TW200841772A - Circuit arrangement and method of operating high pressure discharge lamp - Google Patents

Description

200841772 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種高壓放電燈操作用的電路裝置，此高壓 放電燈包括··一第一和一第二電子開關，其位於半橋式裝 置中；一電源電壓終端，其將直流電壓信號供應至該半橋 式裝置；一負載電路，其包括燈抗流圈且一方面親合至該 半橋式裝置之中點，以及另一方面耦合到至少一終端以與 該高壓放電燈相連接；一控制電路，用來製備該第一和第 一電子式開關用的至少一第一和一第二控制信號。須對該 控制電路進行設計，以製備第一和第二控制信號，使各控 制丨§號之時脈頻率在第一和第二頻率之間掃掠（sweep)。本 發明另亦涉及一種高壓放電燈之操作方法，其是在上述之 電路裝置上進行。 【先前技術】 上述類型之電路裝置及其對應的操作方法已描述在EP 1 5 0 1 3 3 8 A2中，以下仍將進行說明。 I 爲了操作高壓放電燈，通常需要一種正弦形式的操作用 的交流電壓，其頻率依據該高壓放電燈之幾何形式是以鋸 齒形的形式而在45kHz至55kHz之間的範圍中掃掠，掃掠 用的時脈大部份的情況是1 00Hz的時脈。此種掃掠式操作 通常可防止聲頻共振受到永久之激發且另外亦有助於電漿 弧光之穩定（Arc-Straightening)。 在高效率的金屬鹵化物燈中，爲了使塡料較佳地混合， 則除了掃掠式操作之外亦須使操作用的交流電壓同時受到 i -6- 200841772 振幅調變，此時該調變同樣須對應於高壓放電燈之幾何形 式（特別是燈點燃器）而可在頻率（典型上是23kHz至3 OkHz) 上以及調變度（典型上是1 0 %至4 0 % )上進行調整。振幅調變 此處是用來適當地激發電漿弧光中一特殊的縱向聲頻共 振，此共振就其作爲縱向模式之特性而言可使電漿弧光之 點燃特性之穩定性不受影響，但另外亦可使點燃區中的氣 體成份達成一種已強化的混合作用。這在彩色混合槪念上 已爲人所知。振幅調變一方面特別是在垂直操作時可使沿 著電漿弧光之亮度均勻化，且另一方面亦可使光效益很有 效地提高。 在使用一種整流器於半橋式裝置中以將高壓放電燈耦 合至一電子式安定器時，在此種情況下通常不易施加振幅 調變。因此，相較於D E 1 0 2 0 0 5 0 2 8 4 1 7而言，振幅調變 在先前技術中是由一個別的前置級而施加至半橋電路之電 源電壓。這就電路的耗費而言需要至少一阻抗和一至二個 電子式開關。 在使用一整流器於全橋式裝置中以將燈耦接至電子式 安定器時’通常可藉由相位調變而在相對應的互相面對的 電子式開關的控制中產生振幅調變，其例如已描述在EP 1 5 0 1 3 3 8中。除了需要另外二個電子式開關以便在全橋式裝 置中實現一種整流器之外，此種構成所顯示的缺點是··須 對負載電路作足夠大的調整，以便在較長的非活性之靜止 期間（dead time)可保持著零電壓的切換（zer〇-Voltage Switching)，使大部份用作電子式開關的場效電晶體都可受 200841772 到保護。此外，在使用一種整流器於全橋式裝置中時，由 於電磁相容性的原因而在二個輸出上造成陡峭的邊緣，則 該燈將藉由一變壓器而與該電子式開關相隔開，於是，只 有諧波的差動信號將向外進入至二條燈導線上。 【發明内容】 本發明之目的是進一步形成上述形式的電路裝置或上 述方法，以便在較少的耗費下施加該振幅調變，同時使用 一種整流器於半橋式裝置中。 上述目的藉由一種具有申請專利範圍第1項特徵的電路 裝置以及一種具有申請專利範圍第1 2項特徵的方法來達 成。 本發明基本上以下述認知作爲基準：原則上依據半橋式 裝置中一整流器之輸入端上的一種單調（one tone)式頻率 調變而產生該高壓放電燈用的控制信號之振幅調變。於 是，上述先前技術中所需之個別的調變用的前置級即可省 略，這樣可使構件數目下降很多，亦可有利地使所需的空 間以及製造成本下降。 因此，本發明所採取的方式不同於上述的 EP 1 5 01 3 3 8。