JP5949968B1

JP5949968B1 - 放電ランプ点灯装置及び放電ランプ点灯方法

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Publication number: JP5949968B1
Application number: JP2015011133A
Authority: JP
Inventors: 中村　雅規; 雅規中村
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2035-01-23
Also published as: JP2016136470A; WO2016116997A1

Abstract

【課題】アーク放電が不安定になった場合であっても、ランプの不点灯を防止し、迅速に定常点灯状態へ復帰させることができる放電ランプ点灯装置及び放電ランプ点灯方法を提供する。【解決手段】放電ランプ点灯装置は、放電ランプに電気エネルギーを供給する点灯回路と、放電ランプに生じ得るアークの変形現象を検出する変形現象検出部と、定電力制御と定電流制御とを切り替えて点灯回路を制御する制御部と、を備える。制御部は、定常点灯時、アークの変形現象が非検出であるときは点灯回路を定電力制御し、アークの変形現象を検出したとき、点灯回路を定電流制御する。また、制御部は、定電力制御と定電流制御との制御切替時の制御応答性を、制御切替前後の制御応答性と比べて高くする応答性変更部を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、放電ランプを点灯するための放電ランプ点灯装置及び放電ランプ点灯方法に関する。

映画館において映写機用光源として用いられる放電ランプ点灯装置として、例えば、ショートアーク型キセノン放電ランプを光源として備えた放電ランプ点灯装置がある。この放電ランプ点灯装置では、放電ランプを点灯させる際、先ず点灯用イグナイタを始動して放電ランプの電極間に絶縁破壊を発生させ、突入電流を流す。その後、アーク放電を安定して維持するように定電流制御し、放電が安定したら定電力制御に移行する。このように、定常状態においては、放電ランプは定電力制御により安定点灯される。

ところで、放電ランプのアーク放電は、映像を暗く調光するためにランプ電力を低下させたり、ランプ内の封入ガスの対流の影響を受けたりすることで不安定になり得る。このような所謂「横跳びアーク」が発生すると、場合によっては放電ランプの立ち消え（消灯）が発生してしまう。これをランプの不点灯という。
上記のようなランプの不点灯を抑制するためのランプ点灯装置としては、例えば特許文献１に記載の技術がある。この技術は、定電力制御中にアーク放電が不安定になったとき、ランプ電圧が上昇しランプ電流が減少するといった現象が生じることを利用し、ランプ電圧が所定の上限値を超えたとき、横跳びアークが発生していると判断して定電力制御から定電流制御に切り替えるものである。これにより、電流の低下を抑えて不点灯を防止する。

特開２０１２−１６０３８７号公報

ところで、放電ランプ点灯装置においては、上述したような横跳びアークが発生したとき、迅速にこれを解消し、定常点灯状態（安定点灯）に復帰させる必要がある。しかしながら、上記特許文献１に記載の技術にあっては、ランプの点灯状況によらずに、予め定められた不点灯防止制御を実施しているだけである。そのため、ランプの点灯状況によっては横跳びアークの発生を精度良く検知することができなかったり、制御切替時に系が不安定となったりするおそれがある。
このように、上記特許文献１に記載の技術では、不点灯防止制御の最適化について考慮されていないため、横跳びアークが発生してから定常点灯状態へ復帰するまでに時間がかかるおそれがある。
そこで、本発明は、アーク放電が不安定になった場合であっても、ランプの不点灯を防止し、迅速に定常点灯状態へ復帰させることができる放電ランプ点灯装置及び放電ランプ点灯方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る放電ランプ点灯装置の一態様は、放電ランプに電気エネルギーを供給する点灯回路と、前記放電ランプに生じ得るアークの変形現象を検出する変形現象検出部と、前記放電ランプの電力を所定の電力指令値とする定電力制御と、前記放電ランプの電流を所定の電流指令値とする定電流制御とを切り替えて、前記点灯回路を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、定常点灯時、前記変形現象検出部で前記アークの変形現象が非検出であるとき、前記点灯回路を定電力制御し、前記変形現象検出部で前記アークの変形現象を検出したとき、前記点灯回路を定電流制御するように構成され、前記定電力制御と前記定電流制御との制御切替時の制御応答性を、制御切替前後の制御応答性と比べて高くする応答性変更部を備える。

このように、アークの変形現象を検出した場合には、点灯回路の制御を定電力制御から定電流制御へ切り替える。したがって、アークの変形によりランプ電圧が上昇した場合であってもランプ電流の低下を抑制することができ、アークを維持し、放電ランプの不点灯を防止することができる。また、この不点灯防止制御において、制御切替時の制御応答性を、制御切替前後の制御応答性と比べて高くするので、制御切替時における系変動の安定化を図ることができる。そのため、迅速に定常点灯状態へ復帰させることができる。

