CN1366794A - 具有间断周期的灯启动序列 - Google Patents

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Abstract

一种用于向高压放电灯馈电的镇流器,包括:用于在点亮周期(ti)向灯提供点亮频率(fi)的AC电压的装置,用于在点亮周期(ti)之后的发光周期(tg)向灯提供发光频率(fg)的AC电压的装置,用于重复点亮和发光周期的启动序列(ti,tg)的装置,用于在最后一个启动序列之后的运行周期(tb)中向灯馈电的装置,以及启动序列中,在发光周期(tg)之后的中断周期(td)中中断对灯的电源供应的装置,该启动序列不是最后一个启动序列。

Description

具有间断周期的灯启动序列
本发明涉及一种用于点亮和向高压气体放电灯馈电的镇流器，该镇流器包括在点亮周期(ti)向灯提供点亮频率(fi)的AC电压的装置，在点亮周期(ti)之后的发光周期(tg)向灯提供处于发光频率(fg)的AC电压，用于至少重复点亮和发光周期(ti，tg)的启动序列的装置，以及用于在最后一个启动序列之后的运行周期(tb)里向灯馈电的装置。在这里对点亮周期(ti)和后续的发光周期(tg)进行了描述，然而需要对其进行分析，这样在实践中，并不总是能对这两个周期进行清楚的区分，由此点亮频率(fI)和发光频率(fg)可以不同，并且通常相互混合，甚至它们可以是相等的。
本发明还涉及一种装备有这种镇流器的投影装置。
这种镇流器在国际专利申请WO-99/35890中被描述，并可以被用于启动或点亮，以及向例如额定功率大约为100W的高压水银灯馈电，这种灯主要被用作(幻灯片、图表或液晶屏幕的)投影灯。它包括一个充当放电容器的石英玻璃的灯泡或灯管，在两边被提供了电极，电极是由例如钨制成并具有一个实心铁心，其末端部分缠绕着线。放电容器包含一些汞。在点亮周期(ti)中，由高频电压源产生一个高电压，导致电极间放电。在后续的发光周期(tg)中，频率降低，这样电路的阻抗降低，流过灯的电流提高。结果，电极更快加热。温度的增长导致汞蒸发，由此形成必要的汞蒸汽压力。如果电极处于足够高的温度，镇流器将转向稳定的运行周期(tb)，该周期就当前已知的镇流器来说，具有相对较低的运行频率(fb)。然而如果通过测量检测到在这个启动序列之后，灯没有发光，则启动序列(ti，tg)被自动重复，直到灯开始发光。如果灯在启动序列被重复了许多次以后，仍没有发光，则启动循环被中断。
对放电电弧来说，沿着两个电极之间最短的路径展开是较为理想的，这使得电极能被彻底加热。而与这种灯启动相关的一个问题是放电电弧通常最初是在两个电极的后侧展开的，在这里没有缠绕线，这样电极的横截面在所述位置会更小。水银趋于在这个部分沉淀，导致更好的电传导，由此增强从该位置产生的放电电弧。更进一步，电极可以被盐覆盖，这可以消除理想放电电弧的展开。结果可以在电极后侧之间形成一个细长弯曲的放电电弧，它也可以在稳定运行周期中存在，因为电极上只有通过电流的一部分被加热，因此电极只是被部分加热，而不是被全部加热，所以它不会导致最优结果。灯在启动时间里会自发的熄灭，这是因为放电电弧太长，电极温度太低，在这种情况下灯必须通过手动来运作，这也就是为什么至今它仍未被广泛使用的原因。具有如此高功率的灯包括多层缠绕线，与功率更低的灯相比较，具有相对较宽的电极，这样更可能出现上述问题。然而，需要具有这种高功率的投影灯，用于环境光条件下的投影显示。
本发明的一个目的是提供一种对镇流器的测量，它可以被用于点亮和向高压气体放电灯馈电，这种测量消除了上述缺点和问题。
为了实现这个目标，在开始段落中所提及类型的镇流器另外包括启动序列中，在发光周期(tg)之后的中断周期(td)里中断对灯的电源供应的装置，其中该序列不是最后一个启动序列。因此本发明在较短的时间里包括一个有意的电源供应中断。优选的，中断期间足够长，以能够充分的将灯中所包含的气体去电离。
优选的，中断周期(td)范围在50ms到500ms之间，更为优选的是在250ms到350ms之间，最优的大约是300ms。通过中断较短时间的灯的电源供应，灯中的气体将不再被电离，并且已形成的、次最佳细长弯曲的放电电弧将会消失。然而在前面的启动序列中，电极宽的末端部分被轻微加热，盐和水银都被从电极上移开。这为后续的启动序列中，紧密放置的电极末端部分之间短且直接的放电电弧的展开创造了更好的条件。通常，这能使灯在第二个启动序列之后更好的发光。
优选的，发光频率(fg)要小于点亮频率(fi)。低频率导致电路中的阻抗更低，由此得到较高的电流强度，并且电极更快被加热。
点亮频率(fi)的范围优选的是30kHz到120kHz之间，点亮周期(ti)的范围优选的是在0.25和5秒之间。更为优选的，点亮频率大约是62.5kHz，点亮周期大约持续0.5秒。
发光频率(fg)的范围是在10kHz和40kHz之间，发光期间(tg)的范围优选的是在0.4s和1.7s之间。更为优选的，发光频率(fg)大约是20kHz，发光周期大约持续0.85s。