同時在申請專利範圍第1項中提及：須設計該控制電 路，使各控制信號之時脈頻率在第一和第二頻率之間掃 掠，且各控制信號之脈波寬度及/或相位是以一預設的第三 頻率來調變，於是可得知：脈波寬度可改變，但這須在一 周期內實現，使周期長度及其倒數（即，操作頻率）可持續 地保持相同。因此，不存在一種以第三頻率來量化的頻率 -8- 200841772 調變（當然是由緩慢的掃掠追蹤來觀察）。一種如第6圖所 示的脈波調變在載波頻率保持定値時可以只在全橋式裝置 中造成一種振幅調變效應。在全橋式裝置中，雙對信號分 別傳送至位於對角線上的電子式開關。在半橋式裝置中， 其就像本發明所設定的目標一樣，上述方式不會造成所期 望的結果，此乃因在半橋式裝置中位於上方的開關和位於 下方的開關在一周期內必須以互補而不能有較長的靜止時 間的方式來操作，且在此種條件範圍下不能實現該振幅調 Ί 變所需的頻譜純度。特別是可不產生正弦形式的振幅調 變，且可依據系統而持續地使多個調變頻率相混合。 就上述文件中所述的以相位調變來實現而言，可得知此 處設有二種互相反相的時脈信號，其具有定値的·操作頻率 以控制該全橋式裝置的相面對的分支，此時爲了產生一種 振幅調變效應，須使二個相面對的時脈信號之相位狀態互 相在第三頻率之時脈中偏移。此二個時脈信號中之哪一個 在時間上保持固定、或此二個時脈信號是否在時間上分別 相對於一固定的時期而偏移，此二種方式都不重要，此乃 因只有相互間的相對偏移才可達成一種頻率偏移效應。 相位偏移之瞬間作用亦帶來一種頻率偏移效應，這對一 種全橋式裝置中的應用而言是不相關的，此乃因這只針對 一種偏移，其會帶來所期望的振幅調變效應。 本發明中，自始就未針對一種與脈波寬度調變有關的效 應，此效應用來經由一種低通電路來使輸出功率改變；本 發明亦未涉及一種與二種控制信號之相位偏移調變有關的 -9- 200841772 效應，此效應是用來使全橋式裝置上的輸出功率改變。如 上所述的效應對一種高效率的燈之純光譜操作而言只能在 上述的電路裝置中達到目的。 反之，本發明是針對一種效應，其由於頻率調變而可藉 由整流器用之唯一的控制信號而在半橋式裝置中達成。就 像此行的專家可輕易得知者一樣，由該整流器用的唯一的 控制信號，則通常可在半橋式驅動器中產生該半橋式裝置 之第一和第二開關用之第一和第二控制信號，此時第一和 \ 第二控制信號持續地成互補狀態。半橋式裝置的中點上所 產生的信號，特別是矩形信號，就形式而言是與該整流器 之輸入端（即，半橋式驅動器之輸入端）上的控制信號相 同。在單調式頻率調變時，該操作頻率以一種調變頻率 (即，第三頻率）來進行正弦形式的調變。該操作頻率因此 可隨著時間而變化且因此具有一種可持續地改變的瞬間 値，該操作電壓只有在與一般値對應的平均値時才具有一 種固定値。然後，在該負載電路上的較高階的諧波被濾出 L/ 之後，上述的頻率調變才會在該燈上產生所期望的具有振 幅調變的操作信號。 在單調式頻率調變時，以可預設的第三頻率來進行調 變’使第一和第二控制信號之振幅頻譜顯示出至少一第 一、一第二和一第三光譜線，此時第一光譜線對應於該掃 掠的時脈之瞬間頻率，且第二和第三光譜線在數値上相隔 開之距離是該可預設的第三頻率且與第一光譜線相對稱。 於是，在第二和第三光譜線中當設定一信號之相位，使 -10- 200841772 半橋式裝置的中點上的該信號之振幅 的第三頻率中產生光譜線時較佳。 此外，當該負載電路形成共振電路 燈用之終端上的功率頻譜中在該高壓 可預設的第三頻率中產生光譜線時較 電路進行設計，以便以可預設的第三 第二頻率之間掃掠的時脈進行一種單 爲了達成此種頻率調變，基本上有 % 現一種受控制的振盪器。 在第一種形式中，該控制電路包ί 組，其時脈輸入端耦接至該在第一和 時脈所需的源（source) ’且該調變模組 第三頻率之信號所需的源，此時須設 依據第三頻率之信號（特別是此信號二 第二頻率之間掃掠的信號之脈波寬度 於是，較佳是對該控制電路進行設 率之信號之瞬間値來對第一和第二頻 脈波寬度進行調變，以便在可預設的 上等距離的時間點，使第三頻率的信 對應於已發出的瞬間値使該已掃掠的 變長或縮短。 於是，可設置成在第一和第二控制 時脈中的上升邊緣以及脈衝中央處都 二頻率之間掃掠的、未調變的時脈而 頻譜中未在該可預設 ’使連接該高壓放電 放電燈已連接時在該 佳。通常’須對控制 頻率來對該在第一和 調式頻率調變。 