TWI434623B - 電路裝置及用於操作高壓放電燈的方法 - Google Patents

Description

電路裝置及用於操作高壓放電燈的方法

本發明係有關一種用以操作高壓放電燈之操作裝置內所用的電路佈置，以下係將高壓放電燈簡稱為燈。特別是這類電路佈置係指那些適用於預先偵測到燈在操作時所發生之爆炸並中斷該燈之操作的電路佈置。本發明係有關一種用以預測燈所發生之故障特別是由於爆炸所造成之故障的方法。

高壓放電燈存在有在使用期限之終點發生爆炸的危險。這種危險在超高壓放電燈的情況中特別普及。

已開發這類燈以用在像資料投影機及後方投影型電視機之類光學需求的應用上。精確地說在這類應用中，燈的爆炸可能危害到人並在所用的用品中引致可觀的破壞。因此當爆炸高壓放電燈時，必需採行一些策略以便保護該燈對抗爆炸。一般而言係將該燈容納於一外殼內，這可排除對人產生任何危害。該外殼也可防止所用的用品受到任何更劇烈的破壞。不過，可能必需在爆炸之後修護用品。除此之外，爆炸可產生有損使用者對用品之信任的巨大聲響。

因此當操作高壓放電燈時，存在有將燈發生爆炸的機率減到最低的問題。這在習知設計中係僅藉由可在已達到預定操作時間時更換該燈即便它們仍可運作亦然的事實而進行的。這意指未完全利用其使用期限。除此之外，也有 一些燈會在達到該預定操作時間之前發生爆炸。

本發明的目的是提供一種用於操作高壓放電燈的電路佈置以便能夠預測燈的爆炸並在燈發生爆炸之前終止燈的操作。

這個目的係藉由一種具有下列特徵之電路佈置加以達成的：- 兩個連接端子(J1,J2)，係用於連接一高壓放電燈，而於高壓放電燈之操作期間將一操作電壓加到各連接端子之間；- 一量測裝置，係用於量測該操作電壓；- 一評估裝置，係耦接於該量測裝置上且適合提供一代表操作電壓隨時間變化之量測值的等級數；- 一關機裝置，係用以在該等級數之值超出一預定極限值時中斷所連接之高壓放電燈的操作。

本發明的另一形態係提供一種用於操作高壓放電燈之操作裝置，以便操作含有上述電路佈置之高壓放電燈使之能夠預測燈的爆炸。

本發明的又一形態係提供一種用於操作高壓放電燈之方法使之能夠預測燈的爆炸。

當操作高壓放電燈時，可在該燈的各連接結構之間產生一操作電壓。該操作電壓會在一旦已啟動一燈直到已於該燈內建立操作氣壓為止的期間內上升。當達到該操作氣壓時，該操作電壓基本上係保持定常的。由於該燈之各電 極的腐蝕作用，該操作電壓一般而言會隨著使用期間出現上升現象。

相較於無危險的燈，已證明該些正好快要爆炸之燈的操作電壓的時間曲線圖具有多個特徵性的變化。第一變化可建立於該操作電壓於啟動之後向上升起時。正好快要爆炸之燈會更早達到用於安定操作氣壓的穩定狀態，該操作電壓初始時可在這個穩定狀態上保持大致是定常的。據此，在有危險之燈內該操作電壓隨著時間的變化會大於其於無危險之燈內者。因此，在有危險之燈內的上述等級數會大於其於那些無危險之燈內者。根據本發明，將該等級數與預定極限值作比較，可造成在關機裝置的輔助下中斷該燈的操作。

隨著操作的進程，會在該操作電壓內出現第二個變化。在爆炸之前，該操作電壓會急劇地減小。根據本發明，該操作電壓隨著時間的這個變化會引致增大其等級數從而關閉該燈。

第1圖顯示的是一種用於投影應用之250瓦高壓放電燈在啟動之後瞬間的操作電壓曲線圖。曲線22係以無爆炸危險之燈繪製的。標示為分和秒的時間係表現於x軸上。曲線21顯示的是有爆炸危險之燈的操作電壓曲線圖。從那裡可以看出，於燈無爆炸危險的情況中可在大概3分鐘之後達成安定的操作電壓值，而於燈有爆炸危險的情況中甚至可在少於1分鐘之後達安定的操作電壓值。因此可於燈 有爆炸危險的情況中造成該操作電壓實質上會隨著時間有更快速的變化，這可用來預測燈的爆炸。當在啟動高壓放電燈之後瞬間對操作電壓隨著時間的變化進行評估時，例如能以評估裝置將上升的操作電壓評估為正的，並使之能在未限制其一般性下取得正的等級數。對應地，以關機裝置在該等級數之值超出預定極限值時，中斷燈的操作。等效地，上升的操作電壓可能引致一負的等級數，且低估一負等級數的事件則可能引致關機。

