專利名稱：操作放電燈的方法和電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種操作放電燈的方法和電路裝置。本發(fā)明的方法和本發(fā)明的電路裝置尤其可用于HID(高強(qiáng)度氣體放電)燈或者UHP(超高性能)燈。本發(fā)明還涉及具有放電燈和這種電路裝置的照明單元以及具有投影顯示器和這種照明單元的投影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
基本上可以以DC以及AC操作這種燈。然而，一般地，優(yōu)選以AC運(yùn)行，因?yàn)檫@樣避免了電極的腐蝕并可以提高燈的效率。
然而，導(dǎo)致發(fā)射光流閃爍的不穩(wěn)定弧放電的危險(xiǎn)也增加了，尤其是當(dāng)以AC運(yùn)行時(shí)，歸因于極性的恒定變化。這主要是由于這樣的事實(shí)弧放電依賴于溫度和電極的表面狀態(tài)，而且，在電極作為正極和負(fù)極工作的相中，電極溫度的隨時(shí)間變化的圖案不同。這反過來導(dǎo)致在燈電流周期時(shí)電極溫度的顯著變化。為了對這些變化產(chǎn)生有利的影響，已知的是，在燈電流的每個(gè)半周期結(jié)束時(shí)，也就是，在極性變化之前，產(chǎn)生了和要變化的半周期具有相同極性的電源脈沖，并將它疊加在燈電流之上，使得總電流增加并且電極溫度升高。這可以顯著改善電弧放電的穩(wěn)定性。
這些電源脈沖的效果是燈運(yùn)行在已經(jīng)或多或少強(qiáng)烈顯示出脈沖狀分量的燈AC下，其反過來產(chǎn)生脈沖狀增強(qiáng)的光流。
尤其是在借助時(shí)序彩色重現(xiàn)方法工作的彩色投影顯示器中，然而，例如如果以不同于其它基礎(chǔ)圖像的不同亮度重現(xiàn)其中一個(gè)基礎(chǔ)彩色圖像，則發(fā)射光流的變化可能使外觀變形。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是發(fā)明一種操作放電燈的方法和電路裝置，借助該方法和電路裝置可以獲得穩(wěn)定的電弧放電，而不必為此目的在燈電流上疊加電源脈沖。
而且，為了操作放電燈，對于本發(fā)明應(yīng)當(dāng)可能的是提供一種方法和電路裝置，通過該方法和電路裝置，至少可以顯著地減少或者限制在燈的壽命期間電極的燒壞和點(diǎn)燃電壓的相關(guān)升高。
根據(jù)權(quán)利要求1的用于操作放電燈的方法實(shí)現(xiàn)該目的，該放電燈具有燈AC的第一頻率的第一操作相和具有燈AC的第二頻率的第二操作相，其中選擇第一頻率，使得在燈操作期間，在電極主體上形成細(xì)的電極尖端，其中到第二頻率時(shí)尖端至少回熔了大部分并在經(jīng)過第一操作相的預(yù)定周期之后啟動(dòng)第二操作相。
在權(quán)利要求11中通過執(zhí)行這種方法的電路裝置進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)該目的。
用本發(fā)明的技術(shù)方案，可以在燈AC的相對高頻(其中該頻率可以顯著高于與上面提到的電源脈沖疊加的已知燈AC的頻率)操作燈，使得可以使用和它有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，也就是，由于較細(xì)的電極尖端以及在電極上較低的電壓降導(dǎo)致大部分更穩(wěn)定的電弧放電，而不必接受通常和高頻有關(guān)的缺陷(最重要的是嚴(yán)重的電極燒毀以及由于形成多個(gè)電極尖端導(dǎo)致相當(dāng)頻繁的電弧跳躍或者不穩(wěn)定的電弧放電)。可以獲得這些優(yōu)點(diǎn)，而不必以已知的方式將電源脈沖疊加到燈AC上。
