专利名称：驱动气体放电灯的方法
技术领域：
本发明描述了一种驱动气体放电灯的方法和一种用于驱动气体放电灯的驱动单兀。
背景技术：
在诸如HID(高强度放电)灯和UHP(超高压)灯之类的气体放电灯中，横跨布置在 灯中的两个电极之间的间隙的放电电弧生成强光部分。灯制造、填充气体成分以及电极设 计中的进步已经导致短电弧和超短电弧放电灯的发展，其中电极的尖端在灯的放电室中分 开很短的距离，例如1毫米或更短，且横跨这个间隔的电弧因此也短，但具有强的亮度。这 样的灯对于要求亮的、接近白光的点源的应用(例如在图像投影应用中)是有用的。然而，由于高电压操作期间达到的高温，这样的灯的电极会经历变化，即电极尖端 可能回烧(burn back)，或者“结构”可能生长在电极尖端上的一个或多个位置处，生长点是 电弧接到尖端的点。对电极的这样的物理改变可以导致电弧亮度的波动，因为电弧会变得 更长或更短，导致灯的光输出(通量)的波动。在图像投影系统中，光通量的这样的改变对 于用户而言甚至是显而易见的，这是明显不期望的效果。因此，在投影应用中，稳定的电弧长度是最重要的。在新式投影仪中维持光通量最 终意味着在延长的时间内维持短的电弧长度。因此，在很多情况下，采用专用的灯驱动方案 以努力保持电弧长度。这些方案常常包括不同电流波形和操作频率的复杂组合，被设计成 使得对电极尖端的改变在可能的场合得以避免，或者在电极上的结构生长和熔化以受控方 式进行，使得电弧长度可以稳定。取决于灯驱动方案的选择，对电极表面的修整可以在短的 到很短的时间标度内见效。在任意一种驱动方案中，用某种灯电流波形在某一频率驱动灯。电流波形可以包 括以某些时间间隔再现的脉冲，例如“抗摆动”脉冲，且这种波形在驱动方案的持续时间内 通常不发生变化。当例如通过改变电流波形或操作频率来改变灯驱动方案的一种或多种参 数时，在某一时间点发生在驱动方案之间的转换。例如，可以改变电流脉冲的振幅或宽度， 或者操作频率可以突然增大或减小好多倍。该变化可以例如通过观测到的灯的参数(例如 灯电压)逼近某个阈值来触发，或者在预定时间间隔期满之后开始。操作气体放电灯内的环境可以认为是不稳定或可变的，这主要是灯填充物的性质 以及高的操作温度和电压造成的。例如，即使在“稳定的”操作条件期间，灯电压也会经历 短暂而极大的波动。由于这个原因，通常以规则的时间间隔(例如每隔几毫秒)测量诸如 灯电压之类的灯参数，以及校正或调节灯驱动的任何决定(例如校正或调节驱动电流的决 定)通常是基于在闭合循环功率控制回路中所观测的输入参数(例如灯电压)的平均值或 均值。PID(比例-积分-微分)控制器给出了一个实例，PID控制器试图响应于诸如灯电 压值之类的输入变量的改变而将灯功率维持在例如额定灯功率的某个目标水平处。灯功率 的调节相对缓慢地跟在灯驱动方案的突然变化之后。按此方式，例如灯电压中的短时脉冲 波形干扰或尖峰不对灯功率造成即刻的或直接的影响，但会被平均到总的值中。
如上所述，用于所述类型短电弧灯的先进驱动方法常常包括在公知的切换时间处 某些参数的突然改变。然而，诸如导致灯电压增大的灯操作电流波形或操作频率的突变之 类的突然变化可能引起灯的光输出的波动。其原因在于，如上所述基于所观测参数的平均 值或均值对灯驱动器的闭合循环功率控制在操作上有延迟。结果，灯功率会在一段时间内 超出其额定值或目标值，且该功率过冲可以作为所采集的光通量的增大而被观察到。这样 的灯的光通量的变化对于应用的用户而言是可见的，且因此是不期望的。因此，本发明的目的是提供一种稳定上述类型气体放电灯的光通量的简单方式。
发明内容
