JP2008269836A - 高圧放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電ギャップ端のインピーダンスが低下した場合でもイグナイタ回路に接続される各素子の故障を効果的に防止する。
【解決手段】直流電源部と、直流電源部の出力を受け高圧放電灯へ供給される電力を制限する降圧チョッパ回路と、降圧チョッパ回路の制限された直流出力を高周波または低周波の交流出力に変換し高圧放電灯に供給するフルブリッジ回路と、フルブリッジ回路のスイッチング動作により共振電圧を発生する共振回路と、共振回路による共振電圧を利用して高圧放電灯を始動させるためのイグナイタ回路からなる高圧放電灯点灯装置において、高圧放電灯が放電を開始する前の始動時において、共振電圧を検出する手段と、検出された共振電圧が所定の電圧以上になったことを検出して共振回路への電力の供給を停止する手段とを備える構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は高圧放電灯を点灯させるための高圧放電灯点灯装置の改良に関する。

近年、高圧放電灯点灯装置の電子化による小型、軽量化が進み図２に示すような降圧チョッパ回路２０とフルブリッジ回路３０、およびイグナイタ回路４０の組合せにより高圧放電灯５０を高周波始動させ、その後、低周波の矩形波で安定に点灯させる高圧放電灯点灯装置が普及しつつある。

図２の従来回路の動作を説明すると、降圧チョッパ回路２０を構成するＰＷＭ制御回路２８の制御方式は、抵抗２７によりランプ電流に比例したランプ電流信号を、抵抗２６によりランプ電圧に比例したランプ電圧信号を検出し、ランプ電流信号とランプ電圧信号を乗算器にて乗算した電圧信号、またはマイコンにて演算した電圧信号と、予め高圧放電灯５０の定格ランプ電圧時に定格ランプ電力で点灯できるようにし設定した基準電圧とを誤差増幅器にて比較し、ランプ電流信号とランプ電圧信号を乗算した電圧信号、またはマイコンにて演算した電圧信号が一定になるようにトランジスタ２１のデューティ比をパルス幅制御し、高圧放電灯５０を適正な電力にて点灯させるものである（例えば特許文献１）。

次に降圧チョッパ回路２０の制限された直流出力を受けて動作するフルブリッジ回路３０の動作は、トランジスタ３１及び３４とトランジスタ３２及び３３がブリッジ制御回路３５にて制御される周波数にて交互に導通・非導通を繰り返すことにより、降圧チョッパ回路２０の直流出力を交流電流に変換し、高圧放電灯５０に供給するものである。

ここで高圧放電灯５０の始動時においては、一定時間、ブリッジ制御回路３５で制御される周波数を数十ｋＨｚに高めることにより、トランジスタ３１及び３４とトランジスタ３２及び３３の中点に接続されたチョークコイル３６とコンデンサ３７の直列回路が共振し、チョークコイル３６のインダクタンスとコンデンサ３７の容量とブリッジ制御回路３５の周波数で決まる正弦波の周波数の高い共振電圧がチョークコイル３６およびコンデンサ３７端に発生し、コンデンサ３７に並列に接続されている高圧放電灯５０端にも、その高周波の共振電圧が印加される。

次に高圧放電灯５０を始動させるためのイグナイタ回路４０の動作は、先に説明したブリッジ制御回路３５によりブリッジ回路が数十ｋＨｚの高周波で動作しているときのコンデンサ３７端に発生する高周波の正弦波電圧を受け、チョークコイル３６とコンデンサ３７の接続点側がプラス電位のときにダイオード４１、抵抗４３、コンデンサ４５の向きに電流が流れコンデンサ４５が充電される。
高周波の正弦波電圧の極性が反転し、チョークコイル３６とコンデンサ３７の接続点がマイナス電位のときはコンデンサ４６、抵抗４４、ダイオード４２の向きに電流が流れコンデンサ４６が充電される。

上記動作を繰り返すことにより、コンデンサ４５とコンデンサ４６の直列回路端の電位は徐々に上昇していくが、一般的にはコンデンサ３７端に発生する電圧は図３に示すようにチョークコイル３６のインダクタンスとコンデンサ３７の容量で決まる共振周波数ｆ_０の時が最大で、周波数ｆ_１におけるコンデンサ３７の電圧（ａ）を供給し続けた時に、コンデンサ４５とコンデンサ４６の直列回路端の電位が放電ギャップ４８のブレークダウン電圧に達するとすると、コンデンサ４５、４６の直列回路より放電ギャップ４８、パルストランス４７の一次巻線に電流が流れパルストランス４７の一次巻線にコンデンサ４５、４６の電圧が印加されることになる。

