TWI449469B - 光源之作動方法及電路裝置 - Google Patents
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Description
光源之作動方法及電路裝置。
本發明係一種具有如申請專利範圍第1項之特徵的作動光源的方法,以及一種具有如申請專利範圍第8項之特徵的電路裝置。尤其是一種調整光源之電路裝置的方法,其中這些光源是以規律性的間隔被極性變換,或是經常需要很大的電流變化。特別引人注意的是電流變化引發的過沖。
氣體放電燈的電子作動裝置通常是所謂的矩形運轉。燈受到以規律性的間隔被極性變換的直流電供應。為了避免電泳效應,以及使燈的每一個電極承受相同的負載,極性變換是必要的。同樣普遍的是專門為直流運轉設計的氣體放電燈。對於特定的應用(例如投影運轉),直流燈也需要快速的電流變化。半導體光源的投影應用也需要快速的電流變化,以確保色溫能夠保持不變。
直流電通常是由一個發出脈衝的電源負責供應,以下稱這種電源為直流變壓器。此種直流變壓器通常是屬於已知的佈局技術,例如降壓變壓器(Buck)、升壓變壓器(Boost)、反轉變壓器(Buck-Boost)、Cuk變壓器或Sepic變壓器。由於輸入變壓器的電壓通常都會高於光源電壓,因此最好是使用降壓變壓器。通常可以經由直流變壓器之電子開關的脈衝佔空因數或開關頻率調整可能對直流變壓器
產生負荷的功率。因此直流變壓器具有一個存有額定值的調節輸入端。如果是一種直流變壓器(例如降壓變壓器),則通常會使用一種脈寬調制器(PWM),其作用是將額定值轉換成降低變壓器之電子開關的控制信號。
如果在額定值出現快速電流變化,例如因為燈電流的極性變換或投影機系統的顏色變化造成電流快速變化,則直流變壓器會跟不上這個快速變化。此時電流變化會變得比較緩慢,同時出現一種過沖狀態,也就是說,電流的實際值會超出額定值,並在一段時間後向額定值靠攏。這會使光源接收更多的功率,因而產生通常並非所需要的更高的光輸出。這種效應可能導致投影系統的顏色失真。短時間變大的電流也會造成非所希望的噪音,這是因為電路的磁致伸縮及其他機制對環境發出的噪音。
因此專利EP 1 326 483 A1嚐試防止燈電流的極性變換造成過沖狀態,方法是在快要發生極性變換之前將電流的額定值降低,並在極性變換之後很快將電流的額定值調回所希望的大小。這種方法是使電流的額定值與極性變換及切換信號同步,以便短時間將額定值降低一個降低值。這種方法雖然可以降低燈電流極性變換時的過沖狀態,也就是可以降低燈在整流時的過沖狀態,但是並非總是能夠對導致燈功率快速變化之燈電流的快速電流變化產生貢獻。
本發明的目的是提出一種具有申請專利範圍第1項之特徵的光源作動方法,以及一種具有申請專利範圍第8項
之特徵的光源作動裝置,相較於先前技術,此種作動裝置能夠在光源電流發生快速變化時降低過沖狀態。
為達到上述目的,本發明提出一種作動由直流變壓器提供功率之光源的方法,這種方法是對直流變壓器(11)之作動參數給定一個額定值,以調整一個調整值,這種方法的特徵是具有以下的步驟:-- 在額定值快速變化之前將直流變壓器(11)的切換頻率提高一個增加值;-- 等候一段停留時間(tRZ
);-- 調整新的額定值;-- 等候總停留時間(t2
)結束;-- 將直流變壓器(11)的切換頻率降低一個增加值。
本發明提出之作動光源的電路裝置具有一個直流變壓器及一個控制電路,而且是以前面所述的方式被作動。
最好是在停留時間(tRZ
)期間調整新的額定值。另外一種可行的方式是在總停留時間(t2
