CN101849438B - 高压放电灯点亮装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高压放电灯点亮装置，其具有控制电路，该控制电路同步地控制降压斩波电路以及点火器电路的开关元件的导通/关断，根据高压放电灯点亮开始时降压斩波电路的输出电压的下降幅度来控制降压斩波电路的开关元件的导通/关断，从而抑制高压放电灯击穿时的突入电流。由此，在高压放电灯点亮装置的点亮开始时，追踪高压放电灯的负载变动从而以最小限度抑制击穿时的冲剂电流。另外，抑制辉光放电时的突入电流高压放电灯的寿命变长。

Description

高压放电灯点亮装置
技术领域
本发明涉及一种用于使前投式投影机(front proiector)等中使用的高压放电灯点亮的点亮装置。
背景技术
作为用于使前投式投影机等中使用的高压放电灯点亮的点亮装置在专利文献1中有所公开。
利用图1对专利文献1的装置进行说明。电灯5是例如150W、75V的金属卤化物灯。直流电源1需要比在电灯击穿(break down)之前所需的放电维持电压高的输出开路电压(OCV)。作为该输出开路电压200～400V较合适。
直流电源1的电压提供给降压斩波电路2。降压斩波电路2由开关元件11、二极管12、电感器13构成，形成典型的开关电源降压式斩波电路。电感器13的电感例如为0.39mH。
在降压斩波电路2的输出具有检测输出电压的电压检测电路7与检测输出电流的电流检测电路6，检测出的各电压与电流输入至计算电路8，并经由脉冲宽度调制电路9反馈至开关元件11。
降压斩波电路2以高频率(几十kHz～几百kHz)进行开关。脉冲宽度调制电路9基于检测出的输出电压与输出电流控制降压斩波电路2的开关元件11的脉冲宽度，使其在灯平稳点亮之后提供恒定的电力。
虽然由降压斩波电路2提供的电力以电弧放电后的电力控制为主，但是脉冲宽度调制电路9也对降压斩波电路2进行如下的控制，即：在辉光放电阶段也能够提供适当的能量。例如提供几百mA的辉光电流。
开关电路16在电弧放电前使平滑用电容器14从降压斩波电路输出关断，从而使电灯点亮特性保持在良好状态，在电弧放电之后使其连接于降压斩波电路2，从而除去波纹并进行没有声谐振(acoustic resonance)的稳定动作。
计时器20例如设定为3秒左右，从点火器4的动作开始在计时器20的设定时间的期间关断开关电路16，使灯完成向电弧放电的迅速过渡。
由于分别独立地控制降压斩波电路2与点火器4，因此在灯点亮时放电灯5被击穿从而瞬间处于负载短路状态的情况下，将出现如下的问题，降压斩波电路2对于瞬间流入放电灯5的突入电流的控制响应速度跟不上。也就是说，因为由开关电路16使大容量电容器14在电路上被关断，所以对放电灯5仅提供小容量的电容器15中所充的能量，突入电流受到抑制，但是如图2所示那样，出现峰值较高的突入电流持续几个脉冲的现象。
由于击穿时流入放电灯的突入电流将影响到放电灯的寿命，因此抑制其峰值或施加时间非常重要。
[专利文献1]特开2000-123989号公报
但是，在专利文献1所公开的高电压放电灯的点亮装置中，为了实现从辉光放电向电弧放电的平滑过渡以及过渡到电弧放电之后的平稳点亮中的稳定的动作，使用小容量的电容器15与大容器的电容器14，并且构成为由开关电路16切换是否连接大容量的电容器14，从而出现成本高、部件搭载空间变大的问题。
另外，虽说使用小容量的电容器，但是在放电灯被击穿时，若相对于控制电路的响应速度击穿速度过快，则控制跟不上，由于通过抑制开关元件11的导通占空比(on duty)，不能进行减少从电容器15提供给放电灯的能量的控制，因此小容量电容器中需要某种程度的容量。因此，很难说一定将突入电流抑制为最小限度。
发明内容
本发明并不追加电容器等的无源元件，提供一种使其稳定地进行从点亮时的辉光放电向电弧放电的过渡时以及电弧放电过渡之后达到平稳定点亮的动作的高压放电灯点亮装置。
