CN1266606A

CN1266606A - 直流金属卤化物弧光灯的工作方法及其电路装置

Info

Publication number: CN1266606A
Application number: CN98808093A
Authority: CN
Inventors: F·维纳
Original assignee: PATRA Patent Treuhand Munich
Current assignee: Osram GmbH; PATRA Patent Treuhand Munich
Priority date: 1997-08-05
Filing date: 1998-07-16
Publication date: 2000-09-13
Anticipated expiration: 2018-07-16
Also published as: CA2297051C; EP1002450A1; CA2297051A1; TW443076B; DE59805987D1; EP1002450B1; JP2001513590A; US6340869B1; WO1999008492A1; CN1206884C; KR20010022574A; KR100382698B1

Abstract

本发明涉及一种直流金属卤化物弧光灯的工作方法,在该方法中,直流金属卤化物弧光灯由一种间歇性信号(U_L(t))进行控制,在此,T_aus系指电压开始从最大值下降时到随后信号幅值上升时之间的时间,它的值为1～50μs。由此,本文进述了一种相应的电路装置,其特征在于,在电气预接装置与点火设备之间连接有一个脉动器,此外,还讲述了一种直流金属卤化物弧光灯,它应用于本发明方法或本发明电路装置之中,且具有以下特点,即其填充物除了含有燃烧气体、水银、一种卤素、浓度为0.2μmol/ml至5μmol/ml的锂之外,另外还加有一种成份铊,其浓度为0.6μmol/ml至3μmol/ml。

Description

直流金属卤化物弧光灯的工作方法及其电路装置

技术领域

本发明涉及一种直流金属卤化物弧光灯的工作方法、一种该方法的电路装置、以及一种直流金属卤化物弧光灯，这种弧光灯带有一种特别适用于上述工作目的的填充物。

典型地，直流金属卤化物弧光灯可用于投影技术之中。为了较好地实现颜色重现，亮度最高处的光谱，也就是阴极前方的光谱应该含有足够的基本色：蓝、绿、红。众所周知，采用填充元素铟可获得蓝颜色，采用锂元素可获得红色。在普通的投影灯中，由于绝大多数锂元素所产生的辐射都不是来自亮度最高处，而是发自弧形外壳，因此，它非常缺少红色基本色。虽然通过提高锂元素含量可以增加光线中的红色成份，但在此还必须考虑以下情况，即锂元素发出的绝大多数光波长都较长，因而它所产生的红色成份也就会很深。由于人眼在长波边缘区对光谱的灵敏度明显下降，所以，为了产生预期的光通量，必须依靠锂元素的辐射来产生红色成份，并需要相应提高的光谱功率。另外，结果表明，在灯的填充物中加入锂元素后，将会加强所谓的色分作用，也就是说，灯内的各个地方都会产生不同光谱范围的光线，这在用作投影时便会降低光的质量，其主要表现为，在投影像片外沿或周边区域的色缘不好。

在方波交流电灯的工作过程当中，也会产生相应的问题。

现有技术

从专利DE3920675中可以得知，为了制造一种高亮度放电，可在短弧形放电灯的恒基极电流上再叠加一个间歇性脉冲电流。该脉冲持续时间为0.03~3ms，且脉冲停顿时间为0.1~10ms。特别地，假如不采用幅值相当恒定的附加基极电流，那么，在利用脉冲停顿时间为上述值的信号来控制直流弧光灯时，可能导致直流弧光灯产生熄灭现象。此外，控制信号与生成发光光谱之间的关系在该专利中查不到。

在专利EP0443795、US5047695及US5198727中，讲述了一种带叠加AC“脉动”的DC放电，其中，AC“脉动”的频率范围位于20~200kHz之间，它对弧光起到一种声学拉直作用。

发明描述

由此，本发明的任务为，建议一种直流金属卤化物弧光灯的工作方法以及建议一种方波交流电灯，它们的光度学数据均可得到改善，具体地讲，上述直流金属卤化物弧光灯可应用于投影技术之中。另外，发明还有一个任务，就是讲述以上电路装置和一种直流电灯，在这种直流电灯中，带有一种非常适用于本发明工作方法的填充物。

发明的任务由独立权利要求的特征得以实现。

发明的基本思想在于，利用一种脉冲电压信号来驱动直流金属卤化物弧光灯。在此，该脉冲电压为一种周期信号，在时间T_ein内，其电压幅度为1，而在下一个时间T_aus内，电压幅度要适当小一些。

