電路方案的製作方法
2023-05-20 12:37:51
專利名稱：電路方案的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電路方案，用於操作具有相反極性的持續周期的電流的高壓放電燈，所述燈中具有至少兩個設置為彼此間具有一個電極距離的主電極，所述電路方案包括-用於連接一個供電電源的輸入端，-用於連接所述高壓放電燈的輸出端，以及-與所述輸入端相連接的裝置，用於向所述高壓放電燈提供一個具有預定波形的持續周期的燈電流。
這樣一種電路方案可由美國專利US5，608，294獲知。已知的電路方案中，提供了一種抑制高壓放電燈閃爍的方法，特別適用於操作例如投影電視裝置的投影系統中的高壓放電燈。在已知的電路方案中，向放電燈提供一個具有相反極性的持續方波周期的電流。閃爍的抑制是通過在燈電流的周期的預定部位的末端向燈電流周期提供一個附加的同極性的電流脈衝來實現的。通過如此重新成形的電流周期，電極的溫度升高到相對較高的值，該高溫增加了放電電弧的穩定性，因為放電電弧產生於處於各陰極狀態的電極上的同一位置，因此閃爍基本上被抑制。該附加電流按一個有規律的次序被提供，最好在每個連續脈衝上。儘管已知交流(AC)操作的具有低頻交流燈電流的高壓放電燈可防止高壓放電燈(以下稱為燈)的電極的快速侵蝕，並可以相對較高的效率對燈進行操作，但已經出現採用已知電路設置進行操作的燈在幾百小時的操作時間之後電弧電壓持續增加的現象，而電壓的升高持續到對燈進行實驗性操作達數千個小時。由於燈在其壽命期間具有十分穩定的照明輸出對於在投影系統中的應用是至關重要的，因此，持續的電弧電壓增高對於達到長的燈壽命構成了嚴重的不利影響。
在採用交流(AC)電流操作高壓放電燈的情況下，各燈電極在持續的燈電流周期中交替地作為陰極和陽極。這些周期中，電極分別處於陰極狀態和陽極狀態。在陽極狀態被取出的電極物質在陰極狀態以離子流的形式返回到的該電極中。由於電極溫度的時間依賴性在陽極狀態和陰極狀態是不同的，因此，這種轉移過程使得燈電流各周期中電極的溫度特性變得更為複雜。
本發明的目的在於提供一種用於操作高壓放電燈的電路方案，其方式是基本上克服上述的不利影響，同時在其操作中基本上保持對燈閃爍的抑制。
根據本發明，一種在本文首段中指出的那種用於所述目的的電路方案，其特徵在於，該電路方案具有-用於檢測代表所述電極距離的一個第一參數並根據所述第一參數形成一個第一信號的裝置，以及-用於根據上述形成的第一信號對燈電流的周期重新成形的裝置。
出人意料的是，通過對燈電流周期進行受控的重新成形，可基本上克服燈電壓持續升高的問題，而不會妨礙對燈閃爍的抑制。
當電路還包括以下裝置時，可以優化地實現對於達到放電電弧穩定性的進一步改進-用於檢測代表與燈閃爍相關的一個第二參數並根據檢測到的第二參數形成一個第二信號的裝置，以及-用於根據上述形成的第二信號對持續周期的波形進行進一步調整的裝置。
由於流過燈的電流波形根據對閃爍現象的檢測而發生變化，其優點是既可將閃爍抑制到可完全被光學投影系統接受的值，又可同時基本上控制電極距離的變化以及由此抵消燈電壓的持續升高的趨勢。
在一個實施例中，由燈電壓、最好是若干周期的平均值來形成第一參數。
