CN1665368B - 高压灯在纵模中谐振运行的运行方法与所属系统和evg - Google Patents

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Abstract

该运行方法以FM和AM的同时应用为基础。在此，AM的基频从至少一个、优选为第二纵向模式中导出。在灯持续工作时在预定的功率处通过以下方式进行色温的调节，即AM度可调整地进行调节。

Description

高压灯在纵模中谐振运行的运行方法与所属系统和EVG
技术领域
本发明从根据权利要求1的前序部分的高压灯在纵模中谐振运行的运行方法与所属系统和EVG出发。在此，特别涉及到具有优选地长宽比为至少1.5的陶瓷放电容器的高压放电灯。
背景技术
本申请与并行提交的、特此明确进行参考的DEAz10 2004 004829.0紧密关联。
从US 6 400 100中已经已知一种高压灯在纵模中谐振运行的运行方法与所属系统和EVG。那里给出了一种用于发现第二纵向声谐振频率的方法。US 6 400 100由此出发，即在连续扫描激发纵模的频率时通过灯的相对燃烧电压提高的出现可以在垂直点燃位置的情况下发现谐振频率。这表明，利用该方法，所分离的电弧状态的纵向频率在垂直谐振时被发现并被保持。然而这个如此被发现的频率可以根据金属卤化物填充物的填充物成分和搜寻程序运行的时刻明显移得太高，以至于声谐振的激励在利用上述方法发现的频率处产生不充分的混合并且没有足够好地消除分离。此外，在电子镇流器中实施是昂贵的。
否则，在过去熟悉的金属卤化灯中唯一通过灯的几何尺寸、放电容器的内体积的外形、电极距离和窄的功率范围Pn±3％的填充物(缓冲气体+金属卤化物的选择)确定在工作点处的色温。作为颜色轨迹控(Farbortsteuerung)的运行方式，在这种情况下功率变化或者在矩形电流驱动或者交流电流驱动时占空比的控制在利用电泳过程的情况下也是可能的。
发明内容
本发明的任务是，提供根据权利要求1的前序部分的、完成金属卤化灯的色控可能性的运行方法，该运行方法特别是用于垂直运行。其他的任务是，在此不改变功率水平。
这个任务通过权利要求1的表示特征的特性来解决。特别有利的扩展方案可在从属权利要求中找到。
根据本发明的运行方法是针对激发一个或者多个、优选地第二纵向谐振，和同时调节振幅调制，特别是借助脉宽调制进行计时。这借助被计时的和/或结构化的调幅、特别是以脉宽变化的形式(也许与脉冲高度变化结合)在灯功率水平保持不变的情况下完成了金属卤化灯的色控的可能性。
在恒定的AM时，与之连接的能量输入不可以被分配剂量。相反，被计时的AM容许精细调节的能量输入，而灯的不同的点燃位置不会导致其他的工作状况。
在此，可以从针对预先给定的放电容器的几何尺寸存在内长度的窄的公差范围出发。该几何尺寸表示灯的尺寸，这个尺寸定义了纵向声谐振，针对可能最优的电弧等离子体的混合、特别是在垂直点燃位置的情况下纵向声谐振必须被激发。
相对水平的点燃位置，在垂直点燃位置的情况下基于分解产生变化强烈的声速，该声速导致在灯的预热阶段后关于水平点燃位置(如f002_hor)的声纵向谐振(例如f002_vert)明显地(大多数情况下朝较高频率)偏移。随着时间的推移，在通用的具有固定的达到逐渐的混合的色温的工作方式中，这个谐振频率发生变化，直到它再次对应在水平运行f002_hor时的那个频率。
在此，与在水平点燃位置的情况下的混合的状态相比，基于首先在垂直运行时调节的分离，表明直到30％的、大多数情况下大约为10％到25％的朝着较高值的声速偏差。例如，相对混合运行，在Hg/Ar缓冲气体混合时发现大约为15％到20％的声速偏差。具体的测量值相对464m/s位于550m/s。第二纵向谐振的谐振频率一般通过f002＝cI×L给出，其中
