為從0.05至0.15的範圍。 在Derra中所提出的那些之外還有其它有效運行範圍。在本公開中，已經確 定，通過使用與Derra中所公開的通用類型相同(即，通過在交流燈電流上 疊加了電流脈衝而得到的疊加波形)但範圍不同的波形能夠有效抑制高壓燈 中的燈閃爍。這裡，優選地，Ri的範圍從等於或大於2.0到小於或等於4.0， 其中Ri =12/11,其中，II被定義為交流燈電流的半周期平均幅度，12為電流 脈沖的半周期平均幅度。還確定了持續時間比Rt的範圍可以從等於或大於 0.2%到等於或小於50%，或者，更具體來說，範圍從0.2%到35%，其中 Rt=Tp/T， T是交流燈電流的半周期持續時間，Tp表示交流電流脈衝的持續 時間。
在本發明的另一個示範性實施例中，燈電流波形IO被用於驅動高壓燈。 燈電流波形10由一個或多個電流脈沖12 (正部分12a和負部分12b)和交 流燈電流14 (正部分14a和負部分14b)組成。儘管圖2中示為矩形交流電 流脈衝12，電流脈沖的形狀不是關鍵(critical )。可接受的電流脈衝形狀的
例子包括矩形的、方形的、正弦曲線形的、三角形的、和指數形的，及其它
(among others )。通過為燈電流10選4奪合適的電流比Ri和持續時間比Rt ， 可以控制電極端部突起並且顯著降低燈閃爍。此外，通過控制燈電流10的 電流比Ri和持續時間比Rt，可以控制電極端部突起直徑、電極端部突起長 度、和電極端部生長速度，以保證額外的電極端部穩定並且保證更進一步的 燈閃爍降低。
繼續參照圖2,燈電流10被配置為包含交流電流方形波形14，其具 有正向部分16和負向部分18;和交流電流矩形脈沖波形12,其具有正向部 分12a和負向部分12b。該燈電流IO被用於驅動具有降低的閃爍的高壓燈。 II表示交流燈電流14的半周期平均幅度，12表示交流電流脈沖12的半周期 平均幅度。T是交流燈電流的半周期持續時間。Td表示從交流燈電流14的 半周期的尾沿(trailing edge )到交流電流脈沖12的前沿(leading edge )的 持續時間，Tp表示交流電流脈沖12的半周期持續時間。脈沖12跟在交流 燈電流半周期14之後。圖2的燈電流波形被用於通過控制電流比Ri=I2/Il 以及持續時間比Rt=Tp/T來穩定高壓燈的燈閃爍。交流燈電流14與電流脈 衝12之間的非疊加關係降低閃爍，例如，可以使用諸如圖2中所示的有區 別的時間間隔(time separation)或時間延遲Td ，或者，可以使用零或無時 間延遲，如圖12中所示並且將在下面進一步描述的那樣。
參照圖3，所示是圖2的一部分燈電流波形10，用圖形表示為能量圖 (energy diagram) 30，其中，E表示交流燈電流32的半周期的總能量，Ep 表示電流脈衝34的半周期的總能量。電流脈沖34的前沿在從交流燈電流的 半周期的尾沿起的時間延遲Td之後開始。圖3的能量圖表示了用於通過控 制能量比Re=Ep/E來穩定高壓燈的燈閃爍的能量波形。
檢測結果證明了在Ri、 Rt、和Re的比值在指定範圍之內時，導至提高 了電極和錐形端部突起的的穩定性。這提高了穩定性並且電極形狀顯著降低 了閃爍。優選的範圍包括以下
Ri = 0.5至4.0
1^ = 0.2%至50%;和
Re = 0.2%至50%
更具體來說，在一些實施例中運行可以是在Rt = 0.2%至35%的範圍中。 參照圖4-6,這些波形表示了提供具有顯著降低了的閃爍的、提高了的電極穩定性和錐形突起的示範性實施例。這些實施例包括下列與Ri、 Rt和
Re相關聯的範圍。 Ri = 0.5至4.0 1^ = 0.2%至50%;和 Re = 0.2%至50%
更具體來說，在一些實施例中運行可以是在Rt = 0.2%至35%的範圍中。
