具有灯闪烁抑制和灯电压控制的高压灯的制作方法

专利名称：具有灯闪烁抑制和灯电压控制的高压灯的制作方法
具有灯闪烁抑制和灯电压控制的高压灯
背景技术：
在诸如视频投影灯(video projection lamp )这样的高压灯中，灯闪烁是 一个公知问题。为了实现在投影灯应用中的高性能，降低闪烁是非常关键的。 以下涉及运行高压灯以降低闪烁。
高压灯中的灯闪烁与电极端部突起(electrode tip protrusion)的温度和 物理特性相关联。经常是，由于放电电弧源点不稳定，所以从阴极到阳极的 放电电弧(discharge arc )不稳定。太冷或太热的电极将产生微小尖峰(micro spike ),其是由电极放电电弧从电极上的 一点跳至电极上的不同的点而造成。 者被观察者感知为闪烁。美国专利5608294 (以下文中称为Derra等)提出 了 一种针对此问题的解决方案，并且讨论了本领域技术人员所理解的高压灯 的闪烁的原因。Derm等公开了具有电流脉沖的交流灯电流用以运行高压气 体放电灯以便降低闪烁，该电流脉冲被叠加在交流灯电流的半周期的较后的 部分。由Derra等公开的方法局限于将这样的灯电流波形提供给灯其包括 范围为0.6至2.0的电流比Ri和范围为0.05至0.15的持续时间(duration) 比Rt。电流比Ri被定义为电流脉冲的平均幅度对交流灯电流的平均幅度之 比。持续时间比Rt被定义为电流脉冲的持续时间对交流灯电流的半周期的 持续时间之比。美国专利4485434 (以下文中称为Beeston等)描述了用于 向电弧灯供电的电源。特此通过参照的方式将美国专利5608294 (Derra等) 和美国专利4485434 ( Beeston等)并入。
除了 Derra等中所论述的那些之外，需要用于控制高强度气体放电灯 (high intensity discharge lamp )中的灯闪烁的电流波形。另外的波形将为灯 电路的设计者提供备选以将降低闪烁的相关成本最小化。此外，需要用于生 成交流波形的设备和方法，该交流波形包括交流灯电流与一个或多个脉沖的 组合。最后，需要控制高强度灯以通过改变Rt和Ri来维持恒定功率并且降 低闪烁的方法。

发明内容
提供一种运行高压气体放电灯的系统和方法，以便通过为提供给高压灯
的灯电流选择最佳Rt和Ri来显著降低闪烁。此外，提供了一种装置和方法，
以便通过将 一 个或多个电流脉冲与交流灯电流组合/人而使得电流脉沖的前 沿基本上与交流灯电流的半周期的尾沿同时发生、或在交流灯电流的半周期
的尾沿起的时间延迟Td之后发生，即，电流脉沖没有叠加在交流灯电流的 半周期的较后部分上，来降低闪烁。
还提供了通过控制提供给高压灯的交流灯电流的电流比Ri和持续时间 比Rt来控制电极端部直径大小、电极端部突起长度、和电极端部生长速度 的方法。通过控制交流灯电流的电流比Ri和持续时间比Rt,可以控制电极 端部突起的大小和电极端部生长速度，以进一步保证电极端部的稳定性并且 进一步降J氐闪烁。
而且，提供了一种方法，用以将灯运行电压有效地控制在所期望的目标 电压，该方法将显著提高灯的性能和灯的寿命。


图1是高压灯所使用的灯电路的已有技术配置。 图2示出了用于提供给高压灯的灯电流。
图3示出了用于提供给高压灯的灯电流，其按照能量波形表示。 图4-6示出了用于提供给高压灯的灯电流，其具有显著(substantial)延迟。
图7-9示出了用于提供给高压灯的灯电流，其没有显著延迟。
图IO是根据示范性实施例的、用于生成灯电流的系统的方框示意图。
图11示出了根据图10，用于生成具有在交流灯电流的半周期结束之后
开始的脉沖的灯电流的信号的时序图。
图12示出了根据图10，用于生成在没有显著延迟情况下开始的脉沖的
灯电流的信号的时序图。
图13示出了根据图10,用于使用DC信号生成灯电流的信号的时序图。 图14示出了用于通过将电流脉沖与交流电流组合向高压灯提供灯电流
的示范性实施例。
图15示出了根据图14,用于生成具有在交流电流的半周期结束之后开 始的脉冲的灯电流的信号的时序图。
图16示出了用于通过将双极性电流脉沖与交流电流组合来提供灯电流 给高压灯的示范性实施例。
图17示出了根据图16，用于生成具有在交流灯电流方波的半周期结束
之后开始的脉沖的灯电流的信号的时序图。
图18示出了用于提供给高压灯的灯电流。
图19示出了用于提供给高压灯的能量波形。
图20示出了作为持续时间比Rt的函数的灯运行电压降。
图21是根据示范性实施例的灯电压和电弧间隙控制的流程图。