第1发明中的高压放电灯点亮装置，具有：直流电压输入端子，提供第1值的直流电压；DC-DC转换器电路，其将所述第1值的直流电压转换为第2值的直流电压；输出电压检测电路，其检测所述DC-DC转换器电路的输出电压；DC-AC逆变器电路，将从所述DC-DC转换器电路输出的直流电压逆变为任意的频率交流电压；灯电流检测电路，其检测流过高压放电灯的灯电流；点火器电路，在所述高压放电灯点亮开始时进行动作，对所述高压放电灯施加高电压；以及控制电路，其控制所述DC-DC转换器电路以及所述DC-AC逆变器电路，所述点火器电路、所述DC-DC转换器电路、以及所述DC-AC逆变器电路含有半导体开关元件，所述控制电路根据由所述输出电压检测电路检测出的输出电压的值、和由所述灯电流检测电路检测出的灯电流的值，分别控制所述DC-DC转换器电路以及所述DC-AC逆变器电路的半导体开关元件的导通/关断，在所述高压放电灯的点亮开始时，使所述DC-DC转换器电路的半导体开关元件的导通/关断的定时与所述点火器电路的半导体开关元件的导通/关断的定时同步，所述DC-DC转换器电路的半导体开关元件导通后，在预先规定的一定时间之后使所述点火器电路的半导体开关元件导通，检测所述输出电压检测电路的电压值的变化，在规定时间内产生了规定值以上的电压下降时，对所述DC-DC转换器电路的半导体开关元件进行指示，使其不输出下一个导通脉冲。
第2发明中的高压放电灯点亮装置其特征在于所述DC-DC转换器电路是降压斩波型DC-DC转换器电路。
第3发明中的高压放电灯点亮装置其特征在于所述DC-AC逆变器电路是全桥式逆变器电路。
第4发明中的高压放电灯点亮装置其特征在于所述控制电路具有DSP。
第5发明中的高压放电灯点亮装置其特征在于所述控制电路对所述DC-DC转换器电路进行PWM控制。
第6发明中的高压放电灯点亮装置其特征在于所述高压放电灯点亮之后，所述DSP将所述DC-DC转换器电路切换至恒电流控制模式，在对所述DC-DC转换器电路的所述半导体开关元件进行PWM控制时，对于所述DC-DC转换器电路的输出电流的变动，所述控制电路控制用于使该DC-DC转换器电路的输出电流稳定的负反馈控制的增益。
根据上述发明，在并不追加电容器或开关电路等的无源元件的情况下，能够实现从点亮时的辉光放电向电弧放电过渡时的动作、以及电弧放电过渡之后的平稳点亮中的稳定动作。
再有，能够将放电灯被击穿时流过的突入电流抑制在最小限度，能够延长放电灯的寿命。
附图说明
图1是专利文献1的高压放电灯点亮装置的电路框图。
图2是专利文献1的高压放电灯点亮装置中的降压斩波电路2的输出电压、流过作为负载而连接的放电灯5的灯电流、开关元件11的控制端子电压、点火器4的控制端子电压的波形图。
图3是本发明的实施方式中的高压放电灯点亮装置的电路框图。
图4是本发明的实施方式中的高压放电灯点亮装置中的降压斩波电路22的输出电压、流过作为负载而连接的高压放电灯的灯电流、开关元件Q21的控制端子电压、双向双端子晶闸管S21的控制端子电压的波形图。
图中：
CN21、CN22、CN23-连接器
C21～C24-电容器
D21、12-二极管
L21～L23、13-电感器
Q21～Q25、11-开关元件
R21～R23-电阻
S21-双向双端子晶闸管
T12-变压器
AC-交流电源
1-直流电源
2、22-降压斩波电路
4、25-点火器
5-放电灯
14-大容量电容器(平滑电容器)
15-小容量电容器
16-开关电路
20-计时器
21-三端子调节器
23-极性反转电路
24-驱动器
26-数字控制电路
具体实施方式
下面，参照图3对本发明的实施方式进行说明。
图3中，从直流电压输入端子即连接器CN21输入直流电压。通过由电感器L21与电容器C21构成的低通滤波器使从连接器CN21输入的直流电压稳定、并除去在噪声等。在其后级作为DC-DC转换器电路连接降压斩波电路22。当然在本实施例中由于假定是高输入电压的情况，因此采用降压斩波电路，但输入电压较低的情况等采用升压斩波电路，可以根据状况选择升降压斩波电路。
降压斩波电路22由开关元件Q21、二极管D21、电感器L22、电容器C22构成，其中的开关元件Q21由FET等的半导体开关元件构成。降压斩波电路22是将输入的直流电压降压至所希望的电压值的电路，其构成为由数字控制电路26控制开关元件Q21的导通/关断，从而获得所希望的输出电压。
