具体实施方式
(实施方式1)
图1表示本实施方式的放电灯点亮装置的电路结构,该电路结构具有功率转换电路,该功率转换电路由以下构成:降压断路器电路1,以直流电源E作为电源;以及极性反转电路2,将从降压断路器电路1输出的直流电压转换为矩形波交变电压,施加在放电灯La上,本实施方式的放电灯点亮装置的电路结构还包括:灯电压检测电路3,对放电灯La的灯电压Vla进行检测;以及控制电路4,控制设置在功率转换电路中的开关元件Q1~Q5的接通(ON)/断开(OFF)。
降压断路器电路1的直流电源E的正极通过开关元件Q1、感应器L1与电容器C1的正极连接,电容器C1的负极通过电流检测用的电阻R1与直流电源E1的负极连接。在电容器C1的两端通过感应器L1与再生电流通电用的二极管D1连接。
按照设置在控制电路4中的PWM控制电路42的输出以高频率接通(ON)/断开(OFF)驱动开关元件Q1,开关元件Q1接通时,断路器电流从直流电源E通过开关元件Q1、感应器L1、电容器C1、电阻R1进行流动。电阻R1输出与该断路器电流成比例的两端电压作为电流检测信号Yi,PWM控制电路42根据电流检测信号Yi,在断路器电流超过规定值时控制开关元件Q1以使其断开,开关元件Q1断开时,再生电流通过感应器L1、电容器C1、二极管D1进行流动。由这样的动作,对直流电源E的输出进行降压后的直流电压被充电至电容器C1。此外,通过由PWM控制电路42使开关元件Q1的导通负荷比(on duty:开关的1周期中接通时间的比率)可变,从而能够控制电容器C1的充电电压。另外,直流电源E1能是例如,对商用电源进行整流、平滑后的输出,或是对商用电源的全波整流电压进行升压的升压断路器电路的输出。极性反转电路2由全桥形的逆变器电路构成,其中,该全桥形的逆变器电路包括:在电容器C1的两端间并联连接的开关元件Q2、Q3的串联电路和开关元件Q4、Q5的串联电路;对开关元件Q2、Q3交替进行接通/断开驱动的驱动电路21;以及对开关元件Q4、Q5交替进行接通/断开驱动的驱动电路22,在开关元件Q2、Q3的连接点和开关元件Q4、Q5的连接点之间连接构成谐振电路的感应器L2和电容器C2的串联电路,在电容器C2的两端间连接放电灯La。
驱动电路21、22由设置在控制电路4中的全桥控制电路43对开关元件Q2~Q5进行驱动,以使开关元件Q2、Q5接通且开关元件Q3、Q4断开的状态和开关元件Q2、Q5断开且开关元件Q3、Q4接通的状态交替反复,并将矩形波交变电压施加在放电灯La上。
在起动时,开关元件Q2~Q5以高频率(1KHz以上,10秒以内)进行开关,由感应器L2和电容器C2的谐振作用在放电灯La上施加高频率的高电压并引起绝缘击穿(insulation breakdown),并且提供用于从辉光放电(glow discharge)转移至电弧放电(arc discharge)的能量。该起动动作也能构成为,由另外设置的点火器电路(ignitor circuit)将高电压施加在放电灯La上。点亮开始后,开关元件Q2~Q5以低频率(1KHz以下)进行开关,电容器C1的电压以低频率交替进行极性反转,并被施加在放电灯La上。
灯电压检测电路3包括对电容器C1的电压进行分压的电阻R2、R3的串联电路,输出电阻R3的两端电压作为灯电压检测信号Yv。
控制电路4按照电流检测信号Yi以及灯电压检测信号Yv监视断路器电流以及灯电压,并输出用于控制开关元件Q1~Q5的接通/断开的控制信号,该控制电路4包括:微型计算机41(以后,称为微机41,例如,采用瑞萨科技(Renesas Technology)制的R8C/11),控制控制电路4的动作;PWM控制电路42,根据来自微机41的指令,控制降压断路器电路1的开关元件Q1的动作;以及全桥控制电路43,根据来自微机41的指令,控制极性反转电路2的开关元件Q2~Q5的动作。
微机41包括:点亮频率设定部41a;功率控制用基准信号产生部41b;数据表41c;A/D转换部41d;时间测量处理部41e;以及存储器部41f。A/D转换部41d将来自灯电压检测电路3的灯电压检测信号Yv转换为数字信号,并输出至点亮频率设定部41a、功率控制用基准信号产生部41b、以及存储器部41f。
点亮频率设定部41a根据灯电压检测信号Yv、在数据表41c和存储器部41f中保存的各数据、以及由时间测量处理部41e计时的时间,决定极性反转电路2的开关元件Q2~Q5的开关频率(点亮频率),并向全桥控制电路43输出与该开关频率对应的逆变器控制信号Yf1、Yf2。全桥控制电路43以由逆变器控制信号Yf1、Yf2指示的开关频率,控制驱动电路21、22,以便对极性反转电路2的开关元件Q2~Q5进行接通/断开驱动。
功率控制用基准信号产生部41b根据灯电压检测信号Yv输出PWM信号Ym1。PWM信号Ym1按照灯电流的实效值Ila(以下,称为灯电流Ila)成为所希望的值的方式设定负荷比(duty),并通过由电阻R4和电容器C3构成的滤波电路进行平滑,将该直流电压作为断路器控制基准信号Yp1输入给PWM控制电路42。然后,PWM控制电路42根据断路器控制基准信号Yp1和电流检测信号Yi,对降压断路器电路1的开关元件Q1进行接通/断开驱动。另外,如果微机41具备D/A转换功能,则也能由微机41产生断路器控制基准信号Yp1并输出。