为此，本发明描述了一种驱动气体放电灯的方法，其中，在任意一个时间，根据多 个不同驱动方案之一驱动灯并根据多个不同功率控制策略之一控制灯功率，并且其中在触 发事件之前根据第一驱动方案驱动灯，以及当发生触发事件时，实现驱动方案转换，使得随 后根据第二驱动方案驱动灯，并且其中，在时间上取决于触发事件地实现从第一功率控制 策略到第二功率控制策略的功率控制策略转换，使得随后在一时间间隔内根据第二功率控 制策略控制灯功率。在使用介绍中所述类型的要求通量不变的气体放电灯的应用中，通常监测诸如灯 电压之类的灯参数，以便识别其中灯电压逼近低阈值或高阈值的情形，该情形指示例如电 极已经回烧。对这样的情形做出反应而启动驱动方案的电流波形或操作频率的变化以纠正 该问题。这个变化发生的时刻“触发事件”可以在它发生时记录下来。但是，因为该变化是 灯驱动器自身启动的，所以这个时刻也可以提前知晓且可以由灯驱动器预测。根据本发明 的方法有益地利用这个知识来在已知触发事件附近一时间间隔内实现功率控制策略转换， 因而将功率控制策略与驱动方案中的变化同步起来。功率控制策略转换可以与触发事件和 驱动方案转换同时发生，或者甚至可以在触发事件和驱动方案转换之前发生。从一个功率控制策略切换到另一个的优点在于特别地针对作为驱动方案转换的 结果而出现的条件调节灯功率的能力。替代应用相同类型的功率控制，例如具有相应延迟 的闭环功率控制，可以用如下方式控制灯功率，即特别地考虑可以在驱动方案转换处发生 的突变，这将在下面详述。用于驱动气体放电灯的适当驱动单元包括用于检测或预期触发事件的事件管理 单元以及用于基于所述事件管理单元的输出选择将根据其驱动灯的多个不同驱动方案之 一的驱动方案管理单元。根据本发明的驱动单元还包括功率控制策略管理，其实现为在时 间上取决于触发事件地选择将根据其在一时间间隔内控制灯功率的多个不同功率控制策 略之一。从属权利要求和随后的描述特别公开了本发明的有益实施例和特征。在用于气体放电灯的现有技术的灯驱动器中采用的功率控制策略中，例如在图像 投影应用中，由灯驱动器观测的灯参数可以作为一时间间隔上的平均值来确定，和/或通 过计算与预定目标值的偏差来确定。这样的计算需要在之前通常以规则的间隔(例如每隔 几毫秒)获得的测量值的组或集合。例如，可以通过获得瞬时电压值和前面的50个所测电 压值或前面的100个所测电压值的平均值来计算平均电压值。如已在介绍中所述，以这种 方式计算平均值实现了所测灯参数中不相关随机波动被平均或平滑。另外，当所观测的参数与其目标的偏差大时，偏差测量允许更大的校正步骤。然而，在这样的现有技术的驱动方 法中，某驱动方案因素的突然变化(例如操作频率或灯电流的突然增加)并不由平均灯电 压的相应变化直接反映。而是，平均灯电压的调节落在后面，使得使用这样的现有技术的功 率控制策略也不能如期望那样快地校正灯功率。因此，在本发明的特别优选的实施例中，功率控制策略中的至少一个包括直接或 “快速”功率控制策略，并且当根据这样的直接功率控制策略控制灯功率时，灯功率基本上 直接对瞬时灯电压的变化做出反应。另外，功率控制策略中的至少一个是上述类型的间接 的或缓慢功率控制策略，例如PID功率控制策略。在本发明的这样的特别有益的实施例中， 当根据直接功率控制策略控制灯功率时灯功率对灯电压变化的反应比根据间接功率控制 策略控制灯功率时要快。在快速功率控制策略中，灯功率基本上直接对例如灯电压的变化做出反应。替代 使用需要过去历史值的平均电压值或电压均值，灯功率可以根据电功率公式(P = U · I，其 中P是功率，U是电压，且I是电流)对瞬时电压值做出反应。在根据本发明的方法中，快 速功率控制策略可以包括响应于最近观测的电压值简单地校正灯电流。按此方式，要是作 为灯驱动方案变化的结果，灯电压突然增大，那么可以或多或少即刻地调节灯电流，使得灯 功率可以保持在基本不变的值。这个方法显著减少了灯的采集光通量的波动。在使用较慢的间接或闭环功率控制策略的灯的“正常”操作期间，如已所述，灯的 电极经历诸如回烧之类的改变。这些改变可以导致灯电压的逐渐变化，例如灯电压朝着高 阈值的稳定增大。触发事件或驱动方案转换在达到这样的阈值(即必须做出校正以避免不 期望情形的时间点)时发生。因此，在本发明的优选实施例中，在时间上取决于触发事件的 功率控制策略转换优选地包括从间接功率控制策略到直接功率控制策略的转换，使得灯功 率可以快速地适应于灯电压或电流的任何引起的突然变化。直接功率控制策略例如基于瞬时的或最近观测的灯参数，例如灯电压，并因此不 适合于在灯的“正常”操作期间使用，在灯的“正常”操作期间，灯电压的波动最优地被平均。 因此，直接功率控制策略优选地仅应用于有限的时间间隔，并且，在该时间间隔期满之后， 灯功率的控制优选地回复至间接功率控制策略。