TW200932052A - Circuit arrangement and method of operating high pressure discharge lamp - Google Patents

Description

200932052 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發係關於一種電路裝置，其用針對高壓放電燈的 電路來操作高壓放電燈，該操作電路具有一用於接收 放電燈之導通/切斷信號的輸入端及至少一個用於供 作信號至高壓放電燈的輸出端。此外，本發明還涉及 以上述電路裝置來操作高壓放電燈的方法。 【先前技術】 〇 本發明特別是涉及高壓放電燈之再點燈的問題，例 這些高壓放電燈特別是用在背投影機和發射器中。這 壓放電燈在關閉之後又在成功地點燈之前需要一種冷 位。於是，這些高壓放電燈在關閉之後不能像一般電 之使用者所習慣的方式那樣快速地接通。因此，先前 中這些高壓放電燈在關閉之後在試圖重新點燈之前須 卻一段特定的時間。該冷卻相位所持續的時間通常介 Q 秒和3分鐘之間。特別是在背投影式電視機中此種長 點燈時間是不期望的。 由US 2002/0 1 3 5324 A1中已知一種以直流電流來操 放電燈的操作方法》此文件專門硏究以下的問題，即 放電燈關閉之後，在操作中蒸發的水銀凝結於該放電 二個電極中之一個電極上且因此使與另一個電極形成 的危險性增高。爲了解決此一問題，該文件建議：藉 率之消除來使放電燈冷卻，以確保水銀凝結在一個與 操作 高壓 應操 一種 如， 些高 卻相 視機 技術 被冷 於30 的再 作的 :在 燈之 短路 由功 該電 200932052 極上已凝結的點不同的點上。 其他的技術領域請參照 JP 2004-3 1 9 1 93 及 JP 2003-109845 ° 【發明內容】 因此，本發明的目的是進一步形成上述的電路裝置或上 述的方法，使重新點燈時間縮短。 藉由具有申請專利範圍第1項特徵的電路裝置及具有申 請專利範圍第14項之特徵的方法來達成上述目的。 本發明係根據以下的認知爲基準，即’當該燈在實際被 切斷以前轉換到待機模式，則可達成上述目的。在待機模 式中，以比正常操作時還小的功率來操作該放電燈’藉以 使該放電燈被持續地漸漸冷卻，有必要的話可有利地透過 風扇來進行冷卻。較佳爲在該待機模式結束時使該燈冷卻 至一種溫度，在在此溫度時在實際的切斷以後，可立即重 新進行點燈。在待機模式期間，能夠快速地在任何時間點 Q 使該燈啓動。因此，理想狀況下，不再會有該燈無法在操 作中立即被再次設定的時間點。 當然，在正常操作時以交流信號來操作的放電燈中’功 率不能任意地下降，特別是不能下降至會使該放電燈冷卻 至不能在切斷之後又可立刻點燈的功率。此種情況是不可 能的，此乃因在某一程度之功率門限値以下時燈的弧光將 熄滅。因此，本發明另外以下述的認知爲基準，即，在以 交流信號來操作一放電燈時，爲了防止燈弧光的熄滅，二 200932052 個電極的溫度應保持較一種熱發射溫度還高。本發明人已 知悉：當只有一電極在發射時，即，該交流-放電燈在一可 預設的功率臨界値下以一種準（quasi) -直流信號來操作 時，該高壓放電燈可在弧光未熄滅下操作至較低的功率。 本發明中準（quasi)-直流信號是指一種基本上是直流的信 號，特別是亦指一種純直流-信號。換言之，在一可預設的 功率臨界値下該燈可由各別的直流-源來供電以取代由交 流-源所供應的電力，該交流源用於正常操作中。然而，特 別有效且成本有利的是使用一種解法，其中正常操作所用 的交流-源可藉由適當的控制來驅動，以將準-直流信號由 交流源的輸出端提供至放電燈。