JP4862392B2 - 高圧放電灯点灯装置及び画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、高輝度高圧放電灯（ＨＩＤランプ）を点灯するための高圧放電灯点灯装置、およびこれを用いた投写形のテレビやプロジェクタ等に使用される投写形の画像表示装置に関するものである。

図１０は従来の放電灯点灯装置（特開２００３−３３２０９２号）の回路図である。この点灯装置は、直流電源Ｅを降圧チョッパ回路１により降圧し、スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５よりなる極性反転ブリッジ回路を介してランプＬａに交流電力を供給する。ランプ電圧Ｖｌａを抵抗Ｒ４，Ｒ５の分圧により検出し、マイコン２によりコンパレータＣＰ１の基準電圧を設定する。降圧チョッパ回路１のスイッチング素子Ｑ１はオン／オフ制御回路３によりオン・オフ制御される。スイッチング素子Ｑ１がオンのとき、抵抗Ｒ１に流れる電流がコンパレータＣＰ１の基準電圧を越えると、オン／オフ制御回路３の出力が反転し、スイッチング素子Ｑ１はオフとなる。スイッチング素子Ｑ１がオフのとき、ダイオードＤ１を介してチョークＬ１のエネルギーが放出され、そのチョーク電流がゼロになると、ダイオードＤ１のカソードの電圧Ｖｄが上昇する。この電圧Ｖｄを抵抗Ｒ２，Ｒ３の分圧により検出し、コンパレータＣＰ２の基準電圧を越えると、オン／オフ制御回路３の出力が反転し、スイッチング素子Ｑ１はオンとなる。

ただし、オン／オフ制御回路３にはタイマー回路４が付設されており、コンパレータＣＰ３の出力により最短のオフ時間が規定され、コンパレータＣＰ４の出力により最長のオフ時間が規定されている。コンパレータＣＰ３の出力反転時にスイッチング素子Ｑ１がオンするモードは図２（ｂ）のようにチョッパ電流ＩＬ１が不連続モードとなり、コンパレータＣＰ４の出力反転時にスイッチング素子Ｑ１がオンするモードは図２（ｃ）のようにチョッパ電流ＩＬ１が連続モードとなる。

スイッチング素子Ｑ１のオフ時間がコンパレータＣＰ３のタイマー時間よりも長く、且つコンパレータＣＰ４のタイマー時間よりも短い場合には、図２（ａ）のようにチョッパ電流ＩＬ１は境界モード（電流ゼロクロススイッチング）となり、チョークＬ１に流れる電流ＩＬ１のピーク値Ｉｐを低く抑えることができるので、放電灯点灯装置の損失を小さくできる。

なお、特許文献１には、高圧放電灯点灯装置において、音響的共鳴周波数を避けるようにスイッチング周波数を設定することが提案されているが、チョッパ回路または低周波の矩形波インバータを用いた点灯回路ではなく、高周波の正弦波インバータを用いた点灯回路であり、また、チョッパ回路のようなスイッチング回路をいわゆる境界モード（電流ゼロクロススイッチング）で効率良く動作させるために、ランプ電圧に基づいて所定のランプ電力になるようにスイッチング周波数を可変制御する構成を前提とするものではない。
特開２００３−３０８９８９号公報 特開２００３−３３２０９２号公報

図１０に示した従来の放電灯点灯装置では、ランプ電圧の変化に対してランプ電力を図１１の破線で示すように制御しようとすると、降圧チョッパ回路１のスイッチング周波数は図１１の実線で示すように変化する。すなわち、コンパレータＣＰ３がスイッチング素子Ｑ１のオフ時間を最短時間に固定する高い周波数領域やコンパレータＣＰ４がスイッチング素子Ｑ１のオフ時間を最長時間に固定する低い周波数領域では、スイッチング周波数は略一定となるが、それ以外の定常周波数領域においては、ランプ電圧に応じて降圧チョッパ回路１のスイッチング周波数は変化する。ランプ電流にはこのスイッチング周波数のリップル成分が重畳される。

ところで、高圧放電灯はランプ電流に特定の周波数成分が含まれると発光管内のアークの湾曲が揺らぐ、いわゆる音響共鳴現象が発生する。一般に共鳴周波数帯は通常の放電灯点灯装置で使われている数ＫＨｚ〜１００数十ＫＨｚの周波数範囲内に複数存在する。したがって、チョッパ回路１のスイッチング周波数が高圧放電灯の共鳴周波数帯に重なると、高圧放電灯の発光管内のアークが揺らぎ、ちらつきが生じる。この点灯装置をプロジェクタ等の画像表示装置に用いると画像のちらつきとなって現れるという問題がある。

