用於驅動放電燈的電路裝置以及用於驅動放電燈的方法

2024-03-08 14:08:15

專利名稱：用於驅動放電燈的電路裝置以及用於驅動放電燈的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於驅動如使用於圖像投影的設備中的放電燈的電路裝置，尤其是用於驅動高壓放電燈以及超高壓放電燈(Hoechstdruck-Entladungslampen)的電路裝置。本發明針對由放電燈引起的閃爍現象的 問題。尤其是，本發明針對通過直流(DC)電流來減小閃爍現象而出現 的問題。
背景技術：
在放電燈(以下也簡稱為燈)工作時，存在電極尖端增長的現象。從 電極在一個位置處被蒸發的材料在優選的位置上又沉積到電極上並且導 致形成電極尖端。電極尖端目前具有如下優點燈中產生的5^故電的等離 子體弧在電極上具有穩定的起始點(Ansatzpunkt)，而不會在多個起始點 之間跳躍。放電點的跳躍也稱作HUfe躍並且以燈的閃爍表現出來。這種情 況特別是在將燈的光用於圖像投影的情況下形成幹擾。弧的起始點僅僅在用作陰極的電極上形成。弧在陽極上的起始部是面 狀的。所以在以交流電驅動的燈中M匕i^A普遍的問題，因為隨著每次極 性切換，弧必須在從陽極到陰極切換的電極上找到起始點。上面所述的電 極尖端形成了弧的優選的起始點並且因此降低了弧跳躍。然而通過電極尖端也會出現一些問題。在不利的情況下，會形成兩個 或者更多個電極尖端。於是，會出現孤起始部在不同的電極尖端之間跳躍。在文獻EP1 624 733 A2 ( Suzuki)中該問題通過以下方式來解決在 所限定的時間中降低驅動燈的工作頻率、即交流電的頻率。該方法通過如 下方式來起作用電極在其用作陽極的期間被加熱，而在其用作陰極的期 間被冷卻。於是得到了具有對應於工作頻率的時間變化曲線的溫度波動。 在高頻的情況下，由於電極的熱容而出現了平均溫度。在所謂的方波驅動 中，燈以頻率典型為200Hz至5000Hz的方波電流來驅動。才艮據燈的結構 類型，在200Hz的情況下已經會引起電極的明顯的溫度調製。在強烈的 溫度調製的情況下，電極達到了如下溫度在該溫度情況下多餘的電極尖端熔融。當電極尖端變得過長並且由此電極之間的等離子體弧變短時，出現另 一問題。等離子體弧的縮短導致燈的燃燒電壓降低。由於燈通常被調節到 恆定的功率上，所以降低的燃燒電壓導致增大的電流。這對於燈的驅動設 備中的部件的負栽是不利的。參與提供燈電流的部件必須針對增大的燈電 流來i殳計或者忍受損害。視頻投影通常需要具有不同顏色的時間序列的光源。如在文獻US 5， 917,558 (Stanton)中所描述的那樣，這可以通過旋轉的色輪來實現，該 色輪從燈的光中過濾出交替的顏色。光具有某種顏色的持續時間並不一定 需要相等。更為確切地說，可以通過持續時間彼此間的關係來調節所希望 的、針對投影的光而形成的色溫。通常，燈以方波燈電流來驅動。方波燈電流的周期持續時間的倒數理 解為上述工作頻率。該燈電流在現有技術中藉助換向設備從直流源中產 生。換向設備通常由電子開關構成，電子開關以方波燈電流的節拍4吏直流 源的極性換向。在換向時，實際上並不能完全避免超調。因此，在現有技 術中，要進行換向的時刻與光的顏色切換的時刻合併，以便減弱超調。對 此，提供了同步信號，該同步信號與上述色輪同步地具有同步脈衝。藉助 同步信號使顏色切換與燈電流的換向同步。在才艮據EP1 624 733 A2 ( Suzuki)的現有寺支術中，如上面所闡述的那 樣，在限定的時間上將工作頻率降低，由此熔融了附加的電極尖端。在此， 出現了如下問題由於頻率降低而不再保證藉助同步信號使換向同步。由 此，換向也會出現在',不出現顏色切換的時刻。發明內容試騶^表明，在用於投影目的的高壓放電燈工作期間電極尖端生長，電 極尖端引起了上述問題閃爍和大的燈電流。電極尖端的^t調節的熔融對 抗這兩個問題。本發明的任務是提供一種用於驅動放電燈的電路裝置，其中電極尖端 的熔融可調節並且同時始終與顏色切換同步地實現換向。此夕卜，本發明的一個任務是提供一種對應於上述任務的方法。