JP4953785B2 - 放電灯点灯装置及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、メタルハライドランプまたは高圧水銀ランプ等の放電灯を点灯させる放電灯点灯装置及び該放電灯点灯装置を備えるプロジェクタに関する。

従来、光を投影してスクリーンに映像を表示する投影型表示装置（プロジェクタ）が存在し、このプロジェクタの光源にはメタルハライドランプ等の放電灯が使用され、この放電灯の始動と点灯維持とを行う為の放電灯点灯装置が用いられる。従来の放電灯点灯装置は、例えば特許文献１に開示されている。図１６は従来の放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。図１６において１００は従来の放電灯点灯装置であり、交流電源１０１に接続されたラインフィルタ１０２，整流ブリッジ１０３，昇圧コンバータ１０４，降圧コンバータ１０５，ランプ１０７の起動時に動作するイグナイタ１０６により構成される。昇圧コンバータ１０４は、商用ＡＣ電源を直流に変換することから、ラインフィルタ１０２、整流ブリッジ１０３との組み合わせにて”電源”と呼ぶ場合がある。また、降圧コンバータ１０５は、コンバータがスイッチングレギュレータ型の構成である場合、電流もしくは電圧をチョップして制御することから、”降圧チョッパ”と呼ぶ場合がある。同様に、昇圧コンバータを昇圧チョッパと呼ぶ場合がある。整流ブリッジ１０３は４個のダイオードからなり、ダイオードブリッジと呼ぶ場合がある。

また、降圧コンバータ１０５は、ランプ１０７の両端電圧と流れる電流の積を一定に保つよう制御することから、バラストと呼ぶ場合がある。ランプ１０７には、例えば２００Ｗ±１０％というように投入電力の定格値があり、一方ランプ１０７の両端電圧は寿命等で変動するため、電流量を制御することで投入電力をある範囲内に収める。また、ランプ１０７には、一般的に２箇所の電極の電位が一定周期で交番する交流方式ランプと、常に電位の極性が一定である直流方式ランプが存在する。図１６では直流方式ランプを点灯する構成であるが、例えば降圧コンバータ１０５とイグナイタ１０６の間に４個のＦＥＴからなるインバータを設けて、降圧コンバータ１０５の直流出力を交流に変換することで、交流ランプに対応することが可能となる。

交流電源１０１から出力された１００Ｖ〜２４０Ｖの交流は、ラインフィルタ１０２を経て整流ブリッジ１０３にて整流され、整流ブリッジ１０３の出力には略√２倍のピーク電圧（１４４Ｖ〜３４０Ｖ）が発生する。そして昇圧コンバータ１０４によりピーク電圧は、直流３７０Ｖ〜４００Ｖまで昇圧される。バラストである降圧コンバータ１０５は、ランプ１０７のグロー放電時に１００Ｖ〜２００Ｖ、初期アーク放電時に１５Ｖ、定常アーク放電時に６０Ｖとなるよう電圧を降圧させる。またイグナイタ１０６はランプ１０７の絶縁破壊の際に用いられる回路であり、降圧コンバータ１０５の出力であるところの開放電圧が２００Ｖ〜３００Ｖの状態にあるときイグナイタ１０６は動作する。イグナイタ１０６はおよそ数キロＶ〜数十キロＶの電圧を発生して、放電灯内部ガスに絶縁破壊を発生せしめ、これを始動させる。
特開平９−３２０７７２号公報

しかしながら、特許文献１に記載した従来の放電灯点灯装置は昇圧コンバータ及び降圧コンバータの２つから構成されるため、電力の損失が大きくなり、またその構造も大型化するという問題があった。また特許文献１に記載した放電灯点灯装置に記載した高輝度放電灯点灯装置は共に、非絶縁構造のため、各部で活電部の管理が必要となる。そのため、必要な絶縁処理が高輝度放電灯点灯装置及びランプの各所で必要となり、その結果、装置全体が大型化するという問題もあった。

またプロジェクタに適用される放電灯点灯装置は、自動車のヘッドランプ等に適用される放電灯点灯装置とは異なり、フリッカの原因となる残留ＡＣリプルを抑制する必要がある。すなわち、プロジェクタに適用される放電灯点灯装置には交流電圧が供給され、これがリプル電流またはリプル電圧の原因となり、スクリーン等に表示した場合にちらつきの原因となる。

また放電灯を点灯させるためには、高電圧を発生させ、放電灯を絶縁破壊及びグロー放電へ移行させる必要がある。そのためコンバータは、広い電圧をカバーしなければならず、コンバータに用いられる各電気素子等は高圧に耐え得るものが要求され、その結果装置の小型化を図ることが困難となり、さらにはコンバータの高効率化をも阻害する要因となっていた。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、１次側回路部に対して２次側回路部を絶縁すると共に、２次側回路部においてランプ電流及びランプ電圧に基づく電力と所定の目標電力とを比較し定電力制御を行うことにより、装置の安全化及び小型化を図れ、またよりきめ細かなランプの電力制御が可能となり、またコンバータの１段構成によって商用交流電圧を直流電圧に変換しながら、かつランプに必要不可欠な定電力制御を行う放電灯点灯装置及び該放電灯点灯装置を用いたプロジェクタを提供することにある。

本発明の他の目的は、放電灯の始動開始から所定条件を満たすまで変圧器の第１巻線及び第２巻線により変換された電圧を補助回路により放電灯へ印加し、所定条件を満たした後、第１巻線により変換された電圧を主回路により放電灯へ印加することにより、小型化及び高効率化を図ることが可能な放電灯点灯装置及び該放電灯点灯装置を用いたプロジェクタを提供することにある。

本発明に係る放電灯点灯装置は、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置において、電源装置に接続される１次側回路部と、該１次側回路部に接続され電圧を変換する変圧器と、該変圧器に接続され変換された電圧を前記放電灯へ印加する２次側回路部と、該２次側回路部に設けられ、前記放電灯の出力電圧及び出力電流を検出して所定の電力との偏差を検出する検出回路部と、前記１次側回路部及び前記２次側回路部の間に設けられ、前記検出回路部により検出された偏差に対応する信号を前記１次側回路部へ伝送する信号伝送素子と、前記１次側回路部に設けられ、前記信号伝送素子から伝送された信号に基づき定電力点灯に係るスイッチング制御を行うスイッチング制御部とを備え、前記変圧器の２次側巻線は第１巻線及び第２巻線を含み、前記２次側回路部は、前記放電灯の始動開始後、所定条件を満たすまで前記第１巻線及び前記第２巻線により変換された電圧を前記放電灯へ印加する補助回路と、前記所定条件を満たした後、前記第１巻線により変換された電圧を前記放電灯へ印加する主回路と、前記主回路の出力に接続されるダイオードと、前記補助回路の出力に接続されるダイオードとをさらに備え、前記主回路の出力に接続されるダイオードのカソード及び前記補助回路の出力に接続されるダイオードのカソードは互いに接続されていることを特徴とする。

本発明に係る放電灯点灯装置は、前記補助回路は、前記第２巻線の一端に接続されるダイオードと、該ダイオードのカソードに接続され、充電した電圧を前記放電灯へ供給するコンデンサと、前記ダイオードのカソード及び前記コンデンサに接続されるスイッチとを備えることを特徴とする。

本発明に係る放電灯点灯装置は、前記主回路は、出力端を共通にする前記第２巻線の他端及び前記第１巻線の一端に接続されるダイオードと、該ダイオードのカソードに接続され、充電した電圧を前記放電灯へ供給するコンデンサとを備えることを特徴とする。

本発明に係る放電灯点灯装置は、前記主回路の出力に接続されたダイオード及び前記補助回路の出力に接続されたダイオードは、イグナイタで発生する高電圧を阻止するための高耐圧の定格仕様であることを特徴とする。

本発明に係る放電灯点灯装置は、前記放電灯の始動開始時は前記スイッチをオンして、前記補助回路から前記放電灯に電力を供給し、前記所定条件が満たされた後に前記スイッチをオフすることを特徴とする。

本発明に係る放電灯点灯装置は、前記所定条件は、所定時間を経過することであり、前記補助回路は、前記放電灯の始動開始後、所定時間を経過するまで前記第１巻線及び前記第２巻線により変換された電圧を前記放電灯へ印加するよう構成してあり、前記主回路は、前記所定時間を経過した後、前記第１巻線により変換された電圧を前記放電灯へ印加するよう構成してあることを特徴とする。

本発明に係る放電灯点灯装置は、前記所定条件は、前記主回路のコンデンサの電圧が所定電圧値以下となることであり、前記補助回路は、前記放電灯の始動開始後、前記主回路のコンデンサの電圧が所定電圧値以下となるまで前記第１巻線及び前記第２巻線により変換された電圧を前記放電灯へ印加するよう構成してあり、前記主回路は、前記主回路のコンデンサの電圧が所定電圧値以下となった後、前記第１巻線により変換された電圧を前記放電灯へ印加するよう構成してあることを特徴とする。

