專利名稱：用于驅(qū)動(dòng)金屬鹵化物燈的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種用于驅(qū)動(dòng)氣體放電燈尤其是HID燈(更具體地說是金屬鹵化物燈)的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
氣體放電燈已經(jīng)為公眾所知曉。通常，它們包括依照氣密方式來密封放電室的透光管、電離填充物和在放電室中彼此相對的一對電極，每個(gè)電極被連接到相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電體，所述導(dǎo)電體通過燈管從放電室伸到外面。在工作期間，在所述電極上施加電壓，并且在所述電極之間發(fā)生氣體放電，這使燈電流在所述電極之間流動(dòng)。盡管可以在相對較寬的工作電流范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)單個(gè)燈，然而通常情況下所述燈被設(shè)計(jì)成在特定的燈電壓和燈電流下工作，從而消耗特定的額定電功率。在此額定電功率，所述燈將產(chǎn)生額定的光量。由于本領(lǐng)域技術(shù)人員通常已知HID燈，那么這里不必更詳細(xì)地討論它們的構(gòu)造和操作。
通常情況下高壓放電燈由用于提供換向DC電流的電子鎮(zhèn)流器驅(qū)動(dòng)。在示例性的實(shí)施方式中，這種燈的電子鎮(zhèn)流器或驅(qū)動(dòng)器通常包括用于接收AC市電電源的輸入端，用于把AC市電電源電壓整流為整流的DC電壓的整流器，用于把所整流的市電電源DC電壓變換為較高的DC電壓并且通常還用于執(zhí)行凈電流的功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)腄C/DC向上變換器，用于把所述較高的DC電壓變換為較低的DC電壓(燈電壓)和較高的DC電流(燈電流)的向下變換器，和用于有規(guī)律地改變此DC電流方向的換向器。向下變換器作為電流源工作。典型情況下，換向器以大約50-400Hz數(shù)量級的頻率工作。因此原則上，燈工作在恒定的電流幅度，燈電流依照對稱方式在非常短的時(shí)間(換向周期)內(nèi)有規(guī)律地改變其方向，即電極在每個(gè)電流周期的50％期間作為陰極工作，而在每個(gè)電流周期的另外50％期間作為陽極工作。此工作模式將被表示為方波電流工作。
盡管本發(fā)明的許多方面還適用于不同的燈類型，然而本發(fā)明特別涉及具有相對較大的長度直徑比的金屬鹵化物燈，即長度/直徑的比例大于3乃至大于4；通常典型情況下長度直徑比的數(shù)量級為2。
在金屬鹵化物燈中，可能出現(xiàn)偏析(segregation)，即粒子的空間分布取決于沿著燈軸的位置。此現(xiàn)象當(dāng)燈處于垂直方向時(shí)自然出現(xiàn)(由重力導(dǎo)致)，并且由像對流和擴(kuò)散之類的物理效應(yīng)引起，所述對流和擴(kuò)散都由所述燈內(nèi)的氣體情況決定。偏析量取決于像壓強(qiáng)和電離填充物的材料類型之類的情況。偏析效應(yīng)隨電極間距的增加即隨長度直徑比的增加而增加。
還可以通過在燈工作期間控制電參數(shù)來實(shí)現(xiàn)偏析。在更早的專利申請PCT/IB03/01547中，本申請人描述了可以通過用換向的DC電流來驅(qū)動(dòng)燈從而使粒子分布偏移，所述換向的DC電流具有不等于零的平均DC電平，優(yōu)選地是，這通過控制該電流的占空度來實(shí)現(xiàn)。結(jié)果，可以在近似2500K至近似4200K之間的大范圍內(nèi)改變燈的色溫。
此較早的專利申請描述了標(biāo)準(zhǔn)電子驅(qū)動(dòng)器具有控制輸入端，用于設(shè)定DC電流電平，優(yōu)選地是，分別用于設(shè)定DC電流電平以及用于設(shè)定占空度。如果占空度保持在50％，那么通過使正電流幅度和負(fù)電流幅度彼此不同來設(shè)定DC電流電平。然而優(yōu)選地是，使電流幅度保持不變，即正電流幅度等于負(fù)電流幅度，并且控制占空度(原則上在0％和100％之間)以便獲得所要求的DC電流電平。
除所述用于設(shè)定DC電流電平的控制輸入端之外，標(biāo)準(zhǔn)電子驅(qū)動(dòng)器被設(shè)計(jì)成保持平均輸出功率，即提供給燈的電功率基本上恒定。顯然當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)電子驅(qū)動(dòng)器來改變電流的占空度以便遍歷從低溫到高溫的色溫范圍時(shí)，彩色再現(xiàn)指數(shù)(color rendering index CRI)和效能(流明/瓦)降低，其中所述標(biāo)準(zhǔn)電子驅(qū)動(dòng)器即是保持平均電輸出功率恒定的驅(qū)動(dòng)器。
可以通過增加鹽溫度來改進(jìn)彩色再現(xiàn)指數(shù)和效能，可以通過增加驅(qū)動(dòng)器的電功率設(shè)定來實(shí)現(xiàn)所述鹽溫度增加。然而在該情況下，在較高的輸出功率設(shè)定下改變了占空度，這樣在低色溫以及在高色溫下增加了彩色再現(xiàn)指數(shù)和效能。據(jù)此，即使對于較高的輸出功率設(shè)定，問題依然是較高色溫的彩色再現(xiàn)指數(shù)和效能比較低色溫的彩色再現(xiàn)指數(shù)和效能要低。此外，發(fā)現(xiàn)色溫范圍本身取決于電功率如果增加電功率，那么色溫范圍移動(dòng)到較高溫度，從而不可以再獲得所要求的低色溫。
