專利名稱：用于確定放電燈中顏色混合所需要的縱向模式頻率的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于提供高強(qiáng)度放電燈中的顏色混合的電源系統(tǒng)和用于提供這樣的顏色混合的方法。更具體地，本發(fā)明涉及用于確定提供給氣體放電燈的二次縱向模式信號(hào)的頻率的系統(tǒng)和方法。
高強(qiáng)度放電燈(HID)因?yàn)樗鼈儽绕鹌渌愋偷牡蛪汗羝麩晒鉄舻脑S多優(yōu)點(diǎn)(諸如高的效能和亮度)，正變得越來越流行。這些HID燈可以由高頻電子鎮(zhèn)流器驅(qū)動(dòng)，高頻電子鎮(zhèn)流器被配置成可以產(chǎn)生大于約20kHz的驅(qū)動(dòng)電流信號(hào)。
然而，把高頻電子鎮(zhèn)流器使用于HID燈的主要障礙在于高頻運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的聲諧振/電弧不穩(wěn)定性。聲諧振在許多場(chǎng)合下會(huì)引起令人非常討厭的電弧閃爍。而且，聲諧振會(huì)引起放電電弧熄滅，或甚至更壞，成為永久性的偏移，以及損壞放電燈的管壁。
最近，已開發(fā)了新型的、采用陶瓷(多晶氧化鋁)外殼的高強(qiáng)度放電燈。這種放電燈的放電外殼是圓柱形狀的，以及其所具有的縱橫比(即，內(nèi)長(zhǎng)度與內(nèi)直徑之比)接近于1或大于1。典型地，縱橫比遠(yuǎn)大于1的燈具有想要的高效能的性質(zhì)，但它們的缺點(diǎn)是在垂直和水平方向運(yùn)行時(shí)具有不同的顏色性質(zhì)。特別是在垂直方向運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)顏色分離。
通過把弧光的圖象投射到屏幕上可以觀察到顏色分離，它顯示電弧的底部呈現(xiàn)粉紅色，而底部呈現(xiàn)藍(lán)色或綠色。這是由于在放電時(shí)金屬原子附加物沒有完全混合造成的。在放電的上部，有過量的鉈和汞發(fā)射，以及不足的鈉發(fā)射。這種現(xiàn)象導(dǎo)致比起水平方向運(yùn)行時(shí)更高的色溫和降低的效能。
1999年6月17日提交的、題目為“Reduction of VerticalSegregation in a Discharge Lamp(放電燈中垂直分離的減小)”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)No.09/335/020教導(dǎo)了一種消除或大大地減小電弧不穩(wěn)定性和顏色分離的方法，該方法在掃描時(shí)間內(nèi)提供電流信號(hào)頻率掃描，與具有被稱為二次縱向模式頻率的頻率的調(diào)幅信號(hào)相組合，該專利申請(qǐng)?jiān)诖艘?，以供參考。用于這種運(yùn)行的典型的參量是在10毫秒的掃描時(shí)間內(nèi)從45掃描到55kHz的電流頻率掃描，24.5kHz的恒定的調(diào)幅頻率，以及0.24的調(diào)制指數(shù)。
調(diào)制指數(shù)被定義為(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)，其中Vmax是調(diào)幅包絡(luò)的最大峰-峰電壓以及Vmin是調(diào)幅包絡(luò)的最小峰-峰電壓。45到55kHz的頻率范圍是在一次方位角聲諧振模式頻率與一次徑向聲諧振模式頻率與之間。然后，在數(shù)學(xué)上推導(dǎo)出二次縱向模式諧振頻率，其中第n縱向模式諧振的功率頻率等于n*C1/2L，其中n是模式號(hào)，C1是在燈的軸向平面上聲音的平均速度，以及L是燈的內(nèi)長(zhǎng)度。然而，由于燈的溫度變化引起的C1的小的變化，不可能精確地計(jì)算一個(gè)給定的燈的二次縱向模式諧振頻率。另外，由于制造公差，會(huì)出現(xiàn)L的小的差別。
所以，盡管有上述的專利申請(qǐng)的值得注意的教導(dǎo)，仍舊需要一種以便利的和精確的方式確定被提供到放電燈的信號(hào)的二次縱向模式頻率的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，高強(qiáng)度放電燈是通過在掃描時(shí)間內(nèi)的電流頻率掃描，并與具有相應(yīng)于放電燈的二次縱向聲諧振模式的頻率的調(diào)幅信號(hào)相組合而運(yùn)行的。二次縱向模式頻率fY是通過首先設(shè)置下限的二次縱向模式頻率fL和上限的二次縱向模式頻率fH而推導(dǎo)出的。氣體放電燈然后被提供以這樣一個(gè)電流信號(hào)，該信號(hào)具有在一次方位角聲諧振模式頻率與一次徑向聲諧振模式頻率(它們分別相應(yīng)于燈的一次方位角聲諧振模式與燈的一次徑向聲諧振模式)之間的范圍頻率掃描。
