CN102197711A

CN102197711A - 驱动短电弧放电灯的方法

Info

Publication number: CN102197711A
Application number: CN2009801426121A
Authority: CN
Inventors: J·波尔曼雷奇
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH; Koninklijke Philips NV
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2009-10-20
Publication date: 2011-09-21
Also published as: JP2012507112A; US20110204811A1; EP2351467A1; WO2010049845A1

Abstract

本发明描述了一种驱动气体放电灯（1）的方法，其中灯（1）在任何一个时间利用多种工作模式（M₁，M₂，M₃，M₄）之一来驱动且其中第一工作模式（M₁）和第二工作模式（M₂）在灯工作循环期间被相继应用，并且灯（1）依照第一工作模式（M₁）被驱动该工作循环的循环时间（T）的第一份额（f₁），且灯（1）依照第二工作模式（M₂）被驱动该工作循环的循环时间（T）的第二份额（f₂），以及其中利用混合比率（r）来计算第一份额（f₁）的大小和第二份额（f₂）的大小，该混合比率（r）基于循环工作电压值（U₁，U₂）和目标电压（U_T）之间的关系来确定。本发明还描述了一种用于驱动气体放电灯（1）的驱动单元（10），包括：混合比率确定单元（17，17'），用于基于循环工作电压值（U₁，U₂）和目标电压（U_T）之间的关系确定混合比率（r'）；份额计算单元（15），用于利用该混合比率（r，r'）计算第一份额（f₁）的大小和第二份额（f₂）的大小；以及工作模式管理单元（14），用于从多种工作模式（M₁，M₂，M₃，M₄）选择在灯工作循环期间将相继应用的第一工作模式（M₁）和第二工作模式（M₂），使得灯（1）依照第一工作模式（M₁）被驱动该工作循环的循环时间（T）的第一份额（f₁），且灯（1）依照第二工作模式（M₂）被驱动该工作循环的循环时间（T）的第二份额（f₂）。

Description

驱动短电弧放电灯的方法

技术领域

本发明描述了一种驱动气体放电灯的方法以及一种用于驱动气体放电灯的驱动单元。

背景技术

在例如HID（高强度放电）和UHP（超高压）灯的气体放电灯中，由跨越布置在灯的放电室相对端部处两个电极之间间隙的放电电弧生成明亮的光。在短电弧和超短电弧（USA）放电灯中，放电室内的电极分离仅仅非常短的距离，例如分离1毫米或更小。在灯工作期间跨越该间隙的放电电弧因此也是短的，但是亮度很强。对于需要明亮的、接近点源的白色光的照明应用而言，这种灯是有用的，所述照明应用例如为在室内和室外电影拍摄、图像投影仪中或者在汽车头灯中使用的聚光灯。

当这种灯使用交变电流（AC）驱动时，每个电极交替地起到阳极和阴极的作用，使得放电电弧交替地源于其中一个电极且接着源于另一个电极。理想地，电弧将总是在同一点附连到电极，且将跨越两个电极前端面之间的最短可能距离。然而，由于在高功率下AC工作期间所达到的高温，气体放电灯的电极发生物理变化，即电极末端会熔化或回烧，并且在电极末端上电弧附连到该末端的点处，在一个或多个位置会生长出多种结构。电极的这种物理改变会对电弧的亮度产生负面影响，因为电弧会变得更长或更短，导致灯的光输出（通量）的波动。对于上面提到的照明应用的情形，由于明显的理由，重要的是光输出不出现无法预测的变化，所述变化例如会造成可察觉的闪烁。

因此，在某些照明应用中，稳定的电弧长度是最为重要的。维持现代投影仪中的光通量最终意味着将短电弧长度维持延长的时间。电弧长度与灯的工作电压直接关联。在该问题的一些解决方法中使用这种已知关系，例如当工作电压达到预定义的目标电压值时通过在专用灯工作模式或“驱动方案”之间切换来使用。灯驱动方案用于使电弧长度稳定，且可包括不同电流波形和工作频率的复杂组合，其设计成使得在有可能的情况下避免电极末端的改变，或者使得电极上的结构的生长和熔化以受控方式发生。取决于灯驱动方案的选择，对电极表面的调整可以在短时间至极短时间段内生效。在已知的使灯稳定的方法中，监测电压和/或时间且相应地选择驱动方案，从而通过在灯电极末端上的结构或多或少以受控方式生长和熔化来稳定电弧长度。例如，在一种类型的工作模式或驱动方案中，在灯电极末端上的结构受控生长可以借助正好在电流换向之前电流脉冲叠加在其上的已知的块状灯电流来实现。在第二工作模式中，电极前端面的受控回熔（melting back）是通过以比第一模式高的频率驱动灯且正好在电流换向之前在电流波形上不叠加这种电流脉冲来实现的。

典型地，利用不同电流波形和工作频率的组合将电弧长度维持在某一电压值或“目标电压”。可以例如在开发阶段针对具体灯类型实施的实验期间确定灯系列的预定义目标电压。目标电压接着可以存储在例如灯驱动器的存储器中，用于在灯工作期间使用。