また、上記の放電ランプ点灯装置において、前記制御部は、ＰＩＤ制御により前記定電力制御および前記定電流制御を実行し、前記応答性変更部は、前記ＰＩＤ制御の制御パラメータであるＰＩＤ値の少なくとも１つを変更することで、前記制御応答性を変更してもよい。このように、ＰＩＤ値を変更するので、比較的簡易に所望の制御応答性を実現することができる。

さらに、上記の放電ランプ点灯装置において、前記放電ランプの電圧を検出する電圧検出部と、前記放電ランプの状態を判定する判定部と、をさらに備え、前記変形現象検出部は、前記電圧検出部で検出した放電ランプの電圧が、前記判定部で判定した放電ランプの状態に基づいて設定される閾値電圧を超えたとき、前記アークの変形現象が生じていると判断してもよい。
このように、アークの変形現象の検出に用いる閾値電圧を、放電ランプの点灯状況に応じて変更するので、アーク放電が不安定となっていることを高精度で検出可能である。したがって、適切なタイミングで不点灯防止制御を作動させることができ、迅速に定常点灯状態へ復帰させることが可能となる。

また、本発明に係る放電ランプ点灯装置の一態様は、放電ランプに電気エネルギーを供給する点灯回路と、前記放電ランプの電圧を検出する電圧検出部と、前記放電ランプの状態を判定する判定部と、前記電圧検出部で検出した前記放電ランプの電圧が、前記判定部で判定した放電ランプの状態に基づいて設定される閾値電圧を超えたとき、前記放電ランプにアークの変形現象が生じていると判断する変形現象検出部と、前記放電ランプの電力を所定の電力指令値とする定電力制御と、前記放電ランプの電流を所定の電流指令値とする定電流制御とを切り替えて、前記点灯回路を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、定常点灯時、前記変形現象検出部で前記アークの変形現象が非検出であるとき、前記点灯回路を定電力制御し、前記変形現象検出部で前記アークの変形現象を検出したとき、前記点灯回路を定電流制御するように構成されている。

このように、アークの変形現象を検出した場合には、点灯回路の制御を定電力制御から定電流制御へ切り替える。したがって、アークの変形によりランプ電圧が上昇した場合であってもランプ電流の低下を抑制することができ、アークを維持し、放電ランプの不点灯を防止することができる。また、アークの変形現象の検出に際し、閾値電圧を放電ランプの点灯状況に応じて変更するので、高精度な検出が可能である。したがって、適切なタイミングで不点灯防止制御を作動させることができ、迅速に定常点灯状態へ復帰させることが可能となる。

また、上記の放電ランプ点灯装置において、前記判定部は、前記放電ランプの状態として、前記電力指令値、前記放電ランプの温度、及び前記放電ランプの磨耗度合いの少なくとも１つを判定してもよい。
このように、ランプ点灯時の電圧が、定電力制御時の設定電力である電力指令値や放電ランプの温度、放電ランプの磨耗度合いといった点灯状況に応じて変動することを考慮して、閾値電圧を設定する。したがって、適切にアークの変形現象を検出することができる。

さらに、上記の放電ランプ点灯装置において、前記閾値電圧は、前記電力指令値が大きいほど大きく設定してもよい。このように、ランプ点灯時の電圧が、電力指令値が大きいほど大きくなることを考慮して、閾値電圧を設定する。したがって、精度良くアークの変形現象を検出することができる。
また、上記の放電ランプ点灯装置において、前記閾値電圧は、前記放電ランプの温度が高いほど大きく設定してもよい。このように、ランプ点灯時の電圧が、放電ランプの温度が高いほど大きくなることを考慮して、閾値電圧を設定する。したがって、精度良くアークの変形現象を検出することができる。

さらにまた、上記の放電ランプ点灯装置において、前記閾値電圧は、前記放電ランプの磨耗度合いが高いほど大きく設定してもよい。このように、ランプ点灯時の電圧が、放電ランプの磨耗度合いが高いほど大きくなることを考慮して、閾値電圧を設定する。したがって、精度良くアークの変形現象を検出することができる。
また、本発明に係る放電ランプ点灯方法の一態様は、放電ランプに電気エネルギーを供給し、当該放電ランプを点灯する放電ランプ点灯方法であって、定常点灯時、前記放電ランプに生じ得るアークの変形現象が非検出であるとき、前記点灯回路を、前記放電ランプの電力を所定の電力指令値とする定電力制御により制御し、前記アークの変形現象を検出したとき、前記点灯回路を、前記放電ランプの電流を所定の電流指令値とする定電流制御により制御するに際し、前記定電力制御と前記定電流制御との制御切替時の制御応答性を、制御切替前後の制御応答性と比べて高くする。