本発明に係る放電灯点灯装置は、前記所定条件は、前記放電灯に係る電流が所定電流値以上になることであり、前記補助回路は、前記放電灯の始動開始後、前記放電灯に係る電流が所定電流以上となるまで前記第１巻線及び前記第２巻線により変換された電圧を前記放電灯へ印加するよう構成してあり、前記主回路は、前記放電灯に係る電流が所定電流以上となった後、前記第１巻線により変換された電圧を前記放電灯へ印加するよう構成してあることを特徴とする。

本発明に係る放電灯点灯装置は、前記放電灯の始動開始から前記所定時間内に、前記放電灯に係る電気量が所定の値を超えた場合に、前記スイッチをオフする手段と、該手段により前記スイッチをオフした後に、前記放電灯に係る電気量が前記所定の値と異なる値を超えた場合に、前記スイッチを再びオンする手段とをさらに備えることを特徴とする。

本発明に係る放電灯点灯装置は、前記１次側回路部は自励型フライバック方式のコンバータであることを特徴とする。

本発明に係る放電灯点灯装置は、前記信号伝送素子はフォトカプラであることを特徴とする。

本発明に係るプロジェクタは、上述のいずれか一つの放電灯点灯装置を備えることを特徴とする。

本発明にあっては、電源装置に接続される１次側回路部と、電圧を放電灯へ印加する２次側回路部との間に絶縁を確保するため変圧器と信号伝送素子とを設ける。２次側回路部に設けられる検出回路部は、放電灯の出力電圧及び出力電流を検出して、予め定められた所定電力となるよう、電流の偏差を検出する。検出回路部により検出された偏差に対応する信号は、１次側回路部と２次側回路部との間に設けられたフォトカプラ等の信号伝送素子を介して、１次側回路部へ伝送される。そして、１次側回路部に設けられるスイッチング制御部は、信号伝送素子から伝送された信号に基づき定電力点灯に係るスイッチング制御を行うので、ランプ電流及びランプ電圧双方の検出に基づく制御を行うことができ、例えばランプの寿命末期等において、よりきめ細かな電力制御が可能となる。

２次側回路部は、電源装置に接続される１次側回路部に対して、絶縁されるため１次側の電源装置に起因する放電灯の感電を解消できると共に、絶縁距離の減少を図り装置の小型化を実現することが可能となる。ランプは出力光を集光するためのリフレクタと呼ばれるお椀状の構造物に固定されるが、例えばこのリフレクタをアルミ等の導電性の金属で構成した場合は、ランプが２次側にあると絶縁構造を必要とせず、小型化に有利である。

変圧器の２次側巻線は第１巻線及び第２巻線により構成され、２次側回路部は主回路及び補助回路により構成される。補助回路は、放電灯の始動開始から所定条件を満たすまで第１巻線及び第２巻線により変換された電圧を放電灯へ印加する。この補助回路は例えば、第２巻線の一端に接続されるダイオード、当該ダイオードのカソードに接続され、充電した電圧を放電灯へ供給するコンデンサ並びに、ダイオードのカソード及びコンデンサに接続されるスイッチにより構成される。このスイッチは、例えば放電灯の始動開始から所定時間経過後にコンデンサによる放電灯への電圧供給を遮断する。

主回路は所定条件を満たした後、第１巻線により変換された電圧を放電灯へ印加する。この主回路は例えば、出力端を共通にする第２巻線の他端及び第１巻線の一端に接続されるダイオード及び当該ダイオードのカソードに接続されるコンデンサにより構成され、例えば所定時間経過後にコンデンサに充電した電圧を放電灯へ供給する。

本発明にあっては、放電灯点灯装置は、放電灯の始動開始から前記所定時間内に、放電灯に係る電気量が所定の値を超えた場合に、スイッチをオフする。すなわち、放電灯に流れる電流が所定の値以上、または放電灯に印加される電圧が所定電圧以下となった場合に、アーク放電へ移行したと判断し、スイッチをオフし補助回路から主回路へ切り替える。そしてその後、スイッチをオフした後に、放電灯に係る電気量が前記所定の値と異なる値を超えた場合に、スイッチを再びオンする。すなわち、主回路への切り替え後特殊アーク等により、放電灯に立ち消えが発生した場合、再びスイッチをオンし、補助回路に切り替える。

また、本発明にあっては１次側回路部に自励型フライバック方式のコンバータを用いて、２次側回路部から伝送される信号に基づきスイッチング制御を行い、放電灯の定電力点灯を行う。すなわち、１次側の自励型フライバック方式コンバータと２次側の電力偏差を検出する検出回路部と組み合わせにより放電灯の定電力制御を行うよう構成したので、コンバータが一つで構成でき装置の小型化を図ることができる。また２次側回路部で目標電力との偏差を検出して定電力制御を行うので、放電灯点灯装置の雰囲気温度及び部材の個体差による影響を低減でき、出力電力の誤差を低減できる。さらに放電灯が用いられるプロジェクタにおけるフリッカの原因となる残留ＡＣリプルの影響をも抑制することが可能となる。

本発明にあっては、変圧器及び信号伝送素子により１次側回路部及び２次側回路部を絶縁すると共に、２次側回路部における検出回路部及び１次側回路部におけるスイッチング制御部により定電力制御を行うよう構成したので、２次側回路部が電源装置に接続される１次側回路部に対して、絶縁され、１次側の電源装置に起因する放電灯の感電を解消できると共に、絶縁距離の減少を図り装置の小型化を実現することが可能となる。また、２次側回路部においてランプ電流及びランプ電圧双方の検出に基づく電力を検出して定電力制御を行うので、例えばランプの寿命末期等において、よりきめ細かな電力制御が可能となる。

本発明にあっては、２次側回路部を主回路及び補助回路により構成し、放電灯の始動開始から所定条件を満たすまで第１巻線及び第２巻線により変換された電圧を補助回路により放電灯へ印加する。そして、所定条件を満たした後、第１巻線により変換された電圧を主回路により放電灯へ印加するので、コンバータの小型化及び高効率化を図ることが可能となる。

また、本発明にあっては１次側の自励型フライバック方式コンバータと２次側の電力偏差を検出する検出回路部と組み合わせにより放電灯の定電力制御を行うよう構成したので、放電灯点灯装置の雰囲気温度及び部材の個体差による影響を低減できる。また２次側での電力の偏差検出により、出力電力の誤差を低減できる。さらに放電灯が用いられるプロジェクタにおけるフリッカの原因となる残留ＡＣリプルの影響をも抑制することが可能となる。さらに単一のコンバータで放電灯点灯装置を構成できるので装置の小型化及び電力効率の向上化を図ることが可能となる。

本発明にあっては、放電灯点灯装置は、放電灯の始動開始から前記所定時間内に、放電灯に係る電気量が所定の値を超えた場合に、スイッチをオフする。その後、スイッチをオフした後に、放電灯に係る電気量が前記所定の値と異なる値を超えた場合に、スイッチを再びオンする。このように放電灯の電気量及び時間に基づきスイッチのオン・オフ制御を行うので、ＦＥＴ等に流れる電流量を低減でき、さらなる小型化を図ることが可能となる。またスイッチをオフした後に、再度電気量を監視するので、主回路への切り替え後特殊アーク等により、放電灯に立ち消えが発生した場合でも、再び補助回路での電圧供給が行われ、より信頼性を高めることが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。

実施の形態１
以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１及び図２は本発明に係る放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。図１において、１は放電灯点灯装置であり、放電灯点灯装置１は、変圧器（以下、トランス）６及び信号伝送素子であるフォトカプラ５を境に交流電源２側に配される１次側回路部１０、並びに、ランプ４側に配される２次側回路部２０により構成される。このように、２次側回路部２０は、トランス６及びフォトカプラ５により、１次側回路部１０に対して絶縁されている。なお、本実施の形態においては液晶プロジェクタ等に用いられるメタルハライドランプ等の放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に適用する例を示す。

１次側回路部１０は、ラインフィルタ１１を介して交流電源２に接続されており、交流電源２からの交流を全波整流及び平滑するためのブリッジ回路１２、平滑コンデンサ１４、ＦＥＴ(Field Effect Transistor)もしくはバイポーラトランジスタを用いたパワースイッチ素子１６，パワースイッチ素子１６を制御するスイッチング制御部１３及びこれに接続される起動抵抗１５を含んで構成される。

ブリッジ回路１２には平滑コンデンサ１４が並列に接続されており、平滑コンデンサ１４の一端は起動抵抗１５及びトランス６の１次コイル（１次側巻線）６１のａ端子（正極）に接続されている。起動抵抗１５のもう一方はスイッチング制御部１３に接続される。トランス６は、パワースイッチ素子１６にその一端が接続された１次コイル６１、第１巻線６２１及び第２巻線６２２からなる２次コイル（２次側巻線）６２、並びに、スイッチング制御部１３に接続された帰還コイル６３を備える。