在根據本發明的電路方案的一個實施例中，各持續周期期間的燈電壓提供了第二參數。利用燈電壓形成的第二參數具有對於第一和第二參數可採用相同的量的優點。這就簡化了電路方案。在一個第一優選實施例中，各周期期間的燈電壓波形被檢測並用於形成第二參數。這最好通過電路方案在這樣的一個周期中的選定的時間間隔測量燈電壓、並將所找到的值相互比較來實現。在第二個用於形成第二參數的優選實施例中，在所檢測的每個周期的持續周期的一個固定時刻就是燈電壓值，最好是在恆定燈電流的時刻。在一個實際的實施例中，最好通過測量位於接近於各周期末端時刻的燈電壓、並與具有相同極性的持續周期的結果相比較而實現。在另一個實施例中，通過燈的照明輸出而形成第二參數，例如通過設置在投影系統的顯示區周圍如顯示區邊緣的光學探測器實現。
在燈電流的相反極性的周期頻率的情況下，選擇在45Hz-500Hz範圍內選擇已得到良好的結果。
本發明的上述及其它方面將結合附圖在下面做更詳細的說明，附圖中
圖1示出根據本發明的電路方案的一個實施例；圖2示出按照圖1的根據本發明的電路方案的一個實施例的控制裝置；圖3示出根據圖2的實施例所進行的控制過程；圖4示出根據圖3的控制過程的一個閃爍控制循環組成部分；以及圖5至10示出按照圖1的電路方案所提供的、構成的燈電流的持續周期的不同波形。
在圖1中，K1和K2表示用於連接供電壓源以提供供電電壓的輸入端。與K1和K2相連接的裝置Ⅰ是用於產生DC(直流)供電電流的裝置。裝置Ⅰ的輸出端連接到換相器Ⅱ的相應輸入端。換相器Ⅱ的輸出端則由高壓放電燈La連接，該燈具有至少兩個設置為彼此間具有一個電極距離的主電極。Ⅲ是控制裝置，通過對裝置Ⅰ的控制來控制具有相反極性的燈供電電流持續周期的波形，以及將用於檢測代表電極間距的第一參數並根據該第一參數形成第一信號的裝置和根據所形成的第一信號對燈電流進行重新成形的裝置合併。裝置Ⅰ和裝置Ⅱ共同組成裝置A，該裝置A與輸入端相連接以便向高壓放電燈提供燈電流，其中燈電流的持續周期具有預定的波形。
圖1所示的電路方案的操作如下。
當輸入端K1，K2連接到供電電壓源上時，裝置Ⅰ從供電電壓源提供的電壓產生一個直流供電電流。換相器Ⅱ將所述直流電流轉換成具有相反極性的持續周期的交流電流。通過控制裝置Ⅲ，上述形成的並提供給燈La的持續周期電流的波形得到控制。在一個所述實施例的實際應用中，裝置Ⅰ是通過接在開關式電源電路，例如反相或變頻轉換器(Buck or downconverter)後的橋式整流器而形成的。換相器Ⅱ最好由全橋式電路構成。燈的啟動電路最好也合併在換相器裝置Ⅱ中。
圖2中，更詳細地展示了用於控制裝置Ⅰ的控制裝置Ⅲ。控制裝置Ⅲ包括輸入端1，用於檢測燈電壓，例如連接到燈的端子L1，L2上的電壓，以形成一個代表燈電壓的信號。該代表燈電壓的信號最好由檢測連接點L3上的電壓來形成，因為所檢測的電壓是直流電壓，不會被燈啟動電路產生的啟動電壓所幹擾。控制裝置Ⅲ還包括輸入端2，用於檢測流過構成裝置Ⅰ中開關式電源電路轉換器的電感裝置L的電流，該轉換器至少具有一個開關，以及一個輸出端3，用於開閉開關式電源電路的開關，使其周期性地處於導通和不導通狀態，以此控制流過轉換器電感裝置L的電流。輸入端1連接到微控制器MC的連接端P1上。微控制器的連接端P3連接到開關電路SC的輸入端4上。輸入端2連接到開關電路SC的輸入端5上，其中輸出端0被連接到輸出端3上。微控制器MC用於檢測代表電極距離的第一參數，並根據第一參數形成第一信號，以及檢測代表燈閃爍現象的第二參數，並根據檢測到的第二參數形成第二信號。所述開關電路根據所形成的第一信號重新成形燈電流周期，並根據所形成的第二信號進一步調整持續周期的波形。