具体实施例方式
图1示出了 Derra等-5608294号美国专利的已有技术配置。如上面所 简述的那样，Derra专利公开了用于抑制高压气体放电灯中的闪烁的运行方 法和电路配置。在灯电流的半周期的部分中生成电流脉沖。该电流脉沖具有 与灯电流相同的极性，并且被叠加在所述半周期的较后部分。按照这种方式， 流经灯的总电流量被增大，并且同样地，灯的电极的温度被升高。升高后的 温度提高了放电电弧的稳定性，并且结果，电弧源于电极上的同一位置。
但是，如上所述，Derm确定(identify) 了所选择的运行范围的限制。 具体来说，Derra限制Ri为0.6至2.0的范围，Rt为从0.05至0.15的范围。 在Derra中所提出的那些之外还有其它有效运行范围。在本公开中，已经确 定，通过使用与Derra中所公开的通用类型相同(即，通过在交流灯电流上 叠加了电流脉冲而得到的叠加波形)但范围不同的波形能够有效抑制高压灯 中的灯闪烁。这里，优选地，Ri的范围从等于或大于2.0到小于或等于4.0， 其中Ri =12/11,其中，II被定义为交流灯电流的半周期平均幅度，12为电流 脉沖的半周期平均幅度。还确定了持续时间比Rt的范围可以从等于或大于 0.2%到等于或小于50%，或者，更具体来说，范围从0.2%到35%，其中 Rt=Tp/T， T是交流灯电流的半周期持续时间，Tp表示交流电流脉冲的持续 时间。
在本发明的另一个示范性实施例中，灯电流波形IO被用于驱动高压灯。 灯电流波形10由一个或多个电流脉沖12 (正部分12a和负部分12b)和交 流灯电流14 (正部分14a和负部分14b)组成。尽管图2中示为矩形交流电 流脉冲12，电流脉沖的形状不是关键(critical )。可接受的电流脉冲形状的
例子包括矩形的、方形的、正弦曲线形的、三角形的、和指数形的，及其它
(among others )。通过为灯电流10选4奪合适的电流比Ri和持续时间比Rt ， 可以控制电极端部突起并且显著降低灯闪烁。此外，通过控制灯电流10的 电流比Ri和持续时间比Rt，可以控制电极端部突起直径、电极端部突起长 度、和电极端部生长速度，以保证额外的电极端部稳定并且保证更进一步的 灯闪烁降低。
继续参照图2,灯电流10被配置为包含交流电流方形波形14，其具 有正向部分16和负向部分18;和交流电流矩形脉沖波形12,其具有正向部 分12a和负向部分12b。该灯电流IO被用于驱动具有降低的闪烁的高压灯。 II表示交流灯电流14的半周期平均幅度，12表示交流电流脉沖12的半周期 平均幅度。T是交流灯电流的半周期持续时间。Td表示从交流灯电流14的 半周期的尾沿(trailing edge )到交流电流脉沖12的前沿(leading edge )的 持续时间，Tp表示交流电流脉沖12的半周期持续时间。脉沖12跟在交流 灯电流半周期14之后。图2的灯电流波形被用于通过控制电流比Ri=I2/Il 以及持续时间比Rt=Tp/T来稳定高压灯的灯闪烁。交流灯电流14与电流脉 冲12之间的非叠加关系降低闪烁，例如，可以使用诸如图2中所示的有区 别的时间间隔(time separation)或时间延迟Td ，或者，可以使用零或无时 间延迟，如图12中所示并且将在下面进一步描述的那样。
参照图3，所示是图2的一部分灯电流波形10，用图形表示为能量图 (energy diagram) 30，其中，E表示交流灯电流32的半周期的总能量，Ep 表示电流脉冲34的半周期的总能量。电流脉沖34的前沿在从交流灯电流的 半周期的尾沿起的时间延迟Td之后开始。图3的能量图表示了用于通过控 制能量比Re=Ep/E来稳定高压灯的灯闪烁的能量波形。
检测结果证明了在Ri、 Rt、和Re的比值在指定范围之内时，导至提高 了电极和锥形端部突起的的稳定性。这提高了稳定性并且电极形状显著降低 了闪烁。优选的范围包括以下
Ri = 0.5至4.0
1^ = 0.2%至50%;和
Re = 0.2%至50%
更具体来说，在一些实施例中运行可以是在Rt = 0.2%至35%的范围中。 参照图4-6,这些波形表示了提供具有显著降低了的闪烁的、提高了的电极稳定性和锥形突起的示范性实施例。这些实施例包括下列与Ri、 Rt和
Re相关联的范围。 Ri = 0.5至4.0 1^ = 0.2%至50%;和 Re = 0.2%至50%
更具体来说，在一些实施例中运行可以是在Rt = 0.2%至35%的范围中。
