專利名稱：微波激勵(lì)放電燈的點(diǎn)亮方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微波激勵(lì)放電燈的點(diǎn)亮方法，尤其涉及使用沒(méi)有脈 動(dòng)的直流電流而以大輸出發(fā)出紫外光的無(wú)電極放電燈的點(diǎn)亮方法。
背景技術(shù)：
將來(lái)自磁控管的微波電力施加給放電燈而使其點(diǎn)亮的無(wú)電極放電燈 在放電燈內(nèi)部不需要電極。因此，不會(huì)引發(fā)電極的惡化、封入氣體的污 染、石英玻璃等燈容器的污染，壽命比較長(zhǎng)。由于能夠使放電燈的內(nèi)徑 變細(xì)，所以與有電極放電燈相比，聚光性比較好。為了對(duì)無(wú)電極放電燈 施加微波電力，在合適的空洞(微波)諧振器中收容無(wú)電極放電燈，使 由磁控管產(chǎn)生的微波電力經(jīng)由合適的波導(dǎo)(波導(dǎo)管和同軸線路)，由設(shè)置 于空洞諧振器的天線耦合后施加。
為了驅(qū)動(dòng)磁控管，需要幾千伏的電壓和幾百毫安的電流。通常，廣 泛采用將整流商用頻率的電力得到的脈動(dòng)電流狀態(tài)的電力施加給磁控管 的方法。該方法的特征是可以低價(jià)地制作電源裝置，電源裝置簡(jiǎn)單，所以
故障比較少。并且，可以根據(jù)所要求的照度，在全功率的35% .100%之 間改變磁控管驅(qū)動(dòng)電力。
由磁控管的微波激勵(lì)的無(wú)電極放電燈，可以得到聚光性良好的高輸 出的紫外光，所以被應(yīng)用于FPD行業(yè)的薄膜加工、光纖線的拉絲加工、 UV涂敷等領(lǐng)域。在這些工序中使用的涂敷物一般被稱為感光性樹脂(光 聚合物)。在照射一定量以上的紫外線時(shí)，將會(huì)固化、干燥或硬化。并且， 可以提高離模性和粘接性等。為了保護(hù)環(huán)境(限制C02、 VOC排放等)， 要求能量使用量和溶劑使用量少的工序，使用感光性樹脂的工序基本上 不使用溶劑，利用取代熱能的紫外線進(jìn)行處理，所以與熱處理相比，能 量使用量和溶劑使用量非常少。
3近年來(lái)，對(duì)生產(chǎn)線的高速化要求比較強(qiáng)烈。并且，對(duì)制造穩(wěn)定的產(chǎn)
品的穩(wěn)定性要求也比較強(qiáng)烈。光纖的拉絲生產(chǎn)線的速度為1000m/分。薄 膜加工為100m 200m/分。在這種高速處理中，在使用脈動(dòng)電流電源時(shí)， 生產(chǎn)線的高速化將部分地改變紫外線的照射量，不能形成均勻的產(chǎn)品。 根據(jù)頻率(50Hz或60Hz)會(huì)出現(xiàn)放電燈的閃爍(約每10ms 8ms)，產(chǎn) 生紫外光的未照射期間，形成光在產(chǎn)品上的照射不均，不能獲得穩(wěn)定的 產(chǎn)品。并且，由于反復(fù)以50Hz或60Hz的2倍頻率閃爍，放電燈的壽命 將縮短。
因此，采用利用直流電源驅(qū)動(dòng)磁控管的方法。如果釆用脈沖模式開(kāi) 閉電源，將脈動(dòng)較小的直流電力用于磁控管驅(qū)動(dòng)，則微波電力的強(qiáng)度穩(wěn) 定，當(dāng)將其施加給放電燈時(shí)，可以獲得發(fā)光輸出一定的優(yōu)質(zhì)光。在使用 脈動(dòng)電流的以往的電源裝置中，使平均電力與直流驅(qū)動(dòng)時(shí)相同地運(yùn)轉(zhuǎn)的 情況下，在脈動(dòng)電流方式時(shí)，磁控管停止的期間比較長(zhǎng)，因此相應(yīng)地磁 控管的峰值輸出增大。結(jié)果，磁控管的最大峰值電力增大，磁控管的壽 命縮短。由于針對(duì)放電燈的微波輸入也成為脈動(dòng)電流狀態(tài)，所以最大峰 值輸入增大，放電燈的壽命也縮短。如果利用沒(méi)有脈動(dòng)的直流Kl源裝置 驅(qū)動(dòng)，則磁控管和放電燈的壽命延長(zhǎng)。
這樣，雖然磁控管的直流驅(qū)動(dòng)具有優(yōu)點(diǎn)，但也存在容易產(chǎn)生異常振 蕩的缺點(diǎn)。如果使用沒(méi)有脈動(dòng)的直流電源裝置，則在磁控管驅(qū)動(dòng)電力穩(wěn) 定、放電燈也處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，有時(shí)會(huì)突然產(chǎn)生異常狀態(tài)。磁控管的振 蕩頻率和輸出根據(jù)反射波的振幅和相位而變化。將這種情況根據(jù)每個(gè)磁
控管表示為雷基圖(rieke diagmm)。在磁控管突然產(chǎn)生異常動(dòng)作時(shí)，在 直流電源下動(dòng)作，所以陽(yáng)極電壓不會(huì)成為零，不會(huì)恢復(fù)為正常的穩(wěn)定的 動(dòng)作。這種狀態(tài)對(duì)于磁控管和放電燈而言是不希望出現(xiàn)的狀態(tài)。對(duì)于在 生產(chǎn)線中使用的紫外線放電燈而言，在發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)后，需要盡快恢復(fù) 為穩(wěn)定狀態(tài)，并極力抑制作業(yè)的中斷，要求在放電燈破損之前恢復(fù)為穩(wěn) 定的發(fā)光狀態(tài)。作為磁控管的異常振蕩的對(duì)策，有使磁控管的高壓驅(qū)動(dòng) 周期性地停止的方法、和檢測(cè)異常并使磁控管一時(shí)停止的方法。
