專利名稱：氣體放電燈的操作的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種操作具有兩個電極的氣體放電燈的方法，該方法包括在電極上施加交流電(AC)。本發(fā)明還涉及到操作氣體放電燈的電子電路、支持操作氣體放電燈的軟件程序，以及含有該氣體放電燈的照明系統(tǒng)。
高亮度氣體放電燈從現(xiàn)有技術(shù)中知悉。這種氣體放電燈包括一個包含有隋性氣體或蒸汽的管子。此外兩個電極伸進管子。為驅(qū)動燈泡，在這兩個電極上施加適當?shù)慕涣麟?，從而在兩電極間建立及維持電弧。
超高性能(UHP)燈泡是一種特殊類型的高亮度氣體放電燈，例如，它可以采用汞蒸汽和鎢電極。UHP燈泡中的通用電極結(jié)構(gòu)包括鎢桿，鎢絲線圈被置于其上的。例如，UHP燈泡用于投影應(yīng)用中，在該投影應(yīng)用中屏幕上的光學(xué)要求需要1mm數(shù)量級的電弧長度。UHP燈泡中電極的的溫度接近或甚至超過純鎢的熔點。為允許在高壓汞電弧高度壓縮的情況下電子的熱發(fā)射，以及為避免發(fā)生電弧跳閃現(xiàn)象，就需要這些溫度。然而，如果電極過熱，就會出現(xiàn)所稱的電極“燒接(burning back)”現(xiàn)象。其結(jié)果，電極間的距離增大，使得光學(xué)系統(tǒng)的性能下降。這種“燒接”是劣質(zhì)燈泡維修的常見原因。因而在UHP燈泡的設(shè)計和使用上必需謹慎，以保證明確定義的電極溫度。對其它種類的氣體放電燈也可提出同樣的要求。
尤其當兩個電極達到的溫度不同時，在使氣體放電燈的兩個電極保持最佳溫度方面可能產(chǎn)生問題。如果采用兩個相似的電極，由于可能不對稱地使用這兩個電極，也會出現(xiàn)這種情況。結(jié)果，當一個電極還可在設(shè)計的條件下正常工作時，而另一個電極或者由于太冷而出現(xiàn)電弧跳閃，或者由于太熱發(fā)生“燒接”。
有各種各樣的原因會導(dǎo)致氣體放電燈的兩電極之間不對稱。
首先，氣體放電燈一般用于反射鏡中，這種反射鏡可當作燈泡的散熱片。根據(jù)燈泡在反射鏡中的安裝，燈泡的一端可能比另一端冷卻程度大，因而一個電極可能比另一個電極冷卻程度大。
另外，使數(shù)量增加的UHP燈泡工作時采用強制氣冷。這種強制氣冷通常涉及燈泡的前端或上部。根據(jù)氣流的具體情況，可以觀察到電極溫度差別很大。
此外，通用UHP燈泡都被設(shè)計用于在水平燃燒位置工作。然而，在一些應(yīng)用中，燈泡處于傾斜或甚至垂直位置。其結(jié)果，熱氣體向上流動所產(chǎn)生的對流使兩個電極接收的熱負載不同，因而它們的溫度不同。
在氣體放電燈的壽命期內(nèi)，由于電極零件、如該桿上的線圈的機械運動，也會引起電極的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。即使在新燈泡中，由于公差影響，電極的結(jié)構(gòu)也會不同。如果一個電極已經(jīng)開始“燒接”，其傳導(dǎo)和熱發(fā)射的能力發(fā)生改變，這個過程會加速，導(dǎo)致燈泡過早失效。
這類不對稱性大多數(shù)不能通過采用不同電極進行補償，因為它們是不可預(yù)知的。另外，電極不同會阻止燈泡的普遍使用，在將燈泡插入到應(yīng)用它的系統(tǒng)中時，需要另加小心。
本發(fā)明的目的就是要提高氣體放電燈的性能和壽命。本發(fā)明的目的尤其是提供一種能使氣體放電燈的兩電極之間保持溫度平衡的方案。
這些目的是通過本發(fā)明的方法實現(xiàn)的，該方法用于操作含有兩個電極的氣體放電燈，包括在電極上施加交流電流。本發(fā)明建議，該交流電流具有直流電流分量，用于補償兩電極之間的溫度差。為此這樣選擇直流電流分量，以致兩電極中的第一電極(預(yù)期其溫度低于第二電極)當作該直流電流分量的陽極，而第二電極當作直流電流分量的陰極。
