JP2008059806A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧放電灯を点灯させる交流矩形波電流の極性反転時におけるオーバーシュートを抑制させることで、画像形成時における光の利用効率の向上を図る。
【解決手段】電源１１から入力される直流電圧をコンバータ１２にて降圧し、インバータ１５に供給する。インバータ１５では入力された直流電力を交流電力に変換し、ランプ始動回路１６で高圧電圧を発生させて高圧放電灯１７に供給し、高圧放電灯１７を点灯する。コンバータ１７を駆動するパルス幅制御部１９から異なる周波数の出力パルスｄを供給する。インバータ１５のスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２とＳ３，Ｓ４を交互にオンオフさせるため駆動パルス信号ｇの立ち下げ立ち上がりに同期させ、パルス幅制御部１９のデューティを変更する切換信号ｈで、一時的にコンバータ１２を高い周波数の出力パルスｄで駆動させることで、インバータ１５のスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４のスイッチングに伴うオーバーシ
ュート発生の抑えることが可能となる。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えばプロジェクタ装置の光源として広く用いられる高圧放電灯に、直流電力を交流矩形波電力に変換して供給し、高圧放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に関する。

従来の放電灯点灯装置は、コンバータとインバータと制御部とを有し、コンバータの出力電圧と出力電流を検出することで、直流電力を目標値に設定する場合、電圧検出信号と電流検出信号からなる電力検出信号と目標出力電力信号との差を補正する補正信号を、インバータの極性反転時に出力させ、交流矩形波電圧・電流の極性反転時に、放電灯に供給される電圧・電流波形を調整することで、オーバーシュートの発生を抑制している。（例えば、特許文献１）
特開２００４−２９６１１９公報

上記した特許文献１の技術は、ＤＬＰ（登録商標）（Digital Light Processing）方式を搭載したプロジェクタ装置では、回転するカラーフィルタに光を投射し、その投射光を画像形成素子に当てて映像を出力している。このために、ちらつきを防止するカラーフィルタの１回転毎にランプ駆動電流のゼロクロスポイントと同期をとる必要があることからインターフェース信号であるスタート制御入力信号とランプ電流の同期方式に特色を持っている。

しかし、インバータ回路出力の交流矩形波電流の極性反転時に、オーバーシュートが発生すると、その部分に対応するカラーホイールの色のみ色調が強くなってしまい、ちらつき・色ムラの原因となる。そのため、オーバーシュートが発生する部分の光は、画像形成には使うことはできないことから、オーバーシュートを抑制する必要がある。一般的に、マイコン等のデジタル制御の速度はミリ秒オーダーであり、数百マイクロ秒オーダーのオーバーシュートの制御を行うことは難しい、という問題があった。

この発明の目的は、高圧放電灯を点灯させる交流矩形波電流の極性反転時におけるオーバーシュートを抑制させることで、画像形成時における光の利用効率を向上させた放電灯点灯装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明の放電灯点灯装置は、直流入力電圧をコンバータにて降圧したのち、インバータにより直流電力を交流電力に変換し、高圧放電灯に供給する放電灯点灯装置において、前記コンバータを駆動する制御部から第１の周波数および該第１の周波数よる周波数の高い第２の周波数を生成し、前記インバータの極性反転に同期させ、一時的に前記コンバータを前記第１の周波数から前記第２の周波数で駆動したことを特徴とする。

この発明によれば、インバータの交流矩形波電流の極性反転時において発生するオーバーシュートを抑制されることで、画像形成時における光の利用効率の向上を図ることが可能となる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、この発明の放電灯点灯装置の一実施形態について説明するための回路ブロック図である。
図１において、１１は直流電源であり、この電源１１の直流電圧を降圧させるコンバータ１２に供給する。コンバータ１２は、電源１１の正極から例えばＭＯＳ型ＦＥＴトランジスタによるスイッチ素子ＳＷを介してチョークコイルＬの一端とアノードが接地されたダイオードＤのカソードにそれぞれ接続する。コイルＬの他端は平滑用コンデンサＣ１を介して接地するとともに、ランプ電圧検出部１３を介して接地する。ランプ電圧検出部１３とコンデンサＣ１の接地側間にランプ電流検出部１４を介在させる。

コンバータ１２の出力は、コンバータ１２から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータ１５を構成する例えばＭＯＳ型ＦＥＴトランジスタによるスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４を組み合わせたフルブリッジのスイッチ素子Ｓ１，Ｓ４に接続する。スイッチ素子Ｓ１はスイッチ素子Ｓ３を介して接地し、スイッチ素子Ｓ４はスイッチ素子Ｓ２を介して接地する。スイッチ素子Ｓ１，Ｓ３の接続点とスイッチ素子Ｓ３，Ｓ２の接続点間には、振動波形形成および電流制限のためのコンデンサＣ２を介挿接続する。スイッチ素子Ｓ１とＳ２は同時にオンオフし、スイッチ素子Ｓ３とＳ４は同時にオンオフするが、極性反転信号によりそれぞれ逆にオンオフ動作が行われる。