)期間調整新的額定值。
最好是以矩形電流使光源運轉。額定值的快速變化可以是燈電流的極性變化。
本發明之作動電氣放電燈的方法其他有利的改良方式及實施方式見於以下的說明及申請專利範圍之附屬申請項目。
第1圖顯示一個可以執行本發明之方法的作動裝置(1)的簡圖。作動裝置(1)具有一個380V的直流電壓輸入端。
當230V的電源電壓(歐洲及部分其他地區的國家通用的電壓)被整流,並有存儲電容器的支援時,就可以形成380V的電壓。電壓先被輸送至第一個直流變壓器(11),該輸入電壓會在第一個直流變壓器(11)被整流成適於氣體放電燈(5)的燈電壓。這個燈電壓會被變流器(13)從直流電壓加工成頻率為數百Hz的矩形電壓。然後這個矩形電壓再經由變頻點火裝置(17)被輸送到氣體放電燈(5)。
作動裝置(1)的第二個直流變壓器(12)的任務是供應控制電路(15)電流。控制電路(15)控制第一個直流變壓器(11)及變流器(13),以執行本發明的方法。根據一種有利的實施方式,作動裝置(1)是作為錄影投影系統的作動裝置。為了與錄影電子器材溝通,控制電路(15)具有一個經絕緣體(16)引入的輸入端(EVL
)。控制電路(15)經由輸入端(EVL
)接收一個同步信號,以便與錄影電子器材同步。
為了能夠精確的陳述本發明之方法的作用方式,以下將先利用第2圖對錄影投影系統的作用方式作一簡短的說明。如第2圖所示,錄影投影系統具有一個如第1圖之實施例的作動裝置(1)。作動裝置(1)使發出白光的氣體放電燈(5)運轉。氣體放電燈(5)發出的白光經由一個光學鏡組(51)(例如一面透鏡)在一個濾光輪(6)的彩色濾光器上被集結成束。從氣體放電燈(5)的照射方向看過去,濾光輪(6)的後面有設置另外一個光學鏡組(52)(例如也是一面透鏡),其作用是將經濾光輪(6)過濾的光線偏轉到一個DMD晶片(71)。
DMD晶片(71)具有一個很小的可轉動的鏡子,這個鏡
子可以根據是否應將色光所屬的像素關閉以決定是要將色光偏轉到一個投影鏡組(8)或是從投影鏡組(8)將色光偏移。換句話說DMD晶片(71)具有控制錄影投影系統之個別像素的光閘。濾光輪(6)主要作用是作為顏色調制器,其作用是從照明裝置(10)發出的白光中一個接一個將個別顏色過濾出來。照明裝置(10)是由作動裝置(1)及氣體放電燈(5)所構成。在本實施例中,濾光輪(6)具有一個紅光濾光器、一個綠光濾光器、以及一個藍光濾光器。
如第3圖所示,一條儲存在照明裝置之作動裝置(1)內光曲線(23)分成3個段落(SR
,SG
,SB
),這3個段落分別配屬於濾光輪(6)之紅光、綠光、藍光濾光器。第一個段落(SR
)具有時間間隔(tR
),在這段期間光曲線(23)具有一固定不變的照明強度(BR
)。第一個段落(SR
)屬於紅光,也就是說,在時間間隔(tR
)期間,濾光輪(6)的紅光濾光器會從照明裝置(10)發出的白光中將紅光過濾出來。在時間間隔(tR
)結束後,光曲線的照明強度變成照明強度(BG
),照明強度(BG
)在屬於綠光之第一個段落(SG
)之時間間隔(tG
)期間保持固定不變。因此在時間間隔(tG
)期間,濾光輪(6)的綠光濾光器會從照明裝置(10)發出的白光中將綠光過濾出來。在時間間隔(tG
)結束後,光曲線的照明強度變成照明強度(BB
),濾光輪(6)會換到藍光濾光器,同時光曲線(23)會進到第三個段落(SB
)。這表示光曲線(23)的照明強度變成照明強度(BB
),而且在時間間隔(tB
)期間保持固定不變。由於照明強度在光曲線的不同段落(SR
,SG
,SB
