CN101855945A

CN101855945A - 用于驱动高压放电灯的电路装置和方法

Info

Publication number: CN101855945A
Application number: CN200780101538A
Authority: CN
Inventors: 克里斯蒂安·布罗伊尔; 安德烈亚斯·胡贝尔; 伯恩哈德·赖特尔
Original assignee: PATRA PATENT TREUHAND
Current assignee: PATRA PATENT TREUHAND
Priority date: 2007-11-13
Filing date: 2007-11-13
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2027-11-13
Also published as: TW200932052A; JP2011503810A; CN101855945B; WO2009062542A1; KR20100098631A; US8593072B2; EP2210454A1; US20100270934A1; JP5249342B2

Abstract

本发明涉及一种用于驱动高压放电灯(La)的电路装置，其具有用于高压放电灯的驱动电路，该驱动电路具有：输入端，用于接收高压放电灯(La)的接通/关断信号；以及至少一个输出端，用于提供驱动信号给高压放电灯(La)，其中驱动电路被设计为，在其输入端上接收到关断信号之后降低在至少一个输出端上提供的驱动信号的功率(P)，其中驱动电路还设计为，在可预先给定的功率阈值之上提供作为AC信号的驱动信号，在可预先给定的功率阈值之下提供作为准DC信号的驱动信号。此外，本发明还涉及一种用于借助这种电路装置来驱动高压放电灯(La)的方法。

Description

用于驱动高压放电灯的电路装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于驱动高压放电灯的电路装置，其具有用于高压放电灯的驱动电路，该驱动电路具有：输入端，用于接收高压放电灯的接通/关断信号；以及具有至少一个输出端，用于提供驱动信号给高压放电灯。此外，本发明还涉及一种用于借助这种电路装置来驱动高压放电灯的方法。

背景技术

本发明尤其是涉及高压放电灯的再点燃的问题，如其尤其是在背投电视机和大屏幕电视放映机(Beamer)中所使用的那样。这种高压放电灯在关断之后在其可以被再次成功点燃之前需要冷却阶段。由此，其在关断之后不能像用户在通常的电视设备情况下所习惯的那样快速地被再次接通。在现有技术中，因此这种高压放电灯在关断之后在进行新的点燃尝试之前被冷却一定的时间。冷却阶段通常持续30秒到3分钟之间。特别地，在背投电视机情况下，这种长的再点燃时间是不希望的。

US 2002/0135324A1公开了一种用于驱动以直流电驱动的放电灯的方法。所述出版物致力于如下问题：在关断放电灯时，在工作中蒸发的汞凝结到放电灯的两个电极之一上并且由此提高了与另一电极短路的风险。为了解决这个问题，所述出版物提出了通过降低(Zuruecknahme)功率来冷却灯，以便由此保证汞在其他点而不是在电极上凝结。

对于其他的现有技术参考JP 2004-319193以及JP 2003-109845。

发明内容

因此，本发明的任务是，改进开头提及的电路装置或者开头提及的方法，使得由此能够实现缩短的再点燃时间。

该任务通过具有权利要求1的特征的电路装置以及通过具有权利要求11的特征的方法来解决。

本发明基于的认识是：当灯在实际的关断之前被置于一种待机模式中时，能够实现该任务的解决。在该待机模式中，放电灯以小于正常工作中的功率来工作，由此放电灯逐渐地、必要时有利地通过借助通风器的冷却来进一步变冷。在该待机模式的结尾，灯优选冷却到如下温度：在该温度的情况下灯在实际的关断之后可以被立即再点燃。在待机模式期间，可以在任何时候又将灯快速地启动。由此，在理想情况下不再存在灯不能立即又开始工作的时间。

然而，在正常工作中以AC信号驱动的放电灯的情况下，功率并不能被任意地降低，尤其是不能降低到会导致对放电灯的这种冷却的功率上，使得放电灯能够在关断之后立即再点燃。也就是说，因此这是不可能的，因为在一定的功率阈值之下灯弧熄灭。因此，本发明还基于的认识是：在以AC信号驱动放电灯时，为了避免灯弧的熄灭，两个电极必须保持在热发射温度以上。本发明的发明人认识到：当基本上只有一个电极发射时，即当AC放电灯在可预先给定的功率阈值之下以准DC信号驱动时，能够实现驱动高压放电灯而并不熄灭灯弧直到更低的功率。准DC信号在本发明的意义中是如下信号：其基本上是DC信号，尤其例如也是纯粹的DC信号。换言之，在可预先给定的功率阈值之下，灯可以由独立的DC源馈电，而不是由针对正常工作设置的AC源馈电。然而特别巧妙的并且成本低廉的是如下解决方案：其中通过合适的激励使针对正常工作设置的AC源在其输出端上将准DC信号提供给放电灯。该信号对于放电灯像DC信号那样起作用，然而其中就DC信号由通常设计用于实现AC源的部分电路的产生而言，允许一定的折衷。

