JP4144526B2 - Discharge lamp lighting device, lighting device, projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は直流点灯用高圧放電灯に始動時に交流電流を供給して点灯させ、定常時には直流電流を供給して直流点灯させる技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for supplying an alternating current to a DC lighting high-pressure discharge lamp at the time of start-up and lighting the DC lamp by supplying a direct current in a steady state.
図18はメタルハライドランプ等の高圧放電灯の一般的な点灯装置を示す回路図である。直流電源1から供給される電圧をダウンコンバータ7により制御し、始動時は固定パルス幅でDC電圧を放電灯2に印加する。またその時に、イグナイタ8により高電圧パルスを供給し、放電灯2の電極間をブレークダウンし、放電を開始する。放電開始後、電流検出回路3により出力電流を、電圧検出回路4により出力電圧を検出し、演算回路5で演算を行ってパルス幅変調回路6を介してダウンコンバータ7にフィードバックし、ダウンコンバータ7のパルス幅を制御するように動作させ、放電灯2の安定後に一定の電力を供給できるようにしている。
FIG. 18 is a circuit diagram showing a general lighting device for a high pressure discharge lamp such as a metal halide lamp. The voltage supplied from the
放電灯2をブレイクダウンさせるための始動電圧はダウンコンバータ7の出力電圧とイグナイタ8による高圧パルスであるが、ダウンコンバータ7の出力電圧は直流電源電圧と略同じであり、そのため放電灯2の始動にはイグナイタ8による数KV〜数十KVの高圧パルスが必要である。この始動時に必要な高圧パルスは自回路及び周辺回路に対して誤動作を及ぼす原因となっており、低パルスでの始動が好まれている。
The starting voltage for breaking down the
なお、特許文献1(特開平10−144488号公報)においては、直流電源の出力を降圧チョッパ回路により電圧変換して平滑コンデンサを充電し、平滑コンデンサの出力をフルブリッジインバータ回路により極性反転せしめて高圧放電灯に印加する構成が開示されているが、この特許文献1に開示された技術は、定常点灯時には降圧チョッパ回路のインダクタに流れる電流がゼロになるタイミングで降圧チョッパ回路のスイッチング素子をオンさせることにより回路部品へのストレスを低減しようとするものであり、始動性能の改善に関する技術ではなかった。
本発明は高圧放電灯の直流点灯装置において、始動時に交流にて動作を行うことにより、低パルス始動及び始動性能の改善を図り、放電灯の電極劣化を抑制できる放電灯点灯装置を提供することを課題とする。 The present invention provides a high-pressure discharge lamp direct current lighting device that operates at an alternating current at the time of starting to improve the start-up performance of the low pulse and suppress the electrode deterioration of the discharge lamp. Is an issue.
本発明によれば、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1と、一端を直流電源1の一端に接続された第1のスイッチング素子Q1と、一端を直流電源1の他端に接続された第1のコンデンサC1と、第1のコンデンサC1の他端と第1のスイッチング素子Q1の他端の間に接続された第1のインダクタL1と、直流電源1の他端と第1のスイッチング素子Q1の他端の間に第1のスイッチング素子Q1の順方向と逆方向となるように接続されたダイオードD1と、直流電源1の両端間に接続された第2及び第3のスイッチング素子Q2,Q3の直列回路と、第2及び第3のスイッチング素子Q2,Q3の接続点と第1のコンデンサC1の他端の間に接続された第2のインダクタL2と第2のコンデンサC2の直列回路と、第2のコンデンサC2に並列接続された放電灯2と、始動時は第2及び第3のスイッチング素子Q2,Q3を交互にオンするように制御し、定常時には第2又は第3のスイッチング素子Q2,Q3の一方(Q2)を遮断状態、他方(Q3)を導通状態にして第1のスイッチング素子Q1をオン/オフするように制御する制御手段とを備えることを特徴とするものである。
According to the present invention, in order to solve the above problem, as shown in FIG. 1, a
本発明によれば、高圧放電灯の直流点灯装置において、始動時に交流にて点灯動作を行うことにより、始動性能を改善することができ、放電灯の電極劣化を抑制できる効果がある。また、イグナイタを併用する場合でも始動パルスのエネルギーは小さくて済むので、周辺回路が誤動作する恐れが少なくなり、プロジェクタなどのHIDランプの点灯装置として特に好適である。
請求項2の発明によれば、第2のインダクタをトランス構造にしたことにより、放電灯の始動に必要な高電圧を確保することが容易となる。
請求項3の発明によれば、始動時は共振電流を低減して回路素子のストレスを低減させることができ、ランプ点灯後はランプ電圧のリップルを低減して光のちらつきを低減させることができる効果がある。
According to the present invention, in a DC lighting device for a high-pressure discharge lamp, by performing a lighting operation with AC at the time of starting, it is possible to improve starting performance and to suppress electrode deterioration of the discharge lamp. Further, even when an igniter is used in combination, the energy of the start pulse can be reduced, so that the possibility of malfunction of the peripheral circuit is reduced, which is particularly suitable as a lighting device for an HID lamp such as a projector.
