放電燈點燈裝置的製作方法

2023-06-07 22:33:01 3

專利名稱：放電燈點燈裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於點亮放電燈——尤其是高壓水銀燈、滷化金屬燈、氙氣燈等高亮度放電燈的放電燈點燈裝置。
背景技術：
在用於例如液晶投影機或DLP(TM)投影機之類圖像顯示用等光學裝置的光源裝置中，使用高亮度放電燈(HID燈)。
上述投影機有利用雙色稜鏡等將R、G、B這3原色分離，利用為每種顏色設置的空間調製元件分別生成3原色的圖像，用雙色稜鏡等將光路再次合成而顯示彩色圖像的方式。
另外還有使具有R、G、B這3原色的濾色鏡旋轉，通過使從光源發出的光通過該濾色鏡來依次產生各3原色的光束，通過與其同步控制空間調製元件，來依時間分配依次產生各3原色的圖像，顯示彩色圖像的方式。
在啟動這種燈時，在燈上施加了稱之為無負載開路電壓的電壓的狀態下，施加高電壓使放電空間內產生絕緣破壞，經過輝光放電轉變成弧光放電。
作為給燈施加高電壓的方法，除使用點火極將高電壓疊加到用於主放電的電極上的方法、即串聯觸發方式外，還有不與放電空間接觸地設置主放電電極以外的輔助電極、給上述輔助電極施加高電壓的方法——即外部觸發方式。
外部觸發方式具有串聯觸發方式所沒有的各種優點，尤其是在將包括高電壓變壓器的高電壓產生部從供電電路部分離出來設置在放電燈附近的情況下，能夠在放電燈點燈裝置的小型輕量化、低幹擾化、提高安全性、降低成本等方面最大限度地享受優點。
而穩定亮燈時放電燈的驅動方式有直流驅動方式和交流驅動方式。在直流驅動方式下，由於來自燈的光束也為直流——即不隨時間變化，因此具有基本上能夠完全同樣地用於上述投影機的兩種方式的很大的優點。而與此相對，在交流驅動方式下，利用所謂極性顛倒頻率這一直流驅動方式所沒有的自由度具有能夠抑制放電燈的電極消耗或增長的可能性的優點，但反之具有因存在極性顛倒自身引起的缺點。
一般情況下，為了交流驅動而進行的每次極性顛倒都包含從燈發出的光束的瞬斷或過照射、振動等變動，因此在想要適用於上述投影機中的時間分配方式的情況下，用時間分配依次生成圖像的定時與燈的交流驅動的極性顛倒的定時出現偏差，即在顯示圖像中以拍頻出現變動，存在拍頻引起的非常刺眼的問題。因此必須設法使倒相器的極性顛倒定時與濾色鏡的旋轉同步，存在使放電燈點燈裝置複雜化的缺點。
而且，在DLP方式的投影機中，由於用空間調製元件的各像素的動作佔空因數比控制所顯示圖像的各像素的每種顏色的亮度，因此交流驅動方式即使在獲取上述時刻的同步情況下，如果上述極性顛倒時的光束的過照射或振動等變動時間長，則必須設法不利用該期間的光、或為了抵消變動而設法控制空間調製元件的各像素的動作。前種方法存在光的有效利用率降低的缺點，而後種方法存在投影裝置的空間調製元件的控制變得非常複雜的缺點。
為了迴避放電燈的交流驅動方式的上述缺點，雖然使極性顛倒時光束的變動減小就可以，但這並非易事。這是因為對於放電燈點燈裝置來說，要求在減小施加給燈的電壓的極性顛倒時光束的變動的同時還要確保啟動時放電燈被確實地點亮。
我們知道，為了確保啟動時放電燈被確實地點亮，在通過上述串聯觸發方式或外部觸發方式施加高電壓使放電空間內產生絕緣破壞時，提高施加給燈的無負載開路電壓是行之有效的。作為交流驅動方式時達到這一點的方法，以往進行的是啟動時產生串聯共振現象來提高施加給燈的電壓，或者使點火極動作在放電空間內產生絕緣破壞這樣的所謂共振輔助。
