JP6201972B2 - 放電ランプ点灯装置 - Google Patents
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Description
ハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子を有し、前記放電ランプへ供給する交流電圧を発生するインバータ回路と、
前記インバータ回路を駆動制御するインバータ制御回路と、
前記インバータ回路の後段に設置され、前記放電ランプの始動時に、共振現象に伴う昇圧作用によって前記放電ランプへの供給電圧を高める、共振インダクタおよび共振コンデンサで構成される共振回路と、を有し、
前記インバータ制御回路は、
前記放電ランプの始動開始後のブレークダウンおよびグロー放電が生じる期間である第1期間に、前記インバータ回路を前記共振回路の共振周波数(fo/3)を含む第1周波数範囲で駆動し、前記放電ランプのアーク放電が生じる期間である第2期間で、前記インバータ回路の駆動周波数を前記第1周波数範囲より周波数が低い、前記共振回路の共振周波数(fo/5など)を含む第2周波数範囲で駆動し、前記第2期間に続く第3期間で、前記インバータ回路の駆動周波数を前記第2周波数範囲より周波数が低い第3周波数で前記インバータ回路を駆動する駆動周波数制御手段と、
前記インバータ回路の前記ハイサイドスイッチング素子および前記ローサイドスイッチング素子が共にオフするデッドタイムを、前記第1期間および前記第3期間に比べて前記第2期間で長く設定する、デッドタイム制御手段と、
を備えることを特徴とする。
本実施形態では、例えばプロジェクタの光源として用いられる放電ランプの点灯装置について示す。
「共振回路14の共振の鋭さQ」×「インバータ回路11の入力電圧」×(4/3)π
の電圧を得ることになる。このようにLC共振回路に印加される矩形波電圧の周波数に応じて出力電圧Voutは変化する。図2に示すように、共振回路14の基本共振周波数foの矩形波が印加されたとき、出力電圧Voutは最も高くなる。基本共振周波数foより低い周波数においては、奇数次の低調波(fo/(2n+1)[n:1以上の整数])で共振する。そして、周波数の低い奇数次の低調波である程、出力電圧(共振電圧)Voutは低くなる。図2に示す例では、fo,fo/3,fo/5の共振周波数で、共振電圧Voutは共振回路14の耐圧上限電圧Vwを超える。後述するとおり、インバータ回路11の駆動周波数をスイープあるいは切替えることで、耐圧上限電圧Vwを超えない制御を行い、放電ランプ10を安定点灯させる。そのことで共振回路14の耐圧不良を回避する。
グロー放電電圧以上の電圧が放電ランプ10に印加されることで、放電電極間が絶縁破壊し、ブレークダウンする。
放電ガス中の陽イオン(Ar+、Hg+など)が、電極間の高い電圧による電界により加速され、陰極に衝突して電子をたたき出すことにより電子放出が維持される。この陽イオンの衝突エネルギーにより、陰極が加熱され、放電電極の温度が上昇し、熱電子が放出され、アーク放電に移行する。
陰極からの電子放出は、陰極温度が十分高い状態において維持される。そのため、比較的低い電圧で維持できる。水銀ランプなどの希ガス放電ランプでは、アーク放電開始とともに瞬時に強い光放射が開始される。
時刻t0で、コンバータ回路12の出力電圧が、例えば数kVの一定電圧となるように定電圧制御されるとともに、インバータ回路11の駆動周波数を、周波数F2' を中心する所定周波数範囲で細かく変動させる。これにより、f0/3に近い周波数での、共振回路14の高い昇圧比に応じた高電圧が放電ランプ10に印加される。但し、出力電圧Voutは共振回路14の耐圧上限電圧Vwを超えない。
放電ランプ10がブレークダウンすると、グロー放電が開始することで出力電流Ioutが流れ始める。その後、アーク放電に移行するまでに要する時間、この状態を維持する。
時刻t2からは第2期間S2に移行する。時刻t2では、コンバータ回路12の出力電圧が、例えば数100Vの一定電圧となるように定電圧制御されるとともに、インバータ回路11の駆動周波数はF3に切り替えられる。図4に示す例では時刻t2でグロー放電からアーク放電へ移行している。