三種不同的形式來實 舌一脈波寬度調變模 第一頻率之間掃掠的 之調變輸入端耦接至 計該控制信號，以便 匕瞬間値）來對第一和 進行調變。 計’以便依據第三頻 率之間掃掠的時脈之 時間點，特別是時間 號之瞬間値發出，且 時脈之瞬間脈波寬度 信號中該第三頻率之 可相對於在第一和第 偏移。 -11- 200841772 在第二種形式中，該控制電路包括一種相移模 脈輸入端耦接至在第一和第二頻率之間掃掠的時 源，且該相移模組之調變輸入端耦接至第三頻率 需的源，此時須設計該控制電路，以便依據第三 號（特別是此信號之瞬間値）使在第一和第二頻率 的信號之起始邊緣和最後邊緣發生偏移。 在第三種形式中，該控制電路包括一種相移模 脈波寬度調變模組，此時須設計該控制電路，以 和第二頻率之間掃掠的時脈中首先依據第三頻率 起始邊緣發生偏移，且隨後以相同的方式使原來 央處之位置同樣依據第三頻率之信號而偏移。 時脈頻率較佳是小於i 5〇kHz，更佳是介於30 之間，特別佳時是介於40和60kHz之間。 第三頻率較佳是小於50kHz，更佳是介於20和 間。該掃掠頻率較佳是介於50Hz和500Hz之間， 於80Hz和200Hz之間。 / 如上所述，本發明的目的另包括一種電路裝置 其中在使用一種具有二個電子式開關之整流器於 置之情況下，可將振幅調變施加至該高壓放電燈 壓。 然後，特別是當燈點燃電壓較高時，可另外設 第四電子式開關，此時第一、第二、第三和第四 關連接在全橋式裝置中，且此時須設計該控制電 應於第一和第二電子式開關用的控制信號而特別 組，其時 脈所需的 之信號所 頻率之信 之間掃掠 組和一種 便在第一 的信號使 的脈波中 和 90kHz 35kHz 之 更佳是介 的形成， 半橋式裝 之操作電 置第三和 電子式開 路，以對 是以互補 -12- 200841772 的方式來提供第三和第四電子式開關用的控制信號。在此 種情況下，由於50%之定値的任務周期比（duty cycle)，則 零電壓切換時的自由運行條件對於較高的調變度（degree) 而言亦不會有危險性。 參考本發明的電路裝置來描述的較佳實施形式及其優 點只要可供利用時都可適用於本發明的方法中。 以下將參考附圖來說明本發明的電路裝置的一實施例。 【實施方式】

該高壓放電燈操作用的整流器通常是一種第三階（order) 之負載電路，其能以下述之微分方程式來描述： ㈣)·χ· 1 + cn 〇

CB-RL 第1圖顯示一種包含高壓放電燈之燈共振電路的各元件 之等效電路，其中U“t)是由整流器提供的電壓，Ua(t)是高 壓放電燈上所產生的電壓，L!和Ο是負載電路之燈抗流圏 和電容器，Cb是一種親合電容器且RL·是該高壓放電燈La 之代表性的歐姆電阻。 換言之，以燈La上的信號Ue(t)來對該燈負載電路L1、 C!進行之激發將產生一種輸出信號Ua(t)，其對應於該負載 電路之頻率特性或轉移（transfer)特性而被濾出或被衰減。 該負載電路之頻率轉移特性顯示在輸出電壓Ua(t)之第2a 圖，輸出功率Ρα之第2b圖，以及相位角φ之第2c圖中， 其中對目前的應用而言該轉移最大値典型上是稍微位於 2 6kHz之範圍的下方。然後，角度0顯示出該輸入信號仏⑴ -13- 200841772 和該輸出信號U“t)之間的相位差。 本發明中爲了能了解上述的進行方式，則須由對該負載 電路之頻率特性進行設計開始，使該轉移最大値典型上緊 靠在26kHz之範圍的下方。因此，在施加該已調變的矩形 電壓信號時一方面使載波頻率（其在45kHz和55kHz之間掃 掠）且亦使該載波頻率之大約位於26kHz或74kHz之側頻帶 可足夠良好地被傳送，這樣可使該燈保持在其操作模式中。 輸入側之已振幅調變的交流信號可以下述的函數來描 述··