优选地，T_ein的持续时间为10~100μs，T_aus则为1~50μs。与此相应的脉冲信号则可适用于本发明的方波交流电灯。

发明具有以下优点，即在阴极前方，锂元素或周期表1A中的其它元素所产生的辐射，亦即红色成份，将会显著地得以提高。由于在该光谱区域内，标准曲线Xλ处于最大值位置，所以标准颜色值X相对于Y值将有所提高。为此，可附加一种辐射波长为520~580nm的元素来提高Y值，譬如元素铊，其波长为535.1nm，这样，便不致于超越普朗克曲线，也不会使颜色效应向绿色迁移。通过提高Y值，使用的光通量也就提高了。令人惊奇的是，利用本发明的直流金属卤化物弧光灯工作方法，可以改变灯内的对流流体含量，因而明显地降低了电极温度，尤其对于金属卤化物直流电灯，这种作用可大大降低过载阳极的温度。这样，由于减少了变黑和电极背部燃烧等情况，所以，光通的损耗状况可得以改善，同时也节约了维护时间。由此，延长了直流弧光灯的寿命。

在本发明的电路装置中，其脉动器作以下优选选择，即在时间T_aus内，脉动器的输出电压信号基本为0V。与此相应的脉冲信号也适用于本发明运行方波交流电灯的电路装置，也就是说，在附图4中，时间T_aus及T’_aus内的U_n及-U_n电压幅值都优选地保持基本为0V。

为了减少声学谐振现象，时间T_ein或T’_ein可间歇性地发生变化，譬如，扫描频率为50~500Hz，优选地，采取100Hz。在此，时间T_aus或T’_aus可为一种恒值，同样也可进行变化。在考虑T_aus或T’_aus的变化时，它们应该优选地同T_ein或T’_ein进行匹配，其目的就是，不管T_ein或T’_ein的变化如何，由方波交流电灯的点火控制设备所产生的最小电压信号都能维持在一个适当的恒定值上。其它的优选实施方案将在从属权利要求中讲述。

附图叙述

图中：

附图1a为一种电路装置的电路方框图，它用来运行一种直流金属卤化物弧光灯，且带有一种脉冲直流电压信号；

附图1b为第一种实施范例在附图1a所示电路装置的各处电压图形；

附图1c为第一种实施范例在附图1a所示电路装置的各处电流图形；

附图2为附图1a所示电路装置的点火设备电压图，它用于发明的第二种实施范例；

附图3为两种灯通过6mm光阑时的反射光谱，一种是不带脉冲的直流金属卤化物弧光灯，它的填充物不含铊，另一种是带脉冲的直流金属卤化物弧光灯，其中，T_ein＝35μs，T_aus＝13μs，且此灯的填充物中含有碘化铊，其浓度为0.36mg/ml；

附图4a为一种电路装置的电路方框图，它用来运行一种方波交流电灯，且带有一种次级脉冲方波信号；

附图4b为附图4a所示电路装置的各处电压图形。

附图1a示出了一种电路装置的电路方框图，它用来运行一种直流金属卤化物弧光灯10，此灯包括一个阳极12与一个阴极14。该电路包括电气预接装置16、脉动器18及点火设备20。

附图1b的左边为电气预接装置16的输出电压时间图。大家都知道，它为一种恒压信号U_v。附图1b的中间为脉动器18输出的电压时间图U_p(t)。在T_ein时间内，电压的幅值为U_p，在其随后的T_aus时间内，电压为U_n。U_n要比U_p小，优选地，此处的U_n基本为0V。附图1b的右边示出了点火设备20输出的电压曲线图，也即灯的电压U_L(t)。该电压为一种锯齿波，主要由于点火设备20的电感作用，使得电压U_L(t)在T_ein时间内处于上升阶段，在T_aus时间内电压U_L(t)则处于下降阶段。但是，通过采取一种方波或三角波信号直接对灯进行控制，也可达到预期的效果。问题主要在于，脉冲的停顿时间位于1~50μs之间，在方波信号中，该停顿时间为电压较小时的时间，而在锯齿波或三角波信号中，这种停顿时间为电压从最大值降到最小值时的时间—有时也可能是局部的。灯的工作信号U_L(t)也可单独生成，也就是说，它无需点火设备的作用，譬如，可采用一种合适的键控方波信号，或者，加入一种带锯齿波的直流电压信号。然后在灯上再附加一种点火电路，以给灯提供点火，点火之后它就不再作用。

