JP2007294313A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】音響共鳴を放電灯に発生させ、放電灯を振動させて不純物を除去することが可能な放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】ＤＣ−ＤＣコンバータ６は、スイッチ６１をオンまたはオフすることにより電力をランプ４に供給する。リップル電流発生回路２３０は、平滑コンデンサ２３及びスイッチング素子２３１から構成され、スイッチング素子２３１をオフすることによりリップル電流を発生させる。制御回路５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６及びリップル電流発生回路２３０に接続され、スイッチ６１のスイッチング周波数を第１周波数から、ランプ４にて音響共鳴が発生する第２周波数へ変更する。制御回路５は、リップル電流発生回路２３０のスイッチング素子２３１をオフすることにより、リップル電流を発生させランプ４に音響共鳴を発生させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電灯の点灯を制御する放電灯点灯装置に関する。

近年、プロジェクタまたは車両の前照灯等に用いる高輝度の点光源として、メタルハライドランプ等の放電灯が普及している（例えば、特許文献１参照）。メタルハライドランプは、水銀、メタルハライド（金属ハロゲン化物）及び希ガスが封入されたガラス製の発光管の内部に、対向する一対の棒状の放電電極を収めている。このような放電電極の陰極側には、発光管の放電始動電圧を低減するためのトリガー線が接続されている。放電している放電電極間のアーク中心部では、ガス温度が約５０００Ｋとなり、メタルハライドが金属とハロゲンとに熱解離し、熱解離した金属原子が光を発する。
特開平１１−１６２４０６号公報

しかしながら、放電によって発光管自体が高温となるため、発光管のガラスが一部気化する。この発光管が冷却された場合、気化していたガラス等が不純物として放電電極に付着することになる。かかるガラス等の不純物は絶縁体であるため、放電電極間の放電を阻害し、最終的には光源が点灯できなくなるという問題を招来する。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スイッチング周波数を変更し、またリップル電流を発生させることにより、音響共鳴を放電灯に発生させ、放電灯電極を振動させて不純物を除去することが可能な放電灯点灯装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、電力を低減させてから音響共鳴を発生させることにより、不純物の除去が可能であると共に、音響共鳴による放電灯の損傷を未然に防止することが可能な放電灯点灯装置を提供することにある。

本発明に係る放電灯点灯装置は、放電灯の点灯を制御する放電灯点灯装置において、スイッチをオンまたはオフすることにより電力を放電灯に供給するコンバータと、リップル電流を発生させるリップル電流発生回路と、前記コンバータ及び前記リップル電流発生回路に接続され、前記スイッチのスイッチング周波数を第１周波数から第２周波数へ変更し、前記リップル電流発生回路を起動させる制御回路とを備えることを特徴とする。

本発明に係る放電灯点灯装置は、前記制御回路は、前記コンバータが放電灯へ供給する電力を第１電力から、該第１電力よりも低い第２電力へ切り替えた後に、前記スイッチのスイッチング周波数を第１周波数から第２周波数へ変更し、前記リップル電流発生回路を起動してリップル電流を発生させるよう構成してあることを特徴とする。

本発明に係る放電灯点灯装置は、前記リップル電流発生回路は、前記コンバータと放電灯との間に設けられるコンデンサ及びスイッチング素子から構成され、前記制御回路により前記スイッチング素子をオフすることによりリップル電流を発生させるよう構成してあることを特徴とする。

本発明に係る放電灯点灯装置は、前記制御回路は、前記スイッチのスイッチング周波数を第１周波数から、前記放電灯にて音響共鳴が発生する第２周波数へ変更するよう構成してあることを特徴とする。

本発明にあっては、コンバータは、スイッチをオンまたはオフすることにより電力を放電灯に供給する。また、リップル電流発生回路は、例えば、コンバータと放電灯との間に設けられるコンデンサ及びスイッチング素子から構成され、スイッチング素子をオフすることによりリップル電流を発生させる。制御回路は、これらコンバータ及びリップル電流発生回路に接続され、コンバータのスイッチのスイッチング周波数を第１周波数から、放電灯にて音響共鳴が発生する第２周波数へ変更する。また、制御回路は、リップル電流発生回路のスイッチング素子をオフすることにより、リップル電流を発生させるようにしたので、放電灯に音響共鳴が発生する。

本発明にあっては、コンバータが放電灯へ供給する電力を第１電力から、該第１電力よりも低い第２電力へ切り替えた後に、スイッチング周波数を第１周波数から第２周波数へ変更し、リップル電流発生回路を起動してリップル電流を発生させるので、音響共鳴が発生した場合でも、放電灯の損傷を防止することが可能となる。