尽管已知算法能够非常精确地稳定UHP灯的工作电压（且因此也稳定电弧长度），不过它们的应用与若干问题相关联。首先，已有的解决方案经常是相当复杂的，即，它们需要非常复杂的算法且因此也是昂贵的，并且它们还需要大量的与灯有关的信息，从而能够准确地选择用于该算法的一组参数。通常必需在灯的实际工作之前，例如在这种灯类型的产品测试阶段中获得这种信息。

此外，所述已知方法强烈依赖于这样的假设：在灯的寿命期间，灯的属性基本上不变化。尽管这种假设可能在许多情形中是合理的，但是这种假设同样在许多其它情形中不成立，这是因为例如钨在灯内的输运过程强烈依赖于在灯的寿命期间从灯的部件释放的杂质。如果在灯的寿命期间该输运过程变化，灯的末端生长和末端熔化中也会发生极端变化。这种情况下，仔细进行平衡的电弧长度稳定算法的固定参数组会造成灯故障。

另一个问题在于，灯内部的某些过程（例如末端熔化的程度）受到的影响是杂乱的，使得无法精确地预测末端熔化期间电压的急剧增大。这种因素使得利用预定义参数组的控制算法长时间有效地工作更加困难，这是因为在经常重复时微小的波动会造成显著的影响。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种驱动所述类型的短电弧灯的改进方式，从而避免上述问题。

本发明的该目的是通过依照权利要求1的驱动气体放电灯的方法以及通过依照权利要求12的用于驱动气体放电灯的驱动单元来实现的。

在驱动气体放电灯的方法中，在任何一个时间利用多种工作模式之一来驱动灯。在灯工作循环期间应用第一工作模式和第二工作模式，并且灯依照第一工作模式被驱动工作循环的循环时间的第一份额（fraction），且灯依照第二工作模式被驱动工作循环的循环时间的第二份额。因此，利用工作循环混合比率来计算第一工作循环份额的大小和第二工作循环份额的大小，该混合比率是基于循环工作电压值和目标电压之间的关系来确定。

利用依照本发明方法，通过将混合比率，即分配给第一和第二工作模式的循环时间的比例（或“驱动方案”）动态地调节以适应例如如引言中所述的由于寿命效应或外部影响引起的灯状态特性（behaviour）的任何变化，可以容易且有效地稳定气体放电灯的工作电压。以此方式，通过简单地将更大比例的循环时间分配给将使灯的工作电压更接近目标电压的那个工作模式，可以实现更快地返回到目标电压。依照本发明方法的另外优点在于，除了测量的循环工作电压之外，它仅需要的参数为循环时间和目标电压。由于后两种值－循环时间和目标电压－为可以容易地预定义的值，所以与可比较的现有技术解决方法相比，依照本发明的方法则远没那么复杂，且同时更为有益。

用于驱动气体放电灯的适当驱动单元包括：混合比率确定单元，用于基于循环工作电压值和目标电压之间的关系来确定工作循环混合比率；以及计算单元，用于利用该混合比率来计算第一工作循环份额的大小和第二工作循环份额的大小。依照本发明的驱动单元还包括：工作模式选择单元，用于从多种工作模式选择在灯工作循环期间将相继应用的第一工作模式和第二工作模式，使得灯依照第一工作模式被驱动工作循环的循环时间的第一份额，且灯依照第二工作模式被驱动工作循环的循环时间的第二份额。

从属权利要求和后续说明书公开本发明特别有利的实施例和特征。

“目标电压”为灯应理想地在其附近工作的电压，且通常依赖于比如灯类型的固定参数，以及依赖于比如灯使用年限的可变参数。术语“循环工作电压值”是指代表灯的工作电压的值，例如在工作循环期间某个点诸如在灯电极两端测量的电压值，或者若干工作电压测量结果的平均值或其它组合。因此这种“循环工作电压值”提供了灯的工作电压状态特性的特性。为了简明起见，术语“工作电压”和“循环工作电压值”在下文中可以互换使用，而不以任何方式限制本发明。

目标电压和循环工作电压值之间的关系可以例如简单地由这两个电压值之间的差异来定义。在一种相当简单的解决方法中，灯的目标电压和工作电压之间的关系可以在一个或多个预定义的时间点确定，例如它可以在灯接通一段时间之后确定，或者它可以每隔十分钟确定。接着可以相应地调整混合比率用于所有后续工作循环直至下一次测量。然而，依照本发明方法允许更动态地调整混合比率，且因此允许对于内部灯环境的波动的更快速响应。因此，在本发明的特别优选实施例中，当前工作循环的目标电压和循环工作电压值之间的关系被应用于确定后续工作循环的混合比率。以此方式，关于灯的目前状态的信息，特别是灯的实际工作电压和目标电压之间的关系，可以用于影响在后续工作循环中工作电压的状态特性。该解决方法允许在需要时连续地校正工作电压，使得该工作电压可以接近目标电压。此处应指出，术语“后续”可以优选地指下一个工作循环，但是由于在收集工作电压测量结果和进行计算时经过了一定量的时间，可能的情形为，在新计算的混合比率可用之前在下一个或者可能更多个工作循环期间需要应用“旧的”混合比率，使得术语“后续工作循环”可以简单地解释为“后来的工作循环”。

