JP5103641B2

JP5103641B2 - 高圧放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP5103641B2
Application number: JP2007118321A
Authority: JP
Inventors: 正幸小林
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: JP2008277083A

Description

本発明は高圧放電灯を点灯させるための高圧放電灯点灯装置の改良に関する。

近年、高圧放電灯点灯装置の電子化による小型、軽量化が進み図２に示すような降圧チョッパ回路２０とフルブリッジ回路３０、およびイグナイタ回路４０の組合せにより高圧放電灯５０を高周波始動させ、その後、低周波の矩形波で安定に点灯させる高圧放電灯点灯装置が普及しつつある。

図２の従来回路の動作を説明すると、降圧チョッパ回路２０を構成するＰＷＭ制御回路２８の制御方式は、抵抗２７によりランプ電流に比例したランプ電流信号を、抵抗２６によりランプ電圧に比例したランプ電圧信号を検出し、ランプ電流信号とランプ電圧信号を乗算器にて乗算した電圧信号、またはマイコンにて演算した電圧信号と、予め高圧放電灯５０の定格ランプ電圧時に定格ランプ電力で点灯できるようにし設定した基準電圧とを誤差増幅器にて比較し、ランプ電流信号とランプ電圧信号を乗算した電圧信号、またはマイコンにて演算した電圧信号が一定になるようにトランジスタ２１のデューティ比をパルス幅制御し、高圧放電灯５０を適正な電力にて点灯させるものである（例えば、特許文献１）。

次に降圧チョッパ回路２０の制限された直流出力を受けて動作するフルブリッジ回路３０の動作は、トランジスタ３１及び３４とトランジスタ３２及び３３がブリッジ制御回路３５にて制御される周波数にて交互に導通・非導通を繰り返すことにより、降圧チョッパ回路２０の直流出力を交流電流に変換し、高圧放電灯５０に供給するものである。

ここで高圧放電灯５０の始動時においては、一定時間、ブリッジ制御回路３５で制御される周波数を数十ｋＨｚに高めることにより、トランジスタ３１及び３４とトランジスタ３２及び３３の中点に接続されたチョークコイル３６とコンデンサ３７の直列回路が共振し、チョークコイル３６のインダクタンスとコンデンサ３７の容量とブリッジ制御回路３５の周波数で決まる正弦波の周波数の高い共振電圧がチョークコイル３６およびコンデンサ３７端に発生し、コンデンサ３７に並列に接続されている高圧放電灯５０端にも、その高周波の共振電圧が印加される。

次に高圧放電灯５０を始動させるためのイグナイタ回路４０の動作は、先に説明したブリッジ制御回路３５によりブリッジ回路が数十ｋＨｚの高周波で動作しているときのコンデンサ３７端に発生する高周波の正弦波電圧を受け、チョークコイル３６とコンデンサ３７の接続点側がプラス電位のときにダイオード４１、抵抗４３、コンデンサ４５の向きに電流が流れコンデンサ４５が充電される。高周波の正弦波電圧の極性が反転し、チョークコイル３６とコンデンサ３７の接続点がマイナス電位のときはコンデンサ４６、抵抗４４、ダイオード４２の向きに電流が流れコンデンサ４６が充電される。

上記動作を繰り返すことにより、コンデンサ４５とコンデンサ４６の直列回路端の電位は徐々に上昇していくが、一般的にはコンデンサ３７端に発生する電圧は図３に示すようにチョークコイル３６のインダクタンスとコンデンサ３７の容量で決まる共振周波数ｆ_０の時が最大で、周波数ｆ_１におけるコンデンサ３７の電圧（ａ）を供給し続けた時に、コンデンサ４５とコンデンサ４６の直列回路端の電位が放電ギャップ４８のブレークダウン電圧Ｖ_０に達するとすると、コンデンサ４５、４６の直列回路より放電ギャップ４８、パルストランス４７の一次巻線に電流が流れパルストランス４７の一次巻線にコンデンサ４５、４６の電圧が印加されることになる。

このことにより、パルストランス４７の二次巻線には、一次巻線に印加された電圧に対してパルストランス４７の昇圧比に応じたパルス電圧が発生し、その電圧はコンデンサ３７を介して高圧放電灯５０に印加されるため高圧放電灯５０が、そのパルス電圧により絶縁破壊をして放電を開始する。