此信號對該放電燈的作用 就像直流信號一樣。然而，針對由一種通常用來實現交流 源的部份電路來產生此信號而言允許某種程度的折中 (compromise)方式 ° 於此，上述操作用的電路（下稱操作電路）可包括一電橋 電路，其具有至少一第一和一第二電子式開關。此操作電 路另外包括一用於該至少一第一和第二電子式開關的控制 電路。此控制電路設計成用來控制該至少一第一和第二電 子式開關，使該電橋電路在輸出端上可提供至少該交流信 號。如上所述，該操作電路可包括直流電壓源，此操作電 路設計成在可預設的功率臨界値下可使輸出端與該直流電 壓源相耦合。然而，此控制電路亦可設計成用來控制該至 少一第一和第二電子式開關，使該電橋電路在輸出端上亦 200932052 可提供上述的準·直流信號。然後，可不需設置各別的直流 電壓源。 若使用全橋式電路作爲該電橋電路，此時該高壓放電燈 配置在電橋的分支中，則位於對角線上的開關將同時切 換。於是’全橋式電路由直流電壓源來供電，特別是由所 謂中間電路電壓來供電。直流電壓源藉由位於對角線上的 開關以交替的極性來同時切換而與高壓放電燈相耦接。整 流作用是由位於一條對角線中的開關的斷開和位於另一條 對角線中的開關的接通所構成。二個相鄰的開關是與直流 電壓源之負極相耦接’另二個開關是與正極相耦接。負極 通常是指電路配置的參考電位^因此，與負極相耦接的開 關大部份都可無問題地受到控制。與正極相耦接的開關稱 爲高電位開關且通常較不易控制。 該控制電路包括一種低側-驅動器，用於與負極相耦接的 開關；以及一高側-驅動器，用於與正極相耦接的開關，其 中該低側-驅動器和高側-驅動器分別具有一輸出端，以便 與各別的開關相耦接；一控制輸入端，用來與該控制裝置 相耦接；以及一供電端，用來與一連接一電源電壓的終端 相耦接，其中該高側·驅動器設有一電荷泵，特別是電容 器，其耦接於供電端以及第一和第二電子式開關之間的中 點之間。 此外，該電荷泵較佳是包括二極體，其耦接在電容器和 供電端之間，使電流不會由電容器流至該供電端。 200932052 在此種情況下，當該控制電路設計成使準-直 虛擬（pseudo)整流之實施來提供時特別有利，這 地依序進行的整流有關，其中第一整流的時間 第一整流或多或少受到抑制。例如，在一較佳的 一全橋式分支接通5微秒，另一分支則接通15 間的第一整流在燈電流中幾乎不能被辨認（即， 制）’此乃因電流會由於點燈電路之輸出電容値 不能快速地使其流動方向反向。即，直流-信 〇 燈。當然，此種短時間的整流足以使該充電泵 充電。在一較佳的實施例中，正常操作中一種 大約持續50微秒。實現準直流-信號時所需之 流和長時間的整流之間的比（ratio)較佳是在1 : 1 000之範圍中。 上述的整流現象在完全不同的情況下已描述 人於 2006年 12月 13日提出的專利申請 Q 2006/069665中，其已揭示的內容藉由參考而合 案的內容中。 上述控制電路較佳是設計成能以介於50赫和 的頻率（較佳是500赫）來進行該虛擬-整流。於 須確保該高壓放電燈之作爲陽極用的電極之足 應，使發射溫度不會被超越且燈弧光不會熄滅· 可使該燈冷卻，且可直接在該高壓放電燈關閉 壓放電燈又點亮。最後，藉由上述虛擬-整流之 流信號藉由 與二種快速 較短，使此 實施例中， 毫秒。短時 準（quasi)抑 和電感値而 號傳送至此 之電容器再 典型的整流 短時間的整 500 和 1 : 在本案申請 丨案 PCT/EP 倂於本申請 I 1仟赫之間 此，一方面 夠的能量供 另一方面， 之後使該高 頻率，則可 200932052 確保該電荷栗之電容器可足夠地再充電。 