JP4744309B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は，主に小型プロジェクタに用いられるＨＩＤ（High Intensity Discharge）ランプ等の放電灯を点灯する為の放電灯点灯装置の改良に関するものである。

小型プロジェクタに用いられる放電灯を点灯する為の放電灯点灯装置としては、従来、特許文献１に記載されたものが知られている。この放電灯点灯装置では、数十ｋＶのパルス状電圧を得る為に、トランス及びスイッチ回路等からなる昇圧回路の２段構成になっており、回路構成が大規模である。また、数十ｋＶの高圧に耐える絶縁対策及び絶縁距離を必要としている他、トランスには直流電流が流れるので、巻線を太くする必要があり、大型化するという問題がある。

このような問題を回避するものとしては、特許文献２に開示された放電灯点灯回路が有る。この放電灯点灯回路は、図５に示すように、商用交流電源電圧を数百Ｖの直流電圧に昇圧整流し、放電灯Ｌのランプ電流を規定値に制限する安定器Ｂａの出力側の正側端子及び負側端子間に、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ３が直列接続されている。抵抗Ｒ１を通じて充電されたコンデンサＣ３の両端子間電圧が所定電圧以上のときに、サイダックＳＷ１（シリコン双方向電圧トリガ型スイッチ）がオンになって、コンデンサＣ３及びトランスＴ１の一次巻線による共振回路が形成される。

この共振回路による接地電位を基準とする減衰振動電圧で、トランスＴ１の二次巻線に直列接続されたコンデンサＣ１及びダイオードＤ１を備える充電回路が充電される。ダイオードＤ１は、アノードに安定器Ｂａの数百Ｖの出力電圧が印加されており、この出力電圧とコンデンサＣ１の充電電圧との加算電圧が、放電灯Ｌの放電始動電圧に達すると、放電灯Ｌが放電し始め点灯する。放電灯Ｌが点灯している間は、放電灯Ｌの両端電圧は数十Ｖに低下するので、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ３の直列回路への印加電圧も数十Ｖに低下し、サイダックＳＷ１がオンになることはない。
この放電灯点灯回路では、トランスの二次側にコンデンサＣ１を備えているので、高圧を保持することができ、放電灯Ｌにパルス状電圧ではなく、持続電圧を印加することができる。

ここで、放電灯Ｌを点灯する為には、一定のエネルギーが必要であり、この一定のエネルギーを電圧とその持続時間との積と考えることができる。この放電灯点灯回路では、印加電圧を持続できるので、印加電圧を２ｋＶ程度にまで下げることができる。その為、トランスが１段の構成で良く、部品点数を削減することが可能であり、また、必要な高圧用のダイオードも１個である。
しかし、この放電灯点灯回路では、トランスＴ１の二次巻線に発生する交流電流の一方向分のみで、充電回路を充電しており、交流電流の他方向分が無駄になっている。その為、放電灯点灯回路の出力電圧は、図６の出力波形に示すように、両方向電流で充電可能な場合に比べて１／２程度であるという問題がある。

このような問題を解決するものとしては、特許文献３に開示された点灯回路が有る。この点灯回路は、図７に示すように、トランスＴ１の一次側の構成は、安定器Ｂａも含めて、特許文献２に開示された放電灯点灯回路（図５）と同様である。
この点灯回路では、トランスＴ１の二次巻線に直列接続されたコンデンサＣ４及びダイオードＤ２を備える充電回路と、トランスＴ１の二次巻線に直列接続されたコンデンサＣ２及びダイオードＤ３を備える他の充電回路とが、互いに異なる方向の電流により充電される。つまり、トランスＴ１の二次巻線の黒丸側がプラスのときは、Ｄ３→Ｃ２→Ｔ１の経路でコンデンサＣ２が充電され、二次巻線の黒丸側がマイナスのときは、Ｃ４→Ｄ２→Ｔ１の経路でコンデンサＣ４が充電される。

