專利名稱：驅(qū)動氣體放電燈的方法
技術領域：
本發(fā)明描述了一種驅(qū)動氣體放電燈的方法和一種用于驅(qū)動氣體放電燈的驅(qū)動單兀。
背景技術：
在諸如HID(高強度放電)燈和UHP(超高壓)燈之類的氣體放電燈中，橫跨布置在 燈中的兩個電極之間的間隙的放電電弧生成強光部分。燈制造、填充氣體成分以及電極設 計中的進步已經(jīng)導致短電弧和超短電弧放電燈的發(fā)展，其中電極的尖端在燈的放電室中分 開很短的距離，例如1毫米或更短，且橫跨這個間隔的電弧因此也短，但具有強的亮度。這 樣的燈對于要求亮的、接近白光的點源的應用(例如在圖像投影應用中)是有用的。然而，由于高電壓操作期間達到的高溫，這樣的燈的電極會經(jīng)歷變化，即電極尖端 可能回燒(burn back)，或者“結(jié)構(gòu)”可能生長在電極尖端上的一個或多個位置處，生長點是 電弧接到尖端的點。對電極的這樣的物理改變可以導致電弧亮度的波動，因為電弧會變得 更長或更短，導致燈的光輸出(通量)的波動。在圖像投影系統(tǒng)中，光通量的這樣的改變對 于用戶而言甚至是顯而易見的，這是明顯不期望的效果。因此，在投影應用中，穩(wěn)定的電弧長度是最重要的。在新式投影儀中維持光通量最 終意味著在延長的時間內(nèi)維持短的電弧長度。因此，在很多情況下，采用專用的燈驅(qū)動方案 以努力保持電弧長度。這些方案常常包括不同電流波形和操作頻率的復雜組合，被設計成 使得對電極尖端的改變在可能的場合得以避免，或者在電極上的結(jié)構(gòu)生長和熔化以受控方 式進行，使得電弧長度可以穩(wěn)定。取決于燈驅(qū)動方案的選擇，對電極表面的修整可以在短的 到很短的時間標度內(nèi)見效。在任意一種驅(qū)動方案中，用某種燈電流波形在某一頻率驅(qū)動燈。電流波形可以包 括以某些時間間隔再現(xiàn)的脈沖，例如“抗擺動”脈沖，且這種波形在驅(qū)動方案的持續(xù)時間內(nèi) 通常不發(fā)生變化。當例如通過改變電流波形或操作頻率來改變燈驅(qū)動方案的一種或多種參 數(shù)時，在某一時間點發(fā)生在驅(qū)動方案之間的轉(zhuǎn)換。例如，可以改變電流脈沖的振幅或?qū)挾龋?或者操作頻率可以突然增大或減小好多倍。該變化可以例如通過觀測到的燈的參數(shù)(例如 燈電壓)逼近某個閾值來觸發(fā)，或者在預定時間間隔期滿之后開始。操作氣體放電燈內(nèi)的環(huán)境可以認為是不穩(wěn)定或可變的，這主要是燈填充物的性質(zhì) 以及高的操作溫度和電壓造成的。例如，即使在“穩(wěn)定的”操作條件期間，燈電壓也會經(jīng)歷 短暫而極大的波動。由于這個原因，通常以規(guī)則的時間間隔(例如每隔幾毫秒)測量諸如 燈電壓之類的燈參數(shù)，以及校正或調(diào)節(jié)燈驅(qū)動的任何決定(例如校正或調(diào)節(jié)驅(qū)動電流的決 定)通常是基于在閉合循環(huán)功率控制回路中所觀測的輸入?yún)?shù)(例如燈電壓)的平均值或 均值。PID(比例-積分-微分)控制器給出了一個實例，PID控制器試圖響應于諸如燈電 壓值之類的輸入變量的改變而將燈功率維持在例如額定燈功率的某個目標水平處。燈功率 的調(diào)節(jié)相對緩慢地跟在燈驅(qū)動方案的突然變化之后。按此方式，例如燈電壓中的短時脈沖 波形干擾或尖峰不對燈功率造成即刻的或直接的影響，但會被平均到總的值中。
如上所述，用于所述類型短電弧燈的先進驅(qū)動方法常常包括在公知的切換時間處 某些參數(shù)的突然改變。然而，諸如導致燈電壓增大的燈操作電流波形或操作頻率的突變之 類的突然變化可能引起燈的光輸出的波動。其原因在于，如上所述基于所觀測參數(shù)的平均 值或均值對燈驅(qū)動器的閉合循環(huán)功率控制在操作上有延遲。結(jié)果，燈功率會在一段時間內(nèi) 超出其額定值或目標值，且該功率過沖可以作為所采集的光通量的增大而被觀察到。這樣 的燈的光通量的變化對于應用的用戶而言是可見的，且因此是不期望的。因此，本發(fā)明的目的是提供一種穩(wěn)定上述類型氣體放電燈的光通量的簡單方式。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明描述了一種驅(qū)動氣體放電燈的方法，其中，在任意一個時間，根據(jù)多 個不同驅(qū)動方案之一驅(qū)動燈并根據(jù)多個不同功率控制策略之一控制燈功率，并且其中在觸 發(fā)事件之前根據(jù)第一驅(qū)動方案驅(qū)動燈，以及當發(fā)生觸發(fā)事件時，實現(xiàn)驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換，使得隨 后根據(jù)第二驅(qū)動方案驅(qū)動燈，并且其中，在時間上取決于觸發(fā)事件地實現(xiàn)從第一功率控制 策略到第二功率控制策略的功率控制策略轉(zhuǎn)換，使得隨后在一時間間隔內(nèi)根據(jù)第二功率控 制策略控制燈功率。在使用介紹中所述類型的要求通量不變的氣體放電燈的應用中，通常監(jiān)測諸如燈 電壓之類的燈參數(shù)，以便識別其中燈電壓逼近低閾值或高閾值的情形，該情形指示例如電 極已經(jīng)回燒。對這樣的情形做出反應而啟動驅(qū)動方案的電流波形或操作頻率的變化以糾正 該問題。這個變化發(fā)生的時刻“觸發(fā)事件”可以在它發(fā)生時記錄下來。