在超高頻下進行高壓放電燈中的顏色混合的製作方法
2023-06-06 02:17:01 1
專利名稱：在超高頻下進行高壓放電燈中的顏色混合的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於高亮度放電(HID)燈的電源，為了正確工作該燈需要經過調製的輸入信號。
背景技術：
當被既是交變的又以某種方式進行調製的輸入電流信號驅動時，有些類型的電子燈工作更加有效。這種燈的一種實例是用於室內或室外停車場和建築物一般性照明的高亮度氣體放電(HID)燈。這種燈的正確工作包括利用能使照明既穩定又具有一致顏色的信號來驅動燈。還期望這種燈對燈的方向不敏感，從而當燈垂直、水平或以某種其它位置放置時，都能夠產生具有一致顏色的穩定照明。
如美國專利6,184,633 B1中所公開的，由這種HID燈所產生光線的運行穩定性和一致性可以通過利用掃描頻率輸入信號驅動燈來改進，其中該信號是調幅的或者在掃描頻率範圍內按順序周期性交替變化的。特別地，輸入信號公開為包括與大約24.5Hz的恆定調幅頻率及.24的調製指數相結合或與掃描頻率周期性順序變化到大約12.3kHz相結合，在大約10ms掃描時間內從45到55kHz的電流頻率掃描。在′633 B1專利中，掃描頻率和調幅信號是分別產生的，然後結合在一起產生真正提供給HID燈的信號。調製頻率是作為常量預定並保持的。
通過在預定頻率範圍內的不同調幅頻率對HID燈電壓的順序、周期性測量，通常轉讓給本申請原始受讓人的美國專利申請09/620,357提供了確定最佳調製頻率和/或順序工作頻率的附加方法和裝置。一旦確定了合適的值，′357申請就利用′633 B1專利中所公開的方法和裝置產生輸入波形。
通常轉讓給本申請原始受讓人的美國專利申請09/916,953提供了一種操作適於將具有交流電流和電壓的輸入信號以向電力負載提供期望功率頻譜的方式提供給電力負載的電源的方法。該方法包括計算由輸入信號傳遞到電力負載的功率頻譜部分，及以所傳遞功率頻譜更接近期望功率頻譜的方式修改輸入信號。計算所傳遞功率頻譜部分的步驟可以包括監控輸入信號並對其電流和電壓求積分。該方法還可以包括存儲電源中期望功率頻譜的表示。
儘管上面所參考專利及申請的教義提供了HID燈顯著的性能改進，但其電源和控制方法的成本和複雜性卻有可能是行不通的。因此，真正需要的是一種提供現有技術操作優點但能夠以更直接方式產生的適於驅動HID燈的改進電源和方法。
發明內容
本發明提供了這樣一種改進的電源和方法，它通過利用在兩個超高頻(VHF)頻率之間交替的載波信號以約等於燈第二縱向頻率的調製比率驅動高亮度放電(HID)燈，並使該信號通過與載波頻率具有反向振幅關係的濾波器，以約等於燈第二縱向共振頻率的調製比率進行調幅產生與載波頻率變化呈反向關係的燈輸入信號，來產生一致顏色的穩定照明及對燈方向敏感性的降低。這兩個VHF頻率選自聲共振基本被抑制且燈工作穩定的頻率範圍。
以這種方式驅動燈導致一致顏色的穩定照明及對燈方向敏感性的降低，同時又不會增加現有技術電源中用於調製驅動燈信號振幅所需的附加電路。在根據本發明的電源中，這種調幅電路的消除降低了電源的複雜性和成本。
本發明的一種形式提供了一種通過向燈提供具有載波頻率的輸入波形來操作高亮度放電燈的方法，該載波頻率在第一載波頻率和高於第一載波頻率的第二載波頻率之間交替並由與載波頻率具有反向振幅關係的濾波電路進行濾波，從而提供以頻率為第一載波頻率的第一振幅和頻率為第二載波頻率且小於第一振幅的第二振幅之間的調製頻率進行調幅的輸入波形。該方法可以包括通過以約等於燈縱向共振頻率的調製頻率對載波頻率進行調製來以縱向共振頻率激發燈的縱向聲學模式。在高亮度放電燈具有第二縱向共振頻率的地方，調製頻率可以約等於燈的第二縱向共振頻率。
