CN101385400A - 用于驱动气体放电灯的方法和驱动单元 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于驱动气体放电灯(1)的方法，其中向所述气体放电灯(1)施加交流电压(U)，该交流电压(U)在第一时间间隔(tf1，ts1)期间具有第一极性，并且在第二时间间隔(tf2，ts2)期间具有与该第一极性相反的第二极性。在该方法中，在第一操作模式下交替地重复所述第一时间间隔(tf1)和第二时间间隔(tf2)。在第二操作模式下，被提供给所述气体放电灯(1)的电功率(P)与第一操作模式相比较小，并且交替地重复所述第一时间间隔(ts1)和第二时间间隔(ts2)，其中在该第二操作模式下，第一时间间隔(ts1)的持续时间至少是第二时间间隔(ts2)的持续时间的倍数。此外，本发明描述了一种用于驱动气体放电灯(1)的适当的驱动单元(4)，并且还描述了一种图像呈现系统(特别是投影仪系统)，其包括气体放电灯(1)和所述驱动单元(4)。

Description

用于驱动气体放电灯的方法和驱动单元
技术领域
本发明涉及一种用于驱动(特别是调暗)气体放电灯(特别是高压气体放电灯)的方法。此外，本发明还涉及一种用于驱动气体放电灯的驱动单元。此外，本发明还涉及一种包括气体放电灯和所述驱动单元的图像呈现系统(特别是投影仪系统)。
背景技术
气体放电灯(比如汞蒸汽放电灯)包括由能够经受住高温的材料(比如石英)制成的灯泡。由钨制成的电极从相对两侧突入该灯泡中。所述灯泡也被称作“电弧管”，其所包含的填充物由一种或多种稀有气体构成，而在汞蒸汽放电灯的情况下则主要由汞构成。通过在所述电极上施加高点火电压，在所述电极的尖端之间生成等离子电弧。
在建立了所述等离子电弧之后，可以施加低于所述点火电压的电压以保持所述等离子电弧。在点火之后的时间周期内，灯驱动单元通常控制电流，从而把特定电功率电平提供给所述气体放电灯。一般来说，被提供给所述气体放电灯的电压(或电流)可以是直流类型电压(“DC类型”)或者交流类型电压(“AC类型”)。如果将使用DC类型电压，则其中一个所述电极将承受比另一个电极更大的压力，从而其损耗的速率要快得多。结果，出于可靠性的目的，使用DC类型电压将要求其中一个电极比另一个电极大得多。因此，在实践中常见的做法是利用AC类型电压来操作气体放电灯，从而确保两个电极均匀地承受压力。典型的灯驱动单元包括换向单元(例如所谓的全桥电路)，其被用来对施加到所述气体放电灯的电压的极性进行切换，以便实现所述电极的优选的均匀损耗。
针对气体放电灯的点火存在多种方法。在使用传统的方法时，把超过20kV的高压电涌施加到所述电极。一些新的方法利用低于或等于5kV的点火电压和附加的“天线”来工作，所述“天线”用来降低所需的电压。
所有这些方法都面临以下问题:用户在不经意地熄灭所述灯之后必须等待相当长的时间(长达几分钟)才能再次接通该灯。这是因为所述灯在被接通时变得非常热，并且所述电弧管内的压力显著提高。所述电弧管内的压力越高，所需要的点火电压就越高。因此，所述灯在熄灭之后必须冷却，直到所述压力达到这样一个值，在该值下可以利用通常的点火电压电平重新点燃该灯。
为了尝试解决上述问题，JP 2004/319193 A描述了这样一种方法，其中首先把投影仪系统的灯带到一个较低功率电平，随后在该功率电平下驱动该灯，直到该灯冷却到可以在关断之后相对迅速地重新点燃该灯的程度。在其中所述灯操作在所述较低功率电平下的过渡阶段期间，所述投影仪系统确保其屏幕被带到其中不会投影图像的状态。如果在该过渡阶段内所述灯被再次接通，则可以重新激活所述屏幕并且可以快速提高所述灯功率。从用户的观点来看，就好像所述灯被立即再次接通一样。但是在最终关断所述灯之后能够重新点燃该灯的时间延迟取决于在所述过渡阶段内驱动该灯的功率，这是因为在特定功率下，在所述电弧管中出现特定温度平衡，从而出现特定压力平衡。此外，与通常的灯的情况一样，所述重新点火时间取决于所述点火电压的电平。为了能够以尽可能低的点火电压重新点燃所述灯，有利的是在所述过渡阶段期间把所述操作功率保持在尽可能低的电平下。
但是，在利用AC类型电压操作所述气体放电灯时不能无限地降低所述灯操作功率。在特定功率电平以下，所述等离子电弧变得非常不稳定，并且可能在所述电压的极性改变时熄灭，或者在所述电压的电平改变之后很快熄灭。在US 2005/0162103 A1中描述了针对该问题的一种解决方案，其中在被提供给所述气体放电灯的电流下降到特定阈值以下时切换到DC类型电压。在该低功率DC类型操作中，与所述AC类型操作相比可以获得所述等离子电弧的更好的稳定性。上面提到的不均匀损耗在这里并不重要，这是因为仅仅把相对较小的电流施加到所述电极。
