CN102301829A - 用于驱动气体放电灯的方法和电子驱动设备以及投影器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于驱动气体放电灯的方法，其中气体放电灯利用矩形灯电流来驱动，其中灯电流具有在时间变化过程中预先确定的换向位置，并且在这些换向位置上可进行换向，以产生换向模式。本发明同样涉及一种电子驱动设备，该电子驱动设备具有点燃设备、逆变器和控制电路，其中电子驱动设备实施该方法。本发明同样涉及一种具有电子驱动设备的投影器，其中该投影器被设计来在执行该方法期间投影图像，而从该图像看不到该方法的执行。

Description

用于驱动气体放电灯的方法和电子驱动设备以及投影器

技术领域

本发明涉及一种用于驱动气体放电灯的方法和电子驱动设备，其中气体放电灯利用矩形灯电流来驱动。本发明同样涉及一种具有这种驱动设备的投影器。

背景技术

近年来，气体放电灯由于其高效率而代替白炽灯越来越多地被采用。在此，高压放电灯在其工作方式方面比低压放电灯更难以操纵，并且这些灯的电子驱动设备因而开销更大。

通常，高压放电灯以低频的矩形电流来驱动，这也被称为“摆动的直流电流驱动”。在此，具有通常为50Hz直至数千赫兹的频率的基本上为矩形的电流被施加到灯上。在每次在正电压和负电压之间偏移时，灯换向，因为电流方向也被反转而且电流由此短暂地变为零。该工作确保灯的电极尽管有近似直流电流驱动仍均匀地被加载。

气体放电灯例如针对显示系统被成功地采用，因为这些气体放电灯可以产生通过成本低廉的光学系统可进一步处理的高的光密度。显示系统及其照明设备例如在出版文献US 5,633,755和US 6,323,982中被描述。诸如DLP投影器(“数字光处理投影器(digital light processing projector)”的简称)的显示系统包括具有光源的照明设备，所述光源的光被转向DMD芯片(“数字镜设备芯片(digital mirror device chip)”的简称)。DMD芯片包括在微观上小的可摆动的镜，当相关的像素应被接通时，这些镜将光转向投影面，或者当相关的像素应被关断时，这些镜将该光转离投影面，例如转向吸收器。每个镜因此用作控制像素的光通量的光阀。这些光阀在本情况下被称为DMD光阀。为了产生颜色，DLP投影器在发射白色光的照明设备的情况下例如包括滤光轮，该滤光轮被设置在照明设备与DMD芯片之间并且包含不同颜色(例如红色、绿色和蓝色)的滤波器。借助滤光轮，从照明设备的白色光中顺序地透过相应地期望的颜色的光。

这种显示系统的色温通常与照明设备的光的色度坐标有关联。该色度坐标通常随着照明设备的光源的工作参数诸如电压、电流强度和温度来变化。此外，根据照明设备中所使用的光源，电流强度和光通量之间的比例不一定是线性的。这在电流强度变化时导致光源的光的色度坐标的变化，并且由此导致显示系统的色温的变化。

此外，显示系统的颜色深度通过像素的最小接通持续时间来受限。为了提高颜色深度，例如可以采用抖动(Dithering)，其中以比为1/60Hz的常规频率小的频率接通单个像素。但是，在这种情况下，通常发生对于人类观察者可见的噪声。

显示系统的对比度比例通过完全打开的光阀的情况下的最大光通量与完全闭合的光阀的情况下的最小光通量的比例来限定。为了提高显示系统的对比度比例，例如可以在完全闭合的光阀的情况下借助机械光阑进一步减小的最小光通量。但是，机械光阑要求在照明设备或者显示系统中的位置，提高照明设备或者显示系统的重量并且此外是附加的潜在干扰源。如在这种显示系统中采用的高压放电灯也可以以被调光的方式来驱动，但是被调光的工作方式引起关于高压放电灯的电极温度和弧开端(Bogenansatz)的问题。

弧开端在放电灯以交变电流工作时基本上是有问题的。在以交变电流工作时，在工作电压换向期间，阴极变到阳极并且相反阳极变到阴极。阴极-阳极的过渡由于原理条件而无问题，因为电极的温度对其阳极工作没有影响。在阳极-阴极的过渡时，电极的能够提供足够高的电流的能力取决于电极的温度。如果该温度过低，则光弧在换向时通常在过零之后从点状的弧开端工作方式变换到弥漫的弧开端工作方式。该变换通常伴随有光发射的可见的断裂，这会被觉察为闪烁。

有意义地，灯于是在点状的弧开端工作方式中工作，因为弧开端在此非常小并且由此非常热。这导致，在此由于在小的开端点处的较高的温度而需要较小的电压来能够提供足够的电流。具有带有并未开裂的表面的均匀形式的电极尖端辅助点状的弧开端工作方式并且由此辅助气体放电灯的安全且可靠的工作。

在下文中如下过程视为换向，其中气体放电灯的电压的极性转变，并且其中因此出现强电流改变和强电压改变。在灯的工作方式基本上对称的情况下，在换向时间的中间存在电压过零或电流过零。在此可观察到，电压换向通常始终比电流换向更快地结束。

在下文中，灯电极的处于气体放电灯燃烧器的放电空间中的内部端部称作电极端部。处于电极端部上的针状的或驼峰状的突起部称作电极尖端，该突起部的端部用作光弧的开端点。

高压放电灯的大的问题是电极在整个使用寿命中的改变或变形。在此，电极的形状改变而偏离理想形状，直至尤其是在电极的内部端部上越来越多地开裂的表面。此外，存在如下危险，形成并不设置在相应的电极中部中的电极尖端。放电电弧始终从电极尖端到电极尖端地形成。如果在电极上存在多个大致相等的电极尖端，则会出现电弧跳跃并且由此出现灯的闪烁。并不居中地生长的电极尖端使光学投影劣化，因为其中使用了这种气体放电灯的投影器或者发光装置的光学系统根据放电电弧的特定的位置而设计并且尤其是根据电极和放电电弧的起始状态而调节。在确定的情况下，会出现电极尖端的不均匀的生长，使得电弧不再居中地而是轴向上偏移地设置在燃烧器容器中。这同样使整个系统的光学投影劣化。而开裂导致原始电极距离增大并且由此也影响灯电压。由于灯电压相对于距离成比例地升高，所以会出现提前的使用寿命截止，因为该截止通常在灯电压超过预先给定的阈值时起反应。总之，出现灯使用寿命的缩短以及由此灯发射的光的质量降低。