According to the second aspect of the present invention, since the second inductor has a transformer structure, it becomes easy to secure a high voltage necessary for starting the discharge lamp.
According to the invention of
請求項6〜10の発明によれば、始動時の高周波スイッチング動作の周波数を連続的に又は多段階的に変化させるようにしたので、インダクタとコンデンサの定数にばらつきがあっても、十分な始動電圧を確保できる利点がある。
請求項8の発明によれば、始動時にインダクタとコンデンサの共振周波数の奇数分の1の周波数付近でスイッチングさせることにより、インダクタとコンデンサを小型化できる利点がある。
請求項11の発明によれば、グロー放電からアーク放電への移行をスムーズに行えるので、始動時の立ち消えを少なくできる効果がある。
According to the sixth to tenth aspects of the present invention, since the frequency of the high-frequency switching operation at the time of starting is changed continuously or in multiple steps, even if there are variations in the constants of the inductor and the capacitor, sufficient starting There is an advantage that voltage can be secured.
According to the eighth aspect of the invention, there is an advantage that the inductor and the capacitor can be reduced in size by switching near the odd frequency of the resonance frequency of the inductor and the capacitor at the time of starting.
According to the invention of claim 11, since the transition from the glow discharge to the arc discharge can be smoothly performed, there is an effect that the disappearance at the start can be reduced.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1の回路図である。直流電源1の正極には、第1のスイッチング素子Q1の一端が接続されている。第1のスイッチング素子Q1の他端はダイオードD1のカソードに接続されている。ダイオードD1のアノードは直流電源1の負極に接続されている。コンデンサC1の一端は直流電源1の負極に接続されている。スイッチング素子Q1とダイオードD1のカソードの接続点には、インダクタL1の一端が接続されている。インダクタL1の他端は、別のインダクタL2の一端に接続されると共に、コンデンサC1の他端に接続されている。インダクタL2の他端は放電灯2の一端に接続されている。放電灯2にはコンデンサC2が並列接続されている。放電灯2の他端はスイッチング素子Q2,Q3の各一端に接続されている。スイッチング素子Q2の他端は直流電源1の正極に接続されている。スイッチング素子Q3の他端は、小抵抗Rよりなる電流検出回路3を介して直流電源1の負極に接続されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit diagram of
図2は本実施の形態の各スイッチング素子Q1,Q2,Q3の動作を示す。スイッチング素子Q2,Q3は放電灯2の始動時には交互にオンされるようにパルス発生回路9の出力により制御される。このとき、スイッチング素子Q1は遮断状態(OFF)となるように制御される。一対のスイッチング素子Q2、Q3が交互にスイッチングすることで、直流電源1を交流に変換して放電灯2に印加する。
FIG. 2 shows the operation of each switching element Q1, Q2, Q3 of the present embodiment. The switching elements Q2, Q3 are controlled by the output of the
一方、放電灯2の定常点灯時には、スイッチング素子Q2は遮断状態(OFF)となり、スイッチング素子Q3は導通状態(ON)となるように制御される。また、スイッチング素子Q1は放電灯2の定常点灯時には所定のパルス幅の高周波で直流電源1を断続的にスイッチングするように、パルス幅変調回路6の出力によりオン、オフ制御される。
