专利名称：高压放电灯的工作方法和工作电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及加有交流灯电流的高压放电灯的工作方法。
本发明还涉及高压放电灯用工作电路，包括与供压电源连接的输入端K1、K2，与输入端连接的给高压放电灯供给交流灯电流的装置。
这种方法和电路配置已由美国专利4485434公开而成为现有技术。已发现，用低频交流灯电路的高压放电灯(也称作灯)的AC2作能防止高压放电灯的电极迅速损坏，使灯能以较高效率工作。
灯的这种工作存在的问题是，与电极温度和电极表面状态有关，放电电弧位置以电极表面的一个点跳到下一个点，因而，经常使电极附近的放电电弧不稳。电极表面太冷时，电极附近的放电电弧极弱。因而，使电极表面上有微小尖点的位置过热，工作中，放电电弧在这些微小尖点之间跳动，使高压放电灯闪烁。电极温度太高也会出现闪烁。这种条件下，电极材料不停地移动和蒸发使放电电弧不稳。高压放电灯用AC电流工作时，灯的每个电极在灯电流的连续半周期中交替地起阴极和阳极作用。电极的这些半周期中分别称作阴极相和阳极相。阳极相中从电极上除去电极材料，阴极相中的离子束再回到电极。灯电流周期中，由于阳极相中电极温度与时间的关系不同于阴极相中电极温度与时间的关系，因此，这些移动过程使灯电流周期内的电极温度性能进一步复杂。为此，在灯电流的整个周期电极温度变化极大，阳极相中放电电弧在电极表面的不同位置发生。但是，阴极相中相同电极表面上的放电电弧发生位置将处于这些不同位置的任一位置。这种特性在高压放电灯用于诸如投影电视这种光学装置时特别不能允许。这种应用中，由于放电电弧要接近点光源，因此，要求电极间距极短。但是，电极间的短距离使其在每隔一个阴极相中电极的不同位置会成为放电电弧的发生点，因而，引起整个放电电弧不稳，因而出现极强的闪烁。
本发明的目的是，提供高压放电灯的工作方法和工作电路，按此方法和电路能基本上抑制灯在工作中的闪烁。
按本发明，开始第1段中所述方法的特征是，在灯电流半周期的预定部分产生电流脉冲，所述电流脉冲与灯电流的极性相同，并迭加到在半周期的以后部分产生的灯电流上。
按本发明，第2段所述电路的特征是，电路中还包括在灯电流半周期的预定部分产生电流脉冲用的装置III，所述电流脉冲与灯电流的极性相同，并迭加到半周期的后部分产生的灯电流上。
由于加入了电流脉冲，使灯电流半周期预定部分的末端流过灯的电流总量增加，使电极温度升到较高值。该高温使放电电弧稳定性增大，因为，每个阴极相中在同一位置产生放电电弧。已发现，按本发明方法和/或电路时高压放电灯工作时的闪烁基本上被抑制。
还发现，高压放电灯是金属卤化物灯时，电流脉冲使离子流增加，导致灯中包含的金属等离子在电极表面的淀积量增多，因而，电极的功函数减小。
电流脉冲可周期性产生，例如，每3个或每5个灯电流半周期产生或间断地产生，例如，5个连续半周期中产生电流脉冲，随后的5个连续半周期中不产生电流脉冲，再随后的5个连续半周期中再产生电流脉冲。
在每半个灯电流周期中产生电流脉冲时能获得极好的结果。
还发现，电流脉冲幅度较高时，为了获得相同的闪烁抑制效果，其持续时间会缩短，由流脉冲的最佳幅度和持续时间与灯的类型和电极尺寸相关。当灯电流频率选择范围在50-500Hz，电流脉冲平均幅度与灯电流平均幅度之比的选择范围是0.6至2，电流脉冲持续时间与灯电流半周期之比在0.05至0.15之间时，能获得良好结果。灯电流平均幅度是指半周期中灯电流的平均值。电流脉冲平均幅度是指电流脉冲在持续时间内电流脉冲幅度的平均值。电流脉冲加到高压放电灯上的能量是在半个周期中灯电流加到高压放电灯的能量的5％至15％。