このことにより、パルストランス４７の二次巻線には、一次巻線に印加された電圧に対してパルストランス４７の昇圧比に応じたパルス電圧が発生し、その電圧はコンデンサ３７を介して高圧放電灯５０に印加されるため高圧放電灯５０が、そのパルス電圧により絶縁破壊され放電を開始する。

しかし、実使用上においてはチョークコイル３６のインダクタンスとコンデンサ３７の容量には、それぞれバラツキがあり、かつ高圧放電灯点灯装置と高圧放電灯５０を接続する電線のインダクタンスと容量も、この共振に影響を及ぼすため、図４に示したように、実使用においては本来の共振周波数ｆ_０はｆ_０’へ移行したりｆ_０”へ移行したりしてしまう。
そのため、本来は放電ギャップ４８がブレークダウンできる周波数ｆ_１でのコンデンサ３７の電圧ａもａ’、ａ”となり、一定の周波数ｆ_１では放電ギャップ４８を安定してブレークダウンさせることができない場合がある。

また、図５で示すように放電ギャップ４８も、そのブレークダウン電圧の中心値ａに対し実際はａ⁻〜ａ^＋の範囲でバラツキがあるため、仮に周波数ｆ_１でのコンデンサ３７端の電圧が一定であったとしても、安定して放電ギャップ４８をブレークダウンさせることができない場合もある。

そのため、従来例の回路では図６に示すようにブリッジ制御回路３５の周波数をコンデンサ３７端に発生する電圧が低いｆ_startで動作を開始し、時間と共に周波数を変化させることによりコンデンサ３７端の電圧を徐々に高め、チョークコイル３６、コンデンサ３７の共振条件や放電ギャップ４８のブレークダウン電圧にバラツキがあっても、確実に放電ギャップ４８を安定してブレークダウンできるようにしている。

また、放電ギャップ４８がブレークダウンした後も、周波数を変化させると高圧放電灯５０が放電を開始するまではコンデンサ３７端に発生する電圧は必要以上に高くなってしまうため、放電ギャップ４８がブレークダウンした時点で図７に示すようにブリッジ制御回路３５の周波数を固定にし、安定したブレークダウンを繰り返すことを可能にしている。なお、図７の上段のグラフにおいて、横軸が時間、縦軸がコンデンサ３７に発生する共振電圧であり、下段のグラフにおいて、横軸が時間、縦軸が放電ギャップ４８両端の電圧である。

次に、高圧放電灯５０が放電を開始した直後においても一定時間、ブリッジ制御回路３５よりブリッジ回路３０を、高周波にて動作することにより、降圧チョッパ回路２０に加え、チョークコイル３６も限流素子となり、制限された電流にて高圧放電灯５０は高周波点灯を開始する。

次に一定時間経過後にブリッジ制御回路３５によりブリッジ回路を数十〜数百Ｈｚにて動作させることにより、高圧放電灯５０は高周波点灯から低周波の矩形波点灯に移行し安定した放電を維持する。

また、この時チョークコイル３６とコンデンサ３７は高圧放電灯５０に流れる、チョッパ回路２０のスイッチング動作により発生するリップル電流を低減させるためのフィルタ回路の役割も担っている。
特開２００４−９５３３４号公報

ところで、上述したように、従来の高圧放電灯点灯装置のイグナイタ回路４０は、ブリッジ回路３０の周波数をｆ_startから時間と共に高めていく制御をすることにより、コンデンサ３７端の電圧も徐々に高くなる方向で変化していくため、共振条件や放電ギャップのブレークダウン電圧にバラツキがあっても確実に放電ギャップ４８をブレークダウンさせることは可能である。

しかし、一般的には放電ギャップ４８端のインピーダンスは、放電ギャップ４８がブレークダウン電圧に達するまでは極めて無限大に近い値であるが、例えば高圧放電灯点灯装置を長時間使用し続けることにより、放電ギャップ４８端に埃が付着し、かつ湿度が高い環境で使用していると、放電ギャップ４８端に付着した埃が原因で放電ギャップ４８端のインピーダンスが低下してしまう場合がある。

すると放電ギャップ４８は、インピーダンスが低下したことによるリーク電流の影響で図８に示す周波数ｆ_１でのコンデンサ３７の電圧ａではブレークダウンできなくなるため、放電ギャップ４８端で電流のリークがあっても放電ギャップ４８がブレークダウンできるコンデンサ３７の電圧ｂの周波数ｆ_２までブリッジ制御回路３５は周波数を変化させることになる。なお、図８の上段のグラフにおいて、横軸が時間、縦軸がコンデンサ３７に発生する共振電圧であり、下段のグラフにおいて、横軸が時間、縦軸が放電ギャップ４８両端の電圧である。

