JP4702038B2 - High intensity discharge lamp lighting device and projector - Google Patents
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Description
本発明は、メタルハライドランプ等の高輝度放電ランプを始動及び点灯するための高輝度放電ランプ点灯装置及びプロジェクタに関するものである。 The present invention relates to a high-intensity discharge lamp lighting device and a projector for starting and lighting a high-intensity discharge lamp such as a metal halide lamp.
メタルハライドランプ及び超高圧水銀ランプ等の高輝度放電ランプは、その発光効率の良さと高輝度放電ランプ自体の小型化が可能なことから、一般の照明器具以外に、前照灯等の車載用灯具やプロジェクタテレビジョン受像機の光源等に使用されることが多くなってきている。 High-intensity discharge lamps such as metal halide lamps and ultra-high pressure mercury lamps have good luminous efficiency and can be miniaturized, so in addition to general lighting equipment, in-vehicle lamps such as headlamps It is increasingly used as a light source for projector television receivers.
この種の放電ランプを始動するには、高電圧が必要であるので、一般的に、高圧のパルス始動電圧を発生するイグナイタ回路が高輝度放電ランプ点灯装置に具備される。 Since a high voltage is required to start this type of discharge lamp, an igniter circuit that generates a high-voltage pulse starting voltage is generally provided in a high-intensity discharge lamp lighting device.
この高輝度放電ランプ点灯装置は、例えば、直流電圧を矩形波交流電圧に変換する極性反転回路と、矩形波交流電圧が印加される共振回路(例えばLC直列共振回路)と、そのキャパシタと並列に接続される高輝度放電ランプと、共振回路の共振電圧を利用して、ピーク値が数kV、幅が数十ないし数千nsecのパルス始動電圧を発生し、これを高輝度放電ランプに印加するイグナイタ回路とで構成される。 This high-intensity discharge lamp lighting device includes, for example, a polarity inversion circuit that converts a DC voltage into a rectangular wave AC voltage, a resonance circuit (for example, an LC series resonance circuit) to which a rectangular wave AC voltage is applied, and a capacitor in parallel. Using the connected high-intensity discharge lamp and the resonance voltage of the resonance circuit, a pulse starting voltage having a peak value of several kV and a width of several tens to several thousand nsec is generated and applied to the high-intensity discharge lamp. It consists of an igniter circuit.
このイグナイタ回路は、例えば、1次電圧をパルス始動電圧としての2次電圧に昇圧して高輝度放電ランプに印加するパルストランスと、1次電圧を生成するためのキャパシタと、このキャパシタに共振電圧を整流して印加する整流ダイオードと、キャパシタで生成される1次電圧がトリガ電圧に達したときに1次電圧をパルストランス(の1次巻線)に印加するスイッチ素子とで構成される。このスイッチ素子には、例えば、上記トリガ電圧として所定のオン電圧(ブレイクダウンしきいレベル)を持つ放電ギャップ又はトライアック等の双方向性2端子素子が使用される。高輝度放電ランプは、上記パルス始動電圧が印加されることでグロー放電を発生して始動し、グロー放電を発生している間に極性反転回路から交流電力が供給されることで、アーク放電に移行して点灯する(定常点灯状態に至る)。 This igniter circuit includes, for example, a pulse transformer that boosts a primary voltage to a secondary voltage as a pulse starting voltage and applies it to a high-intensity discharge lamp, a capacitor for generating the primary voltage, and a resonance voltage applied to the capacitor. And a switch element that applies the primary voltage to the pulse transformer (its primary winding) when the primary voltage generated by the capacitor reaches the trigger voltage. As the switch element, for example, a bidirectional two-terminal element such as a discharge gap or a triac having a predetermined on-voltage (breakdown threshold level) is used as the trigger voltage. A high-intensity discharge lamp is started by generating glow discharge by applying the above pulse starting voltage, and AC power is supplied from the polarity inversion circuit while glow discharge is being generated. Transition to lighting (leads to a steady lighting state).
このような高輝度放電ランプ点灯装置では、高輝度放電ランプを始動するのに充分な1次電圧及び無負荷電圧を、共振回路を共振させることによって得るので、共振回路の共振周波数に対応する駆動周波数で極性反転回路の各スイッチ素子をオン及びオフしなければならない。このため、先ず、共振回路の共振条件(各素子の値)が、上記1次電圧及び無負荷電圧が得られるように設定され、次いで駆動周波数が、その共振条件で共振回路を動作させるための周波数に設定されることになる。 In such a high-intensity discharge lamp lighting device, a primary voltage and a no-load voltage sufficient to start the high-intensity discharge lamp are obtained by resonating the resonance circuit, so that driving corresponding to the resonance frequency of the resonance circuit is performed. Each switch element of the polarity inversion circuit must be turned on and off at a frequency. For this reason, first, the resonance condition (value of each element) of the resonance circuit is set so as to obtain the primary voltage and the no-load voltage, and then the drive frequency is for operating the resonance circuit under the resonance condition. The frequency will be set.
