JP2010170966A - 高圧放電灯点灯装置及びそれを用いた照明器具とプロジェクタ用の光源点灯装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】極性反転回路3から共振回路4を介して高圧放電灯Laに高周波電圧を印加するイグニッションモードと、イグニッションモードの後に高圧放電灯の電極を予熱する予熱モードと、予熱モードの後に高圧放電灯にアーク放電を継続して起こるように低周波の矩形波電圧を印加させる通常点灯モードを具備した高圧放電灯点灯装置において、イグニッションモード区間に予熱モード区間の周波数以下の低い周波数を1回又は複数回挿入する。
【選択図】図1
Description
図19はイグニッションモード区間でブレイクダウンしなかった場合の高圧放電灯に印加される電圧及び、極性反転回路の駆動周波数の時間的変化を示したものである。図20はイグニッションモード区間でブレイクダウンした場合の高圧放電灯に印加される電圧、高圧放電灯に流れる電流及び、極性反転回路の駆動周波数の時間的変化を示したものである。イグニッションモード区間では、高圧放電灯Laに印加される電圧を、定常点灯時の点灯周波数よりも十分に高い周波数とし、極性反転回路3のスイッチング素子Q2とQ5、Q3とQ4のペアを交互に高周波でスイッチング動作させる。
図21、図22に示す従来例2の制御では、高圧放電灯の製品ばらつきや寿命末期に始動電圧が上昇した場合においても良好な始動動作を確保するために、極性反転回路3の対角位置に配置されたスイッチング素子Q2、Q5及びスイッチング素子Q3、Q4のペアを交互にオン・オフし、駆動周波数を共振回路4の共振点を通るように、所定の周波数範囲で掃引(スイープ)しながら始動制御を行っている。また、上記周波数で駆動した場合と略同一の電圧振幅を得ながら共振回路4を構成する部品を小型化する観点から、共振周波数の奇数分の一(1/(2n+1)、nは自然数)の周波数を極性反転回路4の始動制御時の駆動周波数としている場合もある。奇数倍の周波数による共振電圧の振幅は、倍率が高くなるほど漸減するが、特に3倍に設定すると、高圧放電灯に直列に接続されたインダクタL2と並列に接続されたコンデンサC2とで決まる共振周波数で駆動した場合と略同等の電圧振幅を得ることができ、共振回路4の小型化も可能となる。
図1は本発明の実施形態1の制御を適用される高圧放電灯点灯装置の基本構成を示す回路図である。直流電源1にダウンコンバータ2が接続され、ダウンコンバータ2の出力に、極性反転回路3が接続されている。極性反転回路3のスイッチング素子Q2,Q3の接続点と、スイッチング素子Q4,Q5の接続点の間には、インダクタL2とコンデンサC2の直列回路が接続されている。インダクタL2とコンデンサC2の直列回路は共振回路4を構成している。コンデンサC2の両端には高圧放電灯Laが並列的に接続されている。インダクタL2とコンデンサC2の接続点には、電圧検出回路5が接続されている。スイッチング素子Q2〜Q5は制御回路6によりオン・オフを制御される。
図6は本発明の実施形態1の一変形例を示す回路図である。本例では、極性反転回路3を構成する4つのスイッチング素子Q2〜Q5のうち、スイッチング素子Q4、Q5をコンデンサC4、C5に置き換えたものである。スイッチング素子Q2、Q3の制御は実施形態1と同じで良く、同様の効果が得られる。図1に示したフルブリッジ回路に比べると、共振回路4に印加される電圧は半分となるが、図6に示したハーフブリッジ回路では、スイッチング素子Q4、Q5を省略できるので、安価に構成できる。
図7は本発明の実施形態2の回路図である。本実施形態は、図1のダウンコンバータ2の機能を極性反転型降圧チョッパ回路3で兼用したものである。極性反転型降圧チョッパ回路3は、直流電源1を降圧された電圧振幅の矩形波交流電圧に変換して、高圧放電灯Laに印加する機能を有している。
図9は本発明の実施形態2の一変形例を示す回路図である。本例では、図7の平滑用コンデンサC1の代わりに、スイッチング素子Q4と降圧チョッパ用インダクタL1と並列になるように平滑用コンデンサC4を接続し、また、スイッチング素子Q5と降圧チョッパ用インダクタL1と並列になるように平滑用コンデンサC5を接続したものである。また、図7のスイッチング素子Q3と並列に接続されていたインダクタL2とコンデンサC2の直列回路よりなる共振回路4を、スイッチング素子Q2,Q3の接続点とコンデンサC4,C5の接続点の間に接続している。このような構成であっても実施形態2と同様の制御により、極性反転型降圧チョッパ回路3を駆動することにより、同様の効果が得られる。
