JP2005038814A - 放電灯点灯装置、照明装置、プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】高圧放電灯を直流点灯させる装置において、始動時には交流点灯させることで始動電圧を確保する。
【解決手段】直流電源１と、この直流電源１に接続された一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路と、どちらかのスイッチング素子に接続されるインダクタＬ１とコンデンサＣ１と、コンデンサＣ１に並列に接続された放電灯２からなり、始動時には一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオン動作させて放電灯２に交流電圧を供給し、ランプ点灯後は片方のスイッチング素子Ｑ２を遮断状態にし、もう一方のスイッチング素子Ｑ１をオン、オフ動作させることにより降圧チョッパ動作させて放電灯２を直流点灯させる。
【選択図】図１

Description

本発明は直流点灯用高圧放電灯に始動時に交流電流を供給して点灯させ、定常時には直流電流を供給して直流点灯させる技術に関するものである。

図１９はメタルハライドランプ等の高圧放電灯の一般的な点灯装置を示す回路図である。直流電源１から供給される電圧をダウンコンバータ７により制御し、始動時は固定パルス幅でＤＣ電圧を放電灯２に印加する。またその時に、イグナイタ８により高電圧パルスを供給し、放電灯２の電極間をブレークダウンし、放電を開始する。放電開始後、電流検出回路３により出力電流を、電圧検出回路４により出力電圧を検出し、演算回路５で演算を行ってパルス幅変調回路６を介してダウンコンバータ７にフィードバックし、ダウンコンバータ７のパルス幅を制御するように動作させ、放電灯２の安定後に一定の電力を供給できるようにしている。

放電灯２をブレイクダウンさせるための始動電圧はダウンコンバータ７の出力電圧とイグナイタ８による高圧パルスであるが、ダウンコンバータ７の出力電圧は直流電源電圧と略同じであり、そのため放電灯２の始動にはイグナイタ８による数ＫＶ〜数十ＫＶの高圧パルスが必要である。この始動時に必要な高圧パルスは自回路及び周辺回路に対して誤動作を及ぼす原因となっており、低パルスでの始動が好まれている。

特許文献１には、直流電源と、ダイオードをそれぞれ逆並列に接続し、直流電源に直列接続する第１及び第２のスイッチング素子の直列回路と、第２のスイッチング素子に並列接続するインダクタおよびコンデンサの直列回路と、コンデンサに並列接続する放電灯と、第１及び第２のスイッチング素子をオン／オフする制御手段とを備え、制御手段は、少なくとも放電灯の始動時に第２のスイッチング素子をオフに固定し、安定点灯時には第２のスイッチング素子のオフの固定を解除して、第１及び第２のスイッチング素子を交互にオン／オフする動作に切り替える構成が開示されている。この特許文献１の点灯装置は、始動時に生じる過渡的な過電圧の発生を抑制するとともに、安定点灯時のエネルギーロスの低減を図ったものであり、低パルス始動や始動改善を実現するものではなかった。
特開２００１−２８４０８７号公報

本発明は高圧放電灯の直流点灯装置において、始動時に交流にて動作を行うことにより、低パルス始動及び始動性能の改善を図り、放電灯の電極劣化を抑制できる放電灯点灯装置を提供することを課題とする。

