JP4670062B2 - 高圧放電灯点灯装置 - Google Patents
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Description
そしてこの音響共鳴現象は、1kHz以下の低周波点灯時であっても、その低周波電流波形に重畳される高周波リップル成分によっても引き起こされてしまうことが確認されている。
図6において、10は直流電源であり、その出力電流が降圧チョッパ回路20によって制限されてフルブリッジ回路40に投入される。この制限は、降圧チョッパ回路20のスイッチングトランジスタ21をPWM制御回路37によってオンデューティ制御することによって行われる。具体的には、制御回路30において、抵抗31a及び31bによって降圧チョッパ回路20の出力電圧(ランプ電圧)が検出され、抵抗33によって出力電流(ランプ電流)が検出され、乗算器34でそれらが乗算されてランプ電力が計算される。この乗算結果と目標値である直流電源38の電圧とが誤差増幅器35に入力され、トランジスタ21のオンデューティがフィードバック制御される。
特許文献2のものは、高周波リップルを振幅変調するものである。上述のように、高周波リップルの振幅を小さくした場合、音響共鳴現象のエネルギーの蓄積を抑制できるが、その一方、発光管内の対流の影響が顕著になりアークが湾曲してしまう。そこで、音響共鳴現象を抑制するための期間として高周波リップル振幅の小さい期間を設ける一方、対流の影響を抑制してアークをストレート化するための期間として振幅の大きい期間を設け、これらを交互に繰り返すことによりアークの安定性を確保しようというものである。
いずれも高周波リップルの周波数について特定の制御をすることなく、その振幅を調整し、高周波リップルに起因する定在波のレベルを抑制しようとするものである。
また、メタルハライドランプ等に用いられる高圧放電灯の場合、ランプ・バラストの個々のバラツキや、点灯初期では起きなかった組み合わせでも、時間が経過するにつれて音響共鳴現象が発生することがわかってきた。それは音響共鳴現象を発生させる周波数(帯)が移動し、その移動後の周波数帯に高周波リップルの周波数が含まれてしまうことによるものである。
また、特許文献2(例えば第0039段落)では、高周波リップル振幅を変化させるために、降圧コンバータの主スイッチ素子(FET)の駆動信号を三角波にする等してFETの抵抗値を変化させるものが開示されている。しかし、FETの本来的な使用としては、ゲート端子・ソース端子間に十分な電位差を与えてドレイン端子・ソース端子間の抵抗をできるだけ小さくして駆動し、EFTを含む点灯回路の効率を高めることが推奨されるはずである。
ここで、制御回路を、スイッチング周波数が変調信号の変化に対して単調増加又は単調減少するように構成し、変調信号を方形波、三角波、正弦波、のこぎり波、指数関数波若しくは周期的でない波形またはこれらの複合波等の一定の振幅で振動する波形とした。
さらに、変調周波数を0.2kHz以上f0以下とした。またさらに、変調周波数を0.03kHz以上15kHz以下とした。
本発明の高圧放電灯点灯装置を用いることにより、降圧チョッパ回路のスイッチング周波数を変調することによって、即ち、矩形波電流に重畳される高周波リップル周波数を変調することによって、発光管内に定在波が生じることを抑制し、音響的共鳴現象に起因するアークの不安定を抑制でき、これによりランプを安定点灯させることができる。
次に、実施の形態について説明する。
図1は本発明に係る高圧放電灯点灯装置の一実施例である。従来例の図6と異なる点は、制御回路30のPWM制御回路37に変調回路39が付加されている点である。
図2にPWM制御回路37、変調回路39及びその周辺の回路を示す。PWM制御回路37内のOSCILLATOR(発振器)のRT端子に接続されている抵抗2の抵抗値とCT端子に接続されているコンデンサ1の容量によってスイッチング周波数が決定されるようになっている。このコンデンサ1と抵抗2は(図6には図示していないが)従来のものにも接続されているものである。変調回路39においては、例えばRT端子の抵抗2に並列に抵抗3、5及び6、トランジスタ4並びにトランジスタ駆動信号源7が接続され、トランジスタ4の動作によりRT端子とグランド間の合成抵抗値を変化させることにより、それに応じたスイッチング周波数が出力される。なお、PWM制御回路37からスイッチングトランジスタ21に入力されるPWM信号は矩形波とする。ここで、トランジスタ4がOFF状態/ON状態でスイッチング周波数がそれぞれf0/f1となるように各抵抗値が設定されている。
図3(b)においては、説明の便宜上、トランジスタ4のOFF幅(f0の期間)とON幅(f1の期間)とがほぼ同じものを示したが、これらは同じでなくてもよい。即ち、OFF幅≧ON幅、又はOFF幅≦ON幅であってもよいし、実施例2で言及する周期的でないOFF幅/ON幅であっても本発明の目的を達成することができる。
実施例1においては、スイッチングトランジスタ21のスイッチング周波数を2つの周波数f0とf1で切換えるものを示したが、本実施例では、そのスイッチング周波数をその他の態様で変化させるものを示す。即ち、実施例1においては、トランジスタ4の駆動信号のON/OFFを矩形的に制御するものを示したが、本実施例では、トランジスタ4の駆動信号(即ち、ベース電流)をその他の波形とするものである。
