JP4548940B2 - 回路装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、点灯中に陰極フェーズ(cathodic phase)にある電極を持つ高圧放電ランプを点灯する回路装置であって、
−供給電圧源に接続する入力端子と、
−前記高圧放電ランプを接続する出力端子と、
−前記入力端子に結合され、双極性の連続する期間(periods)を持つ交流ランプ電流を前記高圧放電ランプに供給する手段とを有し、該ランプ電流は期間毎に平均値Ｉｍを持つ回路装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
このような回路装置は、米国特許第ＵＳ５６０８２９４号から既知である。既知の回路においては、各期間におけるランプ電流に、各期間の後半部分において電流パルスが重畳されている。高圧放電ランプが交流電流で点灯される場合、ランプの各電極は、ランプ電流の連続する期間中に陰極及び陽極として交互に機能する。それら連続する期間中、ランプ電流を放出する電極は陰極フェーズにある及び他方の電極は陽極フェーズにあると各々言える。ランプを流れる電流の総量が、電流パルスによりランプ電流の各期間の終わりにおいて増加されるため、電極の温度は、放電アークの安定性を増大させるように十分に上昇される。従って、高圧放電ランプのちらつき(flickering)をかなり抑制することができる。自身のちらつきを抑制する特性により、上記回路装置は、とりわけ、投影テレビジョン装置のような投影システムにおいて高圧放電ランプを点灯するのに適している。
【０００３】
既知の回路装置で点灯されたランプは、数百時間の点灯時間にわたってアーク電圧の連続的な上昇を持つことを示した。このような電圧の上昇は、ランプを数千時間実験的に点灯した場合連続して現れた。ランプの寿命にわたりかなり一定であるランプの安定した発光出力は、投影システムにおける使用に極めて重要であるので、連続的なアーク電圧の上昇は、長いランプ寿命に達するのに重大な不利な点となる。
【０００４】
【発明の開示】
本発明の目的は、上記不利な点が相殺される高圧放電ランプを点灯する回路装置を提供することにある。
【０００５】
本発明によれば、冒頭段落に述べた回路装置が、この目的のために、前記ランプ電流が、各期間の開始において、陰極フェーズの電極に対する安定した拡散的アタックを許容するように、前記平均値Ｉｍに対して低いことを特徴とする。当該装置は、ランプ点灯中に放電アークが、両電極を拡散的にアタッチすることにより各期間においてソフトスタート(soft start)を持ち、この結果、より低い電極負荷をもたらし、故に、アーク電圧の上昇の発生を非常に著しく低減すると共に、長期間にわたってちらつき無くランプを点灯させることを可能にする、と言う利点を持つ。
【０００６】
当該期間にわたる電流の平均値Ｉｍは、ランプ電圧Ｖｌａとの関係Ｐｌａ＝Ｉｍ×Ｖｌａに応じたランプの電力Ｐｌａに対応する。実験から、好ましくは、当該期間の第１部分にわたる電流の平均値Ｉｅが値Ｉｍよりも小さく、該期間の第２部分にわたって、平均電流値Ｉ２がＩｍより大きい、と言うことが分かった。これは、更に、前記期間の第１部分にわたる拡散的なアークのアタッチメントを持って各期間の始まりにおけるソフトな電流スタートを向上させ、この結果、安定したアークのアタッチメントをもたらす。Ｉｍより大きな前記期間の第２部分にわたる電流Ｉ２の結果として、該期間の終わり付近の付加的な電流パルスの必要性が更に低減される。
【０００７】
