JP2006302550A

JP2006302550A - 高圧放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP2006302550A
Application number: JP2005119198A
Authority: JP
Inventors: Seiji Kikuchi; 誠次菊池
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2005-04-18
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2006-11-02

Abstract

【課題】高圧放電ランプの始動性をよくし、回路の標準化が容易な高圧放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】直流電源回路、直流電源回路の出力を交流電力に変換して高圧放電灯に投入するブリッジ回路、及び高圧放電灯に始動パルスを印加するイグナイター回路からなる高圧放電灯点灯装置において、イグナイター回路は、ｎを３以上の整数として、ブリッジ回路の出力電圧のｎ倍の１次電圧を発生させるｎ倍電圧回路、並びに１次電圧が印加される１次巻き線及び高圧放電灯に直列接続される２次巻き線を有するパルストランスからなる構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流のランプ電流を供給して高圧放電灯を点灯させる高圧放電灯点灯装置の始動回路に関する。

近年、液晶プロジェクターなどのバックライト光源として高圧水銀灯に替えて超高圧水銀灯が使用されている。この超高圧水銀灯は、点灯中の蒸気分圧が極めて高く（１０^６Ｐａ程度以上）、アーク放電が放電管の中心に集まり輝度も温度も高いので、連続スペクトルを生じ、光色も白色に近く演色性も良好で、発光効率が高いというメリットがある。

一般に、液晶プロジェクターなどバックライト用光源装置に使用される高圧放電灯点灯装置は、直流電源から供給される電流を所定の点灯周波数の矩形波電流に変換して高圧放電灯の点灯極性を切り換えながら点灯させるような構成が用いられている。また始動性には点灯回路から高電圧のパルス電圧（８〜１５ｋV）を印加するようにして、始動、再始動時の点灯性を良好にしている。

図３は第１の従来例を示すものである。直流電源１から出力された直流電力はチョッパー回路３へ入力され、スイッチング素子２のデューティ比をＰＷＭ制御回路５で制御することにより適切な直流電流に変換した後、フルブリッジ回路４へ入力される。なお、ここでは、チョッパー回路３はその出力電圧を直流電源１の出力電圧以下に降圧する降圧コンバータである。
このフルブリッジ回路４は高圧放電灯９に対して、対となるトランジスタＴＡ１及びＴＡ２とＴＢ１及びＴＢ２をフルブリッジ制御回路６によって交互に導通させる。本例においては、このフルブリッジ回路４を始動時は２０ｋ〜６０ｋＨｚで駆動して高圧パルスを高圧放電灯９に印加し、点灯後は１１０Ｈｚ程度で駆動して矩形波電流を供給して点灯するように制御している。

イグナイター回路７において、まず、フルブリッジ回路４の出力電圧が共振回路１０によって増幅される。なお、この時フルブリッジ回路４の駆動周波数は共振回路の共振点近傍に設定される。そして、この増幅された電圧が、ダイオードＤ１及びＤ２並びにコンデンサＣ１及びＣ２で構成された倍電圧回路によってさらに２倍に増幅される。即ち、共振回路１０の出力電圧をＶｒ(ピーク)、トランジスタＴＢ１とＴＡ２との接続点の電位を０とした場合に、コンデンサＣ１に−Ｖｒ、コンデンサＣ２に＋Ｖｒが蓄えられ、この電位差２×Ｖｒが放電ギャップＧ１の特性値Ｖｓを超えると放電ギャップＧ１が導通し、このＶｓがパルストランスＴ１の１次巻き線に印加され、２次巻き線側でさらに増幅された高電圧パルスが高圧放電灯９に印加される。本例ではＶｓが８００Ｖ、高圧放電灯に印加される高圧パルスが８ｋ〜１５ｋＶ程度である。

図４は第２の従来例を示すものである（例えば、特許文献１）。本例は従来例１のものに対して部品点数を減らし、小型化、低コスト化を図るものであり、従来例１とは共振回路１０がない点で異なる。本従来例において、チョッパー回路３の出力電圧をＶｃとすると、コンデンサＣ１に−Ｖｃ、コンデンサＣ２に＋Ｖｃが蓄えられ、この電位差２Ｖｃが放電ギャップのＶｓを超えると放電ギャップＧ１が導通し、このＶｓがパルストランスＴ１の１次巻き線に印加され、２次巻き線側でさらに増幅された高電圧パルスが高圧放電灯９に印加される。なお、本従来例ではこの始動動作中のフルブリッジ回路４の駆動周波数を１０ｋＨｚ程度としているが、共振回路による共振作用を用いていないので駆動周波数の設定には自由度がある。
特願２００４−３０８０６０号