并且，在剛剛開(kāi)始點(diǎn)亮后的微波激勵(lì)無(wú)電極放電燈內(nèi)的發(fā)光介質(zhì)的氣化不充分時(shí)，磁控管由于反射波而自加熱并破損。為了防止這種情況， 對(duì)剛剛開(kāi)始點(diǎn)亮后的起動(dòng)期間，賦予比發(fā)光介質(zhì)吸收微波而充分氣化的 時(shí)間長(zhǎng)的時(shí)間。即，使用由沒(méi)有脈動(dòng)的直流電源裝置驅(qū)動(dòng)的磁控管，在 剛剛開(kāi)始點(diǎn)亮后的起動(dòng)期間，根據(jù)發(fā)光介質(zhì)的氣化，進(jìn)行增加針對(duì)磁控 管的電力的起動(dòng)，以便形成比發(fā)光介質(zhì)吸收微波而充分氣化的時(shí)間長(zhǎng)的 起動(dòng)時(shí)間。這作為無(wú)電極放電燈系統(tǒng)的軟起動(dòng)已被公知。以下，列舉幾 個(gè)與磁控管的異常振蕩對(duì)策相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)的示例。
專利文獻(xiàn)1公開(kāi)的"高頻加熱裝置"可以防止磁控管及其他構(gòu)成部件
因?yàn)椴环€(wěn)定振蕩和跳模(moding)而破損，而且提高不穩(wěn)定振蕩的檢測(cè) 可靠性。在磁控管跳模時(shí)，利用電流檢測(cè)電路檢測(cè)該情況，并通過(guò)控制 電路切斷逆變電路的接通信號(hào)。并且，在開(kāi)始加熱時(shí)，使基于來(lái)自電流 檢測(cè)電路的輸入的控制停止一定時(shí)間，或者停止磁控管電流檢測(cè)功能直 到電流反饋單元的電平值達(dá)到某個(gè)一定值。
專利文獻(xiàn)2公開(kāi)的"磁控管的異常檢測(cè)方法"是檢測(cè)高頻加熱裝置的 磁控管的異常振蕩的方法，該高頻加熱裝置使用了由逆變電源施力的磁 控管。由輸A電流檢測(cè)單元檢測(cè)對(duì)變頻電源的輸入電流。由異常振蕩檢 測(cè)單元檢測(cè)磁控管的異常動(dòng)作即跳模的產(chǎn)生。通過(guò)比較對(duì)變頻電源的輸 入電流和異常振蕩檢測(cè)單元的基準(zhǔn)值，可以檢測(cè)磁控管的異常振蕩。
專利文獻(xiàn)3公開(kāi)的"無(wú)電極燈系統(tǒng)"可以防止磁控管因?yàn)榉瓷洳ǘ?加熱開(kāi)敬損。利用由磁控管產(chǎn)生的微波的電磁場(chǎng)，激勵(lì)被封入無(wú)電極燈 內(nèi)部的發(fā)光介質(zhì)而使其發(fā)光。利用軟起動(dòng)單元緩慢增加用于驅(qū)動(dòng)磁控管 的電力。軟起動(dòng)單元用于防止磁控管因?yàn)榉瓷洳ǘ约訜岵⑵茡p，在無(wú) 電極燈開(kāi)始發(fā)光時(shí)使用。
專利文獻(xiàn)4公開(kāi)的"高頻加熱裝置"把電池等直流電源作為輸入電源， 防止在從起動(dòng)向恒定狀態(tài)過(guò)渡時(shí)穩(wěn)定在跳模振蕩的狀態(tài)下，用于延長(zhǎng)磁 控管的壽命。由跳模振蕩檢測(cè)部檢測(cè)到磁控管正在跳模振蕩。根據(jù)該信 息，使逆變電路停止或?qū)ζ溥M(jìn)行再次起動(dòng)。利用跳模振蕩檢測(cè)部可以防 止磁控管繼續(xù)進(jìn)行跳模振蕩?？梢詫?shí)現(xiàn)在不會(huì)損壞磁控管的壽命的基礎(chǔ) 上，把電池等直流電源作為電力源的高頻加熱裝置。專利文獻(xiàn)5公開(kāi)的"磁控管驅(qū)動(dòng)電源裝置"不設(shè)置異常檢測(cè)電路，利
用簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)即可使磁控管穩(wěn)定動(dòng)作。由高壓產(chǎn)生單元產(chǎn)生用于驅(qū) 動(dòng)磁控管的高壓。僅在磁控管可能切斷的極短期間，由停止信號(hào)產(chǎn)生單 元在每個(gè)預(yù)定周期產(chǎn)生使高壓產(chǎn)生單元的動(dòng)作停止的停止信號(hào)。高壓產(chǎn) 生單元根據(jù)來(lái)自停止信號(hào)產(chǎn)生單元的停止信號(hào)，停止產(chǎn)生高壓。
專利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)平05—251174號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2日本特開(kāi)平07 — 014672號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)3日本特開(kāi)2003—068490號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)4日本特開(kāi)2003 — 100440號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)5日本特開(kāi)2004—200051號(hào)公報(bào) 但是，在上述以往的磁控管的直流驅(qū)動(dòng)方法中存在以下問(wèn)題。磁控 管的異?，F(xiàn)象容易在無(wú)電極放電燈剛剛開(kāi)始點(diǎn)亮后的1分鐘以內(nèi)產(chǎn)生， 導(dǎo)致放電燈或磁控管破損。用于使無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮的磁控管連接著諧 振器，所以其動(dòng)作特性與微波加熱用的磁控管不同，不能直接適用微波 加熱用的磁控管的異常振蕩防止方法。