JP4324974B2 - 高圧放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は矩形波点灯による高圧放電灯点灯装置の改良に関するものである。

近年、降圧チョッパー回路と低周波で高圧放電灯の点灯極性を切り換えるフルブリッジ回路とを組み合わせた高圧放電灯点灯装置が、液晶プロジェクターなどのバックライト用光源装置等に使用されている。

このような高圧放電灯点灯装置としては、図１０に示す回路を備えたものが知られている。図１０に示す高圧放電灯点灯装置は、電源１０１(直流もしくは交流を整流平滑したもの)を、ダイオード１０２、チョークコイル１０３、コンデンサ１０４、スイッチング素子１０５とで構成されるチョッパー回路１０６へ印加し、スイッチング素子１０５のデューティー比をＰＷＭ制御回路１０７でコントロールすることにより、フルブリッジ回路１０８へ適切な直流電圧に変換して電力を供給している。

フルブリッジ回路１０８は、イグナイタ回路１０９によって始動する高圧放電灯１０１０を点灯始動からの一定時間、トランジスタ１０１１，１０１２は導通状態を保ち、高圧放電灯１０１０が点灯安定状態になると、トランジスタ１０１１，１０１２とトランジスタ１０１３，１０１４が交互に導通するように制御する。そして低周波数で動作するように、フルブリッジ制御回路１０１５によって制御され、高圧放電灯１０１０が低周波矩形波で点灯する。

液晶プロジェクターなどのバックライト光源として近年、超高圧水銀灯が使用され始めている。また、液晶プロジェクターの小型化、軽量化に伴い、光源の反射鏡の小型化、高照度化がさらに進んでいる。これにより、受光部分である液晶素子の小型化もさらに進められている。

従来の低周波矩形波で点灯する高圧放電灯点灯装置では、超高圧水銀灯におけるアーク移動を制御することができないため、アーク移動によって受光部分に入る光の量が大きく変化し、液晶プロジェクタ−などの場合、スクリーン照度変化が大きくなるため、スクリーン上にチラツキが発生してしまう。本発明は上記事情にもとづいてなされたものであり，特に超高圧水銀灯のアーク移動を抑制する高圧放電灯点灯装置を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するため、請求項１記載の発明は、高圧放電灯のランプ電流を低周波矩形波電流と高周波矩形波電流を使って、前記高圧放電灯を点灯させる高圧放電灯点灯装置において、低周波矩形波電流の半周期の直後に、高周波矩形波電流を１サイクル印加する高圧放電灯点灯装置であって、同高周波矩形波電流は、前記高圧放電灯のランプ電流よりも過入力の電流値であることを特徴とするものであり、請求項２記載の発明は、請求項１記載の高圧放電灯点灯装置において、高周波矩形波電流を１サイクルの後半の半サイクルにのみ印加することを特徴とする高圧放電灯点灯装置である。

そして請求項３記載の発明は、前記低周波矩形波電流の周波数を６０〜５００Ｈｚの範囲から選択し、前記高周波矩形波電流の周波数を前記選択された低周波矩形波電流の周波数の５〜２５倍までの範囲で選択して使用されることを特徴とする請求項１乃至２の何れかの項に記載の高圧放電灯点灯装置であり、請求項４記載の発明は、前記高圧放電灯のランプ電流よりも過入力の電流値である高周波矩形波電流は、高圧放電灯の正常動作時のランプ電流値の１．２〜５倍とすることを特徴とする請求項1乃至３の何れかの項に記載の高圧放電灯点灯装置である。

請求項１記載の発明によれば、超高圧水銀灯等の高圧放電灯のアーク移動を抑制し、スクリーン照度変化を減少させ、スクリーン上のチラツキを防止することができる。また、請求項２記載の発明によれば、超高圧水銀灯等の高圧放電灯のアーク移動をさらに軽減でき、スクリーン上のチラツキをさらに防止することができる。請求項３記載の発明と請求項４記載の発明によれば、超高圧水銀灯等の高圧放電灯のランプ電力に応じて、極めて良好にスクリーン上のチラツキを防止することができる。

