JP3738712B2

JP3738712B2 - 高圧放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP3738712B2
Application number: JP2001243654A
Authority: JP
Inventors: 純一長谷川; 浩士渡邊; 聖明内橋
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2021-08-10
Also published as: JP2003059684A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高圧放電灯に交流ランプ電流を供給して高圧放電灯を点灯させる高圧放電灯点灯装置において、高圧放電灯が点灯中に発生するフリッカ（放電アークの揺らぎ）を著しく抑制する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高圧放電灯（以下、ランプと略す）を低い周波数の交流ランプ電流で点灯動作させると、ランプの電極が急速に侵食されるのを防止するだけでなく、ランプを比較的高い効率で点灯させることができることは知られている。このようなランプの点灯に関する問題として、電極温度とその電極表面の状態に依存して電極近傍にある放電アークが不安定になることがある。その原因の一つとしては、放電アークの起点が電極表面にある一つのスポットからもう一つ別のスポットにジャンプすることがある。電極表面が冷た過ぎる場合には、放電アークは電極近傍では極めて薄く、従って、電極表面の起点が過熱され、これにより微小バイクを生ずるようになる。点灯動作中に放電アークの起点がこれら微小バイク間でジャンプすると、高圧放電灯にフリッカが生じる。このフリッカは電極温度が高過ぎることによっても生じる。この状態の下では電極材料が絶えず変位し蒸発して放電アークの不安定性の原因となる。
【０００３】
高圧放電灯を交流電流で動作させる場合には、ランプの電極はランプ電流の一方の半周期では陰極として機能し、他方の半周期では陽極として機能する。これら半周期中、電極はそれぞれ陰極フェーズまたは陽極フェーズにあると言うことができる。陽極フェーズで電極から除去される電極材料は、陰極フェーズではイオン流として電極に戻る。これらの移送プロセスはランプ電流の一周期中、電極温度の挙動を決定する。その理由は陽極フェーズにおける電極温度の時間依存性が陰極フェーズにおける電極温度依存性と異なるからである。このために、電極温度がランプ電流の一周期中の全体に亘って強く変化して放電アークが陽極フェーズでは電極の表面の種々の箇所から発生するようになる。しかし、陰極フェーズでは同一電極の表面での放電アークの発生はこれら種々の箇所のうちの１箇所のみに限定されるようになる。
【０００４】
この挙動は、高圧放電灯を投影テレビジョンのような光学的用途に用いる場合には特に許容しないものとなる。これらの用途では電極間距離は極めて短くする必要がある。その理由は放電アークを点光源に近づける必要があるからである。しかし、電極間距離を極めて短くすることにより、放電アークが交互の陰極フェーズにおいて、電極の異なる箇所から発生するため、全放電アーク中不安定となり、従ってフリッカが極めて強くなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、高圧放電灯に低周波の交流ランプ電流を供給して高圧放電灯を点灯させる高圧放電灯点灯装置において、高圧放電灯が点灯中に発生するフリッカ（放電アークの揺らぎ）を著しく抑制することを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にあっては、上記の課題を解決するために、図１に示すように、直流電源Ｅから供給される電圧をダウンコンバータ１により降圧させた電圧を平滑コンデンサＣ１に蓄えて、この平滑コンデンサＣ１の電圧を極性反転回路により極性反転させることで高圧放電灯Ｌａに低周波の交流ランプ電流を供給する高圧放電灯点灯装置であって、前記ダウンコンバータ１および極性反転回路を制御する制御回路を備え、該制御回路は、低周波の交流ランプ電流波形の各半周期毎の極性反転直前に高周波動作を１周期挿入するように前記極性反転回路を制御するとともに、低周波動作時のランプ電流波形のピーク値よりもその各半周期毎の極性反転直前に挿入した高周波動作時のランプ電流波形のピーク値を極性反転直前のランプ電流と同一極性側のみ高くするように前記ダウンコンバータ１を制御し、かつ、高周波動作時のランプ電流波形のピーク値を高くした部分のみ、時間幅を大きくするように前記極性反転回路を制御することを特徴とするものである。