并且,功率控制用基准信号产生部41b在起动时(开关元件Q2~Q5的高频动作时),对放电灯La进行绝缘击穿,在绝缘击穿后将电容器C1的电压设定为能提供规定的高频率电流的电压。点亮开始后(开关元件Q2~Q5的低频率动作时),将电容器C1的电压最佳化,以使灯电流Ila成为所希望的波形。
下面,针对基于控制电路4从点亮开始至稳定点亮为止的灯电压Vla的上升抑制控制进行说明。首先,在使稳定点亮中的放电灯La熄灭时,在闪速存储器或EEPROM等存储器部41f中保存:即将熄灭前的放电灯La的灯功率Pla、灯电压Vla、点亮频率fa、以及该各条件下的点亮时间Ta。更进一步地,在稳定点亮中变更灯功率Pla、灯电压Vla、点亮频率fa的情况下,也将变更前的各点亮条件保存在存储器部41f中。这样,在存储器部41f中,保存有稳定点亮时的点亮条件的历史记录。另外,存储器部41f能内置于微机41中,也能安装于微机41外部。
并且,从灯点亮开始至稳定点亮为止向灯的输出控制为如下方式,即,在灯电压Vla达到规定电压以前,进行恒定电流控制,以使灯电流Ila不超过限制电流I0,从灯电压Vla达到规定电压以后,将灯功率Pla控制转移为固定的恒定功率控制,但是在本实施方式中,在从点亮开始至达到稳定点亮为止的规定期间中,点亮频率设定部41a根据在存储器部41f中保存的前次的稳定点亮时的点亮条件,使点亮频率fa比前次稳定点亮时的点亮频率高。因此,在达到稳定点亮之前设置增大点亮频率fa的期间,抑制灯电压Vla的上升,针对实现该动作的第1结构~第3结构在以下进行说明。另外,所述规定期间至少包括恒定电流控制区域的一部分。
(第1结构)
第1结构中,在数据表41c中,如图2所示,按照前次稳定点亮时(熄灭前)的灯功率Pla和本次点亮开始时的灯功率Pla的变化模式,预先保存从点亮开始至达到稳定点亮为止的规定期间的点亮频率ff1、ff2、fd1、fd2,点亮频率设定部41a参照该数据表41c,设定所述规定期间的点亮频率fa的值,进行下述(1)~(4)的控制(参照图3)。另外,在前次稳定点亮时,设点亮功率Pla=额定功率Pf时的点亮频率fa=ff0,点亮功率Pla=调光功率Pd时的点亮频率fa=fd0(其中,Pf>Pd)。
(1)在前次稳定点亮时的灯功率Pla=额定功率Pf,且在本次点亮开始时设灯功率Pla=额定功率Pf的情况下,在从点亮开始至达到稳定点亮为止的规定期间中,上升为点亮频率fa=ff1(其中,ff1>ff0),与从点亮开始至达到稳定点亮为止的其他期间相比,暂时增大点亮频率fa。
(2)在前次稳定点亮时的灯功率Pla=额定功率Pf,且在本次点亮开始时设灯功率Pla=调光功率Pd的情况下,在从点亮开始至达到稳定点亮为止的规定期间中,上升为点亮频率fa=fd1(其中,fd1>ff0),与从点亮开始至达到稳定点亮为止的其他期间相比,暂时增大点亮频率fa。
(3)在前次稳定点亮时的灯功率Pla=调光功率Pd,且在本次点亮开始时设灯功率Pla=调光功率Pd的情况下,在从点亮开始至达到稳定点亮为止的规定期间中,上升为点亮频率fa=fd2(其中,fd2>fd0),与从点亮开始至达到稳定点亮为止的其他期间相比,暂时增大点亮频率fa。
(4)在前次稳定点亮时的灯功率Pla=调光功率Pd,且在本次点亮开始时设灯功率Pla=额定功率Pf的情况下,在从点亮开始至达到稳定点亮为止的规定期间中,上升为点亮频率fa=ff2(其中,ff2>fd0),与从点亮开始至达到稳定点亮为止的其他期间相比,暂时增大点亮频率fa。
此外,如图3所示,不必将所述频率ff1、ff2、fd1、fd2设定为完全不同的频率,能适当设定为抑制灯电压Vla上升的频率。更进一步地,本实施方式中,虽然将功率切换设为额定功率Pf和调光功率Pd这样2个等级,但是在3个等级以上的多等级调光或连续调光的情况下,也能按照前次稳定点亮时的灯功率Pla和本次点亮开始时的灯功率Pla的变化模式,设定所述规定期间的点亮频率。
(第2结构)
第2结构中,根据前次稳定点亮时的灯电压Vla,设定从点亮开始至达到稳定点亮为止的规定期间的点亮频率fa,进而按照灯电压Vla设定该规定期间,在图4、图5中表示该动作。
在数据表41c中,如图6所示,按照前次稳定点亮时(熄灭前)的灯电压Vla的大小,分为n个等级(V1~V2、V2~V3、......、Vn~Vn+1),按照各等级预先保存所述规定期间的点亮频率f1~fn。点亮频率f1~fn被进一步分为本次点亮开始时的点亮功率Pla=额定功率Pf时的点亮频率ff1~ffn、和本次点亮开始时的点亮功率Pla=调光功率Pd时的点亮频率fd1~fdn。
