用于基于低频方波运行和部分高频运行来驱动高压放电灯以使电弧稳定和用于色彩混合的方法

摘要

本发明涉及一种用于驱动高压放电灯的方法，其具有下述步骤：a）在第一时间片期间，将电压以第一频率施加给高压放电灯，并且以第二频率和第一调制度来调制所述电压，b）在第二时间片期间，将电压以第三频率施加给高压放电灯，并且以第四频率和第二调制度来调制所述电压，c）在第三时间片期间，将第五频率的电压施加给高压放电灯。本发明同样涉及一种用于驱动高压放电灯的驱动设备，所述驱动设备实施上述方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于驱动高压放电灯的方法。本发明同样涉及一种 实施所述方法的驱动设备。

背景技术

本发明基于一种用于驱动根据独立权利要求的类型的高压放电灯 的方法。

为了驱动高压放电灯（HID灯），大多数情况下以快速换向使用相 对低频的方波灯电源，如在图1中所示。

所述运行方式尤其适用于驱动标准HCI灯，但是一定条件下，所述 运行方式也能够用于驱动无汞的、分子辐射占优的灯。

在此，电流换向用于防止单侧电极磨损并且必须以足够快速的极性 转换来完成，因此，灯在换向期间不会熄灭。换向时间典型地应在 <100usec的范围内。

一般情况下，换向频率选择成，使得一方面在换向过程期间的短暂 的不连续性在光中不显示为闪烁，并且另一方面EVG（电子镇流器） 的和热灯的声发射都尽可能不落入可听范围内。

因此，换向频率应选择为尽可能在50Hz和200Hz之间的范围内。

当换向频率在100Hz的情况下与电网同步时，得到最佳结果，由此 抑制在换向过渡期间的振荡和电网电源的可能的起伏之间的低频的且 能够容易见到的混合模式。

但是，换向频率也不应在>20kHz的听觉范围之上，以便在驱动灯 时没有任意地激发放电电弧的声学自振，在常见的灯的几何形状中，所 述声学自振在20kHz和150kHz之间。电弧的共振激发在大多数情况下 导致弧波动和弧不稳定性，所述共振激发最终能够导致灯的熄灭或者甚 至导致灯的损坏。

借助上述简单的方波运行，通常情况下能够驱动大多数标准化的 HID灯，而不会在此造成值得注意一提的弧不稳定性和弧偏转。

然而，在具有高纵横比的、特定的灯的几何形状、即具有在灯容器 长度和灯容器直径之间的、或者弧长与弧直径之间的高的比例的灯的情 况下，或者也在具有基于分子辐射占优的辐射的特定的填充系统的灯的 情况下是不同的，上述两种情况通常导致提高的弧收缩及对声学共振的 与此相关联的提高的敏感度。

在所述情况下，除了激发稳定性降低的声学自振的可能性之外，也 出现下述可能性：电弧根据其如竖直或者水平的点燃位置的定向，由于 在热灯本身中的升力而从电弧的轴向中央向上系统地偏转，并且因此在 电极之间构成为弧形。

所述弧形偏转通常由于有效弧长的变化而导致如点燃电压或者声 学自振的位置的电等离子运行参数的变化，但是所述参数对于借助电驱 动设备（EVG）操作电弧的稳定工作是非常重要的。

因此，这类系统弧偏转在电驱动所述灯的情况下通常导致问题。为 了在灯中避免所述大多数情况下取决于升力的弧偏转，并且为了普遍稳 定具有高纵横比的放电电弧，能够应用弧矫直的驱动方法。

除了弧偏转之外，在如在高效率灯或者分子辐射占优的灯中使用的 具有高纵横比的HID灯中，附加地还必须抑制所谓的色彩分离。

色彩分离理解为在灯中的电弧等离子中的填充组分的不均匀分布， 这导致在灯的上部和下部部分之间的不同的光参数。

色彩分离尤其出现在灯的竖直的点燃位置中。

为了防止上述情况，尤其能够激发灯点燃器的声学固有频率。在此 称作2A共振的激发。

用于在灯中目的明确地激发特定的声学固有频率的最简单的方法 是，不是如通常以低频方波模式借助电子驱动设备驱动电弧，而是已经 利用具有声学自振的相应的一半频率的交流电压或者交流电流驱动电 弧。