また、高周波動作は２周期以上挿入しても良く、その場合には、最後の周期のみ極性反転直前のランプ電流と同一極性側だけ高周波動作時のランプ電流波形のピーク値を高くするとともに、時間幅を大きくすると良い。なお、低周波の交流ランプ電流とは、例えば約１ＫＨｚ以下の矩形波電流であり、また、高周波動作の周波数については、ランプ両電極の温度を一瞬均一化させるのに適する周波数に設定される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１に第一の実施の形態の回路図を示す。以下、その回路構成について説明する。直流電源Ｅの正極にはスイッチング素子Ｑ１の一端が接続され、スイッチング素子Ｑ１の他端にはチョークコイルＬ１の一端とダイオードＤ１のカソードが接続されている。ダイオードＤ１のアノードは直流電源Ｅの負極に接続されている。スイッチング素子Ｑ１とチョークコイルＬ１およびダイオードＤ１はダウンコンバータ１を構成している。チョークコイルＬ１の他端は電流計▲１▼を介してコンデンサＣ１の一端に接続されている。コンデンサＣ１の他端は電流検出用の抵抗Ｒ１を介して直流電源Ｅの負極に接続されている。コンデンサＣ１に充電された直流電圧は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の直列回路と、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の直列回路に印加される。スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の接続点には、高圧放電灯Ｌａの一端が接続されている。高圧放電灯Ｌａの他端は電流計▲２▼と高圧発生回路７を介してスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の他端に接続されている。高圧発生回路７はコンデンサＣ１の直流電圧を用いて高圧放電灯Ｌａを始動させるための高圧パルスを発生させ、始動後は高圧パルスの発生を停止する。
【０００８】
図２に本実施の形態のランプ点灯時の各部の動作波形を示す。図中、（ａ）はランプ電流波形、（ｂ）はチョークコイルＬ１に流れる電流、（ｃ）はスイッチング素子Ｑ２とＱ５の制御信号、（ｄ）はスイッチング素子Ｑ３とＱ４の制御信号、（ｅ）はスイッチング素子Ｑ１の制御信号である。図２において、横軸（時間軸）方向の中央部について図示を省略してあるが、この図示を省略した部分の波形はその直前と直後に描かれている波形の繰り返しとなっている。
【０００９】
本実施の形態では、直流電源Ｅから供給される電圧をダウンコンバータ１により降圧させ、コンデンサＣ１に電圧が蓄えられる。そして高圧発生回路７によりランプＬａに高圧パルスが印加され、電極間で絶縁破壊を起こし、放電が開始される。放電開始後、コンデンサＣ１に蓄えられていた電荷がランプＬａへ一気に流れ込む。その後、電圧検出回路２、電流検出回路３によりランプＬａの電圧、電流を検出し、電力演算回路４によりランプＬａへ供給する電力を演算し、ＰＷＭ制御回路５を介してダウンコンバータ１にフィードバックし、ダウンコンバータ１のパルス幅を制御し、ランプＬａへ電力を供給する。コンデンサＣ１はダウンコンバータ１による高周波リップル電流を低減するための平滑コンデンサである。また制御回路６は４つのスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５よりなる極性反転回路を制御すると共に、チョークコイルＬ１に流れるピーク電流を検知し、周波数も制御している。
【００１０】
定常点灯時の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ５の動作は図２の通りで、各半周期毎にスイッチング素子Ｑ２、Ｑ５とスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４のペアで動作する一般的なフルブリッジ回路である。スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態になるとチョークコイルＬ１に流れる電流は右上がりに上昇し、制御回路６で規定させたピーク電流値に達すると、スイッチング素子Ｑ１はＯＦＦされて、チョークコイルＬ１の電流は右下がりに減少する。そしてチョークコイルＬ１の電流値がゼロになると、制御回路６が検知し、再度スイッチング素子Ｑ１をＯＮさせる。これが繰り返し行われる。
【００１１】
