JP2006278095A - Power supply device for high pressure discharge lamp and light source device - Google Patents

Power supply device for high pressure discharge lamp and light source device Download PDF

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Giichi Suzuki
義一 鈴木
Tomoyoshi Arimoto
智良 有本
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Ushio Denki KK
Ushio Inc
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Ushio Denki KK
Ushio Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply device for a high pressure discharge lamp capable of stably maintaining the discharge lamp without lights-out even if specific arc-discharge is passed through at the start of lighting. <P>SOLUTION: The power supply device has a chopper circuit including a switching element, a smoothing circuit 2 including at least one smoothing capacitor connected to output terminals of the chopper circuit 1, and a feedback type control circuit 4 driving the switching element of the chopper circuit 1. A second switch element is connected to output side of the smoothing circuit. The second switch element is a semiconductor element controlled so as to perform an analogue operation at the start of lighting and to conduct at stationary lighting by the control circuit. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は高圧放電ランプ用給電装置および光源装置に関する。特に、プロジェクター装置の光源として使う高圧放電ランプ用の給電装置およびその光源装置に関する。   The present invention relates to a power supply device for a high-pressure discharge lamp and a light source device. In particular, the present invention relates to a power supply device for a high-pressure discharge lamp used as a light source of a projector device and the light source device.

図4は高圧放電ランプ用給電装置を示す。
給電装置は、スイッチング素子Qxを有するチョッパー回路1と、コイルやコンデンサを含む平滑回路2と、点灯始動用スタータ回路3と、スイッチング素子Qxを駆動する制御回路4より構成される。
制御回路4は、放電ランプ10の点灯電圧や点灯電流を抵抗R1、R2、R3による検出値をもとに点灯電力に換算して求めて、基準電力値と比較して、スイッチング素子Qxに対しフィードバック制御する。
チョッパー回路1の出力は、平滑回路2において直流出力となって、放電ランプ10に供給される。
FIG. 4 shows a power supply device for a high-pressure discharge lamp.
The power feeding device includes a chopper circuit 1 having a switching element Qx, a smoothing circuit 2 including a coil and a capacitor, a lighting starter circuit 3, and a control circuit 4 for driving the switching element Qx.
The control circuit 4 obtains the lighting voltage and lighting current of the discharge lamp 10 by converting them into lighting power based on the detection values of the resistors R1, R2, and R3, and compares them with the reference power value to compare with the switching element Qx. Feedback control.
The output of the chopper circuit 1 becomes a direct current output in the smoothing circuit 2 and is supplied to the discharge lamp 10.

点灯動作を説明すると、まず、スタータ回路3により高電圧パルスを発生させると、放電ランプ10の電極間に絶縁破壊が発生してグロー放電が生じる。電極が暖まるとグロー放電はやがてアーク放電となり放電ランプの点灯も安定する。
グロー放電は、点灯条件により種々変化するものであり、数マイクロ秒で終わる場合もあれば数十ミリ秒あるいはそれ以上継続する場合もある。
The lighting operation will be described. First, when a high voltage pulse is generated by the starter circuit 3, dielectric breakdown occurs between the electrodes of the discharge lamp 10, and glow discharge occurs. When the electrode warms up, the glow discharge eventually becomes an arc discharge, and the discharge lamp is stably lit.
The glow discharge varies depending on the lighting conditions, and may end in several microseconds or may last several tens of milliseconds or more.

一方、プロジェクター装置の光源に使う放電ランプは、封入水銀量がきわめて大きい。このため、点灯時に気化していた水銀は、消灯時には液体状態(粒状)となって、電極上に多く付着する。金属からなる電極は、放電ランプの消灯によって最も冷えやすい部位となり、水銀が凝縮されやすいからである。
そして、この状態から放電ランプを点灯させると、電極上に付着した水銀がその他の部位に存在する水銀より放電しやすくなり、電極上の水銀によってアーク放電が発生する。このアーク放電は、電極は暖まることで生じるアーク放電とは異なり、一時的に生ずる特殊なアーク放電といえるもので、電極上に付着している水銀が蒸発して枯渇すると消えてしまうという不安定なものである。もちろん、水銀の付着状態によっては、特殊アークが発生しないこともあり、この場合は、前記したようにグロー放電が生じることとなる。つまり、特殊アークは、消灯時における水銀の状態によって、不規則的に発生するものといえる。
On the other hand, the discharge lamp used for the light source of the projector device has a very large amount of enclosed mercury. For this reason, the mercury vaporized at the time of lighting is in a liquid state (granular) at the time of extinguishing and adheres a lot on the electrode. This is because the electrode made of metal becomes the most easily cooled portion by turning off the discharge lamp, and mercury is easily condensed.
When the discharge lamp is turned on from this state, mercury attached to the electrode becomes easier to discharge than mercury present in other parts, and arc discharge is generated by the mercury on the electrode. This arc discharge is a special arc discharge that occurs temporarily, unlike the arc discharge that occurs when the electrode is warmed, and it disappears when the mercury adhering to the electrode evaporates and becomes exhausted. It is a thing. Of course, a special arc may not be generated depending on the adhesion state of mercury. In this case, glow discharge occurs as described above. That is, it can be said that the special arc occurs irregularly depending on the state of mercury at the time of extinction.