On the other hand, at the time of steady lighting of the
コンデンサC1の両端電圧は抵抗R1,R2よりなる電圧検出回路4により検出されて演算回路5に入力されている。また、コンデンサC1から放電灯2への供給電流は小抵抗Rよりなる電流検出回路3により検出されて演算回路5に入力されている。演算回路5では、電圧検出回路4と電流検出回路3の検出出力によりランプ電力を演算し、目標電力との差分に応じた誤差電圧を演算する。パルス幅変調回路6は誤差電圧がゼロになるように、スイッチング素子Q1のパルス幅をフィードバック制御する。
The voltage across the capacitor C1 is detected by a
放電灯2の定常点灯時において、スイッチング素子Q1がオンされると、直流電源1の正極からスイッチング素子Q1、インダクタL1、コンデンサC1、直流電源1の負極の経路で電流が流れて、コンデンサC1が充電される。また、スイッチング素子Q1がオフされると、インダクタL1の蓄積エネルギーにより、インダクタL1からコンデンサC1、ダイオードD1のアノード・カソード間を介してインダクタL1に戻る経路で回生電流が流れる。
When the switching element Q1 is turned on during steady lighting of the
また、スイッチング素子Q3がオンされていることにより、コンデンサC1の両端には、インダクタL2とコンデンサC2の直列回路よりなるローパスフィルタを介して放電灯2が接続されており、コンデンサC1の負荷となっている。したがって、スイッチング素子Q1のオン幅を可変とすることにより、コンデンサC1の充電電圧を可変とすることができ、放電灯2への供給電力を制御することができる。すなわち、スイッチング素子Q1とインダクタL1とダイオードD1およびコンデンサC1で降圧チョッパー回路(ダウンコンバータ)を構成している。なお、各スイッチング素子Q1,Q2,Q3にはボディーダイオード内蔵のスイッチング素子を使用する。たとえば、パワーMOSFETはドイレン・ソース間に逆方向ダイオードを内蔵しているので、これをスイッチング素子Q1,Q2,Q3として用いる。また、ダイオードを逆並列接続されたバイポーラトランジスタをスイッチング素子Q1,Q2,Q3として用いても良い。
Further, since the switching element Q3 is turned on, the
(実施の形態2)
図3は本発明の実施の形態2の回路図である。基本的な回路構成は図1と同様であるが、図3の回路では、図1におけるインダクタL2をトランス構造にしたインダクタL2’を備え、このトランスの1次側と2次側の一端を接続し、前記トランスの1次側とコンデンサC2の直列回路をスイッチング素子Q2,Q3の接続点とコンデンサC1の他端の間に接続し、前記トランスの2次側と放電灯2の直列回路をコンデンサC2と並列に接続したものである。インダクタL2’以外の構成及び動作については、図1と同様である。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a circuit diagram of the second embodiment of the present invention. The basic circuit configuration is the same as in FIG. 1, but the circuit in FIG. 3 includes an inductor L2 ′ in which the inductor L2 in FIG. 1 has a transformer structure, and connects one end of the primary side and the secondary side of the transformer. A series circuit of the primary side of the transformer and the capacitor C2 is connected between a connection point of the switching elements Q2 and Q3 and the other end of the capacitor C1, and a series circuit of the secondary side of the transformer and the
本実施の形態では、トランス構造にしたインダクタL2’を備えることにより、インダクタL2’の1次側とコンデンサC2との共振により発生させた共振電圧をインダクタL2’の2次側に巻数比に応じて発生させることができ、放電灯2に印加させる始動電圧を確保することが容易となる。
