驅動氣體放電燈的方法

2023-05-01 07:16:36 3

專利名稱：驅動氣體放電燈的方法
技術領域：
本發明描述了一種驅動氣體放電燈的方法和一種用於驅動氣體放電燈的驅動單兀。
背景技術：
在諸如HID(高強度放電)燈和UHP(超高壓)燈之類的氣體放電燈中，橫跨布置在 燈中的兩個電極之間的間隙的放電電弧生成強光部分。燈製造、填充氣體成分以及電極設 計中的進步已經導致短電弧和超短電弧放電燈的發展，其中電極的尖端在燈的放電室中分 開很短的距離，例如1毫米或更短，且橫跨這個間隔的電弧因此也短，但具有強的亮度。這 樣的燈對於要求亮的、接近白光的點源的應用(例如在圖像投影應用中)是有用的。然而，由於高電壓操作期間達到的高溫，這樣的燈的電極會經歷變化，即電極尖端 可能回燒(burn back)，或者「結構」可能生長在電極尖端上的一個或多個位置處，生長點是 電弧接到尖端的點。對電極的這樣的物理改變可以導致電弧亮度的波動，因為電弧會變得 更長或更短，導致燈的光輸出(通量)的波動。在圖像投影系統中，光通量的這樣的改變對 於用戶而言甚至是顯而易見的，這是明顯不期望的效果。因此，在投影應用中，穩定的電弧長度是最重要的。在新式投影儀中維持光通量最 終意味著在延長的時間內維持短的電弧長度。因此，在很多情況下，採用專用的燈驅動方案 以努力保持電弧長度。這些方案常常包括不同電流波形和操作頻率的複雜組合，被設計成 使得對電極尖端的改變在可能的場合得以避免，或者在電極上的結構生長和熔化以受控方 式進行，使得電弧長度可以穩定。取決於燈驅動方案的選擇，對電極表面的修整可以在短的 到很短的時間標度內見效。在任意一種驅動方案中，用某種燈電流波形在某一頻率驅動燈。電流波形可以包 括以某些時間間隔再現的脈衝，例如「抗擺動」脈衝，且這種波形在驅動方案的持續時間內 通常不發生變化。當例如通過改變電流波形或操作頻率來改變燈驅動方案的一種或多種參 數時，在某一時間點發生在驅動方案之間的轉換。例如，可以改變電流脈衝的振幅或寬度， 或者操作頻率可以突然增大或減小好多倍。該變化可以例如通過觀測到的燈的參數(例如 燈電壓)逼近某個閾值來觸發，或者在預定時間間隔期滿之後開始。操作氣體放電燈內的環境可以認為是不穩定或可變的，這主要是燈填充物的性質 以及高的操作溫度和電壓造成的。例如，即使在「穩定的」操作條件期間，燈電壓也會經歷 短暫而極大的波動。由於這個原因，通常以規則的時間間隔(例如每隔幾毫秒)測量諸如 燈電壓之類的燈參數，以及校正或調節燈驅動的任何決定(例如校正或調節驅動電流的決 定)通常是基於在閉合循環功率控制迴路中所觀測的輸入參數(例如燈電壓)的平均值或 均值。PID(比例-積分-微分)控制器給出了一個實例，PID控制器試圖響應於諸如燈電 壓值之類的輸入變量的改變而將燈功率維持在例如額定燈功率的某個目標水平處。燈功率 的調節相對緩慢地跟在燈驅動方案的突然變化之後。按此方式，例如燈電壓中的短時脈衝 波形幹擾或尖峰不對燈功率造成即刻的或直接的影響，但會被平均到總的值中。
如上所述，用於所述類型短電弧燈的先進驅動方法常常包括在公知的切換時間處 某些參數的突然改變。然而，諸如導致燈電壓增大的燈操作電流波形或操作頻率的突變之 類的突然變化可能引起燈的光輸出的波動。其原因在於，如上所述基於所觀測參數的平均 值或均值對燈驅動器的閉合循環功率控制在操作上有延遲。結果，燈功率會在一段時間內 超出其額定值或目標值，且該功率過衝可以作為所採集的光通量的增大而被觀察到。這樣 的燈的光通量的變化對於應用的用戶而言是可見的，且因此是不期望的。因此，本發明的目的是提供一種穩定上述類型氣體放電燈的光通量的簡單方式。

發明內容