由于兩個(gè)操作相的交替啟動(dòng)以及尤其是持續(xù)時(shí)間的適當(dāng)選擇和第二操作相的重復(fù)頻率，還可以顯著降低或者限制在燈的壽命期間燈的點(diǎn)燃電壓的升高。
從屬權(quán)利要求包含本發(fā)明其它有利的研發(fā)。
權(quán)利要求2至5包含第一或者第二頻率的優(yōu)選區(qū)域，視情況而定，盡管可以在權(quán)利要求6和7中給出第一和第二操作相之間的優(yōu)選時(shí)間比。
權(quán)利要求8和9包含接通操作相，如果不是在連續(xù)操作中而只是在每次比較短的周期中使用燈，優(yōu)選在接通燈之后代替第二操作相啟動(dòng)接通操作相。
參考下文中描述的實(shí)施例，通過非限定性的實(shí)例，本發(fā)明的這些和其它方案是顯而易見的并被解釋。


在圖中圖1給出了第一電極尖端的圖示；圖2給出了第二電極尖端的圖示；圖3示出了燈的點(diǎn)燃電壓和時(shí)間的曲線圖；圖4示出了在多個(gè)操作期間燈的點(diǎn)燃電壓和時(shí)間的曲線圖，以及圖5示出了用于實(shí)現(xiàn)方法的電路裝置的電路的基本電路圖。
具體實(shí)施例方式
圖1和2示出了(高強(qiáng)度)氣體放電燈的兩個(gè)電極1的相互面對的端部區(qū)，在操作狀態(tài)時(shí)在它們之間形成電弧放電(未示出)。
在放電燈的操作期間，尖峰11、12；11a出現(xiàn)在電極主體10的前互相面對的表面上，尖峰11、12；11a的生長，也就是長度和直徑依賴于燈的多個(gè)操作參數(shù)，并可能導(dǎo)致燈中所希望的或者不希望的特性。
已經(jīng)示出了形成電極尖端的寬度或者直徑依賴于燈AC的頻率f，有點(diǎn)像下面的方程d=c/f[Hz],]]>其中常數(shù)c在大約2500和大約4000μm之間。
因此，通過使用例如大約300Hz和大約1000Hz之間的相對高的操作頻率，可以產(chǎn)生具有相對小直徑的電極尖端，以及使用例如大約20到150或者200Hz之間的相對低的操作頻率，可以產(chǎn)生具有相對大直徑的尖端。
和細(xì)尖端相對的相對較粗的尖端的缺點(diǎn)是在電極主體10的方向上，從粗尖端的自由端的熱傳輸相當(dāng)多。
通過燈的高強(qiáng)度操作和在粗電極尖端相關(guān)的擴(kuò)散電弧附著，結(jié)果是電極上的電壓降非常大，電極溫度急劇上升，所以電極材料大量地蒸發(fā)掉。
而且，由于相對較大的熱傳輸，尤其是相對較低的燈電源和相關(guān)尖的電弧附著，所以在粗尖端的自由端的溫度低于具有較小直徑的尖端的情況。這種情況的結(jié)果是對于較粗的尖端，電弧跳躍的危險(xiǎn)明顯高于細(xì)尖端。加上這一點(diǎn)，電弧跳躍的最大振幅隨著電極尖端的直徑增加而上升。
因此，在具有相對細(xì)尖端的電極的情況中，人們可以觀察到在電極上相對穩(wěn)定的電弧放電和相對低的電壓降。
不考慮電極尖端的厚度，然而燈AC的相對高的操作電壓的結(jié)果通常是這樣的，尤其是在長時(shí)間的操作周期之后，可以觀察到更嚴(yán)重地?zé)龎牡碾姌O(由此增加了點(diǎn)燃電壓)和/或通常在電極上形成相對細(xì)的尖峰，然后電弧在電極之間到處跳躍。
通過使用本發(fā)明的電路裝置和本發(fā)明的方法至少很大程度上避免了這種情況，使得可以應(yīng)用相對高操作頻率的所述優(yōu)點(diǎn)，而不必接受它的缺點(diǎn)并且不必以已知的方式將電壓脈沖疊加到燈AC上(尤其是在每次極性改變之前)。
為此目的，設(shè)置和改變或者控制燈的操作參數(shù)，尤其是燈AC的頻率，使得電極尖端采取圖1和2交替使用的形狀。