此外，該控制電路較佳是設計成在關閉時將最後的準直 流-操作期間的極性予以儲存，此時該控制電路另外設計成 在下一次關閉時使用另一極性於準直流-操作中。於是，可 確保該燈之各電極有均勻的負載。又，該控制電路較佳是 包括時間測量裝置，此時該控制電路另外設計成在經過一 可預設的時段之後對該高壓放電燈的操作進行調整，即， 將該高壓放電燈關閉，其中在該可預設的時段中該高壓放 Ο 電燈以可預設的準直流·信號的功率來操作。另一方式是， 亦可使用溫度測量裝置，其可決定該高壓放電燈是否已冷 卻至一可立即再點燈的溫度。藉由時間測量裝置及/或溫度 測量裝置’該高壓放電燈在較低的功率操作時的相位可最 小化，但仍然會消耗能量。 申請專利範圍各附屬項能衍生其他較佳的實施例。 根據本發明之電路裝置，能實現較佳實施例及其優點， 0 這在可應用的範圍內也同樣能套用於本發明之方法上。 以下’參照附加圖式來進一步詳細說明本發明之電路裝 置的實施例。 【實施方式】 第1圖係示意地表示本發明之電路裝置的架構。其具有 第1輸入端E1及第2輸入端E2，在兩者之間施加直流電 壓（較佳疋稱爲中間電路電壓（Intermediate circuit voltage))’其範圍是在3〇〇v及4〇ov之間。在兩個輸入端 -10-

❹ 200932052

El及E2之間連接DC-低電壓供應單元10，其於第1 端A1上供應5V的直流電壓至微控制器12,且於第2 端A2上供應1 5 V的直流電壓至高側驅動器1 4及低側 器1 6。該微控制器1 2直接控制該低側驅動器1 6，並 電位絕緣單元1 8而控制該高側驅動器1 4。 在DC -低電壓供應單元10之第2輸出端A2以及該 驅動器14之間親接著一個電荷栗（charge pump)，其具 極體D1及電容器Cl。該電容器被連接於交流電壓源 爲電橋電路20之電橋中點BM1。該電橋中點BM1之 會被施加於該高側驅動器1 4以作爲參考電位，同時該 驅動器1 6保持著與接地電位接通，此接地電位代表施 該輸入端E2上之電位。 該電橋電路具有四個電子式開關SI、S2、S3、S4, 在操作時，對角線上的開關S 1、S4以習知方式同時開 同時使另一對角線上的開關S2、S3閉路，然後再反遇 高壓放電燈 La是透過一個具有彼此連接之電感L1 及電容器C2的點火電路而連接於兩個電橋中點BM1、 之間。 該高側驅動器1 4用來控制開關S 1、S 3，同時該低 動器16用來控制開關S2、S4。 因此，該電橋中點BM1會在0V及UZw之間，根據 SI、S2的狀態來改變其電位。當該電橋中點BM1爲 電位，亦即開關S2閉路且開關S1爲開路時，就能使 輸出 輸出 驅動 透過 高側 有二 ，其 電位 低側 加於 其中 丨路， i來。 、L2 BM2 側驅 開關 接地 電容 -11 - 200932052 器Cl再次充電以對高側驅動器14供電。 爲了將DC信號提供至該放電燈La，可藉由兩個快速依 序進行的整流（所謂的虛擬整流（pseudo commutation)) 來替換以多次方式進行的兩個連續的整流。因此’燈La接 收了 DC信號，這是由於點火電路之輸出電容及電感而使 燈電流不能足夠快速地改變方向所造成。可以看得出來燈 電流振幅中只有一個短暫的凹口（notch)。 在未圖示的實施例中，在並非虛擬整流之狀況下，只要 1 # 供應於該燈的功率下降，使以AC信號來操作該燈就存在 著使該燈弧光熄滅的風險時，則是透過市電及整流器而將 直流信號供應至該燈La。 第2圖係示意地表示被供應至高壓放電燈La之功率P的 時序圖。在時間點t〇及I之間的是以1 00%的功率來對燈 進行正常操作。在時間點^時，操作者關閉安裝有高壓放 電燈La的投影機。