Ue(t) = (1 + W · sin(2 * π · /mod * 〇 · sin(2 其中Uo是電壓振幅，f。是載波頻率，f_d是調變頻率且 m是調變度。 振幅已調變的輸入信號l^(f)之振幅頻譜及其二側的側頻 帶顯示在第3a圖中。第3b圖顯示所屬的功率頻譜pe(f)。 此處只指出：在由先前技術已知的方式中U“f)等於Ua(f)， 且Mf)等於Pa(f)。本發明中振幅調變指數（index)是0.5。頻 帶之寬度表示目前的掃掠程度，其在振幅的頻譜中位於 4 5kHz和5 5kHz之間且在功率頻譜中位於較高的90kHz和 124kHz之間。功率頻譜中位於24kHz和48kHz的未掃掠而 聿父尖銳之線（如圖中的箭頭所不）是以2 4 k Η z來作振幅調變 的結果，且會在該高壓放電燈中造成彩色混合模式。位於 0kHz的線對應於該燈上所轉移的平均功率。 頻率調變後的電壓UM(f)是與電壓ue(f)成比例，且電壓 UM(f)之振幅顯示在第4a圖（由計算而得者）和第4d圖中（由 Ί 4- 200841772 測量而得者），其中可明顯地辨認出二個側頻帶。所屬的功 率頻譜Pw(f)是與頻譜Ρ“Π成比例且顯示在第圖（由計算 而得者）和第4e圖（由測量而得者）中。 燈共振電路之輸出端上所造成的振幅頻譜Ua(f)顯示在第 5 a圖（由計算而得者）和第5 c圖（由測量而得者）中。在燈共 振電路上濾波之後所得的功率頻譜Pa(0顯示在第5b圖（由 計算而得者）和第5 d圖（由測量而得者）中，其中可明顯地辨 認出二個側頻帶以及在fm〇d(24kHz)處的奇點（singular)調變 線。 該燈共振電路之輸入端上的信號U M ( t )之時間曲線顯不 在第4c圖中。 頻帶之寬度是由上述之掃掠所引起，其在振幅頻譜中是 介於45kHz和5 5kHz之間且在功率頻譜中是位於較高的 90kHz和124kHz之間。功率頻譜中位於24kHz和48kHz的 未掃掠而較尖銳之線（如第5b圖中的箭頭所示）是以24kHz 來作振幅調變的結果，且會在該高壓放電燈中造成彩色混 合模式。位於0kHz的線對應於該燈上所轉移的平均功率。 以下將描述在一種微控制器中以數位式方式來實現該頻 率調變之一較佳的實施形式，但每一直接之以程式技術來 達成的安裝亦可達成所期望的目標。 頻率調變後的信號通常以下式來表示： ·，+，3ϋη(2·;τ·/_ ·〇) η 其中U4t)是半橋式裝置的輸入信號。 U〇是半橋式裝置之電源電壓，其通常是一種所謂中間電 -15- 200841772 路電壓。 h是載波頻率，其在應用時典型上是在第一頻率f1=45 kHz 和第二頻率f2 = 5 5kHz之間掃掠。此時載波頻率之追蹤對目 前所觀看到之掃掠而言並不重要，此乃因在此應用時所需 之大約100Hz之重複率可視爲”靜態者”。 是調變頻率，其在此應用中典型上位於24kHz處。 外部正弦函數前方的因數&是一種成形因數，其用來修正 π 該半橋式裝置之電子式開關用之通常是矩形的控制。 % 藉由對該正弦函數括號內的引數 φ(ί) = 2 · ;τ · /c ♦ ί + m. sin(2 * ;τ · /mod · ί) 求出導函數，則可獲得瞬間頻率f(t)，此f(t)=!cD(t)或 dt /(，) = Λ +，(2·苽-/—)·—2·;τ·/ιη〇(1 .，） 調變度m可以to/Tc = to f。來取代。 其中to是一調變周期中該控制信號之最大之時間偏移 (offset)，其在實際應用時可依據所期望的調變度之高度而 介於0和Tc之間。於是，該頻率調變可轉寫成 k ^/,(0 == υ〇 · sin(2 · ^ * /c · to(t) ^ sin(2 · ^ · fmQd · t)) 藉由f。之因數化，則上式成爲：

Ue{t) = Uo · sin(2 - ^ · (r + to{t) · sin(2 ^ π ^ fmod ^ t))) 這是一種以時間調變或相位調變之形式來表示的頻率調 變，其在程式技術上可簡易地用在微控制器中。 u“t)之頻譜分析通常不能表示成閉合之形式。因此，其 以一般的近似解法來處理或追溯到數字之模擬方法，此二 -16- 200841772 種方法都可得到相同的結果。 在只考慮弟一^項之情況下’將U“t)拆解成貝雪兒（Bessel) 級數，可得到以下的表示式，其中Jn(m)是貝雪兒係數：

Ue (〇 = Uo · Jo(m) · sin(/c ^t) + Uo^ . sin(fm00 ^ ^ cos(fc · 〇 +