由於本 發明也具有方法方面，因此不僅可以在裝置特徵方面而且可以在方法特徵 方面來理解以下的描述。該任務通過一種用於驅動放電燈的電路裝置來解決，該電路裝置包括 直流源，該直流源可以通過換向設#^合到放電燈上，其中當作為電極尖 端大小的尺度的測量值超過或者低於預先給定的閾值時，控制設備抑制換 向設備的至少一個換向。在換向設備的輸入端上連接有直流源。換向設備 具有輸出端，在輸出端上可以連接有放電燈。換向設備被構建為使得其將 直流源與輸出端耦合，並且可以通過控制設^f吏極性換向(其中直流源以該極性與輸出端耦合)。這意味著藉助換向設備可以使通過所連接的放 電燈的燈電流換向，即可以顛倒極性。控制設備與換向設備耦合併且預先 給定通過燈的電流方向。換向的時間順序確定了驅動燈的工作頻率。控制設備具有同步輸入端，在同步輸入端上在工作時施加有同步信 號，該同步信號包含同步脈沖。控制設備現在引起換向，該換向與同步脈 衝同步。如上面所闡述的那樣，投影的光的顏色切換通常通過旋轉色輪來 產生。當進行換向時，則換向應當同時隨著顏色切換來進行。然而，也可 能的是沒有換向就結束的顏色切換。通常，同步信號被設計為使得其在色 輪的每個旋轉都具有同步脈衝。也就是說，同步信號通常並不針對每個顏 色切換而包含同步脈衝。更確切地說，顏色切換的順序優選存儲在控制設 備中。這必須分別與所使用的色輪相協調。特別地，色輪上的顏色切換的 間隔不必是恆定的。也已公開了每個旋轉發送多個同步脈衝的色輪。同步 脈衝的重要功能在於控制設備獲得關於色輪瞬時位置的信息並且由此具 有關於在哪個時刻出現顏色切換的信息。在同步脈衝與在換向設備輸出端上的直流源的極性的換向之間的同 步應如下地理解在控制設備中存儲要進行換向的時刻的序列。在每個同 步脈沖中，控制設^^對應於所存儲的時刻地啟動換向的序列。然而，這些 時刻並非是固定的，而是針對兩個同步脈衝的時間間隔被標準化。對於所 給定的色輪，即使色輪的轉速改變，由此換向也始終落在顏色切換上。根 據本發明的對換向的抑制並未涉及換向與同步脈衝之間的同步。所有未被 抑制的換向都與顏色切換在時間上重合。上面所談及的測量值優選是與燈電壓成比例的值。通常，針對燈電壓 說明了有效值。在方波驅動的情況下這簡單地為方波的幅度。當電極尖端 生長時，燈電壓下降。相應地預先給定了最小值。如果低於該最小值，則 意味著電極尖端對於可靠的工作而言過長。在此情況下，控制設備抑制 至少一個換向。由此，加熱至少一個電極並i^目應的電極尖端熔融，於是 燈電壓又升高。其它包含關於電極尖端長度的信息的測量值也是可能的。例如，可以 以光學方式測量弧長度。由於不僅可以考慮隨著變長的電極尖端而變小的 測量值而且可以考慮其中情況相反的測量值，所以當低於或者超過預先給 定的閾值時必須抑制換向。重要的是，當電極尖端變得過長時抑制換向。迄今為止僅僅確定的是，當電極尖端變得過長時，控制設備抑制至少 一個換向。對此並未言明將抑制多少個換向。對此的最簡單的默iU殳置是， 保持抑制直至測量值超過或者低於預先給定的閾值。所述的超過自然針對 其中超過表示過長的電極尖端的情況。在相反的情況下，例如在燈電壓作 為測量值時，只務欣於閾值，則換向被抑制。該解決方案的缺點是，在抑 制期間以直流電驅動燈，燈的極性是隨機的。也就是說，僅僅一個電極尖 端被熔融，這會導致燈中電極狀況的不對稱性。有利地，換向的抑制也可以在預先給定的DC時間上來進行。有利地， DC時間選擇為短到使得電極尖端的長度在DC時間結束之後還未降低到 所希望的值。於是，在DC時間結束之後重新開始一個DC時間，在該 DC時間中其他各電極尖端被熔融。代替DC時間也可以預先給定數目N，該數目預先給定了分別被控制 設備抑制的換向的數目。N在此優選選擇為使得在抑制N個換向之後相 應的電極尖端還未熔融到所希望的長度。在N個換向之後，進一步的數 目為N的換向被抑制，在這些換向中於是相應地熔融其他電極尖端。為了將熔融過程均勻地分布到兩個電極上，多個彼此相繼的換向的抑 制可以有利地通過取消抑制來中斷。由此，燈電流的極性切換並且其他各 電極尖端被熔融。被取消的抑制的數目自然不允許大到使得不再進行電極 尖端的熔融。在具有小的熱惰性的電極情況下，兩個彼此相繼的換向的抑制已經會 導致電極的過熱。