图4表示了用于提供给高压灯的灯波形40,包括与交流灯电流14的前 半周期14a相同极性的单脉冲(single pulse ) 42a。脉冲42a的前沿在交流灯 电流波形的半周期14a的尾沿之后开始。如图所示，在从交流灯电流的半周 期14a的末端起的时间延迟Td之后生成脉冲42a。更具体来说，在运行中， 在一些实施例中时间延迟Td可以是在达20ms的范围中。更具体来说，高达 0.5ms的时间延迟Td不会产生能察觉的闪烁。随着时间延迟Td变长，例如， 大于20ms，灯电弧熄灭得更加频繁并且灯闪烁开始变得可被人眼发觉。类 似地，负脉冲42b在交流灯电流的负半周期部分14b的尾沿之后开始。
脉冲的形状42对灯的运行不是关键的。例如，脉沖的形状可以是矩形 的、方形的、正弦曲线形的、三角形的或指数形的及其它。通过包含时间延 迟Td的设计，该时间延迟在单电流脉冲42的生成之前，在交流灯电流14 的半周期的末端与电流脉冲42之间存在非叠加关系。具有一些延迟的好处 在于产生不同(distinct)的波形，不同的波形部分42和14准许使用具有较 低相关成本的简化电路设计来生成波形部分42和14。
图5表示了用于提供给高压灯的灯电流波形50的实施例，其包括按照 大于约1Hz的频率的、与交流灯电流14的前半周期相同极性的多脉冲52。 该多脉沖全部发生在半周期持续时间Tp之内，并且具有半周期平均幅度12。 脉沖52a、 52b的前沿分别在交流灯电流的半周期14a、 14b的尾沿之后开始。 如图所示，多脉沖被加在从交流灯电流14的半周期末端起的时间延迟Td之 后。该多脉沖的形状对于灯的运行不是关键的。再有，脉冲的形状可以是矩 形的、方形的、正弦曲线形的、三角形的或指数形的及其它。应当明白，这 些多脉冲和其它图的多脉沖，包括未在图中示出的多脉沖转变(multiple pulse transition )。
图6表示了用于提供给高压灯的灯电流波形60的实施例，其包括按照 大于约1Hz的频率的、与交流灯电流的前半周期相同极性和相反极性的多脉
冲62。双极性(bi-polarity)脉冲62在交流灯电流的半周期14a或14b的尾 沿之后开始。如图所示，脉沖62的前沿在从交流灯电流的半周期末端起的 时间延迟Td之后开始。脉冲的形状对于灯的运行不是关键的。例如，脉沖 的形状可以是矩形的、方形的、正弦曲线形的、三角形的或指数形的及其它。 应当明白，这些多脉沖和其它图的多脉冲，包括未在图中示出的多脉沖转变。
参照图7-9，这些图表示其它电流波形的实施例，即，非叠加的电流波 形实施例，用于提供给高压灯以在提供提高的稳定性和锥形突起的同时降低 闪烁。如图所示，这些非叠加的波形不包括在电流脉沖42、 82或92的起点 与交流灯电流14的半周期末端之间的延迟。但是，应当明白，图7的电流 脉冲72的前沿基本上在交流灯电流波形14的半周期的尾沿之后立即开始。 这些波形包括与Ri、 Rt和Re相关的下列范围。
Ri = 0.5至4.0
1^ = 0.2%至50%;和
Re = 0.2%至50%
更具体来说，在一些实施例中运行可以是在Rt = 0.2%至35%的范围中。
图7表示了用于提供给高压灯的灯电流波形70的实施例，其包括与交 流灯电流波形14的半周期相同极性的单脉冲72。脉冲72a或72b分别在交 流灯电流14的半周期14a或14b的末端之后、无延迟的情况下(即，基本 上立即)开始。如对前面的实施例所述的那样，脉沖的形状对于灯的运行不 是关键的。例如，脉冲的形状可以是矩形的、方形的、正弦曲线形的、三角 形的或指数形的及其它。
图8表示了用于提供给高压灯的另一个非叠加的灯电流波形80的实施 例，其包括按照大于约1Hz的频率的、与交流灯电流14的对应半周期14a、 14b相同极性的多脉沖82a或82b。脉沖82在交流灯电流14的半周期之后、 无延迟的情况下(即，基本上立即)开始，并且可以是各种形状，诸如矩形 的、方形的、正弦曲线形的、三角形的或指数形的及其它。应当明白，这些 多脉沖和其它图的多脉沖，包括未在图中示出的多脉冲转变。
图9表示了用于提供给高压灯的灯电流波形卯的实施例，其包括按照 大于约1Hz的频率的、按照交流灯电流14的半周期相同极性和相反极性的 多个双极性脉沖92。该双极性的、或交变极性(alternating polar)的脉沖， 在灯电流波形14的半周期的末端之后、无延迟的情况下(即，基本上立即)
开始。从而，电流脉冲没有与灯电流的半周期叠加。脉冲的波形可以是矩形 的、方形的、正弦曲线形的、三角形的或指数形的及其它。应当明白，这些 多脉沖和其它图的多脉冲，包括未在图中示出的多脉冲转变。
