專利名稱：在超高頻下進行高壓放電燈中的顏色混合的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于高亮度放電(HID)燈的電源，為了正確工作該燈需要經(jīng)過調(diào)制的輸入信號。
背景技術(shù)：
當被既是交變的又以某種方式進行調(diào)制的輸入電流信號驅(qū)動時，有些類型的電子燈工作更加有效。這種燈的一種實例是用于室內(nèi)或室外停車場和建筑物一般性照明的高亮度氣體放電(HID)燈。這種燈的正確工作包括利用能使照明既穩(wěn)定又具有一致顏色的信號來驅(qū)動燈。還期望這種燈對燈的方向不敏感，從而當燈垂直、水平或以某種其它位置放置時，都能夠產(chǎn)生具有一致顏色的穩(wěn)定照明。
如美國專利6,184,633 B1中所公開的，由這種HID燈所產(chǎn)生光線的運行穩(wěn)定性和一致性可以通過利用掃描頻率輸入信號驅(qū)動燈來改進，其中該信號是調(diào)幅的或者在掃描頻率范圍內(nèi)按順序周期性交替變化的。特別地，輸入信號公開為包括與大約24.5Hz的恒定調(diào)幅頻率及.24的調(diào)制指數(shù)相結(jié)合或與掃描頻率周期性順序變化到大約12.3kHz相結(jié)合，在大約10ms掃描時間內(nèi)從45到55kHz的電流頻率掃描。在′633 B1專利中，掃描頻率和調(diào)幅信號是分別產(chǎn)生的，然后結(jié)合在一起產(chǎn)生真正提供給HID燈的信號。調(diào)制頻率是作為常量預定并保持的。
通過在預定頻率范圍內(nèi)的不同調(diào)幅頻率對HID燈電壓的順序、周期性測量，通常轉(zhuǎn)讓給本申請原始受讓人的美國專利申請09/620,357提供了確定最佳調(diào)制頻率和/或順序工作頻率的附加方法和裝置。一旦確定了合適的值，′357申請就利用′633 B1專利中所公開的方法和裝置產(chǎn)生輸入波形。
通常轉(zhuǎn)讓給本申請原始受讓人的美國專利申請09/916,953提供了一種操作適于將具有交流電流和電壓的輸入信號以向電力負載提供期望功率頻譜的方式提供給電力負載的電源的方法。該方法包括計算由輸入信號傳遞到電力負載的功率頻譜部分，及以所傳遞功率頻譜更接近期望功率頻譜的方式修改輸入信號。計算所傳遞功率頻譜部分的步驟可以包括監(jiān)控輸入信號并對其電流和電壓求積分。該方法還可以包括存儲電源中期望功率頻譜的表示。
盡管上面所參考專利及申請的教義提供了HID燈顯著的性能改進，但其電源和控制方法的成本和復雜性卻有可能是行不通的。因此，真正需要的是一種提供現(xiàn)有技術(shù)操作優(yōu)點但能夠以更直接方式產(chǎn)生的適于驅(qū)動HID燈的改進電源和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了這樣一種改進的電源和方法，它通過利用在兩個超高頻(VHF)頻率之間交替的載波信號以約等于燈第二縱向頻率的調(diào)制比率驅(qū)動高亮度放電(HID)燈，并使該信號通過與載波頻率具有反向振幅關(guān)系的濾波器，以約等于燈第二縱向共振頻率的調(diào)制比率進行調(diào)幅產(chǎn)生與載波頻率變化呈反向關(guān)系的燈輸入信號，來產(chǎn)生一致顏色的穩(wěn)定照明及對燈方向敏感性的降低。這兩個VHF頻率選自聲共振基本被抑制且燈工作穩(wěn)定的頻率范圍。
以這種方式驅(qū)動燈導致一致顏色的穩(wěn)定照明及對燈方向敏感性的降低，同時又不會增加現(xiàn)有技術(shù)電源中用于調(diào)制驅(qū)動燈信號振幅所需的附加電路。在根據(jù)本發(fā)明的電源中，這種調(diào)幅電路的消除降低了電源的復雜性和成本。
