專利名稱：操作氣體放電燈的電路裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種操作氣體放電燈的電路裝置和方法。
背景技術(shù)：
從美國PS5608294中已知一個(gè)具有開關(guān)轉(zhuǎn)換器的電路裝置。該電路裝置包括整流器、具有四個(gè)功率晶體管的換向器級、控制單元以及具有開關(guān)和轉(zhuǎn)換器電感的降壓轉(zhuǎn)換器(buck converter)。該電路裝置是復(fù)雜的。
從EP1152645A1中已知用于操作數(shù)據(jù)和視頻投影儀的高壓氣體放電燈的方法和設(shè)備。在操作期間使氣體放電燈的電極成形，即在過零之前利用交流電流和額外脈沖進(jìn)行操作期間，在氣體放電燈的電極上逐漸生長一些結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的大小取決于電流的工作頻率。隨著工作頻率越高，所生長的結(jié)構(gòu)的直徑按比例變小。因此，電極尖上的結(jié)構(gòu)被建造成在工作頻率45Hz、65Hz、90Hz和130Hz上減少電弧長度，在該情況下燈的燃燒電壓下降。同時(shí)，可以觀察到，在電極尖結(jié)構(gòu)存在的情況下電弧位置使自身居于準(zhǔn)確定義的位置中，以便電弧在隨后的操作期間不再跳躍地改變它的位置，這將在裝備有這種燈的視頻投影儀的顯示圖像中產(chǎn)生可見的閃爍效果。可以使用UHP和HID類型的超高壓氣體放電燈。UHP是超高壓或超高性能的縮寫。HID是高強(qiáng)度放電的縮寫。為了投影目的，利用范圍為45Hz-500Hz的低頻交流電流操作這些燈。假定純方波電流形狀，即電流的絕對值隨時(shí)都保持相同，僅僅符號改變，則發(fā)光功率的確將隨時(shí)都保持恒定，但是不能保證電弧位置的穩(wěn)定性。在具有額外脈沖的電流波形的情況下的確增加了燈燃燒的穩(wěn)定性，但是現(xiàn)在不能實(shí)現(xiàn)發(fā)光功率在時(shí)間上的恒定性。

發(fā)明內(nèi)容
因而為此目的，本發(fā)明提供操作氣體放電燈的簡單電路裝置和簡單方法。
通過獨(dú)立權(quán)利要求1和10的技術(shù)特征實(shí)現(xiàn)該目的。根據(jù)本發(fā)明，電流包括高頻AC分量和低頻AC分量。通過不同頻率的兩個(gè)或多個(gè)交流電流的疊加形成電流，其中第一AC電流分量具有高頻率并且另一AC分量具有低頻率。較簡單的電路結(jié)構(gòu)用于具有高頻的氣體放電燈的操作中。如果在UHP燈的情況下燈工作在足夠高的頻率上，如高于1MHz，則在氣體放電中不發(fā)生聲學(xué)振蕩或機(jī)械振蕩，結(jié)果是放電電弧在聲學(xué)上是穩(wěn)定的，但是發(fā)現(xiàn)兩個(gè)負(fù)面效應(yīng)。在較高功率上，放電電弧將自身施加到平面形狀的電極，即電弧以所謂的擴(kuò)散模式工作。燈內(nèi)部的放電電弧的位置的確很慢地變化，以便不干擾投影，但是十分快速地?zé)龘p電極，這縮短了燈的壽命。在較低的功率上，電弧將自身施加到點(diǎn)形狀的電極，即收縮，以便電弧以收縮模式燃燒。相比于低頻操作，電極的燒損是微弱的，但是電弧位置不穩(wěn)定，這導(dǎo)致電弧的頻率位置變化。反過來，這作為干擾圖像中的閃爍是可見的。在這種操作模式中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)強(qiáng)等離子條紋，在燈的中心向上指并且以集中的方式碰撞石英壁。在隨后燈壽命期間產(chǎn)生一個(gè)區(qū)域，其中石英從非晶狀態(tài)變化為晶體狀態(tài)，即它再結(jié)晶。再結(jié)晶的石英不再透明而是混濁。這會散射光，所以減少了投影亮度。另外，在這個(gè)位置削弱了石英壁，這最終導(dǎo)致較短的燈壽命。氣體放電燈中的電極的能量平衡取決于如電解中的電流方向。放電中的電流主要是電子電流，因?yàn)殡娮釉诘入x子體中基本上比重氣體離子更容易移動。電子必須接收某一激發(fā)能量(也稱為逸出功)以便離開負(fù)電極或陰極。當(dāng)它們碰到陽極時(shí)它們再次發(fā)出這個(gè)能量，所以通過電子從這里飛離而稍微冷卻了陰極，然而加熱了陽極。在AC操作中，電極循環(huán)地改變它們的功能，即一段時(shí)間是陽極然后是陰極，然后再次是陽極等。取決于在低頻操作的燈中的電流方向的電極的不同狀態(tài)導(dǎo)致在擴(kuò)散的和收縮的電弧附著(arcattachment)之間的相關(guān)轉(zhuǎn)變。高頻操作中的高頻產(chǎn)生的結(jié)果是電弧附著實(shí)際上保持不變。然而，當(dāng)再次增加某一低頻電流時(shí)，這被改變。現(xiàn)在，發(fā)生溫度調(diào)制，它反循環(huán)地發(fā)生在兩個(gè)電極中。也就是說，當(dāng)一個(gè)電極具有最大溫度時(shí)，另一電極具有最小溫度?，F(xiàn)在產(chǎn)生的結(jié)果是兩個(gè)電極上電弧附著的收縮狀態(tài)是不相等的。特別地，電弧在一個(gè)電極中是擴(kuò)散的，而在另一個(gè)電極中是收縮的?，F(xiàn)在不再發(fā)現(xiàn)等離子條紋，并且不發(fā)生再結(jié)晶。同時(shí)，在電極上形成抬升，并且自身建立電弧位置的穩(wěn)定性。發(fā)現(xiàn)為了這個(gè)效應(yīng)所需的低頻范圍中的功率顯著地低于高頻功率，大約是10W∶120W。這使產(chǎn)生具有很低開銷的這個(gè)額外電流分量變?yōu)榭赡?。燈功率是由低頻分量和高頻分量(在下文稱為低頻信號和高頻信號)的疊加產(chǎn)生。如果低頻信號是正弦，則再次發(fā)生功率調(diào)制，盡管發(fā)光功率的相應(yīng)波形實(shí)質(zhì)上較小。如果方波振蕩有利地用于低頻電流，則這不再發(fā)生。在低頻范圍的瞬時(shí)功率是恒定的情況下，然而高頻范圍13MHz的功率振蕩如此快，以致于因?yàn)榈入x子體的熱慣性它們不再導(dǎo)致任何發(fā)光波動。