本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、発光管内のアークの揺らぎによる光のちらつきを起こすことなく、高圧放電灯に電力を供給するスイッチング回路の損失を抑え、小型で高効率の放電灯点灯装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、上記の課題を解決するために、図１に示すように、高圧放電灯ＤＬに供給する電力を制御するスイッチング回路（降圧チョッパ回路１）と、ランプ電圧に応じてスイッチング回路のスイッチング周波数を可変する制御回路５とを備える高圧放電灯点灯装置において、ランプ電圧に基づいて所定のランプ電力になるようにスイッチング周波数を設定するスイッチング周波数設定部（マイコン２）を備え、該スイッチング周波数設定部はランプ電圧に基づいてスイッチング回路が境界モードで動作するようにスイッチング周波数を設定し、設定されたスイッチング周波数が高圧放電灯ＤＬの音響共鳴周波数領域と重なる場合には、スイッチング周波数を音響共鳴周波数領域外の略一定の周波数に設定することを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１において、前記音響共鳴周波数領域外の略一定の周波数は、音響共鳴周波数領域の上限周波数側に設定されることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２において、前記音響共鳴周波数領域外の略一定の周波数からランプ電圧に基づいて設定されるスイッチング周波数へと切り換えるランプ電圧と、ランプ電圧に基づいて設定されるスイッチング周波数から前記音響共鳴周波数領域外の略一定の周波数へと切り換えるランプ電圧とは異なることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置を備える画像表示装置の発明であり、該高圧放電灯点灯装置により点灯される高圧放電灯と、この高圧放電灯からの光を透過または反射する画像表示手段と、画像表示手段を介する透過光または反射光をスクリーンに投射する光学系とを備えることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ランプ電圧に応じてスイッチング回路が境界モードで動作するようにスイッチング周波数を設定しているので、高圧放電灯に電力を供給するスイッチング回路の損失を抑えることができ、かつ、ランプ電圧に基づいて設定されたスイッチング周波数が高圧放電灯の音響共鳴周波数領域と重なる場合には、スイッチング周波数を音響共鳴周波数領域外の略一定の周波数に設定するので、高圧放電灯に固有の音響共鳴周波数でのスイッチングを回避でき、発光管内のアークの揺らぎによる光のちらつきを起こすことなく、小型で高効率の高圧放電灯点灯装置を提供できる。

請求項２の発明によれば、音響共鳴周波数領域外の略一定の周波数は、音響共鳴周波数領域の上限周波数側に設定されるので、ランプ電流に含まれるリップル電流を低減することができる。

請求項３の発明によれば、ランプ電圧に応じたスイッチング周波数の変化にヒステリシス特性を持たせたので、スイッチング周波数が頻繁に切り換わることを防止し、スイッチング周波数が切り換わるときに発生するちらつきを抑えることができる。

請求項４の発明は、請求項１〜３の高圧放電灯点灯装置を用いた画像表示装置であるから、光のちらつきを起こすことなく小型化することができ、また、回路損失が少ないため、空冷用ファンの回転数を下げ、騒音を抑えたプロジェクタや投写形プロジェクションテレビを実現することができる。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の構成を示す回路図である。本実施形態では、直流電源Ｅに降圧チョッパ回路１が接続されている。降圧チョッパ回路１は、スイッチング素子Ｑ１とチョークＬ１とダイオードＤ１、平滑用コンデンサＣ１を備えている。

直流電源Ｅは、例えば商用交流電源の交流電圧を整流して得られる。平滑コンデンサＣ１の負極は電流検出用の低抵抗Ｒ１を介して直流電源Ｅの負極に接続されている。直流電源Ｅの負極はグランドラインに接続されている。スイッチング素子Ｑ１とチョークＬ１の接続点には回生電流通電用のダイオードＤ１のカソードが接続されており、ダイオードＤ１のアノードは平滑コンデンサＣ１の負極に接続されている。制御回路５の出力によりスイッチング素子Ｑ１が高周波で断続的にオン・オフ駆動されることにより、直流電源Ｅの電圧を降圧した電圧が平滑コンデンサＣ１に充電される。

平滑コンデンサＣ１の電圧は、抵抗Ｒ４，Ｒ５の直列回路により分圧されて、ランプ電圧Ｖｌａの検出値としてマイコン２に入力される。マイコン２には、目標となるランプ電力が記憶されており、入力されたランプ電圧と記憶されたランプ電力とから降圧チョッパ回路１に流れる電流の目標ピーク値Ｉｐを算出し、コンパレータＣＰ１の基準電圧としてＩｐ×Ｒ１相当の電圧値を出力している。

スイッチング素子Ｑ１のゲートには駆動回路７が接続され、制御回路５におけるＱ１スイッチング制御用インバータＩＮＶ３の出力が接続されている。この制御回路５のインバータＩＮＶ３の出力がＨｉｇｈ／Ｌｏｗに交番することにより駆動回路７を介してスイッチング素子Ｑ１をオン／オフ制御している。

スイッチング素子Ｑ１の駆動回路７は、例えばハイサイドドライブ用ＩＣで構成されている。他の例としてはパルストランスで構成し、パルストランスの２次巻線の一端がスイッチング素子Ｑ１のゲートに接続され、パルストランスの１次巻線は制御回路５の出力に接続されている回路構成でもよい（図１０参照）。

降圧チョッパ回路１の出力には、スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５よりなる極性反転ブリッジ回路が接続されている。スイッチング素子Ｑ２とＱ３の接続点にインダクタＬ２の一端が接続されている。このインダクタＬ２の他端にはコンデンサＣ２の一端が接続されている。コンデンサＣ２の他端はスイッチング素子Ｑ４とＱ５の接続点に接続されている。コンデンサＣ２と並列に、パルストランスＰＴの２次巻線を介して高圧放電灯よりなるランプＤＬが接続されている。パルストランスＰＴの１次巻線にはパルス電圧発生回路８の出力端子が接続されている。パルス電圧発生回路８の入力端子はコンデンサＣ２の両端に接続されている。