〔発明の実施の形態〕
以下に本発明の実施例を図面を参照して説明する。図１は本発明の一例を示す回路ブロック図であり、電源１(直流もしくは交流を整流平滑したもの)、チョッパー回路２、フルブリッジ回路３、高圧放電灯４、高周波矩形波発振回路５、低周波矩形波発振回路６、波形合成回路７、フルブリッジ制御回路８、ＰＷＭ制御回路９、過入力信号抽出回路１０とで構成される。

図２は高周波矩形波発振回路５の高周波矩形波信号波形図であり、図３は低周波矩形波発振回路６の低周波矩形波信号波形図である。図２における高周波矩形波の周波数は、図３における低周波矩形波の周波数の５〜２５倍の範囲で発振させている。

図４は波形合成回路７の出力信号波形図であり、図３の低周波矩形波信号の半周期の直後に図２の高周波矩形波信号を１サイクル印加する波形図である。そして、波形合成回路７の出力信号がフルブリッジ制御回路８に入力されると、図４の波形合成回路７の出力信号波形図と同等の波形で、高圧放電灯４が点灯する。

図５はＰＷＭ制御回路９の詳細図で、高圧放電灯４に並列接続された１１ａ、１１ｂ、１１ｃの抵抗はランプ電圧を検出し、高圧放電灯４に直列接続された電流検出用抵抗１２はランプ電流を検出する。前記の検出されたランプ電圧値とランプ電流値をかけ算器１３に入力し、演算結果を誤差増幅器１４に入力する。

そしてＰＷＭ制御回路９は前記演算結果をもとに、チョッパー回路２のデューティー比を調整するために、誤差増幅器１４の入力端子に接続された可変抵抗器１５と直列に抵抗１１ｄ,１１ｅを接続し、同抵抗１１ｄ, １１ｅと並列にスイッチ素子１６を接続する。チョッパー回路２のデュ−ティー比をＰＷＭ制御回路９でコントロールした後、フルブリッジ制御回路８へ適切な直流電圧に変換し、高圧放電灯４に電力を供給する。

そして過入力信号抽出回路１０により、図４の波形合成回路７の信号波形から高周波矩形波部分の１サイクルの時間を信号として取り出すと、図６のような信号波形図になる。図６の信号波形をスイッチ素子１６に与えると、スイッチ素子１６は導通して抵抗１１ｄの両端が短絡され、正常動作時よりも抵抗１１ｅにかかる電圧が上昇して、デューティー比が大きくなる。デューティー比が大きくなることによって、高圧放電灯４に供給されるランプ電流がスイッチ素子１６が導通している時だけランプ電流が大きくなり、図７のようなランプ電流波形図になる。図７が、本発明の一実施例のランプ電流波形である。

また、過入力信号抽出回路１０により、図４の波形合成回路７の信号波形から高周波矩形波部分の１サイクルの後半の半サイクルの時間を信号として取り出すと、図８のような信号波形図になる。図８の信号波形をスイッチ素子１６に与えると図９のようなランプ電流波形図になる。図９が本発明の他の実施例のランプ電流波形である。

電流波形の切り替え時に発生するチラツキは、電極の温度に影響されるため、図７もしくは図９のように、高周波矩形波電流から低周波矩形波電流への切り替え時に、ランプ電流よりも過入力の電流値で点灯することによって、電極の放電部が温められるので、アークスポットの移動を抑制でき、アーク移動が減少し、スクリーン照度変化が減少し、スクリーン上のチラツキを防止することができる。

本発明の高圧放電灯点灯装置を用いてランプ電力が１２０Ｗであるランプを、低周波矩形波電流の周波数が９０Ｈｚ、高周波矩形波電流の周波数が１ｋＨｚ、正常動作時のランプ電流値よりも２倍程度の過入力の電流値で点灯させるエージング試験を行って、スクリーン照度測定を行ったところ、超高圧水銀放電灯等の高圧放電灯に発生するアークの移動に伴うスクリーン照度変化を減少させることができ、スクリーン上のチラツキを防止できた。