本発明によれば、上記の課題を解決するために、図１に示すように、直流電源１と、前記直流電源１に接続される第１及び第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路と、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ逆並列に接続された第１及び第２のダイオードＤ１，Ｄ２と、第１または第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に並列接続されるインダクタＬ１およびコンデンサＣ１の直列回路と、前記コンデンサＣ１に並列接続される放電灯２と、始動時は第１及び第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を高周波で交互にオンするようにスイッチングさせ、定常時には直列接続されたインダクタＬ１とコンデンサＣ１に並列に接続されているスイッチング素子Ｑ２を遮断状態にし、該スイッチング素子Ｑ２に逆並列に接続されたダイオードＤ２と他方のスイッチング素子Ｑ１とで降圧チョッパ動作させるように各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフする制御手段とを備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、高圧放電灯の直流点灯装置において、始動時に交流にて点灯動作を行うことにより、始動性能を改善することができ、放電灯の電極劣化を抑制できる効果がある。また、イグナイタを併用する場合でも始動パルスのエネルギーは小さくて済むので、周辺回路が誤動作する恐れが少なくなり、プロジェクタなどのＨＩＤランプの点灯装置として特に好適である。
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４〜７の発明によれば、始動時は合成キャパシタンス容量を小さくし、ランプ点灯後は合成キャパシタンス容量を大きくするように、合成キャパシタンス容量を可変させることにより、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９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１０の発明によれば、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ようにしたので、インダクタとコンデンサの定数にばらつきがあっても、十分な始動電圧を確保できる利点がある。
請求項１３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。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の回路図である。以下、その回路構成について説明する。直流電源１の正極と負極の間には、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路が接続されている。各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２にはダイオードＤ１，Ｄ２が逆並列接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はバイポーラトランジスタであっても良いが、ＭＯＳＦＥＴを用いればダイオードＤ１，Ｄ２はドレイン・ソース間の内蔵ダイオードで兼用できる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２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の他端と直流電源１の負極の間にはコンデンサＣ１が接続されている。コンデンサＣ１には、小抵抗Ｒよりなる電流検出回路３を介して放電灯２が接続されている。コンデンサＣ１と並列に抵抗Ｒ１，Ｒ２の直列回路よりなる電圧検出回路４が接続されている。電流検出回路３の検出出力と電圧検出回路４の検出出力は演算回路５に入力されている。演算回路５ではランプ電力を演算し、目標電力との誤差をパルス幅変調回路６にフィードバックする。パルス幅変調回路６では、定常時動作において、ランプ電力が目標電力に一致するようにスイッチング素子Ｑ１のパルス幅を制御する。
なお、インダクタＬ１とコンデンサＣ１は２つのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のどちらかに接続されていればよく、放電灯２はコンデンサＣ１に並列になるように接続されていれば良い。

図２は各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作を示す。以下、図２の始動時動作、定常時動作のそれぞれについて説明する。
まず、点灯信号の入力により、始動時はスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が交互にオン、オフし、どちらか一方に接続されているインダクタＬ１とコンデンサＣ１で決まる略共振周波数の高周波でスイッチングし、共振電圧を放電灯２に印加し、放電灯２に印加される始動電圧を確保する。つまり、始動時には２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が高周波で交互にオン、オフする。すなわち、スイッチング素子Ｑ１がオン状態でスイッチング素子Ｑ２がオフ状態である第１の状態と、スイッチング素子Ｑ１がオフ状態でスイッチング素子Ｑ２がオン状態である第２の状態とが、高周波で交番する。一例として、インダクタＬ１を６００μＨ、コンデンサＣ１を３３００ｐＦとし、このインダクタＬ１とコンデンサＣ１で決まる略共振周波数の１１５ＫＨｚでスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオン、オフ動作させることで始動電圧を確保することができる。

その後、放電灯２の点灯後、インダクタＬ１とコンデンサＣ１に繋がれるスイッチング素子Ｑ２をＯＦＦにし、並列に接続された内蔵ダイオードＤ２を利用し、もう一方のスイッチング素子Ｑ１を用いて降圧チョッパ動作を行い、スイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ２の逆方向ダイオードＤ２、インダクタＬ１でダウンコンバータ７を形成し、放電灯２に供給される電力を制御する。つまり、定常時には、スイッチング素子Ｑ２は常にオフとなり、スイッチング素子Ｑ１のみが所定のパルス幅でオン、オフ動作する。スイッチング素子Ｑ１のオン時には、直流電源１からスイッチング素子Ｑ１、インダクタＬ１を介してコンデンサＣ１に電流が流れ、スイッチング素子Ｑ１のオフ時には、インダクタＬ１の蓄積エネルギーによりインダクタＬ１からコンデンサＣ１、ダイオードＤ２を介して回生電流が流れる。この定常動作時においては、スイッチング素子Ｑ１のパルス幅を制御することにより、放電灯２に供給される電力を目標値にフィードバック制御することができる。

なお、本実施の形態では、始動動作時においてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオン、オフ動作させることで始動電圧を確保することができるので、ランプの始動電圧を発生するイグナイタは基本的には不要となるが、もちろん低パルスのイグナイタを併用しても構わない。低パルスのイグナイタを併用すれば、始動動作時において回路中に流れる共振電流を低減することができる。また、イグナイタの発生する始動パルスはスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の高周波動作による始動電圧を補う程度の低パルスでよいので、イグナイタのパルス発生による自回路や周辺回路の誤動作の恐れも少なく出来る。以下の実施の形態においても同様である。

