用於驅動高壓放電燈的電路裝置和方法

2024-03-08 14:11:15

專利名稱：：用於驅動高壓放電燈的電路裝置和方法
技術領域：
：本發明涉及一種用於驅動高壓放電燈的、帶有電子鎮流器的電路裝置，該電子鎮流器被設計用於為高壓放電燈提供交流饋電信號，該交流饋電信號在時域中作為調製周期包括至少一個第一信號區段、至少一個第二信號區段和至少一個第三信號區段的連續的序列，這些信號區段與第一、第二和第三顏色關聯。此夕卜，本發明還涉及一種帶有相應的電路裝置的投影i殳備以及一種用於驅動高壓放電燈的相應的方法。
背景技術：
：高壓放電燈，如其例如作為視頻投影燈而使用的那樣，通常具有兩個類似的電極，這些電極通常杆狀地構建。在以交流電驅動這種高壓放電燈時，會出現非常有幹擾性的閃爍現象。這些閃爍現象由於光弧起始點在電極尖端處交替地跳躍而產生。這一情況由於電極功能以工作頻率頻繁地從陽;M目(正極性)切換到陰^目(負極性)而實現。光弧起始部的這種跳躍特別是影響了高壓放電燈在光學設備(例如投影設備、大屏幕電祝故映機(Beamern)、顯微鏡照明裝置)中的應用，並且甚至會導致應用中的不可用。在US5,608,294中針對高壓放電燈的低頻(50赫茲直到數百赫茲)的工作公開的是，將用於穩定光弧、即防止光弧起始點跳躍的矩形燈電流變化與短同步脈衝疊加。在此情況下，在半個周期的末尾處在隨後的換向之前短時提高電流。根據上述出版物，在換向之前的電流脈衝導致電極(主要是瞬時的陽極)上引導電流的光弧起始部位上的短時溫度升高。結果出現了材料積聚，即電極金屬鴒由於氣體循環過程離開卣化鎢沉澱到電極上，以及在電極上形成尖端，該尖端的形成非常有效地4t故電和光弧的起始部穩定。在WO03/098979Al中>^開了以未調製的大於3MHz的高頻信號來驅動高壓放電燈。通常，高壓放電燈從燃燒室中的聲學諧振以上的頻率起才可以實現成功的高頻驅動。該聲學諧振導致燃燒室中極強的流動，這些流動通常顯著地幹擾故電弧。然而，在該文獻中也存在通過合適的饋電電流衰減或者完全避免聲學諧振的解決方案。例如，參考DE102005028417.5以及DE1020050597637。然而，這種解決方案大部分非常昂貴。最後，參考DE19829600Al，該出版物涉及高壓放電燈的高頻驅動。其尤其是同樣涉及光弧起始部在電極尖端上跳躍的問題。該出版物基於現有技術提出了如下解決方案其中高壓放電燈以2kHz以下的頻率來驅動，該燈以高於800kHz、優選高於lMHz以及特別優選在2MHz到3MHz之間的頻率來驅動。在一個優選的改進方案中，工作頻率持續地以及以小於10kHz、優選在lkHz到2kHz之間的調製頻率跳躍式地擺動。儘管這可能對某種高壓放電燈是解決方案，然而該措施在由本發明的發明人所研究的高壓放電燈的情況下證明是無效的。在高壓放電燈的高頻工作情況下可靠地防止光弧的起始部在電極尖端上跳躍的基本的解決方案可以從與本申請相同申請人的在後公開的專利申請PCT/EP2006/068269中得到。該解決方案在於，電子鎮流器此外被設計為將交流饋電信號在幅度上進行調製。本申請針對這種高壓放電燈的一種優選的應用領域以術語DLP(數字光處理)公開了一種應用於視頻投影和背投電視的技術。該技術基於微小的鏡，這些鏡安裝在DMD晶片(數字微鏡設備)上。在此，鏡小於人類頭髮寬度的五分之一。