专利名称：用于驱动气体放电灯的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于驱动气体放电灯的方法，在该方法中为了产生最 优的工作条件而改变气体放电灯的至少一个电极的构型，其中气体放电灯 通过交$危电压或交$充电$危或者通过直$危电压或直$危电$危馈电。
背景技术：
尤其是在例如用于视频投影的放电灯(如HID (高强度放电)灯) 工作时，通常出现的问JHA，在使用寿命期间在该灯的两个电极上生长了 一些结构。由此，在使用寿命期间改变了这种HID灯的点火电压。电极 的回燃(Zurueckbrennen )增大了电^U巨离并且由此也增大了 HID灯的 点火电压。点火电压的增加在此可以为每小时大约0.05V至每小时大约 IV。这种结构的生长或者这种尖端生长减小了电^J巨离并且由此也降低 了HID灯的点火电压。在此，在大约15分钟至数小时内，典型的值为大 约IV至大约20V。点火电压的典型曲线通过这两种效应的叠加来得到， 这两种效应一方面由于这些结构的生长而另一方面由于电极的回燃而产 生。
通常，当HID灯是新的并且尚未工作时，对于该HID灯，点火电压 通常可以为大约70V。由于上面提及的这种结构生长到电极上，点火电压 会下降到大约40V至大约60V。由于电极回燃，在电灯的使用寿命期间 会出现点火电压升高至大约130V。如该例子所示，在此，尤其是会导致， 在开始的大约300工作小时内，由于这种尖端生长或者由于这种生长的结 构而使点火电压下降到电灯在如新的 一样的状态下所具有的值之下。
HID灯近似为温度相关的电压源，也就是说在灯的所谓的燃烧器中 的温度分布确定了点火电压。灯功率在此通过以下方式来调节在给定的 灯电压的情况下，由与灯相连的电子镇流器提供如此多的电流，使得灯功 率对应于额定值。在用于视频投影的光源的情况下，灯功率被mtt确地调 整并且>^仅具有在百分之几的范围中的容差范围。这因此实现了能够控制投影系统的光功率。
用于HID灯的电子镇流器通常具有最大可能的输出电流。输出电流 的最大可能的RMS (均方根)值Irms咖x尤其取决于电子镇流器本身的 部件的最大允许的欧姆加热和电子镇流器所处于的环境。尤其是，最大允 许的欧姆加热与必要时存在的对电子镇流器的冷却有关。
在输出电流lRMS改变的情况下，经过了数分钟的典型时间间隔直至 在部件中达到新的热平衡。当输出电流在短时间内被改变，且该时间小于 直至达到新的热平衡的时间时，在该时间间隔中对部件的加热小于在电流 持续增加同样的值时对部件的加热。短时可能的最大电流(持续小于直至
达到热平衡的时间)通常高于所述可能的最大电流l腿smax。短时可能的 最大电流通常取决于其他部件特性，而不是持续可能的袭大电流lRMS_max。 例如，短时可能的最大电流取决于电感未i^饱和时电感的最大可能^l调 节。此夕卜，该短时可能的最大电流还可以取决于半导体开关和二极管的允 许的最大峰值电流。
在给定的灯电压的情况下，最大可能的灯功率与电子镇流器的最大可 能的输出电流I謂s max有关。在由HID灯和电子镇流器构成的给定的系统 中，在开始的大约300工作小时内，由于以下原因会降低最大可能的灯功
率HID灯的点火电压由于在电极上生长的结构而降低。由此，通过电 子镇流器的给定的最大输出电流Irms—max降低了系统的最大可能的灯功 率。由此，在一些情况下会出现HID—灯不再能以其额定功率被驱动。尤 其会发生的是，HID灯由于在其额定功率之下工作而不能达到其额定的 工作温度。灯电压又与温度有关。在通常的温度范围中，灯电压随燃烧温 度上升而升高。因此， 一些结构生长到电极上的效应和由此在过低的灯功 率下勉强工作的效应也会通过由此在灯内部空间中出现的过低的温度来 增强。总之，在电极上生长一些结构因此会导致HID灯以不希望的工 作M、尤其是过低的灯电压(与燃烧器温度以及在电极上生长的结构的 距离有关)运行，并且因此由于电子镇流器的受限的最大输出电流I脂s—max 而以过低的灯功率运行。