さらに、本発明に係る放電ランプ点灯方法の一態様は、放電ランプに電気エネルギーを供給し、当該放電ランプを点灯する放電ランプ点灯方法であって、前記放電ランプの電圧を検出するステップと、前記放電ランプの状態を判定するステップと、検出した放電ランプの電圧が、判定した放電ランプの状態に基づいて設定される閾値電圧を超えたとき、前記放電ランプにアークの変形現象が生じていると判断するステップと、を含み、定常点灯時、前記放電ランプに生じ得るアークの変形現象が非検出であるとき、前記点灯回路を、前記放電ランプの電力を所定の電力指令値とする定電力制御により制御し、前記アークの変形現象を検出したとき、前記点灯回路を、前記放電ランプの電流を所定の電流指令値とする定電流制御により制御する。

本発明によれば、アーク放電が不安定になった場合であっても、ランプの不点灯を防止し、迅速に定常点灯状態へ復帰させることができる。

本実施形態における放電ランプ点灯装置の構成例を示す図である。インバータ回路部を構成するブリッジ回路の一例である。放電ランプの一例を示す構成図である。電力指令値と安定点灯時のランプ電圧との関係を示す図である。点灯時におけるランプ電圧とランプ電流の変化を示す図である。放電ランプの総点灯時間とランプ電圧との関係を示す図である。閾値電圧の設定方法について説明する図である。カスケード制御例である。位相変調制御時におけるＳＷ素子の動作タイミングを示す図である。遅れ系の制御応答特性を示す図である。一般的な制御応答特性を示す図である。ランプの工程遷移図である。ランプの点灯状況の変化を説明するための図である。ＰＩＤ値のメモリーマップ例である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における放電ランプ点灯装置の構成例を示す図である。
この図１に示すように、放電ランプ点灯装置１０は、商用交流電源２０に接続される点灯回路３０と、点灯回路３０を制御する制御部４０とを備え、負荷としての放電ランプ５０に電力を供給することで当該放電ランプ５０を点灯する。この放電ランプ点灯装置１０は、例えば、映画館においてデジタル映写機用の光源として用いることができる。
点灯回路３０は、入力回路部３１と、昇降圧回路部３２と、インバータ回路部３３と、整流回路部３４とを備える。

入力回路部３１は、遮断器、ＥＭＩ（Electromagnetic Interference）フィルター（ノイズフィルター）、突入防止回路等により構成され、商用交流電源２０に接続される。
昇降圧回路部３２は、整流器、コンデンサ、チョッパ用コイル、スイッチング素子、スイッチング素子ドライブ回路、入力電圧検出回路、出力電圧検出回路などから構成される。この昇降圧回路部３２は、整流器によって交流電源２０の交流電圧を直流電圧に変換した後、インダクタンスを使用した、所謂チョッパ―回路にて、電圧の昇圧及び降圧を行う。

インバータ回路部３３は、スイッチング素子からなるブリッジ回路、スイッチングドライバー回路、共振コンデンサ、絶縁トランス等により構成され、直流電源を高周波交流電源に変換する。上記ブリッジ回路は、例えば図２に示すように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４からなるフルブリッジ回路である。
整流回路部３４は、整流ダイオード、リップル抑制用コイル、スナバー回路等により構成され、インバータ回路部３３で変換された高周波交流電源を直流電圧に変換する。

制御部４０は、点灯回路３０を定電力制御または定電流制御するものであり、制御回路部４１と、乗算回路部４２と、ＡＣ／ＤＣ変換部４３と、ＩＦ部４４と、時間計時部４５と、タイマ部４６とを備える。
制御回路部４１は、主にＣＰＵ、ＤＳＰより構成されたデジタル制御素子、その他周辺素子により構成され、昇降圧回路部３２やインバータ回路部３３のスイッチングドライバー回路を制御する。当該制御には、例えば、位相シフト型同期整流方式を採用する。

乗算回路部４２は、電圧検出センサ３５で検出したランプ電圧Ｖと、電流検出センサ３６で検出したランプ電流Ｉとを乗算してランプ電力Ｗを算出する（Ｗ＝Ｖ＊Ｉ）。
ＡＣ／ＤＣ変換部４３は、ランプ電圧Ｖ、ランプ電流Ｉ、及びランプ電圧Ｗを入力し、これらの入力アナログ信号を、例えば１２ビットデジタル信号に変換する。
ＩＦ部４４は、外部機器と通信可能な回路であり、当該外部機器との間で情報の入出力を行う。例えば、ＩＦ部は、放電ランプ５０の点灯を開始するためのランプ点灯信号（起動信号）や、放電ランプ５０を消灯するためのランプ消灯信号等を、外部機器から入力する。このＩＦ部４４は、デジタルＩ／Ｏ、通信回路等により構成される。

