JP5129652B2

JP5129652B2 - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP5129652B2
Application number: JP2008138675A
Authority: JP
Inventors: 克佳中田; 智之中野; 純一長谷川; 浩士渡邊
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2028-05-27
Also published as: JP2009289493A

Description

本発明は、放電灯点灯装置に関するものである。

従来から、熱陰極型の放電灯に交流電力を供給して点灯させる放電灯点灯装置が提供されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

この種の放電灯点灯装置は、比較的に周波数の高い交流電力を放電灯に供給して放電灯を始動する始動動作を行った後、始動動作よりも低い周波数の交流電力で放電灯を定常点灯させる定常動作に移行する。
特許第２８７８３５０号公報特許第２９７５０３２号公報

放電灯の始動時には、放電灯に流れる電流（以下、「ランプ電流」と呼ぶ。）は、一方の向きでのピーク値と他方の向きでのピーク値とが互いに略等しい対称電流となることが望ましい。しかしながら、電極間での温度の不均衡や電極の先端以外からの放電といった要因により、ランプ電流は、一方の向きでのピーク値と逆向きでのピーク値とが互いに異なる非対称電流となることがある。

そして、上記のような非対称電流が流れると、ランプ電流のピーク値が、ランプ電流が対称電流である場合に比べて約１．５倍〜２倍にもなり、電気的ストレスによって放電灯や回路部品の劣化を促進してしまうことがある。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、始動時の電気的ストレスの低減が可能な放電灯点灯装置を提供することにある。

請求項１の発明は、直流電力を入力され入力された直流電力よりも電圧が低い直流電力を出力するダウンコンバータ回路と、ダウンコンバータ回路が出力した直流電力を交流電力に変換して放電灯に供給することにより放電灯を点灯させるインバータ回路と、インバータ回路に接続された放電灯の点灯を検出する点灯検出回路と、点灯検出回路による検出結果に基いてダウンコンバータ回路とインバータ回路とをそれぞれ制御する制御回路とを備え、制御回路は、放電灯において放電を開始させる始動動作を行った後、インバータ回路が放電灯に出力する交流電力の周波数を始動動作での周波数よりも低くする定常動作に移行し、点灯検出回路は、放電灯に流れる電流のピーク値が電流の向き毎に異なる非対称状態を検出するものであって、制御回路は、点灯検出回路によって非対称状態が検出されたときに、ダウンコンバータ回路の出力電圧を低下させることを特徴とする。

この発明によれば、制御回路が点灯検出回路による検出結果に基いてダウンコンバータ回路を制御するので、制御回路が点灯検出回路による検出結果に基いてインバータ回路のみを制御する場合に比べて始動時の電気的ストレスの低減が可能となる。また、点灯検出回路によって非対称状態が検出されたときには、制御回路がダウンコンバータ回路の出力電圧を低下させることにより、放電灯への出力電流のピーク値が低下するから、非対称状態による電気的ストレスが低減される。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、制御回路は、点灯検出回路によって非対称状態が検出されてダウンコンバータ回路の出力電圧を低下させている状態で点灯検出回路によって放電灯の立ち消えが検出されたとき、ダウンコンバータ回路の出力電圧を上昇させることを特徴とする。

この発明によれば、点灯検出回路によって放電灯の立ち消えが検出されてもダウンコンバータ回路の出力電圧を低下させたままとする場合に比べ、速やかに放電灯を再点灯させることが可能となる。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、、制御回路は、始動動作中に点灯検出回路によって放電灯の点灯が検出された後、所定の予熱時間にわたって始動動作を継続し、その後、定常動作に移行することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において、制御回路は、インバータ回路が放電灯に出力する交流電力の周波数を、始動動作中には１０ｋＨｚ以上とし、定常動作中には１ｋＨｚ以下とすることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において、放電灯の始動時に放電灯において放電を開始させるための高電圧を生成する始動回路を備えることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかの発明において、照明装置点灯用であることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１〜５のいずれかの発明において、プロジェクタ用であることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、制御回路が点灯検出回路による検出結果に基いてダウンコンバータ回路を制御するので、制御回路が点灯検出回路による検出結果に基いてインバータ回路のみを制御する場合に比べて始動時の電気的ストレスの低減が可能となる。また、点灯検出回路によって非対称状態が検出されたときには、制御回路がダウンコンバータ回路の出力電圧を低下させることにより、放電灯への出力電流のピーク値が低下するから、非対称状態による電気的ストレスが低減される。

請求項２の発明は、制御回路は、点灯検出回路によって非対称状態が検出されてダウンコンバータ回路の出力電圧を低下させている状態で点灯検出回路によって放電灯の立ち消えが検出されたとき、ダウンコンバータ回路の出力電圧を上昇させるので、点灯検出回路によって放電灯の立ち消えが検出されてもダウンコンバータ回路の出力電圧を低下させたままとする場合に比べ、速やかに放電灯を再点灯させることが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