然后，用一個(gè)具有頻率fH與特定的調(diào)制指數(shù)a的信號(hào)對(duì)頻率掃描電流信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制。然后測(cè)量燈的電壓。調(diào)幅頻率fH然后被減去一個(gè)特定的量)f，并且再次與頻率掃描電流信號(hào)相混合。反復(fù)測(cè)量燈電壓，直至調(diào)幅信號(hào)的頻率達(dá)到fL為止。從fH到fLkHz，產(chǎn)生一個(gè)頻率-電壓曲線。燈電壓的最大值相應(yīng)于被利用于顏色混合的頻率fmax。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，在加上調(diào)幅信號(hào)和進(jìn)行燈電壓測(cè)量后，調(diào)幅信號(hào)被關(guān)斷。
按照本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例，采用背景相減機(jī)制來補(bǔ)償與幅度調(diào)制和顏色混合效應(yīng)無關(guān)的燈電壓的短期起伏。為此，進(jìn)行燈電壓測(cè)量，以使得帶有幅度調(diào)制“關(guān)斷”的燈電壓信號(hào)值，在調(diào)幅信號(hào)與掃描頻率信號(hào)混合之前和之后被平均，并從帶有幅度調(diào)制混合“接通”的燈電壓中被減去。
一旦確定顏色混合頻率fmax，就把頻率掃描信號(hào)再次與具有頻率fH的調(diào)幅信號(hào)混合。調(diào)幅頻率然后被減小到頻率fmax，以及調(diào)制指數(shù)a被增加到amax，它是在顏色混合模式時(shí)要采用的調(diào)制指數(shù)。
按照本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例，HID燈被兩個(gè)分開的信號(hào)以時(shí)間順序方式被驅(qū)動(dòng)。因此，第一信號(hào)包括一個(gè)固定頻率信號(hào)，其頻率是二次縱向模式諧振的頻率的一半，隨后是第二信號(hào)，它包括一個(gè)處在一次方位角聲諧振模式與一次徑向聲諧振模式之間的頻率掃描。二次縱向模式頻率fY是通過首先設(shè)置下限二次縱向模式頻率fL和上限二次縱向模式頻率fH而被導(dǎo)出的。
放電燈是以時(shí)間順序方式通過首先在固定的時(shí)間間隔x內(nèi)提供具有頻率fH/2的固定頻率信號(hào)，隨后是在時(shí)間間隔(t-x)內(nèi)的頻率掃描而被驅(qū)動(dòng)的。然后測(cè)量燈的電壓。然后，通過在全部時(shí)間間隔內(nèi)提高掃描頻率信號(hào)，固定頻率信號(hào)被關(guān)斷，固定頻率fH然后被減去一個(gè)特定的量)f，并且被再次通過頻率掃描電流信號(hào)被加到燈上。反復(fù)測(cè)量燈電壓，直至固定信號(hào)的頻率達(dá)到fL/2為止。從fH到fLkHz，產(chǎn)生一個(gè)頻率-電壓曲線。燈電壓的最大值相應(yīng)于要被用于顏色混合的頻率ftsmax。


圖1顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的被采用來驅(qū)動(dòng)氣體放電燈的電源系統(tǒng)的方框圖；圖2a是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、用于產(chǎn)生二次縱向模式諧振的幅度調(diào)制的掃描頻率信號(hào)的電壓頻譜的圖；圖2b是相應(yīng)于圖2a所示的電壓頻譜的功率頻譜的圖；圖3a是按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的、用于產(chǎn)生二次縱向模式諧振的時(shí)間順序信號(hào)的電壓頻譜的圖；圖3b是相應(yīng)于圖3a所示的電壓頻譜的功率頻譜的圖；圖4a是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、確定用來激勵(lì)氣體放電燈的二次縱向模式諧振的頻率的過程的流程圖；圖4b顯示按照本發(fā)明的、當(dāng)調(diào)幅信號(hào)的頻率從一個(gè)極限增加或減小到另一個(gè)極限以便確定二次縱向模式頻率時(shí)的燈電壓-幅度調(diào)制(AM)頻率曲線；圖5a是按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的、確定用來激勵(lì)在采用背景相減方案的氣體放電燈中的二次縱向模式諧振的頻率的過程的流程圖；圖5b顯示對(duì)于圖5a描述的調(diào)幅信號(hào)和電壓值測(cè)量的時(shí)間順序；圖6a和6b是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、采用和不采用背景相減方案的電壓-幅度調(diào)制(AM)頻率曲線；圖7是確定用來激勵(lì)在采用時(shí)間順序安排的氣體放電燈中的二次縱向模式諧振的頻率的過程的流程圖。
