JP4453374B2 - 高圧放電灯の点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は高圧水銀ランプ、メタハラドランプ等始動時に高圧パルスを印加する高圧交流放電灯の点灯装置およびそれを用いたデータプロジェクター等の電子機器に関するものである。

従来、高圧交流放電灯の点灯中に放電アークが不安定になり交流放電灯にフリッカーが生じていた。それは、放電アークの起点が移動することによるものでその原因として、交流電流で動作させる場合に前記高圧交流放電灯の陽極と陰極の動作機構の違いにより、高圧蒸気中の放電では陽極起点が比較的大きいのに対し陰極起点が非常に小さいため陽極起点中のどこに陰極起点ができるか一定しないためで、一定させるには陽極起点の温度をスポット的に上昇させ陽極起点中の陰極起点を安定させることが必要となる。

このフリッカー対策として高圧放電灯を交流ランプ電流で作動させる場合に、図１５に示すように交流ランプ電流の半周期後の所定の位置から階段状の電流パルスを発生させ、この電流パルスの極性を前記交流ランプ電流の極性と同一にするとともに前記電流パルスをその発生した半周期の後の部分で前記交流ランプ電流に重畳した交流電流波形によって高圧放電灯の電極の温度が極性反転の直前で高い値に上昇するため放電アークが同一個所から発生し放電アークの安定性を増大して前記高圧放電灯のフリッカーを抑制する点灯方法である。

また、交流ランプの平均電力を一定にするため、交流ランプ電流の半周期前半は階段状の電流パルスを減算している。図１５は上記高圧放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。図１５の点灯波形発生回路５３は、マイクロコンピュータ１８ａｂとＤ／Ａコンバータ１７からなり、百数十Ｈｚの矩形波信号２４を出すと共にランプフリッカーを低減する上記の階段状の交流ランプ電流を発生させる階段信号５７の発生回路である。そして、制御回路５４は、ランプ電力を一定にする信号を作るため、ランプ出力電圧５５とランプ出力電流検出電圧５６とを掛け算した信号を、割り算回路６２によって点灯波形発生回路５３で発生させたランプフリッカー低減階段信号５７で割り算し、ローパスフィルタ回路６１を経て比較回路６０からＰＷＭ制御信号５８により、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０を制御し、高圧放電灯１１に流れる交流ランプ電流波形を発生させるものである。

ここで、ランプ電圧（Ｖｌａ）と交流ランプ電流（Ｉｌａ）、ランプフリッカー低減信号（Ｆｌａ）、ランプ電力（Ｐｌａ）とすると、本制御は
Ｐｌａ＝Ｖｌａ×Ｉｌａ／Ｆｌａ＝一定 となるものである。

そこで、交流ランプ電流（Ｉｌａ）とランプ電圧（Ｖｌａ）の関係は
Ｉｌａ＝Ｐｌａ×Ｆｌａ／Ｖｌａ
（Ｐｌａ×Ｆｌａ＝一定 であるから）
ランプ電圧（Ｖｌａ）が上昇すると交流ランプ電流（Ｉｌａ）は減少し、交流ランプ電流（Ｉｌａ）に重畳されるランプフリッカー低減信号電流も減少する。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特表平１０−５０１９１９号公報

この従来の点灯方法においては、交流ランプ電流に重畳するランプフリッカー低減階段信号５７の振幅を調整するとランプ電力も変化する点とランプを長時間使用し、ランプの電極が消耗するとランプ電力が高くなる。その時電力を一定にする為ランプ電流を下げるが、同時にランプフリッカー低減信号電流も低下し、フリッカー低減効果が小さくなるという問題点を有していた。

本発明は、上記従来の問題点を解決するもので高圧放電灯の点灯中のフリッカーを抑制するとともに簡単な回路構成でランプの輝度を一定にして、制御を安定にする点灯方法とそれを用いた電子機器はランプの長寿命化を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、高圧放電灯が必要とする電力を供給するコンバータと、前記コンバータの出力を交流ランプ電流に変換して前記高圧放電灯に供給する交流変換回路と、高圧放電灯電圧と前記交流ランプ電流とに応じて前記コンバータを駆動するための点灯波形を生成する点灯波形発生回路とを備え、この点灯波形発生回路は前記点灯波形を生成するための、前記高圧放電灯電圧と前記交流ランプ電流とに応じて平均電流信号を発生させる第２のＤ／Ａコンバータと、前記平均電流信号を転流前に所定時間の上昇部および転流後に所定時間の低下部を設けるためのフリッカー対応信号を発生する第１のＤ／Ａコンバータと、前記平均電流信号と前記フリッカー対応信号とを合成する合成回路部と、前記第１、第２のＤ／Ａコンバータを制御するマイクロコンピュータとを有し、前記合成回路部の引き抜き電流動作と注入電流動作とを非動作とする期間を前記第１のＤ／Ａコンバータ内の電流変換回路の動作切り替えにより形成することにより高圧放電灯を点灯させる。

