[发明专利]用于驱动气体放电灯的设备

说明书

技术领域

本发明总的涉及使用交变的灯电流驱动气体放电灯的方法和设备。具体来说，本发明涉及高强度放电灯(HID)的驱动，高强度放电灯即高压灯，例如高压钠灯、高压汞灯、金属卤化物灯。下面，针对高强度放电灯来说明本发明，但本发明的应用不限于高强度放电灯，因为本发明可以更一般地应用于其他类型的气体放电灯。

背景技术

气体放电灯在本领域是已知的，因此气体放电灯的详细描述在这里是不需要的。只说气体放电灯包括定位在填充有可电离气体或蒸汽的封闭容器里的两个电极便足矣。这个容器通常是石英的或陶瓷的，具体来说是多晶氧化铝(polychrystalline alumina)(PCA)。电极相互之间有一定距离，在操作期间在这些电极之间维持有电弧。

已经开发出特殊类型的气体放电灯，以便专门用于不同的应用，例如投影系统、照明系统。

气体放电灯的一个重要的问题是声音共振即压力共振通常在9千赫兹到1兆赫兹的范围内发生的概率，这个问题在高强度放电灯的情况下尤其严重。作为声音共振的结果，电弧的行为变得不可预知并且可能不稳定；电弧可能与容器接触，损伤容器，并且电弧可能熄灭。此外，在可听的频率范围中的声音共振还可能导致可听噪声，很烦人。

声音共振涉及共振压力的变化，压力变化的一个重要的来源是功率变化：如果灯功率变化，电弧中的功率消耗发生变化，引起所产生的热量的变化并因此发生压力变化。因此期望用恒定不变的功率来操作所述的灯。

用恒定不变的功率操作气体放电灯的一种明显的方式是直流操作。但直流操作也有一些缺点，包括电极的不对称腐蚀。为了避免出现这些缺点，公知的办法是用整流的直流电流操作放电灯，整流的直流电流即是大小不变的但方向交变的灯电流。

当前，用于高强度放电灯的标准驱动器具有一种设计，该设计包括一个下变频器，后面接的是一个全桥式整流电路和一个共振点火电路。这种设计的操作是满意的。但希望降低灯驱动器的成本。

比上述标准驱动器成本低的驱动器的设计是半桥电路。在图1中总的说明了这样的设计，图1是用于驱动按照现有技术的气体放电灯11的典型灯驱动器10的方块图。因为对于本领域的普通技术人员来说，这样的半桥电路拓扑布局应该是已知的，所以只简要地描述这种设计和功能。两个开关M1和M2连同相应的二极管D1、D2串联设置在两个电压轨线(rail)之间，电压轨线耦合到基本上恒定的电压源V。这种电压源的设计与本发明不相关。两个电容器C1、C2也串联地设置在两个电压轨线之间。灯11耦合在一方面两个开关M1、M2之间的连接点和另一方面两个电容器C1、C2之间的连接点之间，电感器L与灯11串联设置，电容器C与灯11并联设置。两个开关M1、M2由控制器12交替控制，以使它们决不会同时闭合(即接通)。两个电容器C1和C2具有相当大的电容值，两个开关M1和M2的开关频率相对较高，以使两个电容器C1和C2之间的连接点处的电压实际上是不变的。

它的操作如以下所述。在第一开关状态SS1，上开关M1闭合，下开关M2断开(即，非接通)，并且灯电流I(等于通过电感器的电流)升高。在第二开关状态SS2，下开关M2闭合，上开关M1断开，并且灯电流下降。电路相继地在第一和第二开关状态。在从第一到第二开关状态的过渡处，电流达到最大值。在从第二到第一开关状态的过渡处，电流达到最小值。控制是这样的，电流波形相对于零是对称的，即所述最小电流值具有与所述最大值相同的大小，但方向相反。整个电流循环包含一个第一开关状态和一个第二开关状态的组合。

可以认为灯的表现像一个电压源，即在每个开关状态期间灯上的电压是恒定不变的。因此，在每个开关状态期间电感器L上的电压是恒定不变的，从而第一开关状态SS1期间的电流增加和第二开关状态SS2期间的电流减小随时间是线性的，即对时间的微分dI/dt是恒定不变的。这就意味着，电流波形是三角形，如图2所示，图2示意地表示了作为时间函数的灯电流I(上曲线图)和相应的灯功率P(下曲线图)。灯功率P也具有三角形波形，但频率是电流频率的两倍。电流周期用T表示，电流周期是功率周期的两倍。

要注意的是，以上的说明和图2中相应的图示以有点理想主义的方式模拟了电流的行为。实际上，灯在千赫兹范围内更多地表现为电阻性，但是灯电流I在恒定不变的周期T仍然上下波动；同样灯功率在恒定周期T/2上下波动；因此，为了说明的目的，继续使用三角波形来说明本发明。