能简单而价廉地制成按本发明的电路，电路中给高压放电灯供给交流电流的装置包括装置I和整流器II，装置I与所述输入端连接，用由供压源供给的电压产生DC供给电流，整流器II将供给电流转换成交流灯电流。产生DC供给电流的装置I最好包括DC-DC转换器和电流脉冲发生装置，DC-DC转换器装有在灯工作中高频工作的转换元件，电流脉冲发生装置包括该转换元件的工作周期或转换频率用的调节装置。按此方式，产生电流脉冲用的装置也可用于产生交流灯电流。
按本发明的电路的优选实施例中，电路包括电功率控制回路和电流脉冲发生器。电功率控制回路装有信号发生器，产生测试高压放电灯的规定功耗量，电流脉冲发生器包括调节所述信号的调节器。
另一优选实施例中，整流器包括全电桥电路。
将参见附图进一步说明本发明实施例。
图1是按本发明实施例的电路框图；图2是图1所示电路框图的实施例；图3是图2所示电路部分的更详细电路；图4是灯工作时图2所示电路不同端的电流和电压图形。
图1中，K1和K2是与供压源连接的输入端直流(DC)供给电流发生装置I与K1和K2连接。装置I的输出端分别与整流器II的输入端连接。整流器II的输出端与高压放电灯La连接。装置I和II一起构成给高压放电灯供给交流灯电流的装置A。装置III在灯电流的每个半周期中产生电流脉冲。为此，装置III与图1中虚线标示的装置A连接。
图1所示电路的工作说明如下。
输入端K1和K2连到供压源的输出端时，装置I用供压源供给的电压产生DC供给电流。整流器II将该DC供给电流转换成交流灯电流。灯电流的每半个周期中，装置III产生其极性与灯电流极性相同的电流脉冲，并在每半个周期的后面部分迭加到灯电流上。灯电流和迭加到灯电流上的电流脉冲均加到灯La上。
桥式整流器RB、电容器C1和C2、驱动电路DC1、转换元件S1、二极管D1和电感器L构成图2中的DC供给电流发生装置I，本例中的开关元件S2、S3、S4和S5和驱动电路DC2、DC3和电阻器R1构成整流器II。电路部件CPI、CPII、比较器COMP、转换元件S6、引入端K3、电位计R2、电阻器R3和灯工作期间在引出端K3产生基本恒定电压的附加电路构成装置III。所述附加电路图中未画。
K1和K2表示连接到低频AC供压源的输入端。K1和K2分别与桥式整流器RB的输入端相连。桥式整流器RB的第1输出端与电容器C1的第1边连接，电容器C1的另一边连到桥式整流器RB的第2输出端。电容器C1的第1边还与转换元件S1的第1主电极连接。转换元件S1的控制电极与驱动电路DC1的输出端连接。转换元件S1的另一主电极与二极管D1的阴极连接，并连接到驱动电路DC1的输入端。二极管D1的阳极连到电容器C1的另一边。二极管D1的阴极还与电感元件L的第1边连接。电感元件L的另一边与转换元件S2和S4的第1主电极连接。电感元件L的另一边还连接电容器C2的第1边。电容器C2的另一边连接到电容器C1的另一边。转换元件S2的另一主电极连接到转换元件S3的第1主电极，转换元件S4的另一主电极连到转换元件S5的第1主电极。转换元件S3和S5的另一主电极连到电阻器R1的第1边。电阻器R1的另一边连到电容器C1的另一边。转换元件S2和S4的另一主电极由高压放电灯La连接(在工作状态下)。转换元件S2和S3的控制电极连到驱动电路DC2的各输出端。转换元件S4和S5的控制电极连到驱动电路DC3的各输出端。