取决于正在应用的工作模式，灯的工作电压可以增大或减小。例如，低频脉冲模式与灯电压减小相关联，而高频非脉冲模式与灯电压增大相关联。将应用的驱动方案或工作模式的选择可以基于本领域技术人员已知的标准。用于许多不同驱动方案的比如波形、频率等的可能驱动方案参数在WO2005/062684A1或EP07112156.0中描述。因此，在本发明的另一优选实施例中，在循环时间期间将应用的第一和第二工作模式选择为使得在第一工作模式期间工作电压的整体斜率与在第二工作模式期间工作电压的整体斜率符号相反。换言之，在一个工作循环内，工作电压的上升之后是工作电压的下降。以此方式，依照本发明方法确保了在工作循环中灯电压不偏离目标电压太远，这是因为工作电压的任何增大之后是工作电压的减小，反之亦然。

如引言中所述，取决于所应用的工作模式，气体放电灯中电极的末端发生比如末端熔化和末端生长的变化。现有技术水平的驱动方法将多个工作模式组合，使得电极末端的熔化通过后续生长来补偿，从而使得从长远看来，电极维持它们的形状和大小。因此，在本发明的另一优选实施例中，第一和第二工作模式被选择为使得一个工作模式与末端生长相关联，且另一工作模式与末端熔化相关联。

工作循环的全部循环时间的一部分可以分配给所述工作模式，每个工作模式与循环时间的第一和第二份额之一相关联。然而优选地，第一和第二份额的总和等于该循环时间，使得循环时间仅仅分割为第一和第二份额。

依照本发明的工作循环混合比率的动态调节优选地应当被执行为使得灯电压从长远来看增大或减小，从而接近目标电压。在灯工作期间混合比率应被调整的程度在很大程度上将取决于在任何一个时刻灯电压和目标电压之间的差异。因此，在本发明的特别优选实施例中，循环工作电压值和目标电压之间的关系包括工作电压值与针对当前工作循环确定的目标电压的偏差的测量结果，并且基于当前工作循环中使用的混合比率以及基于该偏差的测量结果，确定后续工作循环的混合比率。

为了确定工作电压与目标电压的偏差，可以使用许多解决方法。可以测量简单的电压偏差，且可以按照许多方式选择测量该偏差的时刻。例如，可以在工作循环开始时、从一个工作模式切换到下一个工作模式时或者在工作循环完成时测量该偏差。为此目的，例如，可以从所测量的工作电压值减去目标电压的值，反之亦然。此外，与目标电压的灯电压偏差可以在工作循环期间任何数量的时间处测量，这取决于可以投入在这种测量中的努力程度，或者取决于所要求的精确度水平。

在一种解决方法中，在当前工作循环中在第一工作模式完成时，即在工作循环时间的第一份额之后测量灯电压，并且偏差的测量结果简单地包括在该时刻测量电压值和目标电压之间的差异。

可替换地，可以在当前工作循环中在第二工作模式完成时，即在工作循环时间的第二份额之后测量灯电压，且偏差测量结果在这种情况下包括在该时刻测量电压值和目标电压之间的差异。

偏差测量结果接着被应用以确定在后续工作循环中将应用的混合比率，使得随时间推移，与目标电压的偏差减小，这只是工作电压接近目标电压的另一种说法。

由于在工作循环完成之后灯电压更接近目标电压，获得偏差测量结果的时刻影响工作电压相对于目标电压的进展。在第一份额完成之后或在第二份额完成之后获得电压偏差是指，取决于灯电压是从上方还是下方接近目标电压，电压曲线的最低点或最高点将靠近目标电压。稍后借助附图将更容易显现这一点。

然而，会期望工作电压以目标电压“为中心”且不高于或低于目标电压，这将是上文解释的替代方案的结果。换言之，灯的工作电压应优选地围绕目标电压“振荡”。因此，在本发明的特别优选实施例中，在当前工作循环中在第一工作模式完成时（在工作循环的第一份额过去之后）测量第一电压值，且在当前工作循环中在第二工作模式完成时（在工作循环的第二份额过去之后）测量第二电压值。确定这些第一和第二测量电压值的循环均值，且偏差测量结果包括循环均值和目标电压之间的差异。循环均值可以例如为第一和第二测量电压值的简单均值。利用这种优选解决方法，工作电压可以接近目标电压且接着保持有效地以目标电压“为中心”。

为了利用在当前工作循环期间测量的数据来计算后续工作循环的混合比率r'，有利的是应用时间和电压进展之间的线性关系。假设在当前工作循环之后与目标电压的电压偏差将在后续工作循环中被补偿，电压偏差可以表达为：

（1）。

其中U_dev为如上所述确定的工作电压与目标电压的偏差；T为循环时间；r为当前工作循环的混合比率；ΔU₁为在第一份额上的电压变化，以及ΔU₂为在第二份额上的电压变化。由于负值的时间是不允许的，r'在逻辑上应约束在区间[0，1]。明显地，值为1的工作循环份额是指相应的工作模式应被应用在整个工作循环上，而另一工作模式（工作循环份额的值因此为0）将在该工作循环期间不被应用。例如当灯工作电压偏离目标电压太远且有必要进行彻底校正时，这会是有必要的。