在现有技术中目前并未公开针对这些问题的解决方案。仅仅补充地参考WO 2007/045599A1。在灯使用寿命结束时出现基于本发明的问题，而上述出版物涉及在前三百工作小时内出现的问题。在该时段内，会出现尖端生长，这导致电极距离减小。由此，灯电压下降，使得要由电子驱动设备提供的电流必须被提高以达到恒定的功率。因为电子驱动设备本质上针对确定的最大电流而设计，所以这导致问题。为了阻止持续工作的电流设计提高以及由此形成的附加成本，上述出版物提出了将要施加到电极上的电流脉冲构建为使得由此所生长的电极尖端回熔(Zurückgeschmolzen)。由此，电极的距离又会增大，灯电压提高并且所需的电流下降。然而与此相反，本发明涉及如下问题，提出一种方法，其中将电极尽可能在气体放电灯的整个使用寿命上保持在最优状态中，在该状态中电极相对于彼此处于尽可能与在新灯的情况下的原始距离对应的距离中，以及带有居中地生长的尖端的电极端部的表面保持平滑，其中尖端形成电弧的限定的开端点。此外，该方法应该具有如下能力：能够遵守在换向的同步化的情况下的外部边界条件。WO 2007/045599A1的教导因此并未解决上述问题。

任务

本发明的任务是说明一种用于驱动气体放电灯的方法和电子驱动设备，其中气体放电灯利用矩形灯电流来驱动，其中该方法将气体放电灯的电极保持在尽可能最优的状态中，并且其中在气体放电灯的换向期间遵守由上级系统预先给定的所有边界条件。本发明的任务同样是说明一种实施该方法的电子驱动设备。此外，本发明的任务是说明一种具有实施该方法的电子驱动设备的投影器。

发明描述

根据本发明，该任务在方法方面的解决方案利用用于驱动气体放电灯(LP)的方法来实现，其中气体放电灯(LP)利用矩形灯电流来驱动，并且灯电流具有在时间变化过程中预先确定的换向位置，而且可以在这些换向位置进行用于产生换向模式的换向。

换向模式在此优选地形成，使得换向模式的时间平均值在此优选地对应于预先确定的频率。由此，气体放电灯可以以对其而言最优的频率来驱动。

换向模式在此在本方法的第一构造方案中通过如下方式来产生：在不应进行换向的换向位置上省去换向。这是也提供好的工作安全性的最简单的实施形式，因为仅执行一定必需的换向。

在本方法的第二构造方案中，换向模式通过如下方式产生：在不应进行换向的换向位置上仍进行换向，但是该换向通过紧紧跟随其的其他换向而被再次反转。该方法也被称为双重换向。该方法方式提供与常用电路拓扑的最大可能的兼容性的优点，这些常用电路拓扑由于技术上的限制而不执行本方法的第一构造方案。

对于极限情况也可能的是，混合本方法的两个构造方案，以便能够实现尽可能有效地利用所使用的电路拓扑。通过预先给定的换向位置，矩形灯电流相对于上级控制精确同步，尽管通过灯电流的时间平均值可以调整对于气体放电灯最优的频率。因此可能的是，将矩形灯电流以其基本频率以及以其相对于上级控制(例如投影器的视频电子装置)的相位同步化，并且尽管如此还产生对于气体放电灯的最优的工作所需的任意频率。

该任务在电子驱动设备方面的解决方案利用具有点燃设备、逆变器和控制电路的电子驱动设备来进行，其中该电子驱动设备实施上述方法。

该任务在投影器方面的解决方案利用具有电子驱动设备的投影器来进行，其中投影器被设计来在执行上述方法期间投影图像，而从该图像看不到该方法的执行。

用于驱动气体放电灯的根据本发明的方法和根据本发明的电子驱动设备的其他有利的改进方案和扩展方案由其他从属权利要求和由以下描述得到。

附图说明

本发明的其他优点、特征和细节借助下文对实施例的描述以及借助附图得到，在这些附图中相同的或者功能相同的要素设置有相同的附图标记。在此：

图1示出了用于表示驱动方法的第一实施形式的施加到气体放电灯的直流电压阶段的持续时间与灯电压之间的关系的曲线图；

图2示出了阐明驱动方法的第二实施形式的曲线图；

图3示出了在通过第二实施形式中的方法优化之前和之后的电极对的图示；

图4示出了具有不同的时间分辨率的直流电压阶段期间的灯电压和灯电流的变化过程；

图5示出了在具有维持脉冲的驱动方式下的灯电流的变化过程；

图6a示出了其中示出了在驱动方法的第三实施形式的第一构造方案中的灯电压与换向频率之间的关系的曲线图；

图6b示出了其中示出了在驱动方法的第三实施形式的第二构造方案中的灯电压与换向频率之间的关系的曲线图；

图6c示出了用于驱动方法的第三实施形式的第二构造方案的灯电流的曲线形状；

图7示出了用于示意性示出驱动方法的第四实施形式的信号流程图；

图8示出了在接通放电灯之后的灯电压的时间变化过程；

图9示出了在根据本发明的驱动方法的实施例期间涉及标称功率P_nom的功率P的时间变化过程；

图10示出了在初始状态(图a))、在过熔融之后(图b))的电极的前部部分的状态以及示出了在开始阶段中(图c))和在结束的再生状态下(图d))的电极尖端的生长；以及

