TW201101934A - Circuit arrangement and method for operating a high pressure discharge lamp - Google Patents

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201101934 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種以平直弧光來操作高壓放電燈用之電 路配置和方法。此電路配置具有：至少一第一和一第二電 子式開關’其位於第一半橋式配置中；一電壓供應端和一 參考接地端，用來對該半橋式配置供應直流電壓信號；一 負載電路，其具有燈抗流圈和一阻障電容，且一方面耦合 至半橋式配置的中點以及另一方面耦合於至少一終端以連 Ο接該高壓放電燈；以及一控制電路，以對該第一和第二電 子式開關提供至少一第一和一第二控制信號。 本發明依據申請專利範圍獨立項之類型而由操作氣體 放電燈用的電路配置和方法作爲開始。本發明特別是涉及 一種以平直弧光來操作氣體放電燈用的電路配置。 【先前技術】 爲了操作高壓放電燈，特別是標準HCI燈，且亦爲了 操作分子束爲主的無水銀之MF燈，則大都使用低頻的矩 〇 形燈電流，其可達成較快的變換。電流的變換是用來防止 單側的電極磨損且須以足夠快速的方向變換來達成，因此 在變換期間該燈未熄滅。該變換的時間典型上是在小於1 00 微秒的範圍中。通常須選取該變換的頻率，使變換過程中 光在短時間的不連續不會顯示成閃爍，即，該變換的頻率 應儘可能大於50赫，且另一方面由電子式操作裝置以及由 熱氣體放電燈發出的聲頻應儘可能不在可聽到的頻率範圍 中，即，該變換的頻率應儘可能小於200赫。當該變換的 頻率在100赫而與主電源同步且因此在變換的過渡期間使 •201101934 主電源之可能的漣波和各變動値之間可容易看到的低頻混 合模式受到抑制。然而，該變換的頻率亦應不在大於可聽 到的範圍（大於20仟赫）中。因此，在該燈操作時放電弧之 聲頻的特定共振不會任意地被激發，該聲頻的特定共振在 一般的燈幾何形式中是在20仟赫和150仟赫之間發生。光 弧之共振激發在大部份的情況下會造成弧光閃爍和弧光不 穩定，這樣最後將造成該燈的熄滅或甚至使該燈受損。 利用上述簡易的矩形波操作方式，通常可對大部份已 0標準化的高壓放電燈進行操作而不會造成明顯的弧光不穩 定和弧光轉向現象。反之，在特殊之具有高的長寬比之燈 幾何形式中則不是如此，所謂高的長寬比是指燈管長度和 燈管直徑之比値較高，或弧光長度對弧光直徑之比値較 高，或是指具有特殊氣體塡料之燈中具有高的長寬比。 在上述情況下，除了使穩定性下降的聲頻共振會被激 發以外，光弧亦可依據其方位（例如，垂直或水平的點燃位 置）在由於熱燈本身中的浮力下對稱地由燈軸中央轉向上 0 方且因此在各電極之間形成弧形。此種弧形的轉向通常會 由於有效光弧長度的變化而造成電漿操作參數的改變，這 些參數例如聲頻的特定共振之點燃電壓或位置，但另一方 面這些參數對以電子式安定器來使光弧穩定地操作而言很 重要。此種有系統的弧光轉向因此同樣會在電燈操作時造 成問題且造成固有的弧光不穩定。 此外，當考慮將該燈實際使用在發光體中且因此亦考 慮一反射器系統中與測角術相關的光發出效率時，可轉向 的弧光之缺點易於顯示出。 201101934 現在，爲了防止該燈中上述大部份都與浮力有關的光 弧轉向且爲了使具有高的長寬比的放電弧穩定，則可使用 各種使弧光平直的操作方法。 在使弧光平直時，藉由電子式操作裝置可激發該燈之 放電弧中特殊的聲頻之特定共振，則該燈由於其模式特性 而不會造成一般的閃爍或弧光不穩定，反而會使弧光特別 是在軸向中的穩定性提高。此種適用於此處的特定共振大 部份是與方位角的模式結構有關。通常所提及的第2方位 0角共振模式之激發是爲了使弧光平直化。 用於使弧光平直化的活性方位角的特定頻率之位置一 方面是與該燈的幾何形狀（長度、長寬比）有關，但亦與該 燈的一般操作參數（例如，壓力、溫度、塡充氣體、功率等 等）有關。在一般的燈中，方位角的特定模式位於20仟赫 至150仟赫之範圍中，典型上是60仟赫。 