专利名称：关断高压放电灯的方法和用于驱动高压放电灯的驱动单元的制作方法
关断高压放电灯的方法和用于驱动高压放电灯的驱动单元
本发明涉及一种关断高压放电灯，尤其是汞蒸汽放电灯的方法。而 且，本发明涉及一种用于驱动高压放电灯的驱动单元。另外，本发明涉 及一种包括高压放电灯和这种驱动单元的图像重现系统，尤其是投影仪 系统。
高压放电灯(例如汞蒸汽放电灯)包括由能够耐受高温的材料(例 如石英玻璃)构成的外壳。从相反的侧面，由钨构成的电极深入到该外 壳中。在下文中也称作"弧管"的外壳包含由一种或者多种稀有气体构 成的填充物，在汞蒸汽放电灯的情况下，所述填充物主要由汞构成。通 过在电极两端施加高电压，在电极尖端之间产生光弧，然后其可以在较 低的电压下维持。由于它们的光学性质，所以为了投影的目的优选地使 用高压放电灯。对于这种应用，需要使用尽可能是点状的光源。而且， 需要伴随有尽可能自然的光的谱成分的尽可能高的发光强度。用所谓的
"高压气体放电灯"或者"HID灯"(高强度放电灯)，尤其是"UHP 灯"(超高性能灯)可以最佳地获得这些性质。
存在多种不同的方法点燃这种灯。使用常规的方法，向电极施加大 于20kV的高电压浪涌。 一些较新的方法以只有5kV的点燃电压工作， 具有起到降低期望电压作用的附加"天线，，。
所有的这些方法具有这样的问题在无意中熄灭这种灯之后，用户 必须等待相当长的时间——高达几分钟——才可以将灯再次点燃。这是 因为在接通时灯变得非常热，并且弧管中的压力明显上升。弧管中的压 力越高，需要的点燃电压越大。因此，在熄灭之后灯必须冷却，直到压 力达到可以用通常的点燃电压电平来点燃灯的压力值。
在解决这个问题的努力中，JP2004/319193A描述了一种方法，其中 首先将投影仪系统的灯调节到低功率电平，然后以该较低功率电平驱动 灯，直到灯已经冷却到这样的点在关断之后它可以相对较快地重新点 燃。在灯以较低功率电平运行的过渡相中，投影仪系统保证将屏幕调节 到其中没有图像被投影的状态。在这种过渡相中，如果再次接通灯，则可以重新启动屏幕，并可以快速地增加灯功率，从用户的角度来看，好 像非常迅速地再次接通了灯。然而，由于在一定功率下，在弧管中出现 某种温度平衡以及由此出现某种压力平衡，所以在最终关断灯之后可以 重新点燃灯的速度依赖于过渡相中驱动灯的功率。而且，正如对于普通 灯的情况，重新点燃时间依赖于点燃电压的电平。为了还能够用尽可能 低的点燃电压重新点燃灯，有利的是，在过渡相中将操作功率维持在尽 可能低的电平。另一方面，在过渡相中，不可能正好以任何不加限制的 低功率电平驱动灯，而必须是以具有离开可以保持放电弧的最低可能电 平一定安全裕度的功率电平驱动。否则，例如由于在灯内部发生的物理 过程而出现的电流或者电压的甚至微小偏离也可能导致灯无意中提前 熄灭。
因此，本发明的目的是提供一种关断高压放电灯的方法，由此在最 终关断灯之前可以将灯调节到最低可能温度。
为此目的，本发明提供了一种关断高压放电灯的方法，该方法包括步骤将灯功率降低到降低的操作电平，该操作电平能够维持从发光状 态到熄灭状态之间的过渡相中电极之间的放电；以降低的操作电平驱动 灯，使得灯冷却。根据本发明，在该灯功率降低过程中以及在以降低的 操作电平驱动灯的过程中，按照所定义的放电过程稳定性标准来监控灯 电压。如果不满足放电过程稳定性标准，则临时地增加灯功率。最后， 在允许灯冷却到一定状态的足够持续时间之后，完全切断灯功率，在所 述状态下，气压使得灯在熄灭之后使用其"正常的"点燃电路就可以迅 速地——最好是立即——重新点燃。
使用这种方法，降低的操作电平基本上是最低可能的搡作电平，在 该电平下可以维持弧放电。因此，该方法使得可以达到灯的特别低的最 终温度，在该温度下灯被熄灭，同时保证灯不在无意中快速地熄灭。
用于驱动高压电灯的适驱动单元应当包括用于接收关断请求输入端和灯功率控制单元，该灯功率控制单元以这样的方式 配置，使得当接收到关断请求时，灯功率降低到能够维持从发光状态到熄灭状态的过渡相中电极之间的放电弧的降低的操作电平, 并且以降低的操作电平来驱动, 使得灯冷却. 另外, 根据本发明, 驱动单元必须包括监控装置, 该监控装置用于在灯功率降低过程中和以降低的操作电平驱动灯的过程中按照所定义的放电过程稳定性标准来监控灯电压。根 据本发明，应当以这样的方式配置驱动单元，使得如果不满足放电过程 稳定性标准，则临时地增加灯功率，并且在允许灯冷却到一定状态的足 够持续时间之后，完全切断灯功率，在所述状态下，气压使得灯在熄灭 之后就可以迅速地——最好是立即——重新点燃。