为了控制电极形状，在德国公开出版物DE 100 21 537 Al中公开了 一 种用于驱动气体放电灯的方法和装置，在该方法中要实现结构如所希望地 生长到气体放电灯电极上，使得在确定的时间间隔中提高了灯的瞬时功 率，其中连续或者间断地测量至少一个随时间改变的灯的工作数据的值，并且根据测量的值来选择交流电压或者交流电流的频率。在所公开的方法
中，气体放电灯工作时发生的输运过程(Transportprozesse)应当用于有 目的地将一些结构生长到电极上。在所公开的方法中，这通过灯频率的改 变来实现。通过工作频率的受控的改变而利用输运现象来使材料积聚到电 极上。除了与本发明中恰恰要防止这样的结构的生长或者要去除已生长的 结构的不同点之外，已公开的方法的另一缺点是，即在一些投影应用(例 如DLP)中，灯频率不能自由选择，并且因此不能进行这种电极成形。
此外公开的是，在制it^根据以下准则执行燃烧器的选择使得点火 电压高于确定的下限。然而，下PM^此被选择得这样高，使得不会出现在 此存在的生长结构的问题。然而，在此主要的缺点是在燃烧器制造中的较 高的次品。
另一可能性在于，灯类型的平均点火电压通过填充物的较高的气压来 提高。然而在此不利的是，燃烧器容器必须经受住较高的压力，并且因此 或者需要更好的容器，或者在该灯类型的情况下必须接受破裂的燃烧容器 的较高的次品率。
此外，也可能的、并且已公开的是，通过使用其他部件来提高电子镇 流器的最大可能的输出电流I画x咖x。在此，例如4吏用具有低的漏-源电 阻的晶体管，或者^吏用具有较大^铜截面的电感，或者4吏用具有较高的可 调节性的电感，或者使用具有更好的散热或者更大的冷却体的部件。然而， 在此主要的缺点是，成本极高和电子镇流器非常大。
此外，在此也需要对镇流器进行更强地冷却，由此需要更大的并且更 昂贵的通风器，该通风器产生大的通风噪声。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提供一种用于驱动气体放电灯的方法，通 过该方法能够以可靠且经济的方式进行对气体放电灯的电极构型的改变。 尤其是，应该实现气体放电灯的具有改进的使用寿命特性的最优运行。
本发明的任务通过一种具有权利要求1所述的特征的方法来解决。
在一种根据本发明的用于驱动气体放电灯的方法中，气体放电灯的至 少一个电极的构型在气体放电灯工作期间改变。该气体放电灯可以以交流 电压或者以交流电流来驱动。然而，该气体放电灯也可以以直流电压或者直流电流来驱动。本发明的主要思想在于，至少一个电极的构型通过以下
方式受到影响通过改变灯电流，在可预先给定的持续时间中产生至少一 个电流脉沖。该电流脉冲在此被生成，使得在气体放电灯的至少一个电极 上生长的结构至少部分被去除，其中当气体放电灯被馈以交流电压或者交 流电流时，在交流电压或者交流电流的至少一个完整的半波的持续时间中 产生电流脉冲。在此，电流的提高和因此电流脉沖的产生在完整的半波的 持续时间上，尤其是在多个半波的持续时间上被执行。如果气体放电灯被 馈以直流电压或者直流电流，则在大约O.ls至大约5s的持续时间中产生 电流脉冲。电流的平均值在此在所述持续时间中被提高。
通过改变灯电流来在完整的半波的相应的持续时间上产生至少一个 电流脉冲，可以可靠且持续地去除在至少一个电极上所生长的结构。气体 放电灯的工作条件和因此气体放电灯所设置在其中的整个系统的工作条 件由此可以得到明显的改善，并且延长了4吏用寿命。因此，在本发明中， 独立的电流脉冲通过提高灯电流来产生，而不同于DE 100 21 537 Al的现 有技术中那样在半波的时间终点处对近似加到交流电流上的短时电流进 行提高
此外，通过根据本发明的方法能够实现在长的持续时间上稳定工作。 这尤其是在用于投影系统的HID灯的情况下是重要的优点，因为能够近 似连续地防止结构的过度生长并且由此能够保持电极之间的距离基本不 变。这又对点火电压的连续性产生有利影响，并且因此影响气体放电灯的 整体工作。
有利的是，与气体放电灯的至少一个工作^lt相关地生成电流脉冲的 幅度和/或电流脉冲的分布和/或电流脉冲的持续时间和/或电流脉冲产生 的时刻。优选地，气体放电灯的被检测到的灯电压和/或该灯电压的被检 测到的分布被用作工作M。