cI＝(R*k*T/M)1/2
是声波速度，其中R是一般的气体常数、K＝压缩系数、T是平均等离子体温度、M是等离子气体的平均摩尔质量、L是放电容器的轴向长度。
本发明从以在从45到75kHz、典型地为50kHz的平均的HF范围中的载波频率来运行出发，在该平均HF范围上优选地施加作为FM调制的扫描频率，该扫描频率的值从100到200Hz的范围中选出。在这个运行上施加调幅，该调幅的特征是两个参数AM度和AM的持续时间中的至少一个、也即脉冲间歇比以及受时间控制的AM深度AM(t)。可能AM的采用或其操作在预热阶段后才能被应用。AM度被定义为：
AM度＝(Amax-Amin)/(Amax+Amin)。在此，A是振幅。
除本方法外，本发明包含镇流器，在该镇流器中实施所说明的程序。
详细地，在具有大的内长度的高效的HCI灯中，长宽比(放电容器的内长/内直径)优选为至少1.5、特别是L/D＝2.5-5.5。在此，利用中频到高频的AM运行通过振幅调制度激发一个或者多个(优选第一、第二或第三)纵向模式的强度。在这些模式中，放电容器的中心范围内的填充物被运输并因此沿着电弧调节放电容器中的填充物分布。这尤其是在垂直或者倾斜(＞55°倾斜角)运行的灯的情况下是特别重要的。由此蒸汽压力的成分和所存放的填充物组成成分的光谱吸收发生变化。用于激发纵向模式的调频(AM的基频)典型地位于20-35kHz的频率范围内。在典型地为45-75kHz的载波频率的情况下，具有扫描模式的FM(调频)为此在大约100-200Hz的范围中被执行。
为了进行控制，现在在脉冲时间和间歇时间的意义上不仅可单独应用AM度而且可以使用所调制的AM频率的持续时间。通过参数AM度和脉冲/间歇比、即AM接通的时间T和AM断开的时间之间的比率(缩写为T(AM接通)/T(AM断开))以及此外受时间控制的变化的调幅深度AM(t)、也即AM度的上层结构，在高的光输出和保持不变的灯功率情况下色温可以在大范围内变化。
特别是，在垂直的点燃位置的情况下，在完全分离的等离子体状态和分离的完全抑制之间可以来回控制。已表明，这两个状态对应于不同的色温，以至于不仅色温的极值而且位于其间的值借助比率T(AM接通)/T(AM断开)可以进行调节。例如，可以这样调节超过1000K的色温的变化，例如从3000K直到4500K或者更剧烈的色温变化。
典型的金属卤化物填充物包含DyJ3、CeJ3、CaJ2、CsJ、LiJ和NaJ。
在持续工作时，AM度典型地在15％-40％之间。然而如果使用具有不同AM的AM时间范围的快速的序列，则AM度可以达到0和50％之间的值。
在本发明的意义上，取代一定的AM阶段与没有AM的阶段的交替，也可使用两个不同的AM阶段之间的交替。
附图说明
在下文中，将根据多个实施例进一步解释本发明。其中：
图1示意性地示出高压灯的放电容器；
图2示出用于借助声激励的纵向谐振而稳定化的、带有AM和FM调制的高压灯的示意性的功率谱；
图3示出了电子镇流器的示意性的结构；
图4-10示出了载波信号上的AM指数的不同时间变化曲线。
具体实施方式
在图1中示出带有相对高的长宽比ID/IL的高压灯的示意图。该高压灯应用了由陶瓷制成的、具有给定的内直径ID和给定的内长度IL的圆柱形的放电容器1。在放电容器的末端2布置了电极3，该电极借助引线4与电流引线5连接。放电容器典型地包含由缓冲气体Hg与氩和金属卤化物组成的填充物、例如由碱性碘化物和稀有元素碘化物以及铊组成的混合物组成的填充物。参见图8，灯在电子镇流器上以高频运行在声稳定的谐振中。对此，首先推荐第二纵向谐振。