从属权利要求和随后的描述公开了本发明的特别有益的实施例和 特征。
存在定义适当的稳定性标准的多种可能性。然而为了确定稳定性标 准，优选地总是在某个窗口 (例如某个时间窗口 )上测量灯电压平均值， 或者确定灯电压的多个连续测量值(采样)，并且借助于平均值，可以 判断各个电压值是否偏差过大。
例如，可以确定在某个时间长度内的最大测量值，并且如果该最大 值小于平均值乘以某个系数，则满足稳定性标准。该系数很大程度上依
赖于灯和精确的驱动器电路。该值可以是例如1.25。
然而，在特别优选的实施例中，可以在滑动窗口上确定灯电压平均 值，并且只要当前测量值和平均值之间的差小于某个阈值，则满足稳定 性标准。当确定该阈值水平时，可以考虑通常的测量不精确度等级和通 常的灯电压变化率。因此，大于1%的偏差可能意味着具有特定驱动器 电路的灯是不稳定的。对于不同的灯和驱动器，可以接受10%的偏差。
可替换地，实现这种测量的其它方式也是可能的，例如可以计算对 应固定数量测量的平均值，以及最大和最小值，由此评定这两个值相对 于平均值的偏差。
代替滑动平均值，可以使用在灯电压周期或者半周期中所有测量的 平均值。通常这样做以便于抑制扰动。在这种情况下，不精确度等级下 降，微小不稳定性的影响也下降。因此，在这种情况下可以将阈值选择 得稍微低一些。
例如通过将当前灯功率直接调节为某个非常低的期望灯功率(期望 值)，可以实现灯功率的调节。在这种情况下，例如将某功率电平定义 为期望的灯功率，该某功率电平位于以稳定方式维持放电的电平之下。 通常来说，通过调节电流来在灯驱动器中实现瞬时功率调节，即通过减 小或者增加电流获得瞬时功率的减小或者增加。
优选地，至少在降低的操作电平下驱动灯的过程中，通过目标灯功
率控制期望灯功率(还称为额定功率)，并且如果不满足放电过程稳定 性标准，则增加瞬时期望灯功率，并且随后通过瞬时期望灯功率控制实 际的灯功率(或者实际电流)。额定功率借以逐渐调整到目标功率并且 瞬时功率又借以根据期望功率来进行调节的这种方法具有这样的优
点可以根据期望的方案调节作为虛量的期望功率，而不需要对驱动器 的额定功率调节的任何干涉，所述驱动器的额定功率调节由驱动器用来 在正常的操作中调节额定功率。然后可以更快地操作整个操作循环。与 此相反，如果瞬时功率调节被"误用"于将功率调节到降低的功率电平， 而不是用于"正常的"功率调节，则调节循环将放慢速度，并且功率调 节将不能如此快速地反应。
可以以多种方式实现功率从正常操作电平降低到降低的功率电 平。例如，根据第一种方法，可以相对緩慢地、连续地或者步进地降低 功率。另一种优选方法要求功率降低到某个第一低功率电平，并从那个 电平緩慢地、连续地或者步进地降低，直到达到维持放电稳定性的最低 电平。因此，根据瞬时灯功率可以选择功率降低的变化率，在该变化率 下将期望灯功率调节成目标灯功率。换句话说，在相对低的瞬时功率情 况下，只是以缓慢的速度进一步降低功率，然而对于较高的瞬时功率， 这些变化较快地起作用。在这种方法中，系统摸索着到达最低可能的功 率电平，以便避免灯无意中过早地熄灭。
在本发明的一个优选实施例中，至少在关断过程的一个阶段中启动 灯的强制冷却或者增强灯的强制冷却。例如，可以在灯中以某个方式布 置制冷装置(例如通风设备或者通风设备阵列)， 一旦向灯驱动器发送 了关断灯的指令并且要对灯进行冷却，就相应地启动该制冷装置，或者 增加每分钟的转数，或者打开辅助致冷器。
还存在多种可能性，用来确定直到灯充分冷却并且能够最终关断所 经时间的长度。例如，在到达低平衡温度之后可以关断灯。
这可以例如通过观察电压降低的速度来实现。如果没有觉察到电压 的明显变化，则可以々支定已经达到平;(軒。
在 一 个特别简单的方案中，以降低的操作电平驱动灯达到某个预定 的时间段之后将其关断。该时间段优选地至少是大约60秒。
在另 一个优选实施例中，在以降低的操作电平驱动灯的过程中监控 灯中的气压，并且根据观察到的气压关断灯。