圖4表示了用於提供給高壓燈的燈波形40,包括與交流燈電流14的前 半周期14a相同極性的單脈衝(single pulse ) 42a。脈衝42a的前沿在交流燈 電流波形的半周期14a的尾沿之後開始。如圖所示，在從交流燈電流的半周 期14a的末端起的時間延遲Td之後生成脈衝42a。更具體來說，在運行中， 在一些實施例中時間延遲Td可以是在達20ms的範圍中。更具體來說，高達 0.5ms的時間延遲Td不會產生能察覺的閃爍。隨著時間延遲Td變長，例如， 大於20ms，燈電弧熄滅得更加頻繁並且燈閃爍開始變得可被人眼發覺。類 似地，負脈衝42b在交流燈電流的負半周期部分14b的尾沿之後開始。
脈衝的形狀42對燈的運行不是關鍵的。例如，脈沖的形狀可以是矩形 的、方形的、正弦曲線形的、三角形的或指數形的及其它。通過包含時間延 遲Td的設計，該時間延遲在單電流脈衝42的生成之前，在交流燈電流14 的半周期的末端與電流脈衝42之間存在非疊加關係。具有一些延遲的好處 在於產生不同(distinct)的波形，不同的波形部分42和14準許使用具有較 低相關成本的簡化電路設計來生成波形部分42和14。
圖5表示了用於提供給高壓燈的燈電流波形50的實施例，其包括按照 大於約1Hz的頻率的、與交流燈電流14的前半周期相同極性的多脈衝52。 該多脈沖全部發生在半周期持續時間Tp之內，並且具有半周期平均幅度12。 脈沖52a、 52b的前沿分別在交流燈電流的半周期14a、 14b的尾沿之後開始。 如圖所示，多脈沖被加在從交流燈電流14的半周期末端起的時間延遲Td之 後。該多脈沖的形狀對於燈的運行不是關鍵的。再有，脈衝的形狀可以是矩 形的、方形的、正弦曲線形的、三角形的或指數形的及其它。應當明白，這 些多脈衝和其它圖的多脈沖，包括未在圖中示出的多脈沖轉變(multiple pulse transition )。
圖6表示了用於提供給高壓燈的燈電流波形60的實施例，其包括按照 大於約1Hz的頻率的、與交流燈電流的前半周期相同極性和相反極性的多脈
衝62。雙極性(bi-polarity)脈衝62在交流燈電流的半周期14a或14b的尾 沿之後開始。如圖所示，脈沖62的前沿在從交流燈電流的半周期末端起的 時間延遲Td之後開始。脈衝的形狀對於燈的運行不是關鍵的。例如，脈沖 的形狀可以是矩形的、方形的、正弦曲線形的、三角形的或指數形的及其它。 應當明白，這些多脈沖和其它圖的多脈衝，包括未在圖中示出的多脈沖轉變。
參照圖7-9，這些圖表示其它電流波形的實施例，即，非疊加的電流波 形實施例，用於提供給高壓燈以在提供提高的穩定性和錐形突起的同時降低 閃爍。如圖所示，這些非疊加的波形不包括在電流脈沖42、 82或92的起點 與交流燈電流14的半周期末端之間的延遲。但是，應當明白，圖7的電流 脈衝72的前沿基本上在交流燈電流波形14的半周期的尾沿之後立即開始。 這些波形包括與Ri、 Rt和Re相關的下列範圍。
Ri = 0.5至4.0
1^ = 0.2%至50%;和
Re = 0.2%至50%
更具體來說，在一些實施例中運行可以是在Rt = 0.2%至35%的範圍中。
圖7表示了用於提供給高壓燈的燈電流波形70的實施例，其包括與交 流燈電流波形14的半周期相同極性的單脈衝72。脈衝72a或72b分別在交 流燈電流14的半周期14a或14b的末端之後、無延遲的情況下(即，基本 上立即)開始。如對前面的實施例所述的那樣，脈沖的形狀對於燈的運行不 是關鍵的。例如，脈衝的形狀可以是矩形的、方形的、正弦曲線形的、三角 形的或指數形的及其它。
圖8表示了用於提供給高壓燈的另一個非疊加的燈電流波形80的實施 例，其包括按照大於約1Hz的頻率的、與交流燈電流14的對應半周期14a、 14b相同極性的多脈沖82a或82b。脈沖82在交流燈電流14的半周期之後、 無延遲的情況下(即，基本上立即)開始，並且可以是各種形狀，諸如矩形 的、方形的、正弦曲線形的、三角形的或指數形的及其它。應當明白，這些 多脈沖和其它圖的多脈沖，包括未在圖中示出的多脈衝轉變。