為此，本發明描述了一種驅動氣體放電燈的方法，其中，在任意一個時間，根據多 個不同驅動方案之一驅動燈並根據多個不同功率控制策略之一控制燈功率，並且其中在觸 發事件之前根據第一驅動方案驅動燈，以及當發生觸發事件時，實現驅動方案轉換，使得隨 後根據第二驅動方案驅動燈，並且其中，在時間上取決於觸發事件地實現從第一功率控制 策略到第二功率控制策略的功率控制策略轉換，使得隨後在一時間間隔內根據第二功率控 制策略控制燈功率。在使用介紹中所述類型的要求通量不變的氣體放電燈的應用中，通常監測諸如燈 電壓之類的燈參數，以便識別其中燈電壓逼近低閾值或高閾值的情形，該情形指示例如電 極已經回燒。對這樣的情形做出反應而啟動驅動方案的電流波形或操作頻率的變化以糾正 該問題。這個變化發生的時刻「觸發事件」可以在它發生時記錄下來。但是，因為該變化是 燈驅動器自身啟動的，所以這個時刻也可以提前知曉且可以由燈驅動器預測。根據本發明 的方法有益地利用這個知識來在已知觸發事件附近一時間間隔內實現功率控制策略轉換， 因而將功率控制策略與驅動方案中的變化同步起來。功率控制策略轉換可以與觸發事件和 驅動方案轉換同時發生，或者甚至可以在觸發事件和驅動方案轉換之前發生。從一個功率控制策略切換到另一個的優點在於特別地針對作為驅動方案轉換的 結果而出現的條件調節燈功率的能力。替代應用相同類型的功率控制，例如具有相應延遲 的閉環功率控制，可以用如下方式控制燈功率，即特別地考慮可以在驅動方案轉換處發生 的突變，這將在下面詳述。用於驅動氣體放電燈的適當驅動單元包括用於檢測或預期觸發事件的事件管理 單元以及用於基於所述事件管理單元的輸出選擇將根據其驅動燈的多個不同驅動方案之 一的驅動方案管理單元。根據本發明的驅動單元還包括功率控制策略管理，其實現為在時 間上取決於觸發事件地選擇將根據其在一時間間隔內控制燈功率的多個不同功率控制策 略之一。從屬權利要求和隨後的描述特別公開了本發明的有益實施例和特徵。在用於氣體放電燈的現有技術的燈驅動器中採用的功率控制策略中，例如在圖像 投影應用中，由燈驅動器觀測的燈參數可以作為一時間間隔上的平均值來確定，和/或通 過計算與預定目標值的偏差來確定。這樣的計算需要在之前通常以規則的間隔(例如每隔 幾毫秒)獲得的測量值的組或集合。例如，可以通過獲得瞬時電壓值和前面的50個所測電 壓值或前面的100個所測電壓值的平均值來計算平均電壓值。如已在介紹中所述，以這種 方式計算平均值實現了所測燈參數中不相關隨機波動被平均或平滑。另外，當所觀測的參數與其目標的偏差大時，偏差測量允許更大的校正步驟。然而，在這樣的現有技術的驅動方 法中，某驅動方案因素的突然變化(例如操作頻率或燈電流的突然增加)並不由平均燈電 壓的相應變化直接反映。而是，平均燈電壓的調節落在後面，使得使用這樣的現有技術的功 率控制策略也不能如期望那樣快地校正燈功率。因此，在本發明的特別優選的實施例中，功率控制策略中的至少一個包括直接或 「快速」功率控制策略，並且當根據這樣的直接功率控制策略控制燈功率時，燈功率基本上 直接對瞬時燈電壓的變化做出反應。另外，功率控制策略中的至少一個是上述類型的間接 的或緩慢功率控制策略，例如PID功率控制策略。在本發明的這樣的特別有益的實施例中， 當根據直接功率控制策略控制燈功率時燈功率對燈電壓變化的反應比根據間接功率控制 策略控制燈功率時要快。在快速功率控制策略中，燈功率基本上直接對例如燈電壓的變化做出反應。替代 使用需要過去歷史值的平均電壓值或電壓均值，燈功率可以根據電功率公式(P = U · I，其 中P是功率，U是電壓，且I是電流)對瞬時電壓值做出反應。在根據本發明的方法中，快 速功率控制策略可以包括響應於最近觀測的電壓值簡單地校正燈電流。按此方式，要是作 為燈驅動方案變化的結果，燈電壓突然增大，那麼可以或多或少即刻地調節燈電流，使得燈 功率可以保持在基本不變的值。這個方法顯著減少了燈的採集光通量的波動。在使用較慢的間接或閉環功率控制策略的燈的「正常」操作期間，如已所述，燈的 電極經歷諸如回燒之類的改變。這些改變可以導致燈電壓的逐漸變化，例如燈電壓朝著高 閾值的穩定增大。觸發事件或驅動方案轉換在達到這樣的閾值(即必須做出校正以避免不 期望情形的時間點)時發生。因此，在本發明的優選實施例中，在時間上取決於觸發事件的 功率控制策略轉換優選地包括從間接功率控制策略到直接功率控制策略的轉換，使得燈功 率可以快速地適應於燈電壓或電流的任何引起的突然變化。直接功率控制策略例如基於瞬時的或最近觀測的燈參數，例如燈電壓，並因此不 適合於在燈的「正常」操作期間使用，在燈的「正常」操作期間，燈電壓的波動最優地被平均。 