JP2005038813A - 放電灯点灯装置、照明装置、プロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】直流電源1を高周波で断続的にスイッチングするスイッチング素子Q1とインダクタL1とコンデンサC1を含むチョッパ回路と、直流電源1に並列に接続された一対のスイッチング素子Q2,Q3と、一対のスイッチング素子Q2,Q3の接続点とチョッパ回路の出力間に接続されたインダクタL2とコンデンサC2の直列回路と、コンデンサC2に並列に接続された放電灯2とから構成され、始動時は第1のスイッチング素子Q1を遮断状態にして第2及び第3のスイッチング素子Q2,Q3を交互にオンするように制御し、定常時には第2又は第3のスイッチング素子Q2,Q3の一方を遮断状態、他方を導通状態にして第1のスイッチング素子Q1をオン/オフするように制御する。
【選択図】 図1
Description
請求項2の発明によれば、第2のインダクタをトランス構造にしたことにより、放電灯の始動に必要な高電圧を確保することが容易となる。
請求項3の発明によれば、始動時は共振電流を低減して回路素子のストレスを低減させることができ、ランプ点灯後はランプ電圧のリップルを低減して光のちらつきを低減させることができる効果がある。
請求項8の発明によれば、始動時にインダクタとコンデンサの共振周波数の奇数分の1の周波数付近でスイッチングさせることにより、インダクタとコンデンサを小型化できる利点がある。
請求項11の発明によれば、グロー放電からアーク放電への移行をスムーズに行えるので、始動時の立ち消えを少なくできる効果がある。
図1は本発明の実施の形態1の回路図である。直流電源1の正極には、第1のスイッチング素子Q1の一端が接続されている。第1のスイッチング素子Q1の他端はダイオードD1のカソードに接続されている。ダイオードD1のアノードは直流電源1の負極に接続されている。コンデンサC1の一端は直流電源1の負極に接続されている。スイッチング素子Q1とダイオードD1のカソードの接続点には、インダクタL1の一端が接続されている。インダクタL1の他端は、別のインダクタL2の一端に接続されると共に、コンデンサC1の他端に接続されている。インダクタL2の他端は放電灯2の一端に接続されている。放電灯2にはコンデンサC2が並列接続されている。放電灯2の他端はスイッチング素子Q2,Q3の各一端に接続されている。スイッチング素子Q2の他端は直流電源1の正極に接続されている。スイッチング素子Q3の他端は、小抵抗Rよりなる電流検出回路3を介して直流電源1の負極に接続されている。
図3は本発明の実施の形態2の回路図である。基本的な回路構成は図1と同様であるが、図3の回路では、図1におけるインダクタL2をトランス構造にしたインダクタL2’を備え、このトランスの1次側と2次側の一端を接続し、前記トランスの1次側とコンデンサC2の直列回路をスイッチング素子Q2,Q3の接続点とコンデンサC1の他端の間に接続し、前記トランスの2次側と放電灯2の直列回路をコンデンサC2と並列に接続したものである。インダクタL2’以外の構成及び動作については、図1と同様である。
図4は本発明の実施の形態3の各スイッチング素子Q1,Q2,Q3の動作を示す。回路図は実施の形態1(図1)または実施の形態2(図3)と同様である。また、始動時動作は実施の形態1(図2)と同様であるため、説明は省略する。本実施の形態では、定常時には実施の形態1(図2)において常に導通状態にしていたスイッチング素子Q3をスイッチング素子Q1と同期させて、オン・オフ動作させている。なお、各スイッチング素子Q1,Q2,Q3にはボディーダイオード内蔵のスイッチング素子を使用する。たとえば、パワーMOSFETはドイレン・ソース間に逆方向ダイオードを内蔵しているので、これをスイッチング素子Q1,Q2,Q3として用いる。また、ダイオードを逆並列接続されたバイポーラトランジスタをスイッチング素子Q1,Q2,Q3として用いても良い。各スイッチング素子Q1,Q2,Q3に逆方向ダイオードを並列接続しておくことで、スイッチング素子Q1,Q3が同時にオフしてもインダクタL1,L2の回生電流を流すことができる。
図5は本発明の実施の形態4の各スイッチング素子Q1,Q2,Q3の動作を示す。回路図は実施の形態1(図1)または実施の形態2(図3)と同様である。また、定常時動作は実施の形態1(図2)と同様であるため、説明は省略する。本実施の形態では、始動時動作として、インダクタL2とコンデンサC2で決まる略共振周波数の高周波でスイッチング素子Q2,Q3を交互にオンさせるようにスイッチングさせて、共振電圧を放電灯2に印加して、放電灯2の始動電圧を確保する。
本実施の形態では、上述の実施の形態4の始動時動作における高周波のスイッチング周波数を、インダクタL2とコンデンサC2で決まる共振周波数の略3分の1に設定することにより、実施の形態4で挙げた共振電圧と略同様の共振電圧を得られ、放電灯2に印加される始動電圧を確保することが出来る。
図6は本発明の実施の形態6における各スイッチング素子Q1,Q2,Q3のスイッチング動作を示す波形図であり、図7はその時に発生する共振電圧を示す波形図である。本実施の形態の回路構成は図1または図3と同様である。
図8は本発明の実施の形態7における各スイッチング素子Q1,Q2,Q3のスイッチング動作を示す波形図である。本実施の形態の回路構成は図1または図3と同様である。
図9は本発明の実施の形態8における各スイッチング素子Q1,Q2,Q3のスイッチング動作と始動時の共振電圧を示す波形図である。本実施の形態の回路構成は図1または図3と同様である。本実施の形態では、実施の形態6,7における周波数を連続的に又は多段階的にスイープさせる動作を繰り返し行うことを特徴とする。これにより、実施の形態6,7における共振電圧を繰返し、放電灯2に印加される始動電圧を確保することができる。一例として、周波数の可変の1サイクルを約400μsec、始動電圧発生区間を1secとした場合に約2,500サイクルの繰り返しを行うことが出来、安定した高い始動電圧を放電灯2に印加し、ブレイクダウンさせることができる。
