專利名稱：工作在甚高頻采用占空比調(diào)制的高強度放電燈的彩色混合的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于減小高強度放電(HID)燈中的垂直分離(segregation)的方法，更具體地，涉及工作在甚高頻(VHF)下的HID燈的彩色混合的方法，該方法對于諧振變換器(inverter)的半橋電路拓撲的工作采用占空比調(diào)制。
由于聲音共振引起的非穩(wěn)定性，高強度放電燈一般不在高頻正弦波情況下工作。在試圖克服這樣的非穩(wěn)定性時，通過使HID燈工作在高于它的最高聲音共振的頻率，可以使得HID燈穩(wěn)定工作。使HID燈工作在高于它的最高聲音共振的頻率，被稱為甚高頻(VHF)運行。然而，聲音共振的頻率取決于各種因素，其中一個因素包括燈的尺寸，因此聲音的共振頻率是隨不同的HID燈而變化的。
而且，當HID燈在垂直取向的位置下工作時，某些HID燈顯示一種被稱為垂直分離的現(xiàn)象，由此，由HID燈發(fā)射的光的彩色沿它的垂直軸是不均勻的。因此，人們試圖設法克服垂直分離的缺點。在一個這樣的嘗試中，通過激勵第二縱向聲音模式來混合燈中的化學特性，以產(chǎn)生沿HID燈的垂直軸的均勻的彩色。
正如可以容易地看到的，人們希望把HID燈工作在VHF，以及還通過激勵第二縱向聲音模式來產(chǎn)生彩色混合，或換句話說，就是使得垂直分離最小化，即使沒有基本上消除該垂直分離。
本發(fā)明提出一種彩色混合的方法，該方法包括使HID燈工作在VHF，以及通過調(diào)制半橋配置的諧振變換器的占空比，在HID燈的第二縱向聲音模式的頻率下進行功率調(diào)制，激勵HID燈的第二縱向聲音模式，以獲得沿HID燈的垂直軸的彩色混合。該方法還期望保持半橋配置的諧振變換器的恒定的切換頻率的能力。本發(fā)明還涉及一種能夠執(zhí)行本發(fā)明的方法的半橋配置的諧振驅(qū)動器。


圖1顯示傳統(tǒng)的諧振變換器的電路圖。
圖2顯示本發(fā)明的占空比調(diào)制波形。
圖3顯示本發(fā)明的HID燈的電壓隨時間的波形。
圖4顯示本發(fā)明的、頻譜圖形式的功率譜波形。
現(xiàn)在參照圖1，圖上顯示傳統(tǒng)的半橋配置的諧振變換器20。本發(fā)明采用被耦合到高強度放電(HID)燈50上的傳統(tǒng)的半橋配置的諧振變換器20來實現(xiàn)本發(fā)明的方法，從而通過激勵第二縱向聲音模式來達到彩色混合。諧振變換器20包括帶有兩個晶體管或開關S1和S2的半橋電路，這些晶體管或開關在VHF下以50％或0.5的標稱占空比(開關接通的時間量)被互補地切換或驅(qū)動。
仍舊參照該電路圖，諧振變換器20包括直流高電壓源22，它與貯能電容器C1并聯(lián)地耦合，以及傳遞輸入電壓Vin。貯能電容器C1與由兩個晶體管或開關S1和S2規(guī)定的半橋電路并聯(lián)連接。在該示例性實施例中，晶體管或開關S1和S2是MOSFET，但也可以是其他適用的功率開關器件。因此，貯能電容器C1的第一端子和第二端子分別耦合到晶體管或開關S1的漏極和晶體管或開關S2的源極。晶體管或開關S1的源極通過半橋的輸出節(jié)點A被耦合到晶體管或開關S2的漏極。晶體管或開關S1和S2的柵極被耦合到變換器控制電路(未示出)，以便控制晶體管或開關的導通和非導通狀態(tài)。
諧振變換器20還包括隔直流電容器C2，其第一端子耦合到半橋的輸出節(jié)點A，以及第二端子耦合到主諧振濾波器的電感L1的第一端子。主諧振濾波器是由電感L1和電容C3規(guī)定的。HID燈50與電容C3并聯(lián)連接。直流高電壓源22的負端、貯能電容器C1的第二端子、晶體管或開關S2的源極、以及電容C3的第二端子都連接在一起。