参照图10，该图示出了用于生成所述波形的电路100的一个示范性实施
例，所述波形纟皮提供给高压灯。如所示，该实施例包括整流器(converter) 102，用于将直流电流方波、或者可替换地将直流信号提供给总和发生器(sum generator) 104的输入。整流器102的输出被表示为参考符号A。电流脉沖 发生器106将直流电流脉冲波形提供给总和发生器104的另一个输入。电流 脉冲发生器的输出被表示为参考符号B。总和发生器104将电流脉沖波形与 电流方形波形组合，并且将该信号输出到将直流电流波形转换为交流电流波 形的逆变器(inverter) 108。总和发生器104的输出被表示为参考符号C。 从逆变器108输出的交流电流波形提供给诸如视频投影灯这样的高压灯 110。灯输入被表示为参考符号I。
图ll示出了由图10的电路100生成的电流波形及其相关时序的一个实 施例。整流器102将直流电流波形120提供给总和发生器104的输入。整流 器的输出被表示为参考符号A。电流脉沖发生器106将按照大于约1Hz的频 率的直流电流单脉冲或多脉沖122提供给总和发生器104的另一个输入。电 流脉冲发生器的输出被表示为参考符号B。总和发生器104将电流脉沖波形 进行组合，并且总和发生器104的输出波形124被提供给逆变器108。总和 发生器的输出被表示为参考符号C。逆变器108将总和发生器104的输出电 流波形124转换为交流灯电流波形126。从逆变器108输出的交流电流波形 126被表示为参考符号I，并且提供给诸如视频投影灯的高压灯110。如本领 域的技术人员将理解的那样，意在用波形126来表示图4-5的波形，其中， 脉沖波形是单脉沖波形或多脉沖波形。
图12示出了依照图10的电3各100、以如上所述的方式生成的波形及其 相关时序的另一个实施例。这里，电路生成带有脉沖的灯电流波形，该脉沖 在交流灯电流的半周期的末端之后、无延迟的情况下(即，基本上立即)开 始。整流器102将直流电流方波130提供给总和发生器104的输入。总和发 生器104在无任何延迟Td (即，基本上立即)将电流脉冲波形132进行组 合，并且总和发生器104输出波形134被提供给逆变器108。整流器的输出 被标识为波形A，电流脉冲发生器的输出为B，总和发生器的输出被表示为
参考符号C。逆变器输出被表示为参考符号I并且提供给高压灯110。
参照图13，其示出了相关于图10的电路100的波形及其相关时序的另
一个实施例，该波形被用于生成带有脉冲的灯电流波形，其中该脉沖在像
Derra所述的那样电流脉冲被叠加到交流电流、在交流电流的半周期的末端 之后开始。整流器102将直流电流140提供给总和发生器104的输入。其中 整流器输出A被与电流脉冲发生器的输出B叠加的总和发生器的输出被表 示为参考符号C。逆变器108将总和发生器104的输出电流波形144转换为 交流灯电流波形146,其被表示为参考符号I,其提供给诸如视频投影灯这 样的高压灯110。
在图14中，示出了被用于生成被提供给高压灯的所述电流波形的电路 150的另一个示范性实施例。如所示，该实施例包括整流器102,用于将直 流电流提供给逆变器108的输入。整流器102的输出被表示为参考符号A。 整流器108输出交流电流到总和发生器104。逆变器108的输出被表示为参 考符号C。电流脉冲发生器106将直流电流脉沖提供给逆变器109。逆变器 109输出交流电流脉沖波形到总和发生器104的输入。交流电流脉沖波形输 出被表示为参考符号B。总和发生器104将该交流电流脉沖波形与交流电流 波形组合，并且将所得的交流电流波形提供给诸如视频投影灯这样的高压灯 110。灯的输入被表示为参考符号I。
在图15中举例示出了由图14的电路150所生成的波形及其相关时序的 一个实施例。整流器102将直流电流160 (参考符号A)提供给逆变器108 的输入。逆变器108输出交流电流162 (参考符号C)到总和发生器104。 电流脉冲发生器106将直流电流脉冲164 (参考符号D )提供给逆变器109。 逆变器109输出交流电流脉沖166 (参考符号B )到总和发生器104的输入。 总和发生器104在延迟Td之后将交流电流脉冲166与交流电流162组合， 并且总和发生器104输出交流灯电流波形168 (参考符号I )，其被提供给诸 如^L频投影灯这样的高压灯110。