但是，因為該變化是 燈驅(qū)動器自身啟動的，所以這個時刻也可以提前知曉且可以由燈驅(qū)動器預測。根據(jù)本發(fā)明 的方法有益地利用這個知識來在已知觸發(fā)事件附近一時間間隔內(nèi)實現(xiàn)功率控制策略轉(zhuǎn)換， 因而將功率控制策略與驅(qū)動方案中的變化同步起來。功率控制策略轉(zhuǎn)換可以與觸發(fā)事件和 驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換同時發(fā)生，或者甚至可以在觸發(fā)事件和驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換之前發(fā)生。從一個功率控制策略切換到另一個的優(yōu)點在于特別地針對作為驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換的 結(jié)果而出現(xiàn)的條件調(diào)節(jié)燈功率的能力。替代應用相同類型的功率控制，例如具有相應延遲 的閉環(huán)功率控制，可以用如下方式控制燈功率，即特別地考慮可以在驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換處發(fā)生 的突變，這將在下面詳述。用于驅(qū)動氣體放電燈的適當驅(qū)動單元包括用于檢測或預期觸發(fā)事件的事件管理 單元以及用于基于所述事件管理單元的輸出選擇將根據(jù)其驅(qū)動燈的多個不同驅(qū)動方案之 一的驅(qū)動方案管理單元。根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動單元還包括功率控制策略管理，其實現(xiàn)為在時 間上取決于觸發(fā)事件地選擇將根據(jù)其在一時間間隔內(nèi)控制燈功率的多個不同功率控制策 略之一。從屬權利要求和隨后的描述特別公開了本發(fā)明的有益實施例和特征。在用于氣體放電燈的現(xiàn)有技術的燈驅(qū)動器中采用的功率控制策略中，例如在圖像 投影應用中，由燈驅(qū)動器觀測的燈參數(shù)可以作為一時間間隔上的平均值來確定，和/或通 過計算與預定目標值的偏差來確定。這樣的計算需要在之前通常以規(guī)則的間隔(例如每隔 幾毫秒)獲得的測量值的組或集合。例如，可以通過獲得瞬時電壓值和前面的50個所測電 壓值或前面的100個所測電壓值的平均值來計算平均電壓值。如已在介紹中所述，以這種 方式計算平均值實現(xiàn)了所測燈參數(shù)中不相關隨機波動被平均或平滑。另外，當所觀測的參數(shù)與其目標的偏差大時，偏差測量允許更大的校正步驟。然而，在這樣的現(xiàn)有技術的驅(qū)動方 法中，某驅(qū)動方案因素的突然變化(例如操作頻率或燈電流的突然增加)并不由平均燈電 壓的相應變化直接反映。而是，平均燈電壓的調(diào)節(jié)落在后面，使得使用這樣的現(xiàn)有技術的功 率控制策略也不能如期望那樣快地校正燈功率。因此，在本發(fā)明的特別優(yōu)選的實施例中，功率控制策略中的至少一個包括直接或 “快速”功率控制策略，并且當根據(jù)這樣的直接功率控制策略控制燈功率時，燈功率基本上 直接對瞬時燈電壓的變化做出反應。另外，功率控制策略中的至少一個是上述類型的間接 的或緩慢功率控制策略，例如PID功率控制策略。在本發(fā)明的這樣的特別有益的實施例中， 當根據(jù)直接功率控制策略控制燈功率時燈功率對燈電壓變化的反應比根據(jù)間接功率控制 策略控制燈功率時要快。在快速功率控制策略中，燈功率基本上直接對例如燈電壓的變化做出反應。替代 使用需要過去歷史值的平均電壓值或電壓均值，燈功率可以根據(jù)電功率公式(P = U · I，其 中P是功率，U是電壓，且I是電流)對瞬時電壓值做出反應。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，快 速功率控制策略可以包括響應于最近觀測的電壓值簡單地校正燈電流。按此方式，要是作 為燈驅(qū)動方案變化的結(jié)果，燈電壓突然增大，那么可以或多或少即刻地調(diào)節(jié)燈電流，使得燈 功率可以保持在基本不變的值。這個方法顯著減少了燈的采集光通量的波動。在使用較慢的間接或閉環(huán)功率控制策略的燈的“正常”操作期間，如已所述，燈的 電極經(jīng)歷諸如回燒之類的改變。這些改變可以導致燈電壓的逐漸變化，例如燈電壓朝著高 閾值的穩(wěn)定增大。觸發(fā)事件或驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換在達到這樣的閾值(即必須做出校正以避免不 期望情形的時間點)時發(fā)生。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，在時間上取決于觸發(fā)事件的 功率控制策略轉(zhuǎn)換優(yōu)選地包括從間接功率控制策略到直接功率控制策略的轉(zhuǎn)換，使得燈功 率可以快速地適應于燈電壓或電流的任何引起的突然變化。直接功率控制策略例如基于瞬時的或最近觀測的燈參數(shù)，例如燈電壓，并因此不 適合于在燈的“正?！辈僮髌陂g使用，在燈的“正?！辈僮髌陂g，燈電壓的波動最優(yōu)地被平均。 因此，直接功率控制策略優(yōu)選地僅應用于有限的時間間隔，并且，在該時間間隔期滿之后， 燈功率的控制優(yōu)選地回復至間接功率控制策略。