なお、特許文献1には、インバータ回路の出力電圧の周波数を次第に上昇させ、共振回路の振動電圧の振幅が所定値以上になったときにおけるインバータ回路の出力電圧の周波数に、インバータ回路の出力電圧の周波数を設定するランプ点灯装置が記載されている。一実施例では、共振回路の振動電圧が所定値以上になれば、共振点に入ったと判断し、そのときにおける周波数で、インバータ回路の出力電圧の周波数を固定するか、または検出した周波数よりも若干高い周波数に固定する。別の実施例では、インバータ回路の出力電圧の周波数を、共振回路の共振周波数の1/N倍の周波数よりも低い周波数で、起動した後に、周波数を次第に高くし、イグナイタ回路のスイッチ素子がブレークダウンしたときにおける周波数に、インバータ回路の出力電圧の周波数を固定する。この場合、スイッチ素子の放電電圧の±15%程度のバラツキのため、ブレークダウンしたときにおける周波数よりも数%高い周波数に、インバータ回路の出力電圧の周波数を固定する。
しかしながら、上記共振条件を基に駆動周波数を設定する構成では、共振回路における各素子の値の許容誤差を抑える必要があるため、バラツキが非常に小さい部品を共振回路に使用しなければならず、コスト増大の要因となっていた。 However, in the configuration in which the drive frequency is set based on the resonance condition, it is necessary to suppress the tolerance of the value of each element in the resonance circuit, so a component with extremely small variation must be used for the resonance circuit. It was a factor of cost increase.
このため、製造ないし出荷時に、共振条件を満足するように、駆動周波数を調整して設定すれば、共振回路における各素子の値の許容誤差を非常に小さくする必要性を排除することができる。しかし、このようなマニュアルによる調整では、工数及び工費が増大するという問題がある。 For this reason, if the drive frequency is adjusted and set so as to satisfy the resonance condition at the time of manufacture or shipment, it is possible to eliminate the necessity of extremely reducing the tolerance of the value of each element in the resonance circuit. However, such manual adjustment has a problem that man-hours and costs increase.
なお、特許文献1に記載された発明は、進相電流で制御するので、スイッチ素子に大きなストレスが加わる問題がある。
In addition, since the invention described in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、マニュアルによる回路の調整を不要とし、共振回路における各素子の値の許容誤差を非常に小さくする必要性を排除し、回路のスイッチ素子に対するストレスを低減することができる高輝度放電ランプ点灯装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, eliminates the need for manual circuit adjustment, eliminates the need to extremely reduce the tolerance of the value of each element in a resonant circuit, and eliminates the need for circuit switch elements. An object of the present invention is to provide a high-intensity discharge lamp lighting device and a projector that can reduce stress.
上記課題を解決するための請求項1記載の発明の高輝度放電ランプ点灯装置は、電源の入力電圧から可変の直流電圧を得る直流変換回路と、前記直流電圧の極性を可変の周波数で反転させて交流電圧を得る極性反転回路と、前記交流電圧を印加され、この交流電圧の周波数に応じた共振電圧を生成して高輝度放電ランプに印加する共振回路と、前記共振電圧を印加され、これがトリガ電圧に対応するレベルに達したときに、パルス始動電圧を発生して前記高輝度放電ランプに印加するイグナイタ回路と、前記共振電圧を検出する共振電圧検出回路と、前記共振電圧が、前記トリガ電圧のバラツキ範囲の下限値に対応するレベルよりも低い第1電圧レベルから前記トリガ電圧のバラツキ範囲の上限値に対応するレベルよりも高い第2電圧レベルに段階的又は連続的に上がるように、前記可変の周波数を調整する周波数制御回路とを備え、前記周波数制御回路は、前記共振電圧が前記第1電圧レベルから前記第2電圧レベルに段階的に又は連続的に上がるように、前記可変の周波数を第1周波数からこれよりも低い第2周波数に段階的に又は連続的に下げ、前記共振電圧検出回路によって検出された共振電圧から得られる値に基づいて、前記共振電圧が前記第2電圧レベルに達したか否かを判別し、前記共振電圧が前記第2電圧レベルに達した旨の判別結果が得られた後は、前記共振電圧を前記第2電圧レベルに維持するように前記可変の周波数を固定することを特徴とする。 The high-intensity discharge lamp lighting device according to the first aspect of the present invention for solving the above-described problem is a DC conversion circuit for obtaining a variable DC voltage from an input voltage of a power source, and inverting the polarity of the DC voltage at a variable frequency. A polarity inverting circuit for obtaining an AC voltage, a resonance circuit to which the AC voltage is applied, a resonance voltage corresponding to the frequency of the AC voltage is generated and applied to the high-intensity discharge lamp, and the resonance voltage is applied. When a level corresponding to a trigger voltage is reached, an igniter circuit that generates a pulse start voltage and applies the pulse start voltage to the high-intensity discharge lamp, a resonance voltage detection circuit that detects the resonance voltage, and the resonance voltage includes the trigger voltage A second voltage level higher than a level corresponding to an upper limit value of the trigger voltage variation range from a first voltage level lower than a level corresponding to a lower limit value of the voltage variation range. A frequency control circuit for adjusting the variable frequency so as to increase stepwise or continuously, the frequency control circuit stepwise or from the first voltage level to the second voltage level. Based on a value obtained from the resonance voltage detected by the resonance voltage detection circuit by decreasing the variable frequency stepwise or continuously from the first frequency to a second frequency lower than the first frequency so as to continuously increase. Determining whether or not the resonance voltage has reached the second voltage level, and after obtaining a determination result indicating that the resonance voltage has reached the second voltage level, the resonance voltage is set to the second voltage level. The variable frequency is fixed so as to be maintained at two voltage levels.
