专利名称：用于监视气体放电灯的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于监视气体放电灯的方法，在其中检测分配给灯电压的电测量值，以及还涉及用于监视气体放电灯的装置，包括用于检测分配给灯电压的电测量值的控制电路。
用于监视气体放电灯的这样的方法和这样的装置从US 6,534,932已知。该方法据说被使用来检测灯管的充气(inflation)。当灯管充气时，灯管内的压力减小，这造成灯电压的下降。压力实质上由工作期间蒸发的汞来确定，这样，这个压力也称为汞蒸汽压力或简称为汞压力。当电压降达到预定值时，输出一个告警信号或灯被关断。不幸地是，该方法的实际实施相当成问题，因为电极间隔的改变也会引起相当大的电压降。这样，或者是未检测到所有的充气，或者会把完全无损伤的灯关断。
所以，本发明的目的是提供可被使用来监视灯内的压力的方法和装置。具体地，灯管的充气要被可靠地检测。
这个目的是按照权利要求1到3和5到8的特征达到的。按照本发明，该方法的特征在于以下的方法步骤测量在电流改变后的整定时间(setting time)，并产生作为该整定时间的函数的控制信号。该整定时间是与压力相关的。压力波动可以指示各种原因。首先，供应到灯的空气且从而是灯的冷却可以藉助于控制信号来控制。控制信号也可以被使用来界定灯的被许可的变暗范围。而且，作为一项基本特征，控制信号可被使用来生成表示灯必须被替换和在灯爆炸之前关断该灯的告警信号。灯管的充气非常缓慢地进行。告警信号可以以几小时的预先告警时间来输出。
在正常工作条件下，灯的作用就象具有负的阻抗实部和正的电感分量的电压源。电感分量是由等离子体的温度的整定时间预先规定的，该等离子体在工作状态下位于灯管内的电极之间。等离子体的整定时间实质上通过以光形式的能量传输来确定，因此它在很大程度上取决于汞压力，并且随压力减小而增加。通过监视等离子体整定时间，因此有可能监视和检测压力，具体地是压降。电流改变的上升或下降沿是对于指数式衰减的电压峰值的触发。等离子体的整定时间以灯的指数电压过程来反映，且该电压可被直接测量。当汞压力减小时，指数曲线变为更平坦。具有200巴(bar)的工作压力的新灯的整定时间约为50μs，而减小到二分之一的压力会导致200μs的整定时间。灯管的充气是在灯爆炸之前。检测到管的任何充气且提供相应的告警或关断灯是防止灯爆炸的有效措施。当在视频投影仪中使用带有开式反射器(open reflector)的灯或者使用处于开式反射器中的灯时，在灯爆炸的事件中，玻璃会破碎并损坏它周围的昂贵部件。而且，汞污染灯周围的环境。所以，为了生态和经济的原因，所关心的是使汞保持在灯管内。在视频投影仪中，利用了被称为UHP型的超高压气体放电灯的灯。缩略词UHP代表超高压或者超高性能。而且，在尤其是机动车的前灯中，也使用被称为HID灯的那些灯。缩略词HID代表高强度放电。
本发明的目的此外还通过按照本发明的方法达到，该方法的特征在于以下步骤在电流改变前测量第一电压值，然后在电流改变后测量第二电压值，并产生作为该电压值的差值的函数的控制信号。UHP灯的阻抗的实部值随汞蒸汽压力减小而增加。对于正常工作状态下的压力，阻抗具有在-2与-10欧姆之间的范围内的负值，而随着压力减小，阻抗增加到0，或甚至是正值。阻抗的这个改变被反映为电流改变后发生的相当大的电压改变。该电压改变可以直接测量。灯的阻抗是压力和电极间隔的函数，这可以对于各种类型的灯通过实验被确定。相关的公式如下R＝f(d，p)这种相关性的参数可以对于每个单独类型的灯以简单的方式来确定。灯电压对于电极间隔的相关性同样地是对于每个单独的灯压力已知的。相关的公式如下U(d，p)＝const1+const2*p*d通过这些已知值，有可能确定在灯的工作期间跟随在电流改变之后的电压改变是由电极间隔的改变还是由汞压力的减小而造成的。这样，可以在灯管充气的早期状态中检测到它。
本发明的目的此外还通过按照本发明的第三方法达到，该方法的特征在于以下的方法步骤在电流改变前测量一个电压值，在电流改变后测量另一电压值，并且还测量整定时间，然后，产生作为该电压值的差值和该整定时间的函数的告警信号。如上已述的，压降造成整定时间的改变和跟随电流改变之后的电压改变。然后这两个属性都被使用来关断灯。