因此，直接功率控制策略優選地僅應用於有限的時間間隔，並且，在該時間間隔期滿之後， 燈功率的控制優選地回復至間接功率控制策略。如上面已經所述，驅動方案轉換可以包括諸如燈電壓之類的燈參數的突然變化。 因此，在本發明的另一實施例中，功率控制策略轉換基本上與驅動方案轉換同時發生，或者 與其同步發生。換言之，功率控制策略轉換響應於觸發事件而發生。因為驅動方案轉換是由燈驅動器啟動的，所以觸發事件發生的時間可以提前建 立。因此，在本發明的另一優選實施例中，功率控制策略轉換可以先取得或預期該觸發事 件，即功率控制策略轉換可以在觸發事件之前發生，例如比驅動方案轉換提前幾個毫秒。這 種類型的功率控制策略轉換可以在例如在燈驅動器的計數器已經達到預定值時發生的觸 發事件之前，這是因為燈驅動器可以容易地預見這種類型的觸發事件。以這種方式對功率 控制策略轉換計時的明顯優點在於，燈功率可以對與驅動方案轉換關聯的參數的任意變化 做出甚至更快的反應。在實現轉換之後，可以想像得到，可以使用「新」燈驅動方案和功率控制策略無限 期地驅動燈。然而，有利的是，例如在一時間間隔之後返回到初始的驅動方案或功率控制策 略。為此，可以在實驗室實驗中監測或觀測燈對從間接功率控制策略到直接功率控制策略的轉換的反應的變化過程。例如，可以確定的是，燈電壓在觸發事件和作為結果的燈電壓突 然增大之後的一時間間隔之後再次穩定。這個時間間隔可以記錄下來並用在針對商業用途 而製造的燈驅動器中。因此，在本發明一優選實施例中，燈功率的控制在預定的持續時間或 時間間隔期滿之後回復到間接功率控制策略。時間間隔可以作為值存儲在燈驅動器的存儲 器中，且合適的計數器可以計數例如在與觸發事件相同的時間處開始的流逝的時間，並當 計數器值已經達到預定值時指示功率控制策略應當回復至間接策略。可替換地，僅在燈的操作已在驅動方案轉換之後穩定時使功率控制回復至間接策 略，這會是有利的。因此，在本發明的另一優選實施例中，測量或觀測一種或多種燈參數 (例如燈電壓、燈電流)，或一種或多種計數器值，且時間間隔持續下去或維持下去，直到一 種或多種所觀測的燈參數滿足預定條件。通過保證功率控制僅在燈的操作已穩定時回復至 間接策略，可以獲得更加不變的光通量。根據本發明的驅動單元可以包括一個或多個燈參數觀測單元，例如現有技術的驅 動單元中採用的用於監測或觀測燈值或用於計數預定時間間隔的那些燈參數觀測單元。基 於預測或測量的參數做決定的單元，例如事件管理單元、驅動方案管理單元和功率控制策 略管理單元，可以包括硬體組件，例如合適的軟體模塊可以在其上運行的處理器晶片。根據本發明的驅動單元可以在包括氣體放電燈的合適現有技術的投影系統中實 現，從而可以使用如上所述的根據本發明的方法驅動燈。因此，可以花費相對少的努力獲得 提供具有基本不變通量的光輸出的高質量投影系統。顯然地，根據本發明的方法和驅動單 元可以應用於如所述地利用氣體放電燈並要求穩定電弧和不變光通量的任何應用。根據結合附圖考慮的下面的詳細描述，本發明的其他目的和特徵將變得清楚明 白。然而，應當理解，附圖設計成僅用於圖示的目的，而非作為發明限制的定義。


圖1顯示了由現有技術燈驅動器控制的驅動方案轉換之前和之後的燈電壓的曲 線圖；圖2顯示了響應於圖1的驅動方案轉換由現有技術燈驅動器控制的燈功率的曲線 圖；圖3a顯示了根據本發明的觸發事件、驅動方案轉換和功率控制策略轉換之間的 第一時間關係的示意表示；圖3b顯示了根據本發明的觸發事件、驅動方案轉換和功率控制策略轉換之間的 第二時間關係；圖3c顯示了根據本發明的觸發事件、驅動方案轉換和功率控制策略轉換之間的 第三時間關係；圖4顯示了由根據本發明的方法控制的燈功率的曲線圖；圖5顯示了根據本發明一個實施例的氣體放電燈和驅動單元；圖6顯示了對於使用根據本發明的燈驅動方法間歇操作的燈，作為時間函數的所 採集的光通量的曲線圖；圖7a顯示了對於使用根據本發明的燈驅動方法間歇操作的燈，作為電壓函數的 所採集的光通量的曲線圖7b顯示了在應用了附加的功率補償技術的情況下，對於使用根據本發明的燈 驅動方法間歇操作的燈，作為電壓函數的所採集的光通量的曲線圖；圖8顯示了針對圖7a和7b中觀測的不同操作模式的所採集的光通量的展寬的框 圖(box plot)。在附圖中，同樣的附圖標記通篇指示同樣的對象。圖中的對象不必按照比例繪製。