圖9表示了用於提供給高壓燈的燈電流波形卯的實施例，其包括按照 大於約1Hz的頻率的、按照交流燈電流14的半周期相同極性和相反極性的 多個雙極性脈沖92。該雙極性的、或交變極性(alternating polar)的脈沖， 在燈電流波形14的半周期的末端之後、無延遲的情況下(即，基本上立即)
開始。從而，電流脈衝沒有與燈電流的半周期疊加。脈衝的波形可以是矩形 的、方形的、正弦曲線形的、三角形的或指數形的及其它。應當明白，這些 多脈沖和其它圖的多脈衝，包括未在圖中示出的多脈衝轉變。
參照圖10，該圖示出了用於生成所述波形的電路100的一個示範性實施
例，所述波形糹皮提供給高壓燈。如所示，該實施例包括整流器(converter) 102，用於將直流電流方波、或者可替換地將直流信號提供給總和發生器(sum generator) 104的輸入。整流器102的輸出被表示為參考符號A。電流脈沖 發生器106將直流電流脈衝波形提供給總和發生器104的另一個輸入。電流 脈衝發生器的輸出被表示為參考符號B。總和發生器104將電流脈沖波形與 電流方形波形組合，並且將該信號輸出到將直流電流波形轉換為交流電流波 形的逆變器(inverter) 108。總和發生器104的輸出被表示為參考符號C。 從逆變器108輸出的交流電流波形提供給諸如視頻投影燈這樣的高壓燈 110。燈輸入被表示為參考符號I。
圖ll示出了由圖10的電路100生成的電流波形及其相關時序的一個實 施例。整流器102將直流電流波形120提供給總和發生器104的輸入。整流 器的輸出被表示為參考符號A。電流脈沖發生器106將按照大於約1Hz的頻 率的直流電流單脈衝或多脈沖122提供給總和發生器104的另一個輸入。電 流脈衝發生器的輸出被表示為參考符號B。總和發生器104將電流脈沖波形 進行組合，並且總和發生器104的輸出波形124被提供給逆變器108。總和 發生器的輸出被表示為參考符號C。逆變器108將總和發生器104的輸出電 流波形124轉換為交流燈電流波形126。從逆變器108輸出的交流電流波形 126被表示為參考符號I，並且提供給諸如視頻投影燈的高壓燈110。如本領 域的技術人員將理解的那樣，意在用波形126來表示圖4-5的波形，其中， 脈沖波形是單脈沖波形或多脈沖波形。
圖12示出了依照圖10的電3各100、以如上所述的方式生成的波形及其 相關時序的另一個實施例。這裡，電路生成帶有脈沖的燈電流波形，該脈沖 在交流燈電流的半周期的末端之後、無延遲的情況下(即，基本上立即)開 始。整流器102將直流電流方波130提供給總和發生器104的輸入。總和發 生器104在無任何延遲Td (即，基本上立即)將電流脈衝波形132進行組 合，並且總和發生器104輸出波形134被提供給逆變器108。整流器的輸出 被標識為波形A，電流脈衝發生器的輸出為B，總和發生器的輸出被表示為
參考符號C。逆變器輸出被表示為參考符號I並且提供給高壓燈110。
參照圖13，其示出了相關於圖10的電路100的波形及其相關時序的另
一個實施例，該波形被用於生成帶有脈衝的燈電流波形，其中該脈沖在像
Derra所述的那樣電流脈衝被疊加到交流電流、在交流電流的半周期的末端 之後開始。整流器102將直流電流140提供給總和發生器104的輸入。其中 整流器輸出A被與電流脈衝發生器的輸出B疊加的總和發生器的輸出被表 示為參考符號C。逆變器108將總和發生器104的輸出電流波形144轉換為 交流燈電流波形146,其被表示為參考符號I,其提供給諸如視頻投影燈這 樣的高壓燈110。