同樣，本發(fā)明的目的通過一個用于操作含有兩個電極的氣體放電燈的電子電路來實現(xiàn)，該電子電路中包括有用于實現(xiàn)所建議的方法的裝置。另外，本發(fā)明的目的通過一個用于操作含有兩個電極的氣體放電燈的軟件程序來實現(xiàn)，該軟件程序包括在驅(qū)動器的處理裝置中運行時實現(xiàn)所建議的方法的軟件代碼，該該驅(qū)動器控制對氣體放電燈的供電。最后本發(fā)明的目的通過一種照明系統(tǒng)實現(xiàn)，如一種投影系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括含有兩個電極的氣體放電燈和按照所建議的方法驅(qū)動氣體放電燈的裝置。
待操作的氣體放電燈的兩個電極尤其可以是、但不是必須是相似電極。
本發(fā)明基于這一認知如果電極當作陽極其加熱程度高，如果當作陰極則其加熱程度低。因而，本發(fā)明建議采用具有直流電流分量的交流電流來操作氣體放電燈，其中直流電流分量用于平衡兩個電極之間的溫度。
本發(fā)明可以取得以下有益效果，其允許這樣操作氣體放電燈，使得兩個電極的工作溫度相同，這能夠設(shè)置兩個電極的最佳溫度。因此，可以避免電極出現(xiàn)跳弧(電弧跳閃)和“燒接”。其結(jié)果，在燈泡以不對稱方式工作的情況下，氣體放電燈的性能得到改進并且其壽命提高。
根據(jù)從屬權(quán)利要求，本發(fā)明的優(yōu)選實施例是顯而易見的。
施加到氣體放電燈電極上理想的交流電流的DC分量可以通過多種方式得到。
在本發(fā)明的第一個優(yōu)選實施方案中，通過在標準的AC燈泡電流上添加DC電流得到DC分量。
本發(fā)明的第二個優(yōu)選實施方案中，通過使用兩個電流方向的不同強度的AC電流，得到DC分量。
本發(fā)明的第三個優(yōu)選實施方案中，通過改變在兩個電流方向上操作燈泡的時間得到DC分量。而在標準的AC工作時，交流電的波形具有負載周期，該負載周期具有對兩個電流方向而言相等長度的兩個半周期的，因此所建議的調(diào)整導(dǎo)致利用偏離標準的50∶50情況的負載周期進行操作。
在本發(fā)明的第四個優(yōu)選實施方案中，通過用以下方式調(diào)整交流電流每半周內(nèi)采用的一個或多個附加脈沖的能含量，即這些附加脈沖在一個電流方向上的能含量大于在另一個電流方向上的能含量，從而得到DC分量。尤其通過分別針對每半個周期調(diào)整一個或多個附加電流脈沖的幅度和/或時間，可以調(diào)整這種附加脈沖的能含量。
用于平衡溫度的DC分量的量，最好位于總電流量的0.1％到50％的范圍內(nèi)。
所預(yù)計的溫度狀況同樣可用不同的方法來確定。
如果預(yù)計在燈泡的壽命期間例如由于燈泡預(yù)定的方向或產(chǎn)生冷卻氣流的裝置的設(shè)置，電極的不對稱加熱基本上不變，則利用一些取樣燈泡就可以充分地預(yù)先確定DC分量的需要量。于是，這一量值可以被設(shè)置為燈泡電源的固定的DC分量。
如果在燈泡的壽命期間，例如由于改變了工作條件或由于改變了電極結(jié)構(gòu)，電極的不對稱加熱不是恒定的，則在其整個壽命期間，則分別針對每個燈泡有利地監(jiān)督電極的溫度狀況。于是，DC分量的需要量可以根據(jù)相應(yīng)的溫度狀況不斷地或再三地確定。
為了采用相當簡單的方法確定溫度狀況，在交流電流的半個周期施加到燈泡上期間，可以通過燈泡驅(qū)動器對燈泡燃燒電壓進行幾次、即至少兩次測量。如果測得的電壓在半個周期內(nèi)稍有增加，則在這半個周期內(nèi)當作陰極的電極可以被認為足夠熱。如果電壓在半個周期內(nèi)降低或突然下降，則相反，在這半個周期內(nèi)作為陰極的電極可以被認為太冷。由于只有相應(yīng)的陰極引起這些電壓的改變，所以當考慮交流電方向時，可以獨立地觀察兩個電極。在美國專利文件US 6,232,725中，已描述了相應(yīng)地探測應(yīng)被認為過冷的電極。