在图16中示出了用于生成被提供给高压灯的所述电流波形的电路170 的另一个示范性实施例。该实施例包括整流器102，用于将电流提供给逆变 器108的输入。整流器102的输出被表示为参考符号A。逆变器108输出交 流电流到总和发生器104。整流器108的输出被表示为参考符号C。电流脉 冲发生器106将电流脉冲波形提供给总和发生器104的另一个输入。该电流
脉冲发生器的输出被表示为参考符号B。总和发生器104将该电流脉冲波形 与交流电流波形组合，并且将所得的电流波形提供给诸如视频投影灯这样的 高压灯IIO。灯的输入被表示为参考符号I。
在图17中示出了由图16的电路170所生成的带有双极性、或者交变极 性的脉冲的另外波形及其相关时序，该波形被用于生成带有脉沖的灯电流， 该脉沖在交流电流的半周期的末端之后开始。整流器102将电流180提供给 逆变器108的输入，参考符号A。逆变器108输出交流电流184到总和发生 器104，参考符号C。电流脉沖发生器106将双极性电流脉沖182 (参考符 号B )提供给总和发生器104。总和发生器104在延迟Td之后将交流电流脉 沖波形184与双极性电流脉冲182进行组合，并且总和发生器104输出交流 灯电流186 (参考符号I),其被提供给诸如视频投影灯这样的高压灯110。 将会看出，双极性、或者交变极性的电流脉冲可以是多脉冲，如关于图8的 实施例的示例所述的那样，其可以具有不同幅度，或者，根据情况所需具有 或没有时间延迟。
参照图18，示出了灯电流波形190，其用于提高高压气体放电灯中的电 极端部突起的稳定性并且从而显著降低闪烁。该波形190具有电流脉沖l92， 其被叠加在交流电流194的半周期的后面部分上。Il表示交流电流波形194 的半周期平均幅度，12表示电流脉冲的半周期平均幅度。T表示交流电流波 形194的半周期之间的持续时间，Tp表示电流脉沖192的半周期持续时间。 图18的电流波形190被用于通过控制电流比Ri = I2/Il和持续时间比Rt-Tp/T来降低高压灯的灯闪烁。
在图19中将图18的电流波形190图示为能量示意图200,其中E表示 交流电流波形194的半周期的总能量，Ep表示电流脉冲192的半周期的总 能量，该电流脉冲192是被加到电流波形194、靠近电流波形194的半周期 的末端的。图19的能量波形表示了用于通过控制能量比Re^Ep/E来降低高 压灯的灯闪烁的灯电流波形的实施例。
当持续时间比Rt和能量比Re在0.2%至5。/。的范围之内、并且Ri在2.0 至4.0的范围之内时，生成带有锥形端部突起的更稳定的电极。此外，当持 续时间比Rt和能量比Re在15%至50%的范围之内、并且Ri在2.0至4.0的 范围之内时，生成带有锥形端部突起的更稳定的电极。更稳定的锥形端部穿 越显著降低闪烁。参照图20 - 21,公开了 一种控制电极端部突起直径、电极端部突起长度、
和电极端部生长速度(这里也称为电弧间隙(arc gap)控制)的方法。电极 端部突起直径和电极端部生长速度与电流脉沖Re所生成的能量比密切相 关，Re随着变化的灯供应电流的电流比Ri和持续时间比Rt而变化。通过将 灯电流的电流比Ri和持续时间比Rt控制在优选范围中或优选值，即，在优 选范围中或优选值的能量比Re，可以控制电极端部突起的大小和电极端部 的生长速度，以提供更为稳定的电极端部并且进一步降低闪烁。
参照图20，以曲线图示出了归一化的灯运行电压降比和相应的持续时间 比Rt。灯运行电压是非常好的电弧间隙控制指标。电弧间隙越大，则所需要 的维持恒定功率和电弧所需的灯运行电压就越大。电极端部突起直径、电极 端部突起长度、和电极端部生长速度全部由灯运行电压来反映(reflect)。如 图20所示，通过在维持恒定电流比Ri的同时控制持续时间Rt,可以实现灯 运行电压的下降。该灯运行电压的下降是具有增长了的直径和长度的突起的 电极所造成的。
在图20中示出了通用灯运行系统在初始10分钟内的归一化灯电压降比 对持续时间比Rt的关系。该图表示了灯运行电压的下降比对持续时间比的 关系，所述灯运行电压的下降比例如在恒定电流比(未示出Ri)情况下10 分钟后的电压降落。电压降落被计量为初始灯运行电压减去10分钟后的灯 运行电压然后除以初始灯运行电压。图20所示的关系通过为每一个单独的 灯自动选纟奪Ri和Rt并且通过相应地改变Ri和Rt将灯电压控制在所期望的 目标电压，能够设计灯驱动器，诸如镇流器(ballast)或其它控制电路。