適當地激發該燈中特殊的聲頻特定頻率時所用的最簡 單方法是：藉由電子式操作裝置，以高頻的電源電壓或電 0 流來操作光弧。 相對於矩形波的操作而言，此處所指的是高頻操作或 直接驅動。例如，在60仟赫時若以電子式操作裝置在直接 驅動中適當地激發該燈中的方位角模式，則該電子式操作 裝置必須準確地以操作時的交變頻率的一半來正弦形式地 操作該燈。電源電壓或電源電流的振幅頻譜在30仟赫時具 有奇異的（singular)頻率成份，所屬的功率頻譜（即，電壓和 電流之積的頻譜）除了在零頻率之一般功率線以外，恰巧在 雙倍頻率處（即，60仟赫）亦具有奇異的頻率線，藉此可激 201101934 發該燈中相對應的聲頻模式。 爲了適當地分佈上述的激發，則大部份情況下電子式 安定器中都可容易地使激發頻率掃動或擺動（典型上是+-5 仟赫），所期望的模式之實際的頻率位置因此與每一情況都 有關係。掃動重複率因此通常大約是100赫且在需要時亦 可與主電源同步。此種方法的優點在於，能以簡單的電路 配置（例如，半橋式電路）來實現所謂直接驅動且電子式安 定器因此能以電子上較少的耗費來構成。直接驅動之方法 0中的缺點在於，其較不容易控制所期望的聲頻特定模式之 激發強度，此乃因在直接操作時調變度持續地保持著 100%，且二種自由度（掃動範圍之大小或掃動的重複頻率） 只能有條件地被使用。 掃動範圍的大小不能任意地擴大，此乃因其它的聲頻 特定頻率大部份都位於弧光平直化用的活性線之直接相鄰 處，這些特定頻率應儘可能不相關，此乃因其在激發時會 對弧光穩定性造成負作用而不利地顯現出來。 0 上述的掃動重複率或掃動重複頻率通常亦不能任意地 變小，此乃因在掃動期間就調整技術而言只能以高的耗費 來對不可避免的功率變動準確地進行補償，且此種功率變 動在頻率小於50赫時明顯地成爲光中的閃爍現象。 反之，藉由操作裝置來對放電弧之特殊的聲頻特定頻 率的激發作適當分佈用的另一方法能以矩形波操作來達 成。此處將提及矩形振幅變調。在低頻的矩形波操作中， 爲了對特殊的燈特定頻率進行電性激發，須將對應的頻率 成份作爲振幅調變而相加地設定在矩形的燈電壓上。 201101934 在上述調變方法中，已調變的頻率成份在數値上是以 該燈中實際頻率成份之値來疊加，且該已調變的頻率成份 直接顯示在矩形信號之功率頻譜中。像直接驅動時一樣的 頻率加倍現象不會出現在此處。 例如，若該燈中實際的特定頻率是60仟赫，則已調變 的頻率成份同樣位於60仟赫處。因此，該60仟赫頻率線 在全部情況下都被觸及，通常設有一較小的掃動範圍，以 包含燈之幾何形式之散佈或塡充特性之散佈。 0 就該激發之所期望的強度而言，藉由選取調變深度而 得到一種明顯的參數，藉此可使激發強度任意地改變而與 其它情況無關，使適當的激發或其它負的副效應可造成所 期望的弧光平直化效果。然而，矩形波操作中，振幅調變 的缺點通常是其在電子式操作裝置中需以昂貴的技術來實 現，因此目前爲止振幅調變幾乎未用在電子式操作裝置中。 對上述方法而言，先前技術中已有不同的步驟，但這 些步驟都需要早期形式的字元，藉此來描述使弧光平直化 Q 的振幅調變的真相，且只以電路的原理圖來顯示技術上的 安裝方式，但其幾乎未被視爲成本有利的可在市場上實現 的解法。 在US6 14746 1中描述一種技術上的解法，其中以一種 已調變的直流供應電壓來驅動一全橋式電路的供應電壓， 此全橋式電路通常用作高壓放電燈之矩形波操作的輸出 級’其中該調變是以疊加的方式發生在燈電源電壓之矩形 信號上。 爲了產生直流供應電壓之振幅調變，須使用一種標準 201101934 低通轉換器形式的各別的調變級，其以預期達成的調變頻 率來操作。因此，平滑特性是以平滑電容器來調整，使低 通調變級之操作頻率未完全被濾除且因此可作爲殘餘頻率 而以所期望的深度保留在該供應電壓之相同電流位準處。 第8圖顯示先前技術之電路配置11之原理。此電路配 置11是由直流電壓轉換器110、交流電壓產生單元120和 全橋配置130所構成。此形式中所顯示的電路具有至少2 個抗流圈和5個開關。