放电灯的激励装置.pdf

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摘要
申请专利号:

CN88102588

申请日:

1988.04.29

公开号:

CN88102588A

公开日:

1988.11.16

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

|||授权|||审定||||||公开

IPC分类号:

H05B41/14; G05F1/56

主分类号:

H05B41/14; G05F1/56

申请人:

奥米加电子股份有限公司

发明人:

菲利普·德格朗; 沃纳·施奈特

地址:

瑞士比安

优先权:

1987.04.29 FR 8706145

专利代理机构:

中国专利代理有限公司

代理人:

何耀煌;曹济洪

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内容摘要

本发明的放电灯激励装置包括启动器和适合于维持灯内放电电流的发生器。该发生器包括串联连接直流电压源、第一和第二开关的第一电路。当第一开关闭合时第二开关断开,反之亦然。第二电路串联连接电感和灯泡,且并联在第二开关两端。各开关由综合从振荡器和比较器接收到的信号的控制设备所操纵,以调整灯内电流。该发生器对于加到其上的任何负载呈现为稳流源,因而不但可用于照明设备,而且可用于激励矩阵显示板的各发光点。

权利要求书

1: 一种放电灯激励装置,它包括能够提供适合于触发灯泡内放电的电压脉冲的第一发生器以及适合于维持灯内放电电流的第二发生器,其特征在于: --所述第二发生器包括第一电路和第二电路,所述第一电路是这样布置的,以便串联连接第一直流电压源、第一开关和第二开关,所述第一和第二开关的布置方式使得当第一开关闭合时第二开关断开,反之亦然,所述第二电路是这样布置的,以便串联连接一个电感和所述灯泡,并且并联连接到所述第二开关的两端上, --所述各开关由第一控制设备操纵,后者由具有固定周期T 1 的交变信号激励,所述交变信号由振荡器和另一设备提供,该另一设备用于测量灯内电流的代表值,以便将该代表值与由第二直流电压源提供的基准值比较,并且当所述各电压值基本上相等时提供一个表示相等的信号, --所述第一控制设备利用所述相等信号,并且在第一时间周期Ta期间首先将所述第一开关置于闭合状态,该第一时间周期Ta从所述固定周期T 1 的起点开始延伸,直至出现所述相等信号时为止,接着在第二时间间隔Tb期间,所述第一开关处于断开状态,所述第二时间间隔Tb结束于所述固定周期T 1 的末端, --按照周期关系Ta/T 1 操纵第一开关,以控制灯内电流。
2: 如权利要求1中所述的激励装置,其特征在于,所述第一控制设备控制的晶体管,而所述第二开关包括二极管,该二极管的连接方式使得当所述第一开关闭合时所述二极管不 导通。
3: 如权利要求2中所述的激励装置,其特征在于:用于测量灯内电流代表值的所述设备是由串联于所述第一电路中的电阻构成的。
4: 如权利要求3中所述的激励装置,其特征在于: -所述第一控制设备是一个在其时钟输入端由具有周期T 1 的交变信号激励的D型触发器, -所述晶体管在其基极由所述触发器的输出端Q控制,所述晶体管的集电极和发射分别连接到二极管及经由所述电阻连接到所述第一电压源, -借助比较器把在所述电阻两端产生的电压与所述第二电压源比较,来自所述比较器的所述相等信号作用在所述触发器的set输入端。
5: 如权利要求4中所述的激励装置,其特征在于:所述第二直流电压源是可调的。
6: 如权利要求1中所述的激励装置,其特征在于: -所述提供适合于触发灯泡内放电的电压脉冲的第一发生器含有第三开关,该第三开关并联在所述灯泡的两端子上并且由第二控制设备操纵,后者本身又由所述第一控制设备操纵。 -所述第二控制设备是这样布置的,使得当接通所述激励装置时所述第三开关闭合,然后在所述第一开关由闭合状态变成断开状态的第一时刻,所述第三开关断开。
7: 一种放电灯激励装置,该放电灯含有第一冷电极和备有灯丝的第二电极,所述装置包括能够提供适合于触发灯内放电的电压 脉冲的第一发生器以及适合于在具有预定的持续时间Td的时间间隔内加热灯丝,然后维持灯内放电电流的第二发生器,其特征在于所述第二发生器包括: -第一电路和第二电路,所述第一电路串联连接第一直流电压源、第一开关和第二开关,所述第一和第二开关的布置方式使得当第一开关闭合时第二开关断开,反之亦然,所述第二电路串联一个电感、所述第一冷电极和所述灯丝的第一端,并且与所述第二开关并联连接, -一个一方面连接到所述第一冷电极,另一方面连接到所述灯丝的第二端的第三开关, -所述第一和第二开关由第一控制设备操纵,后者由具有固定周期T 1 并且由振荡器提供的交变信号激励, -一个测量设备,用于测量灯丝内电流的代表值,然后测量灯泡内放电电流的代表值,以便把所述代表值与由第二直流电压源提供的基准值比较,并且当所述各电压值基本上相等时提供相等信号, -所述控制设备利用所述相等信号,并且在第一时间间隔Ta内首先将所述第一开关置于闭合状态,该第一时间间隔从所述固定周期的起点开始延伸,直至出现所述相等信号为止,然后在第二时间间隔Tb期间,使所述第一开关处于断开状态,所述Tb终结于所述周期T 1 的末端, -按照周期关系Ta/T 1 操纵所述第一开关,以控制灯丝内,其次是灯泡内的电流, -由第二控制设备操纵的所述第三开关,后者本身由所述第一 控制设备操纵,所述第二控制设备的布置方式使得当接通该激励装置时所述第三开关闭合,然后,在预定的时间间隔Td之后所述第三开关断开,所述断开状态发生在具有预定持续时间的所述时间间隔之后所述第一开关从闭合状态变成断开状态的第一时刻。
8: 如权利要求7中所述的激励装置,其特征在于:所述第一开关是由第一控制设备控制的第一晶体管,所述第二开关是二极管、其连接方式使得当所述第一开关闭合时该二极管不导通,所述第三开关是由第二控制设备控制的第二晶体管。
9: 如权利要求8中所述的激励装置,其特征在于:用于测量灯丝中,其次灯泡中的电流代表值的所述设备由串联在第一电路中的电阻构成。
10: 如权利要求9中所述的激励装置,其特征在于: -所述第一控制设备是在其时钟输入端由具有周期T 1 的交变信号激励的第一D型触发器, -所述第一晶体管在其基极由所述第一触发器的Q输出端所控制,所述第一晶体管的集电极和发射极分别连接到二极管和经由所述电阻连接到所述电压源, -借助比较器把在所述电阻两端产生的电压与所述第二直流电压源作比较,来自所述比较器的相等信号作用在所述触发器的set输入端上, -所述第二控制设备是在其时钟输入端由出现在所述第一触发器Q输出端上的信号所激励的第二D型触发器, -具有预定持续时间Td的所述时间间隔以相当于所述第二触发器D输入端的信号的形式出现, -所述第二晶体管由出现在所述第二触发器的Q输出端的信号,经由放大器来控制,所述第二晶体管的集电极和发射极分别连接到第一冷电极和所述灯泡的所述灯丝第二端子。
11: 如权利要求10中所述的激励装置,其特征在于:所述第二直流电压源是可调的。
12: 一种用于响应指令信号而控制放电灯管发光强度的激励装置,该装置包括第一发生器和第二发生器,所述第一发生器可以以预定的周期时间间隔Tr提供适合于触发灯泡内放电的电压脉冲,而所述第二发生器可以与每个电压脉冲同步地为灯泡提供放电维持电流,其特征在于: -所述第二发生器包括第一电路和第二电路,所述第一电路串联连接第一直流电压源、第一开关和第二开关,所述第一和第二开关的连接方式使得当第一开关闭合时第二开关断开,反之亦然,所述第二电路串联连接一个电感和所述灯泡,并且与所述第二开关并联, -所述各开关由控制设备操纵,后者用由振荡器提供的、具有固定周期T 1 的交变信号来激励,所述振荡器的操作持续时间Tc随所述指令信号而变化,所述操作持续时间Tc在极限值范围内: 0≤Tc≤Tr, -一个测量设备,用于测量灯泡中电流的代表值,以便把所述代表值与由第二直流电压源提供的基准值比较,并且当所述各值基本上相等时发出相等信号, -所述控制设备利用所述相等信号,在第一时间间隔内首先把所述第一开关置于闭合状态,所述第一时间间隔从所述固定周期 T 1 的起点开始延伸,直至出现所述相等信号为止,然后在第二时间间隔Tb内把第一开关置于断开状态,所述第二时间间隔Tb结束于所述固定周期T 1 的末端, -按照周期关系Ta/T 1 来操纵所述第一开关,以控制灯泡内电流。
13: 如权利要求12中所述的激励装置,其特征在于:所述第一开关是由所述控制设备控制的晶体管,以及所述第二开关是二极管,该二极管的连接方式使得当所述第一开关闭合时、所述二极管不导通。
14: 如权利要求13中所述的激励装置,其特征在于:用于测量灯泡内电流代表值的所述设备是由串联在所述第一电路中的电阻构成的。
15: 如权利要求14中所述的激励装置,其特征在于: -所述控制设备是一个D型触发器,该触发器由在其时钟输入端的、具有周期T 1 的交变信号以及在其输入端D的、具有持续时间Tc的指令信号所激励, -所述晶体管在其基极由所述触发器的Q输出端控制,该晶体管的集电极和发射极分别连接到所述二极管和经由所述电阻连接到第一直流电压源, -借助比较器把在所述电阻两端产生的电压与第二直流电压源作比较,来自所述比较器的相等信号作用在所述触发器的set输入端。
16: 如权利要求15中所述的激励装置,其特征在于:所述第二直流电压是可调的。