于是，该驱动电路可以包括桥电路，该桥电路至少具有第一电子开关和第二电子开关，其中驱动电路还包括至少用于第一电子开关和第二电子开关的激励电路，其中该激励电路设计用于至少激励所述第一电子开关和第二电子开关，使得该桥电路在其输出端上至少提供AC信号。如已经提及的那样，该驱动电路可以包括直流电源，其中该驱动电路设计用于在可预先给定的功率阈值之下将输出端与直流电源耦合。该激励电路也可以设计为，至少激励第一电子开关和第二电子开关，使得该桥电路在其输出端上也提供准DC信号。随后，于是不需要设置独立的直流电源。

如果使用全桥作为桥电路，其中高压放电灯设置在桥支路中，则对角线上的开关同时切换。在此，全桥由直流电源馈电，尤其是由所谓的中间回路电压馈电。直流电源通过同时切换对角线上的开关以交变的极性与高压放电灯耦合。换向包括关断对角线上的开关并且接通在另一对角线上的开关。两个并排的开关与直流电源的负极耦合，两个另外的开关与正极耦合。负极通常是电路装置的参考电势。与负极耦合的开关因此通常可以毫无问题地激励。与正极耦合的开关可以称为高位(hochliegend)开关并且可以以已知的方式比较费事地激励。

激励电路相应地包括用于与负极耦合的开关的低侧驱动器以及包括用于与正极耦合的开关的高侧驱动器，其中低侧驱动器和高侧驱动器分别具有：输出端，用于与相应的开关耦合；分别具有控制输入端，用于与控制装置耦合；并且分别具有供电端子，用于与用于连接到供电电压的端子耦合，其中高侧驱动器与电荷泵、尤其是电容器关联，该电荷泵耦合在供电端子和第一电子开关与第二电子开关之间的中点之间。

优选的是，电荷泵在此还包括二极管，该二极管耦合在电容器和供电电压端子之间，使得防止从电容器至供电电压端子的电流。

在这种情况中，尤其优选的是，激励电路设计为通过进行伪换向(Pseudo-Kommutierungen)来提供准DC信号。在此涉及两个快速相继地实施的换向，其中第一换向短到使得其被或多或少地抑制。例如，在一个优选实施例中，一个全桥支路接通5μs，另一全桥支路接通15ms。短的第一换向在灯电流中几乎不能识别，在一定程度上被抑制，因为电流由于点燃回路的输出电容和输出电感而根本不能这样快地翻转其流动方向。于是，DC信号被输送给灯。然而，短的换向足够将电荷泵的电容器再充电。在优选的实施例中，在正常工作中的典型的换向持续大约50μs。为了实现准DC信号，在短的换向和长的换向之间的比例优选在1∶500到1∶10000之间的范围中。

这种换向在本申请人的2006年12月13日的申请PCT/EP2006/069665中进行了描述，尽管是在完全不同的上下文中进行了描述，其公开内容通过引用结合于本申请的公开内容中。

优选的是，激励电路设计为以50Hz到1kHz之间的频率、优选以500Hz的频率来实施伪换向。由此，一方面可以保证高压放电灯的用作阳极的电极的足够的能量供给，使得保持超过发射温度并且灯弧不熄灭。另一方面可以实现灯的冷却，该冷却能够实现直接在高压放电灯的关断过程之后再点燃高压放电灯。最后，可以通过伪换向的这种频率保证放电灯的电容器的再充电。

此外，优选的是，激励电路设计为在关断时存储最后的准DC工作期间的极性，其中激励电路还设计为在接下来的关断情况下针对准DC工作使用另外的极性。由此，可以保证灯的电极的相同负载。此外，优选的是，激励电路包括时间测量装置，其中激励电路还设计为在预先给定的持续时间(在该时间中高压放电灯以可预先给定的功率的准DC信号来驱动)结束之后调节高压放电灯的运行，即关断高压放电灯。可替选地，也可以使用温度测量装置，该温度测量装置确定是否高压放电灯被冷却到某个温度，该温度能够实现立即的再点燃。通过时间测量装置和/或温度测量装置，使得如下阶段最小化，在该阶段中高压放电灯虽然在较小的功率情况下工作，但仍然消耗能量。