)是不同的,也就是說在配屬於濾光輪(6)之紅光、綠光、藍光濾光器之不同段落(SR
,SG
,SB
)
的照明強度是不同的,因此照明裝置(10)的照明強度可以配合紅光、綠光、藍光所需的亮度進行調整,以產生顯示系統所需的色溫。光曲線(23)的3個段落(SR
,SG
,SB
)構成光曲線(23)的一個週期,每個週期的時間是介於16ms至20ms之間。
燈電流的極性變化最好是發生在濾光輪(6)改變顏色時。DMD晶片(71)會在這個時間點將光信號變暗,以避免不應出現的顏色混合。為了使燈電流的極性變化同步,錄影投影系統會將一個同步信號送至控制電路(15),然後由控制電路(15)將這個同步信號轉換成對變流器(13)的相應控制。
燈電流快速變化的另外一個原因是所謂的維護脈衝,例如專利EP 766906 B1有關於水方面的說明。脈衝最好是在即將及/或剛完成換向(也就是燈電流極性變化)時被疊加到正常的矩形電流上。脈衝的任務是形成及維護氣體放電燈的電極頭。但是以直流運轉的氣體放電燈也會出現維護脈衝。由於這種脈衝的關係,在一個矩形半波內會發生很大的燈電流變化,本發明的方法能夠很好的控制這種燈電流變化。
由於維護脈衝的資料及調整色度座標的資料均根據光曲線被儲存在作動裝置中,因此本發明的作動方法可以簡單且有效的被應用。控制電路(15)會將作為額定值的開關頻率及燈功率或燈電流告知變流器(13)。由於控制電路(15)知道下一次換向或下一個維護脈衝何時會出現,因此能夠即時在這個時間點之前升高變壓器頻率的額定值。這樣就
可以使直流變壓器(11)能夠很快的對即將發生的電流變化作出反應,以更好的複製出所需要的曲線形狀。
第4圖顯示燈電流(21)的一個半波。在時間間隔(t11
,t12
,t13
)期間,也就是在燈電流沒有明顯變化的期間,直流變壓器(11)是以第一頻率運轉。這個正常的頻率是能夠將變壓器的損耗降到最低的頻率。因此變壓器最好是間歇運轉,或是以極限頻率在間歇運轉及非間歇運轉之間運轉。
所謂間歇運轉是指在接通之前,流過開關的電流會變成零的脈衝式開關調節器的運轉方式。所謂非間歇運轉是指在接通之前,流過開關的電流不會變成零的脈衝式開關調節器的運轉方式。因此非間歇運轉會有開關損耗。脈衝式開關調節器的最有利的運轉方式是在間歇運轉及非間歇運轉的交界處運轉。在這個運轉點上相對於要傳遞之功率的損耗是最低的。
在總停留時間(t2
)期間,直流變壓器(11)的頻率會提高一個增加值,以便能夠較好的控制相當大的電流變化。由於直流變壓器的會形成阻抗的構件(例如電感器及電容器)具有一定的慣性,因此頻率的額定值變化會比燈電流的額定值變化提早發生,提早的時間為停留時間(tRZ
)。在燈電流的額定值發生變化後,應計入一段潛伏時間(t2
-tRZ
),以確保燈電流已確實發生變化。然後頻率會降低一個增加值,以回復到第一頻率。在總停留時間(t2
)期間,也就是在直流變壓器以較高的頻率運轉期間,可能會出現運轉方式變成非間歇運轉的情況。由於時間間隔(t11
,t12
,t13
)比總停留時間(t2
)長很多,而且是構成燈電流的大部分時間,因此能夠將
總損耗保持在很低的程度。在總停留時間(t2
)期間發生的較大的損耗是可以忍受的,因為這一段時間很短,而且只會對系統的總效率造成很小的負面影響。不過以第一頻率運轉之直流變壓器的製造成本會低於以較高之第二頻率運轉的直流變壓器。
本發明對於半導體光源(例如發光二極體)之使用亦具有優點。以發光二極體進行投影時,產生不同色光(例如紅光,綠光,藍光)的不同的發光二極體段都要對每一個像點重新控制。有時兩個顏色及亮度均不同的相鄰像點會使發光二極體的電流發生很大的變化。本發明的方法可以比先前技術的任何方法更能有效的克服發光二極體的很大的電流變化。
