CN101690411B - 驱动放电灯的电路装置以及驱动放电灯的方法 - Google Patents

Abstract

在高压放电灯工作时，当过多地形成电极尖端时，出现闪烁现象。借助本发明，可能检测具有多个电极尖端的电极。由此，可以有针对性地熔化干扰性的电极尖端。

Description

驱动放电灯的电路装置以及驱动放电灯的方法

技术领域

本发明涉及一种用于借助交流电驱动放电灯、特别是高压放电灯和极高压放电灯的电路装置，这些放电灯例如应用在用于投影图像的设备中。本发明涉及闪烁现象的问题，这些闪烁现象是由于灯电流的极性变换之后放电灯的弧紊乱而引起的。特别地，本发明涉及与对放电灯的电极变化的识别相关联的问题。

背景技术

在放电灯(以下也简称为灯)工作时，存在电极尖端生长的现象。在一个部位处从电极蒸发的材料在优选的部位上又沉积到电极上并且导致形成电极尖端。电极尖端目前具有如下优点：灯中产生的弧放电的等离子体弧在电极上具有稳定的起始点(Ansatzpunkt)，而不会在多个起始点之间跳跃。放电点的跳跃也称作弧跳跃并且以灯闪烁的形式表现出来。这种情况特别是在将灯的光用于图像投影的情况下形成干扰。

弧的起始点仅仅在当前用作阴极的电极上形成。弧在阳极上的起始部是面状的。所以在以交流电驱动的灯中弧跳跃是普遍的问题，因为随着每次极性变换，弧必须在从阳极到阴极变换的电极上找到起始点。上面所述的电极尖端形成了弧的优选的起始点并且因此降低了弧跳跃。

然而，由于电极尖端也会出现一些问题。在不利的情况下，会形成多个电极尖端。于是，会出现弧起始部在不同的电极尖端之间跳跃。

在文献EP 1 624 733 A2(Suzuki)中该问题通过以下方式来解决：在所限定的时间中降低驱动灯的工作频率、即交流电的频率。该方法通过如下方式来起作用：电极在其用作阳极期间被加热，而在其用作阴极期间被冷却。于是得到了具有对应于工作频率的时间变化曲线的温度波动。在高频的情况下，由于电极的热容而出现了平均温度。在所谓的矩形波驱动的情况下，灯以频率典型为50Hz至5000Hz的矩形波电流来驱动。根据灯的结构类型，在50Hz的情况下已经会引起电极的明显的温度调制。在强烈的温度调制的情况下，电极达到了如下温度：在所述温度情况下多余的电极尖端被熔融。

视频投影通常需要具有在时间上不同颜色序列的光源。如在文献US5,917,558(Stanton)中所描述的那样，这可以通过旋转的色轮来实现，该色轮从灯的光中过滤出交替的颜色。光假定为某种颜色的持续时间并不一定需要相等。更为确切地说，可以通过持续时间彼此间的关系来设定所希望的、针对投影的光而形成的色温。

通常，灯以矩形波灯电流来驱动。矩形波灯电流的周期持续时间的倒数理解为上述工作频率。该灯电流在现有技术中借助换向装置从直流源中产生。换向装置通常由电子开关构成，电子开关以矩形波灯电流的节拍使直流源的极性换向。在换向时，实际上并不能完全避免超调。因此，在现有技术中，要进行换向的时刻与光的颜色变换的时刻结合，以便减弱超调。对此，提供了同步信号，该同步信号与上述色轮同步地具有同步脉冲。借助同步信号使颜色变换与灯电流的换向同步。

通常，在两个电极上的电极尖端并不以相同的方式生长。这可能是由于以下原因导致的：灯的安装条件对电极的热平衡有不同影响。特别地，当灯非水平地工作时，这通常导致较高位的电极有更高的温度。如果在一个电极上生长几倍的尖端，则在上述现有技术中提出：将电极熔融，以避免闪烁现象。然而，两个电极的熔融会损坏仅具有一个电极尖端的电极。尽管这一个电极没有引起闪烁现象，但是它可能被熔融。