ダイオードＤ２，Ｄ３は、安定器Ｂａの出力側の正側端子及び放電灯Ｌ間に、抵抗Ｒ２と共に、直列に順接続され、コンデンサＣ４，Ｃ２は、安定器Ｂａの出力側の正側端子及び放電灯Ｌ間に、抵抗Ｒ２と共に、直列に接続されている。また、安定器Ｂａの出力側の正側端子及び放電灯Ｌ間に、逆流防止用のダイオードＤ１が接続されている。
このような点灯回路では、安定器Ｂａの数百Ｖの出力電圧と、コンデンサＣ４の充電電圧と、コンデンサＣ２の充電電圧との加算電圧が、放電灯Ｌに印加される。この加算電圧は例えば２ｋＶの値となり、かつコンデンサによって保持される。この電圧と時間の積からなるエネルギーによって放電灯Ｌの内部に封入されているガスが絶縁破壊を起こし、放電し始め点灯する。
この点灯回路が、トランスの二次側にコンデンサＣ２，Ｃ４を備えているので、放電灯Ｌに持続電圧を印加できることは、特許文献２に開示された放電灯点灯回路（図５）と同様である。

この点灯回路では、トランスＴ１の二次巻線に発生する交流電流の両方向分で充電回路を充電しているので、無駄が無く、放電灯点灯回路の出力電圧は、図２の出力波形に示すように、図６に示す場合の２倍程度であり、両方向電流で充電可能な電圧に達している。
特開２００５−２０３１９８号公報 特開２００２−２３１４７３号公報 特開２００４−３０３４６８号公報

上述した特許文献２に開示された点灯回路では、高圧大電流用のダイオードが1個で済むが、放電灯Ｌ始動時に得られる電圧は約１ｋＶしかない。つまり、例えば２ｋＶの電圧が必要であれば、特許文献３に開示された点灯回路のトランスと比較して、巻線を倍以上にするなどの対応が必要となる。
上述した特許文献３に開示された点灯回路では、１ｋＶの出力が可能なトランスにて２ｋＶの電圧を取り出すことが可能ではあるが、高圧大電流用のダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３が３個必要であり、また、放電灯Ｌ点灯時に，ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３を経由して大電流が流れ、これによる電力損失が大きいという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、必要な高圧大電流用のダイオードが少なく、電力損失が小さく、かつ効率よく高圧を発生することが可能な放電灯点灯装置を提供することを目的とする。

本発明に係る放電灯点灯装置は、直列接続された第１抵抗及び第１コンデンサに直流電圧が印加され、該第１抵抗を通じて充電された第１コンデンサの両端子間電圧が所定電圧以上のときに、スイッチング素子が導通して、前記第１コンデンサ及び変圧器の一次巻線による共振回路が形成され、該共振回路による振動電圧で前記変圧器の二次側回路に発生した電圧が、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置において、前記二次側回路は、第２コンデンサ及び第１ダイオードが直列接続され、前記変圧器の二次巻線の一方向電流により充電される充電回路と、第２ダイオード及び第３コンデンサが直列接続され、前記二次巻線の他方向電流により充電される他の充電回路と、アノードに前記直流電圧が印加される第３ダイオードとを備え、前記第１ダイオード及び第２ダイオードは、前記第３ダイオードのカソード及び共通固定電位間に直列に逆接続され、前記第２コンデンサ及び第３コンデンサは、前記カソード及び前記共通固定電位間に直列接続され、前記放電灯は、前記カソード及び前記共通固定電位間に接続されていることを特徴とする。

この放電灯点灯装置では、直列接続された第１抵抗及び第１コンデンサに直流電圧が印加される。第１抵抗を通じて充電された第１コンデンサの両端子間電圧が所定電圧以上のときに、スイッチング素子が導通して、第１コンデンサ及び変圧器の一次巻線による共振回路が形成される。共振回路による振動電圧で変圧器の二次側回路に発生した電圧が、放電灯を点灯させる。二次側回路は、充電回路が、第２コンデンサ及び第１ダイオードが直列接続され、変圧器の二次巻線の一方向電流により充電され、他の充電回路が、第２ダイオード及び第３コンデンサが直列接続され、二次巻線の他方向電流により充電される。第３ダイオードがアノードに前記直流電圧が印加される。その一方、第１ダイオード及び第２ダイオードは、第３ダイオードのカソード及び共通固定電位間に直列に逆接続され、第２コンデンサ及び第３コンデンサは、第３ダイオードのカソード及び共通固定電位間に直列接続され、放電灯は、第３ダイオードのカソード及び共通固定電位間に接続されている。

