專利名稱：高壓放電燈的工作方法和工作電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及加有交流燈電流的高壓放電燈的工作方法。
本發明還涉及高壓放電燈用工作電路，包括與供壓電源連接的輸入端K1、K2，與輸入端連接的給高壓放電燈供給交流燈電流的裝置。
這種方法和電路配置已由美國專利4485434公開而成為現有技術。已發現，用低頻交流燈電路的高壓放電燈(也稱作燈)的AC2作能防止高壓放電燈的電極迅速損壞，使燈能以較高效率工作。
燈的這種工作存在的問題是，與電極溫度和電極表面狀態有關，放電電弧位置以電極表面的一個點跳到下一個點，因而，經常使電極附近的放電電弧不穩。電極表面太冷時，電極附近的放電電弧極弱。因而，使電極表面上有微小尖點的位置過熱，工作中，放電電弧在這些微小尖點之間跳動，使高壓放電燈閃爍。電極溫度太高也會出現閃爍。這種條件下，電極材料不停地移動和蒸發使放電電弧不穩。高壓放電燈用AC電流工作時，燈的每個電極在燈電流的連續半周期中交替地起陰極和陽極作用。電極的這些半周期中分別稱作陰極相和陽極相。陽極相中從電極上除去電極材料，陰極相中的離子束再回到電極。燈電流周期中，由于陽極相中電極溫度與時間的關系不同于陰極相中電極溫度與時間的關系，因此，這些移動過程使燈電流周期內的電極溫度性能進一步復雜。為此，在燈電流的整個周期電極溫度變化極大，陽極相中放電電弧在電極表面的不同位置發生。但是，陰極相中相同電極表面上的放電電弧發生位置將處于這些不同位置的任一位置。這種特性在高壓放電燈用于諸如投影電視這種光學裝置時特別不能允許。這種應用中，由于放電電弧要接近點光源，因此，要求電極間距極短。但是，電極間的短距離使其在每隔一個陰極相中電極的不同位置會成為放電電弧的發生點，因而，引起整個放電電弧不穩，因而出現極強的閃爍。
本發明的目的是，提供高壓放電燈的工作方法和工作電路，按此方法和電路能基本上抑制燈在工作中的閃爍。
按本發明，開始第1段中所述方法的特征是，在燈電流半周期的預定部分產生電流脈沖，所述電流脈沖與燈電流的極性相同，并迭加到在半周期的以后部分產生的燈電流上。
按本發明，第2段所述電路的特征是，電路中還包括在燈電流半周期的預定部分產生電流脈沖用的裝置III，所述電流脈沖與燈電流的極性相同，并迭加到半周期的后部分產生的燈電流上。
由于加入了電流脈沖，使燈電流半周期預定部分的末端流過燈的電流總量增加，使電極溫度升到較高值。該高溫使放電電弧穩定性增大，因為，每個陰極相中在同一位置產生放電電弧。已發現，按本發明方法和/或電路時高壓放電燈工作時的閃爍基本上被抑制。
還發現，高壓放電燈是金屬鹵化物燈時，電流脈沖使離子流增加，導致燈中包含的金屬等離子在電極表面的淀積量增多，因而，電極的功函數減小。
電流脈沖可周期性產生，例如，每3個或每5個燈電流半周期產生或間斷地產生，例如，5個連續半周期中產生電流脈沖，隨后的5個連續半周期中不產生電流脈沖，再隨后的5個連續半周期中再產生電流脈沖。
在每半個燈電流周期中產生電流脈沖時能獲得極好的結果。
還發現，電流脈沖幅度較高時，為了獲得相同的閃爍抑制效果，其持續時間會縮短，由流脈沖的最佳幅度和持續時間與燈的類型和電極尺寸相關。當燈電流頻率選擇范圍在50-500Hz，電流脈沖平均幅度與燈電流平均幅度之比的選擇范圍是0.6至2，電流脈沖持續時間與燈電流半周期之比在0.05至0.15之間時，能獲得良好結果。燈電流平均幅度是指半周期中燈電流的平均值。電流脈沖平均幅度是指電流脈沖在持續時間內電流脈沖幅度的平均值。電流脈沖加到高壓放電燈上的能量是在半個周期中燈電流加到高壓放電燈的能量的5％至15％。