本発明による高圧放電灯の点灯方法では、平均電流とランプフリッカー低減信号とを合成する。ここでは、ランプ電力を制御するため平均電流の制御と、フリッカー低減の制御とを並列に行う。これにより、ランプを長時間使用し、ランプの電極が消耗するとランプ電圧が高くなった際に、そこでの電力を一定にするためランプの平均電流の変化が発生しても、それにかかわらず安定したフリッカー低減効果が得られると同時に、低下部と上昇部との間には、引き抜き電流動作と注入電流動作とを非動作とする期間を第１のＤ／Ａコンバータ内の電流変換回路の動作切り替えにより形成するものである。これにより、ランプフリッカー低減信号の波形をより精度良く発生させ、ランプフリッカーを低減しつつ、滑らかにランプを点灯させることができる。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、高圧放電灯の電極消耗による高圧放電灯電圧の上昇に対応した交流ランプ電流の低下に伴う第２のＤ／Ａコンバータの出力低下が生じた際に、第１のＤ／Ａコンバータの出力を変化させずに前記フリッカ対応信号の出力を一定にするようにしたものである。これにより、ランプを長時間使用し、ランプ電極の消耗に伴いランプ電圧が高くなった場合においても、その時のランプ電力を一定にするためランプ電流を低下させるものの、ランプフリッカー低減信号は変化させず交流ランプには常に同じランプフリッカー低減電流を流すので、安定したフリッカー低減効果が得られる。

交流ランプ電流で高圧放電灯を点灯する際に、平均電流とランプフリッカー低減信号とを合成する。つまり、ランプ電力を制御するため平均電流の制御と、フリッカー低減の制御とを並列に行う。これに加えてランプフリッカー低減信号は低下部と上昇部とを有し、この低下部と上昇部との間には、引き抜き電流動作と注入電流動作とを非動作とする期間を電流変換回路の動作切り替えにより形成するものである。これにより、ランプを長時間使用し、ランプの電極が消耗するとランプ電圧が高くなった際に、そこでの電力を一定にするためランプの平均電流の変化が発生しても、制御を並列に行っていることによりフリッカー抑制機能は常に有効にかつ精度よく動作させることができ、安定した滑らかなフリッカー低減効果が得られると共にランプの長寿命化を提供することができるという効果を奏するものである。

図１は本発明による高圧放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。図１の高圧放電灯点灯装置は、前記直流電源１からＤＣ−ＤＣコンバータ５０、交流変換回路５１を介して高圧放電灯（ランプ）１１に接続される。前記ＤＣ−ＤＣコンバータ５０は制御回路１４からのＰＷＭ制御信号５８により直流電源１の電圧を数十ＫＨｚの高周波の電圧に変換し、平滑してランプ出力電圧を得る。前記制御回路１４は前記高圧放電灯１１に供給する出力電流を可変するように制御している。

ここで、高圧放電灯１１を最初に高電圧（約２０ＫＶ）を印加して点灯させるイグナイタ６が交流変換回路５１を介して前記高圧放電灯１１に接続される。

前記交流変換回路は４個のスイッチング素子で構成され、それぞれのスイッチング素子は駆動回路５２で切り替え制御することにより高圧放電灯に交流電力を供給する。点灯波形発生回路１８からは、数十から数百Ｈｚの矩形波信号２４を出し駆動回路５２で交流変換駆動信号に加工する。さらに前記点灯波形発生回路１８からはランプフリッカー低減のための階段信号１８ｏｓとランプ出力電力制御信号１８ｏｃを出し、制御回路１４において、この２つの信号１８ｏｓと１８ｏｃの合成信号と抵抗２３で検出したランプ出力電流と比較し、ＰＷＭ制御信号５８を得る。そして、
ランプ電流（Ｉｌａ）＝ランプ電力（Ｐｌａ）／ランプ電圧（Ｖｌａ）
であるから、比例定数をαとすると
ランプ出力電力制御信号１８ｏｃ＝α×ランプ電流（Ｉｌａ）
＝α×（Ｐｌａ／Ｖｌａ）
により高圧放電灯１１の電力を一定制御し、明るさを一定に保つことができる。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１について説明する。図２は本発明の実施の形態１における高圧放電灯の回路構成図、図３はその動作を示す動作波形図である。

図２において、１は直流電源、１１は高圧放電灯である。この高圧放電灯１１は前記直流電源１からＤＣ−ＤＣコンバータ５０、交流変換回路５１を介して接続される。前記ＤＣ−ＤＣコンバータ５０はスイッチング素子２、ＰＷＭ回路１２、ダイオード３、チョークコイル４および平滑コンデンサ５で構成され、前記スイッチング素子２はＰＷＭ回路１２からの駆動信号により数十ＫＨｚの高周波でオン、オフ動作して直流電源１の電圧を数十ＫＨｚの高周波の電圧に変換し、ダイオード３、チョークコイル４および平滑コンデンサ５で平滑される。前記ＰＷＭ回路１２を制御回路１４で制御する。

制御回路１４は、基準電源５９から抵抗１４ｂと抵抗１４ｄと交流ランプ電流検出抵抗２３とを直列接続しその他端を接地すると共に前記基準電源５９から抵抗１４ａと抵抗１４ｃとを直列接続しその他端を接地するブリッジ回路に、点灯波形発生回路１８からのランプフリッカー低減のための階段信号１８ｏｓとランプ出力電力制御信号１８ｏｃを抵抗１５と抵抗１６で合成し、抵抗１４ａと抵抗１４ｃの交点に入力する。