しかし、実使用上においてはチョークコイル３６のインダクタンスとコンデンサ３７の容量には、それぞれバラツキがあり、かつ高圧放電灯点灯装置と高圧放電灯５０を接続する電線のインダクタンスと容量も、この共振に影響を及ぼすため、図４に示したように、実使用においては本来の共振周波数ｆ_０はｆ_０’へ移行したりｆ_０”へ移行したりしてしまう。そのため、本来は放電ギャップ４８がブレークダウンできる周波数ｆ_１でのコンデンサ３７の電圧ａもａ’、ａ”となり、一定の周波数ｆ_１では放電ギャップ４８を安定してブレークダウンさせることができない場合もある。

また、図５で示すように放電ギャップ４８も、そのブレークダウン電圧の中心値ａに対し実際はａ^＋〜ａ⁻の範囲でバラツキがあるため、仮に周波数ｆ_１でのコンデンサ３７端の電圧が一定であったとしても、安定して放電ギャップ４８をブレークダウンさせることができない場合もある。

そのため、従来例の回路では図６に示すようにブリッジ制御回路３５の周波数をコンデンサ３７端に発生する電圧が低いｆ_startで動作を開始し、時間と共に周波数を変化させることによりコンデンサ３７端の電圧を徐々に高め、チョークコイル３６、コンデンサ３７の共振条件や放電ギャップ４８のブレークダウン電圧にバラツキがあっても、確実に放電ギャップ４８を安定してブレークダウンできるようにしている。

また、放電ギャップ４８がブレークダウンした後も、周波数を変化させると高圧放電灯５０が放電を開始するまではコンデンサ３７端に発生する電圧は必要以上に高くなってしまうため、放電ギャップ４８がブレークダウンした時点で図７に示すようにブリッジ制御回路３５の周波数を固定にし、安定したブレークダウンを繰り返すことを可能にしている。

次に、高圧放電灯５０が放電を開始した直後においても一定時間、ブリッジ制御回路３５よりブリッジ回路３０を、高周波にて動作することにより、降圧チョッパ回路２０に加え、チョークコイル３６も限流素子となり、制限された電流にて高圧放電灯５０は高周波点灯を開始する。

そして一定時間経過後にブリッジ制御回路３５によりブリッジ回路を数十〜数百Ｈｚにて動作させることにより、高圧放電灯５０は高周波点灯から低周波の矩形波点灯に移行し安定した放電を維持する。

また、この時チョークコイル３６とコンデンサ３７は高圧放電灯５０に流れる、チョッパ回路２０のスイッチング動作により発生するリップル電流を低減させるためのフィルタ回路の役割も担っている。
特開２００４−９５３３４号公報

ところで、上述したように、従来の高圧放電灯点灯装置のイグナイタ回路４０は、ブリッジ回路３０の周波数をｆ_startから時間と共に高めていく制御をすることにより、コンデンサ３７端の電圧も徐々に高くなる方向で変化していくため、共振条件や放電ギャップ個々のブレークダウン電圧にバラツキがあっても確実に放電ギャップ４８をブレークダウンさせることは可能である。

しかし、放電ギャップ４８がブレークダウンする電圧は、最初にブレークダウンするときに通常のブレークダウン電圧Ｖ_０とくらべて著しく低くなったり、高くなったりすることがある。
最初のブレークダウン電圧が低くなると、図８に示すようにフルブリッジ回路の動作周波数もそのまま維持されるため、コンデンサ３７端の電圧も低くなり、そのためコンデンサ４５−４６端の電圧も通常時よりゆっくりと上昇するために、放電ギャップ４８がブレークダウンする回数が少なくなり、または最悪ブレークダウンできなくなってしまう。そのため高圧放電灯５０の始動性が悪くなったり、始動しなくなったりしてしまう。
また、最初のブレークダウン電圧が高くなると、図９に示すように、放電ギャップ４８のブレークダウン回数が著しく多くなり、放電ギャップ４８の寿命が短くなってしまう。