本發(fā)明的一種形式提供了一種通過向燈提供具有載波頻率的輸入波形來操作高亮度放電燈的方法，該載波頻率在第一載波頻率和高于第一載波頻率的第二載波頻率之間交替并由與載波頻率具有反向振幅關(guān)系的濾波電路進行濾波，從而提供以頻率為第一載波頻率的第一振幅和頻率為第二載波頻率且小于第一振幅的第二振幅之間的調(diào)制頻率進行調(diào)幅的輸入波形。該方法可以包括通過以約等于燈縱向共振頻率的調(diào)制頻率對載波頻率進行調(diào)制來以縱向共振頻率激發(fā)燈的縱向聲學模式。在高亮度放電燈具有第二縱向共振頻率的地方，調(diào)制頻率可以約等于燈的第二縱向共振頻率。
該方法可以包括確定燈的縱向共振頻率。該方法還可以包括確定使燈照明穩(wěn)定的第一和第二載波頻率值，或由第一和第二載波頻率界定的值范圍。第一和第二載波頻率可以是VHF頻率。
本發(fā)明的另一種形式提供了一種操作高亮度放電燈的裝置。該裝置可以包括向燈提供具有載波頻率的輸入波形的裝置，其中該載波頻率以第一載波頻率和高于第一載波頻率的第二載波頻率之間的調(diào)制頻率交替，該裝置還包括與載波頻率具有反向振幅關(guān)系的濾波器，該濾波器可操作用于對輸入波形進行濾波以提供驅(qū)動燈的波形，其中該波形是以頻率為第一載波頻率的第一振幅和頻率為第二載波頻率且低于第一振幅的第二振幅之間的調(diào)制頻率進行調(diào)幅的。
在燈具有可以縱向共振頻率激發(fā)的縱向聲學模式的地方，調(diào)制頻率可以約等于燈的縱向共振頻率。在高亮度放電燈具有第二縱向共振頻率的地方，調(diào)制頻率可以約等于燈的第二縱向共振頻率。第一和第二載波頻率可以是使燈照明穩(wěn)定的VHF頻率。
向燈提供輸入波形的裝置可以包括橋接電路及控制該橋接電路產(chǎn)生輸入信號的控制器。濾波器可以是簡單的LC電路，或者是作為頻率函數(shù)提供輸入信號增加的衰減的高階電路。
通過以下對代表性實施方案的詳細描述并聯(lián)系附圖，本發(fā)明上述及其它特點和優(yōu)點將變得更加顯而易見。詳細描述及附圖僅僅是為了說明本發(fā)明，而不是要對其進行限制，本發(fā)明的范圍由附加權(quán)利要求及其等價物來定義。
附圖簡述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的代表性裝置的方框圖；圖2是衰減施加到濾波器的信號振幅的濾波器的振幅-頻率圖，其中信號振幅與施加到濾波器的信號頻率呈反向關(guān)系；及圖3說明了由根據(jù)本發(fā)明的裝置或方法提供的輸入波形中振幅與頻率的反向關(guān)系。
優(yōu)選實施方案概述圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的代表性裝置10，用于將輸入信號“A”提供給高亮度放電(HID)燈12。該輸入信號具有以約等于燈12第二縱向共振頻率的調(diào)制比率與輸入信號“A”載波頻率中的變化呈反向關(guān)系進行調(diào)幅的波形。
特別地，圖1中所描述的裝置10以用于驅(qū)動高亮度放電(HID)燈12的電源或鎮(zhèn)流器14的形式存在。電源14包括以預處理器16和網(wǎng)橋18形式存在以串聯(lián)電路關(guān)系連接的裝置，及可操作連接到網(wǎng)橋18用于接收功率輸入22并產(chǎn)生具有載波頻率的方波24的控制器20，其中該載波頻率以第一載波頻率F1和高于第一載波頻率F1的第二載波頻率F2之間的調(diào)制頻率34交替，如圖3中上面一條曲線所示。為了滿足本發(fā)明不同形式的需要，網(wǎng)橋18既可以是全橋也可以是半橋電路。
控制器20控制網(wǎng)橋18的載波頻率。由控制器20施加到網(wǎng)橋18以產(chǎn)生方波24的控制波形32的形狀在實現(xiàn)本發(fā)明中不是關(guān)鍵的，只要波形32在第一和第二載波頻率F1、F2之間以約等于燈12第二縱向共振頻率的調(diào)制比率34交替就可以。例如，由于方波或三角波都具有頻率為正弦波基頻的頻率成分，而對于實現(xiàn)本發(fā)明而言這些基頻成分才是重要的，因此控制波形32可以是頻率為調(diào)制頻率34的正弦波，但也可以是頻率為調(diào)制頻率34的方波或三角波。
