JP4143897B2 - 高圧放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧放電灯を高周波点灯する点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、例えば特開平８−２１３１８３号公報に開示された従来の高圧放電灯点灯装置を示すブロック構成図である。図において１は直流電源、２はＭＯＳＦＥＴ３及び４からなるインバータ回路、５はインバータ回路２を駆動する制御回路、６はチョークコイル７、直流カットコンデンサ８及び始動回路９を含む負荷回路、１０は高圧放電灯（以下、「ランプ」という）、１３はＦＭ変調回路である。
【０００３】
次に動作について説明する。
ＭＯＳＦＥＴ３、４は、制御回路５により数１０ｋＨｚで交互にＯＮ・ＯＦＦされ、直流電流１の出力を高周波に変換する。また、ＦＭ変調回路１３により、制御回路５はＦＭ変調した周波数でインバータ回路２を駆動する。高周波に変換された電力は、チョークコイル７により減流され、直流カットコンデンサ８との電流共振作用によってランプ１０を点灯する。始動回路９は、ランプ１０に放電を誘起するためのもので、点灯動作がスタートした時点では、ランプ電極に接続され、電極間に数ｋＶの高電圧を印加する。そしてランプ電極間の絶縁が破壊され、放電が始まると切り離される。
【０００４】
また、高圧放電灯は一般に、高周波で点灯する場合、ランプ内に発生した音波の進行波と反射波の干渉作用により放電アークが曲げられ、立ち消えやランプ破壊などを引き起こすいわゆる音響共鳴現象が生じやすいことが知られている。特に１ｋＨｚ以上の高周波点灯時においては、音響共鳴現象が起こらない周波数帯（以下、「非共鳴周波数帯」という）を選んで点灯するのが一般的である。
【０００５】
このようなことから従来の高圧放電灯点灯装置では、テスト期間を設けて音響共鳴現象の回避を図るようにしていた。例えば、安定点灯に到達してから５ｋＨｚ程度の範囲で１６個の周波数について各５秒間のテスト点灯を行い、安全な非共鳴周波数帯であることを確認して、その範囲内で点灯するようにしていた。
【０００６】
しかし、このようにして確認した非共鳴周波数帯も常に一定とは限らなかった。例えば点灯開始してから安定点灯に達するまでの期間で、非共鳴周波数帯が移動する場合があった。また、同じランプでも設置方法によって非共鳴周波数帯は異なっていた。例えば垂直にして点灯した場合と、水平にして点灯した場合とでは、ランプ管内に封入されたガスの対流状態が異なるため、非共鳴周波数帯は異なっていた。さらに、経時変化によるガス成分の変質によっても非共鳴周波数帯は移動していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高圧放電灯点灯装置は以上のように構成されており、以下に示すような課題を有していた。
【０００８】
テスト期間により一旦安全な周波数帯を見つけたら、そのまま同じ周波数帯で動作するように構成されていた。このため、外乱や経時変化などによる非共鳴周波数の移動には対処できず、特にランプ始動直後の過渡的な期間における周波数帯の移動を回避することは困難であった。
【０００９】
本発明は係る課題を解決するためになされたもので、安定点灯中だけでなく、点灯開始後の過渡的な期間でも確実に音響共鳴現象を回避できる高圧放電灯点灯装置を提供することを目的にしている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の高圧放電灯点灯装置は、高圧放電灯と、高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出手段と、高圧放電灯に１ｋＨｚ以上の交流電力を供給する高周波電力供給回路と、高周波電力供給回路の出力周波数を制御する制御回路とを備え、制御回路は、高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない周波数帯で出力周波数を移動させる周波数制御を、所定のインターバル毎、若しくは管電圧検出手段により管電圧の上昇が検出された時のいずれかに該当する場合に繰り返し行うとともに、インターバルを点灯開始から安定点灯に達するまでと、安定点灯に達した後とで変化させるように構成したものである。
【００１１】
請求項２記載の高圧放電灯点灯装置は、請求項１記載の高圧放電灯点灯装置において、制御回路が、点灯開始から安定点灯に達するまでのインターバルを、安定点灯に達した後のインターバルよりも短くなるように構成したものである。
【００１２】
請求項３記載の高圧放電灯点灯装置は、インターバルが、高圧放電灯を流れる負荷電流、若しくは前記管電圧に対して単調増加の関係を満たすように構成されたものである。
【００１３】