如上面已经所述，驱动方案转换可以包括诸如灯电压之类的灯参数的突然变化。 因此，在本发明的另一实施例中，功率控制策略转换基本上与驱动方案转换同时发生，或者 与其同步发生。换言之，功率控制策略转换响应于触发事件而发生。因为驱动方案转换是由灯驱动器启动的，所以触发事件发生的时间可以提前建 立。因此，在本发明的另一优选实施例中，功率控制策略转换可以先取得或预期该触发事 件，即功率控制策略转换可以在触发事件之前发生，例如比驱动方案转换提前几个毫秒。这 种类型的功率控制策略转换可以在例如在灯驱动器的计数器已经达到预定值时发生的触 发事件之前，这是因为灯驱动器可以容易地预见这种类型的触发事件。以这种方式对功率 控制策略转换计时的明显优点在于，灯功率可以对与驱动方案转换关联的参数的任意变化 做出甚至更快的反应。在实现转换之后，可以想象得到，可以使用“新”灯驱动方案和功率控制策略无限 期地驱动灯。然而，有利的是，例如在一时间间隔之后返回到初始的驱动方案或功率控制策 略。为此，可以在实验室实验中监测或观测灯对从间接功率控制策略到直接功率控制策略的转换的反应的变化过程。例如，可以确定的是，灯电压在触发事件和作为结果的灯电压突 然增大之后的一时间间隔之后再次稳定。这个时间间隔可以记录下来并用在针对商业用途 而制造的灯驱动器中。因此，在本发明一优选实施例中，灯功率的控制在预定的持续时间或 时间间隔期满之后回复到间接功率控制策略。时间间隔可以作为值存储在灯驱动器的存储 器中，且合适的计数器可以计数例如在与触发事件相同的时间处开始的流逝的时间，并当 计数器值已经达到预定值时指示功率控制策略应当回复至间接策略。可替换地，仅在灯的操作已在驱动方案转换之后稳定时使功率控制回复至间接策 略，这会是有利的。因此，在本发明的另一优选实施例中，测量或观测一种或多种灯参数 (例如灯电压、灯电流)，或一种或多种计数器值，且时间间隔持续下去或维持下去，直到一 种或多种所观测的灯参数满足预定条件。通过保证功率控制仅在灯的操作已稳定时回复至 间接策略，可以获得更加不变的光通量。根据本发明的驱动单元可以包括一个或多个灯参数观测单元，例如现有技术的驱 动单元中采用的用于监测或观测灯值或用于计数预定时间间隔的那些灯参数观测单元。基 于预测或测量的参数做决定的单元，例如事件管理单元、驱动方案管理单元和功率控制策 略管理单元，可以包括硬件组件，例如合适的软件模块可以在其上运行的处理器芯片。根据本发明的驱动单元可以在包括气体放电灯的合适现有技术的投影系统中实 现，从而可以使用如上所述的根据本发明的方法驱动灯。因此，可以花费相对少的努力获得 提供具有基本不变通量的光输出的高质量投影系统。显然地，根据本发明的方法和驱动单 元可以应用于如所述地利用气体放电灯并要求稳定电弧和不变光通量的任何应用。根据结合附图考虑的下面的详细描述，本发明的其他目的和特征将变得清楚明 白。然而，应当理解，附图设计成仅用于图示的目的，而非作为发明限制的定义。
图1显示了由现有技术灯驱动器控制的驱动方案转换之前和之后的灯电压的曲 线图；图2显示了响应于图1的驱动方案转换由现有技术灯驱动器控制的灯功率的曲线 图；图3a显示了根据本发明的触发事件、驱动方案转换和功率控制策略转换之间的 第一时间关系的示意表示；图3b显示了根据本发明的触发事件、驱动方案转换和功率控制策略转换之间的 第二时间关系；图3c显示了根据本发明的触发事件、驱动方案转换和功率控制策略转换之间的 第三时间关系；图4显示了由根据本发明的方法控制的灯功率的曲线图；图5显示了根据本发明一个实施例的气体放电灯和驱动单元；图6显示了对于使用根据本发明的灯驱动方法间歇操作的灯，作为时间函数的所 采集的光通量的曲线图；图7a显示了对于使用根据本发明的灯驱动方法间歇操作的灯，作为电压函数的 所采集的光通量的曲线图7b显示了在应用了附加的功率补偿技术的情况下，对于使用根据本发明的灯 驱动方法间歇操作的灯，作为电压函数的所采集的光通量的曲线图；图8显示了针对图7a和7b中观测的不同操作模式的所采集的光通量的展宽的框 图(box plot)。在附图中，同样的附图标记通篇指示同样的对象。图中的对象不必按照比例绘制。