ここで、通常の放電ランプであれば、点灯始動(絶縁破壊)後にグロー放電状態を経てアーク放電状態へと移行するわけであるが、封入水銀量の大きい放電ランプにあっては、グロー放電状態において、一時的に上記特殊アークという状態を不規則的に経験する場合があるとわけである。
この特殊アークが生じると、放電ランプを安定に点灯させることができず、点灯初期の段階で消灯(立ち消え)してしまう。
特許3188873号
Here, in the case of a normal discharge lamp, after the start of lighting (dielectric breakdown), it goes through a glow discharge state to an arc discharge state. However, in a discharge lamp with a large amount of enclosed mercury, the glow discharge state In this case, the special arc may be temporarily experienced irregularly.
When this special arc occurs, the discharge lamp cannot be stably lit, and is extinguished (disappears) at the initial stage of lighting.
Japanese Patent No. 3188873

高圧放電ランプ用給電装置であって、点灯始動時にいわゆる特殊アーク放電を経験したとしても、放電ランプが消灯することなく安定に維持できることである。   Even if the so-called special arc discharge is experienced at the start of lighting, it is possible to maintain the discharge lamp stably without extinguishing.

この発明に係る高圧放電ランプ用給電装置は、スイッチング素子を含むチョッパー回路と、このチョッパー回路の出力端に接続された少なくとも一つの平滑用コンデンサを含む平滑回路と、チョーパー回路のスイッチング素子を駆動するフィードバック系制御回路を有する。
そして、第一の発明(請求項1)は、前記平滑回路の出力側に、第二のスイッチ素子が接続され、この第二のスイッチ素子は、前記制御回路により、点灯始動時はアナログ動作をするとともに、定常点灯時は導通するよう制御される半導体素子であることを特徴とする。
A power supply device for a high pressure discharge lamp according to the present invention drives a chopper circuit including a switching element, a smoothing circuit including at least one smoothing capacitor connected to an output end of the chopper circuit, and a switching element of the chopper circuit. It has a feedback system control circuit.
In the first invention (invention 1), a second switch element is connected to the output side of the smoothing circuit, and the second switch element performs analog operation at the start of lighting by the control circuit. In addition, the semiconductor element is controlled to be conductive during steady lighting.

また、第二の発明(請求項2)は、前記スイッチング素子が、前記制御回路により、点灯始動時はアナログ動作をするとともに、定常点灯時はスイッチング動作をするよう制御される半導体素子であることを特徴とする。
すなわち、第一の発明が、平滑回路の出力側に別個にスイッチ素子を接続させて、このスイッチ素子に点灯始動時のアナログ動作をさせたのに対し、第二の発明はチョッパー回路のスイッチング素子に同様の機能をさせるものである。
According to a second aspect of the present invention (invention 2), the switching element is a semiconductor element controlled by the control circuit so as to perform an analog operation at the time of lighting start and a switching operation at the time of steady lighting. It is characterized by.
That is, the first invention has a switch element separately connected to the output side of the smoothing circuit, and this switch element has an analog operation at the start of lighting, whereas the second invention has a switching element for a chopper circuit. To have the same function.

また、第三の発明(請求項4)は、平滑回路の出力端に交流電流を生成する極性切替回路が接続される構成であって、この極性切替回路のスイッチング素子に点灯始動時のアナログ動作をさせる。   According to a third aspect of the present invention (invention 4), a polarity switching circuit for generating an alternating current is connected to the output terminal of the smoothing circuit, and an analog operation at the start of lighting is connected to the switching element of the polarity switching circuit. Let

また、第一の発明および第二の発明において、平滑回路の出力側に極性切替回路を接続させてもよい。
また、第一〜第三の発明において、0.15mg/mm以上の水銀を封入した高圧放電ランプと、この高圧放電ランプに対する給電装置よりなる光源装置において、この給電装置は、前記構成を有することを特徴とする。
In the first and second inventions, a polarity switching circuit may be connected to the output side of the smoothing circuit.
In the first to third aspects of the invention, in the light source device comprising a high pressure discharge lamp enclosing 0.15 mg / mm 3 or more of mercury and a power supply device for the high pressure discharge lamp, the power supply device has the above-described configuration. It is characterized by that.

以上構成により、放電ランプの点灯始動時において、いわゆる特殊アークが発生したとしても、良好にグロー放電からアーク放電への移行を達成できる。   With the above configuration, even when a so-called special arc occurs at the start of lighting of the discharge lamp, the transition from glow discharge to arc discharge can be achieved satisfactorily.

図1は本発明に係る高圧放電ランプ用給電装置の第一の発明の実施例を示す。
給電装置はチョッパー回路1、平滑回路2、起動器であるスタータ回路3、制御回路4より構成される。給電装置と放電ランプ10により光源装置が構成される。
チョッパ−回路1は、スイッチング素子Qxと、スイッチング素子Qxを制御する駆動回路Gxと、ダイオードDxを有し、直流電源Vdcからの直流電流を所定のスイッチング周期に対応した電流値に変換する。
平滑回路2は、チョッパ−回路1の出力を平滑するもので、コイルLx、コンデンサCxを有する。
スタータ回路3は、イグナイタトランスTrを有し、放電ランプ10の点灯始動時に高電圧パルスを発生する。
FIG. 1 shows an embodiment of the first invention of a power supply device for a high-pressure discharge lamp according to the present invention.
The power feeding apparatus includes a chopper circuit 1, a smoothing circuit 2, a starter circuit 3 that is a starter, and a control circuit 4. The power supply device and the discharge lamp 10 constitute a light source device.
The chopper circuit 1 includes a switching element Qx, a drive circuit Gx that controls the switching element Qx, and a diode Dx, and converts a DC current from the DC power supply Vdc into a current value corresponding to a predetermined switching period.
The smoothing circuit 2 smoothes the output of the chopper circuit 1 and has a coil Lx and a capacitor Cx.
The starter circuit 3 includes an igniter transformer Tr, and generates a high voltage pulse when the discharge lamp 10 is started.