第2圖係以曲線11顯示一種用於投影應用之250瓦高壓放電燈在爆炸之前最後6小時內之操作電壓的時間曲線圖。該爆炸係以一星號標示於曲線11之右側終點上。圖中可以清楚地看出該操作電壓如何在爆炸之前大概2小時開始下降。根據本發明，可藉由量測裝置偵測該操作電壓內隨著時間產生的這個變化並將之饋入到評估裝置上。該評估裝置可從代表對該操作電壓隨著時間變化所作量測的量測值產生一等級數。例如在未限制其一般性下，下降的操作電壓可引致一正的等級數。對應地，以關機裝置在該等級數之值超出一正極限值時中斷燈的操作。同樣地，下降的操作電壓可引致一負的等級數，且未達一負極限值的事件則可能引致關機。

可依類比或數位形式對隨著時間的變化進行評估。於類比解決方法中，可藉由高通濾波器對用於該操作電壓的量測變量進行評估。然後可在該高通濾波器之後以該操作電壓內更快速的變化引致更強的信號。

不過，通常較佳的是使用數位解決方法，由於如是可在沒有很大複雜度下施行該操作電壓曲線圖進行複雜的評估。第3圖係用以顯示一種根據本發明之電路佈置5的一般性方塊電路圖。該電路佈置5含有一用於該燈Lp之電源1。該電源1可經由端子J1和J2連接到一能量源上並使之能經由端子J3和J4取得適合用來操作該燈Lp的電流。依與端子J3和J4並聯的方式接出該操作電壓並將之饋入到一量測裝置2上。該量測裝置2之工作是令評估裝置3可取得一信號，其中該信號係正比於該操作電壓且係以可藉由評估裝置3加以處理之電氣形式出現的。在最簡單的情況中，該量測裝置2係包括一可使該操作電壓之位準符合該評估裝置3之分壓器。這也能在可提供直流隔離作用之變壓器的輔助下進行。該量測裝置2也可並非直接連接到端子J3和J4上，而是用以偵測該電源1之內部變量，並從這些變量導出一正比於該操作電壓的信號。

有利的是可藉由微型控制器內的軟體程式對操作電壓隨著時間的變化進行評估。

首先，將要解釋在爆炸之前對下降之操作電壓所作的評估。量測技術中的基礎問題可能出現在該程序中且可將其解決方法轉換成在啟動之後對該操作電壓所作的評估。如同可從第2圖看出的，該操作電壓內之下降係開始於爆炸之前的大概2小時。因此，該評估裝置3可於比1小時更長的長期時間窗中對該操作電壓進行評估。如第2圖所示，為了這個目的該評估裝置3可將目前由該量測裝置2 產生之數值15與1小時前所儲存之該操作電壓的量測值14作比較。例如，該評估裝置可計算出一2小時前之舊量測值與目前數值之間的差值，且因此得到該操作電壓之2小時梯度的量測值(第2圖中之數值12)。在最簡單的情況中，這個差值係等於一等級數。從第3圖中可以看出，係將該等級數饋入到一關機裝置4上。該關機裝置4可將該等級數與預定的儲存極限值作比較，並在超出該極限值時中斷該燈的操作。

一般性操作裝置中所用的微型控制器係能夠以一微秒之時序偵測到該操作電壓目前的量測值，並將這個目前的量測值與儲存數值作比較。為了節省記憶空間，並未於2小時內每隔一微秒儲存一新的量測值。只要每隔一秒儲存一新的量測值便足以預測燈的爆炸。為了抑制干涉現象，有利的是可藉由從複數個量測值求取平均值形成該儲存數值。為了這個目的，一般而言該微型控制器可於一秒的時間時間窗內形成所謂的序列積分值。