图11示出了在过熔融阶段期间具有不对称电流占空比的激励下的灯电流和灯电压的时间变化过程。

图12示出了用于实施本方法的照明装置的实施例的示意图，

图13示出了显示系统的第一实施例的示意性截面图，

图14示出了在显示系统的第一实施例中所使用的光曲线的示意图，

图15A-C示出了用于根据第五实施形式的驱动方法来驱动照明设备的三个示例性光曲线的示意图，

图15D示出了图15C的光曲线的表格图示，以及

图15E-G示出了用于示例性阐述光曲线的结构的三个其他示例性光曲线的示意图，

图16示出了用于根据本发明驱动照明设备的光源的示例性电流强度-照明强度特性曲线的示意图。

图17示出了用于实施根据本发明的驱动方法的示例性电路装置的示意性电路图。

具体实施方式

第一实施形式

图1示出了用于表示针对根据本发明的驱动方法的第一实施形式的施加到气体放电灯的直流电压阶段的持续时间(曲线VT)、两个直流电压阶段之间的距离(曲线OT)、直流电压阶段中的电压变化(曲线VP)和灯电压之间的关系。曲线VT因此根据灯电压示出了直流电压阶段的长度。曲线OT示出了两个直流电压阶段之间的距离(下文也称为截止时间)，亦即至再次将直流电压阶段施加到气体放电灯上的时间。因为在施加直流电压阶段时电极或多或少熔融并且电极距离以及因此灯电压也增加，所以灯电压在直流电压阶段之后大于在直流电压阶段之前。曲线VT限制示出在与灯电压有关的直流电压阶段期间灯电压的变化。在非常小的电极距离的情况下，该变化会很大，在本情况下直至5V，因为强烈期望增大电极距离。从为65V至75V的最优的灯电压范围起，灯电压的最大变化仅还为1V。根据本发明的方法在气体放电灯的整个使用寿命上确保电极尖端的所限定的距离和电极端部的尽可能平滑、较少开裂的形式。这通过直流电压阶段实现，直流电压阶段按照需要使电极端部过熔融并且也要促进电极生长。

下面阐述什么是直流电压阶段：直流电压阶段包括省去数个换向。所述省去被设计来使得电极分别总是仅交替地被加负载，也就是说，一电极在直流电压阶段期间充当一次阳极，接着在对正常的灯工作的暂停之后，另一电极在直流电压阶段期间充当阳极。频率本身不改变。在正的直流电压阶段的情况下，总是仅对气体放电灯的第一电极加热，在负的直流电压阶段的情况下，始终仅对气体放电灯的第二电极加热。由于正的直流电压阶段始终仅作用于第一电极并且负的直流电压阶段始终仅作用于气体放电灯的第二电极，所以根据该工作方案可改变气体放电灯电极的不同状态。在可替选的方法中，准确地没有省去换向，而是每个“正常的”换向通过紧随其后的另一换向来“反转”。因此通过该运行方案产生伪换向，这些伪换向基本上模仿换向的省去，但是真正地是两个快速相继实施的换向。这出于技术原因有时是需要的，以便可以更简单地构造实施根据本发明的方法的电路装置。根据直流电压阶段的长度和由此得到的直流电压阶段的能量输入可以加强气体放电灯燃烧器中的不同的物理过程。直流电压阶段因此通过省去换向或通过插入伪换向来产生。在第二变形方案中，其因此不是严格意义上的直流电压阶段，因为在其间每个伪换向的电压以及因此电流方向被变换极性两次，并且每个‘直流电压阶段’必定可以出现数个伪换向。

具有高能量输入的非常长的直流电压阶段使所涉及的电极的整个端部短时熔融。在其中电极端部是液态的短持续时间期间，通过电极材料的表面应力，端部球状地或者椭圆地成形。电极尖端熔掉并且通过电极材料的表面应力来抵消。由此，通过电极尖端的退化而引起电弧长度和由此灯电压的少量增大。

短的直流电压阶段仅仅引起电极尖端的过熔融，使得电极尖端的形状可被影响。这可被用于在整个燃烧持续时间内以尽可能最优的形式保持电极尖端并且产生所限定的居中地放置的尖端。

所谓的维持脉冲可以加速电极尖端的尖端生长，并且优选地在长的直流电压阶段之后被应用，以便能在椭圆的或者圆的电极端部上再次生长产生良好的电弧开端点的电极尖端。在本上下文中，如下短的电流脉冲被称为维持脉冲：该短的电流脉冲紧接在换向前或者紧接在换向后施加到气体放电灯，以便对电极加热。维持脉冲的长度在50μs到1500μs长之间，其中维持脉冲的电流大小比在稳定工作时大。由此实现电极尖端的外端部的过熔融，该电极尖端的热惯性具有为约100μs的时间常数。

在根据本发明的方法的第一实施形式中，始终以规律的距离给灯加载长度与灯电压相关的直流电压阶段。两个直流电压阶段之间的间距也与灯电压相关。该方法现在将根据图1的特性曲线VT用于计算施加到气体放电灯的直流电压阶段的长度。

在通常出现在新的气体放电灯中并且涉及特性曲线VT的左部分的非常小的灯电压的情况下，延长的直流电压阶段施加到气体放电灯，以便使所生长的电极尖端熔掉并且使电极距离不过小。灯电压越小，直流电压阶段越长。直流电压阶段在最小的灯电压之下被施加到灯。最小的灯电压的范围根据灯类型在45V-85V之间、尤其是在55V-75V之间变化。在本实施形式的气体放电灯的情况下，最小电压为65V。于是，在65V灯电压之下，较长的直流电压阶段施加到气体放电灯燃烧器。直流电压阶段的长度在优选实施形式中在65V的情况下为40ms，其中直流电压阶段随着电压降低而变长，以便接着在60V的情况下达到200ms的长度。直流电压阶段的长度可以根据灯类型在5ms到500ms之间变化。直流电压阶段以规律的距离施加到气体放电灯。这些距离与灯电压相关，但是不短于180s。在该优选的实施形式中，两个直流电压阶段之间的持续时间(截止时间OT)如图1中所示的那样(曲线OT)在60V灯电压的情况下为200s，其中该持续时间在65V灯电压的情况下上升至600s，以便接着在110V灯电压的情况下再次下降到300s。在另一未示出的构型中，两个直流电压阶段之间的持续时间从60V处的180s上升到65V处的300s，以便接着在110V灯电压的情况下再次降低到180s。基本上，两个直流电压阶段之间的时间间隔可以根据灯类型而在180s到900s之间变化。因此可以总而言之，在较低的电压的情况下，直流电压阶段更频繁地被施加到气体放电灯并且也更长以及因此更富有能量。在灯电压高的情况下，直流电压阶段的频率同样再次升高，以便在110V时再次达到200ms。在直流电压阶段之间，在正常工作时始终以维持脉冲工作，以便促进在电极端部上电极尖端的居中的生长。