具體實施例方式圖1顯示了典型地用於現有技術燈驅動器的驅動方案的變化之後的氣體放電燈 燈電壓的曲線圖。這樣的驅動方案轉換可以在例如測量或觀測指示燈電流的頻率應該增大 以控制電極尖端形狀的變化時發生。在這個實例中，驅動方案轉換在時間tsw處發生並導致 燈電壓的突然增大。因為燈電壓的變化基本上由所述轉換「觸發」，時間tsw在下文中也稱為 「觸發事件」。圖2顯示了當使用現有技術燈驅動器時，圖1的驅動方案轉換對燈功率的影響。在 這樣的燈驅動器中，燈電壓在時間上被平均以對波動進行補償，並且該平均值被用作例如 PID控制技術的功率控制的閉環方法的輸入參數。在這樣的功率控制方法中，燈功率對燈電 壓變化的反應被延遲。在這幅圖中，可以清楚地看到，燈功率響應於觸發事件(燈電壓的突 然增大)而增大。這個實例示出132W燈的觀測值。在觸發事件之前，燈以近似132W的額 定功率操作。在觸發事件tsw之後，燈功率急劇增大，達到138W的頂值，然後又朝著額定功 率值逐漸減小。如上面所已經解釋的，急劇增大的原因是因為觸發事件tsw之前原來的較低 的電壓值也用於計算當前的燈功率。如曲線圖清楚示出的，延遲的反應導致燈功率在相當 長的持續時間內超過額定功率幾個瓦特。燈功率這種不期望的增大可以作為燈光輸出的增 大(即燈的採集通量的增大)而被觀測到，並且對於用戶而言是顯而易見的。圖3a顯示了使用根據本發明方法的觸發事件tsw、驅動方案轉換和功率控制策略 轉換之間的第一時間關係的示意表示。這裡，驅動方案轉換在燈驅動器從第一驅動方案DS1 變化到第二驅動方案DS2的時間tsw處發生。在觸發事件tsw之前，使用第一或「緩慢」功率 控制策略PCs控制燈功率，在功率控制策略PCs中，例如，燈電壓在時間上被平均以使不相關 的波動平坦，並且該平均燈電壓值用在功率控制策略中。根據本發明，可以預測或觀測觸發 事件tsw。在任何情況下，作為結果，實現了功率控制策略轉換，使得觸發事件tsw導致向第 二或「快速」功率控制策略PCf轉換，在功率控制策略PCf中，替代平均燈電壓值，燈電壓基 本上直接用於調節燈功率。這還可以是閉環功率控制策略，但是使用例如瞬時電壓值作為 觀測的輸入參數，而不是使用平均值，或者不是使用PID控制。在這個觸發事件tsw和功率 控制策略轉換之間的第一時間關係的實例中，「快速」功率控制策略PCf被應用一固定的時 間長度tf。這個時間間隔tf可以被提前確定，例如在針對那個特定類型燈的實驗測試中確 定。在圖3b中，示出了觸發事件tsw、驅動方案轉換和功率控制策略轉換之間的第二時 間關係的示意表示。同樣，驅動方案轉換在燈驅動器從第一驅動方案DS1變化到第二驅動 方案DS2的時間tsw處發生。然而，這個實例說明了當燈驅動器或驅動單元可以預見或預測 觸發事件tsw時給出的可能性。如已經解釋的，驅動單元可以包括監測諸如燈電壓之類的燈 參數並分析這些參數的變化過程的單元或模塊。使用以這個方式搜集的信息或數據，燈驅動器可以在某個時間處安排驅動方案轉換，並因此可以在實際觸發事件tsw之前調度功率 控制策略轉換。在該圖所示的實例中，使用第一或「緩慢」功率控制策略PCs控制燈功率直 到觸發事件tsw之前的時間間隔tp，然後應用「快速」功率控制策略PCf，並持續觸發事件tsw 之後的時間間隔tm，直到諸如燈電壓之類的被監測燈參數已經穩定到預定值。自然地，可以 在觸發事件tsw之後應用「快速」功率控制策略PCf達預定的持續時間，如上面使用圖3a所 述。這個異步的、有安排的切換原則的另一個實施例在圖3c中示出。這裡，在觸發事 件tsw處，功率控制策略首先從緩慢策略PCs切換到快速策略PCf。然後，在延遲tp或時間間 隔tp之後，實現從第一方案DS1到第二方案DS2的驅動方案轉換。功率控制策略在另一個 時間間隔tf或tm之後被切換回到緩慢策略PCS。在這個情況下，用於驅動方案的不同切換 事件和功率控制策略之間的實際時間關係與圖3b中所示出的相差不大。