透過第1圖中未圖示之介面來對該微控 J 制器1 2供給適當的信號，使本發明之電路裝置初始化，使 供給至該放電燈La之功率下降。在時間點tG及t2之間， 以AC信號來操作該高壓放電燈La。在時間點t2時，亦即 達到功率臨界値時，存在著燈弧光由於繼續以AC信號來 操作而熄滅的危險性，於是從AC操作切換至準DC操作。 因此，以所謂的虛擬整流來操作該高壓放電燈。此外，這 些供應至該燈之功率會繼續降低，直到所謂待機（Stand-By) 操作的時間點t3到達爲止，此時以大小爲500赫的頻率藉 -12- 200932052 由虛擬整流來操作該放電燈，以確保該高側驅動器1 4的 一般操作。在時間點t3及t4之間，則以標準（norm)功率的 大約20%來操作該燈。因此，該放電燈持續冷卻，在達到 1 藉由t i至t4期間的預定或量測燈溫度所判定之時間點t4 時該燈已到達一種在切斷動作以後可立即有效的再次點火 的溫度。另外，當量測溫度時，以該放電燈冷卻至一可預 定之溫度（例如3 5 0。C)或更低溫度的方式來決定該時間點 t4 ° % 因此’該高壓放電燈 La能在時間視窗ΔΊ^中，如操作者 所期望者，於任何時間立刻上升到1 00%。在時間點AT2， 該放電燈可被立即有效地被再次點火，若操作者期望如 此。然後，不會再有該放電燈無法被立即啓動的時間點。 第3圖係表示不進行虛擬整流的燈電流之時序圖。以數 字1至1 4來對整流動作編號。在整流開始以前該燈電流以 脈波的形式上升。這是用來降低閃爍狀況的措施，特別是 3 例如在文獻WO 9 5/3 5 64 5中所描述的閃爍及電弧損壞。這 些措施都和根據本發明上述態樣的虛擬整流之實施方式無 關。電流之矩形波形的頻率通常在200 Hz及5 kHz之間。 第4圖中可看出，非常短暫地透過該微控制器12來實施 了整流動作3、4及6、7。長的整流達到15ms，而短的整 流僅有5 。而後者很難在燈電流II中被辨識出，此乃因 點火電路之輸出電容及電感，使電流不能夠快地改變流動 方向。因此’ DC信號被供給至該放電燈。當然，爲了對電 -13- 200932052 荷泵之電容器進行重新充電，短的整流就已足夠。然而， 在較佳實施例中，正常操作中的典型整流會持續大約50μ8。 【圖式簡單說明】 • 第1圖係示意地表示本發明之電路裝置的架構。 第2圖係表示高壓放電燈之功率供應的時序圖。 第3圖係表示不具有虛擬整流（Pseudo-commutation)的 燈電流之時序圖。 第4圖係表示具有虛擬整流的燈電流之時序圖。 5 / 【主要元件符號說明】 10 DC :低電壓供應單元 12 微 控 制 器 ,y 14 高 側 驅 動 器 16 低 側 驅 動 器 18 電 位 絕 緣 單元 20 電 橋 電 路 A1 第 1 輸 出 端 A2 第 2 輸 出 端 BM1 ' BM2 電 橋 中 點 C1、 C2 電 容 D1 二 極 體 E1 第 1 輸 入 端 E2 第 2 輸 入 m L1、 L2 電 感 La 高 壓 放 電 燈 S1、 S2 > S3 ' S4 開 關 -14 -

Claims (1)