假如該評估裝置3係於落在長10到20分鐘之間的短期時間窗中對該操作電壓隨著時間的變化進行評估則可達成對爆炸的更準確預測。如同藉由第2圖中之實例所顯示的，該評估裝置3可將目前之量測值15與早15分鐘前所儲存之量測值16作比較。從量測值15與量測值16之間的差值得到一15分鐘梯度。在最簡單的情況中，這個15分鐘梯度係等於一等級數，而這個等級數則用來與該評估裝置3內之預定極限值作比較。

可藉由於長期時間窗和短期時間窗兩者內所形成之梯度達成對爆炸的更精確預測。這提供了兩個標準值而必需求取其總和以形成一等級數。該評估裝置3可藉由含權重的每一個標準值並藉由累加含權重的各標準值來達成這個等級數。這個等級數可由下列公式表出： 假如該評估裝置3係形成該長期時間窗和該短期時間窗中所作評估之差值或商值以便提供該等級數，則可進一步提高對燈爆炸之預測的準確度。因此可將另一標準值引進上述公式內，且這個標準值顯示了該操作電壓之梯度如何急劇地上升。此例中，該商值可為預測提供更好的指標。不過，相較於該差值，該商值的計算意味著在該微型控制器內有更高複雜度。

假如該評估裝置3係對該瞬時操作電壓進行評估以便提供該等級數，則可達成再進一步提高對燈爆炸之預測的準確度。這考量了非常低之操作電壓可於受管制的燈功率中引致非常高之燈電流的事實。一方面這可引致對操作裝置的破壞，另一方面由於各燈電極上的高電流負載可引致對該燈的破壞。假如該操作電壓下降到如同第2圖中虛線17所標示之預定值以下，因此可有利地中斷該燈的操作。這可引進上述公式內當作另一標準值。

這個標準值的提供可依各種不同的方式進行。該標準值可以是該操作電壓的倒數。該標準值也可以是該操作電壓之預定下限與目前操作電壓之間的差值。用以提供這個 標準值的另一種可能性包括對目前操作電壓的功能性依賴度(依零碎片斷之形式所定義的)：假如目前操作電壓係大於一下限，則該標準值的數值為零；假如目前操作電壓下降到該下限以下，則該標準值的數值為1。由於這個標準值具有劇烈的權重，故未達極限可引致該燈被關閉。

適合的權重係藉著以250瓦的燈當作實例給定如下：標準值1：15分鐘梯度；權重1=50標準值2：2小時梯度；權重2=10標準值3：標準值1/標準值2；權重3=120標準值4：目前操作電壓的倒數；權重4=6000

等於500的極限值適合依這種方式計算出該等級數以便在高度可靠性下排除燈的爆炸。

操作其他燈時必需藉由測試定出各權重。

如第2圖所示，上述有關對爆炸前之操作電壓的複雜評估也可應用在如第1圖所示之燈在啟動之後的操作電壓曲線圖上。當然為了這個目的，必需選擇其他權重。同時可引進其他或另外的標準值。

也能在啟動之後及爆炸之前對操作電壓進行評估。此例中，有利的是能以時間函數的形式改變各種權重。在啟動之後瞬間選擇各權重以致可由於該操作電壓不正常地快速上升而辨識出有爆炸危險的燈。例如，在啟動之後3分鐘，修正各權重以致可由於該操作電壓的下降預測爆炸的發生。此例中，在啟動之後對操作電壓的評估可進一步影響各權重隨著時間的曲線圖。假如該燈係在啟動之後向上 升起時則證實該燈有爆炸的危險，這種知識可用在對該操作電壓的進一步評估。依相同的方式，也可使該關機裝置4內所儲存的極限值是和在啟動之後對該操作電壓進行之評估有關的。