１次コイル６１のｂ端子（負極）はパワースイッチ素子１６のドレインに接続される。パワースイッチ素子１６のソースはブリッジ回路１２へ、ゲートはスイッチング制御部１３に接続され、スイッチング制御部１３のゲート制御信号に従いドレイン−ソース間をオン・オフする。トランス６の帰還コイル６３のｆ端子（負極）はパワースイッチ素子１６のソース、ブリッジ回路１２及びスイッチング制御部１３に接続されており、また帰還コイル６３のｅ端子（正極）もスイッチング制御部１３に接続されている。スイッチング制御部１３は２次側回路部２０からの制御信号を伝送するフォトカプラ５にも接続されている。

次に１次側回路部１０の動作について説明する。図示しないシステム全体のスイッチは、例えば交流電源２とラインフィルタ１１の接続ラインに直列に挿入されている。このシステムスイッチがオフの状態においては、交流電源２からの電力は放電灯点灯装置１には供給されない。そのため、スイッチング制御部１３は動作せず、パワースイッチ素子１６のゲート電圧Ｖｇｓは０Ｖであり、オフの状態である。システムスイッチがオンにされ、交流電源２から電力が供給された場合、ブリッジ回路１２及び平滑コンデンサ１４により交流電圧が整流及び平滑される。その後ライン１５１の電圧が上昇し、起動抵抗１５経由でスイッチング制御部１３に電力が供給されて動作を開始し、パワースイッチ素子１６にもゲート電圧がかかることになる。パワースイッチ素子１６のゲート電圧Ｖｇｓが所定電圧以上となった場合、パワースイッチ素子１６はオンとなる。

パワースイッチ素子１６がオンした場合、１次コイル６１のインダクタンスと両端ａｂに印加されている電圧によって、１次コイル６１に電流が流れる。２次コイル６２及び帰還コイル６３には巻き数比に応じた電圧が発生する。なお、１次コイル６１のａ端子と、帰還コイル６３のｅ端子と、２次コイル６２の第１巻線６２１のｄ端子と、２次コイル６２の第２巻線６２２のｃ端子が同極（正極）であり、発生する電圧が同一の極性となる。帰還コイル６３の正極（ｅ端子）はスイッチング制御部１３を介してパワースイッチ素子１６のゲートに接続されている。つまり、パワースイッチ素子１６がオンの場合、オン状態を維持する帰還コイル６３の極性側に接続されている。

図３はスイッチング制御部１３の回路構成を示す回路図である。スイッチング制御部１３はスイッチ素子１３１、コンデンサ１３２、１３７、抵抗１３３、１３５、１３６、及びダイオード１３４を含んで構成される。なお図中５はフォトカプラの受光部を示す。パワースイッチ素子１６のゲートは、帰還コイル６３に発生する電圧を抵抗１３６、コンデンサ１３７を介して印加されることで動作する。起動抵抗１５によってパワースイッチ素子１６が一旦オンすると、帰還コイル６３のｅ端子にプラスの電圧が発生するため、パワースイッチ素子１６の動作はオンが継続する。また、パワースイッチ素子１６のゲートはスイッチ素子１３１によって制御される。

スイッチ素子１３１のオン・オフ動作はコンデンサ１３２の両端電圧によって制御される。コンデンサ１３２の電圧は帰還コイル６３のｅ端子に発生した電圧によって抵抗１３３に流れる電流で制御される。つまり、帰還コイル６３にｅ端子にプラスの電圧が発生して、パワースイッチ素子１６がオンするが、抵抗１３３経由でコンデンサ１３２に電荷がチャージされることでスイッチ素子１３１がオフからオンの状態となり、パワースイッチ素子１６のゲートはドレインと同一電位となってオフ状態となる。パワースイッチ素子１６がオン状態である時間は抵抗１３３とコンデンサ１３２の時定数で決まる。所望のパワーが取り出せるように定数を調整する。また、コンデンサ１３２はダイオード１３４、抵抗１３５、及びフォトカプラ５によっても充電される。フォトカプラ５が頻繁にオンする場合、コンデンサ１３２の充電が早まり、スイッチ素子１３１がオンからオフに変化する時間も短くなる。フォトカプラ５は後述する２次側回路部２０から制御される。

続いて、スイッチがオフからオンへ移行するまでの動作を説明する。パワースイッチ素子１６がオフとなった瞬間、２次コイル６２のｃ端子及びｇ端子に正電圧が発生する。そして、パワースイッチ素子１６がオンの間にトランス６に蓄えられた電力が２次側回路部２０の整流ダイオード２２及び整流ダイオード７２を経由して出力される。オンの期間にトランス６に蓄えられた電力がゼロになった場合、残留した電力が帰還コイル６３のｅ端子に、正の電圧を発生させる結果、スイッチが再びオンとなる。スイッチング制御部１３は以上のオン・オフ制御を繰り返し行う。以上のように、平滑コンデンサ１４、トランス６、パワースイッチ素子１６、整流ダイオード２２、整流ダイオード７２、コンデンサ２３、コンデンサ７３（図２参照）からなる構成にて、パワースイッチ素子１６のオン期間に電力をトランス６に蓄え、オフ期間にこれを２次側に取り出す動作を行う。オンとオフの時間を制御することで、入力電圧に対して出力電圧を昇圧もしくは降圧する動作となる。

次に２次側回路部２０の構成を、図２を用いて説明する。２次コイル６２は巻線の一の端子（ｃ端子）を共通とする第１巻線６２１及び第２巻線６２２により形成され、第１巻線６２１と第２巻線６２２との巻数比は例えば１３：１２である。第１巻線６２１の他端（ｄ端子）は接地されており、第１巻線６２１の一端（ｃ端子）、換言すれば第２巻線６２２の他端（ｃ端子）は、整流ダイオード２２のアノードに接続されている。

また第２巻線６２２の一端（ｇ端子）は整流ダイオード７２のアノードに接続されている。ランプ４に対して直列に接続される整流ダイオード７２のカソードにはランプ４に対して並列に接続されるコンデンサ７３が接続されている。また、整流ダイオード７２のカソード及びコンデンサ７３にはスイッチ７４が接続されている。

スイッチ７４は一方がダイオード７５のアノード、他方がイグナイタ３の抵抗３３に接続されている。イグナイタ３は、印加電圧によってオン、オフの制御が切り替えられるサイダック（登録商標）３１と、サイダック３１の片側が接続されるパルストランス３２と、サイダック３１の発振周波数を決める抵抗３３及びコンデンサ３４と、ランプ４に対して直列に接続されパルストランス３２が発生する高圧をコンバータ側に戻らないよう阻止するダイオード３０からなる。ダイオード７５のカソードはパルストランス３２の３−４端子の４端子へ接続される。

ダイオード３０のカソードもダイオード７５のカソードと同じくパルストランス３２の３−４端子の４端子へ接続されている。一方サイダック３１の一端はパルストランス３２の１−２端子の２端子に接続され、他端は直列に接続される抵抗３３とコンデンサ３４との間に接続される。第１巻線６２１の一端（ｃ端子、第２巻線６２２の他端）は、整流ダイオード２２のアノードに接続される。ランプ４に対して直列に接続される整流ダイオード２２のカソードはランプ４に対して並列に接続されるコンデンサ２３及びダイオード３０のアノードに接続される。整流ダイオード２２を経て供給された電圧は２次側のコンデンサ２３により平滑され、平滑された後の電圧がランプ４へ印加される。なお、２次コイル６２のｄ端子はグランドに接地されている。
ダイオード３０は主コンバータ７０（主回路）の出力であり、ダイオード７５は補助コンバータ７１（補助回路）の出力である。互いのカソードが接続されて、パルストランス３２の二次側である３−４端子経由でランプ４に接続される。イグナイタ３はランプ４の起動時のみ動作して、その後はチョークコイルとして作用する。イグナイタ３が動作中は数キロＶの高圧が発生するため、その電圧を他の回路に伝達しないように阻止する必要があるが、ダイオード３０及びダイオード７５がその高耐圧の定格仕様を持っている。つまり、ダイオード３０及びダイオード７５は、起動時の高電圧の阻止と、主コンバータ７０及び補助コンバータ７１の出力切り換えの機能を兼ねている。

第１分圧抵抗２４及び第２分圧抵抗２５はランプ４に対して並列に接続されており、検出されたランプ電圧は制御部２１へ出力される。また電流検出抵抗２６はランプ４に直列に接続されており、検出されたランプ電圧は制御部２１へ出力される。イグナイタ３はランプ４に対して数キロＶから十数キロＶの高圧を印加してランプ４を始動させる。アーク放電が維持されランプ４が定常状態へ移行した後は、制御部２１の検出回路部２２Ｅ及びスイッチング制御部１３によるランプ４の定電力制御が行われる。定電圧制御部２３Ｖは
、ランプ４の消灯時にコンデンサ２３の両端電圧が所定の値以上にならないように、フォトカプラ５とスイッチング制御部１３とを介してパワースイッチ素子１６を制御する。定電流制御部２４Ａは、ランプ４の点灯時に所定値以上の電流がランプ４に流れないように、フォトカプラ５とスイッチング制御部１３とを介してパワースイッチ素子１６を制御する。