说明书


按照第一实施例,本发明涉及用于激励放电灯的装置,该装置包括能够提供适用于触发灯内放电的电压脉冲的第一发生器以及适用于维持灯内放电电流的第二发生器。

    按照第二实施例,本发明还涉及用于激励备有第一冷电极和含有灯丝的第二电极的放电灯的装置,所述装置包括能够提供适用于触发灯内放电的电压脉冲的第一发生器以及适合于在预定时间间隔Td内对灯丝加热、然后维持灯内放电电流的第二发生器。

    按照第三实施例,本发明还涉及用于响应指令信号而控制放电灯发光强度的激励装置,该装置包括第一发生器和第二发生器,所述第一发生器能够在预定的周期时间间隔Tr内提供适合于触发灯内放电的电压脉冲,所述第二发生器适合于与每个电压脉冲同步地为灯泡提供维持放电电流。

    在欧洲专利文件EP-A-0152026(US-A-4649322)中已经提出了一种按照第三实施例的装置。在该装置中,由以预定的周期性时间间隔提供电压脉冲的第一发生器来完成灯内放电的触发。由来自第二发生器的一个电流源来控制灯泡的发光强度,该电流源能够向灯泡施加放电维持电流,可以根据用户希望获得的发光强度来改变所述电流的持续时间。该装置还可包括一个能够与该电压脉冲同步地施加该维持电流地电路。

