專利名稱：用于驅(qū)動氣體放電燈的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及放電燈領(lǐng)域，特別是高強度放電燈(HID)領(lǐng) 域，即，高壓燈，比如高壓鈉燈、高壓汞燈、金屬卣化物燈。
背景技術(shù)：
氣體放電燈通常是公知的，所以這里不需要對氣體放電燈的設(shè)計 進行詳細討論。只要說下面這些就足夠了氣體放電燈包括位于充滿 可電離的氣體或蒸汽的封閉容器中的兩個電極。容器典型地為石英或 陶瓷，特別地為多晶氧化鋁(PCA)。電極以彼此相距一定距離來布 置，并且在工作期間在這些電極之間維持電弧。氣體放電燈可以由電子驅(qū)動器驅(qū)動。電子驅(qū)動器通常是公知的， 所以這里不需要對電子驅(qū)動器的設(shè)計進行詳細討論。在典型的設(shè)計 中，驅(qū)動器產(chǎn)生施加到燈上的換向電流，這導(dǎo)致了在燈上形成燈電壓。驅(qū)動器典型地設(shè)計成使得燈電流遵循設(shè)定點(setpoint)曲線， 在最簡單的實施例中該曲線包含恒定的電流幅度；然而，根據(jù)例如燈 類型和燈使用年限，驅(qū)動器可以使用校正電流的措施。此外，雖然氣 體放電燈具有大約10,000小時的長壽命，但是氣體放電燈的壽命是 有限的。在其使用期限的末期，氣體放電燈可能顯示不良特性，最驚 人的一個不良特性是非被動(non-passive)故障。因此，對于燈驅(qū)動 器可以希望的是，能夠確定燈類型和/或燈狀況，并且例如如果證明 燈接近其壽命的終點(EOL)，能夠關(guān)閉燈。此外，可以希望的是， 能夠預(yù)測剩余壽命。國際專利申請WO2005/074010 7>開了 一種考察高壓氣體方文電燈 的狀況的方法。燈利用穩(wěn)態(tài)低頻方波電流信號工作，在公開內(nèi)容中頻 率為90Hz，燈為100W白色高壓鈉(HPS)燈。短電流脈沖疊加到 穩(wěn)態(tài)電流信號上，電流脈沖具有1.4ms的持續(xù)時間。為響應(yīng)該電流脈 沖，燈電壓顯示出特征階躍(正或負)，之后是特征衰減(分別為負 或正)至基本恒定的水平。特征衰減具有特征衰減時間，該特征衰減 時間能夠確定并且描述為在一般地在大約ljas和大約1.5ms之間的范圍內(nèi)變化。文獻描述了有故障的燈狀況(比如，太高的色溫或太低 的色溫)與衰減時間的持續(xù)時間相關(guān)，從而可以確定特征衰減時間， 以便發(fā)現(xiàn)所關(guān)心的燈屬性(即，在該實例中的色溫)在規(guī)格之內(nèi)還是 之外。于是，在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)特定的燈屬性在工作范圍之外時，可以通過 關(guān)閉燈來采取預(yù)防措施，或者可以改變工作狀況(文獻公開了附加電 流組件的使用)以便改變所關(guān)心的特定的燈屬性。在任何情況下，文獻公開了響應(yīng)電流階躍的燈電壓包含指示燈狀 況或燈屬性的至少一個參數(shù)(即，衰減時間)，該參數(shù)可以被測量， 與參考值相比較，并且可以在這種比較結(jié)果的基礎(chǔ)上采取校正的或保 護的措施。發(fā)明內(nèi)容雖然該已知方法給出了令人滿意的結(jié)果，但是本發(fā)明的目的是進 一步改進該已知的方法。更具體地，顯然，在實踐中基于電流階躍-響應(yīng)的燈辨識方法受 阻于噪聲和高頻干擾。因此本發(fā)明的特定目的是改進已知的方法，使 得該方法在噪聲環(huán)境中更魯棒性且更精確。為了達到上述目的，本發(fā)明提出了取代單個的電流脈沖而將電流 脈沖的偽隨機噪聲序列施加到標稱的穩(wěn)態(tài)電流上。偽隨機噪聲序列是預(yù)定的序列；利用該預(yù)定的序列和相關(guān)的系統(tǒng)響應(yīng)，系統(tǒng)動態(tài)特征可 以容易地計算。在實踐中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該方法給出了在噪聲環(huán)境中的更 精確的結(jié)果。在從屬權(quán)利要求中提及了其他優(yōu)點的詳細描述。