不幸的是，许多驱动单元无法为所述气体放电灯提供DC类型电压。例如，在用于提供AC类型电压的典型的驱动单元内，使用半导体设备来实现所述换向单元，特别对于上面提到的全桥电路尤其如此。为了给所述半导体设备的控制输入端提供足够高的电压，通常使用一种专用的电路技术。由此，当所述全桥电路把所述两种极性当中的一种极性的电压提供给所述气体放电灯时，电荷被存储在一个所谓的“自举电容器”上。如果该电桥随后切换到另一极性，则存储在所述自举电容器上的电荷会充当存储库，以便把足够高的电压提供给所述全桥电路内的至少其中一个半导体设备的控制输入端。然而由于寄生效应(比如所述换向单元内的泄露电流)，存储在所述自举电容器上的电荷会随着时间减少。因此，这种灯驱动单元无法操作在DC类型模式下，这是因为存储在所述自举电容器上的电荷在某一时间将变得过少，从而导致所述换向单元的故障。当然，一种可能的解决方案可以是提供第二灯驱动单元，其能够在低功率操作模式期间向所述气体放电灯施加DC类型电压。但是由于必须提供两个驱动单元，因此这样做法导致提高了实现成本。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于驱动气体放电灯的方法和驱动单元，其中可以通过提供交流电压把所述灯操作在降低的功率电平下，同时确保放电过程的稳定性。
为此目的，本发明提供一种用于驱动气体放电灯的方法，其中向所述气体放电灯施加交流电压，该交流电压在第一时间间隔期间具有第一极性，并且在第二时间间隔期间具有与该第一极性相反的第二极性。所述方法提供两种操作模式。在第一操作模式下，交替地重复所述第一时间间隔和第二时间间隔。在第二操作模式下(即“调暗模式”)，被提供给所述气体放电灯的电功率与第一操作模式相比较小。此外同样交替地重复所述第一时间间隔和第二时间间隔。但是根据本发明，在该第二操作模式下，第一时间间隔的持续时间至少是第二时间间隔的持续时间的倍数。
利用该方法，可以在相对较低的功率电平下操作所述气体放电灯，其中不存在该灯由于气体放电过程不稳定而熄灭的风险。特别地，与利用具有类似持续时间的第一和第二时间间隔来操作所述灯的情况相比，可以实现低得多的功率电平。这些功率电平与在提供DC类型电压时所能实现的功率电平相当。但是取代为AC和DC类型操作提供分开的驱动单元，可以使用单一AC类型灯驱动单元。此外，本发明可以允许把现有的AC类型驱动单元应用于可靠的低功率操作，在许多情况下甚至不需要专门的硬件修改。
用于驱动气体放电灯的相应的驱动单元包括换向单元和控制单元。所述换向单元向所述气体放电灯施加交流电压，该交流电压在第一时间间隔期间具有第一极性，并且在第二时间间隔期间具有与第一极性相反的第二极性。所述控制单元控制所述换向单元，从而使得:在第一操作模式期间，交替地重复所述第一时间间隔和第二时间间隔；在第二操作模式期间，被提供给所述气体放电灯的电功率与第一操作模式相比较小并且交替地重复所述第一时间间隔和第二时间间隔，其中，第一时间间隔的持续时间至少是第二时间间隔的持续时间的倍数。
各从属权利要求和后续描述公开了本发明的特定有利实施例和特征。
在使用如上所述的典型的驱动单元时，在所述第二操作模式期间的第二时间间隔的持续时间必须长到足以保证在所施加电压的极性反转之前对所述自举电容器充足地充电。但是与此同时，对于高压气体放电灯的实验表明，在所述第二时间间隔期间，在一定冷却时间之后，在所述气体放电灯的电极之间只有很小的电流流动或者没有电流。这可以由以下事实来解释:在所述第二操作模式期间，所述灯的其中一个电极比另一个电极冷却得更多。因此，当所述电极当中较冷的那一个作为阳极操作时所述气体放电灯在所述第二时间间隔期间将不会导通太多电流，这是因为该电极由于其相对较低的温度而不能发射更多数目的电子。如果所述第二时间间隔的持续时间超出特定值，则所述等离子电弧的形成就变得不稳定。换句话说，如果所述第二时间间隔相对于第一时间间隔太长，则所述气体放电灯在第二操作模式期间熄灭的概率就会变高。因此，对于所述第二操作模式期间的第一时间间隔的持续时间与第二时间间隔的持续时间之间的比值将有优选的范围，该范围最适于根据本发明操作气体放电灯。该范围取决于所述气体放电灯的属性的特定范围，比如电极的尺寸、灯的标称额定电功率或者在所述电弧管内使用的稀有气体的成分。在本发明的一个优选实施例中，当在所述第二操作模式下操作所述灯时，第一时间间隔的持续时间至少比第二时间间隔的持续时间大近似40倍，优选地至少大近似100倍，最优选地至少大近似200倍。