圖1顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、用來提供HID燈中的顏色混合的電源系統(tǒng)10的方框圖。該電源系統(tǒng)被利用來產(chǎn)生電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)被提供到氣體放電燈14，以使得它運(yùn)行時(shí)不帶有如上所述的顏色分離。
電源系統(tǒng)10包括控制器24，它被配置成可以確定相應(yīng)于氣體放電燈14的二次縱向諧振模式的二次縱向模式頻率fY?？刂破?4可以是任何可編程的器件，諸如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的微處理器。總線26把電源系統(tǒng)10的各個(gè)部件耦合到控制器24。
系統(tǒng)10還包括掃描發(fā)生器12，它被配置成可以提供在兩個(gè)頻率值之間范圍內(nèi)的頻率掃描。掃描發(fā)生器12的輸出節(jié)點(diǎn)被耦合到混合器18的輸入節(jié)點(diǎn)。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，這些頻率大于燈14的一次方位角聲諧振模式頻率，并且小于燈14的一次徑向聲諧振模式頻率。對(duì)于圓柱形燈，用來激勵(lì)一次方位角聲諧振模式的頻率等于1.84x Cr/BxD，其中Cr是在徑向平面上聲音的平均速度以及D是燈14的內(nèi)徑。而且，用來激勵(lì)一次徑向聲諧振模式的頻率等于3.83*Cr/BxD，其中Cr是在徑向平面上聲音的平均速度以及D是燈14的內(nèi)徑。由掃描發(fā)生器12產(chǎn)生的信號(hào)的頻率范圍典型地是在45與55kHz之間，掃描時(shí)間為10ms。
雖然在45與55kHz之間有附加聲諧振模式。但由于頻率掃描足夠快以及這些諧振足夠弱，這樣，燈基本保持穩(wěn)定。所以，通過在40kHz到約70kHz之間的范圍內(nèi)的10kHz頻率掃描可以得到穩(wěn)定的燈的運(yùn)行。
系統(tǒng)10還包括幅度調(diào)制(AM)信號(hào)發(fā)生器16，它被配置成以調(diào)制指數(shù)a和想要的頻率來對(duì)頻率掃描信號(hào)進(jìn)行調(diào)幅。如圖1所示，信號(hào)發(fā)生器16的輸出節(jié)點(diǎn)被耦合到混合器18的第二輸入節(jié)點(diǎn)。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步長(zhǎng)控制模塊20被耦合到信號(hào)發(fā)生器16，從而用來以規(guī)定的遞增的步長(zhǎng)增加或減小由發(fā)生器16提供的調(diào)幅信號(hào)的頻率。應(yīng)當(dāng)指出，步長(zhǎng)控制模塊20的功能也可以由按照本發(fā)明的其它實(shí)施例的控制器24來完成。而且，由發(fā)生器16提供的調(diào)幅信號(hào)的調(diào)制指數(shù)a可以由控制器24控制。
系統(tǒng)還包括電壓測(cè)量模塊22，它被配置用來在確定對(duì)于激勵(lì)燈的二次縱向模式諧振所需要的二次縱向模式頻率的過程期間測(cè)量氣體放電燈14的電壓。為此，混合器的輸出節(jié)點(diǎn)被配置來提供驅(qū)動(dòng)燈14的信號(hào)。
在沒有幅度調(diào)制的情形下，燈14被具有掃描頻率f±)f的電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)，其中相應(yīng)的功率頻率位于2f±2)f。功率頻率對(duì)于激勵(lì)聲諧振是重要的。通過施加幅度調(diào)制后，在混合器18的輸出節(jié)點(diǎn)處提供的信號(hào)被定義為Cos(2π(f±Δf)t)*[1+a*Cos(2πfrt)]其中fr是調(diào)幅信號(hào)的頻率以及a是調(diào)制指數(shù)，其中a＜1。把調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行平方得到功率譜以及只保持含有a的項(xiàng)后，可以得到以2f±2)f+fY，2f±2)f-fY和fY的功率頻率。在fr上的功率是在2f±2)f+fY，或2f±2)f-fY上功率的兩倍。應(yīng)當(dāng)指出，即使頻率被掃描，在fr上的功率頻率仍保持為固定的。