本発明に係る放電灯点灯装置によれば、必要な高圧大電流用のダイオードを１個に削減でき、電力損失が小さい放電灯点灯装置を実現することができる。また、低電圧（数ｋＶ）で放電灯を点灯することが可能であり、部品点数の削減、及び絶縁距離を短くすることが可能となり、高圧を発生させるトランスのエネルギーを効率良く使用することができるので、トランスの小型化が可能となる。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
（開示技術）
図１は、開示する放電灯点灯装置の構成例を示すブロック図である。
この放電灯点灯回路は、商用交流電源電圧を数百Ｖの直流電圧Ｖｉに昇圧整流し、放電灯Ｌのランプ電流を規定値に制限する安定器Ｂａの、出力側の正側端子及び負側端子間に、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ３が直列接続されている。抵抗Ｒ１を通じて充電されたコンデンサＣ３の両端子間電圧（充電電圧）が所定電圧以上のときに、サイダックＳＷ１（シリコン双方向電圧トリガ型スイッチ、スイッチング素子）がオンになって、コンデンサＣ３及びトランスＴ２の一次巻線による共振回路が形成される。

この共振回路による接地電位を基準とする減衰振動電圧で、トランスＴ２の二次巻線に発生する二次電流により、トランスＴ２の二次巻線に直列接続されたコンデンサＣ６及びダイオードＤ４を備える充電回路が充電される。また、トランスＴ２の二次巻線に発生する二次電流により、トランスＴ２の二次巻線に直列接続されたダイオードＤ５及びコンデンサＣ５を備える他の充電回路が充電される。その一方で、大電流高圧用のダイオードＤ４，Ｄ５は、安定器Ｂａの出力側の正側端子及び放電灯Ｌの陽極端子間に、直列に順接続されている。また、コンデンサＣ６，Ｃ５は、コンデンサＣ５及び放電灯Ｌの互いの陽極端子が接続されるように、安定器Ｂａの出力側の正側端子及び放電灯Ｌの陽極端子間に直列接続されている。放電灯Ｌの陰極端子は、安定器Ｂａの出力側の負側端子（接地端子）に接続されている。

以下に、このような構成の放電灯点灯装置の動作を説明する。
図示しない電源スイッチがオンになると、安定器Ｂａが商用交流電源電圧を数百Ｖの直流電圧Ｖｉに昇圧整流して出力する。この直流電圧Ｖｉで、コンデンサＣ３が抵抗Ｒ１を通じて充電され、コンデンサＣ３の両端子間電圧が所定電圧以上になると、サイダックＳＷ１がオンになる。
サイダックＳＷ１がオンになると、コンデンサＣ３及びトランスＴ２の一次巻線による共振回路が形成され、コンデンサＣ３及び一次巻線の時定数に基づき、接地電位を基準とする減衰振動電圧が発生する。

トランスＴ２の一次巻線に減衰振動電圧が発生すると、トランスＴ２の二次巻線に巻線比に応じて昇圧された減衰振動電圧が発生し、それによる交流電流が二次巻線に流れる。
トランスＴ２の二次巻線に発生した減衰振動電圧が、図１に示す二次巻線の黒丸側がプラスであるとき、二次電流は、コンデンサＣ６→ダイオードＤ４→二次巻線の経路Ａで流れ、コンデンサＣ６が充電される。トランスＴ２の二次巻線に発生した減衰振動電圧が、二次巻線の黒丸側がマイナスであるとき、二次電流は、ダイオードＤ５→コンデンサＣ５→二次巻線の経路Ｂで流れ、コンデンサＣ５が充電される。