    除了两个脉冲发生器的实施例之外,上述专利文件还叙述了一种实现用于维持灯内放电的发生器的方式。该维持发生器(它是一个电流源)由直流电压源供电,并且主要包含两个级联晶体管,当指令信号送到第一晶体管的输入端时,所述两个晶体管就连续导通。指令信号的持续时间(该信号可以,例如是一种视频信号)确定了所述电流源导通的时间间隔,对于提供全发光度的灯泡,该时间间隔是大约14毫秒;如果该灯泡必须保持以所述全发光度发光的话,就必须继之以一连串具有类似持续时间的周期。在所述装置要适合于产生荧光性发光设备发光强度的简单变化的情况下(例如借助于手动控制),将必须由一个脉冲发生器在该设备发光的瞬间提供一个单脉冲,同时该脉冲继之以保持所选电平的连续电流。

    这种工作方式消耗了相当多的、作为热量耗散掉的电能(因而成为纯粹的浪费)。实际上,在上述专利文件中提到:60伏直流激发电压能够保证在该管中得到大约40伏的电弧电压,由此可见,在所述电流发生器中,必须吸收大约20伏的电压降。下面将注意到,该电弧电压实际上可以有相当大的变化(10至60伏),这取决于该灯泡所采用的动态设计方案。温度对该电弧电压值也有重大的影响。因此,在上述装置中,上文提到的由两个晶体管构成的电流发生器必须吸收在激发电压和电弧电压之间所存在的电压差;如已经提到的,该电压差作为纯粹的浪费而耗散掉。

    专利文件US-A-3    890537叙述了一种起气体放电灯的镇流作用的斩断激发方法。

    在该文件中,为了激发该灯泡,使用了一个全波整流交流电源电压源。整流之后没有设置滤波器。虽然象本发明中的情况那样,该激发系统提供一个具有一个三极管和一个二极管的斩波发生器,但在所述文件中,在下述意义上即以同本发明中所提出的完全不同的方式进行电流控制,即,在所述文件中,每当电流达到最大值,就关断该晶体管开关,当电流达到最小值时,该开关再次导通。由此产生一个可变的间断频率(根据所述专利文本,该频率可在10至40KHz之间变化)。与此相反,本发明的间断频率是固定的。即使该晶体管开关的截止是通过灯泡中的最大电流来实现的,但从另一面来说,其重新导通与该电流开关。因此,和上述发明中的情况不同,在本发明中不需要磁滞比较器。

    因此,在本发明中,所述灯泡是由直流电压和具有固定频率的斩波系统来激发的。在上述文件中,该电压未经整流和滤波,同时,间断频率本质上是可变的。后者不能适用于激发大面积矩阵显示板的发光点,因为在那种场合必需精确控制若干相邻发光源的状态。

    因此,本发明的目的是排除所述困难,并提出一种本身不消耗能量的稳流电源而不管负载值是多少;在这里,该负载表现为所述灯泡所给出的电弧电压,该电压本质上是可变的。

    根据本发明的第一实施例,为了达到以上目的,所述第二发生器包含第一电路和第二电路;所述第一电路包括串联连接的第一直流电压源、第一开关和第二开关,所述第一和第二开关的设置方式使得当第一开关闭合时第二开关断开,反之亦然;所述第二电路包括串联连接的电感和所述灯泡,该电路并联在所述第二开关的两端;所述各开关是由用具有周期T1的交变信号激励的控制设备来操纵的,所述交变信号是由振荡器和另一设备提供的,所述另一设备用于测量灯内电流代表值,以便将该代表值与由第二直流电压源U3提供的基准值进行比较,从而当所述各值基本上相等时就提供一个相等外信号;所述控制设备利用所述相等信号,在从所述固定周期T1的起点开始延伸、直至所述相等信号出现为止的第一周期Ta期间,首先把所述第一开关置于闭合状态,然后在结束于所述周期T1的终点的第二周期Tb期间使第一开关处于断开状态;所述第一开关按照周期关系Ta/T1而动作,从而控制着灯泡内的电流。

    根据本发明的第二实施例达到了所述同一目的,其方法是:与上文提出的相同的设备加上由第二控制设备操纵的第三开关,所述第三开关能够顺序地实现灯丝的通电、在灯泡两端产生电压电涌以及以维持电流激励所述灯泡。

    根据本发明的第三实施例也可达到所述同一目的,其方法是:所述与第一实施例相同的设备加上一个用于使具有固定周期T1的交变信号持续地施加一段Tc时间的装置,该持续时间随指令信号而变,所述持续施加时间Tc被包括在各极限值之间,O≤Tc≤Tr。

    借助于以下的描述、并参考附图举例说明,将能更好地理解本发明。

    图1a是表示根据本发明的第一、第二和第三实施例的放电灯激励装置的工作原理总的电路原理图;

    图1b和1c表示根据开关I1和I2的位置,图1a的接线中的电流路径;

    图1d是说明图1a至1c各电路的工作情况的简化定时图;

    图2是根据本发明的第一实施例的放电灯激发方式的电路原理详图;

    图3是说明图2电路的工作情况的定时图;

    图4是根据本发明的第三实施例的放电灯激发方式的电路原理详图;

    图5是说明图4电路工作情况的定时图;

    图6是说明从图1a电路导出的本发明第一实施例可能的变型的总的电路原理图;

    图7是根据本发明第二实施例的激励装置的工作原理的电路原理图;