在圖14中，示出了被用於生成被提供給高壓燈的所述電流波形的電路 150的另一個示範性實施例。如所示，該實施例包括整流器102,用於將直 流電流提供給逆變器108的輸入。整流器102的輸出被表示為參考符號A。 整流器108輸出交流電流到總和發生器104。逆變器108的輸出被表示為參 考符號C。電流脈衝發生器106將直流電流脈沖提供給逆變器109。逆變器 109輸出交流電流脈沖波形到總和發生器104的輸入。交流電流脈沖波形輸 出被表示為參考符號B。總和發生器104將該交流電流脈沖波形與交流電流 波形組合，並且將所得的交流電流波形提供給諸如視頻投影燈這樣的高壓燈 110。燈的輸入被表示為參考符號I。
在圖15中舉例示出了由圖14的電路150所生成的波形及其相關時序的 一個實施例。整流器102將直流電流160 (參考符號A)提供給逆變器108 的輸入。逆變器108輸出交流電流162 (參考符號C)到總和發生器104。 電流脈衝發生器106將直流電流脈衝164 (參考符號D )提供給逆變器109。 逆變器109輸出交流電流脈沖166 (參考符號B )到總和發生器104的輸入。 總和發生器104在延遲Td之後將交流電流脈衝166與交流電流162組合， 並且總和發生器104輸出交流燈電流波形168 (參考符號I )，其被提供給諸 如^L頻投影燈這樣的高壓燈110。
在圖16中示出了用於生成被提供給高壓燈的所述電流波形的電路170 的另一個示範性實施例。該實施例包括整流器102，用於將電流提供給逆變 器108的輸入。整流器102的輸出被表示為參考符號A。逆變器108輸出交 流電流到總和發生器104。整流器108的輸出被表示為參考符號C。電流脈 衝發生器106將電流脈衝波形提供給總和發生器104的另一個輸入。該電流
脈衝發生器的輸出被表示為參考符號B。總和發生器104將該電流脈衝波形 與交流電流波形組合，並且將所得的電流波形提供給諸如視頻投影燈這樣的 高壓燈IIO。燈的輸入被表示為參考符號I。
在圖17中示出了由圖16的電路170所生成的帶有雙極性、或者交變極 性的脈衝的另外波形及其相關時序，該波形被用於生成帶有脈沖的燈電流， 該脈沖在交流電流的半周期的末端之後開始。整流器102將電流180提供給 逆變器108的輸入，參考符號A。逆變器108輸出交流電流184到總和發生 器104，參考符號C。電流脈沖發生器106將雙極性電流脈沖182 (參考符 號B )提供給總和發生器104。總和發生器104在延遲Td之後將交流電流脈 沖波形184與雙極性電流脈衝182進行組合，並且總和發生器104輸出交流 燈電流186 (參考符號I),其被提供給諸如視頻投影燈這樣的高壓燈110。 將會看出，雙極性、或者交變極性的電流脈衝可以是多脈衝，如關於圖8的 實施例的示例所述的那樣，其可以具有不同幅度，或者，根據情況所需具有 或沒有時間延遲。
參照圖18，示出了燈電流波形190，其用於提高高壓氣體放電燈中的電 極端部突起的穩定性並且從而顯著降低閃爍。該波形190具有電流脈沖l92， 其被疊加在交流電流194的半周期的後面部分上。Il表示交流電流波形194 的半周期平均幅度，12表示電流脈衝的半周期平均幅度。T表示交流電流波 形194的半周期之間的持續時間，Tp表示電流脈沖192的半周期持續時間。 圖18的電流波形190被用於通過控制電流比Ri = I2/Il和持續時間比Rt-Tp/T來降低高壓燈的燈閃爍。
在圖19中將圖18的電流波形190圖示為能量示意圖200,其中E表示 交流電流波形194的半周期的總能量，Ep表示電流脈衝192的半周期的總 能量，該電流脈衝192是被加到電流波形194、靠近電流波形194的半周期 的末端的。圖19的能量波形表示了用於通過控制能量比Re^Ep/E來降低高 壓燈的燈閃爍的燈電流波形的實施例。
當持續時間比Rt和能量比Re在0.2%至5。/。的範圍之內、並且Ri在2.0 至4.0的範圍之內時，生成帶有錐形端部突起的更穩定的電極。此外，當持 續時間比Rt和能量比Re在15%至50%的範圍之內、並且Ri在2.0至4.0的 範圍之內時，生成帶有錐形端部突起的更穩定的電極。更穩定的錐形端部穿 越顯著降低閃爍。參照圖20 - 21,公開了 一種控制電極端部突起直徑、電極端部突起長度、