圖2a和2b顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)10提供的調(diào)幅信號(hào)的頻譜。因此，圖2a顯示調(diào)幅信號(hào)的電壓頻率-相對(duì)電壓的圖。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，掃描發(fā)生器12提供從45到55kHz的范圍的頻率掃描信號(hào)，如圖2a所示。由發(fā)生器16提供的調(diào)幅信號(hào)具有24kHz的頻率和0.25的調(diào)制指數(shù)。這樣，在混合器18的輸出端處所產(chǎn)生的信號(hào)具有如圖2a所示的電壓頻率特性，其中在45-55kHz之間有中心分布，以及10kHz寬的兩個(gè)邊帶的中心分別在26kHz和74kHz處。
圖2b給出功率頻率分布，其中存在從90kHz到110kHz的范圍的中心分布，以及中心分別在76kHz和124kHz處的20kHz寬的兩個(gè)邊帶，連同在24kHz的二次縱向模式頻率上的固定的功率頻率。
應(yīng)當(dāng)指出，按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，代替把由發(fā)生器12提供的掃頻信號(hào)和由發(fā)生器16提供的調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行混合，可以由兩個(gè)分開的信號(hào)按時(shí)間順序安排來驅(qū)動(dòng)燈14，如圖3a和3b所示。為此，掃描發(fā)生器12被配置成產(chǎn)生具有二次縱向模式諧振頻率的一半的固定頻率信號(hào)，其后面隨著是如上面參照?qǐng)D2a描述的、在一次方位角聲諧振模式與一次徑向聲諧振模式之間的頻率掃描。
然后，該循環(huán)重復(fù)進(jìn)行。按照本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例，功率被提供到燈14而不需要幅度調(diào)制。
按時(shí)間順序安排的功率頻率是掃描頻率的兩倍和固定電流頻率的兩倍。例如，當(dāng)提供45到55kHz的電流頻率時(shí)，功率頻率范圍從90kHz到110kHz。而且，當(dāng)提供12.3kHz的固定頻率時(shí)，功率頻率處在24.6kHz。這些是對(duì)于幅度調(diào)制得到的相同的功率頻率，而不帶有中心分別在76kHz和124kHz處的20kHz寬的AM邊帶。
圖4a是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例采用的、用于確定能基本上消除燈14的顏色分離(圖1)的二次縱向模式諧振頻率的過程的流程圖。因此，在步驟110，按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，調(diào)幅發(fā)生器16提供具有27kHz的頻率fH的信號(hào)。調(diào)制指數(shù)a是一個(gè)小的數(shù)量，例如約8％。調(diào)制指數(shù)a的數(shù)量必須足夠低，以使得燈的化學(xué)成份(諸如鈉)沒有很大的增加。這是因?yàn)榧{的增加抑制燈的電壓，甚至?xí)馃舻碾妷航档偷叫∮跊]有幅度調(diào)制時(shí)的它的數(shù)值。同時(shí)，掃描發(fā)生器12正在提供掃描頻率，正如上面參照?qǐng)D1說明的。在步驟112，電壓測(cè)量模塊22(圖1)測(cè)量燈14的燈電壓，以及把測(cè)量的電壓值提供到控制器24，以便貯存。在步驟114，AM發(fā)生器16被關(guān)斷，這樣，沒有調(diào)幅信號(hào)提供到燈14上。
在步驟116，AM發(fā)生器16的頻率fY被減小一個(gè)量)f，例如100Hz。在步驟118，系統(tǒng)重復(fù)進(jìn)行步驟110到118，直至AM發(fā)生器16的頻率fY到達(dá)它的下限門限值，例如21kHz。系統(tǒng)在所有的迭代掃描步驟110到118中測(cè)量燈的電壓值所花費(fèi)的時(shí)間被定義為掃描周期。典型地，每個(gè)掃描周期為1分鐘左右，其中半秒內(nèi)AM發(fā)生器被接通，半秒內(nèi)AM發(fā)生器被關(guān)斷，以及大約可測(cè)量60個(gè)頻率步級(jí)。
在步驟120，控制器24確定相應(yīng)于頻率fY＝fMAX的最大的燈的電壓值，這個(gè)頻率相應(yīng)于產(chǎn)生這個(gè)最大燈的電壓值的調(diào)幅頻率?？刂破?4此后將頻率值fMAX分配用作燈14的二次縱向模式頻率。
在燈的運(yùn)行期間，在步驟122，燈以調(diào)幅頻率fY＝fH運(yùn)行，這個(gè)頻率是調(diào)幅頻率的上限，例如27kHz。在步驟1 24，頻率fr被減小到fMAX而沒有關(guān)斷AM發(fā)生器。有利地，每半秒鐘將頻率fr減小一個(gè))f。此后，AM發(fā)生器16的調(diào)制指數(shù)a增加到更高的數(shù)值，例如24％。應(yīng)當(dāng)指出，按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，因?yàn)槎慰v向模式頻率的移位，頻率fMAX可以減小一個(gè)特定的附加量，例如1kHz。如前所述，通過增加調(diào)制指數(shù)，燈的某些成份(諸如鈉)可能增加，它可降低二次縱向模式的頻率。