本発明による装置の好ましい実施例においては、前記期間が、継続時間ｔｐを有し、該期間の前記第１部分は、０．０５＜＝ｔ１／ｔｐ＜＝０．８５の関係を満たす継続時間ｔ１を有する。比ｔ１／ｔｐの値が０．０５よりも小さい場合、従来技術を越えるような顕著な向上はないことを実験が示した。比ｔ１／ｔｐの上側の値は、妥協(compromise)に依存する。拡散的な安定したアタッチメント(diffuse stable attachment)に対して、上記比はできるだけ長くすべきである。しかしながら、陰極は陰極フェーズ中に冷却する傾向があり、故に、拡散的な安定したアタッチメントで持って放出される電流が低減する傾向があるので、これは要求された出力定格でランプを点灯し続ける必要性とコンフリクトする。故に、実験的に、前記期間の第１部分における増加する電流形状に対して、前記比は好ましくはせいぜい０．５であるべきである、と言うことが示された。ｔ１中減少する電流の状況においては、最大比を０．８５とすることができる。他の点においては、電流Ｉｅ及びＩｍの値に対して、結果として従来技術と比較し電極への余分な負荷の減少をもたらすように、０．３＜＝Ｉｅ／Ｉｍ＜＝０．９を示す、好ましくは、０．６＜＝Ｉｅ／Ｉｍ＜＝０．８を満足する関係を成り立たせるべきである、と言うことが見られた。Ｉｅ＞０．９Ｉｍの電流値に対しては、顕著な効果が見られなかった。ＩｅがＩｍに対して極めて低くなる場合、前記期間の第２部分における平均電流の値Ｉ２は、結果としてランプのちらつきをもたらすような、該期間の第２部分中にアークの不安定が発生する重大な危険性が存するほど高く選択されなければならない。
【０００８】
更に好ましい実施例においては、前記期間の開始における電流がＩｅよりも高い。このようにして、陰極温度が前記期間中に低下し、斯くして、それに従ってアークの安定した拡散的アタッチメント(stable diffuse attachment)が成り立つ電流値が低下する、と言うことが有利にして考慮される。
【０００９】
アークの安定化及びその結果としてランプフリッカの減少が、従来技術から既知のようにランプ電流に付加的な電流パルスを付加することにより更に一層促進される。好ましくは、この場合、前記ランプ電流に、前記期間の終わりにおいて同一極性の、関係Ｉ３＜＝２Ｉｍを満たす値Ｉ３を持つパルスが設けられる。
【００１０】
本発明の上述の及び他の特徴を、図を参照して以下により詳細に説明する。
【００１１】
【発明を実施するための最良の形態】
図１において、Ｉは、供給電圧を供給する供給電圧源に接続する入力端子Ｋ１及びＫ２を持つ、制御された直流供給電流を発生する手段である。手段Ｉの出力端子は、整流子ＩＩの入力端子にそれぞれ接続される。整流子ＩＩには、高圧放電ランプＬａを接続する出力端子Ｌ１及びＬ２が設けられている。ＩＩＩは、手段Ｉを制御することによりランプに供給される電流の値を制御する制御手段である。手段Ｉ及び手段ＩＩは、前記入力端子に結合され、双極性の連続する期間を持つ交流ランプ電流を供給する手段を構築し、該ランプ電流は期間毎に平均値Ｉｍを持つ。
【００１２】
図１に示す回路装置の動作は次の通りである。
【００１３】
入力端子Ｋ１及びＫ２が供給電圧源に接続されると、手段Ｉは、供給電圧源により供給された供給電圧から直流供給電流を発生する。整流子ＩＩは、この直流電流を、双極性の連続する期間を持つ交流電流に変換する。各期間の開始においてランプ電流が、陰極フェーズの電極に対する安定した拡散的アタック(stable diffuse attack)を許容するよう、平均値Ｉｍに対して低くなるように、斯様に形成され、ランプＬａに供給される電流の値が、制御手段ＩＩＩにより制御される。上記実施例を実際に実現するに当たり、手段Ｉは、スイッチモード電力回路、例えばバック即ちダウンコンバータが後続する整流ブリッジにより形成される。整流子ＩＩは、好ましくは、全ブリッジ回路を有する。また、ランプ点弧回路が、好ましくは、整流手段ＩＩ内に組み込まれる。
【００１４】
図２において、制御手段Ｉを制御する制御手段ＩＩＩがより詳細に示されている。制御手段ＩＩＩは、アーク電圧、例えば、更にランプ電圧と称されるアーク電圧を示す信号を形成する、ランプに接続された端子Ｌ１及びＬ２間の電圧を検出するための入力部１を有する。好ましくは、ランプ電圧を表す信号は、接続点Ｌ３における電圧を検出することにより形成される。と言うのも、斯様に検出される電圧は、ランプ点弧回路において発生される点弧電圧により乱されない直流電圧であるからである。制御手段ＩＩＩは、更に、手段Ｉのスイッチモード電力回路を形成する、少なくともスイッチを有する上記コンバータの誘導手段Ｌを流れる電流を検出するための入力部２、及び導通状態及び非導電状態に周期的にスイッチモード電力回路のスイッチを切り替え、斯くして、前記コンバータの誘導手段Ｌを流れる電流を制御するための出力端子３とを持つ。入力部１は、マイクロコントローラＭＣの接続ピンＰ１に接続されている。マイクロコントローラの接続ピンＰ３は、スイッチング回路ＳＣの入力部４に接続されている。入力部２は、スイッチング回路ＳＣの入力部５に接続されている。スイッチング回路ＳＣの出力部Ｏは、出力端子３に接続されている。