其他有利的实施形式由从属权利要求中得到。

参照根据本发明的电路装置提出的优选的实施形式及其优点只要可用也相应地适用于根据本发明的方法。

附图说明

现在在下面参照所附的附图进一步描述根据本发明的电路装置的实施例。其中：

图1以示意图示出了根据本发明的电路装置的结构；

图2示出了高压放电灯的功率供给的时间变化曲线；

图3示出了没有伪换向的灯电流的时间变化曲线；以及

图4示出了带有伪换向的灯电流的时间变化曲线。

具体实施方式

图1以示意图示出了根据本发明的电路装置的一个实施例。该电路装置包括第一输入端子E1和第二输入端子E2，在其间连接有直流电压，优选为所谓的中间回路电压，该直流电压在300V到400V之间的量级上。在输入端子E1、E2之间连接有DC低压供电单元10，其在第一输出端A1上提供5V的直流电压给微控制器12，并且在第二输出端A2上提供15V的直流电压给高侧驱动器14和低侧驱动器16。微控制器12直接激励低侧驱动器16，通过电势分离单元18激励高侧驱动器14。

在DC低压供电单元10的输出端A2和高侧驱动器14之间耦合有电荷泵，其包括二极管D1和电容器C1。电容器C1连接到交流电源上，该交流电源在此是桥电路20的桥中点。桥中点BM1的电势输送给高侧驱动器14作为参考电势，而低侧驱动器16被输送地电势作为参考电势，其为输入端子E2上的电势。

桥电路20包括四个电子开关S1、S2、S3、S4，其中在工作中对角线的开关S1、S4以已知的方式同时断开，而另外的对角线的开关S2、S3闭合，反之亦然。高压放电灯La通过点燃电路耦合在两个桥中点BM1、BM2之间，其中该点燃电路包括两个彼此耦合的电感器L1、L2以及电容器C2。

高侧驱动器14用于激励开关S1、S3，而低侧驱动器16用于激励开关S2、S4。

桥中点BM1相应地根据开关S1、S2的状态在0V和U_ZW之间切换其电势。当桥中点BM1在地电势上，即开关S2闭合而开关S1断开时，能够实现对电容器C1的再充电来为高侧驱动器14供电。

为了提供DC信号给放电灯La，通过两个快速相继实施的换向(所谓的伪换向)来替代多次连续的每次各两个的相继换向。灯La由此被输送DC信号，因为灯电流由于点燃电路的输出电容和输出电感而根本不可以足够快地改变其方向。仅仅可以发现在灯电流的幅度中的短时间的扰动。

在一个未示出的实施形式中，一旦输送给灯的功率降低到使得在灯借助AC信号的工作中存在灯弧熄灭的危险时，代替进行伪换向通过电网部分和整流器将DC信号输送给该灯La。

图2以示意图示出了输送给高压放电灯La的功率P的时间变化曲线。在时刻t₀和t₁之间，灯在正常工作中在100％功率的情况下运行。在时刻t₁，操作人员想关断高压放电灯La安装在其中的投影器。通过图1中未示出的接口将相应的信号输送给微控制器12，随后根据本发明的电路装置开始将输送给灯La的功率向下调节。在时刻t₀和t₂之间以AC信号驱动高压放电灯La。在时刻t₂，即在达到功率阈值的情况下(在该阈值时存在以AC信号进一步工作的情况下灯弧熄灭的危险)，从AC运行切换到准DC运行。为此，高压放电灯La以所谓的伪切换来工作。输送给灯的功率在此进一步降低，直到时刻t₃达到所谓的待机运行，其中灯以量级为500Hz的频率的伪换向来驱动，以便保证电容器C1被足够地再充电，以便由此保证高侧驱动器14的根据规定的运行。在时刻t₃和t₄之间，灯以其标准功率的大约20％驱动。由此，灯进一步冷却，使得其在时刻t₄达到如下温度，该温度在关断过程之后允许立即成功地再点燃，其中时刻t₄通过预先给定时段t₁至t₄或者通过测量灯温度来确定。可替选地如果测量温度，则时刻t₄通过如下方式来确定：灯已经被冷却到可预先给定的温度，例如350℃或者更低。

相应地，只要操作人员希望，则高压放电灯La可以在时间窗ΔT₁中随时立即又提升到100％。在时刻ΔT₂，如果操作人员希望，则灯La可以立即成功地再点燃。相应地，不再存在其中灯La不可以立即再接通的时刻。