点亮频率设定部41a,参照数据表41c,从与前次稳定点亮时的灯电压Vla对应的点亮频率f1~fn中,选择所述规定期间的点亮频率fa。如图4所示,按照使该点亮频率f1~fn比前次稳定点亮时的点亮频率f0高的方式对其进行设定。此外,分为n个等级的灯电压Vla的各范围也能按A/D转换部41d的每1位单位来设定,或者也能按照每数位~数百位来设定。
并且,点亮频率设定部41a参照该数据表41c进行下述(1)~(4)的控制(参照图5)。另外,图5(a)针对额定点亮(Full点亮)时和调光点亮(Dim点亮)时的每一个表示灯电压Vla和灯功率Pla之间的关系,从点亮开始灯电压Vla上升,以规定电压从恒定电流控制转移至恒定功率控制。
(1)在前次稳定点亮时的灯功率Pla=额定功率Pf,且在本次点亮开始时设灯功率Pla=额定功率Pf的情况下,根据前次稳定点亮时的灯电压Vla,参照数据表41c选择点亮频率fa2,如图5(b)所示,设定本次稳定点亮时的点亮频率fa1,从点亮开始灯电压Vla上升时,在灯电压Vla=Vla1~Vla2的期间中,将点亮频率fa设定为比点亮频率fa1高的fa2。
(2)在前次稳定点亮时的灯功率Pla=调光功率Pd,且在本次点亮开始时设灯功率Pla=调光功率Pd的情况下,根据前次稳定点亮时的灯电压Vla,参照数据表41c选择点亮频率fa4,如图5(c)所示,设定本次稳定点亮时的点亮频率fa3,从点亮开始灯电压Vla上升时,在灯电压Vla=Vla3~Vla4的期间中,将点亮频率fa设定为比点亮频率fa3高的fa4。
(3)在前次稳定点亮时的灯功率Pla=调光功率Pd,且在本次点亮开始时设灯功率Pla=额定功率Pf的情况下,根据前次稳定点亮时的灯电压Vla,参照数据表41c选择点亮频率fa5,如图5(d)所示,设定本次稳定点亮时的点亮频率fa1,从点亮开始灯电压Vla上升时,在灯电压Vla=Vla5~Vla6的期间中,将点亮频率fa设定为比点亮频率fa1高的fa5。
(4)在前次稳定点亮时的灯功率Pla=额定功率Pf,且在本次点亮开始时设灯功率Pla=调光功率Pd的情况下,也在从点亮开始至达到稳定点亮为止的规定期间中,设定为比前次点亮稳定时的点亮频率高的点亮频率。
将所述点亮频率fa2、fa4、fa5设定为比前次稳定点亮时的点亮频率f0高的频率作为条件。但是,点亮频率fa1和fa3之间的大小关系、点亮频率fa2、fa4和fa5之间的大小关系不必满足图5中表示的关系,也能适当设定为抑制灯电压Vla的上升的频率。
此外,虽然在图5中将暂时设定较高的点亮频率fa2、fa4、fa5的时刻即灯电压Vla1、Vla3、Vla5设定为点亮开始后灯电压Vla上升的过程,但是开关元件Q2~Q5的开关频率,也能在从起动时的高频率转移至点亮开始时的低频率的时刻,设定点亮频率fa2、fa4、fa5。
此外,图5中,虽然将回复点亮频率fa2、fa5至本次稳定点亮频率fa1的时刻即灯电压Vla2、Vla6设定为开始Full点亮时的恒定功率控制的灯电压,将回复点亮频率fa4至本次稳定点亮频率fa3的时刻即灯电压Vla4设定为开始Dim点亮时的恒定功率控制的灯电压,但是也能是开始恒定功率控制的灯电压以下或以上。
即,电压Vla1~Vla6能适当设定为有效抑制灯电压Vla上升的电压。
(第3结构)
第3结构中,与第2结构相同,根据前次稳定点亮时的灯电压Vla,参照数据表41c,选择从点亮开始至达到稳定点亮为止的规定期间的点亮频率fa,但是按照从点亮开始的经过时间设定该规定期间这一点与第2结构不同,在图7中表示该动作。另外,图7(a)针对额定点亮(Full点亮)时和调光点亮(Dim点亮)时的每一个表示从点亮开始的经过时间t和灯功率Pla之间的关系,图7(b)针对额定点亮(Full点亮)时和调光点亮(Dim点亮)时的每一个表示从点亮开始的经过时间t和灯电流Ila之间的关系,在规定时间从恒定电流控制转移至恒定功率控制。
并且,点亮频率设定部41a参照数据表41c进行下述(1)~(4)的控制(参照图7)。
(1)在前次稳定点亮时的灯功率Pla=额定功率Pf,且在本次点亮开始时设灯功率Pla=额定功率Pf的情况下,根据前次稳定点亮时的灯电压Vla,参照数据表41c选择点亮频率fa2,如图7(c)所示,在点亮开始时设定本次稳定点亮时的点亮频率fa1之后,在从点亮开始的经过时间t1~t2的期间中,将点亮频率fa设定为比点亮频率fa1高的fa2。
(2)在前次稳定点亮时的灯功率Pla=调光功率Pd,且在本次点亮开始时设灯功率Pla=调光功率Pd的情况下,根据前次稳定点亮时的灯电压Vla,参照数据表41c选择点亮频率fa4,如图7(d)所示,在点亮开始时设定本次稳定点亮时的点亮频率fa3之后,在从点亮开始的经过时间t3~t4的期间中,将点亮频率fa设定为比点亮频率fa3高的fa4。
(3)在前次稳定点亮时的灯功率Pla=调光功率Pd,且在本次点亮开始时设灯功率Pla=额定功率Pf的情况下,根据前次稳定点亮时的灯电压Vla,参照数据表41c选择点亮频率fa5,如图7(e)所示,在点亮开始时设定本次稳定点亮时的点亮频率fa1之后,在从点亮开始的经过时间t5~t6的期间中,将点亮频率fa设定为比点亮频率fa1高的fa5。