在附图1c的三个图形中，从左边开始依次为电气预接装置16的输出电流时间图I_v(t)、脉动器18输出的电流时间图I_p(t)、点火设备20输出的电流时间图I_L(t)，I_L(t)也就是流经灯的电流。在附图1b及1c所述的实施范例中，时间T_ein或T_aus在灯的工作期间为一个恒定值。

对于这种实施范例的灯，它在经过工作点火及一个确定的起动时间后，亦即在超过一个固定的灯电压后，便由脉动器对恒定直流电压进行切割作用。时间T_ein为10~100μs。结果表明，T_ein＝35μs、T_aus＝13μs以及Un＝0V为优选值。假设脉动器及点火设备没有损耗，且T＝T_ein+T_aus’那么就有以下功率平衡式：

灯的平均功率＝脉动器的平均功率＝恒定EVG功率，或者

\frac{I}{T} {&Integral;}_{0}^{T} I_{L} (t) \cdot U_{L} (t) dt = U_{p} \cdot I_{p} \cdot \frac{T_{ein}}{(T_{aus} + T_{ein})} + U_{n} \cdot I_{n} \cdot \frac{T_{aus}}{(T_{aus} + T_{ein})} = U_{v} \cdot I_{v}

由此可以得出，随着输出时间T_aus的增加，脉动灯电流幅值及脉动灯电压幅值也便增大。

附图2为一种典型的U_L(t)电压时间图，它用于发明的第二种实施范例。在该实施范例中，附图1a所示的电路装置再配上一种装置，使时间T_ein在最小值T_ein-min与最小值T_ein-max之间变化，也就是说，其频率可在T_ein-min与T_ein-max之间连续扫描。图中，符号A所指示的电压曲线U_L(t)为扫描周期开始的情形，而符号B所指示的电压曲线U_L(t)则为扫描周期结束时的情形，在此，其扫描频率为F。典型地，扫描频率F为50~500Hz，优选地，采用100Hz。通过这种工作方式，可以减少声学谐振现象。

在本文没有讲述的实施范例中，T_ein可以为一个恒值，而T_aus则在T_ein-min与T_ein-max之间以频率F进行变化，在另一种实施范例中，T_ein与T_aus都以频率F进行变化。对此，在调节T_ein与T_aus时，整个工作期间所产生的最小值U_Lmin都为一个恒值。

附图3为两种直流金属卤化物弧光灯通过6mm光阑时的反射光谱，这两种灯的工作方式及填充物各不相同。图中，粗曲线为根据现有技术的直流金属卤化物弧光灯的光谱，它在工作时不带脉冲，且其填充物不含碘化铊，细曲线则为带脉冲时的工作光谱，其中，T_ein＝35μs，T_aus＝13μs，且灯内的碘化铊填充浓度为0.36mg/ml。值得注意的是，在脉冲工作方式下，锂元素的辐射波长可明显地提高到6103nm，甚至到6707nm。由于在该光谱区域内，标准曲线X_λ处于最大值位置，所以标准颜色值X相对于Y值将有所提高。为此，可通过附加一种辐射波长为510~580nm的元素来提高Y值，譬如元素铊，其波长为535.1nm，这样，便不致于超越普朗克曲线，也不会使颜色效应向绿色迁移。通过提高Y值，也就提高了使用光通量。

假使直流金属卤化物弧光灯的功率为270W，点燃电压约为40V，电极间距为1.9mm，灯的容积为0.7ml，器壁负荷为65W/cm²，寿命约为2000Std，且还带有如下填充物：23.5毫克Hg、200毫巴氩、0.51毫克HgBr₂、0.05毫克InJ、0.08毫克LiJ、0.19毫克ZnJ₂、0.07毫克Gd、0.05毫克Y，那么，在不带脉冲的工作方式下，其色温可达到约9000K，色坐标位置为x＝0.28，y＝0.32。

在不带脉冲的工作方式下，如果再在上述填充物中配入0.25毫克的碘化铊，那么，灯的色温将变成约8000K，且色坐标为x＝0.29，y＝0.34，假如灯带脉冲工作，且T_ein＝35μs，T_aus＝13μs，Un＝0V，则色温变为6000K，色坐标为x＝0.32，y＝0.34。通过提高y值，使用光通量可增加约5~10％。