本發(fā)明的總體目標(biāo)是克服或至少減弱上述問題。
更具體地，本發(fā)明意在提供一種用于驅(qū)動(dòng)氣體放電燈的方法和設(shè)備，使得可以在較大的色溫范圍內(nèi)改變色溫，同時(shí)保持足夠高的彩色再現(xiàn)指數(shù)和效能，優(yōu)選地是，使彩色再現(xiàn)指數(shù)和/或光輸出基本上保持恒定。

發(fā)明內(nèi)容
依照本發(fā)明一個(gè)重要方面，利用可變電功率來驅(qū)動(dòng)燈，使得在低色溫的設(shè)定下使用相對較低的電功率，而在高色溫的設(shè)定下使用相對較高的電功率。從而，組合了寬色溫范圍和高彩色再現(xiàn)指數(shù)和效能的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際上，對于相同的占空度范圍，色溫范圍得到相當(dāng)有效地增加，原因在于高溫限值移動(dòng)到了較高值。
電功率的變化可以是不連續(xù)的。例如，原則上并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以當(dāng)使用第一相對較低電功率時(shí)在色溫范圍的低溫部分內(nèi)設(shè)定色溫，并且當(dāng)使用第二相對較高的電功率時(shí)在所述色溫范圍的高溫部分內(nèi)設(shè)定色溫。然而，當(dāng)遍歷色溫范圍時(shí)最好依照連續(xù)方式來改變電功率。
在具體實(shí)施例中，燈驅(qū)動(dòng)器具有存儲(chǔ)器，包括諸如與占空度設(shè)定和功率設(shè)定之間關(guān)系有關(guān)的表之類的信息。操作中，燈驅(qū)動(dòng)器根據(jù)在其占空度命令輸入端所接收的命令信號來設(shè)定占空度，并且結(jié)合所設(shè)定的占空度根據(jù)所述表中的信息來設(shè)定輸出功率。
這種存儲(chǔ)器使制造商能夠?qū)崿F(xiàn)為制造商所優(yōu)選的確定的功率特性，例如由于所述功率特性被認(rèn)為是最佳的特性。然而，非最佳的特性也可以足以令人滿意或可以接受。在這種情況下，依照本發(fā)明燈驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)選且簡單的實(shí)施例利用實(shí)驗(yàn)上所發(fā)現(xiàn)的結(jié)果由于DC電流電平導(dǎo)致的偏移的粒子分布，當(dāng)從低溫到高溫遍歷色溫范圍時(shí)，燈電壓增加。根據(jù)此現(xiàn)象，當(dāng)改變占空度以便遍歷色溫范圍時(shí)，燈驅(qū)動(dòng)器的這個(gè)簡單的實(shí)施例使電流幅度保持恒定。


參考附圖通過以下描繪將要進(jìn)一步解釋本發(fā)明的這些及其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中相同的附圖標(biāo)記表明相同的或相似的部分，并且其中圖1示意地圖示了金屬鹵化物燈；圖2是示意地圖示電子鎮(zhèn)流器的框圖；
圖3A是用于圖示方波電流操作下，燈電流與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系的圖；圖3B是圖示使用電流幅度控制以便獲得平均DC電流的操作下，燈電流與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系的圖；圖3C是圖示使用占空度控制以便獲得平均DC電流的操作下，燈電流與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系的圖；圖4A-B是示出使用現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)器來遍歷色線(color line)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的色度圖；圖4C是示出使用依照本發(fā)明驅(qū)動(dòng)器來遍歷色線的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的色度圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示意地示出了金屬鹵化物燈的可能的實(shí)施例，用附圖標(biāo)記1表明。燈1包括透光管2，在所圖示的實(shí)施例中具有環(huán)形圓柱形狀并且具有內(nèi)徑Di；然而其它形狀也是可以的。盡管在本發(fā)明的范圍內(nèi)并非是必要的，然而優(yōu)選地是，管2由陶瓷材料制成；作為候選，管2可以由石英制成。在其縱向末端，由相容材料的栓或端蓋3、4依照氣密方式來封閉管2。管2和栓和/或端蓋3、4密封放電室5，所述放電室5具有等于管2內(nèi)徑Di的直徑，并且具有由在端蓋3和4之間的距離所確定的軸長Li。長度直徑比AR被定義為比值Li/Di。