例如通过测量和记录之前的正常操作中的平均灯电压，并且然后才企 验观看灯电压是否降低到低于某个值，可以根据平均灯电压来估计灯压 力，所述某个值可以通过将正常操作中的平均电压乘以某个系数来确
灯电压的一半时，可以认为冷却时间是充分的。
在本发明的另一个优选实施例中，监控和分析灯电压和灯电流，并 且确定灯的伏安特性的性质以给出弧管中气压的指示。在汞蒸汽放电灯 的情况下，这种方法尤其成功。
在正常的操作模式中，汞蒸汽放电灯显示出负的电流-电压特性。 通常通过减小电流引起的灯功率的降低导致操作电压的增加。然而，能 够发现，如果一些汞已经冷凝，则主要通过汞压力的变化确定对于功率 (或电流)变化的电压响应。这导致了不同的对于电流减小的灯电压响 应。和不饱和灯的情况相反，饱和灯的电压因汞冷凝以及所造成的汞压 力的减小而下降。在电流增加的情况下，观察到电压响应性状中的类似 差异。这种性状可以解释如下如果电流在不饱和状况即正常的操作模 式中减小，那么电极之间的等离子体冷却到较低的温度并且电离程度下 降。结果，灯电阻增大，操作电压也如此。另一方面，在饱和状态中， 电流的增加导致灯热量输出的增加。这首先导致从熔融体产生了汞蒸 汽。在气体中蒸发的汞原子的增加还导致灯电阻的增加。对于饱和灯来 说，如果电流增加了，那么这种效应就起到主导作用，并且导致电压的
增力口。
关于作为电流等级函数的电压性状的这种观察已经投入使用，以便 通过同时测量电压和电流以及这些测量4皮此之间的关系，以容易和不复 杂的方式确定灯泡中汞饱和状态的指示。
在本发明的另 一 个实施例中，使用灯电压的斜率和灯电流的斜率的 比率，以给出关于灯中汞饱和状态的定量指示。
按照本发明，根据本发明的图像重现系统，尤其是投影系统，除了 包括高压放电灯之外，还必须包括用于灯的按照本发明的驱动单元。特 别优选地，这种图像重现系统还应当包括中央控制单元以便向驱动单元 发送关断请求，和/或例如控制冷却装置以便至少在关断过程的某个时 期启动灯的强制制冷或者增强强制制冷。
这种更高档的控制单元的使用具有这样的优点，只需要例如通过更
新4空制功竿的灯马区攻 典型的灯驱动器。对于灯驱动器的复杂硬件修改将是不必要的。
在任何情况下，大多数投影仪系统都具有控制和使投影仪系统的其 它部件(例如颜色转盘或者显示器)同步的中央控制单元。在这种情况 下，可以使用中央控制向显示器发出适当的指令，同时向灯驱动器发出 关断请求，以便使显示器暗下来，也就是，只要灯处于接收关断请求和 灯完全熄灭之间的过渡相中，就避免了另外的图像重现。该过程实际上 不被用户所觉察。他将只意识到这样的事实，投影仪在无意中关断之后 可以立即再次打开，因为灯或者仍然在过渡状态并且能够因此回复到正 常的操作功率电平，或者如果灯的确已经完全熄灭，则它将由于根据本 发明的方法而充分冷却，使得它可能立即被再次点燃。
通常来说，本发明可应用于所有类型的高压放电灯。优选地，它可
应用于HID灯，尤其是UHP灯。本发明还可应用于不打算用于投影系 统的其它灯中，例如汽车照明系统的灯。
结合附图，从下述的具体描述中本发明的其它目的和特征将变得显 而易见。然而，应当理解的是，附图仅仅用于说明目的，并不构成对于 本发明的限制。在附图中，其中相同的附图标记在全文中都表示相同的 元件。
图1示出了根据第一个实施例按照本发明的方法的可能动作序列的 流程图2示出了监控放电过程稳定性标准的可能监控过程的流程图； 图3示出了根据第二个实施例按照本发明的方法的可能动作序列的 流程图4示出了根据第三个实施例按照本发明的方法的可能动作序列；
图5示出了根据第四个实施例按照本发明的方法的可能动作序列；
图6示出了根据本发明的灯驱动单元的方框图7示出了根据第一个实施例的投影仪系统的灯、制冷装置和所需 的控制部件的示意图8示出了根据第二个实施例的投影仪系统的灯、制冷装置和所需 的控制部件的示意图9示出了根据本发明的投影仪系统的实施例的示意图；图IO示出了灯电压、灯电流、额定灯功率和瞬时灯功率在灯功率 降低到刚好可以维持放电的最低功率电平，以及随后灯功率回复到正常 操作功率的过程中的进展；
图11示出了在灯功率变化过程中120瓦特UHP灯的电压变化。
为了清楚的目的，选择图中物体的尺寸，而它们不一定反映实际的 相对尺寸。