制御回路６はスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５のオン／オフを制御している。駆動回路７ａ，７ｂは制御回路６の出力に応じて低圧側のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５と高圧側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４を駆動する。

ランプの定電力制御範囲は、ランプ電圧が少なくとも図３のＶ１〜Ｖ２の範囲を含むものとする。また、ランプが定電力制御されているとき、ランプ電流に含まれるリップル周波数が図３のｆ１〜ｆ２では音響共鳴現象を発生するものとする。

以下、始動時の制御、点灯時の制御について個別に説明する。
（始動時の制御について）
制御回路５は、降圧チョッパ回路１の出力電圧を所定の値になるように制御する。降圧チョッパ回路１の制御については後述の点灯制御時と同様であり、ここでは省略する。

制御回路６は、スイッチング素子Ｑ２とＱ５、スイッチング素子Ｑ３とＱ４が交互にオン・オフするように、デューティが略５０％の高周波信号を各々の駆動回路７ａ，７ｂに伝達し、スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５を高周波駆動する。これにより、インダクタＬ２とコンデンサＣ２の共振が発生し、その共振電圧によりパルス電圧発生回路８でパルス電圧を発生させ、パルストランスＰＴで昇圧した高電圧をランプＤＬに印加してランプＤＬを放電させる。

始動シーケンスを開始してから一定時間後に、スイッチング素子Ｑ２とＱ５、スイッチング素子Ｑ３とＱ４の交番周波数を１００Ｈｚ前後の低周波に切り替える。ここで、コンデンサＣ１の電圧が所定の電圧以下になっていれば、マイコン２はランプＤＬが点灯していると判断し、点灯時の制御に移行する。

（点灯時の制御について）
ランプＤＬが点灯した後、制御回路５は降圧チョッパ回路１の出力電圧（ランプ電圧Ｖｌａ）に応じてスイッチング素子Ｑ１をスイッチングし、チョークＬ１に流れる電流を制御するための基準電圧（Ｉｐ×Ｒ１）を決定し、ランプＤＬに供給される電力を制御する。

制御回路６はスイッチング素子Ｑ２とＱ５、スイッチング素子Ｑ３とＱ４を１００Ｈｚ前後の低周波で駆動し、ランプＤＬに矩形波の電流を供給する。

制御回路５がランプＤＬに供給される電力を制御するため、降圧チョッパ回路１を制御する動作の詳細を説明する。制御回路５は、チョークＬ１に流れるチョーク電流が目標ピーク値Ｉｐに達したときにスイッチング素子Ｑ１をオフさせるよう出力変化するコンパレータＣＰ１と、チョーク電流がゼロになったときにスイッチング素子Ｑ１をオンさせるよう出力変化するコンパレータＣＰ２と、これら両コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力状態からスイッチング素子Ｑ１のゲート信号を出力するＲＳラッチ回路９を備えている。

コンパレータＣＰ１の反転入力端子は、マイコン２の出力端子に接続され、チョーク電流の目標ピーク値Ｉｐに相当する電圧を基準電圧（Ｉｐ×Ｒ１）としている。また、コンパレータＣＰ１の非反転入力端子は平滑コンデンサＣ１の負極に接続され、電流検出用の低抵抗Ｒ１の両端電圧すなわちチョーク電流相当の電圧の検出値（ＩＬ１×Ｒ１）が入力される。そして、このチョーク電流相当の電圧の検出値が基準電圧よりも大きくなったとき、コンパレータＣＰ１の出力がＨｉｇｈとなる。

また、コンパレータＣＰ２の非反転入力端子は、チョーク電流がゼロになったタイミングを検出するための基準電圧としている。一方、コンパレータＣＰ２の反転入力端子はダイオードＤ１のカソードとグランド間の電圧を抵抗Ｒ２，Ｒ３で分圧した電圧に接続され、ダイオードＤ１のカソード電圧の変化を検出した電圧値が入力される。

スイッチング素子Ｑ１のオフ時に、チョーク電流がチョークＬ１→平滑コンデンサＣ１→ダイオードＤ１→チョークＬ１の経路で回生し、チョーク電流がゼロになると、平滑コンデンサＣ１→チョークＬ１→ダイオードＤ１の接合容量→平滑コンデンサＣ１の経路で逆方向に流れ、ダイオードＤ１のカソード電圧が上昇することで、コンパレータＣＰ２の検出値が基準電圧よりも大きくなったときに、コンパレータＣＰ２の出力がＬｏｗとなる。