在本发明的另一个优选实施例中，在所述第一操作模式期间，第一时间间隔的持续时间的量值与第二时间间隔的持续时间相同。气体放电灯常常是基于以下假设设计的:当所述灯接近于或者正处在其标称电功率电平下操作时，所述第一时间间隔的持续时间与第二时间间隔的持续时间具有类似的值。由此避免了电极的不均匀损耗。
此外，当接近于或者正处在其标称额定电功率下操作气体放电灯时，通常为所述灯提供具有40Hz到10kHz的频率的交流电压。随后将在所述第一操作模式期间应用该频率范围。在本发明的一个优选实施例中，被施加到所述气体放电灯的电压的频率与在所述第一操作模式期间所使用的频率类似或者甚至完全相同，因此也与在接近于或者正处在其标称额定电功率下操作所述气体放电灯时所施加的频率类似或完全相同。在本发明的另一个优选实施例中，在所述第二操作模式期间的所述交流电压的频率比第一操作模式期间的所述交流电压的频率低很多。从而当在本发明的第二操作模式下操作所述灯时可以提高所述等离子电弧的稳定性，特别是在为所述灯提供非常低的电功率电平的情况下尤其如此。优选地，在所述第二操作模式期间的所述交流电压的频率等于所述标称操作频率，或者等于或小于100Hz，优选地是处在0.1Hz到90Hz之间，最优选地是处在0.5Hz到60Hz之间。
在本发明的另一个优选实施例中，在所述第二操作模式期间的第二时间间隔的持续时间小于10ms，优选地小于1ms，最优选地小于0.1ms。通过限制该第二时间间隔的持续时间，可以在所述第二操作模式下操作所述灯时防止所述等离子电弧变得不稳定。同样地，所述第二时间间隔的持续时间的优选范围取决于气体放电灯的具体属性，并且还取决于在所述第二操作模式期间作为目标的功率电平。一般来说，较短的时间的性能更好，于是其仅仅受到所述灯驱动单元的能力的限制。
根据本发明，在所述第二操作模式下被提供给所述气体放电灯的电功率与第一操作模式相比较低。在从第一操作模式切换到第二操作模式时的电功率降低可以按照几种方式来实施。一种优选的方法要求恰好在从第一操作模式到第二操作模式的过渡之前或者在所述过渡期间降低被提供给所述气体放电灯的电功率。在典型的驱动单元中，通过调节被提供给所述气体放电灯的电流来调节被提供给所述气体放电灯的电功率。结果，根据所述方法，将通过恰好在从第一操作模式到第二操作模式的过渡之前或者在所述过渡期间减小被提供给所述灯的电流来实现在从第一操作模式切换到第二操作模式时的功率降低。
在根据本发明的一种特别优选的方法中，分多个步骤执行所述降低。该方法可以提高在从所述第一操作模式切换到第二操作模式时的放电或等离子电弧的稳定性。由此，还可以确保仅仅在被提供给所述气体放电灯的电功率低到足以保护所述电极不受损坏之后才应用到所述第二操作模式的不同时间间隔的过渡。
本发明提供一种允许在比气体放电灯的标称额定电功率低很多的电功率下可靠地操作所述气体放电灯的方法。在对于高压气体放电灯执行的实验中，可以证实例如在把标称额定电功率为132W的灯操作在根据本发明的第二操作模式下时，可以把该灯可靠地向下调暗到低至20W的功率电平。在本发明的一个优选实施例中，在所述第二操作模式期间被提供给所述气体放电灯的电功率至少比所述气体放电灯的标称额定电功率小近似2倍，优选地至少小近似4倍，最优选地至少小近似6倍。
在根据所述第二操作模式来操作气体放电灯时，可以在没有任何等待时间的情况下再次提高被提供给所述气体放电灯的电功率，这是因为所述电弧管内的放电电弧在所述第二操作模式期间得到保持。例如，可以通过返回所述第一操作模式把所述气体放电灯从第二操作模式下的调暗操作切换回到所述标称额定电功率下的非调暗操作。这优选地是通过两个步骤进行的，以便实现所述等离子电弧的最优稳定性。从而可以避免所述等离子电弧熄灭或者避免所述电极受到损坏。在第一步中，分一个或多个更小的步把提供给所述气体放电灯的电功率提高到一个中间电平。随后在第二步中，把所述气体放电灯从所述第二操作模式切换到第一操作模式并且把所述电功率从所述中间电平提高到其标称额定电功率。此外，希望能够在把所述气体放电灯关断之后立刻再次接通该灯。