本發(fā)明的方法可以進一步集成到控制為燈泡供電及連續(xù)調(diào)整DC分量的控制回路中。
此外，關(guān)于經(jīng)調(diào)整的DC分量的信息可以存儲到非易失性存儲器中，例如，只存儲最后的應(yīng)用值或更多的信息、如整個燈泡歷史。該信息可以包括如分別所采用的DC分量值，確定的溫度或溫度差，或確定的燈泡電壓。然后，存儲的信息可以用于以后預(yù)計DC分量的需要量。
另外，為了使兩個電極總是處于最佳溫度，平均燈泡功率應(yīng)當是可調(diào)整的，例如，在兩個電極都過泠或足夠熱的情況下。所提供的控制回路中還可以包括這方面。因此，可以避免在溫度雖然平衡但不是最佳穩(wěn)定的情況下兩個電極上都出現(xiàn)跳弧(電弧跳閃)和兩個電極都“燒接”。
所操作的氣體放電燈特別可以是UHP燈，但同樣可以是任何其它的氣體放電燈。
本發(fā)明的方法可以在用于操作氣體放電燈的電子電路中實現(xiàn)。
本發(fā)明的方法尤其可以通過軟件實現(xiàn)，該軟件例如可以在微控制器中實現(xiàn)，該微控制器控制氣體放電燈的驅(qū)動器。
從以下結(jié)合附圖考慮的所選擇的本發(fā)明實施例的詳細描述中，本發(fā)明的其他目的和特征將變得顯而易見。


圖1所示為本發(fā)明投影系統(tǒng)的一個實施例的一部分的方框圖2所示為不具有直流電流分量的交流方波電流(blockcurrent)；圖3所示為不具有直流電流分量的帶有電流脈沖的交流方波電流；圖4所示為具有添加的直流電流電流的交流方波電流；圖5所示為具有不對稱的負載周期的交流方波電流；圖6所示為帶有幅度調(diào)制電流脈沖的交流方波電流；圖7所示為帶有時間調(diào)制電流脈沖的交流方波電流。
圖1以方框圖的形式示出了可用于實現(xiàn)本發(fā)明方法的一個實施例的一個投影系統(tǒng)的部件。
該投影系統(tǒng)包括一個按照本發(fā)明操作的UHP燈泡11。為此，UHP燈泡11的兩個電極12、13連接到一個可控電源電路14。電源電路14特別可以包括一個電源單元，用于提供可控制幅值的直流電流；一個可控變換器，用于將所提供的直流電流轉(zhuǎn)換成驅(qū)動燈泡11所需的交流電流I燈。
電源電路14由微控制器15控制。微控制器15包括軟件，該軟件可以按常規(guī)方式控制電源電路14。即，該軟件使電源電路14向UHP燈泡11提供交流電流I燈，該交流電流適于在兩電極12、13之間建立和維持電弧。另外，軟件能夠?qū)⒊Ｒ?guī)供應(yīng)的交流電流調(diào)整成包含所需直流電流分量。
微控制器15還包括一個非易失性存儲器。在該存儲器中，保存有所提供的直流電流分量的歷史信息。電壓檢測器16檢測UHP燈泡11上的相應(yīng)電壓U燈，微控制器15通過電壓檢測器16接收關(guān)于當前燈泡電壓的信息作為輸入。電源電路14、微控制器15和電壓檢測器16一起構(gòu)成UHP燈泡11的驅(qū)動器。
微控制器中的軟件調(diào)整控制回路中電源電路14提供的電流I燈的直流電流分量。在該控制回路中，軟件首先估計由電壓檢測器16接收到的關(guān)于燈泡電壓的信息。在提供給燈泡11的交流電流的每半個周期內(nèi)，電壓檢測器16重復(fù)地測試燈泡燃燒電壓U燈。如果軟件確定電壓U燈在某半周期中是在增加，則在這半周期內(nèi)作為陰極的電極12、13足夠熱。如果軟件確定在某半周期內(nèi)電壓在下降或突然降落，則在這半周期內(nèi)作為陰極的電極12、13過冷。