通過下面參照附圖對一個或多個優(yōu)選實施例的描述，本發(fā)明的這 些和其他方面、特征和優(yōu)點將被進一步闡明，在附圖中，相同的參考數(shù)字表示相同或相似的部分，并且在附圖中圖1A和1B是示出響應(yīng)不同燈的電流階躍的電壓的曲線圖； 圖2是示出在實際情況中噪聲和紋波影響的相似的曲線圖； 圖3A是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動器的框圖； 圖3B是示意性示出電流設(shè)定點(setpoint)信號的曲線圖；圖4是示意性示出根據(jù)本發(fā)明、兩個不同燈對偽隨噪聲信號的計算電流響應(yīng)的曲線圖。
具體實施例方式
圖1A示意性示出為新250W氣體放電燈測量的燈電流(下面的曲線)和燈電壓(上面的曲線)的曲線圖，該氣體放電燈具有分壓p(Hg) =224巴(bar)的填充物。電流維持在2A的恒定水平。在某一時間，電流逐步增加到3A的值；作為響應(yīng)，電壓逐步升高，在此之后電壓快速下降到低于初始值的值，因此表示等離子的負阻抗。在以后的某一時間，電流再次逐步增加到2A的值；作為響應(yīng)，電壓逐步下降，在此之后電壓再次快速增加到初始值。
圖1B示出可比較的曲線圖，其現(xiàn)在用于已經(jīng)出現(xiàn)故障、具有有分壓p (Hg) =97巴的填充物的相同類型的燈。在響應(yīng)特性中，可以看出，3A的較高電流不與較低電壓相對應(yīng)，并且進一步地可以看出，等離子的弛豫時間已經(jīng)增加。
因此，燈的狀況(新的或有故障的)可以通過研究對于電流階躍的電壓響應(yīng)來快速確定。
然而，在實際情況中，所述燈與開關(guān)模式的電源串聯(lián)連接，該電源顯著影響測量。為了比較，圖2示出了對于與開關(guān)模式的電源串聯(lián)連接的燈，實際測量的燈電流和燈電壓的曲線圖。可以清楚地看出，電流階躍導(dǎo)致了實際上淹沒在噪聲和紋波中的電壓響應(yīng)。
圖3A是示意性圖示出根據(jù)本發(fā)明、用于驅(qū)動氣體放電燈2的燈驅(qū)動器1的框圖。驅(qū)動器1包括用于接收輸入電壓(典型地為大約400V并且可以從電力線獲得)并提供輸出電流的下變頻器部分3。下變頻器(downconverter )部分3具有電流源特性，這意p未著它將試圖并維持實質(zhì)上獨立于負載的恒定電流幅度。下變頻器部分3具有輸入端4，用于接收確定所述恒定電流幅度水平的控制信號如果控制信號變化，則輸出電流以對應(yīng)的方式變化。輸出電流通過橋和點火器部分5施加到燈2上。部分5的橋部分可以是半橋或全橋；由于這種橋設(shè)計本身是公知的，所以這里不需要對該橋設(shè)計進行進一 步的詳細說明。同樣，橋和點火器部分5的點火器部分可以具有常規(guī)設(shè)計并且將不會更加詳細地解釋。
6控制器10具有與橋和點火器部分5的控制輸入端6耦合的橋輸出端11。控制器10進一步具有與下變頻器部分3的控制輸入端4耦合的變頻器輸出端(converter output) 12。在其橋輸出端ll處，控制器IO提供換向控制信號Sc，其限定了換向時刻并迫使部分5的橋部分去使燈電流方向反向，這本身是公知的。在其變頻器輸出端12處，控制器IO提供電流控制信號SM，其限定了下變頻器部分3的輸出電流的幅度。電流控制信號SM也將表示為"設(shè)定點"信號。下變頻器部分3可以包括反饋回路，其測量輸出電流的幅度并將所測量的值與在控制輸入端4處接收到的指令信號相比較，并且如果必要則修改輸出電流的幅度以使得該幅度精確地遵循指令信號；這種反饋回路在圖中未示出。