本發明的方法可以大幅改善作動裝置對於光源電流之快速變化的調節能力,並減少本文開頭提及的問題。使直流變壓器以第一頻率運轉,以本發明之方法作動之作動裝置的成本並不會高於先前技術的成本。
1‧‧‧作動裝置
5‧‧‧光源/氣體放電燈
6‧‧‧濾光輪
8‧‧‧投影鏡組
10‧‧‧照明裝置
11,12‧‧‧直流變壓器
13‧‧‧變流器
16‧‧‧絕緣體
17‧‧‧變頻點火裝置
21‧‧‧燈電流
23‧‧‧光曲線
51,52‧‧‧光學鏡組
71‧‧‧DMD晶片
tRZ
‧‧‧停留時間
t2
‧‧‧總停留時間
EVL
‧‧‧輸入端
SR
,SG
,SB
‧‧‧段落
tR
,tG
,tB
,t11
,t12
,t13
‧‧‧時間間隔
BR
,BG
,BB
‧‧‧照明強度
t2
-tRZ
‧‧‧潛伏時間
以下配合圖式及實施例對本發明的內容作進一步的說明:
第1圖:一種可以執行本發明之方法的作動裝置的簡圖。
第2圖:一個錄影投影系統的斷面示意圖。
第3圖:色輪在整個運期間的照明強度變化圖。
第4圖:按照本發明之方法在正常及升高之變壓器頻
率期間的燈電流變化圖。
21‧‧‧燈電流
tRZ
‧‧‧停留時間
t2
‧‧‧總停留時間
t11
,t12
,t13
‧‧‧時間間隔
t2
-tRZ
‧‧‧潛伏時間
Claims (13)
- 一種用於控制光源(5)作動的方法,該光源(5)由一個直流變壓器(11)提供功率,這種方法是對直流變壓器(11)之作動參數給定一個額定值,以調整一個調整值,這種方法的特徵是具有以下的步驟:-- 在額定值快速變化之前將直流變壓器(11)的切換頻率提高一個增加值;-- 等候一段停留時間(tRZ );-- 調整新的額定值;-- 等候總停留時間(t2 )結束;-- 將直流變壓器(11)的切換頻率降低該增加值。
- 如申請專利範圍第1項的方法,其中在停留時間(tRZ )期間調整新的額定值。
- 如申請專利範圍第1項的方法,其中在總停留時間(t2 )期間調整新的額定值。
- 如申請專利範圍第1項的方法,其中以矩形電流使光源(5)運轉。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項的方法,其中額定值的快速變化是光源電流的極性轉換。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項的方法,其中以直流電使光源(5)運轉。
- 如申請專利範圍第1項的方法,其中額定值的快速變化是氣體放電燈之維護脈衝的開始或結束。
- 如申請專利範圍第1項的方法,其中額定值的快速變化是一個色輪段的開始或結束,燈電流是被這個色輪段同 步化。
- 如申請專利範圍第1項的方法,其中當直流變壓器(11)以第一頻率運轉時,直流變壓器(11)係處於間歇運轉或處於間歇運轉及非間歇運轉的交界處。
- 如申請專利範圍第1項的方法,其中當直流變壓器(11)以升高的頻率運轉時,直流變壓器(11)會進入非間歇運轉。
- 一種作動光源(5)的電路裝置,具有一個直流變壓器(11)及一個控制電路(15),其特徵為:以申請專利範圍第1項至第8項中任一項的方法作動。
- 如申請專利範圍第11項的電路裝置,其中光源(5)是一種氣體放電燈。
- 如申請專利範圍第11項的電路裝置,其中光源(5)是一種半導體光源。
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