JP4325620B2 - 放電灯点灯装置、照明装置、プロジェクタ - Google Patents
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Description
以下の実施形態において説明する放電灯点灯装置は、基本的には図1に示す構成を有するものであって、チョッパ回路1と極性反転回路2と電圧検出回路3とについては図21に示した従来構成と同様のものを用いている。制御回路4は、マイクロコンピュータ(以下、「マイコン」と略称する)10を用いて構成され、マイコン10からの電力指令値S5をPWM制御回路11に与えることにより、PWM制御回路11が電力指令値S5に応じたデューティ比でチョッパ回路1のスイッチング素子Q1をオンオフする。PWM制御回路11では、電流検出用の抵抗R1の両端電圧を監視しており、抵抗R1の両端電圧として検出した電流値が電力指令値S5として指定された目標値に一致するようにスイッチング素子Q1のオンオフのデューティ比を増減させる。また、マイコン10はフルブリッジ制御回路12に対してスイッチング素子Q2〜Q5のオンオフの周波数である反転周波数を決定する制御信号を出力しており、フルブリッジ制御回路12では極性反転回路2の各アームに設けたスイッチング素子Q2〜Q5をオンオフのタイミングを決定する制御信号を生成する。フルブリッジ制御回路12から出力された制御信号はドライバ2a,2bを介してスイッチング素子Q2〜Q5に与えられる。
実施形態1は、ランプ電圧のみをパラメータとして反転周波数を決定する構成であったが、本実施形態では電圧切替信号S2により選択される電力も反転周波数を決定するためのパラメータとして併用するものである。つまり、高圧放電灯Laへの供給電力が小さくなれば、ランプ電流が低下して高圧放電灯Laの電極の温度が低下するから、供給電力が小さくなるほど反転周波数を高くするように制御する。この構成を実現するために、V/F変換テーブルは電圧切替信号S2により選択される電力ごとに設定してあり、たとえば、切替電圧をV1の1個とするときには図3(a)のように、大きい電力(P1)に対しては図3(a)にA1,A2で示すように反転周波数(f1,f2)を比較的低く設定し、小さい電力(P2)に対しては図3(a)にB1,B2で示すように反転周波数(f1′,f2′)を比較的高く設定する。また、切替電圧をV1,V2の2個とし、さらに電力を大きい電力P1と中間の電力P2と小さい電力P3との3段階から選択可能とする場合には、図3(b)にA1〜A3(電力P1に対応),B1〜B3(電力P2に対応),C1〜C3(電力P3に対応)で示すように、電力P1〜P3ごとに反転周波数を(f1,f2,f3),(f1′,f2′,f3′),(f1″,f2″,f3″)などと設定する。ここに、本実施形態では選択した電力にかかわらず切替電圧V1(V2)は固定してあり、V/F変換テーブルの作成が容易になっている。なお、上述のように、図中においてA〜Cを先頭に付した符号は、それぞれ電力P1〜P3に対応し、この関係は以下の各実施形態においても適用する。
実施形態2では電力切替信号S2により選択される電力にかかわらず切替電圧V1(V2)を固定しているが、本実施形態では選択される電力ごとに切替電圧を変更している。つまり、供給電力を2段階から選択し、各電力に対して切替電圧を1個ずつ設定するとすれば、図4(a)に示すように、大きい電力P1に対してはA1,A2で示すように切替電圧V1の前後において反転周波数をf1とf2(>f1)とに切り替えるようにし、小さい電力P2に対してはB1,B2で示すように切替電圧V1′(<V1)の前後において反転周波数をf1′(>f1)とf2′(>f1′)とに切り替えるようにする。このように、電力が小さいほど切替電圧を低く設定する。