図13は本発明の実施の形態9における始動時から定常時までの動作を示す図である。第2のインダクタL2と第2のコンデンサC2の共振により始動に必要な電圧を発生させる区間Taの後に、ランプをグロー放電からアーク放電へと移行させるための区間Tbを設けている。また、グロー放電からアーク放電へと移行させるための区間Tbの周波数は区間Taの周波数よりも低く設定する。一例として始動に必要な電圧を発生させる区間Taを1秒間、115KHz、グロー放電からアーク放電へと移行させるための区間Tbを0.5秒間、52KHzに設定する。この時間は放電灯がブレイクダウンに必要な時間と放電灯がグロー放電からアーク放電へと安定移行できるまでの様子を見ながら時間と周波数を設定する。
図16は本発明の実施の形態10の回路図である。基本的な回路構成は図1と同様であるが、図16の回路では、さらにイグナイタ8を備えている。イグナイタ8以外の構成及び動作については図1と同様である。上記各実施の形態では直流電源1の電源電圧および共振電圧を印加電圧として放電灯2を点灯させるものであったが、本実施の形態では、さらにイグナイタ8を備えていることにより低パルスでの始動が可能となっている。
2 放電灯
3 電流検出回路
4 電圧検出回路
5 演算回路
6 パルス幅変調回路
9 パルス発生回路
Claims (14)
- 直流電源と、一端を直流電源の一端に接続された第1のスイッチング素子と、一端を直流電源の他端に接続された第1のコンデンサと、第1のコンデンサの他端と第1のスイッチング素子の他端の間に接続された第1のインダクタと、直流電源の他端と第1のスイッチング素子の他端の間に第1のスイッチング素子の順方向と逆方向となるように接続されたダイオードと、直流電源の両端間に接続された第2及び第3のスイッチング素子の直列回路と、第2及び第3のスイッチング素子の接続点と第1のコンデンサの他端の間に接続された第2のインダクタと第2のコンデンサの直列回路と、第2のコンデンサに並列接続された放電灯と、始動時は第2及び第3のスイッチング素子を交互にオンするように制御し、定常時には第2又は第3のスイッチング素子の一方を遮断状態、他方を導通状態にして第1のスイッチング素子をオン/オフするように制御する制御手段とを備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項1において、第2のインダクタをトランス構造にし、トランスの1次側と2次側の一端を接続し、トランスの2次側と放電灯の直列回路を第2のコンデンサと並列に接続し、トランスの1次側と第2のコンデンサの直列回路を第2及び第3のスイッチング素子の接続点と第1のコンデンサの他端の間に接続したことを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項1又は2において、第1のコンデンサよりも第2のコンデンサを小さい容量にしたことを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項1〜3のいずれかにおいて、定常時にオン/オフされる第1のスイッチング素子と、第2及び第3のスイッチング素子のうち導通状態とするスイッチング素子とを同期してオン/オフさせることを特徴とした放電灯点灯装置。
- 請求項1〜4のいずれかにおいて、始動時は高周波交流点灯、定常時は直流点灯を行うことを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項5において、始動時の高周波スイッチング動作の周波数を連続的に又は多段階的に変化させることを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項5または6において、始動時に第2及び第3のスイッチング素子を第2のインダクタと第2のコンデンサの共振周波数付近でスイッチングさせ、第2のインダクタと第2のコンデンサの共振により放電灯の始動電圧を発生させることを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項5または6において、始動時に第2及び第3のスイッチング素子を第2のインダクタと第2のコンデンサの共振周波数の奇数分の1の周波数付近でスイッチングさせ、第2のインダクタと第2のコンデンサの分周共振により放電灯の始動電圧を発生させることを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項6〜8のいずれかにおいて、変化させる周波数を第1の周波数から第2の周波数まで連続的に又は多段階的に変化させ、その周波数の可変を1サイクルとし、その周波数可変サイクルを繰返し行うことを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項9において、第1の周波数は第2の周波数よりも高いことを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項7〜10のいずれかにおいて、第2のインダクタと第2のコンデンサの共振により始動に必要な電圧を発生させる第1の区間の後に、ランプをグロー放電からアーク放電へと移行させるための第2の区間を設けたことを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項11において、第2の区間の周波数は第1の区間の周波数よりも低く設定されることを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項1〜12のいずれかに記載の放電灯点灯装置により点灯される高圧放電灯を光源として備えることを特徴とする照明装置。
- 請求項1〜12のいずれかに記載の放電灯点灯装置により点灯される高圧放電灯を光源として備えることを特徴とするプロジェクタ。
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