また、低周波矩形波電流の周波数を６０Ｈｚ未満にすると、スクリーン上にチラツキが発生し、低周波矩形波電流の周波数を５００Ｈｚよりも大きくすると、音響的共鳴現象が発生する。そして、前記高周波矩形波電流の周波数を前記選択された低周波矩形波電流の周波数の５倍未満にすると、電極に負荷がかかって電極が折れてしまい、前記高周波矩形波電流の周波数を前記選択された低周波矩形波電流の周波数の２５倍よりも大きくすると、電極のアークスポット部を温めることができなくなり、アークスポットが移動してしまう。そして、高周波矩形波電流を高圧放電灯の正常動作時のランプ電流値の１．２〜５倍にするのは、電極のアークスポット部を温めるのに最も効果があり、アークスポットが移動しづらくなるからである。

なお、抵抗１１ｅにかかる電圧を抵抗１１ｄの抵抗値で調整することによって、高圧放電灯４のランプ電力に応じたランプ電流値よりも過入力の電流値とすることが可能であり、超高圧水銀灯等の高圧放電灯のランプ電力に応じて、極めて良好にスクリーン上のチラツキを防止することができる。

以上説明したように、本発明によれば、超高圧水銀灯等の高圧放電灯のアークスポットの移動を抑制でき、アーク移動が減少するので、スクリーン照度変化を減少でき、スクリーン上のチラツキを防止することができる。さらに、超高圧水銀灯等の高圧放電灯のランプ電力に応じて、極めて良好にスクリーン上のチラツキを防止することができる。

本発明の一例を示すブロック回路図 高周波矩形波信号波形図 低周波矩形波信号波形図 波形合成回路の出力信号波形図 ＰＷＭ制御回路の詳細図 高周波矩形波部分の1サイクルの時間を信号として取り出した信号波形図 本発明の一実施例のランプ電流波形図 高周波矩形波部分の1サイクルの後半の半サイクルの時間を取り出した信号波形図 本発明の他の実施例のランプ電流波形図 従来の高圧放電灯点灯装置

符号の説明

１ 電源
２ チョッパー回路
３ フルブリッジ回路
４ 高圧放電灯
５ 高周波矩形波発振回路
６ 低周波矩形波発振回路
７ 波形合成回路
８ フルブリッジ制御回路
９ ＰＷＭ制御回路
１０ 過入力信号抽出回路
１１ａ,１１ｂ,１１ｃ,１１ｄ 抵抗
１２ 電流検出用抵抗
１３ かけ算器
１４ 誤差増幅器
１５ 可変抵抗器
１６ スイッチ素子

Claims (1)

1. 直流電圧を交流ランプ電流に変換するブリッジ回路（３）、該ブリッジ回路に該直流電圧を供給するそのデューティー比により、直流出力が制御されるチョッパー回路とからなる直流供給回路（２、９）及び該ブリッジ回路の交流ランプ電流が低周波矩形波電流と高周波矩形波電流とからなる該ブリッジ回路を制御する回路（８）とからなる高圧放電灯点灯装置において、
   
   該低周波矩形波の極性変化時である半周期の終了直後に、該半周期の極性とは逆の極性から始まる該高周波矩形波の１サイクルが挿入された合成波形信号を生成する回路（５、６、７）を含み，
   
   該合成波形信号は該制御回路（８）に与えられ、該制御回路は該合成波形信号に基いて該ブリッジ回路（３）の交互導通を制御して高圧放電灯に引加されるランプ電流を生成しており、
   
   該合成波形信号に挿入された該高周波矩形波の１サイクル又はその後半サイクルを抽出し、該抽出した１サイクル又は後半サイクル期間だけデューティー比を大きくさせて該チョッパー回路からの出力直流電圧を上昇させ、該直流電圧供給回路から該ブリッジ回路へ供給される直流電圧を、他の期間より所定値だけ大きくするよう、該直流供給回路を制御する回路（９）を更に含み、
   
   該１サイクル又は後半サイクルの期間のランプ電流が他の期間のランプ電流より大きくされていることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。

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