在圖1所示的第一電極形狀的情況中，已經(jīng)在電極主體10的自由端構(gòu)成了相對粗的第一電極尖端11，在其上面已經(jīng)形成了相對細(xì)的第二電極尖端12。
在圖2所示的第二電極形狀的情況中，細(xì)的第二電極尖端12已經(jīng)熔化，它的材料大部分沉積在厚的第一電極尖端11上，使得現(xiàn)在已經(jīng)形成了一個(gè)具有比圖1的第一電極尖端11的直徑大的直徑的第三電極尖端11a。
這兩個(gè)電極形狀之間的交替變化避免了多個(gè)尖峰的形成以及至少避免了形成電弧跳躍，因?yàn)樗€限制或者減少了燈的壽命期間電極燒壞和相關(guān)的點(diǎn)燃電壓升高。
優(yōu)選選擇燈AC的適當(dāng)頻率作為燈的操作參數(shù)，借助于這些頻率以適當(dāng)?shù)拈g隔和周期交替產(chǎn)生和啟動(dòng)這些電極形成。
尤其是產(chǎn)生圖1中所示的相對細(xì)的第二電極尖端12，可以，利用大約300Hz和大約3000Hz之間的范圍內(nèi)相對高的第一頻率f1在燈AC的第一操作相期間操作燈。
為了避免在高頻f1時(shí)燈連續(xù)操作的上述缺陷，在第二操作相(再生相)中以一定的時(shí)間間隔將燈AC的頻率轉(zhuǎn)換到相對低的第二頻率f2，使得細(xì)的第二電極尖端12熔化，它的材料至少大部分沉積在粗的第一電極尖端11上。以這種方式，另外產(chǎn)生圖2所示的粗的第三電極尖端11a，其通常具有稍微大于圖1所示的第一電極尖端11的直徑的直徑。
第二頻率f2可以在大約0和大約300Hz之間的范圍，優(yōu)選在大約20和大約200Hz之間，或者在大約第一頻率f1的1/20和大約1/2之間?？梢詫⒌谝活l率f1定義為第二頻率f2的整數(shù)倍(f1＝n*f2)。
替換地或者附加地，在第二操作相中，還可以對燈施加其持續(xù)時(shí)間在大約0.1和大約10秒之間的DC分量。該DC分量優(yōu)選以第一和然后以相反的第二極性運(yùn)行。
如果已經(jīng)至少基本上獲得了圖2所示的電極形狀，那么再次轉(zhuǎn)換第一操作相，使得再次形成細(xì)的第二電極尖端12。
根據(jù)燈的類型，在大約0.5和大約10小時(shí)之間的第一操作相的持續(xù)時(shí)間之后，優(yōu)選有規(guī)律地啟動(dòng)第二操作相，其中第二操作相優(yōu)選具有大約0.1和大約3600秒之間的持續(xù)時(shí)間。
優(yōu)選在至少基本上以連續(xù)模式使用燈的情況和燈接通相當(dāng)短的時(shí)間并然后再次關(guān)斷的情況之間產(chǎn)生區(qū)別。在前者的情況中，耗費(fèi)了燈的操作周期，并在第一操作相的所述周期之后，在返回到第一操作相之前啟動(dòng)所述持續(xù)時(shí)間的第二操作相。另一方面，如果燈只運(yùn)行相當(dāng)短的周期，則優(yōu)選只是在使用第一操作相之前，第二操作相可以總是以接通燈之后的接通操作相的形式啟動(dòng)。
還特別設(shè)置上述的操作參數(shù)，使得由于較粗第三電極尖端11a的有限的橫向延伸，所以在第一操作相期間沒有形成多個(gè)細(xì)電極尖端。
圖3示出了高強(qiáng)度放電燈的點(diǎn)燃電壓U(伏特)和時(shí)間T(小時(shí))的曲線圖，其中在標(biāo)記為“I”的第一操作相期間燈AC的較高第一頻率f1大約是500Hz，以及在標(biāo)記為“II”的第二操作相期間較低的第二頻率f2大約是90Hz。