コンデンサＣ２の両端は、ランプ点灯時に高圧電圧を発生させるランプ始動回路１６に接続し、ランプ始動回路１６の出力を高圧放電灯１７に供給する。

１８は制御回路であり、制御回路１８はスタート信号ａを受けてパルス幅制御部１９をオンオフする制御信号ｂ、パルス幅制御部１９のデューティを制御するデューティ制御信号ｃ、パルス幅制御部１９のコンバータ１２を駆動する出力パルスｄを出力する。制御回路１８には、コンバータ１２のランプ電圧検出部１３の電圧検出信号ｅとランプ電流検出部１４の電流検出信号ｆを供給する。

さらに、制御回路１８は、インバータ１５のスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２とＳ３，Ｓ４を交互にオンオフさせるための駆動パルス信号ｇ、パルス幅制御部１９のデューティを変更する切換信号ｈを出力する。

次に、図１の動作について図２のタイミングチャートとともに説明する。

図２（ａ）に示すスタート信号ａが供給された制御回路１８は、パルス幅制御部１９をオンオフ制御する図２（ｂ）に示す制御信号ｂを供給するとともに、パルス幅制御部１９のデューティを制御する図２（ｃ）に示すデューティ制御信号ｃを供給する。パルス幅制御部１９は、図２（ｄ）に示すコンバータ１２のスイッチ素子ＳＷを駆動するための異なる２つ周波数を有する出力パルスｄを出力する。

コンバータ１２は、出力パルスｄに基づきスイッチ素子ＳＷをオンオフさせて電源１１の直流電圧をスイッチングし、スイッチング出力を直流電力に変換して出力する。この直流電力は、制御回路１８から出力される図２（ｇ）に示す駆動パルス信号ｇでコンバータ１５のスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４をオンオフ制御する。例えば、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２は駆動パルス信号ｇがＨレベルのときにオン、Ｌレベルのときにオフさせ、スイッチ素子Ｓ３，Ｓ４は駆動パルス信号ｇがＬレベルのときにオン、Ｈレベルのときにオフさせる。駆動パルス信号ｇの周波数は、コンバータ１２よりも低い値に選定される。

点灯開始時および予熱時の駆動パルス信号ｇは、２秒程度の期間だけ比較的高い例えば１７ｋＨｚ程度の周波数でスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４を駆動し、通常点灯時の駆動パルス信号ｇは、比較的低い例えば９０Ｈｚ程度の周波数でスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４を駆動するようになっている。

スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２およびＳ３，Ｓ４を駆動パルスｇで交互にオンオフさせることによってランプ始動回路１６から高圧放電灯１７に高圧電圧を供給する。高圧放電灯１７では高圧電圧により絶縁が破壊されて点灯が始動する。

高圧放電灯１７の点灯に伴い電圧検出信号ｅは、図２（ｅ）に示すように徐々に低下して行くが、電流検出信号ｆは図２（ｆ）に示すように徐々に上昇し所定の値で飽和する。電流検出信号ｆの上昇に伴い電圧検出信号ｅも上昇に転じ所定の値で飽和する。

パルス幅制御部１９は、インバータ１５を駆動させる駆動パルス信号ｇの立ち上げ、立ち下げの極性反転に同期したタイミングの図２（ｈ）に示す切換信号ｈで出力パルスｄを生成し、出力パルスｄのデューティを一時的なｔ時間だけ他の時間の周波数Ｌｆ（例えば１００ｋＨｚ）より高い周波数Ｈｆ（例えば３００ｋＨｚ）に変更する。（図４参照）
一時的に他の時間より高い周波数Ｈｆによる出力パルスｄが供給されるコンバータ１２では、出力電圧が低下する動作を行ってインバータ１５に供給し、高圧放電灯１７には定電力で供給されるような制御を行う。

この制御により、図３の破線で示す従来のオーバーシュートが発生していた状態から、実線で示すこの発明のオーバーシュートの発生を抑え状態にすることができ、光の利用効率向上が可能となる。

ところで、ランプ電圧検出部１３の電圧検出信号ｅとランプ電流検出部１４で電流検出信号ｆは、コンバータ１２で検出されたランプ電圧とランプ電流情報を、制御回路１８に提供することにより、高圧放電灯１７に供給される電力が一定になるような制御が行うことができる。

この実施形態では、インバータの極性反転時におけるオーバーシュート発生期間中にコンバータ１２の定電力制御精度を向上させることで、オーバーシュートを抑制することができる。

上記の実施形態では、一時的に高い周波数にしてコンバータ１２に印加する出力パルスｄを１００ｋＨｚから３００ｋＨｚとなる３倍の例としたが、少なくとも２倍の周波数差とすればオーバーシュートを抑えられることが可能であり、コンバータ１２の出力電圧の調整が素早くでき、定電力制御精度の向上を図ることができる。