制御回路4は、抵抗R1、R2からの電圧信号、抵抗R3からの電流信号を受けて、放電ランプの点灯電力を生成して、所定の基準値と比較して駆動回路Gxに送信する。これにより、放電ランプ10は一定電力に維持されるフィードバック制御が行われる。
制御回路4には、電流電力演算回路、パルス幅変調回路などが含まれる。
放電ランプ10は、後述するが、封入水銀量が0.15mg/mm以上である。
また、図4と比較して、スイッチング素子Qxがマイナスラインに接続されるが、回路機能上相違するものではない。
The control circuit 4 receives the voltage signals from the resistors R1 and R2 and the current signal from the resistor R3, generates lighting power for the discharge lamp, and transmits it to the drive circuit Gx in comparison with a predetermined reference value. Thereby, feedback control is performed in which the discharge lamp 10 is maintained at a constant power.
The control circuit 4 includes a current / power calculation circuit, a pulse width modulation circuit, and the like.
As will be described later, the discharge lamp 10 has an enclosed mercury amount of 0.15 mg / mm 3 or more.
Compared with FIG. 4, the switching element Qx is connected to the minus line, but it is not different in terms of circuit function.

次に、放電ランプ10の点灯開始時の動作について説明する。
まず、スタータ回路3によりトランスTrに高電圧パルスを発生させると、放電ランプ10の電極間がブレークダウンして放電が開始する。放電ランプに絶縁破壊が生じると、チョッパー回路1から電流が供給される。高電圧パルスは数値例をあげると数KV〜数十KV程度である。
Next, the operation at the start of lighting of the discharge lamp 10 will be described.
First, when a high voltage pulse is generated in the transformer Tr by the starter circuit 3, a break occurs between the electrodes of the discharge lamp 10 and discharge starts. When dielectric breakdown occurs in the discharge lamp, current is supplied from the chopper circuit 1. The high voltage pulse is about several KV to several tens of KV in numerical examples.

平滑回路2の出力端には、半導体素子からなるスイッチ素子SWが接続される。このスイッチ素子SWは、例えば、FETからなる半導体素子であり、点灯始動時はアナログ動作をする。   A switching element SW made of a semiconductor element is connected to the output terminal of the smoothing circuit 2. The switch element SW is a semiconductor element made of, for example, an FET, and performs an analog operation when lighting is started.

スイッチ素子SWを始動時にアナログ動作させる理由は、以下のとおりである。
すなわち、絶縁破壊後の放電ランプはグロー放電状態であるが、前記のごとく、一時的に特殊アークを生ずることがある。
グロー放電のときはランプ電圧は高いが、アーク放電のときはランプ電圧は低くなり、一時的に、特殊アークが生じて再びグロー放電に戻ると、ランプ電圧は低い状態から高い状態へ変化することとなる。
この変化は、きわめて短い時間に発生することから、制御回路4を介したフィードバック系制御では追随することが難しい。従来の放電ランプは、この追随の遅れが原因となって、放電ランプが立ち消えとなっていたわけである。
この現象を定量的に一例を示すと、定常点灯時にフィードバック系制御で反応できる時間は、せいぜい200μ秒程度であり、一方、特殊アークに起因する立ち消えを防止するためには、少なくとも100μ秒以内における追随反応が必要となる。
The reason why the switch element SW is operated in an analog manner at the start is as follows.
That is, the discharge lamp after dielectric breakdown is in a glow discharge state, but as described above, a special arc may be temporarily generated.
The lamp voltage is high during glow discharge, but the lamp voltage is low during arc discharge. When a special arc occurs temporarily and the glow discharge is resumed, the lamp voltage changes from a low state to a high state. It becomes.
Since this change occurs in a very short time, it is difficult to follow the feedback system control via the control circuit 4. In the conventional discharge lamp, the discharge lamp has been extinguished due to the following delay.
To give an example of this phenomenon quantitatively, the time during which the feedback system control can react at the time of steady lighting is at most about 200 μsec. On the other hand, in order to prevent the extinction due to the special arc, at least within 100 μsec. Follow-up reaction is required.

ここで、スイッチ素子SWをアナログ動作することで迅速な追随反応を達成するためには、平滑コンデンサCxに所定電圧以上の充電が行われていなければならない。コンデンサCxの放電こそがランプ電圧の急激な変化に対して迅速に対応できるからである。コンデンサの容量について、一例を挙げると、出力電力が120W程度でスイッチング周波数が100KHz付近の場合、概ね0.5μF程度である。   Here, in order to achieve a quick follow-up reaction by analog operation of the switch element SW, the smoothing capacitor Cx must be charged at a predetermined voltage or higher. This is because the discharge of the capacitor Cx can quickly cope with a sudden change in the lamp voltage. As an example of the capacitance of the capacitor, when the output power is about 120 W and the switching frequency is around 100 KHz, it is about 0.5 μF.