この構成では、共振回路における各素子の値の許容誤差を非常に小さくしなくても、第1電圧レベルと第2電圧レベルとの間にトリガ電圧のバラツキ範囲が収まるように設計することができるので、マニュアルによる回路の調整を不要とし、共振回路における各素子の値の許容誤差を非常に小さくする必要性を排除することができる。また、遅相電流で制御するので、回路のスイッチ素子に対するストレスを低減することができる。 With this configuration, the trigger voltage variation range can be designed to fall between the first voltage level and the second voltage level without making the tolerance of the value of each element in the resonance circuit very small. This eliminates the need for manual circuit adjustment and eliminates the need for very small tolerances for the values of the elements in the resonant circuit. In addition, since the control is performed with the slow phase current, it is possible to reduce the stress on the switch element of the circuit.
請求項2記載の発明は、前記高輝度放電ランプ点灯装置において、前記周波数制御回路は、前記共振電圧が前記第1電圧レベルから前記第2電圧レベルに段階的に上がるように、前記可変の周波数を第1周波数からこれよりも低い第2周波数に段階的に下げ、前記第1周波数及び前記第2周波数は、前記共振回路の共振周波数よりも高く、前記第2周波数は、前記共振周波数近傍に設定されることを特徴とする。この構成では、共振電圧を第1電圧レベルから第2電圧レベルに段階的に上げることができ、第2電圧レベルを、イグナイタ回路を確実に動かすためのトリガ電圧のバラツキ範囲の上限値に対応するレベルよりも高くすることができる。 According to a second aspect of the present invention, in the high-intensity discharge lamp lighting device, the frequency control circuit includes the variable frequency so that the resonance voltage increases stepwise from the first voltage level to the second voltage level. Stepwise from a first frequency to a lower second frequency, wherein the first frequency and the second frequency are higher than a resonance frequency of the resonance circuit, and the second frequency is near the resonance frequency. It is characterized by being set. In this configuration, the resonance voltage can be increased stepwise from the first voltage level to the second voltage level, and the second voltage level corresponds to the upper limit value of the variation range of the trigger voltage for reliably moving the igniter circuit. Can be higher than level.
請求項3記載の発明は、前記高輝度放電ランプ点灯装置において、前記第1周波数及び前記第2周波数は、前記共振周波数の奇数分の1よりも高く、前記第2周波数は、前記共振周波数の奇数分の1近傍に設定されることを特徴とする。この構成では、極性反転回路で得られる交流電圧の高調波成分により、共振電圧を第1電圧レベルから第2電圧レベルに段階的に上げることができ、第2電圧レベルを、イグナイタ回路を確実に動かすためのトリガ電圧のバラツキ範囲の上限値に対応するレベルよりも高くすることができる。 According to a third aspect of the present invention, in the high-intensity discharge lamp lighting device, the first frequency and the second frequency are higher than an odd number of the resonance frequency, and the second frequency is equal to the resonance frequency. It is set in the vicinity of an odd number. In this configuration, the resonance voltage can be increased stepwise from the first voltage level to the second voltage level by the harmonic component of the AC voltage obtained by the polarity inverting circuit, and the igniter circuit can be reliably connected to the second voltage level. The level can be higher than the level corresponding to the upper limit value of the variation range of the trigger voltage for movement.
