JP4179173B2 - 放電灯点灯装置、照明装置、プロジェクタ - Google Patents
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Description
請求項3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7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10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。
図1は本発明の実施の形態1の回路図である。以下、その回路構成について説明する。直流電源1の正極と負極の間には、スイッチング素子Q1,Q2の直列回路が接続されている。各スイッチング素子Q1,Q2にはダイオードD1,D2が逆並列接続されている。スイッチング素子Q1,Q2はバイポーラトランジスタであっても良いが、MOSFETを用いればダイオードD1,D2はドレイン・ソース間の内蔵ダイオードで兼用できる。スイッチング素子Q1,Q2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の他端と直流電源1の負極の間にはコンデンサC1が接続されている。コンデンサC1には、小抵抗Rよりなる電流検出回路3を介して放電灯2が接続されている。コンデンサC1と並列に抵抗R1,R2の直列回路よりなる電圧検出回路4が接続されている。電流検出回路3の検出出力と電圧検出回路4の検出出力は演算回路5に入力されている。演算回路5ではランプ電力を演算し、目標電力との誤差をパルス幅変調回路6にフィードバックする。パルス幅変調回路6では、定常時動作において、ランプ電力が目標電力に一致するようにスイッチング素子Q1のパルス幅を制御する。
なお、インダクタL1とコンデンサC1は2つのスイッチング素子Q1、Q2のどちらかに接続されていればよく、放電灯2はコンデンサC1に並列になるように接続されていれば良い。
まず、点灯信号の入力により、始動時はスイッチング素子Q1、Q2が交互にオン、オフし、どちらか一方に接続されているインダクタL1とコンデンサC1で決まる略共振周波数の高周波でスイッチングし、共振電圧を放電灯2に印加し、放電灯2に印加される始動電圧を確保する。つまり、始動時には2つのスイッチング素子Q1,Q2が高周波で交互にオン、オフする。すなわち、スイッチング素子Q1がオン状態でスイッチング素子Q2がオフ状態である第1の状態と、スイッチング素子Q1がオフ状態でスイッチング素子Q2がオン状態である第2の状態とが、高周波で交番する。一例として、インダクタL1を600μH、コンデンサC1を3300pFとし、このインダクタL1とコンデンサC1で決まる略共振周波数の115KHzでスイッチング素子Q1,Q2を交互にオン、オフ動作させることで始動電圧を確保することができる。
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L1をトランス構造にしたインダクタL1’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C1の直列回路をスイッチング素子Q2の両端に並列接続し、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C1と並列に接続したものである。インダクタL1’以外の構成及び動作については、図1と同様である。
本実施の形態では、上述の実施の形態1の始動時動作における高周波のスイッチング周波数を、スイッチング素子Q1,Q2のどちらか一方に接続されているインダクタL1とコンデンサC1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1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。
図4は本発明の実施の形態4における各スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング動作を示す波形図であり、図5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。
図6は本発明の実施の形態5における各スイッチング素子Q1,Q2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。
図7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4,5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4,5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。
図11は本発明の実施の形態7における始動時から定常時までの動作を示す図である。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。インダクタL1とコンデンサC1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、インダクタL1を100μH、コンデンサC1を2200pFとし、このインダクタL1とコンデンサC1で決まる略共振周波数の115kHzでスイッチング素子Q1、Q2を交互にオン、オフ動作させ、始動に必要な電圧を発生させる区間Taを1秒間とし、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。
図14は本発明の実施の形態8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、本実施の形態では、コンデンサC1に並列になるように接続されたコンデンサC2とコンデンサC2に直列に接続されたスイッチング素子Q3を有する点が異なる。
図16は本発明の実施の形態9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、本実施の形態では、コンデンサC1に直列になるように接続されたコンデンサC2とコンデンサC2に並列に接続されたスイッチング素子Q3を有する点が異なる。ここでは、大容量のコンデンサC1と小容量のコンデンサC2を直列に接続して構成し、コンデンサC2に並列にスイッチング素子Q3を接続し、始動時はスイッチング素子Q3を遮断状態にし、ランプ点灯後はスイッチング素子Q3を導通状態にするようにした。