如上面已經(jīng)所述，驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換可以包括諸如燈電壓之類的燈參數(shù)的突然變化。 因此，在本發(fā)明的另一實施例中，功率控制策略轉(zhuǎn)換基本上與驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換同時發(fā)生，或者 與其同步發(fā)生。換言之，功率控制策略轉(zhuǎn)換響應于觸發(fā)事件而發(fā)生。因為驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換是由燈驅(qū)動器啟動的，所以觸發(fā)事件發(fā)生的時間可以提前建 立。因此，在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，功率控制策略轉(zhuǎn)換可以先取得或預期該觸發(fā)事 件，即功率控制策略轉(zhuǎn)換可以在觸發(fā)事件之前發(fā)生，例如比驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換提前幾個毫秒。這 種類型的功率控制策略轉(zhuǎn)換可以在例如在燈驅(qū)動器的計數(shù)器已經(jīng)達到預定值時發(fā)生的觸 發(fā)事件之前，這是因為燈驅(qū)動器可以容易地預見這種類型的觸發(fā)事件。以這種方式對功率 控制策略轉(zhuǎn)換計時的明顯優(yōu)點在于，燈功率可以對與驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換關聯(lián)的參數(shù)的任意變化 做出甚至更快的反應。在實現(xiàn)轉(zhuǎn)換之后，可以想象得到，可以使用“新”燈驅(qū)動方案和功率控制策略無限 期地驅(qū)動燈。然而，有利的是，例如在一時間間隔之后返回到初始的驅(qū)動方案或功率控制策 略。為此，可以在實驗室實驗中監(jiān)測或觀測燈對從間接功率控制策略到直接功率控制策略的轉(zhuǎn)換的反應的變化過程。例如，可以確定的是，燈電壓在觸發(fā)事件和作為結(jié)果的燈電壓突 然增大之后的一時間間隔之后再次穩(wěn)定。這個時間間隔可以記錄下來并用在針對商業(yè)用途 而制造的燈驅(qū)動器中。因此，在本發(fā)明一優(yōu)選實施例中，燈功率的控制在預定的持續(xù)時間或 時間間隔期滿之后回復到間接功率控制策略。時間間隔可以作為值存儲在燈驅(qū)動器的存儲 器中，且合適的計數(shù)器可以計數(shù)例如在與觸發(fā)事件相同的時間處開始的流逝的時間，并當 計數(shù)器值已經(jīng)達到預定值時指示功率控制策略應當回復至間接策略?？商鎿Q地，僅在燈的操作已在驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換之后穩(wěn)定時使功率控制回復至間接策 略，這會是有利的。因此，在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，測量或觀測一種或多種燈參數(shù) (例如燈電壓、燈電流)，或一種或多種計數(shù)器值，且時間間隔持續(xù)下去或維持下去，直到一 種或多種所觀測的燈參數(shù)滿足預定條件。通過保證功率控制僅在燈的操作已穩(wěn)定時回復至 間接策略，可以獲得更加不變的光通量。根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動單元可以包括一個或多個燈參數(shù)觀測單元，例如現(xiàn)有技術的驅(qū) 動單元中采用的用于監(jiān)測或觀測燈值或用于計數(shù)預定時間間隔的那些燈參數(shù)觀測單元。基 于預測或測量的參數(shù)做決定的單元，例如事件管理單元、驅(qū)動方案管理單元和功率控制策 略管理單元，可以包括硬件組件，例如合適的軟件模塊可以在其上運行的處理器芯片。根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動單元可以在包括氣體放電燈的合適現(xiàn)有技術的投影系統(tǒng)中實 現(xiàn)，從而可以使用如上所述的根據(jù)本發(fā)明的方法驅(qū)動燈。因此，可以花費相對少的努力獲得 提供具有基本不變通量的光輸出的高質(zhì)量投影系統(tǒng)。顯然地，根據(jù)本發(fā)明的方法和驅(qū)動單 元可以應用于如所述地利用氣體放電燈并要求穩(wěn)定電弧和不變光通量的任何應用。根據(jù)結(jié)合附圖考慮的下面的詳細描述，本發(fā)明的其他目的和特征將變得清楚明 白。然而，應當理解，附圖設計成僅用于圖示的目的，而非作為發(fā)明限制的定義。