灯运行电压变化dV/dt的特性随灯的不同而变化，并且它是用于控制灯 电压的重要参数。除了灯运行电压和电流之外，灯的dV/dt值可以被反馈给 微处理器，以便为每一个单独的灯自动选择Rt和Ri。如图20中所示，如果 Rt在大约5到25的范围之内，则灯的持续时间比Rt的曲线图大体上为具有 较高dV/dt速度的钟形。当持续时间比Rt变得低于5或者高于25时，dV/dt 变化速度下降。因此，如果Rt保持在大约5到25的范围之内，则可以以较 快速度降低灯运行电压。为了以较慢速度降低灯运行电压，灯运行电流的 Rt应要么低于5、要么高于25，如图20所示。图20中所示的曲线图仅仅是 用于表明示范性灯的运行与持续时间Rt相关。应当明白，不同的灯会具有 图20中所示的相同的基本特性，但是，取决于灯的类型，曲线会水平移动到较低的持续时间Rt或者较高的持续时间Rt。因此，具有高的灯运行电压
降的持续时间比Rt的范围随着灯的类型而变化。此外，灯电流的电流比Ri 的不同值会将图20的曲线沿纵轴向上和向下移动。
在图21中示出了灯运行电压和电弧间隙控制的流程图210,其可以在图 10、 14和16中的电路以及其它公知的灯控制电路中实现。当开始212时， 高强度气体放电(HID)灯的起动顺序(starting s叫uence ) 214包括在到达 稳态(steady state)运行216之前的三个运行阶段。这些阶段包括击穿 (breakdown )、 电弧发光(arc glow)和力口热(warm-up )。 击穿发生在施力口 初始高电压以击穿(break down)灯的电弧间隙的时候，该初始高电压通常 是千伏级。在击穿阶段之后，灯被提供高频电压以维持电弧发光和加热电极。 这被称为电弧发光阶段。加热阶段指随电弧发光阶段之后、当控制灯电流以 提高灯功率直到达到目标值时的这一段时间。在灯功率达到目标值之后，灯 功率纟皮控制在恒定值并且实现稳态216。
为了控制电弧间隙并从而控制(多个)电极端部突起直径、电极端部长 度、和(多个)电极端部生长速度，默认脉沖电流比Ri和脉沖持续时间比 Rt被设置为初始默认值218,该值被用于调节整流器和逆变器以提供灯电流 波形220。持续监控并采样灯电压V和灯电流I, 222，以便计算灯功率并且 有效地将灯的功率控制在恒定值。此外，在步骤222中，还对稳态的灯电压 变化dV/dt进行监控。这些值被用于从查找表、数据库、或者来自图20的曲 线拟合的转换函数中选择最优的Rt和Ri，并且确定灯电压是否在目标范围 内，224，以便最佳地促进电极端部突起并且降低闪烁。如果灯电压V在该 范围内，则不需要改变脉沖电流比Ri和脉沖持续比Rt, 226,并且控制算法 返回到调节整流器和逆变器，220。如果灯电压V不在目标范围内，则在步 骤228中，控制系统算法首先确定灯电压V是否在安全限制范围内。该灯电 压安全限制检查确定灯电压是否指示了灯寿命的终止、还是对运行不安全。 如果该灯电压在安全限制范围之外，则灯被自动关断，230。如果灯电压在 安全限制范围内，则在步骤232中，控制算法基于灯电压V、电流I、电压 变化dV/dt和查找表、数据库、或来自图20的曲线拟合的转换函数来计算或 选择脉冲电流比Ri和脉沖持续时间Rt的最佳值，以维持目标灯电压。应当 理解，与图20相似的曲线其特征是针对特定灯类型的。
如图21中所示，改变脉冲持续时间Rt将有效地控制灯电压变化的方向。
如果灯电压大于目标电压，则算法选择Ri和Rt,该Ri和Rt促进电极端部突起并降低电弧间隙，以将灯电压降低到目标范围内。相反地，如果灯电压小于目标电压，则算法将选择降低电极端部突起的脉沖持续时间比Rt。与此 同时，算法将降低脉冲电流比Ri，以熔化电极端部并将灯电压提高到目标范 围内。
已经参照优选实施例对本发明进行了描述。明显地，在阅读并且理解了 前面的详细描述时，可以对其它实施例进行修改和替换。意在将本发明解释 为包括所有这样的^f'务改和替换。
权利要求
1.一种用于运行气体放电灯的镇流器，其包含用于提供交流灯电流的装置，所述交流灯电流包含交流灯电流的平均幅度I1和交变的半周期，每一个半周期在时间段T期间发生；和用于在时间段T的后半部中生成一个或多个电流脉冲的装置，所述一个或多个电流脉冲包含平均幅度I2和持续时间Tp，其中，电流比Ri等于或大于2.0，其中Ri＝I2/I1，并且，持续时间比Rt等于或大于0.2％并且等于或小于5％或可替换地，等于或大于15％并且等于或小于50％，其中Rt＝T/Tp，其中，所述交流灯电流和所述一个或多个电流脉冲被组合。
2. 根据权利要求1所述的镇流器，其中，所述电流比Ri等于或大于2.0 并且小于或等于4.0。