In the present embodiment, by including the inductor L2 ′ having a transformer structure, the resonant voltage generated by the resonance between the primary side of the inductor L2 ′ and the capacitor C2 is applied to the secondary side of the inductor L2 ′ according to the turns ratio. It is easy to secure the starting voltage to be applied to the
なお、図1または図3のいずれかにおいて、始動時においてもスイッチング素子Q1は所定のパルス幅の高周波で直流電源1を断続的にスイッチングするように、パルス幅変調回路6の出力によりオン・オフ制御を行なってもよい。なお、各スイッチング素子Q1,Q2,Q3にはボディーダイオード内蔵のスイッチング素子を使用する。たとえば、パワーMOSFETはドイレン・ソース間に逆方向ダイオードを内蔵しているので、これをスイッチング素子Q1,Q2,Q3として用いる。また、ダイオードを逆並列接続されたバイポーラトランジスタをスイッチング素子Q1,Q2,Q3として用いても良い。
1 or 3, the switching element Q1 is turned on / off by the output of the pulse
(実施の形態3)
図4は本発明の実施の形態3の各スイッチング素子Q1,Q2,Q3の動作を示す。回路図は実施の形態1(図1)または実施の形態2(図3)と同様である。また、始動時動作は実施の形態1(図2)と同様であるため、説明は省略する。本実施の形態では、定常時には実施の形態1(図2)において常に導通状態にしていたスイッチング素子Q3をスイッチング素子Q1と同期させて、オン・オフ動作させている。なお、各スイッチング素子Q1,Q2,Q3にはボディーダイオード内蔵のスイッチング素子を使用する。たとえば、パワーMOSFETはドイレン・ソース間に逆方向ダイオードを内蔵しているので、これをスイッチング素子Q1,Q2,Q3として用いる。また、ダイオードを逆並列接続されたバイポーラトランジスタをスイッチング素子Q1,Q2,Q3として用いても良い。各スイッチング素子Q1,Q2,Q3に逆方向ダイオードを並列接続しておくことで、スイッチング素子Q1,Q3が同時にオフしてもインダクタL1,L2の回生電流を流すことができる。
(Embodiment 3)
FIG. 4 shows the operation of each switching element Q1, Q2, Q3 according to the third embodiment of the present invention. The circuit diagram is the same as in the first embodiment (FIG. 1) or the second embodiment (FIG. 3). Further, since the operation at the time of start is the same as that of the first embodiment (FIG. 2), description thereof is omitted. In the present embodiment, the switching element Q3, which is always in the conductive state in the first embodiment (FIG. 2) at the time of steady state, is turned on / off in synchronization with the switching element Q1. Each switching element Q1, Q2, Q3 uses a switching element with a built-in body diode. For example, since the power MOSFET has a reverse diode built in between the drain and source, it is used as the switching elements Q1, Q2, and Q3. In addition, bipolar transistors having diodes connected in antiparallel may be used as the switching elements Q1, Q2, and Q3. By connecting reverse diodes in parallel to the switching elements Q1, Q2, Q3, the regenerative current of the inductors L1, L2 can flow even when the switching elements Q1, Q3 are simultaneously turned off.