有利地，电流改变是由脉冲造成的。测量跟随在脉冲的电流改变之后的整定时间。电流脉冲的上升或下降沿是对于指数式衰减的电压峰值的触发。当压力损失增加时，指数曲线变得更平坦。为了形成电极的尖(tip)，UHP灯以稳定脉冲工作。这样的灯的脉动工作在US 6,232,725中描述。当灯用稳定脉冲工作时，在水平(level)与脉冲之间的灯电压的差值可被直接使用来测量灯阻抗的实部。当施加电流脉冲时，如同灯电压的改变一样，可以测量到阻抗增加到0或正值。
有可能任选地根据脉冲的上升沿或根据其下降沿，以及在脉冲的上升或下降沿之前和之后的两个阻抗值，来测量整定时间。而且有可能根据第一脉冲来确定阻抗和根据第二脉冲来确定整定时间，或者反之亦然，也就是说，根据第一脉冲来确定整定时间和根据第二脉冲来确定阻抗。
本发明的目的此外还通过一种装置达到，在该装置中提供控制电路，用于检测整定时间和用于产生取决于该整定时间的告警信号。该控制电路具有微处理器，其中这些方法步骤可以被编程。
本发明的目的还通过第二装置达到，在该装置中提供控制电路，用于检测在电流改变之前的第一电压值和在电流改变之后的第二电压值，以及用于产生取决于该电压值的差值的告警信号。
本发明的目的此外还通过第三装置达到，在该装置中提供控制电路，用于检测在电流改变之前的一个电压值和在电流改变之后的另一电压值，以及用于产生取决于该电压值的差值和该整定时间的告警信号。
单独的方法步骤在控制电路中可以被实施为称为软件的程序。
将参照附图所示的实施例例子来进一步描述本发明，然而本发明并不限于此。
图1显示带有一个镇流器和带有一个气体放电灯的框图。
图2显示其中考虑换向(commutation)的、对于气体放电灯的第一等效电路图。
图3显示其中考虑换向和阻抗的、对于气体放电灯的第二等效电路图。
图4显示其中考虑换向、第一时间相关的阻抗和第二时间相关的阻抗的、对于气体放电灯的第三等效电路图。
图5显示对于气体放电灯的第四个简化的等效电路图。
图6A显示在灯上的脉动电流分布(profile)。
图6B显示在灯的换向级之前的电压分布。
图6C显示处在充气过程中的灯的换向级之前的第二电压分布。
图7A显示对于具有低时间常数的检测器的、在高压情形下在脉冲期间的第一电压分布和在低压情形下的第二电压分布的图。
图7B显示对于具有高时间常数的检测器的、在高压情形下在脉冲期间的第一电压分布和在低压情形下的第二电压分布的图。
在各个图上，类似的或等同的单元具有相同的标号。
图1显示装置10，其包括DC转换器12、换向级14、点火(ignition)设备16、控制电路18和电压检测器20。在下面，装置10也被称为镇流器或灯驱动器。控制电路18控制转换器12、换向级14和点火设备16，并藉助于电压检测器20监视在气体放电灯22上镇流器10的电压分布。转换器12被提供以例如380伏的外部DC电源24。DC转换器12具有开关26、二极管28、电感器30和电容器32。控制电路18经由移位器34控制开关26，从而控制灯22中的电流。电压检测器20处于与电容器32并联的位置，所述电压检测器被设计为一个具有两个电阻器36和38的分压器。电容器40处于与电阻器38并联的位置。换向级14具有控制四个开关44，46，48和50的驱动器42。点火设备16具有点火控制器52和点火变压器，它藉助于两个线圈54和56来产生对称的高压，从而使得灯22点火。控制电路18藉助于电流测量电路58监视电流。为了测量电压，相应地减小的电压经由分压器36，38在电容器32上分接(tap off)，并藉助于模拟/数字转换器在控制电路18上进行测量。电容器40用来减小被测量信号中的高频干扰。
图2显示了电路60，其具有两个端子62和64、由四个二极管68，70，72与74组成的整流器66、和灯22。在第一简单近似中，HID和UHP灯的电的性状可被描述为如下气体放电灯22要被看作为电压源。在灯22上测量到的电压不改变。在灯用AC电流操作的情形下，必须加上整流器66。灯22上的电压取决于电流的方向，并随电流改变极性。
图3显示电路80，它除了灯22和整流器66以外还具有阻抗82。通过更精确的测量，可以确定在电流改变时灯电压改变最小的程度。在UHP灯22具有非常高的汞压力的情形下，当电流增加时得到较低的电压。这可以由具有R＝-4Ω的值的电阻器84的阻抗82描述。