請求項４記載の高圧放電灯点灯装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置において、制御回路が、安定点灯に達した後は非常に大きなインターバルで前記周波数制御を繰り返す、若しくは前記周波数制御を行わないように構成したものである。
【００１４】
請求項５記載の高圧放電灯点灯装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置において、制御回路が、点灯開始から所定の期間経過してから、所定のインターバルで周波数制御を繰り返すように構成したものである。
【００１６】
請求項６記載の高圧放電灯点灯装置において、制御回路は、周波数制御を、点灯開始から安定点灯に達するまでの期間は所定のインターバルで繰り返すとともに、安定点灯に達した後の期間は管電圧検出手段によって管電圧の上昇が検出された時のみ行うように構成したものである。
【００１７】
請求項７記載の高圧放電灯点灯装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置において、高周波電力供給回路が、直流電源と、直流電源の出力を高周波に変換するインバータ回路とから構成され、インバータ回路は２つのスイッチング素子からなるハーフブリッジで構成され、高圧放電灯と、高圧放電灯に流れる電流を減流するチョークコイルと、直流カットコンデンサとが、インバータ回路の出力点に直列接続される構成としたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック構成図である。
従来例と同一または相当部分には同じ符号を付して、説明を省略する。図において１１はランプ電圧を検出する検出回路、１２はタイマーである。これらは従来例で示したＦＭ変調回路１３の替わりに制御回路５に接続されている。
【００１９】
次に動作について説明する。
検出回路１１で検出されるランプ電圧に基づいて、制御回路５は点灯周波数を決定し、インバータ回路２を駆動する。そしてこの点灯周波数は、タイマー１２に設定されているインターバル毎に計算され、更新される。
【００２０】
図２は、本実施の形態における制御回路５が点灯周波数を決定するためのフローチャートを示したものである。
一般にランプ電圧は、音響共鳴現象が発生する周波数帯では高く、逆に非共鳴周波数帯では低く安定する特性を示す。本フローチャートでは、この特性を利用して非共鳴周波数帯を検出し、点灯周波数を決定している。以下、図をもとにフローを説明する。
【００２１】
点灯動作がスタートし（ステップＳ１）、まず点灯周波数ｆｘとして周波数ｆ０を用いて点灯する（ステップＳ２）。その後、点灯周波数ｆｘを降下させ（ステップＳ３）、ランプ電圧ＶＬが上昇を始めたら（ステップＳ４）、その時の周波数ｆ１を記録する（ステップＳ５）。
次に、点灯周波数ｆｘを上昇させていき（ステップＳ６）、ランプ電圧ＶＬが上昇を始めたら（ステップＳ７）、その時の周波数ｆ２を記録する（ステップＳ８）。そしてこの二つの周波数ｆ１、ｆ２を用いて新しい点灯周波数ｆｘを計算する。この計算には、例えば加算平均のように、計算結果が周波数ｆ１とｆ２の間に収まる計算式が用いられる。
また、図３はこのようなフローによって求められた周波数ｆ１、ｆ２及び点灯周波数ｆｘと、周波数ｆ０、共鳴周波数帯、非共鳴周波数帯の関係を示したものである。具体例として定格３５Ｗのセラミック製ランプの場合、周波数ｆ１、ｆ２はそれぞれ約４０ｋＨｚと約４５ｋＨｚである。
【００２２】
このようにして計算された点灯周波数ｆｘを用いてランプが点灯される（ステップＳ９）。この時、点灯動作を終えるかどうかが確認され（ステップＳ１０）、ＹＥＳであれば終了する（ステップＳ１１）。また、「ＮＯ」であれば、ランプ電圧ＶＬは、予め設定された所定の電圧Ｖ０と比較される（ステップＳ１２）。そしてタイマー１２は、ランプ電圧ＶＬがＶ０以下の時はＴ１時間、電圧Ｖ０を超えた時はＴ２時間をインターバルＴとして選択する（ステップＳ１３、１４）。その後、選択されたインターバルが終了するまで、計算された点灯周波数ｆｘを用いてランプを点灯する（ステップＳ１５）。インターバル終了と同時に、再びステップＳ２へ戻り、上記一連の動作が繰り返される。
【００２３】
ここで、図４はランプ電圧ＶＬとインターバルＴとの関係を示したものである。
図に示すように、インターバルＴは、ランプ電圧ＶＬがＶ０に達するまではＴ１で、Ｖ０に達した後はＴ２で動作を繰り返す。そして本実施例では、インターバルＴ１＜インターバルＴ２となるように設定されている。特にここでは、インターバルＴ１はランプ始動時の周波数帯の速い動きを追跡できるように小さく、インターバルＴ２は安定時の緩慢な動きに合わせて大きく、またＴ１とＴ２の切替えとなる電圧Ｖ０は飽和電圧より若干低い値に設定されている。
【００２４】