在本发明的一个特别有利的实施例中，把在所述第二操作模式期间提供给所述气体放电灯的电功率降低到一个电平，从而导致所述气体放电灯的电弧管内的温度和/或压力允许在保持基本上立即重新点燃该气体放电灯的能力的同时完全关断该气体放电灯。在本例中，关于为所述第二操作模式确定适当的功率电平存在多种可能性。在一个简单版本中，该电平可以是例如通过实验获得的固定值。或者，可以监控所述气体放电灯的温度，从而提供一个关于所述电弧管内的温度和/或压力的状态的指标。还可以通过监控所述灯的电压/电流特性来获得所述压力的状态指标。类似地，在能够关断所述气体放电灯之前达到足够的温度和/或压力降低所需要的时间可以是通过实验获得的固定值，比如180秒。或者，例如可以监控被提供给所述气体放电灯的电压和/或电流。如果不再能够观察到所述电压和/或电流的显著改变，则可以假设在该功率设置下已经达到温度和/或压力的平衡水平。
根据本发明的图像呈现系统(特别是投影系统)在气体放电灯之外必须包括依照本发明的驱动单元。
特别优选地，上述图像呈现系统还应当包括用户接口单元，其用于把用户请求提供给所述驱动单元内的控制单元。此外，所述控制单元应当包括用于接收用户请求的输入端。在接收到用户请求之后，所述控制单元把所述气体放电灯的操作模式从所述第一操作模式切换到第二操作模式，以及/或者从第二操作模式切换到第一操作模式。相应地，如果用户想要关断所述图像呈现系统，那么他例如将按下所述用户接口上的按钮。随后，所述图像呈现系统将把他的“关机”请求递送到所述控制单元。取代立即关断所述气体放电灯，所述控制单元将从所述第一操作模式切换到第二操作模式。只有在所述电弧管内的温度和/或压力达到足够低的水平之后才将完全关断所述气体放电灯，从而确保较短的重新点火时间。类似地，如果所述气体放电灯已经操作在第二操作模式下，则将把用户的“开机”请求从所述图像呈现系统递送到所述控制单元。随后，该控制单元将从所述第二操作模式切换到第一操作模式。
使用这种更高阶控制单元的优点在于，仅仅需要略微修改典型的驱动单元，例如通过所述驱动单元的可编程控制芯片中的相应软件更新来进行，其中所述驱动单元控制被提供给所述气体放电灯的电功率。从而不必对所述驱动单元进行复杂的硬件修改。
在任何情况下，大多数投影系统都具有中央控制单元，其对所述投影系统的其他组件(比如色轮或显示器)进行控制和同步。在这种情况下，所述中央控制单元可以被用来发出针对所述显示器的适当命令，同时还发出针对所述驱动单元的“关机”请求，以便使得所述显示器变暗，即在完全关断所述气体放电灯之前只要该灯操作在所述第二操作模式下就避免进一步的图像呈现。这一处理实际上不被用户注意到。用户将仅仅知道可以在不经意地关断所述投影系统之后立即再次接通该投影系统，这是因为所述气体放电灯或者仍然处在所述第二操作模式下并且因此可以被带回到正常操作功率电平，或者如果所述气体放电灯已完全熄灭的话，则其在所述第二操作模式期间已经充分冷却，从而可以基本上立即重新点燃该气体放电灯。
在本发明的另一个优选实施例中，所述图像呈现系统的构成使其能够获得图像的亮度标准。此外，所述驱动单元的控制单元包括用于接收所述亮度标准的输入端。根据所述亮度标准，所述控制单元调节被提供给所述气体放电灯的电功率。由于本发明允许通过应用所述第二操作模式而在非常低的电功率电平下操作气体放电灯，因此显著提高的调暗水平变得可行。换句话说，根据所述亮度标准，可以把所述气体放电灯从所述第一操作模式切换到第二操作模式，或者从第二操作模式切换到第一操作模式。从而可以实现在非常宽的调暗范围内逐渐调暗气体放电灯，其中灯功率电平由视频内容决定。一般来说，本领域的技术专家已经知道有可能通过适当地控制投影仪系统的画面呈现组件(例如显示器)对于较暗的场景调暗所述画面。但是对于具有特定数目的亮度水平(例如8比特)的显示器来说，该技术将至少部分地导致动态范围的损失，这是因为某些所述比特无法被使用。因此，借助于所述画面呈现组件来调暗所述投影仪系统导致对比度损失。另一方面，通过根据本发明调暗光源，由所述画面呈现组件提供的整个对比度范围都可以被使用，即使在暗场景中也是如此，从而在非常低的功率电平下也能够确保稳定的光输出。优选地，在所述第一和/或第二操作模式期间被提供给所述气体放电灯的交流电压的频率与由所述投影系统呈现的图像的频率同步。
本发明可以被应用于多种气体放电灯。特别地，本发明适用于高压气体放电灯，特别是UHP(超高性能)和/或HID(高强度放电)灯。如前所述，本发明在被用于图像呈现系统内的气体放电灯时可以提供显著的优点。但是本发明不限于这些应用。例如，本发明还可以被有利地应用于被用在机动车辆中的气体放电灯，比如用于头灯的气体放电灯。