上記問題点を解決するための本発明第１の側面は、直流電源からの出力を受け高圧放電灯へ電力を供給する降圧チョッパ回路と、降圧チョッパ回路の出力を高周波および低周波の交流出力に変換して高圧放電灯に供給するフルブリッジ回路と、フルブリッジ回路の高周波電圧出力を受けて高圧放電灯を始動させるためのパルス電圧を発生するイグナイタ回路からなる高圧放電灯点灯装置において、イグナイタ回路のパルス電圧の所定時間当たりの発生数を検出するパルス電圧発生数検出回路を備えた高圧放電灯点灯装置である。

上記第１の側面において、フルブリッジ回路のスイッチング動作により高周波電圧出力を発生する共振回路を備え、パルス電圧発生数検出回路が検出した所定時間当たりのパルス電圧発生数が所定のパルス発生数よりも少なかった場合に、フルブリッジ回路の動作周波数を変化させて高周波電圧出力を高くするよう構成した。

上記第１の側面において、フルブリッジ回路のスイッチング動作により高周波電圧出力を発生する共振回路を備え、パルス電圧発生数検出回路が検出した所定時間当たりのパルス電圧発生数が所定のパルス発生数よりも多かった場合に、フルブリッジ回路の動作周波数を変化させて高周波電圧出力を低くするよう構成した。

本発明第２の側面は、上記第１の側面の高圧放電灯点灯装置、高圧放電灯、高圧放電灯が取り付けられるレフレクタ、及び少なくとも高圧放電灯点灯装置を内包する筐体を備えた光源装置である。

本発明の高圧放電灯点灯装置によれば、放電ギャップの最初のブレークダウン電圧が通常時より著しく変動しても、高圧放電灯の始動不良や放電ギャップの短寿命といった不具合を防止できる。

次に、実施の形態について説明する。図１は本発明に係る高圧放電灯点灯装置の実施の形態を示す回路構成図で、図２に示した従来例のものと同一または対応する部材については、同一の番号を付して、その説明を省略する。
本発明に係る高圧放電灯点灯装置において従来例と異なる点は次の通りである。すなわち、イグナイタ回路４０にパルス発生数検知回路４９１を設け、パルス発生数検出回路の検出結果によって、フルブリッジ制御回路の動作を制御できるようにしたことである。

その動作は、放電ギャップ４８の最初のブレークダウン電圧が低くなってしまった場合、イグナイタ回路４０の所定時間当たりのパルス発生数が規定値範囲より低下したことを、パルス発生数検知回路４９１が検知し、フルブリッジ回路の動作周波数を高くして、コンデンサ３７端の電圧を上昇させることにより、イグナイタ回路４０のパルス発生数を規定値範囲に上昇させる。このときのコンデンサ３７端の電圧の変化とギャップ４８端の電圧変化を図１０に示す。

また、放電ギャップ４８の最初のブレークダウン電圧が高くなってしまった場合は、イグナイタ回路４０の所定時間当たりのパルス発生数が規定値範囲より多くなったことを、パルス発生数検知回路４９１が検知し、フルブリッジ回路の動作周波数を低くすることによって、コンデンサ３７端の電圧を低下させ、イグナイタ回路４０のパルス発生数を規定値範囲にする。このときのコンデンサ３７端の電圧の変化とギャップ４８端の電圧変化を図１１に示す。

なお従来例および実施例において、フルブリッジ回路の動作周波数を高くすると共振電圧が高くなると説明しているが、図３のｆ_０より高周波側の共振電圧カーブを用いて、周波数を下げると共振電圧が高くなるようにしてもよい。

上記構成により、コンデンサ３７に発生する共振電圧が適正な範囲になるように制御され、それにより所定時間当たりのギャップ４８のブレークダウン回数も適正な範囲に保たれるので、ギャップ４８のブレークダウン電圧の変動があっても高圧放電灯の始動不良や放電ギャップの短寿命といった不具合を防止できる。

上記実施例では、放電ギャップの最初のブレークダウン電圧が通常時より著しく変動しても、高圧放電灯の始動不良や放電ギャップの短寿命といった不具合を防止できる高圧放電灯点灯装置を示したが、それを用いたアプリケーションとしての光源装置を図１２に示す。図１２において、６１は上記で説明した実施例の高圧放電灯点灯装置、６２は高圧放電灯５０が取り付けられるレフレクタ、６３は高圧放電灯点灯装置６１、高圧放電灯５０及びレフレクタ６２を内蔵する筐体である。なお、図は実施例を模擬的に図示したものであり、寸法、配置などは図面通りではない。そして、図示されない映像系の部材等を筐体６３内に適宜配置してプロジェクタが構成される。