    图8是涉及图7工作原理简图的放电灯激励方式的电路原理详图;以及

    图9是说明图8电路的工作情况的定时图。

    图1是说明本发明所依据的基本原理的总的电路原理图。放电灯1(它可以是一个荧光管)备有两个电极2和3。第一发生器或启动器4提供适合于触发灯内放电的电压脉冲。下文将看到,按照本发明的该实施例,该启动器发出单个脉冲,或者相反,以预定的周期性时间间隔发出重复脉冲串。图1a还示出适合于维持灯内放电电流的第二发生器,下面准备描述构成本发明主要目标的该第二发生器。

    该第二发生器包含第一电路5,该电路包括串联连接的直流电压源U1、第一开关I1和第二开关I2。开关I1和I2的配置方式使得当第一开关断开时第二开关闭合,反之亦然。图1a中,这种相互关联用连接所述各开关的相应触点舌片的虚线13来表示。该原理图还表示:由串联连接的电感L和放电灯1构成的第二电路6连接在第二开关I2的各接线端子上。

    开关I1由控制设备7操纵。该设备在其输入端8由具有周期T1的交变信号激励,该交变信号是由振荡器9提供的。下面将看到,该信号最好具有,例如150至600KHz的高频率。该信号的固有周期T1由具有持续时间T2的高电平的半周期以及接着的、具有持续时间T3的低电平的半周期构成。该信号的周期关系定义为比值T2/T1。具有周期T1的该交变信号由振荡器9提供,并且半周期T2和T3具有接近相等的持续时间。

    图1a还表明:所述激励装置含有用于测量灯内电流代表值的设备。用环绕第二电路6中的一根导线的环路10代表这些设备。该电流代表值被输送到比较器11,该比较器将所述值与包含在方块12中的基准值作比较。当所述各值基本上相等时,比较器11发出一个相等信号,该信号从控制设备7的输入端14引入该设备中,接着,所述控制设备利用该信号、以便与在其输入端8接收到的信号相配合,在其输出端15为开关I1和I2提供控制信号。下面将参考图1b至1d来说明所述装置的工作情况。

    图1d表示出现在控制设备7的输入端8上的、具有周期T1的交变信号,该信号来自振荡器9。具有周期T1的该信号由高电平的半周期T2和低电平的半周期T3组成。以这样的方式配置控制设备7,使得当输入端8的信号从低电平变为高电平时开关I1是闭合的、而开关I2是断开的,同时,即使加到输入端8的该信号从高电平变到低电平,所述各开关仍然保持上述位置。在示于图1d的曲线图中,用连续线16表示开关I1闭合。当开关I1闭合而开关I2断开时,电路5和6处在图1b中所示的状态。电压源U1就经由开关I1提供流入电感L和灯泡1的电流i1。因为存在电感L和灯泡的电阻R,所以电流i1将在周期Ta期间从接近零值增加到大约等于预定的基准值(图1a的方块12)。当一达到该值时,比较器11将立即在该控制设备的输入端14提供如图1d上所示的相等信号17。该相等信号具有断开开关I1和接通开关I2的作用。于是,电路5和6处在图1c上所示的状态。然后,上述阶段中存储在电感L中的电能产生电流i2,该电流经由开关I2流入灯泡1中。此时,电感L起发生器的作用。和某些公知的激励装置的现行做法相反,该电感不是电流制限器,而起电流存储器的作用。在时间间隔Tb期间,电流i2将由大变小,直至在控制设备7的输入端8,具有周期T1的信号中出现新的上升为止,该信号将再次使开关I1闭合。新的周期从时间间隔Tb的未端开始,并且以类似的方式连续不断地进行下去。

    刚才已经描述了根据本发明的激励装置所依据的一段原理。实际上,该原理涉及一个稳定的、即受控的电流源,该电流源提供具有恒定值的电流而与电路上所加的负载无关。因为,如已经看到的,该负载是一个其电弧电压在相当大的范围内变化的放电管,所以将向人们保证能够获得不变的光通量,并且除了为产生该光通量所需要的耗能外,不需要别的耗能。实际上,所述各开关以完全导通和完全不导通的方式工作,因而它们本身几乎不损耗能量。

    因此,在这种线路中,无论负载的值是多少,由本发明的装置提供的电流都保持不变。如果负载重(R小)的话,那么,所述开关闭合期间的时间间隔Ta也将是小的;而如果负载轻的话,那么,该时间间隔Ta将被延长;由表达式Ta/T1定义的周期关系实际上控制着流入所述灯泡中电流的大小。该装置还具有抗短路的优点,因为在短路的情况下,时间间隔Ta将减小到非常短的、决不足以损坏电压源U1的持续时间。

    已经通过受控制设备操纵的两个开关I1和I2的应用说明了基本线路。实际上,将在开关I1的位置使用一个开关晶体管,由来自设备7的输出端15的信号在该晶体管的基极控制该晶体管。实际上,人们还将方便地使用二极管代替开关I2;该二极管以这样的方式连接,使得当所述晶体管导通时,所述二极管不导通。由于对存在于二极管两端的电压的敏感性,该二极管呈现一种自控的优点。显然,开关I2也可以是一个受设备7的输出信号控制的晶体管,因而本发明并不简单地局限于二极管的实施例。

    为了测量灯泡中的电流,将方便地使用一个串联在所述激励装置的电路5和6之一中的低值电阻。主要是由于实践上的原因,将把该电阻放在第一电路5中,然后测量在其两端产生的电压,该电压能够反映灯泡中电流的特征。但是,也可以使用其他方法,例如,使用设置在第二电路6中的电流变换器。

    下面将描述本发明的三个实施例,第一和第二实施例用于单个发光装置,而第三实施例则用于产生矩阵显示板的各象素之一。对于这两种情况,都将说明已经用于说明本发明原理的图1中的各方块是如何构成的。