該方法可以包括確定燈的縱向共振頻率。該方法還可以包括確定使燈照明穩定的第一和第二載波頻率值，或由第一和第二載波頻率界定的值範圍。第一和第二載波頻率可以是VHF頻率。
本發明的另一種形式提供了一種操作高亮度放電燈的裝置。該裝置可以包括向燈提供具有載波頻率的輸入波形的裝置，其中該載波頻率以第一載波頻率和高於第一載波頻率的第二載波頻率之間的調製頻率交替，該裝置還包括與載波頻率具有反向振幅關係的濾波器，該濾波器可操作用於對輸入波形進行濾波以提供驅動燈的波形，其中該波形是以頻率為第一載波頻率的第一振幅和頻率為第二載波頻率且低於第一振幅的第二振幅之間的調製頻率進行調幅的。
在燈具有可以縱向共振頻率激發的縱向聲學模式的地方，調製頻率可以約等於燈的縱向共振頻率。在高亮度放電燈具有第二縱向共振頻率的地方，調製頻率可以約等於燈的第二縱向共振頻率。第一和第二載波頻率可以是使燈照明穩定的VHF頻率。
向燈提供輸入波形的裝置可以包括橋接電路及控制該橋接電路產生輸入信號的控制器。濾波器可以是簡單的LC電路，或者是作為頻率函數提供輸入信號增加的衰減的高階電路。
通過以下對代表性實施方案的詳細描述並聯繫附圖，本發明上述及其它特點和優點將變得更加顯而易見。詳細描述及附圖僅僅是為了說明本發明，而不是要對其進行限制，本發明的範圍由附加權利要求及其等價物來定義。
附圖簡述
圖1是根據本發明的代表性裝置的方框圖；圖2是衰減施加到濾波器的信號振幅的濾波器的振幅-頻率圖，其中信號振幅與施加到濾波器的信號頻率呈反向關係；及圖3說明了由根據本發明的裝置或方法提供的輸入波形中振幅與頻率的反向關係。
優選實施方案概述圖1示出了根據本發明的代表性裝置10，用於將輸入信號「A」提供給高亮度放電(HID)燈12。該輸入信號具有以約等於燈12第二縱向共振頻率的調製比率與輸入信號「A」載波頻率中的變化呈反向關係進行調幅的波形。
特別地，圖1中所描述的裝置10以用於驅動高亮度放電(HID)燈12的電源或鎮流器14的形式存在。電源14包括以預處理器16和網橋18形式存在以串聯電路關係連接的裝置，及可操作連接到網橋18用於接收功率輸入22並產生具有載波頻率的方波24的控制器20，其中該載波頻率以第一載波頻率F1和高於第一載波頻率F1的第二載波頻率F2之間的調製頻率34交替，如圖3中上面一條曲線所示。為了滿足本發明不同形式的需要，網橋18既可以是全橋也可以是半橋電路。
控制器20控制網橋18的載波頻率。由控制器20施加到網橋18以產生方波24的控制波形32的形狀在實現本發明中不是關鍵的，只要波形32在第一和第二載波頻率F1、F2之間以約等於燈12第二縱向共振頻率的調製比率34交替就可以。例如，由於方波或三角波都具有頻率為正弦波基頻的頻率成分，而對於實現本發明而言這些基頻成分才是重要的，因此控制波形32可以是頻率為調製頻率34的正弦波，但也可以是頻率為調製頻率34的方波或三角波。
方波24施加到濾波器/觸發器26形式的濾波器的輸入。濾波器/觸發器26包括產生濾波信號的LC濾波電路，如圖2所示，該信號與驅動燈12的輸入波形「A」中期望的載波頻率具有反向振幅關係。
圖2所描述的濾波器是一種具有通用結構的簡單LC濾波器，具有經過慎重選擇用於產生期望的第一和第二載波頻率F1、F2之間相對陡峭輸出特性曲線的元件，從而輸入波形「A」的振幅在頻率為第一載波頻率F1的第一振幅V1和頻率為第二載波頻率F2且低於第一振幅V1的第二振幅V2之間被衰減。如果在給定的第一和第二載波頻率F1、F2之間需要更多衰減，則輸出特性曲線的斜率可以通過使用高階濾波器來增加。
本領域技術人員應當認識到，具有上述特性曲線並在圖2中描述的濾波器經常用於通過提高工作頻率使螢光燈變暗。
此外，如上面所參考在此引入作為參考的通常轉讓專利和專利申請中詳細描述的，已知當這些燈稱為縱向聲共振模式的工作特性由用於驅動燈的輸入信號激發時，某些類型的HID燈可以改進的混色和對方向較小的敏感性工作。陶瓷HID金屬滷化物燈就呈現這種工作特性。一種已知的激發縱向模式的方法是對輸入信號的載波頻率以第二縱向模式頻率進行調幅。