圖1顯示了由現(xiàn)有技術燈驅(qū)動器控制的驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換之前和之后的燈電壓的曲 線圖；圖2顯示了響應于圖1的驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換由現(xiàn)有技術燈驅(qū)動器控制的燈功率的曲線 圖；圖3a顯示了根據(jù)本發(fā)明的觸發(fā)事件、驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換和功率控制策略轉(zhuǎn)換之間的 第一時間關系的示意表示；圖3b顯示了根據(jù)本發(fā)明的觸發(fā)事件、驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換和功率控制策略轉(zhuǎn)換之間的 第二時間關系；圖3c顯示了根據(jù)本發(fā)明的觸發(fā)事件、驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換和功率控制策略轉(zhuǎn)換之間的 第三時間關系；圖4顯示了由根據(jù)本發(fā)明的方法控制的燈功率的曲線圖；圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的氣體放電燈和驅(qū)動單元；圖6顯示了對于使用根據(jù)本發(fā)明的燈驅(qū)動方法間歇操作的燈，作為時間函數(shù)的所 采集的光通量的曲線圖；圖7a顯示了對于使用根據(jù)本發(fā)明的燈驅(qū)動方法間歇操作的燈，作為電壓函數(shù)的 所采集的光通量的曲線圖7b顯示了在應用了附加的功率補償技術的情況下，對于使用根據(jù)本發(fā)明的燈 驅(qū)動方法間歇操作的燈，作為電壓函數(shù)的所采集的光通量的曲線圖；圖8顯示了針對圖7a和7b中觀測的不同操作模式的所采集的光通量的展寬的框 圖(box plot)。在附圖中，同樣的附圖標記通篇指示同樣的對象。圖中的對象不必按照比例繪制。
具體實施例方式圖1顯示了典型地用于現(xiàn)有技術燈驅(qū)動器的驅(qū)動方案的變化之后的氣體放電燈 燈電壓的曲線圖。這樣的驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換可以在例如測量或觀測指示燈電流的頻率應該增大 以控制電極尖端形狀的變化時發(fā)生。在這個實例中，驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換在時間tsw處發(fā)生并導致 燈電壓的突然增大。因為燈電壓的變化基本上由所述轉(zhuǎn)換“觸發(fā)”，時間tsw在下文中也稱為 “觸發(fā)事件”。圖2顯示了當使用現(xiàn)有技術燈驅(qū)動器時，圖1的驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換對燈功率的影響。在 這樣的燈驅(qū)動器中，燈電壓在時間上被平均以對波動進行補償，并且該平均值被用作例如 PID控制技術的功率控制的閉環(huán)方法的輸入?yún)?shù)。在這樣的功率控制方法中，燈功率對燈電 壓變化的反應被延遲。在這幅圖中，可以清楚地看到，燈功率響應于觸發(fā)事件(燈電壓的突 然增大)而增大。這個實例示出132W燈的觀測值。在觸發(fā)事件之前，燈以近似132W的額 定功率操作。在觸發(fā)事件tsw之后，燈功率急劇增大，達到138W的頂值，然后又朝著額定功 率值逐漸減小。如上面所已經(jīng)解釋的，急劇增大的原因是因為觸發(fā)事件tsw之前原來的較低 的電壓值也用于計算當前的燈功率。如曲線圖清楚示出的，延遲的反應導致燈功率在相當 長的持續(xù)時間內(nèi)超過額定功率幾個瓦特。燈功率這種不期望的增大可以作為燈光輸出的增 大(即燈的采集通量的增大)而被觀測到，并且對于用戶而言是顯而易見的。圖3a顯示了使用根據(jù)本發(fā)明方法的觸發(fā)事件tsw、驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換和功率控制策略 轉(zhuǎn)換之間的第一時間關系的示意表示。這里，驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換在燈驅(qū)動器從第一驅(qū)動方案DS1 變化到第二驅(qū)動方案DS2的時間tsw處發(fā)生。在觸發(fā)事件tsw之前，使用第一或“緩慢”功率 控制策略PCs控制燈功率，在功率控制策略PCs中，例如，燈電壓在時間上被平均以使不相關 的波動平坦，并且該平均燈電壓值用在功率控制策略中。根據(jù)本發(fā)明，可以預測或觀測觸發(fā) 事件tsw。在任何情況下，作為結(jié)果，實現(xiàn)了功率控制策略轉(zhuǎn)換，使得觸發(fā)事件tsw導致向第 二或“快速”功率控制策略PCf轉(zhuǎn)換，在功率控制策略PCf中，替代平均燈電壓值，燈電壓基 本上直接用于調(diào)節(jié)燈功率。這還可以是閉環(huán)功率控制策略，但是使用例如瞬時電壓值作為 觀測的輸入?yún)?shù)，而不是使用平均值，或者不是使用PID控制。在這個觸發(fā)事件tsw和功率 控制策略轉(zhuǎn)換之間的第一時間關系的實例中，“快速”功率控制策略PCf被應用一固定的時 間長度tf。這個時間間隔tf可以被提前確定，例如在針對那個特定類型燈的實驗測試中確 定。在圖3b中，示出了觸發(fā)事件tsw、驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換和功率控制策略轉(zhuǎn)換之間的第二時 間關系的示意表示。同樣，驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換在燈驅(qū)動器從第一驅(qū)動方案DS1變化到第二驅(qū)動 方案DS2的時間tsw處發(fā)生。然而，這個實例說明了當燈驅(qū)動器或驅(qū)動單元可以預見或預測 觸發(fā)事件tsw時給出的可能性。