图3示出了灯电流的时间变化曲线，而并不进行伪换向。换向用数字1至14来编号。紧接在换向之前脉冲式地提高灯电流。在此涉及一种用于降低不稳定现象、尤其是闪烁和光弧跳跃(Bogensprichen)的措施，例如在文献WO 95/35645中描述的。该措施与根据本发明的一个方面的伪换向的实施无关。电流的矩形变化曲线的频率通常在200Hz到5kHz之间。

在图4中可以看到，换向3、4和6、7通过微控制器12非常短地实施。在此，长的换向为15ms，短的换向仅仅为5μs。后者在灯电流IL中几乎不能识别，因为该电流由于点燃电路的输出电容和输出电感而根本不可以这么快地翻转其流动方向。灯于是被输送DC信号。然而，短的换向足以将电荷泵的电容器再充电。在一个优选的实施例中，正常运行中的典型换向持续大约50μs。

Claims

1.一种用于驱动高压放电灯(La)的电路装置，其具有用于高压放电灯的驱动电路，该驱动电路具有：输入端，用于接收高压放电灯(La)的接通/关断信号；以及至少一个输出端，用于提供驱动信号给高压放电灯(La)，

其特征在于，驱动电路被设计为，在其输入端上接收到关断信号之后降低在至少一个输出端上提供的驱动信号的功率(P)，其中驱动电路还设计为，在可预先给定的功率阈值之上提供作为交流信号的驱动信号，在可预先给定的功率阈值之下提供作为准直流信号的驱动信号。

2.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，该驱动电路包括桥电路(20)，该桥电路至少具有第一电子开关(S1)和第二电子开关(S2)，其中驱动电路还包括至少用于第一电子开关(S1)和第二电子开关(S2)的激励电路(14，16)，其中该激励电路(14，16)设计用于至少以如下方式激励所述第一电子开关(S1)和第二电子开关(S2)：使得桥电路(20)在其输出端上至少提供交流信号。

3.根据权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于，驱动电路包括直流电源，其中驱动电路设计用于在可预先给定的功率阈值之下将输出端与直流电源耦合。

4.根据权利要求2所述的电路装置，其特征在于，激励电路(14，16)还设计为，至少以如下方式激励第一电子开关(S1)和第二电子开关(S2)：使得桥电路(20)在其输出端上也提供准DC信号。

5.根据权利要求4所述的电路装置，其特征在于，激励电路(14，16)设计为通过暂时地缩短换向、即通过所谓的伪换向来提供准DC信号。

6.根据上述权利要求中的任一项所述的电路装置，其特征在于，激励电路包括至少用于第一电子开关(S1)和第二电子开关(S2)的低侧驱动器(16)和高侧驱动器(14)，其中低侧驱动器(16)和高侧驱动器(14)分别具有：输出端，用于与相应的电子开关(S1；S2)耦合；控制输入端，用于与控制装置(12)耦合；以及供电端子，用于与用来连接到供电电压的端子耦合，其中高侧驱动器(14)与电容器(C1)关联，该电容器耦合在供电端子和第一电子开关(S1)与第二电子开关(S2)之间的中点(BM1)之间。

7.根据权利要求6所述的电路装置，其特征在于，激励电路(14；16)还包括二极管(D1)，其以如下方式耦合在电容器(C1)和供电电压端子之间：使得防止从电容器(C1)至供电电压端子的电流。

8.根据权利要求6或7所述的电路装置，其特征在于，激励电路(12)设计为在关断时存储最后的准直流工作期间的极性，其中激励电路(12)还设计为在接下来的关断情况下针对准直流工作使用另外的极性。

9.根据权利要求5至8中的任一项所述的电路装置，其特征在于，激励电路(14，16)设计为以50Hz到1kHz之间的频率、优选500Hz的频率来进行伪换向。

10.根据上述权利要求中的任一项所述的电路装置，其特征在于，激励电路(14，16)还包括时间测量装置，其中激励电路(14，16)还设计为，在可预先给定的持续时间结束之后调节高压放电灯(La)的运行，其中在所述持续时间中高压放电灯(La)以可预先给定的功率的准DC信号来驱动。

11.一种用于借助电路装置来驱动高压放电灯(La)的方法，所述电路装置具有用于高压放电灯(La)的驱动电路，该驱动电路具有：输入端，用于接收高压放电灯(La)的接通/关断信号；以及至少一个输出端，用于提供驱动信号给高压放电灯(La)，

其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a)在驱动电路的输入端上接收关断信号；以及

b)降低在驱动电路的至少一个输出端上提供的驱动信号的功率，其中驱动信号在可预先给定的功率阈值之上作为交流信号来提供，在可预先给定的功率阈值之下作为准直流信号来提供。