根據(jù)這一估計，軟件隨后調(diào)整對電源電路14的常規(guī)控制，從而調(diào)整對常規(guī)提供的交流電流的常規(guī)控制。即，在確定有一個電極12、13過冷的情況下，增加直流電流分量，使得在某種意義上該電極12、13的表現(xiàn)比之前更象陽極。在確定兩個電極12、13都足夠熱的情況下，相反，減低直流電流分量，以接近純粹(真正)的交流電流驅(qū)動。以下，將參考附圖2到7，介紹4種不同的將常規(guī)的交流電流調(diào)整成為包含直流電流分量的方案。
另外，在確定兩個電極12、13都過冷的情況下，在控制回路中增加總的平均燈泡功率。當確定兩個電極12、13都足夠熱，并可以從存儲在微控制器15的存儲器中的燈泡歷史信息得到這兩個電極都沒有趨向達到臨界溫度邊界的結(jié)論時，降低平均燈泡功率。
因此，本系統(tǒng)允許UHP燈泡11的兩個電極12、13都總是以最佳溫度工作。
圖2到圖7所示為不同的燈泡電流I燈與時間t的關(guān)系。
圖2和圖3所示為按常規(guī)供給UHP燈泡11交流電流I燈的過程。圖2所示為標準方波電流。在該方波電流中，每一負載周期有兩個長度相等的半周I、II，其中提供幅值相等但極性相反的恒定電流。具有正電流的半周I也稱為正半周，具有負電流的半周II也稱為負半周。圖3所示為類似標準的方波電流，其中在每半周I、II的終端添加了與正常方波電流極性相同的附加電流脈沖P1、P2。采用包含附加脈沖的這種電流例如從文件EP0 766 906A中獲悉。正如從圖2和圖3可以看出，常規(guī)的交流電流不具有任何直流電流分量。當微控制器15確定當前兩個電極12、13都足夠熱、或兩個電極12、13都過冷、并且因此只需要提高總的平均功率時，圖1中的電源14供給UHP燈泡11的也是這種常規(guī)電流。
圖4到圖7所示的是，當從圖2和圖3所示的按常規(guī)提供的交流電流之一出發(fā)時，將所提供的交流電流的直流電流分量調(diào)節(jié)到所需值的不同可能性。
在圖4所示的方案中，所需的直流電流是簡單地疊加到圖2提供的交流方波電流上的。該附加的直流電流是根據(jù)微控制器15的控制信號由電源電路14提供的。在所描述的情況下，一個正的直流電流被添加到常規(guī)的交流電流上。其結(jié)果，提供給燈泡的交流電流I燈包含一個正的直流電流分量DC(相應(yīng)于所添加的直流電流)，如圖中所示。通過在常規(guī)交流電流的兩個方向上采用不同的電流強度，在不設(shè)置額外的用于添加直流電流的裝置并因此在不改變常規(guī)使用的電源結(jié)構(gòu)的情況下，也能取得同樣的效果。
圖5同樣從圖2所示的標準交流方波電流出發(fā)。在圖5所示的方案中，通過增加常規(guī)交流電流負載周期的半周期中一個的長度，并通過減小該負載周期的半周期中另一個的長度，得到直流電流分量。半周期的長度在電源電路14中根據(jù)微控制器15的控制信號來設(shè)定。在所示的情形中，相應(yīng)的正半周I比相應(yīng)的負半周II要長。其結(jié)果，交流電流包含如圖中所示的直流電流分量DC。
圖6從圖3所示的具有附加電流脈沖的標準交流方波電流出發(fā)。在圖6所示的方案中，通過調(diào)制每半周中附加電流脈沖的幅度，得到直流電流分量。附加電流脈沖幅度的調(diào)制在電源電路14中根據(jù)微控制器15的控制信號來設(shè)定。在所示情形中，正半周I中的附加電流脈沖P1的幅度比負半周II中的附加電流脈沖P2的幅度大。其結(jié)果，交流電流包含如圖所示的正的直流電流分量DC。
圖7還是從圖3所示的具有附加電流脈沖的標準交流方波電流出發(fā)。在圖7所示的方案中，通過調(diào)制每半周中附加電流脈沖的時間，得到直流電流分量。附加電流脈沖的時間調(diào)制根據(jù)微控制器15的控制信號在電源電路14中設(shè)定。在所示的情形中，正半周I中的附加電流脈沖P1的持續(xù)時間比負半周II中的附加電流脈沖P2的持續(xù)時間長。其結(jié)果，交流電流包含如圖所示的正的直流電流分量DC。