也應(yīng)當(dāng)指出，雖然圖4a的流程圖顯示從高的頻率的調(diào)制信號(hào)fH開始的過程，也有可能啟動(dòng)從下限頻率的調(diào)制信號(hào)fL開始的過程，以及增加頻率步長(zhǎng)，以便得到燈14上的最大電壓值。這樣，在圖4b顯示燈的電壓-AM頻率曲線中將一個(gè)采用減小頻率的過程與一個(gè)采用增加頻率的過程進(jìn)行比較。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖4b的曲線是這樣產(chǎn)生的，其中在圖4a的步驟110到118期間，調(diào)制指數(shù)被設(shè)置為約9.6％，頻率步長(zhǎng))f為100Hz，以及AM的產(chǎn)生在0.1秒內(nèi)被接通和在0.1秒內(nèi)被關(guān)斷。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，為了確定產(chǎn)生二次縱向模式諧振的適當(dāng)?shù)恼{(diào)幅頻率，利用背景相減方案。在某些情形下，某些燈在掃描周期期間出現(xiàn)燈的電壓值的短期起伏，它與幅度調(diào)制和顏色混合效應(yīng)是無關(guān)的。按照本發(fā)明的背景相減方案可以補(bǔ)償掃描周期期間的短期起伏。
圖5a是顯示按照本發(fā)明的背景相減方案的流程圖。按照本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例，在每次幅度調(diào)制測(cè)量之前和之后，當(dāng)AM發(fā)生器關(guān)斷時(shí)的燈的電壓值被取平均，以及從當(dāng)AM發(fā)生器接通時(shí)的燈的電壓值中被減去。
結(jié)果，在步驟210，AM發(fā)生器16(圖1)的頻率fY被設(shè)置為它的上限fH，它具有足夠小的調(diào)制指數(shù)a，例如8％。在步驟212，在提供調(diào)幅信號(hào)到混合器18之前，或在接通AM發(fā)生器16之前，燈的電壓Vb1被測(cè)量。在步驟214，AM發(fā)生器16被接通，這樣，在步驟216，在調(diào)幅信號(hào)被提供到混合器18的同時(shí)，燈的電壓值Vf1被測(cè)量。
在步驟218，AM發(fā)生器再次被關(guān)斷，以及燈的電壓值Vb2被測(cè)量，而同時(shí)調(diào)幅信號(hào)不被提供到混合器18。在步驟222，控制器24對(duì)于相應(yīng)的頻率fY存儲(chǔ)燈的電壓值，這個(gè)電壓值被規(guī)定為下式Vf1-[(Vb1+Vb2)/2]在步驟224，AM發(fā)生器16的頻率fY被減小一個(gè)特定的量Δf，例如100Hz。在步驟226，由步驟212到222描述的過程重復(fù)進(jìn)行，直至AM發(fā)生器16的頻率fY達(dá)到它的下限值fL。
在步驟228，控制器24確定在步驟222規(guī)定的存儲(chǔ)的燈電壓的最大值和相應(yīng)的頻率fY＝fMAX，后者代表二次縱向模式諧振頻率。該過程由以下步驟完成。
在步驟230，燈14再次由掃描發(fā)生器12和AM發(fā)生器16產(chǎn)生的電流信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，該信號(hào)具有頻率fY＝fH和約8％的調(diào)制指數(shù)a。此后，在步驟232，朝著fMAX的方向每半秒頻率fY減小一個(gè)Δf，以及調(diào)制指數(shù)a被增加到24％，正如前面參照?qǐng)D4a描述的。圖5b顯示對(duì)于調(diào)幅信號(hào)和電壓值測(cè)量的時(shí)間順序，正如參照?qǐng)D5a描述的。
圖6a和6b是對(duì)于垂直運(yùn)行的燈14的作為AM頻率fY的函數(shù)的燈電壓值的圖。燈的電壓從154.4伏變化到159.6伏。最大電壓出現(xiàn)在21.6kHz。通過相同數(shù)據(jù)的背景相減方案，最大電壓偏移到25kHz。應(yīng)當(dāng)指出，在沒有背景相減的情況下，圖形顯示出在25kHz和21.6kHz處的兩個(gè)高峰。然而，顏色混合在21.6kHz處是不可能的，因?yàn)檫@個(gè)頻率低于二次縱向模式諧振頻率。