优选的，镇流器还包括，在末端发光周期(tg)中的最后启动序列之后，能够以末端发光频率(fge)向灯馈电的装置，该频率小于发光频率(fg)。这个末端发光周期通过进一步降低电极的阻抗，进一步提高电流强度。末端发光频率(fge)的范围优选的是在8kHz和30kHz之间，并且末端发光周期(fge)的范围优选的是在0.25和1s之间。更为优选的，末端发光频率大约是15.5kHz，末端发光周期持续大约0.5s。
运行频率的范围优选的是在50Hz和200Hz之间，更为优选的，运行频率大约是90Hz。
本发明的这些和其他方面将通过参考在下面所描述实施例而被说明，并更为清楚。
在附图中，
图1概略示出了根据本发明，用于点亮和向气体放电灯馈电的镇流器；
图2分别概略示出了功率相对较低的高压汞蒸汽放电灯的电极，和功率相对较高的高压汞蒸汽放电灯的电极；
图3概略示出了保持有次最佳放电电弧的高压汞蒸汽放电灯；
图4概略示出了保持最优放电电弧的高压汞蒸汽放电灯；
图5通过示例示出了通过根据本发明的灯的作为时间函数的电流强度的图表。
图1示出了向高压放电灯3馈电并将其点亮的镇流器1，基于这个目的，该镇流器被连接到一个例如电格的AC电压源2。镇流器包括点亮根据本发明的灯，之后向灯馈电的装置。举例来说，被连接的灯可以是一个高压汞蒸汽放电灯。镇流器1的输出终端被连接到灯3的电极4上。
根据图2，非常适用于投影的高压汞蒸汽放电灯的电极4、4’包括一个中心传导的实心铁心5，在其末端螺旋缠绕着导电金属线6。铁心5和线6优选的都是由钨制成的。在图中左侧，示出了一个电极4’，该电极适用于功率范围在100W和150W之间的灯，而图中右侧示出了一个电极4，相同比例下它可以适用于功率为200W或是更高的灯。在以这种高功率运行的时候，为了优化温度，铁心5和线6的横截面区域都被增加，而且在铁心上还缠了更多层线6。结果，用在高功率灯中的电极4实际上比传统灯中的电极4具有更大的尺寸，另外它们还附加具有一个相对较宽的末端部分。
根据图3和4，高压汞蒸汽放电灯包括一个不透气管状的石英玻璃灯泡，用作放电容器，其中电极4在两个末端被熔合。电极4宽的末端部分彼此相对，从灯泡7伸出的部分被连接到向灯馈电的镇流器1的顶点上。工作中，提供所设定的必要汞蒸汽压力的水银球8位于灯泡7的底部，然而在这种情况下，当灯冷却下来的时候，水银通常容易沉积在电极4更窄的后部。
图3示出了一个放电电弧9，它通常在灯开启时被展开。电极4中电流所流经的路径以及由此电极被强烈加热的地方被概略的以黑色显示。水银在电极4的后部沉淀的结果是选择最小阻抗线路的放电将会离开区域10，并延伸到一个次最佳的，朝向相对电极4的弯曲路径上。与宽的前侧相比相对较窄的电极4的后部更为快速加热，使所述位置出现改进的状态，而使得这种效果进一步增强。而且线6和电极4之间及其上存在的盐的沉淀阻止了所述位置的良好传导，由此增强了所示的次最优放电电弧9的形成。
图4示出了在电极4之间预期的最优放电电弧9，区域10位于宽的前侧，在这里电流离开电极4，并且电弧9沿着两个电极4之间的最短路径。
图1中所示的镇流器1包括一个“开关方式”电压生成器，其本身是已知的，它包括一个下变换器(也被称作Buck变换器)，一个可以提供具有微处理器可调频率的AC电压的桥接电路，以及一个至少包括一个线圈L和一个电容器C的调谐电路，它用于增强并稳定通过灯的电流和电压。在这种关系中，电压高度以及由此的电流强度也取决于桥接电路的可调频率值，所述相关性也受为调谐电路的成分所选大小控制。
依靠图5所示的图表，对图4所示预期的最优放电电弧是怎样得到的进行了说明。该图表是实际测量的结果，并且示出了被标绘的、通过灯的变换的电流强度I对时间t的关系。在0.5s的第一点亮周期ti中，灯通过使“开关方式”供应工作在62.5kHz的相对较高频率fi上而被点亮，产生大约25kV的高压，使得电弧9产生。由于上述原因，有可能出现电弧采用图3所示形状的风险。接着，供应电源的频率在0.85s的发光周期tg中被降低到20kHz的发光频率，其结果是因为电路阻抗降低到一个更低的频率，而使电流强度增加。在这个发光周期中，电极4被强烈加热，并且汞从电极4中蒸发。同时在这个发光周期中，盐也从电极4移开。
为了将放电电弧9的形状从图中所示形状转变成图4的形状，电源供应被中断一个300ms的中断周期(或“停用”周期)td，这样放电电弧9会在一段较短时间里完全消失，电极中的温度被均衡。接着，启动序列ti，tg被重复。现在随着电极4从汞和盐中释放出来并处于一个均匀的较高温度，形成了图4中所示的最优放电电弧9。为了进一步提高通过灯的电流强度，并且获得较高的灯的输出，发光周期在0.5s的发光周期tge中被延长，其中末端发光频率为15.5kHz，并且调谐电路的线圈L被短路。
在这个最终启动序列之后，电源供应转换到连续运行周期tb，其中电源功率的运行频率fb是90Hz。在这个阶段，灯需要大约30到60s才能被完全加热，在这个周期中，灯亮度被进一步提高。
通过实验，说明书中和权利要求中所提到的值使镇流器和灯的恰当操作得以增强得到了确定，并且灯的运作将在大约3.5s之后稳定。