本願発明は、このような特殊アークに起因する立ち消えを防止するために、点灯始動時にスイッチSWをアナログ制御することに特徴を有する。
スイッチSWがFETの場合は、ゲートに印加する電圧を除々に上げるとデバイス固有のゲート電圧−ドレイン電流特性に基づきドレイン電流が除々に増加するという動作をする。バイポーラトランジスタの場合はベース電流とコレクタ電流との間で同様な動作をする。
ここで、アナログ動作とは、ゲート(ゲート・ソース間)に所定電圧を印加させて等価的に抵抗動作させることであり、スイッチ素子が等価的に抵抗状態となる。ゲートに印加する電圧を除々に上げるとデバイス固有にゲート電圧−ドレイン電流特性に基づきドレイン電流が除々に増加するという動作を利用し、ゲートに所定の電圧を印可し所定のドレイン電流にし、概ね抵抗的な動作をさせる。スイッチング動作がゲート印加用電圧として所望するドレイン電流に対して充分以上のゲート電圧を用意しておき、このゲート電圧を印加する時間と、印加しない時間を交互に切り替えてドレイン電流を断続的に流し、すなわち、等価的にスイッチ素子をして機能させることと異なる。
The present invention is characterized in that the switch SW is analog-controlled at the start of lighting in order to prevent the extinction due to such a special arc.
When the switch SW is an FET, when the voltage applied to the gate is gradually increased, the drain current gradually increases based on the device-specific gate voltage-drain current characteristics. In the case of a bipolar transistor, the same operation is performed between the base current and the collector current.
Here, the analog operation means that a predetermined voltage is applied to the gate (between the gate and the source) to perform an equivalent resistance operation, and the switch element is equivalently in a resistance state. When the voltage applied to the gate is gradually increased, the device uses the operation that the drain current gradually increases based on the gate voltage-drain current characteristics specific to the device, and a predetermined voltage is applied to the gate to obtain a predetermined drain current. Behave in the same way. Prepare a gate voltage higher than the drain current desired for the switching operation as the gate application voltage, and alternately switch the time to apply and not apply the gate voltage to allow the drain current to flow intermittently. That is, it is different from functioning as a switch element equivalently.

図6は、スイッチ素子SWのアナログ動作を説明するための図を示し、スイッチ素子としてMOSFETを使った場合のドレイン電流とゲート・ソース間電圧の特性を示す。
図より、ゲート・ソース間電圧VGSがある一定以下の電圧ではドレイン電流が流れないことを示し、ゲート・ソース間電圧VGSの値の取り方によって、ドレイン電流が制御可能なことを示している。
また、ゲート・ソース間電圧VGSを徐々に上げて行くと、ドレイン電流も徐々に増加するし、図の例では、ゲート・ソース間電圧VGSを4.2Vにすれば、ドレイン電流は約1A流れることを示している。
ちなみに、このMOSFETにおいて、ゲート・ソース間電圧VGSに、例えば0Vと、例えば6Vを交互に印加すると、ドレイン電流は断続的に流れるスイッチング動作となる。
FIG. 6 is a diagram for explaining the analog operation of the switch element SW, and shows the characteristics of the drain current and the gate-source voltage when a MOSFET is used as the switch element.
The figure shows that the drain current does not flow when the gate-source voltage V GS is below a certain level, and that the drain current can be controlled by taking the value of the gate-source voltage V GS. Yes.
In addition, when the gate-source voltage V GS is gradually increased, the drain current also gradually increases. In the example in the figure, if the gate-source voltage V GS is set to 4.2 V, the drain current is about 1 A. It shows flowing.
Incidentally, in this MOSFET, when, for example, 0 V and 6 V, for example, are alternately applied to the gate-source voltage V GS , the drain current is switched intermittently.

スイッチSWをアナログ動作させるタイミングは、スタータ回路3を起動させる前であってもよいし、スタータ回路3を起動させた直後であってもかまわない。ようは、特殊アークが生じるだろうタイミングでアナログ動作できていればよい。
また、スイッチSWは、FETのほかに、バイポールトランジスタなどが適用できる。
The timing at which the switch SW is operated in analog may be before the starter circuit 3 is activated or immediately after the starter circuit 3 is activated. It is sufficient that the analog operation can be performed at a timing at which a special arc will occur.
In addition to the FET, the switch SW can be a bipole transistor or the like.

放電ランプ10が、アーク放電に移行した後、すなわち、定常点灯後は、スイッチ素子SWを常時オン状態(導通)となる。このタイミングは、抵抗R1と抵抗R2により、ランプ電圧を検出する方法や、あるいはスタータ回路3の起動時からタイマーにより設定することが考えられる。   After the discharge lamp 10 shifts to arc discharge, that is, after steady lighting, the switch element SW is always on (conductive). It is conceivable that this timing is set by a method of detecting the lamp voltage by the resistors R1 and R2, or by a timer from the start of the starter circuit 3.

ここで、特殊アークについて説明しておく。
前記したように、封入水銀量が0.15mg/mm以上という放電ランプにあっては、点灯始動させる際に電極に水銀が付着していることが多い。そして、この水銀を起点として放電が発生したならば、その瞬間はグロー放電というよりはアーク放電(これを便宜上、「特殊アーク」と称している)に近い状態となる。
しかも、電極に付着している水銀が、特殊アークの起点となった場合は、比較的短時間で水銀は蒸発してしまう。この際、次の放電アークが別の水銀(電極の他の部位に付着している水銀)から生じるか、あるいは陰極からの放電にうまく遷移してくれれば放電を維持することが可能となるが、いずれからも良好に継続できない場合は、放電ランプは立ち消えとなる。
Here, the special arc will be described.
As described above, in a discharge lamp having an enclosed mercury amount of 0.15 mg / mm 3 or more, mercury often adheres to the electrode when starting to light. If a discharge is generated with this mercury as a starting point, the moment is closer to an arc discharge (referred to as a “special arc” for convenience) rather than a glow discharge.
Moreover, when the mercury adhering to the electrode becomes the starting point of the special arc, the mercury evaporates in a relatively short time. At this time, the discharge can be maintained if the next discharge arc is generated from another mercury (mercury adhering to other parts of the electrode) or makes a transition to the discharge from the cathode. If neither can continue well, the discharge lamp goes off.