如已經(jīng)解釋的，驅(qū)動單元可以包括監(jiān)測諸如燈電壓之類的燈 參數(shù)并分析這些參數(shù)的變化過程的單元或模塊。使用以這個方式搜集的信息或數(shù)據(jù)，燈驅(qū)動器可以在某個時間處安排驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換，并因此可以在實際觸發(fā)事件tsw之前調(diào)度功率 控制策略轉(zhuǎn)換。在該圖所示的實例中，使用第一或“緩慢”功率控制策略PCs控制燈功率直 到觸發(fā)事件tsw之前的時間間隔tp，然后應用“快速”功率控制策略PCf，并持續(xù)觸發(fā)事件tsw 之后的時間間隔tm，直到諸如燈電壓之類的被監(jiān)測燈參數(shù)已經(jīng)穩(wěn)定到預定值。自然地，可以 在觸發(fā)事件tsw之后應用“快速”功率控制策略PCf達預定的持續(xù)時間，如上面使用圖3a所 述。這個異步的、有安排的切換原則的另一個實施例在圖3c中示出。這里，在觸發(fā)事 件tsw處，功率控制策略首先從緩慢策略PCs切換到快速策略PCf。然后，在延遲tp或時間間 隔tp之后，實現(xiàn)從第一方案DS1到第二方案DS2的驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換。功率控制策略在另一個 時間間隔tf或tm之后被切換回到緩慢策略PCS。在這個情況下，用于驅(qū)動方案的不同切換 事件和功率控制策略之間的實際時間關系與圖3b中所示出的相差不大。盡管為了清楚起見，圖3a、3b和3c限于僅示出兩個驅(qū)動方案和兩個功率控制策 略，但是清楚的是，可以使用根據(jù)本發(fā)明的方法實施不止兩種驅(qū)動方案和不止兩種功率控 制策略，且本發(fā)明不以任何方式受限于這個數(shù)字。燈功率對圖3a中解釋的驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換的改進的反應在圖4中示出。在觸發(fā)事件 之后，“快速”功率控制策略允許燈功率控制或多或少立即地對燈電流或電壓的變化做出反 應?！翱焖佟惫β士刂撇呗圆皇褂眠^去觀測結(jié)果的集合來導出例如電壓的瞬時輸入值。而 是，可以使用最近測量的值來立即調(diào)節(jié)燈功率。換言之，驅(qū)動單元可以以最短的可能延遲來 對燈電流的變化做出響應。這與圖2中示出的現(xiàn)有技術的響應形成對比，在現(xiàn)有技術的響 應中，燈功率突然增大至充分高于額定功率水平的水平并花費相當長的時間下降回到額定 功率水平。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的氣體放電燈1和驅(qū)動單元4的一個實施例的框圖。驅(qū)動單元4通過連接器9與氣體放電燈1的電弧管3內(nèi)部的電極2連接，并從能 夠供給DC電壓的外部電源8接收其功率。在這個示例性實施例中，驅(qū)動單元4包括降壓轉(zhuǎn) 換器24、換向(commutation)單元25、點火裝置32、電平變換器35、電壓測量單元14、電流 測量單元12和控制單元10。本實施例中的控制單元10被示為包括事件管理單元40、驅(qū)動 方案管理單元41和功率控制策略管理單元42?？刂茊卧?0的功能最終是控制降壓轉(zhuǎn)換器24、換向單元25和點火裝置32。基本 上，控制單元10指示燈電流的波形，并控制燈功率。為了確定燈功率的變化過程，控制單元 10監(jiān)測由電壓測量單元14測量的燈電壓，在本實施例中，電壓測量單元14即為分壓器14。點火裝置32包括點火控制器31 (包括例如電容器、電阻器和火花隙)和點火變壓 器，點火變壓器使用兩個扼流圈33、34生成高電壓以點火氣體放電燈1。降壓轉(zhuǎn)換器24由可以供給例如380V的DC電壓的外部電源8饋電。降壓轉(zhuǎn)換器 24包括開關20、二極管21、電感器22和電容器23?？刂茊卧?0通過電平變換器35控制 開關20，并因此還控制氣體放電燈1中的電流水平。通過調(diào)節(jié)電平變換器35，控制單元10 因此調(diào)節(jié)提供至燈1的電功率。換向單元25包括控制四個開關27、28、29和30的開關控制器26。燈電流的波形 通過從控制單元10到開關控制器26的合適驅(qū)動器控制信號52來控制，驅(qū)動器控制信號52 指示燈電流應該換向的時刻。按此方式，例如，可以根據(jù)所應用的驅(qū)動方案的要求來調(diào)節(jié)燈電流的頻率。用于測量燈電壓的電壓測量單元14與電容器23并聯(lián)連接，并以分壓器的形式實 現(xiàn)，該分壓器具有向控制單元10供給合適信號51的兩個電阻器16、17。分壓器不供給實際 的燈電壓值，而是供給降低了的電壓值，該降低了的電壓值可以容易地在稍后階段在控制 單元10中校正以反映實際的燈電壓值。電容器15與電阻器17并聯(lián)連接，并用于減少所測 量的信號51中的高頻失真。代表燈1中電流的輸入信號50通過電流測量單元12供給控制單元10。電流測量 單元12可以例如以感應原理操作。為了實現(xiàn)根據(jù)所述方法的驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換和功率控制策略轉(zhuǎn)換，控制單元10的實 現(xiàn)包括事件管理單元40、驅(qū)動方案管理單元41和功率控制策略管理單元42。這些單元40、 41、42每一個可以估計一個或多個所監(jiān)測的燈電壓50、51。