請求項4記載の発明は、前記高輝度放電ランプ点灯装置において、前記共振電圧検出回路は、前記イグナイタ回路に印加されて前記イグナイタ回路が前記パルス始動電圧を発生する度にレベルが変動する電圧を検出し、その検出した電圧に基づいて、前記パルス始動電圧の発生間隔時間を計測し、前記周波数制御回路は、前記パルス始動電圧の発生間隔時間の値に基づいて、前記共振電圧が前記第2電圧レベルに達したか否かを判別し、前記共振電圧が前記第2電圧レベルに達した旨の判別結果が得られた後は、前記共振電圧を前記第2電圧レベルに維持するように前記可変の周波数を固定することを特徴とする。この構成でも、マニュアルによる回路の調整を不要とし、共振回路における各素子の値の許容誤差を非常に小さくする必要性を排除し、回路のスイッチ素子に対するストレスを低減することができる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the high-intensity discharge lamp lighting device, the resonance voltage detection circuit applies a voltage whose level changes every time the igniter circuit generates the pulse starting voltage when applied to the igniter circuit. And detecting the generation interval time of the pulse starting voltage based on the detected voltage, and the frequency control circuit determines that the resonance voltage is the second based on the value of the generation interval time of the pulse starting voltage. After determining whether or not a voltage level has been reached and obtaining a determination result indicating that the resonance voltage has reached the second voltage level, the resonance voltage is maintained at the second voltage level. The variable frequency is fixed. This configuration also eliminates the need for manual circuit adjustment, eliminates the need for extremely small tolerances for the values of the elements in the resonant circuit, and reduces stress on the switch elements of the circuit.
請求項5記載の発明のプロジェクタは、前記高輝度放電ランプ点灯装置と、前記高輝度放電ランプとを備えることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the invention, the projector includes the high-intensity discharge lamp lighting device and the high-intensity discharge lamp.
本発明によれば、マニュアルによる回路の調整を不要とし、共振回路における各素子の値の許容誤差を非常に小さくする必要性を排除し、回路のスイッチ素子に対するストレスを低減することができる。 According to the present invention, manual circuit adjustment is not required, the necessity of extremely reducing the tolerance of the value of each element in the resonance circuit can be eliminated, and the stress on the switch element of the circuit can be reduced.
図1は、本発明による第1実施形態の高輝度放電ランプ点灯装置を示す。図2に示すように、第1実施形態の高輝度放電ランプ点灯装置10は、例えば、放電ランプ2、光学系3、外部信号入力部4、複数の冷却用ファン5及び電源部6等と共にプロジェクタ1に搭載される。放電ランプ2は、例えば、超高圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、ナトリウムランプ又はメタルハライドランプ等の高輝度放電ランプである。電源部6は、商用電源からプロジェクタ1の各部に各種電源を供給するように構成され、高輝度放電ランプ点灯装置10用の直流電源7を含む。
FIG. 1 shows a high-intensity discharge lamp lighting device according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the high-intensity discharge
図1に示すように、高輝度放電ランプ点灯装置10は、放電ランプ2を始動及び点灯するように構成され、例えば、DC−DC変換回路(直流変換回路)11、極性反転回路12、共振回路13、イグナイタ回路14、共振電圧検出回路15及び周波数制御回路16を備える。
As shown in FIG. 1, the high-intensity discharge
DC−DC変換回路11は、直流電源7の入力電圧Vinから可変の直流電圧V11を得るように構成される。例えば、DC−DC変換回路11は、直流電源7と逆並列に接続されるダイオードD11と、このカソードと直流電源7の一端(正端子)との間に挿入されるスイッチ素子(例えばFET)Q11と、ダイオードD11と並列に接続されるキャパシタC11と、この一端とダイオードD11のカソードとの間に挿入されるインダクタ(チョークコイル)L11と、検出回路111と、ランプ電力制御回路112と、駆動回路113とで構成される。検出回路111は、DC−DC変換回路11の出力電圧であるキャパシタC11の電圧及びインダクタL11を流れる電流を検出する。その検出した電圧及び電流を基に、ランプ電力制御回路112は、キャパシタC11の電圧を放電ランプ2の始動又は点灯用の電圧に設定するための制御信号を生成する。この制御信号に従って、駆動回路113は、スイッチ素子Q11への数10kHzの駆動信号のデューティ及び周波数を調整する。これにより、スイッチ素子Q11が、その調整した駆動信号に従って、高周波でオン及びオフし、キャパシタC11の電圧が、負荷(放電ランプ2)の状態に応じて変圧(昇圧又は降圧)される。