通过下面结合附图做出的详细描述，本发明的其他目的和优点将变得显而易见。但是应当理解的是，所述附图仅仅被设计成用于说明的目的而不是限定本发明。
附图说明
图1示出了根据本发明的在第一和第二操作模式期间被施加到所述气体放电灯的交流电压的示意性波形；
图2示出了气体放电灯和根据本发明的驱动单元的可能实现方式的方框图；
图3示出了包括换向单元、点火设置和气体放电灯的示意性方框图；
图4示出了所述气体放电灯处的瞬时电压、电功率和电流的演变，其中包括根据本发明的从第一到第二操作模式的过渡；
图5示出了所述气体放电灯处的电压的RMS(均方根)值、电流的RMS值以及电功率在大约5分钟内的演变，其中包括根据本发明的从第一到第二操作模式的过渡。
具体实施方式
附图中的各对象的尺寸是为了清楚起见而选择的，其不一定反映实际的相对尺寸。
图1示出了根据本发明的在所述第一和第二操作模式期间被施加到所述气体放电灯1的交流电压U的示意性波形。在第一操作模式期间描绘了两个不同的时间间隔tf1和tf2，其中所述电压U在第一时间间隔tf1期间的极性不同于该电压U在第二时间间隔tf2期间的极性。如果使用具有类似尺寸或几何结构的电极2的气体放电灯1，则有可能把tf1和tf2的持续时间以及电压U的对应幅度选择成使得对于每一个所述时间间隔tf1和tf2把类似的能量提供给该气体放电灯1，以便确保所述电极2的均匀损耗。
在所述第二操作模式期间，第一时间间隔ts1的持续时间至少是第二时间间隔ts2的持续时间的倍数。此外，与所述第一操作模式相比，被提供给所述气体放电灯1的电功率P将被降低。但是，应当提到的是由于气体放电灯1的特殊特性，电功率P的降低不会立即导致电压U的降低。这是由于气体放电灯1的负电流-电压特性而导致的，这意味着灯功率P的降低(这通常是通过减小电流I实现的)导致操作电压U的升高。只有在一段时间之后，当电功率P的降低导致所述电弧管3内的温度和/或压力降低时，在时间间隔ts1期间的电压U的幅度才有可能变得比时间间隔tf1和/或tf2期间的幅度更低。
此外，由于所述气体放电灯1在较短的反转周期ts2期间通常将表现出相对较低的导电性，因此电压U的幅度在时间间隔ts2期间甚至可能比在时间间隔tf1和/或tf2期间更大。在某些情况下，可能有利的做法是在时间间隔ts2期间限制所述电压U以避免振荡，特别在从时间间隔ts2切换到时间间隔ts1时尤其如此。
此外，所示出的电压U的方形波形是一种理想的表示。在实践中，可能会与所述方形的形状发生偏差(或者甚至有意地应用这种偏差)，特别在所述极性反转期间或者接近于所述极性反转时尤其如此。
因此，图1仅仅是用来说明电压U的交流极性以及在所述第二操作模式期间的第一时间间隔ts1与第二时间间隔ts2相比的相对持续时间。此外明显可以看出，与图1相反，在不偏离本发明的范围的情况下，所述电压U可以在时间间隔tf1和/或ts1期间展现出正值并且在时间间隔tf2和/或ts2期间展现出负值。
图2示出了气体放电灯1和根据本发明的驱动单元4的可能实现方式的方框图。
所述驱动单元4通过连接器9与所述气体放电灯1的电弧管3内的电极2相连。此外，该驱动单元4连接到电源8，并且具有用来接收用户请求UR(比如“关机”请求)或其他控制信号的信号输入端18。此外，该驱动单元4包括用来接收图像的亮度标准BC的信号输入端36和用于例如把灯状态LS报告给更高级别控制单元的信号输出端19。
所述驱动单元4包括降压变换器24、换向单元25、点火设置32、电平变换器35、控制单元10、电压测量单元14和电流测量单元12。
所述控制单元10控制所述降压变换器24、换向单元25和点火设置32，并且还可以监控所述气体放电灯1处的电压的行为。
所述换向单元25包括驱动器26，其控制4个开关27、28、29和30。所述点火设置32包括点火控制器31(其例如包括电容器、电阻器和火花隙)和点火变压器，该点火变压器借助于两个扼流器33、34生成高电压，从而可以点燃所述气体放电灯1。
所述降压变换器24由例如380V的外部DC类型电源8馈电。该降压变换器24包括开关20、二极管21、电感22和电容器23。所述控制单元10通过电平变换器35控制该开关20，从而还控制所述气体放电灯1中的电流I。这样，通过所述控制单元10来调节被提供给所述气体放电灯1的电功率P。