如果灯电压在当前工作循环中在第一工作模式完成时被测量，偏差值可以表达为

Figure 2009801426121100002DEST_PATH_IMAGE004

（1a）。

类似地，如果灯电压在第二工作模式完成时被测量，偏差值可以表达为

Figure 2009801426121100002DEST_PATH_IMAGE006

（1b）。

按相同方式，当获得第一和第二测量电压值的循环均值时，偏差值可以表达为

Figure 2009801426121100002DEST_PATH_IMAGE008

（1c）。

可以容易地对方程（1）求解获得将在后续工作循环中应用的新混合比率r'，其表达如下：

Figure 2009801426121100002DEST_PATH_IMAGE010

（2）。

只要工作模式的电压斜率在它们的状态特性方面不是太不稳定，依照本发明方法可以在仅仅几个工作循环的过程中使工作电压稳定。利用依照本发明方法，可以使工作电压非常接近目标电压，从长远来看只有极小的最高和最低电压差（voltage spread）。

灯的工作循环的循环时间不限于恒定值，而可以在灯工作期间变化。由于依照本发明方法的控制算法最终仅确定混合比率，它并不确定在工作循环期间应用工作模式的绝对次数。因此，在灯工作期间可以改变循环时间，例如从而补偿可能出现的无法预料的大的电压波动。循环时间可以缩短或延长而不负面影响控制算法的整体有效性，且依照本发明方法仅仅在短的过渡阶段之后继续很好地起作用。例如，循环时间可以自动地调节以适应工作电压与目标电压的实际偏差。当偏差相对较大时这会是有用的，因为在这种情形中，灯应主要是在两种工作模式之一中工作，从而减小随时间推移的偏差。实际上，由于r'的可能值的范围包括0和1，在后续工作循环中所述份额之一可以包括整个循环时间，使得在该后续循环中仅仅应用一个工作模式。当与目标电压的偏差大到使得需要彻底校正时，会出现这一情况。

此外，控制算法提供了选择在工作循环期间使用的工作模式的灵活

性。出于已经提到的原因，唯一更可取的是在工作循环中应用的两种工作模式具有相反符号的电压斜率。不是明确地要求具体效应与例如末端熔化或末端生长的具体工作模式相关联。依照本发明方法在所应用的工作模式改变之后继续很好地起作用，而同样仅仅需要短的过渡阶段。

在依照本发明方法的另一进展中，为了应对更大电压波动或者一次事件（比如大的电压跳跃）的效应，可以确定运行均值用于在方程（2）中使用。例如，替代仅仅利用在第一或第二份额上的工作电压和目标电压差，可以利用在先工作循环中获得的测量结果计算出这些电压差的运行均值。接着，在方程（2）的进一步进展中，ΔU₁可以是第一份额上的电压变化的运行均值，且ΔU₂可以是第二份额上的电压变化的运行均值。按相同方式，适当地利用方程（1a）、（1b）或（1c），通过计算相应工作电压与目标电压的偏差的运行均值而获得U_dev。这些值接着应用在方程（2）中，从而给出新混合比率r'。在其上计算这些运行均值的工作循环的数目可以依照驱动单元中可用的存储器资源且依照期望的精确性水平来选择。例如，可以在自从灯接通之后灯的整个工作阶段上计算运行均值。可替换地，在更基础的计算中，可以例如仅仅利用当前工作循环的值和前几个工作循环的值来确定运行均值。

在更复杂解决方法中，在整个工作循环上测量的多个工作循环的电压变化ΔU可以与它们各自的混合比率r一起存储。此数据接着可用于确定拟合函数F（例如，通过更高阶的多项式或通过样条函数），其表达如下：

Figure 2009801426121100002DEST_PATH_IMAGE012

（3）。

对于每个工作循环，通过利用测量的与目标电压的实际电压偏差作为ΔU，拟合函数的反函数F^-1接着可以用于计算新混合比率r'。这种解决方法的优点在于，与方程（1）的线性解决方法对比，通过利用恰当类型的拟合函数F，电压在循环时间T上的非线性进展也被考虑在内。因此，在本发明的优选实施例中，对于多个灯工作循环，全部循环的电压偏差记录有它们对应的混合比率，且拟合函数基于所记录的值被确定，并且用于后续工作循环的更新的混合比率利用拟合函数来确定。

无论何时达到目标电压，所更新的混合比率的理想值将是拟合函数将变为零的值。在这种理想情形中，灯电压在每个工作循环之后将返回到目标电压。然而，实际上，例如灯中的缺陷、工作条件变动、驱动电流波动等的扰动将总是干扰这种完美的平衡。为了获得高的精确性水平并减小缺陷的影响，大量在先工作循环的偏差值和混合比率优选地存储在灯的驱动单元的非易失性存储器中。