図10は本発明の実施形態3の回路図である。図7に示した実施形態2と異なる点は、共振回路4を構成するインダクタL2を1次巻線n1と2次巻線n2を有するオートトランスの構成とした点である。インダクタL2の1次巻線n1と共振用コンデンサC2がフルブリッジ回路の1つのスイッチング素子Q3の両端に並列接続されている。2次巻線n2は共振用コンデンサC2と高圧放電灯Laの間に挿入されている。1次巻線n1と2次巻線n2は加極性となるように巻かれており、1次巻線n1の共振電圧を昇圧した高電圧が高圧放電灯Laに印加される。
図11は本発明の実施形態3の一変形例を示す回路図である。図9に示した構成において、共振回路4を構成するインダクタL2を1次巻線n1と2次巻線n2を有するオートトランスの構成とした点が異なる。インダクタL2の1次巻線n1と共振用コンデンサC2の直列回路がスイッチング素子Q2,Q3の接続点とコンデンサC4,C5の接続点の間に接続されている。2次巻線n2は共振用コンデンサC2と高圧放電灯Laの間に挿入されている。1次巻線n1と2次巻線n2は加極性となるように巻かれており、1次巻線n1の共振電圧を昇圧した高電圧が高圧放電灯Laに印加される。その他の構成及び動作は図9に示した回路と同じである。
図12は本発明の実施形態4の回路図である。図1の実施形態と異なる点は、共振回路4を構成するインダクタを2個使用し、オートトランスの構造とした点である。第1のインダクタL1の1次巻線n1をスイッチング素子Q2,Q3の接続点に接続し、第2のインダクタL2’の1次巻線n1’をスイッチング素子Q4,Q5の接続点に接続している。インダクタL2の1次巻線n1と共振用コンデンサC2とインダクタL2’の1次巻線n1’の直列回路がスイッチング素子Q2,Q3の接続点とスイッチング素子Q4,Q5の接続点の間に接続されている。また、各インダクタL2,L2’の2次巻線n2,n2’を高圧放電灯Laと直列に接続し、高圧放電灯Laと2次巻線n2,n2’と共振用のコンデンサC2とで閉回路を構成している。その他の構成及び動作は図1に示した回路と同じである。
本発明の実施形態5の制御動作について、図14〜図16を用いて説明する。図14はイグニッションモードでブレイクダウンしない場合の高圧放電灯に印加される電圧及び極性反転回路の駆動周波数を示したものである。図15、図16はイグニッションモードでブレイクダウンした場合の高圧放電灯に印加される電圧、高圧放電灯に流れる電流及び、極性反転回路の駆動周波数を示したものである。本実施形態では、実施形態1で述べたイグニッションモード区間(約1秒)は確保しているが、高圧放電灯の点灯状態を監視し、高圧放電灯が点灯したことを電圧検出回路5によって検出すると、イグニッションモード区間から予熱モード区間へ移行させている。
図17は本発明の実施形態6の概略構成図である。この装置は、リフレクタ21を備えた高圧放電灯Laと、実施形態1〜5のいずれかの高圧放電灯点灯装置20と、画像を表示する画像表示素子22と、画像表示素子22からの光を集光してスクリーンに投射する光学系23と、これらの構成要素を収納するケース(図示せず)を備えた画像表示装置である。画像表示素子22は透過型であっても良いし、反射型であっても良い。
図18は本発明の高圧放電灯点灯装置を用いた照明器具の構成例を示す。(a)、(b)はそれぞれスポットライトに高圧放電灯を用いたトラックライト対応器具、(c)はダウンライトに高圧放電灯を用いた例であり、図中、15は点灯装置の回路を格納した電子バラスト、16は高圧放電灯を装着した灯体、17は配線である。これらの照明器具を複数組み合わせて照明システムを構築しても良い。これらの点灯装置として前述の実施形態1〜5の高圧放電灯点灯装置を用いることで立ち消えなく、確実に高圧放電灯を安定点灯することが可能な照明器具を提供することができる。
2 ダウンコンバータ
3 極性反転回路
4 共振回路
5 電圧検出回路
6 制御回路
La 高圧放電灯