如圖2所示帶有反相或變頻轉換器的電路方案的操作如下。微控制器MC設有將在此後結合附圖3和4進一步敘述的操作過程的軟體。該過程導致了一個轉換器峰值電流值，在輸入端4將該數值饋入開關電路SC，並作為用於與在輸入端2檢測到的在輸入端5饋入到開關電路SC的電流進行比較的參考值。基於該電流值的比較。當檢測到的電流等於峰值電流時，開關電路在輸出端0上產生一個關斷信號，將變頻轉換器的開關關閉成不導通狀態。結果使通過電感裝置的電流減小。轉換器開關保持於不導通狀態直至通過電感裝置L的電流變為零。檢測到轉換器電流變成零，開關電路SC在其輸出端0上產生一個打開信號，將變頻轉換器的開關恢復導通。通過電感裝置L的電流開始增加，直至達到峰值。這種開關電路SC的例子可以從WO 97／14275中得知。所述峰值電流根據微控制器MC的運行過程的結果進行更新。
燈電壓的檢測是通過根據流過燈的電流波形的頻率進行的，並通過內置於微控制器MC的定時器進行控制。將燈電壓作為檢測的燈參數具有一個優越性，即可以將燈的瓦特數控制固化在微控制器軟體中。如果燈電流本身作為檢測參數的話，則瓦特數的控制將不僅需要額外的燈電壓檢測，還需要在微控制器中增加額外的控制過程。在一個優選的實施例中降頻變頻器在45至75kHz頻率範圍內工作。
圖3展示了根據圖2控制裝置Ⅲ的微控制器MC進行的控制過程。所示的電壓控制循環VC開始於一個常規的時間基準，例如每分鐘來自閃爍控制循環FC一次。從開始SV起，驅動器在AA處檢測燈電壓是否超出允許的範圍。通過連接到端子P1的輸入端1來提供的燈電壓由此形成第一參數。如果第一參數不超出允許範圍，控制過程回到閃爍控制循環FC，後面將詳細說明。如果在AA處檢測到的燈電壓低於最低水平U，則形成燈電流的相反極性的持續周期的波形，進一步稱為工作模式，將按照存儲於B的方式建立。過低的燈電壓表明由於電極尖端增長導致電極間距離過小。BⅠ處的控制將轉向查詢表Ⅰ中的下一個周期的波形，該查詢表Ⅰ可以抵消電極的增長或者甚至可以加大電極間距離的增加。新選定的波形存儲於B中。之後，控制過程轉向循環FC。如果在AA處檢測到的燈電壓超過最大值U+，在C上檢測到的工作模式在CⅡ處轉換到根據查詢表Ⅱ獲得的下一模式，控制過程返回到FC循環。新的選定模式存儲於C。過高的燈電壓表明電極間距變得過大，則新的選擇模式應該是一種促進電極尖端增長的模式。可以將查詢表Ⅱ更恰當地看作查詢表Ⅰ的倒置。
檢測到的所述實施例中燈電壓的電壓值，取自於各持續周期的一個固定時刻，最好於0．75tp時，但至少是燈電壓趨於穩定的時刻。
在圖4所示的示意圖中，示意出閃爍控制循環FC。從開始處S，驅動器在F處檢測是否發生閃爍。如果發生閃爍，工作模式將在FⅢ處轉換到根據查詢表Ⅲ所列的下一步。通過一個延遲周期D使燈工作穩定之後，控制過程轉換到電壓控制循環VC。如果沒有在F檢測到閃爍，應在T處判定燈的工作在大於T的期間內是否沒有閃爍。如果沒有，則控制過程回到S。然而，如果燈無閃爍工作間期大於T，則控制過程在FⅣ處根據查詢表Ⅳ強迫轉換到下一個工作模式。經過一個延遲周期D使燈工作穩定之後，控制過程轉換到電壓控制循環VC。查詢表Ⅳ最好是查詢表Ⅲ的倒置。