在另一优选实施例中，可以应用附加算法从而自动地确定将被驱动单元的控制算法使用的合适工作模式。如已经所述，控制算法的两个工作模式的电压斜率优选地具有相反符号。如果由于任何原因（例如灯的寿命进展），两个工作模式不再满足这个要求，则可以开始搜寻另一组合适的工作模式。在这种搜寻中，可以测试迄今为止使用的工作频率和电流波形的可替换组合。驱动单元可以例如确定用于若干这种可替换工作模式的电压斜率，且接着选择控制算法从这时开始将应用的两个工作模式（具有相反符号的电压斜率）。自动选择规则的实例可以是这样的，具有大的电压斜率（为电压控制提供良好的杠杆）或具有小电压斜率值（造成工作电压在目标电压周围小的变化）的工作模式可以被选择。由于依照本发明方法的高的灵活性水平，应用工作模式的顺序并不重要。

取决于所测试的工作模式的数目，新工作模式的搜寻会需要几十秒。搜寻可以在某些条件满足（例如所述工作模式之一的电压斜率接近零，使得存在两种工作模式迟早将具有相同电压斜率符号的风险）时启动，或者可以定期地应用，使得具有明显不同斜率的工作模式优选地被采用。为了确保这种控制算法调整不为用户所察觉到，例如可以在最终断开灯之前开始的停止工作阶段时启动此搜寻。接着在下一次灯接通时应用新选择的工作模式。在使用气体放电灯（比如超短电弧（USA）灯、超高压（UHP灯）或介质源稀土（MSR）灯）的应用（比如投影、聚光照明、室内和室外电影拍摄等）中，这种解决方法将是特别有优势的。

依照本发明方法的另一种直接的扩展（其可以与上述工作模式搜寻一起使用是特别有用的）为在灯工作期间例如按照固定序列使用多于两种的工作模式，使得在一个工作循环中应用工作模式M₁和M₂，且在接着的工作循环中应用工作模式M₃和M₄，且重复这种方式而给出重复序列M₁、M₂、M₃、M₄、M₁、M₂、M₃，...。这种解决方法可以例如增大在完整重复序列上将出现至少两个具有相反符号的电压斜率的可能性。

在特别简单解决方法中，灯的目标电压可以是例如在灯系列开发中实施的实验期间获得的预定义值。此目标电压值可以存储在例如灯的驱动单元的存储器中，且每次灯接通时，驱动单元将力图驱动灯，使得灯电压位于尽可能靠近目标电压的区域。然而，如上所述，灯状态特性会随着灯的寿命而发生变化，使得最终会不可能或实际上不期望灯电压达到那个目标电压值。随着灯老化，例如，可能要求更高或更低的目标电压。因此，在本发明的特别优选实施例中，基于在灯工作期间获得的工作值来确定目标电压。这种工作数据值可以是随时间观察的灯电压本身，或者灯内压力的值等等。新确定的目标电压值优选地存储在驱动单元的非易失性存储器中，使得它可以在灯灭掉之后被存储并且在下一次灯接通时用作初始目标电压。以此方式，目标电压也可以在任何需要时被动态地调整。

本发明的其它目的和特征通过结合附图进行的下述详细描述而变得清楚明显。然而将理解，附图只是被设计用于说明的目的，而不是作为对本发明限制的定义。

附图说明

图1示出在气体放电灯中一对电极的末端上发生的结构变化的简化示意性表示；

图2示出使用依照本发明方法驱动的气体放电灯的工作电压在短时间跨度上的第一曲线图；

图3示出使用依照本发明方法驱动的气体放电灯的工作电压在短时间跨度上的第二曲线图；

图4示出使用依照本发明方法驱动的气体放电灯的工作电压在长时间跨度上的第三曲线图；

图5示出使用依照本发明方法驱动的气体放电灯的工作电压的第四曲线图，循环时间为图2的一半；

图6示出使用依照本发明方法驱动的气体放电灯的工作电压在时间跨度上的第五曲线图，在该时间跨度期间该循环时间增大到3倍；

图7示出使用依照本发明方法驱动的气体放电灯的工作电压在时间跨度上的第六曲线图，在该时间跨度期间改变了工作模式的选择；

图8示出气体放电灯和依照本发明的驱动单元的可能实现方式的框图；

图9a示出用于图8驱动单元的控制单元的第一实现方式的框图；

图9b示出用于图8驱动单元的控制单元的第二实现方式的框图；

图10示出合并在依照本发明实施例的照明系统中的气体放电灯和驱动单元。

在附图中，相同的数字总是指相同的对象。图中的对象不一定按比例绘制。

具体实施方式

图1示出由间隙G分隔的一对电极3、4。电极3，4布置在图中未示出的气体放电灯中，且在该短间隙G上彼此面对。在第一阶段（I）中，在此实例中示出的电极的前端面基本上是圆的，且没有显示出任何结构不平整。在第二阶段（II）中，在灯工作一段时间之后，电极的前端面表现出“末端”已经开始逐步显示出来。取决于应用到灯的工作模式，末端生长可以进行（III）使得电极之间间隙减小为更小距离G'。电极前端面之间距离减小导致工作电压下降。通过应用恰当的驱动方案或工作模式，电极端面的这些末端或结构变化可以被回熔，使得电极的前端面恢复到此解释图第一阶段（I）所示的它们的基本圆形形状。