ＲＳラッチ回路９は、コンパレータＣＰ１の出力が直接入力されるＮＯＲゲートＮＯＲ３と、コンパレータＣＰ２の出力がＮＯＲゲートＮＯＲ１を介して入力されるＮＯＲゲートＮＯＲ２とから構成されている。ＮＯＲゲートＮＯＲ２，ＮＯＲ３の入出力を互いに接続することでラッチ回路を構成している。ＮＯＲゲートＮＯＲ１の入力には、後述するコンパレータＣＰ３の出力が接続されている。また、ＮＯＲゲートＮＯＲ２の入力にはＮＯＲゲートＮＯＲ４の出力が入力され、ＮＯＲゲートＮＯＲ４の入力には後述するコンパレータＣＰ４の出力が接続されている。また、ＮＯＲゲートＮＯＲ３の出力にはインバータＩＮＶ１が接続され、インバータＩＮＶ１の出力にはインバータＩＮＶ２とＩＮＶ３が接続され、インバータＩＮＶ３の出力はスイッチング素子Ｑ１の駆動回路７に接続されている。

このＲＳラッチ回路９は、コンパレータＣＰ２及びコンパレータＣＰ３の出力が共にＬｏｗになったときにＮＯＲゲートＮＯＲ１の出力がＨｉｇｈになってラッチ状態が変化し、制御回路５のインバータＩＮＶ３の出力がＨｉｇｈになる。この後、コンパレータＣＰ２の出力とコンパレータＣＰ３の出力のどちらかがＨｉｇｈになると、ＮＯＲゲートＮＯＲ１の出力がＬｏｗになるが、インバータＩＮＶ３の出力はＨｉｇｈの状態を保持する。

また、ＮＯＲゲートＮＯＲ４の出力がＨｉｇｈになると、たとえＮＯＲゲートＮＯＲ１の出力がＬｏｗのままでもインバータＩＮＶ３の出力がＨｉｇｈになる。

次に、コンパレータＣＰ１の出力がＨｉｇｈになると、ＲＳラッチ回路９のラッチ状態が変化し、インバータＩＮＶ３の出力はＬｏｗになる。この後にコンパレータＣＰ１の出力がＬｏｗになってもインバータＩＮＶ３の出力はＬｏｗの状態を保持する。

タイマー回路４は、スイッチング素子Ｑ１がオフしてから第１の所定時間（最短オフ時間相当）が経過すると出力がＬｏｗとなるコンパレータＣＰ３と、スイッチング素子Ｑ１がオフしてから第２の所定時間（最長オフ時間相当）が経過すると出力がＬｏｗとなるコンパレータＣＰ４と、定電流源ＩｓとコンデンサＣ３、Ｃ４からなるタイマー本体と、ＲＳラッチ回路９の出力にそのベースが接続されてインバータＩＮＶ３の出力がＬｏｗになったときからコンデンサＣ３の充電、すなわちタイマー動作を開始するためのＮＰＮ型のトランジスタＱ６とから構成されている。コンデンサＣ４とグランド間には半導体スイッチＱ７が接続され、この半導体スイッチＱ７の制御端子は抵抗Ｒ７を通してマイコン２の出力端子に接続されている。半導体スイッチＱ７は始動制御の開始後、ランプＤＬが点灯し、平滑コンデンサＣ１の電圧がＶ１に達するまではオフしており、このとき、定電流源ＩｓはコンデンサＣ３のみを充電する。

コンパレータＣＰ３の非反転入力端子は第１の所定時間相当の基準電圧としている。また、コンパレータＣＰ３の反転入力端子は定電流源ＩｓとコンデンサＣ３，Ｃ４との接続点に接続されている。コンパレータＣＰ３の出力は、ＮＯＲゲートＮＯＲ１の入力に接続されている。

コンパレータＣＰ４の非反転入力端子は第２の所定時間相当の基準電圧としている。また、コンパレータＣＰ４の反転入力端子は定電流源ＩｓとコンデンサＣ３，Ｃ４との接続点に接続されている。コンパレータＣＰ４の出力は、ＮＯＲゲートＮＯＲ４の入力に接続されている。

コンパレータＣＰ３の反転入力端子及びコンパレータＣＰ４の反転入力端子はトランジスタＱ６のコレクタに接続されている。トランジスタＱ６のエミッタはグランドに、ベースは抵抗Ｒ６を介してインバータＩＮＶ２の出力にそれぞれ接続されている。

このタイマー回路４では、ＲＳラッチ回路９の出力により制御回路５の出力がＨｉｇｈになったとき、すなわちスイッチング素子Ｑ１がオンしてチョーク電流が流れたときは、トランジスタＱ６がオンしてコンデンサＣ３，Ｃ４の電圧はゼロ近傍に保持され、コンパレータＣＰ３，ＣＰ４の出力はＨｉｇｈ、ＮＯＲゲートＮＯＲ４の出力はＬｏｗにそれぞれ保持されている。

この状態でスイッチング素子Ｑ１がオフしたとき、トランジスタＱ６はオフし、定電流源ＩｓによりコンデンサＣ３が充電され、コンデンサＣ３の電圧が徐々に大きくなってタイマー動作がスタートする。そして、第１の所定時間（最短オフ時間相当）が経過すると、コンパレータＣＰ３の反転入力端子電圧が非反転入力端子電圧を上回り、コンパレータＣＰ３の出力はＨｉｇｈからＬｏｗに変化する。さらに、この後に第２の所定時間（最長オフ時間相当）が経過すると、同様にコンパレータＣＰ４の出力はＨｉｇｈからＬｏｗに変化し、ＮＯＲゲートＮＯＲ４の出力はＬｏｗからＨｉｇｈに変化する。