在图l-5中，描述了用于关断汞蒸汽放电灯的可能动作序列。不用 说，在有关这些明确的动作过程中提到的值仅仅是示范性的，并且涉 及一一但是并不限制本发明的通用性一一在灯的正常操作中具有120/ 130瓦特额定功率的汞蒸汽放电灯。显然，必须将这些值调节到适合实 际使用的任何灯或者驱动器构造。
在图1所示的动作序列中，在关断过程中直接影响了瞬时灯功率。 该流程图的初始步骤50、 51示出了以常规的方式将瞬时功率例如调节 到用于灯操作的正常额定值。步骤51在一个循环中连续地检查是否已 经登记了关断请求，也就是用户是否想要关断灯。如果是这种情况，则 实际上关断灯的方法在步骤52开始。为此目的，首先在步骤52中将"目 标功率，，降低到20W。 20W的功率电平低于灯能够以稳定方式运行的电 平。目标功率应当优选地位于额定功率的20%到25%的范围中，并尤其 优选地在其之下。
随后，开始包括步骤53、 54、 55和56的调节循环，由此在第一个 步骤53中，评估放电过程稳定性标准。下文借助于图2更具体地解释 了针对该评估的可能性。如果满足放电过程稳定性标准，则将通过减小 瞬时电流来减小瞬时功率，直到获得期望的20W目标功率(步骤54)。 另一方面，如果不满足放电过程稳定性标准，则在步骤55中暂时地升 高实际的功率。
随后，在两种情况下，步骤56评估灯是否足够凉或者不凉。如之 前提到的，这可能仅仅涉及检查是否已经过去了某个时间段，也就是， 是否已经经过了某个冷却时间段。同样地，可以评估和灯的瞬时或者平 均电压有关的标准。其它的可能性是测量温度或者估计灯中的压力，后 面将借助于图11更详细地对此进行解释。
如果在步骤56还没有达到冷却标准，则步骤53再次评估放电过程
稳定性标准，并因此进一步降低瞬时功率，或者如果还没有实现放电过
程稳定性标准，则在步骤55中再次升高功率。该方法保证了，将瞬时
灯功率永久地保持在可以维持放电弧的最低可能电平上，直到能够满足
冷却标准。 一旦步骤56确定满足了冷却标准，则可以接着在步骤57进 行灯的最终关断。
图2示出了用于评估放电过程稳定性标准的可能流程图。图2所示 的整个动作过程可以代替图1的流程图中的步骤53。
在步骤60中通过测量灯电压采样Ui开始评估。以规则的间隔进行 这种测量。例如，在目前使用的驱动器电路中，在灯的半周期内以短间 隔进行16次测量。然后，在步骤61中，将灯功率平均值O计算为之前 N个采样的平均值。随后，在步骤62,将新的平均值0和针对之前测 量计算的平均值0。w比较，并且在步骤63中，可以进行平均值的更新， 或者用新平均值0代替旧的平均值0。ld,以便在后续测量循环中进行比 较。
代替存储之前的N个测量并且计算相应的平均值，比较该值和旧的 平均值，并且如果是可使用的，则在步骤61更新它的是，例如根据下 述方程式可以连续地用新的测量值U计算滑动平均值0:
0 = Oold 0.95 + U, 0.05
这对应于一阶低通滤波器并且还可以使用离散模拟电路来实现。 不管计算电流平均值tj的方式如何，通过评估电流测量值Q和平
均值O的偏差是否大于(或者已经达到)某个阈值Us,步骤64可以评 估实际的稳定性标准。可以将该阈值定义为平均值O的一定百分比。例 如，根据实现的灯和驱动器电路，它可以位于平均值O的1%和10%之间。
图3示出了根据本发明的方法，该方法类似于图l用于关断灯的方 法。这里，在步骤70中，也在灯运行过程中实现"正常的，，功率调节， 并且步骤71也在一个循环中检查是否已经登记了关断请求。如果是这 种情况，则步骤72也首先指定20W的目标功率。
然后开始调节循环，其也起始于步骤73中的稳定性标准的评估。 然而，不像图1中的方法的是，在功率调节中没有出现直接的千涉。相 反，在步骤74中或者只要满足放电过程稳定性标准并且只要目标功率 大于目标功率，则降低对应调节循环的期望功率，或者在步骤74中升
高期望的功率，所述调节循环根据期望的灯功率调节瞬时功率。在步骤 76中，根据瞬时期望功率调节实际的或者瞬时功率。通过调节电流以通 常的方式实现根据预定的期望功率针对实际功率的调节。
还是在根据图1的方法中，随后在步骤77中评估是否满足冷却标 准满意，循环是否再次完成，以及只要满足冷却标准，则在步骤78中 最终将灯熄灭。
图3中所述的动作序列的优点在于，根据需求将想像中的期望功率 值朝着目标功率降低，而实际上没有干涉驱动器的通常的实际功率调 节，因而没有以任何方式徒然抑制后者。