图2–7示出应用方程（2）动态地确定工作循环混合比率时，利用依照本发明方法驱动的灯的工作电压随时间推移的曲线图。

图2示出使用依照本发明方法驱动的灯的工作电压随时间推移的第一曲线图。期望灯的工作电压接近目标电压U_T。已经选择一对工作模式，其中第一工作模式具有正的整体斜率且第二工作模式具有负的整体斜率。在相继的工作循环C1、C2、C3中以交替方式应用工作模式。在此图中，出于说明的原因，只示出三个连续工作循环C1、C2、C3，且每个工作循环具有相同的循环时间T。

在第一工作循环C1中，在循环时间T的第一份额f₁期间应用第一工作模式，且在循环时间T的第二份额f₂期间应用第二工作模式。在此实例中，第一工作模式与末端熔化相关联且因此也与工作电压增大相关联，使得在循环时间T的第一份额f₁期间在工作循环开始之后，灯的工作电压增大了ΔU₁这个量。第二工作模式与末端生长相关联，且因此与工作电压下降相关联，使得在循环时间T的第二份额f₂期间，灯的工作电压减小了ΔU₂这个量。循环时间的第一和第二份额的大小由混合比率确定。在第一工作循环C1期间将应用的混合比率可以利用上述技术之一而被确定，例如利用方程（1）和（2）确定。在第一工作模式完成时可以测量灯的工作电压，从而给出工作电压值U₁，并且可以确定与目标电压U_T的相应偏差d₁。类似地，在第二工作模式完成时可以测量灯的工作电压，从而给出工作电压值U₂，并且可以确定与目标电压U_T的相应偏差d₂。这些观测的偏差d₁、d₂之一或二者可以接着用于计算或算出后续工作循环C2的混合比率，诸如此类。随着时间推移，工作电压表现出整体减小从而接近期望的目标电压U_T。

只要灯内条件保持相当稳定，取决于在计算该工作模式的混合比率时应用的方法或技术，工作电压将最终落在目标电压附近的区域中。如果方程（2）与方程（1a）或（1b）一起使用，即偏差d₁、d₂中仅仅一个被考虑，则工作电压将趋于保持低于或高于目标电压。利用方程（2）与方程（1c），即利用偏差d₁、d₂二者的均值，工作电压将趋于围绕目标电压振荡。图3示出目标电压为62V的灯的这种实例。这里，利用在每个工作循环期间电压偏差的均值，即通过应用方程（2）和（1c），计算混合比率。该图清楚地示出工作电压围绕目标电压电平振荡。

图2和图3仅仅示出在气体放电灯工作中的短的时间段。在图4中，在长得多的时间段上示出利用依照本发明方法驱动的灯的工作电压的状态特性，这种情况下该时间段为超过600小时。这种情况下工作电压被测量的灯为USA 132 W UHP灯，其目标电压U_T为59V（对应于约0.7mm的短电弧长度）。最高和最低电压差非常小，且灯电压基本上位于期望的电压水平。如图中清楚可见，利用依照本发明的控制算法，这种灯典型的尖峰或异常被迅速重新稳定。

在图5中，可以看出与图2和3所示结果比较使循环时间减半的效应。同样，依照本发明的控制算法对于目标电压U_T为59V的这个灯非常良好地工作，不过工作模式的实际切换数目加倍。这表明循环时间的选择并不明显地影响该算法的有效性。

实际上，即使在灯工作期间也可以改变循环时间。这示于图6，该图演示了在灯点亮时循环时间增至三倍的效应。循环时间的变化发生在图中所示时间t_a处。依照本发明的控制算法继续选择用于每个后续工作循环的混合比率的所述值，使得工作电压能够保持在59V的目标电压附近。

如说明书中所述，在工作循环期间应用的两种工作模式优选地具有整体电压斜率的相反的符号。与在引言中提到的现有技术算法相比，依照本发明方法不要求特定工作模式效应与控制算法中的特定要素相关联。在循环时间期间应用的工作模式的电压斜率可以更换，而对控制算法没有任何负面影响，该控制算法简单地在短的过渡阶段之后进行调整。在图7可以清楚看出这一点，该图示出在时间t_b处，在循环时间期间应用的工作模式的选择发生彻底变化，造成与所应用的工作模式相关联的明显不同的电压斜率。在没有任何用户干预的情况下，通过快速地调整在后续工作循环中使用的混合比率，控制算法能够在非常短时间重新稳定。在仅仅几个工作循环之后，工作电压已经返回到该灯的62V目标电压附近。

图8示出气体放电灯1和依照本发明的驱动单元10的一个实施例的框图。如所示的布置可以在照明系统中使用，例如，用作投影系统的一部分。

所示电路包括电源P，其具有例如380V的用于降频转换器单元2的DC源电压。降频转换器单元2的输出端经由缓冲电容器C_B连接到换向单元6，该换向单元进而供应点火级5，灯1借助所述点火级被点亮并工作。当灯1点亮时，在灯1的电极3、4之间建立放电电弧。灯电流的频率由频率发生器7控制，且灯电流的波形由波形成单元8控制。控制单元11（将在下文更详细解释其功能）将控制信号70、80分别供应到频率发生器7和波形成单元8，使得灯电压和电流的幅值、频率和波形可以依照瞬时要求被控制。