电阻器R1的第1边和电感元件L的另一边连到电路部件CPI的各输入端。电路部件CPI的输出端连到比较器COMP的第1输入端。比较器COMP的另一输入端连到电阻器R3和电位计R2的第1边。电位计R2的另一边连到输出端K3。电阻器R3的另一边连到电容器C1的另一边。电阻器R3由转换元件S6旁路。比较器COMP的输出端连到驱动电路DC1的输入端。电路部件CPII的第1输出端连到转换元件S6的控制电极。电路部件CPII的另外两个输出端D和E连到驱动电路DC2和IC3的各输入端。
以下说明图2所示电路的工作。
输入端K1和K2与低频AC供压源的电极连接时，桥式整流器RB对该低频AC供给电压整流并转换成DC电压，加于电容器C1上。驱动电路DC1、转换元件S1、二极管D1和电感元件L一起构成DC-DC转换器，特别是构成下转换器。该下转换器将电容器C1上的DC-电压转换成DC供给电流。电容器C2作为缓冲电容器。转换元件S2和S5为一边，S3和S4为另一边，由驱动电路DC2和DC3交替地使其导通和不导通。结果，DC供给电流转换成交流灯电流。电路部件CP2的输入端电压分别测试流过灯的电流幅度和整流器的供给电压。这两个电压通过电路部件CP2产生测试灯的功耗用信号。该信号加在比较器COMP的第1输入端。灯工作时，输出端K3的电压基本不变。产生该电压用的装置图2中未画。电位计R2、电阻器R3和转换元件S6产生的标准电压加到比较器COMP的第2输入端，并测试灯中消耗的规定功率量。按比较器COMP的输出信号驱动电路DC1控制由它产生的高频脉冲宽度。该脉冲宽度又反过来控制流过灯的电流幅度。在灯电流每个半周期的第1部分转换元件S6导通。结果，比较器COMP的第2输入端的标准电压较低。结果，驱动电路DC1产生的高频脉冲的脉冲宽度，流过灯的电流幅度和灯的消耗功率均较小。灯电流每个半周期的后面部分，电路部件CPII使转换元件S6不导通。结果，使标准电压升高，驱动电路DC1产生的驱动信号的工作周期也增长，电流脉冲迭加到灯电流上，灯的功耗增大。
图3所示电路部件CPII由3个电路部件CPIII至CPII构成。CPIII是有第1输出端A和第2输出端B的数字电路。灯工作时，其频率与灯电流的频率相同的第1数字信号加在第1输出端A上。其频率与灯电流的频率相同的第2数字信号存在于电路部件CPIII的第2输出端B。两个信号与时间的关系曲线示于图4中，并分别用A和B表示。可看到，使第1数字信号反向并使其相位位移过半周期可得到第2数字信号。输出端A和B与电路部件CP IV的各输入端连接。电路部件CP IV用作“或门”，所以，第1或第2数字信号中的任何一个是“高”电位，而另一信号是“低”电位时，其输出端C存在的数字信号是“高”电位。其它的全部状态下，输出端C上的数字信号是“低”电位。输出端C上的数字信号与时间的关系由图4中的曲线C示出。输出端C连到电路部件CP V的输入端。电路部件CP V是“双稳态多谐振荡器”或“双稳态触发器”。电路部件CP V的第1输出D处的数字信号在输出端C上的数字信号的连续倾斜间是“高”电位，此后，信号从“低”变到“高”。输出端D上的数字信号分别为“低”和“高”电位时，电路部件CP VI的第2输出端E的数字信号是“高”电位，电路部件CP V的输出端D和E上的数字信号与时间的关系分别由图4中的曲线D和E表示。图2中，输出端C与转换元件S6的控制电极连接，因此，输出端D的数字信号是“高”电位时，转换元件S6导通，电流脉冲的持续时间等于输出端D的数字信号是“高”电位过程中的时间间隔。流过高压放电灯的总电流幅度与时间的关系曲线示于图4中，此时，按本发明的电路使灯工作。曲线I表示灯电流基本上是方波形的AC电流，电流脉冲也是矩形。应注意，对本发明而言，灯电流和电流脉冲的这种形状并不是实质所在。电流脉冲的波形也可以是正弦波，三角波或指数式波。