在特性曲线VT的中间区域中的最优灯电压的情况下，仅非常短的直流电压阶段被施加到气体放电灯，所述直流电压阶段仅仅短暂将电极尖端短暂地熔融并且由此维持形状。直流电压阶段的频率在该区域中为最小。直流电压阶段的长度在优选实施形式中为约40ms。直流电压阶段的长度根据灯类型在0ms到200ms之间。在有些灯类型的情况下，也可以完全省去该区域中的直流电压阶段。

如果气体放电灯变旧，则由电极的返回燃烧并且由此更长的电弧引起灯电压上升。在较旧的灯的情况下，如下风险大：电极端部开裂，并且电极尖端不再能居中地生长。因而，长的和富有能量的直流电压阶段被施加到气体放电灯燃烧器，这些直流电压阶段使电极端部轻微过熔融并且由此产生尽可能平滑的电极表面。这可被视为对电极端部的形状的抛光。直流电压阶段随着灯电压的增加也越来越频繁地被施加到气体放电灯，如从曲线OT所得知的那样。从电压上阈值起可以将参数保持恒定。直流电压阶段的持续时间在优选的实施形式中从气体放电灯燃烧器的灯电压为75V时的40ms变化到直至气体放电灯燃烧器的灯电压为110V时的200ms。直流电压阶段的持续时间在此根据灯类型从2ms变化直至500ms。两个直流电压阶段之间的时间间隔在本实施形式中在60V灯电压的情况下为180s，接着在65灯电压的情况下上升到600s，并且在110V灯电压的情况下下降到300s。两个直流电压阶段之间的时间间隔可以根据灯类型在180s到900s之间变化。可以总而言之，直流电压阶段的持续时间随着灯电压增加而上升，其中直流电压阶段随着灯电压的上升并且在灯电压非常小的情况下更频繁地被施加到气体放电灯上。

第二实施形式

在本方法的第二实施形式中，直流电压阶段的长度不是通过特性曲线来控制，直流电压阶段的长度而是通过直流电压阶段中的灯电压本身调节。上面已经描述的曲线VP描述了与灯电压有关的直流电压阶段中的灯电压的最大电压变化。电压变化在直流电压阶段期间被测量。为此，实施本方法的电路装置具有测量装置，该测量装置可以测量直流电压阶段之前的灯电压并且尤其测量灯电压在直流电压阶段期间的变化。灯电压在直流电压阶段期间的变化根据中断标准来分析，并且直流电压阶段在达到中断标准时结束。图2示出了阐明第二实施形式的方法的曲线图。有两个阈值，在低于或高于这些阈值时实施第二实施形式的方法。只要灯电压在最优范围之内处于65V和75V的阈值之间，则气体放电灯在未施加直流电压阶段的情况下在正常工作中工作。但是，如果灯离开该电压范围，则直流电压阶段被施加到该灯。直流电压阶段的长度取决于灯电压并且尤其取决于灯电压在直流电压阶段期间的变化。直流电压阶段被保持，直至灯电压上升了之前所计算的或者预先给定的值ΔU₁、ΔU₂。直流电压阶段中的灯电压的电压上升根据气体放电灯在0.5V到8V之间。在一个优选实施形式中，期望的电压上升在60V时的5V到65V时的1V之间。如果在预先给定的最大时间内没有达到该灯电压上升，则直流电压阶段结束，以便不损害电极。在根据曲线OT的其中不允许施加直流电压阶段的截止时间之后，该方法被重新实施，也就是，测量灯电压并且当灯电压在为65-75V的最优范围之外时施加另一直流电压阶段。这些步骤周期性地频繁重复，直至灯电压再次处于最优范围中。

在下面描述的方法中，直流电压阶段被划分成两个阶段，以便处理两个灯电极的不同状态，其中直流电压阶段迄今总是包括用于第一电极的正阶段和用于第二电极的负阶段。在第二实施形式的适于均衡不对称的电极几何形状的第一构建方案中，直流电压阶段的长度针对第一电极的之前所计算的电压上升来确定，并且在跟随其的反向直流电压阶段中被应用到第二电极。

在对称地对两个电极起作用的第二构建方案中，每个电极的直流电压阶段的长度由直流电压阶段期间的电压上升来计算。电压上升的大小在这种情况下对于两个直流电压阶段是相同的。

在第三构建方案中，进行单独的电极成形，以将使电弧在燃烧器轴中置中。在第三构建方案中，实施以下方法步骤：

在第一步，电极尖端的长度根据关系式：

来计算。

在第二步，直流电压阶段的持续时间或者电压上升针对电极重心的期望的偏移与电极尖端各自的长度成比例地来计算：

对于按照第一构建方案的非对称的电极几何形状适用：

ΔU＝ΔU_{直流电压相位_第一电极}+ΔU_{直流电压相位_第二电极}。

对于按照第二构建方案的对称的电极几何形状适用：

T＝T_{直流电压相位_第一电极}+T_{直流电压相位_第二电极}。

通过本方法的第二实施形式的第三构建方案得到根据现有技术的迄今的方法不能予以的新优点。通过不对称地将能量引入相应的电极的可能性得到以下可能性：使电极系统重心置中并且在使用寿命内将其保持在其被置中的位置。通过燃烧容器内的电极重心的被置中的位置，通过光学系统得到的更稳定的和更有效的光产出，其根据所限定的电极位置来计算。放电弧在灯的整个使用寿命内保持在焦点中。通过电弧开端点始终居中地位于电极上，得到放电弧距离燃烧容器在整个使用寿命内的平均最大间距，该间距有效地避免燃烧容器的透明消失。在先进的光学系统中将可能的是，光学系统通过随之包括电极成形机制的调节回路来使其总效率优化并且由此可以最大化该总效率。