所述电压测量单元14与所述电容器23并联，并且是用具有两个电阻器16、17的分压器的形式实现的。电容器15与电阻器17并联。
对于电压测量，通过所述分压器16、17建立一个降低的电压，并且借助于模拟/数字变换器13在所述控制单元10中测量该降低的电压。所述电容器15用来减少所述测量信号中的高频失真。
借助于所述电流测量单元12在所述控制单元10中监控所述气体放电灯1中的电流I，该测量单元例如可能根据感应原理操作。
基于所监控的电流和所监控的电压，所述控制单元10可以计算当前被提供给所述气体放电灯1的电功率P，并且如果所述功率电平不满足特定目标值则通过电平变换器35和开关20调节该电功率P。
此外，所述控制单元10被实现成使其能够支持根据本发明的第一和第二操作模式。在正常操作期间，该控制单元10将控制所述换向单元25，从而使得该换向单元25把根据本发明的第一操作模式的交流电压U施加到所述气体放电灯1。随后，如果所述控制单元10在信号输入端18上接收到表明“关机”的用户请求UR，则该控制单元将调节对所述换向单元25的控制，从而使得被施加到所述气体放电灯1的交流电压U遵循本发明的第二操作模式的特性。这意味着所述控制单元10能够通过把适当的控制信号提供给所述换向单元25来设置对应于交流电压U的不同定时。
此外，所述控制单元10在从所述第一操作模式切换到第二操作模式时将降低被提供给所述气体放电灯1的电功率。所述灯电流I受到降压变换器24的控制。通过开关20的切换定时来调节该电流I，由控制单元10通过所述电平变换器35来控制该开关。通过减少开关20的接通时间来实现所述灯电流I的减小。
此外，在所述第二操作模式下操作一段时间之后，所述控制单元10可以完全关断所述气体放电灯1。优选地，仅仅在所述电弧管3内的温度和/或压力足够低之后才关断所述气体放电灯1，从而可以基本上立即重新点燃该气体放电灯1。为了保证在所述第二操作模式内的所述降低的功率电平下的“等待时间”足够长，所述控制单元10可以监控通过电压测量单元14获得的电压的演变。如果该电压相对稳定，即该电压改变的速率低于特定阈值，则所述控制单元10可以完全关断所述气体放电灯1。按照类似的方式，该控制单元10还可以通过电流测量单元12监控所述电流，并且一旦所述电流变得相对稳定之后就关断所述气体放电灯1。在一个替换实施例中，所述控制单元10可以在特定功率电平下操作所述气体放电灯1预定义时间量之后简单地关断该气体放电灯1。该预定义时间量可以是通过实验获得的。此外，所述控制单元10可以包括可编程微处理器。在这种情况下，可以按照运行在所述控制单元10的微处理器上的软件的形式来实现根据本发明的第一和第二操作模式。
可以由所述控制单元10通过所述信号输出端19通知所述气体放电灯1的瞬时灯状态LS。特别地，所述灯状态LS可以报告所述气体放电灯1是否仍然操作在所述第二操作模式下，或者报告所述气体放电灯1是否已被完全关断。
如果所述驱动单元4被使用在图像呈现系统内以便根据图像的亮度来调节所述电功率P，则该驱动单元4还可以包括信号输入端36，所述图像呈现系统在该信号输入端36处把亮度标准BC(即关于图像的亮度的信息)提供给控制单元10。分析单元11随后可以获得被提供给所述气体放电灯1的电功率P的当前电平，并且根据被提供在信号输入端36上的所述亮度标准BC来调节所述电功率。特别地，如果应当显示具有相对较低亮度的图像的话，则控制单元10可以从所述第一操作模式切换到第二操作模式。此外，控制单元10可以在保持在第二操作模式下的同时根据在信号输入端36处接收到的所述亮度标准BC来调节电功率P的电平。可以明显看出，所述控制单元10何时从所述第一操作模式切换到第二操作模式将取决于所述图像呈现系统的特性以及所述特定气体放电灯1的特性。例如，对于相对较低程度的调暗，特定气体放电灯1可以被可靠地操作在第一操作模式下。只有在对于降低的图像亮度所需要的功率电平低到使得所述等离子电弧对于特定气体放电灯1可能变得不稳定的情况下，所述控制单元10才将根据本发明从第一操作模式切换到第二操作模式。此外，所述第二操作模式下的确切参数(例如频率、第一时间间隔和第二时间间隔的确切长度)可以取决于当前功率。
图3示出了包括换向单元25、点火设置32和气体放电灯1的特定实现方式的示意性方框图。为了简单起见，所述点火设置32和气体放电灯1被按照简化方式描绘。所述驱动器26被描绘为具有典型的输入和输出信号，比如可以在由Philips Semiconductors提供的“UBA2033HF全桥驱动器IC”上获得所述信号。