Uo · J2(m) · c〇s(2fmod · 〇 · sin(/c · /) 在 m< 1 時：Jo(m) = l- m2/4 = l; Jl(m) = m/ 2; J2(m) = m2/4。 因此，U“t)成爲： DTc(i) Uo ^ sin(/c 4-1¾ * w · sini/^ * t) ^ cos(/c ^ t) + Uo * m2 /4 * cos(2 ^ ^od * t) * sin(/c * t) 、 Ue(t)於是包括三項： 第一項對應於頻率f。之純載波信號。 第二項對應於頻率（L + fmod)和（frf_d)之二個純側頻帶而 未包括頻率f。之載波。 第三項對應於頻率（h + 2fm〇d)和（fe-2fm〇d)之強度較小的二 個純側頻帶而未包括頻率f。之載波 頻率調變後之振幅固定且調變頻率固定的輸入信號之振 幅頻譜因此對應於單調式調頻特性。一種頻率f。之載波信 w / 號的側頻帶顯不在距離fmDd、2· fmod至fmod中’但其強 度依據貝雪兒係數Jn(m)而變小。 現在，須設計該共振電路之濾波特性’以一方面對應於 該共振電路所需的頻率範圍之所期望的調變深度來轉移’ 且另一方面使主要是大於100kHz的較高頻率之衰減足夠 大。由單調式調頻所產生的較高階的側頻帶可廣泛地被濾 出，即，基本上只有26kHz和76kHz之第一階的二個側頻 帶最後將發生作用。 -17- 200841772 通常須注意的是：該燈之共振電路之輸入端上和輸出端 上的振幅頻譜在先前技術中已爲人所知的”傳統”振幅調變 以及本發明的”頻率調變”中都是相同的。 反之，共振電路之輸入端上的功率頻譜只有在先前技術 中已爲人所知的”傳統”振幅調變方法才與該燈之共振電路 之輸出端上的功率頻譜相同。 在本發明的方式中，燈之共振電路之輸入端上的功率頻 譜與共振電路之輸出端上的功率頻譜不相同。 在已算出的頻譜中，爲了清楚之故’只考慮基本波，由 矩形的控制信號而來的較高的諧波未被顯示。光譜區域的 擴大區由緩慢的掃掠區來看在掃掠重複率大約是100Hz時 典型上是介於45kHz和55kHz之間。 第4a圖顯示已算出的振幅頻譜’第4d圖顯示頻率調變 後的半橋式裝置之輸入信號之已測得的振幅頻譜（請比較第 6圖）。第4a圖中明顯可辨認的是h + 和。第4b圖 顯示該半橋式裝置的輸入端上的信號之已算出的功率頻 ^ 譜。第4e圖顯示相關之已測得的功率頻譜。圖中明顯地顯 示出在24kHz時未發生奇點（singular)調變線。第4c圖顯示 半橋式裝置之輸入信號之時間曲線。就像上述已指出者一 樣，Um與成比例。 第5 a圖顯示已算出的振幅頻譜，第5 c圖顯示該燈之輸 出信號Ua(t)之相關之已測得的振幅頻譜Ua(f)。 第5b圖顯示該燈之已算出的功率頻譜Pa(f)。第5d圖顯 示該燈之相關的已測得的功率頻譜。功率頻譜中已可辨認 -18- 200841772 的狹窄之光譜線表示該調變之尖銳的單一線。 藉由負載電路之濾波特性的設計，則可使調變深度達到 50%。 可記錄下述情況以作爲中間結果：只以該半橋式裝置之 電子式開關之控制信號爲基準以藉由微控制器而不需其它 的電子式功率組件即可在高壓放電燈操作時產生所期望的 調變。 第6圖顯示本發明之電路裝置之一實施例。於此，一種 P 所謂燈反相器1 0包括一整流器1 2，此整流器1 2包括半橋 式裝置中的第一開關S 1和第二開關S 2，這些開關是經由其 控制輸入端而由一種電壓Um或Ue2來控制，其中Um和Ud 是互補的信號且在信號技術上是由一種輸入信號U“t)來表 示。 . 燈反相器1 0另外包括一負載電路或共振電路1 4，其具有 一抗流圈和一電容器Ci。半橋式裝置是由一種電源電壓 U 〇來供電，此電源電壓通常表示所謂的中間電路電壓。 ( 在所示的實施例中，該燈反相器10之輸入信號仏是由 微控制器18所支配，電壓和Un是由該輸入信號U。經 由一驅動電路1 6而導出。於是，此處須指出：微控制器丄8 之元件亦能以分離式元件來構成。電壓Ur2是分壓器Rp R2之電阻R2上所下降的電壓，此電壓經由微控制器1 8之輸 入端20而傳送至該微控制器1 8。 電壓UR2是與該燈La上的電壓Ua成比例且可測量該燈電 壓之振幅以及振幅調變度。電壓UR2 —方面傳送至低通濾波 -19- 200841772 器，其包括一電容器Cp和一電阻Rp’以便產生一種電壓Up， 其是與該輸出電壓Ua之平均値成比例。 另一方面，該電壓UR2在一個高通網路22和一個二極體 上進行整流，以產生實際的調變波動度△ Uist。由此二個已 測得的數値，可決定該調變度之實際値爲： mist—Δ Uist/LJp 經由介面2 4以輸入該調變度之額疋値m 。11，其在乘法器 26中與Up相乘且因此可提供AUs。η至其輸出端。一種調整 π 器28因此進行調整，使△ Ulst=A Us。"