本実施形態は、ランプ電圧が低い電圧範囲では実施形態1のように選択した電力にかかわりなく反転周波数を等しくし、ランプ電圧が比較的高い範囲では実施形態2または実施形態3のように反転周波数と切替電圧とのうち少なくとも反転周波数を電力ごとに変更するものである。つまり、図5(a)のように切替電圧がV0よりも低い電圧範囲では選択した電力にかかわりなく反転周波数をf1としてあり、切替電圧がV0以上でかつV1より低い電圧範囲では、大きい電力に対しては反転周波数をf1に保ち、小さい電力に対しては反転周波数をf1′に引き上げている。さらに、V1よりも高い切替電圧V2以上の電圧範囲では、大きい電力と小さい電力とのいずれに対しても反転周波数をそれぞれf2,f2′に引き上げている。
実施形態4では、ランプ電圧が切替電圧V0よりも低い電圧範囲においては電力切替信号S2により選択された電力が異なっても反転周波数を等しく設定しているが、本実施形態では、高圧放電灯Laの点灯時間が規定した切替時間に到達するまでは電力切替信号S2により選択された電力にかかわらず反転周波数を同じに設定しておき、点灯時間が切替時間を超えると選択された電力に応じて反転周波数を変化させるようにしてある。つまり、高圧放電灯Laの点灯時間が切替時間に達するまでは、図8(a)のように電力切替信号S2により選択された電力にかかわらず反転周波数を等しくする。ただし、この期間においても反転周波数はランプ電圧の電圧範囲に応じて変化させる。ここでは、切替電圧V1よりも低い電圧範囲では反転周波数をf1とし、切替電圧V1以上の電圧範囲においては反転周波数をf1よりも高いf2としている。また、点灯時間が切替時間を越えると、図8(b)のように電力切替信号S2により選択された電力に応じて反転周波数を異ならせる。図示例においては、大きい電力についてはA1,A2のように、切替電圧V1を挟んで反転周波数をf1とf2(>f1)とに切り替え、小さい電力についてはB1,B2のように、切替電圧V1を挟んで反転周波数をf1′とf2′(>f1′)とに切り替えている。
上述した各実施形態では、切替電圧を挟んで反転周波数を切り替える構成としているから、ランプ電圧が切替電圧付近で変動するような場合に、反転周波数が不安定に変動することになり、動作が不安定になることがある。そこで、本実施形態ではランプ電圧と反転周波数との関係にヒステリシスを付与している。すなわち、図9(a)に示すように、高低2段階の切替電圧V1h、V1b(<V1h)を設定し、反転周波数がf1であるときには高いほうの切替電圧V1hを越えたときに反転周波数をf2に高め、反転周波数がf2であるときには低いほうの切替電圧V1bを下回ったときに反転周波数をf1に引き下げるのである。この動作によって反転周波数が不必要に切り替わることがなくなる。図9(b)は電力に応じて反転周波数を異ならせる場合であって、この場合も図9(a)と同様の動作になる。他の構成および動作は実施形態1と同様である。
実施形態6は、ランプ電圧と反転周波数との関係にヒステリシスを付与することによって反転周波数の切替時の動作を安定させているが、本実施形態では、反転周波数を切り替えるか否かの判断を行う時間間隔を比較的大きくすることによって反転周波数の切替時の動作を安定させるものである。すなわち、反転周波数の決定のためにランプ電圧を検出する時間間隔をランプ電流の極性の反転回数で規定してあり、たとえば図10(a)のようにランプ電流の極性が8回反転するたびにランプ電圧を検出し、図10(b)のようにランプ電圧が切替電圧V1より低いか切替電圧V1以上かを判断するようになっている。ランプ電流の極性の反転回数は実際にはランプ電流を監視して計数しているのではなくマイコン10から出力する制御信号の個数に基づいて判断する。
実施形態7では、ランプ電流の極性が規定した回数だけ反転するたびに反転周波数を変更するか否かの判断のためのランプ電圧を検出しているが、選択されている反転周波数によってランプ電圧を検出する際の時間間隔が変動する。本実施形態では、実施形態7と同様に、ランプ電圧を検出する時間間隔を比較的長くしながらも時間間隔のばらつきを実施形態7よりも低減した構成を示す。
本実施形態は、規定した時間間隔でランプ電圧を検出するとともに切替電圧との大小関係を判定し、ランプ電圧を規定した回数だけ検出した時点でランプ電圧と切替電圧との判定毎の大小関係に基づく多数決を行い、大小関係のうち回数が最大である大小関係を採用して反転周波数を決定し、反転周波数の変更が必要なときには次のランプ電流の極性反転時のタイミングで反転周波数を変更するものである。