（実施の形態２）
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Ｌ１をトランス構造にしたインダクタＬ１’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Ｃ１の直列回路をスイッチング素子Ｑ２の両端に並列接続し、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Ｃ１と並列に接続したものである。インダクタＬ１’以外の構成及び動作については、図１と同様である。

本実施の形態では、トランス構造にしたインダクタＬ１’を備えることにより、インダクタＬ１’の１次側とコンデンサＣ１との共振により発生させた共振電圧をインダクタＬ１’の２次側に巻数比に応じて発生させることができ、放電灯２に印加させる始動電圧を確保することが容易となる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、上述の実施の形態１の始動時動作における高周波のスイッチング周波数を、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のどちらか一方に接続されているインダクタＬ１とコンデンサＣ１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１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。

例えば、一例としてインダクタＬ１を１００μＨ、コンデンサＣ１を２２００ｐＦに設定し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を、このインダクタＬ１とコンデンサＣ１で決まる共振周波数の略３分の１の１１５ＫＨｚでスイッチング動作させることにより、実施の形態１で挙げた例と略同様の始動電圧が得られる。また、インダクタＬ１、コンデンサＣ１の小型化が図ることが出来る。スイッチング周波数はインダクタＬ１とコンデンサＣ１で決まる共振周波数の略奇数分の１であれば、５分の１、７分の１でも略同様の効果が得られる。

なお、上述の実施の形態２においても、始動時にインダクタＬ１’の１次側とコンデンサＣ１で決まる共振周波数の略奇数分の１の周波数でスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオンオフさせることにより、インダクタＬ１’の２次側に巻数比に応じて昇圧された高い電圧が得られるので、放電灯２に印加される始動電圧を容易に確保することが出来る。

（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４における各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作を示す波形図であり、図５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。

本実施の形態では、上述の実施の形態１〜３における高周波のスイッチング周波数を、インダクタＬ１とコンデンサＣ１で決まる共振周波数（又は共振周波数の奇数分の１）を通る周波数でスイープさせるようにすることにより、インダクタＬ１とコンデンサＣ１のばらつきによる共振周波数のばらつきに影響されることなく、実施の形態１〜３で挙げた共振電圧と略同様の共振電圧を安定して得ることができ、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。

一例として、実施の形態１で挙げた共振周波数１１５ＫＨｚの例に対して、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を共振周波数を通る５０ＫＨｚ〜１６０ＫＨｚでスイッチング周波数をスイープさせる。これにより共振電圧は図５のように変化するから、インダクタＬ１とコンデンサＣ１のばらつきにかかわらず放電灯２を始動させることができる。

（実施の形態５）
図６は本発明の実施の形態５における各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２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。

本実施の形態では、始動時の高周波動作区間において、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作周波数を段階的に変化させる。段階的に変化させる周波数は第１周波数をｆ１、第２周波数をｆ２、第３周波数をｆ３とした場合、ｆ１＞ｆ２＞ｆ３とし、それぞれの周波数はインダクタＬ１とコンデンサＣ１で決まる共振周波数、もしくは共振周波数の略奇数分の１に設定し、放電灯２がブレイクダウンしていない場合には始動に必要な電圧を確保し、ブレイクダウンしている場合には周波数が切り替わることにより、段階的に放電灯２に流れる電流を増加させ、グロー放電からアーク放電へと移行させる。

第１周波数ｆ１において放電灯２をブレイクダウンさせるのであれば、第２周波数ｆ２以降はインダクタＬ１とコンデンサＣ１で決まる共振周波数又は共振周波数の略奇数分の１の周波数以外での周波数でも良い。

（実施の形態６）
図７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４，５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４，５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８は本実施の形態における周波数可変の１サイクルのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作を示す波形図である。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の動作周波数については、周波数可変の１サイクルの初期の周波数をｆａ、終盤の周波数をｆｂとした場合に、ｆａ＞ｆｂとなるように変化させる。より好ましくは、周波数のスイープの途中にインダクタＬ１とコンデンサＣ１で決まる共振周波数もしくは共振周波数の略奇数分の１の周波数を通過するように、周波数ｆａ，ｆｂを設定する。