圖14為說明現有技術的通過串聯共振進行共振輔助的原理的圖。該圖的放電燈點燈裝置具備給放電燈(Ld)供電的供電電路(Ux′)；用於使其輸出電壓的極性顛倒的、由開關元件(Q1′、Q2′、Q3′、Q4′)構成的全橋式倒相器(Ui′)；共振線圈(Lr)；共振電容器(Cr)和啟動電路(Ut″)。啟動時，以上述共振線圈(Lr)的電感與上述共振電容器(Cr)的靜電電容的乘積的值決定的共振頻率或與之接近的頻率驅動上述倒相器(Ui′)顛倒極性，由此產生的LC串聯共振現象使上述共振電容器(Cr)的兩個端子之間產生高的電壓，給與這部分並聯的上述啟動電路(Ut″)和上述放電燈(Ld)施加高電壓。
但是，利用LC串聯共振的現有技術雖然能夠解決上述問題的確保啟動時放電燈被確實地點亮的問題，但不能完全解決上述另一個問題即減小施加給燈的電壓的極性顛倒時光束變動的問題。下面簡單說明其原因。
如上所述，由於LC共振頻率由上述共振線圈(Lr)的電感和上述共振電容器(Cr)的靜電電容的乘積的值決定，如果減小上述共振線圈(Lr)的電感的話，則必須增大上述共振電容器(Cr)的靜電電容。原因是如果同時減小上述共振線圈(Lr)的電感和上述共振電容器(Cr)的靜電電容的話，則共振頻率變得非常高，難以使上述倒相器(Ui′)動作。但是，如果增大上述共振電容器(Cr)的靜電電容以便通過共振現象獲得足夠高的電壓的話，則要面對流經上述共振線圈(Lr)與上述共振電容器(Cr)的串聯電路中的電流即共振電流非常大的問題。
例如，當開關元件(Q1′)和開關元件(Q3′)處於接通狀態時，如圖14中虛線所示的路徑(L01)那樣，該共振電流流經包括上述供電電路(Ux′)或上述倒相器(Ui′)的整個電路。因此，各部分的電路元件都必須使用額定電流大的元件以便能夠耐大的共振電流，不可避免地使裝置大型化或成本增加。
即使共振頻率極高，如果以高次共振動作的話，也可以考慮將上述倒相器(Ui′)的動作頻率抑制到較低，並且減小上述共振電容器(Cr)的靜電電容的方法。但是，即使在這種情況下，共振電流如上所述地流經圖14的虛線表示的路徑(L01)，由於此時尤其是開關元件的接通電阻比較大，因此共振電路的Q值小。因此，共振的衰減嚴重，不能夠利用高次振動。
因此，只要是利用LC串聯共振，就不能減小上述共振線圈(Lr)的電感，必然要使用電感值大的元件。因此在燈的啟動結束進入正常亮燈狀態、利用燈的光的階段，上述共振線圈(Lr)的大的電感就非常礙事地存在。即，上述共振線圈(Lr)的大的電感助長上述極性顛倒時光束的過照射或振動等問題，結果仍存在不能解決作為上述問題的減小施加給燈的電壓的極性顛倒時的光束變動的問題。
日本特開平03-030291號[專利文獻2]日本特開2003-217888號[專利文獻3]日本特開2004-327117號發明內容本發明想要解決的問題就是提供一種在交流點亮放電燈時減小施加給燈的電壓的極性顛倒時光束的變動、同時確保了啟動時放電燈被確實地點亮的放電燈點燈裝置。
本發明的方案1的放電燈點燈裝置為一種用於點亮相對配置有一對用於主放電的電極(E1、E2)的放電燈(Ld)的放電燈點燈裝置，其特徵在於，包括對上述放電燈(Ld)供電的供電電路(Ux)；設置在上述供電電路(Ux)的後級、使施加給上述放電燈(Ld)的電壓極性顛倒的倒相器(inverter)(Ui)；具有初級線圈(Ph)和次級線圈(Sh)的共振變壓器(Th)；共振電容器(Ch)；以及周期電壓施加單元(Uj)，上述共振變壓器(Th)的上述次級線圈(Sh)插入連接上述倒相器(Ui)的輸出和上述放電燈(Ld)的用於主放電的上述電極的路徑中間，上述共振電容器(Ch)與上述共振變壓器(Th)的上述初級線圈(Ph)並聯連接構成並聯共振電路(Nh)，上述周期電壓施加單元(Uj)連接在上述並聯共振電路(Nh)上，上述周期電壓施加單元(Uj)在上述放電燈(Ld)啟動期間以使上述並聯共振電路(Nh)中產生共振現象的頻率動作。