(4)在前次稳定点亮时的灯功率Pla=额定功率Pf,且在本次点亮开始时设灯功率Pla=调光功率Pd的情况下,也在从点亮开始经过规定时间的时刻,设定增大点亮频率fa的期间。
将所述点亮频率fa2、fa4、fa5设定为比前次稳定点亮时的点亮频率f0高的频率作为条件。但是,点亮频率fa1和fa3之间的大小关系、点亮频率fa2、fa4和fa5之间的大小关系不必满足图7中表示的关系,也能适当设定为抑制灯电压Vla的上升的频率。
此外,虽然在图7中将暂时设定较高的点亮频率fa2、fa4、fa5的时刻即时间t1、t3、t5设定为点亮开始后灯电压Vla上升的过程,但是开关元件Q2~Q5的开关频率,也能在从起动时的高频率转移至点亮开始时的低频率的时刻,设定点亮频率fa2、fa4、fa5。
此外,图7中,虽然将回复点亮频率fa2、fa5至本次稳定点亮时的频率fa1的时刻即经过时间t2、t6设定为开始Full点亮时的恒定功率控制的时刻以后,将回复点亮频率fa4至本次稳定点亮时的频率fa3的时刻即经过时间t4设定为开始Dim点亮时的恒定功率控制的时刻以后,但是也能不限定为该时刻。即,经过时间t1~t6也能适当设定为有效抑制灯电压Vla的上升的时间。
这样,本实施方式中,能够考虑前次稳定点亮时的点亮条件最佳地控制在从点亮开始至达到稳定点亮为止的规定期间中设定的点亮频率fa,进而通过使所述规定期间中的点亮频率fa比前次稳定点亮时的点亮频率高,从而抑制从点亮开始至稳定点亮为止的灯电压Vla的上升,使灯的长寿命化成为可能,并且在恒定功率区域中,由于不发生由灯电压Vla的上升所引起的灯电流的减小,因此能抑制电弧跳跃的产生,且电极温度不降低。此外,通过在电流限制区域中缩短灯电流Ila的半周期的时间,从而能够抑制电极的温度过度上升。因此,能够考虑稳定点亮时的点亮条件的历史记录最佳地控制功率转换电路的输出,抑制从点亮开始至稳定点亮为止的灯电压Vla的上升,使灯的长寿命化、抑制电弧跳跃的产生成为可能。
(实施方式2)
图8表示本实施方式的放电灯点亮装置的电路结构,微机41包括:点亮频率设定部41a;功率控制用基准信号产生部41b;数据表41c;A/D转换部41d;时间测量处理部41e;以及存储器部41f。A/D转换部41d将来自灯电压检测电路3的灯电压检测信号Yv转换为数字信号,并输出至功率控制用基准信号产生部41b、存储器部41f。
点亮频率设定部41a决定极性反转电路2的开关元件Q2~Q5的开关频率(点亮频率),向全桥控制电路43输出与该开关频率对应的逆变器控制信号Yf1、Yf2。全桥控制电路43以由逆变器控制信号Yf1、Yf2所指示的开关频率,控制驱动电路21、22,以便对极性反转电路2的开关元件Q2~Q5进行接通/断开驱动。
功率控制用基准信号产生部41b根据灯电压检测信号Yv、在数据表41c和存储器部41f中保存的各数据、以及由时间测量处理部41e所计时的时间输出PWM信号Ym1。PWM信号Ym1按照灯电流的实效值Ila(以下,称为灯电流Ila)成为所希望的值的方式设定负荷比(duty),并通过由电阻R4和电容器C3构成的滤波电路进行平滑,将该直流电压作为断路器控制基准信号Yp1输入给PWM控制电路42。然后,PWM控制电路42根据断路器控制基准信号Yp1和电流检测信号Yi,对降压断路器电路1的开关元件Q1进行接通/断开驱动。
如上所述,功率控制用基准信号产生部41b通过参照在数据表41c、存储器部41f中保存的各数据控制灯电流Ila,从而抑制灯电压Vla的上升,这一点与实施方式1不同,对与实施方式1相同的结构附加相同的标记而省略说明。
并且,从灯点亮开始至稳定点亮为止向灯的输出控制为如下方式,即,灯电压Vla达到规定电压以前,进行恒定电流控制,以使灯电流Ila不超过限制电流I0,从灯电压Vla达到规定电压以后,将灯功率Pla控制转移为固定的恒定功率控制,但是在本实施方式中,在从点亮开始至达到稳定点亮为止的规定期间中,功率控制用基准信号产生部41b根据在存储器部41f中保存的前次稳定点亮时的点亮条件,使灯电流Ila从恒定电流控制区域的限制电流I0开始减少。因此,在达到稳定点亮之前设置使灯电流Ila比限制电流I0小的期间,抑制灯电压Vla的上升,针对实现该动作的第1结构~第3结构在以下进行说明。另外,所述规定期间至少包括恒定电流控制区域的一部分。
(第1结构)
第1结构中,在数据表41c中,如图9所示,按照前次稳定点亮时(熄灭前)的灯功率Pla,预先保存从点亮开始至达到稳定点亮为止的规定期间的灯电流Ila的值I1、I2,功率控制用基准信号产生部41b参照该数据表41c,设定所述规定期间的灯电流Ila的值,进行下述(1)(2)的控制(参照图10)。
(1)在前次稳定点亮时的灯功率Pla=额定功率Pf的情况下,在从点亮开始至达到稳定点亮为止的规定期间中,设定比限制电流I0小的灯电流Ila=I1(其中,I1<I0)。
(2)在前次稳定点亮时的灯功率Pla=调光功率Pd的情况下,在从点亮开始至达到稳定点亮为止的规定期间中,设定比限制电流I0小的灯电流Ila=I2(其中,I2<I1<I0)。