這些鏡具有兩個穩定的最終狀態，在這些最終狀態之間，這些鏡在一個優選的實施形式中可以在16jis之內切換。移動通過靜電場的力作用引起。通it^DMD晶片上使各個微鏡傾斜，光被直接向光學系統反射或者向吸收器引導。通it^"鏡的脈寬調製的激勵，可以產生各個像素的不同亮度等級。具有1024x768的XGA圖像解析度的DMD晶片包含786,432個微小的鏡的布置。同時，可以得到具有高達2048x1080的解析度的DMD晶片，即大約兩百萬個鏡的DMD晶片。因為DMD晶片反射投影燈的白光，所以對於彩色圖像需要附加的步驟。在單晶片投影器的情況下，在光路中在DMD晶片之前連接有色輪，在該色輪上轉動基本色(通常為紅色、綠色和藍色，部分地也為其他顏色)的濾色器。為了實現白色中的更好的亮度值，還將白色添加到色輪中。電子設備藉助濾色器的位置來轉換被DMD反射的部分圖(Teilbild)。基於色輪的旋轉速度和人眼的i^，這些部分圖被相加為彩色的圖像印象。因為人與人的識別頻率不同，所以尤其是在第一模型的情況下有關於所謂的彩虹效應的報告，當觀察者感知到這些各個顏色時，出現該效應。因此，在另一步驟中輪的轉速被加倍並且在更新的模型中提高顏色區段的數目。這種投影設備的基本結構例如可以從US5,917,558中得到。所提及的US5,917,558的圖2示出了投影燈的不同的脈衝控制模式。如從所提及的圖中可以看出的那樣，其涉及低頻(NF)脈沖，其中在時域中一個調製周期包括多個信號區段的連續序列，這些信號區段與不同的顏色關聯。如果使用高壓放電燈作為投影燈，則在藉助這種脈衝序列驅動的情況下令人惋惜地出現已經提及的、不希望的效應光弧的起始部在電極尖端上跳躍。此外，在這種工作方式中儘管燈快速換向，仍然出現光通量的明顯擾動，並且由此導致在該時期中對光通量的失控。在目前的應用中必須克服該失控，其方式是將該時期置於消隱間隙(Ausblendluecken)中。此夕卜，根據現有技術的方式在光通量擾動之後表現出光通量的震蕩現象。在該時期中，由此光通量無法控制並且通常也無法使用。在目前的應用中，失控例如幹擾色彩平衡並且必須通過設備中費事的措施來補償。在US5,109,181、DE10018860Al以及US2006/0022613Al中可以找到其他的現有技術。
發明內容因此，本發明的任務是，改進開頭所提及的電路裝置或者開頭所提及的方法，使得可靠地防止光弧的起始部在電極尖端上的跳躍。該任務通過具有根據權利要求1的特徵的電路裝置或者通過具有權利要求19的特徵的方法來解決。此外，本發明提供了一種投影裝置，其具有才艮據本發明的電路裝置，在該投影裝置中相應地同樣不會出現所提及的不希望的效應。本發明所基於的認識是，當首先使用幅度調製的、具有至少500kHz的頻率的高頻信號作為交流饋電信號時，可以解決該任務。出於EMV的原因，優選選擇大約50MHz的頻率作為頻率範圍上限。此外，與各顏色關聯的信號區段的幅度應當彼此區分，使得出現在PCT/EP2006/068269中已經提及的效應。完全一般地說，這意味著，對於具有正幅度和/或負幅度的信號成分的包絡線，適用-包絡線的數值具有平均的幅度，7-第一信號區段和/或第二信號區段和/或第三信號區段具有至少一個時間區域，在所述時間區域中包絡線的數值比平均幅度大5%到100%，和/或在所述時間區域中包絡線的數值比平均幅度小5%到卯％。在根據本發明的方式中，可以對燈所發射的光通量執行無中斷的控制。