在剛剛開(kāi)始點(diǎn)亮后和減光及增光 的途中，磁控管驅(qū)動(dòng)電流和施加電壓變化，來(lái)自放電燈的微波反射也變 化，所以不容易檢測(cè)異常振蕩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決上述以往的問(wèn)題，使采用直流驅(qū)動(dòng)磁控管的無(wú) 電極放電燈剛剛開(kāi)始點(diǎn)亮后的異常狀態(tài)不會(huì)持續(xù)。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法，把交 流電力轉(zhuǎn)換為高壓直流電力，向磁控管提供高壓直流電力，從磁控管產(chǎn) 生微波，利用微波激勵(lì)諧振器中的無(wú)電極放電燈，在開(kāi)始供給高壓直流電 力到無(wú)電極放電燈的放電穩(wěn)定的起動(dòng)期間，緩慢增加高壓直流電力的供給， 同時(shí)反復(fù)停止高壓直流電力的供給，在無(wú)電極放電燈的放電穩(wěn)定后的穩(wěn)定狀 態(tài)期間，在檢測(cè)到髙壓直流電力的異常電壓時(shí)， 一時(shí)停止向磁控管供給高壓 直流電力。
在穩(wěn)定狀態(tài)期間內(nèi)，當(dāng)磁控管的電極電壓比規(guī)定值上升1%以上時(shí)，
6檢測(cè)為異常。在起動(dòng)期間，先緩慢增加高壓直流電力后保持平坦的狀態(tài)， 然后再緩慢增加高壓直流電力。高壓直流電力的供給停止時(shí)間比高壓直流
電力的接通時(shí)間短。高壓直流電力的供給停止時(shí)間在0.1ms 20mS的范圍 內(nèi)。在起動(dòng)期間，按照一定周期或不規(guī)則的間隔，反復(fù)停止高壓直流電 力的供給。在減光時(shí)，緩慢減小高壓直流電力，同時(shí)反復(fù)停止高壓直流 電力的供給。在從減光起恢復(fù)時(shí)，緩慢增加高壓直流電力，同時(shí)反復(fù)停 止高壓直流電力的供給。
通過(guò)按照上面所述控制磁控管的驅(qū)動(dòng)電源，可以實(shí)現(xiàn)異常狀態(tài)不會(huì) 持續(xù)的穩(wěn)定連續(xù)的點(diǎn)亮狀態(tài)。與以往的點(diǎn)亮方法相比，接通/斷開(kāi)動(dòng)作基 本僅在起動(dòng)期間執(zhí)行，放電燈的壽命約為2倍。


圖1是用于確認(rèn)本發(fā)明的實(shí)施例的無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法的燈開(kāi)孔 實(shí)驗(yàn)的時(shí)序圖。
圖2是本發(fā)明的實(shí)施例的無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法的效果確認(rèn)實(shí)驗(yàn)的 時(shí)序圖。
圖3是在本發(fā)明的實(shí)施例的無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法中使用的磁控管 的動(dòng)作模式的說(shuō)明圖。
圖4是執(zhí)行本發(fā)明的實(shí)施例的無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法的點(diǎn)亮裝置的 功能方框圖。
圖5是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例的無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法的時(shí)序圖。 圖6是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例的無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法的起動(dòng)期間的 控制方法的時(shí)序圖。
符號(hào)說(shuō)明
l商用電力；2整流器；3電容器；4開(kāi)關(guān)電路；5變壓器；6整流器； 7電容器；8變壓器；9磁控管；IO加熱器控制電路；11電流檢測(cè)電路； 12比較器；13手動(dòng)旋鈕；14定時(shí)器；15脈寬調(diào)制電路(PWM); 16驅(qū) 動(dòng)器；17編程器；18可變電壓產(chǎn)生電路；19開(kāi)關(guān)；20定時(shí)器；21電壓檢測(cè)器；22異常計(jì)測(cè)器；23波導(dǎo)管；24無(wú)電極放電燈。
具體實(shí)施例方式
以下，參照?qǐng)D1 圖6具體說(shuō)明用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式。
實(shí)施例
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法，在起動(dòng)期間，緩 慢增加高壓直流電力的供給，同時(shí)反復(fù)一時(shí)停止高壓直流電力的供給， 在穩(wěn)定放電期間，在檢測(cè)到高壓直流電力的異常電壓時(shí)， 一時(shí)停止向磁 控管供給高壓直流電力。
圖1是用于確認(rèn)本發(fā)明的實(shí)施例的無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法的燈幵孔