应用到缓冲电容器C_B的电压经由分压器R₁、R₂而附加地馈送到控制单元11中的电压监测单元12。该图示出控制单元11的主要部件，即电压监测单元12、在灯工作期间用于选择和应用工作模式M₁、M₂、M₃、M₄的工作模式管理单元14、以及非易失性存储器16。显然，工作模式管理单元14不限于有限数目的工作模式，此处示出的工作模式M₁、M₂、M₃、M₄纯粹是用于说明的目的。

控制单元11的详细框图示于图9a。这里，电压监测单元12监测灯1的工作电压。电压监测单元12测量工作电压的时间点由计时信号30确定。例如，计时信号30可以在工作循环开始时或者在工作循环期间在工作模式之间切换时触发电压测量。测量电压值U₁、U₂存储于非易失性存储器16中并被传递到偏差测量单元31，该偏差测量单元31利用所存储的目标电压值U_T来确定当前工作循环的偏差值U_dev以及工作循环的第一和第二份额中的电压变化ΔU₁、ΔU₂。在此实施例中，利用较前描述的技术之一来计算偏差值U_dev。利用偏差值U_dev、电压变化ΔU₁、ΔU₂的值以及当前混合比率r，通过应用方程（2）以及适当地应用方程（1a）、（1b）或（1c），混合比率确定单元17确定在随后的工作循环期间将使用的新混合比率r'。

混合比率r'的更新值被供应到工作模式管理单元14，该工作模式管理单元也被给予在非易失性存储器16中存储的循环时间T。利用此信息，工作模式管理单元14的份额计算单元15确定在随后工作循环中第一和第二工作模式将被应用的循环时间T的第一和第二份额的大小。因此，工作模式管理单元14的控制信号单元34分别供应恰当的信号70、80到频率发生器7和波成形单元8。频率发生器7在恰当频率处驱动换向单元6，并且波成形单元8利用降频转换器2确保针对所选择工作模式生成正确电流/脉冲波形。工作模式管理单元14将应用与循环时间的第一和第二份额有关的信息生成计时信号30，从而在随后的工作循环期间在恰当的时间点触发电压测量。

图9b示出可替换的控制单元11'，其中偏差测量单元31将其所测量的电压差ΔU₁、ΔU₂和/或在整个循环上的整体电压变化ΔU=ΔU₁-ΔU₂供应到另一非易失性存储器36，该存储器存储在多个工作循环获得的这些值。所收集的值作为恰当的信号37被供应到拟合函数计算单元35，该拟合函数计算单元进而利用这些值计算拟合函数。可以由混合比率确定单元17'检索得到合适的拟合函数F，该混合比率确定单元接着应用该拟合函数以确定将供应到工作模式管理单元14的混合比率r'的新值。“新”混合比率r存储于存储器16中以供在下一次混合比率计算中使用。

工作模式管理单元14也可以使用其接收的信息来确定是否改变其先前应用的工作模式。例如，使用工作模式M₃、M₄替代工作模式M₁、M₂会是有利的。为此，工作模式管理单元14也可以被供应另外的信息，比如测量电压值U₁、U₂和/或任何或全部的偏差值ΔU₁、ΔU₂、ΔU。为了清楚起见，这未在图中示出。

返回到图8，当驱动单元10在投影系统中使用时，同步信号S可以从投影系统（未示出）供应到驱动单元10，并被分配给频率发生器7、波成形单元8和控制单元11，使得灯驱动器10可以与例如投影系统的显示器单元或色彩生成单元同步工作。

在图中，存储器16、工作模式管理单元14、电压监测单元12均被示为控制单元11的一部分。明显地，这仅仅是示例性说明，且这些单元可以根据需要而分开实现。

控制单元11或者至少部分的控制单元11（比如工作模式管理单元14）可以实现为可以在驱动单元10的处理器上运行的恰当软件。这有利地允许已有灯驱动单元被升级从而利用依照本发明方法来工作，只要该驱动单元配备有所需的波成形单元和频率发生器。驱动单元10优选地还配备有合适的接口（未示于图中），使得在制造的时间或者在后来的时间，例如当不同灯类型被替换或者期望不同性能时，初始目标电压和任何其它期望参数可以加载到存储器16中。

图10示出依照本发明的照明系统的可能实现方式，其在这种情况下为具有灯1的投影系统22，该灯安装在反射器18内且如上所述由驱动单元10控制。由灯1发射的光以通常方式投射在显示器20，例如可移动微镜的阵列或液晶显示器，并且投影在屏幕21上以供观看。投影系统22的图像再现控制模块19控制显示器20并向驱动单元10供应同步信号S和信息信号23从而向驱动单元10指示关断或点火阶段。