圖7是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例采用的、可基本上消除燈14的顏色分離的基于時(shí)間順序安排的(圖1)二次縱向模式諧振頻率的過程的流程圖。因此，在步驟310，按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在約1ms內(nèi)以頻率fTS＝fH/2來提供固定頻率信號(hào)，隨后在9ms內(nèi)從45到55kHz進(jìn)行頻率掃描。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，fH/2等于13.5kHz。提供固定頻率信號(hào)的時(shí)間間隔只是提供給燈的信號(hào)的整個(gè)時(shí)間間隔中的很小部分，例如，約10％。在步驟312，電壓測(cè)量模塊22(圖1)測(cè)量燈14上的燈電壓，以及把測(cè)量的電壓值提供到控制器以供存儲(chǔ)。在步驟314，通過把掃頻持續(xù)時(shí)間增加到整個(gè)10ms的時(shí)間，固定頻率信號(hào)被關(guān)斷。
在步驟316，固定頻率信號(hào)的頻率fTS被減小一個(gè)量)f，例如50Hz。在步驟318，系統(tǒng)重復(fù)進(jìn)行步驟310到318，直至頻率fTS達(dá)到它的下限門限值，例如21/2kHz或10.5kHz。
在步驟320，控制器24確定對(duì)應(yīng)于頻率fTS＝fTSMAX的最大的燈電壓值，這個(gè)頻率對(duì)應(yīng)于產(chǎn)生這個(gè)最大的燈電壓值的固定頻率信號(hào)?？刂破?4此后將頻率值fTSMAX分配作為相應(yīng)于燈14的二次縱向模式頻率。
在燈的運(yùn)行期間，在步驟322，燈利用一個(gè)具有頻率fTS＝fH/2的固定頻率信號(hào)來運(yùn)行，這個(gè)頻率是調(diào)幅頻率的上限，例如對(duì)于1ms的13.5kHz，或約10％的占空系數(shù)。在步驟324，在沒有關(guān)斷固定頻率的情況下，頻率fTS被減小50Hz而變成fTSMAX。在這個(gè)運(yùn)行階段期間，在達(dá)到fTSMAX以后時(shí)間順序信號(hào)的固定頻率部分被設(shè)置為2.5ms，或約25％的占空系數(shù)。還應(yīng)當(dāng)指出，按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，在時(shí)間順序安排中也利用以上討論的背景相減方案。
因此，按照本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，通過確定相應(yīng)于最大燈電壓運(yùn)行的適當(dāng)?shù)亩慰v向模式頻率，高強(qiáng)度放電燈能夠以具有非常小的顏色分離來運(yùn)行。通過采用根據(jù)本發(fā)明的原理說明的過程，有可能方便地和精確地確定任何HID燈的二次縱向模式頻率，而不管燈的幾何或化學(xué)結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.用于提供高強(qiáng)度放電(HID)燈(14)中的顏色混合的電源系統(tǒng)(10)，包括掃描信號(hào)發(fā)生器(12)，被配置成提供在特定的時(shí)間間隔內(nèi)的掃頻信號(hào)，該信號(hào)具有在第一較低的頻率值與第二較高的頻率值之間的范圍的掃描頻率；調(diào)幅信號(hào)發(fā)生器(16)，被配置成提供具有可調(diào)節(jié)的頻率值和可調(diào)節(jié)的調(diào)制指數(shù)的調(diào)幅信號(hào)；混合器(18)，被耦合到所述掃描信號(hào)發(fā)生器和所述調(diào)幅信號(hào)發(fā)生器，以使得所述掃頻信號(hào)被所述調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制，所述幅度調(diào)制的掃頻信號(hào)被配置成驅(qū)動(dòng)所述燈；以及控制器(24)，被配置成調(diào)節(jié)所述調(diào)幅信號(hào)的頻率，以便基本上消除所述燈的顏色分離。
2.按照權(quán)利要求1的電源系統(tǒng)，還包括電壓測(cè)量模塊(22)，該電壓測(cè)量模塊(22)被耦合到所述燈，用來根據(jù)所述調(diào)幅信號(hào)的頻率的變化而測(cè)量所述燈的電壓值。
3.按照權(quán)利要求2的電源系統(tǒng)，其中所述控制器還被配置成存儲(chǔ)根據(jù)所述調(diào)幅信號(hào)的頻率的變化而測(cè)量的所述燈的電壓值。
4.按照權(quán)利要求3的電源系統(tǒng)，其中所述燈在運(yùn)行期間被一個(gè)相應(yīng)于產(chǎn)生最大的燈電壓值的調(diào)幅頻率的信號(hào)驅(qū)動(dòng)。
5.按照權(quán)利要求4的電源系統(tǒng)，其中所述產(chǎn)生最大的燈電壓值的調(diào)幅頻率代表所述燈的二次縱向模式頻率。
6.按照權(quán)利要求5的電源系統(tǒng)，其中所述掃頻信號(hào)的所述第一較低的頻率值大于所述燈的一次方位角聲諧振模式頻率，以及所述掃頻信號(hào)的所述第二較高的頻率值小于所述燈的一次徑向聲諧振模式頻率。