また、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧５５は点灯波形発生回路１８内の抵抗１８ｅと抵抗１８ｆで分圧し、Ａ／Ｄコンバータ１８ｄに入力する。Ａ／Ｄコンバータ１８ｄの出力からマイクロコンピュータ１８ａはランプに最適な電流を流せるようにＤ／Ａコンバータ１８ｃへの出力値を下記の（式１）から計算しランプ出力電力制御信号１８ｏｃを得る。

ランプ出力電力制御信号１８ｏｃ＝α×ランプ電流（Ｉｌａ）
＝α×（Ｐｌａ／Ｖｌａ） （式１）
そしてマイクロコンピュータ１８ａの出力信号によりＤ／Ａコンバータ１８ｂからはランプフリッカー低減のための階段信号１８ｏｓを発生させ電圧−電流変換して前記第四の抵抗に信号電流を流す。

制御回路１４において、この２つの信号１８ｏｓと１８ｏｃの合成信号と抵抗２３で検出したランプ出力電流をブリッジ回路に入力し、抵抗１４ａと抵抗１４ｃの交点を比較器１３の＋入力に接続し、抵抗１４ｂと抵抗１４ｄの交点を比較器１３の−入力に接続し、ランプ出力電流が小さいと比較器１３の出力であるＰＷＭ制御信号５８が上昇し、スイッチング素子２の導通期間が長くなり、交流変換回路５１に供給する電力が増加し、ランプ出力電流を増加させるように制御する。

ここで、ブリッジ回路の抵抗１４ａと抵抗１４ｃの交点電圧及び抵抗１４ｂと抵抗１４ｄの交点電圧は電源５９の電圧の半分以下に設定する。それにより比較器１３の電源に負電源が必要でなく電源５９と共用できる。また、比較器１３の出力をフィードバックする抵抗５７ａとコンデンサ５７ｂがブリッジ回路に接続でき制御の安定化が図れる。

前記交流変換回路５１は４個のスイッチング素子７、８、９、１０と駆動回路５２内の反転回路１９、２０で構成され、前記スイッチング素子７、８と９、１０はそれぞれ直列接続され、前記スイッチング素子７と８の接続点と９、１０の接続点にイグナイタ６を介して前記高圧放電灯１１が接続される。これら前記スイッチング素子７、８、９、１０はそれぞれＵ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４の駆動素子で駆動される。前記駆動素子Ｕ２、Ｕ４と駆動素子Ｕ１、Ｕ３は互いに出力極性が反対にしており、かつスイッチング素子７とスイッチング素子８及びスイッチング素子９とスイッチング素子１０は同じに導通しないように、タイミング回路２１でデッドタイムを設けている。前記タイミング回路２１には点灯波形発生回路１８内のマイクロコンピュータ１８ａから数十から数百Ｈｚの矩形波信号２４を出し、上述した駆動回路５２で交流変換駆動信号に加工し、交流変換回路５１で放電灯１１を交流点灯させ続ける。

図３は高圧放電灯１１の交流駆動波形図である。図３（ａ）は高圧放電灯１１に印加される交流ランプ電圧波形であり、（ｂ）は高圧放電灯１１に流れる交流ランプ電流波形であり、その平均電流は図１の点灯波形発生回路１８のランプ出力電力制御信号１８ｏｃで制御され、階段状の電流波形はランプフリッカー低減のための階段信号１８ｏｓで制御される。図３（ｃ）では高圧放電灯１１で消費されるランプ電力波形を示す。

本発明による高圧放電灯の点灯方法では、交流ランプ電流に重畳するランプフリッカー低減階段信号とランプ電力を制御するためにランプ電流を制御する電流制御を並列に行い、ランプを長時間使用し、ランプの電極が消耗するとランプ電圧が高くなる。その時電力を一定にするためランプ電流を下げるが、ランプフリッカー低減信号は変化せず交流ランプには常に同じランプフリッカー低減電流が流れ、安定したフリッカー低減効果が得られる。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を説明する。図４は本発明の実施の形態２における高圧放電灯の特に、Ｄ／Ａコンバータ１８ｂａとマイクロコンピュータ１８ａの回路構成図である。

本実施の形態における図４において、任意の時間オン・オフ可能なマイクロコンピュータ１８ａの出力端子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３にＤ／Ａコンバータ１８ｂａを構成する抵抗３９ａ、３９ｂ、３９ｃの一端をそれぞれ接続し、前記抵抗の他端を共通に接続し、定電流源を構成するトランジスタ３４のコレクタとベースの短絡端子に接続し、トランジスタ３４のベースとトランジスタ３５のベースを接続し、トランジスタ３５のコレクタ出力にスイッチ１８ｂｓｗの中点を接続する。

スイッチ１８ｂｓｗの切り替え端子の一方には第二の定電流源を構成するトランジスタ３６のコレクタとベースの短絡端子に接続し、トランジスタ３６のベースとトランジスタ３７のベースを接続し、トランジスタ３７のコレクタ出力にスイッチ１８ｂｓｗの切り替え端子を接続し、階段出力信号１８ｂｏｕｔとする。トランジスタ３４とトランジスタ３５の各エミッタと電源３０に接続の抵抗３１と３１ａとトランジスタ３６、３７のエミッタに接続の抵抗３８と抵抗３８ａは各トランジスタベースとエミッタ間電圧Ｖｂｅのバラツキを抑えるものである。