さらに、上記の周期的でない波形を用いた場合、高周波リップルが特定の周波数成分を持たないので、高周波リップルに起因するノイズのレベル(雑音端子電圧等)が特定周波数について突出してしまうのを防止する効果も期待できる。
また、直流電源10には公知の直流電源回路を用いればよい。図1では図面の簡略化のためにコンデンサインプット型のものを示したが、アクティブフィルタ等のAC/DC昇圧コンバータを用いてもよいし、他の装置の直流出力を直接降圧チョッパ回路20に入力するようにしてもよい。
また、高周波リップル成分がなかったとした場合のランプ電流は完全な矩形波でなくてもよく、台形波や各種合成波であってもよい。
上記において、降圧チョッパ回路20のスイッチング周波数を変調する構成を示した。さらに、その変調周波数(即ち、トランジスタ駆動信号の周波数)を適切なものとすることによって、より確実に音響共鳴現象を回避できることが以下の実験により分かった。
表1に各トランジスタ駆動信号の変調周波数と音響共鳴現象回避の効果の関係を示す。使用ランプは定格電力165Wであり、ランプ電流の矩形波の周波数を200Hz、降圧チョッパ回路20のコンデンサ24の容量を0.22μFとした。そして、トランジスタ駆動信号が矩形波の場合はf0の継続時間T0とf1の継続時間T1が等しくなるようにした。また、三角波の場合は、図8に示すように、下限周波数をf0、上限周波数をf1として、トランジスタ駆動信号に応じた周波数でスイッチングされるものとする(正弦波の場合も同様である)。
なお、この実験ではf0を122kHz±1kHzとし、f1を130kHz±1kHzとしている。
表1.
表1において、○は音響共鳴現象を回避できるもの、△は音響共鳴現象を回避できるものの降圧チョッパ回路20の電力制御が不安定になるもの、▲は音響共鳴現象の抑制効果は確認できるが完全には回避できないもの、×は音響共鳴現象の抑制効果が確認できなかったものを示している。
そして、0.2kHz以上15kHz以下で確実な音響共鳴現象の回避及び回路の安定動作が達成できることが分かった。
表2.
表から分かるように、継続時間T0とT1とが異なっていても表1で得られたものと概ね同じ結果が得られる。もちろん、T0を0.26msよりも小さくすれば3kHzを超える周波数についても表1と同様の結果が得られるものと考えられる。
実施例1及び2においては、好適に音響共鳴現象を抑制する高圧放電灯点灯装置を示したが、本実施例においてはそれを用いた光源装置を示す。
図5は第3の実施例に係る光源装置を示す図である。図において、71は上記で説明した高圧放電灯点灯装置、72は高圧放電灯60が取り付けられるレフレクタ、73は必要に応じて高圧放電灯点灯装置71、高圧放電灯60及びレフレクタ72を内蔵する筐体である。なお、図は実施例を模擬的に図示したものであり、寸法、配置などは図面通りではない。また、図示されない映像系の部材等を筐体73内に適宜配置してプロジェクタを構成することもできる。
2,3,5,6,31a,31b,33:抵抗
4,21,41,42,43,44:トランジスタ
7:トランジスタ駆動信号源
8:乱数発生手段
10:全波整流回路
11:AC電源
12,22:ダイオード
20:降圧チョッパ回路
21:トランジスタ
23:チョークコイル
30:制御回路
34:乗算器
35:誤差増幅器
36:抵抗・コンデンサ
37:PWM制御回路
38:直流電源
39:変調回路
40:フルブリッジ回路
50:イグナイタ回路
60:高圧放電灯
71.高圧放電灯点灯装置
72.レフレクタ
73.筐体
Claims (4)
- 直流電源部からの出力を受け高圧放電灯へ供給される電力を制限する降圧チョッパ回路、該降圧チョッパ回路からの制限された直流電流を交流電流に変換し高圧放電灯に供給するフルブリッジ回路、及び該降圧チョッパ回路のスイッチング周波数を制御する制御回路からなる高圧放電灯点灯装置において、
前記制御回路が、乱数発生手段(8)を含む変調回路(39)、及び該変調回路からの変調信号に基づいて前記スイッチング周波数を制御するPWM制御回路(37)を備え、前記スイッチング周波数が50kHz以上の下限周波数f 0 と150kHz以下の上限周波数f 1 の範囲で前記変調信号の変化に対して単調増加又は単調減少するように構成され、前記乱数発生手段の出力する乱数に応じて前記変調信号の変調周期が変更され、前記変調信号の任意の1サイクルの期間Txが0.03kHz≦(1/Tx)≦f 0 となるように構成された高圧放電灯点灯装置。
- 請求項1記載の高圧放電灯点灯装置において、さらに、前記期間Txが0.2kHz≦(1/Tx)≦f0である高圧放電灯点灯装置。
- 請求項1記載の高圧放電灯点灯装置において、さらに、前記期間Txが0.03kHz≦(1/Tx)≦15kHzである高圧放電灯点灯装置。
- 請求項1から請求項3いずれか一項に記載の高圧放電灯点灯装置、該高圧放電灯点灯装置を内包する筐体、高圧放電灯、及び該高圧放電灯が取り付けられるレフレクタからなる光源装置。
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