详细研究的灯是具有70W功率的高效金属卤化灯。放电容器具有更大的18.7mm的轴向内长度IL和4mm的内直径ID。因此长宽比是4.7。这种高压灯用4.4mg的Hg和由NaI∶CeI3∶CaI2∶TII＝1.78∶0.28∶1.93∶0.28mg组成的金属卤化物混合物来填充。电极距离为14.8mm。
通过预先检查已确定，电弧稳定的运行是可能的，其中在垂直和水平点燃位置的情况下电弧集中在电极连接线上。对此，选取以在45-55kHz的范围中、具有典型的扫描率为fFM＝130Hz的所扫描的高频来运行作为输出点。
在垂直点燃位置的情况下，在运行开始和约120秒的预热阶段后，显示出沿着电弧的分离的、也即分解的金属卤化物分布。处于汽态的金属卤化物成分不是均匀分布在电弧长度上。碱性碘化物和稀有元素碘化物的发射集中在灯的下面的三分之一处，同时观测到在上面的部分直到上电极主要是Hg和TI的发射。在这种状态下，灯有相对小的颜色再现和相对小的光输出。补充一点，在垂直点燃位置的情况下的色温基本上与在水平点燃位置的情况下的色温不同，更具体地说相差直至1500K。
通过施加固定的频率fAM大约为25kHz、AM度为10-30％的调幅，根据示意性的图2(小图显示实际的测量)在灯中在扫描率为130/s时、也即在7.7ms的时间间隔上在20到150kHz范围中产生电功率谱。此处根据它的抑制可能性，不用继续考虑更高阶。在AM频率(25kHz)范围内的功率部分引起第二声纵向谐振f002的激发。
在图3中示出所属的电子镇流器(EVG)的原理电路图。该原理电路图具有以下重要的部件：
定时器/序列发生器：这里进行时序图控制，以便控制预热阶段的持续时间以及在高压灯点燃和电弧接收之后进入加载阶段(Praegephase)。此外，此处完成灯电弧稳定化的扫描率的控制。
此外，扫描率以及在进行频率扫描时在各自的频率点上的停留时间以及前后相继的程序步骤之间的间歇时间的确定被控制。
功率级(Powerstage)：具有限流元件和典型的频率特性的全桥或半桥。该功率级通过供电汇流排(450V DC)被耦合到电源部分上。
反馈回路(Feed-back-Loop)：灯的运行识别，可能为灯参数、诸如灯电流和灯电压的反馈，以调节控制参数和确定预热阶段或加载阶段或利用其他调节参数重复加载阶段。
此处，实施在EVG的输出端(灯)上对电流和电压进行足够准确的测量的电路部分。通过这个电路部分，测量值通过A/D转换器针对控制器中的处理被继续处理。针对其他的分析程序，这些产生的数据被写入数据存储器中。
灯：高压放电灯(HID灯)
FM调制器：高功率调频器
AM调制器：具有不仅控制频率fAM而且控制AM度AMI的可能性的模拟变化的高功率调制器。
AM信号发生器：数字或者压控振荡器
FM信号发生器：数字或者压控振荡器
电源(电源部分)：干线电压发生器
控制器：所有单元的中央控制
在下文中说明新的运行方法的多个实施例。
最简单的情况是以纯的载波频率来运行。在灯运行时，这个频率被调频(FM)并对此进行典型的锯齿形的扫描。这意味着AM度＝0和在垂直运行时导致有意识地调节的分离、即等离子体的分解。一个例子在图4中给出，其中给出作为时间函数的电流。使用上面引入的术语，这意味着持续运行、即T(AM断开)＝∞。
在图5中，给出AM持续运行的一个例子、即T(AM接通)＝∞。在那还画出了最大和最小的振幅Amax和Amin。这个AM在整个持续工作时间上运行。