通過控制網橋18的載波頻率以基本上等於HID燈12第二縱向模式頻率的調製頻率調製第一和第二載波頻率F1、F2之間的方波24，電源14的控制器20利用上述LC濾波器和HID燈的工作特性。當調頻方波信號24由濾波器/觸發器26進行濾波時，濾波器/觸發器26的反向衰減特性將為燈12產生以基本上等於HID燈12第二縱向模式頻率的頻率進行調幅的輸入信號「A」，導致燈12的輸出具有改進的顏色一致性和對燈方向的不敏感性。
還已知在此所述類型的HID燈中，引起燈照明和工作不穩定性的聲共振以較高頻率被抑止。通過選擇高到足以產生穩定照明的第一和第二載波頻率F1、F2，及以上述方式調製輸入信號「A」的振幅，本發明產生與燈方向無關的一致顏色的穩定照明。
實例對於一種代表性HID燈，已知在400kHz及更高的VHF頻率顯示穩定性能，並具有大約為24.5kHz的第二縱向模式，值450kHz和550kHz可以選擇用於第一和第二載波頻率F1、F2，值24.5kHz可以選擇用於調製頻率。控制波形32可以是24.5kHz的正弦波，但也可以是具有同樣頻率的方波和三角波，因為這種方波和三角波都具有該正弦波基頻的頻率成分。
控制器20操作網橋18產生方波24形式的載波波形，如上所述該方波24在等於450kHz和550kHz的第一和第二VHF載波頻率之間以24.5kHz的第二縱向模式頻率進行調頻。濾波器/觸發器26將調頻方波24轉換成以24.5kHz的第二縱向模式頻率進行調幅的調幅輸入波形「A」。濾波器/觸發器26的調幅實現與由網橋18產生的調頻方波24的反向關係在圖3中示意性地說明。濾波器/觸發器26還除去了高次諧波，從而輸入信號「A」的結果波形將是真正在等於450kHz和550kHz的第一和第二VHF載波頻率之間進行調頻，並以24.5kHz的調製頻率進行調幅的只有輕微失真的正弦波，而不是方波。
不管輸入波形「A」的實際形狀是什麼，燈12將響應輸入信號「A」以第二縱向模式頻率34進行的調幅，並且將產生燈12中與燈方向無關的一致顏色。因為燈12在選定的450kHz和550kHz載波頻率及在選定載波頻率之間進行調製時輸入波形「A」可能掃描通過的任何中間頻率都是穩定的，因此不管用於產生方波24的控制波形32的形狀是什麼，燈照明都將是穩定的。
本領域技術人員應當認識到，因為在特定頻率之上，依賴於給定的燈12的結構，高階聲共振被抑制，從而工作穩定，因此關於選擇調頻發生的載波頻率或載波頻率範圍，本發明提供了相當大的範圍。
通過慎重選擇第一和第二VHF載波頻率F1、F2，使選定VHF載波頻率之間的差值大於或小於用在上述實例中的值，或者通過使用高階濾波器，輸入波形「A」中調幅的量可以預定並控制，以獲得稱為調製指數的參數的期望值。調製指數是由以下等式計算的 對於在此所述類型的燈，預測在燈12的觸發和工作過程中，0至.27之間的調製指數是優選的。
本發明還採用了操作上述裝置的方法的形式。這種方法還包括確定使燈工作穩定的載波頻率值F1、F2。本方法還包括確定最佳調製頻率值34。通過對燈電壓測量實現的最佳調製頻率值34的確定可以利用圖1中虛線30所示的反饋迴路30檢測並將燈電壓送至控制器20在控制器20中執行。
儘管以上描述利用了本發明的特定代表性實施方案，但是在不背離本發明主旨和範圍的前提下還可以進行許多其它的變化和修改。本發明的範圍只能由附加的權利要求來限制，所有屬於其等價物內涵與範圍的變化都包含在其中。
權利要求
1.一種用於操作高亮度放電燈(12)的方法，該方法包括向燈(12)提供具有一種載波頻率的輸入波形「A」，該載波頻率以第一載波頻率(F1)和高於第一載波頻率(F1)的第二載波頻率(F2)之間的調製頻率交替，並由與載波頻率具有反向振幅關係的濾波電路(26)進行濾波，從而提供以頻率為第一載波頻率(F1)的第一振幅(V1)和頻率為第二載波頻率(F2)且低於第一振幅(V1)的第二振幅(V2)之間的調製頻率進行調幅的輸入波形。