下面將參照圖5至圖10的兩個相反極性持續周期對形成燈電流持續周期的不同波形決定了工作模式的不同進行描述。電流以相對刻度沿縱軸設置。沿橫軸，則顯示時間。如圖5所示，在tp期間的第一周期TA，燈電流具有平均值Im，在時段t1的第一部分為一個較低的平均值Ie，在該周期的第二部分為一個大於Im的電流值I2。時段t1開始處的電流值I1對應於向燈電極放電的擴散穩定的附件。對於無閃爍工作狀態，電流值設置為0．3≤Ie／Im≤0．9。所述實施例中，比值Ie／Im為0．7以及比值t1／tp為0．2。
此模式提供了無閃爍操作以及提供了電極尖端的增長，並以此減小了電極間距。
圖6表示了另一種交流工作模式的燈電流，其中周期第一部分的電流保持一個使電極放電擴散穩定到達的恆定數值，由此確定電極的熱離子輻射。因此，該第一部分的電流平均值Ie最多等於提供給電極熱離子輻射電流的最大值。
此模式提供了無閃爍操作以及提供了電極尖端的增長，並以此減小電極間距。
根據另一個優選模式，得到的電流波形如圖7所示。本例中周期開始處電流I1高於Ie。
該模式還提供了無閃爍操作以及電極尖端的增長，並以此減小電極間距。
圖8中顯示根據另一種工作模式的電流圖形，其中燈電流在周期末端被提供了一個數值為I3，極性相同的脈衝。為了實現穩定(無閃爍)操作的目的，建立了應該達到的要求1．4≤I3／Im≤4和0．02≤t3／tp≤0．25，其中t3是脈衝的寬度。在所述實施例中的實際應用中，I3的值為1．6Im。通過實驗，推導出I3最好選擇在1．6≤I3／Im≤3的範圍內。
為了使具有如圖8所示的電流波形的燈電壓降低。應滿足0．02≤t3／tp≤0．25，和t2／tp≥0．5的要求。如果t2／tp≥0．75，可達到最好的結果。最好tp滿足關係式tp=t2+t3及0．06≤t3／tp≤0．12。
圖9表示適於升高燈電壓的電流波形。其中採用下列關係式I2=I1；1．3≤I3／Im≤4；0≤t2／tp≤0．98；0．02≤t3／tp≤0．25。其中t2是周期起點與附加電流脈衝的開始時間之間的時間間隔。
如圖10所示的提供了一個具有相反極性的附加電流脈衝的電流波形，也適用於燈電壓的增加。要滿足的必要關係式為I2=I1；0．1≤I3／Im≤0．7；0．5≤t2／tp≤0．98；0．02≤t3／tp≤0．25。特別是當電流在周期p末端小於Im時，其波形對於增加燈電壓非常有效。
如圖1所示的所述電路方案的實際的實施例，已應用於操作由Philips製造的UHP類型的高壓放電燈。該燈具有100W的標稱功耗，其電極間距僅1．4mm，該燈在形成不同的燈電流波形持續周期的兩個不同的工作模式下工作。在第一個工作模式中，相反極性的持續周期波形如圖9所示。該模式下相應於I1的電流值通過結合在微處理器軟體中的瓦特控制，控制到一個標稱值1．06A．最大值I3設置為2．5A。根據90Hz的換相器裝置Ⅱ的工作頻率，以及比值t3／tp由t2+t3=tp的關係控制在0．08，周期持續時間tp為5．6ms。只要具有標稱值85V的燈電壓高於68V，電流I3就固定在2．5A。在檢測到的燈電壓已降低到68V的情況下，採用裝置A對周期進行重新設置，其中電流I3分3步逐步降低到I1值，之後，裝置A轉換到第二個工作模式，其中提供的燈電流由具有方波波形的周期構成，方波的值由上述的用於第一個模式的同一瓦特控制，控制在相同的標稱值I1。如此，電壓最低值U-為68V。電壓最高值U+採用110V。作為微控制器MC，當編程使其在每個周期的固定時刻，最好在0．75tp時檢測一次燈電壓，由Philips製造的P87C749EBP已經表明是合適的。