以上のように構成された点灯回路について、以下にその動作を図５を参照しながら説明する。図７（ａ）は定電流源の抵抗３１に流れる電流を示す。マイクロコンピュータ１８ａの出力端子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が時間ｔ０、ｔ１、ｔ２・・にそれぞれ接地されることにより抵抗３９ａ、３９ｂ、３９ｃに電流が流れ、トランジスタ３４で合成される。

例えば、時間ｔ０からｔ１には抵抗３９ｂに電流が２ｍＡ、抵抗３９ｃに電流が４ｍＡ流れ、時間ｔ１から時間ｔ２には抵抗３９ａに電流が１ｍＡ、抵抗３９ｃに電流が４ｍＡ流れ、抵抗３１にはその合成電流がそれぞれ、６ｍＡと５ｍＡが流れる。時間ｔ２からｔ７には順次、抵抗３９ａ、３９ｂ、３９ｃを切り替えて電流を減らしていくと抵抗３１には階段信号電流が得られる。

そこで、マイクロコンピュータ１８ａの出力端子Ｐ４のスイッチ１８ｂｓｗの切り替え信号１８ｓｃを５ｖにして（図７（ｂ））スイッチ１８ｂｓｗ端子を第二の定電流源を構成するトランジスタ３６のコレクタとベースの短絡端子に接続すると、トランジスタ３４、３５との定電流回路により抵抗３１ａ（抵抗値を抵抗３１と同じにすると）には抵抗３１同等の電流が流れ、同じ電流がトランジスタ３６、抵抗３８とトランジスタ３７、抵抗３８ａ（抵抗値は抵抗３８と同じとする）に流れる。このトランジスタ３７のコレクタ電流は階段出力信号１８ｂｏｕｔからの引き抜き電流（−Ｉ）（図７（ｃ））となる。

次に、時間ｔ６からｔ１０にはマイクロコンピュータ１８ａの出力端子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３はオフであり抵抗３９ａ、３９ｂ、３９ｃには電流が流れないので階段出力信号１８ｂｏｕｔからの引き抜き電流は（０）（図７（ｃ））となる。

そこで、マイクロコンピュータ１８ａの出力端子Ｐ４のスイッチ１８ｂｓｗの切り替え信号１８ｓｃを０ｖにして（図７（ｂ））スイッチ１８ｂｓｗ端子をトランジスタ３５のコレクタ電流を階段出力信号１８ｂｏｕｔ側にする。

そして、時間ｔ１０からｔ１５、ｔ０にはマイクロコンピュータ１８ａの出力端子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は順次、抵抗３９ａ、３９ｂ、３９ｃに電流を流し、トランジスタ３５のコレクタからスイッチ１８ｂｓｗを通して階段出力信号１８ｂｏｕｔに注入電流が１ｍＡ、２ｍＡ、３ｍＡ…６ｍＡと流れる（図７の（ａ）と（ｃ））。

また抵抗３１ａは可変抵抗にすることで階段出力信号１８ｂｏｕｔの電流振幅を容易に可変することが可能となる。

Ｄ／Ａコンバータ１が電流出力の場合、図２の制御回路１４内の抵抗１５は不要であり階段出力信号１８ｂｏｕｔの電流は直接ブリッジ回路を構成する抵抗１４ｃに加えて制御することが可能である。

ここで、図８と図９に従来のＤ／Ａコンバータ１７とマイクロコンピュータ１８の回路構成図と波形を示す。図８の従来のＤ／Ａコンバータ１７には実施の形態２の図４からスイッチ１８ｂｓｗと第二の定電流源を構成するトランジスタ３６、３７がなく、第一の定電流源を構成するトランジスタ３５のコレクタに抵抗３１ｃを接続し、抵抗３１ｃに発生する電圧をバッファアンプ１７ａで階段信号３３を出力するものである。その結果、図９に示すように、階段信号３３は時間ｔ１からｔ３で階段状にまず３ステップ上がり、その後時間ｔ７からｔ１０で更に３ステップ上がる波形しかできない。また、時間ｔ３からｔ７はこの階段波形の平均値であるが、図８の抵抗３１ｃを可変すると、階段波形の振幅を変化させることが可能であるが、同時に時間ｔ３からｔ７の平均値も変化してしまう。

その結果、高圧放電灯１１に供給する電力が変化する。

それに対して、上記実施の形態２で説明したように、図４に示す交流ランプのフリッカー低減交流電流波形を発生させるＤ／Ａコンバータ１８ｂａをマイクロコンピュータ１８ａの複数の出力端子にそれぞれ抵抗３９ａ、３９ｂ、３９ｃの一端を接続し、定電流源を構成するトランジスタ３４、３５と定電流源を構成するトランジスタ３６、３７及びスイッチ１８ｂｓｗの簡単な回路構成で制御回路１４のブリッジ回路の抵抗１４ｃに引き抜き電流と注入電流を流す波形発生回路を可能とし、その結果、ランプフリッカーを低減しつつ放電灯の輝度変化を少なくすることが可能となる。