和電極端部生長速度(這裡也稱為電弧間隙(arc gap)控制)的方法。電極 端部突起直徑和電極端部生長速度與電流脈沖Re所生成的能量比密切相 關，Re隨著變化的燈供應電流的電流比Ri和持續時間比Rt而變化。通過將 燈電流的電流比Ri和持續時間比Rt控制在優選範圍中或優選值，即，在優 選範圍中或優選值的能量比Re，可以控制電極端部突起的大小和電極端部 的生長速度，以提供更為穩定的電極端部並且進一步降低閃爍。
參照圖20，以曲線圖示出了歸一化的燈運行電壓降比和相應的持續時間 比Rt。燈運行電壓是非常好的電弧間隙控制指標。電弧間隙越大，則所需要 的維持恆定功率和電弧所需的燈運行電壓就越大。電極端部突起直徑、電極 端部突起長度、和電極端部生長速度全部由燈運行電壓來反映(reflect)。如 圖20所示，通過在維持恆定電流比Ri的同時控制持續時間Rt,可以實現燈 運行電壓的下降。該燈運行電壓的下降是具有增長了的直徑和長度的突起的 電極所造成的。
在圖20中示出了通用燈運行系統在初始10分鐘內的歸一化燈電壓降比 對持續時間比Rt的關係。該圖表示了燈運行電壓的下降比對持續時間比的 關係，所述燈運行電壓的下降比例如在恆定電流比(未示出Ri)情況下10 分鐘後的電壓降落。電壓降落被計量為初始燈運行電壓減去10分鐘後的燈 運行電壓然後除以初始燈運行電壓。圖20所示的關係通過為每一個單獨的 燈自動選糹奪Ri和Rt並且通過相應地改變Ri和Rt將燈電壓控制在所期望的 目標電壓，能夠設計燈驅動器，諸如鎮流器(ballast)或其它控制電路。
燈運行電壓變化dV/dt的特性隨燈的不同而變化，並且它是用於控制燈 電壓的重要參數。除了燈運行電壓和電流之外，燈的dV/dt值可以被反饋給 微處理器，以便為每一個單獨的燈自動選擇Rt和Ri。如圖20中所示，如果 Rt在大約5到25的範圍之內，則燈的持續時間比Rt的曲線圖大體上為具有 較高dV/dt速度的鐘形。當持續時間比Rt變得低於5或者高於25時，dV/dt 變化速度下降。因此，如果Rt保持在大約5到25的範圍之內，則可以以較 快速度降低燈運行電壓。為了以較慢速度降低燈運行電壓，燈運行電流的 Rt應要麼低於5、要麼高於25，如圖20所示。圖20中所示的曲線圖僅僅是 用於表明示範性燈的運行與持續時間Rt相關。應當明白，不同的燈會具有 圖20中所示的相同的基本特性，但是，取決於燈的類型，曲線會水平移動到較低的持續時間Rt或者較高的持續時間Rt。因此，具有高的燈運行電壓
降的持續時間比Rt的範圍隨著燈的類型而變化。此外，燈電流的電流比Ri 的不同值會將圖20的曲線沿縱軸向上和向下移動。
在圖21中示出了燈運行電壓和電弧間隙控制的流程圖210,其可以在圖 10、 14和16中的電路以及其它公知的燈控制電路中實現。當開始212時， 高強度氣體放電(HID)燈的起動順序(starting s叫uence ) 214包括在到達 穩態(steady state)運行216之前的三個運行階段。這些階段包括擊穿 (breakdown )、 電弧發光(arc glow)和力口熱(warm-up )。 擊穿發生在施力口 初始高電壓以擊穿(break down)燈的電弧間隙的時候，該初始高電壓通常 是千伏級。在擊穿階段之後，燈被提供高頻電壓以維持電弧發光和加熱電極。 這被稱為電弧發光階段。加熱階段指隨電弧發光階段之後、當控制燈電流以 提高燈功率直到達到目標值時的這一段時間。在燈功率達到目標值之後，燈 功率糹皮控制在恆定值並且實現穩態216。