    第一实施例

    图2的电路原理图说明根据本发明的激励装置的第一实施例。这里,控制设备7是一个D型触发器(D-FF),其接线端子D和Reset连接到来自逻辑线路电源的-12伏。该触发器在其输入端8接收具有周期T1的交变信号,该信号在这里也称为时钟信号(Cl)或同步信号(sync)。晶体管Til在其基极上受所述触发器输出端Q上的信号的控制。晶体管Til的集电极连接到二极管D1,而其发射极经由电阻RE连接到电压源U1。借助比较器11(此处是开关晶体管Ti2)把在所述电阻RE两端产生的电压URE与基准电压U3作比较。在电压URE接近等于电压U3的瞬时,晶体管Ti2发出一个相等信号,该信号直接作用在所述触发器的set输入端14上。下面将参考图3上所示的定时图说明刚才已经叙述过的该组件的工作。

    在该图的线a上出现的时钟信号Cl加到该触发器的输入端8上。该信号在-12伏和O伏(用符号φ表示0伏)之间振荡,即,在相应的逻辑值0和1之间振荡。这类触发器(例如Nr·CMOS4013)具有如下的特殊性:当信号C1从0变到1时(箭头18),该触发器使其输出端Q与加到其输入端D的值相一致,同时,只要输入端set和Reset两者都处在零逻辑电平(-12伏),那么,信号C1从1到0的变化不会导致输出端Q的状态的任何变化。因为输入端D处在逻辑值0(-12伏,图3的线b),所以,在信号Cl的每个正边沿、输出端Q从0伏变为-12伏,这示于该曲线图的线e上,上升边沿18激励了输出端Q的输出信号的下降边沿(箭头65)。

    输出端Q从0到-12伏的行程具有使晶体管Til从截止状态(开关I1断开)变为导通状态(开关I1闭合)的作用。电流i1开始在由图1b所限定的电路中流动,该电流的上升速率由于存在电感L而受到限制(见图3的曲线f,该曲线表示灯泡1中的电流Il)。

    下面将观察电阻RE两端的电压URE,用图3的曲线C表示该电压。最初当晶体管Til导通时,该电压等于零;所述晶体管一导通,该电压就变得越来越负,直至该电压等于基准电压U3和电压VBETi2之和,即,等于一(U3+VBETi2)的时刻为止,其中VBETi2是存在于晶体管Ti2的基极和发射之间的电压。在该时刻(用曲线C上的点64表示),晶体管Ti2由非导通状态变成导通状态,同时,所述触发器输入端14(set)的电压恢复到U3加上VCETi2的值(VCETi2是Ti2导通时存在于该晶体管集电极和发射极之间的电压),也就是说,UCTi2=-(U3+VCETi2);这起一种使所述输入端set从-12V变到所示值的作用(箭头61)。信号UCTi2由图3的曲线d给出。

    在所述触发器set输入端的具有UCTi2值的上升边沿(其最终幅度接近逻辑1)具有使该触发器换向的作用,用于将其输出端Q转换到0伏(箭头62),因而使晶体管Til重新截止。于是,电压URE从曲线C上所标明的值变为0伏(箭头63)。从这个瞬间以后,储存在电感L中的能量提供在电路6中流动的电流(图3的曲线f),由于加到该电路的电压源已不存在,所以电流i2由大变小。该电流i2将由大变小直至晶体管Ti1再次导通为止,这种导通发生在所述触发器的输入端C1出现由信号T1呈现的新的上升边缘18的时候。然后,刚才已经详细描述的周期以相同的方式再现。应当顺便指出,电压UCTi2的增大继之以向-12伏的回程,这种回程对所述装置的工作没有影响。

    这样,具有周期T1的、加到所述触发器输入端C1并且由两个相等的半周期T2和T3组成的交变信号变成从灯泡1所看到的、具有同样周期T1、但是由两半周期Ta和Tb组成的信号,这两半周期各自的持续时间根据加到该灯泡上的电流而彼此相关地变化。于是,周期关系Ta/T1控制着流入该灯泡的电流。

    图3的曲线图以表示二极管D1中的电流ID1的曲线9结束。应当指出,在晶体管Ti1的导通周期Ta内,无电流流入该二极管,而在该晶体管的截止周期Tb内,电流i2流入所述二极管。

    图3的曲线图还表示门限电流Ilmin,该灯泡中的电流不降到低于该电流。这归因于以下事实:当周期T1重新开始时,电感L还没有把所存储的能量全部释放出来。该电流说明了出现在电阻RE两端的起始电压电平,该电平的值是(Ilmin·RE)。

    作为实施例的例子,各晶体管可以具有型号2N5400,并且所述二极管可以具有型号1N4148。电压源U1的电压是60伏,而基准电压是1.6伏。当信号周期T1=3.2μs,电阻RE=27欧姆以及电感L=800μH时,将测到管内的80mA电流峰值(相当于大约50mAeff)。由此可见,这里所使用的电感具有非常小的尺寸(几个立方毫米),这是根据本发明的装置的另一个优点。这主要是由于选用了具有高频率,例如高于150KHz的、具有周期T1的交变信号。

    图2示出用箭头横穿的基准电压源U3。该箭头表示该电压基准是可调的,例如借助按钮手动调节,以便调节灯泡的发光强度。很清楚,人们以改变该电压的方式,在周期T1的范围内移动着所述相等信号出现在晶体管Ti2的输出端的时刻,因此也就改变了周期关系Ta/T1,后者控制着灯泡内电流的值。当U3的值从大到小变化时,灯泡内电流也从大到小变化,因而其发光度也从大到小变化。