具体实施例方式图1显示了典型地用于现有技术灯驱动器的驱动方案的变化之后的气体放电灯 灯电压的曲线图。这样的驱动方案转换可以在例如测量或观测指示灯电流的频率应该增大 以控制电极尖端形状的变化时发生。在这个实例中，驱动方案转换在时间tsw处发生并导致 灯电压的突然增大。因为灯电压的变化基本上由所述转换“触发”，时间tsw在下文中也称为 “触发事件”。图2显示了当使用现有技术灯驱动器时，图1的驱动方案转换对灯功率的影响。在 这样的灯驱动器中，灯电压在时间上被平均以对波动进行补偿，并且该平均值被用作例如 PID控制技术的功率控制的闭环方法的输入参数。在这样的功率控制方法中，灯功率对灯电 压变化的反应被延迟。在这幅图中，可以清楚地看到，灯功率响应于触发事件(灯电压的突 然增大)而增大。这个实例示出132W灯的观测值。在触发事件之前，灯以近似132W的额 定功率操作。在触发事件tsw之后，灯功率急剧增大，达到138W的顶值，然后又朝着额定功 率值逐渐减小。如上面所已经解释的，急剧增大的原因是因为触发事件tsw之前原来的较低 的电压值也用于计算当前的灯功率。如曲线图清楚示出的，延迟的反应导致灯功率在相当 长的持续时间内超过额定功率几个瓦特。灯功率这种不期望的增大可以作为灯光输出的增 大(即灯的采集通量的增大)而被观测到，并且对于用户而言是显而易见的。图3a显示了使用根据本发明方法的触发事件tsw、驱动方案转换和功率控制策略 转换之间的第一时间关系的示意表示。这里，驱动方案转换在灯驱动器从第一驱动方案DS1 变化到第二驱动方案DS2的时间tsw处发生。在触发事件tsw之前，使用第一或“缓慢”功率 控制策略PCs控制灯功率，在功率控制策略PCs中，例如，灯电压在时间上被平均以使不相关 的波动平坦，并且该平均灯电压值用在功率控制策略中。根据本发明，可以预测或观测触发 事件tsw。在任何情况下，作为结果，实现了功率控制策略转换，使得触发事件tsw导致向第 二或“快速”功率控制策略PCf转换，在功率控制策略PCf中，替代平均灯电压值，灯电压基 本上直接用于调节灯功率。这还可以是闭环功率控制策略，但是使用例如瞬时电压值作为 观测的输入参数，而不是使用平均值，或者不是使用PID控制。在这个触发事件tsw和功率 控制策略转换之间的第一时间关系的实例中，“快速”功率控制策略PCf被应用一固定的时 间长度tf。这个时间间隔tf可以被提前确定，例如在针对那个特定类型灯的实验测试中确 定。在图3b中，示出了触发事件tsw、驱动方案转换和功率控制策略转换之间的第二时 间关系的示意表示。同样，驱动方案转换在灯驱动器从第一驱动方案DS1变化到第二驱动 方案DS2的时间tsw处发生。然而，这个实例说明了当灯驱动器或驱动单元可以预见或预测 触发事件tsw时给出的可能性。如已经解释的，驱动单元可以包括监测诸如灯电压之类的灯 参数并分析这些参数的变化过程的单元或模块。使用以这个方式搜集的信息或数据，灯驱动器可以在某个时间处安排驱动方案转换，并因此可以在实际触发事件tsw之前调度功率 控制策略转换。在该图所示的实例中，使用第一或“缓慢”功率控制策略PCs控制灯功率直 到触发事件tsw之前的时间间隔tp，然后应用“快速”功率控制策略PCf，并持续触发事件tsw 之后的时间间隔tm，直到诸如灯电压之类的被监测灯参数已经稳定到预定值。自然地，可以 在触发事件tsw之后应用“快速”功率控制策略PCf达预定的持续时间，如上面使用图3a所 述。这个异步的、有安排的切换原则的另一个实施例在图3c中示出。这里，在触发事 件tsw处，功率控制策略首先从缓慢策略PCs切换到快速策略PCf。然后，在延迟tp或时间间 隔tp之后，实现从第一方案DS1到第二方案DS2的驱动方案转换。功率控制策略在另一个 时间间隔tf或tm之后被切换回到缓慢策略PCS。在这个情况下，用于驱动方案的不同切换 事件和功率控制策略之间的实际时间关系与图3b中所示出的相差不大。尽管为了清楚起见，图3a、3b和3c限于仅示出两个驱动方案和两个功率控制策 略，但是清楚的是，可以使用根据本发明的方法实施不止两种驱动方案和不止两种功率控 制策略，且本发明不以任何方式受限于这个数字。