極性反転時以外の通常時の動作については約１ＫＨｚ以下の低周波でランプ電流の極性が反転する矩形波動作であり、図２（ｃ）〜（ｅ）に示すように、スイッチング素子Ｑ２とＱ５がオンでスイッチング素子Ｑ３とＱ４がオフの状態でスイッチング素子Ｑ１が高周波でオン・オフすることにより、コンデンサＣ１の電圧がランプＬａに一方の極性で印加される状態と、スイッチング素子Ｑ２とＱ５がオフでスイッチング素子Ｑ３とＱ４がオンの状態でスイッチング素子Ｑ１が高周波でオン・オフすることにより、コンデンサＣ１の電圧がランプＬａに他方の極性で印加される状態とが低周波で交互に反転する。
【００１２】
本実施の形態は低周波でランプ電流の極性が反転する矩形波動作の極性反転直前に高周波動作を１周期だけ行なうことを特徴とするものである。すなわち、極性反転直前に５つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ５にて高周波動作（スイッチング素子Ｑ２、Ｑ５とスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４のペア及びスイッチング素子Ｑ１で動作する）を１周期行ない、その後、極性を反転する。このように、極性反転直前に高周波動作を一周期させることにより、ランプ両電極の温度を一瞬均一化させて、高圧放電灯Ｌａが点灯中に発生するフリッカ（極性反転後の放電アークの揺らぎ）を抑制することができる。
【００１３】
（実施の形態２）
図３に第二の実施の形態におけるランプ点灯時の各部の動作波形を示す。本実施の形態の回路構成は図１と同じである。図３の波形図において、（ａ）はランプ電流波形、（ｂ）はチョークコイルＬ１に流れる電流、（ｃ）はスイッチング素子Ｑ２とＱ５の制御信号、（ｄ）はスイッチング素子Ｑ３とＱ４の制御信号、（ｅ）はスイッチング素子Ｑ１の制御信号である。
【００１４】
図３の波形図では、実施の形態１において、高周波動作時のチョークコイルＬ１に流れる電流ピーク値を通常時（低周波の矩形波動作時、以下の実施の形態でも同様）より上げることにより、さらにランプ両端に多くの電流を流してやり、両電極の温度を一瞬均一化させて、反転後の放電アークを安定させるものである。
【００１５】
（実施の形態３）
図４に第三の実施の形態におけるランプ点灯時の各部の動作波形を示す。本実施の形態の回路構成は図１と同じである。図４の波形図において、（ａ）はランプ電流波形、（ｂ）はチョークコイルＬ１に流れる電流、（ｃ）はスイッチング素子Ｑ２とＱ５の制御信号、（ｄ）はスイッチング素子Ｑ３とＱ４の制御信号、（ｅ）はスイッチング素子Ｑ１の制御信号である。
【００１６】
図４の波形図では、実施の形態２において、極性反転前のランプ電流と同一極性側のみチョークコイルＬ１に流れる電流ピーク値を通常時より上げることにより、実施の形態２よりも電極へのダメージを軽減しながら、陽極（極性反転後は陰極）の温度を上げてやり、極性反転後の放電アークを安定させるものである。
【００１７】
（実施の形態４）
図５に第四の実施の形態におけるランプ点灯時の各部の動作波形を示す。本実施の形態の回路構成は図１と同じである。図５の波形図において、（ａ）はランプ電流波形、（ｂ）はチョークコイルＬ１に流れる電流、（ｃ）はスイッチング素子Ｑ２とＱ５の制御信号、（ｄ）はスイッチング素子Ｑ３とＱ４の制御信号、（ｅ）はスイッチング素子Ｑ１の制御信号である。
【００１８】
図５の波形図では、実施の形態３において、ランプ電流と同一極性側のみチョークコイルＬ１に流れる電流ピーク値を通常時より上げ、更にこの部分の時間幅を大きくすることにより、さらに陽極（極性反転後は陰極）の温度を上げてやり、極性反転後の放電アークを安定させるものである。この実施の形態４が請求項１の発明に対応しており、実施の形態１〜３はその前提となる構成を示したものである。
【００１９】
（実施の形態５）
図６に第五の実施の形態におけるランプ点灯時の各部の動作波形を示す。本実施の形態の回路構成は図１と同じである。図６の波形図において、（ａ）はランプ電流波形、（ｂ）はチョークコイルＬ１に流れる電流、（ｃ）はスイッチング素子Ｑ２とＱ５の制御信号、（ｄ）はスイッチング素子Ｑ３とＱ４の制御信号、（ｅ）はスイッチング素子Ｑ１の制御信号である。
【００２０】
図６の波形図では、実施の形態１において、極性反転直前に高周波動作を２周期以上させることにより、ランプ両電極の温度をさらに一瞬均一化させて、極性反転後の放電アークを安定させるものである。
【００２１】
（実施の形態６）
図７に第六の実施の形態におけるランプ点灯時の各部の動作波形を示す。本実施の形態の回路構成は図１と同じである。図７の波形図において、（ａ）はランプ電流波形、（ｂ）はチョークコイルＬ１に流れる電流、（ｃ）はスイッチング素子Ｑ２とＱ５の制御信号、（ｄ）はスイッチング素子Ｑ３とＱ４の制御信号、（ｅ）はスイッチング素子Ｑ１の制御信号である。
【００２２】