また、上記実施の形態２で説明したように、図４、図７に示す交流ランプ電流の交流電流波形を発生させるＤ／Ａコンバータ１８ｂａの出力を矩形波の転流後から階段状に時間ｔ０からｔ６まで減少させ次の所定時間ｔ１０からｔ１５、ｔ０の転流前まで階段状に上昇させ、第四の抵抗に階段状に引き抜き電流を流す定電流源のトランジスタ３６とトランジスタ３７、そして注入電流を流す定電流源のトランジスタ３４とトランジスタ３５の電流変換回路をスイッチ１８ｂｓｗで切り替えることにより、交流ランプ電流に重畳するランプフリッカー低減階段信号５７の振幅を従来より２倍の精度で良く発生させ、ランプフリッカーを低減しつつ輝度の安定した高圧放電灯を点灯させることができる。

更に、上記実施の形態２で説明したように、図４、図７に示す交流ランプ電流の交流電流波形を発生させるＤ／Ａコンバータ１８ｂａの出力を矩形波の転流後から階段状に時間ｔ０からｔ６まで減少させ次の所定時間ｔ１０からｔ１５、ｔ０の転流前まで階段状に上昇させ、第四の抵抗に階段状に引き抜き電流を流す定電流源のトランジスタ３６とトランジスタ３７、そして注入電流を流す定電流源のトランジスタ３４とトランジスタ３５の電流変換回路をスイッチ１８ｂｓｗで切り替えるタイミングを図７の時間ｔ６からｔ１０までの間に電流をゼロの期間を設け図７（ｂ）のスイッチ切り替え信号でスイッチする。

そして、注入電流を流す定電流源のトランジスタ３４とトランジスタ３５の各エミッタに接続する抵抗３１と抵抗３１ａの一方、例えば抵抗３１ａを可変抵抗にすることによりトランジスタ３５のコレクタからの出力電流（Ｉｏ）を変化させることができる。更にこの出力電流（Ｉｏ）は、引き抜き電流を流す定電流源のトランジスタ３６に流すのでトランジスタ３７のコレクタからの引き抜き電流も（Ｉｏ）となり、交流ランプ電流に重畳するランプフリッカー低減階段信号５７の振幅波形は抵抗３１ａで調整しても上下バランスの取れた階段波信号１８ｂｏｕｔとなり、その波形の平均値は変化しない。その結果、ランプ電力は変化せず、ランプフリッカーを低減しつつ、より滑らかにランプを点灯させることができる。

本実施の形態における図５において、任意の時間オン・オフ可能なマイクロコンピュータ１８ａの出力端子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３にＤ／Ａコンバータ１８ｂｂを構成する抵抗３９ａ、３９ｂ、３９ｃの一端をそれぞれ接続し、前記抵抗の他端を共通に接続し、第一の定電流源を構成するトランジスタ３４のコレクタとベースの短絡端子に接続し、トランジスタ３４のベースとトランジスタ３５のベースを接続し、トランジスタ３５のコレクタ出力は階段出力信号１８ｂｏｕｔを接続する。第一の定電流源を構成するトランジスタ３４とトランジスタ３５のベースに更にトランジスタ３５ｂのベースを接続し、トランジスタ３５ｂのコレクタ電流により第二の定電流源を構成するトランジスタ３７に電流を流し、トランジスタ３６のコレクタにより階段出力信号１８ｂｏｕｔから電流を引き抜く。そしてトランジスタ３５ｂのエミッタには抵抗を介してマイクロコンピュータの出力Ｐ４に接続し、マイクロコンピュータの出力Ｐ４をオン・オフすることで上記第二の定電流源の引き抜き電流を制御する。

図７（ａ）抵抗３１の電流波形になるようにマイクロコンピュータ１８ａの出力端子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３をオン・オフする。

次に、図７（ｃ）階段出力信号１８ｂｏｕｔの時間ｔ０からｔ６の負の電流(−Ｉ)は引き抜き電流であり、これを作るにはトランジスタ３５と抵抗３１ｂからは注入電流(Ｉ)が作られるので、マイクロコンピュータの出力Ｐ４に接続される抵抗３１ｂの抵抗値を約抵抗３１ａの５０％にすると、マイクロコンピュータの出力Ｐ４がオン期間トランジスタ３５ｂからトランジスタ３７に電流（Ｉ×２）そしてトランジスタ３６には電流（−Ｉ×２）が流れる。その結果、階段出力信号１８ｂｏｕｔには（Ｉ−Ｉ×２＝−Ｉ）の電流が流れ、階段出力信号１８ｂｏｕｔはブリッジ回路の第四の抵抗に接続され引き抜き電流と注入電流を流す回路で高圧放電灯を点灯することにより簡単な回路構成で、ランプフリッカーを低減しつつ放電灯の輝度変化を少なくすることが可能となる。

更に、引き抜き電流を制御するトランジスタ３５ｂのエミッタ抵抗３１ｂを可変することで、図６に示すように、階段波信号１８ｂｏｕｔをランプ特性に最適になる様に変化させることが可能となる。なお、上記階段波信号１８ｂｏｕｔの電流波形は抵抗３８ａ、抵抗３８を可変しても同様の効果が得られる。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３について説明する。

高圧放電灯１１を使用した電子機器は、その電子機器からの投射光にバラツキがないように高圧放電灯１１の明るさを調整する必要がある。高圧放電灯１１の明るさのバラツキは点灯波形発生回路１８の抵抗１８ｅ、抵抗１８ｆ、Ａ／Ｄコンバータ１８ｄ、Ｄ／Ａコンバータ２の１８ｃと制御回路１４のブリッジ回路の抵抗１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ及びランプ電流検出抵抗２３、比較器１３の入力オフセット等様々ある。そこで、上記のバラツキを簡単に補正するのが本発明である。図１０は実施の形態３における高圧放電灯の動作説明図である。