また、放電ランプの種類にもよるが、グロー放電では電極間電圧が100〜200Vとなるのに対し、始動初期におけるアーク放電では電極間電圧は概ね10Vというレベルになる。
従って、グロー放電から特殊アーク、あるいは特殊アークからグロー放電に変化する場合、電極間電圧はケタ違いに変化している。
Depending on the type of the discharge lamp, the voltage between the electrodes is 100 to 200 V in the glow discharge, whereas the voltage between the electrodes is approximately 10 V in the arc discharge in the initial stage of starting.
Therefore, when changing from glow discharge to special arc, or from special arc to glow discharge, the voltage between the electrodes changes with a difference.

図2は交流点灯型放電ランプの点灯装置であって図1の変形例を示す。図2は平滑回路2と放電ランプ10の間にフルブリッジ回路5を有する以外は、図1に示す回路と基本的には同一である。
フルブリッジ回路5は、ブリッジ状に接続されたトランジスタやFETからなるスイッチング素子Q1〜Q4と、スイッチング素子Q1〜Q4の駆動回路G1〜G4から構成される。スイッチング素子Q1〜Q4の切替により交流矩形波電流を放電ランプ10に対して供給できる。
具体的には、点灯始動時はスイッチング素子Q1、Q4のペアと、スイッチング素子Q2、Q3のペアを交互にオンにして、スイッチング素子Q1→トランスTr1→放電ランプ10→スイッチング素子Q4→スイッチ素子SWの経路で流れる電流と、スイッチング素子Q3→放電ランプ10→トランスTr1→スイッチング素子Q2→スイッチ素子SWの経路で流れる電流を交互に生成する。放電ランプ安定時にはスイッチング素子Q1、Q4のペアと、スイッチング素子Q2、Q3のペアを交互にオンにして、スイッチング素子Q1→トランスTr1→放電ランプ10→スイッチング素子Q4→スイッチ素子SWの経路で流れる電流と、スイッチング素子Q3→放電ランプ10→トランスTr1→スイッチング素子Q2→スイッチ素子SWの経路で流れる電流を交互に生成する。
平滑回路2とフルブリッジ回路5の間には、スイッチ素子SWが接続される。このスイッチ素子SWは、図1に示すスイッチ素子と同じであり、点灯始動時はアナログ動作するとともに、定常点灯時は導通するように制御される。
FIG. 2 shows a lighting device for an AC lighting type discharge lamp, and shows a modification of FIG. FIG. 2 is basically the same as the circuit shown in FIG. 1 except that a full bridge circuit 5 is provided between the smoothing circuit 2 and the discharge lamp 10.
The full bridge circuit 5 includes switching elements Q1 to Q4 including transistors and FETs connected in a bridge shape, and driving circuits G1 to G4 for the switching elements Q1 to Q4. An AC rectangular wave current can be supplied to the discharge lamp 10 by switching the switching elements Q1 to Q4.
Specifically, at the start of lighting, the pair of switching elements Q1 and Q4 and the pair of switching elements Q2 and Q3 are alternately turned on to switch the switching element Q1, the transformer Tr1, the discharge lamp 10, the switching element Q4, and the switching element SW. And a current flowing through the path of the switching element Q3 → the discharge lamp 10 → the transformer Tr1 → the switching element Q2 → the switching element SW are alternately generated. When the discharge lamp is stable, the pair of switching elements Q1 and Q4 and the pair of switching elements Q2 and Q3 are alternately turned on, and the current flows through the path of the switching element Q1, the transformer Tr1, the discharge lamp 10, the switching element Q4, and the switching element SW. And the electric current which flows through the path | route of switching element Q3-> discharge lamp 10-> transformer Tr1-> switching element Q2-> switch element SW is produced | generated alternately.
A switch element SW is connected between the smoothing circuit 2 and the full bridge circuit 5. This switch element SW is the same as the switch element shown in FIG. 1, and is controlled so as to perform an analog operation at the start of lighting and to be conductive during steady lighting.

図3は放電ランプの全体構成を示す。
放電ランプ10は、石英ガラスからなる放電容器によって形成された概略球形の発光部11を有し、この発光部11には、一対の電極20が互いに対向して配置する。また、発光部11の両端部から伸びるよう封止部12が形成され、これらの封止部12内には、通常モリブデンよりなる導電用金属箔13が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設されている。一対の電極20は軸部が、金属箔13に溶接されて電気的に接続され、また、金属箔13の他端には、外部に突出する外部リード14が溶接されている。
FIG. 3 shows the overall configuration of the discharge lamp.
The discharge lamp 10 has a substantially spherical light emitting portion 11 formed by a discharge vessel made of quartz glass, and a pair of electrodes 20 are disposed on the light emitting portion 11 so as to face each other. Moreover, the sealing part 12 is formed so that it may extend from the both ends of the light emission part 11, and the conductive metal foil 13 which usually consists of molybdenum is embed | buried airtight by these shrink seals in these sealing parts 12, for example. . The pair of electrodes 20 have their shaft portions welded to and electrically connected to the metal foil 13, and the other end of the metal foil 13 is welded with an external lead 14 protruding outward.