此處，若功率因數修正電路之構造 Q和點燃單元之構造被一起考慮，則需要一種具有至少3個 抗流圈和7至8個開關的電子式操作裝置，這樣會使成本 增大。於此，藉由電路來預設該調變深度且在操作期間不 再藉由軟體控制來作無級（stage)式的調整。 無振幅調變的一般電子式操作裝置通常能以少於6個 開關的方式來實現。對具有全橋式電路之電路配置而言， 先前技術中所建議的對供應電壓進行調變的方法亦可移置 於其它的電路形式，其可考慮用來產生一用於高壓放電燈 ^ 之矩形供應電壓。 〇 依據先前技術，除了用來產生未調變的矩形電壓之全 橋式電路槪念以外，仍存在其它的槪念，其中之一槪念是 以具有足夠大的阻障電容之半橋式電路之技術爲主。在第 9圖所示的此種槪念中，半橋式電路之二個開關Q1，Q2以 所期望的低頻矩形電壓之時序成互補的方式而被驅動，此 時須選取位於相反側的阻障電容C B的大小，使此阻障電容 Cb在長的向前相位中可完全吸收該燈中所流過的電流且在 隨後的向後相位中可完全將該電流又放出。此阻障電容Cb -10- 201101934 之充電和放電時間是2*5ms’其對應於100赫的頻率。具有 半橋式電路131和大的阻障電容cB之電路配置設有交流電 壓產生單元120以用來造成振幅調變。此種調變疊加至到 達該燈之矩形電流上。此種電路由2個抗流圈和3個開關 構成。若一起考慮功率因數修正電路之構造和點燃單元之 構造，則上述形式的電子式操作裝置具有至少3個抗流圈 和5至6個開關。該調變深度通常藉由電路的連接形式來 預設且在操作期間亦可不再藉由軟體控制來作無級（stage) Q式的調整。無振幅調變的此種半橋式形式中的一般操作裝 置通常能以小於4個開關的形式來實現。 【發明內容】 本發明的目的是提供一種以平直弧光來操作高壓放電 燈用的電路配置，包括：至少一第一（Q1)和一第二電子式 開關（Q2)，其位於半橋式配置中；一電壓供應端和一參考 接地端，用來對該半橋式配置供應直流電壓信號（U〇 ; —負 載電路（9)，其具有燈抗流圈（LQ和一阻障電容（7)，且一方 q 面耦合至半橋式配置的中點以及另一方面耦合於至少一終 端以連接高壓放電燈（5);以及一控制電路（8)，以對第一（Q1) 和第二電子式開關（Q2)提供至少一第一和一第二控制信 號，其中調變深度在操作期間能以無級的方式來調整且能 以成本有利的方式來達成。 本發明的另一目的是提供一種操作高壓放電燈用的方 法’其以上述電路配置來進行且在操作期間能以無極的方 式來調整該調變深度。 本發明的上述目的中與電路配置有關的解決方式是以 201101934 , 位用 成其 ’ 達’端 葡 S κ\ Η& Μ 置開接 配式考 路子參 電電一 的二和 用第端 燈一應 電和供 放一壓 壓第電 高 一 一 作少； 操至中 來··置 光括配 弧包式 直置橋 平配半 以路一 種電第 1 此於 來對該半橋式配置供應直流電壓信號；一負載電路，其具 有燈抗流圈和一阻障電容，且一方面耦合至半橋式配置的 中點以及另一方面耦合於至少一終端以連接高壓放電燈； 以及一控制電路，以對第一和第二電子式開關提供至少一 第一和一第二控制信號，其中該第一和第二控制信號是頻 Q 率相同的脈寬調變信號，此二個控制信號之脈寬和相位可 分別互相獨立地調整，且此二個控制信號可分別反相成低 頻的時脈。藉由多個高頻脈寬調變的信號來控制二個開 關，則可對該高壓放電燈中所產生的操作矩形信號產生一 種可自由調整的振幅調變，其中該多個高頻脈寬調變的信 號以較低頻率而被反相且相互之間的相位和脈寬調變都可 各別地調整。 於此，本發明的電路配置之負載電路中可有利地使用 q —由阻障電容器構成的阻障電容，其與放電燈串聯。當負 載電路中使用一由二個阻障電容器構成的阻障電容且該二 個阻障電容器對稱地由放電燈連接至該電壓供應端時，本 發明的電路配置在功能上特別良好。於是，施加至高壓放 電燈之電壓可特別良好地具有對稱性。 當該電路配置具有第二半橋式配置且此第二半橋式配 置具有第三和第四電子式開關時，一種有利的共振點燃可 用於該高壓放電燈中，其中第三和第四電子式開關用來激 發一共振電路以點燃該氣體放電燈。第二半橋式配置因此 -12- 201101934 可有利地配置在第一半橋式配置的中點和電路接地處之 間。