能簡單而價廉地制成按本發明的電路，電路中給高壓放電燈供給交流電流的裝置包括裝置I和整流器II，裝置I與所述輸入端連接，用由供壓源供給的電壓產生DC供給電流，整流器II將供給電流轉換成交流燈電流。產生DC供給電流的裝置I最好包括DC-DC轉換器和電流脈沖發生裝置，DC-DC轉換器裝有在燈工作中高頻工作的轉換元件，電流脈沖發生裝置包括該轉換元件的工作周期或轉換頻率用的調節裝置。按此方式，產生電流脈沖用的裝置也可用于產生交流燈電流。
按本發明的電路的優選實施例中，電路包括電功率控制回路和電流脈沖發生器。電功率控制回路裝有信號發生器，產生測試高壓放電燈的規定功耗量，電流脈沖發生器包括調節所述信號的調節器。
另一優選實施例中，整流器包括全電橋電路。
將參見附圖進一步說明本發明實施例。
圖1是按本發明實施例的電路框圖；圖2是圖1所示電路框圖的實施例；圖3是圖2所示電路部分的更詳細電路；圖4是燈工作時圖2所示電路不同端的電流和電壓圖形。
圖1中，K1和K2是與供壓源連接的輸入端直流(DC)供給電流發生裝置I與K1和K2連接。裝置I的輸出端分別與整流器II的輸入端連接。整流器II的輸出端與高壓放電燈La連接。裝置I和II一起構成給高壓放電燈供給交流燈電流的裝置A。裝置III在燈電流的每個半周期中產生電流脈沖。為此，裝置III與圖1中虛線標示的裝置A連接。
圖1所示電路的工作說明如下。
輸入端K1和K2連到供壓源的輸出端時，裝置I用供壓源供給的電壓產生DC供給電流。整流器II將該DC供給電流轉換成交流燈電流。燈電流的每半個周期中，裝置III產生其極性與燈電流極性相同的電流脈沖，并在每半個周期的后面部分迭加到燈電流上。燈電流和迭加到燈電流上的電流脈沖均加到燈La上。
橋式整流器RB、電容器C1和C2、驅動電路DC1、轉換元件S1、二極管D1和電感器L構成圖2中的DC供給電流發生裝置I，本例中的開關元件S2、S3、S4和S5和驅動電路DC2、DC3和電阻器R1構成整流器II。電路部件CPI、CPII、比較器COMP、轉換元件S6、引入端K3、電位計R2、電阻器R3和燈工作期間在引出端K3產生基本恒定電壓的附加電路構成裝置III。所述附加電路圖中未畫。
K1和K2表示連接到低頻AC供壓源的輸入端。K1和K2分別與橋式整流器RB的輸入端相連。橋式整流器RB的第1輸出端與電容器C1的第1邊連接，電容器C1的另一邊連到橋式整流器RB的第2輸出端。電容器C1的第1邊還與轉換元件S1的第1主電極連接。轉換元件S1的控制電極與驅動電路DC1的輸出端連接。轉換元件S1的另一主電極與二極管D1的陰極連接，并連接到驅動電路DC1的輸入端。二極管D1的陽極連到電容器C1的另一邊。二極管D1的陰極還與電感元件L的第1邊連接。電感元件L的另一邊與轉換元件S2和S4的第1主電極連接。電感元件L的另一邊還連接電容器C2的第1邊。電容器C2的另一邊連接到電容器C1的另一邊。轉換元件S2的另一主電極連接到轉換元件S3的第1主電極，轉換元件S4的另一主電極連到轉換元件S5的第1主電極。轉換元件S3和S5的另一主電極連到電阻器R1的第1邊。電阻器R1的另一邊連到電容器C1的另一邊。轉換元件S2和S4的另一主電極由高壓放電燈La連接(在工作狀態下)。轉換元件S2和S3的控制電極連到驅動電路DC2的各輸出端。轉換元件S4和S5的控制電極連到驅動電路DC3的各輸出端。