3. 根据权利要求1所述的镇流器，其中，所述电流比Ri等于或大于2.0 并且小于或等于4.0，并且持续时间比Rt等于或大于15%并且等于或小于 35%。
4. 根据权利要求1所述的镇流器，还包含灯电压检测器，其适于才企测加 在所述气体放电灯的电压，并且提供反馈信号以改变Ri和Rt其中之一或二者。
5. 根据权利要求1所述的镇流器，其中，所述一个或多个电流脉沖的前 沿在从所述交流灯电流的半周期的尾沿起的时间延迟Td之后开始。
6. 根据权利要求5所述的镇流器，其中，所述时间延迟Td小于或等于 20.0ms。
7. 根据权利要求5所述的镇流器，其中，所述时间延迟Td小于或等于 l.Oms。
8. 根据权利要求1所述的镇流器，其中，所述一个或多个电流脉冲具有 与所述交流灯电流半周期相同的极性。
9. 根据权利要求1所述的镇流器，其中，所述一个或多个电流脉冲是双 极性的。
10. 根据权利要求1所述的镇流器，其中，所述一个或多个电流脉冲的 形状是矩形、正弦曲线形、三角形或指数形。
11. 根据权利要求1所述的镇流器，还包含一装置，其用于选择性地改 变Rt和Ri中的至少一个，以控制所述灯电压和电弧间隙。
12. 根据权利要求11所述的镇流器，其中，所述改变装置包括Rt敏感 调节器，以改变所述电弧间隙和灯电压中的至少 一个。
13. 根据权利要求11所述的镇流器，其中，所述改变装置包括Ri敏感 调节器，以改变所述电弧间隙和灯电压中的至少一个。
14. 一种用于运行气体放电灯的镇流器，其包含用于提供交流灯电流的装置，所述交流灯电流包含交变的半周期，每一 个半周期在时间段T期间发生；和用于生成一个或多个电流脉冲的装置，所述一个或多个电流脉沖包含持 续时间Tp,其中，在时间段T的后半部中生成所述一个或多个电流脉沖， 所述交流灯电流和所述一个或多个电流脉沖被组合，并且所述一个或多个电 流脉沖从所述交流灯电流的半周期的末端开始。
15. 根据权利要求14所述的镇流器，其中，所述电流脉沖在小于或等于 20.0ms的时间延迟Td之后开始。
16. 根据权利要求15所述的镇流器，其中，所述时间延迟Td小于或等 于l.Oms。
17. 根据权利要求14所述的镇流器，其中，所述一个或多个电流脉沖与 所述交流灯电流的半周期的极性相同。
18. 根据权利要求14所述的镇流器，其中，所述一个或多个电流脉沖是 双才及性的。
19. 根据权利要求14所述的镇流器，其中，持续时间比Rt = T/Tp, Ri =12/11,并且12是所述一个或多个电流脉冲的平均幅度，II是所述交流灯 电流的平均幅度，所述镇流器还包含一装置，其用于选择性地改变Rt和Ri 至少其中之一，以控制所述灯电压和电弧间隙。
20. 根据权利要求19所述的镇流器，其中，所述改变装置包括Rt敏感 调节器，用以改变所述电弧间隙和灯电压至少其中之一 。
21. 根据权利要求19所述的镇流器，其中，所述改变装置包括Ri敏感 调节器，用以改变所述电弧间隙和灯电压。
22. —种用于运行气体放电灯的镇流器，其包含 整流器，用以生成直流电流；电流脉冲发生器，用于生成一个或多个电流脉冲，所述一个或多个电流 脉冲包含平均幅度12和持续时间Tp;总和发生器，用于将所述直流电流与所述一个或多个电流脉沖组合成中 间的电流波形；和逆变器，用于将中间的电流波形转换为与 一个或多个电流脉沖组合的交 流灯电流，所述交流灯电流包含平均幅度II和交变的半周期，每一个半周 期在时间T期间发生，并且所述一个或多个电流脉沖包含平均幅度12和持 续时间Tp,其中，所述一个或多个电流脉冲在交流灯电流半周期的后半部 开始。
23. 根据权利要求22所述的镇流器，其中，电流比Ri的范围从0.5至 4.0，其中Ri-12/11,以及持续时间比Rt的范围从0.2%至50%,其中Rt-T/Tp。
24. 根据权利要求22所述的镇流器，其中，电流比Ri等于或大于2.0 并且小于或等于4.0。
25. 根据权利要求22所述的镇流器，其中，所述持续时间比Rt等于或 大于0.2%并且等于或小于5%。
26. 根据权利要求22所述的镇流器，其中，所述持续时间比Rt等于或 大于15%并且等于或小于50%。
27. 根据权利要求22所述的镇流器，其中，所述持续时间比Rt等于或 大于15%并且等于或小于35%。
28. 根据权利要求22所述的镇流器，其中，所述一个或多个电流脉沖被 与所述交流灯电流组合，以便在交流灯电流半周期的后半部生成一个或多个 电流脉沖，所述一个或多个电流脉冲在从所述交流灯电流的半周期的末端起 的时间延迟Td之后开始。