儘管為了清楚起見，圖3a、3b和3c限於僅示出兩個驅動方案和兩個功率控制策 略，但是清楚的是，可以使用根據本發明的方法實施不止兩種驅動方案和不止兩種功率控 制策略，且本發明不以任何方式受限於這個數字。燈功率對圖3a中解釋的驅動方案轉換的改進的反應在圖4中示出。在觸發事件 之後，「快速」功率控制策略允許燈功率控制或多或少立即地對燈電流或電壓的變化做出反 應。「快速」功率控制策略不使用過去觀測結果的集合來導出例如電壓的瞬時輸入值。而 是，可以使用最近測量的值來立即調節燈功率。換言之，驅動單元可以以最短的可能延遲來 對燈電流的變化做出響應。這與圖2中示出的現有技術的響應形成對比，在現有技術的響 應中，燈功率突然增大至充分高於額定功率水平的水平並花費相當長的時間下降回到額定 功率水平。圖5示出了根據本發明的氣體放電燈1和驅動單元4的一個實施例的框圖。驅動單元4通過連接器9與氣體放電燈1的電弧管3內部的電極2連接，並從能 夠供給DC電壓的外部電源8接收其功率。在這個示例性實施例中，驅動單元4包括降壓轉 換器24、換向(commutation)單元25、點火裝置32、電平變換器35、電壓測量單元14、電流 測量單元12和控制單元10。本實施例中的控制單元10被示為包括事件管理單元40、驅動 方案管理單元41和功率控制策略管理單元42。控制單元10的功能最終是控制降壓轉換器24、換向單元25和點火裝置32。基本 上，控制單元10指示燈電流的波形，並控制燈功率。為了確定燈功率的變化過程，控制單元 10監測由電壓測量單元14測量的燈電壓，在本實施例中，電壓測量單元14即為分壓器14。點火裝置32包括點火控制器31 (包括例如電容器、電阻器和火花隙)和點火變壓 器，點火變壓器使用兩個扼流圈33、34生成高電壓以點火氣體放電燈1。降壓轉換器24由可以供給例如380V的DC電壓的外部電源8饋電。降壓轉換器 24包括開關20、二極體21、電感器22和電容器23。控制單元10通過電平變換器35控制 開關20，並因此還控制氣體放電燈1中的電流水平。通過調節電平變換器35，控制單元10 因此調節提供至燈1的電功率。換向單元25包括控制四個開關27、28、29和30的開關控制器26。燈電流的波形 通過從控制單元10到開關控制器26的合適驅動器控制信號52來控制，驅動器控制信號52 指示燈電流應該換向的時刻。按此方式，例如，可以根據所應用的驅動方案的要求來調節燈電流的頻率。用於測量燈電壓的電壓測量單元14與電容器23並聯連接，並以分壓器的形式實 現，該分壓器具有向控制單元10供給合適信號51的兩個電阻器16、17。分壓器不供給實際 的燈電壓值，而是供給降低了的電壓值，該降低了的電壓值可以容易地在稍後階段在控制 單元10中校正以反映實際的燈電壓值。電容器15與電阻器17並聯連接，並用於減少所測 量的信號51中的高頻失真。代表燈1中電流的輸入信號50通過電流測量單元12供給控制單元10。電流測量 單元12可以例如以感應原理操作。為了實現根據所述方法的驅動方案轉換和功率控制策略轉換，控制單元10的實 現包括事件管理單元40、驅動方案管理單元41和功率控制策略管理單元42。這些單元40、 41、42每一個可以估計一個或多個所監測的燈電壓50、51。為了清楚起見，信號50、51和塊 40、41、42之間的連接未在圖中示出。在這個實施例實例中，事件管理單元40觀測由信號 51提供的燈電壓的測量值，並因此安排驅動方案轉換在某個時刻發生。事件管理單元40可 以採取這些步驟來穩定燈中的電弧長度，或者避免其中例如燈電壓跌落至不適宜的低電平 的情形。事件管理單元40向驅動方案管理單元41供給合適的控制信息410，這使得驅動方 案轉換在指定的時刻發生。驅動方案管理單元41可以訪問與驅動方案DSpDS2有關的控制 值，並根據信號410選擇合適值。事件管理單元40可以確定功率控制策略轉換是否應該與驅動方案轉換同步發 生，或者功率控制策略轉換是否應在驅動方案轉換之前。事件管理單元40可以被編程以做 出某個決定，或者這個決定可以基於所監測的燈參數50、51。