特に、実施の形態３では、図１の点灯波形発生回路１８と制御回路１４について高圧放電灯１１のランプ輝度（＝ランプ電力）について説明する。

図１において、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧５５（＝ランプ電圧（Ｖｌａ））は点灯波形発生回路１８内の抵抗１８ｅと抵抗１８ｆで分圧し、その分圧電圧（Ｖｃ）をＡ／Ｄコンバータ１８ｄに入力する。Ａ／Ｄコンバータ１８ｄの出力からマイクロコンピュータ１８ａはランプに最適な電流を流せるようにＤ／Ａコンバータ１８ｃへの出力値を計算しランプ出力電力制御信号１８ｏｃを得、制御回路１４の抵抗１６により電圧−電流変換してブリッジ回路の抵抗１４ｃに信号電流を流す。そして、抵抗１４ａと抵抗１４ｃの交点を比較器１３の＋入力に接続し、抵抗１４ｂと抵抗１４ｄの交点を比較器１３の−入力に接続し、ランプ出力電流が小さいと比較器１３の出力であるＰＷＭ制御信号５８が上昇し、スイッチング素子２の導通期間が長くなり、交流変換回路５１に供給する電力が増加し、ランプ出力電流を増加させる。

そこで、ランプ電力（Ｐｌａ）ランプ電圧（Ｖｌａ）、比例定数をαとすると、前記（式１）から
ランプ出力電力制御信号１８ｏｃ＝α×ランプ電流（Ｉｌａ）
＝α×（Ｐｌａ／Ｖｌａ） （式１）
＝α１×（Ｐｌａ／Ｖｃ） （式２）
図１の抵抗１８ｅと抵抗１８ｆの抵抗値をＲｅとＲｆとし、その交点電圧をＶｃとすると、
Ｖｃ＝Ｖｌａ×Ｒｆ／（Ｒｅ＋Ｒｆ） （式３）
ここで、抵抗１８ｆを可変抵抗として、その抵抗値Ｒｆ１とすると、ランプ電圧（Ｖｌａ）は変化しないので
Ｖｃ１＝Ｖｌａ×（１＋Ｒｅ／Ｒｆ１） （式３ａ）
（式３ａ）を（式１）、（式２）へ代入すると変化後のランプ出力電力制御信号１８ｏｃ１とランプ電流（Ｉｌａ１）は
ランプ出力電力制御信号１８ｏｃ１＝α×ランプ電流（Ｉｌａ１）
＝α１×（Ｐｌａ／Ｖｌａ×（１＋Ｒｅ／Ｒｆ１））（式４）
以上の関係を図１０の動作説明図で説明する。

図１０のグラフ横軸は、ランプ電流（Ｉｌａ１）であり、縦軸はランプ電圧（Ｖｌａ）と交点電圧（Ｖｃ）であり、図中の曲線は、
ランプ電力（Ｐｌａ）＝１３０ｗ
＝ランプ電圧（Ｖｌａ）×ランプ電流（Ｉｌａ）を示す。

本来、部品のバラツキがなければ、ランプ電圧（Ｖｌａ）＝Ｖｌａ１の時、交点電圧（Ｖｃ）＝Ｖｃ１からランプ電流（Ｉｌａ）＝Ｉｌａ１が設定されランプ電力（Ｐｌａ）＝１３０ｗが出る（図１０の長い破線）。ところが部品のバラツキによりランプ電圧（Ｖｌａ）＝Ｖｌａ１の時、交点電圧（Ｖｃ）＝Ｖｃ０となりランプ電流（Ｉｌａ）＝Ｉｌａ０が設定されると
ランプ電力（Ｐｌａ）＝ランプ電圧（Ｖｌａ）×ランプ電流（Ｉｌａ０）
＝１４０ｗ
が設定される（図１０の短い破線）。そこで、本発明はランプ電圧（Ｖｌａ）を分圧する抵抗１８ｅと可変抵抗１８ｆの交点電圧（Ｖｃ）を変化させ最適なランプ電力（Ｐｌａ）＝１３０ｗに設定するものである。

（実施の形態４）
以下、実施の形態４について説明する。

高圧放電灯１１を使用した電子機器は、その電子機器からの投射光の明るさを周囲があまり明るくない場合は下げた方が見やすく、また省エネルギー化が図れる。そこで、図１１の高圧放電灯の回路構成図において点灯波形発生回路１８の抵抗１８ｅ、抵抗１８ｆに加えて、マイクロコンピュータ１８ａの制御線２５からスイッチ素子１８ｈをＯＮ／ＯＦＦする信号を出し、スイッチ素子１８ｈにより抵抗１８ｆと並列に抵抗１８ｇを接続する。その結果、Ａ／Ｄコンバータ１８ｄにはＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧５５（＝ランプ電圧（Ｖｌａ））の分圧比がマイクロコンピュータ１８ａにより制御された電圧が印加される。

