專利名稱：用于監(jiān)視氣體放電燈的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于監(jiān)視氣體放電燈的方法，在其中檢測分配給燈電壓的電測量值，以及還涉及用于監(jiān)視氣體放電燈的裝置，包括用于檢測分配給燈電壓的電測量值的控制電路。
用于監(jiān)視氣體放電燈的這樣的方法和這樣的裝置從US 6,534,932已知。該方法據(jù)說被使用來檢測燈管的充氣(inflation)。當(dāng)燈管充氣時，燈管內(nèi)的壓力減小，這造成燈電壓的下降。壓力實質(zhì)上由工作期間蒸發(fā)的汞來確定，這樣，這個壓力也稱為汞蒸汽壓力或簡稱為汞壓力。當(dāng)電壓降達(dá)到預(yù)定值時，輸出一個告警信號或燈被關(guān)斷。不幸地是，該方法的實際實施相當(dāng)成問題，因為電極間隔的改變也會引起相當(dāng)大的電壓降。這樣，或者是未檢測到所有的充氣，或者會把完全無損傷的燈關(guān)斷。
所以，本發(fā)明的目的是提供可被使用來監(jiān)視燈內(nèi)的壓力的方法和裝置。具體地，燈管的充氣要被可靠地檢測。
這個目的是按照權(quán)利要求1到3和5到8的特征達(dá)到的。按照本發(fā)明，該方法的特征在于以下的方法步驟測量在電流改變后的整定時間(setting time)，并產(chǎn)生作為該整定時間的函數(shù)的控制信號。該整定時間是與壓力相關(guān)的。壓力波動可以指示各種原因。首先，供應(yīng)到燈的空氣且從而是燈的冷卻可以藉助于控制信號來控制?？刂菩盘栆部梢员皇褂脕斫缍舻谋辉S可的變暗范圍。而且，作為一項基本特征，控制信號可被使用來生成表示燈必須被替換和在燈爆炸之前關(guān)斷該燈的告警信號。燈管的充氣非常緩慢地進(jìn)行。告警信號可以以幾小時的預(yù)先告警時間來輸出。
在正常工作條件下，燈的作用就象具有負(fù)的阻抗實部和正的電感分量的電壓源。電感分量是由等離子體的溫度的整定時間預(yù)先規(guī)定的，該等離子體在工作狀態(tài)下位于燈管內(nèi)的電極之間。等離子體的整定時間實質(zhì)上通過以光形式的能量傳輸來確定，因此它在很大程度上取決于汞壓力，并且隨壓力減小而增加。通過監(jiān)視等離子體整定時間，因此有可能監(jiān)視和檢測壓力，具體地是壓降。電流改變的上升或下降沿是對于指數(shù)式衰減的電壓峰值的觸發(fā)。等離子體的整定時間以燈的指數(shù)電壓過程來反映，且該電壓可被直接測量。當(dāng)汞壓力減小時，指數(shù)曲線變?yōu)楦教?。具?00巴(bar)的工作壓力的新燈的整定時間約為50μs，而減小到二分之一的壓力會導(dǎo)致200μs的整定時間。燈管的充氣是在燈爆炸之前。檢測到管的任何充氣且提供相應(yīng)的告警或關(guān)斷燈是防止燈爆炸的有效措施。當(dāng)在視頻投影儀中使用帶有開式反射器(open reflector)的燈或者使用處于開式反射器中的燈時，在燈爆炸的事件中，玻璃會破碎并損壞它周圍的昂貴部件。而且，汞污染燈周圍的環(huán)境。所以，為了生態(tài)和經(jīng)濟(jì)的原因，所關(guān)心的是使汞保持在燈管內(nèi)。在視頻投影儀中，利用了被稱為UHP型的超高壓氣體放電燈的燈?？s略詞UHP代表超高壓或者超高性能。而且，在尤其是機(jī)動車的前燈中，也使用被稱為HID燈的那些燈?？s略詞HID代表高強(qiáng)度放電。
