JP2005197180A

JP2005197180A - 高圧パルス発生装置、放電灯点灯装置、プロジェクタ装置

Info

Publication number: JP2005197180A
Application number: JP2004004564A
Authority: JP
Inventors: Yoji Konishi; 洋史小西; Akihiro Kishimoto; 晃弘岸本; Katsuyoshi Nakada; 克佳中田; Junichi Hasegawa; 純一長谷川; Hiroshi Watanabe; 浩士渡邊
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】簡単な構成で高圧放電灯の始動時に印加するパルス電圧波形のピーク値又は幅を制御し、高圧放電灯の始動性を向上させる高圧パルス発生装置及び放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】パルストランスＰＴ１、ＰＴ２を有する高圧パルス発生装置において、それぞれの１次巻線側にパルストランスＰＴ１、ＰＴ２に電力を供給するための電力供給手段Ｃ４及びＣ６を接続したパルストランスＰＴ１、ＰＴ２の２次巻線の間に直列に放電灯ＬＡを接続した構成としている。また、パルストランスＰＴ１、ＰＴ２の巻数比を異ならせたり、１次側又は２次側のインダクタンスを異ならせたりしている。
【選択図】図１

Description

本発明はメタルハライドランプ等の高圧放電灯を点灯させるための放電灯点灯装置に関するものである。

メタルハライドランプ、超高圧水銀灯等の高圧放電灯はその発光効率の良さと高圧放電灯自体の小型化が可能なことから、一般の照明器具以外に前照灯等の車載用灯具やプロジェクタテレビジョン受像機の光源等に使用されることが多くなってきている。

高圧放電灯用の放電灯点灯装置の従来例としては、たとえば図７に示すものが挙げられる。このものは直流電源Ｅからの直流電圧Ｖｉｎをスイッチング素子Ｑ１のオンオフにより断続し、インダクタＬ１を介してコンデンサＣ３に降圧された直流電圧Ｖｄｃを得ている。ダイオードＤ１はスイッチング素子Ｑ１がオフしたときの回生電流を流す方向に接続されている。コンデンサＣ３の直流電圧Ｖｄｃはスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５よりなるフルブリッジ型の極性反転回路により矩形波交流電圧に変換される。極性反転回路の出力には、インダクタＬ２とコンデンサＣ５の直列回路が接続されており、コンデンサＣ５の両端にはパルストランスＰＴの２次巻線を介して高圧放電灯ＬＡが接続されている。

放電灯を点灯させるには高い電圧が必要であり、一般的に放電灯点灯装置には高圧パルス発生装置を備えることが必要である。図７の放電灯点灯装置においても、始動時に高電圧パルスを発生するためのイグナイタ回路を備えている。イグナイタ回路は、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ２、コンデンサＣ４、スイッチング素子ＳＷ及びパルストランスＰＴよりなる。ここで、スイッチング素子ＳＷは、例えば双方向性２端子サイリスタであり、所定のブレイクダウン閾値（オン電圧）を有している。高圧放電灯ＬＡの始動後には、無負荷時に比べて大幅にランプ電圧が低下するので、スイッチング素子ＳＷはオンしない。

高圧放電灯ＬＡが絶縁破壊される前の無負荷時においては、コンデンサＣ３の直流電圧Ｖｄｃが高い電圧に設定され、抵抗Ｒ１及びダイオードＤ２を介してコンデンサＣ４が高い電圧に充電される。コンデンサＣ４の両端電圧がスイッチング素子ＳＷのオン電圧を超えると、スイッチング素子ＳＷがターンオンするとともに、パルストランスＰＴの２次側に巻数比に応じてピーク値が数ＫＶ、幅が数十ないし数百μｓｅｃのパルス電圧が発生する。そして、このパルス電圧が高圧放電灯ＬＡに印加されることにより、グロー放電が発生し、グロー放電が生じている期間中に極性反転回路から電力が供給され、高圧放電灯ＬＡはアーク放電に移行して定常点灯状態になるのである。

なお、特許文献１には、高圧パルス発生用のパルストランスとして、複数の１次巻線と複数の２次巻線を備えるものが開示されているが、図示された実施例はパルストランスのコアが一体化されたものであった。
特開２００３−２４９３８７号公報