ランプ４の点灯開始からグロー放電までの動作について説明する。図示しないシステム全体のスイッチがオフの場合、ダイオード３０及びダイオード７５のいずれにも電流が流れない。システムのスイッチがオンされた場合、前述のようにパワースイッチ素子１６がスイッチング動作をすることで、２次側回路部２０に電力が伝達されて、コンデンサ２３及びコンデンサ７３の電圧が上昇する。第１巻線６２１と第２巻線６２２との巻線比を１３：１２として、無負荷時のコンデンサ２３の電圧を１３０Ｖとなるように第１分圧抵抗２４と第２分圧抵抗２５で検出して定電圧制御部２３Ｖで制御した場合、コンデンサ２３の電圧は１３０Ｖ、コンデンサ７３の電圧は２５０Ｖとなる。スイッチ７４はオンの状態であり、コンデンサ７３の電圧２５０Ｖによりまず、スイッチ７４、抵抗３３を介してコンデンサ３４が充電される。充電時間τ（時定数）は、τ＝Ｒ×Ｃで決まる。なお。Ｒは抵抗３３の抵抗値、Ｃはコンデンサ３４の静電容量である。

サイダック３１のオン電圧は２２０Ｖであり、コンデンサ３４の電圧が２２０Ｖに達した時にサイダック３１が導通して、パルストランス３２の１−２端子に２２０Ｖが印加される。パルストランス３２の１−２端子間巻き線と３−４端子間巻き線の比は１：２５であり、３−４端子間に５キロＶの電圧が発生し、ランプ４が動作を開始する。この場合、コンデンサ７３の電圧はコンデンサ２３の電圧より高いため、ダイオード７５はオン、ダイオード３０はオフとなり、主にダイオード７５経由でランプ４へ電流が供給される。すなわち、整流ダイオード７２、コンデンサ７３及びダイオード７５を通じた電力供給が行われる。ランプ４は絶縁破壊後、グロー放電へ移行し、１００Ｖ〜２００Ｖの電圧、約５０Ｗの電力が、ダイオード７５経由で供給される。ランプ４が点灯して以降、立ち消えするような場合を除いて、サイダック３１がオンに必要な電圧である２２０Ｖがコンデンサ３４に充電されることはないため、イグナイタ３は高圧発生動作を停止する。

スイッチ７４は例えばＦＥＴ等で構成され、メインのスイッチがオンされてから所定時間、例えばランプ４の始動時の過渡的な不安定性に起因する立ち消えまたはホットリスタート（ランプ４が熱い状態からの再点灯）を考慮して６秒経過後にオンからオフに切り替える。なお、図２においてスイッチ７４は、抵抗３３とダイオード７５とをコンデンサ７３から切り離す位置にあるが、ダイオード７５のみをコンデンサ７３から切り離す構成としてもよい。この場合、抵抗３３は常にコンデンサ７３から電流が供給されるが、ランプ点灯時のコンデンサ７３の両端電圧は、ランプ電圧ＶＬ並びに第１巻線６２１及び第２巻線６２２の巻き線比で決まり、この電圧は２２０Ｖ以下となるためサイダック３１は動作しない。よって抵抗３３を流れる電流はコンデンサ３４を充電した時点で流れなくなり、よってスイッチ７４は抵抗３３とコンデンサ７３の接続を切らなくても良い。また、ダイオード７５をコンデンサ７３から切り離すために、スイッチ７４のアノード側にスイッチを挿入してもよいし、カソード側に挿入しても良い。ダイオード７５を、ダイオード３０やパルストランス３２の４端子と切り離す事で電流が流れる経路を切断すればよい。またスイッチ７４は所定時間経過後にオンからオフに切り替える他、ランプ電流及びランプ電圧の変化を検知してオンからオフに切り替えるようにしても良い。この場合、制御部２１へ入力されるランプ電流またはランプ電圧の情報はスイッチ７４へも入力される。

スイッチ７４は後述のＣＰＵ７４１を持ち、ランプ電圧ＶＬ（コンデンサ２３の電圧）が１００Ｖ以下か否かを判断し、ランプ電圧ＶＬが１００Ｖ以下になった場合に、グロー放電が終了してアーク放電に移行したと判断して、このスイッチ７４をオフする。これにより、ダイオード７５を通じた電力供給が止まる。この時点でランプ電圧ＶＬは１００Ｖ以下であり、整流ダイオード２２、コンデンサ２３及びダイオード３０を通じた主コンバータ７０による電力供給が開始される。またランプ電流ＡＬを用いて判断する場合、ＣＰＵ７４１はランプ電流ＡＬが１Ａ以上か否かを判断し、ランプ電流ＡＬが１Ａ以上になった場合に、このスイッチ７４をオフする。これにより、整流ダイオード２２、コンデンサ２３及びダイオード３０を通じた主コンバータ７０による電力供給が開始され、ダイオード７５を通じた電力供給が止まる。

図４は放電灯点灯装置１の出力特性を示すグラフである。縦軸はランプ４のランプ電圧を示し、単位は[Ｖ（ボルト）]であり、横軸はランプ４のランプ電流を示し、単位は[Ａ（アンペア）]である。トランス６、パワースイッチ素子１６、平滑コンデンサ１４、整流ダイオード２２、コンデンサ２３は、主コンバータ７０を構成している。主コンバータ７０は、自励型フライバック方式のコンバータ（RCC: Ringing Choke Converter）である。図４の実線で示す特性が、この主コンバータ７０の特性である。対して、トランス６、パワースイッチ素子１６、平滑コンデンサ１４、整流ダイオード７２、コンデンサ７３は、補助コンバータ７１を構成している。補助コンバータ７１も、自励型フライバック方式である。図４のグラフにおいて実線は主コンバータ７０から供給される電流・電圧の特性を示す。実線の特性において、およそ１．６Ａ以下で１３０Ｖ一定の特性は、定電圧制御部２３Ｖの特性である。およそ４０Ｖ以下で５Ａ一定の特性は、定電流制御部２４Ａの特性である。双曲線は、検出回路部２２Ｅの定電力特性である。点線は、補助コンバータ７１から供給される電流、電圧の特性である。開放電圧（出力電流がゼロの電圧）、または出力電流の小さい軽負荷時の電圧は、２５０Ｖであり、これは第１分圧抵抗２４及び第２分圧抵抗２５により制御され、第１巻線６２１と第２巻線６２２との比で決まる電圧である。１Ａの電流垂下特性は、電流検出抵抗２６で制御された結果である。

本実施の形態においてはランプ４の定格電力を２００Ｗであるものとし、また、ランプ４の寿命末期にランプ電圧ＶＬが最大１２０Ｖとなることを仮定する。またコンデンサ２３に発生する開放電圧は、１２０Ｖを駆動することを可能とすべく１３０Ｖとしてあり、コンデンサ７３の開放電圧は２５０Ｖとしている。ランプ４の起動開始後、補助コンバータ７１がイグナイタ３を動作させ、ランプ４に絶縁破壊を発生させ、その後ランプ４をグロー放電へ移行させる。

主コンバータ７０と補助コンバータ７１において、１次側回路部１０は共通であり、２次側回路部２０の整流ダイオード２２等及びコンデンサ２３等を個別に持つ。トランス６も共通であり、各々の２次コイル６２を持つ。電圧、電流、または電力を所望の値に変換するコンバータは、一般的に入力電圧範囲、出力電圧範囲、出力電流範囲などによって使用する部品のサイズや耐圧仕様、最大電流仕様が決まる。前述の入出力範囲が広い方が、一般的に必要な耐圧や最大電流定格が大きくなり、部品のコストは高価になりかつ外形は大きくなる傾向にある。

耐圧を大きくしたために、寄生容量が増大してスイッチング速度の仕様が低下するようなトレードオフの関係も発生する。主コンバータ７０の出力電圧を２５０Ｖから１３０Ｖに落とす事で、このような部品の定格アップまたはサイズアップを回避する。図２に示したように、制御部２１はコンデンサ２３の両端電圧を第１分圧抵抗２４、第２分圧抵抗２５で検出して制御している。つまり補助コンバータ７１は、その出力電圧に関して無制御であることと等価となる。しかし、ここで補助コンバータ７１が出力するのは絶縁破壊に必要な２５０Ｖの電圧、グロー放電に必要な１００Ｖ〜２００Ｖで０．５Ａの電流、もしくはグロー放電からアーク放電に移行させるために必要な５０Ｗ程度のパワーである。これらの動作は点灯時数秒間で終了する。よって、主コンバータ７０の制御によって、補助コンバータ７１の出力に第１巻線６２１と第２巻線６２２との巻数比で決まる電圧を取り出してランプ４に供給する事で、ランプ４の初期点灯が完了する。簡易に構成されて簡易に制御される補助コンバータ７１でランプ４の点灯時の僅かな時間に必要な電圧、電力を供給することで、主コンバータ７０のサイズダウンを図ることができる。補助コンバータ７１が無制御でよいため、フォトカプラ５またはスイッチング制御部１３は主コンバータ７０と共用化が可能となる。