自然也可考虑如下方法：该方法混合地使用第一实施形式和第二实施形式，以便将电极和电极尖端保持在最优状态中。有利的混合方案可以包括：在灯电压在灯电压下阈值之下的情况下使用第二实施形式的方法，其中直流电压阶段的长度通过在直流电压阶段期间的灯电压变化来确定，并且在灯电压在灯电压上阈值之上的情况下使用第一实施形式的方法，其中计算或者通过特性曲线来预先给定直流电压阶段的长度。

图3示出了在优化第二实施形式中的方法之前和之后的电极对的图示。在图3a中能看到，在应用第二实施形式中的方法之前的具有电极端部521、541和电极尖端523、543的电极对52、54。电极的中心点57不在燃烧容器的最优中心点58中，因为电极尖端543比电极尖端523明显更进一步地生长。因而，将该方法在其带有用于均衡不对称的电极几何形状的构造方案的第二实施形式中应用。在执行该方法之后，电极52、54看上去如图3中所示：两个电极尖端523、543又是一样长，电极尖端之间的中心点57又位于燃烧器中心点58中。放电电弧最优地在燃烧容器的中心点中燃烧，并且整个系统的光效率被最大化。

图4以不同的时间分辨率示出了直流电压阶段期间的灯电压U_DC和灯电流I_DC的变化曲线。在上图中，两个曲线以为4ms/DIV的小时间分辨率示出。首先在电流上容易看到：正的和负的直流电压阶段分别由3个正常的半波组成。这可以借助2个针状的电流脉冲61、62良好地识别出，这些电流脉冲将直流电压阶段划分为3个区域。在灯电压中也可以看到这些脉冲。下图以为8μs的较大时间分辨率示出了这些脉冲之一。此处首先在灯电压U_DC上能良好地看到双重换向，该电压U_DC随着正边沿跳跃到其上部值，并且约2μs之后又随着负边沿跳跃到其下部值，其中该电压保持直至下一换向位置。灯电流I_DC想要在第一换向之后转变(umschwingen)，然而过慢，使得仅仅少量电流扰动在2us期间被记录。这因而到来，因为电流换向如开始已经提及的那样比电压换向慢地进行。

图5示出了灯电流的变化曲线，其中利用上面提及的维持脉冲MP驱动气体放电灯。此处也能明显看到，直流电压阶段DCP由两个半波HW组成，因为在直流电压阶段中出现两个维持脉冲MP。

直流电压阶段因此由正常工作频率的半波组成，使得最高的工作频率总是为直流电压阶段的频率的整数多倍或者分数有理数多倍。

第三实施形式

在本方法的第三实施形式中，根据灯电压连续适配工作频率。在此，本方法在不同的构建方案中工作。在第三实施形式的图6a中所示的第一构建方案中，以离散的步骤、与灯电压相关地改变工作频率。在此，灯电压越大，频率越高。因为由于不同的边界条件而在整个系统中仅可以在确定的时间进行换向，所以工作频率可以仅采取有限数目的频率值。如果气体放电灯例如在视频投影器中利用色轮驱动，则气体放电灯的工作频率仅在色轮在其中正好从一个色段转换到下一色段的位置中时被换向。通过色轮的又与视频图像的图像刷新率相关的均匀转数，基本上通过色轮的循环来固定地预先给定换向频率。

而为了最优地驱动气体放电灯，应在确定的灯电压的情况下总是使用(gefahren)固定的工作频率。在本实例中，例如在为0V到50V之间的灯电压的情况下将工作频率为100Hz的灯电流施加到气体放电灯。然而，由于工作频率因为上述边界条件而仅可采取数个离散的频率值，所以工作频率与灯电压的适配十分粗略。最高的工作频率是其中在所有可能的换向时刻也执行换向的频率。该频率是在系统中可示出的最高频率。通过上面提及的边界条件(例如色轮)预先给定的可能的换向时刻如上面以及提及的那样也称为换向位置。

在本方法的第三实施形式的第二构建方案中，气体放电灯的工作频率根据特性曲线连续适配。优选实施形式的特性曲线在图6b中示出。直至此处为50V的某个灯电压，工作频率总是相同地保持在约100Hz处。从50V之上的灯电压起，工作频率连续上升直至150V的灯电压。由于上述实施方案，无法直接启动任意驱动频率。因而以如下方法工作：其中逆变器以离散频率序列来驱动气体放电灯，这些频率均是最高工作频率的整数部分或者分数有理数部分。为了表示低频率，不是在每个换向位置上被真正换向，而是分别将两个或更多部分半波组合成一个作为结果的半波HW，使得作为结果的半波的周期持续时间是最初的部分半波的整数倍或者分数有理数倍，如在图5中所示的那样。通过可以在时间变化曲线中示出非常不规则的形象来产生换向模式。该换向模式包括不同离散频率的相继连接。实施本方法的控制装置现在将这些离散频率在其次数方面混合，使得这些频率的时间平均值对应于气体放电灯的所期望的要设置的工作频率。图6c示出了具有换向位置31、32、33、34、35的示例性曲线形式，其中可以按需要进行换向。如果在这些点中的每个点都进行换向，则产生最高工作频率，并且半波分别正好为一个部分半波长。在该实施形式中，也又存在如下可能性：真正地省去换向，或者不是省去换向，而是相继地实施两个快速换向。通过仅按需要实施换向并且由此产生至少两个不同的粗略分级的频率，遵守所有边界条件并且尽管如此在时间平均值上以最优频率来驱动气体放电灯，其中这些频率接着通过其出现次数而可被调节到可非常精细地调节的作为结果的平均频率上。这具有如下优点：常常由视频投影系统所需的预先给定的换向位置总是被遵守，并且由此也在通过换向位置预先给定固定频率的应用的情况下执行本方法，在所述视频投影系统中，视频投影系统的制造商预先给定固定频率，以便可以利用视频信号以及利用位于光学系统中的换色单元来实现同步。如在该图中能认识到的那样，当可能的换向位置本身不是总是相同地被间隔时，本方法也是合适的。在多个先进的视频投影系统中，色轮的不同色区也不一样宽，使得可能的换向位置的时间间隔是不同的。在本方法中，这没有问题，因为上级控制单元会考虑这种情况并且根据具有不同半波的多个频率通过上面提及的次数分布使作为结果的频率的时间平均值可以精确地与气体放电灯的预先给定的工作频率适配。