从降压斩波电路22输出的输出电压由输出电压检测电路即电阻R22以及R23进行分压，该分压之后的电压输入至数字控制电路26。由此数字控制电路26就可以监视降压斩波电路22的输出电压，可以进行用于获得恒定的输出电压的控制。
此外，处于降压斩波电路22的前级的三端子调节器21用于生成数字控制电路26的电源电压，从三端子调节器21输出的电压作为数字控制电路26的电源电压使用。
降压斩波电路22的输出在开关元件Q21导通期间对电容器C2充能量，在开关元件Q21关断期间对电容器C22以及后级的极性反转电路23提供能量。
极性反转电路23由4个开关元件Q22～Q25、电感器L23、电容器C24、用于驱动开关元件Q22～Q25的驱动器24构成。构成所谓的全桥式逆变器电路。虽然在本实施例中极性反转电路23中使用全桥式电路，但是根据状况当然也可以使用半桥电路、推挽电路等。
驱动器24根据来自数字控制电路26的指令信号，以开关元件Q22与Q25、Q23与Q24的组合互补地使其导通/关断，从而作为将直流电压转换为交流电压的DC-AC逆变电路进行动作。在此生成的交流电压提供给连接于连接器CN23的高压放电灯(并未图示)。
另外，在到连接器CN23为止的交流电压的输出线路上，形成点火器电路25，该点火器电路25由双向双端子晶闸管S21、变压器T21构成。由于高压放电灯一般具有在点亮时若不施加很高的电压则不点亮的性质，并具有一旦点亮之后以比较低的电压持续点亮的特性，因此构成为在点亮开始时根据来自数字控制电路26的指令信号，通过使双向双端子晶闸管S21进行一定期间导通/关断从而产生比平稳动作时高的电压，瞬时对高电压放电灯施加高电压。
另外，流过相当于负载的高压放电灯的灯电流通过由电阻R21检测在平稳点亮时等效地与灯电流一致的流过电感器L22的电流而被检测出，并由数字控制电路26进行监视，该电阻R21作为设置于降压斩波电路22内的灯电流检测电路发挥作用。
连接于数字控制电路26的连接器CN22用于与前投式投影机等设备侧的微型计算机等连接，通过该连接器能够进行高压放电灯点亮装置的动作状况、输出电压或输出电流的指令信号等的交换的通信。
数字控制电路26根据由电阻R22以及电阻R23检测的降压斩波电路22的输出电压值、由电阻R21检测的流过电感器L22的电流、由连接器CN22进行的来自设备侧的指令等，一元化管理对降压斩波电路22的开关元件Q21的导通/关断指令、对用于控制极性反转电路的开关元件Q22～Q25的导通/关断的驱动器24的指令、以及点亮时的对点火器电路25的指令等。
在此，降压斩波电路22的开关元件Q21根据从数字控制电路26输出的导通/关断的指令信号进行PWM控制。若对开关元件Q21进行PWM控制，则由于开关频率为固定的，因此通过将开关元件Q21的开关频率设定为点火器电路25的双向双端子晶闸管S21的整数倍，必然能够使开关元件Q21的开关定时与双向双端子晶闸管S21的开关定时取得同步。但是，当然即使使用PAM控制等的开关频率固定的其他控制方法也能获得同样的效果。
在此，图4表示降压斩波电路22的输出电压波形、流过作为负载而连接的高压放电灯的灯电流、降压斩波电路22的开关元件Q21、点火器电路25的双向双端子晶闸管S21的时序图。
在高压放电灯处于不点亮状态的时间t1，降压斩波电路22的开关元件Q21导通。开关元件Q21以固定的开关频率导通/关断，稳定地输出规定的输出电压V1。在从时间t1起经过了预先规定的恒定时间的时间t2，为了使高压放电灯点亮，点火器电路25的双向双端子晶闸管S21导通。若双向双端子晶闸管S21导通，则对变压器T21施加高电压，对负载即高压放电灯也施加高电压。其结果是高压放电灯被击穿(绝缘击穿)，在瞬间成为负载短路状态。这样，由电阻R22以及R23检测到的降压斩波电路22的输出电压急剧下降，同时灯电流急剧增大。