該第二半橋式配置之第三和第四電子式開關因此較佳 是同樣由該控制電路來控制。 本發明的上述目的中與操作方法有關的解決方式是以 一種藉由上述電路配置來操作高壓放電燈的方法而達成， 其中在氣體放電燈的操作期間進行以下步驟： -以第一和第二控制信號來控制第一和第二電子式開 關，其中各控制信號是相同頻率之脈寬調變信號， 0 -調整各控制信號之任務周期（duty cycle)， -調整該二個控制信號相互之間的相位， •將該二個控制信號反相成低頻的時脈。藉由本方法而 在高壓放電燈上施加低頻的矩形電壓，其具有高頻的振幅 調變，此振幅調變可藉由本方法而簡易地以無級的方式來 調整。於此，較佳是使各控制信號之任務周期可各別地對 第一和第二電子式開關獨立地進行調整。在此種構造的較 佳形式中，該任務周期或相位在操作期間仍可改變。這例 Q 如是必要的，以便對已改變的邊界條件（例如，輸入電壓） 起反應。 爲了點燃該高壓放電燈，較佳是進行以下的步驟，此 時該電路配置須具有第二半橋式配置，其包括一第三和一 第四電子式開關以及一共振電路： -接通第一電子式開關且使第二電子式開關斷開， -控制該第二半橋式配置，以激發該控制電路且產生一 種電壓，其施加至該氣體放電燈以點燃該氣體放電燈， -接通第三電子式開關且使第四電子式開關斷開，以及 201101934 依據上述方法來操作該第一半橋式配置。利用此方法來對 該高壓放電燈進行有利的共振點燃。 當進行下述步驟時’高壓放電燈不只藉由共振點燃來 起動，而且亦同時以有利的高運行曲線來驅動。爲達成此 目的’該電路配置須具有：一包括第三和第四電子式開關 的第二半橋式配置以及一個共振電路： -接通第一電子式開關且使第—電子式開關斷開， -控制該第二半橋式配置’以激發該控制電路且產生一 0種電壓，其施加至該氣體放電燈以點燃該氣體放電燈， -以預定的頻率來控制第二半橋式配置，使一預定的功 率流入至該氣體放電燈中’ -接通第三電子式開關且使第四電子式開關斷開，以及 依據上述方法來操作該第一半橋式配置。 在依據本發明進行特定之燈操作之前，上述的點燃方 法用來起動高壓放電燈。 本發明的電路配置和操作高壓放電燈的方法之其它有 ^ 利的形式和佈置描述在申請專利範圍其它附屬項和以下的 〇 說明中。' 【實施方式】 本發明其它優點、特徵和細節以下將依據各實施例和 圖式來說明’其中相同或作用相同的各組件分別設有相同 的參考符號。 第1圖顯示本發明第一實施例之用來產生振幅調變的 交流電流信號之電路配置，其半橋式配置具有一阻障電 容，該交流電流信號用來驅動氣體放電燈。此電路配置包 -14- 201101934 含一種槪念，依此槪念可產生一種用於電燈之矩形電源電 流，此電源電流上可疊加地施加一種振幅調變，且可依據 軟體控制而以無級方式來調整該振幅調變的深度。矩形的 信號具有很低的頻率（大約50至150仟赫），調變後的信號 具有可在60仟赫的範圍中調整的頻率。此電路配置的基本 槪念是以二個MOSFETs來達成’這在考慮一種具有功率因 數修正電路和點燃電路之電子式操作裝置之整體槪念時可 提高到少於五個MOSFETs。本發明的電路配置之半橋式配 Q置6具有二個MOSFETs，其上連接著一負載電路7以用來 對氣體放電燈5供電。此負載電路7具有一個燈抗流圈L·、 一電容器G以及一阻障電容器Cb。該半橋式配置6是由電 源電壓提供電力。該電源電壓經由一電壓供應端和一參考 接地端而對該半橋式配置6提供一種直流電壓信號U。。微 控制器8用來控制該電路配置且產生用於第一 MOSFET Q1 和第二MOSFET Q2之第一和第二控制信號。電流測量電阻 RS串聯至半橋式配置6，其中該微控制器8測得該電流測 q 量電阻Rs上的電壓。 第1圖的電路配置在氣體放電燈5上產生低頻的矩形 電壓，其具有可經由該微控制器8之程式化來調整的振幅 調變深度。此電路配置涉及一種具有大的阻障電容器CB之 半橋反相器之原理。須選取該阻障電容器之大小或電容， 使其上可調整的直流電壓位準在長的整個矩形周期（大約 是5毫秒）中廣泛地保持固定。該阻障電容器上的直流電壓 位準在靜止狀態下大約是UCB= 1/2*U。。