29. 根据权利要求22所述的镇流器，其中，所述时间延迟Td小于或等 于20.0ms。
30. 根据权利要求22所述的镇流器，其中，所述时间延迟Td小于或等 于l.Oms。
31. 根据权利要求22所述的镇流器，其中，所述一个或多个电流脉沖与 所述交流灯电流的半周期的极性相同。
32. 根据权利要求22所述的镇流器，其中，所述一个或多个电流脉沖是 双极性的。
33. —种用于运行气体放电灯的镇流器，其包含 整流器，用以生成直流电流；第一逆变器，用于将直流电流转换为交流灯电流，所述交流灯电流包含平均幅度Il和交变的半周期，每一个半周期在时间T期间发生；电流脉冲发生器，用于生成一个或多个相同极性的电流脉冲，所述一个 或多个电流脉冲包含平均幅度12和持续时间Tp;第二逆变器，用于将所述一个或多个电流脉冲转换为一个或多个交变极性的电流脉冲；和总和发生器，用于将所述交流灯电流与所述一个或多个双极性电流脉沖进行组合，其中，在交流灯电流半周期的后半部生成所述一个或多个双极性电流脉沖。
34. —种用于运行气体放电灯的镇流器，其包含 整流器，用以生成直流电流；逆变器，用于将该直流电流转换为交流灯电流，所述交流灯电流包含平均幅度Il和交变的半周期，每一个半周期在时间T期间发生；电流脉冲发生器，用于生成一个或多个双极性的电流脉冲，所述一个或多个电流脉冲包含平均幅度12和持续时间Tp;和总和发生器，用于将所述交流灯电流与所述一个或多个电流脉沖进行组合，其中，在交流灯电流半周期的后半周期生成所述一个或多个电流脉冲。
35. —种用于运行灯以控制灯的电弧间隙的方法，其包含向所述灯提供电流，所述电流包含交流灯电流与一个或多个电流脉沖的 组合，所述交流灯电流包含平均幅度II和交变的半周期，每一个半周期在 时间段T期间发生，并且所述一个或多个电流脉沖包含平均幅度12和持续 时间Tp;提供默认的电流比Ri，其中，Ri = 12/11; 提供默认的持续时间比Rt,其中，Rt=Tp/T;控制所述电流以便维持给所述灯的恒定功率为所述默认的电流比Ri和所述默认持续时间比Rt的函数.将所述电流提供给所述灯；并且监控所述灯电压V、灯电流I、和灯运行电压的变化dV/dt。
36. 根据权利要求35所述的方法，还包含步骤确定所述灯电压V是否在用以产生所期望的电极端部直径、电极端部突 起长度和电极端部生长速度的目标范围内。
37. 根据权利要求35所述的方法，还包含步骤如果所述灯电压V不在用以产生所期望的电极端部直径、电极端部突起 长度和电极端部生长速度的目标范围内，则确定所述灯电压是否在安全限制 范围内。
38. 根据权利要求35所述的方法，还包含步骤如果所述灯电压V不在所述目标范围内并且不在所述灯的安全限制范 围内，则停止所述灯的运行。
39. 根据权利要求35所述的方法，还包含步骤访问包含灯运行电压数据的数据库，该灯运行电压数据作为Rt和Ri的 函数；从该数据库中选4奪Rt和Ri的值，该数据库提供用于运行所述灯在所述 目标范围内的所期望的电极端部直径、电才及端部突起长度和电极端部生长速 度；生成恒定功率的电流波形；并且 将所述电流波形提供给所述高压灯。
40. 根据权利要求35所述的方法，还包含步骤如果所述灯电压不在目 标范围内并且不在所述灯的安全限制范围内，则选择Rt和Ri的值以生成所 期望的电极端部直径、电极端部突起长度和电极端部生长速度。
全文摘要
提供了一种用于提供电流给高压灯的方法和系统，所述方法和系统包含交流灯电流波形，其具有半周期平均幅度I1和半周期持续时间T；电流脉冲波形，其包括至少一个具有半周期平均幅度I2的电流脉冲和至少一个发生在交流灯电流的半周期的尾沿后的电流脉冲，所述脉冲具有半周期持续时间Tp。这些波形被组合以生成包括电流脉冲波形的电流波形，该电流脉冲波形在从交流灯电流波形半周期的尾沿起的时间延迟Td之后开始，所述至少一个电流脉冲的持续时间Tp的持续小于在交流灯电流波形的第二个半周期的前沿之前的剩余时间。组合电流波形提供电流给高压灯并且产生降低灯闪烁的锥形端部突起。
文档编号H05B41/392GK101209002SQ200680022753
公开日2008年6月25日 申请日期2006年6月7日 优先权日2005年6月24日
发明者加里·R·艾伦, 安杰里·科特孔德, 李建武, 维克托·K·瓦尔加, 艾伦·G·查默斯, 蒂莫西·B·古林, 詹姆斯·C·麦克纳马拉 申请人:通用电气公司