Claims (8)
- 直流電源と、前記直流電源の電圧を降圧するダウンコンバータと、前記ダウンコンバータの直流出力を極性反転して高圧放電灯へ印加する極性反転回路と、前記極性反転回路の出力に接続されて高圧放電灯に始動電圧を供給するインダクタとコンデンサの直列共振回路と、極性反転回路の駆動周波数を制御する制御回路と備え、
前記制御回路は、前記極性反転回路により高周波電圧を前記高圧放電灯に印加するイグニッションモードと、イグニッションモードの後に高圧放電灯の電極を予熱する予熱モードと、予熱モードの後に高圧放電灯にアーク放電を継続して起こるように低周波の矩形波電圧を印加させる通常点灯モードを具備した高圧放電灯点灯装置において、イグニッションモード区間に予熱モード区間の周波数以下の低い周波数を1回又は複数回挿入することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。 - 直流電源と、前記直流電源の出力を極性反転させる極性反転回路と、極性反転回路の出力と高圧放電灯の間に接続された降圧チョッパ用のフィルタ回路と、前記極性反転回路に接続されて高圧放電灯に始動電圧を供給するインダクタとコンデンサの直列共振回路と、極性反転回路の駆動周波数を制御する制御回路と備え、
前記制御回路は、前記極性反転回路により高周波電圧を前記高圧放電灯に印加するイグニッションモードと、イグニッションモードの後に高圧放電灯の電極を予熱する予熱モードと、予熱モードの後に高圧放電灯にアーク放電を継続して起こるように低周波の矩形波電圧を印加させる通常点灯モードを具備した高圧放電灯点灯装置において、イグニッションモード区間に予熱モード区間の周波数以下の低い周波数を1回又は複数回挿入することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。 - 直流電源と、前記直流電源を極性反転させる極性反転回路と、前記直流電源に並列接続された2つのキャパシタの直列回路と、前記極性反転回路の一方の出力端と前記2つのキャパシタの接続点間に接続された降圧チョッパ用のインダクタと、前記2つのキャパシタの接続点と前記極性反転回路の他方の出力端に接続された負荷回路と、前記極性反転回路の出力に接続されて高圧放電灯に始動電圧を供給するインダクタとコンデンサの直列共振回路と、極性反転回路の駆動周波数を制御する制御回路と備え、
前記制御回路は、前記極性反転回路により高周波電圧を前記高圧放電灯に印加するイグニッションモードと、イグニッションモードの後に高圧放電灯の電極を予熱する予熱モードと、予熱モードの後に高圧放電灯にアーク放電を継続して起こるように低周波の矩形波電圧を印加させる通常点灯モードを具備した高圧放電灯点灯装置において、イグニッションモード区間に予熱モード区間の周波数以下の低い周波数を1回又は複数回挿入することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。 - 請求項1〜3のいずれかにおいて、イグニッションモードでは極性反転回路の駆動周波数を、共振回路のインダクタとコンデンサの共振周波数の奇数分の一の周波数に近づくように周波数掃引することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
- 請求項1〜4のいずれかにおいて、共振回路のインダクタをトランスの一次巻線と二次巻線が加極性となるオートトランス構造とし、一次巻線を共振回路のコンデンサと直列に接続すると共に、二次巻線を高圧放電灯と直列に接続したことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
- 請求項1〜5のいずれかにおいて、イグニッションモード時に高圧放電灯の点灯を検出する手段を備え、点灯検出後直ちに又は所定時間の経過後に予熱モードへ移行させることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置を備える照明器具。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置を備えるプロジェクタ用の光源点灯装置。
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