その結果、コンデンサ３７の電圧ｂで放電ギャップ４８がブレークダウンすると、周波数ｆ_２でブリッジ制御回路３５の周波数は固定され、高圧放電灯５０が点灯するまでコンデンサ３７端の電圧が高い状態のまま保持され、ダイオード４１、４２が過電圧により故障したり、抵抗４３、４４が過電圧により発煙を引き起こしたりしてしまうことがある。
特に高圧放電灯５０が装着されていない場合又はランプ５０の不具合により放電開始できない場合、予め設定された時間（数分〜数十分）が経過するまでこのブレークダウンの動作が継続されるため、上記の問題が引き起こされる可能性がさらに高くなる。

上記問題点を解決するための本発明第１の側面は、直流電源部と、直流電源部の出力を受け高圧放電灯へ供給される電力を制限する降圧チョッパ回路と、降圧チョッパ回路の制限された直流出力を高周波または低周波の交流出力に変換し高圧放電灯に供給するフルブリッジ回路と、フルブリッジ回路のスイッチング動作により共振電圧を発生する共振回路と、共振回路による共振電圧を利用して高圧放電灯を始動させるためのイグナイタ回路からなる高圧放電灯点灯装置において、高圧放電灯が放電を開始する前の始動時において、共振電圧を検出する手段と、検出された共振電圧が所定の電圧以上になったことを検出して共振回路への電力の供給を停止する手段とを備えた高圧放電灯点灯装置である。
ここで、停止する手段を、フルブリッジ回路の動作を停止する手段とした。

本発明第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、高圧放電灯が取り付けられるレフレクタ、及び少なくとも高圧放電灯点灯装置を内包する筐体を備えた光源装置である。

本発明の高圧放電灯点灯装置によれば、何らかの原因で放電ギャップ端のインピーダンスが低下し、共振用コンデンサ端の電圧が高くなりすぎてしまった場合、イグナイタ回路に接続されているダイオードが過電圧により故障することや、抵抗が過電圧により発煙を引き起こしてしまうことを効果的に阻止できる。

次に、実施の形態について説明する。
図１は本発明に係る高圧放電灯点灯装置の実施の形態を示す回路構成図で、図２に示した従来例のものと同一または対応する部材については、同一の番号を付して、その説明を省略する。

本発明に係る高圧放電灯点灯装置において従来例と異なる点は次の通りである。
すなわち、チョークコイル３６に二次巻線を設け、その二次巻線の出力をダイオード３８０とコンデンサ３８１で整流・平滑して共振電圧に比例した直流電圧を得られるようにしたところと、共振電圧に比例した直流電圧に、定電圧ダイオード３８２介して、ブリッジ制御回路３５の動作を停止させるためのトランジスタ３８３のベースに電流を供給しているところである。

実際の動作において、例えば放電ギャップ４８端に埃が付着し、かつ湿度が高い環境で使用していると、放電ギャップ４８端に付着した埃が原因で、あるいは使用温度環境が急変し放電ギャップ４８に結露することが原因で、放電ギャップ４８端のインピーダンスが低下してしまう場合が考えられ、そのような場合には放電ギャップ４８が通常のコンデンサ３７の電圧ではブレークダウンできないため、ブリッジ制御回路３５は周波数を更に変化させ、放電ギャップ４８がブレークダウンするまでコンデンサ３７端の電圧は上昇していく。
それにあわせ、チョークコイル３６の二次巻線電圧を整流・平滑したコンデンサ３８１の電圧も上昇していく。

ここで、コンデンサ３７端の電圧が危険電圧になったときのコンデンサ３８１に発生する電圧でトランジスタ３８３にベース電流が流れる電圧値の定電圧ダイオード３８２を用いることにより、共振電圧が上昇しすぎてしまったことを検知してトランジスタ３８３を導通させることが可能となる。

また、このトランジスタ３８３が導通することにより、ブリッジ制御回路３５の動作を停止させるようにすれば、共振電圧が危険電圧になったことを検知しブリッジ制御回路３５の動作を停止させることにより、イグナイタ回路４０に接続されているダイオード４１、４２が過電圧により故障することや、抵抗４３、４４が過電圧により発煙を引き起こしてしまうことを効果的に阻止できる。