図７の放電灯点灯装置においては、単一のパルス電圧波形しか発生することができなかった。このため、グロー放電が生じている期間にアーク放電に移行させるだけの電力が高圧放電灯ＬＡに供給されない場合があり、高圧放電灯ＬＡを確実に始動することができない場合があった。グロー放電が生じている期間中に十分な電力が供給されないとアーク放電に移行することができないので、高圧放電灯ＬＡが点灯しないという現象が生じる。高圧放電灯ＬＡが始動しなければ、この現象が繰り返されることになり、結局は始動時間が長くなって高圧放電灯ＬＡの寿命などに悪影響を及ぼすという問題が生じてしまう。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で、高圧放電灯の始動時に印加するパルス電圧波形のピーク値又は幅を制御し、高圧放電灯の始動性を向上させる放電灯点灯装置を提供することにある。

本発明にあっては、上記の課題を解決するために、図１に示すように、２個のパルストランスを有する高圧パルス発生装置において、パルストランスの１次巻線側にパルストランスに電力を供給するための電力供給手段をそれぞれ設け、２個のパルストランスの２次巻線側の間に直列に負荷を接続したことを特徴とするものである。

本発明の高圧パルス発生装置においては、各パルストランスの２次側に発生する電圧の合成電圧を負荷に印加する。したがって、本発明の高圧パルス発生装置を放電灯点灯装置に使えば、放電灯の始動に適したパルス電圧を放電灯に印加することができるので、放電灯の始動性を向上させることができる。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１を図１〜図３を参照して説明する。図１に示す放電灯点灯装置は、直流電源Ｅと、直流電源Ｅからの直流電圧Ｖｉｎを他の直流電圧Ｖｄｃに変換する電圧変換回路と、電圧変換回路からの直流電圧Ｖｄｃを矩形波電圧に変換する極性反転回路と、極性反転回路の出力に接続された負荷回路及びイグナイタ回路を備えている。

次に、各部の構成を詳述する。電圧変換回路は、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、インダクタＬ１及びコンデンサＣ３よりなる降圧チョッパー回路であり、スイッチング素子Ｑ１のオンオフのデューティを可変とすることにより、直流電源Ｅからの直流電圧Ｖｉｎを降圧して放電灯ＬＡの点灯に適した直流電圧Ｖｄｃに変換する機能を有している。

本実施の形態では電圧変換回路として降圧チョッパー回路を採用しているが、直流電源Ｅの種類によっては昇圧チョッパー回路あるいは極性反転チョッパー回路を用いても良いし、他のＤＣ−ＤＣコンバータを用いても良い。要するに、直流電源Ｅから入力される直流電圧Ｖｉｎを放電灯ＬＡの点灯に適した直流電圧Ｖｄｃに変換するものであれば、どのような回路構成でも構わない。また、高圧放電灯の種類等を考慮して、この電圧変換回路を適宜省略してもよい。

極性反転回路はスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５よりなり、コンデンサＣ３からの直流電圧Ｖｄｃをスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５のオン／オフ動作により矩形波電圧に変換するものである。スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５は、例えば電界効果トランジスタで構成する。スイッチング素子Ｑ２，Ｑ５がオン、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４がオフとなる第１の期間と、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ５がオフ、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４がオンとなる第２の期間が低周波で交番することにより、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の接続点とスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の接続点の間に低周波の矩形波交流電圧が得られる。

本実施の形態では極性反転回路の回路方式として４石のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５を有するいわゆるフルブリッジ型極性反転回路を採用しているが、これに限らず、ハーフブリッジ型極性反転回路を用いてもよい。また、放電灯がＨＩＤランプの場合、点灯方式として特開平１０−１４４４８８号公報に記載の低周波矩形波点灯方式や直流点灯方式を用いてもよい。また、図示はしていないが、スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５を駆動する回路としては、例えば、三菱電機株式会社製の集積回路Ｍ６３９９１ＦＰを用いてもよい。