発光部11には、水銀と、希ガスと、ハロゲンガスが封入されている。
水銀は、必要な可視光波長、例えば、波長400〜700nmという放射光を得るためのもので、0.15mg/mm以上封入されている。この封入量は、温度条件によっても異なるが、点灯時150気圧以上で極めて高い蒸気圧となる。また、水銀をより多く封入することで点灯時の水銀蒸気圧200気圧以上、300気圧以上という高い水銀蒸気圧の放電ランプを作ることができ、水銀蒸気圧が高くなるほどプロジェクター装置に適した光源を実現することができる。
希ガスは、例えば、アルゴンガスが約13kPa封入され、点灯始動性を改善する。
ハロゲンは、沃素、臭素、塩素などが水銀その他の金属との化合物の形態で封入され、ハロゲンの封入量は、10−6〜10−2μmol/mmの範囲から選択される。その機能はハロゲンサイクルを利用した長寿命化も存在するが、本発明の放電ランプのように極めて小型で高い内圧を有するものは、このようなハロゲンを封入することが放電容器の失透防止を主目的としている。
なお、直流点灯用の放電ランプの場合は、電極20は陰極と陽極で異なる形状、体積のものとなる。
The light emitting unit 11 is filled with mercury, rare gas, and halogen gas.
Mercury is used to obtain a necessary visible light wavelength, for example, radiated light having a wavelength of 400 to 700 nm, and 0.15 mg / mm 3 or more is enclosed. Although the amount of sealing varies depending on the temperature condition, the vapor pressure becomes extremely high at 150 atm or higher when the lamp is turned on. Also, by enclosing more mercury, it is possible to make a discharge lamp with a high mercury vapor pressure of 200 atm or higher and 300 atm or higher when the lamp is turned on. Can be realized.
As the rare gas, for example, argon gas is sealed at about 13 kPa, and the lighting startability is improved.
As the halogen, iodine, bromine, chlorine and the like are enclosed in the form of a compound with mercury or other metal, and the amount of halogen enclosed is selected from the range of 10 −6 to 10 −2 μmol / mm 3 . Its function also has a longer life using halogen cycles. However, it is very small and has a high internal pressure such as the discharge lamp of the present invention. The main purpose.
In the case of a discharge lamp for direct current lighting, the electrode 20 has different shapes and volumes for the cathode and the anode.

放電ランプの数値例を示すと、例えば、発光部の最大外径9.4mm、電極間距離1.0mm、発光管内容積85mm、定格電圧75V、定格電力120Wであり、交流点灯される。
また、この種の放電ランプは、小型化するプロジェクター装置に内蔵されるものであり、装置の全体寸法が極めて小型化される一方で高い光量が要求されることから、発光管部内の熱的影響は極めて厳しいものとなり、ランプの管壁負荷値は0.8〜2.0W/mm2、具体的には1.3W/mm2となる。
このような高い水銀蒸気圧や管壁負荷値を有することがプロジェクター装置やオーバーヘッドプロジェクターのようなプレゼンテーション用機器に搭載された場合に、演色性の良い放射光を提供できる。
For example, the discharge lamp has a maximum outer diameter of 9.4 mm, a distance between electrodes of 1.0 mm, an arc tube inner volume of 85 mm 3 , a rated voltage of 75 V, and a rated power of 120 W.
In addition, this type of discharge lamp is built in a miniaturized projector device, and the overall size of the device is extremely small, while a high light quantity is required. Is extremely severe, and the lamp wall load value of the lamp is 0.8 to 2.0 W / mm 2 , specifically 1.3 W / mm 2 .
When such a high mercury vapor pressure or tube wall load value is mounted on a presentation device such as a projector device or an overhead projector, emitted light with good color rendering can be provided.

図5は、図1および図2における制御回路4の内部構造を示す。
電流信号、電圧信号が入力される電流電力演算回路と、スイッチング素子Qxを駆動させるパルス幅制御回路からなるフィードバック系とは、別に、スイッチ素子SWを駆動する回路部を有し、バイアス1発生回路とバイアス2発生回路を有する。バイアス1発生回路は点灯始動時にスイッチ素子SWをアナログ動作させるときの信号を発するものであり、バイアス2発生回路は定常点灯時に完全導通させるためのものである。スイッチ素子SWには、信号切替回路により選択された信号が入力される。
なお、図2は図5に示される制御回路4以外にフルブリッジ回路5を駆動する回路が付加されることは言うまでもない。
FIG. 5 shows the internal structure of the control circuit 4 in FIGS.
In addition to the current / power calculation circuit to which the current signal and the voltage signal are input and the feedback system including the pulse width control circuit for driving the switching element Qx, the circuit includes a circuit unit for driving the switch element SW, and a bias 1 generation circuit And a bias 2 generation circuit. The bias 1 generation circuit generates a signal for analog operation of the switch element SW at the start of lighting, and the bias 2 generation circuit is for complete conduction during steady lighting. A signal selected by the signal switching circuit is input to the switch element SW.
In FIG. 2, it goes without saying that a circuit for driving the full bridge circuit 5 is added in addition to the control circuit 4 shown in FIG.