該光通量控制以極小的延遲非常快地進行，並且可以具有光通量調製的高動態特性。由於對燈發射的光通量的極快的、無中斷的控制，沒有出現光通量間隙或者瞬態過程，這些過程在根據現有技術的運行中由於燈電流換向而幾乎不能避免。在本發明中，光通量控制可以非常筒單地通過所饋送的高頻電流的幅度的大小來進行。根據本發明的電路裝置能夠實現具有非常大的調製深度的極快的光通量控制。由此，可以實現調暗以;Sj調亮(Ueberhdlung)的高動態特性。除了例如跟蹤具有相應亮度的快速連續的圖像內容的能力之夕卜，在將顏色與各色輪部分中的不同燈亮度準確混合的情況下，這也具有重要意義。通過根據本發明的電路裝置給出的、沒有振蕩現象且沒有頻鐠反應的、在各色輪部分中的燈的精確調暗或調亮的可能性能夠實現對顏色的極為準確的混合。原則上通過構建為具有至少500kHz的頻率的幅度調製的高頻信號的交流饋電信號可以在高頻工作的情況下實現光弧的立即的(^射的、調製的射束被投影透鏡30聚焦到鏡32上並且朝向顯示屏34反射。在工作中，每個顏色順序地投影到光閥上，被光閥24藉助針對該顏色的特定視頻信息調製，並且投影到屏幕34上。顏色圖像如此快速地彼此跟隨，以使得眼睛將各圖像組合成為完整彩色圖像。關於色輪的位置的信息通過線路35提供給調節迴路38以及閥控制裝置26,該調節迴路38與用於確定高頻功率的實際值的裝置40—同結合為電路裝置36。此外，該電路裝置包括接口42，用戶通過該接口可設置用於測量高頻功率的裝置40的輸出信號的顏色的相關部分，其中高壓放電燈12例如按特定於區域的方式藉助該輸出信號來驅動。圖2示出了根據一個優選的實施例的圖1的調節迴路38的詳細視圖。其具有期望值設定裝置44，其將高頻功率的期望值Ps。u預先給差分裝置46，此外將高頻功率的實際值Pist輸送給該差分裝置。該差分裝置確定調節誤差AP，並且將該調節誤差輸送給調節部件48，該調節部件在此包括單元50，以便根據調節誤差AP確定調節量AU。塊50可以再現查找表(LookUpTable)或者根據公式的在AP和AU之間的關聯。調節量AU被輸送給調節段52，該調節段在其輸出端提供激勵高壓放電燈12的高頻信號。在此，調節段52包括VCO(壓控振蕩器)54。VCO54在其輸出端對應於在其輸入端上改變的電壓提供具有改變的頻率f的信號，該頻率被輸送給控制單元56，以便通過激勵開關Sl來產生如下信號，以該信號來激勵高壓放電燈12。高頻開關級(在該實施例中構建為開關減負的E等級開關級)除了控制裝置56之外還包括直流電壓源Udc、電感L&、二極體D1以及電容器C1。如對於本領域技術人員而言明顯的那樣，可以設計高頻開關級的其他構型，例如構建為減輕開關負擔的推挽式高頻開關級、減輕開關負擔的高頻半橋等等。此外，調節段52包括諧振的負載濾波器60,該濾波器在此被調諧，以便能夠實現ZVS(零電壓開關)運行。在調節段52的輸出端上通過已經提及的、用於確定高頻功率的實際值的裝置40提供高頻電壓U。和高頻電路I。給高壓放電燈12。用於確定高頻功率的實際值的裝置40的特別優選的例子在圖3、4和5中示出。圖3示出了用於確定高頻功率的實際值的裝置40的第一實施例。該實施形式在不考慮相位的情況下工作。高頻電路I。和高頻電壓U。分別無關地通過雙峰值整流轉化為直流電壓Udd(其與高頻電流1。成比例)和Udcu(其與高頻電壓Uo成比例)。