應(yīng)當注意，所述的本發(fā)明實施方式僅僅是所選擇的可以許多方式進行改變的實施方式。
權(quán)利要求
1.一種操作含有兩個電極(12、13)的氣體放電燈(11)的方法，所述方法包括在所述電極(12、13)上施加一交流電流(I燈)，該交流電流(I燈)具有一直流電流分量(DC)，用于補償所述兩個電極(12、13)之間的溫度差；其中這樣選擇所述直流電流分量(DC)，使得所述電極(12、13)中的第一電極作為所述直流電流分量(DC)的陽極工作，要求該第一電極比所述電極中的第二電極(13、12)的溫度低，而所述第二電極(13、12)作為所述直流電流分量(DC)的陰極。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的直流電流分量(DC)占整個電流(I燈)的0.1％到50％。
3.如權(quán)利要求1或2所述方法，其中，所述的直流電流分量(DC)通過在交流燈泡電流上添加一直流電流而得到。
4.如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，所述的直流電流分量(DC)通過在交流電流(I燈)的兩個方向上提供不同的電流強度而取得。
5.如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，所述的直流電流分量(DC)通過提供給所述氣體放電燈(11)一個具有負載周期的交流電流而得到，在所述負載周期中具有正電流的半周(I)與具有負電流的半周(II)的長度不同。
6.如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，所述的直流電流分量(DC)通過在所述交流電流的負載周期的每半周(I、II)中提供一個或多個附加電流脈沖(P1、P2)而得到，以及其中通過以下方式控制所述附加電流脈沖(P1、P2)的能含量，使在所述半周(I、II)中一個半周中的能含量比在另一半周中大。
7.如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，所述的直流電流分量(DC)根據(jù)由于所述氣體放電燈(11)的非水平燃燒位置而引起的所述兩電極(12、13)之間預(yù)計的溫度差來確定。
8.如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，所述的直流電流分量(DC)根據(jù)由于所述兩電極(12、13)冷卻程度不相等而引起的所述電極(12、13)之間預(yù)計的溫度差來確定。
9.如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，對所述氣體放電燈(11)的整個工作時間預(yù)先確定所述的直流電流分量(DC)。
10.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其中，在所述氣體放電燈(11)工作過程中，根據(jù)表示所述電極(12、13)之間預(yù)計的溫度差的測量值，調(diào)整所述的直流電流分量(DC)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，對于所述測量值，所述氣體放電燈(11)上的所述電壓(U燈)的測量，是在加到所述氣體放電燈(11)上的交流電流(I燈)的負載周期的各個半周(I、II)內(nèi)進行的，且至少測量兩次；以及其中如果檢測到在一個半周(I、II)內(nèi)電壓上升，則表明在此半周(I、II)內(nèi)作為陰極的電極(12、13)足夠熱，而在一個半周(I、II)內(nèi)電壓的降低或突然下降，表明在此半周(I、II)內(nèi)作為陰極的電極(12、13)過冷。