The DC-
極性反転回路12は、直流電圧V11の極性を可変の周波数で反転させて矩形波状の交流電圧を得るように構成される。例えば、極性反転回路12は、ブリッジ回路と、駆動回路121及び122とで構成される。ブリッジ回路は、直列に接続されたスイッチ素子Q1及びQ2と、直列に接続されたスイッチ素子Q3及びQ4とを、DC−DC変換回路11の出力(キャパシタC11)に並列に接続して構成される。ブリッジ回路の各スイッチ素子には、FETを使用することができるほか、例えば、バイポーラ・トランジスタ及びこれに逆並列に接続されるダイオードを使用することができる。駆動回路121及び122は、周波数制御回路16の制御に従って、スイッチ素子Q1及びQ4とスイッチ素子Q2及びQ3とを、可変の周波数で交互にオン及びオフする。これにより、スイッチ素子Q1及びQ2の接続点とスイッチ素子Q3及びQ4の接続点との間(以下「極性反転回路12の出力」という)に矩形波状の交流電圧が発生する。
The
共振回路13は、矩形波状の交流電圧を印加され、この交流電圧の周波数(第1実施形態では基本波の周波数)に応じた共振電圧を生成して放電ランプ2に印加するように構成される。例えば、共振回路13は、直列に接続されたインダクタL13及びキャパシタC13で構成され、極性反転回路12の出力に接続される。このキャパシタC13には、ソケットを介して、放電ランプ2及びイグナイタ回路14の一部(パルストランスの2次巻線)が並列に接続される。
The
イグナイタ回路14は、共振電圧を印加され、これがトリガ電圧に対応するレベルに達したときに、パルス始動電圧を発生して放電ランプ2に印加するように構成される。例えば、イグナイタ回路14は、抵抗R14と、これを介して電源としてのキャパシタC13の一端(L13及びC13の接続点)とアノードが接続されるダイオードD14と、このカソードとキャパシタC13の他端との間に接続されるキャパシタC14と、スイッチ素子Q14と、パルストランスPT14とで構成される。スイッチ素子Q14は、放電ギャップ、トライアック又はサイリスタ等であり、トリガ電圧として所定のバラツキ範囲内のオン電圧(ブレイクダウンしきいレベル)を持つ。パルストランスPT14は、1次巻線及び一対の2次巻線を有し、1次巻線は、スイッチ素子Q14と直列に接続される一方、その直列の組の1次巻線及びスイッチ素子Q14は、キャパシタC14と並列に接続される。一対の2次巻線は、それぞれ放電ランプ2の両端と直列に接続される一方、その直列の組の2次巻線、放電ランプ2及び2次巻線は、キャパシタC13と並列に接続される。この構成では、キャパシタC13の両端に発生する共振電圧がダイオードD14によって整流されてキャパシタC14に印加される。このキャパシタC14の電圧がトリガ電圧に達したとき、スイッチ素子Q14がオンする。これにより、パルストランスPT14が、キャパシタC14から放電電圧を受け、巻数比に応じてピーク値が数kV、幅が数十ないし数千nsecのパルス始動電圧を発生して放電ランプ2に印加する。
The
共振電圧検出回路15は、共振電圧を検出するように構成される。例えば、共振電圧検出回路15は、インダクタL13及びキャパシタC13の接続点とアノードが接続されるダイオードD15と、このカソードと一端が接続される抵抗R151と、この他端とDC−DC変換回路11の出力の負端子との間に並列に接続される抵抗R152及びキャパシタC15とで構成される。この構成では、インダクタL13及びキャパシタC13の接続点の共振電圧が、整流、分圧及び平滑されて、検出電圧V15が得られる。
The resonance
周波数制御回路16は、始動制御モード及び点灯制御モードを有し、極性反転回路16の各スイッチ素子のスイッチング周波数を制御するように、例えばマイコン及びプログラム等で構成される。なお、周波数制御回路16は、対角の各組のスイッチ素子が同時にオンになることが無いようにスイッチングのタイミングを制御する。
The
始動制御モードでは、周波数制御回路16は、共振電圧が、スイッチ素子Q14のトリガ電圧のバラツキ範囲の下限値に対応するレベルよりも低い第1電圧レベルからそのトリガ電圧のバラツキ範囲の上限値に対応するレベルよりも高い第2電圧レベルに段階的又は連続的(第1実施形態では段階的)に上がるように、直流電圧V11の極性を反転させるための上記可変の周波数を調整するように構成される。
In the start control mode, the
具体的には、周波数制御回路16は、図3に示すように、共振電圧が上記第1電圧レベルとしての電圧Vsのレベルから上記第2電圧レベルとしての電圧Veのレベルに段階的に上がるように、上記可変の周波数を周波数fsからこれよりも低い周波数feに段階的に下げる。周波数fs及びfeは、共振回路13の共振周波数f0よりも高い数10kHz〜数100kHzの範囲内の周波数に設定され、周波数feは、共振周波数f0近傍に設定される。
Specifically, as shown in FIG. 3, the
また、周波数制御回路16は、共振電圧検出回路15によって検出された共振電圧から得られる値(V15のA/D変換値)に基づいて、共振電圧が電圧Veのレベルに達したか否かを判別し、共振電圧が電圧Veのレベルに達した旨の判別結果が得られた後は、共振電圧を電圧Veのレベルに維持するように上記可変の周波数を固定する。
Further, the
更に、周波数制御回路16は、上記判別結果が規定回数得られたとき、始動及び点灯の処理を停止する。この規定回数は、放電ランプ2が故障により点灯せずに無限ループに入るのを防止するためのものである。
Furthermore, the
次に、点灯制御モードへの移行について説明する。周波数制御回路16は、検出電圧V15のデジタル値に基づいて、放電ランプ2が始動して点灯したか否かを判別し、放電ランプ2が点灯したとき、点灯制御モードに移行する。放電ランプ2が始動して点灯すると、極性反転回路12の負荷状態が高インピーダンス状態から低インピーダンス状態に変化して、キャパシタC13の電圧が変化(低下)するので、例えば、共振電圧V15が所定のしきいレベルを下回ったか否かを判別することにより、放電ランプ2が点灯したか否かを判別することができる。
Next, the transition to the lighting control mode will be described. The
点灯制御モードに移行すれば、周波数制御回路16は、所定時間(数秒間)、高周波で極性反転回路12の各スイッチ素子をオン及びオフして電力を放電ランプ2に供給し、その後、そのスイッチング周波数を数10Hz〜数100Hzの範囲内の低周波に変更し、またDC−DC変換回路11のスイッチ素子Q11のデューティやスイッチング周波数を制御して、放電ランプ2に供給される電力量を放電ランプ2の定常点灯用の電力量に調整する。