為了清楚起見，信號50、51和塊 40、41、42之間的連接未在圖中示出。在這個實施例實例中，事件管理單元40觀測由信號 51提供的燈電壓的測量值，并因此安排驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換在某個時刻發(fā)生。事件管理單元40可 以采取這些步驟來穩(wěn)定燈中的電弧長度，或者避免其中例如燈電壓跌落至不適宜的低電平 的情形。事件管理單元40向驅(qū)動方案管理單元41供給合適的控制信息410，這使得驅(qū)動方 案轉(zhuǎn)換在指定的時刻發(fā)生。驅(qū)動方案管理單元41可以訪問與驅(qū)動方案DSpDS2有關的控制 值，并根據(jù)信號410選擇合適值。事件管理單元40可以確定功率控制策略轉(zhuǎn)換是否應該與驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換同步發(fā) 生，或者功率控制策略轉(zhuǎn)換是否應在驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換之前。事件管理單元40可以被編程以做 出某個決定，或者這個決定可以基于所監(jiān)測的燈參數(shù)50、51。如果功率控制策略轉(zhuǎn)換將在驅(qū) 動方案轉(zhuǎn)換之前，那么事件管理單元40從存儲器43取回例如與時間偏移tp有關的值的信 息54。然后，在向驅(qū)動方案管理單元41供給控制信息410之前的時間間隔tp處，事件管理 單元40向功率控制策略管理單元42發(fā)出合適命令420，功率控制策略管理單元42于是導 致功率控制策略轉(zhuǎn)換。功率控制策略管理單元42可以訪問與驅(qū)動方案PCs、PCf相關的控制 值，并根據(jù)信號420選擇合適值。例如，在燈1的“正?！辈僮髌陂g，事件管理單元40可以基于所觀測的燈值50、51 決定從第一驅(qū)動方案DS1到第二驅(qū)動方案DS2的轉(zhuǎn)換將在不久的將來的某個時間tsw處是必 需的，以及從緩慢功率控制策略PCs到快速功率控制策略PCf的轉(zhuǎn)換應該比驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換提 前時間間隔tp。因此，事件管理單元40向功率控制策略管理單元42發(fā)出合適的命令420， 使得功率控制策略轉(zhuǎn)換在驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換之前的適當時間發(fā)生，所述驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換又由事件 管理單元40借助于到驅(qū)動方案管理單元41的合適命令410啟動。隨后，事件管理單元40可以估計一個或多個燈參數(shù)50、51，并可以在燈參數(shù)已經(jīng) 穩(wěn)定于預定閾值時決定回復至緩慢功率控制策略PCS。這樣的閾值信息也可以存儲在事件 管理單元40的存儲器43中。將回復至緩慢功率控制策略PCs的決定作為合適命令420提 供給功率控制策略管理單元42。可替換地，事件管理單元40可以簡單地等待經(jīng)過了由存儲器43中存儲的值給出 的預定時間間隔tf之后，向功率控制策略管理單元42發(fā)出合適命令420。以相似的方式，事件管理單元40確定驅(qū)動方案何時或是否應該回復至第一驅(qū)動 方案DS1，并向驅(qū)動方案管理單元41發(fā)出合適命令410。
圖示的具有單元40、41、42的控制單元10被理解為僅僅是示例性的，單元40、41、 42的任何合適的實現(xiàn)都適用。例如，功率控制策略管理單元42可以包括計算用在“緩慢” 或間接功率控制策略中的平均電壓或電壓均值的所需的必要單元或模塊?？梢岳缡褂镁?方根(RMS)算法來確定這樣的平均電壓值?？梢园凑招枰植紗卧?0、41、42的功能?？?制單元10例如可以包括用于使用適當軟件算法執(zhí)行本方法的一些功能的處理器，以及用 于存儲預定值或在應用方法期間計算的值的存儲器。單元40、41、42的其他功能可以使用 合適的硬件組件實現(xiàn)，這些硬件組件引入在一個或多個印刷電路板上或安裝其上。圖6示出了氣體放電燈的作為以小時測量的時間(t)的函數(shù)的采集光通量(用流 明(Im)表示)的曲線圖，該氣體放電燈是使用PCT/IB2007/052968中公開的燈驅(qū)動方法驅(qū) 動的，其中閉合循環(huán)功率補償回路被用于在所需要的燈功率水平驅(qū)動燈。所需要的燈功率 可以使用針對燈電壓、燈內(nèi)壓力等得到的測量結(jié)果來計算。例如，所需要的燈功率值Pk的 數(shù)學近似可以是燈電壓Ul的η階多項式函數(shù)，如下等式所述Pe(Ul) = Cn · Uli^cv1 · Ul^1+. · · +C2 · Ul^c1 · UL+c0其中η是正自然數(shù)，以及cn、(V1.....c2、C1, Ctl是取決于比如采集光束擴展