然而，振幅調變不 是經由本文開頭所述的先前技術中各別的調變級來實現， -15- 201101934 而是在各別的半周期中分別對該二個MOSFETs Q1，Q2進行 控制，使所期望的電流或電壓値可在該燈上調整且同時以 所期望的深度來對燈電流進行調變。振幅調變深度同樣可 經由該二個半橋式MOSFETs之控制來調整。閘極控制所需 的切換順序以軟體技術產生於微控制器中且由該處經由商 用的閘極驅動級而傳送至閘極。以下將對轉用此方法之各 步驟進行描述。 首先，將定値的中間電路電壓U。供應至半橋式配置。 0此定値的中間電路電壓Uc·是由功率因數修正電路（未顯示） 所製備且其値典型上是U〇=：400VDC至500VDC。然後，二 個矩形的低頻電流周期藉由該二個MOSFETs之各別的切換 方案來形成。低頻信號之向前相位和向後相位如上所述分 別持續大約5毫秒。在向前周期中，上方的MOSFET Q1控 制成低設定開關，其中切換頻率f-d=l/Tm^=l/T保持固定。 該MOSFET Q1之固定的操作頻率等於預期完成的調變頻 率。所選取的調變頻率當然可經易地變動或掃動而不限於 ^ 已掃動的振幅調變頻率（例如，+-5仟赫）。

%J 首先，須選取上方的MOSFET Q1之接通時間h，良口， 第一控制信號之脈波期間，使存在一種低設定條件 v = U"i/U〇 = t〇n/T，即 tonGOJon/U。）*!'。在調變頻率 fm“ = 60kHz 時，將造成一種T=16微秒的周期且在將輸出電壓Um之所 期望的低設定電壓由U〇 = 450伏設定爲U〇 = 340伏時’將造 成一種Un= 12.6微秒之脈波期間。此接通期間可在抗流圈 Ll中調整的最大電流I…是由而得或 I…yi/LQMUo-UoutpUn，其中 U〇 = 450 伏且 11。“ = 340 伏，以 -16 - 201101934 及（U〇-U〇“）= (450V-345V) = 110V’ 且 Li = 0.5mH 時，Imax = 2.77A。 在此種短的接通相位結束時，低設定抗流圈中一般的 電流自由運行相位開始進行。自由運行期間tf〃i是與瞬間 的輸出電壓 U。》，及電感 L!的値有關，其關係爲 LLut 二 Ll*Imax/tfrei 或 tfrei = Ll*Imax/U〇Ut。利用上述的値，該自由 運行時間t f 〃 i = 4.0微秒。結果，在上述條件下該低設定抗 流圈在4.0微秒之後開始自由運行且因此可立即重新開始 導入下一個斷開時間。在此種情況下，該半橋式配置在固 Q定的操作頻率下可對應於傳統的低設定器的原理來操作， 其中存在著連接至阻障電容器Cb之燈以作爲負載。由於該 阻障電容器Cb之大而有限的電容，則在某一時間（此處是5 毫秒）之後須導入一種變換，即，使電流方向相反。這由於 燈技術上的原因而成爲所期望者。 該變換可簡易地以下述方式來實現，即，瞬間用於向 前周期之控制序列以鏡像方式在二個閘上交變，且半橋式 配置目前用作一種對電路接地處的高設定器而不是用作U。 Q 的低設定器。在向前周期中，由u〇而來的電壓下降110伏 而向下降低至340伏。在向後周期中現在則由電路接地處 上升110伏而提高至110伏。因此’半橋式配置之輸出端 上的振幅調變可以下述方式來改變：首先’選取輸出端上 的平滑電容器Cl之大小，以便在切換時間値之一基本預設 値時可對振幅調變的平均目標値進行調變’然後在此平均 目標値附近改變。現在若將下方的M〇SFET Q2在超過自然 的自由運行時間（例如4.0微秒+ X微秒）時又保持在導通狀 態，則該平滑電容器C i在小的範圍中向後經由抗流圈和下 -17- 201101934 方的MO SFET而放電，這樣可在該平滑電容器（^上造成較 高的調變波動。 下方的MOSFET Q2之導通狀態之期間可超越自然的運 行時間的範圍來決定，即，由抗流圈L!之輸出端上的平滑 電容器Ci之調變深度來決定。上方的MOSFET Q!之導通時 間當然須以相同的方式而向下偏移。於是，導通過程可另 外在去載的條件下進行。功率下降時須立即進行再調整， 且功率下降須以一種配置在本發明的電路配置之前的功率 Q因數修正電路藉由一輸入電壓（此情況爲中間電路電壓U。） 