此外，优选的是，可以与超过灯电压阈值或者低于灯电压阈值相关地 实现电流脉冲的幅度和/或电流脉冲的分布和/或电流脉冲的持续时间和/ 或电流脉冲产生的时刻。
电流脉冲的幅度和/或电流脉冲的分布和/或电流脉冲的持续时间和/ 或电流脉沖产生的时刻有利地也可以被如下产生使得生长到至少一个电 极上的结构被去除，并且同时能够将与气体放电灯相连的电子镇流器的电 流负载保持较小并且该电流负载基本上维持不变。电流脉冲因此有利地被如下产生使得所生长的结构至少部分被去除，或者所生长的尖端歉溶化， 并且电子整流器或者其部件的电流负载或者热负栽是低的。此外，电流脉 冲的产生也可以被如下实现使得电流脉冲对气体放电灯所发射的光的可 见的影响或者对投影单元的图像的可见影响较小，并且尤其是不能祐-见察 者觉察。
优选的是，电流脉沖的持续时间在大约O.ls到10s之间的时间间隔中。 优选地，电流脉沖的持续时间小于两秒钟，尤其是小于一秒钟。如此短的 具有增大的电流的脉沖已经能够实现熔化所生长的结构，并且由此^吏得点 火电压的升高量高达大约20V。
可以设计的是，电流脉冲的峰值至少在预先给定的持续时间中大于电 子镇流器的最大允许的电流值，其中该电子镇流器与气体放电灯电连接。 尤其是，电流脉冲的幅度和/或电流脉冲的持续时间和/或电流脉沖的形状 被选择为使得电子镇流器不强于应用所允许地进行加热。由此，可以防止 电子镇流器的部件过载、其功能被影响或者甚至被损毁。
优选地可以设计的是，在电流脉冲的持续时间内检测气体放电灯的灯 电压的分布，并且与检测到的灯电压的分布有关地产生电流脉沖的幅度和 /或电流脉冲的分布和/或电流脉冲的持续时间。由此，可以实现使与气体 放电灯相连的电子镇流器的负载最小化，并且使气体放电灯的所发射的光 中的可见的改变最小化。
有利的是，电流脉冲的幅度和/或电流脉冲的分布和/或电流脉冲的持 续时间和/或电流脉沖产生的时刻被如下生成使得灯电压的升高速度和/ 或灯电压的值在电流脉冲的持续时间结束之后对应于所希望的和所需的 值。例如，电流脉冲的幅度可以调节为仅仅高得使刚好能够实现熔化尖端 或者去除所生长的结构。由此也保护了电子镇流器和气体放电灯，并且气 体放电灯所发射的光以最小的方式改变。由此，也能够实现灯电压的緩慢 且可控的改变。这又能够实现有目的地控制在电流脉冲关断或者在电流脉 冲的持续时间结束之后形成的灯电压。
有利地可以设计的是，电流脉冲在气体放电灯的起动阶段期间被产 生。这是特别有利的，因为在此气体放电灯所发射的光的改变和由此视频 投影设备的图像的改变不会像例如起动之后的实际工作期间那样作为干 扰而被察觉。
电流脉沖的幅度和/或电流脉冲的分布和/或电流脉冲的持续时间和/或电流脉冲产生的时刻优选与电子镇流器的热负载有关，其中该电子镇流
器与气体放电灯电连接。
可以设计的是，电子镇流器检测灯电压，并且灯电压的分布优选被存 储。该灯电压的分布也可以在关断电子镇流器的期间被存储在存储器中。 灯电压的分布的存储也可以在气体放电灯的多个工作周期上进行。 一方面 起动阶段的分布可以作为灯电压的时间分布**测，而在起动阶段之后的 点火电压的时间分布也可以被检测。同样，当气体放电灯和电子镇流器在 目前所进行的燃烧阶段之前的燃烧阶段期间曾被关断时，可以检测在此期 间的灯电压的分布。
可以设计的是，只有当测量到的灯电压小于可预先给定的边Ki时才
生成电流脉沖。也可以i殳计为，当测量到的灯电压的分布指示灯电压由于
此，边^IHi可以被选择为使得灯电压降低到最小值以下的概率小于等于最 小的概率值，其中在该最小值的情况下电子镇流器i^限流模式。
有利地，也可以设计的是，与气体放电灯相连的电子镇流器在生成的
电流脉冲期间产生用于对电子镇流器通风的额定值，由此能够实现必要
时能够在保持通风的情况下产生更高或者更长的电流脉沖。电流脉沖因此 可以与电子镇流器的通风相关地生成。电子镇流器的温度或者单个部件的
温度在此例如可以通过一个或者多个温度传感器iM^测。