本実施形態は、図２に示すように、直流電源１から入力された直流電力を降圧して出力するダウンコンバータ回路２と、ダウンコンバータ回路２が出力した直流電力を交流電力に変換して放電灯Ｌａに供給するインバータ回路３とを備える。本実施形態における放電灯ＬａはＨＩＤ（High Intensity Discharge）ランプとも呼ばれる高圧放電灯である。この種の高圧放電灯としては、例えば高圧水銀ランプやメタルハライドランプなどがある。

ダウンコンバータ回路２は、バックコンバータや降圧形コンバータとも呼ばれる周知の回路であって、直流電源１の出力端間に接続されたスイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１と出力コンデンサＣ１との直列回路と、アノードが直流電源１の低電圧側の出力端と出力コンデンサＣ１との接続点に接続されカソードがスイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１との接続点に接続されたダイオードＤ１とを備え、出力コンデンサＣ１の両端を出力端としている。さらに、本実施形態は、スイッチング素子Ｑ１をオンオフ駆動する降圧駆動回路４２を備える。また、直流電源１の低電圧側の出力端と出力コンデンサＣ１との間には抵抗Ｒ１が接続されており、降圧駆動回路４２は、抵抗Ｒ１の両端電圧に基いて（すなわち、抵抗Ｒ１によってダウンコンバータ回路２の出力電圧を検出して）スイッチング素子Ｑ１のオンオフのデューティ比をフィードバック制御することにより、ダウンコンバータ回路２の出力電圧を制御する。このような降圧駆動回路４２は周知技術で実現可能であるので、詳細な説明及び図示は省略する。

インバータ回路３は、いわゆるフルブリッジ型のインバータ回路であって、２個ずつの直列回路がダウンコンバータ回路２の出力端間に互いに並列に接続された計４個のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５を備える。また、一方の直列回路のスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５は放電灯Ｌａの他端に接続される。さらに、インバータ回路３は、一端が一方の直列回路のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の接続点に接続され他端が放電灯Ｌａの一端に接続されるインダクタＬ３と、放電灯Ｌａに並列に接続されたコンデンサＣ２とからなる共振部３１を有する。

さらに、本実施形態は、互いに対角に位置するスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５同士が同時にオンオフされ、且つ、互いに直列に接続されたスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５同士は交互にオンオフされるように、各スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５をそれぞれオンオフ駆動するインバータ駆動回路４１を備える。また、本実施形態は、インダクタＬ３と放電灯Ｌａとの接続点と、ダウンコンバータ回路２の低電圧側の出力端との間に接続された点灯検出回路４０を備える。点灯検出回路４０は、放電灯Ｌａの点灯と立ち消えとをそれぞれ検出するとともに、放電灯Ｌａの点灯が検出されている期間中には、放電灯Ｌａに流れる電流（以下、「ランプ電流」と呼ぶ。）が正負非対称な（つまり、向きによってピーク値が異なる）電流（以下、「非対称電流」と呼ぶ。）となっている状態（以下、「非対称状態」と呼ぶ。）を検出する。上記のような点灯検出回路４０やインバータ駆動回路４１は周知技術で実現可能であるので、詳細な説明並びに図示は省略する。

次に、図１を用いて本実施形態の動作を説明する。図１において、４個のグラフはそれぞれ横軸を時間としており、一番上のグラフの縦軸は放電灯Ｌａに加えられる電圧（以下、「共振電圧」と呼ぶ。）Ｖｌであり、上から２番目のグラフの縦軸は駆動周波数ｆであり、上から３番目のグラフの縦軸はダウンコンバータ回路２の出力電圧（以下、「直流出力電圧」と呼ぶ。）Ｖｄであり、一番下のグラフの縦軸はランプ電流Ｉｌである。インバータ駆動回路４１は、電源がオンされてから、点灯検出回路４０によって放電灯Ｌａの点灯（すなわち放電灯Ｌａでの放電の開始）が検出された時点Ｔ１の後に立ち消えが検出されることなく所定の予熱時間が経過する時点Ｔ３までの期間（以下、「始動期間」と呼ぶ。）には、駆動周波数ｆを所定の第１の周波数ｆ１から第１の周波数ｆ１よりも低い所定の第２の周波数ｆ２まで徐々に低下させるスイープ動作を周期的に繰り返す。つまり、始動期間の長さは、電源がオンされてから放電灯Ｌａの点灯が点灯検出回路４０に検出される（Ｔ１）までの時間と、予熱時間（Ｔ３−Ｔ１）との合計となる。上記の予熱時間は、放電灯Ｌａの電極を予熱するために設けられている。そして、インバータ駆動回路４１は、上記の始動期間の終了後は、駆動周波数ｆを第２の周波数ｆ２よりも低い定常周波数ｆｓに維持する定常動作を行う。始動期間の長さや予熱時間の長さはそれぞれ例えば数１０ｍｓ〜数１００ｍｓであり、第１の周波数ｆ１及び第２の周波数ｆ２はそれぞれ例えば数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚといった高周波であり、定常周波数ｆｓは例えば数１０Ｈｚ〜数１００Ｈｚといった低周波である。また、第１の周波数ｆ１は、共振部３１の共振周波数（以下、単に「共振周波数」と呼ぶ。）の想定される範囲の上限値よりも高い周波数とされ、第２の周波数ｆ２は、共振周波数の想定される範囲の下限値よりも低い周波数とされている。つまり、共振周波数が想定された範囲内であれば、スイープ動作中のいずれかの時点で駆動周波数ｆは共振周波数に一致する。