在根据图1和3的方法中，緩慢地将功率调节到目标功率。当功率 调节容易产生振荡时，这是特别希望的。因此，图1的步骤54中实际 功率以小增量接近于目标功率，或者图3的步骤74中期望的功率以小 增量接近于目标功率(由此在步骤76中根据瞬时期望功率调节实际功 率)。可以根据灯和驱动器构造限定增量步长的大小。例如，在每个灯 的周期中将具有120W额定功率的灯的期望功率降低0.067W。在50Hz 的灯频率下，这将允许在30秒内达到20W的目标功率。如果在步骤53 或者73中检测到不稳定性，则可以在步骤55和75中分别将瞬时功率 或者期望功率升高例如5W。然后可以以每周期0.067W回到目标功率。
在这种方法中，可能希望的是，使变化率与瞬时功率相适应。因此， 对于期望功率和目标功率之间的大偏差来说，可以将期望功率每周期降 低0.1W,并且对于小于例如5W的偏差来说，可以将期望功率仅仅每周 期降低0.01W。
为了加速这个过程，可以在初始的第一阶段将期望功率降低到较低 的功率，只要保证这将不导致放电弧熄灭。在图4中描述了该方法的这 种版本。这里，步骤80也表示灯的通常的功率调节，以及在步骤"中 也进行关断请求的连续轮询。如果登记了这种关断请求，则在步骤82 中立即将期望功率降低到35W。随后在步骤83中根据瞬时期望功率调 节实际的功率。其后，可以在步骤84中实现将目标功率设置为20W， 这对应于图1和3中的步骤52和72。然后可以在具有步骤85、 86、 87、 88、 89的调节循环中实现将期望功率进一步调节到指定目标功率，所述 调节循环对应于具有步骤73、 74、 75、 76、 77的图3的调节循环。然 后，如果在步骤89中已经评估了冷却标准并且满足该冷却标准，则可
以在步骤90中最终将灯熄灭。
这种特别优选的两阶段过程保证了最初使功率快速地降低到高于 目标功率的安全值，并且随后緩慢和小心地使功率接近于实际的目标值。
图5示出了另一个可替换过程，其中在步骤100中的通常的功率调 节中，在步骤IOI中已经登记了关断请求之后，在步骤102中立即将期 望功率降低到20W,然后在步骤103中，将实际的功率调节到接近于该 期望功率。随即，在步骤104中将目标功率降低到20W(为了清楚起见 这里示为随后的步骤)，并且在步骤105中进行放电过程稳定标准的评 估，以便保证灯没有熄灭。用于规则地评估放电过程稳定性标准和在步 骤107中相应升高期望功率，或者在步骤106中降低期望功率以及在步 骤108中也将实际功率调节为瞬时期望功率以及在步骤109中评估冷却 标准的后续循环对应于借助于图3和4已经描述的通常方法。在这种情 况下， 一旦在步骤109中满足了冷却标准，则也可以在步骤110中最终 熄灭灯。
除此之外，还可以用已经针对图1的步骤53或者用图2描述的相 同方式实现图3的步骤73、图4的步骤85或者图5的步骤105中的放 电过程稳定性标准的评估。
如上面已经提到的，对于冷却标准可以简单地采用时间值，也就是 例如通过达到平衡温度在灯可能完全冷却的时间长度之后可以估计 它，以及在已经经过了该时间长度之后，该过程可以中断并最终将灯关 断。在针对120W汞灯进行的实验中，已经观察到，当将灯向下调节到 大约20W的目标功率时，60s-240s的冷却时间段是足够的。可以和灯的 冷却成比例地减少该时间长度，所述灯的冷却例如通过外部的空气冷 却。
显然，更精确地估计灯中的压力是更好的，使得然后由此当压力降 到低于某个等级时可以最终关断灯。这具有以下优点 一方面，在不利 条件导致灯较慢地冷却的情况下将不能太快地关断灯；另一方面，在灯 实际上的确非常快地冷却下来的情况下，该过程不会占用不必要的时间长度。
估计灯中的瞬时压力的 一 种可能性涉及观察电流和电压之间的关 系，或者电流和电压的斜率之间的关系。图1 1示出了 一个灯电流周期中记录的电流I (上面)和电压U! 3 (下 面)曲线的例子。电流I示出了在每一次换向之前额外的增加，即所谓 的防抖动脉沖，为了稳定性的原因将其应用在大多数灯中。所示出的电
压Un是在图6中的A/D转换器13的输入端测量的电压。点线和点划 线U,、 Uu示出了用相当大的电容器15进行的测量，虚线和实线U〃 、 U〃示出了用非常小的电容器15或者根本没有电容器进行的测量。
第一对曲线lh、 示出了在具有大约200巴的汞压力的正常操