如果气体放电灯^L馈以交流电压或者交流电流，则电流脉沖被产生并 且被输送给气体放电灯的电极。具有阳极的工作状态的电极分别经受电流 脉冲的作用，并且生长在其上的结构至少部分被去除或者被熔化。可以这 样说，电流脉冲存在于如下的电极上该电极在该时刻在工作状态中作为 阳极来起作用或者被驱动。当第一电极作为阳极被驱动时，电流脉冲至少 在一个半波中始终处于该第一电极上，而当第二电极作为阳极被驱动时， 电流脉冲在至少一个半波中始终处于气体放电灯的第二电极上。由此可以 实现与其中产生电流脉冲的时间斜目比，在其中未产生电流脉冲的时间 段中，电灯的光功率能够保持基本恒定。由此，基本上未出现功率损失， 因此光通量以及由此由该气体放电灯产生的光没有能被观察者的眼睛察 觉的波动。此外，也可以实现电子镇流器的更小的电流负栽。电流脉冲的 持续时间可以在大约100ms到大约3s之间。优选地，电流脉冲施加到电 极上持续大约10个半波至大约500个半波，其中电灯的工作频率可以在大约50Hz到大约200Hz之间。
以下参照附图更为详细地阐述本发明。其中 图l示出了灯电压和灯电流与时间相关的分布； 图2示出了灯电压和灯电流与时间相关的第二分布； 图3示出了灯电压和灯电流与时间相关的第三分布。
具体实施例方式
在图1中所示的图中示出了 HID灯的灯电压UL与时间相关的分布。 同样，在该图中示出了电流脉冲I腿sL的分布。在所示的实施例中，HID 灯祐 绩以交流电压或者交流电流。如未该图中可看到的那样，直至时刻^ 灯电压具有大约53V的基本上恒定的值。同样直至时刻t，灯电流lRMsj 基本上是恒定的，并且在该实施例中具有大约3A的值。在时刻k，灯i
流lRMs—L被提高并且产生电流脉冲。对此如从图1中的图示可看到的那样， 电流脉—持续时间为t3-t。在该实施例中，这是大约600ms的持续时间。 此外如从图1中可看到的那样，电流脉冲RMS值在整个持续时间t3-^ 上基本是恒定的，并且在该实施例中值为大约4A。
随着电流脉冲在时刻^开始，HID灯的点火电压或者灯电压UL升高， 因为通过电流脉冲使HID灯的电极上生长的结构熔化。
如可以看到的那样，灯电压Ut相对迅猛地升高只持续到时刻t2并且
在时刻t2已达到大约66V的值。在时刻b与t3之间的持续时间中，灯电 压Ut不再升高或者^f5l仅不显著地升高。随着电流脉沖的持续时间在时刻
t3结束，并因此灯电流lRMSL又减小到大约3A的值时，灯电压UL在比较
短的持续时间中再次升高。—如在图1中可看到的那样，在该实施例中在此 达到了大约70V的^Hi。
在图2中示出了灯电压Ut和灯电流I的另一分布。在图中示例性地 示出了具有多个半波的图示，其中在此在时刻0与b之间的时间间隔中， 灯电流I根据相应的半波在灯电流的值^和-L之间。在时刻t，灯电流 I被提高并且产生电流脉冲。在图2中可看到的是，在持续时间t2-h期间并且在多个半波上生成电流脉冲。灯电流提高以如下方式来进行电流 脉冲的电流幅度根据半波为12或者-12。在时刻t2,电流脉冲被结束并且 灯电流又减小到^或者-L的最大幅值。
在图3中示出了才艮据本发明的方法的另一实施例。在该实施例中，电 流脉冲被产生，该电流脉冲在至少一个半波中分别施加到HID灯的在该 时刻并且在相应的持续时间期间作为阳极驱动的电极上。对此如在图3 中所示的那样，灯电流在时刻0与h之间的时间间隔中又被调节，使得幅 度根据相应的半波具有值L或者-L。在时刻t2，灯电流提高AI(电流脉 冲)。因此，在时刻t与t2之间在多个半波上产生电流脉冲，该电流脉冲 施加到HID灯的、在该持续时间中作为阳极被驱动的电极(第一电极) 上。在该持续时间中，灯电流的幅值为^ + M和-(L-M)。在时刻h和 t3之间的持续时间中，灯电流被调节，使得在多个半波上产生的电流脉冲 施加在该持续时间中作为阳极被驱动的第二电极上。在该持续时间t3-t2 中，灯电流的幅值为L-M和-(L + AI)。如可看到的那样，灯功率(P -Uxl)在持续时间t2-ti和t3-t2中近似相同。在时刻t3,电流脉冲被 结束并且灯电流被才艮据时间间隔t - 0来调节。
然而，本发明并不限于馈以交流电压或者交流电流的气体放电灯的应 用。更为确切地说，足够长地产生电流脉沖的原理也可以应用于馈以直流 电压或者直流电流的气体放电灯。在此，重要的是，在0.1s至5s之间的 持续时间中产生电流脉冲，或者在这样的持续时间中提高直流电流，尤其 是平均值。