本發明的方案2的放電燈點燈裝置的特徵在於，在方案1的基礎上，上述周期電壓施加單元(Uj)通過串聯連接共振驅動用電源(Mh)、共振驅動電流限制單元(Zh)、和共振驅動開關元件(Kh)構成，當上述共振驅動開關元件(Kh)處於接通狀態時將電壓施加到上述並聯共振電路(Nh)上。
本發明的方案3的放電燈點燈裝置的特徵在於，在方案1的基礎上，上述周期電壓施加單元(Uj)具有共振驅動用電源(Mh)；共振驅動電流限制單元(Zh)；具有初級線圈(Pd)和次級線圈(Sd)的共振驅動變壓器(Td)；以及變壓器驅動開關元件(Kd)，上述共振驅動用電源(Mh)、上述初級線圈(Pd)、和上述變壓器驅動開關元件(Kd)被連接，由上述變壓器驅動開關元件(Kd)的周期性動作通過上述次級線圈(Sd)將電壓施加給上述並聯共振電路(Nh)。
本發明的方案4的放電燈點燈裝置的特徵在於，在方案2或3的基礎上，上述共振驅動電流限制單元(Zh)包含電感元件，在上述共振驅動電流限制單元(Zh)不對上述並聯共振電路(Nh)提供電流的期間，將再生二極體(Dz)與上述共振驅動電流限制單元(Zh)相連接，所述再生二極體(Dz)的方向為將與上述電感元件中流過的電流相對應的磁能再生到上述共振驅動用電源(Mh)中。
本發明的方案5的放電燈點燈裝置的特徵在於，在方案2或3的基礎上，上述共振驅動電流限制單元(Zh)為具有初級線圈(Pz)和次級線圈(Sz)的電流限制再生變壓器(Tz)的上述初級線圈(Pz)，而且，在上述初級線圈(Pz)不給上述並聯共振電路(Nh)提供電流的期間，將再生二極體(Dsz)與上述次級線圈(Sz)串聯連接，所述再生二極體(Dsz)的方向為將與上述初級線圈(Pz)中流過的電流相對應的磁能再生到上述共振驅動用電源(Mh)中。
本發明的方案6的放電燈點燈裝置的特徵在於，在方案1的基礎上，上述周期電壓施加單元(Uj)具有共振驅動用電源(Mh)；具有初級線圈(Py)和次級線圈(Sy)的共振驅動能量供給變壓器(Ty)；變壓器驅動開關元件(Ky)和再生二極體(Dsy)，上述共振驅動用電源(Mh)、上述初級線圈(Py)、和上述變壓器驅動開關元件(Ky)被串聯連接，上述共振驅動用電源(Mh)、上述並聯共振電路(Nh)、上述次級線圈(Sy)、和上述再生二極體(Dsy)被串聯連接，通過採用這樣的結構，當上述變壓器驅動開關元件(Ky)處於接通狀態時，將磁能積蓄到上述共振驅動能量供給變壓器(Ty)中，當上述變壓器驅動開關元件(Ky)處於斷開狀態時，通過上述再生二極體(Dsy)將積蓄到上述共振驅動能量供給變壓器(Ty)中的磁能再生到共振驅動用電源(Mh)中，並且將電壓施加給上述並聯共振電路(Nh)。
本發明的方案7的放電燈點燈裝置的特徵在於，在方案4的基礎上，上述共振驅動用電源(Mh)具有與DC電源(Mv)相連接從而接受電流供給的電流供給二極體(Dm)和濾波電容器(Cm)，通過從上述周期電壓施加單元(Uj)再生的能量使上述濾波電容器(Cm)的充電電位提高。
本發明的方案8的放電燈點燈裝置的特徵在於，在方案1的基礎上，僅在上述並聯共振電路(Nh)的電壓波形中的、沒有超過上述周期電壓施加單元(Uj)的電壓施加能力的期間，連接電流在上述周期電壓施加單元(Uj)與上述並聯共振電路(Nh)之間流動的方向的振幅限制防止二極體(Dk)。