所述换向单元25包括类似于图2中的开关27、28、29和30。高侧开关27和29连接到由降压变换器24提供的电压的较高电势，而低侧开关28和30则连接到由降压变换器24提供的电压的较低电势。此外还示出了自举电容器40和41、电阻器50、51、52和53以及二极管54、55、56和57。
所述自举电容器40和41对于为所述高侧开关27和29的控制输入端提供高到足以在所述开关接通时确保足够的传导性的电压来说是十分重要的。为了实现这一点，在开关28和29接通并且开关27和30关断时将用正电压(例如驱动器26的电源电压)对所述自举电容器40的FSR侧充电。如果随后由所述换向单元25通过关断开关28和29并且接通开关27和30而改变了所述气体放电灯1上的电压的极性，则存储在自举电容器40上的电荷将充当用于驱动器26的存储库，从而使得驱动器26可以在信号GHR上提供足够高的电压。相应地，在开关28和29关断并且开关27和30接通时，通过信号FSL用正电压对自举电容器41充电。在极性反转之后，自举电容器41充当电荷存储库，以便通过信号GHL为开关29提供足够高的电压。相应地，由于在所述第一和第二操作模式下所述气体放电灯1处的电压极性被规则地反转，因此本发明确保可以在没有任何改变的情况下把根据图3的换向单元25操作在不同功率电平下。由此可以确保按照规则的方式恢复所述自举电容器40、41上的电荷。否则，所述电荷将由于寄生效应(比如泄露电流)而被减少到将导致所述换向单元25发生故障的水平。
图3中的电阻器50、51、52和53以及二极管54、55、56和57仅仅是出于完整性而被示出的。电阻器50、51、52和53主要被用来保护所述驱动器26在所述气体放电灯1被点燃时免遭电压过应力。二极管54、55、56和57主要被应用来确保所述晶体管27、28、29和30的快速关断，从而与所谓的“空档时间”的持续时间一起绝不会有晶体管对27和28以及/或者晶体管对29和30同时导通的阶段。
在图4的上半部分示出了瞬时电压U和瞬时电功率P的演变。图4的下半部分描绘了瞬时电流I。所有三种演变都是在根据本发明操作的标称额定功率Pn为132W的气体放电灯1处测量的。一般来说，在不偏离本发明的范围的情况下，可以在任何时间把气体放电灯1从第一操作模式切换到第二操作模式。在该特定实验中，在-0.033s的时间处把所述气体放电灯1从第一操作模式切换到第二操作模式。此外，在该基本实验中，操作频率在两种操作模式下都是大约60Hz。在第一操作模式期间，时间间隔tf1和tf2的持续时间的长短类似，而在第二操作模式期间则应用大约0.25％的示例性占空比。换句话说，时间间隔ts1的持续时间比时间间隔ts2的持续时间大近似400倍。此外，在从第一操作模式切换到第二操作模式时，被提供给所述气体放电灯1的电功率P从大约132W降低到20W。虽然该功率电平相对较低，但是所述气体放电灯1不会熄灭。此外，所述相对较短的反转时间间隔ts2足以恢复至少其中一个自举电容器40、41上的电荷。如前所述，所述测量还表明在切换到所述第二操作模式之后不久，电压U的幅度在第二操作模式期间比第一操作模式更高。
但是在一段时间之后，当所述气体放电灯1的电弧管3内的温度和/或压力由于降低的功率电平而确实降低时，电压U的幅度将变得更小。与此同时，所述驱动单元4将增大所述电流I以便保持预定义的功率电平(在本例中是20W)。
可以在图5中看出上述内容。图5的上半部分示出了电压U的RMS(均方根)值U’的演变，而图5的下半部分则描绘了电流I的RMS值I’。此外，在图5的上半部分中示出了作为U’和I’的乘积的电功率P’。x轴上的标记是任意单位。图5的总体范围覆盖了近似5分钟的测量时间，其中从第一操作模式到第二操作模式的过渡接近于x轴上从左数的第一个标记发生。在第二操作模式被应用了几分钟之后，电流I’和电压U’达到相对稳定的状态(电流I’的波形中的尖峰是测量人为信号)。该稳定状态可以被用来向控制单元10指示所述气体放电灯1已经足够冷却，从而可以在保持相对快速地重新点燃该气体放电灯1的能力的同时完全关断该气体放电灯1。此外，所述稳定的行为证实本发明允许在使用常见的AC类型驱动单元4的同时，在远低于所述标称额定电功率Pn的电功率电平P下可靠地操作气体放电灯1。