发明内容

本发明的任务是提供一种用于驱动放电灯的电路装置，其中电极尖端的熔融仅仅在具有多个电极尖端的电极上进行。

此外，本发明的一个任务是提供与上述任务相应的方法。因为本发明也具有方法方面，所以以下的描述应当在装置特征方面以及在方法特征方面来理解。

该任务通过一种用于驱动放电灯的电路装置来解决，其中该电路装置包括换向装置，该换向装置具有与直流源耦合的输入端，并且具有能够与放电灯耦合的输出端，其中该换向装置构建为使得其将直流源与输出端耦合，并且直流源以其与输出端耦合的极性可以通过控制装置来换向。通过灯的电流方向于是受控制装置控制地换向，也即转换极性。控制装置具有测量输入端，其与测量装置耦合，该测量装置设计用于提供测量值，该测量值是灯电压的大小的度量。根据本发明，控制装置控制换向装置，使得其中较高的灯电压占主导地位的灯电流的极性较长地耦合到输出端。

所提出的解决方案通过研究而得出，这些研究显示出，当具有多个电极尖端的电极当前为阳极时，灯电压至少在平均值上被提高。

用于检测具有多个电极尖端的电极的另一可能性在于，比较在不同极性期间灯电压的波动。对此，可以通过高通滤波器来检测在一种极性期间灯电压的交流电压成分并且与在另一极性期间的交流电部分比较。在具有较高的交流电压成分的极性情况下为阴极的电极具有多个电极尖端。

确定在哪种极性情况下较高的灯电压占主导地位的最简单的可能性借助比较器来实现，该比较器可以与控制装置关联。该比较器存储第一极性和第二极性中的测量值，并且比较所存储的测量值。比较器发出标记信号，该标记信号由控制装置用作关于在哪种极性情况下较高的灯电压占主导地位的信息。当然，这在此情况中是与所存储的测量值的较高测量值关联的极性。标记信号于是可以构建为使得在微控制器的存储单元中设置一个比特，该比特使得延长其中存在灯电流的如下极性的时间：在该极性情况下较高的灯电压占主导地位。对于本领域技术人员而言，根据本发明的教导，标记信号的其他扩展方案及其实现是容易的。

因为灯电压偶尔经历波动，灯电压的各个值的测量具有不确定性。有利的是，比较器由此从测量值形成在可预先给定的第一时间间隔上的平均值并且存储该平均值。当然，分别仅仅允许对与灯电流的极性关联的值来进行平均值形成。在矩形波灯电流的情况下，平均值形成可以分别在矩形波的半周期上延伸。为了提高测量精确性，平均值形成也可以在灯电流的相同极性的多个半周期上进行。

在本专利申请中，表述“较高的灯电压占主导地位”可以相应地解释为在平均值上较高的灯电压占主导地位。重要的是，控制装置比较不同的灯电流极性情况下的灯电压，并且有关在哪种极性情况下较高的灯电压占主导地位的决定与不同极性情况下的灯电压的值相关。如果以数字方式实现控制装置，则可以有利地进行所谓的柱状图分析。进入控制装置中的针对一种极性的灯电压的测量值根据间隔来分类，并且带有最多关联的测量值的间隔被考虑用于与其他极性比较。

在灯电流的一种极性情况下的灯电压从不准确地等于另一极性的灯电压。当没有电极具有多个电极尖端时，也可以存在所比较的灯电压的略微的差别。通过测量，对于所希望的灯类型可以确定的是，在相应的灯电压的何种差的情况下以高的概率存在多个电极尖端。有利的是，当所存储的测量值的差超过可预先给定的阈值时，比较器才发出标记信号。该阈值根据上述测量来选择，使得当以高的概率存在多个电极尖端时，才存在标记信号。