在放電室5內(nèi)，兩個(gè)電極6、7依照相互距離為EA來布置，基本上對準(zhǔn)管2的中心軸。依照氣密方式，電極導(dǎo)線8、9分別穿過端蓋3、4從電極6、7伸出。如果端蓋3、4由石英制成，那么導(dǎo)線8、9可以被溶入石英。通常，電極6、7將用不同于電極導(dǎo)線8、9材料的材料制成；舉例來說，電極6、7可以由鎢制成。
在放電管2內(nèi)，即在放電室5中，布置可電離的填充物。典型情況下填充物包括含有大量汞(Hg)的空氣。典型情況下，所述氣體還包括像氙(Xe)和/或氬(Ar)之類的元素。在實(shí)際的例子中，在放電管2內(nèi)的總壓強(qiáng)的數(shù)量級為1-2atm的情況下，氬和氙可以按1∶1的比例存在。在另一實(shí)際的例子中，在總壓強(qiáng)的數(shù)量級為10-20atm的情況下，放電室可以包含汞和相對少量的氬。在下面，那些可買到的燈的例子將被分別表示為相對低壓的燈和相對高壓的燈。
放電管2還包含一種或多種金屬鹵化物物質(zhì)。盡管其可以包括溴化物或其它鹵化物，然而通常這些物質(zhì)包括碘化物。這些可能物質(zhì)的典型例子是碘化鋰、碘化鈰、碘化鈉。其它物質(zhì)也是可以的。
金屬鹵化物作為包括過量鹽的飽和系統(tǒng)提供，以致在燈操作期間，在放電室5內(nèi)將存在溶鹽的鹽池。在下面，假定鹽池位于放電室5內(nèi)的最低位置。
操作中，放電將在電極6、7之間延伸。由于放電所產(chǎn)生的高溫，所述物質(zhì)將被電離并且產(chǎn)生光。對于不同的物質(zhì)，所產(chǎn)生光的顏色是不同的；例如由碘化鈉所產(chǎn)生的光是紅色的，而由碘化鈰所產(chǎn)生的光是綠色的。典型情況下，燈將包含適當(dāng)物質(zhì)的混合物，選擇此混合物的成分，即所述物質(zhì)的特性及它們相互之間的比例，以便獲得所具體要求的總體顏色。
如在PCT/IB03/01547中所已經(jīng)解釋，通過利用平均DC電流分量不等于零的燈電流來操作燈，優(yōu)選通過控制占空度，可以操縱放電管2中的粒子分布，從而操縱由金屬鹵化物燈所產(chǎn)生的光的色溫，如下面將更詳細(xì)地解釋。這在電極6、7之間產(chǎn)生平均電場，所述電場引起粒子分布偏移，使得增加了接近于負(fù)電極的正粒子的濃度。結(jié)果，將建立粒子的軸梯度。此現(xiàn)象還將被稱為“電流引起的分布偏移”。
如果燈只包含一種光產(chǎn)生物質(zhì)，那么上述說明就足夠了。在物質(zhì)的混合物的情況下，上述說明也是適用的，但是對混合物中各種成分的應(yīng)用程度不同。由于由燈所產(chǎn)生光的總體顏色效果取決于混合物中各個(gè)成分對光的貢獻(xiàn)，所以偏析導(dǎo)致由所述燈所產(chǎn)生光的顏色總體上發(fā)生變化。例如，在燈以預(yù)定比例包含碘化鈉和碘化鈰的混合物的情況下，在垂直方向上，上電極6周圍的偏析降低了由碘化鈉所產(chǎn)生的淺紅色光的量，并且降低了由碘化鈰所產(chǎn)生的綠色光的量，其中綠色光的減少量大于紅色光的減少量，以致在上電極6周圍所產(chǎn)生光顏色的整體效果將向紅色偏移。
圖2是示意地圖示了依照本發(fā)明驅(qū)動(dòng)設(shè)備或電子鎮(zhèn)流器60優(yōu)選實(shí)施例的框圖，所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備或電子鎮(zhèn)流器60用于驅(qū)動(dòng)具有可變顏色屬性的燈系統(tǒng)90中的燈1。通常鎮(zhèn)流器60包括輸入端61，用于接收AC市電電源；整流器62，用于把AC市電電源電壓整流為整流后的DC電壓；DC/DC向上變換器63，用于把整流后的市電電源DC電壓變換為較高的DC電壓并且用于執(zhí)行功率因數(shù)補(bǔ)償；向下變換器64，用于把所述較高的DC電壓變換為較低的DC電壓(燈電壓)和相應(yīng)的DC電流(燈電流)；和換向器65，用于在非常短的時(shí)間(換向周期)內(nèi)有規(guī)律地改變此DC電流的方向。
驅(qū)動(dòng)器60還包括控制電路92，所述控制電路92具有與向下變換器64耦合的第一控制輸出端94和與換向器65耦合的第二控制輸出端95?？刂齐娐?2適于控制向下變換器64的操作，特別是控制其輸出電流的幅度，此外所述控制電路92還適于控制換向器65的操作，特別是控制其占空度。
驅(qū)動(dòng)器60還包括控制設(shè)定裝置91，例如電位計(jì)，用于產(chǎn)生可以在預(yù)定范圍內(nèi)連續(xù)變化的控制信號S?？刂圃O(shè)定裝置91可以是可由用戶控制的，但是其還可以是適當(dāng)編程的控制器?？刂齐娐?2具有用于接收所述控制信號S的控制輸入端93。
通常，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)器使其輸出可以被認(rèn)為構(gòu)成具有交變電流方向但是恒定電流幅度的電流源，其占空度為50％，即一個(gè)電流方向的時(shí)間間隔具有與相反電流方向的時(shí)間間隔同樣的持續(xù)時(shí)間，從而每個(gè)電極在每個(gè)電流周期的50％期間作為陰極工作，并且在每個(gè)電流周期的另一50％期間作為陽極工作。圖3A是示出燈電流與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系的圖，說明了該方波電流操作。清楚地示出了燈電流的幅度基本上保持恒定(INOM)，但是電流的方向定期變化，表示為電流符號從正到負(fù)的變化，反之亦然。在完整的電流周期中，電流在50％的時(shí)間(正電流時(shí)間間隔)期間從第一電極6流到第二電極7，并且在其余50％的時(shí)間(負(fù)電流時(shí)間間隔)期間以相反方向流動(dòng)。從而，平均電流IAV是零。