灯功率对图3a中解释的驱动方案转换的改进的反应在图4中示出。在触发事件 之后，“快速”功率控制策略允许灯功率控制或多或少立即地对灯电流或电压的变化做出反 应。“快速”功率控制策略不使用过去观测结果的集合来导出例如电压的瞬时输入值。而 是，可以使用最近测量的值来立即调节灯功率。换言之，驱动单元可以以最短的可能延迟来 对灯电流的变化做出响应。这与图2中示出的现有技术的响应形成对比，在现有技术的响 应中，灯功率突然增大至充分高于额定功率水平的水平并花费相当长的时间下降回到额定 功率水平。图5示出了根据本发明的气体放电灯1和驱动单元4的一个实施例的框图。驱动单元4通过连接器9与气体放电灯1的电弧管3内部的电极2连接，并从能 够供给DC电压的外部电源8接收其功率。在这个示例性实施例中，驱动单元4包括降压转 换器24、换向(commutation)单元25、点火装置32、电平变换器35、电压测量单元14、电流 测量单元12和控制单元10。本实施例中的控制单元10被示为包括事件管理单元40、驱动 方案管理单元41和功率控制策略管理单元42。控制单元10的功能最终是控制降压转换器24、换向单元25和点火装置32。基本 上，控制单元10指示灯电流的波形，并控制灯功率。为了确定灯功率的变化过程，控制单元 10监测由电压测量单元14测量的灯电压，在本实施例中，电压测量单元14即为分压器14。点火装置32包括点火控制器31 (包括例如电容器、电阻器和火花隙)和点火变压 器，点火变压器使用两个扼流圈33、34生成高电压以点火气体放电灯1。降压转换器24由可以供给例如380V的DC电压的外部电源8馈电。降压转换器 24包括开关20、二极管21、电感器22和电容器23。控制单元10通过电平变换器35控制 开关20，并因此还控制气体放电灯1中的电流水平。通过调节电平变换器35，控制单元10 因此调节提供至灯1的电功率。换向单元25包括控制四个开关27、28、29和30的开关控制器26。灯电流的波形 通过从控制单元10到开关控制器26的合适驱动器控制信号52来控制，驱动器控制信号52 指示灯电流应该换向的时刻。按此方式，例如，可以根据所应用的驱动方案的要求来调节灯电流的频率。用于测量灯电压的电压测量单元14与电容器23并联连接，并以分压器的形式实 现，该分压器具有向控制单元10供给合适信号51的两个电阻器16、17。分压器不供给实际 的灯电压值，而是供给降低了的电压值，该降低了的电压值可以容易地在稍后阶段在控制 单元10中校正以反映实际的灯电压值。电容器15与电阻器17并联连接，并用于减少所测 量的信号51中的高频失真。代表灯1中电流的输入信号50通过电流测量单元12供给控制单元10。电流测量 单元12可以例如以感应原理操作。为了实现根据所述方法的驱动方案转换和功率控制策略转换，控制单元10的实 现包括事件管理单元40、驱动方案管理单元41和功率控制策略管理单元42。这些单元40、 41、42每一个可以估计一个或多个所监测的灯电压50、51。为了清楚起见，信号50、51和块 40、41、42之间的连接未在图中示出。在这个实施例实例中，事件管理单元40观测由信号 51提供的灯电压的测量值，并因此安排驱动方案转换在某个时刻发生。事件管理单元40可 以采取这些步骤来稳定灯中的电弧长度，或者避免其中例如灯电压跌落至不适宜的低电平 的情形。事件管理单元40向驱动方案管理单元41供给合适的控制信息410，这使得驱动方 案转换在指定的时刻发生。驱动方案管理单元41可以访问与驱动方案DSpDS2有关的控制 值，并根据信号410选择合适值。事件管理单元40可以确定功率控制策略转换是否应该与驱动方案转换同步发 生，或者功率控制策略转换是否应在驱动方案转换之前。事件管理单元40可以被编程以做 出某个决定，或者这个决定可以基于所监测的灯参数50、51。如果功率控制策略转换将在驱 动方案转换之前，那么事件管理单元40从存储器43取回例如与时间偏移tp有关的值的信 息54。