また、後述のように点灯開始から６秒間、補助コンバータ７１を動作させる場合は、１５Ｖ１Ａ程度の定電流出力を補助コンバータ７１から出力させればよく、この制御は電流検出抵抗２６で検出して定電流制御部２４Ａで行えばよい。スイッチ７４がオンの期間は、ダイオード７５がオン、ダイオード３０はオフであるため、定電流制御部２４Ａでの制御が可能となる。
グロー放電期間中も、パワースイッチ素子１６はオン−オフ動作を行っており、補助コンバータ７１は、その出力電圧が直接制御されていないが、スイッチ７４がオンの期間は、１次側回路部１０から電力の供給を受けてランプ４に出力している。２次側回路部２０に大容量電解コンデンサを設けてそのコンデンサにチャージした電荷でグロー放電に必要なパワーを取り出す方式と比較して、小型化を図ることが容易である。

図５は図４のグラフにランプ４の動作点を模式的に重ねたグラフである。矢印及び（１）〜（８）で示す点はランプ４の動作点を時系列で表現したものである。ランプ４が点灯する前（つまり放電灯点灯装置１が動作する前）は、電流は０（ゼロ）Ａであり、電圧はＲＣＣコンバータの出力状態によって定まる０（ゼロ）Ｖである。放電灯点灯装置１が動作を開始した場合、補助コンバータ７１が動作しコンデンサ７３の両端に、２５０Ｖが発生する。この電圧を受けてイグナイタ３が動作する。そして、ランプ４に数ｋＶ〜数十ｋＶの高圧電圧が発生しランプ４に印加される。ランプ４は、高圧によって絶縁破壊が発生し、電流が流れ始める。

ランプ４の点灯初期状態はグロー放電と呼ばれるモードで点灯する。図５に示すように、その時のランプ電圧は、およそ１００Ｖ〜２００Ｖであり、ランプ電流はおよそ０．５Ａ程度である。ランプ４に十分なパワーが供給された場合、グロー放電から初期アーク放電へ移行する。このように（１）〜（３）におけるグロー放電及び（４）における初期アーク放電に必要な電力を補助コンバータ７１により供給する。この時、ランプ４の特性は負性抵抗と呼ばれる状態となり、際限なく電流が流れる。この場合上述した如く上限電流を１Ａとする定電流制御を定電流制御部２４Ａまたは、図示しない別の定電流制御部により行う。

定電流制御部２４Ａで補助コンバータ７１の出力及び主コンバータ７０の出力の電流制限を行う場合、補助コンバータ７１用に第１の上限電流（本例では１Ａ）制限を行う回路及び主コンバータ７０用に第２の上限電流（本例では５Ａ）制限を行う回路を設け、点灯開始後の所定時間経過後に第１の上限電流制限を行う回路から第２の上限電流制限を行う回路へ切り替えるようにしても良い。または、定電流制御部２４Ａとは別個に、補助コンバータ７１用に第１の上限電流（本例では１Ａ）制限を行う回路を設けても良い。なお本実施の形態においては第１の上限電流を１Ａとしているがこれに限るものではなく例えば２Ａ等としても良い。ランプ４の種類によっては、始動から数秒間に流す電流を制限することで、ランプの黒化回避、長寿命化が図れる場合があり、そのような条件では、上記のような、初期に１Ａ、その後５Ａの電流切り換えが有効となる。

ランプ４の点灯開始から６秒後、スイッチ７４はオフし、電力供給は補助コンバータ７１から主コンバータ７０へと切り替わり、ランプ４の状態は（４）から（５）へ移行する。初期アーク点灯を経る間にランプ４が発熱し、ランプ電圧が上昇する（（５）〜（７））。放電灯点灯装置１はこのランプ電圧の変動を検出して、定電流から検出回路部２２Ｅによる定電力制御に移行する。定電力制御においては、ランプ電圧の上昇に合わせて流れる電流を減少させ、ランプ４が熱的に平衡した状態である定常点灯の（７）の段階において安定点灯する。寿命末期には例えばランプ電圧が（８）で示すように１２０Ｖまで上昇するが、電流を減少させて電力を一定とする制御が検出回路部２２Ｅにより行われる。

図６はランプ電圧ＶＬを監視してスイッチ７４を適応的に切り換え制御する場合に、図４のグラフにランプ４の動作点を模式的に重ねたグラフである。図５においてはスイッチ７４をランプ４の点灯開始後から所定時間経過後に、オフする場合の遷移を示したが、図６はランプ電圧が１００Ｖ以下となった場合に、スイッチ７４をオフし、補助コンバータ７１から主コンバータ７０へ電力供給を切り替えた場合のグラフである。グロー放電開始後電圧が徐々に降下し、（１）〜（３）へ移行する。（３）の段階において、ランプ電圧ＶＬは１００Ｖ以下となることから、スイッチ７４はオフされ、主コンバータ７０による電力供給が行われる。この場合ランプ４は（４）へ移行し、定電流制御部２４Ａによる定電流制御が行われる。この場合、所定時間経過後にスイッチ７４をオフする場合と比較して、補助コンバータ７１のための電流制限部が不要となり、回路規模が減少する。また補助コンバータ７１の最大出力電流は０．５Ａ程度に抑えられるので、部品の電流定格を下げることが可能となる。またランプ４の始動からランプ電圧が１００Ｖ以下になる時間は、例えば数十ミリ秒の短い期間であり、前述の６秒間連続動作させる場合と比較して、回路が発生するロスの放熱設計が楽に行える。ランプ４の種類によっては、始動時に大きな電力を供給して速やかに定常点灯の状態に移行させることで、長寿命化が図れるものがある。そのようなランプ４に対して、グロー放電終了後、直ちに５Ａの大電流を供給することで、長寿命化を図ることが可能となる。

また、起動時のラッシュ電流低減や、起動時のランプ４の安定した点灯制御のため、起動時にコンバータの出力に位置する平滑用のコンデンサの容量が小さくなるように、コンデンサをＦＥＴ等のスイッチで切り替える方式が一般的であるが、本実施形態では、例えば補助コンバータ７１のコンデンサ７３を０．１ｕＦ（マイクロファラド）、主コンバータ７０のコンデンサ２３を２ｕＦとすれば、コンデンサを切り替えるためのＦＥＴをスイッチ７４で代用する事が可能となる。つまり、ランプ４の立ち上げの都合にあわせてコンデンサ７３の容量を決めればよい。

その後ランプ電圧が上昇する（（４）〜（６））。放電灯点灯装置１はこのランプ電圧の変動を検出して、定電流から検出回路部２２Ｅによる定電力制御に移行する。定電力制御においては、ランプ電圧の上昇に合わせて流れる電流を減少させ、定格の（６）の段階において安定定格点灯する。寿命末期には例えばランプ電圧が（７）で示すように１２０Ｖまで上昇するが、電流を減少させる制御が検出回路部２２Ｅにより行われる。

またスイッチ７４のオン・オフはタイマを用いた制御及びランプ電圧またはランプ電流を監視することによる制御を組み合わせた形態でも良い。図７はスイッチ７４の回路構成を示す回路図である。スイッチ７４はＦＥＴ７４７、抵抗７４８、ダイオード７５１、トランジスタ７４９、ダイオード７５０、絶縁トランス７４５、コンデンサ７４６、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７４１、タイマ７４３及びＲＡＭ（Random Access Memory）７４２を含んで構成される。

ＣＰＵ７４１は時間情報を出力するタイマ７４３、各種演算結果及びＦＥＴ７４７のオン・オフ制御を実行するプログラムを記憶するＲＡＭ７４２及び絶縁トランス７４５の端子１にそれぞれ接続されている。ＣＰＵ７４１にはシステム全体の始動に伴うランプ４の始動を示す始動信号、ランプ４のランプ電流及びランプ電圧の情報が入力される。ＣＰＵ７４１は始動信号、タイマ７４３からの時間情報、ランプ電圧またはランプ電流に基づき、ＲＡＭ７４２に記憶されたプログラムに従い、絶縁トランス７４５の１次側の端子１へハイ信号またはロー信号を出力する。

絶縁トランス７４５の１次側の端子２はコンデンサ７４６を介してグランドに接続されている。絶縁トランス７４５の２次側の端子４はダイオード７５１のアノード側及びｐｎｐ型のトランジスタ７４９のベースに接続される。また絶縁トランス７４５の２次側の端子３は、トランジスタ７４９のコレクタにアノード側で接続されるダイオード７５０のカソード、抵抗７４８の一端及びＦＥＴのソースに接続されている。

ＦＥＴ７４７はＣＰＵ７４１からハイ信号が出力された場合にオンとなり、ロー信号が出力された場合にオフとなる。ＦＥＴ７４７のゲートは抵抗７４８の他端、ダイオード７５１のカソード及びトランジスタ７４９のコレクタに接続されている。