图2示出的电路实施例用在高压放电灯中的工作已由德国专利3813412公开。灯的正常功耗是100瓦，电极距离仅为1.4mm。当平均幅度为0.9A的电流脉冲在每半个周期的后8％中迭加到平均电流幅度为1.1A和交变频率为90Hz的灯电流上时，闪烁基本上被抑制。
权利要求
1.一种高压放电灯的工作方法，其中交流灯电流加给高压放电灯，其特征是，在灯电流的半周期的预定部分产生电流脉冲，所说电流脉冲有与灯电流的极性相同的极性，并迭加到在半周期后面部分产生的灯电流上。
2.按权利要求1的方法，其特征是，所述电流脉冲在灯电流每个半周期中产生。
3.一种高压放电灯工作电路，包括输入端(K1、K2)，与供电源连接；交流灯电流供给装置，它连到输入端，给高压放电灯供给交流灯电流；其特征是，电路还包括装置III，它在灯电流半周期的预定部分产生电流脉冲，所述电流脉冲的极性与灯电流的极性相同，并迭加到在半周期后面部分中产生的灯电流上。
4.按权利要求3的电路，其特征是，装置III在灯电流每个半周期中产生电流脉冲。
5.按权利要求3或4的电路，其特征是，给高压放电灯加交流灯电流的装置，包括装置I，它连到所述输入端，用供压源供给的电压产生DC供电流；整流器II，用于将供给电流转变成交流灯电流。
6.按权利要求5的电路，其特征是，产生DC供给电流的装置I包括DC-DC转换器和电流脉冲发生器，所述DC-DC转换器装有在灯工作期间高频工作的转换元件，所述电流脉冲发生装置包括转换元件工作周期的调节装置。
7.按权利要求5或6的电路，其特征是，DC供给电流发生装置包括DC-DC转换器和电流脉冲发生装置，所述DC-DC转换器装有在灯工作期间高频工作的转换元件，所述电流脉冲发生装置包括转换元件的转换频率调节装置。
8.按上述1项或多项权利要求的电路，其特征是，灯电流频率的选择范围是50-500Hz，电流脉冲的平均幅度与灯电流平均幅度之比在0.6与2之间，电流脉冲持续时间与灯电流的半周期之比在0.05与0.15之间。
9.按上述1项或多项权利要求的电路，其特征是，电流脉冲供给高压放电灯的能量是一个半周期中灯电流供给高压放电灯的能量的5至15％之间。
10.按上述1项或多项权利要求的电路，其特征是，电路包括功率控制回路和电流脉冲发生装置，所述功率控制回路装有信号发生装置所产生的信号用于测试高压放电灯规定的功耗量，所述电流脉冲发生装置包括所述信号用调节装置。
11.按权利要求5、6或7的电路，其特征是，整流器包括全桥式电路。
全文摘要
本发明涉及高压放电灯的工作电路，包括与供压源连接的输入端(K1、K2)，与输入端连接并给高压放电灯供给交流灯电流的装置。按本发明，电路还包括在灯电流的每个半周期中产生电流脉冲的装置III，电流脉冲与灯电流极性相同，并迭加到灯电流半周期预定部分的后面部分中的灯电流上。结果基本抑制了灯工作中的放电电弧闪烁。
文档编号H05B41/24GK1155368SQ95194560
公开日1997年7月23日 申请日期1995年5月22日 优先权日1994年6月22日
发明者G·H·德尔雷, H·E·菲舍尔, H·G·根泽尔, H·门希 申请人:菲利浦电子有限公司