【００１５】
バック即ちダウンコンバータであるコンバータを有する図２に示される回路装置の動作は次の通りである。マイクロプロセッサＭＣには、ランプ電圧、時間の組み合わせにラベルが付されたコンバータのピーク電流値のマトリックスを含むソフトウェアが設けられている。斯様に見出されるコンバータのピーク電流値は、入力部４においてスイッチング回路ＳＣに供給され、そして入力部５においてスイッチング回路ＳＣにも供給される、入力部２において検出された電流に対する比較基準として用いられる。この電流値の比較に基づいて、スイッチング回路は、出力部Ｏにおいてスイッチオフ信号を発生する。これは、検出された電流がピーク電流値に等しい場合にダウンコンバータのスイッチを非導通状態に切り替える。結果として、誘導手段を流れる電流が減少するであろう。コンバータのスイッチは、誘導手段Ｌを流れる電流が零になるまで非導通状態に保持される。コンバータ電流が零になることを検出すると、スイッチング回路ＳＣは、ダウンコンバータのスイッチを導通にするスイッチオン信号を出力部Ｏにおいて発生する。ここで、誘導手段Ｌを流れる電流は、ピーク電流値に到達するまで増加を開始する。そのようなスイッチング回路ＳＣは、例えば、国際特許出願公開第ＷＯ９７／１４２７５号から既知である。ピーク電流の値は、ランプ電圧が制御手段ＩＩＩにより検出される度毎にリフレッシュされる。
【００１６】
ランプ電圧の検出は、ランプを介して実現されるべき電流の形状に依存した各期間中の繰返し率(repetition rate)でもってなされ、マイクロコントローラＭＣのビルトインタイマにより制御される。検出用のランプパラメータとしてランプ電圧を取得することは、ランプのワット制御(wattage control)を、マイクロコントローラのソフトウェアに元来組み込ませることを可能にするという利点を有している。ランプ電流自体が検出用のパラメータとして取得される場合、ワット制御は、ランプ電圧の付加的な検出だけでなく、マイクロコントローラにおける付加的な制御手順を必要とするであろう。ダウンコンバータは、好ましい実施例においては、４５ｋＨｚ〜７５ｋＨｚの範囲の周波数で動作する。
【００１７】
本発明による回路装置の上記実施例を実際に実現するに当たり形成されるような、結果としてのランプ電流が、双極性を有する２つの連続する期間について図３のグラフに示されている。電流は、相対的なスケールにおいて縦軸に沿って設定されている。横軸に沿って時間が示されている。継続時間ｔｐの第１期間Ｂに対して、ランプ電流は平均値Ｉｍを有し、継続時間ｔ１を有する当該期間の第１部分にわたって、より低い平均値Ｉｅを有し、当該期間の第２部分にわたって、Ｉｍよりも大きい平均値を持つ定電流Ｉ２を有する。前記期間の開始における電流の値Ｉ１は、拡散的な安定したアークのアタッチメント(diffuse stable arc attachment)、故に、ランプの放出している電極(emitting electrode)の熱イオン放出を許容する。上述の実施例において、比Ｉｅ／Ｉｍは値０．９を有し、比ｔ１／ｔｐは値０．５を有する。
【００１８】
図４は、他の実施例のランプ電流を示している。この実施例においては、当該期間の第１部分にわたる電流が、該期間の開始において熱イオン放出を許容する値で一定に保持される。
【００１９】
他の好ましい実施例による結果としての電流が、図５に示されている。この場合においては、当該期間の開始における電流Ｉ１がＩｅより高い。
【００２０】