次にスイッチ７４の動作について説明する。絶縁トランス７４５の端子１にハイ信号が入力された場合、端子３に対して端子４にプラスの電位が発生する。これによりダイオード７５１が導通し、トランジスタ７４９はオフとなる。ＦＥＴ７４７は、ソースに対してゲートにプラスの電位が印加され、オンする。これによりドレインソース間が導通し、入力から出力方向に電流が流れる。一方、絶縁トランス７４５の端子１にロー信号が入力された場合、端子３に対して端子４はマイナスとなる。この場合、トランジスタ７４９のエミッターベース間にバイアス電圧が印加され、オンする。そしてダイオード７５１には逆方向電圧がかかり、オフとなる。これによりＦＥＴ７４７のゲートに存在する容量にチャージされた電荷が、トランジスタ７４９−ダイオード７５０経由で引き抜かれ、ＦＥＴ７４７がオフする。絶縁トランス７４５は、ＣＰＵ７４１の５Ｖ出力を高圧にレベルシフトする。

図８はＣＰＵ７４１による制御処理の手順を示すフローチャートである。図示しないシステム全体のスイッチが操作され、ＣＰＵ７４１にはランプ４の始動を示す始動信号が入力される（ステップＳ８１）。ＣＰＵ８１は始動信号の入力をトリガーに、タイマ７４３による計時を開始する（ステップＳ８２）。タイマ７４３からＣＰＵ７４１へは時間情報が出力される。この処理と同じくＣＰＵ７４１はハイ信号を絶縁トランス７４５の端子１へ出力する（ステップＳ８３）。これによりスイッチ７４はオンし、補助コンバータ７１による電力供給が行われる。

ＣＰＵ７４１は入力されるランプ電圧またはランプ電流（電気量）に基づき、入力されるランプ電圧が所定電圧以下であるか、または入力されるランプ電流が所定電流以上であるか否かを判断する（ステップＳ８４）。この所定電圧は例えば１００Ｖであり、また所定電流は１Ａであり、それぞれＲＡＭ７４２にこれらの情報が記憶されている。ＣＰＵ７４１は入力されるランプ電圧が所定電圧以下、または入力されるランプ電流が所定電流以上であると判断した場合（ステップＳ８４でＹＥＳ）、アーク放電へ移行したと判断し、ロー信号を絶縁トランス７４５の端子１へ出力する（ステップＳ８７）。これによりスイッチ７４はオフし、主コンバータ７０による電力供給が行われる。

ＣＰＵ７４１はタイマ７４３から出力される時間情報を参照して、所定時間を経過したか否かを判断する（ステップＳ８８）。なお、この所定時間は、ＲＡＭ７４２に例えば６秒と記憶されている。ＣＰＵ７４１は所定時間を経過したと判断した場合（ステップＳ８８でＹＥＳ）、ランプ４が正常に点灯したと判断し処理を終了する。一方、ＣＰＵ７４１は所定時間を経過していないと判断した場合（ステップＳ８８でＮＯ）、ＣＰＵ７４１は入力されるランプ電圧またはランプ電流に基づき、入力されるランプ電圧が補助所定電圧以上であるか、または入力されるランプ電流が補助所定電流以下であるか否かを判断する（ステップＳ８９）。この補助所定電圧及び補助所定電流は、初期アーク後の特殊アークによる立ち消えを検出するためのものである。補助所定電圧及び補助所定電流は上述した所定電圧及び所定電流とは異なる値であり、例えば補助所定電圧１２０Ｖ、補助所定電流０．１Ａとすれば良く、それぞれＲＡＭ７４２にこれらの情報が記憶されている。

ＣＰＵ７４１は入力されるランプ電圧が補助所定電圧以上ではない、または入力されるランプ電流が所定電流以下でないと判断した場合（ステップＳ８９でＮＯ）、立ち消えは発生していないと判断し、再びステップＳ８８へ移行する。一方、ランプ４が消灯してしまうと、ランプ４は絶縁状態となり、ランプ電流は０Ａとなり、ランプ電圧は不定となるため低電圧制御が働いて１３０Ｖとなる。よって、ＣＰＵ７４１は入力されるランプ電圧が補助所定電圧以上、または入力されるランプ電流が所定電流以下であると判断した場合（ステップＳ８９でＹＥＳ）、立ち消えが発生したと判断し、ハイ信号を絶縁トランス７４５の端子１へ出力する（ステップＳ８１０）。これによりスイッチ７４は再びオンし、補助コンバータ７１による電力供給が行われる。その後ＣＰＵ７４１はステップＳ８４へ移行し、以上の処理を繰り返す。

ステップＳ８４において、ＣＰＵ７４１が入力されるランプ電圧が所定電圧以下、または入力されるランプ電流が所定電流以上でないと判断した場合（ステップＳ８４でＮＯ）、所定時間を経過したか否かを判断する（ステップＳ８５）。ＣＰＵ７４１は所定時間を経過していないと判断した場合（ステップＳ８５でＮＯ）、引き続き監視を続けるべくステップＳ８３へ移行する。一方、ＣＰＵ７４１は所定時間を経過したと判断した場合（ステップＳ８５でＹＥＳ）、ロー信号をパルストランス７４５の端子１へ出力する（ステップＳ８６）。これによりスイッチ７４はオフし、主コンバータ７０による電力供給が行われる。

図９は検出回路部２２Ｅの回路構成を示すブロック図である。検出回路部２２Ｅは、ランプ電圧及びランプ電流により求まるランプ電力を所定の目標電力（本実施例では２００Ｗ）と比較し、その偏差をフォトカプラ５へ出力する回路であり、例えば図９に示すマイコン内蔵型の検出回路部２２Ｅが用いられる。検出回路部２２Ｅは電圧検出用非反転アンプ２２１，電流検出用非反転アンプ２２２、Ａ／Ｄ（アナログ−デジタル）変換器２２３，２２４，マイコン２２５、及びＤ／Ａ（デジタル−アナログ）変換器２２６を含んで構成される。

電圧検出用非反転アンプ２２１はランプ電圧検出用の第１分圧抵抗２４及び第２分圧抵抗２５に接続されており、第１分圧抵抗２４及び第２分圧抵抗２５により分圧されたランプ電圧を所定の増幅率にて増幅する。増幅された後のランプ電圧は、電圧検出用非反転アンプ２２１の出力端子に接続されるＡ／Ｄ変換器２２３によりデジタル化され、マイコン２２５へ入力される。

電流検出用非反転アンプ２２２はランプ電流検出用の電流検出抵抗２６（例えば高精度の５０ｍΩ抵抗等）に接続されており、電流検出抵抗２６にて変換された電圧を所定の増幅率にて増幅する。増幅されたランプ電流にかかる電圧は電流検出用非反転アンプ２２２の出力端子に接続されるＡ／Ｄ変換器２２４によりデジタル化され、マイコン２２５へ入力される。マイコン２２５は図示しないプロセッサ及びメモリを備え、目標とする所定の目標電力Ｐｅｘｐを記憶している。マイコン２２５のプロセッサは、Ａ／Ｄ変換器２２３及び２２４から出力されたランプ電圧及びランプ電流に係る値を乗算しランプ電力Ｐｄｅｔを算出する。

マイコン２２５のプロセッサはメモリから読み出した目標電力Ｐｅｘｐと、算出したランプ電力Ｐｄｅｔとの偏差を算出し、これに負の利得を乗じた操作信号をマイコン２２５の出力側に接続されるＤ／Ａ変換器２２６へ出力する。Ｄ／Ａ変換器２２６は操作信号をアナログ化し、フォトカプラ５へ出力する。

図１及び図２に示すように１次側回路部１０と２次側回路部２０との絶縁を確保するフォトカプラ５はスイッチング制御部１３に接続されており、偏差に対応する操作信号をスイッチング制御部１３へ伝送する。ランプ電力Ｐｄｅｔが目標電力Ｐｅｘｐよりも大きい場合、すなわち偏差が正の場合、負の操作信号がフォトカプラ５から出力され、スイッチング制御部１３はこれを受けてランプ４へ供給される電力が減少するよう１次側回路部１０を制御する。一方、ランプ電力Ｐｄｅｔが目標電力Ｐｅｘｐよりも小さい場合、すなわち偏差が負の場合、正の操作信号がフォトカプラ５から出力され、スイッチング制御部１３はこれを受けてランプ４へ供給される電力が増加するよう１次側回路部１０を制御する。このフィードバック制御により偏差が０となった場合に、検出回路部２２Ｅ及びスイッチング制御部１３の応答が停止し、再び定常状態へ移行することになる。

図９で述べたように、検出回路部２２Ｅは目標電力Ｐｅｘｐとランプ電力Ｐｄｅｔとの偏差を検出するものであれば、この構成に限るものではなく、例えばアナログ乗算回路を用いて実現しても良い。図１０はアナログ乗算回路を用いた検出回路部２２Ｅの回路構成を示すブロック図である。検出回路部２２Ｅは、電圧検出用非反転アンプ２２１，電流検出用非反転アンプ２２２、アナログ乗算回路２２７，目標電力出力回路２２８、及びエラーアンプ２２９を含んで構成される。アナログ乗算回路２２７は、電圧検出用非反転アンプ２２１及び電流検出用非反転アンプ２２２の出力端子にそれぞれ接続されており、出力されたランプ電流とランプ電圧とを乗じ、乗じたランプ電力Ｐｄｅｔをエラーアンプ２２９の反転入力端子へ入力する。