When the mode is switched to the lighting control mode, the
次に、図4及び5を参照しながら、第1実施形態の動作について説明する。電源が投入されて、高輝度放電ランプ点灯装置10が起動されると(S11)、始動制御モードに入り、周波数制御回路16が、高輝度放電ランプ点灯装置10の各部の初期設定(ループ回数のゼロへの初期化を含む)を行い(S12)、直流電圧V11の極性を反転するための可変の周波数fを指令値(この場合は周波数fs)に設定する(S13)。これにより、極性反転回路12の各スイッチ素子が周波数fsでオン及びオフし、始動電圧Vsが共振回路13のキャパシタC13に発生して放電ランプ2及びイグナイタ回路14に印加する。
Next, the operation of the first embodiment will be described with reference to FIGS. When the power is turned on and the high-intensity discharge
続いて、周波数制御回路16は、検出電圧V15に基づいて、放電ランプ2が始動して点灯したか否かを判別し(S14)、放電ランプ2が点灯すれば(S14でYES)、点灯制御モードに移行して、上述の点灯制御を行う(S15)。一方、放電ランプ2が点灯しなければ(S14でNO)、周波数制御回路16は、ループ回数が規定回数であるか否かを判別し(S16)、ループ回数が規定回数であれば(S16でYES)、始動及び点灯の処理を停止する(END)。
Subsequently, the
ループ回数が規定回数でなければ(S16でNO)、周波数制御回路16は、共振電圧検出回路15で共振電圧を検出し(S17)、この共振電圧から得られる検出値(V15)が規定値(電圧Ve)に達したか否かを判別する(S18)。検出値が規定値に達しなければ(S18でNO)、周波数制御回路16は、現在の可変の周波数fから予め決められた周波数△fだけ減じて指令値とし(S19)、処理をステップS13に戻す。これにより、可変の周波数fがf−△fに設定されるので、図5に示すように、ステップS19に入る毎に、高輝度放電ランプ点灯装置の各動作波形が変化する。例えば、検出電圧V15及びキャパシタC14の電圧が上昇し、キャパシタC14の電圧がトリガ電圧Vbdに達した時点で、イグナイタ回路14が放電ランプ2にパルス始動電圧を印加する。その結果として、放電ランプ2が点灯すると、ステップS14で、ステップS15に分岐することになる。なお、図5には、Q2,Q3の駆動信号を図示していないが、それらの波形は、Q1,Q4の波形と逆になる。
If the number of loops is not the specified number (NO in S16), the
検出値が規定値に達すれば(S18でYES)、周波数制御回路16は、ループ回数を1増分し、指令値(可変の周波数f)を現在の周波数(fe)に固定して(S20)、処理をステップS13に戻す。これにより、放電ランプ2が始動して点灯するか、ループ回数がS16の規定回数に達するまで、周波数feに対応する電圧Veを印加されたイグナイタ回路14が、パルス始動電圧を確実かつ迅速に発生するので、放電ランプ1を確実かつ迅速に始動することができる。
If the detected value reaches the specified value (YES in S18), the
一変形実施形態において、電圧Vs及びVeのレベルに対応する可変の周波数fは、図6及び7に示すように、それぞれ、f0/nよりも高い周波数fs及びfeであり、ここで、nは奇数(図7の例では3)である。また、周波数feは、f0/n近傍に設定される。共振は、可変の周波数fのn次高調波が使用され、共振周波数は、周波数fsのn倍から周波数feのn倍に向けて所定周波数ずつ減分される。この構成でも、共振電圧が電圧Vsのレベルから電圧Veのレベルに上がるので、共振回路及びイグナイタ回路は、第1実施形態のそれらと同様に動作する。特に、極性反転のデューティーが約50%のときには、奇数時の高調波で強い共振を利用でき有効である。このように、高次の高調波を使い、共振回路13の共振周波数f0を高くすることによって、共振回路13のインダクタL13及びキャパシタC13の定数をより小さくすることができ、高輝度放電ランプ点灯装置10を小型化することができる。例えば、3次高調波の場合には、次式よりL13×C13は1/9となり、小型化が可能となる。
In one variant embodiment, the variable frequencies f corresponding to the levels of the voltages Vs and Ve are frequencies fs and fe higher than f0 / n, respectively, as shown in FIGS. 6 and 7, where n is It is an odd number (3 in the example of FIG. 7). The frequency fe is set in the vicinity of f0 / n. The resonance uses an n-order harmonic of a variable frequency f, and the resonance frequency is decremented by a predetermined frequency from n times the frequency fs to n times the frequency fe. Even in this configuration, since the resonance voltage rises from the level of the voltage Vs to the level of the voltage Ve, the resonance circuit and the igniter circuit operate in the same manner as those in the first embodiment. In particular, when the duty of polarity inversion is about 50%, it is effective to use strong resonance with harmonics at odd numbers. Thus, by using the higher harmonics and increasing the resonance frequency f0 of the
f0=1/(2π×√(L13×C13))
f0’=3×f0
(L13×C13)’=(L13×C13)/9
図8は、本発明による第2実施形態の高輝度放電ランプ点灯装置を示す。図8に示すように、第2実施形態の高輝度放電ランプ点灯装置20は、DC−DC変換回路11、極性反転回路12、共振回路13及びイグナイタ回路14を上記変形実施形態と同様に備えるほか、第2実施形態の特徴として、共振電圧検出回路25及び周波数制御回路26を備える。