電阻器R1的第1邊和電感元件L的另一邊連到電路部件CPI的各輸入端。電路部件CPI的輸出端連到比較器COMP的第1輸入端。比較器COMP的另一輸入端連到電阻器R3和電位計R2的第1邊。電位計R2的另一邊連到輸出端K3。電阻器R3的另一邊連到電容器C1的另一邊。電阻器R3由轉換元件S6旁路。比較器COMP的輸出端連到驅動電路DC1的輸入端。電路部件CPII的第1輸出端連到轉換元件S6的控制電極。電路部件CPII的另外兩個輸出端D和E連到驅動電路DC2和IC3的各輸入端。
以下說明圖2所示電路的工作。
輸入端K1和K2與低頻AC供壓源的電極連接時，橋式整流器RB對該低頻AC供給電壓整流并轉換成DC電壓，加于電容器C1上。驅動電路DC1、轉換元件S1、二極管D1和電感元件L一起構成DC-DC轉換器，特別是構成下轉換器。該下轉換器將電容器C1上的DC-電壓轉換成DC供給電流。電容器C2作為緩沖電容器。轉換元件S2和S5為一邊，S3和S4為另一邊，由驅動電路DC2和DC3交替地使其導通和不導通。結果，DC供給電流轉換成交流燈電流。電路部件CP2的輸入端電壓分別測試流過燈的電流幅度和整流器的供給電壓。這兩個電壓通過電路部件CP2產生測試燈的功耗用信號。該信號加在比較器COMP的第1輸入端。燈工作時，輸出端K3的電壓基本不變。產生該電壓用的裝置圖2中未畫。電位計R2、電阻器R3和轉換元件S6產生的標準電壓加到比較器COMP的第2輸入端，并測試燈中消耗的規定功率量。按比較器COMP的輸出信號驅動電路DC1控制由它產生的高頻脈沖寬度。該脈沖寬度又反過來控制流過燈的電流幅度。在燈電流每個半周期的第1部分轉換元件S6導通。結果，比較器COMP的第2輸入端的標準電壓較低。結果，驅動電路DC1產生的高頻脈沖的脈沖寬度，流過燈的電流幅度和燈的消耗功率均較小。燈電流每個半周期的后面部分，電路部件CPII使轉換元件S6不導通。結果，使標準電壓升高，驅動電路DC1產生的驅動信號的工作周期也增長，電流脈沖迭加到燈電流上，燈的功耗增大。
圖3所示電路部件CPII由3個電路部件CPIII至CPII構成。CPIII是有第1輸出端A和第2輸出端B的數字電路。燈工作時，其頻率與燈電流的頻率相同的第1數字信號加在第1輸出端A上。其頻率與燈電流的頻率相同的第2數字信號存在于電路部件CPIII的第2輸出端B。兩個信號與時間的關系曲線示于圖4中，并分別用A和B表示。可看到，使第1數字信號反向并使其相位位移過半周期可得到第2數字信號。輸出端A和B與電路部件CP IV的各輸入端連接。電路部件CP IV用作“或門”，所以，第1或第2數字信號中的任何一個是“高”電位，而另一信號是“低”電位時，其輸出端C存在的數字信號是“高”電位。其它的全部狀態下，輸出端C上的數字信號是“低”電位。輸出端C上的數字信號與時間的關系由圖4中的曲線C示出。輸出端C連到電路部件CP V的輸入端。電路部件CP V是“雙穩態多諧振蕩器”或“雙穩態觸發器”。電路部件CP V的第1輸出D處的數字信號在輸出端C上的數字信號的連續傾斜間是“高”電位，此后，信號從“低”變到“高”。輸出端D上的數字信號分別為“低”和“高”電位時，電路部件CP VI的第2輸出端E的數字信號是“高”電位，電路部件CP V的輸出端D和E上的數字信號與時間的關系分別由圖4中的曲線D和E表示。圖2中，輸出端C與轉換元件S6的控制電極連接，因此，輸出端D的數字信號是“高”電位時，轉換元件S6導通，電流脈沖的持續時間等于輸出端D的數字信號是“高”電位過程中的時間間隔。流過高壓放電燈的總電流幅度與時間的關系曲線示于圖4中，此時，按本發明的電路使燈工作。曲線I表示燈電流基本上是方波形的AC電流，電流脈沖也是矩形。應注意，對本發明而言，燈電流和電流脈沖的這種形狀并不是實質所在。電流脈沖的波形也可以是正弦波，三角波或指數式波。