可以清楚地看出的是，在每次大約一個(gè)小時(shí)的持續(xù)時(shí)間的第一操作相I期間，點(diǎn)燃電壓U開始從大約80到81伏特的值降低到大約72到74伏特的值。由于在每次啟動(dòng)達(dá)到了該低的點(diǎn)燃電壓時(shí)大約15分鐘持續(xù)時(shí)間的第二操作相II，所以圖1所示形成的細(xì)第二電極尖端12熔化，并且以這種方式產(chǎn)生或者重新產(chǎn)生圖2所示的較粗的第三電極尖端11a，使得點(diǎn)燃電壓再次升高到大約80到81伏特的值。
圖4示出了對于三種模式的操作具有150瓦特的UHP燈的平均點(diǎn)燃電壓的圖形的時(shí)間壓縮的圖示。
在標(biāo)記為“1”的區(qū)域(第一種操作模式)中，燈只在對應(yīng)于上述第一操作相的500Hz燈AC的高的第一頻率f1運(yùn)行?？梢院苋菀椎乜闯觯缟纤?，在相當(dāng)長的操作相之后，這里大約為40個(gè)工作小時(shí)，由于電極燒壞，所以點(diǎn)燃電壓全面升高。
對于第二種操作模式，獲得區(qū)域“2”中所示的平均操作電壓U的圖形，其中所述第一操作相隨著第二操作相變化。在第一操作相中，燈AC還有500Hz的第一頻率f1，然而第二頻率f2在第一操作相中是90Hz。大約每兩個(gè)小時(shí)啟動(dòng)第二操作相大約90秒。
顯而易見的是，在區(qū)域“2”(第二操作模式)中，點(diǎn)燃電壓的升高以及由此電極的燒壞顯著減小。點(diǎn)燃電壓的圖形中的跳躍表示第二操作相期間細(xì)電極尖端12分別熔化。
最后，對于第三種操作模式，在區(qū)域“3”中示出平均點(diǎn)燃電壓U的圖形，除了僅僅大約每十一個(gè)小時(shí)啟動(dòng)第二操作相之外，其對應(yīng)于第二種模式。
可以清楚地知道的是，由于不是那樣頻繁的再生相(具有較低第二頻率f2的第二操作相)(并且電極更嚴(yán)重地?zé)?，所以點(diǎn)燃電壓U在相當(dāng)長的操作相(這里大約200個(gè)小時(shí))的過程中比在第二種模式中(區(qū)域“2”)更急劇升高。然而，這種升高仍然低于第一種模式的情況(區(qū)域“1”)，其中沒有出現(xiàn)再生，并且只啟動(dòng)了燈AC的高的第一頻率f1(第一操作相)。
如果在燈的壽命過程中，降低在第二操作相中啟動(dòng)的燈AC的低的第二頻率f2，例如從最初的90Hz到80或者70Hz，則可以進(jìn)一步減小點(diǎn)燃電壓中的所述長期升高。
在調(diào)節(jié)相期間(在工廠等)優(yōu)選出現(xiàn)相對粗的第三電極尖端11a的第一次產(chǎn)生(也就是，尤其是在它制成之后的第一次接通燈之后)，其中在例如從大約20到200Hz的范圍中，優(yōu)選90Hz，在大約0.1和10分鐘之間或者如果需要甚至相當(dāng)長的的時(shí)間周期，在燈AC的相對低的調(diào)節(jié)頻率fK時(shí)首先接通之后，運(yùn)行燈。然后根據(jù)大約2*fK和大約15*fK的范圍中的調(diào)節(jié)頻率fK的值，可以優(yōu)選定義后面的第一操作相的高的第一頻率f1。
如果需要，可以在極性改變之前的燈AC的每個(gè)周期的調(diào)節(jié)相中疊加具有相同極性和大約周期的6％的持續(xù)時(shí)間的電源脈沖，以改善該調(diào)節(jié)相期間電弧放電的穩(wěn)定性。
可替換地，還可能的是，通過適當(dāng)?shù)啬Ｖ齐姌O材料，在制造燈的過程中，產(chǎn)生厚的第三電極尖端11a。
在下面給出UHP燈運(yùn)行的優(yōu)選數(shù)量的實(shí)例。在接通燈之后，在接通操作相中它首先在大約20和大約200Hz之間的燈AC的第三頻率f3，優(yōu)選大約100Hz時(shí)，運(yùn)行大約0.1到10分鐘，優(yōu)選大約90秒。在第二操作相期間該第三頻率f3通常還可以等于調(diào)節(jié)頻率fK或者第二頻率f2，并用來產(chǎn)生厚的第三電極尖端11a。