此外,图9、图10中,虽然按照前次稳定点亮时的灯功率Pla,决定本次点亮开始时的灯电流Ila,但是也能按照前次稳定点亮时的灯功率Pla和本次点亮开始时的灯功率Pla,决定本次点亮开始时的灯电流Ila。更进一步地,本实施方式中,虽然将功率切换设为额定功率Pf和调光功率Pd这样2个等级,但是在3个等级以上的多等级调光或连续调光的情况下,也能遵循图10内的虚线d表示的特性X1,按照前次稳定点亮时的灯功率Pla,设定所述规定期间的灯电流。
(第2结构)
第2结构中,根据前次稳定点亮时的灯电压Vla,设定从点亮开始至达到稳定点亮为止的规定期间的灯电流Ila的值,进而按照灯电压Vla设定该规定期间,在图11、图12中表示该动作。
在数据表41c中,如图13所示,根据前次稳定点亮时(熄灭前)的灯电压Vla的大小,分为n个等级(V1~V2、V2~V3、......、Vn~Vn+1),按照各等级预先保存所述规定期间的灯电流I1~In。灯电流I1~In被进一步分为本次点亮开始时的点亮功率Pla=额定功率Pf时的灯电流If1~Ifn、和本次点亮开始时的点亮功率Pla=调光功率Pd时的灯电流Id1~Idn。
功率控制用基准信号产生部41b参照数据表41c,从与前次稳定点亮时的灯电压Vla对应的灯电流I1~In中,选择所述规定期间的灯电流Ia。如图11所示,按照使该灯电流I1~In比恒定电流控制区域的限制电流I0低的方式对其进行设定。此外,分为n个等级的灯电压Vla的各范围也能按A/D转换部41d的每1位单位来设定,或者也能按每数位~数百位来设定。
并且,功率控制用基准信号产生部41b参照该数据表41c进行下述(1)~(4)的控制(参照图12)。另外,图12(a)针对额定点亮(Full点亮)时和调光点亮(Dim点亮)时的每一个表示灯电压Vla和灯功率Pla之间的关系,从点亮开始灯电压Vla上升,以规定电压从恒定电流控制转移至恒定功率控制。
(1)在前次稳定点亮时的灯功率Pla=额定功率Pf,且在本次点亮开始时设灯功率Pla=额定功率Pf的情况下,根据前次稳定点亮时的灯电压Vla,参照数据表41c选择灯电流Ila1,如图12(b)所示,在从点亮开始将灯电流Ila控制为限制电流I0时,在灯电压Vla=Vla1~Vla2的期间中,使灯电流Ila减小至比限制电流I0低的Ila1。
(2)在前次稳定点亮时的灯功率Pla=调光功率Pd,且在本次点亮开始时设灯功率Pla=调光功率Pd的情况下,根据前次稳定点亮时的灯电压Vla,参照数据表41c选择灯电流Ila2,如图12(c)所示,在从点亮开始将灯电流Ila控制为限制电流I0时,在灯电压Vla=Vla3~Vla4的期间中,使灯电流Ila减小至比限制电流I0低的Ila2。
(3)在前次稳定点亮时的灯功率Pla=调光功率Pd,且在本次点亮开始时设灯功率Pla=额定功率Pf的情况下,根据前次稳定点亮时的灯电压Vla,参照数据表41c选择灯电流Ila3,如图12(d)所示,在从点亮开始将灯电流Ila控制为限制电流I0时,在灯电压Vla=Vla5~Vla6的期间中,使灯电流Ila减小至比限制电流I0低的Ila3。
(4)在前次稳定点亮时的灯功率Pla=额定功率Pf,且在本次点亮开始时设灯功率Pla=调光功率Pd的情况下,也在从点亮开始至达到稳定点亮为止的规定期间中,将灯电流Ila设定为比限制电流I0低的值。
将所述灯电流Ila1、Ila2、Ila3设定为比限制电流I0低的值作为条件。但是,灯电流Ila1、Ila2、Ila3之间的大小关系不必如图12所示满足Ila1>Ila2>Ila3的关系,也能适当设定为抑制灯电压Vla的上升的灯电流值。
此外,虽然在图12中将暂时设定较低的灯电流Ila1、Ila2、Ila3的时刻即灯电压Vla1、Vla3、Vla5设定为点亮开始后灯电压Vla上升的过程,但是开关元件Q2~Q5的开关频率也能在从起动时的高频率转移至点亮开始时的低频率的时刻,设定灯电流Ila1、Ila2、Ila3。
此外,图12中,虽然将回复灯电流Ila1、Ila3至限制电流I0的时刻即灯电压Vla2、Vla6设定为开始Full点亮时的恒定功率控制的灯电压,将回复灯电流Ila2至限制电流I0的时刻即灯电压Vla4设定为开始Dim点亮时的恒定功率控制的灯电压,但是也能是开始恒定功率控制的灯电压以下或以上。即,电压Vla1~Vla6能适当设定为有效抑制灯电压Vla上升的电压。
(第3结构)
第3结构中,与第2结构相同,根据前次稳定点亮时的灯电压Vla,参照数据表41c,选择从点亮开始至达到稳定点亮为止的规定期间的灯电流Ila,但是按照从点亮开始的经过时间设定该规定期间这一点与第2结构不同,在图14中表示该动作。
图14(a)表示从点亮开始的经过时间t和灯功率Pla之间的关系,图14(b)表示从点亮开始的经过时间t和灯电流Ila之间的关系,在从点亮开始将灯电流Ila控制为限制电流I0时,在从点亮开始的经过时间t1~t2的期间中,使灯电流Ila减小至比限制电流I0低的Ila1。