2.如權利要求1所述的方法，包括激發燈(12)中的縱向聲學模式。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述燈(12)的縱向聲學模式以縱向共振頻率激發，且調製頻率約等於燈(12)的縱向共振頻率。
4.如權利要求3所述的方法，其中所述高亮度放電燈(12)具有第二縱向共振頻率，且調製頻率約等於燈(12)的第二縱向共振頻率。
5.如權利要求3所述的方法，包括確定燈(12)的縱向共振頻率。
6.如權利要求5所述的方法，包括監控燈電壓以確定燈(12)的縱向頻率。
7.如權利要求1所述的方法，其中第一和第二載波頻率(F1、F2)是在該頻率下燈照明關於聲學共振穩定的頻率。
8.如權利要求7所述的方法，包括確定所述第一和第二載波頻率(F1、F2)。
9.如權利要求1所述的方法，其中所述第一和第二載波頻率(F1、F2)在大約400kHz至600kHz之間，且所述調製頻率在大約20kHz至大約30kHz之間。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述輸入信號「A」的振幅具有0至0.27之間的調製指數。
11.一種用於操作高亮度放電燈(12)的裝置(10)，該裝置(10)包括用於向燈(12)提供具有一載波頻率的輸入波形的裝置(14)，該載波頻率以第一載波頻率(F1)和高於第一載波頻率(F1)的第二載波頻率(F2)之間的調製頻率交替；及與載波頻率具有反向振幅關係的濾波器(26)，可操作用於對輸入波形「A」進行濾波，從而提供以頻率為第一載波頻率(F1)的第一振幅(V1)和頻率為第二載波頻率(F2)且低於第一振幅的第二振幅(V2)之間的調製頻率進行調幅的輸入波形「A」。
12.如權利要求11所述的裝置(10)，其中所述燈(12)具有可以在縱向共振頻率激發的縱向聲學模式，且調製頻率約等於燈(12)的縱向共振頻率。
13.如權利要求12所述的裝置(10)，其中所述高亮度放電燈(12)具有第二縱向共振頻率，且調製頻率約等於燈(12)的第二縱向共振頻率。
14.如權利要求11所述的裝置(10)，其中所述第一和第二載波頻率(F1、F2)是使燈照明穩定的超高頻頻率。
15.如權利要求11所述的裝置(10)，其中所述第一和第二載波頻率(F1、F2)在大約400kHz到600kHz之間，且調製頻率在大約20kHz到30kHz之間。
16.如權利要求15所述的裝置(10)，其中所述輸入信號「A」的振幅具有0至0.27之間的調製指數。
17.如權利要求11所述的裝置(10)，其中向燈提供輸入信號的裝置(14)包括橋接電路(18)。
18.如權利要求17所述的裝置(10)，包括用於控制橋接電路(18)來產生輸入信號的控制器(20)。
19.如權利要求17所述的裝置(10)，其中橋接電路(18)是半橋電路。
20.如權利要求11所述的裝置(10)，其中所述濾波器(26)是LC濾波器。
21.如權利要求20所述的裝置(10)，其中所述濾波器(26)是高階濾波器。
全文摘要
通過利用在兩個VHF頻率之間以約等於燈第二縱向頻率的調製比率交替的載波信號驅動高亮度放電(HID)燈，並使該信號通過與載波頻率具有反向振幅關係的濾波器，以約等於燈第二縱向共振的調製比率進行調幅產生與載波頻率變化呈反向關係的燈輸入信號，實現了均勻顏色的穩定照明及對燈方向敏感性的降低。
文檔編號H05B41/292GK1600049SQ02824220
公開日2005年3月23日 申請日期2002年11月20日 優先權日2001年12月5日
發明者J·M·克拉梅 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司