負荷回路は、インダクタＬ２、コンデンサＣ５及び放電灯ＬＡよりなる。スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の接続点とスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の接続点の間に、インダクタＬ２とコンデンサＣ５とが直列に接続されており、コンデンサＣ５と並列的に放電灯ＬＡが接続されている。放電灯ＬＡは、たとえば、高圧ナトリウム灯、メタルハライドランプあるいは水銀灯等のＨＩＤランプである。

イグナイタ回路は、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ２及びＤ３、コンデンサＣ４及びＣ６、スイッチング素子ＳＷ及びパルストランスＰＴ１及びＰＴ２よりなる。イグナイタ回路は、高圧放電灯ＬＡの始動時に、ピーク値が数ＫＶ、幅が数十ないし数百μｓｅｃのパルス電圧を発生させるものであり、このパルス電圧は高圧放電灯ＬＡの両端に印加される。ここで、イグナイタ回路を構成するスイッチング素子ＳＷは、所定のブレイクダウン閾値を持つ双方向性２端子素子であり、たとえば、サイリスタやトライアックや放電ギャップである。また、パルストランスＰＴ１及びＰＴ２は、それぞれ別々のコアに巻かれた１次巻線と２次巻線とを有しており、巻数比に応じて１次巻線に発生した電圧を２次巻線に昇圧する。

次に、本実施の形態の動作を図１〜図３に基づいて説明する。電圧変換回路は、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフ動作及びインダクタＬ１の働きにより、直流電源Ｅの直流電圧Ｖｉｎを電圧変換して放電灯ＬＡの始動に適した直流電圧Ｖｄｃを出力する。極性反転回路は、スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５のオン／オフ動作により、直流電圧Ｖｄｃを矩形波電圧に変換して出力する。この矩形波電圧が負荷回路及びイグナイタ回路に印加されると、抵抗Ｒ１とダイオードＤ２，Ｄ３を介して、コンデンサＣ４，Ｃ６に充電が開始され、コンデンサＣ４，Ｃ６の両端電圧がスイッチング素子ＳＷの閾値電圧を超えると、スイッチング素子ＳＷはオンする。この瞬間に、パルストランスＰＴ１及びＰＴ２の２次側には、それぞれ図２（ａ）に示すようなパルス電圧が発生する。そして、高圧放電灯ＬＡの両端には、図２（ｂ）に示すように、パルストランスＰＴ１及びＰＴ２の出力を合成したパルス電圧が印加され、高圧放電灯ＬＡは点灯する。

本実施の形態では、パルストランスＰＴ１及びＰＴ２として、同じものを使用しているが、例えばパルストランスＰＴ１とＰＴ２とに異なる巻数比のものや、インダクタンスの異なるものを使用してもよい。この場合、パルストランスＰＴ１及びＰＴ２の２次側には図３（ａ）に示すように（波高値やパルス幅の）異なるパルス電圧が発生する。そして、高圧放電灯ＬＡの両端には、図３（ｂ）に示すように、パルストランスＰＴ１及びＰＴ２の出力を合成したパルス電圧が印加され、高圧放電灯ＬＡは点灯する。

本実施の形態では、放電灯点灯装置が２個の独立したパルストランスを有しているので、合成されるパルス電圧の波形を変えたい場合には、例えば、一つのパルストランスを巻数比やインダクタンスの異なるパルストランスに取り替えるだけで、簡単にパルス電圧の波形を変えることができる。これにより、例えば高圧放電灯の種類が異なっていたり、経時変化により高圧放電灯の始動条件が新品のときから変化した場合においてもパルストランスを適宜選択することにより、高圧放電灯を始動させることができる。