然后，在向驱动方案管理单元41供给控制信息410之前的时间间隔tp处，事件管理 单元40向功率控制策略管理单元42发出合适命令420，功率控制策略管理单元42于是导 致功率控制策略转换。功率控制策略管理单元42可以访问与驱动方案PCs、PCf相关的控制 值，并根据信号420选择合适值。例如，在灯1的“正常”操作期间，事件管理单元40可以基于所观测的灯值50、51 决定从第一驱动方案DS1到第二驱动方案DS2的转换将在不久的将来的某个时间tsw处是必 需的，以及从缓慢功率控制策略PCs到快速功率控制策略PCf的转换应该比驱动方案转换提 前时间间隔tp。因此，事件管理单元40向功率控制策略管理单元42发出合适的命令420， 使得功率控制策略转换在驱动方案转换之前的适当时间发生，所述驱动方案转换又由事件 管理单元40借助于到驱动方案管理单元41的合适命令410启动。随后，事件管理单元40可以估计一个或多个灯参数50、51，并可以在灯参数已经 稳定于预定阈值时决定回复至缓慢功率控制策略PCS。这样的阈值信息也可以存储在事件 管理单元40的存储器43中。将回复至缓慢功率控制策略PCs的决定作为合适命令420提 供给功率控制策略管理单元42。可替换地，事件管理单元40可以简单地等待经过了由存储器43中存储的值给出 的预定时间间隔tf之后，向功率控制策略管理单元42发出合适命令420。以相似的方式，事件管理单元40确定驱动方案何时或是否应该回复至第一驱动 方案DS1，并向驱动方案管理单元41发出合适命令410。
图示的具有单元40、41、42的控制单元10被理解为仅仅是示例性的，单元40、41、 42的任何合适的实现都适用。例如，功率控制策略管理单元42可以包括计算用在“缓慢” 或间接功率控制策略中的平均电压或电压均值的所需的必要单元或模块。可以例如使用均 方根(RMS)算法来确定这样的平均电压值。可以按照需要分布单元40、41、42的功能。控 制单元10例如可以包括用于使用适当软件算法执行本方法的一些功能的处理器，以及用 于存储预定值或在应用方法期间计算的值的存储器。单元40、41、42的其他功能可以使用 合适的硬件组件实现，这些硬件组件引入在一个或多个印刷电路板上或安装其上。图6示出了气体放电灯的作为以小时测量的时间(t)的函数的采集光通量(用流 明(Im)表示)的曲线图，该气体放电灯是使用PCT/IB2007/052968中公开的灯驱动方法驱 动的，其中闭合循环功率补偿回路被用于在所需要的灯功率水平驱动灯。所需要的灯功率 可以使用针对灯电压、灯内压力等得到的测量结果来计算。例如，所需要的灯功率值Pk的 数学近似可以是灯电压Ul的η阶多项式函数，如下等式所述Pe(Ul) = Cn · Uli^cv1 · Ul^1+. · · +C2 · Ul^c1 · UL+c0其中η是正自然数，以及cn、(V1.....c2、C1, Ctl是取决于比如采集光束扩展
(etendue)、电极电压降、采集光学器件的反射率、固有效能和目标光通量的参数的多项式 系数。可以使用本领域技术人员已知的常规技术来测量或预测这些参数。功率补偿的准确 性取决于多项式函数的项数。在4个小时时间间隔的操作中获得图6的实验值。在这段时间里，每当需要时，灯 驱动器导致驱动方案间歇地在多个不同驱动方案(DSpDS2)之间切换，例如以便避免电极 过度回烧，或者避免灯电压跌落得太低。曲线图中，在所示操作间隔的第一小时和第三小时 期间的白正方形符号指示灯操作期间测量的光通量值，在所述灯操作期间，灯功率仅仅使 用已知的“缓慢”功率控制技术来控制，即通过使用从导数获得的平均电压值或电压值来控 制。在所示的第二小时和第四小时操作间隔期间的黑点指示当使用根据本发明的方法驱动 灯时(即当功率控制策略从“缓慢”策略变化到更直接或“快速”策略达短暂的时间间隔时) 测量的光通量值，以快速地适应于驱动方案转换期间的变化。当使用根据本发明的方法驱 动灯时，如从曲线图中可以清楚看到的，所采集的灯的通量没有像当仅使用缓慢功率控制 策略驱动灯时那种程度地波动。图7a显示了对于使用根据本发明的灯驱动方法间歇操作的灯，作为电压(V)函数 的采集光通量(用流明(Im)表示)的曲线图，其中使用在与上面图6所示相似的实验过程 中获得的值，而没有使用PCT/IB2007/052968中描述的功率补偿技术。