圖3B示出適當(dāng)?shù)碾娏?設(shè)定點"信號SM的典型實例。該信號在整個波形周期期間是恒定的(表示恒定電流)，除了僅在換向時刻(用豎直的點線表示)之前短暫增加以提高穩(wěn)定性之外。對于這種短暫增加的效應(yīng)的更詳細解釋，參考WO-00/36883。
驅(qū)動器1進一步包括隨機噪聲源20，其具有用于提供偽隨機噪聲信號SpRNs的輸出端21;以及加法器22，其具有接收來自隨機噪聲源20的隨機噪聲信號SpRNs的一個輸入端、具有接收來自控制器10的電流控制信號Sm的第二輸入端、以及具有與下變頻器部分3的控制輸入端4連接的輸出端。實際上，下變頻器部分3接收電流控制信號Sm與偽隨才幾噪聲信號SpRNs的疊加，該疊加視為電流"設(shè)定點"信號。
應(yīng)當(dāng)注意，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，短語"偽隨機噪聲信號"是已知的，從而這里不需要對"偽隨機噪聲信號，，進行解釋。只要說下面這些就足夠了偽隨機噪聲信號包括在正和負方向中的階躍序列。偽隨機噪聲信號SpRNs還在圖3B中示意性示出。圖1的橫軸代表時間，縱軸代表信號幅度，其具有任意單位。
應(yīng)當(dāng)進一步注意，偽隨機噪聲信號SPRNS優(yōu)選地是存儲在源20的存儲器(例如，實現(xiàn)為移位寄存器)中的噪聲序列，從而源20重復(fù)產(chǎn)生相同的噪聲信號。這顯著地簡化了脈沖響應(yīng)的計算。
應(yīng)當(dāng)注意，源20可以是為清楚起見而示出的外部源，而且也可以實現(xiàn)為控制器10的一部分，在這種情況下，加法功能同樣可以由
7控制器IO本身適當(dāng)?shù)靥峁?br> 驅(qū)動器1進一步包括燈電流傳感器40，其與控制器10的電流感測輸入端14耦合。
燈對于這種偽隨機噪聲信號的響應(yīng)可以用來區(qū)分燈。這可以通過實驗證明如下。
在第一步驟中，確定某一燈的標稱燈電流。這可以通過在一個電流周期期間測量標稱燈電流來完成，但是可能的噪聲效應(yīng)可以通過在多個連續(xù)的電流周期期間測量標稱燈電流并且對這多個所測量的標稱燈電流求平均值來減少；在實驗中，這通過將10個測量的分布(profile)求平均值來完成。所得的標稱燈電流分布將被表示為F。
在第二步驟中，加入長度Ny的偽隨機噪聲信號SPRNS，并且再次測量所得到的燈電流分布；這將被表示為干擾的燈電流分布(profile )f。這里，同樣適用在多個(10)連續(xù)的電流周期期間，在每一個電流周期中加入相同的偽隨機噪聲信號SPRNS，并且將所得的電流分
布求平均值。下面，偽隨機噪聲信號SpRNS也將表示為V。
該燈對偽隨機噪聲信號SPRNS的噪聲響應(yīng)AY可以表示為AY=f-F。
根據(jù)V和AY，系統(tǒng)的Nv主導(dǎo)脈沖響應(yīng)參數(shù)，G^Go，Gp…GNv.d，可以通過最小二乘方優(yōu)化來計算如下G-(UTU)"IJTAY，其中<formula>formula see original document page 8</formula>圖4中示出了兩個不同燈的代表性選擇的所得測量脈沖響應(yīng)；上面的曲線圖涉及舊燈，下面的曲線圖涉及新燈。虛線(向上移位0.2以使得它們可區(qū)別于實線)代表來自物理模型的對應(yīng)脈沖響應(yīng)。這些可以通過將等效電學(xué)模型中參數(shù)擬合到所測量的數(shù)據(jù)來獲得?？梢缘贸鼋Y(jié)論，所述的模型結(jié)構(gòu)適合于動態(tài)地描述燈-鎮(zhèn)流器與燈電流的相互影響的效應(yīng)。
根據(jù)圖4,還可以得出結(jié)論，所提出的方法適合區(qū)分不同的燈。這特別地適于去區(qū)分新燈和EOL燈。