上記より、高圧放電灯の始動不良や放電ギャップの短寿命といった不具合を防止した高圧放電灯点灯装置を内蔵したので、始動性を確保した信頼性の高い光源装置を得ることができる。

本発明に係る高圧放電灯点灯装置の実施の形態を示す回路構成図従来の高圧放電灯点灯装置を示す回路構成図従来例におけるブリッジ回路スイッチング周波数と共振電圧の関係を示す図従来例におけるバラツキを含めたブリッジ回路スイッチング周波数と共振電圧の関係を示す図従来例におけるブリッジ回路のスイッチング周波数と共振電圧と放電ギャップのブレークダウン電圧のバラツキの関係を示す図従来例におけるブリッジ回路のスイッチング周波数の動作を示す図通常時における実際のブリッジ回路のスイッチング周波数の動作と放電ギャップ電圧の関係を示す図従来例におけるギャップの初回のブレークダウン電圧が低い場合のブリッジ回路のスイッチング周波数の動作と放電ギャップ電圧の関係を示す図従来例におけるギャップの初回のブレークダウン電圧が高い場合のブリッジ回路のスイッチング周波数の動作と放電ギャップ電圧の関係を示す図実施例におけるギャップの初回のブレークダウン電圧が低い場合のブリッジ回路のスイッチング周波数の動作と放電ギャップ電圧の関係を示す図実施例におけるギャップの初回のブレークダウン電圧が高い場合のブリッジ回路のスイッチング周波数の動作と放電ギャップ電圧の関係を示す図本発明の光源装置を示す図

符号の説明

１０：直流電源
２０：チョッパ回路
３０：フルブリッジ回路
３１、３２、３３、３４：トランジスタ
３５：ブリッジ制御回路
３６：チョークコイル
３７：コンデンサ
４０：イグナイタ回路
４１、４２：ダイオード
４３、４４：抵抗
４５、４６：コンデンサ
４７：パルストランス
４８：放電ギャップ
４９１：パルス電圧発生数検出回路
５０：高圧放電灯

Claims

直流電源からの出力を受け高圧放電灯へ電力を供給する降圧チョッパ回路と、該降圧チョッパ回路の出力を高周波および低周波の交流出力に変換して前記高圧放電灯に供給するフルブリッジ回路と、前記フルブリッジ回路の高周波電圧出力を受けて前記高圧放電灯を始動させるためのパルス電圧を発生するイグナイタ回路からなる高圧放電灯点灯装置において、
前記イグナイタ回路のパルス電圧の所定時間当たりの発生数を検出するパルス電圧発生数検出回路、及び
前記フルブリッジ回路のスイッチング動作により前記高周波電圧出力を発生する共振回路を備え、
前記パルス電圧発生数検出回路が検出した所定時間当たりのパルス電圧発生数が所定のパルス発生数よりも少なかった場合に、前記フルブリッジ回路の動作周波数を変化させて前記高周波電圧出力を高くするよう構成された高圧放電灯点灯装置。
直流電源からの出力を受け高圧放電灯へ電力を供給する降圧チョッパ回路と、該降圧チョッパ回路の出力を高周波および低周波の交流出力に変換して前記高圧放電灯に供給するフルブリッジ回路と、前記フルブリッジ回路の高周波電圧出力を受けて前記高圧放電灯を始動させるためのパルス電圧を発生するイグナイタ回路からなる高圧放電灯点灯装置において、
前記イグナイタ回路のパルス電圧の所定時間当たりの発生数を検出するパルス電圧発生数検出回路、及び
前記フルブリッジ回路のスイッチング動作により前記高周波電圧出力を発生する共振回路を備え、
前記パルス電圧発生数検出回路が検出した所定時間当たりのパルス電圧発生数が所定のパルス発生数よりも多かった場合に、前記フルブリッジ回路の動作周波数を変化させて前記高周波電圧出力を低くするよう構成された高圧放電灯点灯装置。
請求項１又は２に記載の高圧放電灯点灯装置、高圧放電灯、該高圧放電灯が取り付けられるレフレクタ、及び少なくとも該高圧放電灯点灯装置を内包する筐体を備えた光源装置。