如所提及，為了引起粒子分布的偏移，使燈電流具有不等于零的平均電流IAV。具體的是，控制電路92響應(yīng)于在其控制輸入端93所接收的控制信號S來將平均DC電流IAV設(shè)定為確定的值。
圖3B圖示了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一種可能性。在這種情況下，因?yàn)檎娏髦芷谄陂g的電流強(qiáng)度不同于負(fù)電流周期期間的電流強(qiáng)度，所以平均電流IAV不等于零。該電流同樣可以具有50％的占空度，即在50％的時(shí)間(t1)期間電流沿一個(gè)方向流動(dòng)，而在其余50％的時(shí)間(t2)期間沿相反的方向流動(dòng)，但是正周期t1期間的電流幅度I1大于負(fù)周期t2期間的電流幅度I2。從而平均起來，平均DC電流IAV從第一電極6流動(dòng)到第二電極7，由虛線IAV表示。
然而，這種類型的實(shí)施方式并不是優(yōu)選的，一個(gè)原因在于“正”半電流周期(t1)期間的燈電流幅度I1不同于“負(fù)”半電流周期(t2)期間的電流幅度I2，即電流強(qiáng)度在時(shí)間上并不是恒定的。由于光強(qiáng)與電流強(qiáng)度成比例，所以上述情況會(huì)導(dǎo)致所不希望的燈閃爍。另一原因在于在現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中相對難于實(shí)現(xiàn)此方法。
在下面，針對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式(如圖3C中所圖示)的情況將更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，其中可以避免此缺點(diǎn)，此外，通過對現(xiàn)有燈驅(qū)動(dòng)器中軟件或硬件進(jìn)行適當(dāng)修改更容易實(shí)現(xiàn)。然而應(yīng)當(dāng)注意，通過使正電流幅度和負(fù)電流幅度彼此不同可以獲得相同或相似的結(jié)果。
在此優(yōu)選的實(shí)施方式中，占空度不等于50％，并且電流強(qiáng)度始終保持恒定，即“正”半電流周期(t1)期間的燈電流幅度I1等于“負(fù)”半電流周期(t2)期間的電流幅度I2。在圖3C的例子中，“正”電流幅度I1等于“負(fù)”電流幅度I2，但是“正”電流時(shí)間間隔t1比“負(fù)”電流時(shí)間間隔t2持續(xù)更長時(shí)間，從而平均起來，平均電流IAV從第一電極6流動(dòng)到第二電極7，由虛線IAV所表示。
在所提及的兩種情況中，即電流幅度控制以及占空度控制中，如上所述，平均電流IAV將引起正離子的分布向上電極6偏移。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)與通過電流幅度控制獲得確定的平均電流IAV的情況相比，在通過占空度控制獲得相同平均電流IAV的情況下，這種分布偏移更強(qiáng)，這也是為什么與電流幅度控制方法相比更優(yōu)選占空度控制方法的另一原因。
從而，依照本發(fā)明的此優(yōu)選方面，驅(qū)動(dòng)器60被設(shè)計(jì)成具有可調(diào)整的占空度。具體地，驅(qū)動(dòng)器60響應(yīng)于在控制器92的控制輸入端93所接收的占空度控制信號S來設(shè)定確定的占空度。
利用這種系統(tǒng)，顯然可以對燈進(jìn)行控制使得沿標(biāo)準(zhǔn)XY顏色或色度圖中清晰的線行進(jìn)。利用鹽混合物的成分，可以選擇此圖中確定的零顏色點(diǎn)。通過改變換向電流的占空度，燈的顏色點(diǎn)沿著與所述零顏色點(diǎn)相交的線移動(dòng)。特別在高壓燈的情況下(即整體燈壓高于大約10atm)，所述線可能會(huì)基本上垂直于顏色等溫線，這涉及色溫大的變化。當(dāng)使用此系統(tǒng)時(shí)用戶一般會(huì)改變所述控制信號S，同時(shí)觀察燈的色溫，使控制設(shè)定裝置91處于對應(yīng)于所要求色溫的條件。
所述燈可以處于垂直方向以及水平方向。如上所述，如果垂直安裝金屬鹵化物燈那么將出現(xiàn)偏析，并且可以通過施加DC電流分量來降低或增加此偏析。這方面的重要特征在于可以通過施加DC電流分量來瞬間改變粒子分布。此特征并不限于垂直于燈方向。
在燈具有垂直方向的情況下，原則上可以從0到100％改變占空度D。這里，可以使上電極6相對于下電極7為負(fù)值，以便把偏析降低到所要求的程度，如上所述，但是也可以使上電極6相對于下電極7為正值，以便增加偏析并且增強(qiáng)色分離效應(yīng)和變色效應(yīng)。
在水平燈方向上，鹽池可能已經(jīng)在確定的位置上形成，在對稱的、長且薄的燈的情況下，該位置一般在燈的一端或兩端。對應(yīng)于燈內(nèi)確定的粒子分布，粒子流入和流出鹽池之間存在平衡。依照本發(fā)明，可以通過施加DC電流分量來偏移此粒子分布。此現(xiàn)象還將被稱為“電流引起的分布偏移”。