作条件下测量的典型电压响应。第二对曲线Uu、 U/示出了在降低的 压力(例如50巴)下的相同测量。
显然，用这种电压响应，可以A^电压测量值确定灯1内部的压力。 当施加增加的电流时电压的急剧负变化表明高压力，而更平坦的变化表 明汞的冷凝，以及由此降低的压力。最终这种变化容易变成正的，也就 是可以观察到电压的增加，而不是电压的降低。
因此驱动器控制可以为这种电压变化设置某个阈值，以便确定灯压 力已经降低到足以将灯关断的时间。
甚至更先进的解决方案还可以测量电压阶跃响应的过渡时间，正如 可以看到的，其也指示出灯压力的强烈变化。现。
该驱动单元4通过连接器9和气体放电灯1的放电腔室3中的电极 2连接。另外，驱动单元4连接到电源8，并以输入端18为特征，以接 收关断请求或者其它的控制信号，以及还有输出端19，用于将例如灯状 态LS报告给较高级的控制单元。
驱动单元4包括直流转换器24、换向级25、点燃装置32、灯功率 控制单元10、电压测量单元14和电流测量单元12。
灯功率控制单元IO控制转换器24、换向级25和点燃装置32并监 控气体放电灯1处的灯驱动器4的电压性状。
换向级25包括控制四个开关27、 28、 29、 30的驱动器26。点燃装 置32包括点燃控制器31 (包括例如电容器、电阻器和火花隙)以及借 助于两个阻塞门33、 34产生对称高压使得灯l可以点燃的点火变压器。
通过例如380V的外部直流电源8给转换器24供电。直流转换器24 包括开关20、 二极管21、电感器22和电容器23。灯功率控制单元10
通过电平转换器35控制开关20,以及由此还控制灯1中的电流。以这 种方式，通过灯功率控制单元IO调节实际的灯功率。
电压测量单元14和电容器23并联连接，并以具有两个电阻器16、 17的分压器的形式来实现。电容器15和电阻器17并联连接。
对于电压测量，通过分压器16、 17在电容器23处转换出降低的电 压，并借助于模/数转换器13在灯功率控制单元10中测量该降低的电 压。电容器15起到降低测量信号中的高频失真的作用。
在灯功率控制单元10中借助于电流测量单元12监控灯1中的电 流，该电流测量单元还根据感应的原理操作。由于灯功率控制单元10 借助于电平转换器35和开关20控制灯1中的电流，所以还可以在灯功 率控制单元10中接收瞬时电流电平。在这种情况下，根据本发明所需 的电流测量单元直接集成在控制电路中，并且为了检测的目的，可以使 用图6所示的外部电流测量单元36，或者对于一些类型的灯来说，可以 完全省略该外部电流测量单元。
灯功率控制单元10包括可编程微处理器。在这里以在控制电路的 微处理器上运行的软件的形式实现分析单元11。分析单元11记录和分 析由电压测量单元14和电流测量单元12报告的测量值。
分析单元11和电压测量单元14和模/数转换器13 —起提供了一 种监控装置，用于在灯功率降低过程中以及在以降低的操作电平下驱动 灯的过程中监控灯电压。根据本发明，按照所定义的放电过程稳定性标 准，可以在分析单元11内实现分析或者评估，使得灯功率控制单元10 可以调节图1和4所述的过程。
在分析单元11中还可以实现如图5所描述的压力的监控，因为这 里电压受到监控，并且还可以借助于电流测量单元12测量电流。因此， 使用分析单元11,还可以评估冷却标准，并且可以通过最终关断灯1来 结束关断过程。
直接通过输入端18,以关断请求的形式将启动灯关断过程的指令转 送到灯控制单元10。灯功率控制单元IO可以通过输出端19使得灯1的 瞬时灯状态LS是已知的。
尤其是，灯状态LS可以报告是否仍在转变周期中驱动灯1朝着降 低的功率电平减小，或者关断过程是否完成了。如果有必要，通过该输 出端19可以知道其它更精确的信息(例如和瞬间压力有关以及通过分析单元11确定的信息)。
图7和8示出了可能的实现，其中可以通过图像重现系统40中的 中央控制单元5驱动灯驱动单元4。在下文中假设图像重现系统40是才殳 影仪系统，在图9中示出了其基本结构。
图9中所示的投影仪系统是时序系统，其中不同的颜色一一红色、
绿色和蓝色---个4妄着一个地重现，由此通过用户眼睛的反应时间》见
察到各种颜色。
