用於操作高壓放電燈的電路裝置的製作方法

2023-07-31 01:48:56 1

專利名稱：用於操作高壓放電燈的電路裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於操作高壓放電燈的電路裝置，包括-與電壓源連接的輸入端，-耦合到輸入端的DC-DC轉換器，用於利用電壓源提供的電源電壓生成DC電流，並且包括-控制電路，用於將DC電流控制為基準信號Sref表示的值，-基準電路，用於生成基準信號Sref，以及-輸出電容，-用於使DC電流的極性方向轉換並且包括燈的連接端和點燃電感的換向器，-用於以等於DC電流的換向頻率的調製頻率調製基準信號Sref的第一電路部分，並且上述調製是通過下面的連續過程實現的-在第一時間間隔Δt1內使基準信號Sref降低一個量ΔSref，從而在DC電流每次換向之前開始第二時間間隔Δt2，-在第三時間間隔Δt3內將基準信號保持在降低後的值，-在第四時間間隔Δt4內將基準信號Sref提高一個量ΔSref。
這種電路裝置是已知的並且例如通常用於操作投影裝置中的超高壓放電燈。實際上，換向的頻率在10Hz的數量級。在兩次連續的換向之間，在大部分時間內將DC電流控制在基準值Sref表示的恆定值。因此流過高壓放電燈的電流是低頻的、基本上為方波形的AC電流。已經發現利用這種電流可以非常有效地操作高壓放電燈。與該電路裝置有關的問題在於DC電流極性的方向轉換會導致該電路裝置的負載產生基本上階梯狀的變化。該電路裝置的負載的這種階梯變化使得DC-DC轉換器輸出電容與點燃電感共振。這種共振通常又引起音頻噪聲並影響燈的光輸出。而且，這種共振會縮短燈的壽命。實際上，通常通過在換向的短暫前後臨時降低Sref的值來抵消這種共振。這種Sref的降低通常稱為「浸漬(dip)」並且使DC電流在發生換向的短暫時間段內具有比較小的值。因此，很大程度上抑制了階梯負載變化引起的共振。「浸漬」可以視為按照與DC電流的換向相同的頻率對基準信號Sref進行的調製。該「浸漬」的特徵在於浸漬參數，例如ΔSref(浸漬的深度)；Sref保持在降低後電平的時間段；在浸漬開始時Sref的降低速率；在浸漬結束時Sref的增長速率以及受調製信號Sref與燈電流之間的相位關係。在已知的電路裝置中，為新的燈優化浸漬參數的設置(具有該設置的燈僅有較短的點燃時間)以及為等於標稱燈功率的燈的功耗優化浸漬參數的設置。然而，許多先進電路裝置包括用於調整燈的功率的裝置。類似的是，當燈的點燃時間增加時，燈的電壓也會發生變化。已經發現，實際上燈的功耗量不同，就需要不同地設置浸漬參數，以便最大程度上抑制共振。對於不同的燈電壓也是這樣。因此，已知電路裝置中實現的共振抑制僅僅對於一種特定燈功率電平和一種燈電壓值而言是最佳的。
本發明的目的在於提供一種用於操作高壓放電燈的電路裝置，其中對於燈消耗的多種不同級別的功率和/或燈電壓的多種不同值實現了對DC-DC轉換器的輸出電容與點燃電感之間的共振的有效抑制。
因此，根據本發明的如開篇段落中提到的電路裝置的特徵在於該電路裝置還包括-第二電路部分，用於根據從該燈消耗的功率、燈的電壓以及燈的電流構成的組中選擇的參數，調整從由ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4構成的組中選擇的至少一個參數。
在根據本發明的電路裝置中，根據燈消耗的功率和/或燈的電壓和/或燈的電流控制至少部分浸漬參數的設置。觀察到，燈電流的變化對應於燈功率的變化。因此根據燈的電流調整一個或多個浸漬參數實際上等同於根據燈的功率調整一個或多個浸漬參數。因此，在根據本發明的電路裝置中的浸漬參數響應於該燈消耗的功率變化和/或燈電壓的變化而自動地優化。因此，對於一定範圍內的該燈消耗的功率值和/或燈的電壓，DC-DC轉換器的輸出電容上存在的AC電壓的振幅以及由DC-DC轉換器的輸出電容與點燃電感之間的共振引起的AC電壓的振幅得到了有效抑制。