7.按照權(quán)利要求3的電源系統(tǒng)，其中所述調(diào)幅信號(hào)的調(diào)制指數(shù)相當(dāng)?shù)?，以使得所述燈的化學(xué)成份不會(huì)有很大的增加。
8.按照權(quán)利要求7的電源系統(tǒng)，其中在所述燈電壓的各次測(cè)量之間，所述調(diào)幅信號(hào)發(fā)生器被關(guān)斷。
9.按照權(quán)利要求8的電源系統(tǒng)，其中所述控制器還被配置成按照背景相減方案測(cè)量所述燈的電壓值。
10.在電源系統(tǒng)(10)中，用于提供高強(qiáng)度放電(HID)燈中的顏色混合的方法，包括以下步驟在特定的時(shí)間間隔內(nèi)提供具有在第一較低的頻率值與第二較高的頻率值之間的掃描頻率范圍的掃頻信號(hào)；提供具有可調(diào)節(jié)的頻率值和可調(diào)節(jié)的調(diào)制指數(shù)的調(diào)幅信號(hào)；用所述調(diào)幅信號(hào)對(duì)所述掃頻信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制，以使得所述經(jīng)過幅度調(diào)制的掃頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述燈；以及調(diào)節(jié)所述調(diào)幅信號(hào)的頻率，以便基本上消除所述燈的顏色分離。
11.按照權(quán)利要求10的方法，還包括根據(jù)所述調(diào)幅信號(hào)的頻率的變化來測(cè)量所述燈的電壓值的步驟。
12.按照權(quán)利要求11的方法，還包括存儲(chǔ)根據(jù)所述調(diào)幅信號(hào)的頻率的變化而測(cè)量的所述燈的電壓值的步驟。
13.按照權(quán)利要求12的方法，還包括在運(yùn)行期間用一個(gè)相應(yīng)于產(chǎn)生最大的燈電壓值的調(diào)幅頻率的信號(hào)來驅(qū)動(dòng)所述燈的步驟。
14.按照權(quán)利要求12的方法，還包括把產(chǎn)生所述最大燈電壓值的所述調(diào)幅頻率數(shù)值指定為所述燈的二次縱向模式頻率的步驟。
15.按照權(quán)利要求14的方法，還包括把所述燈的方位角聲諧振模式頻率指定為所述掃頻信號(hào)的所述第一較低的頻率值，以及把所述燈的一次徑向聲諧振模式頻率指定為所述掃頻信號(hào)的所述第二較高的頻率值的步驟。
16.按照權(quán)利要求15的方法，還包括在每次測(cè)量所述燈電壓之間關(guān)斷所述調(diào)幅信號(hào)的步驟。
17.按照權(quán)利要求16的方法，還包括在測(cè)量所述燈的電壓值時(shí)進(jìn)行背景相減的步驟。
18.在電源系統(tǒng)中，用于提供高強(qiáng)度放電(HID)燈中的顏色混合的方法，包括以下步驟(a)在特定的時(shí)間間隔內(nèi)提供具有在第一較低的頻率值與第二較高的頻率值之間的掃描頻率范圍的掃頻信號(hào)；(b)提供具有在較高的頻率值與較低的頻率值之間的可調(diào)節(jié)頻率值范圍以及可調(diào)節(jié)的調(diào)制指數(shù)的調(diào)幅信號(hào)，所述調(diào)幅信號(hào)具有所述較高的頻率值與所述較低的頻率值中的一個(gè)頻率值；(c)用所述調(diào)幅信號(hào)對(duì)所述掃頻信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制，以使得所述幅度調(diào)制的掃頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述燈；(d)以遞增的步長(zhǎng)調(diào)節(jié)所述調(diào)幅信號(hào)的頻率；(e)在每次調(diào)節(jié)后測(cè)量所述燈的電壓值；(f)重復(fù)進(jìn)行所述調(diào)節(jié)和測(cè)量步驟，直至所述調(diào)幅信號(hào)的頻率達(dá)到它的其它限制值為止；以及(g)選擇產(chǎn)生最大的燈電壓值的所述調(diào)幅信號(hào)的頻率值。
19.按照權(quán)利要求18的方法，其中所述提供調(diào)幅信號(hào)的步驟還包括把所述調(diào)幅信號(hào)的頻率設(shè)置在所述上限的步驟，以及所述調(diào)節(jié)步驟還包括以所述遞增的步長(zhǎng)減小所述調(diào)幅信號(hào)的步驟。
20.按照權(quán)利要求19的方法，其中所述提供掃頻信號(hào)的步驟還包括把所述燈的方位角聲諧振模式頻率指定為所述掃頻信號(hào)的所述第一較低的頻率值和把所述燈的一次徑向聲諧振模式頻率指定為所述掃頻信號(hào)的所述第二較高的頻率值的步驟。