方波24施加到濾波器/觸發(fā)器26形式的濾波器的輸入。濾波器/觸發(fā)器26包括產(chǎn)生濾波信號的LC濾波電路，如圖2所示，該信號與驅(qū)動燈12的輸入波形“A”中期望的載波頻率具有反向振幅關(guān)系。
圖2所描述的濾波器是一種具有通用結(jié)構(gòu)的簡單LC濾波器，具有經(jīng)過慎重選擇用于產(chǎn)生期望的第一和第二載波頻率F1、F2之間相對陡峭輸出特性曲線的元件，從而輸入波形“A”的振幅在頻率為第一載波頻率F1的第一振幅V1和頻率為第二載波頻率F2且低于第一振幅V1的第二振幅V2之間被衰減。如果在給定的第一和第二載波頻率F1、F2之間需要更多衰減，則輸出特性曲線的斜率可以通過使用高階濾波器來增加。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應當認識到，具有上述特性曲線并在圖2中描述的濾波器經(jīng)常用于通過提高工作頻率使熒光燈變暗。
此外，如上面所參考在此引入作為參考的通常轉(zhuǎn)讓專利和專利申請中詳細描述的，已知當這些燈稱為縱向聲共振模式的工作特性由用于驅(qū)動燈的輸入信號激發(fā)時，某些類型的HID燈可以改進的混色和對方向較小的敏感性工作。陶瓷HID金屬鹵化物燈就呈現(xiàn)這種工作特性。一種已知的激發(fā)縱向模式的方法是對輸入信號的載波頻率以第二縱向模式頻率進行調(diào)幅。
通過控制網(wǎng)橋18的載波頻率以基本上等于HID燈12第二縱向模式頻率的調(diào)制頻率調(diào)制第一和第二載波頻率F1、F2之間的方波24，電源14的控制器20利用上述LC濾波器和HID燈的工作特性。當調(diào)頻方波信號24由濾波器/觸發(fā)器26進行濾波時，濾波器/觸發(fā)器26的反向衰減特性將為燈12產(chǎn)生以基本上等于HID燈12第二縱向模式頻率的頻率進行調(diào)幅的輸入信號“A”，導致燈12的輸出具有改進的顏色一致性和對燈方向的不敏感性。
還已知在此所述類型的HID燈中，引起燈照明和工作不穩(wěn)定性的聲共振以較高頻率被抑止。通過選擇高到足以產(chǎn)生穩(wěn)定照明的第一和第二載波頻率F1、F2，及以上述方式調(diào)制輸入信號“A”的振幅，本發(fā)明產(chǎn)生與燈方向無關(guān)的一致顏色的穩(wěn)定照明。
實例對于一種代表性HID燈，已知在400kHz及更高的VHF頻率顯示穩(wěn)定性能，并具有大約為24.5kHz的第二縱向模式，值450kHz和550kHz可以選擇用于第一和第二載波頻率F1、F2，值24.5kHz可以選擇用于調(diào)制頻率?？刂撇ㄐ?2可以是24.5kHz的正弦波，但也可以是具有同樣頻率的方波和三角波，因為這種方波和三角波都具有該正弦波基頻的頻率成分。
控制器20操作網(wǎng)橋18產(chǎn)生方波24形式的載波波形，如上所述該方波24在等于450kHz和550kHz的第一和第二VHF載波頻率之間以24.5kHz的第二縱向模式頻率進行調(diào)頻。濾波器/觸發(fā)器26將調(diào)頻方波24轉(zhuǎn)換成以24.5kHz的第二縱向模式頻率進行調(diào)幅的調(diào)幅輸入波形“A”。濾波器/觸發(fā)器26的調(diào)幅實現(xiàn)與由網(wǎng)橋18產(chǎn)生的調(diào)頻方波24的反向關(guān)系在圖3中示意性地說明。濾波器/觸發(fā)器26還除去了高次諧波，從而輸入信號“A”的結(jié)果波形將是真正在等于450kHz和550kHz的第一和第二VHF載波頻率之間進行調(diào)頻，并以24.5kHz的調(diào)制頻率進行調(diào)幅的只有輕微失真的正弦波，而不是方波。