本發(fā)明的目的此外還通過按照本發(fā)明的方法達(dá)到，該方法的特征在于以下步驟在電流改變前測量第一電壓值，然后在電流改變后測量第二電壓值，并產(chǎn)生作為該電壓值的差值的函數(shù)的控制信號。UHP燈的阻抗的實部值隨汞蒸汽壓力減小而增加。對于正常工作狀態(tài)下的壓力，阻抗具有在-2與-10歐姆之間的范圍內(nèi)的負(fù)值，而隨著壓力減小，阻抗增加到0，或甚至是正值。阻抗的這個改變被反映為電流改變后發(fā)生的相當(dāng)大的電壓改變。該電壓改變可以直接測量。燈的阻抗是壓力和電極間隔的函數(shù)，這可以對于各種類型的燈通過實驗被確定。相關(guān)的公式如下R＝f(d，p)這種相關(guān)性的參數(shù)可以對于每個單獨類型的燈以簡單的方式來確定。燈電壓對于電極間隔的相關(guān)性同樣地是對于每個單獨的燈壓力已知的。相關(guān)的公式如下U(d，p)＝const1+const2*p*d通過這些已知值，有可能確定在燈的工作期間跟隨在電流改變之后的電壓改變是由電極間隔的改變還是由汞壓力的減小而造成的。這樣，可以在燈管充氣的早期狀態(tài)中檢測到它。
本發(fā)明的目的此外還通過按照本發(fā)明的第三方法達(dá)到，該方法的特征在于以下的方法步驟在電流改變前測量一個電壓值，在電流改變后測量另一電壓值，并且還測量整定時間，然后，產(chǎn)生作為該電壓值的差值和該整定時間的函數(shù)的告警信號。如上已述的，壓降造成整定時間的改變和跟隨電流改變之后的電壓改變。然后這兩個屬性都被使用來關(guān)斷燈。
有利地，電流改變是由脈沖造成的。測量跟隨在脈沖的電流改變之后的整定時間。電流脈沖的上升或下降沿是對于指數(shù)式衰減的電壓峰值的觸發(fā)。當(dāng)壓力損失增加時，指數(shù)曲線變得更平坦。為了形成電極的尖(tip)，UHP燈以穩(wěn)定脈沖工作。這樣的燈的脈動工作在US 6,232,725中描述。當(dāng)燈用穩(wěn)定脈沖工作時，在水平(level)與脈沖之間的燈電壓的差值可被直接使用來測量燈阻抗的實部。當(dāng)施加電流脈沖時，如同燈電壓的改變一樣，可以測量到阻抗增加到0或正值。
有可能任選地根據(jù)脈沖的上升沿或根據(jù)其下降沿，以及在脈沖的上升或下降沿之前和之后的兩個阻抗值，來測量整定時間。而且有可能根據(jù)第一脈沖來確定阻抗和根據(jù)第二脈沖來確定整定時間，或者反之亦然，也就是說，根據(jù)第一脈沖來確定整定時間和根據(jù)第二脈沖來確定阻抗。
本發(fā)明的目的此外還通過一種裝置達(dá)到，在該裝置中提供控制電路，用于檢測整定時間和用于產(chǎn)生取決于該整定時間的告警信號。該控制電路具有微處理器，其中這些方法步驟可以被編程。
本發(fā)明的目的還通過第二裝置達(dá)到，在該裝置中提供控制電路，用于檢測在電流改變之前的第一電壓值和在電流改變之后的第二電壓值，以及用于產(chǎn)生取決于該電壓值的差值的告警信號。
本發(fā)明的目的此外還通過第三裝置達(dá)到，在該裝置中提供控制電路，用于檢測在電流改變之前的一個電壓值和在電流改變之后的另一電壓值，以及用于產(chǎn)生取決于該電壓值的差值和該整定時間的告警信號。
單獨的方法步驟在控制電路中可以被實施為稱為軟件的程序。
將參照附圖所示的實施例例子來進(jìn)一步描述本發(fā)明，然而本發(fā)明并不限于此。


圖1顯示帶有一個鎮(zhèn)流器和帶有一個氣體放電燈的框圖。
圖2顯示其中考慮換向(commutation)的、對于氣體放電燈的第一等效電路圖。
圖3顯示其中考慮換向和阻抗的、對于氣體放電燈的第二等效電路圖。
圖4顯示其中考慮換向、第一時間相關(guān)的阻抗和第二時間相關(guān)的阻抗的、對于氣體放電燈的第三等效電路圖。
圖5顯示對于氣體放電燈的第四個簡化的等效電路圖。
圖6A顯示在燈上的脈動電流分布(profile)。
圖6B顯示在燈的換向級之前的電壓分布。
圖6C顯示處在充氣過程中的燈的換向級之前的第二電壓分布。
圖7A顯示對于具有低時間常數(shù)的檢測器的、在高壓情形下在脈沖期間的第一電壓分布和在低壓情形下的第二電壓分布的圖。
圖7B顯示對于具有高時間常數(shù)的檢測器的、在高壓情形下在脈沖期間的第一電壓分布和在低壓情形下的第二電壓分布的圖。
在各個圖上，類似的或等同的單元具有相同的標(biāo)號。