如果功率控制策略轉換將在驅 動方案轉換之前，那麼事件管理單元40從存儲器43取回例如與時間偏移tp有關的值的信 息54。然後，在向驅動方案管理單元41供給控制信息410之前的時間間隔tp處，事件管理 單元40向功率控制策略管理單元42發出合適命令420，功率控制策略管理單元42於是導 致功率控制策略轉換。功率控制策略管理單元42可以訪問與驅動方案PCs、PCf相關的控制 值，並根據信號420選擇合適值。例如，在燈1的「正常」操作期間，事件管理單元40可以基於所觀測的燈值50、51 決定從第一驅動方案DS1到第二驅動方案DS2的轉換將在不久的將來的某個時間tsw處是必 需的，以及從緩慢功率控制策略PCs到快速功率控制策略PCf的轉換應該比驅動方案轉換提 前時間間隔tp。因此，事件管理單元40向功率控制策略管理單元42發出合適的命令420， 使得功率控制策略轉換在驅動方案轉換之前的適當時間發生，所述驅動方案轉換又由事件 管理單元40藉助於到驅動方案管理單元41的合適命令410啟動。隨後，事件管理單元40可以估計一個或多個燈參數50、51，並可以在燈參數已經 穩定於預定閾值時決定回復至緩慢功率控制策略PCS。這樣的閾值信息也可以存儲在事件 管理單元40的存儲器43中。將回復至緩慢功率控制策略PCs的決定作為合適命令420提 供給功率控制策略管理單元42。可替換地，事件管理單元40可以簡單地等待經過了由存儲器43中存儲的值給出 的預定時間間隔tf之後，向功率控制策略管理單元42發出合適命令420。以相似的方式，事件管理單元40確定驅動方案何時或是否應該回復至第一驅動 方案DS1，並向驅動方案管理單元41發出合適命令410。
圖示的具有單元40、41、42的控制單元10被理解為僅僅是示例性的，單元40、41、 42的任何合適的實現都適用。例如，功率控制策略管理單元42可以包括計算用在「緩慢」 或間接功率控制策略中的平均電壓或電壓均值的所需的必要單元或模塊。可以例如使用均 方根(RMS)算法來確定這樣的平均電壓值。可以按照需要分布單元40、41、42的功能。控 制單元10例如可以包括用於使用適當軟體算法執行本方法的一些功能的處理器，以及用 於存儲預定值或在應用方法期間計算的值的存儲器。單元40、41、42的其他功能可以使用 合適的硬體組件實現，這些硬體組件引入在一個或多個印刷電路板上或安裝其上。圖6示出了氣體放電燈的作為以小時測量的時間(t)的函數的採集光通量(用流 明(Im)表示)的曲線圖，該氣體放電燈是使用PCT/IB2007/052968中公開的燈驅動方法驅 動的，其中閉合循環功率補償迴路被用於在所需要的燈功率水平驅動燈。所需要的燈功率 可以使用針對燈電壓、燈內壓力等得到的測量結果來計算。例如，所需要的燈功率值Pk的 數學近似可以是燈電壓Ul的η階多項式函數，如下等式所述Pe(Ul) = Cn · Uli^cv1 · Ul^1+. · · +C2 · Ul^c1 · UL+c0其中η是正自然數，以及cn、(V1.....c2、C1, Ctl是取決於比如採集光束擴展
(etendue)、電極電壓降、採集光學器件的反射率、固有效能和目標光通量的參數的多項式 係數。可以使用本領域技術人員已知的常規技術來測量或預測這些參數。功率補償的準確 性取決於多項式函數的項數。在4個小時時間間隔的操作中獲得圖6的實驗值。在這段時間裡，每當需要時，燈 驅動器導致驅動方案間歇地在多個不同驅動方案(DSpDS2)之間切換，例如以便避免電極 過度回燒，或者避免燈電壓跌落得太低。曲線圖中，在所示操作間隔的第一小時和第三小時 期間的白正方形符號指示燈操作期間測量的光通量值，在所述燈操作期間，燈功率僅僅使 用已知的「緩慢」功率控制技術來控制，即通過使用從導數獲得的平均電壓值或電壓值來控 制。在所示的第二小時和第四小時操作間隔期間的黑點指示當使用根據本發明的方法驅動 燈時(即當功率控制策略從「緩慢」策略變化到更直接或「快速」策略達短暫的時間間隔時) 測量的光通量值，以快速地適應於驅動方案轉換期間的變化。當使用根據本發明的方法驅 動燈時，如從曲線圖中可以清楚看到的，所採集的燈的通量沒有像當僅使用緩慢功率控制 策略驅動燈時那種程度地波動。