图4显示具有阻抗82的电路90。阻抗82包括电阻器84和由电感器94和另一个电阻器96组成的并联电路92。这样一个甚至更精确的测量揭示了一个响应过程，即，在电流改变后的、呈指数衰减的短峰值。正确的电的描述是由电感器94和电阻器96组成的并联电路92。电阻器96描述峰值电平，电阻器96和电感器94描述时间常数τ。阻抗82因此是复数的和频率相关的变量。然而，对于这里的应用，压力测量只涉及到负的DC分量和并联电路92-也称为L/R电路-的时间常数τ。
图5显示具有阻抗82和灯22、但不带有整流器66的电路100。电路100对于作为用于颠倒电流方向(也称为换向)的过程的一个模型是无效的。由于在灯的驱动器10上的电压是在极性改变之前测量的，且因此在该灯模型中驱动器10的换向级14与整流器的效应互相抵消，整流器66可以省略。
图6A显示由DC转换器12供应到灯22的电流分布。在每半周期的结束处提供的是具有上升和下降沿112和114的稳定脉冲110。该稳定脉冲110具有持续时间T1。
图6B显示当电压在无损伤的灯上下降时的相关联的电压分布120。电压峰值122随稳定脉冲110的上升和下降沿112和114而出现，所述电压峰值按陡峭的指数电压曲线124衰减。曲线124的整定时间较低，是50μs。在稳定脉冲110期间的电压电平126低于在该周期的剩余时间期间的电压电平128。可以测量在电平126和128之间的电压差130。
图6C显示在灯管充气时在灯22上的电压分布140。电压峰值142随稳定脉冲110的上升和下降沿112和114而出现，所述电压峰值以平坦的指数电压曲线144衰减。在上升和下降沿112和114之后的电压的整定时间大于无损伤灯的整定时间，它是200μs。曲线144是更平坦的。在稳定脉冲110期间的电压电平146或多或少是与在该周期的剩余时间期间的电压电平128相同的。
图7A显示带有在高压情形下的电压分布120和在低压情形下的电压分布140的图。电压是在采样时间t1，t2，t3和t4时测量的。具有持续时间T1的电流脉冲在采样时间t2前不久开始，并引起在时间t2时的电压峰值122或142。电压呈指数衰减。时间常数τ和阻抗可以被确定，条件是灯22前面的点火设备16的电感为低。电容器40具有小尺寸，这样，由分压器的电容器40和电阻器36与38形成的时间常数大大地短于灯中要测量的最小时间常数。在控制电路18的A/D转换器处呈现的电压信号然后主要地相应于图7A所示的电压分布120或140。由于控制电路18还控制电流和换向时间，而且电流值是已知的，所以仅仅必须在多个时间t1-t4时测量电压。然后，可从其计算时间常数和阻抗。为此需要至少3-4次测量，并且更多的样本值提高了精度。
图7B显示带有在高压情形下的电压分布120和在低压情形下的电压分布140的图。电压是在采样时间t1和t4时测量的。具有持续时间T1的电流脉冲在采样时间t1前不久开始，并引起在时间t2时的电压峰值122或142。电压呈指数衰减。
在本方法中，确定由阻抗和时间常数组成的混合值。在本例中的电容器40被这样地确定尺寸，以使得最终得到的、由分压器的电容器40和电阻器36与38形成的时间常数大约与脉冲持续时间T1相同。结果，干扰被有效地平滑。在控制电路18中，在无损伤灯的情形下的电压分布150或在具有减小压力的灯的情形下的电压分布152藉助于A/D转换器来测量。虽然只具有在时间t1和t4时的两个采样值的测量不再允许分开地分析时间常数和阻抗，但因为两个因素是在相同的方向上起作用，所以得到了一个相对于压力恒定且因此可以以明确的方式来解译的测量值。
两个替换例-是用多个采样值还是只用在时间t1-t4时的两个采样值进行测量-取决于驱动器10的相应设计。具有多个测量值的第一替换例允许对灯压力进行非常精确的评估，但无论如何只可在灯22前面的点火设备52的电感为低且DC转换器12不引起太多的干扰时使用。第二替换例只允许粗略的测量，但可以在任何驱动器中实行。
阻抗值是从第一和最后的采样值计算的，或者在第二替换例中是从两个采样值、通过公式R＝ΔU/ΔI＝(Ulast-Ufirst)/(Ipulse-Iplateau)计算的，其中值Ipulse是在脉冲期间的电流，而Iplateau是在半个周期的剩余时间期间的电流值；总体上，ΔI的值对于控制器编程是已知的。通过使用样本值2到4，可以估计时间常数。通过使用样本值2和4可以确定振幅，然后例如藉助于样本值3和4，可以确定时间常数。