實(shí)驗(yàn)的時(shí)序圖。圖2是無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法的效果確認(rèn)實(shí)驗(yàn)的時(shí)序圖。 圖3是磁控管的動(dòng)作模式的說(shuō)明圖。
圖4是執(zhí)行本發(fā)明的實(shí)施例的無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法的點(diǎn)亮裝置的 功能方框圖。在圖4中，商用電力l是50Hz或60Hz的交流電力。整流 器2是將交流變?yōu)槊}動(dòng)電流的單元。電容器3是將脈動(dòng)電流變?yōu)榈兔}動(dòng) 的直流的平滑單元。開(kāi)關(guān)電路4是將直流電流轉(zhuǎn)換為脈沖電流的電路。 變壓器5是使脈沖電流升壓成為高壓交流電流的單元。整流器6是將高 壓交流電流變?yōu)楦邏好}動(dòng)電流的單元。電容器7是將高壓脈動(dòng)電流變?yōu)?低脈動(dòng)的高壓直流電流的平滑單元。
變壓器8是改變磁控管的加熱器電流的電壓，同時(shí)將加熱器和加熱 器控制電路絕緣的單元。磁控管9是使微波振蕩的電子管。加熱器控制 電路10是控制磁控管的加熱器電流的單元。電流檢測(cè)電路11是檢測(cè)磁 控管的陽(yáng)極電流的電路。比較器12是比較磁控管的陽(yáng)極電流和設(shè)定值的單 元。手動(dòng)旋鈕13是用于手動(dòng)設(shè)定磁控管驅(qū)動(dòng)電壓的操作旋鈕。定時(shí)器14 是生成使電流設(shè)定信號(hào)接通/斷開(kāi)的定時(shí)，并控制電流設(shè)定信號(hào)接通/斷開(kāi) 的單元。
脈寬控制電路(PWM) 15是根據(jù)比較器的輸出，控制脈寬而使其成 為規(guī)定的接通和斷開(kāi)的幅度的電路。驅(qū)動(dòng)器16是驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電路的元件。 編程器17是設(shè)定驅(qū)動(dòng)電壓的單元?？勺冸妷寒a(chǎn)生電路18是根據(jù)編程器或手動(dòng)旋鈕來(lái)產(chǎn)生電壓的電路。開(kāi)關(guān)19是使設(shè)定電壓按照定時(shí)器接通斷 開(kāi)的單元。定時(shí)器20是確定使磁控管斷開(kāi)的定時(shí)的單元。電壓檢測(cè)器21 是檢測(cè)磁控管的陰極電壓的單元。異常計(jì)測(cè)器22是根據(jù)磁控管的陰極電 壓來(lái)檢測(cè)異常的單元。波導(dǎo)管23是將磁控管的輸出微波傳遞給諧振器的 單元。無(wú)電極放電燈24是借助微波而點(diǎn)亮的放電燈。
圖5是說(shuō)明無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法的時(shí)序圖。圖6是說(shuō)明無(wú)電極放 電燈點(diǎn)亮方法的起動(dòng)期間的控制方法的時(shí)序圖。
說(shuō)明如上所述構(gòu)成的本發(fā)明的實(shí)施例的無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法的原 理和動(dòng)作步驟。首先，說(shuō)明使無(wú)電極放電燈穩(wěn)定點(diǎn)亮的方法的原理。在 組合了磁控管、波導(dǎo)、諧振器、天線和放電燈的燈具中，對(duì)振蕩頻率的 變化的相應(yīng)動(dòng)作變復(fù)雜。在磁控管的振蕩頻率變化時(shí)，朝向無(wú)電極放電 燈的波導(dǎo)及天線和諧振器改變微波的振幅和相位。即，在振蕩頻率變化 時(shí)，反射波的振幅和相位變化，在其影響下，磁控管的振蕩頻率變化。 結(jié)果，反射波進(jìn)一步增強(qiáng)，振蕩頻率進(jìn)一步變化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)入反射很大的 狀態(tài)。例如，由于灰塵、塵埃、結(jié)霜和水滴等外部原因，放電燈內(nèi)的放 電狀態(tài)紊亂，放電燈有時(shí)會(huì)成為異常狀態(tài)。在磁控管驅(qū)動(dòng)電力穩(wěn)定時(shí)， 由于來(lái)自放電燈的強(qiáng)烈反射波而引發(fā)的磁控管的異常狀態(tài)將始終保持下 去。
如果空洞諧振器及天線與放電燈的耦合合適，則來(lái)自磁控管的微波 電力全部被放電燈吸收。但是，在磁控管的輸出達(dá)到6kW (單側(cè)3kWx2) 以上的大輸出放電燈中，在開(kāi)始放電的前后，電氣動(dòng)作大幅變化，所以 天線與放電燈之間的微波的耦合不恒定。在放電燈開(kāi)始放電之前，反射 波強(qiáng)烈，對(duì)磁控管的影響比較強(qiáng)，但在開(kāi)始放電之后放電穩(wěn)定，在微波 的吸收增強(qiáng)時(shí)，反射波變?nèi)?，磁控管的?dòng)作穩(wěn)定。在開(kāi)始放電之前，微 波的吸收減少，未被吸收的微波成為反射波并返回到磁控管中。在開(kāi)始 放電之后，放電氣體成為電氣傳導(dǎo)體，所以吸收微波，返回磁控管的反 射波減少。
在通過(guò)軟起動(dòng)使電流開(kāi)始緩慢流向磁控管時(shí)，微波電力逐漸變大， 反射波也變大。根據(jù)該反射波的振幅和相位，磁控管的振蕩狀態(tài)轉(zhuǎn)入大