圖2示出的電路實施例用在高壓放電燈中的工作已由德國專利3813412公開。燈的正常功耗是100瓦，電極距離僅為1.4mm。當平均幅度為0.9A的電流脈沖在每半個周期的后8％中迭加到平均電流幅度為1.1A和交變頻率為90Hz的燈電流上時，閃爍基本上被抑制。
權利要求
1.一種高壓放電燈的工作方法，其中交流燈電流加給高壓放電燈，其特征是，在燈電流的半周期的預定部分產生電流脈沖，所說電流脈沖有與燈電流的極性相同的極性，并迭加到在半周期后面部分產生的燈電流上。
2.按權利要求1的方法，其特征是，所述電流脈沖在燈電流每個半周期中產生。
3.一種高壓放電燈工作電路，包括輸入端(K1、K2)，與供電源連接；交流燈電流供給裝置，它連到輸入端，給高壓放電燈供給交流燈電流；其特征是，電路還包括裝置III，它在燈電流半周期的預定部分產生電流脈沖，所述電流脈沖的極性與燈電流的極性相同，并迭加到在半周期后面部分中產生的燈電流上。
4.按權利要求3的電路，其特征是，裝置III在燈電流每個半周期中產生電流脈沖。
5.按權利要求3或4的電路，其特征是，給高壓放電燈加交流燈電流的裝置，包括裝置I，它連到所述輸入端，用供壓源供給的電壓產生DC供電流；整流器II，用于將供給電流轉變成交流燈電流。
6.按權利要求5的電路，其特征是，產生DC供給電流的裝置I包括DC-DC轉換器和電流脈沖發生器，所述DC-DC轉換器裝有在燈工作期間高頻工作的轉換元件，所述電流脈沖發生裝置包括轉換元件工作周期的調節裝置。
7.按權利要求5或6的電路，其特征是，DC供給電流發生裝置包括DC-DC轉換器和電流脈沖發生裝置，所述DC-DC轉換器裝有在燈工作期間高頻工作的轉換元件，所述電流脈沖發生裝置包括轉換元件的轉換頻率調節裝置。
8.按上述1項或多項權利要求的電路，其特征是，燈電流頻率的選擇范圍是50-500Hz，電流脈沖的平均幅度與燈電流平均幅度之比在0.6與2之間，電流脈沖持續時間與燈電流的半周期之比在0.05與0.15之間。
9.按上述1項或多項權利要求的電路，其特征是，電流脈沖供給高壓放電燈的能量是一個半周期中燈電流供給高壓放電燈的能量的5至15％之間。
10.按上述1項或多項權利要求的電路，其特征是，電路包括功率控制回路和電流脈沖發生裝置，所述功率控制回路裝有信號發生裝置所產生的信號用于測試高壓放電燈規定的功耗量，所述電流脈沖發生裝置包括所述信號用調節裝置。
11.按權利要求5、6或7的電路，其特征是，整流器包括全橋式電路。
全文摘要
本發明涉及高壓放電燈的工作電路，包括與供壓源連接的輸入端(K1、K2)，與輸入端連接并給高壓放電燈供給交流燈電流的裝置。按本發明，電路還包括在燈電流的每個半周期中產生電流脈沖的裝置III，電流脈沖與燈電流極性相同，并迭加到燈電流半周期預定部分的后面部分中的燈電流上。結果基本抑制了燈工作中的放電電弧閃爍。
文檔編號H05B41/24GK1155368SQ95194560
公開日1997年7月23日 申請日期1995年5月22日 優先權日1994年6月22日
發明者G·H·德爾雷, H·E·菲舍爾, H·G·根澤爾, H·門希 申請人:菲利浦電子有限公司