隨后啟動(dòng)第一操作相，其中燈AC具有大約500Hz的第一頻率f1。例如，在經(jīng)過大約四個(gè)小時(shí)時(shí)間的預(yù)定時(shí)間周期之后，在隨后發(fā)生轉(zhuǎn)換到第一操作相之前，以大約100Hz的第二頻率f2啟動(dòng)第二操作相大約90秒的周期。
圖5最后示出了電路裝置以及投影系統(tǒng)的主要部件的實(shí)施例的示意性電路框圖，其中該電路裝置從存在于電路裝置輸入端的AC電壓Uac，例如大約100到240伏特，產(chǎn)生具有上述頻率的用于放電燈31的燈AC。
電路裝置包括整流器級10、電源/電流控制器11、電壓轉(zhuǎn)換器12、控制單元20、具有點(diǎn)燃級的轉(zhuǎn)換器30以及圖像處理器40，在該圖像處理器上存在要展示的視頻/圖示的信號V用于產(chǎn)生圖像。
AC電壓Uac通過整流器級10轉(zhuǎn)化成DC電壓。通過該DC電壓，電源/電流控制器11產(chǎn)生DC，對于放電燈31該DC具有能夠和電源/電流控制器11有關(guān)的電流，其中在調(diào)節(jié)相或者接通操作相期間根據(jù)需要將電源脈沖疊加到DC。為此目的，由此通過控制單元20控制電源/電流控制器11。
借助于轉(zhuǎn)換器30將產(chǎn)生的DC轉(zhuǎn)化成主要為矩形的燈AC，其具有對應(yīng)于調(diào)節(jié)相或者接通操作相之后上述交替啟動(dòng)的(第一或者第二)操作相的第一或者第二頻率f1、f2。
使用饋送給整流器級10的電壓轉(zhuǎn)換器13用作為電源/電流控制器11的電壓供給。
投影系統(tǒng)基本上由放電燈31、光學(xué)積分器32、顏色調(diào)節(jié)器33、顯示器34以及透鏡系統(tǒng)35構(gòu)成。圖像處理器40根據(jù)存在于其上的視頻/圖示信號V以已知的方式控制顏色調(diào)節(jié)器33和顯示器34。
控制單元20和圖像處理器40通過通信連接互連，并以這樣的方式同步和設(shè)計(jì)在接通操作相中電源/電流控制器11產(chǎn)生電源脈沖，在具有預(yù)定時(shí)間間隔和持續(xù)時(shí)間的第一或者第二操作相中，轉(zhuǎn)換器30以上述的頻率f1、f2對DC換向。
根據(jù)需要，還可以以本來已知的方式監(jiān)控?zé)?1的點(diǎn)燃電壓，以便于在根據(jù)本發(fā)明開始升高的情況中、根據(jù)在第二操作相相對于初始定義值期間的上述說明，減小第二頻率f2。
由此編程控制單元20和/或圖像處理器40以實(shí)現(xiàn)該目的，并且控制單元20和/或圖像處理器40設(shè)置有存儲器，所述操作相的所述操作參數(shù)存儲在其中。
當(dāng)使用用于投影系統(tǒng)的照明單元中的放電燈時(shí)，在燈電源期間，其易于對光波動(dòng)反應(yīng)(例如DLP和LCOS系統(tǒng))，關(guān)于操作頻率f1和f2的選擇應(yīng)當(dāng)優(yōu)選注意下面的
為了避免光波動(dòng)、假圖像或者其它圖像干擾，分別在第一或者第二操作相中的第一和第二頻率f1、f2分別是圖像頻率的整數(shù)倍。
以類似的方式，還可以定義接通操作相的第三頻率f3，然而由于接通操作相的通常較短的持續(xù)時(shí)間，所以它的同步不是很關(guān)鍵。
最后，執(zhí)行本發(fā)明的方法的電路裝置特別包含控制單元20、具有軟件程序的微處理器或者微控制器，借助于該微處理器或者微控制器可以執(zhí)行或者控制所解釋的方法步驟。
權(quán)利要求