圖1顯示裝置10，其包括DC轉(zhuǎn)換器12、換向級14、點火(ignition)設(shè)備16、控制電路18和電壓檢測器20。在下面，裝置10也被稱為鎮(zhèn)流器或燈驅(qū)動器?？刂齐娐?8控制轉(zhuǎn)換器12、換向級14和點火設(shè)備16，并藉助于電壓檢測器20監(jiān)視在氣體放電燈22上鎮(zhèn)流器10的電壓分布。轉(zhuǎn)換器12被提供以例如380伏的外部DC電源24。DC轉(zhuǎn)換器12具有開關(guān)26、二極管28、電感器30和電容器32?？刂齐娐?8經(jīng)由移位器34控制開關(guān)26，從而控制燈22中的電流。電壓檢測器20處于與電容器32并聯(lián)的位置，所述電壓檢測器被設(shè)計為一個具有兩個電阻器36和38的分壓器。電容器40處于與電阻器38并聯(lián)的位置。換向級14具有控制四個開關(guān)44，46，48和50的驅(qū)動器42。點火設(shè)備16具有點火控制器52和點火變壓器，它藉助于兩個線圈54和56來產(chǎn)生對稱的高壓，從而使得燈22點火。控制電路18藉助于電流測量電路58監(jiān)視電流。為了測量電壓，相應(yīng)地減小的電壓經(jīng)由分壓器36，38在電容器32上分接(tap off)，并藉助于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器在控制電路18上進(jìn)行測量。電容器40用來減小被測量信號中的高頻干擾。
圖2顯示了電路60，其具有兩個端子62和64、由四個二極管68，70，72與74組成的整流器66、和燈22。在第一簡單近似中，HID和UHP燈的電的性狀可被描述為如下氣體放電燈22要被看作為電壓源。在燈22上測量到的電壓不改變。在燈用AC電流操作的情形下，必須加上整流器66。燈22上的電壓取決于電流的方向，并隨電流改變極性。
圖3顯示電路80，它除了燈22和整流器66以外還具有阻抗82。通過更精確的測量，可以確定在電流改變時燈電壓改變最小的程度。在UHP燈22具有非常高的汞壓力的情形下，當(dāng)電流增加時得到較低的電壓。這可以由具有R＝-4Ω的值的電阻器84的阻抗82描述。
圖4顯示具有阻抗82的電路90。阻抗82包括電阻器84和由電感器94和另一個電阻器96組成的并聯(lián)電路92。這樣一個甚至更精確的測量揭示了一個響應(yīng)過程，即，在電流改變后的、呈指數(shù)衰減的短峰值。正確的電的描述是由電感器94和電阻器96組成的并聯(lián)電路92。電阻器96描述峰值電平，電阻器96和電感器94描述時間常數(shù)τ。阻抗82因此是復(fù)數(shù)的和頻率相關(guān)的變量。然而，對于這里的應(yīng)用，壓力測量只涉及到負(fù)的DC分量和并聯(lián)電路92-也稱為L/R電路-的時間常數(shù)τ。
圖5顯示具有阻抗82和燈22、但不帶有整流器66的電路100。電路100對于作為用于顛倒電流方向(也稱為換向)的過程的一個模型是無效的。由于在燈的驅(qū)動器10上的電壓是在極性改變之前測量的，且因此在該燈模型中驅(qū)動器10的換向級14與整流器的效應(yīng)互相抵消，整流器66可以省略。
圖6A顯示由DC轉(zhuǎn)換器12供應(yīng)到燈22的電流分布。在每半周期的結(jié)束處提供的是具有上升和下降沿112和114的穩(wěn)定脈沖110。該穩(wěn)定脈沖110具有持續(xù)時間T1。
圖6B顯示當(dāng)電壓在無損傷的燈上下降時的相關(guān)聯(lián)的電壓分布120。電壓峰值122隨穩(wěn)定脈沖110的上升和下降沿112和114而出現(xiàn)，所述電壓峰值按陡峭的指數(shù)電壓曲線124衰減。曲線124的整定時間較低，是50μs。在穩(wěn)定脈沖110期間的電壓電平126低于在該周期的剩余時間期間的電壓電平128?？梢詼y量在電平126和128之間的電壓差130。
圖6C顯示在燈管充氣時在燈22上的電壓分布140。電壓峰值142隨穩(wěn)定脈沖110的上升和下降沿112和114而出現(xiàn)，所述電壓峰值以平坦的指數(shù)電壓曲線144衰減。在上升和下降沿112和114之后的電壓的整定時間大于無損傷燈的整定時間，它是200μs。曲線144是更平坦的。在穩(wěn)定脈沖110期間的電壓電平146或多或少是與在該周期的剩余時間期間的電壓電平128相同的。