可是根据本发明，使用两个状态的混合或者合适的修改。在此在最简单的情况下，具有AM接通的时间段和具有AM断开的时间间隔彼此有规律地或者根据需要交替。AM接通的供应的持续时间是T(AM接通)。AM断开的供应的持续时间是T(AM断开)。两个阶段彼此交替。已表明，特别是相对低的比率T(AM接通)/T(AM断开)导致在垂直运行时分离的消除，该比率对应于具有“等价的”、大约15-35％的AM度的连续的AM运行。图6示意性地显示了具有AM断开和AM接通的时间间隔的彼此连接。
优选地，比率T(AM接通)/T(AM断开)、即脉冲间歇比位于0和T(f(AM))和Tsweep之间。
然而取而代之，给定的AM可以再次被加载到结构上，或者例如在衰减的意义上的下层结构或者例如斜坡形、梯形或者正弦形的上层结构。这里也可以定义等价的AM度。这可以利用或者优选地无需空转时间来实现AM断开。在这个意义上，上面描述的计时的AM也是具有矩形形状的上层结构。
在合适选择“等价的”AM度时，在预定的气体放电柱或等离子体的声起振的状态中在激发状态下的声功率或者被计时地和/或被控制地通过声谐振的强度(或以声强控制的方式)被耦合输入。由此灯中填充物的传输过程被这样控制，使得金属卤化灯的一定的色温分别与一定的上层结构相连接。
由于声波的衰减，不仅针对起振过程而且针对最大的间歇时间T(AM断开)和可施加到激励的电流信号上的调幅深度(AM度)的动态产生典型的持续时间。
AM深度通过以下因素确定：
T1＝载波频率的周期时间；
τ(AM_damp)＝在例如衰减的AM信号过程中的衰减时间；
T2＝调幅频率的周期时间；
AM度＝振幅调制度(典型地为15-35％)；
T(AM接通)＝接通的AM的时钟周期；
T(AM断开)＝AM的间歇时间。
衰减和不衰减的变化作为例子是可能的。部分地，代替概念“AM度”，概念“AM指数”也被应用。
在图7中，给出一个示意性的实例，其带有恒定的AM度、具有有规律地相继的固定的带有阶段“AM接通”的时间Tn(AM接通)和固定的带有阶段“AM断开”的时间Tf(AM断开)。该实例基本上符合图6，但以方框的形式描述。
在图8中显示了两个稳定的AM度交替的例子。例如涉及到具有固定的持续时间T1和T2的固定的AM度，同时为其应用不同高的最大振幅Amax1和Amax2。
另一个实施例在图9中，即在相同的幅值Amax的情况下是两个不同的AM度、例如20％和30％之间的交替。
图10显示了另一个例子。在那示出了两个彼此交替地衰减的动态AM度、即具有不同的最大幅值Amax的AM度，其中最大幅值分别在持续时间T1或T2的曲线进程中被不同地强烈衰减。
当然，这些不同的运行方式也可以彼此适当地进行组合。
在应用计时的情况下，周期的总持续时间Tg
Tg＝T(AM接通)+T(AM断开)
应具有在Tg≤20ms范围内的典型周期，即在一定程度上至少符合50Hz的运行。
在此，T(AM接通)/T(AM断开)的比值几乎可以是任意的，其中T(AM接通)的优选的时间间隔的最小值典型地为AM频率的5到10个周期时间(相当于0.2-0.4ms)，该AM频率典型地位于20到40kHz、例如在24.4kHz处。由此保证气体放电柱在自谐振时的起振。
信号AM接通的阶段优选地连接在AM信号的阶段上，然而如果信号AM接通的持续时间、即值T(AM接通)是足够大的，则该要求不是绝对必要的。因此得出AM典型地为0.2/20＝1/100的最小的占空比。比值T(AM接通)/Tg被定义为占空比，其中Tg是上面定义的。
在Hg占主导的等离子体、即除了金属卤化物以外还包含作为决定性成分的汞的填充物情况下，根据图10的消退的谐振振荡的典型的衰减时间τ(AM-damp)位于20到50ms的范围内。