第四实施形式

图7示出用于示意性示出本方法的第四实施形式的信号流程图。该信号流图在步骤100以起动即灯的点燃开始。接着，在步骤120中检验是否至少一个参数处于值域中，该值域与第一电极和/或第二电极开裂相关。优选地，灯电压或从首次投入运行以来或从上次实施该方法以来的工作持续时间或者电极距离考虑为该参数。如果以否来应答该问题，则气体放电灯在步骤150中进一步在正常的灯工作中工作。如果以是应答该问题，则灯首先同样在步骤125中在正常的灯工作中工作。但在该时间期间通常检验是否满足过熔融的起动标准。起动标准例如可以是达到确定的灯电压U_BSSOLL。在该时间中在正常的灯工作中不进行过熔融步骤。一旦满足起动标准，则在步骤135中启动电极的过熔融。优选地以等距的时间间隔在步骤140中检查，是否满足过熔融阶段结束的中断标准。这在灯电压上升超过期望值U_BASoll时会是优选的。如果这被否定，则步骤135继续并且接着又在步骤140进行该询问。步骤135、140重复进行直至在步骤140中该问题被以是回答，据此该方法继续到步骤150，其中在正常的灯工作期间在静止状态中新的电极尖端在电极的前部部分上生长。在该时间期间以规则的距离分支到步骤120，以便保证连续的控制环，该控制环将气体放电灯的电极始终保持在尽可能最佳的状态中。

图8在示意性视图中示出了放电灯在其接通之后的灯电压U_B的时间变化过程。如可看到的那样，灯在首45s内以功率P来驱动，该功率小于标称功率P_nom。该阶段称作起动阶段，在起动阶段期间输送给灯的电流被限制而不致气体放电灯或者电子驱动设备过载。在45s之后的范围中，尽管灯电压U_B尚未升高到其持续工作值，然而在那里该灯已经以标称功率P_nom来驱动，即在那里不再有限流有效。该阶段称作功率调节阶段，在该调节阶段期间灯基本上以其标称功率来工作。正常的灯工作因此由起动阶段和功率调节阶段组成，其中起动阶段以灯的起动来开始而功率调节阶段接在起动阶段之后并且在一定时间之后过渡到静止状态中，在该静止状态期间放电灯基本上以其标称参数来驱动。特别是，在接通之后到45s的起动阶段特别适于执行该方法，因为在那里燃烧器温度尚低并且用户还未为为此所设置的目的来操作灯。

图9在示意性视图中示出了在执行本方法的一个优选实施例期间功率P与标称功率P_nom的以百分比为单位的比例以及灯电压UB的时间变化过程。首先即在正常运行中并且在此直至时刻t₁，放电灯以标称功率P_nom来工作。接着，功率P下降到标称功率的30％。这导致放电灯的冷却，由于冷却形成了已经结合图2提及的优点。接着，即在时刻t₂，为了使电极过熔融，放电灯以灯电流I来驱动，该灯电流在标称功率I_nom的150％到200％之间。从时刻t₃起，灯以功率来驱动，该功率为标称功率P_nom的大约75％。接着之后，即从时刻t₄起，功率以5％的步长(其分别持续大约20分钟)提高直至达到标称功率P_nom或者甚至超过，这导致新的电极尖端生长。如从灯电压U_B的变化过程中看到的那样，该灯电压从在以功率P_nom设置放电灯期间形成的恒定值起在以较小的功率工作期间下降并且随后逐渐又升高。

图10a)至d)示出了在执行本方法的不同阶段中电极的前部部分的状态。图4a)示出了在执行本方法之前的状态。电极的前部部分明显开裂，电极尖端偏心地设置，电极的距离为d_a。紧接在电极的前部部分过熔融之后的状态反映在图10b)中。明显可看到的是电极的前部部分的半球形，其在过熔融时由于表面应力而形成。代替开裂，现在显示出平滑的电极表面。距离增长到d_b。在该状态下，在电极上的小的不规则性足以实现电弧开端点的蹦跳，这会导致放电灯的闪烁。因此在图c)所示的步骤中开始，电极尖端生长到电极的前部部分上。通过电极的生长缩短了该距离。该距离现在为d_c，其中适用：d_a＜d_c＜d_b。图4d)最后示出了在结束再生之后的状态，即在生长电极尖端的步骤之后。电极的前部侧的表面始终不开裂，然而其中而电极尖端被生长，由此距离d_d相对于图c)的视图减小。适用：d_d≤d_a＜d_c＜d_b。与图4a)相比，较大的光产出也突显。

放电灯和由此该方法的一个优选的应用是投影器，而该方法涉及所有类型的放电灯，尤其是例如也涉及氙气车灯。还要指出一次：为了执行本方法，目前用于驱动放电灯的电子驱动设备并不必须针对较高的负载，因为电流时间积分是重要的，所以必要时较低的电流简单地施加略微较长。

在过熔融阶段期间以不对称的电流占空因数进行激励的情况下，图11示出了灯电流的时间变化过程(上部)和灯电压U_B(下部)。可清楚看到的是，各个换向直接相继地双倍地实施。两个直接相继实施的换向以术语所谓的“假换向”而已知。由此，在灯电流中产生有意的不对称性或DC成分。同样如可看到的那样，灯电压U_B如所希望的那样增加。可替选地，各个换向也可以省去。

第五实施形式

第五实施形式涉及一种驱动方法，其可以借助驱动设备来实施，以便在照明设备中除了电极形状之外也改进图像质量。根据图12的实施例的照明装置10包括光源1，在此为气体放电灯，其发出具有在CIE标准色表的白色范围中的色度坐标的光。气体放电灯1是具有非常小的电弧距离的点光源，该光源具有从100W/mm³到500W/mm³的高能量密度。

此外，根据图12的照明装置10包括驱动设备2，譬如函数发生器，其可以提供具有100W到500W的功率的电信号，并且执行根据本发明的方法。驱动设备2按照根据本发明的方法借助电流强度信号激励光源1，电流强度信号遵循光曲线3。光曲线3稍后结合图13和15A至15C来详细阐述。