如果高壓放電燈12(其為了清ft^見同樣被繪出)主要表現出歐姆特性，則這種用於確定功率和調節功率的方式完全足夠。其包括變壓器Trl，其為設計用於確定Udei的電路部分饋電。該電路部分包括電容器Cki、兩個二極體D4和D5以及另一電容器Ctpi。另一電路部分用於提供電壓Udeu,該電路部分在結構上具有與開始提及的電M元相同的構造。那裡所使用的器件的標記為Cku、D2、D3和Ctpu。圖4示出了用於測量高頻功率的實際值的裝置40的第二實施例。該裝置構建為橋混合電路(Brueckenmischerschaltung)，其與圖3的實施例不同，現在考慮高頻電流Io和高頻電壓Uo之間的相位。該裝置包括變壓器Tr2、兩個二極體D6、D7、三個電容器C2、C3、C印、電感Ltp和測量電阻Rm。在該裝置的輸出端上提供測量電壓Umdc,該測量電壓包括高頻電流I。和高頻電壓U。構成的數量積。由此，在高壓放電燈12的非歐姆性負載特性情況下也可以實現精確的功率調節。圖5示出了用於測量高頻功率的實際值的裝置40的第三實施例。該裝置實施為環形混合電路(Ringmischerschaltung)，並且與圖4的實施例一樣允許在考慮高頻電流和高頻電壓之間的相位的情況下確定高頻功率的實際值。該裝置能夠實現確定有效功率並且由此確定非歐姆性負載的功率調節。該裝置包括兩個變壓器Tr3、Tr4、四個二極體D8、D9、DIO、Dll、電容器Ctp、電感Ltp和測量電阻Rm。圖6示出了高頻電流Io的時間分布，高壓放電燈12被繢送以該電流。在此，正弦形的高頻振蕩在連續的包絡線E之間陰影地示出。在此，調製周期T為8.33ms(120Hz)。該周期持續地重複，並且不改變。為了提升光對比，每個調製周期T設置有三個短的擾動。如在所示的圖表的上邊緣所繪出的那樣，調製周期T具有三個時間上彼此相繼的信號區段Sal、Sa2、Sa3，它們與三種不同的顏色關聯，在該實施例中即顏色綠色、紅色和藍色。此外繪出了包絡線E的平均幅度M。如可以清楚地看到的那樣，該分布並不具有換向間隙。圖7示出了與圖6的高頻電流的時間分布關聯的光通量。此外，在圖7中繪出了平均光通量Mzl。考慮圖6和7的電流I。或光通量lL的時間分布，例如從A區域到C區域以及從B區域到D區域表現出強烈的功率振蕩。圖8示出了電流1。的時間分布的第二實施例，該分布在此由高頻信號和低頻信號組成。在此，高頻信號的包絡線E具有變化的幅度，該幅度與低頻信號的變化的幅度匹配，使得得到恆定的光通量L。在圖8的視圖中，信號分布的最上部的實線和信號分布的最下部的實線形成了包絡線E。注意到的是，低頻成分1^的時間分布在兩個相繼的周期中切換其符號。圖9示出了電流1。的時間分布的第三實施例，該電流在此如在圖8的實施例中已經闡述的那樣由高頻信號和低頻信號組成。在此，現在高頻信號的包絡線具有恆定的幅度，低頻信號具有變化的幅度。該幅度由粗體繪出的低頻信號Iot的分布組成，其上疊加有恆定幅度的高頻信號IHF。繪出的還有與三種顏色關聯的信號區段Sal、Sa2、Sa3。tableseeoriginaldocumentpage14上面的表格示出了在背投電視中的光調製的所實現的序列，該背投電視使用具有紅色、綠色、藍色、黃色、洋紅色、青色的六段色輪。如所提及的那樣，色輪具有不同顏色的六個區段，其中附加的狀態(例如"暗綠"或"暗黃")通過將高壓放電燈調暗來產生。頻率具有四個不同的循環，它們隨後通過色輪旋轉的數目來再現。