時間計時部４５は、制御回路部４１で実施する位相変調制御で用いるパルス信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間を制御するための基準信号を生成し、これを制御回路部４１へ出力する。
タイマ部４６は、放電ランプ５０の総点灯時間や、放電ランプ５０が消灯してからの時間、放電ランプ５０が点灯してからの時間などを計測し、これらの計測時間を記憶すると共に制御回路部４１へ出力する。
外部記憶媒体４７は、制御回路部４１による制御で用いる各種データを記憶するものであり、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）により構成する。

放電ランプ５０は、例えば、ショートアーク型キセノン放電ランプである。
この放電ランプ５０は、図３に示すように、石英ガラス等により構成される楕円球形状の発光管５１を備える。発光管５１の両端には、管軸に沿って外方に伸びる円筒状の電極支持部５２ａ及び５２ｂが連設されている。また、電極支持部５２ａ及び５２ｂの各々の外端には、当該電極支持部５２ａ及び５２ｂよりも大きい外径を有する封止管５３ａ及び５３ｂが連設されている。

発光管５１の内部には放電空間が形成されており、キセノン（Ｘｅ）ガスを含む発光ガスが封入されている。また、発光管５１内には、互いに対向する一対の電極（陽極５４ａと陰極５４ｂ）が配置されている。これら電極５４ａ及び５４ｂは、高融点金属、例えばタングステンにより構成されている。
陽極５４ａから管軸にそって外方に伸びる電極棒５５ａは、封止管５３ａの端部から外部に導出されている。この電極棒５５ａは、封止管５３ａの端部において、段継ぎガラスなどの手段により封着（ロッドシール）されている。同様に、陰極５４ｂから管軸に沿って外方に伸びる電極棒５５ｂは、封止管５３ｂの端部から外部に導出されている。この電極棒５５ｂは、封止管５３ｂの端部において、段継ぎガラスなどの手段により封着（ロッドシール）されている。

さらに、電極棒５５ａ，５５ｂにおける電極支持部５２ａ，５２ｂに位置する部分の周面には、それぞれ円筒状のガラス部材５６ａ，５６ｂが設けられている。電極棒５５ａ，５５ｂは、このガラス部材５６ａ，５６ｂを介して電極支持部５２ａ，５２ｂに支持されている。
放電ランプ５０を点灯させる場合には、先ず、放電ランプ５０に開放電圧と呼ばれる定格電圧（例えば４０Ｖ程度）よりも高い電圧（例えば１００Ｖ程度）を印加した状態で、外部イグナイタよりランプ端子間に高電圧を印加する。これにより、放電空間内に絶縁破壊を発生させて放電路を形成する。絶縁破壊が発生すると、放電ランプ５０に対して突入電流を流し、グロー放電を経てアーク放電に移行させる。その後は、アーク放電を安定して維持するように制御（定電流制御）する。これにより、定常点灯が達成される。アーク放電が安定した後は、ランプ電力が一定となるように制御（定電力制御）する。

本実施形態では、制御部４０は、放電ランプ５０の定常点灯制御を行うと共に、放電ランプ５０の不点灯を防止するための不点灯防止制御を行う。放電ランプ５０の不点灯は、定電力制御中にアーク放電が不安定となって、アークの変形現象が発生（横跳びアークが発生）することで生じ得る。
通常、放電ランプ５０は定電力制御により定格電力にて点灯されている。このとき、放電電流に伴って生じる自己磁場と電流とにより、陽極５４ａと陰極５４ｂとの間にアークが維持される。しかしながら、映像の明るさを調整するために、電力を低下させる調光を行うと、電圧と電流とが同時に低下し、自己磁場も低下する。すると、電極間に形成されるアークを維持する力が弱まり、アークが不安定となって横跳びアークが発生し得る。

また、放電ランプ５０は、実用上、映写機の内部において水平姿勢で点灯されることが多い。そのため、放電ランプ５０の点灯中に生ずる熱によって、発光管５１内において発行ガスであるキセノンガスが対流する。このとき、対流するキセノンガスによって、アークに対して上方向の応力が作用し、アークが上方に湾曲したりアークの起点が上方に変位したりする変形現象（横跳びアーク）が発生し得る。