优选地，锂元素可用碘化锂或溴化锂来代替，其浓度为0.2μmol/ml至5μmol/ml。

铊元素也可优选地用碘化铊或溴化铊来代替，其浓度可达3μmol/ml，优选地，采用0.6μmol/ml至3μmol/ml。

根据发明的思想，把一个时间较长的恒幅信号加在一个幅值适当小的电压上，由此形成一种脉冲信号，根据本发明，该信号也可用来运行方波交流电灯，其中，小电压的延续时间优选采取1~50μs。附图4a示出了一种运行方波交流电灯的电路装置。在电气预接装置116的后边接有一种脉动器118，且脉动器118接在点火设备120上。方波交流电灯用110表示，它包括两个相同的电极112，114。

附图4b示出了电气预接装置116输出的方波信号，在时间Tp内，电压幅值为+Uv，在时间T_N内，电压幅值为-Uv。从图中可以看出，由脉动器118输出的电压信号在时间Tp与T_N内都进行了切割。也就是说，在时间Tp内，电压在T_ein期间的信号幅值为+Up，在T_aus期间的信号幅值为+Un，此外，在时间T_N内，电压在T’_ein期间的信号幅值为-Up，在T’_aus期间的信号幅值为-Un。在此，Un的数值小于Up，优选地，采取Un＝-Un＝0V。在将Un及Up调节成恒值时，也可以不让幅值区域重叠。图中还示出了点火设备120的输出信号，也即灯的信号，其正电压区域与负电压区域内都带有一种锯齿波。当然，也可采用一种类似于附图4b中间图形的带切割方波信号，或者采用一种信号将时间T_ein、T_aus，T’_ein或T’_aus调整为三角波信号。问题主要在于，时间T_aus或T’_aus位于1~50μs之间，在正电压区域，这些时间为电压幅值较小时的时间，或者，它们为电压从最大值—可能是局部的—降到最小值—也可能是局部的—的时间，相应地，这在负电压区域也是一样。

在此，灯的工作控制信号也可单独生成，它在点火后输入到灯上。譬如，可利用一种方波交流信号及锯齿波信号来生成U_L(t)。

优选地，时间T_ein或T’_ein位于10~100μs之间。同直流金属卤化物弧光灯的工作方法一样，此处的T_ein、T_aus，T’_ein或T’_aus也可以相互独立，并维持一种恒值，或者，也可随时间进行变化。Tp与T_N之和决定一个频率F_R，其数量级为50~600Hz。在次级时间T_ein、T_aus，T’_ein或T’_aus的变化过程中，其时间变化可优选地对频率F_R进行调谐作用，这样，在Tp或T_N内，扫描频率F的整个周期都可用完。

在另一个实施方案中，只有时间Tp内的电压或只有时间T_N内的电压被切割，而其它的电压则没有切割。

Claims

1.一种直流金属卤化物弧光灯的工作方法，它带有一种可电离填充物，其特征在于，直流金属卤化物弧光灯由一种间歇性脉冲信号(U_L(t))进行控制，在此，T_aus系指开始从最大值下降时到随后信号幅值上升时之间的时间，其值为1~50μs。

2.根据权利要求1的方法，其中填充物不含钠。

3.根据上述权利要求之一的方法，其中填充物至少含有周期表A1族中的一种元素，尤其是元素锂。

4.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，两个相邻T_aus之间的时间T_ein值为10~100μs。

5.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，时间T_ein以频率F在T_ein-min与T_ein-max之间进行扫描。

6.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，时间T_aus以频率F在T_aus-min与T_aus-max之间进行扫描。

7.根据权利要求5或6的方法，其特征在于，扫描频率为50~500Hz。

8.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，信号(U_L(t))的最小值大于0V。

9.一种电路装置，它带有一个直流金属卤化物弧光灯、一个电气预接装置、以及一个点火设备，其特征在于，在电气预接装置与点火设备之间接有一个脉动器。

10.根据权利要求9的电路装置，其特征在于，脉动器的输出信号为一种脉冲直流电压(Up(t))，其中，在第一个时间T_ein内，该脉冲直流电压信号位于第一个电压区(Up)，而在第二个时间T_aus内，该脉冲直流电压信号则位于第二个电压区(Un)，在此，第二个电压区的值要小于第一个电压区的值，且T_aus为1~50μs。