不管輸入波形“A”的實際形狀是什么，燈12將響應輸入信號“A”以第二縱向模式頻率34進行的調(diào)幅，并且將產(chǎn)生燈12中與燈方向無關(guān)的一致顏色。因為燈12在選定的450kHz和550kHz載波頻率及在選定載波頻率之間進行調(diào)制時輸入波形“A”可能掃描通過的任何中間頻率都是穩(wěn)定的，因此不管用于產(chǎn)生方波24的控制波形32的形狀是什么，燈照明都將是穩(wěn)定的。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應當認識到，因為在特定頻率之上，依賴于給定的燈12的結(jié)構(gòu)，高階聲共振被抑制，從而工作穩(wěn)定，因此關(guān)于選擇調(diào)頻發(fā)生的載波頻率或載波頻率范圍，本發(fā)明提供了相當大的范圍。
通過慎重選擇第一和第二VHF載波頻率F1、F2，使選定VHF載波頻率之間的差值大于或小于用在上述實例中的值，或者通過使用高階濾波器，輸入波形“A”中調(diào)幅的量可以預定并控制，以獲得稱為調(diào)制指數(shù)的參數(shù)的期望值。調(diào)制指數(shù)是由以下等式計算的 對于在此所述類型的燈，預測在燈12的觸發(fā)和工作過程中，0至.27之間的調(diào)制指數(shù)是優(yōu)選的。
本發(fā)明還采用了操作上述裝置的方法的形式。這種方法還包括確定使燈工作穩(wěn)定的載波頻率值F1、F2。本方法還包括確定最佳調(diào)制頻率值34。通過對燈電壓測量實現(xiàn)的最佳調(diào)制頻率值34的確定可以利用圖1中虛線30所示的反饋回路30檢測并將燈電壓送至控制器20在控制器20中執(zhí)行。
盡管以上描述利用了本發(fā)明的特定代表性實施方案，但是在不背離本發(fā)明主旨和范圍的前提下還可以進行許多其它的變化和修改。本發(fā)明的范圍只能由附加的權(quán)利要求來限制，所有屬于其等價物內(nèi)涵與范圍的變化都包含在其中。
權(quán)利要求
1.一種用于操作高亮度放電燈(12)的方法，該方法包括向燈(12)提供具有一種載波頻率的輸入波形“A”，該載波頻率以第一載波頻率(F1)和高于第一載波頻率(F1)的第二載波頻率(F2)之間的調(diào)制頻率交替，并由與載波頻率具有反向振幅關(guān)系的濾波電路(26)進行濾波，從而提供以頻率為第一載波頻率(F1)的第一振幅(V1)和頻率為第二載波頻率(F2)且低于第一振幅(V1)的第二振幅(V2)之間的調(diào)制頻率進行調(diào)幅的輸入波形。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，包括激發(fā)燈(12)中的縱向聲學模式。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述燈(12)的縱向聲學模式以縱向共振頻率激發(fā)，且調(diào)制頻率約等于燈(12)的縱向共振頻率。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述高亮度放電燈(12)具有第二縱向共振頻率，且調(diào)制頻率約等于燈(12)的第二縱向共振頻率。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，包括確定燈(12)的縱向共振頻率。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，包括監(jiān)控燈電壓以確定燈(12)的縱向頻率。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第一和第二載波頻率(F1、F2)是在該頻率下燈照明關(guān)于聲學共振穩(wěn)定的頻率。