同样，可以在整体稳 定的光通量值(黑点)和更加分散的值(白正方形)之间做出清楚的区分，所述整体稳定 的光通量值是在使用根据本发明的方法操作灯时获得的，所述更加分散的值是在仅使用单 个缓慢功率控制策略操作灯时观测到的。黑点被收集在曲线图中的清晰区域上，其表明灯 的光输出未显而易见地波动，甚至在电压增大时也是如此。与这些值形成对比，白正方形在 曲线图中分布在更宽的区域上，其表明在仅仅使用“缓慢”功率控制策略时灯的光输出经历 大得多的波动。图7b显示了相似的曲线图，在该曲线图中，在实验的持续时间内应用PCT/ IB2007/052968中描述的功率补偿技术，在该实验中使用根据本发明的灯驱动方法间歇地 操作灯。这次，这些值是针对图6的曲线图获得的值。与图7a比较，该图演示了除了根据本发明的功率控制策略转换之外，使用这个补充的功率补偿可以获得进一步的改进，因为 可以看到在使用根据本发明的方法在操作灯期间获得的所测光通量值(黑点)甚至遵循一 条清晰的线。操作电压的变化与灯的光输出中明显波动的关联甚至减少。图8显示了针对图7a和7b中观测的不同操作模式的所采集的光通量的展宽的框 图。在第一操作模式Ml中，仅使用基于灯电压平均值的“缓慢”现有技术方法控制灯功率。 在第二操作模式M2中，“缓慢”功率控制增加了 PCT/IB2007/052968中公开的功率补偿。在 第三操作模式M3中，使用根据本发明的方法驱动灯。最后，在第四模式M4中，使用根据本 发明的方法驱动灯，并根据PCT/IB2007/052968执行附加的功率补偿。对于每个模式Ml、 M2、M3、M4示出了作为与平均值偏差的百分比的光通量的变化或展宽。如从曲线图中可以 看到的，对于第三模式M3和第四模式M4获得了最好的结果，即表现出最少偏差的结果。因 此，当与驱动气体放电灯的现有技术方法(模式M1、M2)相比时，根据发明的方法在光通量 稳定方面提供了相当大的改进。尽管已经以优选实施例和其上的变化的形式公开了本发明，但是应当理解，可以 对其做出许多附加的修改和变化，而不背离本发明的范围。例如，所描述的控制单元还可以 包括用于执行上面概述的以及在PCT/IB2007/052968中公开的功率补偿的必需单元或模 块。在另一个可能的实现中，每个灯驱动方案可以与其自身的功率控制策略相关联，并且当 已知不同灯驱动方案导致不同程度的并在不同时间标度上的波动时是有益的。例如，当灯 驱动方案仅仅用于很短暂的持续时间时，这可以默认地附有快速功率控制策略。在又一个 变型中，例如当已知灯电压的波动是瞬时的以及平均灯电流在这个暂时波动期间不应变化 时，驱动方案管理单元可以选择一种用不变的电流驱动灯的驱动方案，并向开关控制器发 出合适的信号。为了清楚起见，应当理解，该申请通篇中“一”或“一个”的使用不排除多个，并且 “包括”不排除其他步骤或元件。“单元”或“模块”可以包括多个单元或模块，除非另外说明。附图标记列表1气体放电灯2 电极3电弧管4驱动单元8外部电源9连接器10控制单元12电流测量单元14电压测量单元15电容器16电阻器17电阻器20 开关21 二极管
22电感器
23电容器
24降压转换器
25换向单元
26开关控制器
27开关
28开关
29开关
30开关
31点火控制器
32点火装置
33扼流圈
34扼流圈
35电平变换器
40事件管理单元
41驱动方案管理单元
42功率控制策略管理单元
43存储器
50灯电流信号
51灯电压信号
52驱动器控制信号
53电平变换器控制信号
54信息信号
410控制信号
420控制信号
tsw触发事件
乜时间间隔
tf预定时间间隔
tp预定时间间隔
DS1第一驱动方案
DS2第二驱动方案
PCs第一功率控制策略
PCf第二功率控制策略
Ml第一操作模式
M2第二操作模式
M3第三操作模式
M4第四操作模式
说 明 书10/10页
1权利要求