对于UHP灯22的最有利的工作模式包括在每次换向之前的电流脉冲110。这个电流脉冲110可以被直接使用于测量目的。取决于灯的功率，对于1到5安的平均电流，这个脉冲是在2和10安之间。对于典型的120瓦的灯功率，对于半周期的4％到8％的脉冲持续时间，在某些情形下是对于高达半周期的20％的脉冲持续时间，和1到2.5安的平均电流，脉冲为2.2到3安。如果不存在脉冲110，则它可被用作为具有非常低的重复速率的测试信号，因此对于正常工作的影响很小。任选地，正脉冲110可以由在下一个灯电流周期中或紧接在正脉冲之前或之后的有相等幅度的负脉冲补偿。
标号表10 镇流器12 DC转换器14 换向级16 点火设备18 控制电路20 电压检测器22 灯24 DC电压电源26 开关28 二极管30 电感器32 电容器34 移位器36 电阻器38 电阻器40 电容器42 驱动器44 开关46 开关48 开关50 开关52 点火控制器54 点火线圈56 点火线圈60 开关62 端子64 端子66 整流器68 二极管70 二极管
72 二极管74 二极管80 电路82 阻抗84 电阻器90 电路92 并联电路94 电感器96 电阻器100 电路110 稳定脉冲112 上升沿114 下降沿120 电压分布122 电压峰值124 指数电压曲线126 脉冲电压电平128 周期电压电平130 电压差140 电压分布142 电压峰值144 指数电压曲线146 脉冲电压电平150 电压分布152 电压分布
权利要求
1.一种用于监视气体放电灯(22)的方法，在其中检测分配给灯电压的电测量值，其特征在于以下的方法步骤测量在电流改变后的整定时间和产生作为该整定时间的函数的控制信号。
2.一种用于监视气体放电灯(22)的方法，在其中检测分配给灯电压的电测量值，其特征在于以下的方法步骤在电流改变前测量第一电压值，然后在电流改变后测量第二电压值，并产生作为该电压值的差值(36)的函数的控制信号。
3.一种用于监视气体放电灯(22)的方法，在其中检测分配给灯电压的电测量值，其特征在于以下的方法步骤在电流改变前测量一个电压值，在电流改变后测量另一电压值，并且还测量整定时间，然后产生作为该电压值的差值(36)和该整定时间的函数的控制信号。
4.如在权利要求1，2或3中要求的方法，其特征在于，电流的改变是由脉冲(30)引起的。
5.一种用于监视气体放电灯(22)的装置(10)，包括用于检测分配给灯电压的电测量值的控制电路(18)，其特征在于，控制电路(18)被提供来检测整定时间和产生取决于该整定时间的控制信号。
6.一种用于监视气体放电灯(22)的装置(10)，包括用于检测分配给灯电压的电测量值的控制电路(18)，其特征在于，控制电路(18)被提供来在电流改变前检测第一电压值和在电流改变后检测第二电压值，以及产生取决于该电压值的差值(36)的控制信号。
7.一种用于监视气体放电灯(22)的装置(10)，包括用于检测分配给灯电压的电测量值的控制电路(18)，其特征在于，控制电路(18)被提供来在电流改变前检测一个电压值和在电流改变后检测另一电压值、还有整定时间，并产生取决于该电压值的差值(36)和该整定时间的控制信号。
8.一种用于如在前述权利要求1-3或5-7的任一项中要求的方法或装置的程序。
9.一种其中可以使用如在前述权利要求1，2或3的任一项中要求的方法的视频投影仪。
10.一种包括如在前述权利要求5，6或7的任一项中要求的、用于监视气体放电灯(22)的装置(10)的视频投影仪。
全文摘要
本发明涉及用于监视气体放电灯(22)的方法和装置(10)，包括用于检测分配给灯电压的电测量值的控制电路(18)。控制电路(18)被提供来在电流改变前检测一个电压值和在电流改变后检测另一电压值，或整定时间，和产生取决于该电压值的差值或该整定时间的控制信号。这样，在灯内的压力被监视，并且可以产生控制信号，该控制信号可被使用来冷却灯或关断灯。该方法检测充气，并因此防止了灯爆炸。
文档编号H05B41/292GK101044799SQ200580035770
公开日2007年9月26日 申请日期2005年10月17日 优先权日2004年10月19日
发明者P·佩卡斯基, C·德帕 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司