圖7A顯示帶有在高壓情形下的電壓分布120和在低壓情形下的電壓分布140的圖。電壓是在采樣時間t1，t2，t3和t4時測量的。具有持續(xù)時間T1的電流脈沖在采樣時間t2前不久開始，并引起在時間t2時的電壓峰值122或142。電壓呈指數(shù)衰減。時間常數(shù)τ和阻抗可以被確定，條件是燈22前面的點火設(shè)備16的電感為低。電容器40具有小尺寸，這樣，由分壓器的電容器40和電阻器36與38形成的時間常數(shù)大大地短于燈中要測量的最小時間常數(shù)。在控制電路18的A/D轉(zhuǎn)換器處呈現(xiàn)的電壓信號然后主要地相應(yīng)于圖7A所示的電壓分布120或140。由于控制電路18還控制電流和換向時間，而且電流值是已知的，所以僅僅必須在多個時間t1-t4時測量電壓。然后，可從其計算時間常數(shù)和阻抗。為此需要至少3-4次測量，并且更多的樣本值提高了精度。
圖7B顯示帶有在高壓情形下的電壓分布120和在低壓情形下的電壓分布140的圖。電壓是在采樣時間t1和t4時測量的。具有持續(xù)時間T1的電流脈沖在采樣時間t1前不久開始，并引起在時間t2時的電壓峰值122或142。電壓呈指數(shù)衰減。
在本方法中，確定由阻抗和時間常數(shù)組成的混合值。在本例中的電容器40被這樣地確定尺寸，以使得最終得到的、由分壓器的電容器40和電阻器36與38形成的時間常數(shù)大約與脈沖持續(xù)時間T1相同。結(jié)果，干擾被有效地平滑。在控制電路18中，在無損傷燈的情形下的電壓分布150或在具有減小壓力的燈的情形下的電壓分布152藉助于A/D轉(zhuǎn)換器來測量。雖然只具有在時間t1和t4時的兩個采樣值的測量不再允許分開地分析時間常數(shù)和阻抗，但因為兩個因素是在相同的方向上起作用，所以得到了一個相對于壓力恒定且因此可以以明確的方式來解譯的測量值。
兩個替換例-是用多個采樣值還是只用在時間t1-t4時的兩個采樣值進(jìn)行測量-取決于驅(qū)動器10的相應(yīng)設(shè)計。具有多個測量值的第一替換例允許對燈壓力進(jìn)行非常精確的評估，但無論如何只可在燈22前面的點火設(shè)備52的電感為低且DC轉(zhuǎn)換器12不引起太多的干擾時使用。第二替換例只允許粗略的測量，但可以在任何驅(qū)動器中實行。
阻抗值是從第一和最后的采樣值計算的，或者在第二替換例中是從兩個采樣值、通過公式R＝ΔU/ΔI＝(Ulast-Ufirst)/(Ipulse-Iplateau)計算的，其中值Ipulse是在脈沖期間的電流，而Iplateau是在半個周期的剩余時間期間的電流值；總體上，ΔI的值對于控制器編程是已知的。通過使用樣本值2到4，可以估計時間常數(shù)。通過使用樣本值2和4可以確定振幅，然后例如藉助于樣本值3和4，可以確定時間常數(shù)。
對于UHP燈22的最有利的工作模式包括在每次換向之前的電流脈沖110。這個電流脈沖110可以被直接使用于測量目的。取決于燈的功率，對于1到5安的平均電流，這個脈沖是在2和10安之間。對于典型的120瓦的燈功率，對于半周期的4％到8％的脈沖持續(xù)時間，在某些情形下是對于高達(dá)半周期的20％的脈沖持續(xù)時間，和1到2.5安的平均電流，脈沖為2.2到3安。如果不存在脈沖110，則它可被用作為具有非常低的重復(fù)速率的測試信號，因此對于正常工作的影響很小。任選地，正脈沖110可以由在下一個燈電流周期中或緊接在正脈沖之前或之后的有相等幅度的負(fù)脈沖補(bǔ)償。
標(biāo)號表10 鎮(zhèn)流器12 DC轉(zhuǎn)換器14 換向級16 點火設(shè)備18 控制電路20 電壓檢測器22 燈24 DC電壓電源26 開關(guān)28 二極管30 電感器32 電容器34 移位器36 電阻器38 電阻器40 電容器42 驅(qū)動器44 開關(guān)46 開關(guān)48 開關(guān)50 開關(guān)52 點火控制器54 點火線圈56 點火線圈60 開關(guān)62 端子64 端子66 整流器68 二極管70 二極管