该灯电流Ila1按照下述(1)~(4)的各模式来设定,经过时间t1、t2也按照下述(1)~(4)的各模式来设定:(1)前次稳定点亮时的灯功率Pla=额定功率Pf,且在本次点亮开始时设灯功率Pla=额定功率Pf的情况;(2)前次稳定点亮时的灯功率Pla=调光功率Pd,且在本次点亮开始时设灯功率Pla=调光功率Pd的情况;(3)前次稳定点亮时的灯功率Pla=调光功率Pd,且在本次点亮开始时设灯功率Pla=额定功率Pf的情况;(4)前次稳定点亮时的灯功率Pla=额定功率Pf,且在本次点亮开始时设灯功率Pla=调光功率Pd的情况。
此外,灯电流Ila1也能设定为从前次稳定点亮时的灯功率Pla和灯电压Vla计算出的灯电流(Pla/Vla)。将回复该情况下的灯电流Ila1至限制电流I0的时刻即经过时间t2设定为在点亮开始后灯电压Vla缓慢上升时的灯功率Pla达到规定的灯功率之时。例如,对于在本次点亮开始时设灯功率Pla=额定功率Pf的情况、和在本次点亮开始时设灯功率Pla=调光功率Pd的情况,如果将灯电流Ila1设为相等的值,则对于在本次点亮开始时设灯功率Pla=额定功率Pf的情况、和在本次点亮开始时设灯功率Pla=调光功率Pd的情况,将所述经过时间t2设定为不同的时间。此外,对于在本次点亮开始时设灯功率Pla=额定功率Pf的情况、和在本次点亮开始时设灯功率Pla=调光功率Pd的情况,如果将灯电流Ila1设为不同的值,则对于在本次点亮开始时设灯功率Pla=额定功率Pf的情况、和在本次点亮开始时设灯功率Pla=调光功率Pd的情况,将所述经过时间t2设定为相同时间。
此外,设定灯电流Ila1的时刻即经过时间t1,虽然在图14中被设定为点亮开始后的灯电压Vla上升的过程,但是开关元件Q2~Q5的开关频率也能在从起动时的高频率转移至点亮开始时的低频率的时刻,设定灯电流Ila1。
即,经过时间t1、t2也能适当设定为有效抑制灯电压Vla上升的时间。
这样,本实施方式中,能够考虑前次稳定点亮时的点亮条件最佳地控制在从点亮开始至达到稳定点亮为止的规定期间中设定的灯电流Ila,进而通过使所述规定期间中的灯电流Ila比恒定电流控制区域的限制电流I0小,从而抑制从点亮开始至稳定点亮为止的灯电压Vla的上升,使灯的长寿命化成为可能,并且在恒定功率区域中,由于不发生由灯电压Vla的上升所引起的灯电流的减小,因此能抑制电弧跳跃的产生,且电极温度不降低。此外,在电流限制区域中能够抑制电极的温度过度上升。因此,能够考虑稳定点亮时的点亮条件的历史记录最佳地控制功率转换电路的输出,抑制从点亮开始至稳定点亮为止的灯电压Vla的上升,使灯的长寿命化、抑制电弧跳跃的产生成为可能。
(实施方式3)
图15表示本实施方式的放电灯点亮装置的电路结构,微机41包括:点亮频率设定部41a;功率控制用基准信号产生部41b;数据表41c;A/D转换部41d;时间测量处理部41e;以及存储器部41f。A/D转换部41d将来自灯电压检测电路3的灯电压检测信号Yv转换为数字信号,并输出至点亮频率设定部41a、功率控制用基准信号产生部41b、存储器部41f。
点亮频率设定部41a根据灯电压检测信号Yv、在数据表41c和存储器部41f中保存的各数据、以及由时间测量处理部41e所计时的时间,决定极性反转电路2的开关元件Q2~Q5的开关频率(点亮频率),向全桥控制电路43输出与该开关频率对应的逆变器控制信号Yf1、Yf2。全桥控制电路43以由逆变器控制信号Yf1、Yf2所指示的开关频率,控制驱动电路21、22,以便对极性反转电路2的开关元件Q2~Q5进行接通/断开驱动。
功率控制用基准信号产生部41b根据灯电压检测信号Yv、在数据表41c和存储器部41f中保存的各数据、以及由时间测量处理部41e所计时的时间,输出PWM信号Ym1。PWM信号Ym1按照灯电流的实效值Ila(以下,称为灯电流Ila)成为所希望的值的方式设定负荷比(duty),并通过由电阻R4和电容器C3构成的滤波电路进行平滑,将该直流电压作为断路器控制基准信号Yp1输入给PWM控制电路42。然后,PWM控制电路42根据断路器控制基准信号Yp1和电流检测信号Yi,对降压断路器电路1的开关元件Q1进行接通/断开驱动。
如上所述,点亮频率设定部41a和功率控制用基准信号产生部41b双方参照在数据表41c和存储器部41f中保存的各数据,控制点亮频率fa和灯电流Ila双方,这一点与实施方式1、2不同,对与实施方式1、2相同的结构附加相同的标记而省略说明。
并且,从灯点亮开始至稳定点亮为止向灯的输出控制为如下方式,即,灯电压Vla达到规定电压以前,进行恒定电流控制,以使灯电流Ila不超过限制电流I0,从灯电压Vla达到规定电压以后,将灯功率Pla控制转移为固定的恒定功率控制,但是在本实施方式中,在从点亮开始至达到稳定点亮为止的规定期间中,点亮频率设定部41a根据在存储器部41f中保存的前次稳定点亮时的点亮条件,使点亮频率比前次稳定点亮时的点亮频率高,并且功率控制用基准信号产生部41b根据在存储器部41f中保存的前次稳定点亮时的点亮条件,使灯电流Ila比恒定电流控制区域的限制电流I0小。因此,由于在达到稳定点亮之前设置使点亮频率fa增高、使灯电流Ila比限制电流I0小的期间,因此能够比实施方式2更多地流过灯电流Ila,在确保光束增大的同时,抑制灯电压Vla的上升,针对实现该动作的第1结构~第3结构,在以下进行说明。另外,所述规定期间至少包括恒定电流控制区域的一部分。