之再調整來測得。現在，若5毫秒之後以整流來導入反相 的電流方向，則已顯示的切換方案須恰巧以鏡像方式轉移 至該二個MOSFET Q1和Q2。即，須使控制信號反相。所 造成的信號外形的鏡像是與向後相位者相同。 藉由將該半橋式配置交替地操作成低設定器和高設定 器，則該半橋式配置可與大的阻障電容器Cb相組合以用作 矩形波產生器。藉由交替地操作該低設定器和高設定器而 ir^使電流方向變換，這可藉由信號序列在MOSFET 和Q2 〇 之閘極上的反射或反相來達成。藉由已評量出的切換序 列，則能以固定的操作頻率來操作該半橋式配置。藉由適 當地選取該平滑電容器，則可預先將一確定的振幅調變 施加至所產生的矩形波供應信號上。可藉由選取該半橋式 配置之操作頻率來調整該振幅調變的頻率。振幅調變深度 之變化量可藉由軟體以無級方式來調整t〇n/Uff之比値而得 到。 該燈之隨著振幅調變的變化量而來的緩慢之功率變化 -18- 201101934 量可藉由該功率因數修正電路之輸出電壓u。的功率調整來 得到。 在該氣體放電燈5之操作或高運行相位期間若振幅調 變不是所期望者且應完全關閉，則該半橋式配置6之操作 頻率可由微控制器8選擇性地設定至一較高的値（例如，120 仟赫），此時該平滑電容器匕使振幅變動量完全平滑化。 第2a至2d圖顯示較低的振幅調變時向前操作（上方的 電晶體Qi導通）中控制各MOSFETs (^2用的方式及其對 U操作的影響。各閘極信號UQ1，UQ2是與相對應的控制信號 G1和G2以及類比式供電信號υο,υ^之對應的展開圖一起 顯示。 總之，所顯示的是：如何可實現振幅調變以及如何可 藉由該二個MOSFETsQl，Q2之互補的接通和斷開時間之變 化而在一預定的周期T內可針對矩形信號來調整該振幅調 變深度。 第2 a-d和3 a-d圖顯示電流經由該燈而流至阻障電容器 q 時向前操作時的情況。該周期T= 16微秒=60仟赫。 第2圖顯示較低的振幅調變時向前操作的情況。上方 的M0SFET之導通時間較長且下方的M0SFET之導通時間 較短。在下方的M0SFET之導通時間較短的期間中，該平 滑電容器C1之放電量較小，這樣可使該電容器上的變動量 較小，且因此使振幅調變度較小。 第3圖顯示較高的振幅調變時向前操作的情況。上方 的MOSFETs Qi之導通時間較短且下方的MOSFETs Q2之導 通時間較長。在下方的MOSFETs Q2之導通時間較長的期間 -19- 201101934 中，該平滑電容器匕之放電量較大，這樣可使該電容器上 的變動量較大’且因此使振幅調變度較大° 第2a和3a圖顯示閘極信號G 1，G2如何直接在微控制 器中產生。在預定的操作頻率或調變頻率時導通/斷開時間 點可由軟體來改變。第2a圖中’上方的丨3號G1之斷開時 間較短且殘餘的調變較少。第3a圖中’該斷開時間較長且 殘餘的調變較大。 第2b和3b圖顯示該半橋式配置如何由固定的中間電 ◎路電壓U〇 = 450V來供電，以及由於半橋式配置之MOSFETs (^和q2之切換方式和該平滑電容器G上之低設定的電壓 而使殘餘的變動量如何地隨著變化。第2b圖中殘餘的調變 較少，第3b圖中殘餘的調變較大。 下方的區域顯示了由閘極信號G 1 ’ G2所產生的控制 信號UQI和Uq2。信號UQ2對應於信號G2。信號UQ1是藉由 驅動器而由信號G1所產生的信號。 第2d和3d圖顯示上述低設定的電壓之傅立葉頻譜’ Q其由於振幅調變而除了在零具有一般的功率線以外亦具有 —在f = 60仟赫的功率線。第2c圖中的調變線較低’第3c 圖中的調變線較高。 第2 c，2 e和3 c，3 e圖顯示較小的時間解析度時的供電信 號和功率信號，因此可查看低頻矩形電壓和高頻調變電壓 之間的共同作用。平滑電容器上的電壓UC1主要是顯示了 低頻的矩形電壓，其特別是由高頻的矩形電壓來調變。第 2e圖中調變度較小，第3e圖中調變度較大。 第4和5圖顯示電流經由該燈而由阻障電容器Cb流出 -20- 201101934 時向後操作下的情況。第4和5圖對第2和3圖成鏡面對 稱。因此，其顯示了第2和3圖中成鏡像變換後的脈波以 及相對應的類比式供電信號的波形。