72 二極管74 二極管80 電路82 阻抗84 電阻器90 電路92 并聯(lián)電路94 電感器96 電阻器100 電路110 穩(wěn)定脈沖112 上升沿114 下降沿120 電壓分布122 電壓峰值124 指數(shù)電壓曲線126 脈沖電壓電平128 周期電壓電平130 電壓差140 電壓分布142 電壓峰值144 指數(shù)電壓曲線146 脈沖電壓電平150 電壓分布152 電壓分布
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)視氣體放電燈(22)的方法，在其中檢測分配給燈電壓的電測量值，其特征在于以下的方法步驟測量在電流改變后的整定時間和產(chǎn)生作為該整定時間的函數(shù)的控制信號。
2.一種用于監(jiān)視氣體放電燈(22)的方法，在其中檢測分配給燈電壓的電測量值，其特征在于以下的方法步驟在電流改變前測量第一電壓值，然后在電流改變后測量第二電壓值，并產(chǎn)生作為該電壓值的差值(36)的函數(shù)的控制信號。
3.一種用于監(jiān)視氣體放電燈(22)的方法，在其中檢測分配給燈電壓的電測量值，其特征在于以下的方法步驟在電流改變前測量一個電壓值，在電流改變后測量另一電壓值，并且還測量整定時間，然后產(chǎn)生作為該電壓值的差值(36)和該整定時間的函數(shù)的控制信號。
4.如在權(quán)利要求1，2或3中要求的方法，其特征在于，電流的改變是由脈沖(30)引起的。
5.一種用于監(jiān)視氣體放電燈(22)的裝置(10)，包括用于檢測分配給燈電壓的電測量值的控制電路(18)，其特征在于，控制電路(18)被提供來檢測整定時間和產(chǎn)生取決于該整定時間的控制信號。
6.一種用于監(jiān)視氣體放電燈(22)的裝置(10)，包括用于檢測分配給燈電壓的電測量值的控制電路(18)，其特征在于，控制電路(18)被提供來在電流改變前檢測第一電壓值和在電流改變后檢測第二電壓值，以及產(chǎn)生取決于該電壓值的差值(36)的控制信號。
7.一種用于監(jiān)視氣體放電燈(22)的裝置(10)，包括用于檢測分配給燈電壓的電測量值的控制電路(18)，其特征在于，控制電路(18)被提供來在電流改變前檢測一個電壓值和在電流改變后檢測另一電壓值、還有整定時間，并產(chǎn)生取決于該電壓值的差值(36)和該整定時間的控制信號。
8.一種用于如在前述權(quán)利要求1-3或5-7的任一項中要求的方法或裝置的程序。
9.一種其中可以使用如在前述權(quán)利要求1，2或3的任一項中要求的方法的視頻投影儀。
10.一種包括如在前述權(quán)利要求5，6或7的任一項中要求的、用于監(jiān)視氣體放電燈(22)的裝置(10)的視頻投影儀。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于監(jiān)視氣體放電燈(22)的方法和裝置(10)，包括用于檢測分配給燈電壓的電測量值的控制電路(18)?？刂齐娐?18)被提供來在電流改變前檢測一個電壓值和在電流改變后檢測另一電壓值，或整定時間，和產(chǎn)生取決于該電壓值的差值或該整定時間的控制信號。這樣，在燈內(nèi)的壓力被監(jiān)視，并且可以產(chǎn)生控制信號，該控制信號可被使用來冷卻燈或關(guān)斷燈。該方法檢測充氣，并因此防止了燈爆炸。
文檔編號H05B41/292GK101044799SQ200580035770
公開日2007年9月26日 申請日期2005年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月19日
發(fā)明者P·佩卡斯基, C·德帕 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司