図７の波形図では、実施の形態５において、高周波動作時のチョークコイルＬ１に流れる電流ピーク値を通常時より上げることにより、さらにランプ両端に電流を流してやり、さらに両電極の温度を一瞬均一化させて、極性反転後の放電アークを安定させるものである。
【００２３】
（実施の形態７）
図８に第七の実施の形態におけるランプ点灯時の各部の動作波形を示す。本実施の形態の回路構成は図１と同じである。図８の波形図において、（ａ）はランプ電流波形、（ｂ）はチョークコイルＬ１に流れる電流、（ｃ）はスイッチング素子Ｑ２とＱ５の制御信号、（ｄ）はスイッチング素子Ｑ３とＱ４の制御信号、（ｅ）はスイッチング素子Ｑ１の制御信号である。
【００２４】
図８の波形図では、実施の形態６において、極性反転前のランプ電流と同一極性側のみチョークコイルＬ１に流れる電流ピーク値を通常時より上げることにより、実施の形態６よりも電極へのダメージを軽減しながら、両電極の温度を一瞬均一にさせながら、陽極（極性反転後は陰極）の温度を上げてやり、極性反転後の放電アークを安定させるものである。
【００２５】
（実施の形態８）
図９に第八の実施の形態におけるランプ点灯時の各部の動作波形を示す。本実施の形態の回路構成は図１と同じである。図９の波形図において、（ａ）はランプ電流波形、（ｂ）はチョークコイルＬ１に流れる電流、（ｃ）はスイッチング素子Ｑ２とＱ５の制御信号、（ｄ）はスイッチング素子Ｑ３とＱ４の制御信号、（ｅ）はスイッチング素子Ｑ１の制御信号である。
【００２６】
図９の波形図では、実施の形態７において、極性反転前のランプ電流と同一極性側のみチョークコイルＬ１に流れる電流ピーク値を通常時より上げ、更にこの部分の時間幅を大きくすることにより、両電極の温度を一瞬均一にさせながら、さらに陽極（極性反転後は陰極）の温度を上げてやり、極性反転後の放電アークを安定させるものである。この実施の形態８が請求項２，４の発明に対応しており、実施の形態５〜７はその前提となる構成を示したものである。
【００２７】
（実施の形態９）
図１０に第九の実施の形態におけるランプ点灯時の各部の動作波形を示す。本実施の形態の回路構成は図１と同じである。図１０の波形図において、（ａ）はランプ電流波形、（ｂ）はチョークコイルＬ１に流れる電流、（ｃ）はスイッチング素子Ｑ２とＱ５の制御信号、（ｄ）はスイッチング素子Ｑ３とＱ４の制御信号、（ｅ）はスイッチング素子Ｑ１の制御信号である。
【００２８】
図１０の波形図では、実施の形態７において、ランプ電流と同一極性側で、更に極性反転直前の最後の半周期のみチョークコイルＬ１に流れる電流ピーク値を通常より上げることにより、実施の形態７よりも電極へのダメージを軽減しながら、両電極の温度を一瞬均一化させて、陽極（極性反転後は陰極）の温度を上げてやり、極性反転後の放電アークを安定させるものである。
【００２９】
（実施の形態１０）
図１１に第十の実施の形態におけるランプ点灯時の各部の動作波形を示す。本実施の形態の回路構成は図１と同じである。図１１の波形図において、（ａ）はランプ電流波形、（ｂ）はチョークコイルＬ１に流れる電流、（ｃ）はスイッチング素子Ｑ２とＱ５の制御信号、（ｄ）はスイッチング素子Ｑ３とＱ４の制御信号、（ｅ）はスイッチング素子Ｑ１の制御信号である。
【００３０】
図１１の波形図では、実施の形態９において、チョークコイルＬ１に流れる電流ピーク値を上げた部分の時間幅を大きくすることにより、両電極の温度を均一にさせながら、さらに陽極（極性反転後は陰極）の温度を上げてやり、極性反転後の放電アークを安定させるものである。この実施の形態１０が請求項３，５の発明に対応しており、実施の形態９はその前提となる構成を示したものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、極性反転直前に両電極の温度を一瞬均一にさせたり、陽極の温度、つまり極性反転後の陰極の温度を上げることにより、高圧放電灯が点灯中に発生するフリッカ（放電アークの揺らぎ）を著しく抑制することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の回路図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態の動作説明のための波形図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態の動作説明のための波形図である。
【図４】本発明の第三の実施の形態の動作説明のための波形図である。
【図５】本発明の第四の実施の形態の動作説明のための波形図である。
【図６】本発明の第五の実施の形態の動作説明のための波形図である。
【図７】本発明の第六の実施の形態の動作説明のための波形図である。