まず、標準の明るさの設定はマイクロコンピュータ１８ａの制御線２５からスイッチ素子１８ｈをＯＮする信号を出し、抵抗１８ｆと抵抗１８ｇが並列接続される。図１１の抵抗１８ｅ、抵抗１８ｆ、抵抗１８ｇの抵抗値をＲｅ、Ｒｆ、Ｒｇとし、抵抗１８ｆ、抵抗１８ｇの並列接続時の抵抗値をＲｆｇ、その交点電圧（Ａ／Ｄコンバータ１８ｄ入力）をＶｃ２とすると、
Ｒｆｇ＝Ｒｆ×Ｒｇ／（Ｒｆ＋Ｒｇ）
Ｖｃ２＝Ｖｌａ×Ｒｆｇ／（Ｒｅ＋Ｒｆｇ）
図１２は実施の形態４における高圧放電灯の動作説明図である。ランプ電圧（Ｖｌａ）＝Ｖｌａ２の時、交点電圧（Ｖｃ）＝Ｖｃ２からランプ電流（Ｉｌａ）＝Ｉｌａ２が設定されランプ電力（Ｐｌａ）＝１３０ｗが出る（図１２の長い破線）。

次に省電力モード時の明るさの設定はマイクロコンピュータ１８ａの制御線２５からスイッチ素子１８ｈをＯＦＦする信号を出し、抵抗１８ｆから抵抗１８ｇの一端がオープンとなる。その結果、抵抗１８ｅ、抵抗１８ｆの交点電圧（Ａ／Ｄコンバータ１８ｄ入力）をＶｃ３とすると、
Ｖｃ３＝Ｖｌａ×Ｒｆ／（Ｒｅ＋Ｒｆ）
そして、図１２ではランプ電圧（Ｖｌａ）＝Ｖｌａ２の時、交点電圧（Ｖｃ）＝Ｖｃ３からランプ電流（Ｉｌａ）＝Ｉｌａ３が設定されランプ電力（Ｐｌａ）＝１０４ｗ（例として２０％の電力削減）が出る（図１２の短い破線）。

ここで、図１２のランプ電圧（Ｖｌａ）が約５０Ｖ以下ではランプ電流（Ｉｌａ）は２．５Ａ一定で垂下させる。これは、高圧放電灯１１の電極が異常により短絡した時、高圧放電灯装置を破壊から保護するものである。

マイクロコンピュータからの制御線とスイッチ素子１８ｈ及び抵抗１８ｇを同様に多数並列接続することにより投影する映像信号に合わせてきめ細かくランプの電力（明るさ）を制御することも可能である。以上のようにランプ出力を制御する手段を備えた電子機器はマイクロコンピュータにより電子機器の状況に応じてランプの輝度を下げ省電力モードにしながらランプフリッカーも軽減することが可能となり、ランプの寿命をより長くする効果を奏するものである。

（実施の形態５）
以下、実施の形態５について説明する。図１３は本発明の実施の形態５における高圧放電灯の回路構成図であり、特に、高圧放電灯１１が点灯する前後について説明する。

図１３において、高圧放電灯１１を点灯するにはイグナイタ６から最初に高電圧（約２０ＫＶ）を印加して高圧放電灯１１内の電極間で放電を起こさせ、次にＤＣ−ＤＣコンバータ５０内のコンデンサ５に蓄えられたエネルギーを交流変換回路５１のスイッチ素子７とスイッチ素子１０を介して前記高圧放電灯１１に電流（ピーク電流は数十アンペア）を流し点灯を開始させる。その後、高圧放電灯１１のランプ電圧は短絡状態に近いので実施の形態４で説明したように、図１２のランプ電圧（Ｖｌａ）が約５０Ｖ以下では高圧放電灯装置を破壊から保護するため、ランプ電流（Ｉｌａ）は２．５Ａ一定でＤＣ−ＤＣコンバータ５０が制御され、ランプが消えることがある。

そこで図１３の本発明の実施の形態５における高圧放電灯装置は、マイクロコンピュータ１８ａがランプ電圧（Ｖｌａ）５５を分圧する抵抗１８ｅと抵抗１８ｆから、Ａ／Ｄコンバータ１８ｄを介して高圧放電灯１１の点灯時のランプ電圧が短絡状態に近いことを一定時間モニタリングすることでランプの点灯を検知できる。そして、その結果をマイクロコンピュータ１８ａはＬＥＤ２６に電流を流すことでランプの点灯を表示する。

そこで、ランプの点灯を検知するまではマイクロコンピュータ１８ａのＬＥＤ２６制御端子が５ｖ（マイクロコンピュータ１８ａの動作電圧）であるのを利用し、ダイオード２７ａから抵抗２７ｂを介してブリッジ回路の抵抗１４ｃに電流を注入する。その結果、ランプ電流制御の制御電流が増大する。その動作説明図を図１４に示す。図１４の破線、例えばランプ電流（Ｉｌａ）がランプ点灯時には５Ａに設定することが可能となる。この状態でランプ電流を増加させ点灯を確実にし、マイクロコンピュータ１８ａがランプ点灯を検知するとＬＥＤ２６には電流を流しダイオード２７ａの電圧は下がり抵抗２７ｂには電流が流れなくなり、ランプ電流制御は通常のランプ点灯後の動作に移行する（図１４の実線）。