このような設定により、ランプ始動時の過渡的な期間における非共鳴周波数帯の速い動きを追跡することができ、非共鳴周波数帯に属する点灯周波数ｆｘで点灯することができる。また、安定点灯状態へと移行し、非共鳴周波数帯が緩慢な動きとなった場合には、大きなインターバルでこの周波数帯を追跡することができ、この周波数帯に属する点灯周波数ｆｘで点灯することができる。
【００２５】
このようにして、ランプ安定点灯前のような過渡的な期間では、短いインターバルで頻繁に非共鳴周波数帯で周波数帯を動かし、その後は長いインターバルで頻度を減らして非共鳴周波数帯で周波数を動かすことにより、過渡的な動きの速い期間も確実に非共鳴周波数帯を追跡することができるとともに、安定動作時には周波数を動かす頻度を下げ、光束の安定性を高めることができる。
【００２６】
なお、ランプ電圧をもとにインターバルＴ１とＴ２の切換えを行ったが、予め所定の時間を設定し、この時間を境にして切換えても良い。
また、本実施の形態ではインターバルＴ１＜インターバルＴ２として説明したが、ランプ特性に応じてインターバルＴ１＞インターバルＴ２としても良い。
【００２７】
また、インターバルＴ１またはインターバルＴ２の大きい方を無限大として、非共鳴周波数帯を検出する際の周波数移動の回数を減らすようにして光束の変化を抑えるようにしても良い。特に、本装置の用途が照明用であれば、安定点灯中に周波数移動を行っても、これによる光束の変化が規格の範囲内で人眼で認識できないちらつきレベルであれば問題にはならないが、高い光束安定性が求められるプロジェクター等に適用する場合には、人眼では認識できないちらつきレベルであっても、光束の変化は好ましくなく、タイムインターバルＴ２は無限大に設定するのが望ましい。
【００２８】
実施の形態２．
実施の形態１では、ランプ電圧ＶＬをＶ０と比較し、これより大きいか小さいかにより、インターバルＴをＴ１からＴ２に切替えるようにしていたが、本実施の形態ではインターバルＴを連続的に変化させるようにした。
回路構成は実施の形態１の図１に示したものと同じであるので説明を省略する。
図５は、本実施の形態における制御回路５が点灯周波数を決定する時のフローチャートを示したものである。周波数ｆ１、ｆ２を記録し、点灯周波数ｆｘを計算するまでは、実施の形態１と同じであるので説明を省略する。
【００２９】
本実施の形態では、インターバルＴとランプ電圧ＶＬが単調増加の関係を満たすように設定する。一例としてインターバルＴをランプ電圧ＶＬに正比例して設定する（ステップＳ５１）。ここで、図６にこのような設定におけるインターバルＴとランプ電圧ＶＬとの関係を示す。
その後、選択されたインターバルが終了するまで、計算された点灯周波数ｆｘを用いてランプを点灯する（ステップＳ５２）。インターバル終了と同時に、再びステップＳ２へ戻り、上記一連の動作が繰り返される。
【００３０】
このようにして、ランプ安定点灯前のような過渡的な期間では、短いインターバルで頻繁に非共鳴周波数帯で周波数帯を動かし、その後は長いインターバルで頻度を減らして非共鳴周波数帯で周波数を動かすことにより、過渡的な動きの速い期間も確実に非共鳴周波数帯を追跡することができるとともに、安定動作時には周波数を動かす頻度を落とし誤動作などの危険性を減らすことができる。
また、インターバルＴの変化を連続的にしたことにより、木目細かい制御が可能となり、点灯周波数が確実に適切な点に辿り着くことができる他、電圧Ｖ０やインターバルＴ１、Ｔ２などの設定に留意する必要がなくなる。
【００３１】
実施の形態３．
実施の形態１及び２では、インターバル毎に非共鳴周波数帯の移動をチェックするように構成したが、本実施の形態では、これに加えてランプ電圧ＶＬの変化をトリガとして非共鳴周波数帯の移動をチェックするようにした。
回路構成は実施の形態１と同じであるので説明を省略する。
図７は、本実施の形態における制御回路５が点灯周波数を決定する時のフローチャートである。
周波数ｆ１、ｆ２を記録し、点灯周波数ｆｘが算出されるまでは、実施の形態１の図２と同じである。
【００３２】
点灯周波数ｆｘが算出された後、タイマー１２により一律にインターバルＴが設定され（ステップＳ７１）、インターバルが終了するまで点灯周波数ｆｘで点灯される（ステップＳ７２）。この時、併行してランプ電圧ＶＬがモニターされており、ランプ電圧ＶＬが上昇するようであれば（ステップＳ７３）、点灯周波数ｆが移動してきた共鳴周波数帯に掛かってしまったものと判定し、直ちにインターバルＴはリセットされる（ステップＳ７４）。インターバルの終了若しくはリセットと同時に、再びステップＳ２へ戻り、上記一連の動作が繰り返される。
【００３３】
このようにして過渡状態で速い動きがある場合は、ランプ電圧ＶＬが上昇することによるトリガにより、また、安定点灯時でランプ電圧ＶＬがほとんど上昇しない時は、インターバルＴによるトリガにより点灯周波数ｆｘが検出される。