トランスＴ２の二次巻線に発生した減衰振動電圧が振動を繰り返す都度、コンデンサＣ６，Ｃ５は充電されて行き、安定器Ｂａの出力電圧Ｖｉ、コンデンサＣ６の充電電圧、及びコンデンサＣ５の充電電圧の加算電圧は、図２の出力波形に示すように昇圧されて行く。この加算電圧と時間の積からなるエネルギーによって、放電灯Ｌに封入されているガスが絶縁破壊を起こし、放電灯Ｌが点灯を開始する。
放電灯Ｌが点灯している間は、経路Ｃ、つまり安定器→Ｄ４→Ｄ５→放電灯Ｌ→安定器の経路でランプ電流が流れる。点灯を開始した放電灯Ｌの両端電圧は数十Ｖに低下し、安定器Ｂａの出力電圧Ｖｉも同様に低下するので、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ３の直列回路への印加電圧も数十Ｖに低下し、サイダックＳＷ１がオンになることはない。従って、上記の加算電圧が昇圧されることもない。
点灯開始した放電灯Ｌは、およそ１分から２分で定常状態に落ち着く。このとき、放電灯Ｌに流れる電流（つまり経路Ｃに流れる電流）は、例えば定格２００Ｗの放電灯Ｌの両端電圧が８０Ｖであれば、電流は２．５Ａとなる。この放電灯点灯装置では、１ｋＶを発生するトランスの巻線比で２ｋＶの電圧を発生しながら、およそ１ｋＶの耐圧を持ち、かつ２．５Ａの電流を流すことができるダイオードが２個で済む。

（実施の形態）
図３は、本発明に係る放電灯点灯装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。この放電灯点灯回路は、商用交流電源電圧を数百Ｖの直流電圧に昇圧整流し、放電灯Ｌのランプ電流を規定値に制限する安定器Ｂａの、出力側の正側端子及び負側端子間に、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ３が直列接続されている。抵抗Ｒ１を通じて充電されたコンデンサＣ３の両端子間電圧（充電電圧）が所定電圧以上のときに、サイダックＳＷ１がオンになって、コンデンサＣ３及びトランスＴ３の一次巻線による共振回路が形成される。

この共振回路による接地電位を基準とする減衰振動電圧で、トランスＴ３の二次巻線に発生する二次電流により、トランスＴ３の二次巻線に直列接続されたダイオードＤ６及びコンデンサＣ７を備える充電回路が充電され。また、トランスＴ３の二次巻線に発生する二次電流により、トランスＴ３の二次巻線に直列接続されたコンデンサＣ８及びダイオードＤ７を備える他の充電回路が充電される。
また、逆流防止の為の大電流高圧用のダイオードＤ１のアノードが安定器Ｂａの出力側の正側端子に接続されている。

その一方で、コンデンサＣ７，Ｃ８は、コンデンサＣ７の陽極及びダイオードＤ１のカソードが接続されるように、ダイオードＤ１のカソード及び安定器Ｂａの出力側の負側端子（接地端子）間に直列接続されている。また、ダイオードＤ６，Ｄ７は、ダイオードＤ１のカソード及び安定器Ｂａの出力側の負側端子間に直列に逆接続されている。放電灯Ｌは、ダイオードＤ１のカソード及び安定器Ｂａの出力側の負側端子間に接続されている。

以下に、このような構成の放電灯点灯装置の動作を説明する。
図示しない電源スイッチがオンになると、安定器Ｂａが商用交流電源電圧を数百Ｖの直流電圧Ｖｉに昇圧整流して出力する。この直流電圧Ｖｉで、コンデンサＣ３が抵抗Ｒ１を通じて充電され、コンデンサＣ３の両端子間電圧が所定電圧以上になると、サイダックＳＷ１がオンになる。
サイダックＳＷ１がオンになると、コンデンサＣ３及びトランスＴ３の一次巻線による共振回路が形成され、コンデンサＣ３及び一次巻線の時定数に基づき、接地電位を基準とする減衰振動電圧が発生する。

トランスＴ３の一次巻線に減衰振動電圧が発生すると、トランスＴ３の二次巻線に巻線比に応じて昇圧された減衰振動電圧が発生し、それによる交流電流が二次巻線に流れる。
トランスＴ３の二次巻線に発生した減衰振動電圧が、図３に示す二次巻線の黒丸側がプラスであるとき、二次電流は、コンデンサＣ８→ダイオードＤ６→二次巻線の経路Ｅで流れ、コンデンサＣ８が充電される。トランスＴ３の二次巻線に発生した減衰振動電圧が、二次巻線の黒丸側がマイナスであるとき、二次電流は、ダイオードＤ６→コンデンサＣ７→二次巻線の経路Ｆで流れ、コンデンサＣ７が充電される。