11.根据权利要求10的电路装置，其特征在于，时间T_ein为10~100μs。

12.根据权利要求10或11之一的电路装置，其特征在于，包括一种装置，利用该装置，时间T_ein能够以频率F在T_ein-min至T_ein-max的区域内进行扫描。

13.根据权利要求10~12之一的电路装置，其特征在于，包括一种装置，利用该装置，时间T_aus能够以频率F在T_aus-min至T_aus-max的区域内进行扫描。

14.根据权利要求12或13的电路装置，其特征在于，扫描频率为50~500Hz。

15.根据权利要求10~14之一的电路装置，其特征在于，第二个电压区的电压基本为0V。

16.一种直流金属卤化物弧光灯，其应用了权利要求1~8之一的方法，或采用了权利要求5~9之一的电路装置，它含有的填充物至少包括以下成份：

·燃烧气体

·水银

·一种卤素

·锂，其浓度为0.2μmol/ml至5μmol/ml，

其特征在于，另外还加入一种成份铊，其浓度为0.6μmol/ml至3μmol/ml。

17.一种运行方波交流电灯的方法，其中，方波交流电灯由下述信号进行控制，在第一个时间(Tp)内，该信号幅值大于或等于0，而在第二个时间(T_N)内，该信号幅值小于或等于0，其特征在于，信号(U_L(t))在第一个时间(Tp)内有n个区域，n≥1，及/或在第二个时间(T_N)内有m个区域，m≥1，在这些区域内，信号幅度的绝对值要小于其相应时间(Tp；T_N)内的最大信号幅度绝对值，对此，在Tp区内，T_aus系指电压开始从最大值下降时到随后信号幅值上升时之间的时间，而在T_N区内，T’_aus系指电压从最小值开始上升时到随后信号幅值下降时之间的时间，它们的值为1~50μs。

18.根据权利要求17的方法，其特征在于，时间T_ein或T’_ein位于两个相邻的T_aus或T’_aus之间，其值为10~100μs。

19.根据权利要求17或18的方法，其特征在于，时间T_ein或T’_ein以频率F在T_ein-min至T_ein-max的区域内进行扫描。

20.根据权利要求17~19之一的方法，其特征在于，时间T_aus或T’_aus以频率F在T_aus-min至T_aus-max的区域内进行扫描。

21.根据权利要求19或20的方法，其特征在于，扫描频率F为50~1500Hz。

22.一种电路装置，它带有一个方波交流电灯、一个电气预接装置、以及一个点火设备，其特征在于，在电气预接装置与点火设备之间接有一个脉动器。

23.根据权利要求22的电路装置，其特征在于，脉动器的输出信号(Up(t))在时间Tp内的幅值大于或等于0，而在时间T_N内的幅值小于或等于0，

其中，时间Tp包括n个次级时间T_ein，n≥2，在这些次级时间内，电压信号的幅值位于第一个电压区(Up)，在剩余的时间Tp-n.T_ein内，电压信号的幅值位于第二个电压区(Un)，在此，第二个电压区的值要小于第二个电压区的值，以及/或

时间T_N包括m个次级时间T’_ein，m≥2，在这些次级时间内，电压信号的幅值位于第三个电压区(-Up)，在剩余的时间T_N-m.T’_ein内，电压幅值位于第四个电压区(-Un)，在此，第四个电压区的绝对值要小于第三个电压区的绝对值。

24.根据权利要求23的电路装置，其特征在于，时间T_aus或T’_aus位于两个相邻的T_ein或T’_ein之间，其值为1~50μs。

25.根据权利要求23或24的电路装置，其特征在于，时间T_ein或T’_ein的值为10~100μs。

26.根据权利要求23~25之一的电路装置，其特征在于，包括一种装置，利用该装置，时间T_ein或T’_ein能够以频率F在T_ein-min至T_ein-max的区域内进行扫描。

27.根据权利要求23~26之一的电路装置，其特征在于，包括一种装置，利用该装置，时间T_aus或T’_aus能够以频率F在T_aus-min至T_aus-max的区域内进行扫描。

28.根据权利要求23~27之一的电路装置，其特征在于，第二个电压区(Un)及第三个电压区(-Un)的信号幅值基本等于0。