9大偏離額定狀態(tài)的狀態(tài)并穩(wěn)定下來(lái)。在起動(dòng)時(shí)，磁控管的電流和電壓大 幅變化，所以容易接近異常的穩(wěn)定點(diǎn)。在偏離這種額定動(dòng)作的頻率的振 蕩狀態(tài)下，諧振器與天線中的微波的分布紊亂，有時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重異常的駐 波。在這種情況下，微波電力集中于放電燈的局部，使得放電燈的局部 異常加熱，有時(shí)導(dǎo)致放電燈破損。
為了避免由于開(kāi)始點(diǎn)亮?xí)r的磁控管異常振蕩造成的燈破損，進(jìn)行以 下控制。使直流驅(qū)動(dòng)的磁控管軟起動(dòng)，在向放電燈照射微波時(shí)，為了不 在反射波強(qiáng)烈的狀態(tài)下持續(xù)異常動(dòng)作狀態(tài)，所以反復(fù)進(jìn)行使直流電源的 輸出短時(shí)間斷開(kāi)并重設(shè)異常動(dòng)作狀態(tài)的處理。然后，在提供穩(wěn)定的直流 電力的同時(shí)，進(jìn)行控制而使磁控管的陽(yáng)極動(dòng)作電流一定。在檢測(cè)到放電 燈的動(dòng)作電壓上升時(shí)，使直流電源的輸出短時(shí)間斷開(kāi)并恢復(fù)為穩(wěn)定狀態(tài)。 另外，在從磁控管驅(qū)動(dòng)電力開(kāi)始增加或減少起的約30秒內(nèi)，反復(fù)使磁控 管一時(shí)停止，防止磁控管和放電燈的異常狀態(tài)的持續(xù)。
在穩(wěn)定狀態(tài)期間，在磁控管的電極電壓比規(guī)定值上升1%以上時(shí)， 檢測(cè)為異常。在起動(dòng)期間，先緩慢增加髙壓直流電力后保持平坦的狀態(tài)， 然后再緩慢增加高壓直流電力。高壓直流電力的供給停止時(shí)間比高壓直
流電力的接通時(shí)間短。高壓直流電力的供給停止時(shí)間在0.1ms 20ms的 范圍內(nèi)。在起動(dòng)期間，按照一定周期或不規(guī)則的間隔，反復(fù)停止高壓直 流電力的供給。在減光時(shí)，緩慢減小高壓直流電力，同時(shí)反復(fù)停止高壓 直流電力的供給。在從減光起恢復(fù)時(shí)，緩慢增加高壓直流電力，同時(shí)反 復(fù)停止高壓直流電力的供給。該方法是依據(jù)于確認(rèn)磁控管的異常振蕩的 原因和對(duì)策方法的效果的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
下面，參照?qǐng)D1說(shuō)明強(qiáng)制使微波激勵(lì)放電燈點(diǎn)亮裝置產(chǎn)生異常動(dòng)作 的實(shí)驗(yàn)。所說(shuō)異常動(dòng)作是指在燈的特定位置開(kāi)孔。這種現(xiàn)象的準(zhǔn)確原因 尚不明確。在燈穩(wěn)定點(diǎn)亮過(guò)程中，將金屬絲放入燈附近，從而可以使實(shí) 驗(yàn)再現(xiàn)始終開(kāi)出相同的孔的現(xiàn)象。在實(shí)驗(yàn)中，磁控管驅(qū)動(dòng)電流、磁控管 電壓、燈的光輸出，按照?qǐng)D1所示變化。在時(shí)間軸上記述T1 T5的標(biāo)記。
在Tl，在起動(dòng)電源并開(kāi)始放電時(shí)，光輸出上升。T1 T2為軟起動(dòng) 期間。使磁控管驅(qū)動(dòng)電流一時(shí)保持為比額定電流低的值，然后增加到額
10定電流。此時(shí)，磁控管電壓上升，光輸出也增加。在T2的時(shí)間點(diǎn)，放電變穩(wěn)定。在T2 T3，持續(xù)穩(wěn)定點(diǎn)亮。在T3，將金屬絲放入燈附近。在T3 T4，放電狀態(tài)紊亂，光輸出減少。此時(shí)，使磁控管驅(qū)動(dòng)電流保持預(yù)定電流，電壓約上升200V而少許變動(dòng)。
在T4，在燈上開(kāi)孔，放電停止，光輸出成為O。然后，電壓返回穩(wěn)定狀態(tài)。從放入金屬絲后到燈上開(kāi)孔之前的時(shí)間，根據(jù)金屬絲的放入方法而變長(zhǎng)或變短。在T5，在放電停止后，磁控管驅(qū)動(dòng)電流和磁控管電壓返回穩(wěn)定狀態(tài)的值，但由于光輸出為O，所以保護(hù)電路動(dòng)作，磁控管強(qiáng)制停止。
下面，參照?qǐng)D2說(shuō)明使磁控管的驅(qū)動(dòng)停止一次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在Tl之前，穩(wěn)定點(diǎn)亮。在T1放入金屬絲后，放電變得不穩(wěn)定，電壓上升。約經(jīng)過(guò)1秒后，操作脈沖調(diào)制電路，使磁控管短時(shí)間停止。然后，磁控管電壓和光輸出恢復(fù)原狀，持續(xù)穩(wěn)定點(diǎn)亮。
根據(jù)該結(jié)果可以得到以下結(jié)論。在將金屬絲放入燈附近后，金屬絲通過(guò)燈附近時(shí)被冷卻風(fēng)吹起而到達(dá)遠(yuǎn)離了燈的地方。如果被吹起后的金屬絲的位置從開(kāi)始就在該位置，則是不會(huì)使放電紊亂的位置。放電紊亂是因?yàn)榻饘俳z通過(guò)燈附近時(shí)大大擾亂了微波的分布而引起的。以此為契機(jī)，放電狀態(tài)紊亂。該狀態(tài)將持續(xù)到金屬絲消失。在重設(shè)為使磁控管短時(shí)間停止時(shí)，持續(xù)狀態(tài)下的紊亂的放電恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)。