f0 = 1 / (2π × √ (L13 × C13))
f0 ′ = 3 × f0
(L13 × C13) ′ = (L13 × C13) / 9
FIG. 8 shows a high-intensity discharge lamp lighting device according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the high-intensity discharge
共振電圧検出回路25は、イグナイタ回路14に印加されてイグナイタ回路14がパルス始動電圧を発生する度にレベルが変動する電圧を検出し、その検出した電圧に基づいて、パルス始動電圧の発生間隔時間を計測するように構成される。例えば、共振電圧検出回路25は、図示しない差動増幅回路等の電圧検出部及び時間を計測するタイマーなどで構成され、イグナイタ回路14のキャパシタC14の電圧を検出して、パルス始動電圧の発生時間間隔を計測する。タイマーは、パルス始動電圧の発生時点でリセットされる。
The resonance
周波数制御回路26は、上記パルス始動電圧の発生間隔時間に基づいて、共振電圧が電圧Veのレベルに達したか否かを判別し、共振電圧が電圧Veのレベルに達した旨の判別結果が得られた後は、共振電圧を電圧Veのレベルに維持するように可変の周波数fを固定する。より具体的には、周波数制御回路26は、発生間隔時間が、予め決められた規定時間(tr)以下になったか否かを判別し、発生間隔時間が規定時間以下になれば、可変の周波数fを周波数feに固定する。これ以外は、前述の実施形態と同様である。
The
次に、図9及び10を参照しながら、第2実施形態の動作について説明する。ステップS11〜S16までは第1実施形態と同様である。ループ回数が規定回数でなければ(S16でNO)、周波数制御回路26は、共振電圧検出回路25でパルス始動電圧の発生間隔時間(計測値)を計測し(S27)、計測値が規定値(規定時間tr)以下になったか否かを判別する(S28)。計測値が規定値以下にならなければ(S28でNO)、周波数制御回路26は、現在の可変の周波数fから予め決められた周波数△fだけ減じて指令値とし(S19)、処理をステップS13に戻す。図10に示すように、ステップS19に入る毎に、キャパシタC13の電圧が段階的に高くなって、計測値が段階的に小さくなる(図10のt0,t1,t2参照)。
Next, the operation of the second embodiment will be described with reference to FIGS. Steps S11 to S16 are the same as in the first embodiment. If the number of loops is not the specified number (NO in S16), the
計測値が規定値以下になれば(S28でYES)、周波数制御回路26は、ループ回数を1増分し、指令値(可変の周波数f)を現在の周波数(fe)に固定して(S20)、処理をステップS13に戻す。
If the measured value is less than or equal to the specified value (YES in S28), the
1 プロジェクタ
2 放電ランプ
7 直流電源
10,20 高輝度放電ランプ点灯装置
11 DC−DC変換回路
12 極性反転回路
13 共振回路
14 イグナイタ回路
15,25 共振電圧検出回路
16,26 周波数制御回路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記直流電圧の極性を可変の周波数で反転させて交流電圧を得る極性反転回路と、
前記交流電圧を印加され、この交流電圧の周波数に応じた共振電圧を生成して高輝度放電ランプに印加する共振回路と、
前記共振電圧を印加され、これがトリガ電圧に対応するレベルに達したときに、パルス始動電圧を発生して前記高輝度放電ランプに印加するイグナイタ回路と、
前記共振電圧を検出する共振電圧検出回路と、
前記共振電圧が、前記トリガ電圧のバラツキ範囲の下限値に対応するレベルよりも低い第1電圧レベルから前記トリガ電圧のバラツキ範囲の上限値に対応するレベルよりも高い第2電圧レベルに段階的又は連続的に上がるように、前記可変の周波数を調整する周波数制御回路と
を備え、
前記周波数制御回路は、
前記共振電圧が前記第1電圧レベルから前記第2電圧レベルに段階的に又は連続的に上がるように、前記可変の周波数を第1周波数からこれよりも低い第2周波数に段階的に又は連続的に下げ、
前記共振電圧検出回路によって検出された共振電圧から得られる値に基づいて、前記共振電圧が前記第2電圧レベルに達したか否かを判別し、
前記共振電圧が前記第2電圧レベルに達した旨の判別結果が得られた後は、前記共振電圧を前記第2電圧レベルに維持するように前記可変の周波数を固定する
ことを特徴とする高輝度放電ランプ点灯装置。 A DC conversion circuit that obtains a variable DC voltage from the input voltage of the power supply;
A polarity inverting circuit for inverting the polarity of the DC voltage at a variable frequency to obtain an AC voltage;
A resonance circuit that is applied with the AC voltage, generates a resonance voltage corresponding to the frequency of the AC voltage, and applies the resonance voltage to the high-intensity discharge lamp;
An igniter circuit that generates a pulse starting voltage and applies it to the high-intensity discharge lamp when the resonant voltage is applied and reaches a level corresponding to a trigger voltage;
A resonance voltage detection circuit for detecting the resonance voltage;