Claims (5)

1.一种用于点亮高压气体放电灯(3)并向其馈电的镇流器(1)，该镇流器包括：
用于与灯相连的输出终端，
用于在点亮周期(ti)向灯(3)提供点亮频率(fi)的AC电压的装置，
用于在点亮周期(ti)之后的发光周期(tg)向灯(3)提供发光频率(fg)的AC电压的装置，
用于至少重复点亮和发光周期的启动序列(ti，tg)的装置，
用于在最后一个启动序列之后的运行周期(tb)中向灯(3)馈电的装置；
其特征在于镇流器(1)还包括在启动序列中，在发光周期(tg)之后的中断周期(td)中中断对灯的电源供应的装置，该启动序列不是最后一个启动序列。
2.如权利要求1所述的镇流器(1)，其特征在于中断周期(td)足够长，以使得灯(3)中所包含的气体能够充分的去电离。
3.如权利要求1或2所述的镇流器(1)，其特征在于中断周期(td)的范围是在50ms和500ms之间，优选的是在250ms和350ms之间。
4.如权利要求1或2所述的镇流器(1)，其特征在于发光频率(fg)小于点亮频率(fi)。
5.如上述任一权利要求中所述的镇流器(1)，其特征在于点亮频率(fi)的范围是在30kHz和120kHz之间，点亮周期(ti)的范围是在0.25和5秒之间。
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