エラーアンプ２２９の非反転入力端子には目標電力出力回路２２８が接続されている。エラーアンプ２２９は、この目標電力出力回路２２８から出力された目標電力Ｐｅｘｐとランプ電力Ｐｄｅｔとを比較し、エラーアンプ２２９は偏差に相当する電流を出力端子から吸い込む。エラーアンプ２２９の出力端子はフォトカプラ５の図示しないフォトダイオードのカソード側に接続されており、出力端子が吸い込む電流に応じてオン／オフ動作を行って、偏差に対応する信号をスイッチング制御部１３へ伝送する。スイッチング制御部１３はフォトカプラ５からの信号に従い偏差が０となるまでスイッチング制御を行う。

図１１は定電流制御部２４Ａの回路構成を示す回路図である。定電流制御部２４Ａは、ランプ電流検出用の電流検出抵抗２６、シャントレギュレータ２４３，発振防止用の発振防止用コンデンサ２４５，発振防止用抵抗２４６，フォトカプラ５に並列接続される第１抵抗２４１、これに直列接続される第２抵抗２４２を含んで構成される。第２抵抗２４２の片側には、１３Ｖ程度の定電圧電源が接続されている。図中の２次側バスラインとは、図２において、整流ダイオード２２のカソード側からイグナイタ３を通過してランプ４の図中の上側に至る部分を指し、ランプ４に電力を供給するラインである。ランプ電流は、２次側バスラインからランプ４を図中の上から下に流れ、電流検出抵抗２６を経由してグランドに流れる。シャントレギュレータ２４３は基準電圧Ｖｒｅｆと、ランプ電流にランプ電流検出用の電流検出抵抗２６の抵抗値を乗じた電圧Ｖｒとを比較する。ＶｒｅｆとＶｒとが等しい場合は、カソードに電流が流れフォトカプラ５が動作する。フォトカプラ５からスイッチング制御部１３へ信号が伝送され、定電流制御が行われる結果、ランプ電流が低下する。なお、電流の制限値を３Ａ、シャントレギュレータ２４３の基準電圧Ｖｒｅｆを２．５Ｖとした場合、電流検出抵抗２６の抵抗値を８２０ｍΩとすればよい。

図１２は定電流制御部２４Ａの他の回路構成を示す回路図である。図１１に示す定電流制御部２４Ａは図１２に示す回路構成により実現しても良い。図１２に示すように、電流検出抵抗２６とシャントレギュレータ２４３の基準電圧制御用端子との間にはオペアンプ２４８が挿入されている。電流検出抵抗２６から出力されるランプ電流は、オペアンプ２４８の非反転入力端子へ入力され、オペアンプ２４８の出力端子からシャントレギュレータ２４３の基準電圧制御用端子へ増幅信号が出力される。図１１の回路構成においては電流検出抵抗２６の抵抗値８２０ｍΩに最大３Ａの電流が流れた場合、大型の抵抗器（およそ７Ｗ）が必要となる。かかる大型抵抗器の採用が困難な場合、図１２に示すように、電流検出抵抗２６の抵抗値を１／１０の８２ｍΩとし、オペアンプ２４８により増幅（１０倍のゲイン）するようにしても良い。

図１３は定電圧制御部２３Ｖの回路構成を示す回路図である。定電圧制御部２３Ｖは、シャントレギュレータ２４３，発振防止用の発振防止用コンデンサ２４５，発振防止用抵抗２４６，フォトカプラ５に並列接続される第１抵抗２４１、これに直列接続される第２抵抗２４２、２次側バスラインに設けられる第３抵抗２４４及び第４抵抗２３１を含んで構成される。シャントレギュレータ２４３の基準電圧制御用端子には第３抵抗２４４が接続されており、シャントレギュレータ２４３の基準電圧制御用端子の電圧をＶｒ、基準電圧をＶｒｅｆとする。Ｖｒ＜Ｖｒｅｆの場合、カソードに電流は流れない。一方、Ｖｒ＞Ｖｒｅｆの場合、カソードに電流が流れ、フォトカプラ５が動作し、フォトカプラ５からスイッチング制御部１３へ信号が伝送される結果、定電圧制御が行われ、２次側バスラインの電圧が降下し、ＶｒはＶｒｅｆ以下となる。なお、フォトカプラ５は図９乃至図１２に記載したものを共用しても良く、例えば共用するフォトカプラのフォトダイオードのカソード側を、各々の回路ブロックのシャントレギュレータのカソード側に接続することで、上述した定電力制御、定電圧制御及び定電流制御がｏｒ論理で動作する。

以上のように１次側回路部１０に対して２次側回路部２０を絶縁したので、２次側回路部２０の安全性、並びに、放電灯点灯装置１及びこれを備えるプロジェクタ等の小型化も図ることができる。また２次側回路部２０における検出回路部２２Ｅにおいて目標電力とランプ４の電力との偏差を検出して制御するようにしたので、よりきめ細かなランプ４の定電力制御が可能となる。なお、図４の定電流制御は直線で示したが、直線でなくてもよい。さらに定電力制御は双曲線で示したが、直線近似で実現してもよい。

なお、スイッチング制御部１３は図３に示す如く自励フライバック方式を用いた形態につき説明したが、他励フライバック方式であっても良い。図１４は他励フライバック方式のスイッチング制御部１３の回路構成を示す回路図である。スイッチング制御部１３の制御を司る制御回路２Ｓ１は交流電源２とは別の補助電源２Ｓに入力端子Ｖｃｃを介して接続されており、補助電源２Ｓから電力の供給を受ける。制御回路２Ｓ１のＦＲＱ端子にはコンデンサが接続され周波数の調整が行われる。

フォトカプラ５のフォトトランジスタ側は制御回路２Ｓ１のＦＢ端子に接続されており、フォトカプラ５から出力される電流の大小により、ＣＴＬ端子を介して接続されるパワースイッチ素子１６を制御する。すなわちＣＴＬ端子からはＰＷＭの信号が出力されパワースイッチ素子１６のゲートをオン・オフする。パルスがオンの期間、パワースイッチ素子１６はオンとなる。

他励フライバック方式の場合も、２次側回路部２０に専用の巻き線を設けて別途電圧を取り出すことで、イグナイタ３用の電圧とグロー放電用電力を効率よく取り出すことが可能となる。自励フライバックの場合も、他励フライバックの場合も、例えばフォワード型のコンバータと比較して、出力段のコイルが不要であり、また整流のためのダイオードも少なくて済むため、シンプルな構成が可能となる。図２において、第１巻線６２１（ｄ−ｃ間）と、第２巻線６２２（ｃ−ｇ間）とは、ｃを共通としている。ここで、例えば第２巻線６２２をｄ−ｇ間に設けて、第１巻線６２１と第２巻線６２２との巻き線比を１３：２５としてもよい。

以上は、ＤＣ型のランプ４を駆動する場合を説明した。ＡＣ型のランプ４を駆動する場合は、イグナイタ３の前段にインバータ回路（図示せず）を挿入すればよい。インバータ回路は、通常４つのＦＥＴスイッチから構成される。ランプ４の両端にかかる電圧の極性を切り替える。ここで、ＡＣ型のランプ４にわずかに直流電流成分が印加されただけで、大きな寿命劣化を引き起こす要因となるが、本実施形態の場合は、インバータ回路にて電力制御や電流制御を行う必要が無いので、直流電流印加の回避は容易である。

図７のＣＰＵ７４１と図９のマイコン２２５を統合して、単一のデバイスで処理させても良い。上記において、グロー放電に必要な電力または電圧、グロー放電とアーク放電とを判断するＶＬの例を数値にて述べたが、本願はこの数値に限定するものではない。例えばランプ４の定格電力は５０Ｗ〜３００Ｗと幅広い。実施形態を元に、ランプ４の仕様に合わせて装置を調整すればよい。

以上述べたように、本実施形態では、簡素な構成でランプ４を理想的に制御することが可能となる。昇降圧が可能なフライバックコンバータを用いることで、キセノンランプ、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ等ランプ４（放電灯）の種類を選ばず点灯駆動させることが可能となる。フライバックコンバータは自励型でも他励型でも良い。フライバックコンバータのトランス６にサブ巻き線を持たせることで、簡易に補助コンバータを構成する。共通の制御スイッチで容易に高電圧を取り出すことが可能であり、イグナイタ３に必要な電圧と、グローに必要な電力とを補助コンバータ７１から取り出すことで、アーク放電を受け持つ主コンバータ７０の小型化が達成できる。またランプ４に並列に接続する大きなコンデンサを追加する必要がない。主コンバータ７０と補助コンバータ７１とで、各々平滑用コンデンサ（コンデンサ２３及びコンデンサ７３）を２個持つので、補助コンバータ７１のコンデンサ容量を小さくすれば点灯時にランプ４が安定化して立ち消え発生頻度が低減する。またラッシュ電流が防止可能となる。