本發明的方案9的放電燈點燈裝置的特徵在於，在方案3的基礎上，上述倒相器(Ui)包括開關元件，該開關元件兼作上述變壓器驅動開關元件。
本發明的方案10的放電燈點燈裝置的特徵在於，在方案1的基礎上，相對於上述周期電壓施加單元(Uj)的動作頻率，上述並聯共振電路(Nh)的共振頻率為2次以上的高次共振。
本發明的方案11的放電燈點燈裝置的特徵在於，在方案1的基礎上，使比上述倒相器(Ui)靠後級的、沿上述放電燈(Ld)的主放電電流的路徑的電感成分合計在170μH以下。
本發明的方案12的放電燈點燈裝置的特徵在於，在方案1的基礎上，上述放電燈(Ld)為不與上述放電空間接觸地設置有用於主放電的上述電極(E1、E2)以外的輔助電極(Et)的放電燈，放電燈點燈裝置還具有用於向上述輔助電極(Et)施加高電壓的啟動電路(Ut)，在上述電極(E1、E2)中流過的主放電電流實際上不流過上述啟動電路(Ut)。
本發明的方案13的放電燈點燈裝置的特徵在於，在方案1的基礎上，放電燈點燈裝置還具有調諧度檢測單元，檢測上述並聯共振電路(Nh)的動作狀態，生成與上述周期電壓施加單元(Uj)的動作頻率和上述並聯共振電路(Nh)的共振頻率之間的差異相對應的調諧度信號；以及動作頻率數據保持增減單元，能夠將規定上述周期電壓施加單元(Uj)的動作頻率的動作頻率數據初始化或保持，能夠根據上述調諧度信號增加或者減少上述動作頻率數據，上述動作頻率數據保持增減單元在放電燈點燈裝置的啟動過程的開始階段將上述動作頻率數據初始化，在上述放電燈(Ld)不放電期間增加或減少上述動作頻率數據，在上述放電燈(Ld)放電期間保持上述動作頻率數據。
本發明的方案14的放電燈點燈裝置的特徵在於，在方案1的基礎上，上述調諧度檢測單元根據與上述並聯共振電路(Nh)的電壓的振幅相對應的量生成上述調諧度信號。
發明的效果本發明的放電燈點燈裝置在交流點亮放電燈時也能夠減小施加給燈的電壓的極性顛倒時光束的變動、同時能夠確保啟動時放電燈被確實地點亮。


圖1是簡化表示本發明的放電燈點燈裝置的方框圖。
圖2是簡化表示本發明的放電燈點燈裝置的方框圖。
圖3是簡化表示本發明的放電燈點燈裝置的一部分的一個形態的方框圖。
圖4表示本發明的放電燈點燈裝置的一部分的一個形態的簡化結構。
圖5表示本發明的放電燈點燈裝置的一部分的一個形態的簡化結構。
圖6表示本發明的放電燈點燈裝置的一部分的一個形態的簡化結構。
圖7表示本發明的放電燈點燈裝置的一部分的一個形態的簡化結構。
圖8表示本發明的放電燈點燈裝置的一部分的一個形態的簡化結構。
圖9表示本發明的放電燈點燈裝置的實施例的一部分的一個形態的簡化結構。
圖10表示本發明的放電燈點燈裝置的實施例的一部分的一個形態的簡化結構。
圖11表示本發明的放電燈點燈裝置的實施例的一個形態的簡化結構。
圖12表示本發明的放電燈點燈裝置的實施例的一個形態的簡化結構。
圖13表示本發明的放電燈點燈裝置的實施例的一個形態的簡化結構。
圖14表示現有技術的放電燈點燈裝置的一個形態的簡化結構。
具體實施例方式
首先，使用簡化表示本發明的放電燈點燈裝置的一個形態的方框圖的圖1說明實施本發明的形態。
由降壓斬波(chopper)或升壓斬波等方式的開關電路等構成的供電電路(Ux)根據放電燈(Ld)的狀態或亮燈順序輸出適當的電壓/電流。由全橋式電路等構成的倒相器(Ui)將上述供電電路(Ux)的輸出電壓變換成例如周期性地顛倒的交流電壓並輸出，通過共振變壓器(Th)的次級線圈(Sh)施加給上述放電燈(Ld)的一對主放電電極(E1、E2)。