为了进一步提高测量精度，比较器可以在所存储的测量值的差形成之后也形成差值在可预先给定的第二时间间隔上的平均值，并且如果差的该平均值超过可预先给定的边界值，则发出标记信号。在已知的灯中，会引起弧紊乱的电极尖端的生长持续长于一秒钟。因此，可以在数秒的范围中选择第二时间间隔。

通常，灯电流是矩形波的。为此控制装置将矩形波信号提供给换向装置。在带有色轮的视频投影器的情况下，换向必须与色轮的旋转同步地进行。为此，控制装置具有同步输入端，在工作中在该同步输入端上存在同步信号，其包含同步脉冲。控制装置现在引起换向，该换向与同步脉冲同步。如上面所阐述的那样，所投影的光的色彩变换通常通过旋转的色轮来产生。当进行换向时，该换向应当与色彩变换同时进行。然而，在没有换向的情况下进行的色彩变换也是可能的。通常，同步信号设计为使得该信号在色轮的每个旋转中具有一个同步脉冲。同步信号于是通常并不是针对每个色彩变换都具有同步脉冲。更确切地说，色彩变换的序列优选存储在控制装置中。这必须单独地与所使用的色轮协调。特别地，在色轮上的色彩变换的间隔不必是恒定的。也公开了每个旋转发出多个同步脉冲的色轮。同步脉冲的决定性的功能是，控制装置得到关于色轮的当前位置的信息，并且由此具有关于在哪个时刻出现色彩变换的信息。

同步脉冲与换向装置的输出端上的直流电源的极性的换向之间的同步相应地如下理解：在控制装置中存储要进行换向的时刻的序列。在每个同步脉冲时，控制装置根据所存储的时刻开始换向的序列。然而，时刻并不是固定的，而是针对两个同步脉冲的时间间隔来归一化。对于给定的色轮，由此即使色轮的转速变化，换向也始终落在色彩变换上。换向的抑制并不影响换向和同步脉冲之间的同步。所有未被抑制的换向在时间上与色彩变换一致。

本发明的教导一方面要求延长其中具有如下极性的灯电流流动的时间：在该极性情况下较高的灯电压占主导地位。另一方面，控制装置在例如通过同步脉冲预先给定的时间间隔中引起极性的换向。为了满足极性的同步和延长，控制装置有利地抑制至少一个换向，该换向跟随其中较高的灯电压占主导地位的极性。

如果对于同步没有特别的要求，则控制装置可以控制换向装置，使得在预先给定的第一开关时间中将第一极性耦合到输出端，而在预先给定的第二开关时间中将第二极性耦合到输出端，其中如果在第一极性情况下较高的灯电压占主导地位，则控制装置延长第一开关时间。

可能的是，灯针对确定的工作频率来优化。于是有利的是，控制装置将第二开关时间缩短该控制装置将第一开关时间延长的量。

在本公开中所提及的灯针对交流电而设计。因为所提出的熔融过程导致灯电流中的直流成分，所以要注意的是，直流成分并不导致灯的毁坏。因此，如果灯电压在两种极性情况下相同时，至少控制装置必须将第一开关时间和第二开关时间复位到预先给定的值。这些预先给定的值应当确保灯电流在平均值上不包含直流成分。

有利的是，也可以在预先给定的DC时间上进行换向的抑制。有利的是，DC时间选择为短到使得避免由于产生的直流成分导致损坏灯。

替代DC时间，也可以预先给定数目N，该数目预先给定换向的数目。

在具有小的热惰性的电极情况下，抑制两个相继的换向已经会导致电极过热。于是有利的是，仅仅对每第m个换向进行抑制。由此，可以进行熔融过程的非常精确的控制。为此，“m”必须是奇数的自然数，因为否则不存在直流成分，该直流成分引起所希望的一侧的熔融。

在实践中常见的是，控制装置借助微控制器来实现。测量输入端和必要时的同步输入端引导至微控制器的模拟输入端或者数字输入端。通过已知的驱动电路，微控制器控制电子开关，这些开关通常为MOSFET。本发明的大部分于是在微控制器的软件中实现。