在根据图15A的实施例中的光曲线3包括每三个区段S_R、S_G、S_B的一个周期序列。第一区段S_B与蓝颜色关联，第二区段S_R与红颜色关联并且第三区段S_G与绿颜色关联。对根据图14的光曲线3可替选地，该光曲线3例如可以存储在照明设备10、11的驱动设备2中，照明设备使用在根据图13的显示系统中。光曲线的不同的区段在此与不同的部分半波关联，要施加到气体放电灯上的交变电流由部分半波构成，由此灯电流遵循所存储的光曲线。由于气体放电灯的光输出与灯电流关联，所以气体放电灯的光输出遵循所存储的光曲线。

图15A的光曲线的第一区段S_B与蓝颜色关联并且具有大约1300μs的持续时间t_B。在该时间间隔t_B期间，照明装置10、11的光通量为大约108％。

第二区段S_R接着在第一区段S_B之后，该第二区段与红颜色关联并且具有t_R的持续时间。在时间间隔t_R的第一时间间隔t_R1期间，照明装置10、11的光通量短期为大约150％，而光通量在第二时间间隔t_R2中为大约105％，其中第二时间间隔紧接在第一时间间隔t_R1之后并且与第一时间间隔一同形成时间间隔t_R。时间间隔t_R1明显短于时间间隔t_R2。时间间隔t_R1在此为大约100μs，而时间间隔t_R2在此大约为1200μs。

接着第二区段S_R之后是第三区段S_G，其与绿颜色关联并且具有同样大约1300μs的持续时间t_G。时间间隔t_G也可以如时间间隔t_R那样划分成两个时间间隔t_G1和t_G2，其中第一时间间隔t_G1明显长于第二时间间隔t_G2。第一时间间隔t_G1在此为大约1200μs，而绿色区段的第二时间间隔t_G2具有大约100μs的持续时间。在第一时间间隔t_G1期间，光曲线3具有大约85％的恒定值，其对于时间间隔t_G2短期下降到大约45％的值.

在这三个区段S_R、S_G、S_B结束之后，出现这三个区段S_R、S_G、S_B的基本上周期的重复，其中短的时间间隔t_R1、t_G2在光通量相对于其余的区段S_R、S_G明显升高或者降低的区段内的布置与周期性偏差。光曲线3的其中照明强度强烈降低的短时间间隔用于提高色彩深度，如已在发明内容中所描述的那样。在其内照明强度强烈地升高的短区段是维持脉冲，其如上面已经描述的那样用于使气体放电灯的电极稳定。

图15B示出了两个光曲线3。曲线图表示与时间相关的照明强度和颜色。其分别包含全周期的光曲线形状，通常持续时间在16ms到20ms之间。

根据图15C的实施例的光曲线针对具有六种不同滤光器的滤光轮6，滤光器具有如下颜色：黄色、绿色、紫红色、红色、青色和蓝色。相应地，光曲线3由六种不同的区段：S_Y、S_G、S_M、S_R、S_C、S_B的周期序列组成，这些区段与相应的颜色关联。区段S_Y、S_G、S_M、S_R、S_C、S_B在下文中以与其关联的颜色表示。光曲线3的每个区段S_Y、S_G、S_M、S_R、S_C、S_B在此在相应的区段的持续时间的最大部分期间具有光通量的恒定值。

各个区段S_Y、S_G、S_M、S_R、S_C、S_B又与时间间隔t_Y、t_G、t_M、t_R、t_C、t_B关联，其划分成两个或三个时间间隔t_Y1、t_Y2、t_G1、t_G2、t_M1、t_M2、t_M3、t_R1、t_R2、t_C1、t_C2、t_C3、t_B1、t_B2，各有一个时间间隔明显长于其他时间间隔。这些时间间隔在下文中称作“长时间间隔”。在各个区段的长时间间隔中的光通量的值可以从图15D中的表在行“区段光水平”中获得。黄色区段和绿色区段S_Y、S_G在长时间间隔期间具有80％的恒定光通量。紫红色区段和红色区段S_M、S_R在长时间间隔期间具有120％的光通量，而青颜色区段S_C在长度时间间隔期间具有80％的光通量并且蓝颜色区段S_B在长时间间隔期间具有120％的光通量。在每个区段端部存在短的持续时间，在该持续时间期间光水平相对于长的时间间隔更为强烈地降低。这些值可以从图15D的表在行“负脉冲光水平”下获得。在黄色区段和绿色区段S_Y、S_G的情况下，光通量下降到40％的值，在紫红色颜色区段和红色区段S_M、S_R的情况下，下降到60％的值，在青颜色区段S_c的情况下下降到40％的值并且在蓝色区段S_B的情况下下降到60％的值。此外，在紫红颜色区段S_M的端部并且青颜色区段S_C的端部进行换向，该换向用箭头象征性表示并且分别与相对于长的时间间隔升高的光通量关联。

不同颜色的区段尺寸如在图15D中的表在行“区段尺寸”中可获得那样并不相同，而是在黄色区段和绿色区段S_Y、S_G的情况下为60°的值，在紫红色区段S_M的情况下为40°的值，在红色区段S_R的情况下为70°的值，在青色区段S_C的情况下为62°并且在蓝色区段S_B的情况下为68°的值。这些值与光曲线3协调。

与光曲线3结合(其区段S_R、S_G、S_B与颜色：红色、绿色和蓝色关联)，如例如图14和15A中所示的那样，通常应用带有两个红色、两个蓝色和两个绿色滤光器的滤光轮6。滤光器在此优选以顺序：红、绿、蓝、红、绿、蓝设置。各个滤色器区段在此可以是相同的(对于所有六个滤光器为60°)或者不同，与所使用的光曲线3协调。可替选地，滤光轮也可以由分别仅一个红色、一个蓝色和一个绿色滤光器构成。