実施形態9は、一定時間毎にランプ電圧と切替電圧との大小関係を判定しているが、本実施形態は図13に示すように、ランプ電流(図13(a)参照)の極性が反転するたびにランプ電圧と切替電圧との大小関係を判定し、極性が一定回数(図示例では8回)反転するたびに多数決を行うようにしてある。また、ランプ電圧と切替電圧との大小関係の1回の判定にあたっては、ランプ電圧を所定回数(図示例では3回)求め、その平均値をランプ電圧として用いる。ここでは、8回の判定のうちランプ電圧が切替電圧V1(図13(b)参照)を越えていた回数が5回以上であれば反転周波数をf2に設定し、5回未満であれば反転周波数をf1に設定している。なお、ランプ電圧と切替電圧との大小関係を判定する回数は8回に限定されるものではなく、またランプ電圧として必ずしも3回の平均値を用いる必要もない。他の構成および機能は実施形態9と同様である。
本実施形態は、図16に示すように、上述した構成の放電灯点灯装置20を用いた液晶プロジェクタの構成例であって、光源となる高圧放電灯Laは反射器21によって配光が制御される。放電灯点灯装置20を含めて液晶プロジェクタの各構成要素はプロジェクタ制御回路22により制御されており、プロジェクタ制御回路22と放電灯点灯装置20との間では、放電灯点灯装置20からランプ電圧に対応した電圧情報信号S4が送出され、プロジェクタ制御回路22からは電力切替信号S2および外部制御信号S3が送出される。ここに、外部制御信号S3および電圧情報信号S4には矩形波信号を用いる。
上述した各実施形態では、高圧放電灯Laの一対の電極のうちの一方が他方よりも消耗するのを防止するために、極性反転回路2をデューティ比が50%になるように駆動している。これに対して本実施形態は、アークジャンプを検出するとともにアークジャンプが検出されたときには、ランプ電流波形のデューティを50%からずらすようにしているものである。アークジャンプの検出には、たとえばランプ電流を監視し、ランプ電流の平均値が減少したときにアークジャンプが発生したと判断するようにアークジャンプ判定手段を構成することが可能である。たとえば、図17(b)に示すように、アークジャンプ判定手段においてアークジャンプの有無に関連する検出量を求め、この検出量を閾値Thと比較することによって、アークジャンプの発生の有無を検出する。図示例では、アークジャンプが検出されなければランプ電流のデューティ比を50%とし、アークジャンプが検出された後にはデューティ比を50%ではない適宜の値Dvに変更している。
実施形態12においては、アークジャンプの解消が検出された後にランプ電流の極性反転が数回行われてからデューティ比を元に戻すように制御しているが、本実施形態では、図19(b)に示すように、アークジャンプ検出手段での検出値が閾値Thを越える際の変化分ΔVを用い、図19(a)のようにランプ電流波形のデューティ比をDvに変更している期間において、アークジャンプ検出手段での検出値が閾値thに対して変化分ΔVの変化を生じるとデューティ比を50%に戻すようにしている。他の構成および動作は実施形態12と同様である。
Claims (18)
- 直流電源と、直流電源を電源としてDC−DC変換を行い出力電力を制御可能なチョッパ回路と、チョッパ回路の出力端間に接続された平滑コンデンサと、平滑コンデンサの両端電圧を電源としてDC−AC変換を行う極性反転回路と、極性反転回路により交番電圧が印加される高圧放電灯と、チョッパ回路の出力電力を制御するとともに極性反転回路の出力制御を行う制御回路と、高圧放電灯のランプ電圧に相当する電圧を検出する電圧検出回路とを備え、
前記制御回路において、電圧検出回路が検出した電圧の電圧範囲を規定する切替電圧が設定され、検出した電圧と切替電圧との大小関係に応じて高圧放電灯のランプ電流の極性を反転させる反転周波数を複数段階に変化させるように極性反転回路を制御し、