另外，在啟動燈時，上述供電電路(Ux)輸出的作為無負載開路電壓用的典型電壓為200～300V左右，輝光放電時的燈的典型電壓為100～200V，剛變成弧光放電後的燈的電壓為10V左右，上述供電電路(Ux)在輝光放電時和弧光放電時將流過的電流控制在不超過規定的限制電流值。
上述共振變壓器(Th)的初級線圈(Ph)上並聯連接有共振電容器(Ch)，該共振電容器(Ch)和上述初級線圈(Ph)構成並聯共振電路(Nh)。此時的共振頻率主要由上述共振電容器(Ch)的靜電電容和上述初級線圈(Ph)的電感的乘積計算。但是，在上述次級線圈(Sh)一側包含雜散靜電電容等任何電容的情況下，要對上述共振頻率的計算結果進行修正。
啟動時，周期電壓施加單元(Uj)給上述並聯共振電路(Nh)施加周期性電壓。當上述共振頻率與上述周期電壓施加單元(Uj)的電壓頻率的關係為基本波共振或高次共振的關係或者接近這一關係時，上述並聯共振電路(Nh)中流過共振電流，上述初級線圈(Ph)中產生高的電壓。上述初級線圈(Ph)中產生的電壓在上述次級線圈(Sh)中感應起與其匝數比相對應變壓後的電壓。
例如，當節點(T31)與節點(T32)之間的電壓為200V，上述次級線圈(Sh)中產生的交流電壓的峰峰值為±800V時，節點(T41)與節點(T42)之間即上述放電燈(Ld)的主放電的上述電極(E1、E2)之間施加-600～1000V的電壓。但是，在這種狀態下，如果同時採用圖1中省略掉的上述串聯觸發方式或外部觸發方式的高電壓施加單元的話，則能夠解決上述問題的確保啟動時放電燈被確實地點亮的問題。
這裡引人注目的是，與先前說明過的圖14的串聯共振方式的共振電路的路徑(L01)相比，本發明的共振電路——即上述並聯共振電路(Nh)很小。該共振電路中僅包含上述共振電容器(Ch)和上述初級線圈(Ph)，開關元件等其他的元件一概不包括。因此，上述串聯共振方式存在共振衰減劇烈、不能利用高次共振的問題，而本發明能夠將共振電路的損失減到極小，能夠容易地實現高次共振。
因此，即使共振頻率變高也能夠將周期電壓施加單元(Uj)的頻率抑制到較低，所以能夠同時減小上述共振電容器(Ch)的靜電電容和上述初級線圈(Ph)的電感。能夠減小上述共振電容器(Ch)的靜電電容就意味著能夠減小共振電流，對於電路元件的小型化、低損耗化和低成本化有貢獻。
而能夠減小本發明的上述初級線圈(Ph)的電感就意味著能夠減小上述次級線圈(Sh)的電感。在先前說明過的圖14的串聯共振方式中共振線圈的大電感存在助長了上述極性顛倒時光束的過照射或振動等不合適的現象，但本發明由於能夠減小上述次級線圈(Sh)的電感，因此能夠抑制上述極性顛倒時光束的過照射或振動等不合適的現象，其結果能夠解決上述問題的減小施加給燈的電壓的極性顛倒時光束變動的問題。
為了研究作為上述DLP方式的投影機用光源使用時的上述次級線圈(Sh)的實用上沒有問題的電感的上限值，做了將135W的放電燈(Ld)和將具有各種電感的線圈插入倒相器後部的放電燈點燈裝置實際上搭載到投影機中，以倒相器的極性顛倒定時與濾色鏡的旋轉不同步為動作條件觀察、評價顯示的畫質的實驗，實驗確認，在顯示用的前投影型DLP投影機的情況下，如果插入的電感在80μH以下的話，則實用上沒有問題。並且，如果使倒相器的極性顛倒定時與濾色鏡的旋轉同步的話，則即使插入的電感再增大，只要在170μH以下，則實用上沒有問題。
但是，在背投影型電視用的DLP投影機的情況下，由於中間色調的畫質要求嚴格，因此希望倒相器的極性顛倒定時與濾色鏡的旋轉同步或插入電感在55μH以下。當為此用途時，即使倒相器的極性顛倒定時與濾色鏡的旋轉同步，也希望插入電感在120μH以下。
