CN101019470A - 在工作模式之间提供平稳转换的灯驱动器控制单元 - Google Patents

在工作模式之间提供平稳转换的灯驱动器控制单元 Download PDF

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Abstract

一种灯驱动器的控制单元，用来在各种工作模式中控制灯。在点燃模式中将流经灯的电流由第一初始值升高，优选地，线性升高到最大值。灯平稳启动并已在点燃模式中升温。导致更高的灯电压和提高的转换特性。通过改变下变换器的占空比以获得换向可以得到进一步提高。通过在预备模式中使振荡器维持运行在高频(＞100kHz)甚至可以进一步得到提高。

Description

在工作模式之间提供平稳转换的灯驱动器控制单元
技术领域
本发明涉及一种灯驱动器的控制单元，特别是用于超高性能(UHP)光源如包含于投影系统中的光源的灯驱动器的控制单元。本发明的控制单元对高压汞(HPM)或高强度放电(HID)灯是特别有用的。
背景技术
在现有设计中，功能是点然高压汞(HPM)灯，产生高电压。在灯点燃后，它通过有限的电流缓慢升温。当灯已达到满功率时，它转换到功率控制以保持灯功率恒定。为了实现这一目的，在设计中定义了许多模式。这些模式有：
1.空闲模式(灯关闭)。
2.校准模式(定义灯电流传感器电路的静态和动态零电流水平)。
3.点燃模式(灯被点然，产生大约5 kV的电压，恒定电流流过灯)。
4.预备(run-up)模式(灯电压因通过灯的有限电流而缓慢上升，下变换器(down-converter)以非常低的占空比转换)。
5.正常工作模式(在灯已达到一定电压后，进入功率控制算法)。
如果发出‘关灯’指令、如果检测到的灯电压太高或者如果检测到的灯电流太低，则再次进入空闲模式。
美国专利申请No.US 2003/0127993公开了一种高频电子镇流器。高频镇流器在气体放电灯的启动操作中建立气体放电灯的灯电流。在对应点燃模式的电极加热阶段，电压电平基本上维持恒定。在对应预备模式的电弧管(arc tube)加热阶段，电压升高以达到灯的工作电流水平。建立大于或等于预备电流水平的灯电流的工作电流水平。
这样做的缺点是下变换器的转换特性较差并且灯不能平稳预备。另一缺点是灯驱动器在不同工作模式之间的转换不平稳。
发明内容
本发明的目的是提供一种灯驱动器控制单元，其提供在灯驱动器的不同工作模式之间的平稳转换，特别是在点燃模式和上升模式之间。
本发明的另一目的是提供一种灯驱动器控制单元，其与现有灯驱动器相比改善了转换特性。
根据本发明的第一方面，上述及其它目的的实现是通过提供一种灯驱动器控制单元，其用于控制灯在至少点燃模式、预备模式和正常工作模式过程中的操作，该控制单元包括：
-在点燃模式中最初向灯提供预定初始电流值的装置，
-在点燃模式中随后将所提供的电流升高到预定的最大值的装置。
根据本发明的第二方面，上述及其它目的的实现是通过提供一种在至少点燃模式、预备模式和正常工作模式过程中控制灯驱动器的方法，该方法包括的步骤有：
-在点燃模式中最初向灯提供预定初始电流值，
-在点燃模式中随后将所提供的电流升高到预定的最大值。
由于事实上在点燃模式中升高所提供的电流，所以灯平稳地启动并且甚至已在点燃模式中升温以获得更高的灯电压。此外，改善了灯的转换特性。
灯的预定的起始电流值优选在0.1A到0.5A之间，这取决于灯的规格。
所提供电流的预定的最大值优选在3.5A到4.0A之间，这取决于灯的规格。最优选地，所提供电流的预定最大值大约为3.7A。
升高装置优选适于至少基本上线性地升高电流。这是一个优点，因为电子设备通常更平稳地转换到最终值。此外，可以提高灯的寿命。
灯驱动器可以包括下变换器和振荡器(alternator)。在该实施例中，控制单元还适于改变下变换器的占空比以实现电流换向。从而控制灯电流的幅度和流经灯的电流的方向。因此，在预备阶段获得更好的下变换器转换特性。
下变换器的占空比可以通过改变数模转换器(DAC)的输出来改变，从而将设定水平改变为正确的占空比。
在现有技术中，下变换器和振荡器在点燃阶段转换。振荡器在相对高频下转换，频率优选100kHz以上，以便产生点燃电压。当灯熄灭时，灯电流流过，这由下变换器控制。在点燃模式之后，振荡器通常由高频下降为相对低频，优选1kHz以下，并且灯驱动器将进入预备模式。因此，预备时灯电压通常较低。下变换器必须实现在其正常的频率范围之外的非常低和高的占空比以控制灯电流。通过改变下变换器的占空比以获得电流换向，解决了上述问题。优选地，以这样一种方式改变占空比，即下变换器的输出电压低于或高于在换向端呈现的平均电压。假定频率足够高，换向端的平均电压依赖于转换周期的占空比。
控制单元还可以适用于控制振荡器在预备模式中维持运行在高频(即优选100kHz以上)，并且当测得的灯电压等于预定值时使频率降低。
在现有灯驱动器中，振荡器只在高频运行一段特定的固定时间，即在点燃模式期间。根据本发明的实施例，在预备模式过程中维持高频。因此，频率的降低必须依据预备模式的结束，而不是依据特定的时间间隔。可以通过测量灯电压检测预备模式的结束。当灯电压达到预定值时，预备模式结束并进入正常工作模式。相应地下变换器端需要进行修正。这可以通过改变占空比以获得与下变换器的新输出电压相应的正确的灯电流来实现。该输出电压因换向端电压的改变和灯点燃时的齐纳特性而改变。
控制单元可以有利地在灯驱动器中实现，灯驱动器进而可以插入投影系统，投影系统还包括超高性能(UHP)光源。例如，UHP光源可以是高压汞(HPM)或高强度放电(HID)灯。可选地，灯驱动器可以在照明系统、光源或显示系统中实现，例如投影显示系统。包括所述灯驱动器的显示系统也可以用于直视LCD系统。可替换地或额外地，控制单元和/或灯驱动器可以用于任何其它适合的装置。
根据下文所述实施例本发明的这些和其它方面将得以阐明并变得明显。
附图说明
图1显示了根据本发明的灯驱动器的电路图。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的灯驱动器的电路图。电路的右侧用作下变换器1，电路的左侧用作振荡器2。
下变换器1包括第一电容器3、第二电容器4、电感线圈5、第一场效应晶体管(FET)6和第二FET 7。下变换器1的占空比确定了输出电流，即电感线圈5的电流。
振荡器2包括电容器8、电感线圈9、第一场效应晶体管(FET)10和第二FET 11。当第二振荡器-FET 11导通时，施加在灯上的电压为施加在电容器3上的电压。另一方面，当第一振荡器-FET 10导通时，灯电流改变方向，并且施加在灯上的电压为电源电压减去施加在电容器3上的电压。电路的右侧具有两个功能。它产生点燃电压以点燃灯，并且在点燃模式结束后它作为低频振荡器。电容器8和电感线圈9一起构成谐振电路。
根据本发明，点燃模式和预备模式是分别定义的。当进入点燃模式，选择下变换器1的初始值，当灯点燃时实现相对低的流经灯的电流。随后，在点燃模式阶段，灯电流升高，优选地线性升高到最大值。这保证了灯平稳启动并且甚至已在点燃模式中升温。此外，灯电压将因灯升温而更高。由于更高的灯电压，在电容器3中呈现更高的能量水平，从而防止下变换器1不进行转换并且防止灯熄灭。
在电路的点燃阶段，下变换器1和振荡器2进行转换。振荡器2在高频模式进行转换，优选频率大于100kHz，以便在电容器8上产生点燃电压。当灯熄灭时灯电流流过，这将由下变换器1控制。点燃模式之后振荡器2将其转换频率从高频降低到相对低频，优选低于1kHz，并且灯驱动器将进入预备模式。
然而在一个实施例中，振荡器2在点燃模式之后保持在相对高频转换。这具有换向端的中点大约为干线电压一半的作用。灯电流的换向可以通过改变下变换器1的占空比实现，方式是以电容器3上的电压低于或高于干线电压的一半。从而电流换向。这样的优点是进一步提高了在灯的预备阶段下变换器的转换特性。此外，在该实施例中下变换器1将总是在振荡器谐振电路8、9的振动频率之上转换。最后，在该实施例中不需要低次数转换装置。
换向端的高频转换必须根据预备模式的结束而结束。这一时刻可以通过测量灯电压检测到。当灯电压达到特定水平时，预备模式结束并且灯进入正常工作模式。灯电压可以很容易地通过从电容器3上的电压减去干线电压的一半测量得到。此外，下变换器1端需要通过调整参考电流Iref进行修正，参考电流在预备模式中施加于12处。这可以通过改变下变换器1的占空比实现，以便得到与新的输出电压相应的正确的灯电流。可以通过改变数模转换器(DAC)的输出改变占空比。
在原始情况中适用： δ = U la U i . 在新的情况中适用： δ = 1 / 2 + U la U i .
尽管已经结合优选实施例描述了本发明，但是并非要局限于这里给出的特定形式。相反，本发明的范围仅由所附权利要求限定。在权利要求中，术语包括没有排除其它元件或步骤的存在。另外，尽管在不同的权利要求中可能包含单独的特征，但是这些特征能够有利地结合，并且在不同权利要求中包含的内容并不意味着特征的结合是不可行和/或无利的。另外，单数引用并未排除复数。因此，所述“一”、“第一”、“第二”等的引用并未排除复数。此外，权利要求中的参考符号将不被解释为对范围的限制。