(実施の形態4)
図5は本発明の実施の形態4の各スイッチング素子Q1,Q2,Q3の動作を示す。回路図は実施の形態1(図1)または実施の形態2(図3)と同様である。また、定常時動作は実施の形態1(図2)と同様であるため、説明は省略する。本実施の形態では、始動時動作として、インダクタL2とコンデンサC2で決まる略共振周波数の高周波でスイッチング素子Q2,Q3を交互にオンさせるようにスイッチングさせて、共振電圧を放電灯2に印加して、放電灯2の始動電圧を確保する。
(Embodiment 4)
FIG. 5 shows operations of the switching elements Q1, Q2, and Q3 according to the fourth embodiment of the present invention. The circuit diagram is the same as in the first embodiment (FIG. 1) or the second embodiment (FIG. 3). In addition, the steady-state operation is the same as that of the first embodiment (FIG. 2), and thus the description thereof is omitted. In the present embodiment, as a start-up operation, switching is performed so that the switching elements Q2 and Q3 are alternately turned on at a high frequency of approximately the resonance frequency determined by the inductor L2 and the capacitor C2, and a resonance voltage is applied to the
一例として、インダクタL2を600μH、コンデンサC2を3300pFとし、スイッチング素子Q2,Q3を、このインダクタL2とコンデンサC2で決まる略共振周波数の115KHzで動作させることで放電灯2の始動電圧を確保できる。
As an example, the starting voltage of the
その後、放電灯2の点灯後、スイッチング素子Q2を遮断状態(OFF)とし、スイッチング素子Q3は導通状態(ON)にして、スイッチング素子Q1を高周波で断続的にスイッチングさせ、スイッチング素子Q1,ダイオードD1,インダクタL1,コンデンサC1により構成されるダウンコンバータのみを動作させ、直流電力を供給し、放電灯2を点灯させる。
Thereafter, after the
このとき、コンデンサC2の容量をコンデンサC1の容量よりも小さく設定することにより、共振時の共振電流を抑えることが出来る。また、チョッパー動作時はコンデンサC1の容量が大きいことにより、直流点灯される放電灯2のリップル電流を低減することが出来る。
At this time, the resonance current at the time of resonance can be suppressed by setting the capacitance of the capacitor C2 to be smaller than the capacitance of the capacitor C1. Further, the ripple current of the
(実施の形態5)
本実施の形態では、上述の実施の形態4の始動時動作における高周波のスイッチング周波数を、インダクタL2とコンデンサC2で決まる共振周波数の略3分の1に設定することにより、実施の形態4で挙げた共振電圧と略同様の共振電圧を得られ、放電灯2に印加される始動電圧を確保することが出来る。
(Embodiment 5)
In the present embodiment, the high-frequency switching frequency in the start-up operation of the above-described fourth embodiment is set to about one-third of the resonance frequency determined by the inductor L2 and the capacitor C2, and is described in the fourth embodiment. Therefore, a starting voltage applied to the
例えば、一例としてインダクタL2を100μH、コンデンサC2を2200pFに設定し、スイッチング素子Q2,Q3を、このインダクタL2とコンデンサC2で決まる共振周波数の略3分の1の115KHzでスイッチング動作させることにより、実施の形態4で挙げた例と略同様の始動電圧が得られる。また、インダクタL2、コンデンサC2の小型化を図ることが出来る。スイッチング周波数はインダクタL2とコンデンサC2で決まる共振周波数の略奇数分の1であれば、5分の1、7分の1でも略同様の効果が得られる。
For example, the inductor L2 is set to 100 μH and the capacitor C2 is set to 2200 pF as an example, and the switching elements Q2 and Q3 are switched at 115 KHz, which is approximately one third of the resonance frequency determined by the inductor L2 and the capacitor C2. The starting voltage substantially the same as the example given in
(実施の形態6)
図6は本発明の実施の形態6における各スイッチング素子Q1,Q2,Q3のスイッチング動作を示す波形図であり、図7はその時に発生する共振電圧を示す波形図である。本実施の形態の回路構成は図1または図3と同様である。
(Embodiment 6)
FIG. 6 is a waveform diagram showing a switching operation of each switching element Q1, Q2, Q3 in
本実施の形態では、上述の実施の形態4,5における高周波のスイッチング周波数を、インダクタL2とコンデンサC2で決まる共振周波数(または共振周波数の奇数分の1)を通る周波数でスイープさせるようにすることにより、インダクタL2とコンデンサC2のばらつきによる共振周波数のばらつきに影響されることなく、実施の形態4,5で挙げた共振電圧と略同様の共振電圧を安定して得ることができ、放電灯2に印加される始動電圧を確保することが出来る。 In the present embodiment, the high-frequency switching frequency in the above-described fourth and fifth embodiments is swept at a frequency that passes through a resonance frequency (or an odd fraction of the resonance frequency) determined by the inductor L2 and the capacitor C2. Thus, it is possible to stably obtain a resonance voltage substantially the same as the resonance voltage described in the fourth and fifth embodiments without being affected by variations in the resonance frequency due to variations in the inductor L2 and the capacitor C2. It is possible to secure a starting voltage applied to the.