時刻t5からは第3期間S3に移行する。時刻t5以降では、コンバータ回路12の出力電流が、所定の安定したアーク放電電流に相当する一定電流となるように定電流制御されるとともに、インバータ回路11の駆動周波数はF7に切り替えられる。このときの出力電圧Voutは10V〜数10Vの範囲である。
図10、図11は、第2の実施形態に係る放電ランプ点灯装置の各部の波形図である。放電ランプ点灯装置の回路は第1の実施形態で図1に示した回路と同じである。第1の実施形態で図4に示した例とは、第2期間S2での駆動周波数制御の点で異なる。図10、図11のいずれにおいても、時刻t2からt5に亘る第2期間S2の全域で、インバータ回路の駆動周波数をF3からF6まで次第に低下させている。このように、駆動周波数を連続的に低下させてもよい。この駆動周波数の連続的なスイープは、本発明に係る「駆動周波数を徐々に低下させる制御」の一例である。
第1・第2の実施形態では、第1期間S1でインバータ回路11の駆動周波数を、F2' を中心する所定周波数範囲で細かく変動させることで高電圧を印加し、ブレークダウンさせ、グロー放電を開始させるようにした。そしてグロー放電を経てアーク放電に移行するに要する時間を待ってから第2期間S2に移行させた。すなわち、この第1期間S1の処理を終了した時点でアーク放電が開始したものと見なして第2期間S2の処理を行うようにした。これに対し、第3の実施形態では、ランプ電流の検出結果に基づいて第1期間S1から第2期間S2へ移行させる。
Lr…共振インダクタ
P1,P2…入力電源端子
Q1,Q3…ハイサイドスイッチング素子
Q2,Q4…ローサイドスイッチング素子
Q5…スイッチング素子
10…放電ランプ
11…インバータ回路
12…コンバータ回路
14…共振回路
21…レギュレータ回路
22,23…ドライバー回路
24…スイッチング制御回路
101…放電ランプ点灯装置
Claims (4)
- ハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子を有し、放電ランプへ供給する交流電圧を発生するインバータ回路と、
前記インバータ回路を駆動制御するインバータ制御回路と、
前記インバータ回路の後段に設置され、前記放電ランプの始動時に、共振現象に伴う昇圧作用によって前記放電ランプへの供給電圧を高める、共振インダクタおよび共振コンデンサで構成される共振回路と、を有し、
前記インバータ制御回路は、
前記放電ランプの始動開始後のブレークダウンおよびグロー放電が生じる期間である第1期間に、前記インバータ回路を前記共振回路の共振周波数を含む第1周波数範囲で駆動し、前記放電ランプのアーク放電が生じる期間である第2期間で、前記インバータ回路を前記第1周波数範囲より周波数が低い、前記共振回路の共振周波数を含む第2周波数範囲で駆動し、前記第2期間に続く第3期間で、前記インバータ回路を前記第2周波数範囲より周波数が低い第3周波数で駆動する駆動周波数制御手段と、
前記インバータ回路の前記ハイサイドスイッチング素子および前記ローサイドスイッチング素子が共にオフするデッドタイムを、前記第1期間および前記第3期間に比べて前記第2期間で長く設定する、デッドタイム制御手段と、
を備えることを特徴とする放電ランプ点灯装置。 - 前記第1周波数範囲および前記第2周波数範囲は前記共振回路の基本共振周波数の奇数次低調波周波数を含む周波数範囲であり、前記第3周波数は前記基本共振周波数の奇数次低調波周波数である、請求項1に記載の放電ランプ点灯装置。
- 前記駆動周波数制御手段は、前記第2期間の開始から前記インバータ回路の駆動周波数を徐々に低下させ、
前記デッドタイム制御手段は、前記第2期間での前記駆動周波数の低下に応じて前記デッドタイムを大きくする、請求項1または2に記載の放電ランプ点灯装置。 - 前記インバータ制御回路は、前記放電ランプのアーク放電の開始を検出する手段を備え、
前記駆動周波数制御手段は、前記アーク放電の開始を検出するまで前記第1期間の制御を行い、前記アーク放電を検出してから前記第2期間の制御へ切り替える、
請求項1から3のいずれかに記載の放電ランプ点灯装置。
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