圖7a顯示了對於使用根據本發明的燈驅動方法間歇操作的燈，作為電壓(V)函數 的採集光通量(用流明(Im)表示)的曲線圖，其中使用在與上面圖6所示相似的實驗過程 中獲得的值，而沒有使用PCT/IB2007/052968中描述的功率補償技術。同樣，可以在整體穩 定的光通量值(黑點)和更加分散的值(白正方形)之間做出清楚的區分，所述整體穩定 的光通量值是在使用根據本發明的方法操作燈時獲得的，所述更加分散的值是在僅使用單 個緩慢功率控制策略操作燈時觀測到的。黑點被收集在曲線圖中的清晰區域上，其表明燈 的光輸出未顯而易見地波動，甚至在電壓增大時也是如此。與這些值形成對比，白正方形在 曲線圖中分布在更寬的區域上，其表明在僅僅使用「緩慢」功率控制策略時燈的光輸出經歷 大得多的波動。圖7b顯示了相似的曲線圖，在該曲線圖中，在實驗的持續時間內應用PCT/ IB2007/052968中描述的功率補償技術，在該實驗中使用根據本發明的燈驅動方法間歇地 操作燈。這次，這些值是針對圖6的曲線圖獲得的值。與圖7a比較，該圖演示了除了根據本發明的功率控制策略轉換之外，使用這個補充的功率補償可以獲得進一步的改進，因為 可以看到在使用根據本發明的方法在操作燈期間獲得的所測光通量值(黑點)甚至遵循一 條清晰的線。操作電壓的變化與燈的光輸出中明顯波動的關聯甚至減少。圖8顯示了針對圖7a和7b中觀測的不同操作模式的所採集的光通量的展寬的框 圖。在第一操作模式Ml中，僅使用基於燈電壓平均值的「緩慢」現有技術方法控制燈功率。 在第二操作模式M2中，「緩慢」功率控制增加了 PCT/IB2007/052968中公開的功率補償。在 第三操作模式M3中，使用根據本發明的方法驅動燈。最後，在第四模式M4中，使用根據本 發明的方法驅動燈，並根據PCT/IB2007/052968執行附加的功率補償。對於每個模式Ml、 M2、M3、M4示出了作為與平均值偏差的百分比的光通量的變化或展寬。如從曲線圖中可以 看到的，對於第三模式M3和第四模式M4獲得了最好的結果，即表現出最少偏差的結果。因 此，當與驅動氣體放電燈的現有技術方法(模式M1、M2)相比時，根據發明的方法在光通量 穩定方面提供了相當大的改進。儘管已經以優選實施例和其上的變化的形式公開了本發明，但是應當理解，可以 對其做出許多附加的修改和變化，而不背離本發明的範圍。例如，所描述的控制單元還可以 包括用於執行上面概述的以及在PCT/IB2007/052968中公開的功率補償的必需單元或模 塊。在另一個可能的實現中，每個燈驅動方案可以與其自身的功率控制策略相關聯，並且當 已知不同燈驅動方案導致不同程度的並在不同時間標度上的波動時是有益的。例如，當燈 驅動方案僅僅用於很短暫的持續時間時，這可以默認地附有快速功率控制策略。在又一個 變型中，例如當已知燈電壓的波動是瞬時的以及平均燈電流在這個暫時波動期間不應變化 時，驅動方案管理單元可以選擇一種用不變的電流驅動燈的驅動方案，並向開關控制器發 出合適的信號。為了清楚起見，應當理解，該申請通篇中「一」或「一個」的使用不排除多個，並且 「包括」不排除其他步驟或元件。「單元」或「模塊」可以包括多個單元或模塊，除非另外說明。附圖標記列表1氣體放電燈2 電極3電弧管4驅動單元8外部電源9連接器10控制單元12電流測量單元14電壓測量單元15電容器16電阻器17電阻器20 開關21 二極體
22電感器
23電容器
24降壓轉換器
25換向單元
26開關控制器
27開關
28開關
29開關
30開關
31點火控制器
32點火裝置
33扼流圈
34扼流圈
35電平變換器
40事件管理單元
41驅動方案管理單元
42功率控制策略管理單元
43存儲器
50燈電流信號
51燈電壓信號
52驅動器控制信號
53電平變換器控制信號
54信息信號
410控制信號
420控制信號
tsw觸發事件
乜時間間隔
tf預定時間間隔
tp預定時間間隔
DS1第一驅動方案
DS2第二驅動方案
PCs第一功率控制策略
PCf第二功率控制策略
Ml第一操作模式
M2第二操作模式
M3第三操作模式