下面，參照?qǐng)D3說(shuō)明磁控管的耦合模式。磁控管內(nèi)部由陰極和陽(yáng)極及磁鐵構(gòu)成。在陽(yáng)極上形成空洞諧振器。在陰極和陽(yáng)極之間施加用于使電子加速的高電壓(4 5kV)。從陰極釋放的電子在移向陽(yáng)極期間因?yàn)榇艌?chǎng)而軌跡彎曲。由此產(chǎn)生電磁波(微波)。通過(guò)裝配在陽(yáng)極上的諧振器以單一頻率高效振蕩。在陽(yáng)極形成有多個(gè)(IO個(gè)左右)諧振器，能夠?qū)崿F(xiàn)使這些諧振器彼此的相位不同的高次模式振蕩。但是，該高次模式的振蕩需要比基本模式高約1000V的電壓，所以通常不會(huì)產(chǎn)生高次模式的振蕩。利用圖3 (a)的電流及電壓的曲線圖表示該情況。在磁控管的燈絲劣化、或者加熱電力不足而導(dǎo)致不能充分流過(guò)陰極電流時(shí)，有時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)入電流較小電壓較高的高次模式。這種現(xiàn)象被認(rèn)知為跳模。關(guān)于異常狀態(tài)持續(xù)的原因推測(cè)如下。在無(wú)電極放電燈中，通過(guò)波導(dǎo)管等將微波取出到磁控管的外部，向作為負(fù)荷的諧振器提供微波電力。該負(fù)荷的諧振器與磁控管的諧振器耦合，有可能以與磁控管的基本模式不同的模式(此處稱為耦合模式)振蕩。這與多個(gè)諧振器強(qiáng)烈耦合時(shí)，具有與各自的諧振頻率不同的諧振點(diǎn)的現(xiàn)象相同。
如圖3 (b)所示，耦合模式是需要比通常高的高電壓的模式，通常不易發(fā)生這種模式下的振蕩。但是，根據(jù)負(fù)荷的諧振器的諧振狀態(tài)，基本模式的頻率的反射波增強(qiáng)而變得不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)入需要高電壓的耦合模式，并持續(xù)該狀態(tài)。在收容了放電燈的諧振器成為負(fù)荷的情況下，認(rèn)為存在該耦合模式。在放入了金屬絲等的情況下，受到其擾亂而使得基本模式的頻率的反射波增強(qiáng)。在該條件下，耦合模式變得比基本模式穩(wěn)定，所以從基本模式轉(zhuǎn)入耦合模式，并持續(xù)該狀態(tài)。將狀態(tài)轉(zhuǎn)移的情況簡(jiǎn)單表示為圖3 (C)所示的狀態(tài)。
下面，參照?qǐng)D4說(shuō)明無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮裝置的動(dòng)作。將通過(guò)整流器2對(duì)商用電力1進(jìn)行整流、通過(guò)電容器3變平滑而得到的直流電力，由采用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)電路4轉(zhuǎn)換為20kHz左右的交流。該交流通過(guò)變壓器5升壓后通過(guò)整流器6整流、通過(guò)電容器7變平滑，得到高電壓電流。把該直流電力施加給磁控管9。變壓器8提供加熱器加熱用電力，通過(guò)加熱器控制電路10控制加熱電力。另外，在本實(shí)施例中，把整流器2 電容器7稱為高壓直流電源。由磁控管9產(chǎn)生的微波提供給波導(dǎo)管23，使空洞諧振器中的放電燈24點(diǎn)亮。
根據(jù)為了把磁控管9的陽(yáng)極電流保持為預(yù)定的值而設(shè)置的編程器17的指令輸出，改變可變電壓產(chǎn)生電路18的輸出電壓。并且，由電流檢測(cè)電路11檢測(cè)的電流值被轉(zhuǎn)換為電壓值，并提供給比較器12。比較器12比較通過(guò)開(kāi)關(guān)19由可變電壓產(chǎn)生電路18提供的電壓值、和以從電流檢測(cè)電路ll得到的電流為基礎(chǔ)的電壓值。根據(jù)該比較結(jié)果，通過(guò)脈寬調(diào)制電路(PWM) 15、驅(qū)動(dòng)器16，控制開(kāi)關(guān)電路4。結(jié)果，控制提供給磁控管的電壓。
定時(shí)器14生成使電流設(shè)定信號(hào)接通/斷開(kāi)的定時(shí)，控制電流設(shè)定信
12號(hào)接通/斷開(kāi)。定時(shí)器14可以通過(guò)定時(shí)器IC組合單觸發(fā)定時(shí)器電路和自激勵(lì)發(fā)送電路來(lái)生成預(yù)定的控制信號(hào)，也可以通過(guò)可編程控制器(PLC)等生成。
在無(wú)電極放電燈開(kāi)始放電時(shí)，根據(jù)來(lái)自編程器17的指令，在預(yù)定的時(shí)間(期間)，控制可變電壓產(chǎn)生電路18的輸出電壓，使施加給磁控管的電力緩慢增加。即，該輸出電壓通過(guò)比較器12、 PWM15、驅(qū)動(dòng)器16提供給開(kāi)關(guān)電路4。緩慢改變它們的開(kāi)關(guān)速度(頻率)，以使其控制元件(晶體管)的接通時(shí)間變長(zhǎng)。結(jié)果，提供給磁控管的電力(電壓、電流)
在預(yù)定時(shí)間后，磁控管的陽(yáng)極電流上升，在達(dá)到與對(duì)編程器17設(shè)定的值等效的值時(shí)，根據(jù)比較器12的輸出控制PWM15，使PWM15的輸出達(dá)到規(guī)定的接通和斷開(kāi)的幅度。結(jié)果，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器16進(jìn)行控制，使開(kāi)關(guān)電路4的開(kāi)關(guān)動(dòng)作保持規(guī)定的幅度。
