JP2014191261A - プロジェクター及び駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プロジェクターにおいて、ランプ点灯時においては非常に不安定な制御となることを防止しランプ放電を維持できる技術を提供する。
【解決手段】プロジェクター１のＰＷＭコントローラ４０は、ランプ電流がピーク電流を超えたときスイッチング素子２２がオフとなり、ランプ電流が零となったとき又は下限電流より小さいときにスイッチング素子２２をオンとなるようにＰＷＭ変調によるパルス制御を行う。具体的には、バラスト回路１０（ＰＷＭコントローラ４０）は、ランプ通常点灯時は電流臨界モード制御を行い、ランプ点灯直後の所定期間は電流連続モード制御を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、スイッチング動作により駆動する放電ランプを備えたプロジェクター及びその駆動制御方法に関する。

一般的に、プロジェクターにはランプを安定に点灯させるために、ランプ定電力制御回路（バラスト回路）が搭載されている。バラスト回路は、スイッチング電源（降圧回路）にて構成されており、ランプ電圧（通常点灯時６０Ｖ〜１２０Ｖ）にあわせて定電力となるようにランプ電流を制御している。ランプ電圧はランプによって異なり、また点灯時間によっても変化している。

バラスト回路は、スイッチング周波数を固定しＯｎ−Ｄｕｔｙを変化させ定電力制御を行っている。図１（ａ）は電流連続モードにおけるランプ電流の波形、図１（ｂ）はコイル電流の波形、図１（ｃ）はランプ電圧の波形を示した図である。図示のように、この制御はスイッチング電源のスイッチング素子に常に電流が流れているモードであり、一般的に電流連続モード制御と呼ばれている。電流連続モード制御ではランプに流れる電流を検出抵抗等によって検出し、スイッチング制御を行うもので、制御が容易であるため広く使用されている。

しかし、スイッチング素子のＯＮ−ＯＦＦは瞬時に切り替わるわけではなく（ＯＮ−ＯＦＦ遷移時間があるため）、スイッチング素子には常に電流が流れている。このためＯＦＦ→ＯＮ時に、ダイオードのリカバリー特性（逆回復時間）の影響により過電流が流れ、スイッチング損失が増大するという特徴がある。また制御周波数が一定のためＥＭＣ（Electro-Magnetic Compatibility；電磁両立性）が悪化する傾向がある。また、ランプ電流はバラスト回路コイル（Ｌ）と出力コンデンサ（Ｃ）によるＬＣフィルタによって整流された電流波形のため、ＬＣフィルタによる１次遅れが発生する。つまり、スイッチングしている電流とランプ電流に時間遅れが発生する。このためスイッチングしている電流と制御に使用している基準電流（ランプ電流）が異なり、電流が急激に変化するタイミング（ランプ点灯時）については制御遅れが発生し、過電流が流れてしまうといった課題がある。

これらの特徴を解決した制御方法として、図２に示すような、電流臨界モード制御がある。図２（ａ）は電流臨界モードにおけるランプ電流の波形、図２（ｂ）はコイル電流の波形、図２（ｃ）はランプ電圧の波形を示した図である。電流臨界モード制御は電流が０となる点において、スイッチング素子をＯＦＦ→ＯＮする。このため、過大な電流が流れず損失も低減できる。また電流が０となる時間は、入力電圧／出力電圧／インダクタによって決まり、スイッチング周波数も一定でないためＥＭＣにも有効である。

ただし、電流臨界モードのスイッチング時間は上述のごとく入力電圧／出力電圧／インダクタに決定されることから、バラスト回路については入力電圧及びインダクタは一定であるため、出力電圧＝ランプ電圧によってスイッチング時間が決定される。ランプ電圧は通常点灯時は６０Ｖ〜１２０Ｖであるが、ランプ点灯瞬間は約０Ｖであり、また非常に不安定な状態となっている。放電が安定していないため、０Ｖとなったり、放電が止まり３００Ｖ程度まで上昇することもある。このように、電流臨界モードのスイッチング制御はランプ電圧によって決定されるため、ランプ点灯時においては非常に不安定な制御となってしまう。