在下文中，参照图15E、15F和15G示例性地进一步阐述了在区段S_R、S_G、S_B内的各个时间间隔的功能。

根据图15E的光曲线3如根据图15A的光曲线3那样包括与蓝颜色关联的区段S_B、与红颜色关联的区段S_R、与绿颜色关联的区段S_G的周期序列。每个区段S_R、S_G、S_B都具有大约1500μs的持续时间。时间间隔t_B、时间间隔t_R和时间间隔t_G与相应的区段S_R、S_G、S_B关联，时间间隔t_B、时间间隔t_R和时间间隔t_G因此具有相同的长度。在区段S_R、S_G、S_B内，光曲线3分别具有恒定的值。光曲线3在时间间隔t_B期间具有大约95％的值，在时间间隔t_R期间具有大约100％的值并且在时间间隔t_G期间具有大约110％的值。借助光曲线3的不同的水平使照明装置的光通量适配使得带有该照明装置的显示系统具有所希望的色温。

根据图15F的光曲线3示例性地示出了距每个区段S_R、S_G、S_B的端部的短的时间间隔t_B2、t_B3、t_R2、t_G1、t_G2、t_G3，类似上面已经结合图15A所描述的那样。光曲线13又由与蓝色关联的区段S_B、与红色关联的区段S_R和与绿色关联的区段S_G的周期序列构成。每个区段的时间间隔t_B、t_R、t_G在此划分成距每个区段S_R、S_G、S_B的起始部的一个长的时间间隔t_1B、t_1R、t_1G和分别距每个区段S_R、S_G、S_B的结束部的两个短时间间隔t_B2、t_B3、t_R2、t_G1、t_G2、t_G3。在短的时间间隔t_B2、t_B3、t_R2、t_G1、t_G2、t_G3期间，光曲线3的光通量并且由此通过气体放电灯的交流电流分级地下降。示例性地在此描述与蓝颜色关联的区段S_B。在时间间隔t_B1期间，光曲线3为大约110％的值。在紧随时间间隔t_B1的时间间隔t_B2中，光曲线3为大约55％的值，而在接着时间间隔t_B2之后的时间间隔t_B3中，光曲线3的值下降到大约30％。时间间隔t_B1具有大约1300μs的持续时间，而时间间隔t_B2和t_B3分别具有大约10μs的持续时间。光曲线的其余区段S_R、S_G与区段S_B相同地构建，该区段S_B与蓝色关联。光曲线3在短时间间隔t_B2、t_B3、t_R2、t_G1、t_G2、t_G3期间的降低用于改进照明装置使用在其中的显示系统的色彩深度。

根据图15G的光曲线3示出了两个参照图15E和15F已阐述的共同在光曲3中的光曲线形状，如其也可以应用在照明装置中。图15F的距每个区段S_R、S_G、S_B的结束部的短的区段t_B2、t_B3、t_R2、t_G1、t_G2、t_G3的描述在此对于图15G的短的时间区段t_B2、t_B3、t_R2、t_G1、t_G2、t_G3也有效，而光曲线3在每个区段S_R、S_G、S_B的长时间间隔t_B1、t_R1、t_G3期间的水平对应于根据图15E的光曲线3的值。

根据图16的实施例的电流强度-照明强度特征曲线近似于线性。其在y轴上以百分比为单位说明电流强度而在y轴上以百分比为单位说明光水平。

借助电流强度-照明强度特征曲线(其同样可以存储在照明装置10、11的驱动设备2中)可能的是，在灯工作参数譬如电流强度改变时，照明装置10、11的光源1、1R、1G、1G、1B的亮度保持在由光曲线3预先给定的照明强度上。通过关于特征曲线的相关，可以将光曲线中的预给定值转换成气体放电灯的交流电流。光曲线的不同的平稳段在此转换成相应的部分半波，其中由驱动设备2借助在照明装置10中的视频电子装置的同步预给定值来选择换向位置。

图17中所示的电路是用于执行根据本发明的方法的电路装置21的示例，其形成驱动设备2的一部分。电路装置21划分成如下块：电源SV、全桥VB、点燃装置Z和控制部分C。块SV、VB、C和Z可以与传统的电路装置中的相应的块相同地构建。电源调整气体放电灯的功率，其中由此调节灯电压。具有相应的灯电压的灯功率被施加到全桥上，该全桥由此产生矩形的灯功率，该灯功率施加到气体放电灯上。G1借助谐振点燃来起动，该点燃通过两个灯电感线圈L2和L3和电容器C2进行，其由此同时形成点燃单元Z。图17中的实施形式仅仅示例性的。激励全桥和电源的控制部分C可以构建为模拟的控制装置，然而优选控制部分C是数字调整器，其特别优选地具有微控制器。

电路图仅仅是示意性的并且并未示出所有控制线路和传感器线路。

本发明并不受参照实施例的描述限制。更确切地说，本发明包括任意新特征以及特征的任意组合，这尤其是也包含权利要求中的特征的任意组合，即使该特征或该组合本身并未明确地在权利要求或者实施例中予以说明。

Claims (6)

1.一种用于驱动气体放电灯(LP)的方法，其具有以下特征：

-气体放电灯(LP)利用以分区段方式恒定的灯电流来驱动，该灯电流的频率的时间平均值通过在固有振荡状态中的气体放电灯的灯电压来预先给定，其中

-灯电流在时间变化过程中具有预先确定的换向位置(31，32，33，34，35)，以及

-在这些换向位置(31，32，33，34，35)上能够进行用于产生换向模式的换向，其中

-通过换向模式的改变来调节灯电流的频率的时间平均值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，换向模式通过在不应进行换向的换向位置(31，32，33，34，35)上省去换向来产生。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，换向模式通过在不应进行换向的换向位置(31，32，33，34，35)上产生双重换向来产生。

4.根据权利要求2和3所述的方法，其特征在于，换向模式通过混合权利要求2和3的两种方法来产生。

5.一种电子驱动设备，其具有点燃设备(Z)、逆变器(VB)和控制电路(C)，其特征在于，所述电子驱动设备实施根据权利要求1-4中的一个或多个所述的方法。

6.一种具有根据权利要求5所述的电子驱动设备的投影器，其特征在于，投影器被设计来在执行根据权利要求1至4之一所述的方法期间投影图像，而使得在该图像中看不到该方法的执行。

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