数字控制电路26基于提供的时钟频率定期地对降压斩波电路22的输出电压进行采样检测，从而进行监视。在规定的采样周期的期间，若降压斩波电路22的输出电压下降一定值以上(V2→V3)，则数字控制电路26判断高压放电灯开始了击穿，来进行如下控制，即：降压斩波电路22不对电容器C22充超过需要的能量，即使开关元件Q21的导通定时到来也不输出导通脉冲。也就是说切换至恒电流控制模式。这样一来，由于不再对电容器C22充能量，因此能够将高压放电灯点亮时瞬时流过的灯的突入电流抑制为最小。
以上的控制之后，虽然存在从高压放电灯的辉光放电至电弧放电的过渡期间，但是该期间降压斩波电路22的输出电压V4大致控制在恒定值。此时，由于隔着一次也没输出导通脉冲的期间再次恢复对开关元件Q21的PWM控制，因此刚恢复之后的控制增益(数字控制电路26进行的、对于降压斩波电路22的输出电流的波动、用于使其输出电流稳定的负反馈控制的增益)设定得较高。这是为了抑制电灯的突入电流而暂时停止降压斩波电路的动作，从而电容器C22中没有剩余能量。这是由于若控制增益保持较低，则PWM控制刚恢复之后的导通占空比变窄，从而对电容C22的充电不足，高压放电灯不能维持电弧放电有可能就那样熄灭。
经过上述的控制，高压放电灯过渡至平稳点亮模式。
在此，作为数字控制电路26优选使用DSP(数字信号处理器)。作为其他的数字控制电路虽然可以考虑微型计算机等，但是在处理速度这一点上DSP较优异。

Claims (6)

1.一种高压放电灯点亮装置，其特征在于，
具有：
直流电压输入端子，其提供第1值的直流电压；
DC-DC转换器电路，其将所述第1值的直流电压转换为第2值的直流电压；
输出电压检测电路，其检测所述DC-DC转换器电路的输出电压；
DC-AC逆变器电路，其将从所述DC-DC转换器电路输出的直流电压转换为交流电压；
灯电流检测电路，其检测流过高压放电灯的灯电流；
点火器电路，其在所述高压放电灯点亮开始时进行动作，对所述高压放电灯施加高电压；以及
控制电路，其控制所述DC-DC转换器电路以及所述DC-AC逆变器电路，
所述点火器电路、所述DC-DC转换器电路、以及所述DC-AC逆变器电路含有半导体开关元件，
所述控制电路使所述DC-DC转换器电路的开关频率固定来进行PWM控制，并根据由所述输出电压检测电路检测出的输出电压的值、和由所述灯电流检测电路检测出的灯电流的值，分别控制所述DC-DC转换器电路以及所述DC-AC逆变器电路的半导体开关元件的导通／关断，
所述控制电路在所述高压放电灯的点亮开始时，按照所述DC-DC转换器电路的开关频率为所述点火器电路的开关频率的整数倍的关系，使所述DC-DC转换器电路的半导体开关元件的导通／关断的定时与所述点火器电路的半导体开关元件的导通／关断的定时步调一致，在所述DC-DC转换器电路的半导体开关元件导通后，在预先规定的一定时间之后使所述点火器电路的半导体开关元件导通，检测所述输出电压检测电路的电压值的变化，在规定时间内产生了规定值以上的电压下降时，按照隔着一次也没输出导通脉冲的周期的方式来对所述DC-DC转换器电路的半导体开关元件进行控制。
2.根据权利要求1所述的高压放电灯点亮装置，其特征在于，
所述DC-DC转换器电路是降压斩波型DC-DC转换器电路。
3.根据权利要求1或者2所述的高压放电灯点亮装置，其特征在于，
所述DC-AC逆变器电路是全桥式逆变器电路。
4.根据权利要求1或者2所述的高压放电灯点亮装置，其特征在于，
所述控制电路具有DSP。
5.根据权利要求1或者2所述的高压放电灯点亮装置，其特征在于，
所述控制电路对所述DC-DC转换器电路进行PWM控制。
6.根据权利要求4所述的高压放电灯点亮装置，其特征在于，
所述高压放电灯点亮之后，所述DSP将所述DC-DC转换器电路切换至恒电流控制模式，在对所述DC-DC转换器电路的所述半导体开关元件进行PWM控制时，所述控制电路对负反馈控制的增益进行控制，其中，所述负反馈控制的增益用于使相对于所述DC-DC转换器电路的输出电流的变动的该DC-DC转换器电路的输出电流稳定。
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