高壓放電燈點亮裝置的製作方法

2023-12-03 14:17:21 1

專利名稱：高壓放電燈點亮裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於使前投式投影機(front proiector)等中使用的高壓放電燈 點亮的點亮裝置。
背景技術：
作為用於使前投式投影機等中使用的高壓放電燈點亮的點亮裝置在專利文獻1 中有所公開。利用圖1對專利文獻1的裝置進行說明。電燈5是例如150W、75V的金屬滷化物 燈。直流電源1需要比在電燈擊穿(break down)之前所需的放電維持電壓高的輸出開路 電壓(OCV)。作為該輸出開路電壓200 400V較合適。直流電源1的電壓提供給降壓斬波電路2。降壓斬波電路2由開關元件11、二極體 12、 電感器13構成，形成典型的開關電源降壓式斬波電路。電感器13的電感例如為0. 39mH。在降壓斬波電路2的輸出具有檢測輸出電壓的電壓檢測電路7與檢測輸出電流的 電流檢測電路6，檢測出的各電壓與電流輸入至計算電路8，並經由脈衝寬度調製電路9反 饋至開關元件11。降壓斬波電路2以高頻率(幾十kHz 幾百kHz)進行開關。脈衝寬度調製電路 9基於檢測出的輸出電壓與輸出電流控制降壓斬波電路2的開關元件11的脈衝寬度，使其 在燈平穩點亮之後提供恆定的電力。雖然由降壓斬波電路2提供的電力以電弧放電後的電力控制為主，但是脈衝寬度 調製電路9也對降壓斬波電路2進行如下的控制，S卩在輝光放電階段也能夠提供適當的能 量。例如提供幾百mA的輝光電流。開關電路16在電弧放電前使平滑用電容器14從降壓斬波電路輸出關斷，從而使 電燈點亮特性保持在良好狀態，在電弧放電之後使其連接於降壓斬波電路2，從而除去波紋 並進行沒有聲諧振(acoustic resonance)的穩定動作。計時器20例如設定為3秒左右，從點火器4的動作開始在計時器20的設定時間 的期間關斷開關電路16，使燈完成向電弧放電的迅速過渡。由於分別獨立地控制降壓斬波電路2與點火器4，因此在燈點亮時放電燈5被擊穿 從而瞬間處於負載短路狀態的情況下，將出現如下的問題，降壓斬波電路2對於瞬間流入 放電燈5的突入電流的控制響應速度跟不上。也就是說，因為由開關電路16使大容量電容 器14在電路上被關斷，所以對放電燈5僅提供小容量的電容器15中所充的能量，突入電流 受到抑制，但是如圖2所示那樣，出現峰值較高的突入電流持續幾個脈衝的現象。由於擊穿時流入放電燈的突入電流將影響到放電燈的壽命，因此抑制其峰值或施 加時間非常重要。[專利文獻1]特開2000-123989號公報但是，在專利文獻1所公開的高電壓放電燈的點亮裝置中，為了實現從輝光放電 向電弧放電的平滑過渡以及過渡到電弧放電之後的平穩點亮中的穩定的動作，使用小容量的電容器15與大容器的電容器14，並且構成為由開關電路16切換是否連接大容量的電容 器14，從而出現成本高、部件搭載空間變大的問題。另外，雖說使用小容量的電容器，但是在放電燈被擊穿時，若相對於控制電路的響 應速度擊穿速度過快，則控制跟不上，由於通過抑制開關元件11的導通佔空比(on duty), 不能進行減少從電容器15提供給放電燈的能量的控制，因此小容量電容器中需要某種程 度的容量。因此，很難說一定將突入電流抑制為最小限度。

發明內容
本發明並不追加電容器等的無源元件，提供一種使其穩定地進行從點亮時的輝光 放電向電弧放電的過渡時以及電弧放電過渡之後達到平穩定點亮的動作的高壓放電燈點