同様の動作は前記ブリッジ回路を構成する抵抗１４ｄから電流を引き抜くことでも同様の動作となる。またマイクロコンピュータ１８ａがランプ点灯を検知する方法は抵抗２３の端子電圧を増幅してランプ電流の変化を測定することでも可能であり、ランプ点灯直後の制限電流よりもランプ点灯時により多くの電流を流しランプ点灯をより確実に行うことが可能となる電子機器を提供できる。

なお、図２においてマイクロコンピュータ１８ａがＤ／Ａコンバータ２：１８ｃの出力電圧（Ｖｏｃ）を用いてランプ電力（Ｐｌａ）を制御する計算式は以下となる。ランプ電圧（Ｖｌａ）、ブリッジ回路の抵抗１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄのそれぞれの抵抗値をＲａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄとし、ランプ電流検出抵抗２３と抵抗１６の抵抗値をＲ２３とＲ１６とする。

また、ＲａＲ１６＋ＲａＲｃ＋ＲｃＲ１６＝Ｒｘ とすると、
Ｄ／Ａコンバータ２：１８ｃ出力電圧（Ｖｏｃ）は
Ｖｏｃ＝Ｒ２３ＲｘＲｂ／｛ＲａＲｃ（Ｒｂ＋Ｒｄ）｝×Ｐｌａ／Ｖｌａ
＋｛５ＲｘＲｄ／｛ＲａＲｃ（Ｒｂ＋Ｒｆ）｝−５Ｒ１６／Ｒａ｝となる（式１の詳細）。

以上のように、本発明の点灯装置は、高圧水銀ランプやメタハラドランプ等の始動時に高圧パルスを印加する高圧交流放電灯に有用であるとともに、それらを用いたプロジェクター等の電子機器に有用である。

本発明の実施の形態１における電子機器のブロック図 本発明の実施の形態１における電子機器の回路構成図 本発明の実施の形態１における電子機器の動作波形図 本発明の実施の形態２における電子機器の回路構成図 本発明の実施の形態２における電子機器の他の回路構成図 本発明の実施の形態２、図５における電子機器の動作波形図 本発明の実施の形態２における電子機器の動作波形図 従来例における電子機器の回路構成図 従来例における電子機器の動作波形図 本発明の実施の形態３における電子機器の動作波形図 本発明の実施の形態４における電子機器の回路構成図 本発明の実施の形態４における電子機器の動作波形図 本発明の実施の形態５における電子機器の回路構成図 本発明の実施の形態５における電子機器の動作波形図 従来例における電子機器の回路構成図

１ 直流電源
２、７、８、９、１０ スイッチング素子
６ イグナイタ
１１ 高圧放電灯（ランプ）
１３ 比較器
１４、５４ 制御回路
１８、５３ 点灯波形発生回路
１７、１８ｂ、１８ｃ Ｄ／Ａコンバータ
１８ａ、１８ａｂ マイクロコンピュータ
２４ 矩形波信号
５０ ＤＣ−ＤＣコンバータ
５１ 交流変換回路
５２ 駆動回路
５８ ＰＷＭ制御信号

Claims (2)

1. 高圧放電灯が必要とする電力を供給するコンバータと、前記コンバータの出力を交流ランプ電流に変換して前記高圧放電灯に供給する交流変換回路と、高圧放電灯電圧と前記交流ランプ電流とに応じて前記コンバータを駆動するための点灯波形を生成する点灯波形発生回路とを備え、この点灯波形発生回路は前記点灯波形を生成するための、前記高圧放電灯電圧と前記交流ランプ電流とに応じて平均電流信号を発生させる第２のＤ／Ａコンバータと、前記平均電流信号に転流前における所定時間の上昇部および転流後における所定時間の低下部を設けるためのフリッカー対応信号を発生する第１のＤ／Ａコンバータと、前記平均電流信号と前記フリッカー対応信号とを合成する合成回路部と、前記第１、第２のＤ／Ａコンバータを制御するマイクロコンピュータとを有し、前記合成回路部の引き抜き電流動作と注入電流動作とを非動作とする期間を前記第１のＤ／Ａコンバータ内の電流変換回路の動作切り替えにより形成した高圧放電灯の点灯装置。
2. 高圧放電灯が必要とする電力を供給するコンバータと、前記コンバータの出力を交流ランプ電流に変換して前記高圧放電灯に供給する交流変換回路と、高圧放電灯電圧と前記交流ランプ電流とに応じて前記コンバータを駆動するための点灯波形を生成する点灯波形発生回路とを備え、この点灯波形発生回路は前記点灯波形を生成するための、前記高圧放電灯電圧と前記交流ランプ電流とに応じて平均電流信号を発生させる第２のＤ／Ａコンバータと、前記平均電流信号に転流前における所定時間の上昇部および転流後における所定時間の低下部を設けるためのフリッカー対応信号を発生する第１のＤ／Ａコンバータと、前記平均電流信号と前記フリッカー対応信号とを合成する合成回路部と、前記第１、第２のＤ／Ａコンバータを制御するマイクロコンピュータとを有し、前記高圧放電灯の電極消耗による前記高圧放電灯電圧の上昇に対応した前記交流ランプ電流の低下に伴う第２のＤ／Ａコンバータの出力低下が生じた際に、第１のＤ／Ａコンバータの出力を変化させずに前記フリッカー対応信号の出力を一定にした高圧放電灯の点灯装置。

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