(第1结构)
第1结构中,根据前次稳定点亮时的点亮频率fa,设定从点亮开始至达到稳定点亮为止的规定期间的灯电流Ila的值,在图16中表示该动作。如图17所示,在数据表41c中,根据前次稳定点亮时(熄灭前)的点亮频率fa的高低,分为n个等级(f1~f2、f2~f3、......、fn~fn+1),按照各等级预先保存所述规定期间的灯电流I1~In。灯电流I1~In被进一步分为本次点亮开始时的点亮功率Pla=额定功率Pf时的灯电流If1~Ifn、和本次点亮开始时的点亮功率Pla=调光功率Pd时的灯电流Id1~Idn。
功率控制用基准信号产生部41b参照数据表41c,从与前次稳定点亮时的点亮频率fa相对应的灯电流I1~In中,选择所述规定期间的灯电流Ia。如图16所示,按照使该灯电流I1~In比恒定电流控制区域的限制电流I0低的方式对其进行设定。
并且,功率控制用基准信号产生部41b参照该数据表41c,与实施方式2的第2、第3结构相同地,在所述规定期间中,将灯电流Ila设定为比限制电流I0小的灯电流I1~In中的任一个。另外,图16中,虽然使灯电流I1~In以阶梯状进行变化,但是也能使灯电流I1~In连续地进行变化,也能设定为能够抑制灯电压Vla的上升的灯电流。
此外,使所述规定期间的点亮频率fa比前次稳定点亮时的点亮频率高的方法,能够由实施方式1中说明的第1结构~第3结构的任一个来实现。
(第2结构)
第2结构中,采用实施方式1中说明的第2结构,设定从点亮开始至稳定点亮为止的规定期间的点亮频率fa,并且采用实施方式2中说明的第2结构,设定所述规定期间的灯电流Ila的值,在图18中表示按照灯电压Vla设定所述规定期间的例子。另外,图18(a)中,表示灯电压Vla和灯功率Pla之间的关系,在灯电压Vla2处从恒定电流控制区域转移至恒定功率控制区域。
并且,如图18(b)所示,在从点亮开始将灯电流Ila控制为限制电流I0时,在灯电压Vla=Vla1~Vla2的期间中,使灯电流Ila减小至比限制电流I0低的Ila1,并且如图18(c)所示,设定本次稳定点亮时的点亮频率fa1,在从点亮开始灯电压Vla上升时,在灯电压Vla=Vla1~Vla2的期间中,将点亮频率fa设定为比点亮频率fa1高的fa2。
此外,图18中设定灯电流Ila1、点亮频率fa2的时刻,虽然被设定为点亮开始后的灯电压上升的过程,但是开关元件Q2~Q5的开关频率也能在从起动时的高频率转移至点亮开始时的低频率的时刻来设定。
此外,图18的灯电压Vla2,虽然被设定为开始恒定功率控制的灯电压,但是也能是开始恒定功率控制的灯电压以下或以上。
此外,图18中,虽然将使灯电流Ila变化的灯电压和使点亮频率fa变化的灯电压设定为相同,但是也能设定为不同的灯电压。例如,如果把将灯电流Ila设定为Ila的灯电压和将点亮频率fa设定为fa2的灯电压设定为相同,将回复灯电流Ila至限制电流I0的灯电压设定为开始恒定功率控制的灯电压,将回复点亮频率fa至本次稳定点亮时的频率fa1的灯电压设定为开始恒定功率控制以后的灯电压,则在恒定功率控制区域中,能够在将灯功率Pla维持为恒定功率的同时,将点亮频率fa设为较高的频率fa2,并抑制灯电压Vla的上升。即,电压Vla1、Vla2也能适当设定为有效抑制灯电压Vla的上升的电压。
(第3结构)
第3结构中,采用实施方式1中说明的第3结构,设定所述规定期间的点亮频率fa,并且采用实施方式2中说明的第3结构,设定所述规定期间的灯电流Ila的值,在图19中表示按照从点亮开始的经过时间设定控制时刻的例子。另外,图19(a)中,表示从点亮开始的经过时间t和灯功率Pla之间的关系,在经过时间t2处从恒定电流控制区域转移至恒定功率控制区域。
并且,如图19(b)所示,在从点亮开始将灯电流Ila控制为限制电流I0时,在从点亮开始的经过时间t1~t2的期间中,使灯电流Ila减小至比限制电流I0低的Ila1,并且,如图19(c)所示,设定本次稳定点亮时的点亮频率fa1,在从点亮开始灯电压Vla上升时,在从点亮开始的经过时间t1~t2的期间中,将点亮频率fa设定为比点亮频率fa1高的fa2。
此外,图19的经过时间t1,虽然被设定为点亮开始后的灯电压Vla上升的过程,但是开关元件Q2~Q5的开关频率也能被设定为从起动时的高频率转移至点亮开始时的低频率的时刻。
此外,图19的经过时间t2,虽然被设定为开始恒定功率控制的时刻,但是也能是开始恒定功率控制的时刻以前或以后。
此外,图19中,虽然将使灯电流Ila变化的时刻和使点亮频率fa变化的时刻设定为相同,但是也能设定为不同的时刻。即,也能将经过时间t1、t2适当设定为有效抑制灯电压Vla的上升的时间。