該表說明了相對電流幅度、微秒為單位的持續時間、百分比(％)的相對持續時間以及相應的循環的旋轉的持續時間。工作高頻頻率為5.6MHz。權利要求1.一種用於驅動高壓放電燈(12)的電路裝置，其具有電子鎮流器，該電子鎮流器設計用於為高壓放電燈(12)提供交流饋電信號，該交流饋電信號在時域中作為調製周期(T)包括至少一個第一信號區段(Sa1)、至少一個第二信號區段(Sa2)和至少一個第三信號區段(Sa3)的連續的序列，這些信號區段與第一顏色、第二顏色和第三顏色關聯，其特徵在於，交流饋電信號是頻率(f)為至少500kHz的幅度調製的高頻信號(IHF)，其中對於具有正的和/或負的幅度的信號成分的包絡線(E)，適用-包絡線(E)的數值具有平均的幅度(M)，-第一信號區段(Sa1)和/或第二信號區段(Sa2)和/或第三信號區段(Sa3)具有至少一個時間區域，在所述至少一個時間區域中包絡線(E)的數值比平均幅度大5％到100％，和/或在所述至少一個時間區域中包絡線(E)的數值比平均幅度(M)小5％到90％。2.根據權利要求l所述的電路裝置，其特徵在於，交流饋電信號是對稱幅度調製的高頻信號(IHF)，其中正幅度的信號成分的包絡線(E)的數值等於負幅度的信號成分的包絡線(E)的數值。3.根據權利要求l所述的電路裝置，其特徵在於，交流饋電信號包括幅度變化的低頻信號(INF)和高頻信號(IHF)。4.根據權利要求3所述的電路裝置，其特徵在於，高頻信號(Ihf)的包絡線(E)具有恆定的幅度。5.根據權利要求3所述的電路裝置，其特徵在於，高頻信號(Iro)的包絡線(E)具有變化的幅度，其中該變化與低頻信號(INF)的幅度變化匹配。6.根據上述權利要求中的任一項所述的電路裝置，其特徵在於，信號區段(Sal;Sa2;Sa3)中的至少一個的包絡線(E)的數值包括跟隨有至少一個第二幅度範圍的第一幅度範圍，其中第二幅度的數值小於第一幅度的lt值。7.根據權利要求6所述的電路裝置，其特徵在於，第二幅度為第一幅度的50%至卯％，優選為67%。8.根據權利要求6或7所述的電路裝置，其特徵在於，還設計有第三幅度範圍，其中第二幅度為第一幅度的50%至卯％，優選為67%，而笫三幅度為第一幅度的2%至50%,優選為37%。9.根據上述權利要求中的任一項所述的電路裝置，其特徵在於，電子鎮流器包括調節迴路(38)，用於調節發送給高壓放電燈(12)的高頻功率。10.根據權利要求9所述的電路裝置，其特徵在於，調節迴路(38)包括-用於確定高頻功率的實際值(Pist)的裝置(40);-用於預先給定高頻功率的期望值(Ps。u)的期望值設定裝置(44)。11.根據權利要求10所述的電路裝置，其特徵在於，用於確定高頻功率的實際值(Pist)的裝置(40)包括環形混合器或者橋式混合器。12.根據權利要求10所述的電路裝置，其特徵在於，用於確定高頻功率的實際值的裝置(40)包括-用於確定發送給高壓放電燈(12)的高頻電流(Io)的裝置；-用於確定施加在高壓放電燈(12)上的高頻電壓(U。)的裝置；以及-用於特別是通過將高頻電流U)和高頻電壓(Uq)以模擬方式連接而根據高頻電流(Io)和高頻電壓(U。)確定高頻功率的實際值(Pist)的裝置(40)。13.根據權利要求12所述的電路裝置，其特徵在於，用於確定發送給高壓放電燈(12)的高頻電流(1。)