以上のように、本実施の形態における高圧放電灯点灯装置は、高圧放電灯５０の始動時におけるイグナイタ回路４０を構成する放電ギャップ４８端のインピーダンスが何らかの原因で低下してしまう問題が発生した場合でも、共振回路の電圧が上昇しすぎてしまったことを検知してブリッジ制御回路３５の動作を停止させるこが可能であるため、イグナイタ回路４０を構成するダイオード４１、４２が過電圧により故障したり、抵抗４３、４４が過電圧により発煙を引き起こしたりしてしまうことを防止することが可能となる。

なお、最も好適な実施例としてフルブリッジ回路３０の動作を停止させて共振電圧の発生を停止するものを示したが、代替例として、トランジスタ３８３のコレクタ・エミッタ端子をＰＷＭ制御回路２８の適当な点に接続してチョッパ回路２０の出力を停止（トランジスタ２１の動作を停止）するようにしてもよい。また、フルブリッジ回路３０及びチョッパ回路２０双方の動作を停止させて動作停止時の待機電力を低減するようにしてもよい。

上記実施例では、放電ギャップ４８のインピーダンスが低下してもイグナイタ回路の故障を効果的に防止できる高圧放電灯点灯装置を示したが、それを用いたアプリケーションとしての光源装置を図９に示す。
図９において、６１は上記で説明した実施例の高圧放電灯点灯装置、６２は高圧放電灯５０が取り付けられるレフレクタ、６３は高圧放電灯点灯装置６１、高圧放電灯５０及びレフレクタ６２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。そして、図示されない映像系の部材等を筐体６３内に適宜配置してプロジェクタが構成される。

上記より、放電ギャップ４８のインピーダンスが低下してもイグナイタ回路の故障を効果的に防止できる高圧放電灯点灯装置を内蔵したので、放電ギャップのインピーダンスの低下をもたらすような高湿または埃の多い環境で使用しても故障のない（あるいは発煙などの危険な故障モードを引き起こさない）信頼性・安全性の高い光源装置を得ることができる。

本発明に係る高圧放電灯点灯装置の実施の形態を示す回路構成図 従来の高圧放電灯点灯装置を示す回路構成図 図２に示した従来例におけるブリッジ回路スイッチング周波数と共振電圧の 関係を示す図 図２に示した従来例におけるバラツキを含めたブリッジ回路スイッチング周波数と共振電圧の関係を示す図 図２に示した従来例におけるブリッジ回路のスイッチング周波数と共振電圧と放電ギャップのブレークダウン電圧のバラツキの関係を示す図 図２に示した従来例におけるブリッジ回路のスイッチング周波数の動作を示す図 図２に示した従来例における実際のブリッジ回路のスイッチング周波数の動作と放電ギャップ電圧の関係を示す図 図２に示した従来例における異常時のブリッジ回路のスイッチング周波数の動作と放電ギャップ電圧の関係を示す図 本発明の光源装置を示す図

符号の説明

１０：直流電源
２０：チョッパ回路
３０：フルブリッジ回路
３１、３２、３３、３４：トランジスタ
３５：ブリッジ制御回路
３６：チョークコイル
３７：コンデンサ
３８０：ダイオード
３８１：コンデンサ
３８２：定電圧ダイオード
３８３：トランジスタ
４０：イグナイタ回路
４１、４２：ダイオード
４３、４４：抵抗
４５、４６：コンデンサ
４７：パルストランス
４８：放電ギャップ
５０：高圧放電灯

Claims (3)

1. 直流電源部と、該直流電源部の出力を受け高圧放電灯へ供給される電力を制限する降圧チョッパ回路と、該降圧チョッパ回路の制限された直流出力を高周波または低周波の交流出力に変換し高圧放電灯に供給するフルブリッジ回路と、該フルブリッジ回路のスイッチング動作により共振電圧を発生する共振回路と、該共振回路による共振電圧を利用して高圧放電灯を始動させるためのイグナイタ回路からなる高圧放電灯点灯装置において、
   前記高圧放電灯が放電を開始する前の始動時において、前記共振電圧を検出する手段と、
   検出された該共振電圧が所定の電圧以上になったことを検出して前記共振回路への電力の供給を停止する手段と
   を備えた高圧放電灯点灯装置。
2. 請求項１記載の高圧放電灯点灯装置において、
   前記停止する手段が、前記フルブリッジ回路の動作を停止する手段からなる高圧放電灯点灯装置。
3. 請求項１又は２記載の高圧放電灯点灯装置、高圧放電灯、該高圧放電灯が取り付けられるレフレクタ、及び少なくとも該高圧放電灯点灯装置を内包する筐体を備えた光源装置。

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