在超高频下进行高压放电灯中的颜色混合 【技术领域】
本发明涉及用于高亮度放电(HID)灯的电源，为了正确工作该灯需要经过调制的输入信号。
背景技术
当被既是交变的又以某种方式进行调制的输入电流信号驱动时，有些类型的电子灯工作更加有效。这种灯的一种实例是用于室内或室外停车场和建筑物一般性照明的高亮度气体放电(HID)灯。这种灯的正确工作包括利用能使照明既稳定又具有一致颜色的信号来驱动灯。还期望这种灯对灯的方向不敏感，从而当灯垂直、水平或以某种其它位置放置时，都能够产生具有一致颜色的稳定照明。
如美国专利6,184,633 B1中所公开的，由这种HID灯所产生光线的运行稳定性和一致性可以通过利用扫描频率输入信号驱动灯来改进，其中该信号是调幅的或者在扫描频率范围内按顺序周期性交替变化的。特别地，输入信号公开为包括与大约24.5Hz的恒定调幅频率及.24地调制指数相结合或与扫描频率周期性顺序变化到大约12.3kHz相结合，在大约10ms扫描时间内从45到55kHz的电流频率扫描。在′633 B1专利中，扫描频率和调幅信号是分别产生的，然后结合在一起产生真正提供给HID灯的信号。调制频率是作为常量预定并保持的。
通过在预定频率范围内的不同调幅频率对HID灯电压的顺序、周期性测量，通常转让给本申请原始受让人的美国专利申请09/620,357提供了确定最佳调制频率和/或顺序工作频率的附加方法和装置。一旦确定了合适的值，′357申请就利用′633 B1专利中所公开的方法和装置产生输入波形。
通常转让给本申请原始受让人的美国专利申请09/916,953提供了一种操作适于将具有交流电流和电压的输入信号以向电力负载提供期望功率频谱的方式提供给电力负载的电源的方法。该方法包括计算由输入信号传递到电力负载的功率频谱部分，及以所传递功率频谱更接近期望功率频谱的方式修改输入信号。计算所传递功率频谱部分的步骤可以包括监控输入信号并对其电流和电压求积分。该方法还可以包括存储电源中期望功率频谱的表示。
尽管上面所参考专利及申请的教义提供了HID灯显著的性能改进，但其电源和控制方法的成本和复杂性却有可能是行不通的。因此，真正需要的是一种提供现有技术操作优点但能够以更直接方式产生的适于驱动HID灯的改进电源和方法。
【发明内容】
本发明提供了这样一种改进的电源和方法，它通过利用在两个超高频(VHF)频率之间交替的载波信号以约等于灯第二纵向频率的调制比率驱动高亮度放电(HID)灯，并使该信号通过与载波频率具有反向振幅关系的滤波器，以约等于灯第二纵向共振频率的调制比率进行调幅产生与载波频率变化呈反向关系的灯输入信号，来产生一致颜色的稳定照明及对灯方向敏感性的降低。这两个VHF频率选自声共振基本被抑制且灯工作稳定的频率范围。
以这种方式驱动灯导致一致颜色的稳定照明及对灯方向敏感性的降低，同时又不会增加现有技术电源中用于调制驱动灯信号振幅所需的附加电路。在根据本发明的电源中，这种调幅电路的消除降低了电源的复杂性和成本。
本发明的一种形式提供了一种通过向灯提供具有载波频率的输入波形来操作高亮度放电灯的方法，该载波频率在第一载波频率和高于第一载波频率的第二载波频率之间交替并由与载波频率具有反向振幅关系的滤波电路进行滤波，从而提供以频率为第一载波频率的第一振幅和频率为第二载波频率且小于第一振幅的第二振幅之间的调制频率进行调幅的输入波形。该方法可以包括通过以约等于灯纵向共振频率的调制频率对载波频率进行调制来以纵向共振频率激发灯的纵向声学模式。在高亮度放电灯具有第二纵向共振频率的地方，调制频率可以约等于灯的第二纵向共振频率。
该方法可以包括确定灯的纵向共振频率。该方法还可以包括确定使灯照明稳定的第一和第二载波频率值，或由第一和第二载波频率界定的值范围。第一和第二载波频率可以是VHF频率。