於是有利的是僅僅抑制每第m個換向。由此可以對熔 融過程進行非常精確的控制。彼此相繼的換向的抑制僅僅導致了',為陽極的電極的熔融。被抑制 的換向的這種序列可以稱作DC階段，因為在換向被抑制的時間中DC電流流經燈。有利的是，在彼此相繼的DC階段t電極交替地形成陽極。由 此，電極被均勻地熔融。關於電極而交替的DC階段藉助存^i殳備來實現， 該存儲設備允許確定哪個電極在最後的DC階段中是陽極。於是在'M其 它電極為陽極時，開始隨後的DC階段。當然，DC階段也可以僅僅由被抑制的換向構成。通常的是，換向設備酴助由4個電子開關構成的全橋來實現。全橋由 直流源饋電並且燈在橋支路中。處於對角的開關同時被開關。由此，直流 源以交替的極性與燈耦合。換向由處於對角的開關的關斷和處於另一對角 的開關的接通構成。兩個並排的開關與直流源的負極耦合。另外兩個開關 與正極耦合。負極通常表現出電路裝置的參考電勢。與負^合的開關因 此大部分可亳無問題地被激勵。與正極耦合的開關稱作高電勢的開關 (hoch liegende Schalter)並且已知地僅能費事地激勵。為了激勵高電勢 的開關，需要電荷泵。該電荷泵僅在換向期間被供給能量。如果現在如本發明所提出的那樣抑制換向，則會發生的是，不再保證 高電勢的開關的激勵。有利的是，控制設備在此情況下不是抑制換向，而 是產生兩個快速彼此跟隨的換向。通過這些快速彼此跟隨的換向，電荷泵 又獲得能量並且確保了高電勢的開關的激勵。兩個換向必須快速地彼此跟 隨，使得電極尖端的熱惰性防止由於這兩個換向引起的溫度波動。實驗表 明，在30微秒之下的時間間隔的情況下，電極尖端的溫度近似保持恆定。


以下參照實施例更為詳細地闡述本發明。其中圖1示出了用於驅動高壓放電燈的電路裝置，圖2示出了沒有換向抑制的燈電流的時間變化曲線，圖3示出了帶有對稱的換向抑制的燈電流的時間變化曲線，圖4示出了帶有對稱的換向抑制的燈電流的時間變化曲線。
具體實施方式
圖1示出了用於驅動高壓放電燈的電路裝置，如其在拓樸結構上在現 有技術中已z〉開的那樣。電子開關S1、 S2、 S3和S4連接在直流源Q的 正極和負極之間的全橋電路中。直流源Q通常包括降壓轉換器(Buck-Converter), 該降壓變換器例如從電網電壓中提取其能量。在節點A1和 A2之間的橋支路中連接有燈EL。與燈EL串聯地連接有點燃變壓器 (Zuendtrafos )的線團L，點燃i殳備Z將用於點燃燈的電壓耦合輸入到 該點燃變壓器中。全橋電路形成了換向設備。全橋電路的高電勢和低電勢形成了該換向設備的輸入，該高電勢和低電勢與直流源Q的正極和負^Ut目連。節點A1 和A2之間的橋支路形成了換向設備的輸出。如果開關Sl和S4閉合，則燈電流從節點Al流向節點A2。在換向 之後，開關S3和S2閉合併且燈電流從節點A2流向A1。由此，在燈EL 中產生了方波電流。開關被控制設備C控制。控制設備C至開關的激勵線路以虛線繪出。 高電勢的開關Sl和S3需要電荷泵來激勵，該電荷泵可以一同包含在控制 i殳備C中並且並未示出。通過測量輸入端M將全橋的輸入電壓輸送給控制設備，該輸入電壓 對應於燈電壓。如果燈電壓低於預先給定的閾值，則控制設備C抑制至 少一個換向。在同步輸入端S上存在同步信號，該同步信號由並未示出的旋轉的色 輪的驅動裝置來提供。控制設備C和直流源Q之間的連接表明控制設備 C也可以用於調節燈電流。實際上，控制設備通常藉助微控制器來實現。測量輸入端和同步輸入 端通向^L控制器的模擬或者數字輸入端。微控制器通過已知的驅動電# 制電子開關，這些電子開關通常是MOSFET。本發明的大部分以^t控制 器的軟體來實現。在圖2中示出了在沒有進行換向抑制的情況下的燈電流的時間變化 曲線。換向用數字1至14來編號。剛好在換向之前，燈電流以脈沖形式 被提高。在此涉及用於減少閃爍現象的指^施，如例如在文獻WO 95/35645 中所描述的那樣。該措施與根據本發明的換向抑制無關。電流的方波變化 曲線的頻率通常在200Hz到5kHz之間。在圖3中可看到的是，換向3、 4和6、 7通過控制設備C來抑制。 對於換向5，控制設備C取消了抑制。由此，兩個電極的電極尖端被對稱 地熔融。與圖3相比，在圖4中附加地抑制了換向8。由此，兩個電極的電極 尖端不對稱地熔融。在被抑制的換向6、 7和8期間形成陽極的電極尖端 被更強地熔融。由此，電極中的不對稱性可以被均衡。由此也可以有針對 性地更強地熔融對閃爍現象影響更大的電極尖端。9