図7は、図1、図2におけるスイッチング素子SWの動作とランプ電流の時間変化を示す。(a)の縦軸はスイッチング素子SWのソース・ドレイン間の等価抵抗値、横軸は時間を示し、スイッチング素子SWの動作を表す。(b)の縦軸はランプ電流、横軸は時間を示し、ランプ電流の時間変化を示す。
スイッチング素子SWについて、期間T1は点灯始動時でありスイッチング素子SWがアナログ動作する期間を示し、期間T2は定常点灯でありスイッチング素子SWが閉動作をする期間を示す。スイッチング素子SWが閉動作する期間において、ランプ電流が変化するのは、定電流制御から定電力制御への変化を表している。
FIG. 7 shows the operation of the switching element SW in FIGS. 1 and 2 and the time variation of the lamp current. The vertical axis of (a) indicates the equivalent resistance value between the source and drain of the switching element SW, and the horizontal axis indicates time, and represents the operation of the switching element SW. The vertical axis of (b) indicates the lamp current, the horizontal axis indicates time, and the lamp current changes with time.
With respect to the switching element SW, the period T1 is a lighting start time and indicates a period during which the switching element SW operates in an analog manner, and the period T2 indicates a period during which steady switching is performed and the switching element SW performs a closing operation. The change in lamp current during the period in which the switching element SW is closed represents a change from constant current control to constant power control.

ここで、スイッチ素子SWは、図1、図2に示すように、独立して接続する構成でもよいが、図4に示す回路において、チョッパー回路1のスイッチング素子Qxで兼用できる。
この場合、スイッチング素子Qxは、制御回路4により、点灯始動時はアナログ動作するとともに、定常点灯時はスイッチング動作(チョッパー)することとなる。アナログ動作やタイミングなどは、すべて図1で説明した内容と同じである。
Here, the switch element SW may be configured to be connected independently as shown in FIGS. 1 and 2, but in the circuit shown in FIG. 4, the switch element SW can also be used as the switching element Qx of the chopper circuit 1.
In this case, the switching element Qx performs an analog operation at the start of lighting and a switching operation (chopper) during steady lighting by the control circuit 4. The analog operation and timing are all the same as described in FIG.

さらに、図2に示す極性切替回路を有する構成においてもスイッチ素子SWを設けないで、チョッパー回路のスイッチング素子Qxをアナログ動作させることもできる。
この場合の利点は、比較して高価なスイッチ素子の追加の必要が無くコスト・効率・実装スペースに有利である。
Further, even in the configuration having the polarity switching circuit shown in FIG. 2, the switching element Qx of the chopper circuit can be operated in an analog manner without providing the switching element SW.
Advantages in this case are advantageous in terms of cost, efficiency, and mounting space because there is no need to add an expensive switch element.

図8は、請求項2(図4に相当)におけるスイッチング素子Qxの動作とランプ電流の時間変化を示す。(a)の縦軸はスイッチング素子Qxのソース・ドレイン電流、横軸は時間を示し、スイッチング素子Qxの動作を表す。(b)の縦軸はランプ電流、横軸は時間を示し、ランプ電流の時間変化を示す。
スイッチング素子Qxについて、期間T1は点灯始動時でありスイッチング素子Qxがアナログ動作する期間を示し、期間T2は定常点灯でありスイッチング素子Qxがスイッチング動作する期間を示す。スイッチング素子Qxがスイッチング動作する期間において、ランプ電流が変化するのは、定電流制御から定電力制御への変化を表している。
FIG. 8 shows the operation of the switching element Qx and the time variation of the lamp current in claim 2 (corresponding to FIG. 4). The vertical axis of (a) indicates the source / drain current of the switching element Qx, the horizontal axis indicates time, and represents the operation of the switching element Qx. The vertical axis of (b) indicates the lamp current, the horizontal axis indicates time, and the lamp current changes with time.
Regarding the switching element Qx, a period T1 is a lighting start time and indicates a period in which the switching element Qx operates in an analog manner, and a period T2 indicates a steady lighting and a period in which the switching element Qx performs a switching operation. The change in lamp current during the switching operation of the switching element Qx represents a change from constant current control to constant power control.

また、スイッチ素子は、極性切替回路のスイッチング素子Q1〜Q4のうち、いずれかのスイッチング素子で兼用することもできる。
この場合、当該スイッチング素子は、制御回路4により、点灯始動時はアナログ動作するとともに、定常点灯時はスイッチング動作することとなる。アナログ動作やタイミングなどは、すべて図1で説明した内容と同じである。
アナログ動作スイッチング素子Qxをアナログ動作させることの特有の利点は、スイッチ素子SWを別個に接続することがないため回路構成が簡略することはもちろん、定常点灯時はスイッチ素子SWを常時導通することによる熱的問題や素子損耗の問題がなくなる。
The switch element can also be used as any one of the switching elements Q1 to Q4 of the polarity switching circuit.
In this case, the switching element performs an analog operation at the start of lighting and a switching operation during steady lighting by the control circuit 4. The analog operation and timing are all the same as described in FIG.
The analog operation of the analog operation switching element Qx is due to the fact that the switch element SW is not connected separately, so that the circuit configuration is simplified and the switch element SW is always turned on during steady lighting. Thermal problems and element wear problems are eliminated.