為了控制電弧間隙並從而控制(多個)電極端部突起直徑、電極端部長 度、和(多個)電極端部生長速度，默認脈沖電流比Ri和脈沖持續時間比 Rt被設置為初始默認值218,該值被用於調節整流器和逆變器以提供燈電流 波形220。持續監控並採樣燈電壓V和燈電流I, 222，以便計算燈功率並且 有效地將燈的功率控制在恆定值。此外，在步驟222中，還對穩態的燈電壓 變化dV/dt進行監控。這些值被用於從查找表、資料庫、或者來自圖20的曲 線擬合的轉換函數中選擇最優的Rt和Ri，並且確定燈電壓是否在目標範圍 內，224，以便最佳地促進電極端部突起並且降低閃爍。如果燈電壓V在該 範圍內，則不需要改變脈沖電流比Ri和脈沖持續比Rt, 226,並且控制算法 返回到調節整流器和逆變器，220。如果燈電壓V不在目標範圍內，則在步 驟228中，控制系統算法首先確定燈電壓V是否在安全限制範圍內。該燈電 壓安全限制檢查確定燈電壓是否指示了燈壽命的終止、還是對運行不安全。 如果該燈電壓在安全限制範圍之外，則燈被自動關斷，230。如果燈電壓在 安全限制範圍內，則在步驟232中，控制算法基於燈電壓V、電流I、電壓 變化dV/dt和查找表、資料庫、或來自圖20的曲線擬合的轉換函數來計算或 選擇脈衝電流比Ri和脈沖持續時間Rt的最佳值，以維持目標燈電壓。應當 理解，與圖20相似的曲線其特徵是針對特定燈類型的。
如圖21中所示，改變脈衝持續時間Rt將有效地控制燈電壓變化的方向。
如果燈電壓大於目標電壓，則算法選擇Ri和Rt,該Ri和Rt促進電極端部突起並降低電弧間隙，以將燈電壓降低到目標範圍內。相反地，如果燈電壓小於目標電壓，則算法將選擇降低電極端部突起的脈沖持續時間比Rt。與此 同時，算法將降低脈衝電流比Ri，以熔化電極端部並將燈電壓提高到目標範 圍內。
已經參照優選實施例對本發明進行了描述。明顯地，在閱讀並且理解了 前面的詳細描述時，可以對其它實施例進行修改和替換。意在將本發明解釋 為包括所有這樣的^f'務改和替換。
權利要求
1.一種用於運行氣體放電燈的鎮流器，其包含用於提供交流燈電流的裝置，所述交流燈電流包含交流燈電流的平均幅度I1和交變的半周期，每一個半周期在時間段T期間發生；和用於在時間段T的後半部中生成一個或多個電流脈衝的裝置，所述一個或多個電流脈衝包含平均幅度I2和持續時間Tp，其中，電流比Ri等於或大於2.0，其中Ri＝I2/I1，並且，持續時間比Rt等於或大於0.2％並且等於或小於5％或可替換地，等於或大於15％並且等於或小於50％，其中Rt＝T/Tp，其中，所述交流燈電流和所述一個或多個電流脈衝被組合。
2. 根據權利要求1所述的鎮流器，其中，所述電流比Ri等於或大於2.0 並且小於或等於4.0。
3. 根據權利要求1所述的鎮流器，其中，所述電流比Ri等於或大於2.0 並且小於或等於4.0，並且持續時間比Rt等於或大於15%並且等於或小於 35%。
4. 根據權利要求1所述的鎮流器，還包含燈電壓檢測器，其適於才企測加 在所述氣體放電燈的電壓，並且提供反饋信號以改變Ri和Rt其中之一或二者。
5. 根據權利要求1所述的鎮流器，其中，所述一個或多個電流脈沖的前 沿在從所述交流燈電流的半周期的尾沿起的時間延遲Td之後開始。
6. 根據權利要求5所述的鎮流器，其中，所述時間延遲Td小於或等於 20.0ms。
7. 根據權利要求5所述的鎮流器，其中，所述時間延遲Td小於或等於 l.Oms。
8. 根據權利要求1所述的鎮流器，其中，所述一個或多個電流脈衝具有 與所述交流燈電流半周期相同的極性。
9. 根據權利要求1所述的鎮流器，其中，所述一個或多個電流脈衝是雙 極性的。
10. 根據權利要求1所述的鎮流器，其中，所述一個或多個電流脈衝的 形狀是矩形、正弦曲線形、三角形或指數形。
11. 根據權利要求1所述的鎮流器，還包含一裝置，其用於選擇性地改 變Rt和Ri中的至少一個，以控制所述燈電壓和電弧間隙。