また、インバータ１５の極性反転周期が数ミリ秒〜数十ミリ秒であるのに対し、コンバータ１２の周波数切り換え時間を数百μ秒以内とする。この場合、コンバータ１２の変換効率を損なうことなく、極性反転時のオーバーシュート発生期間中におけるコンバータ１２の定電力制御精度の向上とオーバーシュートの抑制が可能となる。

さらに、コンバータ１２の周波数切り換えのタイミングは、図４に示すようにインバータ１５の極性反転の前後数百μ秒間とする。この場合、コンバータ１２の効率を損なわずに、極性反転時のオーバーシュート発生期間中におけるコンバータ１２の定電力制御精度の向上とオーバーシュートの抑制が可能となる。

なお、上記の説明でのインバータ１５を構成するスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４はフルブリッジとしたが、スイッチ素子２個を使用するハーフブリッジ構成でも同様の手段を講じることにより、定電力制御精度の向上並びにオーバーシュートの抑制を実現することが可能である。

図５は、この発明の他の実施形態について説明するためのフローチャートである。この実施形態は、制御回路１８がマイクロコンピュータのプログラムの処理によっても実現可能である。以下、図１および図２を参照しながら説明する。

図５において、まず制御回路１８はスタート信号ａがあるかどうかを判断する（Ｓ１）。スタート信号ａがＨレベルであれば、パルス幅制御部１９をオンする制御信号ｂとデューティ制御信号ｃをそれぞれ出力する（Ｓ２）。パルス幅制御部１９は、デューティ制御信号ｃに基づいた出力パルスｄを出力し、コンバータ１２のスイッチ素子ＳＷに供給する。コンバータ１２では、出力パルスｄの出力に基づいた直流電圧を生成してインバータ１５に供給する（Ｓ３）。

インバータ１５では、コンバータ１２の直流電圧を制御回路１２から供給された駆動パルス信号ｇでスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２およびＳ３，Ｓ４を交互にオンオフ制御する。スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２およびＳ３，Ｓ４のオンオフ動作に基づきランプ始動回路１６を始動して所定の高圧を発生させて高圧放電灯１７の絶縁破壊を行って高圧放電灯１７を点灯させる（Ｓ４）。

制御回路１８は、インバータ１５に供給する駆動パルス信号ｇの立ち上がりおよび立下りのタイミングでパルスを発生する出力パルスｄのデューティを変更する切換信号ｈを生成し出力する（Ｓ５）。

パルス幅制御部１９は、切換信号ｈにパルスがあるかどうかを判断し（Ｓ６）、パルスがあれば一時的に通常の周波数（１００ｋＨｚ）よりも高い周波数（３００ｋＨｚ）を発生させ（Ｓ７）、なければ通常の周波数（１００ｋＨｚ）を出力パルスｄとして出力する（Ｓ８）。

コンバータ１２は、出力パルスｄの出力に基づいた直流電圧出力をインバータ１５に供給する。これにより、高圧放電灯１７に印加される電力の変化を抑えることが可能となり（Ｓ９）、駆動パルスｇの極性反転に伴うオーバーシュートの影響を軽減することができる。

この実施形態のように、制御回路１８をマイクロコンピュータによる処理を行った場合でも、インバータ１５の極性反転時に発生するオーバーシュートを抑制させることができる。この場合、例えばパルス幅制御部１９の動作も制御回路１８に取り込むことが可能であり、ハード構成上のより簡素化も図ることが可能となる。

この発明の放電灯点灯装置の一実施形態について説明するための回路構成図。 図１の動作について説明するための説明図。 この発明の効果について説明するための説明図。 この発明の変形例について説明するための説明図。 この発明の放電灯点灯装置の他の実施形態について説明するためのフローチャート。

符号の説明

１１ 電源
１２ コンバータ
１３ ランプ電圧検出部
１４ ランプ電流検出部
１５ インバータ
１６ ランプ始動回路
１７ 高圧放電灯
１８ 制御回路
１９ パルス幅制御部
ＳＷ，Ｓ１〜Ｓ４ スイッチ素子
Ｌ チョークコイル
Ｄ ダイオード
Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ

Claims (4)

1. 直流入力電圧をコンバータにて降圧したのち、インバータにより直流電力を交流電力に変換し、高圧放電灯に供給する放電灯点灯装置において、
   前記コンバータを駆動する制御部から第１の周波数および該第１の周波数より周波数の高い第２の周波数を生成し、前記インバータの極性反転に同期させ、一時的に前記コンバータを前記第１の周波数から前記第２の周波数で駆動したことを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記第２の周波数は、前記第１の周波数よりも少なくとも２倍以上の周波数であることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 前記インバータの極性反転周期は、数ミリ秒〜数十ミリ秒に対し、前記コンバータの周波数切り換え時間は、数百μ秒以内としたことを特徴とする請求項１または２記載の放電灯点灯装置。
4. 前記コンバータの周波数切り換えのタイミングは、前記インバータ極性反転の前後の数百μ秒間としたことを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の放電灯点灯装置。

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