直 ο第1發明中的高壓放電燈點亮裝置，具有直流電壓輸入端子，提供第1值的直流 電壓 ；DC-DC轉換器電路，其將所述第1值的直流電壓轉換為第2值的直流電壓；輸出電壓 檢測電路，其檢測所述DC-DC轉換器電路的輸出電壓；DC-AC逆變器電路，將從所述DC-DC 轉換器電路輸出的直流電壓逆變為任意的頻率交流電壓；燈電流檢測電路，其檢測流過高 壓放電燈的燈電流；點火器電路，在所述高壓放電燈點亮開始時進行動作，對所述高壓放電 燈施加高電壓；以及控制電路，其控制所述DC-DC轉換器電路以及所述DC-AC逆變器電路， 所述點火器電路、所述DC-DC轉換器電路、以及所述DC-AC逆變器電路含有半導體開關元 件，所述控制電路根據由所述輸出電壓檢測電路檢測出的輸出電壓的值、和由所述燈電流 檢測電路檢測出的燈電流的值，分別控制所述DC-DC轉換器電路以及所述DC-AC逆變器電 路的半導體開關元件的導通/關斷，在所述高壓放電燈的點亮開始時，使所述DC-DC轉換器 電路的半導體開關元件的導通/關斷的定時與所述點火器電路的半導體開關元件的導通/ 關斷的定時同步，所述DC-DC轉換器電路的半導體開關元件導通後，在預先規定的一定時 間之後使所述點火器電路的半導體開關元件導通，檢測所述輸出電壓檢測電路的電壓值的 變化，在規定時間內產生了規定值以上的電壓下降時，對所述DC-DC轉換器電路的半導體 開關元件進行指示，使其不輸出下一個導通脈衝。第2發明中的高壓放電燈點亮裝置其特徵在於所述DC-DC轉換器電路是降壓斬波 型DC-DC轉換器電路。第3發明中的高壓放電燈點亮裝置其特徵在於所述DC-AC逆變器電路是全橋式逆 變器電路。第4發明中的高壓放電燈點亮裝置其特徵在於所述控制電路具有DSP。第5發明中的高壓放電燈點亮裝置其特徵在於所述控制電路對所述DC-DC轉換器 電路進行PWM控制。第6發明中的高壓放電燈點亮裝置其特徵在於所述高壓放電燈點亮之後，所述 DSP將所述DC-DC轉換器電路切換至恆電流控制模式，在對所述DC-DC轉換器電路的所述半 導體開關元件進行PWM控制時，對於所述DC-DC轉換器電路的輸出電流的變動，所述控制電 路控制用於使該DC-DC轉換器電路的輸出電流穩定的負反饋控制的增益。根據上述發明，在並不追加電容器或開關電路等的無源元件的情況下，能夠實現 從點亮時的輝光放電向電弧放電過渡時的動作、以及電弧放電過渡之後的平穩點亮中的穩定動作。再有，能夠將放電燈被擊穿時流過的突入電流抑制在最小限度，能夠延長放電燈 的壽命。


圖1是專利文獻1的高壓放電燈點亮裝置的電路框圖。圖2是專利文獻1的高壓放電燈點亮裝置中的降壓斬波電路2的輸出電壓、流過 作為負載而連接的放電燈5的燈電流、開關元件11的控制端子電壓、點火器4的控制端子 電壓的波形圖。圖3是本發明的實施方式中的高壓放電燈點亮裝置的電路框圖。圖4是本發明的實施方式中的高壓放電燈點亮裝置中的降壓斬波電路22的輸出電壓、流過作為負載而連接的高壓放電燈的燈電流、開關元件Q21的控制端子電壓、雙向雙 端子晶閘管S21的控制端子電壓的波形圖。圖中CN21、CN22、CN23-連接器C21 C24-電容器D21、12-二極體L21 L23、13-電感器Q21 Q25、ll-開關元件R21 R23-電阻S21-雙向雙端子晶閘管T12-變壓器AC-交流電源I-直流電源2、22-降壓斬波電路4、25-點火器5-放電燈14-大容量電容器(平滑電容器)15-小容量電容器16-開關電路20-計時器21-三端子調節器23-極性反轉電路24-驅動器26-數字控制電路
具體實施例方式下面，參照圖3對本發明的實施方式進行說明。圖3中，從直流電壓輸入端子即連接器CN21輸入直流電壓。通過由電感器L21與電容器C21構成的低通濾波器使從連接器CN21輸入的直流電壓穩定、並除去在噪聲等。在 其後級作為DC-DC轉換器電路連接降壓斬波電路22。當然在本實施例中由於假定是高輸入 電壓的情況，因此採用降壓斬波電路，但輸入電壓較低的情況等採用升壓斬波電路，可以根 據狀況選擇升降壓斬波電路。降壓斬波電路22由開關元件Q21、二極體D21、電感器L22、電容器C22構成，其中 的開關元件Q21由FET等的半導體開關元件構成。降壓斬波電路22是將輸入的直流電壓 降壓至所希望的電壓值的電路，其構成為由數字控制電路26控制開關元件Q21的導通/關 斷，從而獲得所希望的輸出電壓。