在第2和3圖的向前 操作的情況下，平滑電容器上低設定的電壓由Uc450伏開 始大約設定成下降110伏，在第3和4圖的向後操作的情 況下，平滑電容器上的電壓由接地=〇伏開始大約設定成上 升110伏。向前和向後時各輸出電壓的差値以矩形的操作 電壓形式而提供至該燈的末端，此差値在此種情況下另外 受到振幅調變。可明顯地看到的是：各控制信號 G1，G2，Uq1，Uq2已相對於向前操作時的情況而被反相。 第6和7圖顯示本發明之電路配置的另二種實施形 式。第6圖中顯示了第1圖的電路之連接圖，其不同處在 於，第6圖中的阻障電容7使用了二個阻障電容器CB1，CB2, 其對稱地連接至U〇和接地端。阻障電容器之此種耦接方式 在轉移至靜止狀態時顯示了較佳的特性，此乃因在導通之 後在該二個阻障電容器c B i，C B2之間快速地形成靜止的阻礙 Q 電壓UcB=1/2*U〇。此外，在此種具有二個阻障電容器CB1，CB2 的電路配置中，同時可使該中間電路電壓Uo解除阻障或受 到緩衝。 · 第7圖顯示本發明之電路配置的第三種實施形式。此 處，除了用來操作該氣體放電燈5之半橋式配置6以外， 又安裝另一半橋式配置66，其由Q3，Q4構成以藉由一種共 振點燃來點燃該氣體放電燈5。在該燈起動之前，爲了點 燃該燈，則可依據狀態而以共振頻率來起動另一半橋式配 置66，藉以產生一種共振點燃電壓。於此，該半橋式配置 -21- 201101934 6在向前操作時可永久地將輸出電壓設定在固定値，藉此 來對另一半橋式配置66供電。所安裝的另一點燃共振電路 67是由一點燃抗流圈L2和一共振電容器C2構成且亦可在 該燈起動時用來操作該燈，此時所需的電流可容易地藉由 選取該半橋式配置66之操作頻率來調整。只有當該燈在高 運行時幾乎都在其正規範圍中短暫地在該燈之聲頻特定共 振被驅動之前，才可變換至矩形波操作模式。在變換至矩 形波操作模式之後，點燃模式當然切換成關閉，這是以下 ¢)述方式來達成：使點燃電路中上方的MOSFET Q3永久處於 導通狀態，下方的MOSFET Q4永久處於關閉狀態》在正規 的矩形波相位中，該點燃抗流圈L2只能以被動式抗流圏的 形式而存在於燈電路中。 【圖式簡單說明】 第1圖顯示本發明第一實施例之用來產生振幅調變的 交流電流信號之電路配置，其半橋式配置具有一阻障電 容，該交流電流信號用來驅動氣體放電燈。 q 第2a-e圖顯示較低的振幅調變中在向前操作（上方的 電晶體導通）期間的多個控制信號。 第3a-e圖顯示較高的振幅調變中在向前操作（上方的 電晶體導通）期間的多個控制信號。 第4a-e圖顯示較低的振幅調變中在向後操作（下方的 電晶體導通）期間的多個控制信號。 第5a-e圖顯示較高的振幅調變中在向後操作（下方的 電晶體導通）期間的多個控制信號。 第6圖顯示本發明第二實施例之用來產生振幅調變的 -22- 201101934 交流電流信號之電路配置，其半橋式配置具有二個對稱配 置的阻障電容，該交流電流信號用來驅動氣體放電燈。 第7圖顯示本發明第三實施例之用來產生振幅調變的 交流電流信號之電路配置，其具有共振點燃裝置和半橋式 配置（包含二個對稱配置的阻障電容），該交流電流信號用 來驅動氣體放電燈。 第8圖顯示先前技術中用來產生振幅調變的交流電流 ❹ 信號之電路配置’該交流電流信號用來驅動全橋式配置中 的氣體放電燈。 第9圖顯示先前技術中用來產生振幅調變的交流電流 信號之電路配置’該交流電流信號用來驅動半橋式配置中 的氣體放電燈。 【主要元件符號說明】 5 高 壓 放 電 燈 6 第 一 半 橋 式 配 置 7 阻 障 電 容 8 控 制 電 路 9 負 載 電 路 11 電 路 配 置 66 第 二 半 橋 式 配 置 67 共 振 電 路 110 直 流 電 壓 轉 換 器 120 交 流 電 壓 產 生 單元 130 全 橋 配 置 C, 平 滑 電 容 器 Ο -23- 201101934