為了在對稱燈的情況下獲得所定義的初始狀況，所述燈可以在DC電流下工作(例如占空度0％)。然后一段時(shí)間之后，鹽池將位于燈的兩端之一；現(xiàn)在偏析處于最大值。
根據(jù)此初始狀況，可以通過從0％提高占空度來降低偏析。隨著占空度增加，在流入和流出之間將建立新的平衡，鹽池最初基本上停留在原來位置?？梢酝ㄟ^進(jìn)一步提高占空度來消除偏析。數(shù)量級為50％及更高的占空度導(dǎo)致所不想要的鹽轉(zhuǎn)移，即在相反方向上的偏析。
從而，在水平燈方向的情況下，在0％和50％之間的占空度范圍確定了燈的顏色范圍。當(dāng)占空度是0％時(shí)，可以由色度圖中確定的顏色點(diǎn)來表示由燈所產(chǎn)生的光。此顏色點(diǎn)(也稱為“水平零”顏色點(diǎn))的確切位置，取決于在所述燈內(nèi)元素混合物的成分，并且可以通過適當(dāng)選擇此成分來選擇該點(diǎn)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。如果增加占空度，那么顏色點(diǎn)將從水平零顏色點(diǎn)移走。當(dāng)占空度到達(dá)50％時(shí)到達(dá)端點(diǎn)。從而，顏色點(diǎn)將沿色度圖中的線行進(jìn)，以下將該線稱為“顏色線”，其具有由水平零顏色點(diǎn)所定義的一個(gè)端點(diǎn)和由50％占空度所定義的相對端點(diǎn)。
如果顛倒初始狀況，即通過最初把占空度設(shè)定為100％，從100％到50％改變所述占空度將會(huì)產(chǎn)生基本上相同的結(jié)果。
應(yīng)當(dāng)注意在實(shí)踐中，燈可以是不對稱的，例如通過外殼或電樞的設(shè)計(jì)或布置，使得燈在一端具有預(yù)定的冷點(diǎn)。如上所述相同的原理是適用的，但是可以在不同的占空度值下到達(dá)上述“端點(diǎn)”。
圖4A和4B是色度圖，包括黑體線BBL和幾個(gè)等溫線，并且示出了利用由現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)器所驅(qū)動(dòng)的HID-CCC0243類型的垂直取向燈所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所述驅(qū)動(dòng)器即被設(shè)計(jì)成使平均輸出功率保持恒定并且還適于具有可變占空度的驅(qū)動(dòng)器。此HID-CCC0243類型的燈具有下列參數(shù)軸長Li16mm內(nèi)徑Di4.5mm。
壁厚0.8mm鹽填充物的成分摩爾比為7∶1的NaI和CeI3；其余的總壓強(qiáng)25bar。
此燈在不同的占空度設(shè)定下工作，同時(shí)平均電功率在預(yù)定值上保持恒定。選擇的占空度的設(shè)定以便獲得平均DC電流的預(yù)定值。在平均DC電流(DC)的每個(gè)設(shè)定下，測量效能(LPW，流明/瓦)、彩色再現(xiàn)指數(shù)(CRI)以及色度座標(biāo)X和Y。所測得的色度座標(biāo)X和Y確定測量點(diǎn)在色度圖中的位置，如黑色方塊所示。挨著每個(gè)測量點(diǎn)，示出了DC、LPW和CRI的對應(yīng)值。
在圖4A的情況下，在占空度為50％時(shí)，電流幅度近似為500mA。改變占空度，并且控制驅(qū)動(dòng)器以便使電燈功率保持在80W。
在圖4A中可以看出當(dāng)平均DC電流DC＝-250mA時(shí)(對應(yīng)于占空度近似為25％，上電極平均為負(fù))，獲得2800K的色溫，如果把DC值增加到+100mA(對應(yīng)于上電極平均為正)，那么所述色溫增加到4100K。還可以看出當(dāng)DC值從-250mA變化到+100mA時(shí)，CRI值從77降低到68。還可以看出當(dāng)DC值從-250mA變化到+100mA時(shí)，LPW值從127降低到100。
在圖4B的情況下，執(zhí)行相同的測量，但是現(xiàn)在將驅(qū)動(dòng)器控制成使電燈功率恒定保持在90W。在占空度為50％時(shí)，電流幅度近似為560mA。在圖4B中可以看出當(dāng)平均DC電流DC＝-250mA時(shí)獲得大約2950K的色溫，如果DC值增加到零，那么所述色溫增加到大約4000K(通過進(jìn)一步增加DC值可以容易地獲得更高的色溫值，但是當(dāng)?shù)竭_(dá)4000K的溫度時(shí)停止了此實(shí)驗(yàn))。還可以看出當(dāng)DC值從-250mA變化到0mA時(shí)，CRI值從81降低到73。還可以看出當(dāng)DC值從-250mA變化到0mA時(shí)，LPW值從126降低到110。
從而，當(dāng)把圖4B的測量結(jié)果與圖4A的測量結(jié)果相比較時(shí)，可以清楚地看出把燈功率從80W增加到90W導(dǎo)致對于所有DC值的設(shè)定，CRI值都提高。然而，把燈功率從80W增加到90W的缺點(diǎn)在于如果DC值的下限為-250mA，則色溫范圍的下限增加到2950K不能得到更低的下限值，而以80W驅(qū)動(dòng)燈能夠到達(dá)近似2800K。在這方面應(yīng)當(dāng)注意在這些條件下DC值的下限-250mA由以下發(fā)現(xiàn)所引起，即如果進(jìn)一步增加DC值的絕對值，那么將出現(xiàn)所不希望的鹽轉(zhuǎn)移。