附图说明

下面将借助实施例进一步阐述本发明。其中：

图1示出了用于驱动高压放电灯的电路装置，

图2示出了在没有抑制换向的情况下的灯电流的时间变化曲线，

图3示出了在抑制两个换向的情况下的灯电流的时间变化曲线，

图4示出了在对每第三个换向进行抑制的情况下的灯电流的时间变化曲线，

图5示出了在针对一种极性延长开关时间的情况下的灯电流的时间变化曲线。

具体实施方式

图1示出了用于驱动高压放电灯的电路装置，如其在拓扑结构上由现有技术中已知的那样。电子开关S1、S2、S3和S4在直流源Q的正极和负极之间连接成全桥电路。直流源通常由降压转换器(Buck转换器)构成，该降压转换器例如由电网电压获取其能量。在节点A1和A2之间的桥支路中，连接有灯EL。点燃变压器的线圈L与灯EL串联，点燃设备Z将电压耦合输入到点燃变压器中，该电压用于点燃灯。该点燃装置对于本发明无关紧要。

全桥电路形成换向装置。全桥电路的上部和下部的电势形成换向装置的输入，该全桥电路的上部和下部的电势与直流源Q的正极和负极连接。节点A1和A2之间的桥支路形成换向装置的输出端。

如果开关S1和S4闭合，则灯电流具有第一极性，并且灯电流从节点A1流向节点A2。在换向之后，开关S3和S2闭合，并且灯电流以第二极性从节点A2流向节点A1。由此，在灯EL中产生矩形波电流。第一和第二极性的名称是任意的，并且并不限制一般性。

开关由控制装置C控制。从控制装置C至开关的激励线路用虚线绘出。高位的开关S1和S3需要电荷泵用于激励，该电荷泵可以一同包含在控制装置C中并且并未示出。

通过测量输入端M，全桥的输入电压被输送给控制装置，该输入电压对应于灯电压。如果在灯电流的一种极性中比在另一极性中高预先给定的阈值的灯电压占主导地位，则控制装置C抑制至少一个如下的换向：所述换向跟随在具有较高的灯电压的极性之后。

在同步输入端S上存在同步信号，该同步信号由未示出的、转动的色轮的驱动来提供。在控制装置C和直流源Q之间的连接表明控制装置C也可以用于调节灯电流。

在图2中示出了灯电流的时间变化曲线，而没有进行换向的抑制。换向用数字1至14编号。紧接在换向之前，灯电流脉冲式地升高。在此涉及一种用于减少闪烁现象的措施，例如在文献WO 95/35645中所描述的那样。该措施与根据本发明的灯电流极性的延长无关。电流的矩形波变化过程的频率通常在50Hz到5kHz之间。

在图3中可以看出的是，相继的换向6和7通过控制装置C来抑制。在该措施之后，控制装置C首先停止抑制进一步的换向，以可靠地避免灯的过热。此外，控制装置C检验是否存在多个电极尖端的条件，即是否不同的灯电流极性具有不同的灯电压。如果情况如此，则控制装置C重新抑制两个相继的换向，这些换向与具有较高的灯电压的灯电流极性关联。

与图3相比，在图4中从未抑制两个相继的换向。这可以在具有小的热惰性的电极中或者在低的工作频率情况下是必需的，以便不会使得相关的电极过热。在图4中对每第三个换向进行抑制。也可以对每第五个、每第七或者每第m个换向进行抑制，其中m是奇数的自然数。“m”必须是奇数，由此熔融始终作用到相同的电极上。控制装置C可以在预先给定的时间中、针对预先给定的抑制数目进行抑制或者进行抑制直到在不同的灯电流极性情况下不再存在灯电压的不平衡。

在图5中示出了灯电流的时间变化曲线，其中并未对换向进行抑制，而是在时间上推移。由此，控制装置C延长具有如下极性的电流流动：在该极性情况下较高的灯电压占主导地位。在图5中以针对一个极性延长电流流动的相同程度来针对另一极性缩短电流流动。在文献中，控制装置C在灯电流的时间变化曲线上进行的变化也称为占空比(Duty-Cycle)的变化。占空比的变化并不改变灯电流的基本频率。