c2 共 振 電 容 器 C B 阻 障 電 容 器 C B 1 阻 障 電 容 器 C B 2 阻 障 電 容 器 G1 第 —. 控 制 信 號 G2 第 二 控 制 信 號 Li 燈 抗 流 圈 l2 點 燃 抗 流 圈 T 周 期 t 〇 n 脈 波 期 間 Qi 第 — 電 子 式 開 關 q2 第 二 電 子 式 開 關 q3 第 — 電 子 式 開 關 Q4 第 四 電 子 式 開 關 Rs 電 流 測 量 電 阻 U 〇 u t 輸 出 電 壓 Uo 直 流 電 壓 信 號 Uci 平 滑 電 容 器 上 的電壓 U c B 靜 止 阻 障 電 壓 U Q 1，U Q 2 控 制 信 號 -24-

Claims (1)

1. 201101934 七、申請專利範圍： 1. 一種以平直弧光來操作高壓放電燈用的電路配置，具有： -至少一第一（Q1)和一第二電子式開關（Q2)，其位於 第一半橋式配置（6)中； 電壓供應端和一參考接地端，用來對該半橋式配 置供應直流電壓信號（U0); -一負載電路（9)，其具有燈抗流圈（L1)和一阻障電容 (7)，且一方面耦合至半橋式配置的中點以及另一方面耦 Ο 合於至少一終端以連接該高壓放電燈（5);以及 -一控制電路（8)，對該第一（Q1)和第二電子式開關 (Q2)提供至少一第一（G1)和一第二控制信號（G2)， 其特徵爲：該第一（G1)和第二控制信號（G2)是相同頻 率之脈寬調變後的信號，其中此二個控制信號之任務周 期及相位之間可互相獨立地各自調整，且此二個控制信 號分別可反相成低頻率之時脈。 2. 如申請專利範圍第1項之電路配置，其中負載電路具有 〇 一由阻障電容器（CB)構成的阻障電容，其與該高壓放電 燈之至少一終端相串聯。 3. 如申請專利範圍第1項之電路配置，其中負載電路具有 一由二個阻障電容器（CB1，CB2)構成的阻障電容，其對 稱地由該高壓放電燈之至少一終端而分別連接至電壓供 應端和接地端。 4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之電路配置，其中 此電路配置具有一第二半橋式配置（66)，其包括一第三 (Q3)和一第四電子式開關（Q4)，用來激發共振電路（67) -25- 201101934 以點燃氣體放電燈（5)，此氣體放電燈（5)配置在第一半橋 式配置（6)和一接地處之間。 5. 如申請專利範圍第4項之電路配置，其中該第二半橋式 配置（66)之第三（Q3)和第四電子式開關（Q4)同樣由該控 制電路（8)來控制。 6. —種以如申請專利範圍第1至5項中任一項之電路配置 來操作高壓放電燈（5)的方法，其特徵爲在該高壓放電燈 (5)的操作期間所進行的以下各步驟： 0 -以第一和第二控制信號（G1，G2)來控制該第一（Q1) 和第二電子式開關（Q2)，其中各控制信號是相同頻率的 脈寬調變後的信號， -改變或調整各控制信號（G1，G2)的任務周期， -對此二個控制信號之間的相位進行調整，以及 -使此二個控制信號反相成低頻率的時脈。 7 .如申請專利範圍第6項之方法，其中在操作期間改變此 二個控制信號之間的相位。 q 8.如申請專利範圍第6或7項之方法，其中此二個控制信 號（G1，G2)之任務周期分別對該第一（Q1)和第二電子式開 關（Q2)而互相獨立地進行調整。 9.如申請專利範圍第7或8項之方法，其中根據如申請專 利範圍第4項之電路配置以點燃該高壓放電燈（5)而進行 以下各步驟： -使該第一電子式開關（Q1)導通且使該第二電子式開 關（Q2)斷開， -控制該第二半橋式配置（66)，以激發該共振電路 -26- 201101934 (67)且產生電壓’其施加至該高壓放電燈（5)之終端以點 燃該高壓放電燈（5)，以及 -使該第三電子式開關（Q3)導通且使該第四電子式開 關（Q4)斷開。 10.如申請專利範圍第7或8項之方法，其中爲點燃該高壓 放電燈（5)而進行以下各步驟： -使該第一電子式開關（Q1)導通且使該第二電子式開 關（Q2)斷開， Q -控制該第二半橋式配置（66)，以激發該共振電路 (67)且產生電壓，其施加至該高壓放電燈（5)之終端以點 燃該高壓放電燈（5)， -以一預定的頻率來控制該第二半橋式配置（66)，使 一預定的功率流入至該氣體放電燈中，以及 -使該第三電子式開關（Q3)導通且使該第四電子式開 關（Q4)斷開。 -27-