另一方面，在磁控管的陽(yáng)極電流上升并達(dá)到對(duì)編程器17設(shè)定的值的期間，根據(jù)來(lái)自定時(shí)器20的指令，開(kāi)關(guān)19周期性地接通、斷開(kāi)。該接通時(shí)間例如為100ms，斷開(kāi)時(shí)間為2ms。根據(jù)該周期性的接通、斷開(kāi)，形成在避免異常動(dòng)作的同時(shí)實(shí)現(xiàn)的電力增加，不會(huì)產(chǎn)生起動(dòng)時(shí)的故障。
在磁控管和放電燈的放電轉(zhuǎn)入穩(wěn)定動(dòng)作后，例如由于放電燈周邊的灰塵和塵埃而使得放電紊亂，在提供給磁控管的電壓變化并超過(guò)一定值時(shí)，通過(guò)電壓檢測(cè)器21檢測(cè)該電壓。在該變化的時(shí)間例如為0.5秒?yún)迹ㄟ^(guò)異常計(jì)測(cè)器22進(jìn)行判別，將判別輸出提供給定時(shí)器20。根據(jù)該提供，定時(shí)器20被驅(qū)動(dòng)，使開(kāi)關(guān)19斷開(kāi)。該時(shí)間例如為lms。
在該lms期間，開(kāi)關(guān)電路4斷開(kāi)，向磁控管的電力供給被切斷。因此，可以防止放電燈的玻璃容器因?yàn)楫惓７烹娦纬傻姆烹姛舻木植繙囟壬仙茡p。并且，可以將放電燈裝置的停止時(shí)間和產(chǎn)品不良抑制到最低限度。
并且，為了在由于點(diǎn)亮?xí)r使燈速度變慢等、或者由于被照射物的種類變更而改變放電燈的輸出時(shí)，利用手動(dòng)旋鈕13改變可變電壓產(chǎn)生電路18的電壓。在該電壓變更期間中，利用定時(shí)器14使開(kāi)關(guān)19例如接通1秒、斷開(kāi)lms。在該期間，在開(kāi)關(guān)19斷開(kāi)的期間，開(kāi)關(guān)電路4被切斷。因此，不會(huì)發(fā)生放電燈的異常放電狀態(tài)，可以安全地變更向磁控管的電力供給。
下面，參照?qǐng)D5的時(shí)序圖說(shuō)明燈點(diǎn)亮的流程。虛線表示電流設(shè)定值，實(shí)線表示檢測(cè)施加給磁控管的電壓的值。從a開(kāi)始到c為軟起動(dòng)期間。在該期間，緩慢增加電流設(shè)定值，同時(shí)周期性地接通、斷開(kāi)，以使施加給磁控管的電力緩慢增加。在該軟起動(dòng)期間過(guò)后，磁控管的振蕩、放電燈的放電變穩(wěn)定，處于穩(wěn)定狀態(tài)期間d。在連續(xù)的穩(wěn)定狀態(tài)期間d，在突然產(chǎn)生異常的磁控管振蕩、放電燈的放電紊亂時(shí)，磁控管的施加電壓在e時(shí)間點(diǎn)上升，在該電壓連續(xù)0.5秒并達(dá)到設(shè)定值以上的電壓值時(shí)(f時(shí)間點(diǎn))，利用定時(shí)器使設(shè)定電流值斷開(kāi)lms，切斷向磁控管的電力供給，然后返回連續(xù)的穩(wěn)定狀態(tài)期間g。
在為了增減放電燈的照度而改變向磁控管的輸出時(shí)，例如進(jìn)行以下動(dòng)作。在穩(wěn)定狀態(tài)期間g，從h時(shí)間點(diǎn)使用手動(dòng)旋鈕13，經(jīng)由定時(shí)器和開(kāi)關(guān)周期性地切斷開(kāi)關(guān)電路，同時(shí)使輸出下降直到預(yù)定的i時(shí)間點(diǎn)，處于j時(shí)間點(diǎn)的穩(wěn)定狀態(tài)。同樣，為了增加向磁控管的輸出，利用手動(dòng)旋鈕13在預(yù)定的1時(shí)間點(diǎn)周期性地切斷開(kāi)關(guān)電路，同時(shí)使輸出上升，轉(zhuǎn)入m的穩(wěn)定狀態(tài)。
下面，參照?qǐng)D6說(shuō)明軟起動(dòng)方法。在從軟起動(dòng)期間到穩(wěn)定狀態(tài)(額定)的基于編程器的磁控管的電流值如圖6所示。例如，在向磁控管的輸入為總功率輸入的60%的o時(shí)間點(diǎn)，利用設(shè)置在裝置內(nèi)部的光強(qiáng)度檢測(cè)傳感器等，檢測(cè)來(lái)自無(wú)電極放電燈24的光的強(qiáng)度、即被封入無(wú)電極放電燈24內(nèi)的發(fā)光介質(zhì)的氣化狀態(tài)。判斷該光的強(qiáng)度是否在預(yù)定的光強(qiáng)度以上。
在軟起動(dòng)的動(dòng)作過(guò)程中，在來(lái)自無(wú)電極放電燈24的光的強(qiáng)度為預(yù)定的光強(qiáng)度以下時(shí)，使電流保持恒定(i》，停止電力增加而進(jìn)行等待，等待無(wú)電極放電燈24起動(dòng)。并且，在達(dá)到預(yù)定的光強(qiáng)度以上時(shí)，增加電流(從i,到i2)，即使輸入增加(上升)，進(jìn)行控制而使磁控管的電力緩慢增加(從p到q)。然后，使磁控管額定動(dòng)作。
另外，在從n到q的期間，磁控管輸出被設(shè)定得比較低，所以反射波比較小，磁控管更加穩(wěn)定，另外，通過(guò)在t的期間使磁控管周期性地停止，即使發(fā)生異常狀態(tài)時(shí)也能夠恢復(fù)為正常狀態(tài)，從而可以確保磁控管的正常動(dòng)作的電流值i2。也可以不是周期性地，而以不規(guī)則的間隔反復(fù)停
止高壓直流電力的供給。優(yōu)選磁控管的停止時(shí)間(0為0.1ms 20ms，如果在30ms以上，則放電燈的放電停止。