図９は放電灯が点灯しなかった場合（無負荷時）について、放電灯に流れる電流と印加される共振電圧の一例を示す。図１０は放電灯が始動電圧の印加途中でブレイクダウンした場合について、放電灯に流れる電流と印加される共振電圧の一例を示す。

（実施の形態７）
図１１は本発明の実施の形態７における始動時から定常時までの動作を示す図である。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。インダクタＬ１とコンデンサＣ１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、インダクタＬ１を１００μＨ、コンデンサＣ１を２２００ｐＦとし、このインダクタＬ１とコンデンサＣ１で決まる略共振周波数の１１５ｋＨｚでスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を交互にオン、オフ動作させ、始動に必要な電圧を発生させる区間Ｔａを１秒間とし、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１２は放電灯が点灯しなかった場合について、放電灯に流れる電流と印加される共振電圧の一例を示す。図１３は放電灯が始動電圧の印加途中でブレイクダウンした場合について、放電灯に流れる電流と印加される共振電圧の一例を示す。

（実施の形態８）
図１４は本発明の実施の形態８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、本実施の形態では、コンデンサＣ１に並列になるように接続されたコンデンサＣ２とコンデンサＣ２に直列に接続されたスイッチング素子Ｑ３を有する点が異なる。

本実施の形態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図１５に示す。始動時には、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が高周波で交互にオン、オフ動作し、インダクタＬ１とコンデンサＣ１による共振動作により始動電圧を確保する。この始動動作時にはスイッチング素子Ｑ３は遮断（ＯＦＦ）しておく。

始動時に共振させる際に、コンデンサ及びスイッチング素子をストレスから守るために極力共振電流は低く抑えたい。しかし、共振電流を少なくするために小容量のキャパシタンスを使用すると、共振用のコンデンサＣ１はダウンコンバータ７の平滑コンデンサも兼用しているため、ダウンコンバータ７が高周波でスイッチングしているために発生するリップルを抑えることが出来なくなり、高圧放電灯の音響的共鳴現象（ＡＲ）によるアーク不安定の原因になる。

そこで、本実施の形態においては、コンデンサＣ１に並列に、スイッチング素子Ｑ３とコンデンサＣ２の直列回路を接続し、始動時動作ではスイッチング素子Ｑ３はオフしておき、定常時動作ではスイッチング素子Ｑ３をオンすることにより、始動動作時と定常動作時とで、コンデンサの容量を切り替える。すなわち、始動時動作ではコンデンサＣ１のみとなり、これにより始動時の共振電流を低減することができる。また、定常時動作ではコンデンサＣ１，Ｃ２の並列容量がダウンコンバータ７の平滑用コンデンサとなり、ランプの高周波リップル成分を低減することができる。これにより、始動時と定常時に必要な両方の性能を満足させることが出来る。

なお、図３に示した実施の形態２において、コンデンサＣ１に並列に、スイッチング素子Ｑ３とコンデンサＣ２の直列回路を接続し、始動時動作ではスイッチング素子Ｑ３はオフしておき、定常時動作ではスイッチング素子Ｑ３をオンすることにより、始動動作時と定常動作時とで、コンデンサの容量を切り替えるようにしても良い。

（実施の形態９）
図１６は本発明の実施の形態９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、本実施の形態では、コンデンサＣ１に直列になるように接続されたコンデンサＣ２とコンデンサＣ２に並列に接続されたスイッチング素子Ｑ３を有する点が異なる。ここでは、大容量のコンデンサＣ１と小容量のコンデンサＣ２を直列に接続して構成し、コンデンサＣ２に並列にスイッチング素子Ｑ３を接続し、始動時はスイッチング素子Ｑ３を遮断状態にし、ランプ点灯後はスイッチング素子Ｑ３を導通状態にするようにした。

本実施の形態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は図１５と同じである。始動時にはスイッチング素子Ｑ３が遮断状態（ＯＦＦ）であることにより、キャパシタンス回路の合成容量は、Ｃ１・Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）となるから、共振に寄与するキャパシタンス成分は小容量のコンデンサＣ２よりも小さくなる。定常時にはスイッチング素子Ｑ３が導通状態（ＯＮ）であることにより、大容量のコンデンサＣ１がダウンコンバータ７の平滑用コンデンサとして機能する。