一例として、実施の形態4で挙げた共振周波数115KHzの例に対して、スイッチング素子Q2、Q3を共振周波数を通る50KHz〜160KHzでスイッチング周波数をスイープさせる。これにより共振電圧は図7のように変化するから、インダクタL2とコンデンサC2のばらつきにかかわらず放電灯2を始動させることができる。
As an example, with respect to the example of the resonant frequency of 115 KHz given in the fourth embodiment, the switching frequency is swept through the switching elements Q2 and Q3 at 50 KHz to 160 KHz passing through the resonant frequency. As a result, the resonance voltage changes as shown in FIG. 7, so that the
(実施の形態7)
図8は本発明の実施の形態7における各スイッチング素子Q1,Q2,Q3のスイッチング動作を示す波形図である。本実施の形態の回路構成は図1または図3と同様である。
(Embodiment 7)
FIG. 8 is a waveform diagram showing the switching operation of each switching element Q1, Q2, Q3 in the seventh embodiment of the present invention. The circuit configuration of this embodiment is the same as that shown in FIG.
本実施の形態では、始動時の高周波動作区間において、スイッチング素子Q2,Q3の動作周波数を段階的に変化させる。段階的に変化させる周波数は第1周波数をf1、第2周波数をf2、第3周波数をf3とした場合、f1>f2>f3とし、それぞれの周波数はインダクタL2とコンデンサC2で決まる共振周波数、もしくは共振周波数の略奇数分の1に設定し、放電灯2がブレイクダウンしていない場合には始動に必要な電圧を確保し、ブレイクダウンしている場合には周波数が切り替わることにより、段階的に放電灯2に流れる電流を増加させ、グロー放電からアーク放電へと移行させる。
In the present embodiment, the operating frequency of switching elements Q2 and Q3 is changed stepwise in the high-frequency operating section at the start. When the first frequency is f1, the second frequency is f2, and the third frequency is f3, f1> f2> f3 and the respective frequencies are resonant frequencies determined by the inductor L2 and the capacitor C2, or The resonance frequency is set to approximately an odd number, and when the
第1周波数f1において放電灯2をブレイクダウンさせるのであれば、第2周波数f2以降はインダクタL2とコンデンサC2で決まる共振周波数又は共振周波数の略奇数分の1の周波数以外での周波数でも良い。
If the
(実施の形態8)
図9は本発明の実施の形態8における各スイッチング素子Q1,Q2,Q3のスイッチング動作と始動時の共振電圧を示す波形図である。本実施の形態の回路構成は図1または図3と同様である。本実施の形態では、実施の形態6,7における周波数を連続的に又は多段階的にスイープさせる動作を繰り返し行うことを特徴とする。これにより、実施の形態6,7における共振電圧を繰返し、放電灯2に印加される始動電圧を確保することができる。一例として、周波数の可変の1サイクルを約400μsec、始動電圧発生区間を1secとした場合に約2,500サイクルの繰り返しを行うことが出来、安定した高い始動電圧を放電灯2に印加し、ブレイクダウンさせることができる。
(Embodiment 8)
FIG. 9 is a waveform diagram showing the switching operation of each switching element Q1, Q2, Q3 and the resonance voltage at the start in the eighth embodiment of the present invention. The circuit configuration of this embodiment is the same as that shown in FIG. The present embodiment is characterized in that the operation of sweeping the frequency in the sixth and seventh embodiments continuously or in multiple stages is repeatedly performed. Thereby, the resonance voltage in the sixth and seventh embodiments can be repeated, and the starting voltage applied to the
図10は本実施の形態における周波数可変の1サイクルのスイッチング素子Q1、Q2、Q3のスイッチング動作を示す波形図である。スイッチング素子Q2、Q3の動作周波数については、周波数可変の1サイクルの初期の周波数をfa、終盤の周波数をfbとした場合に、fa>fbとなるように変化させる。より好ましくは、周波数のスイープの途中にインダクタL2とコンデンサC2で決まる共振周波数もしくは共振周波数の略奇数分の1の周波数を通過するように、周波数fa,fbを設定する。 FIG. 10 is a waveform diagram showing the switching operation of one cycle of switching elements Q1, Q2, Q3 with variable frequency according to the present embodiment. The operating frequencies of the switching elements Q2 and Q3 are changed so that fa> fb, where fa is the initial frequency of one variable frequency cycle and fb is the final frequency. More preferably, the frequencies fa and fb are set so that a resonance frequency determined by the inductor L2 and the capacitor C2 or a frequency that is substantially an odd number of the resonance frequency passes during the frequency sweep.