不同于方波运行，在此还讨论高频运行，在下面也称作直接驱动。 下面的段落说明了计量地激发2A模式，以抑制弧偏转或者通过弧矫直 来稳定弧。

经由2A激发而致使弧稳定并且不允许色彩分离的已知的运行方式 为如在图2a中示出的借助简单的连续直接驱动进行的简单的方波运行， 其中在直接驱动时短暂地从方波模式中设置例如40kHz的工作频率，然 后借助所述工作频率在时间片的长度上能够设置例如2A共振的特定声 学自振的激发。图2b示出工作频率为40kHz的直接驱动的部分。

从US 6437517B1和EP 1434471中已知下述驱动方法，所述驱动方 法利用连续的直接驱动来驱动气体放电灯。为此，将两个不同的频率施 加到灯上以激发两个不同的声学共振。但是，两个频率的调制能够通过 在直接驱动时的连续运行在其调制深度方面仅相对于彼此改变，相反， 两个频率的绝对调制深度能够彼此无关地进行调节。因此，所述驱动方 法不能可靠地应用于所有类型的灯，并且在技术上是部分难以实现的。

发明内容

本发明的目的是，提出一种用于驱动高压放电灯的方法，其中矫直 放电电弧，并且在所有点燃位置中显示出提高的运行稳定性（2A激发） 以及通过色彩混合来抑制色彩分离（2L激发），其中，两个高频激发的 绝对调制深度能够彼此独立地进行调节。

根据本发明，借助权利要求1的特征来实现所述目的。

为了避免填充组分的离解，必须应用色彩混合的驱动方法。

填充组分的离解能够通过目的明确地激发在具有纵向模态特性（2L 激发）的灯的放电电弧中的特定的声学自振来防止，因为所述模态在灯 燃烧容器中导致越级流通池（übergreifender）的形成， 所述越级流通池抵抗填充组分的离解。

所述激发被称为以抑制色彩分离为目的的或者以色彩混合为目的 的二阶纵向声学模态的激发。

在灯中的2L模式的目的明确的激发必须通过电驱动设备来进行。

类似于在色彩混合的情况下，在弧矫直的情况下同样通过电驱动设 备目的明确地在放电电弧中激发特定的声学自振（2A激发），所述特定 的声学自振同样由于其模态特性而不会导致一般常见的弧不稳定性，而 是相反在轴向方向上引起提高的弧稳定性。

为此考虑的自振大多是具有方位角模态结构的自振。

所述激发被称为以弧矫直为目的的二阶方位角声学模态。

激发能够经由直接的高频运行（所谓的直接驱动）、经由对低频方 波电压的幅度调制或者通过混合所述运行类型来进行。根据本发明，特 定的方位角共振频率同时以特定的纵向共振频率来激发，其中，将高频 运行与低频的方波电压组合，以驱动气体放电灯。激发能够通过在两个 不同的时间片内以两个不同的频率的一种直接驱动来进行或在两个不 同的时间片内且以两个不同的频率的两种不同的直接驱动与低频的方 波运行的组合来进行，或者通过以一个频率的直接驱动与低频的方波运 行的组合来进行，所述低频的方波运行以另一高的频率来进行幅度调 制。用于实施所述方法的电路布置从WO 2008/083852A1中已知，其公 开内容在此通过引用并入本文。

根据本发明的驱动方法的其他有利的改进形式和扩展方案从其他 的从属权利要求中和从下述说明中得出。

附图说明

借助下面说明的实施例以及附图来得出本发明的其他优点、特征和 细节，在所述附图中相同的或者功能相同的元件设有相同的附图标记。 在此示出：

图1示出根据现有技术已知的方波状的灯运行电压图；

图2a示出根据现有技术的已知的灯运行电压图，其中所述灯运行 电压借助于通过借助直接驱动与低频的方波运行的组合来激发方位角 模态的弧矫直而得出；

图2b示出用于激发图2a中的方位角模态的、灯电压的直接驱动的 细节图；

图3a示出根据本发明的方法的第一实施形式的灯运行电压图，所 述灯运行电压具有利用双重连续直接驱动与低频的方波运行的组合进 行的弧矫直，以用于激发方位角模态或者纵向模态；

图3b示出用于激发图3a中的方位角模态的、灯电压的第一高频直 接驱动的细节图；

图3c示出用于激发图3a中的纵向模态的、灯电压的第二高频直接 驱动的细节图；

图4a示出根据本发明的方法的第二实施形式的灯运行电压图，所 述灯运行电压具有利用连续直接驱动进行的弧矫直以激发方位角模态 和调制到低频电压上的高频电压以激发纵向模态；