本実施の形態においても、キャパシタンス回路の合成容量を始動時と定常時とで可変とし、始動時には小容量のキャパシタンスにして共振電流を低減し、ランプ安定点灯時には大容量のキャパシタンスにしてランプ電流の高周波リップル成分を低減することができる。

なお、図３に示した実施の形態２において、コンデンサＣ１に小容量のコンデンサＣ２を直列に接続し、コンデンサＣ２に並列にスイッチング素子Ｑ３を接続し、始動時はスイッチング素子Ｑ３を遮断状態にし、ランプ点灯後はスイッチング素子Ｑ３を導通状態にするようにしても良い。

（実施の形態１０）
図１７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１７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、イグナイタ８を備えているので、共振電圧の低減と低パルスでの始動を可能とすることができる。なお、図３に示した実施の形態２においても同様のイグナイタ８を設けても良い。

始動動作時には、インダクタＬ１とコンデンサＣ１で決まる略共振周波数の高周波でスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を交互にオン、オフ動作させて、コンデンサＣ１の両端に共振電圧を発生させ、その共振電圧を電源として、イグナイタ８を動作させ、イグナイタ８のパルストランスＰＴより始動時に陽極から陰極に向けた電界を発生する始動パルスを放電灯２に印加する。

イグナイタ８の構成については、図示された構成に限定されるものではないが、ここでは、始動動作時に共振用のコンデンサＣ１に得られる高周波電圧のピーク値でダイオードＤ３を介してコンデンサＣ３を充電し、コンデンサＣ３の蓄積電荷を放電ギャップＧを介してパルストランスＰＴの１次巻線に供給している。コンデンサＣ３の充電電圧が放電ギャップＧのブレイクダウン電圧を越えると、放電ギャップＧを介してコンデンサＣ３の電荷が放電し、パルストランスＰＴの１次巻線にパルス状の電流が流れる。これによりパルストランスＰＴの２次巻線には巻数比に応じて昇圧された高電圧パルスが発生する。この高電圧パルスがコンデンサＣ１を介して放電灯２の両端に印加されることにより、放電灯２がブレイクダウンして、放電が開始される。

放電灯２には共振電圧とイグナイタ８により発生させた両方の電圧が印加され、高電圧パルスのみを印加するよりも低い高電圧パルスで放電灯２をブレイクダウンさせることが出来る。

なお、イグナイタ８のコンデンサＣ３は共振電圧により充電されるので、イグナイタ８により発生させる始動パルスは、始動時の高周波動作時にのみ発生するものであり、定常時の直流点灯動作時にはイグナイタ８のパルス発生動作は自動的に停止する。

図１８（ａ）〜（ｃ）は本実施の形態のイグナイタ８のパルストランスＰＴの配置例を示した図である。それ以外の構成は図１７と同様である。始動時に陰極から陽極に向けた電界を発生する始動パルスを放電灯２に印加する場合、始動時に陽極、陰極の両方向から電界を発生する始動パルスを放電灯２に印加する場合のイグナイタ８の配置例を示す。これらの構成においても図１７の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。

このように、始動時に陽極から陰極に向けた電界を発生する始動パルスを放電灯に印加するイグナイタを具備する構成、始動時に陰極から陽極に向けた電界を発生する始動パルスを放電灯に印加するイグナイタを具備する構成、始動時に陽極、陰極の両方向から電界を発生する始動パルスを放電灯に印加するイグナイタを具備する構成のいずれを採用しても構わない。

以上の各実施の形態において、放電灯点灯装置は照明装置に内蔵されて照明装置の光源である放電灯を点灯させる用途に用いられても良いし、また、プロジェクタ用の光源としてのメタルハライドランプ等の高圧放電灯の点灯装置として用いられても良い。特に、液晶プロジェクタ等においては、点灯装置の周囲に精密な電子回路が多数配置されているので、イグナイタによる高圧パルスの影響を低減できることにより信頼性を向上させることができる。