従来例１においては、パルストランスＴ１の１次巻き線に印加される１次電圧を確保するために共振回路１０が接続されているが、この共振回路を構成するトランスやコンデンサなどが装置の小型化や低コスト化の妨げとなっていた。

一方、従来例２において、直流電源１の出力電圧をＶｄ（４００Ｖ）、チョッパー回路３の出力電圧をＶｃ、パルストランスＴ１に印加される一次電圧をＶ１とすると、前述のように、Ｖ１＝２Ｖｃ、Ｖｃ≦Ｖｄであるから、Ｖ１≦２Ｖｄとなる。ここで、Ｖｃ＝Ｖｄ、Ｖｄ＝４００(Ｖ)の場合はＶ１＝８００(Ｖ)となり、放電ギャップのＶｓが８００Ｖでも問題ないが、Ｖｄが降下し、例えばＶｄ＝３４０Ｖとなっている場合、Ｖ１＝６８０Ｖとなってしまうので、Ｖｓが８００Ｖでは放電ギャップがＯＮすることができなくなり、高圧放電灯に印加される高圧パルスが発生しないことになる。また、これを改善するために放電ギャップにＶｓが６００Ｖのものを用いると、パルストランスＴ１でより大きい増幅を得るために巻き数比を変更する必要がある。しかしながら、パルストランスＴ１には他の定格のランプ等の他の点灯回路と共通の部品を用いて、回路を標準化することが設計・製造コスト低減の観点から望ましい。

即ち、従来例２においては、直流電源１には電圧降下があり得るという前提で、放電ギャップに８００Ｖ品を用いようとすると、高圧放電灯に印加されるパルスが発生しなくなる可能性があり、放電ギャップに６００Ｖ品を用いるようにすると回路の標準化が難しくなるという問題があった。

本発明の第１の側面は、直流電源回路、直流電源回路の出力を交流電力に変換して高圧放電灯に投入するブリッジ回路、及び高圧放電灯に始動パルスを印加するイグナイター回路からなる高圧放電灯点灯装置であって、イグナイター回路は、ｎを３以上の整数として、ブリッジ回路の出力電圧のｎ倍の１次電圧を発生させるｎ倍電圧回路、並びに１次電圧が印加される１次巻き線及び高圧放電灯に直列接続される２次巻き線を有するパルストランスからなる高圧放電灯点灯装置である。

また、上記第１の側面における高圧放電灯点灯装置において、ｎを４とした。
ここで、ｎ倍電圧回路が、ブリッジ回路の一方の出力端に接続された第１のコンデンサ（Ｃ１）、ブリッジ回路の他方の出力端に接続された第３のコンデンサ（Ｃ３）、第１のコンデンサ（Ｃ１）と第３のコンデンサ（Ｃ３）の間にアノードを第１のコンデンサ（Ｃ１）側にして接続された第１のダイオード（Ｄ１）、及び一方の出力端と第３のコンデンサ（Ｃ３）の間にカソードを一方の出力側にして接続された第３のダイオード（Ｄ３）からなる第１の電圧発生回路、ブリッジ回路の一方の出力端に接続された第２のコンデンサ（Ｃ２）、ブリッジ回路の他方の出力端に接続された第４のコンデンサ（Ｃ４）、第２のコンデンサ（Ｃ２）と第４のコンデンサ（Ｃ４）の間にカソードを第２のコンデンサ（Ｃ２）側にして接続された第２のダイオード（Ｄ２）、及び一方の出力端と第４のコンデンサ（Ｃ４）の間にアノードを一方の出力側にして接続された第４のダイオード（Ｄ４）からなる第２の電圧発生回路、並びに、第１のコンデンサ（Ｃ１）と第２のコンデンサ（Ｃ２）間にパルストランスの１次巻き線を介して接続された放電ギャップ（Ｇ１）からなる構成とした。

本発明の第２の側面は、上記第１の側面の高圧放電灯点灯装置、高圧放電灯、及び高圧放電灯が取り付けられるレフレクターを備えた光源装置である。

本発明によれば、放電ギャップに印可される電圧を４倍電圧回路の使用によって確保し、確実にイグナイター回路からパルスを発生させることができ、また、放電ギャップＧ１とパルストランスＴ１について、他の回路と部品を共通化することで低コスト化が図れる。

実施例１．
図１は本発明の実施例を示す図である。第２の従来例と同じ構成要素には同じ符号を付け、その説明を省略する。本発明と第２の従来例との差異は、イグナイター回路７の構成にある。