12. 根據權利要求11所述的鎮流器，其中，所述改變裝置包括Rt敏感 調節器，以改變所述電弧間隙和燈電壓中的至少 一個。
13. 根據權利要求11所述的鎮流器，其中，所述改變裝置包括Ri敏感 調節器，以改變所述電弧間隙和燈電壓中的至少一個。
14. 一種用於運行氣體放電燈的鎮流器，其包含用於提供交流燈電流的裝置，所述交流燈電流包含交變的半周期，每一 個半周期在時間段T期間發生；和用於生成一個或多個電流脈衝的裝置，所述一個或多個電流脈沖包含持 續時間Tp,其中，在時間段T的後半部中生成所述一個或多個電流脈沖， 所述交流燈電流和所述一個或多個電流脈沖被組合，並且所述一個或多個電 流脈沖從所述交流燈電流的半周期的末端開始。
15. 根據權利要求14所述的鎮流器，其中，所述電流脈沖在小於或等於 20.0ms的時間延遲Td之後開始。
16. 根據權利要求15所述的鎮流器，其中，所述時間延遲Td小於或等 於l.Oms。
17. 根據權利要求14所述的鎮流器，其中，所述一個或多個電流脈沖與 所述交流燈電流的半周期的極性相同。
18. 根據權利要求14所述的鎮流器，其中，所述一個或多個電流脈沖是 雙才及性的。
19. 根據權利要求14所述的鎮流器，其中，持續時間比Rt = T/Tp, Ri =12/11,並且12是所述一個或多個電流脈衝的平均幅度，II是所述交流燈 電流的平均幅度，所述鎮流器還包含一裝置，其用於選擇性地改變Rt和Ri 至少其中之一，以控制所述燈電壓和電弧間隙。
20. 根據權利要求19所述的鎮流器，其中，所述改變裝置包括Rt敏感 調節器，用以改變所述電弧間隙和燈電壓至少其中之一 。
21. 根據權利要求19所述的鎮流器，其中，所述改變裝置包括Ri敏感 調節器，用以改變所述電弧間隙和燈電壓。
22. —種用於運行氣體放電燈的鎮流器，其包含 整流器，用以生成直流電流；電流脈衝發生器，用於生成一個或多個電流脈衝，所述一個或多個電流 脈衝包含平均幅度12和持續時間Tp;總和發生器，用於將所述直流電流與所述一個或多個電流脈沖組合成中 間的電流波形；和逆變器，用於將中間的電流波形轉換為與 一個或多個電流脈沖組合的交 流燈電流，所述交流燈電流包含平均幅度II和交變的半周期，每一個半周 期在時間T期間發生，並且所述一個或多個電流脈沖包含平均幅度12和持 續時間Tp,其中，所述一個或多個電流脈衝在交流燈電流半周期的後半部 開始。
23. 根據權利要求22所述的鎮流器，其中，電流比Ri的範圍從0.5至 4.0，其中Ri-12/11,以及持續時間比Rt的範圍從0.2%至50%,其中Rt-T/Tp。
24. 根據權利要求22所述的鎮流器，其中，電流比Ri等於或大於2.0 並且小於或等於4.0。
25. 根據權利要求22所述的鎮流器，其中，所述持續時間比Rt等於或 大於0.2%並且等於或小於5%。
26. 根據權利要求22所述的鎮流器，其中，所述持續時間比Rt等於或 大於15%並且等於或小於50%。
27. 根據權利要求22所述的鎮流器，其中，所述持續時間比Rt等於或 大於15%並且等於或小於35%。
28. 根據權利要求22所述的鎮流器，其中，所述一個或多個電流脈沖被 與所述交流燈電流組合，以便在交流燈電流半周期的後半部生成一個或多個 電流脈沖，所述一個或多個電流脈衝在從所述交流燈電流的半周期的末端起 的時間延遲Td之後開始。
29. 根據權利要求22所述的鎮流器，其中，所述時間延遲Td小於或等 於20.0ms。
30. 根據權利要求22所述的鎮流器，其中，所述時間延遲Td小於或等 於l.Oms。
31. 根據權利要求22所述的鎮流器，其中，所述一個或多個電流脈沖與 所述交流燈電流的半周期的極性相同。
32. 根據權利要求22所述的鎮流器，其中，所述一個或多個電流脈沖是 雙極性的。