ランプ電圧がＶ１に達するまでは、平滑コンデンサＣ１の電圧を検出して得られるランプ電圧に応じたチョーク電流の目標ピーク値をマイコン２が生成することで、スイッチング素子Ｑ１のオン時間を決定し、チョークＬ１のチョーク電流ＩＬ１が略ゼロになると、スイッチング素子Ｑ１をオンさせるようなゼロクロス制御を行い、ランプ電圧が高くなるにしたがって、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数は徐々に高くなる。このランプ電圧がＶ１までは、コンパレータＣＰ２で検出されるチョーク電流が略ゼロになるタイミングは、コンパレータＣＰ３の出力がＨｉｇｈからＬｏｗに変化するタイミングよりも遅い。この場合の動作は、図２（ａ）の境界モードとなり、効率が良くなる。

ランプ電圧がＶ１からＶ２までの間は、マイコン２から半導体スイッチＱ７に出力される駆動信号がＨｉｇｈとなり、半導体スイッチＱ７がオンすることで、定電流源ＩｓはコンデンサＣ３とＣ４を充電する。これにより、コンパレータＣＰ３のタイマー時間が長くなるので、コンパレータＣＰ２で検出されるチョーク電流が略ゼロになるタイミングはコンパレータＣＰ３の出力がＨｉｇｈからＬｏｗに変化するタイミングよりも早くなり、コンパレータＣＰ２の出力がＨｉｇｈからＬｏｗに変化した後、コンパレータＣＰ３の出力がＨｉｇｈからＬｏｗに変わることによりスイッチング素子Ｑ１がオンする。

したがって、ランプ電圧がＶ１からＶ２までの間、スイッチング素子Ｑ１のオフ時間は定電流源ＩｓがコンデンサＣ３とＣ４を充電するタイマー時間に等しくなる。オフ時間が一定の条件でランプが定電力制御されている場合、スイッチング素子Ｑ１のオン時間幅の変化は小さいので、ランプ電圧がＶ１からＶ２までの間、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数は、ランプ電圧がＶ１の場合とほぼ同程度の値になる。この場合の動作は、図２（ｂ）の不連続モードとなる。

次に、ランプ電圧がＶ２を超えると、マイコン２から半導体スイッチＱ７に出力される駆動信号がＬｏｗとなり、半導体スイッチＱ７がオフすることで、タイマー回路４に接続されるコンデンサはＣ３だけとなり、コンパレータＣＰ３のタイマー時間はランプ電圧がＶ１より小さい場合と同じになる。すると、コンパレータＣＰ２で検出されるチョーク電流が略ゼロになるタイミングは、コンパレータＣＰ３の出力がＨｉｇｈからＬｏｗに変化するタイミングよりも遅くなり、ランプ電圧がＶ１に達するまでと同様に、コンデンサＣ１の電圧を検出して得られるランプ電圧に応じたチョーク電流の目標値をマイコン２が生成することで、スイッチング素子Ｑ１のオン時間を決定し、チョークＬ１のチョーク電流ＩＬ１が略ゼロになるとスイッチング素子Ｑ１をオンさせるようなゼロクロス制御を行い、ランプ電圧が高くなるにしたがって、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数は徐々に高くなる。この場合の動作は、図２（ａ）の境界モードとなり、効率が良くなる。

ところで、図３に示すように、ランプ電圧がＶ１よりも低くなると、ランプ電圧の低下につれてスイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数も低くなる。スイッチング周波数が低くなりすぎると騒音として認識されてしまうので、コンパレータＣＰ４によってスイッチング素子Ｑ１のオフ時間が第２の所定の時間（最長オフ時間）に達すると強制的にオンさせ、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数に下限を設けている。この時、図２（ｃ）のようにチョークＬ１に流れる電流は、ゼロにならない連続電流となるように制御される。

以上のスイッチングの動作を図２により説明する。
図２（ａ）に示すように、ゼロクロス制御では、チョーク電流ＩＬ１がゼロのとき、すなわちｔ＝ｔ１の時、コンパレータＣＰ１の出力はＬｏｗ、コンパレータＣＰ２の出力がＬｏｗとなり、インバータＩＮＶ３の出力がＨｉｇｈとなって、スイッチング素子Ｑ１がオンし、チョークＬ１に電流が流れ、直線的に増加する。そして、このチョークＬ１の電流ＩＬ１が目標値Ｉｐに到達した時、すなわちｔ＝ｔ２の時、コンパレータＣＰ１の出力が一瞬Ｈｉｇｈとなる。このとき、インバータＩＮＶ３の出力がＬｏｗとなって、スイッチング素子Ｑ１がオフし、電流ＩＬ１が直線的に減少する。また、このとき、タイマー動作が始まり、所定時間が経過すると、コンパレータＣＰ３の出力はＨｉｇｈからＬｏｗに変化する。そして、この減少した電流ＩＬ１がゼロ相当になったとき、すなわちｔ＝ｔ３の時、コンパレータＣＰ２の出力がＨｉｇｈからＬｏｗに変化し、ＮＯＲゲートＮＯＲ１の出力がＨｉｇｈとなるので、インバータＩＮＶ３の出力がＨｉｇｈとなって、再びスイッチング素子Ｑ１がオンする。