現(xiàn)在參照圖2-4，詳細地描述本發(fā)明的方法，該方法采用諧振變換器20通過激勵第二縱向聲音模式而達到彩色混合。為了通過激勵第二縱向聲音模式而達到彩色混合，加到HID燈50的功率必須以第二縱向聲音模式的頻率來調(diào)制。在該示例性實施例中，第二縱向聲音模式的頻率約為24kHz。
本發(fā)明的方法通過調(diào)制晶體管或開關S1和S2的占空比并且同時保持切換頻率不變，從而得到必要的功率調(diào)制。通常，加到由HID燈50代表的負載上的功率在占空比是50％或0.5時處在最大值。當占空比從50％減小或者增加時，負載功率將減小。因此，負載功率可以僅僅通過適當?shù)卣{(diào)制占空比而被加以調(diào)制，從而使得它圍繞標稱值而增加和減小。
為了產(chǎn)生負載功率的24kHz調(diào)制，占空比(DC)可以以12kHz的頻率在50％與40％之間切換。由于HID燈50的第二縱向聲音模式是24kHz，因此負載功率將會以第一量值被調(diào)制。另一方面，通過在50％與30％之間改變占空比(DC)，負載功率將會以第二量值被調(diào)制，其中第二量值大于第一量值。可以看到，第二縱向聲音模式的激勵程度可被改變和控制。因此，以相應地改變占空比DC的方式調(diào)制該占空比DC，也就能以下述方式來調(diào)制了負載功率即，在工作在VHF下的HID燈50中激勵該第二縱向聲音模式從而去達到彩色混合，或者換句話說，即使沒有消除垂直分離的話，也能使得該垂直分離最小化。
占空比DC可以用正弦函數(shù)或其他的對稱波形函數(shù)來進行調(diào)制。將只詳細描述已調(diào)制的占空比的一個例子，因為有著多種的調(diào)制函數(shù)，而描述這樣的多種的函數(shù)是多余的。示例性正弦調(diào)制的占空比(DCm)可被表示為DCm＝DCn+amsin(2*π*fm*t) (1)其中DCn是占空比的標稱值；am是調(diào)制指數(shù)；以及fm是調(diào)制頻率。在該示例性實施例中，DCn約為0.5或50％；調(diào)制指數(shù)am在0與0.5之間變化；以及調(diào)制頻率fm被設置為大約是第二縱向聲音模式的頻率之半(1/2)。調(diào)制指數(shù)am控制在調(diào)制頻率fm的兩倍的頻率下在HID燈50中的功率量或激勵的程度。調(diào)制指數(shù)按照第二縱向聲模的所需激勵程度而改變。通過增加調(diào)制指數(shù)，更大的功率在第二縱向聲音模式下被傳遞到燈，實際上，在激勵第二縱向聲音模式以得到彩色混合與不出現(xiàn)過激勵(這會導致燈的不穩(wěn)定性)之間有一個平衡。只要載波頻率合理地高于調(diào)制頻率，已調(diào)制功率與載波頻率無關。如果載波頻率變化，則調(diào)制功率仍舊是固定的。因此，對于其他應用，有可能采用調(diào)頻(例如載波頻率從450kHz掃描到550kHz)，而基本上不改變在24kHz處的已調(diào)制功率分量。
從上述內(nèi)容看來，以上的調(diào)制函數(shù)只是一個這樣的適當?shù)暮瘮?shù)，它可被使用來調(diào)制占空比，從而控制HID燈50的功率量或激勵程度。
在示例性的例子中，使HID燈50工作在約500kHz的VHF，正如圖3上最好地看到的。圖3顯示約為500kHz的示例性正弦的燈電壓波形。燈電壓波形是以伏特(-600V到+600V)為單位相對于時間(以秒為單位，0.001s到0.0018s)表示的。調(diào)制頻率fm約為12kHz，調(diào)制深度0.2。換句話說，占空比圍繞0.5(50％)的標稱占空比DCn從0.3(30％)變化到0.7(70％)，正如在圖2上看到的。圖2顯示正弦已調(diào)制的占空比(DCm)的示例性波形，調(diào)制頻率fm約為12kHz。波形是以電壓(0.0V到1.0V)相對于時間(以秒為單位)表示的。在運行時，圖2的12kHz占空比調(diào)制在負載功率譜中產(chǎn)生約24kHz頻率分量，正如圖4上最好地看到的。圖4顯示這個示例性例子的功率譜。功率譜波形是以dB(-jHz)(-80到+60)相對于頻率(以Hz為單位，0.0到1.25meg)表示的。