さらに、放電ランプ５０を水平姿勢だけでなく、垂直姿勢へ変化させながら点灯させる用途もあり、このような場合には、放電ランプ５０の姿勢の変化に伴ってアークが不安定となり得る。
不点灯防止制御とは、定電力制御時に横跳びアークを検知したとき、定電力制御から定電流制御へ切り替える制御である。なお、定電流制御におけるランプ電流設定値は、安定点灯時のランプ電流値とする。

放電ランプ５０の電極間で横跳びアークが発生すると、負荷抵抗（インピーダンス）が増加する。そのため、定電力制御時には、定電力を維持するためにランプ電圧が上昇し、その結果ランプ電流が低下する。ランプ電流の低下が続くと、やがて電流密度がアークを維持できる値より低くなり、ランプの立ち消え（消灯）が発生してしまう。不点灯防止制御により定電力制御から定電流制御へ切り替えることで、上記のランプ電流の低下を抑制し、ランプの不点灯を防止する。

本実施形態では、横跳びアークの正確な検知を行うために、放電ランプ５０の点灯状況に応じたランプ電圧上限値（閾値電圧）を設定し、ランプ電圧が当該閾値電圧を超えたことをもって横跳びアークが発生していると判断する（変形現象検出部）。具体的には、放電ランプ５０の点灯状況として、電力指令値、放電ランプ５０（陰極５４ｂ）の温度、放電ランプ５０（陰極５４ｂ）の磨耗度合い等の情報を取得し、これらに基づいて上記閾値電圧を設定する。

ここで、電力指令値は、ユーザが外部から指定するものであり、ＩＦ部４４が取得する。また、放電ランプ５０の陰極５０は、タングステン（Ｗ）からなる本体部と、タングステン（Ｗ）に酸化トリウム（ＴｈＯ₂）が含有されたトリエーテッドタングステンからなる先端部とにより構成され、放電ランプ５０に６ｋＷ〜８ｋＷの電力を印加して当該放電ランプ５０を点灯したとき、陰極５０の温度は室温（２０℃程度）から３０００℃近くに達する。そして、放電ランプ５０を消灯した後は、陰極５０の温度は１秒程度で２０００℃近くまで低下し、その後は数時間かけて室温（２０℃程度）まで低下する。このように、放電ランプ５０の陰極５４ｂの温度は、所定の温度特性で変動する。そこで、放電ランプ５０の温度は、タイマ部４６が計測した放電ランプ５０が消灯してからの時間と、放電ランプ５０が点灯してからの時間とに基づいて判定する。

さらに、放電ランプ５０の陰極５４ｂは、点灯時間が長いほど先端部が磨耗する。そこで、放電ランプ５０の摩耗度合いは、タイマ部４６が計測した放電ランプ５０の総点灯時間に基づいて判定する。
図４は、電力指令値と安定点灯時のランプ電圧との関係を示す図である。この図４に示すように、安定点灯時のランプ電圧は、放電ランプ５０に投入する設定電力が大きいほど大きくなる。

図５は、点灯時におけるランプ電圧とランプ電流の変化を示す図である。この図５において、横軸は放電ランプ５０の点灯からの時間、縦軸はランプ電圧Ｖ及びランプ電流Ｉである。図５に示すように、ランプ電圧Ｖは、点灯を開始してから安定点灯するまで、言い換えるとランプが冷えた状態から十分に温まるまで、ランプの温度上昇に応じて数Ｖ程度増加する。そして、点灯開始から例えば３００秒程度でランプ電圧Ｖは安定し、ほぼ一定値となる。
図６は、放電ランプ５０の総点灯時間とランプ電圧との関係を示す図である。この図６において、横軸は放電ランプ５０の総点灯時間、縦軸はランプ電圧Ｖである。図６に示すように、ランプ電圧Ｖは、総点灯時間が長いほど安定点灯時のランプ電圧Ｖは大きくなる。具体的には、初期点灯に対して寿命末期（総点灯時間３００時間程度）は、ランプ電圧は３Ｖ〜５Ｖ増加する。

以上のように、ランプ点灯時の電圧は、ランプの点灯状況に応じて変化する。そこで、横跳びアークの発生を検出するための閾値電圧は、ランプの点灯状況に応じて補正し最適化する。以下、この点について詳細に説明する。
図７は、横跳びアーク発生の検出に用いる閾値電圧の設定方法について説明する図である。この図７において、横軸Ｘはランプ投入電力（電力指令値）、縦軸Ｙは閾値電圧である。当該閾値電圧は、直線Ｙ＝ＡＸ＋Ｂで表される。