不同的燈類型具有不同的脈沖響應(yīng)。可以確定若干個燈類型的脈沖響應(yīng)，并且將這些脈沖響應(yīng)存儲在與控制器IO相關(guān)聯(lián)的存儲器30中。這允許控制器10測量脈沖響應(yīng)、比較所測量的響應(yīng)與存儲器中的信息、以及基于該比較確定當(dāng)前被驅(qū)動的燈2的類型。基于該確定，控制器10可以遵照所確定的燈類型修改一些控制參數(shù)，例如，穩(wěn)態(tài)電流幅度和/或穩(wěn)態(tài)電流波形。可替代地，控制器10可以生成燈類型指示信號，其指示如所確定的燈類型?？商娲?，如果比較指示燈正接近其壽命的終點，控制器10可以決定關(guān)閉燈?？商娲?，可以發(fā)布警告信號。
不必連續(xù)地確定脈沖響應(yīng)，并且因此隨機噪聲源20不必連續(xù)地工作。在圖3A的實施例中，隨機噪聲源20具有與控制器10的噪聲控制輸出端13連接的控制輸入端23，其提供噪聲控制信號Sn，用于當(dāng)需要時接通隨機噪聲源20。例如只要新燈取代舊燈時，控制器IO可以接通隨機噪聲源20，以便確定燈類型?？刂破?0可以進一步有規(guī)律地(例如每100小時或每500小時)接通隨機噪聲源20，以確定燈是否仍然滿足其規(guī)格(specification)和/或確定燈是否接近其壽命的終點。應(yīng)當(dāng)注意，噪聲控制信號sn還將為偽隨機噪聲信號提供與電流設(shè)定點信號的同步。
應(yīng)當(dāng)注意，只要控制器10接通隨機噪聲源20，隨機噪聲源20在后續(xù)的電流周期(不必是連續(xù)的電流周期)中產(chǎn)生相同的偽隨機噪聲信號。因此，測量的持續(xù)時間(即，噪聲干擾的持續(xù)時間)至多持續(xù)幾秒鐘。
對于偽隨機噪聲信號的每一個電流階躍，優(yōu)選的是，這種階躍的大小較小(大約為標稱電流設(shè)定點的1%到3%)，以免太多地干擾標稱電流設(shè)定點。在每一個電流周期中偽隨機噪聲信號的電流脈沖數(shù)量沒有極限。 一般地，可以說該數(shù)量越高，則噪聲對最終結(jié)果的影響越小。太高的數(shù)量可能被認為是不切實際的。雖然低到2的數(shù)量已經(jīng)對只有一個電流階躍的現(xiàn)有技術(shù)提供了改進，但是從10到50的范圍中的數(shù)量是優(yōu)選的。在上述實驗中，偽隨機噪聲信號的電流脈沖的數(shù)量等于30。
總之，本發(fā)明提供了用于驅(qū)動氣體放電燈2的驅(qū)動器1,該驅(qū)動器1包括
-電流源3，其用于生成燈電流，并且具有用于接收設(shè)定點信號的設(shè)定點輸入端4;
-控制器IO，其具有用于生成電流設(shè)定點信號Sm的愉出端12;
-可控噪聲信號源20，其由控制器10控制，并且設(shè)計用于生成偽隨機噪聲信號SPRNS;
-加法器22，其被連接以接收來自控制器10的電流設(shè)定點信號Sm和來自噪聲信號源20的偽隨機噪聲信號SPRNS,并且具有耦合到電流源3的i殳定點輸入端4的輸出端；
-測量裝置40，其用于響應(yīng)于偽隨機噪聲信號SpRNs來測量燈2的特性燈響應(yīng)，其耦合到控制器10的感測輸入端14,以用于向控制器IO提供代表所述特性燈響應(yīng)的感測信號；
-以及存儲器30,其與控制器10相關(guān)聯(lián)，且已經(jīng)在其中存儲至
少一個參考信號。
控制器10設(shè)計成將如由測量裝置40所測量的特性燈響應(yīng)與存儲器30中的所述預(yù)先確定的參考信號相比較。
雖然已經(jīng)在附圖和前面的描述中詳細說明并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，這種說明和描述被認為是說明性的或示范性的而非限制性的。本發(fā)明不限于所公開的實施例相反地，若干
'、 例如，^制器IO和隨機噪聲,源20可以合并為一個設(shè)備。相同的方式適用于控制器10和存儲器30。