被计时的和在时间上再度被调制的AM调制的可能性产生用于分离的调节和因此用于在利用该原理运行的灯中的色控的控制模式的频谱。

Claims (18)

1.在应用高频载波频率的情况下高压灯在纵模中谐振运行的运行方法，该载波频率被调频(FM)，并且同时被调幅(AM)，其中首先定义AM的基频，其中AM的基频由第i个纵向模式导出，其特征在于，在灯点燃和经过等待期之后在预先给定的功率处通过以下方式进行色温的调节，即调幅周期性地在至少两个AM度之间交替。
2.如权利要求1所述的运行方法，其特征在于，扫描信号的频率由第一方位角模式和径向模式导出。
3.如权利要求1所述的运行方法，其特征在于，控制器调节AM信号的基频。
4.如权利要求2所述的运行方法，其特征在于，扫描频率在运行时被保持恒定，并且其位于第一方位角模式和轴向模式之间的范围中。
5.如权利要求1所述的运行方法，其特征在于，等待期持续30到80秒。
6.如权利要求1所述的运行方法，其特征在于，作为AM状态的实现，两个固定的AM度在时间上彼此交替。
7.如权利要求6所述的运行方法，其特征在于，实现通过一个固定的AM度在时间上被计时来进行，以至于AM度＝0％。
8.如权利要求1所述的运行方法，其特征在于，作为AM状态的实现，固定的AM度的振幅分级地、突然地、逐渐地或者可差分地随着预先给定的周期发生变化。
9.如权利要求1所述的运行方法，其特征在于，作为AM状态的实现，AM度自身进行调幅。
10.如权利要求1所述的运行方法，其特征在于，作为AM状态的实现，AM度在时间上被结构化。
11.如权利要求1所述的运行方法，其特征在于，在实现AM状态时，由周期的AM导出的等价的整个AM度位于15％和35％之间的范围中。
12.如权利要求6所述的运行方法，其特征在于，从在第一AM度的持续时间T1和第二AM度的持续时间T2之间的比值中导出的等价的整个AM度位于15％和35％之间的范围中。
13.如权利要求1所述的运行方法，其特征在于，该载波频率借助扫描信号被调频(FM)，并且同时被调幅(AM)。
14.如权利要求1所述的运行方法，其特征在于，其中AM的基频由第二纵向模式导出。
15.如权利要求1所述的运行方法，其特征在于，作为AM状态的实现，AM度在时间上被衰减。
16.由高压放电灯和所属的电子镇流器(EVG)组成的系统，具有一个含有金属卤化物的放电容器，其特征在于，该放电容器的长宽比大于等于1.5，其中电子镇流器(EVG)具有FM调制器和AM调制器，载波频率通过所述FM调制器和AM调制器被调频(FM)，并且同时被调幅(AM)，其中首先定义AM的基频，其中AM的基频由第i个纵向模式导出，在该系统中存在用于调节AM信号的装置，该装置在灯点燃和经过等待期之后在预先给定的功率处通过以下方式进行色温的调节，即调幅周期性地在至少两个AM度之间交替。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，该放电容器的长宽比大于等于2.5。
18.用于高压放电灯高频运行的电子镇流器，具有定时器/序列发生器、功率级、FM调制器、AM调制器、振幅信号发生器、针对两个发生器的混合器和具有一个用于调节调幅信号的基频的控制器，其特征在于，存在用于调节AM信号的装置，其中，载波频率通过所述FM调制器和AM调制器被调频，并且同时被调幅，首先定义AM的基频，其中AM的基频由第i个纵向模式导出，用于调节AM信号的装置在灯点燃和经过等待期之后在预先给定的功率处通过以下方式进行色温的调节，即调幅周期性地在至少两个AM度之间交替。
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