図11は放電灯が点灯しなかった場合(無負荷時)について、放電灯に流れる電流と印加される共振電圧の一例を示す。図12は放電灯が始動電圧の印加途中でブレイクダウンした場合について、放電灯に流れる電流と印加される共振電圧の一例を示す。 FIG. 11 shows an example of the current flowing through the discharge lamp and the applied resonance voltage when the discharge lamp is not lit (no load). FIG. 12 shows an example of the current flowing through the discharge lamp and the applied resonance voltage when the discharge lamp breaks down during the application of the starting voltage.
(実施の形態9)
図13は本発明の実施の形態9における始動時から定常時までの動作を示す図である。第2のインダクタL2と第2のコンデンサC2の共振により始動に必要な電圧を発生させる区間Taの後に、ランプをグロー放電からアーク放電へと移行させるための区間Tbを設けている。また、グロー放電からアーク放電へと移行させるための区間Tbの周波数は区間Taの周波数よりも低く設定する。一例として始動に必要な電圧を発生させる区間Taを1秒間、115KHz、グロー放電からアーク放電へと移行させるための区間Tbを0.5秒間、52KHzに設定する。この時間は放電灯がブレイクダウンに必要な時間と放電灯がグロー放電からアーク放電へと安定移行できるまでの様子を見ながら時間と周波数を設定する。
(Embodiment 9)
FIG. 13 is a diagram showing operations from the start time to the steady time in
図14は放電灯が点灯しなかった場合について、放電灯に流れる電流と印加される共振電圧の一例を示す。図15は放電灯が始動電圧の印加途中でブレイクダウンした場合について、放電灯に流れる電流と印加される共振電圧の一例を示す。 FIG. 14 shows an example of a current flowing through the discharge lamp and an applied resonance voltage when the discharge lamp is not lit. FIG. 15 shows an example of the current flowing through the discharge lamp and the applied resonance voltage when the discharge lamp breaks down during the application of the starting voltage.