また、降圧駆動回路４２は、始動期間中には始動期間の終了後よりも直流出力電圧Ｖｄを高くする。さらに、降圧駆動回路４２は、点灯検出回路４０によって放電灯Ｌａの点灯が検出されるとともに非対称状態が検出された時点Ｔ１の前後ではそれぞれ直流出力電圧Ｖｄを略一定に維持し、且つ、上記の時点Ｔ１の後では上記の時点Ｔ１の前よりも直流出力電圧Ｖｄを低くする。これにより、点灯検出回路４０によって非対称状態が検出された時点Ｔ１でランプ電流Ｉｌのピーク値は低下することになる。例えば、非対称状態であってランプ電流Ｉｌのピーク値が８Ａのときから、直流出力電圧Ｖｄを２００Ｖから２０％低下させて１６０Ｖとすると、ランプ電流のピーク値は約６Ａに低下する。すなわち、インバータ駆動回路４１と降圧駆動回路４２とが請求項における制御回路を構成する。なお、図１のＴ２は、点灯検出回路４０によって非対称状態が検出されなくなったタイミングを示す。

上記構成によれば、インバータ回路３における駆動周波数ｆの制御だけでなく、ダウンコンバータ回路２の出力電圧（直流出力電圧Ｖｄ）の制御も行われることにより、インバータ回路３における駆動周波数ｆの制御だけで放電灯Ｌａへの供給電力が制御される場合に比べ、始動時の放電灯Ｌａや回路部品への電気的ストレスをより低く抑えることができる。

また、始動時に非対称電流が発生した場合にはダウンコンバータ回路２の出力電圧Ｖｄが下げられることによりランプ電流Ｉｌのピーク値が下げられるから、非対称電流によって回路部品にかかる電気的ストレスが低減される。

なお、図３に示すように、点灯検出回路４０によって非対称状態が検出されていて直流出力電圧Ｖｄを低下させている期間中に点灯検出回路４０によって放電灯Ｌａの立ち消えが検出されたときＴ４に、降圧駆動回路４２が直流出力電圧Ｖｄを上昇させて上記低下前の電圧に戻してもよい。この構成を採用すれば、点灯検出回路４０によって放電灯Ｌａの立ち消えが検出されても直流出力電圧Ｖｄを下げたままとする場合に比べ、速やかに放電灯Ｌａを再点灯することが可能となる。

また、点灯検出回路４０によって非対称状態が検出されなくなったタイミングＴ２で降圧駆動回路４２が直流出力電圧Ｖｄを変更してもよい。点灯検出回路４０によって非対称状態が検出されなくなった後の直流出力電圧Ｖｄとしては、放電灯Ｌａに応じた適宜の直流出力電圧Ｖｄとすればよく、図４に示すように非対称状態が検出される前の直流出力電圧Ｖｄに戻してもよいし、図５に実線で示すように非対称状態が検出される前の直流出力電圧Ｖｄよりも高い直流出力電圧Ｖｄとしてもよいし、図５に破線で示すように非対称状態が検出される前の直流出力電圧Ｖｄよりも低い直流出力電圧Ｖｄとしてもよい。さらに、図６に示すように、点灯検出回路４０によって非対称状態が検出されなくなったタイミングＴ２でインバータ駆動回路４１がスイープ動作を終了して始動期間の終了時Ｔ３まで駆動周波数ｆを所定の予熱周波数ｆｐとしてもよい。予熱周波数ｆｐは、放電灯Ｌａの特性に応じて適宜選択すればよく、図６の駆動周波数ｆのグラフに実線で示すように第１の周波数ｆ１よりも高い周波数であってもよいし、図６の駆動周波数ｆのグラフに破線で示すように第２の周波数ｆ２よりも低い周波数であってもよい。予熱周波数ｆｐを高くした場合には、インダクタＬ３のインピーダンスが高くなることなどにより、ランプ電流Ｉｌの振幅は低下する。