本発明の実施の形態１の回路図である。 本発明の実施の形態１の各スイッチング素子の動作を示す波形図である。 本発明の実施の形態２の回路図である。 本発明の実施の形態４の各スイッチング素子の動作を示す波形図である。 本発明の実施の形態４の点灯装置の始動時に発生する共振電圧を示す波形図である。 本発明の実施の形態５の各スイッチング素子の動作を示す波形図である。 本発明の実施の形態６の各スイッチング素子の動作と共振電圧を示す波形図である。 本発明の実施の形態６の各スイッチング素子の１サイクル分の動作を示す波形図である。 本発明の実施の形態６の無負荷時の放電灯に印加される共振電圧と放電灯に流れる電流を示す波形図である。 本発明の実施の形態６の無負荷時から途中で放電灯がブレイクダウンした場合の始動時から定常点灯直後までの放電灯に印加される共振電圧と放電灯に流れる電流を示す波形図である。 本発明の実施の形態７の各スイッチング素子の動作を示す波形図である。 本発明の実施の形態７の無負荷時の放電灯に印加される共振電圧と放電灯に流れる電流を示す波形図である。 本発明の実施の形態７の無負荷時から途中で放電灯がブレイクダウンした場合の始動時から定常点灯直後までの放電灯に印加される共振電圧と放電灯に流れる電流を示す波形図である。 本発明の実施の形態８の回路図である。 本発明の実施の形態８の各スイッチング素子の動作を示す波形図である。 本発明の実施の形態９の回路図である。 本発明の実施の形態１０の回路図である。 本発明の実施の形態１０のパルストランスの配置例を示す回路図である。 従来例の回路図である。

符号の説明

１ 直流電源
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
７ ダウンコンバータ

Claims (16)

1. 直流電源と、前記直流電源に接続される第１及び第２のスイッチング素子の直列回路と、各スイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続された第１及び第２のダイオードと、第１または第２のスイッチング素子に並列接続されるインダクタおよびコンデンサの直列回路と、前記コンデンサに並列接続される放電灯と、始動時は第１及び第２のスイッチング素子を高周波で交互にオンするようにスイッチングさせ、定常時には直列接続されたインダクタとコンデンサに並列に接続されているスイッチング素子を遮断状態にし、該スイッチング素子に並列に接続されたダイオードと他方のスイッチング素子とで降圧チョッパ動作させるように各スイッチング素子をオン／オフ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。
2. 請求項１において、前記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、その接続点に前記コンデンサを接続し、１次側の他端を第１及び第２のスイッチング素子の接続点と接続し、トランスの２次側と放電灯の直列回路を前記コンデンサと並列に接続したことを特徴とする放電灯点灯装置。
3. 請求項１または２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。
4. 請求項１または２において、コンデンサに少なくとも１個以上のコンデンサを並列に設け、そのコンデンサに直列にスイッチ要素を設け、そのスイッチ要素のＯＮ／ＯＦＦにより合成キャパシタンス容量を可変させることを特徴とする放電灯点灯装置。
5. 請求項１または２において、コンデンサに直列に少なくとも１個以上のコンデンサを設け、そのコンデンサに並列にスイッチ要素を設け、そのスイッチ要素のＯＮ／ＯＦＦにより合成キャパシタンス容量を可変させることを特徴とする放電灯点灯装置。
6. 請求項４または５において、コンデンサに直列または並列に設けられたスイッチ要素による合成キャパシタンス容量の可変をランプの点灯後に行うことを特徴とする放電灯点灯装置。
7. 請求項４または５において、始動時は合成キャパシタンス容量を小さくし、ランプ点灯後は合成キャパシタンス容量を大きくするように、合成キャパシタンス容量を可変させることにより始動モードと定常モードを切り替えることを特徴とする放電灯点灯装置。
8. 請求項１〜７のいずれかにおいて、始動時に第１及び第２のスイッチング素子をインダクタとコンデンサの共振周波数付近でスイッチングさせ、インダクタと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。
9. 請求項１〜７のいずれかにおいて、始動時に第１及び第２のスイッチング素子を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、インダクタと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。
10. 請求項１〜９のいずれかにおいて、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。
11. 請求項１０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。
12. 請求項１１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。
13. 請求項８〜１２のいずれかにおいて、インダクタと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。
14. 請求項１３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。
15. 請求項１〜１４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。
16. 請求項１〜１４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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