そこで電流臨界モード制御の上記課題を解決するために、例えば、ＰＦＣ回路において、電流臨界モードと不連続モードに切り替えて制御を行い、負荷が軽いときに電圧の上昇を回避する技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２９１０３４号公報

ところで、特許文献１に開示の技術では、ランプ点灯時、つまりランプの負荷が軽いときの制御を不連続モード制御とするとランプの放電が維持できなくなる可能性があるため別の技術が求められていた。

本発明は以上のような状況に鑑みなされたものであって、上記課題を解決する技術を提供することを目的とする。

本発明は、スイッチング素子と、前記スイッチング素子のパルス駆動により発光制御される放電ランプと、前記スイッチング素子のパルス駆動を制御するコントローラと、を備えるプロジェクターであって、前記コントローラは、点灯直後の所定期間においては電流連続モードで制御を行い、前記所定期間経過後においては電流臨界モードで制御を行い、前記電流連続モードは、ランプ電流が第１の設定値のピーク電流となったときにスイッチング制御のスイッチングをオフし、前記第１の設定値より低くかつ零電流でない第２の設定値である下限電流になったときにスイッチングをオンする制御である。
前記電流臨界モードから前記電流臨界モードへは、ランプ電圧が所定の点灯電圧に到達後に切り換えてもよい。
本発明の方法は、スイッチング素子と、前記スイッチング素子のパルス駆動により発光制御される放電ランプを備えるプロジェクターにおける前記スイッチング素子の駆動制御方法であって、点灯直後の所定期間において行う電流連続モードと、前記所定期間経過後においては電流臨界モードとを有し、前記電流連続モードは、ランプ電流が第１の設定値であるピーク電流となったときにスイッチング制御のスイッチングをオフし、前記第１の設定値より低くかつ零電流でない第２の設定値である下限電流になったときにスイッチングをオンする制御を実行する。
前記電流臨界モードから前記電流臨界モードへは、ランプ電圧が所定の点灯電圧に到達後に切り換えてもよい。

本発明によれば、プロジェクターにおいて、ランプ点灯時においては非常に不安定な制御となることを防止しランプ放電を維持できる技術を提供することができる。

背景技術に係る、電流連続モードにおける電流及び電圧の波形を示した図である。 背景技術に係る、電流臨界モードにおける電流及び電圧の波形を示した図である。 実施形態に係る、プロジェクターの機能ブロック図である。 実施形態に係る、電流連続モードと電流臨界モードを混在させる場合の電流及び電圧の波形を示した図である。

つぎに、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。

本実施形態の概要は次の通りである。図３は、本実施形態に係るプロジェクター１の概略構成を示す機能ブロック図であって、主に、バラスト回路１０に着目して示しており、画像処理や光学系等の構成については省略している。

図示のように、プロジェクター１は、ランプ９０と、商用交流電源（入力ＡＣ２）を取得しランプ９０の発光駆動を制御するバラスト回路１０と、ＰＷＭコントローラ４０と、電力制御基準信号生成部５０と、を備える。ランプ９０は、アーク放電を利用した高輝度放電ランプである。

バラスト回路１０は、ランプ９０の発光駆動を制御する回路である。具体的には、は、バラスト回路１０は、入力ＡＣ２からの電力を所定の直流電力に変換するＡＣ整流ダイオード１４と、力率改善回路２０と、スイッチング素子２２と、バラスト回路コイル２４と、入力コンデンサ２６と、整流ダイオード２８と、ランプ点灯用高圧回路３０と、出力コンデンサ３２と、電流検出部３４とを備える。

具体的な接続経路は次の通りである。すなわち、力率改善回路２０のプラス側から、直列的に、スイッチング素子２２、バラスト回路コイル２４、ランプ９０、電流検出部３４が配置され、電流検出部３４の経路が力率改善回路２０の基準電位側に戻る。