M4第四操作模式
說 明 書10/10頁
1權利要求
一種驅動氣體放電燈(1)的方法，其中，在任何一個時間，根據多個不同驅動方案(DS1、DS2)之一驅動所述燈(1)，並根據多個不同功率控制策略(PCs、PCf)之一控制燈功率，並且其中在觸發事件(tsw)之前根據第一驅動方案(DS1)驅動所述燈(1)，且當發生所述觸發事件(tsw)時，實現驅動方案轉換，使得隨後根據第二驅動方案(DS2)驅動所述燈(1)，並且其中，在時間上取決於所述觸發事件(tsw)，實現從第一功率控制策略(PCs)到第二功率控制策略(PCf)的功率控制策略轉換，使得隨後在一時間間隔(tm，tf)內根據所述第二功率控制策略(PCf)控制燈功率。
2.根據權利要求1的方法，其中所述功率控制策略(PCS、PCf)中的至少一個包括直接 功率控制策略(PCf)，並且所述功率控制策略(PCs、PCf)中的至少一個是間接功率控制策略 (PCs)，以及當根據直接功率控制策略(PCf)控制燈功率時，燈功率對燈電壓變化的反應比 根據間接功率控制策略(PCs)控制燈功率時要快。
3.根據權利要求2的方法，其中在時間上取決於所述觸發事件(tsw)的功率控制策略 轉換包括從間接功率控制策略(PCs)到直接功率控制策略(PCf)的轉換。
4.根據權利要求3的方法，其中，在所述時間間隔(tm，tf)期滿之後，所述燈功率的控 制回復至所述間接功率控制策略(PCs)。
5.根據前述權利要求中任一項的方法，其中所述功率控制策略轉換與所述驅動方案轉 換同時發生。
6.根據前述權利要求中任一項的方法，其中所述功率控制策略轉換在所述驅動方案轉 換之前。
7.根據前述權利要求中任一項的方法，其中所述時間間隔(tf)持續預定的持續時間。
8.根據前述權利要求中任一項的方法，其中觀測一種或多種燈參數(50、51)，以及所 述時間間隔(tm)持續直到燈參數(50、51)滿足預定條件。
9.一種用於驅動氣體放電燈(1)的驅動單元(4)，其包括-用於檢測或預期觸發事件(tsw)的事件管理單元(40)；_用於基於所述事件管理單元(40)的輸出選擇將根據其驅動所述燈(1)的多個不同驅 動方案(DSpDS2)之一的驅動方案管理單元(41)；-以及功率控制策略管理單元(42)，該功率控制策略管理單元(42)實現為在時間上取 決於所述觸發事件(tsw)地選擇將根據其在一時間間隔(tm，tf)內控制燈功率的多個不同 功率控制策略(PCs、PCf)之一。
10.一種投影系統，其包括氣體放電燈(1)和根據權利要求9的用於驅動該氣體放電燈 ⑴的驅動單元⑷。
全文摘要
本發明描述驅動氣體放電燈(1)的方法，其中，在任何一個時間，根據多個不同驅動方案(DS1、DS2)之一驅動燈(1)，並根據多個不同功率控制策略(PCs、PCf)之一控制燈功率，並且其中在觸發事件(tsw)之前根據第一驅動方案(DS1)驅動燈(1)，以及當發生觸發事件(tsw)時，實現驅動方案轉換，使得隨後根據第二驅動方案(DS2)驅動燈(1)，並且其中，在時間上取決於觸發事件(tsw)地實現從第一功率控制策略(PCs)到第二功率控制策略(PCf)的功率控制策略轉換，使得隨後在一時間間隔(tm，tf)內根據第二功率控制策略(PCf)控制燈功率。本發明還描述用於驅動氣體放電燈(1)的驅動單元(4)，其包括用於檢測或預期觸發事件(tsw)的事件管理單元(40)；用於基於事件管理單元(40)的輸出選擇將根據其驅動燈(1)的多個不同驅動方案(DS1、DS2)之一的驅動方案管理單元(41)；以及功率控制策略管理單元(42)，該功率控制策略管理單元(42)實現為在時間上取決於觸發事件(tsw)地選擇將根據其在一時間間隔(tm，tf)內控制燈功率的多個不同功率控制策略(PCs、PCf)之一。
文檔編號H05B41/392GK101884252SQ200880118990
公開日2010年11月10日 申請日期2008年12月1日 優先權日2007年12月3日
發明者J·波爾曼雷特希 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司