【００３４】
以上のように、タイマーによる間隔と、ランプ電圧の変化をトリガとしたので、木目細かい制御が可能となり、点灯周波数が必要最小限の動作で適切な点に辿り着くことができる。
【００３５】
なお、安定点灯到達前後でタイマー１２によるトリガと、ランプ電圧ＶＬによるトリガを使い分けてもよい。例えば、安定点灯前はタイマー１２によりトリガをかけ、安定点灯後はランプ電圧ＶＬの上昇をトリガとしてもよい。
【００３６】
また、実施の形態１乃至３において、周波数制御のフローチャート例として非共鳴周波数帯において出力周波数を移動させ、管電圧検出手段の出力をもとにこの周波数帯における上限周波数と下限周波数を抽出し、抽出された上限周波数と下限周波数に基づいて新たな出力周波数を算出する制御方法を示したが、出力周波数の移動結果に基づいて新たな出力周波数を決定する方法であればよく、実施例の制御方法に限定するものではない。
また、実施の形態１乃至３において、点灯開始から所定の期間（数十秒間）は音響共鳴現象が起きないので、その期間は周波数の移動を行わず、上記の期間の経過後に周波数移動の制御を開始してもよい。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、高圧放電灯と、高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出手段と、高圧放電灯に１ｋＨｚ以上の交流電力を供給する高周波電力供給回路と、高周波電力供給回路の出力周波数を制御する制御回路とを備え、制御回路は、高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない周波数帯で出力周波数を移動させる周波数制御を、所定のインターバル毎、若しくは管電圧検出手段により管電圧の上昇が検出された時のいずれかに該当する場合に繰り返し行うとともに、インターバルを点灯開始から安定点灯に達するまでと、安定点灯に達した後とで変化させるようにしたので、ランプの特性に合わせて、確実に非共鳴周波数帯で点灯を維持することができる。
また、木目細かい制御が可能となり、点灯周波数が必要最小限の動作で適切な点に辿り着くことができる。
【００３８】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の高圧放電灯点灯装置において、制御回路が、点灯開始から安定点灯に達するまでのインターバルを、安定点灯に達した後のインターバルよりも短くなるようにしたので、安定点灯前の過渡的な期間も確実に非共鳴周波数帯を追うことができるとともに、安定動作中の光源安定性を高めることができる。
【００３９】
請求項３記載の発明によれば、インターバルが、高圧放電灯を流れる負荷電流若しくは管電圧とが、単調増加の関係を満たすようにしたので、過渡的な期間も確実に非共鳴周波数帯を追うことができるとともに、安定動作中は動作の頻度を落とし誤動作などの危険性を減らすことができる。また、インターバルの変化をなだらかにしたことにより、木目細かい制御が可能となり、点灯周波数が確実に適切な点に辿り着くことができる。
【００４０】
請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至３のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置において、制御回路が、安定点灯に達した後は非常に大きなインターバルで前記周波数制御を繰り返す、若しくは前記周波数制御を行わないように構成したしたので、必要最小限の動作で点灯周波数を非共鳴周波数帯に導くことができる。
【００４１】
請求項５記載の発明によれば、請求項１乃至４のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置において、制御回路が、点灯開始から所定の期間経過してから、所定のインターバルで周波数制御を繰り返すようにしたので、不要な周波数移動による誤動作をなくすことができる。
【００４３】
請求項６記載の高圧放電灯点灯装置において、制御回路は、周波数制御を、点灯開始から安定点灯に達するまでの期間は所定のインターバルで繰り返すとともに、安定点灯に達した後の期間は管電圧検出手段によって管電圧の上昇が検出された時のみ行うように構成したので、木目細かい制御が可能となり、簡単な制御で適切な点灯周波数に辿り着くことができる。
【００４４】