因此，灯1的光在反射器41内聚焦到具有三种颜色区域红R、绿G 和蓝B的颜色转盘42上面。以一定的步调驱动该颜色转盘，使得产生 或者红色图像、绿色图像或者蓝色图像。然后通过准直透镜43聚焦根 据颜色转盘42的位置产生的红色、绿色或者蓝色光，使得均匀地照射 显示单元44。这里，显示单元44是芯片，在其上布置着多个微小的可 移动镜子作为独立的显示元件，其每一个都和一个像素有关。用光来照 射这些镜子。根据投影区域(也就是生成的图像)上的像素是否明亮或 者黑暗来倾斜每个镜子，使得通过投影透镜45将光反射到投影区域上， 或者离开投影透镜并且到达吸收器上。镜子阵列的各个镜子形成栅格， 可以用栅格产生任何图像，并且用该栅格例如可以重现视频图像。借助 于脉宽调制方法产生不同亮度等级的重现，其中控制显示装置的每个显 示元件，使得对于图像持续期间的某个部分而言，光照射到投影区域的 相应像素区域上，而对于剩余的时间而言，则没有照射到投影区域上。
这种才殳影4义系统的例子是Texas Instruments 的DLP -系统(DLP =数字光处理)。
自然，本发明并不局限于那种投影仪系统，而是可以和任何其他类 型的投影仪系统一起使用。
图9还示出了通过灯驱动单元4控制灯1,该灯驱动单元4反过来 通过中央控制单元5来控制。这里，中央控制单元5还控制用于冷却灯 l的通风设备7，并且还控制颜色转盘42和显示装置44的同步。可以 将信号(例如视频信号V)输入到中央控制单元5，如该图中所示的。
如同也在图7中所示的，该中央控制单元5还连接到电源8，并设 置有用户接口 6,例如接通/关断开关或者远程控制输入端或者类似装 置，用户可以使用该接口来关断投影仪系统40。控制单元随后向灯驱动 器4的输入端发送关断请求SR,使得这可以以之前所述的方式降低灯
功率，然后在灯1充分冷却之后将其关断。同时，中央控制单元5启动
通风设备7，或者将通风增加到最大，以便加速灯1的冷却。而且，中 央控制单元5可以控制显示单元44,使得图像不再重现，使得从用户的 角度来看，设备是真正关断的，并且光不再投影到投影区域上。
一旦灯驱动单元4已经完全关断了灯1，则它就通过输出端19将相 应的灯状态信号LS报告给中央控制单元5,中央控制单元5然后关断通 风设备7和灯驱动单元4，并且例如将整个装置设置在备用状态，或者 通过电源8的开关将其完全关断。
图8示出了稍微不同的实现。这种实现和图8的实现之间的差别基 本在于，在这种情况下通风设备7不受中央控制单元5的控制，而是由 灯驱动单元4直接控制。
图10从上到下示出了对应在更长的时间段中正被朝着较低功率电 平驱动的灯的平均灯电压U、灯电流I、期望功率Po和实际功率Pa的 曲线。灯的实际或者瞬时功率PA跟随着灯电流I。将期望功率Pd降低 到20W的指定目杯功率Pt，并保持在该电平。由于稳定性标准的评估， 所以实际的功率不均匀地跟随着该规则。这是如之前图l所述的简单功 率调节。
可以清楚地看出，功率的确首先朝着曲线的中间降低到20W。其 后，人们可以看到一个小的尖峰，该尖峰在对应平均灯电压U的曲线中 也是可以看到的。同时，人们可以看到灯电流I以相对较大的增量增加。 由于这种重复的增加，实际的灯功率Pa最終接近于30W。对于在该实 验中使用的灯而言，这是可利用的功率值，在该功率值处正好可以保持 放电弧。实验快结束时，关断期望功率并且立即再次打开。实际的灯功
率PA緩慢地回复到额定值。
尽管以优选实施例和其上的变形的方式公开了本发明，但是将理解 的是，在不脱离本发明的范围的条件下可以作出多种附加的修改和变 化。为了清楚起见，还应当理解的是，在整个该申请中"一"或者"一 个"的使用并不排除多个，并且"包括"并不排除其它的步骤或者元件。 而且，"单元"可以包括多个块或者装置，除非明确地描述成单个实体。
权利要求
1.一种关断高压放电灯(1)的方法，其中该高压放电灯在弧管(3)中设置有一对电极(2)，该方法包括步骤将灯功率(PA)降低到降低的操作电平，在从照明状态到熄灭状态的过渡状态中该电平能够维持电极(2)之间的弧放电；以该降低的操作电平驱动灯(1)，使得灯(1)冷却；在该灯功率降低过程中和在以降低的操作电平驱动灯(1)的过程中，按照所定义的放电过程稳定性标准来监控灯电压(U)，并且如果不满足该放电过程稳定性标准，则增加灯功率(PA)；在允许灯(1)冷却到一定状态的足够持续时间之后完全关断灯功率(PA)，在所述状态下，气压使得灯(1)可以在熄灭之后很快地重新点燃。