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，包括確定所述第一和第二載波頻率(F1、F2)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一和第二載波頻率(F1、F2)在大約400kHz至600kHz之間，且所述調(diào)制頻率在大約20kHz至大約30kHz之間。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述輸入信號“A”的振幅具有0至0.27之間的調(diào)制指數(shù)。
11.一種用于操作高亮度放電燈(12)的裝置(10)，該裝置(10)包括用于向燈(12)提供具有一載波頻率的輸入波形的裝置(14)，該載波頻率以第一載波頻率(F1)和高于第一載波頻率(F1)的第二載波頻率(F2)之間的調(diào)制頻率交替；及與載波頻率具有反向振幅關(guān)系的濾波器(26)，可操作用于對輸入波形“A”進行濾波，從而提供以頻率為第一載波頻率(F1)的第一振幅(V1)和頻率為第二載波頻率(F2)且低于第一振幅的第二振幅(V2)之間的調(diào)制頻率進行調(diào)幅的輸入波形“A”。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置(10)，其中所述燈(12)具有可以在縱向共振頻率激發(fā)的縱向聲學模式，且調(diào)制頻率約等于燈(12)的縱向共振頻率。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置(10)，其中所述高亮度放電燈(12)具有第二縱向共振頻率，且調(diào)制頻率約等于燈(12)的第二縱向共振頻率。
14.如權(quán)利要求11所述的裝置(10)，其中所述第一和第二載波頻率(F1、F2)是使燈照明穩(wěn)定的超高頻頻率。
15.如權(quán)利要求11所述的裝置(10)，其中所述第一和第二載波頻率(F1、F2)在大約400kHz到600kHz之間，且調(diào)制頻率在大約20kHz到30kHz之間。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置(10)，其中所述輸入信號“A”的振幅具有0至0.27之間的調(diào)制指數(shù)。
17.如權(quán)利要求11所述的裝置(10)，其中向燈提供輸入信號的裝置(14)包括橋接電路(18)。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置(10)，包括用于控制橋接電路(18)來產(chǎn)生輸入信號的控制器(20)。
19.如權(quán)利要求17所述的裝置(10)，其中橋接電路(18)是半橋電路。
20.如權(quán)利要求11所述的裝置(10)，其中所述濾波器(26)是LC濾波器。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置(10)，其中所述濾波器(26)是高階濾波器。
全文摘要
通過利用在兩個VHF頻率之間以約等于燈第二縱向頻率的調(diào)制比率交替的載波信號驅(qū)動高亮度放電(HID)燈，并使該信號通過與載波頻率具有反向振幅關(guān)系的濾波器，以約等于燈第二縱向共振的調(diào)制比率進行調(diào)幅產(chǎn)生與載波頻率變化呈反向關(guān)系的燈輸入信號，實現(xiàn)了均勻顏色的穩(wěn)定照明及對燈方向敏感性的降低。
文檔編號H05B41/292GK1600049SQ02824220
公開日2005年3月23日 申請日期2002年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月5日
發(fā)明者J·M·克拉梅 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司