請求項７記載の発明によれば、請求項１乃至６のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置において、高周波電力供給回路が、直流電源と、直流電源の出力を高周波に変換するインバータ回路とから構成され、インバータ回路は２つのスイッチング素子からなるハーフブリッジで構成され、高圧放電灯と、高圧放電灯に流れる電流を減流するチョークコイルと、直流カットコンデンサとが、インバータ回路の出力点に直列接続したので、簡単な構成で確実に音響共鳴現象を回避できる高圧放電灯点灯装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る高圧放電灯点灯装置の点灯周波数を決定する動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１に係る周波数ｆ１、ｆ２及び点灯周波数ｆｘと、周波数ｆ０、共鳴周波数帯、非共鳴周波数帯の関係を示す説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るランプ電圧ＶＬとインターバルＴとの関係を示す説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る高圧放電灯点灯装置の点灯周波数を決定する動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２に係るランプ電圧ＶＬとインターバルＴとの関係を示す説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る高圧放電灯点灯装置の点灯周波数を決定する動作を示すフローチャートである。
【図８】従来の高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１ 直流電源
２ インバータ回路
３、４ ＭＯＳＦＥＴ
５ 制御回路
６ 負荷回路
７ チョークコイル
８ 直流カットコンデンサ
９ 始動回路
１０ 高圧放電灯
１１ 検出回路
１２ タイマー

Claims (7)

1. 高圧放電灯と、
   該高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出手段と、
   前記高圧放電灯に１ｋＨｚ以上の交流電力を供給する高周波電力供給回路と、
   該高周波電力供給回路の出力周波数を制御する制御回路とを備え、
   該制御回路は、
   前記高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない周波数帯で前記出力周波数を移動させる周波数制御を、
   所定のインターバル毎、若しくは前記管電圧検出手段により前記管電圧の上昇が検出された時のいずれかに該当する場合に繰り返し行うとともに、
   該インターバルを点灯開始から安定点灯に達するまでと、安定点灯に達した後とで変化させるように構成したことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
2. 前記制御回路が、
   点灯開始から安定点灯に達するまでのインターバルを、安定点灯に達した後のインターバルよりも短くなるように設定したことを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
3. 前記インターバルが、前記高圧放電灯を流れる負荷電流、若しくは前記管電圧に対して単調増加の関係を満たすように構成された
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の高圧放電灯点灯装置。
4. 前記制御回路が、
   安定点灯に達した後は非常に大きなインターバルで前記周波数制御を繰り返す、若しくは前記周波数制御を行わないように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
5. 前記制御回路が、
   点灯開始から所定の期間経過してから、所定のインターバルで前記周波数制御を繰り返すように構成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
6. 前記制御回路は、
   前記周波数制御を、
   点灯開始から安定点灯に達するまでの期間は所定のインターバルで繰り返すとともに、
   安定点灯に達した後の期間は前記管電圧検出手段によって前記管電圧の上昇が検出された時のみ行うように構成された
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
7. 前記高周波電力供給回路が、直流電源と、該直流電源の出力を高周波に変換するインバータ回路とから構成され、
   該インバータ回路は２つのスイッチング素子からなるハーフブリッジで構成され、
   前記高圧放電灯と、該高圧放電灯に流れる電流を減流するチョークコイルと、直流カットコンデンサとが、前記インバータ回路の出力点に直列接続されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。

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