。 在該調整器28之輸出端上提供一種調整値以作爲該調變 度用的設定値且傳送至一方塊30。此方塊30另外由一種 24kHz產生器32獲得一種頻率fn-d = 24kHz之正弦形式的信 號。在該方塊30之輸出端上提供一種24kHz的信號，其振 幅大小須調整成等於所期望的調變度ms〇n。 藉由一種頻率產生器34來產生10 0Hz的鋸齒狀的掃掠信 號。此鋸齒狀的掃掠信號和該振幅大小已調整的24kHz的 L， 信號都由一頻率產生器36所支配。此頻率產生器36處理此 二個輸入信號，即，輸入端3 8上的鋸齒狀的掃掠信號和輸 入端40上的振幅已調整的信號’使成爲信號Ue，其結 果是一種正弦時脈中由fm。d來進行頻率調變後的信號’其平 均頻率在與fm£)d比較時在掃掠控制信號之100Hz時脈中很緩 慢地被追蹤著。 就像此行的專家已揭示者一樣’一種耦合電容器亦可 施加在另一位置’例如，可施加在燈抗流圈L i和燈La之間， -20- 200841772 或在燈La和電壓Uo之連接端之間等等。此電容器用來 阻止由半橋式裝置而來的直流成份。此外，若期望該燈可 由電鍍來去耦合，則一種在輸出電路中具有一變壓器的實 施形式亦同樣可行。 第7 a至7 c圖以及第8圖顯示依據本發明之四種不同的 方式來產生的電壓Ue。 個別的曲線a)表示一種頻率f_d(目前是24kHz)之矩形信 號。由此一矩形信號，依據曲線b)首先在微控制器中變成 一種三角形信號且由此轉換成一種正弦信號，請參閱曲線 c)。此四種形式在曲線e)和f)中予以區別，其中在三種曲線 中顯示出一種50kHz的信號而作爲曲線d)，其在產生所期 望的信號時更重要。曲線e)表示個別的電壓U。（ t)，其是5 伏位準處之半橋式裝置之控制信號。個別的曲線f)是該半 橋式裝置之中點Μ上的一種形式上與曲線e)相同的電壓 Um，其位準大約是500 V。 第7a至7c圖顯示多種實施形式，其中使用一種脈波寬 i 度調變模組，其時脈輸入端耦接至一種在第一和第二頻率 之間掃掠的時脈所需的源，且其調變輸入端耦接至調變頻 率之信號所需的源，此時須設計該控制電路1 8，以便依據 該調變頻率之信號（特別是此信號之瞬間値）來對該在第一 和第二頻率之間掃掠的信號之脈波寬度進行調變。 第7a圖顯示非等距掃掠時的一種例子。因此，以頻率h 來掃掠的信號之脈波寬度在每一邊緣切換之後封應於周期 性的調變信號之瞬間値來調整，請參閱曲線c) °該調變 -21- 200841772 信號之一種低的振幅，請參閱曲線C)，會造成一種小的脈 波寬度，該調變信號之大的振幅會造成一種大的脈波寬 度。在該對應的脈波寬度結束之後，依據該正弦信號之目 前的瞬間値，請參閱曲線C )，來確定下一個脈波寬度。 依據第7b圖中所示的形式，須設計該控制電路1 8，以便 依據該調變頻率之信號之瞬間値來對該在第一和第二頻率 之間掃掠的時脈之脈波寬度進行調變，從而在一可預設的 時間點，特別是等時距的時間點，使該調變頻率之信號之 f 瞬間値發出，且對應於已發出的瞬間値使已掃掠的時脈之 瞬間的脈波寬度變長或縮短。所選取的取樣率越高，則藉 由脈波寬度變化所造成的頻率調變越完美，但該微控制器 必須更經常地與時脈不同步，這樣當然可在任何時間達到 其由規格所設定的極限値。此外，實際上較佳是只以2fc 之取樣速率來處理，這樣對準確性而言已足夠將一種 24kHz-正弦信號（4倍之過（over)取樣）調變成一種50Hz-時脈 (2倍之過取樣）。 ί」 然後，若在2f。時以準確調變的時脈同步掃描來進行處 理，則可持續地遵循西諾（Schannon)準則以便以頻率f。之時 脈來寫入一種信號且由此點而言該西諾準則特別有利。 第7b圖顯示等距掃掠時之時間曲線圖：以頻率f。來進行 頻率調變後的信號之脈波寬度在一種足夠大的主（m a s t e r)信 號（請參閱曲線c)，目前是50kHz)之時脈中以等距方式對應 於周期調變信號““之瞬間値來調整。該電壓Ue之曲線， 曲線e )，以如下的方式而測得：在曲線d)中的每一上升和 -22- 200841772 下降邊緣中，測得該正弦信號，曲線C)，之瞬間値且用來 產生§亥信號U e ’曲線e)。 第7c圖顯示一種實施形式，其中在第一和第二控制信號 中該調變頻率之時脈中的上升邊緣和脈衝中央處相對於該 未調變的、在第一和第二頻率之間掃掠的時脈而偏移。