ここで、傾きＡは、点灯からの時間に関する係数であり、点灯からの時間が長いほど（ランプ温度が高いほど）大きい値に設定する。なお、上述したように、ランプが十分に温まった後は、ランプ電圧は点灯からの時間によらずに略一定であるため、点灯からの時間が一定時間（例えば３００秒）に達した後は固定値としてもよい。また、オフセットＢは、総点灯時間に関する係数であり、総点灯時間が長いほど（ランプの磨耗度合いが高いほど）大きい値に設定する。

すなわち、閾値電圧は、ランプ投入電力が大きいほど大きい値に設定され、同じランプ電圧でも横跳びアークが発生していると判断され難くなる。さらに、閾値電圧は、点灯からの時間が長いほど（ランプ温度が高いほど）、また総点灯時間が長いほど（ランプの磨耗度合いが高いほど）大きい値に設定され、同じランプ電圧でも横跳びアークが発生していると判断され難くなる。

上記の傾きＡやオフセットＢは、例えば、外部記憶媒体４７内のテーブルに記憶しておく。当該テーブルは、同じ型式のランプを複数用いて実験し、平均値を求めるなどの方法により予め作成して記憶しておく。制御部４０は、当該テーブルを参照してランプの点灯状況に応じた傾きＡ及びオフセットＢを導出し、Ｙ＝ＡＸ＋Ｂの式により閾値電圧を求める。そして、制御部４０は、ランプ電圧（検出値）と閾値電圧とを比較し、ランプ電圧が閾値電圧を上回っているとき横跳びアークが発生していると判断する。
なお、フリッカーが生じ、電圧振動が大きくなると、これが横跳びアーク発生の判定誤差の要因となる。そこで、横跳びアーク発生の検出精度をより向上させるために、上記電圧振動を抑制するための検出電圧値ローパスフィルタを実装し、このフィルタに関する係数Ｃも考慮して閾値電圧を算出してもよい。
このように、ランプの点灯状況に応じてランプ電圧に変動があることを考慮し、横跳びアーク発生を検出するための閾値電圧をランプの点灯状況に応じて補正する。そのため、横跳びアーク発生の検出精度を向上させることができる。

仮に閾値電圧を固定値とした場合には、誤検知を防止するために、当該閾値電圧を過剰に大きくすることになる。この場合、横跳びアーク発生の検出精度が低下し、定電力制御から定電流制御への切り替えを適切なタイミングで実施することができない。これに対して、本実施形態では、横跳びアーク発生を素早く検知し、定電力制御から定電流制御への切り替えを適切なタイミングで実施することができる。その結果、迅速に安定点灯状態へ復帰させることができる。

不点灯防止制御では、横跳びアーク発生を検出すると、定電力制御から定電流制御へ切り替え、横跳びアークが治まると定電流制御から定電力制御へ復帰させる。ところが、定電力制御から定電流制御への切り替え、またはその逆の定電流制御から定電力制御への切り替えなどの制御切替時には、瞬間的に電流や電圧が大きく変化し、系の乱れが発生する。

横跳びアークの発生後、速やかに安定点灯状態へ復帰させるためには、不点灯防止制御により制御を切り替えたときの上記の系の乱れを速やかに安定させる必要がある。そこで、本実施形態では、系変動の安定化を図るために、ランプの点灯状況（電流電圧の変化）に応じて制御の応答性を変更する。
通常、定電力制御は、カスケード制御により実施している。カスケード制御は、図８に示すように、２重ループ構造となっている。内部ループは電流制御ループ、外部ループは電力制御ループである。内部ループである電流制御は、外部ループよりも高速な制御を行っている。

図９は、一般的な位相変調制御時におけるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の動作タイミングを示す図である。この図９において、ＰＷＭ１Ａ＝Ｑ１、ＰＷＭ１Ｂ＝Ｑ２、ＰＷＭ２Ａ＝Ｑ３、ＰＷＭ２Ｂ＝Ｑ４を動作させるパルス信号である。電流制御はパルス毎の制御であり、図９に示すように、Ａ／Ｄ変換の結果から電流偏差を求め、次の導通角を割込み演算により求める。Ａ／Ｄ変換から次の導通角制御までの期間Ｔ１は、例えば数μｓｅｃといった短い期間である。このように、電流制御は、アーク電流のふらつきを最小にするためにも高速制御が求められる。

一方、外部ループである電力制御は、外部からユーザにより指定される電力指令値に対して、ランプ電力が一定となるように制御するものである。通常、電力指令値の急激な変動は少ないため、外部ループは、系の乱調を抑制するためにも遅い制御であってよい。特に、ランプの初期点灯時における電流電圧は暴れるため、速い制御とするとランプの負荷変動が大きくなりランプが立ち消えしてしまうおそれがあるため、図１０に示すように、図１１に示す一般的な制御と比べて遅れ系に設定するのが一般的である。