本発明にあっては、制御回路は、コンバータのスイッチのスイッチング周波数を第１周波数から、放電灯にて音響共鳴が発生する第２周波数へ変更する。そしてこれと共に、制御回路は、リップル電流発生回路のスイッチング素子をオフすることにより、リップル電流を発生させるようにしたので、放電灯に音響共鳴を発生させることが可能となる。また、音響共鳴に伴い、放電灯が振動し電極に付着した不純物が除去され、放電灯の長寿命化を図ることができ、また高い信頼性を確保することが可能となる。

本発明にあっては、コンバータが放電灯へ供給する電力を第１電力から、該第１電力よりも低い第２電力へ切り替えた後に、スイッチング周波数を第１周波数から第２周波数へ変更し、リップル電流発生回路を起動してリップル電流を発生させるので、音響共鳴が発生した場合でも、低電力であるので放電灯の損傷を防止することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。

実施の形態１
以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は本発明に係る放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。図において１は放電灯点灯装置であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ６、電源２、リップル電流発生回路２３０、整流ダイオード２２、イグナイタ３、メタルハライドランプ等のランプ（放電灯）４、ランプ電圧検出用の第１分圧抵抗２４及び第２分圧抵抗２５、ランプ電流検出用の電流検出抵抗２６、並びに制御回路５等を含んで構成される。なお、本実施の形態においては液晶プロジェクタ等に用いられるメタルハライドランプ等の放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に適用する例を示す。

ＤＣ−ＤＣコンバータ６は、図１に示すとおり一般的な降圧コンバータの回路構成をなし、制御回路５によるスイッチ６１のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によりランプ４に定電力を供給する。ＤＣ−ＤＣコンバータ６から出力される電圧は、整流ダイオード２２を経て平滑コンデンサ２３により平滑され、平滑された後の電圧がランプ４へ印加される。第１分圧抵抗２４及び第２分圧抵抗２５はランプ４に対して並列に接続されており、ランプ電圧を検出し、制御回路５へランプ電圧を出力する。また電流検出抵抗２６はランプ４に直列に接続されており、ランプ電流を検出する。電流検出抵抗２６により検出されたランプ電流に対応する電圧は制御回路５へ出力される。

イグナイタ３はランプ４へ突入電流を流し、ランプ４をアーク放電に移行させる。アーク放電が維持されランプ４が定常状態へ移行した後は、制御回路５内の定電力制御回路５１によるランプ４の定電力制御が行われる。リップル電流発生回路２３０はランプ４に対して並列に接続されており、相互に直列に接続される平滑コンデンサ２３及びＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子２３１を含んで構成される。制御回路５は、スイッチング素子２３１のオンまたはオフの切り替え制御を行うことにより、リップル電流発生回路２３０の停止または始動を切り替える。

リップル電流発生回路２３０を起動させる場合、制御回路５はスイッチング素子２３１をオフとする。これにより平滑コンデンサ２３の容量が減る結果、ランプ４に波高値の高いリップル電流が発生する。一方、リップル電流発生回路２３０を停止する場合、制御回路５はスイッチング素子２３１をオンとする。この場合、整流ダイオード２２を経た電圧は、平滑コンデンサ２３により平滑されランプ４に供給される。スイッチング素子２３１がオンの場合、平滑コンデンサ２３の容量が増加する結果、リップル電流が減る。これによりランプ４の安定動作の維持及びフリッカーを抑圧することができる。

制御回路５は定電力制御回路５１及び周波数記憶部５２を含んで構成される。周波数記憶部５２は例えばメモリで構成され、ランプ４をアーク放電状態で安定動作させる第１周波数及びランプ４に音響共鳴が発生する第２周波数を記憶している。制御回路５は、図示しないスイッチから、ランプ４の消灯信号が出力された場合、周波数記憶部５２に記憶した周波数を第１周波数から第２周波数へ切り替え、ＤＣ−ＤＣコンバータ６へ出力する。ＤＣ−ＤＣコンバータ６は、切り替えられた周波数に従いスイッチ６１をオンまたはオフする。第１周波数及び第２周波数は、ランプ４の電極形状または定格電力等により異なるが、例えば第１周波数を７５ｋＨｚとした場合、第２周波数を４５ｋＨｚ、８０ｋＨｚまたは１２０ｋＨｚとすれば良い。

このように制御回路５はランプ４に音響共鳴を発生させて電極のクリーニングを行う場合、周波数記憶部５２に記憶した第２周波数を読み出してＤＣ−ＤＣコンバータ６のスイッチ６１のスイッチング周波数を切り替えると共に、リップル電流発生回路２３０のスイッチング素子２３１をオフすることによりリップル電流を発生させる。これにより、音響共鳴が発生する第２周波数においてリップル電流が発生する結果、ランプ４に音響共鳴が発生し、電極が振動し不純物が除去される。