実施の形態２
上述した放電灯点灯装置１は例えばプロジェクタに適用される。図１５はプロジェクタのハードウェア構成を示すブロック図である。プロジェクタ３００は、実施の形態１の放電灯点灯装置１、ランプ４、反射鏡３２１、カラーホイール３２０、映像形成素子（以下、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device（登録商標））３６０、映像形成素子制御回路３７０、投射レンズ３８０、ファン３３０、主制御部３９０及び映像信号処理部３９１を含んで構成される。

主制御部３９０は、図示しないメモリに記憶したプログラムに従い、上述したハードウェア各部を制御する。映像信号は映像信号処理部３９１へ入力される。映像信号処理部３９１は、同期分離及びスケーリング等、映像信号の処理を行い、処理後の映像信号を映像形成素子制御回路３７０へ出力する。プロジェクタ３００では、ランプ４から発せられた白色光が集光され、カラーホイール３２０に照射される。カラーホイール３２０は、赤、青及び緑色の光学フィルタが円周方向に沿って配列形成された円盤として構成されており、図示しない駆動モータによって高速回転されるようになっている。

カラーホイール３２０の回転に伴って、ランプ４から出射された光の光路に各色フィルタが順次挿入され、カラーホイール３２０に照射された白色光が赤色光、緑色光、青色光の各単色光に時分割で色分離される。そして、分離された各単色光は、反射鏡３２１へと送られ、ＤＭＤ３６０に照射される。なお、ＤＭＤに代えて液晶パネルを用いても良い。ＤＭＤ３６０は映像形成素子制御回路３７０によって駆動制御されている。映像形成素子制御回路３７０は、入力された映像信号に従ってＤＭＤ３６０を駆動する。具体的には、入力された映像信号に従ってＤＭＤ３６０の各セルや微小ミラーをオンまたはオフさせることによって、照射された単色光を画素単位で反射して光変調を行い、画像光を形成する。形成された画像光は、投射レンズ３８０に入射され、投射レンズ３８０によって不図示のスクリーン等に拡大投射される。

放電灯点灯装置１はランプ４の点灯及び消灯を制御する。ファン３３０はランプ４またはプロジェクタ３００内を冷却するためのものであり、図示しないモータにより駆動される。なお、本実施の形態においては放電灯点灯装置１をプロジェクタ３００へ適用する形態につき説明したが、これに限るものではなく、一般照明等に適用しても良い。

本実施の形態２は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。

本発明に係る放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。 本発明に係る放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。 スイッチング制御部の回路構成を示す回路図である。 放電灯点灯装置の出力特性を示すグラフである。 図４のグラフにランプの動作点を模式的に重ねたグラフである。 ランプ電圧ＶＬを監視してスイッチを適応的に切り換え制御する場合に、図４のグラフにランプの動作点を模式的に重ねたグラフである。 スイッチの回路構成を示す回路図である。 ＣＰＵによる制御処理の手順を示すフローチャートである。 検出回路部の回路構成を示すブロック図である。 アナログ乗算回路を用いた検出回路部の回路構成を示すブロック図である。 定電流制御部の回路構成を示す回路図である。 定電流制御部の他の回路構成を示す回路図である。 定電圧制御部２３Ｖの回路構成を示す回路図である。 他励フライバック方式のスイッチング制御部の回路構成を示す回路図である。 プロジェクタのハードウェア構成を示すブロック図である。 従来の放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。

符号の説明

１ 放電灯点灯装置
２ 交流電源（電源装置）
３ イグナイタ
４ ランプ（放電灯）
５ フォトカプラ（信号伝送素子）
６ トランス
１０ １次側回路部
１１ ラインフィルタ
１３ スイッチング制御部
１５ 起動抵抗
１６ パワースイッチ素子
２０ ２次側回路部
２１ 制御部
２２ 整流ダイオード
２３ コンデンサ
２２Ｅ 検出回路部
２３Ｖ 定電圧制御部
２４ 第１分圧抵抗
２４Ａ 定電流制御部
２５ 第２分圧抵抗
２６ 電流検出抵抗
３０ ダイオード
６１ １次コイル
６２ ２次コイル
６３ 帰還コイル
７０ 主コンバータ
７１ 補助コンバータ
７２ 整流ダイオード
７３ コンデンサ
７４ スイッチ
７５ ダイオード
３００ プロジェクタ
６２１ 第１巻線
６２２ 第２巻線

Claims (12)

1. 放電灯を点灯させる放電灯点灯装置において、
   電源装置に接続される１次側回路部と、
   該１次側回路部に接続され電圧を変換する変圧器と、
   該変圧器に接続され変換された電圧を前記放電灯へ印加する２次側回路部と、
   該２次側回路部に設けられ、前記放電灯の出力電圧及び出力電流を検出して所定の電力との偏差を検出する検出回路部と、
   前記１次側回路部及び前記２次側回路部の間に設けられ、前記検出回路部により検出された偏差に対応する信号を前記１次側回路部へ伝送する信号伝送素子と、
   前記１次側回路部に設けられ、前記信号伝送素子から伝送された信号に基づき定電力点灯に係るスイッチング制御を行うスイッチング制御部と
   を備え、
   前記変圧器の２次側巻線は第１巻線及び第２巻線を含み、
   前記２次側回路部は、
   前記放電灯の始動開始後、所定条件を満たすまで前記第１巻線及び前記第２巻線により変換された電圧を前記放電灯へ印加する補助回路と、
   前記所定条件を満たした後、前記第１巻線により変換された電圧を前記放電灯へ印加する主回路と、
   前記主回路の出力に接続されるダイオードと、
   前記補助回路の出力に接続されるダイオードとをさらに備え、
   前記主回路の出力に接続されるダイオードのカソード及び前記補助回路の出力に接続されるダイオードのカソードは互いに接続されている
   ことを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記補助回路は、
   前記第２巻線の一端に接続されるダイオードと、
   該ダイオードのカソードに接続され、充電した電圧を前記放電灯へ供給するコンデンサと、
   前記ダイオードのカソード及び前記コンデンサに接続されるスイッチと
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
3. 前記主回路は、
   出力端を共通にする前記第２巻線の他端及び前記第１巻線の一端に接続されるダイオードと、
   該ダイオードのカソードに接続され、充電した電圧を前記放電灯へ供給するコンデンサと
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の放電灯点灯装置。
4. 前記主回路の出力に接続されたダイオード及び前記補助回路の出力に接続されたダイオードは、イグナイタで発生する高電圧を阻止するための高耐圧の定格仕様である
   ことを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
5. 前記放電灯の始動開始時は前記スイッチをオンして、前記補助回路から前記放電灯に電力を供給し、前記所定条件が満たされた後に前記スイッチをオフする
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の放電灯点灯装置。
6. 前記所定条件は、所定時間を経過することであり、
   前記補助回路は、
   前記放電灯の始動開始後、所定時間を経過するまで前記第１巻線及び前記第２巻線により変換された電圧を前記放電灯へ印加するよう構成してあり、
   前記主回路は、
   前記所定時間を経過した後、前記第１巻線により変換された電圧を前記放電灯へ印加するよう構成してある
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の放電灯点灯装置。
7. 前記所定条件は、前記主回路のコンデンサの電圧が所定電圧値以下となることであり、
   前記補助回路は、
   前記放電灯の始動開始後、前記主回路のコンデンサの電圧が所定電圧値以下となるまで前記第１巻線及び前記第２巻線により変換された電圧を前記放電灯へ印加するよう構成してあり、
   前記主回路は、
   前記主回路のコンデンサの電圧が所定電圧値以下となった後、前記第１巻線により変換された電圧を前記放電灯へ印加するよう構成してある
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の放電灯点灯装置。
8. 前記所定条件は、前記放電灯に係る電流が所定電流値以上になることであり、
   前記補助回路は、
   前記放電灯の始動開始後、前記放電灯に係る電流が所定電流以上となるまで前記第１巻線及び前記第２巻線により変換された電圧を前記放電灯へ印加するよう構成してあり、
   前記主回路は、
   前記放電灯に係る電流が所定電流以上となった後、前記第１巻線により変換された電圧を前記放電灯へ印加するよう構成してある
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の放電灯点灯装置。
9. 前記放電灯の始動開始から前記所定時間内に、前記放電灯に係る電気量が所定の値を超えた場合に、前記スイッチをオフする手段と、
   該手段により前記スイッチをオフした後に、前記放電灯に係る電気量が前記所定の値と異なる値を超えた場合に、前記スイッチを再びオンする手段と
   をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の放電灯点灯装置。
10. 前記１次側回路部は自励型フライバック方式のコンバータであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一つに記載の放電灯点灯装置。
11. 前記信号伝送素子はフォトカプラであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の放電灯点灯装置。
12. 請求項１乃至１１いずれか一つに記載の放電灯点灯装置を備えるプロジェクタ。

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