以上説明したように、本発明に係る高圧放電ランプ用給電装置は、点灯始動時にいずれかのスイッチ素子をアナログ動作させて等価的に抵抗動作させるため、いわゆる特殊アークが発生したとしても、良好にグロー放電からアーク放電への移行を達成できる。   As described above, the power supply device for a high-pressure discharge lamp according to the present invention performs an equivalent resistance operation by performing an analog operation of any switch element at the start of lighting, so that even if a so-called special arc occurs, the power supply device is excellent. Transition from glow discharge to arc discharge can be achieved.

本発明の高圧放電ランプ点灯装置を示す。1 shows a high pressure discharge lamp lighting device of the present invention. 本発明の高圧放電ランプ点灯装置を示す。1 shows a high pressure discharge lamp lighting device of the present invention. 本発明の高圧放電ランプ点灯装置に使う放電ランプを示す。The discharge lamp used for the high-pressure discharge lamp lighting device of the present invention is shown. 高圧放電ランプ点灯装置を示す。A high pressure discharge lamp lighting device is shown. 本発明の高圧放電ランプ点灯装置の制御回路を示す。The control circuit of the high pressure discharge lamp lighting device of the present invention is shown. MOSFETの特性の一例を示す。An example of the characteristic of MOSFET is shown. 本発明の説明用タイミングチャートを示す。The timing chart for explanation of the present invention is shown. 本発明の説明用タイミングチャートを示す。The timing chart for explanation of the present invention is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1 チョッパー回路
2 平滑回路
3 スタータ回路
4 フルブリッジ回路
10 放電ランプ
20 電極
1 Chopper circuit 2 Smoothing circuit 3 Starter circuit 4 Full bridge circuit 10 Discharge lamp 20 Electrode

Claims (5)

スイッチング素子を含むチョッパー回路と、このチョッパー回路の出力端に接続された少なくとも一つの平滑用コンデンサを含む平滑回路と、チョーパー回路のスイッチング素子を駆動するフィードバック系制御回路を有する高圧放電ランプ用給電装置において、
前記平滑回路の出力側に、第二のスイッチ素子が接続され、
この第二のスイッチ素子は、前記制御回路により、点灯始動時はアナログ動作をするとともに、定常点灯時は導通するよう制御される半導体素子であることを特徴とする高圧放電ランプ用給電装置。
Power supply device for high-pressure discharge lamp having a chopper circuit including a switching element, a smoothing circuit including at least one smoothing capacitor connected to an output terminal of the chopper circuit, and a feedback control circuit for driving the switching element of the chopper circuit In
A second switch element is connected to the output side of the smoothing circuit,
The power supply device for a high pressure discharge lamp, wherein the second switch element is a semiconductor element that is controlled by the control circuit to perform an analog operation at the time of starting lighting and to be turned on at the time of steady lighting.
スイッチング素子を含むチョッパー回路と、このチョッパー回路の出力端に接続された少なくとも一つの平滑用コンデンサを含む平滑回路と、チョーパー回路のスイッチング素子を駆動するフィードバック系制御回路を有する高圧放電ランプ用給電装置において、
前記スイッチング素子は、前記制御回路により、点灯始動時はアナログ動作をするとともに、定常点灯時はスイッチング動作をするよう制御される半導体素子であることを特徴とする高圧放電ランプ用給電装置。
High-voltage discharge lamp power supply apparatus having a chopper circuit including a switching element, a smoothing circuit including at least one smoothing capacitor connected to an output terminal of the chopper circuit, and a feedback control circuit for driving the switching element of the chopper circuit In
The power supply device for a high-pressure discharge lamp, wherein the switching element is a semiconductor element controlled by the control circuit to perform an analog operation when starting lighting and perform a switching operation during steady lighting.
前記平滑回路の出力側に、交流電流を生成する極性切替回路が接続されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の高圧放電ランプ用給電装置。   The high-voltage discharge lamp power supply device according to claim 1, wherein a polarity switching circuit that generates an alternating current is connected to an output side of the smoothing circuit. スイッチング素子を含むチョッパー回路と、このチョッパー回路の出力端に接続された少なくとも一つの平滑用コンデンサを含む平滑回路と、この平滑回路の出力端に接続されて交流電流を生成する極性切替回路と、チョーパー回路のスイッチング素子を駆動するフィードバック系制御回路を有する高圧放電ランプ用給電装置において、
前記極性切替回路は、前記制御回路により、点灯始動時はアナログ動作をするとともに、定常点灯時はスイッチング動作をするよう制御される半導体素子を有することを特徴とする高圧放電ランプ用給電装置。
A chopper circuit including a switching element, a smoothing circuit including at least one smoothing capacitor connected to the output terminal of the chopper circuit, a polarity switching circuit connected to the output terminal of the smoothing circuit and generating an alternating current, In a power supply device for a high-pressure discharge lamp having a feedback control circuit that drives a switching element of a chopper circuit,
The power supply device for a high-pressure discharge lamp, wherein the polarity switching circuit includes a semiconductor element controlled by the control circuit to perform an analog operation when starting lighting and perform a switching operation during steady lighting.
0.15mg/mm以上の水銀を封入した高圧放電ランプと、この高圧放電ランプに対する給電装置よりなる光源装置において、
前記給電装置は、請求項1〜請求項4に記載のものであることを特徴とする光源装置。
In a light source device comprising a high pressure discharge lamp enclosing 0.15 mg / mm 3 or more of mercury and a power supply device for the high pressure discharge lamp,
The power supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein the power supply device is a light source device.
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