以上述べた音響共鳴の発生は、定電力制御回路５１により、定格電力（以下、第１電力）よりも低い電力（以下、第２電力）のもとで行うことが好ましい。以下に定電力制御回路５１の構成を説明する。なお、第１電力としては例えば５０Ｗ、第２電力はこれよりも２０％電力を低下させた４０Ｗ等とすればよい。

図２は定電力制御回路５１の構成を示す回路図である。定電力制御回路５１は、ランプ電圧及びランプ電流により求まるランプ電力を所定の目標電力（本実施の形態では第１電力５０Ｗまたは第２電力４０Ｗ）と比較し、その偏差をスイッチ６１へ出力する回路であり、例えば図２に示すマイコン内蔵型の定電力制御回路５１が用いられる。定電力制御回路５１は電圧検出用非反転アンプ２２１、電流検出用非反転アンプ２２２、Ａ／Ｄ（アナログ−デジタル）変換器２２３，２２４、マイコン２２５、電力記憶部２２７及びＤ／Ａ（デジタル−アナログ）変換器２２６を含んで構成される。

電圧検出用非反転アンプ２２１はランプ電圧検出用の第１分圧抵抗２４及び第２分圧抵抗２５に接続されており、第１分圧抵抗２４及び第２分圧抵抗２５により分圧されたランプ電圧を所定の増幅率にて増幅する。増幅された後のランプ電圧は、電圧検出用非反転アンプ２２１の出力端子に接続されるＡ／Ｄ変換器２２３によりデジタル化され、マイコン２２５へ入力される。

電流検出用非反転アンプ２２２はランプ電流検出用の電流検出抵抗２６（例えば高精度の５０ｍΩ抵抗等）に接続されており、電流検出抵抗２６にて変換された電圧を所定の増幅率にて増幅する。増幅されたランプ電流にかかる電圧は電流検出用非反転アンプ２２２の出力端子に接続されるＡ／Ｄ変換器２２４によりデジタル化され、マイコン２２５へ入力される。電力記憶部２２７は例えばメモリであり、第１電力及び第２電力を記憶している。マイコン２２５は、ランプ４の通常点灯時においては、制御回路５の指示により目標電力を第１電力とすべく、電力記憶部２２７に記憶した第１電力を読み出し、目標電力Ｐｅｘｐとする。

一方、音響共鳴を発生させる場合、制御回路５の指示により、マイコン２２５は、電力記憶部２２７に記憶した第２電力を読み出し目標電力Ｐｅｘｐとする。マイコン２２５は、Ａ／Ｄ変換器２２３及び２２４から出力されたランプ電圧及びランプ電流に係る値を乗算しランプ電力Ｐｄｅｔを算出する。

マイコン２２５は電力記憶部２２７から読み出した目標電力Ｐｅｘｐと、算出したランプ電力Ｐｄｅｔとの偏差を算出し、これに負の利得を乗じた操作信号をマイコン２２５の出力側に接続されるＤ／Ａ変換器２２６へ出力する。Ｄ／Ａ変換器２２６は偏差信号をアナログ化し、スイッチ６１へ出力する。

図１に示すように制御回路５はスイッチ６１に接続されており、偏差信号をスイッチ６１へ出力する。ランプ電力Ｐｄｅｔが目標電力Ｐｅｘｐよりも大きい場合、すなわち偏差が正の場合、負の偏差信号が出力され、スイッチ６１はこれを受けてランプ４へ供給される電力が減少するよう降圧制御を行う。一方、ランプ電力Ｐｄｅｔが目標電力Ｐｅｘｐよりも小さい場合、すなわち偏差が負の場合、正の偏差信号が出力され、スイッチ６１はこれを受けてランプ４へ供給される電力が増加するよう昇圧制御を行う。このフィードバック制御により偏差が０となった場合に、スイッチ６１の応答が停止し、再び定常状態へ移行することになる。

なお、定電力制御回路５１は目標電力Ｐｅｘｐとランプ電力Ｐｄｅｔとの偏差を検出するものであれば、この構成に限るものではなく、例えばアナログ乗算回路を用いて実現しても良い。これにより、定電力制御回路５１において、第１電力が目標電力とされている場合、第１電力を維持するよう定電力制御が行われる。一方、音響共鳴を発生させてランプ４の電極のクリーニングを行う場合、ランプ４の損傷を防止すべく、制御回路５は第２電力を選択するようマイコン２２５に指示し、これを受けて定電力制御回路５１のマイコン２２５は第２電力を維持するよう定電力制御を行う。