而且，在上述描述中，已經(jīng)描述了在其中考慮響應(yīng)于電流噪聲的電流的一種方法?？商娲鼗蚋郊拥模部梢员O(jiān)視在電流設(shè)定點信號中響應(yīng)于噪聲的燈電壓。
要求保護的本發(fā)明的過程中，通過研究附圖、公開、所附權(quán)利要求來理解和實現(xiàn)。在權(quán)利要求中，文字"包括"不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞"一，，不排除多個。單個處理器或其他單元可以實現(xiàn)權(quán)利要求中敘述的若干項功能。在相互不同的從屬權(quán)利要求中敘述某些措施的僅有事實并不表示這些措施的組合不能被有利地使用。計算機程序可以存儲/分布在合適的介質(zhì)上，比如，與其他硬件一起提供的
或作為其一部分的光學(xué)存儲介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)，但是也可以通過其他方式分布，比如，經(jīng)因特網(wǎng)或其他有線或無線通信系統(tǒng)。權(quán)利要求中的任何附圖標記不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制范圍。
在上述中，已經(jīng)參照框圖闡釋了本發(fā)明，該框圖示出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的功能模塊。應(yīng)當(dāng)理解，這些功能模塊的一個或多個可以在硬件中實現(xiàn)，其中這種功能模塊的功能通過單獨的硬件組件來執(zhí)行，但是這些功能模塊中的一個或多個也可以在軟件中實現(xiàn)，從而這種功能模塊的功能由計算機程序或可編程設(shè)備(例如，微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理器、等等)的一個或多個程序行來執(zhí)行。
權(quán)利要求
1.用于驅(qū)動氣體放電燈(2)的驅(qū)動器(1)，包括-電流源(3)，其用于生成燈電流，并且具有用于接收設(shè)定點信號的設(shè)定點輸入端(4)；-控制器(10)，其具有用于生成電流設(shè)定點信號(SM)的輸出端(12)；-可控噪聲信號源(20)，其由控制器(10)控制，并且設(shè)計用于生成偽隨機噪聲信號(SPRNS)；-加法器(22)，其被連接以接收來自控制器(10)的電流設(shè)定點信號(SM)和來自噪聲信號源(20)的偽隨機噪聲信號(SPRNS)，并且具有耦合到電流源(3)的設(shè)定點輸入端(4)的輸出端；-測量裝置(40)，其用于響應(yīng)于偽隨機噪聲信號(SPRNS)來測量燈(2)的特性燈響應(yīng)，其耦合到控制器(10)的感測輸入端(14)，以用于向控制器(10)提供代表所述特性燈響應(yīng)的感測信號；-存儲器(30)，其與控制器(10)相關(guān)聯(lián)，且已經(jīng)在其中存儲至少一個參考信號；其中，控制器(10)被設(shè)計成將由測量裝置(40)所測量的特性燈響應(yīng)與存儲器(30)中的所述預(yù)先確定的參考信號相比較。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的驅(qū)動器，其中，測量裝置(40)包括用于 測量燈電流的電流傳感器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的驅(qū)動器，其中，測量裝置(40)包括用于 測量燈電壓的電壓傳感器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的驅(qū)動器，其中，對于一個燈電流周期，偽 隨機噪聲信號(SPRNS)包含一系列連續(xù)的電流脈沖，其中，在所述 系列中電流脈沖的數(shù)量至少等于2或更多，優(yōu)選地為在從10到50的 范圍中，最優(yōu)選地，大約30。