12.如權(quán)利要求10到11所述的方法，其中，在所述氣體放電燈(11)工作期間，在控制回路中調(diào)整所述的直流電流分量(DC)，在該控制回路中單獨地調(diào)整所述直流電流分量(DC)的值，以便將更多陽極的電流提供給被確認為過冷、且比所述的另一電極(12、13)的溫度更低的電極(12、13)。
13.如權(quán)利要求10到12中任一項所述的方法，其中，在所述氣體放電燈(11)工作期間，在控制回路中調(diào)整所述的直流電流分量(DC)，在該控制回路中，當兩個所述電極(12、13)都被確認為足夠熱時，降低所述直流電流分量(DC)的值。
14.如權(quán)利要求10到13中任一項所述的方法，其中，在兩個所述電極(12、13)都被確認為過冷時，提高提供給所述氣體放電燈(11)的總功率。
15.如權(quán)利要求10到14中任一項所述的方法，其中，在兩個所述電極(12、13)都被確認為足夠熱時，降低提供給所述氣體放電燈(11)的總功率。
16.如權(quán)利要求10到15中任一項所述的方法，其中，關(guān)于執(zhí)行的直流電流分量(DC)調(diào)整的信息被記錄在一個非易失性存儲器中，用于支持以后對直流電流分量(DC)的調(diào)整。
17.用于操作含有兩個電極(12、13)的氣體放電燈(11)的電子電路(14、15、16)，該電子電路(14、15、16)包括實現(xiàn)如權(quán)利要求1至16中任一項所述方法的裝置。
18.用于操作含有兩個電極(12、13)的氣體放電燈(11)的軟件程序，該軟件程序包括當在驅(qū)動器(14、15、16)的處理裝置(15)中運行時實現(xiàn)如權(quán)利要求1至16中任一項所述方法的軟件代碼，所述驅(qū)動器(14、15、16)用于控制所述氣體放電燈(11)的電源。
19.一種照明系統(tǒng)，包含具有兩個電極(12、13)的氣體放電燈(11)，及用于實現(xiàn)如權(quán)利要求1至16中任一項所述方法的裝置。
20.如權(quán)利要求19所述的照明系統(tǒng)，所述系統(tǒng)允許所述氣體放電燈(11)的不同燃燒位置。
21.如權(quán)利要求19或20所述的照明系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，所述氣體放電燈(11)被這樣布置，使得在所述照明系統(tǒng)工作期間，所述電極(12、13)中一個電極的冷卻程度比所述電極(12、13)中另一個電極的冷卻程度大。
22.如權(quán)利要求19至21中任一項所述的照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)是投影系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種操作含有兩個電極(12、13)的氣體放電燈(11)的方法。該方法包括將交流電流(I燈)加到電極上。為了改進燈泡的性能和提高燈泡的壽命，提出了采用含有直流電流分量(DC)的交流電流以補償兩電極間溫度差的方案。特別是這樣選擇該直流電流分量，使得第一電極作為直流電流分量的陽極工作，而第二電極作為直流電流分量的陰極工作，預(yù)期第一電極的溫度低于第二電極。本發(fā)明還同樣地涉及相應(yīng)地操作氣體放電燈的電子電路和軟件程序，以及涉及包含氣體放電燈和相應(yīng)地操作該氣體放電燈的裝置的照明系統(tǒng)。
文檔編號H05B41/24GK1663325SQ03814789
公開日2005年8月31日 申請日期2003年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月25日
發(fā)明者H·蒙奇, X·里德雷, C·德佩, P·雷肯斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司