從降壓斬波電路22輸出的輸出電壓由輸出電壓檢測電路即電阻R22以及R23進 行分壓，該分壓之後的電壓輸入至數字控制電路26。由此數字控制電路26就可以監視降壓 斬波電路22的輸出電壓，可以進行用於獲得恆定的輸出電壓的控制。此外，處於降壓斬波電路22的前級的三端子調節器21用於生成數字控制電路26 的電源電壓，從三端子調節器21輸出的電壓作為數字控制電路26的電源電壓使用。降壓斬波電路22的輸出在開關元件Q21導通期間對電容器C2充能量，在開關元 件Q21關斷期間對電容器C22以及後級的極性反轉電路23提供能量。極性反轉電路23由4個開關元件Q22 Q25、電感器L23、電容器C24、用於驅動 開關元件Q22 Q25的驅動器24構成。構成所謂的全橋式逆變器電路。雖然在本實施例 中極性反轉電路23中使用全橋式電路，但是根據狀況當然也可以使用半橋電路、推挽電路寸。驅動器24根據來自數字控制電路26的指令信號，以開關元件Q22與Q25、Q23與 Q24的組合互補地使其導通/關斷，從而作為將直流電壓轉換為交流電壓的DC-AC逆變電路 進行動作。在此生成的交流電壓提供給連接於連接器CN23的高壓放電燈(並未圖示)。另外，在到連接器CN23為止的交流電壓的輸出線路上，形成點火器電路25，該點 火器電路25由雙向雙端子晶閘管S21、變壓器T21構成。由於高壓放電燈一般具有在點亮 時若不施加很高的電壓則不點亮的性質，並具有一旦點亮之後以比較低的電壓持續點亮的 特性，因此構成為在點亮開始時根據來自數字控制電路26的指令信號，通過使雙向雙端子 晶閘管S21進行一定期間導通/關斷從而產生比平穩動作時高的電壓，瞬時對高電壓放電 燈施加高電壓。另外，流過相當於負載的高壓放電燈的燈電流通過由電阻R21檢測在平穩點亮時 等效地與燈電流一致的流過電感器L22的電流而被檢測出，並由數字控制電路26進行監 視，該電阻R21作為設置於降壓斬波電路22內的燈電流檢測電路發揮作用。連接於數字控制電路26的連接器CN22用於與前投式投影機等設備側的微型計算 機等連接，通過該連接器能夠進行高壓放電燈點亮裝置的動作狀況、輸出電壓或輸出電流 的指令信號等的交換的通信。數字控制電路26根據由電阻R22以及電阻R23檢測的降壓斬波電路22的輸出電 壓值、由電阻R21檢測的流過電感器L22的電流、由連接器CN22進行的來自設備側的指令 等，一元化管理對降壓斬波電路22的開關元件Q21的導通/關斷指令、對用於控制極性反 轉電路的開關元件Q22 Q25的導通/關斷的驅動器24的指令、以及點亮時的對點火器電 路25的指令等。
在此，降壓斬波電路22的開關元件Q21根據從數字控制電路26輸出的導通/關 斷的指令信號進行PWM控制。若對開關元件Q21進行PWM控制，則由於開關頻率為固定的， 因此通過將開關元件Q21的開關頻率設定為點火器電路25的雙向雙端子晶閘管S21的整 數倍，必然能夠使開關元件Q21的開關定時與雙向雙端子晶閘管S21的開關定時取得同步。 但是，當然即使使用PAM控制等的開關頻率固定的其他控制方法也能獲得同樣的效果。在此，圖4表示降壓斬波電路22的輸出電壓波形、流過作為負載而連接的高壓放 電燈的燈電流、降壓斬波電路22的開關元件Q21、點火器電路25的雙向雙端子晶閘管S21 的時序圖。在高壓放電燈處於不點亮狀態的時間tl，降壓斬波電路22的開關元件Q21導通。 開關元件Q21以固定的開關頻率導通/關斷，穩定地輸出規定的輸出電壓VI。在從時間tl 起經過了預先規定的恆定時間的時間t2，為了使高壓放電燈點亮，點火器電路25的雙向雙 端子晶閘管S21導通。若雙向雙端子晶閘管S21導通，則對變壓器T21施加高電壓，對負載 即高壓放電燈也施加高電壓。其結果是高壓放電燈被擊穿(絕緣擊穿)，在瞬間成為負載短 路狀態。這樣，由電阻R22以及R23檢測到的降壓斬波電路22的輸出電壓急劇下降，同時 燈電流急劇增大。數字控制電路26基於提供的時鐘頻率定期地對降壓斬波電路22的輸出電壓進行 採樣檢測，從而進行監視。在規定的採樣周期的期間，若降壓斬波電路22的輸出電壓下降 一定值以上(V2 — V3)，則數字控制電路26判斷高壓放電燈開始了擊穿，來進行如下控制， 即降壓斬波電路22不對電容器C22充超過需要的能量，即使開關元件Q21的導通定時到 來也不輸出導通脈衝。也就是說切換至恆電流控制模式。這樣一來，由於不再對電容器C22 充能量，因此能夠將高壓放電燈點亮時瞬時流過的燈的突入電流抑制為最小。