しかしながら、このように制御応答性を低くしていると、横跳びアークのような点灯時の過渡現象に対応することができない。例えば、横跳びアークの検出後、不点灯防止制御による定電流制御から定電力制御に切り替えたときに系が乱れ、場合によっては過剰電力制御に至ることがある。なお、過剰電力とは、電圧が高いのに、定電流制御時と同じ電流が流れている状態である。

ランプの点灯状態は、図１２の工程遷移図に示すように、電源投入後の初期化状態（Ｓ１）及び待機状態（Ｓ２）を経て、初期点灯状態となる。初期点灯状態では、点灯前（Ｓ３）と点灯後（Ｓ４）とで、いずれも定電流制御を行う。次に、ランプの点灯状態は、定常点灯状態へと遷移する。定常点灯状態では、横跳びアーク発生が非検出であるとき（Ｓ５）、定電力制御を行う。この状態から横跳びアーク発生を検出すると（Ｓ６）、不点灯防止制御を作動する（Ｓ７）。すなわち、定電力制御から定電流制御へ切り替える。
このように、例えばランプの点灯状態が、Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ５と遷移した場合、ランプの点灯状況は、図１３に示すように、［ａ］初期点灯中→［ｂ］定電力制御中→［ｃ］定電力制御から定電流制御への制御切替中→［ｄ］定電流制御中→［ｅ］定電流制御から定電力制御への制御切替中→［ｂ］定電力制御中と遷移する。つまり、ランプの点灯状況は、［ａ］〜［ｅ］のいずれかの状況となる。

そこで、各遷移状態［ａ］〜［ｅ］において、ＰＩＤ制御の制御パラメータであるＰＩＤ値（比例係数、積分係数、微分係数）を変更し、ランプの点灯状況に応じた制御応答性を実現するようにする（応答性変更部）。具体的には、図１４に示すように、予め複数のＰＩＤ値を外部記憶媒体（ＥＥＰＲＯＭ）４７に記憶しておく。そして、制御部４０は、この外部記憶媒体４７に記憶された複数のＰＩＤ値の中からランプの点灯状況に応じたＰＩＤ値を選択し、選択したＰＩＤ値を使用してＰＩＤ制御を行う。

ランプの点灯状況が［ａ］初期点灯中である場合には、ＰＩＤ制御の応答が最も遅いＰＩＤ値を選択する。また、ランプの点灯状況が［ｂ］定電力制御中である場合には、［ａ］初期点灯中である場合と比較すると若干速いが、比較的応答が遅いＰＩＤ値を選択する。ランプの点灯状況が［ｄ］定電流制御中である場合にも、［ｂ］定電力制御中である場合とほぼ同等の制御応答性となるようなＰＩＤ値を選択する。一方、ランプの点灯状況が［ｃ］定電力制御から定電流制御への制御切替中、または［ｅ］定電流制御から定電力制御への制御切替中である場合には、ＰＩＤ制御の応答が速いＰＩＤ値を選択する。

このように、ランプの点灯状況に応じてＰＩＤ制御の応答性を変更するので、適切なランプ点灯制御を実施することができる。特に、不点灯防止制御による制御切替時に制御応答性を高めることで、制御切替時における系の乱れに対応させることができ、系変動の安定化を図ることができる。そのため、迅速に安定点灯状態へ復帰させることができる。
また、予め複数のＰＩＤ値を記憶媒体に保存しておき、ランプの点灯状況に応じて適切なＰＩＤ値を読み出して制御を実施するので、比較的簡易に制御応答性の調整が可能である。

（変形例）
なお、上記実施形態においては、ランプ電圧が閾値電圧を超えたときに横跳びアークが発生していると判断する場合について説明したが、ランプ電圧に代えて、ランプ電流が閾値電流を下回ったときに横跳びアークが発生していると判断するようにしてもよい。この場合にも、ランプの点灯状況に応じて閾値電流を変更すれば、高精度な横跳びアークの検知が可能となる。

１０…放電ランプ点灯装置、２０…交流電源、３０…点灯回路、３１…入力回路部、３２…昇降圧回路部、３３…インバータ回路部、３４…整流回路部、４０…制御部、４１…制御回路部、４２…乗算回路部、４３…ＡＣ／ＤＣ変換部（ＡＤＣ回路部）、４４…ＩＦ部、４５…時間計時部、４６…タイマ部、４７…外部記憶媒体、５０…放電ランプ、５１…発光管、５２ａ，５２ｂ…電極支持部、５３ａ，５３ｂ…封止管、５４ａ…陽極、５４ｂ…陰極、５５ａ，５５ｂ…電極棒、５６ａ，５６ｂ…ガラス部材