權利要求
1. 一種用於驅動放電燈的電路裝置，其中該電路裝置包括換向設備，該換向設備具有輸入端，該輸入端與直流源耦合；以及具有輸出端，該輸出端能夠與放電燈耦合，其中該換向設備設計為使得其將直流源與輸出端耦合併且直流源與輸出端耦合的極性能夠通過控制設備來換向，其中控制設備具有同步輸入端，並且使直流源的極性與施加在同步輸入端上的同步信號的同步脈衝同步地換向，其中控制設備具有測量輸入端，該測量輸入端與測量設備耦合，該測量設備被設計為提供測量值，該測量值是電極尖端的大小的尺度，其中控制設備的特徵在於，當測量值超過或者低於預先給定的閾值時，該控制設備抑制至少一個換向。
2. 根據權利要求1所述的電路裝置，其特徵在於，測量值為與放電 燈的燈電壓成比例的值，並且當測量值低於預先給定的閾值時，控制i殳備 抑制至少一個換向。
3. 根據權利要求1或者2所述的電路裝置，其特徵在於，如果測量 值超過或者低於預先給定的閾值，則控制設備抑制換向。
4. 根據權利要求1或者2所述的電路裝置，其特徵在於，如果測量 值超過預先給定的閾值，則控制設備在預先給定的直流時間期間抑制換 向。
5. 根據權利要求1或者2所述的電路裝置，其特徵在於，如果測量 值超過預先給定的閾值，則控制設備抑制預先給定的數目為N個的換向。
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的電路裝置，其特徵在於，控 制設^^取消對每第n個換向的抑制，其中n為大於2的自然數。
7. 根據權利要求1或者2所述的電路裝置，其特徵在於，如果測量 值超過預先給定的閾值，則控制設備抑制每第m個換向，其中m是預先 給定的自然數。
8. 根據上述權利要求中任一項所述的電路裝置，其特徵在於，控制 設備包括存>(^更備，該存^i殳備存儲在被抑制的換向的序列中哪個電極是 陽極，並且當',其它電極是陽極時才使得開始被抑制的換向的隨後的序 列。
9. 根據上述權利要求中任一項所述的電路裝置，其特徵在於，控制 設^(戈替對一個換向的抑制而實現兩個換向，所述兩個換向具有彼此最大 30微秒的時間間隔。
10. 根據上述權利要求中任一項所述的電路裝置，其特徵在於，控制 設備包括微控制器，其中控制設備的功能通過在微控制器中的軟體來確 定。
11. 一種計算;l^序產品，其特徵在於，該計算^序產品包括才艮據 權利要求10所述的軟體程序。
12. 根據上述權利要求中任一項所述的電路裝置，其特徵在於，放電 燈a高壓放電燈。
13. —種投影設備，其具有^^據上述權利要求中任一項所述的電路裝 置，其特徵在於包括色輪，該色輪設置並且設計為使得其將來自放電燈的 白色光轉換成具有至少三種不同顏色的光的時間序列，其中同步脈沖的時 刻被選擇為使得該時刻與色輪的轉動同步地出現。
14. 一種用於驅動放電燈的方法，具有如下步驟-提供測量設備，該測量設備被設計為提供測量值，該測量值為電極 尖端的大小的尺度，-將放電燈通過換向設4^合到直流源，畫藉助換向設備與同步信號的同步脈衝同步地使直流源的極性換向， -將測量值與閾值比較，-當測量值超過閾值時抑制直流源的極性的換向。
15. —種軟體程序，其特徵在於，該軟體程序控制電路裝置，使得運 行根據權利要求14的方法。
全文摘要
在高壓放電燈工作時，當出現電極尖端的過度形成時出現閃爍現象和燈電壓的降低。本發明有助於避免這些效應。在以方波電流驅動燈時，根據本發明抑制了換向，由此導致電極尖端的熔融。
文檔編號H05B41/292GK101536613SQ200680056316
公開日2009年9月16日 申請日期2006年12月13日 優先權日2006年12月13日
發明者亨寧·雷恩, 伯恩哈德·賴特爾, 克裡斯蒂安·布羅伊爾, 安德烈亞斯·胡貝爾, 馬丁·布呂克爾 申請人:奧斯蘭姆有限公司