前記制御回路は、前記チョッパ回路の出力電力を複数段階から選択可能であって、選択可能な電力に対応付けて前記反転周波数を変更することを特徴とする放電灯点灯装置。 - 前記切替電圧は選択可能な電力にかかわらず固定的に設定されていることを特徴とする請求項1記載の放電灯点灯装置。
- 前記切替電圧の少なくとも1つは異なる電力に対して異なる値に設定されることを特徴とする請求項1記載の放電灯点灯装置。
- 前記高圧放電灯の点灯直後において前記電圧検出回路により検出される電圧が規定した電圧に達するまでは選択可能な電力にかかわらず同じ反転周波数を適用することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の放電灯点灯装置。
- 前記高圧放電灯の点灯直後において規定した切替時間に達するまでは選択可能な電力にかかわらず同じ反転周波数を適用することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の放電灯点灯装置。
- 前記切替電圧はヒステリシスが付与されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の放電灯点灯装置。
- 前記制御回路は、前記高圧放電灯のランプ電流の極性反転の規定回数ごとに前記反転周波数の変更の有無を判定することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の放電灯点灯装置。
- 前記制御回路は、少なくとも規定した一定時間が経過した後ごとに前記反転周波数の変更の有無を判定することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の放電灯点灯装置。
- 前記制御回路は、前記電圧検出回路で検出した電圧と前記切替電圧との大小関係を一定時間毎に判定し、規定した判定回数ごとに規定の大小関係を満たす回数が規定した回数以上か規定した回数未満かに応じて反転周波数の変更の有無を判定することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の放電灯点灯装置。
- 前記制御回路は、前記高圧放電灯のランプ電流の極性が反転するたびに前記電圧検出回路により検出した電圧を取り込むことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の放電灯点灯装置。
- 前記制御回路は、前記高圧放電灯のランプ電流の極性反転から所定時間が経過すると前記電圧検出回路により検出した電圧を取り込むことを特徴とする請求項10記載の放電灯点灯装置。
- 前記制御回路は、前記高圧放電灯のランプ電流の極性反転が偶数回生じたタイミングで前記反転周波数を変更することを特徴とする請求項1記載の放電灯点灯装置。
- 請求項1記載の放電灯点灯装置を具備することを特徴とする照明装置。
- 請求項1記載の放電灯点灯装置を具備することを特徴とするプロジェクタ。
- 前記高圧放電灯において生じるアークジャンプを検出するアークジャンプ検出手段を備え、前記制御回路は、アークジャンプ検出手段によりアークジャンプが検出されると前記高圧放電灯のランプ電流波形のデューティ比を50%とは異なる値に設定することを特徴とする請求項1記載の放電灯点灯装置。
- 前記ランプ電流波形のデューティ比が50%とは異なる値に設定されている期間は、ランプ電流の極性反転がアークジャンプの解消される程度の回数によって規定されていることを特徴とする請求項15記載の放電灯点灯装置。
- 前記ランプ電流波形のデューティ比が50%とは異なる値に設定されている期間は、前記アークジャンプ検出手段による検出値によってアークジャンプが検出されたときの検出値の変化分が元に戻る期間として規定されていることを特徴とする請求項15記載の放電灯点灯装置。
- 前記ランプ電流波形のデューティ比が50%とは異なる値に設定されている期間において、時間経過とともにデューティ比を変化させることを特徴とする請求項16または請求項17記載の放電灯点灯装置。
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