33. —種用於運行氣體放電燈的鎮流器，其包含 整流器，用以生成直流電流；第一逆變器，用於將直流電流轉換為交流燈電流，所述交流燈電流包含平均幅度Il和交變的半周期，每一個半周期在時間T期間發生；電流脈衝發生器，用於生成一個或多個相同極性的電流脈衝，所述一個 或多個電流脈衝包含平均幅度12和持續時間Tp;第二逆變器，用於將所述一個或多個電流脈衝轉換為一個或多個交變極性的電流脈衝；和總和發生器，用於將所述交流燈電流與所述一個或多個雙極性電流脈沖進行組合，其中，在交流燈電流半周期的後半部生成所述一個或多個雙極性電流脈沖。
34. —種用於運行氣體放電燈的鎮流器，其包含 整流器，用以生成直流電流；逆變器，用於將該直流電流轉換為交流燈電流，所述交流燈電流包含平均幅度Il和交變的半周期，每一個半周期在時間T期間發生；電流脈衝發生器，用於生成一個或多個雙極性的電流脈衝，所述一個或多個電流脈衝包含平均幅度12和持續時間Tp;和總和發生器，用於將所述交流燈電流與所述一個或多個電流脈沖進行組合，其中，在交流燈電流半周期的後半周期生成所述一個或多個電流脈衝。
35. —種用於運行燈以控制燈的電弧間隙的方法，其包含向所述燈提供電流，所述電流包含交流燈電流與一個或多個電流脈沖的 組合，所述交流燈電流包含平均幅度II和交變的半周期，每一個半周期在 時間段T期間發生，並且所述一個或多個電流脈沖包含平均幅度12和持續 時間Tp;提供默認的電流比Ri，其中，Ri = 12/11; 提供默認的持續時間比Rt,其中，Rt=Tp/T;控制所述電流以便維持給所述燈的恆定功率為所述默認的電流比Ri和所述默認持續時間比Rt的函數.將所述電流提供給所述燈；並且監控所述燈電壓V、燈電流I、和燈運行電壓的變化dV/dt。
36. 根據權利要求35所述的方法，還包含步驟確定所述燈電壓V是否在用以產生所期望的電極端部直徑、電極端部突 起長度和電極端部生長速度的目標範圍內。
37. 根據權利要求35所述的方法，還包含步驟如果所述燈電壓V不在用以產生所期望的電極端部直徑、電極端部突起 長度和電極端部生長速度的目標範圍內，則確定所述燈電壓是否在安全限制 範圍內。
38. 根據權利要求35所述的方法，還包含步驟如果所述燈電壓V不在所述目標範圍內並且不在所述燈的安全限制範 圍內，則停止所述燈的運行。
39. 根據權利要求35所述的方法，還包含步驟訪問包含燈運行電壓數據的資料庫，該燈運行電壓數據作為Rt和Ri的 函數；從該資料庫中選4奪Rt和Ri的值，該資料庫提供用於運行所述燈在所述 目標範圍內的所期望的電極端部直徑、電才及端部突起長度和電極端部生長速 度；生成恆定功率的電流波形；並且 將所述電流波形提供給所述高壓燈。
40. 根據權利要求35所述的方法，還包含步驟如果所述燈電壓不在目 標範圍內並且不在所述燈的安全限制範圍內，則選擇Rt和Ri的值以生成所 期望的電極端部直徑、電極端部突起長度和電極端部生長速度。
全文摘要
提供了一種用於提供電流給高壓燈的方法和系統，所述方法和系統包含交流燈電流波形，其具有半周期平均幅度I1和半周期持續時間T；電流脈衝波形，其包括至少一個具有半周期平均幅度I2的電流脈衝和至少一個發生在交流燈電流的半周期的尾沿後的電流脈衝，所述脈衝具有半周期持續時間Tp。這些波形被組合以生成包括電流脈衝波形的電流波形，該電流脈衝波形在從交流燈電流波形半周期的尾沿起的時間延遲Td之後開始，所述至少一個電流脈衝的持續時間Tp的持續小於在交流燈電流波形的第二個半周期的前沿之前的剩餘時間。組合電流波形提供電流給高壓燈並且產生降低燈閃爍的錐形端部突起。
文檔編號H05B41/392GK101209002SQ200680022753
公開日2008年6月25日 申請日期2006年6月7日 優先權日2005年6月24日
發明者加裡·R·艾倫, 安傑裡·科特孔德, 李建武, 維克託·K·瓦爾加, 艾倫·G·查默斯, 蒂莫西·B·古林, 詹姆斯·C·麥克納馬拉 申請人:通用電氣公司