對於根據本發明的電路裝置來講已經獲得了良好的結果，其中第二電路部分包括存儲器，其中存儲了一個或多個表格，每個表格包括一個範圍內的燈的功率電平，以及對於該範圍內每個燈功率電平值的、、ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4中的一個或多個參數的相應值。優選的是，每個表格包括預定範圍內燈電壓的數據。按照這種方法，通過比較簡單的裝置實現了為該燈消耗的許多不同功率值和許多不同的燈電壓值優化該「浸漬」。
可選擇的是，第二電路部分可以包括存儲器，其中存儲了一個或多個表格，該表格包括一個範圍內的燈電壓值，以及對於該範圍內每個燈電壓值的、ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4中的一個或多個參數的相應值。優選的是，每個表格包括預定範圍內燈電壓的數據。同樣，利用表格中後面這些內容，通過比較簡單的裝置實現了為該燈消耗的許多不同功率值和許多不同的燈電壓值優化了該「浸漬」。
優選的是，該第二電路包括微控制器。
參照附圖描述根據本發明的電路裝置的實施例。在附圖中

圖1表示了根據本發明的電路裝置的實施例，並且其中燈與其相連；圖2表示了在圖1所示的實施例中，作為時間函數的受調製信號Sref和流過燈的電流的形狀。
在圖1中，K1和K2是與電壓源相連的輸入端。通過開關元件Sd、電感元件L1和輸出電容Cout的串聯排列連接了輸入端K1和K2。輸入端K2通過二極體D1與開關元件Sd和電感L1的公共端相連。CSG是用於生成控制信號的電路部分，該控制信號用於交替地使開關元件Sd導通和不導通。電路部分CSG的輸出端耦合到開關元件Sd的控制電極。電路部分CSG的第一輸入端耦合到輸入端K2。電路部分CSG的第二輸入端與電路部分ADD的輸出端相連。電路部分ADD是用於在其輸出端生成一種信號的電路部分，該信號是電路部分ADD的第一輸入端出現的第一信號與電路部分ADD的第二輸入端出現的第二信號的和。電路部分ADD的第一輸入端與電路部分Srefgen的輸出端相連。電路部分Srefgen是用於生成基準信號Sref的基準電路。開關元件Sd、電路部分CSG、電感元件L1、輸出電容Cout、二極體D1和電路部分Srefgen共同構成了DC-DC轉換器，以便從電壓源提供的電源電壓生成DC電流。在圖1所示的實施例中，該DC-DC轉換器為下變頻器類型。電路部分Srefgen以及電路部分CSG一起構成了用於將DC電流控制在基準信號Sref表示的值的控制電路。信號Sref表示在燈電流的每個半周期的大部分時間內由下變頻器生成的希望得到的DC電流值。輸出電容Cout被開關元件S1和開關元件S2的串聯排列分流，也被開關元件S 3和開關元件S4的串聯排列分流。開關元件S1和開關元件S2的公共端通過點燃電感lign和電容Cres的串聯排列與開關元件S3和開關元件S4的公共端相連。電容Cres被超高壓放電燈LA和電流感應電阻R的串聯排列分流，該串聯排列與位於電容Cres各側的燈連接端K3和K4相連。開關元件S1-S4的控制電極耦合到電路部分BC的各個輸出端，該電路部分BC用於生成控制信號從而控制開關元件S1-S4的導通狀態。在圖1中，用虛線表示這種耦合關係。開關元件S1-S4、電路部分BC、點燃電感lign、燈的連接端K3和K4以及電容Cres共同構成了用於使DC-DC轉換器生成的DC電流的極性方向轉換的換向器。電路部分SC是用於測量燈的功率和燈的電壓的電路部分。燈的連接端K3和K4與電路部分SC的各個輸入端相連。燈LA和電流感應電阻R的公共端與電路部分SC的另一輸入端相連。電路部分SC的第一輸出端與微控制器μP的第一輸入端相連。電路部分SC的第二輸出端與微控制器μP的第二輸入端相連。微控制器μP的輸出端與電路部分ADD的第二輸入端相連。電路部分ADD和微控制器μP共同構成了用於以等於DC電流的換向頻率的調製頻率調製基準信號Sref的第一電路，並且上述調製是通過下面的連續過程實現的-在第一時間間隔Δt1內使基準信號Sref降低一個量ΔSref，從而在DC電流每次換向之前開始第二時間間隔Δt2，-在第三時間間隔Δt3內將基準信號保持在降低後的值，-在第四時間間隔Δt4內將基準信號Sref提高一個量ΔSref。