また、図２（ｂ）に示すように、不連続電流制御では、電流ＩＬ１がゼロ相当になってコンパレータＣＰ２の出力がＨｉｇｈからＬｏｗに変化しても、コンパレータＣＰ３の出力はまだＨｉｇｈのままであり、ＮＯＲゲートＮＯＲ１の出力がＬｏｗのままであるので、インバータＩＮＶ３の出力はＬｏｗの状態を保持し、電流ＩＬ１がゼロのままである。そして、コンパレータＣＰ３の出力がＬｏｗになったとき、すなわちｔ＝ｔ６の時、ＮＯＲゲートＮＯＲ１の出力はＨｉｇｈに変化し、インバータＩＮＶ３の出力はＨｉｇｈになる。したがって、電流ＩＬ１がゼロ相当になってからコンパレータＣＰ３の出力が変化するまでの或る一定期間は電流ＩＬ１がゼロの状態を保持している。

また、図２（ｃ）に示すように、連続電流制御では、チョークＬ１に流れる電流ＩＬ１がゼロ相当になる前のコンパレータＣＰ２の出力がＨｉｇｈの状態のままでも、第２の所定時間（最長オフ時間相当）が経過して、コンパレータＣＰ４の出力がＨｉｇｈからＬｏｗに変化することで、ＮＯＲゲートＮＯＲ４の出力がＬｏｗからＨｉｇｈに変化する（ｔ＝ｔ９時）。このとき、ＲＳラッチ回路９の状態が変化し、インバータＩＮＶ３の出力はＨｉｇｈになる。したがって、電流ＩＬ１がゼロになる期間がなく、チョークＬ１には連続的に電流が流れる。

ランプ電圧とスイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数との関係を図３に示す。この図３は本実施形態１の高圧放電灯点灯装置がランプＤＬに供給する電力（破線）とスイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数（実線）をランプ電圧に対して示したグラフである。

このように、実施形態１では、スイッチング素子Ｑ１の最短オフ時間を規定するタイマー回路４のコンパレータＣＰ３を有効に活用し、計時用コンデンサＣ３にコンデンサＣ４を並列に接続することで、最短オフ時間をＶ１〜Ｖ２のランプ電圧区間では長く設定し、これにより、図１１のランプ電圧最大値付近で生じていた高周波側の固定周波数区間をそれよりも低いランプ電圧区間Ｖ１〜Ｖ２で出現させるようにしたものである。

ところで、タイマー回路４の計時時間をランプ電圧区間Ｖ１〜Ｖ２で長く設定するには、計時用コンデンサＣ３の時定数を大きくする以外に、定電流源Ｉｓの定電流を小さくする構成としても良い。また、コンパレータＣＰ３の基準電圧を切り換えても良い。以下の実施形態では、その基準電圧の切り換えについて述べる。

（実施形態２）
図４は本発明の実施形態２の構成を示す回路図である。本実施形態と上述の実施形態１との違いは、タイマー回路４のコンパレータＣＰ３の入力端子の構成である。本実施形態では、コンパレータＣＰ３の非反転入力端子に、制御回路５の電源電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ８〜Ｒ１０で分圧した電圧が入力される。さらに、抵抗Ｒ１０にはトランジスタＱ８が並列接続され、トランジスタＱ８の制御端子は抵抗Ｒ１１を通してマイコン２の出力端子に接続されている。コンパレータＣＰ３の反転入力端子には、コンデンサＣ３とトランジスタＱ６が接続され、定電流源ＩｓがコンデンサＣ３に接続され、トランジスタＱ６のオフ時にコンデンサＣ３を充電する。

ランプ電圧がＶ１以下またはＶ２以上のとき、マイコン２から出力される駆動信号によりトランジスタＱ８はオンし、抵抗Ｒ１０の両端を短絡し、コンパレータＣＰ３の基準電圧は制御電源電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ８とＲ９で分圧した低い値になる。したがって、コンパレータＣＰ３で規定されるスイッチング素子Ｑ１の最短オフ時間は短く設定される。

ランプ電圧がＶ１からＶ２までの間は、マイコン２から出力される駆動信号によりトランジスタＱ８はオフし、コンパレータＣＰ３の基準電圧は制御電源電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ９，Ｒ１０で分圧した高い値になる。したがって、コンパレータＣＰ３で規定されるスイッチング素子Ｑ１の最短オフ時間は長く設定される。

これにより、実施形態１と同様の動作を実現でき、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数とランプ電圧の関係は、図３の実線のように変化する。

（実施形態３）
図５は本発明の実施形態３の構成を示す回路図であり、図６はその動作説明図である。本実施形態と上述の実施形態１との違いは、タイマー回路４のコンパレータＣＰ３とＣＰ４の入力端子の構成である。本実施形態では、コンパレータＣＰ３の反転入力端子にはコンデンサＣ３とトランジスタＱ６が接続され、定電流源ＩｓがコンデンサＣ３に接続され、トランジスタＱ６のオフ時にコンデンサＣ３を充電する。コンパレータＣＰ４の非反転入力端子には制御回路５の電源電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ１２〜Ｒ１４で分圧した電圧が入力される。さらに、抵抗Ｒ１４にトランジスタＱ９が並列接続され、トランジスタＱ９の制御端子は抵抗Ｒ１５を通してマイコン２の出力端子に接続されている。