図17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17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、イグナイタ8を備えているので、共振電圧の低減と低パルスでの始動を可能とすることができる。なお、図3に示した実施の形態2においても同様のイグナイタ8を設けても良い。
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
7 ダウンコンバータ
Claims (13)
- 直流電源と、前記直流電源に接続される第1及び第2のスイッチング素子の直列回路と、各スイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続された第1及び第2のダイオードと、第1または第2のスイッチング素子に並列接続されるインダクタおよびコンデンサの直列回路と、前記コンデンサに並列接続される放電灯と、始動時は第1及び第2のスイッチング素子を高周波で交互にオンするようにスイッチングさせ、定常時には直列接続されたインダクタとコンデンサに並列に接続されているスイッチング素子を遮断状態にし、該スイッチング素子に並列に接続されたダイオードと他方のスイッチング素子とで降圧チョッパ動作させるように各スイッチング素子をオン/オフする制御手段とを備え、前記コンデンサは、第1のコンデンサとこの第1のコンデンサに並列に設けられた少なくとも1個以上の第2のコンデンサとの並列回路より成り、第2のコンデンサに直列にスイッチ要素を設け、そのスイッチ要素のON/OFFにより合成キャパシタンス容量を可変させ、始動時は合成キャパシタンス容量を小さくし、ランプ点灯後は合成キャパシタンス容量を大きくするように、合成キャパシタンス容量を可変させることにより始動モードと定常モードを切り替えることを特徴とする放電灯点灯装置。
- 直流電源と、前記直流電源に接続される第1及び第2のスイッチング素子の直列回路と、各スイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続された第1及び第2のダイオードと、第1または第2のスイッチング素子に並列接続されるインダクタおよびコンデンサの直列回路と、前記コンデンサに並列接続される放電灯と、始動時は第1及び第2のスイッチング素子を高周波で交互にオンするようにスイッチングさせ、定常時には直列接続されたインダクタとコンデンサに並列に接続されているスイッチング素子を遮断状態にし、該スイッチング素子に並列に接続されたダイオードと他方のスイッチング素子とで降圧チョッパ動作させるように各スイッチング素子をオン/オフする制御手段とを備え、前記コンデンサは、第1のコンデンサとこの第1のコンデンサに直列に設けられた少なくとも1個以上の第2のコンデンサとの直列回路より成り、第2のコンデンサに並列にスイッチ要素を設け、そのスイッチ要素のON/OFFにより合成キャパシタンス容量を可変させ、始動時は合成キャパシタンス容量を小さくし、ランプ点灯後は合成キャパシタンス容量を大きくするように、合成キャパシタンス容量を可変させることにより始動モードと定常モードを切り替えることを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項1または2において、前記インダクタをトランス構造にし、トランスの1次側と2次側の一端を接続し、その接続点に前記コンデンサを接続し、1次側の他端を第1及び第2のスイッチング素子の接続点と接続し、トランスの2次側と放電灯の直列回路を前記コンデンサと並列に接続したことを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項1〜3のいずれかにおいて、始動時は高周波交流点灯、定常時は直流点灯を行うことを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項1〜4のいずれかにおいて、始動時に第1及び第2のスイッチング素子をインダクタとコンデンサの共振周波数付近でスイッチングさせ、インダクタとコンデンサの共振により放電灯の始動電圧を発生させることを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項1〜4のいずれかにおいて、始動時に第1及び第2のスイッチング素子を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、インダクタとコンデンサの分周共振により放電灯の始動電圧を発生させることを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項1〜6のいずれかにおいて、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ことを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項7において、変化させる周波数を第1の周波数から第2の周波数まで連続的に又は多段階的に変化させ、その周波数の可変を1サイクルとし、その周波数可変サイクルを繰返し行うことを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項8において、第1の周波数は第2の周波数よりも高いことを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項5〜9のいずれかにおいて、インダクタとコンデンサの共振により始動に必要な電圧を発生させる第1の区間の後に、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第2の区間を設けたことを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項10において、第2の区間の周波数は第1の区間の周波数よりも低く設定されることを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項1〜11のいずれかに記載の放電灯点灯装置により点灯される高圧放電灯を光源として備えることを特徴とする照明装置。
- 請求項1〜11のいずれかに記載の放電灯点灯装置により点灯される高圧放電灯を光源として備えることを特徴とするプロジェクタ。
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