图4b示出用于激发图4a中的方位角模态的、灯电压的直接驱动的 细节图；

图4c示出用于激发图4a中的纵向模态的、灯电压的灯电压幅度调 制频率的细节图；

图5a示出根据本发明的方法的第三实施形式的灯运行电压图，所 述灯运行电压具有利用连续直接驱动进行的弧矫直以激发方位角模态 以及调制到低频电压和直接驱动的电压上的高频电压以激发纵向模态 的；

图5b示出用于激发图5a中的方位角模态和纵向模态的、灯电压的 幅度调制的直接驱动的细节图；

图5c示出用于激发图5a中的纵向模态的、灯电压的幅度调制频率 的细节图；

图6a示出根据本发明的方法的第四实施形式的灯运行电压图，所 述灯运行电压具有利用连续地调制到低频电压上的高频电压进行的弧 矫直，以激发纵向模态和方位角模态；

图6b示出用于激发图6a中的方位角模态和纵向模态的灯电压的两 个连续的幅度调制频率的细节图。

具体实施方式

用于弧矫直的有效方位角固有频率的位置一方面与灯的几何形状 （长度、纵横比）有关，但是也与灯的常用运行参数，例如压力、温度、 填充气体、填充组分、功率等有关。在当前的灯中，方位角的固有模态 在20kHz至150kHz之间的范围内，典型地为大约80kHz。

有效的纵向固有频率同样与灯的几何形状（长度、纵横比）有关， 并且也与灯的常用运行参数，例如压力、温度、填充气体、填充组分、 功率等有关。在当前的灯中，纵向固有模态在20kHz至60kHz之间， 典型地为例如26kHz。

如果希望借助电子驱动设备以直接驱动目的明确地在灯中激发 60kHz的方位角模态，那么，电子驱动设备必须在30kHz时以刚好一半 的交变工作频率正弦曲线状地驱动灯。如果希望在灯中在80kHz时激发 方位角模态，那么电子驱动设备必须在40kHz时以刚好一半的交变工作 频率正弦曲线状地驱动灯。

所述电源电压或者所述电源电流的幅度谱在30kHz或者40kHz时 具有单频分量，并且所属的功率谱、即电压和电流乘积的谱正好在两倍 的频率的情况下、即在60kHz或者80kHz时具有单频线，因此借助所 述单频线在灯中激发相应的声学模态。

除了在80kHz时的频率线之外，功率谱通常也还具有在f＝0Hz时的 分量，所述分量相当于在灯中的平均转换功率。

直接驱动的优点是，其能够借助简单的电路布置在半桥中实现，并 且EVG因此能够以相对低的电子耗费来构造。

直接驱动的缺点是，其相对难于控制期望的声学固有模态的激发强 度，因为在直接驱动中总调制度总是为100%，并且两个自由度、周期 性地经过的扫描范围的大小——即频率范围的大小——或者扫描重复 频率仅能够一定程度地变化。

扫描范围的大小不能够任意地扩宽，因为其他声学固有频率大多接 近弧矫直有效的共振且以所述共振为目标，应尽可能不达到所述固有频 率，因为于是所述固有频率明显会在激发时对于弧稳定性产生负面效 果。

扫描重复率或者扫描重复频率通常也不能任意地降低，因为在扫描 过程期间在控制技术上仅能够以高的耗费来精确地补偿不可避免的功 率波动，并且所述功率波动尤其在频率<50Hz的情况下会使人感觉到在 光中的波动。

相反，用于借助于驱动设备目的明确地且计量地激发放电弧的特定 的声学固有频率的替选方法能够借助方波运行来实现。

这称为方波AM调制。

在低频方波运行中，为了电激发特定的灯固有频率，必须将相应的 频率分量作为幅度调制以相加的方式施加到方波状的灯电源上。

在所述调制方法中，经调制的频率分量在数值上与在灯中实际为目 标的固有频率相匹配，并且经调制的频率分量直接呈现在方波信号的功 率谱中。

在此不发生如在直接驱动的情况下的频率翻倍。

如果例如在灯中实际为目标的固有频率为26kHz，那么经调制的频 率分量必须同样为26kHz。

所施加的幅度调制的优点是：能够明确地经由调制的或者调制度的 深度来调整预期的声学自振的激发度，这本身可实现与各个灯的匹配。

但是，通常情况下，在方波运行中的幅度调制的缺点是其在EVG 中以耗费的技术实现，因此至今通常极少实施所述幅度调制。对于有效 的调制而言，幅度调制的调制度在5%和30%之间，典型地为10%。

下面，现在阐述根据本发明的用于驱动无汞的和分子辐射占优的高 压放电灯（HID灯）的方法，所述高压放电灯需要用于抑制色彩分离的 目的明确的声学激发和弧矫直的目的明确的声学激发。