2. 根据权利要求l的方法，其中，为了确定所述放电过程稳定性标准，确定某个窗口上的灯电压平均 值(0)。
3. 根据权利要求2的方法，其中，确定滑动窗口上的灯电压平均值(0)并且只要瞬时测量的电压值 (UO到灯电压平均值(CO的距离低于或者等于阈值，则满足放电过程 稳定性标准。
4. 根据权利要求1至3的任一项的方法，其中， 至少在以所述降低的操作电平驱动灯(1)的过程中，通过目标灯功率(Pt)控制期望的灯功率(PD),以及如果不满足所述放电过程稳定性标准，则增加瞬时期望灯功率 (Pd)，以及随后通过瞬时期望灯功率(Pd)控制实际的灯功率(Pa)。
5. 根据权利要求1至4的任一项的方法，其中， 在灯功率降低过程中，根据瞬时灯功率(PA)选择功率降低的速度。
6. 根据权利要求1至5的任一项的方法，其中， 在灯功率降低过程的第一阶段中，灯功率(Pa)快速地降低到所定义的第一功率电平。
7. 根据权利要求l至6的任一项的方法，其中， 至少在关断过程的一个阶段中，启动或者增强灯(1)的强制制冷。
8. 根据权利要求1至7的任一项的方法，其中， 在以所述降低的操作电平驱动灯(1)达到一定的预定时间段之后将其关断。
9. 根据权利要求1至7的任一项的方法，其中在以所述降低的操 作电平驱动灯(1)的过程中，监控灯(1)的弧管(3)中的气压，并 且根据观察到的气压关断灯(1)。
10. 根据权利要求9的方法，其中，监控和分析灯电压(U)和灯电流(I)，并且确定灯(1)的伏安 特性的性质，以给出弧管(3)中的气压的指示。
11. 一种驱动单元(7),用于驱动高压放电灯(l),其中在弧管 (3)中设置有一对电极(2),该驱动单元(7)包括关断请求输入端(l8),用于接收关断请求(SR);灯功率控制单元(18),其布置成这样的方式，当接收到关断请求 (SR)时，灯功率(Pa)降低到一个降低的操作电平，从照明状态到熄 灭状态的过渡状态中该电平能够维持电极(2)之间的弧放电，并且以 该降低的操作电平驱动灯(1 )，使得灯(1 )冷却；以及监控装置(11, 13， 14),用于在该灯功率降低过程中和在以 该降低的操作电平驱动灯(1)的过程中，按照所定义的放电过程稳定 性标准来监控灯电压(U);由此以这样的方式配置灯功率控制单元(10),如果不满足该放电 过程稳定性标准，则增加灯功率(Pa)，并且在允许灯(1)冷却到一 定状态的足够持续时间之后完全关断灯功率(Pa),在所述状态下，气压使得灯(1 )可以在熄灭之后很快地重新点燃。
12. —种图像重现系统(40)，尤其是投影仪系统，包括高压放电灯(1)以及包括根据权利要求10的驱动单元(4)，在所述高压放电 灯(1)中，在弧管(3)中设置有一对电极(2)。
13. 根据权利要求11的图像重现系统(40),包括中央控制单元 (5),该中央控制单元(5)用于向驱动单元发送关断(SR)请求和用 于控制冷却装置(8)，以便至少在关断过程的一个阶段中启动或者增 强灯的强制冷却。
全文摘要
本发明描述了一种关断高压放电灯(1)的方法，其中在弧管(3)中设置了一对电极(2)。该方法包括步骤将灯功率(P<sub>A</sub>)降低到一个降低的操作电平，在从照明状态到熄灭状态的过渡状态中该电平能够维持电极(2)之间的弧放电；以降低的操作电平驱动灯(1)，使得灯(1)冷却；在该灯功率降低过程中和在以降低的操作电平级驱动灯(1)的过程中，按照所定义的放电过程稳定性标准来监控灯电压(U)，并且如果不满足放电过程稳定性标准，则增加灯功率(P<sub>A</sub>)；在允许灯(1)冷却到一定状态的足够持续时间之后完全关断灯功率(P<sub>A</sub>)，在所述状态下，气压使得灯(1)可以在熄灭之后很快地重新点燃。而且，本发明描述了用于驱动高压放电灯(1)的适当的驱动单元(7)和包括这种驱动单元(4)的图像重现系统(40)，尤其是投影仪系统。
文档编号H05B41/26GK101209001SQ200680022870
公开日2008年6月25日 申请日期2006年6月19日 优先权日2005年6月24日
发明者C·德佩, H·莫恩克, J·-J·P·J·范登伯格, J·波尔曼-雷特施, T·芒特斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司