ランプ電圧がＶ１以下またはＶ２以上のとき、マイコン２から出力される駆動信号によりトランジスタＱ９はオフし、コンパレータＣＰ４の基準電圧は制御電源電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ１２と抵抗Ｒ１３，Ｒ１４で分圧した高い値になる。したがって、コンパレータＣＰ４で規定されるスイッチング素子Ｑ１の最長オフ時間は長く設定される。

ランプ電圧がＶ１からＶ２までの間は、マイコン２から出力される駆動信号によりトランジスタＱ９はオンし、抵抗Ｒ１４の両端を短絡し、コンパレータＣＰ４の基準電圧は制御電源電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ１２とＲ１３で分圧した低い値になる。したがって、コンパレータＣＰ４で規定されるスイッチング素子Ｑ１の最長オフ時間は短く設定される。

これにより、チョークＬ１に流れる電流ＩＬ１がゼロ相当になる前のコンパレータＣＰ２の出力がＨｉｇｈの状態のままでも、コンパレータＣＰ４の出力はＨｉｇｈからＬｏｗに変化し、ＮＯＲゲートＮＯＲ４の出力がＬｏｗからＨｉｇｈに変化する。このとき、ＲＳラッチ回路９の状態が変化し、インバータＩＮＶ３の出力はＨｉｇｈになる。したがって、電流ＩＬ１がゼロになる期間がなく、チョークＬ１には連続的に電流が流れる。

ランプ電圧がＶ１に達するまでは、コンデンサＣ１の電圧を検出して得られるランプ電圧に応じたチョーク電流の目標ピーク値をマイコン２が生成することで、スイッチング素子Ｑ１のオン時間を決定し、チョークＬ１のチョーク電流ＩＬ１が略ゼロになると、スイッチング素子Ｑ１をオンさせるようなゼロクロス制御を行う。

ランプ電圧がＶ１からＶ２までの間は、マイコン２から出力される駆動信号によりトランジスタＱ９がオンして、抵抗Ｒ１４を短絡する。コンパレータＣＰ４の非反転入力端子に入力される電圧は、ランプ電圧がＶ１以下のときより低下し、コンパレータＣＰ２とＣＰ３の出力が共にＬｏｗになる前にコンパレータＣＰ４の出力がＬｏｗ、ＮＯＲゲートＮＯＲ４の出力がＨｉｇｈになり、インバータＩＮＶ３の出力がＨｉｇｈになり、スイッチング素子Ｑ１をオン駆動する。この場合、チョークＬ１に流れる電流が略ゼロになる前にスイッチング素子Ｑ１がオンするので、チョークＬ１には連続的に電流が流れる。

ランプ電圧がＶ２以上では、マイコン２から出力される駆動信号によりトランジスタＱ９が再びオフし、コンパレータＣＰ４の出力がＬｏｗになる前にコンパレータＣＰ３の出力がＬｏｗになり、さらにチョーク電流が略ゼロになって、コンパレータＣＰ２の出力がＬｏｗになり、ＮＯＲゲートＮＯＲ１の出力がＨｉｇｈとなることで、インバータＩＮＶ３の出力がＨｉｇｈになり、スイッチング素子Ｑ１がオンされる。

ランプ電圧とスイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数との関係を図６に示す。この図６は図５の高圧放電灯点灯装置がランプＤＬに供給する電力（破線）とスイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数（実線）をランプ電圧に対して示したグラフである。

このように、本実施形態３では、スイッチング素子Ｑ１の最長オフ時間を規定するタイマー回路４のコンパレータＣＰ４を有効に活用し、その基準電圧をＶ１〜Ｖ２のランプ電圧区間では通常よりも低い基準電圧に切り換えることで最長オフ時間を短く設定し、これにより、図１１のランプ電圧最小値付近で生じていた低周波側の固定周波数区間をそれよりも高いランプ電圧区間Ｖ１〜Ｖ２で出現させるようにしたものである。

（実施形態３’）
また、実施形態３のタイマー回路と実施形態１又は２のタイマー回路を組み合わせた構成としてもよい。この場合、ランプ電圧がＶ１〜Ｖ２のうち、Ｖ１から所定の電圧までの間は、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数を図３に示すようにｆ１近傍で略一定に制御し、所定の電圧からＶ２までの間は、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数を図６に示すようにｆ２近傍で略一定に制御することになる。

（実施形態４）
図７は本発明の実施形態４の動作説明図である。本実施形態の回路図は図１と同じでよい。ランプＤＬが点灯した後、ランプ電圧Ｖｌａが上昇し、Ｖ１に達するまで、マイコン２から出力されるＱ７駆動信号はＬｏｗとなり、半導体スイッチＱ７はオフする。ランプ電圧がＶ１を超えＶ３に達するまで、Ｑ７駆動信号はＨｉｇｈとなり、半導体スイッチＱ７はオンしている。ランプ電圧がＶ３を超えると、Ｑ７駆動信号はＬｏｗとなり、半導体スイッチＱ７は再びオフする。ランプ電圧が一度Ｖ３を越えた後、低下した場合、ランプ電圧がＶ２に低下するまでは半導体スイッチＱ７をオフしておくように、マイコン２から出力されるＱ７駆動信号はＬｏｗとなる。ランプ電圧がＶ２以下になるとＱ７駆動信号はＨｉｇｈとなり、半導体スイッチＱ７をオンする。さらにランプ電圧が低下して、Ｖ１以下まで下がると、Ｑ７駆動信号をＬｏｗとし、半導体スイッチＱ７をオフする。つまり、ランプ電圧がＶ２〜Ｖ３の間、ランプ電圧の変化に対するスイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数の切り換えにヒステリシス特性を持たせている。