於 是，頻率調變後的信號，曲線e )，之邊緣上升在一種足夠 大的主（master)信號，請參閱曲線d)，之時脈中以等距方式 對應於周期調變信號“。d之瞬間値，請參閱曲線c) ’而偏 f 移。然後，須對應於此代表性的調變値來算出脈波寬度’ 使脈波中央處在數値上相對於該未調變的脈波而偏移一 半。 第8圖顯示一種實施形式，其中該控制電路包括一相移 模組，其時脈輸入端耦接至該在第一和第二頻率之間掃掠 之時脈所需的源，且該相移模組之調變輸入端耦接至第三 頻率之信號所需的源，此時須設計該控制電路，使在第一 和第二頻率之間掃掠之信號之起始邊緣可依據該調變頻率 〇 之信號（特別是此信號之瞬間値）而偏移。 依據第8圖，該頻率調變後的信號之邊緣上升和邊緣下 降，曲線e)，以等距方式在足夠大的主（m a s t e r)信號，請參 閱曲線d)，之時脈中對應於周期調變信號fmc)d之瞬間値， 請參閱曲線c )，而偏移。 第9圖顯示本發明中所使用的一種構造上所測得的不同 信號之時間曲線。於此，該負載電路之輸出端上的電壓是 在持續模式中測得，此電壓用來控制該燈。曲線a)顯示該 -23- 200841772 調變信號之時間曲線，曲線b)顯示該共振電路之輸入端 (即，半橋式裝置之中點M)上的頻率調變後的矩形信號，曲 線c)顯示該共振電路之輸出端上該燈La上之電壓Ua。明顯 地可辨認出以頻率來調變的振幅調變。 【圖式簡單說明】 第1圖一種燈反應電路之等效電路的圖解。 第2a至2c圖在一種不同的燈負載時功率之振幅和相位角 度相對於頻率之關係。 # 第3 a圖先前技術中的共振電路之輸入端之已算出的振幅 頻譜；對該共振電路之輸出端亦顯示出該燈之振 幅頻譜。 第3 b圖先前技術中的共振電路之輸入端之已算出的振幅 頻譜；對該共振電路之輸出端亦顯示出該燈之功 率頻譜。 第4a和4d圖頻率調變時該共振電路之輸入端之已算出的 (第4a圖）和已測量的（第4d圖）振幅頻譜。 I 第4b和4e圖頻率調變時該共振電路之輸入端之已算出的 (第4b圖）和已測量的（第4e圖）功率頻譜。 第4c圖燈共振電路之輸入端上的信號UM(t)之時間曲線。 第5a和5c圖頻率調變時該共振電路之輸出端之已算出的 (第5a圖）和已測量的（第5c圖）振幅頻譜。 第5b和5d圖頻率調變時該燈上的負載電路之輸出端之已 算出的（第5b圖）和已測量的（第5d圖）功率頻 譜。 第6圖本發明的電路裝置之一實施例的圖解。 -24- 200841772 第7 a和7 b圖在非等距的掃描（第7 a圖）和等距的掃描（第 7b圖）中使用一種脈波寬度調變模式時控制 信號和輸出信號之時間曲線。 第7c圖在使用一種相移模式和脈波寬度調變模式以產生 一種邊緣偏移和脈波中央處偏移時該控制信號和 輸出信號之時間曲線。 第8圖在使用一種相移模式以使邊緣上升處和邊緣下降 處偏移時該控制信號和輸出信號之時間曲線。 f ' 第9圖在一種持續模式中在半橋式裝置之輸出端上所測 \ 得的該燈之信號之時間曲線，其中可明顯地看出由 頻率調變所造成的振幅調變。 【主要元件符號說明】 10 燈 反 相 器 12 整 流 器 14 共 振 電 路 16 驅 動 電 路 18 控 制 電 路 20 輸 入 端 22 高 通 網 路 24 介 面 26 乘 法 器 28 調 整 器 30 方 塊 32 產 生 器 -25- 200841772 34 頻率產生器 36 頻率產生器 38 輸入端 40 輸入端 La 燈 LI 燈抗流圈 Cl 電容器 Ue 電壓 Ua 電壓 C B 耦合電容器 Rl 歐姆電阻

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Claims (1)