这样,本实施方式中,能够考虑前次稳定点亮时的点亮条件对在从点亮开始至达到稳定点亮为止的规定期间中设定的点亮频率fa以及灯电流Ila进行最佳控制,并且通过使所述规定期间中的点亮频率fa比前次稳定点亮时的点亮频率高,使所述规定期间中的灯电流Ila比恒定电流控制区域的限制电流I0小,从而抑制从点亮开始至稳定点亮为止的灯电压Vla的上升,使灯的长寿命化成为可能,并且在恒定功率区域中,由于不发生由灯电压Vla的上升所引起的灯电流的减小,因此能抑制电弧跳跃的产生,且电极温度不降低。此外,在电流控制区域中,通过缩短灯电流Ila的半周期的时间,以及减小灯电流Ila,从而能够抑制电极的温度过度上升。因此,能够考虑稳定点亮时的点亮条件的历史记录对功率转换功率的输出进行最佳控制,抑制从点亮开始至稳定点亮为止的灯电压Vla的上升,使灯的长寿命化、抑制电弧跳跃的产生成为可能。此外,通过组合点亮频率fa的控制和灯电流Ila的控制,能够较多流过灯电流Ila,能够确保光束的增大的速度。
(实施方式4)
在实施方式1、3中,从点亮开始至达到稳定点亮为止的规定期间中,点亮频率设定部41a,虽然根据在存储器部41f中保存的前次稳定点亮时的点亮条件,使点亮频率fa比前次稳定点亮时的点亮频率高,但是本实施方式中,也能在使点亮频率fa比前次稳定点亮时的点亮频率高之前,设定使点亮频率fa比前次稳定点亮时的点亮频率低的期间。因此,由于紧接点亮开始后的期间并不导致灯电压Vla的上升,因此通过降低该期间的点亮频率,能够促进电极的温度上升并加快光束的增大速度,针对实现该动作的第1、第2结构,在以下进行说明。
(第1结构)
第1结构中,采用实施方式1中说明的第2结构,设定所述规定期间的点亮频率fa,在图20中表示按照灯电压Vla设定该控制时刻的例子。另外,在图20(a)中,表示灯电压Vla和灯功率Pla之间的关系,在灯电压Vla2处从恒定电流控制区域转移至恒定功率控制区域。
并且,如图20(b)所示,从点亮开始灯电压Vla上升,在灯电压Vla=Vla1之前的期间中,设定比前次稳定点亮时的点亮频率f0低的点亮频率fa3。更进一步地,灯电压Vla上升,在灯电压Vla=Vla1~Vla2的期间中,将点亮频率fa设定为比前次稳定点亮时的点亮频率f0高的点亮频率fa2,从达到灯电压Vla=Vla2开始,设定为比点亮频率fa3高且比点亮频率fa2低的点亮频率fa1。
(第2结构)
第2结构中,采用实施方式1中说明的第3结构,设定所述规定期间的点亮频率fa,在图21中表示按照从点亮开始的经过时间设定该控制时刻的例子。另外,图21(a)中,表示从点亮开始的经过时间t和灯功率Pla之间的关系,在经过时间t2处从恒定电流控制区域转移至恒定功率控制区域。
并且,如图21(b)所示,在从点亮开始至经过时间t1为止的期间中,设定比前次稳定点亮时的点亮频率f0低的点亮频率fa3。更进一步地,在经过时间t1~t2的期间中,将点亮频率fa设定为比前次稳定点亮时的点亮频率f0高的点亮频率fa2,经过时间t2以后,设定为比点亮频率fa3高且比点亮频率fa2低的点亮频率fa1。
此外,实施方式1~4中,如图22所示,向存储器部41f的数据保存方法是如下方式,即,将灯功率Pla、灯电压Vla、点亮频率fa、点亮时间Ta的各点亮条件作为一组来保存,在下一次熄灭时或点亮条件变更时,保存在存储器部41f内的下一个区域中。因此,在前次的条件下的点亮时间较短的情况下,放电灯La的电极几乎没有变化,通过参照上上一次的点亮条件,从而能够最佳地决定本次的点亮条件。更进一步地,如果存储器部41f的剩余容量较少,则若从旧的数据中消除后,读入新的数据,则能够减少重写次数。
此外,虽然灯电流Ila一般为图23(a)中所示的矩形波,但是也能为下述波形:如图23(b)所示那样,使周期性极性反转的矩形波形的反转前以脉冲状上升,并使电流值暂时增大的波形;或如图23(c)所示那样,在极性反转的矩形波的1个周期中连续地形成脉冲波形,并使电流值暂时增大的波形。
(实施方式5)
本实施方式针对采用所述实施方式1~4中任一个的放电灯点亮装置的图像显示装置进行说明。图24表示图像显示装置的结构,在筐体5内,容纳有:所述实施方式1~4中任一个的放电灯点亮装置H;由被放电灯点亮装置H进行点亮控制的短电弧(short arc)的超高压水银灯构成的放电灯La;光学装置K1;电源部K2;外部信号输入部K3;以及3个风扇(fan)K4,其中,放电灯点亮装置H、光学装置K1、电源部K2安装在主控制基板K5上。
光学装置K1由以下单元构成:对来自放电灯La的光进行透射或反射的单元;以及将通过该单元的透射光或反射光投射至屏幕的单元。
图像显示装置中,由于通过采用所述实施方式1~4中任一个的放电灯点亮装置,从而能够考虑前次稳定点亮时的点亮条件,抑制从点亮开始至稳定点亮为止的灯电压的上升,因此能抑制电弧跳跃的产生并提高图像品质,进而由于灯寿命变长,因此灯的交换次数变少。