また、高圧放電灯の種類によっては、一つのパルストランスのみを動作させれば十分な場合もある。この場合は、たとえはコンデンサＣ４若しくはＣ６又はダイオードＤ２若しくはＤ３を適宜開放しておき、一つのパルストランスのみが動作するようにしてもよい。したがって、本実施の形態によれば、高圧放電灯の種類、態様の違いによる始動条件の違いに簡単に対応できるという効果もある。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２を図４、図５を参照して説明する。図４に示す放電灯点灯装置は、図１の回路において、位相制御手段ＺをパルストランスＰＴ２の１次側巻線とダイオードＤ３とコンデンサＣ６の接続点に接続したものである。このような構成にすると、パルストランスＰＴ１及びＰＴ２として同じものを使用した場合であっても、図５（ａ）に示すように、パルストランスＰＴ１の２次側巻線に発生するパルス電圧に対してパルストランスＰＴ２の２次側巻線に発生するパルス電圧の位相を所定の時間ｔ１だけ遅れさせることができ、高圧放電灯ＬＡの両端には、図５（ｂ）に示すように、パルストランスＰＴ１及びＰＴ２の出力を合成したパルス電圧が印加されるので、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。ここで、位相制御手段Ｚは、インダクタのほか、電圧の位相を進ませる又は遅れさせる効果のあるインピーダンス要素であれはどのようなものでもよい。

（実施の形態３）
実施の形態３として、図６にパルストランスＰＴ１、ＰＴ２の構造図を示す。図中、１，２はコア、１０，２０はコイルである。図６（ａ）はパルストランスＰＴ１についてコア１の軸線方向から見た図であり、図６（ｂ）はパルストランスＰＴ１，ＰＴ２をコア１，２の軸線方向と垂直な方向から見た図である。パルストランスＰＴ１はコア１とコイル１０から構成され、パルストランスＰＴ２はコア２とコイル２０から構成される。図６（ａ）に示すように、コイル１０は１次巻線１１と２次巻線１２及び絶縁物１３から構成される。コア１の周りに２次巻線１２を巻き、その上に絶縁物１３をのせ、さらにその上に１次巻線１１を巻く。パルストランスＰＴ２のコイル２０も同様の構造を有している。２次巻線は平角線としている。２次巻線に平角線を使うことにより巻線密度が丸線と比較して向上し、パルストランスを小型化することが可能になった。

また、図６（ｂ）に示すように、パルストランスＰＴ１，ＰＴ２のコア１，２は開磁路で棒状としており、コア１，２の端面を近接させている。パルストランスＰＴ１、ＰＴ２のコア１，２の端面を近接させることにより、パルストランスＰＴ１、ＰＴ２の結合を上げる効果があった。

本発明の実施の形態１を示す回路図である。本発明の実施の形態１において合成する前後のパルス電圧の波形を示す波形図である。本発明の実施の形態１において合成する前後のパルス電圧の波形を示す他の波形図である。本発明の実施の形態２を示す回路図である。本発明の実施の形態２において合成する前後のパルス電圧の波形を示す波形図である。本発明の実施の形態３のパルストランスの構造を示す説明図である。従来例を示す回路図である。

符号の説明

ＰＴ１、ＰＴ２パルストランス
Ｃ４コンデンサ（電力供給手段）
Ｃ６コンデンサ（電力供給手段）
ＬＡ高圧放電灯

Claims

２個のパルストランスを有する高圧パルス発生装置において、パルストランスの１次巻線側にパルストランスに電力を供給するための電力供給手段をそれぞれ設け、２個のパルストランスの２次巻線側の間に直列に負荷を接続したことを特徴とする高圧パルス発生装置。
２個のパルストランスの巻数比が異なることを特徴とする請求項１記載の高圧パルス発生装置。
２個のパルストランスの１次側又は２次側のインダクタンスが異なることを特徴とする請求項１記載の高圧パルス発生装置。
２個のパルストランスの２次側に発生する電圧の位相を制御する位相制御手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高圧パルス発生装置。
２個のパルストランスはコアが開磁路であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高圧パルス発生装置。
２個のパルストランスはコアが棒状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の高圧パルス発生装置。
２個のパルストランスは、コアの端面が近接していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の高圧パルス発生装置。
２個のパルストランスは２次巻線が平角線であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の高圧パルス発生装置。
請求項１〜８のいずれかに記載の高圧パルス発生装置を有することを特徴とする放電灯点灯装置。
放電灯は高圧放電灯であることを特徴とする請求項９に記載の放電灯点灯装置。
請求項１０に記載の放電灯点灯装置を有することを特徴とするプロジェクタ装置。