トランスＴ３の二次巻線に発生した減衰振動電圧が振動を繰り返す都度、コンデンサＣ８，Ｃ７は充電されて行き、コンデンサＣ８の充電電圧及びコンデンサＣ７の充電電圧の加算電圧は、図４の出力波形に示すように昇圧されて行く。この加算電圧と時間の積からなるエネルギーによって、放電灯Ｌに封入されているガスが絶縁破壊を起こし、放電灯Ｌが点灯を開始する。
放電灯Ｌが点灯している間は、経路Ｇで電流が流れる。つまり、安定器→Ｄ１→放電灯Ｌ→安定器の経路である。放電灯Ｌの両端電圧は数十Ｖに低下し、安定器Ｂａの出力電圧Ｖｉも同様に低下するので、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ３の直列回路への印加電圧も数十Ｖに低下し、サイダックＳＷ１がオンになることはない。従って、上記の加算電圧が昇圧されることもない。
点灯開始した放電灯Ｌは、数分で定常状態に落ち着く。このとき、放電灯Ｌに流れる電流（つまり経路Ｃに流れる電流）は、例えば定格１８０Ｗの放電灯Ｌの両端電圧が６０Ｖであれば、電流は３Ａとなる。本実施の形態の放電灯点灯装置では、１ｋＶを発生するトランスの巻線比で２ｋＶの電圧を発生しながら、およそ２ｋＶの耐圧を持ち、かつ３Ａの電流を流すことができるダイオードが１個で済む。ダイオードＤ６、Ｄ７は、各々１ｋＶの耐圧は必要ではあるが、サイダックＳＷ１がオフのとき、つまりランプが安定して点灯している状態では、電流が流れることはなく、安価で小型のものが使用可能であり、またロスが発生しない。

開示する放電灯点灯装置の構成例を示すブロック図である。 図１に示す放電灯点灯装置の出力電圧の例を示す波形図である。 本発明に係る放電灯点灯装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。 本発明に係る放電灯点灯装置の出力電圧の例を示す波形図である。 従来の放電灯点灯装置の構成例を示すブロック図である。 従来の放電灯点灯装置の出力電圧の例を示す波形図である。 従来の放電灯点灯装置の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｆ，Ｇ 経路
Ｂａ 安定器
Ｃ３，Ｃ５．Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８ コンデンサ
Ｄ１，Ｄ４，Ｄ５ （大電流高圧用の）ダイオード
Ｄ６，Ｄ７ ダイオード
Ｌ 放電灯
Ｒ１ 抵抗
ＳＷ１ サイダック（スイッチング素子）
Ｔ２，Ｔ３ トランス（変圧器）

Claims (1)

1. 直列接続された第１抵抗及び第１コンデンサに直流電圧が印加され、該第１抵抗を通じて充電された第１コンデンサの両端子間電圧が所定電圧以上のときに、スイッチング素子が導通して、前記第１コンデンサ及び変圧器の一次巻線による共振回路が形成され、該共振回路による振動電圧で前記変圧器の二次側回路に発生した電圧が、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置において、
   前記二次側回路は、第２コンデンサ及び第１ダイオードが直列接続され、前記変圧器の二次巻線の一方向電流により充電される充電回路と、第２ダイオード及び第３コンデンサが直列接続され、前記二次巻線の他方向電流により充電される他の充電回路と、アノードに前記直流電圧が印加される第３ダイオードとを備え、前記第１ダイオード及び第２ダイオードは、前記第３ダイオードのカソード及び共通固定電位間に直列に逆接続され、前記第２コンデンサ及び第３コンデンサは、前記カソード及び前記共通固定電位間に直列接続され、前記放電灯は、前記カソード及び前記共通固定電位間に接続されていることを特徴とする放電灯点灯装置。

Images