1‧‧‧電源

2‧‧‧量測裝置

3‧‧‧評估裝置

4‧‧‧關機裝置

5‧‧‧電路佈置

J1-J4‧‧‧連接端子

Lp‧‧‧高壓放電燈

以下將參照各附圖利用模範實施例對本發明作更詳細的解釋。

第1圖顯示的是一有爆炸危險之高壓放電燈以及一無爆炸危險之高壓放電燈在啟動之後的操作電壓曲線圖。

第2圖顯示的是一高壓放電燈在爆炸之前的操作電壓曲線圖。

第3圖係用以顯示一種根據本發明之電路佈置的方塊電路圖。

1‧‧‧電源

2‧‧‧量測裝置

3‧‧‧評估裝置

4‧‧‧關機裝置

5‧‧‧電路佈置

J1-J4‧‧‧連接端子

Lp‧‧‧高壓放電燈

Claims (10)

1. 一種用於操作高壓放電燈之電路裝置，具有下列特徵：- 兩個連接端子(J3,J4)，係用於連接一高壓放電燈(Lp)，而於該高壓放電燈之操作期間將一操作電壓施加於該等連接端子(J3,J4)之間；- 一量測裝置(2)，係用於量測該操作電壓；其特徵為該電路佈置係包括下列特徵：- 一評估裝置(3)，係耦接於該量測裝置(2)且適合提供一代表該操作電壓隨時間變化之量測值的等級數；- 一關機裝置(4)，係用以在該等級數之值超出一預定極限值時，中斷所連接之高壓放電燈的操作；其中該評估裝置(3)係將下降的操作電壓評估為正的，且該等級數之該極限值為正的。
2. 一種用於操作高壓放電燈之電路裝置，具有下列特徵：- 兩個連接端子(J3,J4)，係用於連接一高壓放電燈(Lp)，而於該高壓放電燈之操作期間將一操作電壓施加於該等連接端子(J3,J4)之間；- 一量測裝置(2)，係用於量測該操作電壓；其特徵為該電路佈置係包括下列特徵：- 一評估裝置(3)，係耦接於該量測裝置(2)且適合提供一代表該操作電壓隨時間變化之量測值的等級數；- 一關機裝置(4)，係用以在該等級數之值超出一預定極限值時，中斷所連接之高壓放電燈的操作；其中該評估裝置(3)係將上升的操作電壓評估為正的，且 該等級數之該極限值為正的。
3. 如申請專利範圍第1項之電路裝置，其中該評估裝置(3)係於比1小時更長的長期時間窗中對該操作電壓隨著時間的變化進行評估。
4. 如申請專利範圍第1項之電路裝置，其中該評估裝置(3)係於落在長10到20分鐘之間的短期時間窗中對該操作電壓隨著時間的變化進行評估。
5. 如申請專利範圍第3或4項之電路裝置，其中該評估裝置(3)可形成該長期時間窗及該短期時間窗中所作評估的權重總和以便提供該等級數。
6. 如申請專利範圍第3或4項之電路裝置，其中該評估裝置(3)可形成該長期時間窗及該短期時間窗中所作評估的差值或商值以便提供該等級數。
7. 如申請專利範圍1項之電路裝置，其中該評估裝置(3)可對該瞬時操作電壓進行評估以便提供該等級數。
8. 如申請專利範圍1項之電路裝置，其中該評估裝置(3)可根據下列公式計算出該等級數： 其中n係一自然數，而標準值₁ 即為該操作電壓於落在長10到20分鐘之間的短期時間窗中隨著時間的變化值，標準值₂ 即為該操作電壓於比1小時更長的長期時間窗中隨著時間的變化值，標準值₃ 即為該標準值₁ /該標準值₂ ， 標準值₄ 即為該瞬時操作電壓的倒數，且其中該權重_n 即為用於各個別標準值的權重值。
9. 如申請專利範圍第1項之電路裝置，其中首先一旦進入操作，則該評估裝置(3)可將增大中的操作電壓評估為正的，且該等級數之該極限值為正的，且於操作進程中，該評估裝置(3)可變換而將下降的操作電壓評估為正的。
10. 一種用以預測高壓放電燈之故障的方法，其特徵為包括下列步驟：- 固定一極限值，- 將該高壓放電燈帶進操作狀態，- 量測並儲存一操作電壓的數值，- 等待預定的時間間隔，- 在已等待該預定時間間隔之後，再次量測一操作電壓的數值，- 找出該操作電壓的儲存數值與該重新量測的數值之間的差值，- 將該差值與該極限值作比較，- 假如該差值係大於該極限值，則使該高壓放電燈離開操作狀態。