電路部分SC以及微控制器μP一起構成了第二電路部分，其用於根據從該燈消耗的功率和燈的電壓構成的組中選擇的參數，調整從由ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4構成的組中選擇的至少一個參數。實際上，在圖1所示的實施例中，在該燈消耗的功率發生變化以及燈的電壓發生變化的情況下，第二電路部分調整浸漬。微處理器μP包括存儲器，其中存儲了多個表格。每個表格包括燈的電壓的多個值，以及對於每個燈電壓值的每個參數ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4的對應值。每個表格包括該燈消耗的一個(小)範圍內的功率值的數據。
圖1所示的電路裝置的操作如下。
當輸入端K1和K2與圖1所示的實施例中提供DC電源電壓的電壓源相連時，電路部分CSG生成控制信號，從而使得開關元件Sd以高頻(例如35KHz)交替地導通和不導通。因此，在輸出電容Cout上出現振幅小於DC電源電壓的DC電壓，同時將DC電流提供給換向器。電路部分BC對開關S1-S4進行控制，使其交替地處於兩種不同的狀態。在第一種狀態中，開關元件S1和S4是導通的，開關元件S2和S3是非導通的。在第二種狀態中，開關元件S2和S3是導通的，開關元件S1和S4是非導通的。
當仍未點燃該燈時，電路部分BC改變開關S1-S4的狀態的頻率比較高，因此，點燃電感與電容Cres共振。因此，在電容Cres上出現點燃該燈的較高電壓。在點燃該燈之後，電路部分BC改變開關S1-S4的狀態的頻率比較低，例如90Hz。因此，燈電流為低頻的、基本上為方波形的AC電流。對於兩種狀態之間的非常短的時間段而言，將所有開關元件保持在非導通狀態，以防止構成同一串聯排列的不同部分的開關元件同時變為導通的，從而形成短路。在這個非常短的時間段過程中，DC-DC轉換器的負載為0。在這個非常短的時間段之前和之後，DC-DC轉換器的負載不為0。在換向過程中發生的負載的突然變化使得輸出電容Cout和點燃電感共振。在換向之間，當輸出電容Cout和點燃電感Lign之間沒有共振時，電路部分ADD的第二輸入端處的信號大體上等於0。因此，電路部分ADD的輸出端處的信號以及電路部分CSG的第一輸入端處的信號等於Sref。歐姆電阻R上的電壓表示DC-DC轉換器生成的DC電流的實際值(＝燈的電流)，並且電流部分CSG控制開關元件Sd，使得這個電流保持在對應於Sref的級別上。在鄰近換向時，通過浸漬來調製信號Sref，並且該浸漬的特徵在於參數ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4。因此，在鄰近換向時，流過燈的電流降低了，因此抑制了輸出電容Cout和點燃電感lign之間的共振。
電流部分SC監測燈的電壓和流過電流感應電阻R的電流，並且在其第一輸出端生成表示燈的功率的信號以及在其第二輸出端生成表示燈的電壓的信號。
在這個階段，要注意的是，為了生成表示燈的功率的信號和/或表示燈的電壓的信號，不必像圖1中的實施例那樣直接在燈上測量。實際上，還有許多其它的可以採用的方法，通過在該電路裝置中的其它位置測量另一電壓和/或另一電流而生成表示燈的功率的信號和/或表示燈的電壓的信號。
微控制器周期性地重複以下操作。根據實際的燈功率，該微控制器選擇存儲器中的適當表格。在適當表格中，該微處理器選擇相關於與電路部分SC測得的燈的實際電壓值最接近的、所存儲的燈電壓值的參數ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4的值。這些參數ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4的值隨後用於調製信號Sref。因此，浸漬的形狀和位置通常對於實際的燈電壓和該燈消耗的實際功率值是最優化的。