虽然按照优选实施例及其变型的形式公开了本发明，但是应当理解，在不偏离本发明的范围的情况下可以做出许多附加的修改和改变。为了清楚起见，还应当理解，在本申请中通篇使用“一个”并不排除多个，并且“包括”一词不排除其他步骤和元件。此外，除非被明确描述为单一实体，否则一个“单元”可以包括多个块和设备。

Claims (13)

1、一种用于驱动气体放电灯(1)的方法，其中向所述气体放电灯(1)施加交流电压(U)，该交流电压(U)在第一时间间隔(tf1，ts1)期间具有第一极性，并且在第二时间间隔(tf2，ts2)期间具有与该第一极性相反的第二极性，并且其中:
在第一操作模式下，交替地重复所述第一时间间隔(tf1)和第二时间间隔(tf2)；
在第二操作模式下，被提供给所述气体放电灯(1)的电功率(P)与第一操作模式相比较小，并且交替地重复所述第一时间间隔(ts1)和第二时间间隔(ts2)，其中在该第二操作模式下，第一时间间隔(ts1)的持续时间至少是第二时间间隔(ts2)的持续时间的倍数。
2、根据权利要求1的方法，其中，在所述第二操作模式期间，所述第一时间间隔(ts1)的持续时间至少比所述第二时间间隔(ts2)的持续时间大近似40倍，优选地至少大近似100倍，最优选地至少大近似200倍。
3、根据权利要求1或2的方法，其中，在所述第二操作模式期间，被提供给所述气体放电灯(1)的电功率(P)至少比所述气体放电灯(1)的标称额定电功率(Pn)小近似2倍，优选地至少小近似4倍，最优选地至少小近似6倍。
4、根据任一条在前权利要求的方法，其中，在所述第二操作模式期间，所述交流电压(U)的频率比第一操作模式期间的交流电压(U)的频率低很多。
5、根据权利要求4的方法，其中，在所述第二操作模式期间，所述交流电压(U)的频率等于或低于100Hz，优选地是处在0.1Hz到90Hz之间，最优选地是处在0.5Hz到60Hz之间。
6、根据任一条在前权利要求的方法，其中，在所述第二操作模式期间，所述第二时间间隔(ts2)的持续时间小于10ms，优选地小于1ms，最优选地小于0.1ms。
7、根据任一条在前权利要求的方法，其中，恰好在从所述第一操作模式到所述第二操作模式的过渡之前或者在所述过渡期间降低被提供给所述气体放电灯(1)的电功率(P)。
8、根据任一条在前权利要求的方法，其中，按照多个步骤降低被提供给所述气体放电灯(1)的电功率(P)。
9、根据任一条在前权利要求的方法，其中，在所述第二操作模式期间，把提供给所述气体放电灯(1)的电功率(P)降低到一个电平，从而导致所述气体放电灯(1)的电弧管(3)内的温度和/或压力允许在保持基本上立即重新点燃该气体放电灯(1)的能力的同时完全关断该气体放电灯(1)。
10、一种用于驱动气体放电灯(1)的驱动单元(4)，其包括:
换向单元(25)，其用于向所述气体放电灯(1)施加交流电压(U)，该交流电压(U)在第一时间间隔(tf1，ts1)期间具有第一极性，并且在第二时间间隔(tf2，ts2)期间具有与该第一极性相反的第二极性；
控制单元(10)，其用于控制该换向单元(25)，从而使得:在第一操作模式期间，交替地重复第一时间间隔(tf1)和第二时间间隔(tf2)；并且在第二操作模式期间，被提供给所述气体放电灯(1)的电功率(P)与第一操作模式相比较小，并且交替地重复第一时间间隔(ts1)和第二时间间隔(ts2)，由此在该第二操作模式下，第一时间间隔(ts1)的持续时间至少是第二时间间隔(ts2)的持续时间的倍数。
11、一种图像呈现系统，特别是投影仪系统，其包括气体放电灯(1)和根据权利要求10的驱动单元(4)。
12、根据权利要求11的图像呈现系统，其包括用于把用户请求(UR)提供给所述驱动单元(4)的控制单元(10)的用户接口单元，其中该控制单元(10)包括用于接收所述用户请求(UR)的信号输入端(18)，并且该控制单元被设置成使其能够在接收到所述用户请求(UR)之后从所述第一操作模式切换到第二操作模式，以及/或者从第二操作模式切换到第一操作模式。
13、根据权利要求11的图像呈现系统，其被设置成能够获得图像的亮度标准(BC)，其中所述驱动单元(4)的控制单元(10)包括用于接收所述亮度标准(BC)的信号输入端(36)，并且该控制单元(10)被设置成能够根据所述亮度标准(BC)从第一操作模式切换到第二操作模式，以及/或者从第二操作模式切换到第一操作模式。
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