實(shí)際上，把燈功率從80W增加到90W導(dǎo)致所有測量點(diǎn)都向更高溫值偏移(向圖中的左側(cè))。這在下表中可以看出，所述表包含了圖4A的結(jié)果以及圖4B的結(jié)果。

此結(jié)果可以概括成如下在占空度或DC值的每個(gè)設(shè)定中，如果增加平均電功率，那么色溫增加并且彩色再現(xiàn)指數(shù)增加。
上述結(jié)果也可以概括成如下。如果色溫保持恒定，那么增加平均電功率將導(dǎo)致彩色再現(xiàn)指數(shù)增加。例如，在80W時(shí)在CRI＝73獲得3300K的色溫，而在90W時(shí)，CRI＝77才能獲得相同的色溫。
本發(fā)明提出一種燈驅(qū)動(dòng)方法，用于改變由燈產(chǎn)生的光的色溫，使得色溫范圍相對較大同時(shí)彩色再現(xiàn)指數(shù)相對較高。
更具體的是，本發(fā)明的燈驅(qū)動(dòng)方法提供了如下優(yōu)點(diǎn)色溫范圍的下限具有相對較低的值，而色溫范圍上限具有相對較高的值，并且彩色再現(xiàn)指數(shù)基本上恒定(至少在恒定功率情況下，CRI值變化很小)。
依照由本發(fā)明所提出的方法，電功率的設(shè)定取決于占空度。對于低占空度值，即對應(yīng)于低色溫，電功率相對較低。對于較高的占空度值，相應(yīng)地增加電功率。
圖4C是與圖4A和4B相對比的圖，其示出了現(xiàn)在利用由依照本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器60來驅(qū)動(dòng)的相同燈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。通過從25％到50％改變占空度(即從-250mA到0mA改變DC值)，同時(shí)改變平均電功率，色溫在從2800K到4000K的范圍變化。當(dāng)占空度被設(shè)定為25％時(shí)，電功率被設(shè)定為相對較低的值80W。當(dāng)增加占空度時(shí)，電功率也慢慢增加，電功率的增加與DC值的增加成比例，直到當(dāng)DC值到達(dá)零時(shí)電功率被設(shè)定為較高的值90W。在下表中也示出了該結(jié)果。

可以清楚地看出在整個(gè)色溫范圍內(nèi)CRI值基本上保持恒定。
與圖4A和4B相比，圖4C示出了每個(gè)測量點(diǎn)的光輸出(流明)?？梢郧宄乜闯龉廨敵龌旧媳３趾愣?，至少比圖4A和4B的情況能更好地保持恒定。
應(yīng)當(dāng)注意在此實(shí)驗(yàn)中，色線在CT＝2800K和CT＝4000K之間移動(dòng)，并且只在此色線軌跡的端點(diǎn)設(shè)定電功率的最高值。然而，如在圖4A的情況中那樣，可以通過把DC值增加到零以上來在4000K之外進(jìn)一步移動(dòng)色線。在該情況下，可以改變占空度和功率設(shè)定之間的關(guān)系，使得在色線軌跡的新端點(diǎn)達(dá)到電功率的最高值。然而對于4000K以上的色溫，也可以使電功率保持在其最高值。
應(yīng)當(dāng)注意也可以找到占空度和功率設(shè)定之間的另一適當(dāng)關(guān)系。
在特定的實(shí)施例中，依照本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器具有存儲(chǔ)器96，包含占空度和功率設(shè)定之間的預(yù)定關(guān)系，例如以公式或表的形式。驅(qū)動(dòng)器的控制電路92被設(shè)計(jì)成接收輸入信號S，以便根據(jù)此輸入信號S來選擇占空度D，并且根據(jù)在所述存儲(chǔ)器96中所存儲(chǔ)的關(guān)系來選擇相應(yīng)的功率設(shè)定?？刂齐娐?2還被設(shè)計(jì)成用于控制向下變換器64和換向器65，使得燈可以工作于根據(jù)所述輸入信號由所述關(guān)系確定的占空度和功率設(shè)定下。為此，控制電路92具有輸出電壓傳感器97。
操作中，當(dāng)用戶改變所述輸入信號時(shí)，燈的色溫相應(yīng)變化，基本上沒有任何延遲。從而用戶可以選擇所想要的色溫，并且使輸入信號保持恒定以便保持此所想要的色溫。輸入信號也可以是連續(xù)變化的信號，例如由信號產(chǎn)生單元(在附圖中未示出)所產(chǎn)生，以便獲得色溫連續(xù)變化(可能重復(fù)地變化)的光源。
在簡單的實(shí)施例中，當(dāng)改變占空度時(shí)，依照本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器適于使電流強(qiáng)度保持在固定值。驅(qū)動(dòng)器的控制單元92設(shè)計(jì)成接收輸入信號S，以便根據(jù)此輸入信號S來選擇占空度D，而把電流強(qiáng)度設(shè)定為并不取決于占空度的固定值。控制單元92還被設(shè)計(jì)成控制換向器65，使得燈可以在根據(jù)所述輸入信號所選擇的占空度和對應(yīng)于所述固定值的恒定電流強(qiáng)度下工作。
在此簡單實(shí)施例的進(jìn)一步細(xì)節(jié)中，控制電路92具有第二控制輸入端98，用于改變電流強(qiáng)度的所述固定值。這使用戶能夠(如果要求的話)改變固定電流強(qiáng)度值的設(shè)定。在此簡單實(shí)施例的另一細(xì)節(jié)中，向下變換器64不能由控制電路92控制。實(shí)際上，這意味著向下變換器64具有固定的設(shè)定。