圖3中表示了受調製的基準信號的形狀。可以看到，Sref的值大部分時間是恆定的，而該調製影響了基準信號Sref的周期性臨時降低。這些周期性降低在換向之前的時間間隔Δt2處開始並且具有由參數ΔSref、Δt1、Δt3和Δt4確定的形狀。圖3還表示了作為時間函數的燈電流的形狀。該燈電流大部分時間具有恆定的振幅。在每次換向之前的時間段Δt2中，該振幅在時間間隔Δt1內降低。然後在時間間隔Δt3內將燈電流的振幅保持為恆定值。在時間間隔Δt3過程中，發生DC電流的換向。在時間間隔Δt3之後，在時間間隔Δt4內，燈電流的振幅再次增加到其初始值。值得注意的是，Δt1不必等於Δt4，並且不必在時間間隔Δt3已經經過了一半時發生換向，而是根據例如Δt2的值在時間間隔Δt3中的任何其它時刻發生換向。
僅僅通過舉例的方式，為其中調整了所有參數ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4的實施例描述了圖1所示的電路裝置的功能。當然，可以使該微處理器調整更少的參數。調整更多的參數通常可以更好地抑制輸出電容和點燃電感之間的共振。
已經提到了，本發明非常適合實現為用於操作高壓放電燈的電路裝置，該電路裝置配有用於在燈電流的每半個周期的末端，在短時間間隔內提高燈電流的振幅的電路部分。已經發現了，燈電流的振幅的這種臨時增長較平緩地降低。在這種電路裝置中，浸漬引起的燈電流的降低僅僅在短時間間隔之後開始，在該時間間隔內燈的電流增加。
權利要求
1.一種用於操作高壓放電燈的電路裝置，包括-與電壓源連接的輸入端，-耦合到輸入端的DC-DC轉換器，用於通過電壓源提供的電源電壓生成DC電流，並且包括-控制電路，用於將DC電流控制為基準信號Sref表示的值，-基準電路，用於生成基準信號Sref，以及輸出電容，-換向器，用於使DC電流的極性換向並且包括燈的連接端和點燃電感，-用於以等於DC電流的換向頻率的調製頻率調製基準信號Sref的第一電路部分，並且上述調製是通過下面的連續過程實現的-在第一時間間隔Δt1內使基準信號Sref降低一個量ΔSref，從而在DC電流每次換向之前開始第二時間間隔Δt2，-在第三時間間隔Δt3內將基準信號保持在降低的值，-在第四時間間隔Δt4內將基準信號Sref提高一個量ΔSref，其特徵在於該電路裝置還包括-第二電路部分，用於根據從由該燈消耗的功率、燈的電壓以及燈的電流構成的組中選擇的參數，調整從由ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4構成的組中選擇的至少一個參數。
2.根據權利要求1所述的電路裝置，其中該第二電路部分包括存儲器，其中存儲了一個或多個表格，每個表格包括一個範圍內的燈功率電平，以及對於該範圍內每個燈功率電平值的、參數ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4中的一個或多個參數的相應值。
3.根據權利要求2所述的電路裝置，其中每個表格包括對於預定範圍內的燈電壓的數據。
4.根據權利要求1所述的電路裝置，其中該第二電路部分包括存儲器，其中存儲了一個或多個表格，該表格包括一個範圍內的燈電壓值，以及對於該範圍內每個燈電壓值的、參數ΔSref、Δt1、Δt2、Δt3和Δt4中的一個或多個參數的相應值。
5.根據權利要求4所述的電路裝置，其中每個表格包括預定範圍內的燈功率的數據。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的電路裝置，其中該第二電路部分包括微控制器。
全文摘要
一種用於操作高壓放電燈的電路裝置，包括配有輸出電容的下變頻器和配有點燃節流器的換向器。利用控制電路來控制下變頻器生成的DC電流的振幅。為了抑制由於DC電流的換向造成的點燃節流器與輸出電容的共振，每次換向之前和之後即刻根據燈的功耗以及燈電壓來調整電流控制的電流基準信號。
文檔編號G01R33/32GK1711806SQ200380102949
公開日2005年12月21日 申請日期2003年11月6日 優先權日2002年11月11日
發明者J·E·K·G·德克勒, H·A·費詹, R·H·A·M·范曾德特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司