1. 200841772 十、申請專利範圍： 1. 一種操作高壓放電燈（La)用的電路裝置，包括： -至少第一（S1)和第二電子式開關（S2)，其位於半橋式裝置 中； -一電源電壓終端，其提供直流電壓信號（U〇)至該半橋式裝 置； -一負載電路（1 4 )，其包括一燈抗流圈（L 1)且一方面耦接至 §亥半橋式裝置之中點且另一^方面親接到至少一'終端以連 r 接該高壓放電燈（La); -一控制電路（18)，以提供第一（S1)和第二電子式開關（S 2) 用之至少一第一和一第二控制信號，須設計此控制電路（1 8) ，以提供第一和第二控制信號，使各控制信號之時脈在第 一和第二頻率（h，f2)之間掃掠， 其特徵爲： _ 另外對該控制電路（18)進行設計，以便以一可預設的 第三頻率（fm〇d)來對該第一和第二控制信號進行調變，以可 I 預設的第三頻率來進行的調變是一種單調式頻率調 變，使第一和第二控制信號之振幅頻譜中顯示出至少一第 一、第二和第三光譜線，第一光譜線對應於已掃掠的時脈 之瞬間頻率，第二和第三光譜線在數値上以該可預設的第 三頻率（fm()d)相隔開且與第一光譜線相對稱，以及在連接至 該高壓放電燈（La)之後上述信號之功率頻譜中顯示出一種 位於該可預設的第三頻率（fm〇d)處的光譜線。 2. 如申請專利範圍第1項之電路裝置，其中該控制電路（18) -27- 200841772 包括一受控制的振盪器。 3.如申請專利範圍第2項之電路裝置，其中該控制電路（18) 包括脈波寬度調變模組，其時脈輸入端耦接至該在第一和 第二頻率之間掃掠的時脈所需的源，且該調變模組之調變 輸入端耦接至第三頻率（f^d)之信號所需的源’須設計該控 制電路（1 8)，以便依據第三頻率之信號（特別是該信號之瞬 間値）來對該在第一和第二頻率之間掃掠的信號之脈波寬 度進行調變。 f 4.如申請專利範圍第3項之電路裝置，其中須設計該控制電 路（18)，以便依據第三頻率（fm〇d)之信號之瞬間値來對該在 第一和第二頻率之間掃掠的時脈之脈波寬度進行調變，以 便在可預設的時間點，特別是時間上等距的時間點，發出 該第三頻率之信號之瞬間値且對應於已發出的瞬間値使 該已掃掠的時脈的瞬間之脈波寬度變長或縮短。 5. 如申請專利範圍第4項之電路裝置，其中在第一和第二控 制信號中該第三頻率（fm〇d)之時脈中的上升邊緣脈衝中央 I」 處相對於未調變的、在第一和第二頻率之間掃掠的時脈而 偏移。 6. 如申請專利範圍第2項之電路裝置，其中該控制電路（1 8) 包括一^種相移模組，其時脈輸入輔轉接至該在弟—*和弟一^ 頻率之間掃掠的時脈所需的源’且該相移模組之調變輸入 端耦接至第三頻率（fmd)之信號所需的源，須設計該控制電 路（18)，以便依據第三頻率（fud)之信號（特別是該信號之瞬 間値）來使該在第一和第二頻率之間掃掠的信號之起始邊 -28- 200841772 緣和最後邊緣發生偏移。 7 ·如申請專利範圍第1至6項中任一項之電路裝置，其中該 時脈頻率小於15〇kHz，較佳是介於30和90kHz之間，特 別佳時是介於40和60kHz之間。 8 ·如申請專利範圍第1至7項中任一項之電路裝置，其中該 第二頻率（fmc)d)小於50kHz，較佳是在20和35kHz之間。 9.如申請專利範圍第1至8項中任一項之電路裝置，其中該 掃掠頻率介於50和500Hz之間，較佳是在80和200Hz之 〔間。 1 0 ·如申請專利範圍第1至9項中任一項之電路裝置，其中 在半橋式裝置中只設置一第一電子式開關（S1)和一第二電 子式開關（S 2 ；)。 1 1 .如申請專利範圍第1至1 〇項中任一項之電路裝置，其中 此電路裝置另包括一第三電子式開關和一第四電子式開 關’上述第一、第二、第三和第四電子式開關連接在全橋 式裝置中’且須設計該控制電路（1 8)，以便依據第一和第 ( 二電子式開關用的控制信號以提供第三和第四電子式開 關用的特別是互補的控制信號。 12·—種在電路裝置上操作高壓放電燈（La)的方法，此電路裝 置包括：至少一第一（S1)和一第二電子式開關（S2)，其位 於半橋式裝置中；一電源電壓終端，其提供直流電壓信號 至該半橋式裝置；一負載電路，其包括一燈抗流圈且一方 面親接至該半橋式裝置之中點且另一方面耦接到至少一 終端以連接該高壓放電燈（La); —控制電路（18)，以提供 -29- 200841772 第一（S1)和第二電子式開關（S2)用之至少一第一和一第二 控制信號，須設計此控制電路（1 8)，以提供第一和第二控 制信號，使各控制信號之時脈在第一和第二頻率之間掃掠 ，其特徵爲以下各步驟： 以一可預設的第三頻率（f_d)來對該第一和第二控制 fe號進行一種單調式頻率調變，以便在連接至該高壓放電 燈（La)之後上述信號之功率頻譜中顯示出一種位於該可預 設的第三頻率（fn^d)處的光譜線。

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