    图2的电路原理图还表示:所使用的、在大多数情况下是一种荧光灯的放电灯泡具有冷阳极2和热阴极3。该阴极是由直流电源U5供电的灯丝。在欧洲专利文件EP-A-0152026中对该供电课题已经作了某些考虑,为了获得更多的细节可参考该文件。

    为了触发发光设备1中的放电,在接通该系统的瞬间在其上加一个高压脉冲就足够了。用图2上以虚线表示的启动器来提供这种脉冲。该启动器(下文将参考第三实施例对此进行描述)可以用这样的方式实现:使其仅仅在该灯泡接通的瞬间提供单个高压脉冲,而不是提供重复的脉冲串。

    实现该启动器的一个可能的解决办法示于图6的基本原理电路图中,该电路是图1a上所示的装置的变型。由并联连接在灯泡1的端子2和3上的第三开关I3来产生适合于触发所述放电的脉冲电涌。该开关由第二控制设备53控制,而后者本身是由已经参考图1a描述过的第一控制设备7来操纵的。所述连接方式是这样的:当接通所述激励装置时,该第三开关是闭合的。因为在该瞬间第一开关I1也是闭合的,所以如上文已经说明的,此时电感L储存能量。因为第一和第二控制设备7和53相互关联,在开关I1断开的同时,开关I3重新断开,这使该电感所储存的能量释放出来,并在该灯管两端产生所需电涌。在进行关于本发明的第二实施例的讨论中,将给出该启动器工作的详细说明。

    在基本电路原理图1a至1c中,已经描述了待点燃的、具有两个冷电极2和3的灯泡。但是,众所周知,如果能够借助灯丝加热这些电极之一,那么,触发该灯泡内的放电所需要的电压将降低到原来的1/1.5或1/2。此外,众所周知,热电极大大地延长了灯泡的寿命。关于这一点,图2上已经示出备有用直流电压源U5供电的灯丝的电极3。下面将另外描述的第二实施例充分利用了本发明的激励装置,以便加热灯丝。

    第二实施例

    在图7上示出其基本电路原理图。在该图中可辨认出由上述第一电路5和第二电路6所构成的电流维持发生器。灯泡1装有第一冷电极2和装备着灯丝56的第二电极。由电路5和6构成的该装置的第二发生器将同时起对灯丝加热和维持灯泡内放电的作用。

    为此目的,第二电路6包括串联接入的电感L,第一冷电极2和灯丝56的第一端子54。该第二电路并联连接到第二开关I2的两端。图7还示出一方面与冷电极2连接,另一方面又与灯丝56的第二端55连接的第三开关I3。第三开关由第二控制设备53操纵,后者本身又由第一控制设备7操纵。该第二控制设备53的安排方式使得一旦接通所述激励装置(由未示出的普通开关接通),第三开关I3就闭合。于是,根据上文说明的基本原理,第二发生器5、6为灯丝56供电。在预定的持续时间Td的整个时间间隔内激励该灯丝,所述持续时间由例如作用在第二控制设备53输入端的方块90提供的时间常数所确定。该加热时间间隔将延伸在为使灯丝重新炽热所需要的一段时间,例如1秒钟内。当该预定的加热时间间隔结束时,第三开关就断开,这种断开发生在所述预定持续时间Td的时间间隔之后、第一开关第一次从闭合状态变为断开状态的时候。这种状态变化以逻辑信号的形式出现在第一控制设备7的输出端15。该逻辑信号也作用在第二控制设备53上,从而使开关I3断开。正如实验所证明的,在第一开关断开的瞬间,储存在电感L中的能量达到最大值(见图3C的点64,该点与图3f的灯泡内电流i1的最大值相对应),第三开关I3的断开与灯泡内触发放电的第一次电涌同时发生。此后,第三开关I3保持断开状态,并且由第二发生器5、6以维持电流为灯泡1供电。

    图8是第二实施例的详细电路原理图,上文已说明了其原理。下面将描述加到图2电路上的各元件。第三开关I3是第二晶体管Ti3,该晶体管由出现在控制设备53的输出端Q57处的信号所控制,设备53是第二D型触发器。第一触发器7的输出端Q15连接到第二触发器的输入端C1。第二触发器的D输入端58经由电阻R3连接到逻辑线路电源的0伏,同时,电容C连接在该输入端D和辑线路电源-12伏之间。第二触发器的端子set和Reset也连接到-12伏。以晶体管Ti4的形式出现的放大器-倒相器插入输出端Q57和晶体管Ti3的基板之间。该放大器-倒相器的目的在于把出现在输出端Q的信号放大并倒相。第二晶体管Ti3的集电极连接到所述灯泡的冷电极2,同时其发射极连接到该灯泡的灯丝56的第二端子55上。