イグナイター回路７は４倍電圧回路で構成され、コンデンサＣ１に電圧を蓄えるための第１の電圧発生回路とコンデンサＣ２に電圧を蓄えるための第２の電圧発生回路からなる。
第１の電圧発生回路においては、コンデンサＣ１がトランジスタＴＢ１とＴＡ２の接続点であるフルブリッジ回路４の一方の出力端（以下「出力端Ｘ」という）に接続され、ダイオードＤ１のアノードがコンデンサＣ１に接続され、ダイオードＤ３のカソードが出力端Ｘに、アノードがダイオードＤ１のカソードに接続され、コンデンサＣ３がトランジスタＴＡ１とＴＢ２の接続点であるフルブリッジ回路４の他方の出力端（以下「出力端Ｙ」という）とダイオードＤ１のカソード間に接続される。
第２の電圧発生回路においては、コンデンサＣ２が出力端Ｘに接続され、ダイオードＤ２のカソードがコンデンサＣ２に接続され、ダイオードＤ４のアノードが出力端Ｘに、カソードがダイオードＤ２のアノードに接続され、コンデンサＣ４が出力端ＹとダイオードＤ２のアノード間に接続される。
そして、放電ギャップＧ１がコンデンサＣ１とコンデンサＣ２間にパルストランスＴ１の１次巻き線を介して接続される。

ここで、直流電源１の出力電圧をＶｄ（４００Ｖ）、チョッパー回路３の出力電圧をＶｃ、Ｖｄ＝Ｖｃ、パルストランスＴ１に印加可能な一次電圧をＶ１とすると、Ｃ１、Ｃ２に蓄えられる電圧は、出力端Ｘの電位を０とすると、それぞれ−２Ｖｃ、２Ｖｃとなる。従って、Ｖ１はＣ１とＣ２の電位差である４Ｖｃとなる。

具体的には、直流電源１には出力電圧Ｖｄの範囲が３４０〜４００Ｖのものを用いる。Ｖｃ＝Ｖｄ＝３４０の場合でも、Ｃ１に−６８０Ｖ、Ｃ２に６８０Ｖが蓄えられ、放電ギャップの両端に印加可能な電圧は４Ｖｃ＝１３６０Ｖとなる。従って、放電ギャップＧ１のＶｓが８００Ｖでも、余裕を持って放電ギャップをＯＮすることができ、高圧放電灯９に所定の２次巻き線に対応する高圧パルスを印加することができる。

なお、１次電圧Ｖ１がＶｓ（８００Ｖ）を超えた瞬間に放電ギャップＧ１がＯＮしてコンデンサＣ１及びＣ２に蓄えられていた電荷が一気に放電されて０近くになるので、放電ギャップＧ１がＯＮしさえすれば、実際には１次電圧がＶｓを超えることはない。従って、Ｖ１は放電ギャップがなかったとした場合に発生し得る電圧を意味するものである。言い換えると、１次電圧として発生し得る電圧がＶｓ（８００Ｖ）を超えていれば、パルストランスＴ１の１次巻き線に印加される電圧のピークは常にＶｓ（８００Ｖ）程度になり、２次巻き線に発生し高圧放電灯９に印加される高圧パルスのピーク値もほぼ一定となる。即ち、１次電圧として発生可能な電圧が８００Ｖを超えるように設計すれば、始動時に必要なパルス電圧が同等の高圧放電灯については、その定格電力、直流電源の仕様、チョッパー回路等の設計が多少異なっていてもパルストランスＴ１には同じものを用いることができる。

以上より、直流電源１に電圧降下が起きているときでも余裕を持って高圧パルスを発生させ、高圧放電灯を確実に点灯することができる。また、パルストランスＴ１と放電ギャップＧ１について、他の定格の高圧放電灯用の回路と同じ仕様の部品を用いることができるので回路の標準化が容易となる。もちろん、本回路は共振回路などが不要であるから小型化・低コスト化の観点からも好適である。