以上のハードウェア構成において、本発明に係る処理の手順を、フローチャートを用いて説明する。図３は音響共鳴を発生させる手順を示すフローチャートである。制御回路５は図示しないスイッチからランプ４の消灯信号を受け付ける（ステップＳ３１）。なお、本実施の形態においては音響共鳴の発生を消灯信号が入力された場合をトリガーとしたが、多段階にランプ電力を減少させるＬＰＳ(Low Power Shutdown)信号が入力された場合、またはユーザの意志により音響共鳴を発生させクリーニングを開始するための操作信号が図示しない操作部から入力されたこと等をトリガーに、音響共鳴を発生させても良い。

制御回路５は、マイコン２２５に対し、目標電力を第１電力から電力記憶部２２７に記憶した第２電力に切り替えるよう指示する（ステップＳ３２）。定電力制御回路５１のマイコン２２５は、電力記憶部２２７から第２電力を読み出し、目標電力に設定する。これにより、ランプ４は第２電力下での定電力制御が行われる（ステップＳ３３）。この第２電力下での定電力制御は例えば３０秒程度行われる。その後、制御回路５は周波数を第１周波数から第２周波数へ切り替える（ステップＳ３４）。具体的には制御回路５は周波数記憶部５２に記憶した第２周波数を読み出し、ＤＣ−ＤＣコンバータ６のスイッチ６１のスイッチング周波数を、音響共鳴が発生する第２周波数へ切り替える。

そして、制御回路５はリップル電流発生回路２３０を起動、すなわち、スイッチング素子２３１をオフし（ステップＳ３５）、ランプ４にリップル電流を発生させる。これにより、ランプ４に音響共鳴が発生する（ステップＳ３６）。なお、ステップＳ３４の周波数切り替え処理及びステップＳ３５のリップル電流発生回路２３０の起動処理は、本実施の形態の如くステップＳ３４の周波数切り替え処理の後ステップＳ３５のリップル電流発生回路２３０の起動処理を行う他、同時に処理、または、ステップＳ３５のリップル電流発生回路２３０の起動処理の後、ステップＳ３４の周波数切り替え処理を実行するようにしても良い。またステップ３２における電力切り替え処理は必ずしも実行する必要はない。

制御回路５は図示しない計時部からの出力を参照し、所定時間を経過したか否かを判断する（ステップＳ３７）。制御回路５は所定時間を経過していないと判断した場合（ステップＳ３７でＮＯ）、所定時間が経過するまで待機する。一方、制御回路５は所定時間を経過したと判断した場合（ステップＳ３７でＹＥＳ）、音響共鳴及びクリーニングを終了すべくランプ４を消灯する（ステップＳ３８）。

本発明に係る放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。 定電力制御回路の構成を示す回路図である。 音響共鳴を発生させる手順を示すフローチャートである。

符号の説明

２ 電源
３ イグナイタ
４ ランプ（放電灯）
６１ スイッチ
２３ 平滑コンデンサ
２４ 第１分圧抵抗
２５ 第２分圧抵抗
２６ 電流検出抵抗
１ 放電灯点灯装置
６ ＤＣ−ＤＣコンバータ
５ 制御回路
５１ 定電力制御回路
５２ 周波数記憶部
２２５ マイコン
２２７ 電力記憶部
２３１ スイッチング素子

Claims (4)

1. 放電灯の点灯を制御する放電灯点灯装置において、
   スイッチをオンまたはオフすることにより電力を放電灯に供給するコンバータと、
   リップル電流を発生させるリップル電流発生回路と、
   前記コンバータ及び前記リップル電流発生回路に接続され、前記スイッチのスイッチング周波数を第１周波数から第２周波数へ変更し、前記リップル電流発生回路を起動させる制御回路と
   を備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記制御回路は、
   前記コンバータが放電灯へ供給する電力を第１電力から、該第１電力よりも低い第２電力へ切り替えた後に、前記スイッチのスイッチング周波数を第１周波数から第２周波数へ変更し、前記リップル電流発生回路を起動してリップル電流を発生させるよう構成してある
   ことを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
3. 前記リップル電流発生回路は、前記コンバータと放電灯との間に設けられるコンデンサ及びスイッチング素子から構成され、前記制御回路により前記スイッチング素子をオフすることによりリップル電流を発生させるよう構成してある
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の放電灯点灯装置。
4. 前記制御回路は、前記スイッチのスイッチング周波数を第１周波数から、前記放電灯にて音響共鳴が発生する第２周波数へ変更するよう構成してある
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の放電灯点灯装置。

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