Claims

放電ランプに電気エネルギーを供給する点灯回路と、
前記放電ランプに生じ得るアークの変形現象を検出する変形現象検出部と、
前記放電ランプの電力を所定の電力指令値とする定電力制御と、前記放電ランプの電流を所定の電流指令値とする定電流制御とを切り替えて、前記点灯回路を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
定常点灯時、前記変形現象検出部で前記アークの変形現象が非検出であるとき、前記点灯回路を定電力制御し、前記変形現象検出部で前記アークの変形現象を検出したとき、前記点灯回路を定電流制御するように構成され、
前記定電力制御と前記定電流制御との制御切替時の制御応答性を、制御切替前後の制御応答性と比べて高くする応答性変更部を備えることを特徴とする放電ランプ点灯装置。
前記制御部は、ＰＩＤ制御により前記定電力制御および前記定電流制御を実行し、
前記応答性変更部は、
前記ＰＩＤ制御の制御パラメータであるＰＩＤ値の少なくとも１つを変更することで、前記制御応答性を変更することを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ点灯装置。
前記放電ランプの電圧を検出する電圧検出部と、
前記放電ランプの状態を判定する判定部と、をさらに備え、
前記変形現象検出部は、
前記電圧検出部で検出した放電ランプの電圧が、前記判定部で判定した放電ランプの状態に基づいて設定される閾値電圧を超えたとき、前記アークの変形現象が生じていると判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の放電ランプ点灯装置。
放電ランプに電気エネルギーを供給する点灯回路と、
前記放電ランプの電圧を検出する電圧検出部と、
前記放電ランプの状態を判定する判定部と、
前記電圧検出部で検出した前記放電ランプの電圧が、前記判定部で判定した放電ランプの状態に基づいて設定される閾値電圧を超えたとき、前記放電ランプにアークの変形現象が生じていると判断する変形現象検出部と、
前記放電ランプの電力を所定の電力指令値とする定電力制御と、前記放電ランプの電流を所定の電流指令値とする定電流制御とを切り替えて、前記点灯回路を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
定常点灯時、前記変形現象検出部で前記アークの変形現象が非検出であるとき、前記点灯回路を定電力制御し、前記変形現象検出部で前記アークの変形現象を検出したとき、前記点灯回路を定電流制御することを特徴とする放電ランプ点灯装置。
前記判定部は、
前記放電ランプの状態として、前記電力指令値、前記放電ランプの温度、及び前記放電ランプの磨耗度合いの少なくとも１つを判定することを特徴とする請求項３又は４に記載の放電ランプ点灯装置。
前記閾値電圧は、前記電力指令値が大きいほど大きく設定されることを特徴とする請求項５に記載の放電ランプ点灯装置。
前記閾値電圧は、前記放電ランプの温度が高いほど大きく設定されることを特徴とする請求項５又は６に記載の放電ランプ点灯装置。
前記閾値電圧は、前記放電ランプの磨耗度合いが高いほど大きく設定されることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の放電ランプ点灯装置。
放電ランプに電気エネルギーを供給し、当該放電ランプを点灯する放電ランプ点灯方法であって、
定常点灯時、前記放電ランプに生じ得るアークの変形現象が非検出であるとき、前記点灯回路を、前記放電ランプの電力を所定の電力指令値とする定電力制御により制御し、前記アークの変形現象を検出したとき、前記点灯回路を、前記放電ランプの電流を所定の電流指令値とする定電流制御により制御するに際し、
前記定電力制御と前記定電流制御との制御切替時の制御応答性を、制御切替前後の制御応答性と比べて高くすることを特徴とする放電ランプ点灯方法。
放電ランプに電気エネルギーを供給し、当該放電ランプを点灯する放電ランプ点灯方法であって、
前記放電ランプの電圧を検出するステップと、
前記放電ランプの状態を判定するステップと、
検出した放電ランプの電圧が、判定した放電ランプの状態に基づいて設定される閾値電圧を超えたとき、前記放電ランプにアークの変形現象が生じていると判断するステップと、を含み、
定常点灯時、前記放電ランプに生じ得るアークの変形現象が非検出であるとき、前記点灯回路を、前記放電ランプの電力を所定の電力指令値とする定電力制御により制御し、前記アークの変形現象を検出したとき、前記点灯回路を、前記放電ランプの電流を所定の電流指令値とする定電流制御により制御することを特徴とする放電ランプ点灯方法。