(実施の形態10)
図16は本発明の実施の形態10の回路図である。基本的な回路構成は図1と同様であるが、図16の回路では、さらにイグナイタ8を備えている。イグナイタ8以外の構成及び動作については図1と同様である。上記各実施の形態では直流電源1の電源電圧および共振電圧を印加電圧として放電灯2を点灯させるものであったが、本実施の形態では、さらにイグナイタ8を備えていることにより低パルスでの始動が可能となっている。
(Embodiment 10)
FIG. 16 is a circuit diagram of the tenth embodiment of the present invention. The basic circuit configuration is the same as that of FIG. 1, but the circuit of FIG. 16 further includes an
始動動作時には、インダクタL2とコンデンサC2で決まる略共振周波数の高周波でスイッチング素子Q2、Q3を交互にオン、オフ動作させて、コンデンサC2の両端に共振電圧を発生させ、その共振電圧を電源として、イグナイタ8を動作させ、イグナイタ8のパルストランスPTより始動時に陽極から陰極に向けた電界を発生する始動パルスを放電灯2に印加する。
At the start-up operation, the switching elements Q2 and Q3 are alternately turned on and off at a high frequency of a substantially resonant frequency determined by the inductor L2 and the capacitor C2, and a resonance voltage is generated at both ends of the capacitor C2. The
イグナイタ8の構成については、図示された構成に限定されるものではないが、ここでは、始動動作時に共振用のコンデンサC2に得られる高周波電圧のピーク値でダイオードD3を介してコンデンサC3を充電し、コンデンサC3の蓄積電荷を放電ギャップGを介してパルストランスPTの1次巻線に供給している。コンデンサC3の充電電圧が放電ギャップGのブレイクダウン電圧を越えると、放電ギャップGを介してコンデンサC3の電荷が放電し、パルストランスPTの1次巻線にパルス状の電流が流れる。これによりパルストランスPTの2次巻線には巻数比に応じて昇圧された高電圧パルスが発生する。この高電圧パルスがコンデンサC2を介して放電灯2の両端に印加されることにより、放電灯2がブレイクダウンして、放電が開始される。
The configuration of the
放電灯2には共振電圧とイグナイタ8により発生させた両方の電圧が印加され、高電圧パルスのみを印加するよりも低いパルス電圧で放電灯2をブレイクダウンさせることが出来る。
Both the resonant voltage and the voltage generated by the
なお、イグナイタ8のコンデンサC3は共振電圧により充電されるので、イグナイタ8により発生させる始動パルスは、始動時の高周波動作時にのみ発生するものであり、定常時の直流点灯動作時にはイグナイタ8のパルス発生動作は自動的に停止する。
Since the capacitor C3 of the
図17(a)〜(c)は本実施の形態のイグナイタ8のパルストランスPTの配置例を示した図である。それ以外の構成は図16と同様である。始動時に陰極から陽極に向けた電界を発生する始動パルスを放電灯2に印加する場合、始動時に陽極、陰極の両方向から電界を発生する始動パルスを放電灯2に印加する場合のイグナイタ8の配置例を示す。これらの構成においても図16の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
FIGS. 17A to 17C are diagrams showing arrangement examples of the pulse transformer PT of the
このように、始動時に陽極から陰極に向けた電界を発生する始動パルスを放電灯に印加するイグナイタを具備する構成、始動時に陰極から陽極に向けた電界を発生する始動パルスを放電灯に印加するイグナイタを具備する構成、始動時に陽極、陰極の両方向から電界を発生する始動パルスを放電灯に印加するイグナイタを具備する構成のいずれを採用しても構わない。 In this way, a configuration including an igniter that applies a start pulse for generating an electric field from the anode to the cathode at the start time to the discharge lamp, and a start pulse for generating an electric field from the cathode to the anode at the start time is applied to the discharge lamp. Either a configuration including an igniter or a configuration including an igniter that applies a start pulse for generating an electric field from both the anode and cathode directions to the discharge lamp at the time of start may be employed.
以上の各実施の形態において、放電灯点灯装置は照明装置に内蔵されて照明装置の光源である放電灯を点灯させる用途に用いられても良いし、また、プロジェクタ用の光源としてのメタルハライドランプ等の高圧放電灯の点灯装置として用いられても良い。特に、液晶プロジェクタ等においては、点灯装置の周囲に精密な電子回路が多数配置されているので、イグナイタによる高圧パルスの影響を低減できることにより信頼性を向上させることができる。 In each of the above embodiments, the discharge lamp lighting device may be used for a purpose of lighting a discharge lamp that is a light source of the lighting device built in the lighting device, or a metal halide lamp as a light source for a projector, etc. It may be used as a lighting device for a high pressure discharge lamp. In particular, in a liquid crystal projector or the like, since a large number of precise electronic circuits are arranged around the lighting device, the reliability can be improved by reducing the influence of the high voltage pulse by the igniter.
1 直流電源
2 放電灯
3 電流検出回路
4 電圧検出回路
5 演算回路
6 パルス幅変調回路
9 パルス発生回路
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