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的驅(qū)動器，其中，噪聲信號源(20)由控制 器(10)控制，用于生成與電流設(shè)定點信號(SM)同步的偽隨機噪聲 信號(SPRNS)，從而對于不同的電流周期，相應(yīng)的偽隨機噪聲信號(SPRNS )彼此相同。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的驅(qū)動器，其中，控制器(10)設(shè)計用于將 在多個燈電流周期上的燈響應(yīng)求平均值，所述多個優(yōu)選地包括大約10個電流周期。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的驅(qū)動器，其中，如果所述比較的結(jié)果指示 燈(2)接近其壽命的終點，則控制器(10)設(shè)計用于生成使用期限 終點指示信號。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的驅(qū)動器，其中，如果所述比較的結(jié)果指示 燈(2)接近其壽命的終點，則控制器(20)設(shè)計用于關(guān)閉燈(2)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的驅(qū)動器，其中，控制器(10)設(shè)計用于根 據(jù)所述比較的結(jié)果來修改至少一個控制參數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的驅(qū)動器，其中，所述要修改的控制參數(shù)包 括穩(wěn)、態(tài)電流幅度和/或穩(wěn)、態(tài)電流波形。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1的驅(qū)動器，其中，控制器(10)設(shè)計用于根 據(jù)所述比較的結(jié)果來生成燈類型指示信號。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l的驅(qū)動器，其中，控制器(IO)設(shè)計用于， 在替換燈之后和/或有規(guī)律地以對應(yīng)于工作壽命的預(yù)定持續(xù)時間的間 隔例如燈工作的每100小時，接通噪聲信號源(20)。
全文摘要
一種用于驅(qū)動氣體放電燈(2)的驅(qū)動器(1)包括-生成燈電流的電流源(3)，其具有用于接收設(shè)定點信號的設(shè)定點輸入端(4)；-生成電流設(shè)定點信號(SM)的控制器(10)；-生成偽隨機噪聲信號(SPRNS)的可控噪聲信號源(20)；-加法器(22)，其將來自控制器的電流設(shè)定點信號(SM)與來自噪聲信號源的偽隨機噪聲信號(SPRNS)相加，并且將結(jié)果提供給電流源的設(shè)定點輸入端；-測量裝置(40)，其測量響應(yīng)偽隨機噪聲信號(SPRNS)的燈的特征燈響應(yīng)，并且將感測信號提供給控制器；-與控制器相關(guān)聯(lián)的存儲器(30)，其已經(jīng)在其中存儲至少一個參考信號?？刂破鲗⑺鶞y量的燈響應(yīng)與存儲器中的所述預(yù)先確定的參考信號相比較，并且可以關(guān)閉燈。
文檔編號H05B41/292GK101595766SQ200880003619
公開日2009年12月2日 申請日期2008年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月30日
發(fā)明者D·H·J·范卡斯特倫, R·L·圖賽恩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司