由此檢測的燈電壓還形成第二參數。比較所檢測到的相等極性持續周期值，以便檢測是否出現電極上的放電趨於不穩定的情況，並確定燈的閃爍。對於由此求得的電壓差來說，在程序中將大於1V的數值在2分鐘的時間內出現兩次以上設定為燈發生閃爍的閾值。在另一個實際的實施例中，檢測燈閃爍的發生是基於比較所求得的檢測到的電壓差與3個不同的閾值進行比較，這三個閾值中的每一個都與一個以高精確度檢測高頻和低頻的燈閃爍獨立的重複率相關。閾值和相應的重複率在下表中給出。
表電壓值V重複率s11200．3 300．1 權利要求
1．一種電路方案，用於操作具有相反極性的持續周期的電流的高壓放電燈，所述燈中具有至少兩個設置為彼此間具有一個電極距離的主電極，所述電路方案包括-用於連接一個供電電源的輸入端，-用於連接所述高壓放電燈的輸出端，以及-與所述輸入端相連接的裝置，用於向所述高壓放電燈提供一個具有預定波形的持續周期的燈電流，其特徵在於，所述電路方案中具有-用於檢測代表所述電極距離的一個第一參數並根據所述第一參數形成一個第一信號的裝置，以及-用於根據上述形成的第一信號對燈電流的周期重新成形的裝置。
2．根據權利要求1所述的電路方案，其特徵在於，所述電路方案還包括-用於檢測代表與燈閃爍相關的一個第二參數並根據檢測到的第二參數形成一個第二信號的裝置，以及-用於根據上述形成的第二信號對持續周期的波形進行進一步調整的裝置。
3．根據權利要求1或2所述的電路方案，其特徵在於，所述第一參數由燈電壓形成。
4．根據權利要求1、2或3所述的電路方案，其特徵在於，所述第二參數由持續電流周期中的燈電壓形成。
5．根據權利要求4所述的電路方案，其特徵在於，每個周期的燈電壓具有一個被檢測到的波形。
6．根據權利要求4所述的電路方案，其特徵在於，每個周期的燈電壓具有一個被檢測到的數值。
7．根據權利要求1、2或3所述的電路方案，其特徵在於，所述第二參數由燈的照明輸出形成。
全文摘要
本發明涉及一種電路方案,用於操作具有相反極性的持續周期的電流的高壓放電燈,所述燈中具有至少兩個設置為彼此間具有一個電極距離的主電極,所述電路方案包括:用於連接—個供電電源的輸入端,用於連接所述高壓放電燈的輸出端,以及與所述輸入端相連接的裝置,用於向所述高壓放電燈提供一個具有預定波形的持續周期的燈電流。根據本發明,電路方案中具有用於檢測代表所述電極距離的一個第一參數並根據所述第一參數形成一個第一信號的裝置,以及用於根據上述形成的第一信號對燈電流的周期重新成形的裝置。
文檔編號H05B41/16GK1290471SQ99802836
公開日2001年4月4日 申請日期1999年12月1日 優先權日1998年12月17日
發明者G·H·德拉, H·E·菲舍爾, H·G·甘賽爾, T·克盧肯, H·芒什, R·斯尼克爾斯 申請人:皇家菲利浦電子有限公司