在此簡單的實(shí)施例中，當(dāng)增加占空度以致色線從低溫到高溫移動(dòng)時(shí)，偏移的粒子分布導(dǎo)致燈電壓增加。在固定的電流幅度，這對應(yīng)于電燈功率的增加。應(yīng)當(dāng)注意燈功率的增加速率取決于固定的電流幅度值。
對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說清楚的是，本發(fā)明不局限于上述示例性實(shí)施例，在所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變化和修改。
例如，盡管已經(jīng)針對占空度控制描述了本發(fā)明，然而控制電路92還可以被設(shè)計(jì)成響應(yīng)于在其控制輸入端93所接收的控制信號S來設(shè)定確定的平均DC值。
在上述中，已經(jīng)參考框圖解釋了本發(fā)明，所述框圖舉例說明了依照本發(fā)明設(shè)備的功能塊。應(yīng)當(dāng)理解，這些功能塊的一個(gè)或多個(gè)可以用硬件來實(shí)現(xiàn)，其中這種功能塊的功能由單個(gè)硬件組件來執(zhí)行，但是這些功能塊的一個(gè)或多個(gè)也可以用軟件來實(shí)現(xiàn)，以便這種功能塊的功能由計(jì)算機(jī)程序的一個(gè)或多個(gè)程序行或可編程裝置來執(zhí)行，所述可編程裝置有諸如微處理器、微控制器等。
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動(dòng)氣體放電燈(1)的方法，特別地是，所述氣體放電燈(1)為HID燈，更具體地說是金屬鹵化物燈，最具體地說是長度直徑比大于3乃至大于4的金屬鹵化物燈，其中在確定的電輸出功率下，向所述燈提供具有占空度(D)和平均電流強(qiáng)度(IAV)的換向的DC電流；所述方法包括步驟改變該平均電流強(qiáng)度(IAV)和該電輸出功率以便改變所述燈的色溫。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)改變平均電流強(qiáng)度(IAV)以便有效地導(dǎo)致燈的色溫增加時(shí)，增加所述電輸出功率。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中分別在電流范圍和功率范圍內(nèi)改變該平均電流強(qiáng)度(IAV)和該電輸出功率，所述電流范圍和功率范圍分別具有電流上限及下限和功率上限及下限，以致在具有溫度上限和溫度下限的溫度范圍內(nèi)改變所述燈的色溫；其中當(dāng)燈的色溫處于溫度上限時(shí)，把電輸出功率設(shè)定在功率上限，并且其中當(dāng)所述燈的色溫處于溫度下限時(shí)，把電輸出功率設(shè)定在功率下限。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中至少在所述溫度范圍的部分內(nèi)，電輸出功率與平均電流強(qiáng)度(IAV)的變化成比例地變化。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中改變平均電流強(qiáng)度(IAV)和電輸出功率以便使彩色再現(xiàn)指數(shù)(CRI)保持在基本上恒定的值。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中改變平均電流強(qiáng)度(IAV)和電輸出功率以便使光輸出(流明)保持在基本上恒定的值。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過改變占空度(D)來改變平均電流強(qiáng)度(IAV)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中在占空度(D)的每個(gè)設(shè)定中，正電流幅度(I1)等于負(fù)電流幅度(I2)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中當(dāng)改變平均電流強(qiáng)度(IAV)時(shí)，電流幅度的絕對值保持在固定值，而不管平均電流強(qiáng)度(IAV)的實(shí)際值是多少。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，在沿垂直方向布置的高壓燈(在10atm以上)上實(shí)現(xiàn)，其中在溫度下限為2800K或更低數(shù)量級并且溫度上限為4000K或更高數(shù)量級的溫度范圍內(nèi)改變所述色溫。
11.一種用于驅(qū)動(dòng)氣體放電燈(1)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備(60)，所述氣體放電燈(1)特別地是HID燈，更具體地說是金屬鹵化物燈，最具體地說是長度直徑比大于3乃至大于4的金屬鹵化物燈，所述設(shè)備包括電流產(chǎn)生裝置(61，62，63，64)，用于產(chǎn)生具有基本上恒定電流強(qiáng)度的電流；換向裝置(65)，用于接收所述電流，并且具有用于連接到燈(1)的輸出端，所述換向裝置(65)被配置成改變所述電流的方向；所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備被設(shè)計(jì)成執(zhí)行如先前權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的方法。