有利地，高頻AC分量具有高于1MHz的頻率。直到頻率達(dá)到多個(gè)MHz級，在UHP燈中才不出現(xiàn)聲諧振，該聲諧振導(dǎo)致電弧不穩(wěn)定。為了投影目的，這種不穩(wěn)定使燈質(zhì)量無用，然而在特別嚴(yán)重的情況下甚至毀壞燈。
有利地，低頻AC分量具有低于1KHz的頻率。
在一個(gè)簡單的情況中，高頻AC分量具有正弦電流波形。
有利地，從相應(yīng)電流源提供高頻AC分量和低頻AC分量。因此，單獨(dú)電流源可用于高頻分量和低頻分量。
有利地，在高頻電流源和低頻電流源之間存在去耦元件。


為了更好理解本發(fā)明，下面參考附圖將解釋本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1示出了用于操作氣體放電燈的電路裝置；圖2a是具有被疊加的高頻AC分量和低頻AC分量的燈電流的時(shí)序圖；圖2b是低頻AC分量的時(shí)序圖；以及圖2c是高頻AC分量的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了電路裝置1，該電路裝置1包括高頻電流源2、低頻電流源3、去耦元件4和UHP燈5。具有高于1MHz的頻率的高頻電流源2實(shí)質(zhì)上能提供操作燈5所需要的電功率120W。去耦元件4防止高頻電流源2和低頻電流源3之間相互干擾。低頻電流源3提供具有0.2A和2W的低功率的弱交流電流。兩個(gè)電流分量在去耦元件4中疊加并且提供給燈5。低頻電流源3影響燈5內(nèi)的氣流，使得該氣流不再以集中的方式碰撞燈器或燈泡內(nèi)的某一點(diǎn)，而是使得該氣流較好地分布。這減少了燈泡上的溫度負(fù)載。另外，由此穩(wěn)定了電弧位置。
圖2a，2b和2c示出了由低頻電流分量7和高頻電流分量8組成的燈電流6。為了清楚起見，相對于低頻電流，利用比實(shí)際上所需頻率低的頻率來描述高頻電流。
參考數(shù)字列表1.電路裝置2.高頻電流源3.低頻電流源4.去耦元件5.UHP燈6.燈電流7.低頻電流分量8.高頻電流分量
權(quán)利要求
1.一種用于通過電流操作氣體放電燈(5)的電路裝置(1)，其特征在于電流(6)包括高頻交流電流分量(8)和低頻交流電流分量(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電路裝置，其特征在于高頻交流電流分量(8)具有高于1MHz的頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電路裝置，其特征在于低頻交流電流分量(7)具有低于1kHz的頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的電路裝置，其特征在于高頻交流電流分量(8)具有正弦電流波形。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的電路裝置，其特征在于低頻交流電流分量(7)具有方波電流波形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的電路裝置，其特征在于從電流源(3)提供高頻交流電流分量(8)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的電路裝置，其特征在于從另一電流源(2)提供低頻交流電流分量(7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的電路裝置，其特征在于低頻交流電流源被設(shè)計(jì)成電弧附著在一個(gè)低頻循環(huán)內(nèi)的擴(kuò)散狀態(tài)和收縮狀態(tài)之間至少變化一次。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的電路裝置，其特征在于去耦元件(4)被設(shè)置在高頻電流源(2)和低頻電流源(3)之間。
10.一種利用電流操作氣體放電燈(5)的方法，其特征在于由不同頻率的兩個(gè)或多個(gè)交流電流(7，8)的疊加形成電流，其中第一交流電流分量(8)具有高于1MHz的高頻并且另一交流電流分量(7)具有低于1Khz的低頻。
11.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1的電路裝置(1)的照明系統(tǒng)。
12.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1的電路裝置(1)的數(shù)據(jù)和視頻投影儀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用電流操作氣體放電燈的電路裝置。根據(jù)本發(fā)明，電流包括高頻AC分量和低頻AC分量。
文檔編號H05B41/292GK1853450SQ200480026687
公開日2006年10月25日 申請日期2004年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月17日
發(fā)明者P·呂爾肯斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司