(etendue)、電極電壓降、采集光學器件的反射率、固有效能和目標光通量的參數(shù)的多項式 系數(shù)。可以使用本領域技術人員已知的常規(guī)技術來測量或預測這些參數(shù)。功率補償?shù)臏蚀_ 性取決于多項式函數(shù)的項數(shù)。在4個小時時間間隔的操作中獲得圖6的實驗值。在這段時間里，每當需要時，燈 驅(qū)動器導致驅(qū)動方案間歇地在多個不同驅(qū)動方案(DSpDS2)之間切換，例如以便避免電極 過度回燒，或者避免燈電壓跌落得太低。曲線圖中，在所示操作間隔的第一小時和第三小時 期間的白正方形符號指示燈操作期間測量的光通量值，在所述燈操作期間，燈功率僅僅使 用已知的“緩慢”功率控制技術來控制，即通過使用從導數(shù)獲得的平均電壓值或電壓值來控 制。在所示的第二小時和第四小時操作間隔期間的黑點指示當使用根據(jù)本發(fā)明的方法驅(qū)動 燈時(即當功率控制策略從“緩慢”策略變化到更直接或“快速”策略達短暫的時間間隔時) 測量的光通量值，以快速地適應于驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換期間的變化。當使用根據(jù)本發(fā)明的方法驅(qū) 動燈時，如從曲線圖中可以清楚看到的，所采集的燈的通量沒有像當僅使用緩慢功率控制 策略驅(qū)動燈時那種程度地波動。圖7a顯示了對于使用根據(jù)本發(fā)明的燈驅(qū)動方法間歇操作的燈，作為電壓(V)函數(shù) 的采集光通量(用流明(Im)表示)的曲線圖，其中使用在與上面圖6所示相似的實驗過程 中獲得的值，而沒有使用PCT/IB2007/052968中描述的功率補償技術。同樣，可以在整體穩(wěn) 定的光通量值(黑點)和更加分散的值(白正方形)之間做出清楚的區(qū)分，所述整體穩(wěn)定 的光通量值是在使用根據(jù)本發(fā)明的方法操作燈時獲得的，所述更加分散的值是在僅使用單 個緩慢功率控制策略操作燈時觀測到的。黑點被收集在曲線圖中的清晰區(qū)域上，其表明燈 的光輸出未顯而易見地波動，甚至在電壓增大時也是如此。與這些值形成對比，白正方形在 曲線圖中分布在更寬的區(qū)域上，其表明在僅僅使用“緩慢”功率控制策略時燈的光輸出經(jīng)歷 大得多的波動。圖7b顯示了相似的曲線圖，在該曲線圖中，在實驗的持續(xù)時間內(nèi)應用PCT/ IB2007/052968中描述的功率補償技術，在該實驗中使用根據(jù)本發(fā)明的燈驅(qū)動方法間歇地 操作燈。這次，這些值是針對圖6的曲線圖獲得的值。與圖7a比較，該圖演示了除了根據(jù)本發(fā)明的功率控制策略轉(zhuǎn)換之外，使用這個補充的功率補償可以獲得進一步的改進，因為 可以看到在使用根據(jù)本發(fā)明的方法在操作燈期間獲得的所測光通量值(黑點)甚至遵循一 條清晰的線。操作電壓的變化與燈的光輸出中明顯波動的關聯(lián)甚至減少。圖8顯示了針對圖7a和7b中觀測的不同操作模式的所采集的光通量的展寬的框 圖。在第一操作模式Ml中，僅使用基于燈電壓平均值的“緩慢”現(xiàn)有技術方法控制燈功率。 在第二操作模式M2中，“緩慢”功率控制增加了 PCT/IB2007/052968中公開的功率補償。在 第三操作模式M3中，使用根據(jù)本發(fā)明的方法驅(qū)動燈。最后，在第四模式M4中，使用根據(jù)本 發(fā)明的方法驅(qū)動燈，并根據(jù)PCT/IB2007/052968執(zhí)行附加的功率補償。對于每個模式Ml、 M2、M3、M4示出了作為與平均值偏差的百分比的光通量的變化或展寬。如從曲線圖中可以 看到的，對于第三模式M3和第四模式M4獲得了最好的結(jié)果，即表現(xiàn)出最少偏差的結(jié)果。因 此，當與驅(qū)動氣體放電燈的現(xiàn)有技術方法(模式M1、M2)相比時，根據(jù)發(fā)明的方法在光通量 穩(wěn)定方面提供了相當大的改進。盡管已經(jīng)以優(yōu)選實施例和其上的變化的形式公開了本發(fā)明，但是應當理解，可以 對其做出許多附加的修改和變化，而不背離本發(fā)明的范圍。例如，所描述的控制單元還可以 包括用于執(zhí)行上面概述的以及在PCT/IB2007/052968中公開的功率補償?shù)谋匦鑶卧蚰?塊。在另一個可能的實現(xiàn)中，每個燈驅(qū)動方案可以與其自身的功率控制策略相關聯(lián)，并且當 已知不同燈驅(qū)動方案導致不同程度的并在不同時間標度上的波動時是有益的。例如，當燈 驅(qū)動方案僅僅用于很短暫的持續(xù)時間時，這可以默認地附有快速功率控制策略。在又一個 變型中，例如當已知燈電壓的波動是瞬時的以及平均燈電流在這個暫時波動期間不應變化 時，驅(qū)動方案管理單元可以選擇一種用不變的電流驅(qū)動燈的驅(qū)動方案，并向開關控制器發(fā) 出合適的信號。為了清楚起見，應當理解，該申請通篇中“一”或“一個”的使用不排除多個，并且 “包括”不排除其他步驟或元件?！皢卧被颉澳K”可以包括多個單元或模塊，除非另外說明。附圖標記列表1氣體放電燈2 電極3電弧管4驅(qū)動單元8外部電源9連接器10控制單元12電流測量單元14電壓測量單元15電容器16電阻器17電阻器20 開關21 二極管
22電感器
23電容器
24降壓轉(zhuǎn)換器
25換向單元
26開關控制器
27開關
28開關
29開關
30開關
31點火控制器
32點火裝置
33扼流圈
34扼流圈
35電平變換器
40事件管理單元
41驅(qū)動方案管理單元
42功率控制策略管理單元
43存儲器
50燈電流信號
51燈電壓信號
52驅(qū)動器控制信號
53電平變換器控制信號
54信息信號
410控制信號
420控制信號
tsw觸發(fā)事件
乜時間間隔
tf預定時間間隔
tp預定時間間隔
DS1第一驅(qū)動方案
DS2第二驅(qū)動方案
PCs第一功率控制策略
PCf第二功率控制策略
Ml第一操作模式