The resonant voltage is stepped from a first voltage level lower than a level corresponding to the lower limit value of the trigger voltage variation range to a second voltage level higher than a level corresponding to the upper limit value of the trigger voltage variation range. A frequency control circuit for adjusting the variable frequency so as to continuously increase, and
The frequency control circuit includes:
The variable frequency is stepped or continuously from the first frequency to a lower second frequency so that the resonant voltage increases stepwise or continuously from the first voltage level to the second voltage level. To
Based on a value obtained from the resonance voltage detected by the resonance voltage detection circuit, it is determined whether or not the resonance voltage has reached the second voltage level,
After the determination result that the resonance voltage has reached the second voltage level is obtained, the variable frequency is fixed so as to maintain the resonance voltage at the second voltage level. Brightness discharge lamp lighting device.
前記第1周波数及び前記第2周波数は、前記共振回路の共振周波数よりも高く、
前記第2周波数は、前記共振周波数近傍に設定される
ことを特徴とする請求項1記載の高輝度放電ランプ点灯装置。 The frequency control circuit reduces the variable frequency stepwise from the first frequency to a lower second frequency so that the resonance voltage stepwise increases from the first voltage level to the second voltage level. ,
The first frequency and the second frequency are higher than a resonance frequency of the resonance circuit,
The high-intensity discharge lamp lighting device according to claim 1, wherein the second frequency is set in the vicinity of the resonance frequency.
前記第2周波数は、前記共振周波数の奇数分の1近傍に設定される
ことを特徴とする請求項1記載の高輝度放電ランプ点灯装置。 The first frequency and the second frequency are higher than an odd number of the resonance frequency;
The high-intensity discharge lamp lighting device according to claim 1, wherein the second frequency is set in the vicinity of an odd number of the resonance frequency.
前記周波数制御回路は、前記パルス始動電圧の発生間隔時間の値に基づいて、前記共振電圧が前記第2電圧レベルに達したか否かを判別し、前記共振電圧が前記第2電圧レベルに達した旨の判別結果が得られた後は、前記共振電圧を前記第2電圧レベルに維持するように前記可変の周波数を固定する
ことを特徴とする請求項1記載の高輝度放電ランプ点灯装置。 The resonant voltage detection circuit detects a voltage that is applied to the igniter circuit and changes in level each time the igniter circuit generates the pulse starting voltage, and generates the pulse starting voltage based on the detected voltage. Measure the interval time,
The frequency control circuit determines whether the resonance voltage has reached the second voltage level based on a value of the generation interval time of the pulse starting voltage, and the resonance voltage has reached the second voltage level. 2. The high-intensity discharge lamp lighting device according to claim 1, wherein the variable frequency is fixed so that the resonance voltage is maintained at the second voltage level after the determination result indicating that the determination has been made.
前記高輝度放電ランプと
を備えることを特徴とするプロジェクタ。
A high-intensity discharge lamp lighting device according to any one of claims 1 to 4,
A projector comprising: the high-intensity discharge lamp.
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