    下面将参考图9的时间图来说明图8电路的工作。

    该系统一旦接通〔例如通过开关(未示出)〕,触发器53的输入端D58就处在0逻辑电平(-12伏)。触发器53的输出端Q57也处在0电平,晶体管Ti4就导通,从而为导通的晶体管Ti3提供基极电流。于是,灯丝56两端加上了电压,并且由上文已描述的同一第二发生器5、6供电(见图9a)。灯丝中的电流If由一个接一个的电流If1和If2组成(见图9d的开始部分),其中If1由电路5提供,而If2由电路6提供。此时,灯泡1被晶体管Ti3短路,因而端子2和55之间的电压U1等于零(见图9f的开始部分)。系统导通之后,触发器53的输入端D58的电压逐渐从-12伏变到0伏,该过程延续在具有预定的持续时间Td的时间间隔内,该时间间隔决定于时间常数RC,并根据足以使灯丝到达炽热状态的要求来计算(见图96的起始部分)。在时间间隔Td的末端,第二触发器的输入端D58处在电平1(0伏)。在这一瞬间,很明显,加到第二触发器的输入端Cl(来自第一触发器7的输出端Q15)的下一个上升边沿69导致第二触发器输出端Q57的状态翻转(箭头65),转到状态1(0伏)。在这一瞬间,晶体管Ti3断开,因此,灯丝56中的电流If中断(箭头66)。晶体管开关Ti3的断开在灯泡两端产生电涌80(图9f,箭头68),该电涌归因于储存在电感L中的能量,该能量被释放,以完成电弧的触发。第二触发器的输出端Q57的翻转(它导致晶体管开关Ti3的断开)使第二发生器5、6给灯泡端子2、56加上电压,产生电流Il(见图9C,箭头67),如前所述,该电流由两种电流Il1和Il2的交替所构成。在电压电涌脉冲80之后,在灯泡的各电极上建立维持电压U1(图9f的末端)。

    因此,在该第二实施例中,用同一个第二发生器(这是本发明的主要目的)先在一定时间内激励灯丝,然后维持灯泡内电弧电流。该系统使得有可能使用一种比公知的笨重的镇流器大大便宜和方便的设备,目前仍然必须使用这种镇流器以便激励用于照明的荧光管。

    最后,应当指出,图8依靠可变基准电压源U3(它可能被采用)来改变灯泡的发光强度。不需要这种特性的话,可以删去该基准源。在这种情况下,晶体管Ti2的发射极将可以直接连接到源U1的正端。

    第三实施例

    该实施例将最适用于激励构成象素或基本发光点的放电灯泡,这些象素或基本发光点组成矩阵显示板。该板可显示固定的或活动的彩色或黑白图象。在本说明书的引言中已引用的文件〔其编号是EP-A-0152026(US-A-4649322)〕中已经提出一种激励这类灯泡的方式;如已经提到的,该激励方式具有由于以热耗散的形式消耗能量而使成本昂贵的缺点。因此,可用构成本发明目的的电流源来代替所述文件的电流源。

    为此,可以参考图4,该图给出根据本发明第三实施例的激励装置的详细电路原理图。在该原理图中,将可以辨认出由上文详细描述的第一电路5和第二电路6构成的电流维持发生器。

    在其中把灯泡的发光强度作为指令信号(例如视频信号)的函数来调整的第三实施例中,该放电灯泡以预定的周期性时间间隔Tr接收用于触发灯泡放电的电压脉冲。这些高压脉冲由发生器4提供。在所述文件EP-A-0152026中已经详细描述了该发生器的两个实施例。这里将简单地回顾这两种发生器之一的工作情况,同时应当指出,另一种发生器也将适用于本实施例。

    发生器4由直流电压源U4,绕组20,开关21以及电容22组成。在该系统中,开关21导通期间以电流的形式存储在绕组20中的能量,在开关21断开时以电容22两端电压的形式再现。所存储的能量的值决定于电压U4,绕组20的电感以及存储时间间隔t1-t0,其中t0是开关21闭合的时刻,而t1是其断开的时刻。经过线路32为开关21发送断开和闭合信号。该电涌脉冲经由二极管24和电阻25加到所述灯泡。当发生器4同时用于几个放电管的时候,二极管24阻止由电路5和6提供的该电流源经由该电涌发生器的公共线激励另一个灯泡。从灯管被触发的瞬间开始,电阻25具有限制灯管内电弧电流的作用。这种技巧使人们能够用单个发生器点亮几个灯泡。在不用这种方法的情况下,因为各灯泡呈现不同的触发特性,所述仅仅需要最低电压脉冲的灯泡才被点亮。实际上,一旦产生电弧,存在于灯管两端的电压显然就低于触发该灯管所需要的电压。因此,如果不采取保护措施的话,就可能有相当大的电流流过。该电流一方面可能使触发电压达不到足以触发其他灯管的值,另一方面还可能毁坏已触发的第一灯管。

    电路6还包括二极管31,该二极管阻止由发生器4提供的电涌电压反向加到放电电流维持电源上。

    电路中,为所述灯泡提供与每个电冲击脉冲同步的放电维持电流,该电流的持续时间将取决于指令信号,所述指令信号含有表示在给定时刻将通过该灯泡获得的光通量值的信息。在上文提到的文件EP-A-0152026中详细地描述了这种基于电流持续时间而不是基于其幅度的系统。为了获得可能需要的更多的这类知识,可以再次参考该文件。

    和第一实施例一样,本发明的第二发生器包括第一电路5和第二电路6,所述第一电路5包括串联连接的直流电源U1、第一开关(在图4中用晶体管Til代替)和第二开关(在图4中用二极管D1代替,该二极管的连接方式使得当晶体管Til导通时它不导通);所述第二电路6包括串联连接的电感L和灯泡1,并且并联连接在二极管D1的两端。一个控制设备(此处是触发器7)操纵该系统。触发器7在其输入端C1由来自振荡器、并具有周期T1=T2+T3的交变信号激励。图4的所述振荡器以标号70表示,并将其信号馈送到分颁器71的输入端Cl。分频器71的输出端Q提供所需要的信号T1,在本实施例中,该信号的频率是振荡器70的频率的1/2。