本发明的另一种形式提供了一种操作高亮度放电灯的装置。该装置可以包括向灯提供具有载波频率的输入波形的装置，其中该载波频率以第一载波频率和高于第一载波频率的第二载波频率之间的调制频率交替，该装置还包括与载波频率具有反向振幅关系的滤波器，该滤波器可操作用于对输入波形进行滤波以提供驱动灯的波形，其中该波形是以频率为第一载波频率的第一振幅和频率为第二载波频率且低于第一振幅的第二振幅之间的调制频率进行调幅的。
在灯具有可以纵向共振频率激发的纵向声学模式的地方，调制频率可以约等于灯的纵向共振频率。在高亮度放电灯具有第二纵向共振频率的地方，调制频率可以约等于灯的第二纵向共振频率。第一和第二载波频率可以是使灯照明稳定的VHF频率。
向灯提供输入波形的装置可以包括桥接电路及控制该桥接电路产生输入信号的控制器。滤波器可以是简单的LC电路，或者是作为频率函数提供输入信号增加的衰减的高阶电路。
通过以下对代表性实施方案的详细描述并联系附图，本发明上述及其它特点和优点将变得更加显而易见。详细描述及附图仅仅是为了说明本发明，而不是要对其进行限制，本发明的范围由附加权利要求及其等价物来定义。
附图简述
图1是根据本发明的代表性装置的方框图；
图2是衰减施加到滤波器的信号振幅的滤波器的振幅-频率图，其中信号振幅与施加到滤波器的信号频率呈反向关系；及
图3说明了由根据本发明的装置或方法提供的输入波形中振幅与频率的反向关系。
优选实施方案概述
图1示出了根据本发明的代表性装置10，用于将输入信号“A”提供给高亮度放电(HID)灯12。该输入信号具有以约等于灯12第二纵向共振频率的调制比率与输入信号“A”载波频率中的变化呈反向关系进行调幅的波形。
特别地，图1中所描述的装置10以用于驱动高亮度放电(HID)灯12的电源或镇流器14的形式存在。电源14包括以预处理器16和网桥18形式存在以串联电路关系连接的装置，及可操作连接到网桥18用于接收功率输入22并产生具有载波频率的方波24的控制器20，其中该载波频率以第一载波频率F1和高于第一载波频率F1的第二载波频率F2之间的调制频率34交替，如图3中上面一条曲线所示。为了满足本发明不同形式的需要，网桥18既可以是全桥也可以是半桥电路。
控制器20控制网桥18的载波频率。由控制器20施加到网桥18以产生方波24的控制波形32的形状在实现本发明中不是关键的，只要波形32在第一和第二载波频率F1、F2之间以约等于灯12第二纵向共振频率的调制比率34交替就可以。例如，由于方波或三角波都具有频率为正弦波基频的频率成分，而对于实现本发明而言这些基频成分才是重要的，因此控制波形32可以是频率为调制频率34的正弦波，但也可以是频率为调制频率34的方波或三角波。
方波24施加到滤波器/触发器26形式的滤波器的输入。滤波器/触发器26包括产生滤波信号的LC滤波电路，如图2所示，该信号与驱动灯12的输入波形“A”中期望的载波频率具有反向振幅关系。
图2所描述的滤波器是一种具有通用结构的简单LC滤波器，具有经过慎重选择用于产生期望的第一和第二载波频率F1、F2之间相对陡峭输出特性曲线的元件，从而输入波形“A”的振幅在频率为第一载波频率F1的第一振幅V1和频率为第二载波频率F2且低于第一振幅V1的第二振幅V2之间被衰减。如果在给定的第一和第二载波频率F1、F2之间需要更多衰减，则输出特性曲线的斜率可以通过使用高阶滤波器来增加。
本领域技术人员应当认识到，具有上述特性曲线并在图2中描述的滤波器经常用于通过提高工作频率使荧光灯变暗。