なお、本実施例においてはイグナイター回路７に４倍電圧回路を用いる構成としたが、直流電源１やチョッパー回路３の設定条件に合わせて、ｎ倍電圧回路（ｎは３以上の整数）を用いてもよい。また、コンデンサＣ１及びＣ２に蓄えられる電圧の絶対値を等しくしなくてもよく、例えば、Ｃ１の属する第１の電圧発生回路については、本実施例と同様にＣ１、Ｃ３、Ｄ１及びＤ３からなる回路を用いて−２Ｖｃが蓄えられるようにするとともに、Ｃ２の属する第２の電圧発生回路については、第２の従来例と同様にＣ２及びＤ２のみからなる回路を用いてＶｃが蓄えられるようにして、放電ギャップＧ１の両端に３Ｖｃが印加されうるような構成としてもよい。また、コンデンサＣ１及びＣ２に接続されるコンデンサとダイオードの段数を増やしてｎを４より大きくしてもよい。

また、本実施例においては、ブリッジ回路としてフルブリッジ回路構成のものを用いたが、直流電力を交流電力に変換できる回路であれば、プッシュプル、ハーフブリッジ等、他の回路構成のものを用いてもよい。

実施例２．
実施例１においては、確実な放電開始が可能であり、小型・低コストで標準化の容易な高圧放電灯点灯装置を示したが、本実施例においてはそれを用いた光源装置を示す。
図２は第２の実施例に係る光源装置を示す図である。図において、１１は上記で説明した高圧放電灯点灯装置、１２は高圧放電灯９が取り付けられるレフレクター、１３は必要に応じて高圧放電灯点灯装置１１、高圧放電灯９及びレフレクター１２を内蔵する筐体である。なお、図は実施例を模擬的に図示したものであり、寸法、配置などは図面通りではない。また、図示されない映像系の部材等を筐体１３内に適宜配置してプロジェクターを構成することもできる。

上記より、実施例１で示したような確実な放電開始が可能な高圧放電灯点灯装置を内蔵したので始動性の良い光源装置を得ることができる。また、高圧放電灯点灯装置が小型・低コストであるので光源装置も小型・低コスト化することができる。

本発明の高圧放電灯点灯装置を示す図である。本発明の光源装置を示す図である。第１の従来例の高圧放電灯点灯装置を示す図である。第２の従来例の高圧放電灯点灯装置を示す図である。

符号の説明

１．直流電源、２．スイッチング素子、３．チョッパー回路、４．フルブリッジ回路、５．ＰＷＭ制御回路、６．フルブリッジ制御回路、７．イグナイター回路、９．高圧放電灯、１１．高圧放電灯点灯装置、１２．レフレクター、１３．筐体

Claims

直流電源回路、該直流電源回路の出力を交流電力に変換して高圧放電灯に投入するブリッジ回路、及び該高圧放電灯に始動パルスを印加するイグナイター回路からなる高圧放電灯点灯装置であって、
該イグナイター回路は、ｎを３以上の整数として、該ブリッジ回路の出力電圧のｎ倍の１次電圧を発生させるｎ倍電圧回路、並びに該１次電圧が印加される１次巻き線及び該高圧放電灯に直列接続される２次巻き線を有するパルストランスからなることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
請求項１記載の高圧放電灯点灯装置において、前記ｎが４であることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
請求項２記載の高圧放電灯点灯装置において、
前記ｎ倍電圧回路が、
前記ブリッジ回路の一方の出力端に接続された第１のコンデンサ（Ｃ１）、該ブリッジ回路の他方の出力端に接続された第３のコンデンサ（Ｃ３）、該第１のコンデンサ（Ｃ１）と該第３のコンデンサ（Ｃ３）の間にアノードを該第１のコンデンサ（Ｃ１）側にして接続された第１のダイオード（Ｄ１）、及び該一方の出力端と該第３のコンデンサ（Ｃ３）の間にカソードを該一方の出力側にして接続された第３のダイオード（Ｄ３）からなる第１の電圧発生回路、
前記ブリッジ回路の一方の出力端に接続された第２のコンデンサ（Ｃ２）、該ブリッジ回路の他方の出力端に接続された第４のコンデンサ（Ｃ４）、該第２のコンデンサ（Ｃ２）と該第４のコンデンサ（Ｃ４）の間にカソードを該第２のコンデンサ（Ｃ２）側にして接続された第２のダイオード（Ｄ２）、及び該一方の出力端と該第４のコンデンサ（Ｃ４）の間にアノードを該一方の出力側にして接続された第４のダイオード（Ｄ４）からなる第２の電圧発生回路、及び
該第１のコンデンサ（Ｃ１）と該第２のコンデンサ（Ｃ２）間に該パルストランスの１次巻き線を介して接続された放電ギャップ（Ｇ１）
からなることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
請求項１から請求項３いずれか一項に記載の高圧放電灯点灯装置、高圧放電灯、及び該高圧放電灯が取り付けられるレフレクターを備えたことを特徴とする光源装置。