図６は、更に他の好ましい実施例による電流のグラフを示している。この実施例においては、ランプ電流に、当該期間の終わりにおいて同一極性の値Ｉ３を持つパルスが設けられている。上述の実施例を実際に実現するに当たり、Ｉ３の値は、１．６Ｉｍである。
【００２１】
上述の回路装置の実用的な実施例を、フィリップス社製のタイプＵＨＰの高圧放電ランプの点灯用として用いた。このランプは、１００Ｗの公称消費電力を有し、わずか１．３ｍｍの電極距離を持ち、図４による電流で点灯された。電流の値は、Ｉｅ＝０．９３Ａ、Ｉｍ＝１．２５Ａ、Ｉ２＝１．３３Ａである。故に、比Ｉｅ／Ｉｍは０．７４である。期間の継続時間ｔｐは、９０Ｈｚの整流手段ＩＩの動作周波数に応じて５．６ｍｓであり、比ｔ１／ｔｐは０．２である。マイクロプロセッサＭＣとして、フィリップス社製のＰ８７Ｃ７４９ＥＢＰが、各期間中２回ランプ電圧を検出するようにプログラムされる場合に適切であることを示した。図６による電流パルスが各半期間の後半８％の間ランプ電流に重畳され、その結果として１．４×Ｉｍの電流Ｉ３となるような他の実用的な実施例において、ちらつきをかなり抑制することができた。
【００２２】
ランプ電圧は、１００時間のランプライフにおいて８５Ｖであり、５００時間の点灯後９４Ｖへの増加を示した。比較のために、従来技術による回路装置で同一のランプを点灯させた。この場合においては、ランプ電圧が、１００時間における８５Ｖから、わずか３００時間の点灯後１１０Ｖに増加した。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による回路装置の概略的な図を示している。
【図２】 図１の本発明による回路装置の実施例の制御手段を示している。
【図３】 図１による装置により提供されるランプ電流のグラフである。
【図４】 前記回路装置の好ましい実施例によるランプ電流のグラフである。
【図５】 前記回路装置の他の好ましい実施例によるランプ電流のグラフである。
【図６】 前記回路装置の更に他の好ましい実施例によるランプ電流のグラフである。
【符号の説明】
Ｋ１…入力端子
Ｋ２…入力端子
Ｉ…直流供給電流を発生する手段
ＩＩ…整流子
ＩＩＩ…制御手段
Ｌａ…高圧放電ランプ
Ｌ１…端子
Ｌ２…端子
Ｌ３…接続点
ＳＣ…スイッチング回路
ＭＣ…マイクロコントローラ
１…入力部
２…入力部
３…出力端子
４…入力部
５…入力部
Ｐ１…接続ピン
Ｐ３…接続ピン
Ｏ…出力部

Claims (6)

1. 点灯中に陰極フェーズにある電極を持つ高圧放電ランプを点灯する回路装置であって、
   −供給電圧源に接続する入力端子と、
   −前記高圧放電ランプを接続する出力端子と、
   −前記入力端子に結合され、双極性の連続する期間を持つ交流ランプ電流を前記高圧放電ランプに供給する手段とを有し、該ランプ電流は期間毎に平均値Ｉｍを持つ回路装置であり、
   前記ランプ電流が、各期間の開始において、前記平均値Ｉｍに対して低く、
   前記期間の第２部分における前記高圧放電ランプへ供給される電力が、前記期間の開始を含む前記期間の第１部分における前記高圧放電ランプへ供給される電力よりも多いことを特徴とする回路装置。
2. 期間毎に前記ランプ電流が平均値Ｉｍを有し、該期間の第１部分にわたって、より低い平均値Ｉｅを有し、該期間の第２部分にわたって、Ｉｍより大きい平均電流Ｉ２を有することを特徴とする請求項１記載の回路装置。
3. 前記期間は、継続時間ｔｐを有し、該期間の前記第１部分は、０．０５≦ｔ１／ｔｐ≦０．８５の関係を満たす継続時間ｔ１を有することを特徴とする請求項２記載の回路装置。
4. ０．３≦Ｉｅ／Ｉｍ≦０．９であることを特徴とする請求項２又は３記載の回路装置。
5. 前記期間の開始における電流がＩｅよりも高いことを特徴とする請求項２，３又は４記載の回路装置。
6. 前記ランプ電流に、前記期間の終わりにおいて同一極性の、関係Ｉ３≦２Ｉｍを満たす値Ｉ３を持つパルスが設けられることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の回路装置。

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