在此，由于所述灯类型的声学特性必要的是：在两个频率输入的情 况下，能够将激发强度目的明确地并且彼此独立的地调节到降低的水 平。

为了实现上述情况，下面提出根据本发明的驱动方法：

图3a示出根据本发明的方法的第一实施形式的灯运行电压图，所 述灯运行电压具有利用双重连续直接驱动与中性方波信号组合进行的 弧矫直，以用于激发方位角模态和纵向模态。所述运行方式是双重连续 直接驱动与中性方波信号的组合，其中在两个不同的时间片上分别施加 两个不同的工作频率，然后能够以所述工作频率激发具有可调节的强度 的两个不同的声学自振，其中，灯的基本运行经由如在图1中示出的方 波模式来进行。

如在图3b中所示出的，以弧矫直为目的的二阶方位角自振的激发 连续地通过在直接驱动模式中在40kHz时短暂地驱动灯来进行，其中， 经由调节方波模式和直接驱动模式的时间上的脉冲占空比能够确定用 于声学自振的绝对激发强度。

如果方波运行的周期持续时间例如为10msec，那么能够以1msec 的直接驱动时间片来实现10%的调制深度。

如在图3c中所示出的，以色彩混合为目的的二阶纵向自振（2L共 振）的激发连续地通过在直接驱动模式中在13kHz时短暂地驱动灯来进 行，其中，经由调节方波模式和直接驱动模式的时间上的脉冲占空比能 够确定声学自振的绝对激发强度。

如果方波运行的周期持续时间例如为10msec，那么能够以1.2ms 的直接驱动时间片来实现12%的调制深度。

图4a示出根据本发明的方法的第二实施形式的灯运行电压图，所 述灯运行电压具有利用连续的直接驱动进行的弧矫直以激发方位角模 态和调制到低频电压上的高频电压以激发纵向模态。

如在图4b中所示出的，以弧矫直为目的的二阶方位角自振的激发 连续地通过在直接驱动模式中在40kHz时短暂地驱动灯来进行，其中， 经由调节方波模式和直接驱动模式的时间上的脉冲占空比能够确定声 学自振的绝对激发强度。

如果方波运行的周期持续时间例如为10msec，那么能够以1msec 的直接驱动时间片来实现10%的调制深度。

如在图4c中示出，以色彩混合为目的的二阶纵向自振（2L共振） 的激发通过将幅度调制施加到方波的幅度上来进行。AM调制频率为 26kHz。可调节的AM调制深度确定用于2L色彩混合共振的激发强度。

幅度调制能够可选地在整个周期期间、即在纯方波模式阶段和直接 驱动阶段期间被激活（参见第三实施形式的段落），或者仅在纯方波阶 段期间被激活并且在短暂的直接驱动阶段期间断开。图4b示出在直接 驱动有效时的时间片期间的灯电压图。图4c示出在以被调制的低频电 压驱动灯的时间片期间的灯电压图。在所述实施形式中有利的是，在激 发谱中由于在直接驱动阶段期间断开的幅度调制，围绕直接驱动线本身 不形成边频带，所述边频带能够在灯中以不受控制的方式导致激发不期 望的声学共振。

图5示出根据本发明的驱动方法的第三实施形式。图5a示出根据 本发明的方法的第三实施形式的灯运行电压图，所述灯运行电压具有利 用连续的直接驱动进行的弧矫直以激发方位角模态以及调制到低频电 压和直接驱动的电压上的高频电压以激发纵向模态。这是上述方法的第 二实施形式的变型方案。在此，不仅将用于色彩混合的幅度调制到低频 方波上，而且也调制到用于弧矫直的高频正弦电压上。图5b示出在直 接驱动中被调制的正弦电压，所述正弦电压以26kHz的幅度调制来调 制。图5c示出方波电压的部分，所述方波电压同样以26kHz的幅度调 制来调制。

图6a示出根据本发明的方法的第四实施形式的灯运行电压图，所 述灯运行电压具有利用调制到低频电压上的高频电压进行的弧矫直以 激发纵向模态和方位角模态。所述运行方式在方波模式中是双重连续 AM运行，其中幅度调制在两个不同的时间片上分别以两个不同的频率 运行。在此，两个期望的声学自振的激发强度能够经由相应的所属于此 的AM深度来调节。图6b示出用于激发图6a中的方位角模态和纵向模 态的灯电压的细节图。所述部分选择为，使得在两种模态之间的变换是 可见的。