21.按照權(quán)利要求20的方法，還包括在每次測(cè)量所述燈的電壓以后關(guān)斷所述調(diào)幅信號(hào)和在每次測(cè)量所述燈的電壓以前接通所述調(diào)幅信號(hào)的步驟。
22.按照權(quán)利要求21的方法，還包括把所述調(diào)幅信號(hào)的調(diào)制指數(shù)設(shè)置為相當(dāng)?shù)偷臄?shù)值以使得在所述燈中的化學(xué)成份的濃度不會(huì)顯著地增加的步驟。
23.按照權(quán)利要求22的方法，其中在選擇相應(yīng)于所述最大燈電壓值的所述調(diào)幅頻率以后，該方法還包括再次用具有所述上限值的所述調(diào)幅信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述燈和把所述上限頻率減小到相應(yīng)于所述最大燈電壓值的所述調(diào)幅頻率的步驟。
24.按照權(quán)利要求23的方法，還包括在所述調(diào)幅信號(hào)呈現(xiàn)所述選擇的調(diào)幅頻率以后增加所述調(diào)制指數(shù)的步驟。
25.按照權(quán)利要求24的方法，還包括以下的步驟，即在每個(gè)所述測(cè)量以前和以后對(duì)燈的電壓值進(jìn)行背景相減，以使得用于每次測(cè)量的燈的電壓被指定為Vf1-[(Vb1+Vb2)/2]其中Vf1是在所述調(diào)幅信號(hào)接通時(shí)的燈電壓，Vb1是在所述調(diào)制信號(hào)接通前的燈電壓，以及Vb2是在所述調(diào)制信號(hào)再次關(guān)斷時(shí)燈的電壓。
26.在電源系統(tǒng)(10)中，用于提供HID燈中的顏色混合的方法，包括以下步驟提供按時(shí)間順序安排的輸入信號(hào)，所述信號(hào)具有第一信號(hào)分量，它被配置為在第一時(shí)間間隔內(nèi)具有在第一較低的頻率值與第二較高的頻率值之間的掃描頻率范圍的掃頻信號(hào)；提供被配置為在第二時(shí)間間隔期間的恒定頻率信號(hào)的第二信號(hào)分量；用所述第一信號(hào)分量和所述第二信號(hào)分量按時(shí)間順序安排驅(qū)動(dòng)所述燈；以及調(diào)節(jié)所述恒定頻率信號(hào)的頻率，以便基本上消除所述HID燈的顏色分離。
27.按照權(quán)利要求26的方法，還包括根據(jù)所述恒定頻率信號(hào)的變化來測(cè)量所述燈電壓值的步驟。
28.按照權(quán)利要求27的方法，還包括存儲(chǔ)根據(jù)所述恒定頻率信號(hào)的變化而測(cè)量的所述燈的電壓值的步驟。
29.按照權(quán)利要求28的方法，還包括在運(yùn)行期間用相應(yīng)于產(chǎn)生最大燈的電壓值的所述恒定頻率信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述燈的步驟。
30.按照權(quán)利要求28的方法，還包括把產(chǎn)生所述最大燈電壓值的所述固定頻率信號(hào)的恒定頻率的兩倍的數(shù)值指定為所述燈的二次縱向模式頻率的步驟。
31.按照權(quán)利要求20的方法，還包括把所述燈的方位角聲諧振模式頻率指定為所述掃頻信號(hào)的所述第一較低的頻率值，以及把所述燈的一次徑向聲諧振模式頻率指定為所述掃頻信號(hào)的所述第二較高的頻率值的步驟。
32.按照權(quán)利要求31的方法，還包括在每次測(cè)量所述燈電壓之間關(guān)斷所述固定頻率信號(hào)的步驟。
33.按照權(quán)利要求31的方法，還包括在測(cè)量所述燈的電壓值時(shí)進(jìn)行背景相減的步驟。
全文摘要
在電源系統(tǒng)中,用于提供高強(qiáng)度放電(HID)燈中的顏色混合的方法,包括以下步驟:在特定的時(shí)間間隔內(nèi)提供具有在第一較低的頻率值與第二較高的頻率值之間的范圍的掃描頻率信號(hào)的掃頻信號(hào)。也提供具有可調(diào)節(jié)的頻率值和可調(diào)節(jié)的調(diào)制指數(shù)的調(diào)幅信號(hào)。結(jié)果,掃頻信號(hào)用所述調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制。調(diào)節(jié)調(diào)幅信號(hào)的頻率,直至檢測(cè)到最大的燈電壓為止。此后,系統(tǒng)以能產(chǎn)生最大的燈電壓的調(diào)制頻率運(yùn)行,以便基本上消除燈中的顏色分離。
文檔編號(hào)H05B41/36GK1386393SQ01802104
公開日2002年12月18日 申請(qǐng)日期2001年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月20日
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