また、図７に示すように、直流電源１を、外部の交流電源ＡＣから入力された交流電力を直流電力に変換する回路で構成してもよい。図７の直流電源１は、フィルタ回路１１と、フィルタ回路１１を介して交流電源ＡＣから入力された交流電力を全波整流するダイオードブリッジＤＢとダイオードブリッジＤＢの出力を平滑するコンデンサＣ５とからなる整流平滑部１２と、整流平滑部１２が出力した直流電力を昇圧して出力するアップコンバータ１３とからなる。フィルタ回路１１は、ラインフィルタＬＦ１と、ラインフィルタＬＦ１の両側にそれぞれ設けられた２個のアクロスザラインコンデンサＣ３，Ｃ４とからなる。アップコンバータ１３は、ブーストコンバータや昇圧形コンバータとも呼ばれる周知の回路であって、整流平滑部１２の高電圧側の出力端に一端が接続されたインダクタＬ４と、インダクタＬ４の他端にアノードが接続されたダイオードＤ２と、ダイオードＤ２のカソードに一端が接続されて他端が整流平滑部１２の低電圧側の出力端に接続された出力コンデンサＣ６と、一端がインダクタＬ４とダイオードＤ２との接続点に接続されて他端が抵抗Ｒ２を介して整流平滑部１２と出力コンデンサＣ６との接続点に接続されたスイッチング素子Ｑ６とを備え、出力コンデンサＣ６の両端を出力端としている。さらに、本実施形態は、抵抗Ｒ２の両端電圧に応じたデューティ比でスイッチング素子Ｑ６をオンオフ駆動することにより直流電源１の出力電圧を一定に維持する昇圧駆動回路４３を備える。このような昇圧駆動回路４３は周知技術で実現可能であるので、詳細な説明及び図示は省略する。

さらに、図７の例は、２次巻線が放電灯Ｌａに直列に接続されるトランスＴＲを有して放電灯Ｌａの始動用の高電圧パルスを生成する始動回路５を有する。このような始動回路５は周知技術で実現可能であるので、詳細な図示並びに説明は省略する。

上記の各種の放電灯点灯装置は、周知の照明装置やプロジェクタにおいて光源の点灯に用いることができる。

本発明の実施形態の動作を示す説明図である。同上を示す回路ブロック図である。同上の動作の別の例を示す説明図である。同上の動作の更に別の例を示す説明図である。同上の動作の別の例を示す説明図である。同上の動作の更に別の例を示す説明図である。同上の別の形態を示す回路ブロック図である。

符号の説明

２ダウンコンバータ回路
３インバータ回路
５始動回路
４０点灯検出回路
４１インバータ駆動回路（請求項における制御回路）
４２降圧駆動回路（請求項における制御回路）

Claims

直流電力を入力され入力された直流電力よりも電圧が低い直流電力を出力するダウンコンバータ回路と、ダウンコンバータ回路が出力した直流電力を交流電力に変換して放電灯に供給することにより放電灯を点灯させるインバータ回路と、インバータ回路に接続された放電灯の点灯を検出する点灯検出回路と、点灯検出回路による検出結果に基いてダウンコンバータ回路とインバータ回路とをそれぞれ制御する制御回路とを備え、
制御回路は、放電灯において放電を開始させる始動動作を行った後、インバータ回路が放電灯に出力する交流電力の周波数を始動動作での周波数よりも低くする定常動作に移行し、
点灯検出回路は、放電灯に流れる電流のピーク値が電流の向き毎に異なる非対称状態を検出するものであって、
制御回路は、点灯検出回路によって非対称状態が検出されたときに、ダウンコンバータ回路の出力電圧を低下させることを特徴とする放電灯点灯装置。
制御回路は、点灯検出回路によって非対称状態が検出されてダウンコンバータ回路の出力電圧を低下させている状態で点灯検出回路によって放電灯の立ち消えが検出されたとき、ダウンコンバータ回路の出力電圧を上昇させることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
制御回路は、始動動作中に点灯検出回路によって放電灯の点灯が検出された後、所定の予熱時間にわたって始動動作を継続し、その後、定常動作に移行することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の放電灯点灯装置。
制御回路は、インバータ回路が放電灯に出力する交流電力の周波数を、始動動作中には１０ｋＨｚ以上とし、定常動作中には１ｋＨｚ以下とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置。
放電灯の始動時に放電灯において放電を開始させるための高電圧を生成する始動回路を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置。
照明装置点灯用であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置。
プロジェクタ用であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置。