的裝置(40)包括第一峰值整流器，而用於確定施加到高壓放電燈(12)上的高頻電壓(Uj的裝置包括第二峰值整流器。14.根據權利要求10至13中的任一項所述的電路裝置，其特徵在於，該電路裝置還包括頻率相關的、特別是諧振的負載網絡(60)，該負載網絡根據激勵的頻率(f)來提供高頻電流(1。)和高頻電壓(U。)給高壓放電燈(12)，其中調節迴路(38)還包括-調節部件(48)，用於才艮據高頻功率的期望值(Ps。u)和實際值(Pist)之間的差來確定激勵負載網絡(60)的頻率(f)的變化。15.根據權利要求10至14中的任一項所述的電路裝置，其特徵在於，調節迴路(38)被設計為按顏色特定的方式、即對於至少第一顏色、第二顏色和第三顏色分離地進行調節。16.根據權利要求15所述的電路裝置，其特徵在於，期望值設定裝置(44)被設計為在時間上對應於當前顏色而使要為調節迴路(38)預先給定的期望值(Ps。u)變化。17.根據權利要求10至16中的任一項所述的電路裝置，其特徵在於，期望值設定裝置(44)具有接口(42)，特別是用戶能夠通過該接口改變至少一個期望值(Ps。u)。18.—種投影裝置(IO),其具有根據上述權利要求中的任一項所述的電路裝置。19.一種用於藉助電路裝置驅動高壓放電燈(12)的方法，其特徵在於以下步驟藉助交流饋電信號來激勵高壓放電燈(12)，該饋電信號在時域中作為調製周期(T)包括至少一個第一信號區段(Sal)、至少一個第二信號區段(Sa2)和至少一個第三信號區段(Sa3)的連續的序列，這些信號區段與第一顏色、第二顏色和第三顏色關聯，其中交流饋電信號是頻率(f)為至少500kHz的幅度調製的高頻信號(IHF),其中對於具有正的和/或負的幅度的信號成分的包絡線(E),適用-包絡線(E)的數值具有平均的幅度；-第一信號區段(Sal)和/或第二信號區段(Sa2)和/或第三信號區段(Sa3)具有至少一個時間區域，在所述至少一個時間區域中包絡線(E)的lt值比平均幅度大5。/。到100%,和/或在所述至少一個時間區域中包絡線(E)的lt值比平均幅度(M)小5%到90%。全文摘要本發明涉及一種用於驅動高壓放電燈(12)的電路裝置，其具有電子鎮流器，該電子鎮流器設計用於為高壓放電燈(12)提供交流饋電信號，該交流饋電信號在時域中作為調製周期(T)包括至少一個第一信號區段(Sa1)、至少一個第二信號區段(Sa2)和至少一個第三信號區段(Sa3)的連續的序列，這些信號區段與第一顏色、第二顏色和第三顏色關聯，其中交流饋電信號是頻率(f)為至少500kHz的幅度調製的高頻信號(IHF)，其中對於具有正的和/或負的幅度的信號成分的包絡線(E)，適用包絡線(E)的數值具有平均的幅度(M)，第一信號區段(Sa1)和/或第二信號區段(Sa2)和/或第三信號區段(Sa3)具有至少一個時間區域，在所述至少一個時間區域中包絡線(E)的數值比平均幅度大5％到100％，和/或在所述至少一個時間區域中包絡線(E)的數值比平均幅度(M)小5％到90％。此外，本發明還涉及一種具有相應的電路裝置的投影裝置以及一種用於驅動高壓放電燈的相應的方法。文檔編號H05B41/288GK101554096SQ200680056434公開日2009年10月7日申請日期2006年12月18日優先權日2006年12月18日發明者安德烈亞斯·胡貝爾,布克哈德·烏爾裡克,西蒙·蘭克斯,馬丁·洪斯貝格-裡德爾申請人:奧斯蘭姆有限公司