從以上內(nèi)容看來，對于以約24kHz的第二縱向聲音模式工作的示例性HTD燈50，以24kHz的固定的和可控的頻率進行的激勵可被使用來激勵聲音共振以產(chǎn)生彩色混合，換句話說，使得垂直分離最小化，即使沒有消除該垂直分離的話。
總之，以上是把可控的頻率分量注入到工作在甚高頻(VHF)的負載中的一般方法。因此，利用更復雜的占空比調(diào)制方案，將允許更復雜的頻率激勵被耦合到負載。
從以上說明看來，本領域技術人員將明白本發(fā)明的多種修正方案和替換實施例。因此，這個說明只看作為說明性的，并且是為了教導本領域技術人員來實現(xiàn)本發(fā)明的最好模式。結構的細節(jié)可以很大地變化而不背離本發(fā)明的精神，在所附的權利要求的范圍內(nèi)作出的所有的修正方案都被保留。
權利要求
1.一種使HID燈進行彩色混合的方法，該方法包括以下步驟(a)使高強度放電(HID)燈(50)工作在甚高頻(VHF)；(b)調(diào)制半橋配置的諧振變換器(20)的占空比；以及(c)用半橋配置的諧振變換器(20)激勵HID燈(50)的第二縱向聲音模式，以便獲得沿HID燈(50)的垂直軸的彩色混合。
2.按照權利要求1的方法，還包括(d)對半橋配置的變換器(20)提供恒定的切換頻率。
3.按照權利要求1的方法，其中步驟(b)包括以大約等于第二縱向聲音模式的頻率的一半的頻率調(diào)制占空比。
4.按照權利要求1的方法，其中步驟(b)以第二縱向聲音模式的頻率對于HID燈(50)實施功率調(diào)制。
5.按照權利要求1的方法，其中VHF約為500kHz。
6.按照權利要求1的方法，其中步驟(b)包括用正弦函數(shù)調(diào)制占空比。
7.按照權利要求1的方法，其中占空比具有50％的標稱值，以及圍繞標稱值加或減20％對稱地改變。
8.一種用于對高強度燈(HID)提供功率的半橋配置的諧振變換器，它包括半橋電路(S1，S2)，用于使HID燈(50)工作在甚高頻(VHF)，它具有恒定的切換頻率和具有已調(diào)制的占空比，以便對HID燈(50)實施功率調(diào)制，該電路激勵HID燈(50)的第二縱向聲音模式，以得到沿HID燈(50)的垂直軸的彩色混合或減小垂直分離；以及諧振濾波器(L1，C3)，被耦合在半橋電路(S1，S2)與HID燈(50)之間。
9.按照權利要求8的變換器，其中已調(diào)制的占空比具有基本上等于第二縱向聲音模式的頻率的一半的調(diào)制頻率。
10.按照權利要求8的變換器，其中VHF約為500kHz。
11.按照權利要求8的變換器，其中已調(diào)制的占空比是用正弦函數(shù)進行調(diào)制的。
全文摘要
運行在甚高頻下的HID燈彩色混合的方法，該方法通過調(diào)制半橋配置的諧振變換器的占空比在第二縱向聲音模式的頻率下對于HID燈實施功率調(diào)制。占空比用基本上等于HID燈的第二縱向聲音模式的頻率之半的調(diào)制頻率進行調(diào)制。在運行時，以靠已調(diào)占空比運行的半橋配置的諧振變換器來激勵HID燈的第二縱向聲音模式，得到了沿HID燈的垂直軸的彩色混合。
文檔編號H05B41/24GK1541506SQ02815634
公開日2004年10月27日 申請日期2002年8月2日 優(yōu)先權日2001年8月10日
發(fā)明者E·B·紳, E B 紳 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司