本发明可以优选地与所有类型的短电弧HID灯一起使用，所述灯在需要稳定电弧（轴向和横向）的应用（比如在投影、聚光灯、头灯、室内和室外电影拍摄等等中应用的USA UHP灯和MSR灯）中可以用上述方法驱动。尽管本发明已经以优选实施例及其变型的形式而公开，将理解，可以对其进行许多附加修改和变动而不背离本发明的范围。也可想到，灯驱动器可以管理用于灯的若干不同目标电压，且可以依照在任何一个时间灯被驱动的条件而应用特定目标电压。可以在任何一个上述方法中使用这些目标电压中的每一个。

为了清楚起见，应理解本申请通篇中使用的“一”或“一个”不排除多个，且“包括”不排除其它步骤或元件。除非另外指出，“单元”或“模块”可以包括许多单元或模块。

Claims

1. 一种驱动气体放电灯（1）的方法，其中在任何一个时间利用多种工作模式（M₁，M₂，M₃，M₄）之一来驱动灯（1），以及其中

- 在灯工作循环期间相继应用第一工作模式（M₁）和第二工作模式（M₂），以及

- 灯（1）依照第一工作模式（M₁）被驱动该工作循环的循环时间（T）的第一份额（f₁），且灯（1）依照第二工作模式（M₂）被驱动该工作循环的循环时间（T）的第二份额（f₂），以及其中

- 利用混合比率（r）来计算第一份额（f₁）的大小和第二份额（f₂）的大小，

- 该混合比率（r）是基于循环工作电压值（U₁，U₂）和目标电压（U_T）之间的关系来确定。

2. 依照权利要求1的方法，其中当前工作循环的循环工作电压值（U₁，U₂）和目标电压（U_T）之间的关系被应用于确定后续工作循环的混合比率（r'）。

3. 依照权利要求1或权利要求2的方法，其中在循环时间（T）期间将应用的第一和第二工作模式（M₁，M₂）被选择为使得在第一工作模式（M₁）期间工作电压的整体斜率与在第二工作模式（M₂）期间工作电压的整体斜率符号相反。

4. 依照前述权利要求中任意一项的方法，其中在循环时间（T）期间将应用的第一和第二工作模式（M₁，M₂）被选择为使得所述工作模式（M₁，M₂）之一与灯（1）的电极（3，4）的末端生长相关联，且另一工作模式（M₁，M₂）与灯（1）的电极（3，4）的末端熔化相关联。

5. 依照前述权利要求中任意一项的方法，其中第一和第二份额（f₁，f₂）的总和等于循环时间（T）。

6. 依照前述权利要求中任意一项的方法，其中循环工作电压值（U₁，U₂，U_av）和目标电压（U_T）之间的关系包括循环工作电压值（U₁，U₂，U_av）与针对当前工作循环确定的目标电压（U_T）的偏差测量结果（d₁，d₂，d_av），并且基于当前工作循环的混合比率（r）以及偏差测量结果（d₁，d₂，d_av）确定后续工作循环的混合比率（r'）。

7. 依照权利要求6的方法，其中在当前工作循环中在第一工作模式（M₁）完成时测量电压值（U₁），且偏差测量结果（d₁）包括测量电压值（U₁）和目标电压（U_T）之间的差异。

8. 依照权利要求6的方法，其中在当前工作循环中在第二工作模式（M₂）完成时测量电压值（U₂），且偏差测量结果（d₂）包括测量电压值（U₂）和目标电压（U_T）之间的差异。

9. 依照权利要求6的方法，其中在当前工作循环中在第一工作模式（M₁）完成时测量第一电压值（U₁），在当前工作循环中在第二工作模式（M₂）完成时测量第二电压值（U₂），第一和第二测量电压值（U₁，U₂）的循环均值（U_av）被确定，且偏差测量结果（d_av）包括该循环均值（U_av）和目标电压（U_T）之间的差异。

10. 依照权利要求1至5中任意一项的方法，其中对于多个灯工作循环，用相应混合比率记录整个工作循环上的电压变化，且基于所记录的值确定拟合函数（F），并且利用拟合函数（F）确定后续工作循环的混合比率（r'）。

11. 依照前述权利要求中任意一项的方法，其中基于在灯（1）工作期间获得的工作数据值（D）来确定目标电压（U_T）。

12. 一种用于驱动气体放电灯（1）的驱动单元（10），包括

- 混合比率确定单元（17，17'），用于基于循环工作电压值和目标电压（U_T）之间的关系确定混合比率（r'），

- 份额计算单元（15），用于利用混合比率（r，r'）计算第一份额（f₁）的大小和第二份额（f₂）的大小，

- 工作模式管理单元（14），用于从多种工作模式（M₁，M₂，M₃，M₄）选择在灯工作循环期间将被相继应用的第一工作模式（M₁）和第二工作模式（M₂），使得灯（1）依照第一工作模式（M₁）被驱动该工作循环的循环时间（T）的第一份额（f₁）且灯（1）依照第二工作模式（M₂）被驱动该工作循环的循环时间（T）的第二份额（f₂）。

13. 依照权利要求12的驱动单元（10），包括存储器单元（16，36），用于存储在灯（1）工作期间收集的与灯有关的数据（U₁，U₂，r，ΔU₁，ΔU₂，ΔU）。

14. 一种照明系统（22），包括气体放电灯（1）和依照权利要求12的驱动单元（10）。