此外，如上面所参考在此引入作为参考的通常转让专利和专利申请中详细描述的，已知当这些灯称为纵向声共振模式的工作特性由用于驱动灯的输入信号激发时，某些类型的HID灯可以改进的混色和对方向较小的敏感性工作。陶瓷HID金属卤化物灯就呈现这种工作特性。一种已知的激发纵向模式的方法是对输入信号的载波频率以第二纵向模式频率进行调幅。
通过控制网桥18的载波频率以基本上等于HID灯12第二纵向模式频率的调制频率调制第一和第二载波频率F1、F2之间的方波24，电源14的控制器20利用上述LC滤波器和HID灯的工作特性。当调频方波信号24由滤波器/触发器26进行滤波时，滤波器/触发器26的反向衰减特性将为灯12产生以基本上等于HID灯12第二纵向模式频率的频率进行调幅的输入信号“A”，导致灯12的输出具有改进的颜色一致性和对灯方向的不敏感性。
还已知在此所述类型的HID灯中，引起灯照明和工作不稳定性的声共振以较高频率被抑止。通过选择高到足以产生稳定照明的第一和第二载波频率F1、F2，及以上述方式调制输入信号“A”的振幅，本发明产生与灯方向无关的一致颜色的稳定照明。
实例
对于一种代表性HID灯，已知在400kHz及更高的VHF频率显示稳定性能，并具有大约为24.5kHz的第二纵向模式，值450kHz和550kHz可以选择用于第一和第二载波频率F1、F2，值24.5kHz可以选择用于调制频率。控制波形32可以是24.5kHz的正弦波，但也可以是具有同样频率的方波和三角波，因为这种方波和三角波都具有该正弦波基频的频率成分。
控制器20操作网桥18产生方波24形式的载波波形，如上所述该方波24在等于450kHz和550kHz的第一和第二VHF载波频率之间以24.5kHz的第二纵向模式频率进行调频。滤波器/触发器26将调频方波24转换成以24.5kHz的第二纵向模式频率进行调幅的调幅输入波形“A”。滤波器/触发器26的调幅实现与由网桥18产生的调频方波24的反向关系在图3中示意性地说明。滤波器/触发器26还除去了高次谐波，从而输入信号“A”的结果波形将是真正在等于450kHz和550kHz的第一和第二VHF载波频率之间进行调频，并以24.5kHz的调制频率进行调幅的只有轻微失真的正弦波，而不是方波。
不管输入波形“A”的实际形状是什么，灯12将响应输入信号“A”以第二纵向模式频率34进行的调幅，并且将产生灯12中与灯方向无关的一致颜色。因为灯12在选定的450kHz和550kHz载波频率及在选定载波频率之间进行调制时输入波形“A”可能扫描通过的任何中间频率都是稳定的，因此不管用于产生方波24的控制波形32的形状是什么，灯照明都将是稳定的。
本领域技术人员应当认识到，因为在特定频率之上，依赖于给定的灯12的结构，高阶声共振被抑制，从而工作稳定，因此关于选择调频发生的载波频率或载波频率范围，本发明提供了相当大的范围。
通过慎重选择第一和第二VHF载波频率F1、F2，使选定VHF载波频率之间的差值大于或小于用在上述实例中的值，或者通过使用高阶滤波器，输入波形“A”中调幅的量可以预定并控制，以获得称为调制指数的参数的期望值。调制指数是由以下等式计算的：
对于在此所述类型的灯，预测在灯12的触发和工作过程中，0至.27之间的调制指数是优选的。
本发明还采用了操作上述装置的方法的形式。这种方法还包括确定使灯工作稳定的载波频率值F1、F2。本方法还包括确定最佳调制频率值34。通过对灯电压测量实现的最佳调制频率值34的确定可以利用图1中虚线30所示的反馈回路30检测并将灯电压送至控制器20在控制器20中执行。
尽管以上描述利用了本发明的特定代表性实施方案，但是在不背离本发明主旨和范围的前提下还可以进行许多其它的变化和修改。本发明的范围只能由附加的权利要求来限制，所有属于其等价物内涵与范围的变化都包含在其中。