力率改善回路２０のプラス側端子と基準電位側端子との間には入力コンデンサ２６が配置され、スイッチング素子２２とバラスト回路コイル２４の間の接続点と基準電位との間に整流ダイオード２８がアノードを基準電位側として配置される。バラスト回路コイル２４とランプ９０との間の接続点と基準電位側との間に出力コンデンサ３２が配置される。そして、出力コンデンサ３２の両端側にランプ９０が接続される。出力コンデンサ３２の基準電位側と整流ダイオード２８のアノード側の間には電流検出部３４が接続される。電流検出部３４の検出結果（ランプ電流検出信号）は、ＰＷＭコントローラ４０及び電力制御基準信号生成部５０に出力される。

さらに、出力コンデンサ３２の両端には、ランプ９０に高電圧を加えて放電をスタートさせるランプ点灯用高圧回路３０がランプ９０への通常の経路とは並列に配置されている。

つぎに、制御部として機能するＰＷＭコントローラ４０及び電力制御基準信号生成部５０について説明する。

ＰＷＭコントローラ４０は、ランプ電流がピーク電流を超えたときスイッチング素子２２がオフとなり、ランプ電流が零（０Ａ）となったとき又は下限電流より小さいときにスイッチング素子２２をオンとなるようにＰＷＭ変調によるパルス制御を行う。

電力制御基準信号生成部５０は、ランプ電圧と電流検出部３４からのランプ電流検出信号（ランプ電流）とを取得し、ランプ電圧及びランプ電流とをもとに、定電力となるように基準信号を生成する。

以上の構成のプロジェクター１におけるバラスト回路１０による制御方法について図４を参照して説明する。ここで、図４（ａ）はランプ電流の波形を示し、図４（ｂ）はコイル電流の波形を示し、図４（ｃ）はランプ電圧の波形を示している。

バラスト回路１０に電流臨界モード制御を適用した場合、起動後一定時間経過した後の通常点灯時はランプ電圧は安定しているため問題ないが、ランプ点灯時（起動直後）が不安定となる。よってバラスト回路１０は、ランプ電圧が所定の点灯電圧（ランプ点灯安定領域）に到達後のランプ通常点灯時は電流臨界モード制御を行い、ランプ点灯直後の所定期間は電流連続モード制御を行う。具体的な電流臨界モード制御及び電流連続モード制御の処理はつぎに説明する。

電流連続モードの処理例として、平均電流を算出し、その平均電流からＯＮ−Ｄｕｔｙが決定され制御が実行されてもよいが、本実施形態の電流連続モードでは、電流臨界モード制御と同様に、ピーク電流を検出し設定値（第１のピーク電流Ｉｍａｘ１）となったときにスイッチング制御のスイッチングをオフする。スイッチング制御のスイッチングをオンするときは、電流臨界モード制御では零電流（０Ａ）であるが、本実施形態の電流連続モードでは零電流でない下限設定値（下限電流Ｉｍｉｎ＝Ｉｌｏｗ）を設定し、その下限設定値Ｉｌｏｗの電流になったときにスイッチングをオンする。

ランプ点灯時においては、上記の下限電流Ｉｍｉｎ＝０Ａとすると、下限電流Ｉｍｉｎ＝０Ａとなる時間が長くなる。そこで、下限電流Ｉｍｉｎ＝０Ａではなく、出力電流Ｉｏｕｔより小さい値とする。ここでは、出力電流Ｉｏｕｔ＝（Ｉｍａｘ+Ｉｍｉｎ）／２、下限電流Ｉｍｉｎ＝Ｉｌｏｗのときスイッチング素子をＯＦＦ→ＯＮする制御とする。

電流臨界モード制御では、スイッチング電源の電流ピーク（第２のピーク電流Ｉｍａｘ２）と電流下限値（下限電流Ｉｍｉｎ）とを監視し、出力電流Ｉｏｕｔ＝Ｉｍａｘ／２、下限電流Ｉｍｉｎ＝０Ａのときスイッチング素子をＯＦＦ→ＯＮする制御を行う。