Claims (12)

1、一种灯驱动器控制单元，用于控制灯在至少点燃模式、预备模式和正常工作模式过程中的操作，该控制单元包括：
-在点燃模式中最初向灯提供预定初始电流值的装置，
-在点燃模式中随后将提供的电流升高到预定的最大值的装置。
2、根据权利要求1的控制单元，其中升高装置适周于至少基本线性地升高电流。
3、根据权利要求1的控制单元，其中灯驱动器包括下变换器和振荡器，控制单元还适用于改变下变换器的占空比以便获得电流换向。
4、根据权利要求3的控制单元，还用于控制振荡器以使其在预备模式阶段维持运行在高频，并且当测得的灯电压等于预定值时使频率降低。
5、一种灯驱动器，包括根据权利要求1的控制单元。
6、一种投影系统，包括超高性能(UHP)光源和根据权利要求5的灯驱动器。
7、一种照明系统，包括根据权利要求5的灯驱动器。
8、一种显示系统，包括根据权利要求5的灯驱动器。
9、一种根据权利要求8的显示系统，所述显示系统是投影显示系统。
10、一种直视LCD系统，包括根据权利要求8的显示系统。
11、一种光源，包括根据权利要求5的灯驱动器。
12、一种在至少点燃模式、预备模式和正常工作模式中控制灯驱动器的方法，该方法包括的步骤有：
-在点燃模式中最初向灯提供预定初始电流值，
-在点燃模式中随后将所提供的电流升高到预定的最大值。
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20070815