1.一種在具有燈AC的第一頻率(f1)的第一操作相和具有燈AC的第二頻率(f2)的第二操作相操作放電燈的方法，其中第一頻率(f1)被選擇為使得在燈運(yùn)行期間在電極主體(10)上形成細(xì)的電極尖端(12)，其中到第二頻率(f2)時(shí)，尖端被回熔了至少大部分并且在經(jīng)過第一操作相的預(yù)定周期之后啟動(dòng)第二操作相。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第一頻率(f1)在大約300Hz和大約3000Hz之間的范圍，并優(yōu)選為大約500Hz。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第二頻率(f2)在大約0Hz和大約300Hz之間的范圍，并優(yōu)選為大約90Hz。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第一頻率(f1)是第二頻率(f2)的整數(shù)倍。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中在燈的壽命期間，根據(jù)燈的點(diǎn)燃電壓的升高降低第二頻率(f2)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在大約1/2小時(shí)和大約十個(gè)小時(shí)之間的第一操作相的操作周期之后有規(guī)律地啟動(dòng)第二操作相。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在大約0.1和大約3600秒之間的持續(xù)時(shí)間啟動(dòng)第二操作相。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在燈接通之后以接通操作相的形式啟動(dòng)第二操作相。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中在大約0.1和大約10分鐘之間的持續(xù)時(shí)間，優(yōu)選大約90秒啟動(dòng)接通操作相。
10.一種具有程序碼的數(shù)據(jù)處理程序裝置，在程序加載到微計(jì)算機(jī)或者微控制器上時(shí)，執(zhí)行權(quán)利要求1到9的至少一項(xiàng)所述的方法。
11.一種電路裝置，用于根據(jù)權(quán)利要求1到9的任一項(xiàng)所述的方法運(yùn)行放電燈。
12.一種照明單元，具有高強(qiáng)度放電燈和如權(quán)利要求11所述的電路裝置。
13.一種投影系統(tǒng)，具有投影顯示器和如權(quán)利要求12所述的照明單元。
全文摘要
描述了一種操作放電燈的方法和電路裝置，尤其是高強(qiáng)度放電燈或者燈(HID)或者UHP(超高特性)燈，其通過具有燈AC的較高第一或者較低第二頻率的第一和第二操作相區(qū)分，其中以限定的間隔和限定的時(shí)間周期交替啟動(dòng)操作相，以便于通過設(shè)置某種形式的電極尖端，在它的壽命期間獲得穩(wěn)定的電弧放電和燈的較低的燒壞或者點(diǎn)燃電壓的升高。還描述了具有放電燈和這種電路裝置的照明單元以及具有投影顯示器和這種照明單元的投影系統(tǒng)。
文檔編號H05B41/292GK1994026SQ200580026693
公開日2007年7月4日 申請日期2005年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月6日
發(fā)明者P·帕卡斯基, J·威杰恩特詹斯, H·莫恩克, J·波爾曼-雷特施 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司