本実施形態の動作をマイコン２で実現する場合のフローチャートを図８に示し説明する。まず、フラグＦＬＧを初期化した後、ランプ電圧Ｖｌａを読み込む。読み込んだランプ電圧ＶｌａをＶ１と比較し、ＶｌａがＶ１より小さければＱ７駆動信号はＬｏｗとする。フラグＦＬＧは０を入力し、制御回路５はランプ電圧と降圧チョッパ回路１の電流からランプの点灯制御を行い、再びランプ電圧読込に戻る。

ＶｌａがＶ１以上Ｖ２未満であればＱ７駆動信号はＨｉｇｈとなり、フラグＦＬＧは０を入力する。ＶｌａがＶ２以上Ｖ３未満であればフラグＦＬＧが１であるか判断し、ＦＬＧ＝０であればＱ７駆動信号はＨｉｇｈとし、フラグＦＬＧは０を入力する。ＦＬＧ＝１であればＱ７駆動信号はＬｏｗとする。ＶｌａがＶ３以上であれば、Ｑ７駆動信号はＬｏｗとし、フラグＦＬＧは１を入力する。そして、ランプの点灯制御を行い、再びランプ電圧読込に戻る。

（実施形態５）
上述の各実施形態１〜４の放電灯点灯装置は、プロジェクタやリアプロジェクションテレビのような画像表示装置の光源となる高圧放電灯の点灯に用いられる。ここでは、プロジェクタに実装する場合を例示する。図９は画像表示装置３０の内部構成を示す概略構成図である。図中、３１は投光窓、３２は電源部、３３ａ，３３ｂ，３３ｃは冷却用ファン、３４は外部信号入力部、３５は光学系、３６はメイン制御基板、４０は高圧放電灯点灯装置、ＤＬはランプ（高圧放電灯）である。破線で示した枠内にメイン制御基板３６が実装されている。光学系３５の途中には、高圧放電灯ＤＬからの光を透過または反射する画像表示手段（透過型液晶表示板または反射型画像表示素子）が設けられており、この画像表示手段を介する透過光または反射光をスクリーンに投射するように光学系３５が設計されている。本発明の高圧放電灯点灯装置を用いることにより、音響共鳴現象による光のちらつきを防止できるので、スクリーンに投射される画像のちらつきを防止できる。また、回路損失が少ないため、冷却用ファンの回転数を下げ、騒音を抑えたプロジェクタを実現することができる。

本発明の実施形態１の構成を示す回路図である。 本発明の実施形態１の動作波形図である。 本発明の実施形態１の動作説明図である。 本発明の実施形態２の構成を示す回路図である。 本発明の実施形態３の構成を示す回路図である。 本発明の実施形態３の動作説明図である。 本発明の実施形態４の動作説明図である。 本発明の実施形態４の動作説明のためのフローチャートである。 本発明による高圧放電灯点灯装置を用いたプロジェクタの内部構成を示す概略構成図である。 従来の放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。 従来の放電灯点灯装置の動作説明図である。

符号の説明

１ 降圧チョッパ回路
２ マイコン
４ タイマー回路
５ 制御回路
ＤＬ ランプ（高圧放電灯）

Claims (4)

1. 高圧放電灯に供給する電力を制御するスイッチング回路と、ランプ電圧に応じてスイッチング回路のスイッチング周波数を可変する制御回路とを備える高圧放電灯点灯装置において、
   ランプ電圧に基づいて所定のランプ電力になるようにスイッチング周波数を設定するスイッチング周波数設定部を備え、
   該スイッチング周波数設定部はランプ電圧に基づいてスイッチング回路が境界モードで動作するようにスイッチング周波数を設定し、設定されたスイッチング周波数が高圧放電灯の音響共鳴周波数領域と重なる場合には、スイッチング周波数を音響共鳴周波数領域外の略一定の周波数に設定することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
2. 前記音響共鳴周波数領域外の略一定の周波数は、音響共鳴周波数領域の上限周波数側に設定されることを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
3. 前記音響共鳴周波数領域外の略一定の周波数からランプ電圧に基づいて設定されるスイッチング周波数へと切り換えるランプ電圧と、ランプ電圧に基づいて設定されるスイッチング周波数から前記音響共鳴周波数領域外の略一定の周波数へと切り換えるランプ電圧とは異なることを特徴とする請求項１又は２記載の高圧放電灯点灯装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置と、該高圧放電灯点灯装置により点灯される高圧放電灯と、この高圧放電灯からの光を透過または反射する画像表示手段と、画像表示手段を介する透過光または反射光をスクリーンに投射する光学系とを備えることを特徴とする画像表示装置。

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