M2第二操作模式
M3第三操作模式
M4第四操作模式
說 明 書10/10頁
1權利要求
一種驅(qū)動氣體放電燈(1)的方法，其中，在任何一個時間，根據(jù)多個不同驅(qū)動方案(DS1、DS2)之一驅(qū)動所述燈(1)，并根據(jù)多個不同功率控制策略(PCs、PCf)之一控制燈功率，并且其中在觸發(fā)事件(tsw)之前根據(jù)第一驅(qū)動方案(DS1)驅(qū)動所述燈(1)，且當發(fā)生所述觸發(fā)事件(tsw)時，實現(xiàn)驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換，使得隨后根據(jù)第二驅(qū)動方案(DS2)驅(qū)動所述燈(1)，并且其中，在時間上取決于所述觸發(fā)事件(tsw)，實現(xiàn)從第一功率控制策略(PCs)到第二功率控制策略(PCf)的功率控制策略轉(zhuǎn)換，使得隨后在一時間間隔(tm，tf)內(nèi)根據(jù)所述第二功率控制策略(PCf)控制燈功率。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述功率控制策略(PCS、PCf)中的至少一個包括直接 功率控制策略(PCf)，并且所述功率控制策略(PCs、PCf)中的至少一個是間接功率控制策略 (PCs)，以及當根據(jù)直接功率控制策略(PCf)控制燈功率時，燈功率對燈電壓變化的反應比 根據(jù)間接功率控制策略(PCs)控制燈功率時要快。
3.根據(jù)權利要求2的方法，其中在時間上取決于所述觸發(fā)事件(tsw)的功率控制策略 轉(zhuǎn)換包括從間接功率控制策略(PCs)到直接功率控制策略(PCf)的轉(zhuǎn)換。
4.根據(jù)權利要求3的方法，其中，在所述時間間隔(tm，tf)期滿之后，所述燈功率的控 制回復至所述間接功率控制策略(PCs)。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項的方法，其中所述功率控制策略轉(zhuǎn)換與所述驅(qū)動方案轉(zhuǎn) 換同時發(fā)生。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項的方法，其中所述功率控制策略轉(zhuǎn)換在所述驅(qū)動方案轉(zhuǎn) 換之前。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項的方法，其中所述時間間隔(tf)持續(xù)預定的持續(xù)時間。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項的方法，其中觀測一種或多種燈參數(shù)(50、51)，以及所 述時間間隔(tm)持續(xù)直到燈參數(shù)(50、51)滿足預定條件。
9.一種用于驅(qū)動氣體放電燈(1)的驅(qū)動單元(4)，其包括-用于檢測或預期觸發(fā)事件(tsw)的事件管理單元(40)；_用于基于所述事件管理單元(40)的輸出選擇將根據(jù)其驅(qū)動所述燈(1)的多個不同驅(qū) 動方案(DSpDS2)之一的驅(qū)動方案管理單元(41)；-以及功率控制策略管理單元(42)，該功率控制策略管理單元(42)實現(xiàn)為在時間上取 決于所述觸發(fā)事件(tsw)地選擇將根據(jù)其在一時間間隔(tm，tf)內(nèi)控制燈功率的多個不同 功率控制策略(PCs、PCf)之一。
10.一種投影系統(tǒng)，其包括氣體放電燈(1)和根據(jù)權利要求9的用于驅(qū)動該氣體放電燈 ⑴的驅(qū)動單元⑷。
全文摘要
本發(fā)明描述驅(qū)動氣體放電燈(1)的方法，其中，在任何一個時間，根據(jù)多個不同驅(qū)動方案(DS1、DS2)之一驅(qū)動燈(1)，并根據(jù)多個不同功率控制策略(PCs、PCf)之一控制燈功率，并且其中在觸發(fā)事件(tsw)之前根據(jù)第一驅(qū)動方案(DS1)驅(qū)動燈(1)，以及當發(fā)生觸發(fā)事件(tsw)時，實現(xiàn)驅(qū)動方案轉(zhuǎn)換，使得隨后根據(jù)第二驅(qū)動方案(DS2)驅(qū)動燈(1)，并且其中，在時間上取決于觸發(fā)事件(tsw)地實現(xiàn)從第一功率控制策略(PCs)到第二功率控制策略(PCf)的功率控制策略轉(zhuǎn)換，使得隨后在一時間間隔(tm，tf)內(nèi)根據(jù)第二功率控制策略(PCf)控制燈功率。本發(fā)明還描述用于驅(qū)動氣體放電燈(1)的驅(qū)動單元(4)，其包括用于檢測或預期觸發(fā)事件(tsw)的事件管理單元(40)；用于基于事件管理單元(40)的輸出選擇將根據(jù)其驅(qū)動燈(1)的多個不同驅(qū)動方案(DS1、DS2)之一的驅(qū)動方案管理單元(41)；以及功率控制策略管理單元(42)，該功率控制策略管理單元(42)實現(xiàn)為在時間上取決于觸發(fā)事件(tsw)地選擇將根據(jù)其在一時間間隔(tm，tf)內(nèi)控制燈功率的多個不同功率控制策略(PCs、PCf)之一。
文檔編號H05B41/392GK101884252SQ200880118990
公開日2010年11月10日 申請日期2008年12月1日 優(yōu)先權日2007年12月3日
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