一种驱动气体放电灯(1)的方法，其中，在任何一个时间，根据多个不同驱动方案(DS1、DS2)之一驱动所述灯(1)，并根据多个不同功率控制策略(PCs、PCf)之一控制灯功率，并且其中在触发事件(tsw)之前根据第一驱动方案(DS1)驱动所述灯(1)，且当发生所述触发事件(tsw)时，实现驱动方案转换，使得随后根据第二驱动方案(DS2)驱动所述灯(1)，并且其中，在时间上取决于所述触发事件(tsw)，实现从第一功率控制策略(PCs)到第二功率控制策略(PCf)的功率控制策略转换，使得随后在一时间间隔(tm，tf)内根据所述第二功率控制策略(PCf)控制灯功率。
2.根据权利要求1的方法，其中所述功率控制策略(PCS、PCf)中的至少一个包括直接 功率控制策略(PCf)，并且所述功率控制策略(PCs、PCf)中的至少一个是间接功率控制策略 (PCs)，以及当根据直接功率控制策略(PCf)控制灯功率时，灯功率对灯电压变化的反应比 根据间接功率控制策略(PCs)控制灯功率时要快。
3.根据权利要求2的方法，其中在时间上取决于所述触发事件(tsw)的功率控制策略 转换包括从间接功率控制策略(PCs)到直接功率控制策略(PCf)的转换。
4.根据权利要求3的方法，其中，在所述时间间隔(tm，tf)期满之后，所述灯功率的控 制回复至所述间接功率控制策略(PCs)。
5.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述功率控制策略转换与所述驱动方案转 换同时发生。
6.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述功率控制策略转换在所述驱动方案转 换之前。
7.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述时间间隔(tf)持续预定的持续时间。
8.根据前述权利要求中任一项的方法，其中观测一种或多种灯参数(50、51)，以及所 述时间间隔(tm)持续直到灯参数(50、51)满足预定条件。
9.一种用于驱动气体放电灯(1)的驱动单元(4)，其包括-用于检测或预期触发事件(tsw)的事件管理单元(40)；_用于基于所述事件管理单元(40)的输出选择将根据其驱动所述灯(1)的多个不同驱 动方案(DSpDS2)之一的驱动方案管理单元(41)；-以及功率控制策略管理单元(42)，该功率控制策略管理单元(42)实现为在时间上取 决于所述触发事件(tsw)地选择将根据其在一时间间隔(tm，tf)内控制灯功率的多个不同 功率控制策略(PCs、PCf)之一。
10.一种投影系统，其包括气体放电灯(1)和根据权利要求9的用于驱动该气体放电灯 ⑴的驱动单元⑷。
全文摘要
本发明描述驱动气体放电灯(1)的方法，其中，在任何一个时间，根据多个不同驱动方案(DS1、DS2)之一驱动灯(1)，并根据多个不同功率控制策略(PCs、PCf)之一控制灯功率，并且其中在触发事件(tsw)之前根据第一驱动方案(DS1)驱动灯(1)，以及当发生触发事件(tsw)时，实现驱动方案转换，使得随后根据第二驱动方案(DS2)驱动灯(1)，并且其中，在时间上取决于触发事件(tsw)地实现从第一功率控制策略(PCs)到第二功率控制策略(PCf)的功率控制策略转换，使得随后在一时间间隔(tm，tf)内根据第二功率控制策略(PCf)控制灯功率。本发明还描述用于驱动气体放电灯(1)的驱动单元(4)，其包括用于检测或预期触发事件(tsw)的事件管理单元(40)；用于基于事件管理单元(40)的输出选择将根据其驱动灯(1)的多个不同驱动方案(DS1、DS2)之一的驱动方案管理单元(41)；以及功率控制策略管理单元(42)，该功率控制策略管理单元(42)实现为在时间上取决于触发事件(tsw)地选择将根据其在一时间间隔(tm，tf)内控制灯功率的多个不同功率控制策略(PCs、PCf)之一。
文档编号H05B41/392GK101884252SQ200880118990
公开日2010年11月10日 申请日期2008年12月1日 优先权日2007年12月3日
发明者J·波尔曼雷特希 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司