如果灯电流的基本频率的变化并不导致不利，则也可以单方面地仅仅延长具有一个极性的电流流动，而并不缩短具有另一极性的电流流动。

关于根据图5的灯电流的变化的持续时间或者重复，对于抑制换向的说明相应地适用。

Claims (11)

1.一种用于驱动放电灯的电路装置，

其中该电路装置包括控制装置、测量装置以及换向装置(S1，S2，S3，S4)，

该换向装置具有与直流源(Q)耦合的输入端(+，-)，并且具有能够与放电灯(EL)耦合的输出端(A1，A2)，

其中该换向装置(S1，S2，S3，S4)构建为使得其将直流源(Q)与输出端(A1，A2)耦合，并且直流源(Q)以其与输出端(A1，A2)耦合的极性能够通过控制装置(C)来换向，

其中控制装置(C)具有测量输入端(M)，该测量输入端与测量装置耦合，该测量装置设计用于提供测量值，该测量值是灯电压的大小的度量，

其中该电路装置(C)的特征在于，

该控制装置控制换向装置(S1，S2，S3，S4)，使得其中较高的灯电压占主导地位的极性较长地耦合到输出端(A1，A2)，

该控制装置具有比较器，该比较器存储第一极性和第二极性的测量值，比较所存储的测量值并且发出标记信号，该标记信号由控制装置(C)用作关于在哪种极性情况下较高的灯电压占主导地位的信息。

2.根据权利要求1所述的电路装置，其中所述比较器的特征在于，所存储的测量值是在可预先给定的第一时间间隔上的平均值。

3.根据权利要求1或2所述的电路装置，其中所述比较器的特征在于，只有当所存储的测量值的差超过可预先给定的阈值时，该比较器才发出标记信号。

4.根据权利要求1或2所述的电路装置，其中所述比较器的特征在于，该比较器由所存储的测量值的差形成平均值，形成所述差在可预先给定的第二时间间隔上的平均值，并且当该平均值超过可预先给定的边界值时，发出标记信号。

5.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，控制装置(C)在预先给定的时间间隔中引起极性的换向，

并且控制装置(C)抑制至少一个跟随在如下极性之后的换向：在该极性情况下较高的灯电压占主导地位。

6.根据权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于，控制装置(C)控制换向装置(S1，S2，S3，S4)，使得在预先给定的第一开关时间上第一极性耦合到输出端(A1，A2)，而在预先给定的第二开关时间上第二极性耦合到输出端(A1，A2)，

其中如果在第一极性的情况下较高的灯电压占主导地位，则控制装置(C)延长第一开关时间。

7.根据权利要求6所述的电路装置，其特征在于，控制装置(C)将第二开关时间缩短该控制装置(C)将第一开关时间延长的量。

8.根据权利要求6所述的电路装置，其特征在于，如果灯电压在两种极性的情况下相同，则控制装置(C)将第一开关时间和第二开关时间复位到预先给定的值。

9.根据权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于，控制装置(C)包括微控制器，其中控制装置(C)的功能通过微控制器中的软件程序确定。

10.根据上述权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于，放电灯(EL)是极高压放电灯。

11.一种用于驱动放电灯的方法，包括以下步骤：

-提供测量装置，该测量装置设计用于提供测量值，该测量值是灯电压的大小的度量，

-通过换向装置(S1，S2，S3，S4)将放电灯耦合到直流源(Q)，

-分别在预先给定的开关时间之后借助换向装置(S1，S2，S3，S4)将直流源(Q)的极性换向，

-针对每个极性存储测量值，

-比较所存储的测量值，

-延长在其中较高的灯电压占主导地位的极性情况下的开关时间，

-如果在两种极性情况下相同的灯电压占主导地位，则将开关时间复位到预先给定的值。

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