权利要求
1. 一种用于驱动气体放电灯的方法，其中气体放电灯的至少一个电极的构型被改变，其特征在于，通过改变灯电流在可预先给定的持续时间中产生至少一个电流脉冲，使得在所述至少一个电极上生长的结构至少部分被去除，其中当气体放电灯被馈以交流电压或者交流电流时，在交流电压或者交流电流的至少一个完整的半波的持续时间中产生电流脉冲，或者当气体放电灯被馈以直流电压或者直流电流时，产生具有脉冲持续时间在大约0.1s至大约5s之间的电流脉冲。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，与气体放电灯的至少 一个工作M相关地生成电流脉冲的幅度和/或电流脉冲的分布和/或电流 脉冲的持续时间和/或电流脉沖产生的时刻。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，气体放电灯的检测到 的灯电压和/或该灯电压的检测到的分布用作工作>#*。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，与超过灯电压阈值或电流脉冲的持续时间和/或电流脉冲产生的时刻。
5. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，电流脉冲 的幅度和/或电流脉冲的分布和/或电流脉沖的持续时间和/或电流脉冲产 生的时刻被如下生成使得在至少一个电极上生长的结构被去除，并且与 气体放电灯相连的电子镇流器的电流负载基本上保持不变。
6. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，电流脉沖 的持续时间小于两秒，尤其是小于一秒。
7. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，电流脉冲 的峰值至少在可预先给定的持续时间中大于电子镇流器的最大允许的电 流值，其中该电子镇流器与气体放电灯电连接。
8. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在电流脉 冲的持续时间期间抬r测气体放电灯的灯电压的分布，并且与检测到的灯电的持续时间。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，电流脉冲的幅度和/或电流脉沖的分布和/或电流脉沖的持续时间和/或电流脉冲产生的时刻被如下生成使得在电流脉冲的持续时间结束之后，灯电压的升 高iUL和/或灯电压的值对应于可预先给定的值。
10. 根据上i^利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在气体放 电灯起动阶段中产生电流脉冲。
11. 根据上i^利要求中任一项所述的方法，其特征在于，与电子镇脉冲的持续时间和/或电流脉冲产生的时刻，其中该电子镇流器与气体放 电灯电相连。
12. 根据上必&利要求中任一项所述的方法,其特征在于，气体放电 灯被馈以交流电压或者交流电流，并且电流脉冲在至少一个半波的持续时 间中引起作为阳极被驱动的电极上所生长的结构熔化。
全文摘要
本发明涉及一种用于驱动气体放电灯的方法，其中气体放电灯的至少一个电极的构型被改变，其中通过改变灯电流在可预先给定的持续时间中产生至少一个电流脉冲，使得在所述至少一个电极上生长的结构至少部分被去除，其中当气体放电灯被馈以交流电压或者交流电流时，在交流电压或者交流电流的至少一个完整的半波的持续时间中产生电流脉冲，或者当气体放电灯被馈以直流电压或者直流电流时，产生具有脉冲持续时间在大约0.1s至大约5s之间的电流脉冲。
文档编号H05B41/28GK101288344SQ200680038404
公开日2008年10月15日 申请日期2006年10月12日 优先权日2005年10月17日
发明者伯恩哈德·赖特尔, 安德烈·瑙恩, 西蒙·兰克斯, 马丁·布吕克尔 申请人:电灯专利信托有限公司