【図８】本発明の第七の実施の形態の動作説明のための波形図である。
【図９】本発明の第八の実施の形態の動作説明のための波形図である。
【図１０】本発明の第九の実施の形態の動作説明のための波形図である。
【図１１】本発明の第十の実施の形態の動作説明のための波形図である。
【符号の説明】
１ダウンコンバータ
２電圧検出回路
３電流検出回路
４電力演算回路
５ＰＷＭ制御回路
６制御回路
Ｌａランプ（高圧放電灯）

Claims

直流電源から供給される電圧をダウンコンバータにより降圧させた電圧を平滑コンデンサに蓄えて、この平滑コンデンサの電圧を極性反転回路により極性反転させることで高圧放電灯に低周波の交流ランプ電流を供給する高圧放電灯点灯装置であって、前記ダウンコンバータおよび極性反転回路を制御する制御回路を備え、該制御回路は、低周波の交流ランプ電流波形の各半周期毎の極性反転直前に高周波動作を１周期挿入するように前記極性反転回路を制御するとともに、低周波動作時のランプ電流波形のピーク値よりもその各半周期毎の極性反転直前に挿入した高周波動作時のランプ電流波形のピーク値を極性反転直前のランプ電流と同一極性側のみ高くするように前記ダウンコンバータを制御し、かつ、高周波動作時のランプ電流波形のピーク値を高くした部分のみ、時間幅を大きくするように前記極性反転回路を制御することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
電源と、高圧放電灯と、高圧放電灯に低周波の交流ランプ電流を供給する電子バラストとからなる高圧放電灯点灯装置において、低周波の交流ランプ電流波形の各半周期毎の極性反転直前に高周波動作を２周期以上挿入し、低周波動作時のランプ電流波形のピーク値よりもその各半周期毎の極性反転直前に挿入した高周波動作時のランプ電流波形のピーク値を極性反転直前のランプ電流と同一極性側のみ高くするととともに、高周波動作時のランプ電流波形のピーク値を高くした部分のみ、時間幅を大きくすることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
電源と、高圧放電灯と、高圧放電灯に低周波の交流ランプ電流を供給する電子バラストとからなる高圧放電灯点灯装置において、低周波の交流ランプ電流波形の各半周期毎の極性反転直前に高周波動作を２周期以上挿入し、高周波動作時のランプ電流波形のピーク値を最後の周期のみ極性反転直前のランプ電流と同一極性側だけ高くするとともに、高周波動作時のランプ電流波形のピーク値を高くした部分のみ、時間幅を大きくすることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
直流電源から供給される電圧をダウンコンバータにより降圧させた電圧を平滑コンデンサに蓄えて、この平滑コンデンサの電圧を極性反転回路により極性反転させることで高圧放電灯に低周波の交流ランプ電流を供給する高圧放電灯点灯装置であって、前記ダウンコンバータおよび極性反転回路を制御する制御回路を備え、該制御回路は、低周波の交流ランプ電流波形の各半周期毎の極性反転直前に高周波動作を２周期以上挿入するように前記極性反転回路を制御するとともに、低周波動作時のランプ電流波形のピーク値よりもその各半周期毎の極性反転直前に挿入した高周波動作時のランプ電流波形のピーク値を極性反転直前のランプ電流と同一極性側のみ高くするように前記ダウンコンバータを制御し、かつ、高周波動作時のランプ電流波形のピーク値を高くした部分のみ、時間幅を大きくするように前記極性反転回路を制御することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
直流電源から供給される電圧をダウンコンバータにより降圧させた電圧を平滑コンデンサに蓄えて、この平滑コンデンサの電圧を極性反転回路により極性反転させることで高圧放電灯に低周波の交流ランプ電流を供給する高圧放電灯点灯装置であって、前記ダウンコンバータおよび極性反転回路を制御する制御回路を備え、該制御回路は、低周波の交流ランプ電流波形の各半周期毎の極性反転直前に高周波動作を２周期以上挿入するように前記極性反転回路を制御するとともに、低周波動作時のランプ電流波形のピーク値よりもその各半周期毎の極性反転直前に挿入した高周波動作時のランプ電流波形のピーク値を最後の周期のみ極性反転直前のランプ電流と同一極性側のみ高くするように前記ダウンコンバータを制御し、かつ、高周波動作時のランプ電流波形のピーク値を高くした部分のみ、時間幅を大きくするように前記極性反転回路を制御することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。