ここで電流連続モード制御において、上述のように平均電流を使用する制御も想定できる。電流臨界モード制御ではスイッチング制御のピーク電流と零電流、電流連続モード制御では平均電流と、検出する電流のタイプが異なっている。ピーク電流と零電流はスイッチング部分の電流、平均電流は出力電流（ＬＣフィルタ後の電流））よってそれぞれの制御で異なった電流検出回路が必要となる。

しかし、本実施形態の電流連続モード制御では、通常点灯時における電流臨界モード制御の下限電流Ｉｍｉｎ＝０Ａの設定を変更するのみでよく、特別な制御回路の追加なしで実現できる。また、ランプ点灯時の制御は電流０Ａでのスイッチングではないため損失が増大するが、点灯開始から６〜１０秒間のみの制御のため、電力損失の実質的な増大にはならない。なお、平均電流を使用する制御した場合の上記課題が許容できる範囲であれば、平均電流を使用する制御が用いられてもよい。

また、電流連続モード制御において、平均電流を使用してもよいが、ＬＣフィルタ後の電流のため、検出電流と実際の電流に遅れが生じる。したがって、本実施形態の様に制御がより好ましい。つまり、本実施形態の電流連続モード制御はスイッチング制御部分の電流を使用しているため、検出電流と実際の電流に遅れがない。よって実際の電流に沿った制御が可能となり、ランプ点灯電圧の起動特性を一層向上できる。

ランプ点灯時のバラスト制御において、電流臨界モード制御と類似の特性を有する電流連続モード制御の採用が可能となり、電力損失の低減、ＥＭＣの改善が可能とり、その結果、冷却ファンの削減や損失の大きい安価な素子の使用が可能となりコストを低減させることができる。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１ プロジェクター
２ 入力ＡＣ
１０ バラスト回路
１４ ＡＣ整流ダイオード
２０ 力率改善回路
２２ スイッチング素子
２４ バラスト回路コイル
２６ 入力コンデンサ
２８ 整流ダイオード
３０ ランプ点灯用高圧回路
３２ 出力コンデンサ
３４ 電流検出部
４０ ＰＷＭコントローラ
５０ 電力制御基準信号生成部
９０ ランプ

Claims (4)

1. スイッチング素子と、前記スイッチング素子のパルス駆動により発光制御される放電ランプと、前記スイッチング素子のパルス駆動を制御するコントローラと、を備えるプロジェクターであって、
   前記コントローラは、点灯直後の所定期間においては電流連続モードで制御を行い、前記所定期間の経過後においては電流臨界モードで制御を行い、
   前記電流連続モードは、ランプ電流が第１の設定値のピーク電流となったときにスイッチング制御のスイッチングをオフし、前記第１の設定値より低くかつ零電流でない第２の設定値である下限電流になったときにスイッチングをオンする制御である
   ことを特徴とするプロジェクター。
2. 前記電流臨界モードから前記電流臨界モードへは、ランプ電圧が所定の点灯電圧に到達後に切り換えることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
3. スイッチング素子と、前記スイッチング素子のパルス駆動により発光制御される放電ランプを備えるプロジェクターにおける前記スイッチング素子の駆動制御方法であって、
   点灯直後の所定期間において行う電流連続モードと、前記所定期間の経過後において行う電流臨界モードとを有し、
   前記電流連続モードは、ランプ電流が第１の設定値であるピーク電流となったときにスイッチング制御のスイッチングをオフし、前記第１の設定値より低くかつ零電流でない第２の設定値である下限電流になったときにスイッチングをオンする制御を実行することを特徴とする駆動制御方法。
4. 前記電流臨界モードから前記電流臨界モードへは、ランプ電圧が所定の点灯電圧に到達後に切り換えることを特徴とする請求項３に記載の駆動制御方法。

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