軟起動(dòng)的參數(shù)和高壓直流電力的供給停止的周期等可以統(tǒng)一確定，也可以根據(jù)磁控管、負(fù)荷的諧振器、無(wú)電極放電燈的組合，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真來(lái)求出最佳值。由此，可以使振蕩的穩(wěn)定度和壽命達(dá)到最大。并且，為了提高恒定狀態(tài)下的穩(wěn)定度，也可以調(diào)整負(fù)荷的諧振器等，使耦合模式盡可能地遠(yuǎn)離基本模式。
如上所述，在本發(fā)明的實(shí)施例中，無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法構(gòu)成為，在起動(dòng)期間緩慢增加高壓直流電力的供給，同時(shí)反復(fù)停止高壓直流電力的供給，在穩(wěn)定放電期間，在檢測(cè)到高壓直流電力的異常電壓時(shí)， 一時(shí)停止向磁控管供給高壓直流電力，所以能夠通過(guò)最低限的斷開(kāi)操作從異常狀態(tài)恢復(fù)，放電燈的壽命延長(zhǎng)。
本發(fā)明的無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法最適合作為使發(fā)出強(qiáng)力的紫外光的放電燈的點(diǎn)亮方法。
權(quán)利要求
1. 一種無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法，把交流電力轉(zhuǎn)換為高壓直流電力，向磁控管提供所述高壓直流電力，從所述磁控管產(chǎn)生微波，利用所述微波激勵(lì)諧振器中的無(wú)電極放電燈，所述無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法的特征在于，在開(kāi)始供給所述高壓直流電力到所述無(wú)電極放電燈的放電穩(wěn)定的起動(dòng)期間，緩慢增加所述高壓直流電力的供給，同時(shí)反復(fù)停止所述高壓直流電力的供給，在所述無(wú)電極放電燈的放電穩(wěn)定后的穩(wěn)定狀態(tài)期間，在檢測(cè)到所述高壓直流電力的異常電壓時(shí)，一時(shí)停止向所述磁控管供給所述高壓直流電力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法，其特征在于， 在所述穩(wěn)定狀態(tài)期間，當(dāng)所述磁控管的電極電壓比規(guī)定值上升1%以上時(shí)，檢測(cè)為異常。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法，其特征在于， 在所述起動(dòng)期間，先緩慢增加所述高壓直流電力后保持平坦的狀態(tài)，然后再緩慢增加所述高壓直流電力。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法，其特征在于， 所述高壓直流電力的供給停止時(shí)間比所述高壓直流電力的接通時(shí)間短。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法，其特征在于， 所述高壓直流電力的供給停止時(shí)間在0.1ms 20ms的范圍內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法，其特征在于， 在所述起動(dòng)期間，按照一定周期或不規(guī)則的間隔，反復(fù)停止所述高壓直流電力的供給。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法，其特征在于， 在減光時(shí)，緩慢減小所述高壓直流電力，同時(shí)反復(fù)停止所述高壓直流電力的供給。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)電極放電燈點(diǎn)亮方法，其特征在于， 在從減光起恢復(fù)時(shí)，緩慢增加所述高壓直流電力，同時(shí)反復(fù)停止所述高壓直流電力的供給。
全文摘要
本發(fā)明提供微波激勵(lì)放電燈的點(diǎn)亮方法，使利用直流驅(qū)動(dòng)的磁控管而點(diǎn)亮的無(wú)電極放電燈剛剛開(kāi)始點(diǎn)亮后的異常狀態(tài)不會(huì)持續(xù)，同時(shí)從穩(wěn)定狀態(tài)期間的異常狀態(tài)迅速恢復(fù)穩(wěn)定動(dòng)作。使無(wú)電極放電燈(24)以軟起動(dòng)開(kāi)始點(diǎn)亮。緩慢增加供給磁控管(9)的電力，使點(diǎn)亮狀態(tài)保持比發(fā)光介質(zhì)吸收微波并充分氣化的時(shí)間長(zhǎng)的時(shí)間。在該期間，使直流電源的輸出周期性地短時(shí)間斷開(kāi)，重設(shè)異常動(dòng)作狀態(tài)。然后，供給穩(wěn)定的直流電力。在穩(wěn)定狀態(tài)期間，控制使磁控管(9)的陽(yáng)極動(dòng)作電流恒定。在檢測(cè)到放電燈(24)的動(dòng)作電壓上升時(shí)，使直流電源的輸出短時(shí)間斷開(kāi)，使其恢復(fù)為穩(wěn)定狀態(tài)。
文檔編號(hào)H05B41/36GK101500368SQ200810183789
公開(kāi)日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
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