    在第一实施例中,触发器7的输入端D嵌位到逻辑线路电源的-12伏之后,该触发器的输出端Q持久地提供信号T1=Ta+Tb。反之,在该第三实施例中,信号T1=Ta+Tb仅仅周期性地出现(具有周期Tr),并且其持续时间Tc随上文提到的指令信号而变化。具有持续时间Tc的该信号加到触发器7的输入端D,并且Tc被包括在极限值范围内:0≤Tc≤Tr。当具有持续时间Tc的信号出现在输入端D时,由电路5或6构成的电流源的工作情况和第一实施例中的一样:用相同的设备测量灯泡1中电流的代表值(RE,10),以便将该代表值与基准值(U3,12)作比较(11,Ti2),并且当这些值基本上相等时提供相等信号(set),结果,如已经说明的那样,在两个阶段中产生具有各自的持续时间Ta和Tb的电流(i1,i2)。

    下面将参考图5说明:如何根据一种可能的方法来确保触发信号与灯泡内具有持续时间Tc的维持电流信号之间的同步。该装置含有由振荡器70,分频器71以及在目前技术发展水平中公知的555型单稳态电路40、41和42构成的组合。

    从高频振荡器70出发。该振荡器驱动分频器71(MC14020型),后者在其输出端产生用于激励触发器7的、具有周期T1的信号(图5a)。在该分频器的输出端Q13产生一种具有非常低的频率的信号(此处该频率等于振荡器的频率除以213)用Tr表示后一种信号的周期(图5b)。该周期Tr表示电涌脉冲的重复周期性。

    在特殊情况下,例如当所述装置用于重显来自视频信号的活动图象的情况下,显然,当使用50Hz电源时,点象必须能够至少每1/25秒(当使用60Hz电源时是1/30秒)被更新一次,或者换句话说、必须能够接收新的信息,这就导致每40毫秒重显所述各电涌脉冲。但是,将把该周期减小到上述值的1/3,即,减小到13.3毫秒,其目的主要是避免图象的闪烁。

    具有周期Tr的信号到达单稳态电路40的输入端2,该电路仅仅在具有周期Tr的信号的下降边沿被触发,以便在其输出端3提供短脉冲50,该脉冲的宽度取决于Ro+Ro′以及Co的给定值。可以通过调节Ro来改变该宽度(图5c)。脉冲串50又控制电路41,该电路也是单稳态器件,该电路在脉冲50的下降边沿被触发,并且以由R1+R1′以及C1的给定值所确定的时间量来延长该脉冲。可以通过改变R1来调节该量。由此产生并示于图5d上的脉冲51聚集在电路41的输出端3,并且经由线路32控制发生器4的开关21。这样,就产生了具有宽度t1-t0的脉冲,该脉冲是为产生能够触发灯泡内电弧的电涌脉冲所必需的,该电涌脉冲在曲线59上以标号80表示,并且以周期Tr重复出现。脉冲51又控制电路42,后者也是单稳态的并且在脉冲51的下降边沿开始工作,电路42根据由给定的R2+R2′和C2值所确定的量来延长脉冲51。由此产生的并示于图5e上的、具有持续时间Tc的脉冲52聚集在电路42的输出端3、并且经由倒相器81控制触发器7的输入端D;如已经看到的,后者控制由电路5和6构成的维持电流源。出现在输入端D的该信号示于图5f。出现在输入端D的脉冲52或其倒向信号正是具有持续时间Tc的指令信号,在本实施例中,该信号由电路42产生,后者与触发发生器4同步工作。

    关于图4还必需指出,含有晶体管60的电路(其作用是一旦在电路40的输出端3出现新的脉冲50,就使单稳态器件42复位到零)的存在是为了避免脉冲50重叠在可能还未终结的脉冲52上。

    图5g表示出现在灯泡各电极上的电压U1,该电压是图5b至5f的综合结果。因此,电涌脉冲80与脉冲51的下降边沿重合,并且调制电压82(即,电弧维持电压)与脉冲52重合。

    图4的实际电路原理图能够借助电位调节(R2)来改变光的强度,这种调节在此处实际上是指令信号。显然,如果所述指令信号是一种,例如由电视摄象机提供的信息的话,那么,这种调节可以用完全不同的方式来实现。在这种情况下,该摄象机在其输出端提供一种模拟信号,再由变换器将其变换成数字信号。一般说来,在变换器的输出端存在25=32种可能的色调,这些色调之一对应于正好那个时刻所分析的点的发光强度。为了考虑眼睛的灵敏度曲线,这32种色调根据具有相等持续时间的128个基本部分的组合,产生一个实际样品(见已经提到的关于该课题的文件EP-A-0153025)。此后,所述数字信息被送到计数器,后者在其输出端使信号复原,该信号的持续时间对应于该时刻所分析的发光强度。最后,如上文已经说明的那样,该信号将控制电流维持电源。

    为了给出第三实施例中所考虑的各种不同信号的例子,可以举例如下:

    振荡器70:614.4KHz

    分频器71,输出端Q1:307.2KHz

    T1=3.2μs,T2=T3=1.6μs,0≤Ta≤3.2μs

    分频器71,输出端Q13:

    75Hz=614.6KHz:213

    Tr=13.33ms,0≤Tc≤13.33ms

    最后,应当指出,基准电压U3可以是可调的,这允许使所发射的光强度与环境光线相适应。

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本发明的放电灯激励装置包括启动器和适合于维持灯内放电电流的发生器。该发生器包括串联连接直流电压源、第一和第二开关的第一电路。当第一开关闭合时第二开关断开,反之亦然。第二电路串联连接电感和灯泡,且并联在第二开关两端。各开关由综合从振荡器和比较器接收到的信号的控制设备所操纵,以调整灯内电流。该发生器对于加到其上的任何负载呈现为稳流源,因而不但可用于照明设备,而且可用于激励矩阵显示板的各发光点。 。

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