1. 200932052 十、申請專利範圍： 1.一種電路裝置，其用於以針對高壓放電燈的操作電路來 • 操作高壓放電燈（La)，該操作電路具有一個用於接收高 • 壓放電燈（La)之導通/切斷信號的輸入端及至少一個用 於供應一操作信號至高壓放電燈（La)的輸出端， 該電路裝置之特徵爲： 該操作電路係設計爲在其輸入端接收到切斷信號以 後，則降低該操作信號之在該至少一個輸出端上所供應 〇 的功率（p)，其中，該操作電路又進一步設計爲，超過一 可預定之功率臨界値時將該操作信號供應作爲AC信 號，當低於可預定’之功率臨界値時則供應作爲準D C信號 (Quasi-DC-Signal)。 2·如申請專利範圍第1項之電路裝置，其中，該操作電路 包括具有至少一第1電子開關（S1)及一第2電子開關（S2) 的電橋電路（2 0)，且該操作電路進一步包含用於該至少一 〇 第1電子開關（S1)及第2電子開關（S2)的控制電路（14, 16)，其中該控制電路（14，16)係設計爲對該至少一第1 電子開關（S1)及第2電子開關（S2)進行控制，使電橋電路 (20)在其輸出端上至少提供該AC信號。 3.如申請專利範圍第1項或第2項之電路裝置，其中，該 操作電路具有直流電壓源’其中該操作電路係設計成在 低於可預定之功率臨界値時，將該直流電壓源連接於該 輸出端。 -15- 200932052 4. 如申請專利範圍第2項之電路裝置，其中，該控制電路 (14，16)係進一步設計爲對該至少一第1電子開關（S1)及 第2電子開關（S 2)進行控制’使電橋電路（20)在其輸出端 • 亦提供準D C信號。 5. 如申請專利範圍第4項之電路裝置，其中，該控制電路 (14，16)係設計爲透過縮短整流的時間，亦即透過所謂的 虛擬整流（pseudo commutation)來提供準 DC 信號 (Quasi，DC-Signal)。 〇 6. 如上述申請專利範圍中任一項之電路裝置，其中，該控 制電路具有用於至少該第一電子開關（S1)及第二電子開 關’（S2)的低側驅動器（16)及高側驅動器（14)，且該低側驅 動器（16)及高側驅動器（14)各自包含：與各個電子開關 (SI; S2)連接的輸出端；各個操作輸入端，其與控制裝置 (12)連接；以及各個電源終端，其與連接電源供應的終端 相連接，其中將連接在電源終端以及第一電子開關（S1) 0 和第二電子開關（S2)間之中點（BM1)之間的該電容器（C1) 配屬於該高側驅動器（14)。 7. 如申請專利範圍第6項之電路裝置，其中，該控制電路 (14; 16)進一步具有連接在該電容器（C1)及供電終端之間 的二極體（D1)，使電流不會由該電容器（C1)流動至供電終 端。 8. 如申請專利範圍第6項或第7項之電路裝置，其中，該 控制電路（12)設計爲在切斷動作時在最後的準DC操作期 -16- 200932052 間儲存極性’且該控制電路（12)係進一步設計爲在針對該 準DC操作的下一個切斷動作時採用另一種極性。 9. 如申請專利範圍第5項至第8項中任一項之電路裝置， * 其中，該驅動電路（14，Μ)係設計爲以50Hz及ΙΚΗζ之 間的頻率來進行虛擬整流’較佳爲以500Hz來進行。 10. 如上述申請專利範圍中任一項之電路裝置，其中，該控 制電路（1 4，1 6 )進一步具有時間測量裝置，且該控制動電 路（14，16)另設計爲在可預定之時段結束後，對該高壓放 〇 電燈（La)的操作進行調整，該可預定的時段中以可預定之 功率的準DC信號來操作該高壓放電燈（La)。 11. 一種以電路裝置來操作高壓放電燈 （La)的方法，該電 路裝置具有針對高壓放電燈的操作電路，且該操作電路 具有一個用於接收高壓放電燈（La)之導通/切斷信號的輸 入端及至少一個用於供應操作信號至高壓放電燈（La)的 輸出端，該方法之特徵爲以下步驟： 〇 a) 接收來自該操作電路之輸入端的切斷信號；以及 b) 降低在該操作電路之該至少一個輸出端上所提供的 操作信號之功率，其中，在超過可預定之功率臨界値時 ’供應將該操作信號以作爲AC信號，當低於可預定之功 率臨界値時則供應作爲準DC信號（Quasi-DC-Signal)。 -17-