12.如權(quán)利要求11所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中所述驅(qū)動(dòng)器(60)設(shè)有控制電路(92)，所述控制電路(92)具有用于接收控制信號(S)的控制輸入端(93)并且具有用于控制所述驅(qū)動(dòng)器(60)的控制輸出端(94；95)，并且其中所述控制電路(92)響應(yīng)于在其控制輸入端(93)所接收的控制信號(S)來控制驅(qū)動(dòng)器(60)以便根據(jù)所述控制信號(S)來設(shè)定平均電流強(qiáng)度(IAV)。
13.如權(quán)利要求12所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，還包括存儲(chǔ)器(96)，所述存儲(chǔ)器(96)包含平均電流強(qiáng)度(IAV)和電輸出功率之間的關(guān)系；其中所述控制電路(92)被設(shè)計(jì)成用于控制向下變換器(64)，以便根據(jù)在所述存儲(chǔ)器中所存儲(chǔ)的關(guān)系來設(shè)定電輸出功率。
14.如權(quán)利要求12所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中所述控制電路(92)被設(shè)計(jì)成用于控制換向裝置(65)從而設(shè)定占空度(D)的確定值，以便設(shè)定平均電流強(qiáng)度(IAV)的確定值。
15.如權(quán)利要求14所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，還包括存儲(chǔ)器(96)，所述存儲(chǔ)器(96)包含占空度和電輸出功率之間的關(guān)系；其中所述控制電路(92)被設(shè)計(jì)成用于控制向下變換器(64)，以便根據(jù)在所述存儲(chǔ)器中所存儲(chǔ)的關(guān)系來設(shè)定電輸出功率。
16.如權(quán)利要求12所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中所述控制電路(92)被設(shè)計(jì)成用于控制向下變換器(64)，以便把輸出電流幅度設(shè)定為與平均電流強(qiáng)度(IAV)無關(guān)的固定值。
17.如權(quán)利要求16所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中所述控制電路(92)包括電流幅度選擇輸入端(98)，并且所述控制電路(92)響應(yīng)于在第二輸入端(98)所接收的命令輸入來設(shè)定所述固定值。
18.如權(quán)利要求12所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，適于可變電流控制的粒子分布偏移，其中所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備(60)設(shè)有與所述控制電路(92)的控制輸入端(93)耦合的控制設(shè)定裝置(91)；其中控制設(shè)定裝置(91)被配置成產(chǎn)生在預(yù)定范圍內(nèi)可連續(xù)變化的控制信號(S)；并且其中控制電路(92)被配置成響應(yīng)于所述控制信號(S)來連續(xù)地改變換向的燈電流的平均電流強(qiáng)度(IAV)和輸出功率。
19.一種可變色溫的光產(chǎn)生系統(tǒng)(90)，包括氣體放電燈(1)，特別地是HID燈，更具體地說是金屬鹵化物燈，最具體地說是長度直徑比大于3乃至大于4的金屬鹵化物燈，優(yōu)選地是，燈壓強(qiáng)在10atm以上的高壓燈；如權(quán)利要求11-18中任何一個(gè)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備(60)，所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備能夠利用可變地設(shè)定的平均電流強(qiáng)度(IAV)和相應(yīng)可變地設(shè)定的輸出功率來驅(qū)動(dòng)所述燈，以便在所述燈中引起可變電流控制的粒子分布偏移，從而允許色點(diǎn)在色度圖中的色線上行進(jìn)。
全文摘要
描述了一種用于驅(qū)動(dòng)氣體放電燈(1)的方法，所述氣體放電燈(1)特別地是HID燈，更具體地說是金屬鹵化物燈，最具體地說是長度直徑比大于3乃至大于4的金屬鹵化物燈。在確定的電輸出功率下，向所述燈提供具有占空度(D)和平均電流強(qiáng)度(I
文檔編號H05B41/392GK1820554SQ200480019480
公開日2006年8月16日 申請日期2004年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月10日
發(fā)明者F·A·弗穆倫, J·J·F·蓋滕比克, J·L·V·亨德里西 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司