以上的控制之後，雖然存在從高壓放電燈的輝光放電至電弧放電的過渡期間，但 是該期間降壓斬波電路22的輸出電壓V4大致控制在恆定值。此時，由於隔著一次也沒輸 出導通脈衝的期間再次恢復對開關元件Q21的PWM控制，因此剛恢復之後的控制增益(數 字控制電路26進行的、對於降壓斬波電路22的輸出電流的波動、用於使其輸出電流穩定的 負反饋控制的增益)設定得較高。這是為了抑制電燈的突入電流而暫時停止降壓斬波電路 的動作，從而電容器C22中沒有剩餘能量。這是由於若控制增益保持較低，則PWM控制剛恢 復之後的導通佔空比變窄，從而對電容C22的充電不足，高壓放電燈不能維持電弧放電有 可能就那樣熄滅。經過上述的控制，高壓放電燈過渡至平穩點亮模式。在此，作為數字控制電路26優選使 用DSP (數位訊號處理器)。作為其他的數字控 制電路雖然可以考慮微型計算機等，但是在處理速度這一點上DSP較優異。
權利要求
一種高壓放電燈點亮裝置，其特徵在於，具有直流電壓輸入端子，其提供第1值的直流電壓；DC-DC轉換器電路，其將所述第1值的直流電壓轉換為第2值的直流電壓；輸出電壓檢測電路，其檢測所述DC-DC轉換器電路的輸出電壓；DC-AC逆變器電路，其將從所述DC-DC轉換器電路輸出的直流電壓轉換為交流電壓；燈電流檢測電路，其檢測流過高壓放電燈的燈電流；點火器電路，其在所述高壓放電燈點亮開始時進行動作，對所述高壓放電燈施加高電壓；以及控制電路，其控制所述DC-DC轉換器電路以及所述DC-AC逆變器電路，所述點火器電路、所述DC-DC轉換器電路、以及所述DC-AC逆變器電路含有半導體開關元件，所述控制電路根據由所述輸出電壓檢測電路檢測出的輸出電壓的值、和由所述燈電流檢測電路檢測出的燈電流的值，分別控制所述DC-DC轉換器電路以及所述DC-AC逆變器電路的半導體開關元件的導通/關斷，所述控制電路在所述高壓放電燈的點亮開始時，使所述DC-DC轉換器電路的半導體開關元件的導通/關斷的定時與所述點火器電路的半導體開關元件的導通/關斷的定時同步，在所述DC-DC轉換器電路的半導體開關元件導通後，在預先規定的一定時間之後使所述點火器電路的半導體開關元件導通，檢測所述輸出電壓檢測電路的電壓值的變化，在規定時間內產生了規定值以上的電壓下降時，對所述DC-DC轉換器電路的半導體開關元件進行指示，使其不輸出下一個導通脈衝。
2.根據權利要求1所述的高壓放電燈點亮裝置，其特徵在於， 所述DC-DC轉換器電路是降壓斬波型DC-DC轉換器電路。
3.根據權利要求1或者2所述的高壓放電燈點亮裝置，其特徵在於， 所述DC-AC逆變器電路是全橋式逆變器電路。
4.根據權利要求1或者2所述的高壓放電燈點亮裝置，其特徵在於， 所述控制電路具有DSP。
5.根據權利要求1或者2所述的高壓放電燈點亮裝置，其特徵在於， 所述控制電路對所述DC-DC轉換器電路進行PWM控制。
6.根據權利要求5所述的高壓放電燈點亮裝置，其特徵在於，所述高壓放電燈點亮之後，所述DSP將所述DC-DC轉換器電路切換至恆電流控制模式， 在對所述DC-DC轉換器電路的所述半導體開關元件進行PWM控制時，所述控制電路對負反 饋控制的增益進行控制，其中，所述負反饋控制的增益用於使相對於所述DC-DC轉換器電 路的輸出電流的變動的該DC-DC轉換器電路的輸出電流穩定。
全文摘要
本發明提供一種高壓放電燈點亮裝置，其具有控制電路，該控制電路同步地控制降壓斬波電路以及點火器電路的開關元件的導通/關斷，根據高壓放電燈點亮開始時降壓斬波電路的輸出電壓的下降幅度來控制降壓斬波電路的開關元件的導通/關斷，從而抑制高壓放電燈擊穿時的突入電流。由此，在高壓放電燈點亮裝置的點亮開始時，追蹤高壓放電燈的負載變動從而以最小限度抑制擊穿時的衝劑電流。另外，抑制輝光放電時的突入電流高壓放電燈的壽命變長。
文檔編號H05B41/24GK101849438SQ200880115029
公開日2010年9月29日 申請日期2008年9月25日 優先權日2007年11月20日
發明者宮崎堅吾, 戶田崇文 申請人:株式會社村田製作所