另外，上述次級線圈(Sh)的匝數與上述初級線圈(Ph)的匝數之比越大，對於增強變壓器的升壓能力、提高在上述次級線圈(Sh)中的感應電壓越有利，但由於該匝數比越大，上述次級線圈(Sh)的電感越大，因此在設計中有必要考慮上述共振變壓器(Th)的上述升壓能力與上述次級線圈(Sh)的電感的平衡。
另外，在上述本發明的放電燈點燈裝置的形態中，如簡化表示的方框圖的圖2所表示的那樣，上述共振變壓器(Th)並不局限於只有1個次級線圈的變壓器，也可以採用除上述次級線圈(Sh)外還具有次級線圈(Sh′)、使上述次級線圈(Sh)與上述放電燈(Ld)的一個上述電極(E1)相連、使上述次級線圈(Sh′)與上述放電燈(Ld)的另一個電極(E2)相連的結構。此時，使從上述次級線圈(Sh)施加給上述一個電極(E1)的電壓波形的相位與從上述次級線圈(Sh′)施加給上述另一個電極(E2)的電壓波形的相位相反地連接。
通過採用這樣的結構，如果圖1的放電燈點燈裝置的上述共振變壓器(Th)的上述初級線圈(Ph)與圖2的放電燈點燈裝置的上述共振變壓器(Th)的上述初級線圈(Ph)的匝數相同，圖1的放電燈點燈裝置的上述共振變壓器(Th)的上述次級線圈(Sh)與圖2的放電燈點燈裝置的上述共振變壓器(Th)的上述次級線圈(Sh)和上述次級線圈(Sh′)的匝數相同的話，則圖2的放電燈點燈裝置施加給上述放電燈(Ld)的電壓的能力提高到圖1的放電燈點燈裝置施加給上述放電燈(Ld)的電壓的能力的2倍，有利。這意味著如果施加給上述放電燈(Ld)的電壓可以相同的話，則與圖1的放電燈點燈裝置相比，能夠將各部分的電壓降低到一半，因此具有電路元件的耐壓設計容易的優點。
下面用簡化表示本發明的放電燈點燈裝置的其他形態的方框圖的圖3說明實施本發明的形態。本圖為表示上述周期電壓施加單元(Uj)的結構中的一個的圖，如參照圖1容易明白的那樣，將上述共振變壓器(Th)和上述共振電容器(Ch)、上述放電燈(Ld)等合併起來表示。
為了給本發明的上述並聯共振電路(Nh)施加周期性的電壓，通過採用周期性地反覆連接和切斷上述並聯共振電路(Nh)與共振驅動用電源(Mh)的動作的結構能夠實現。因此，優選使用MOSFET或雙極電晶體等構成的共振驅動開關元件(Kh)。它們由門驅動電路(Gkh)控制。但是，在上述共振驅動開關元件(Kh)變成接通狀態的瞬間，有可能通過上述共振電容器(Ch)將浪湧電流混入共振電流中，因此希望插入電阻等共振驅動電流限制單元(Zh)。
上述共振驅動開關元件(Kh)的開關動作頻率接近上述並聯共振電路(Nh)的共振頻率除以共振動作次數的頻率(因此在以基本波共振時為共振頻率附近的頻率)就可以。並且，上述共振驅動開關元件(Kh)的開關動作周期中的接通時間的長度不管共振動作的次數如何，都希望為上述並聯共振電路(Nh)的共振振動半周期以下的適當時間，具體根據實際的電路決定適當的時間長度就可以。
另外，上述共振驅動用電源(Mh)可以使用最簡單的適當的DC電源，並且可以直接使用上述供電電路(Ux)的輸出。
下面使用簡化表示本發明的放電燈點燈裝置的其他形態的圖4說明實施本發明的形態。本圖為表示周期電壓施加單元(Uj)的結構的一個的圖，如參照圖1容易明白的那樣，將上述共振變壓器(Th)和上述共振電容器(Ch)、上述放電燈(Ld)等合併表示。
之前的圖3的放電燈點燈裝置中在並聯共振電路(Nh)上最大只能施加共振驅動用電源(Mh)的電壓，上述共振驅動用電源(Mh)的電壓不能給放電燈(Ld)提供足夠的電壓。並且，共振驅動開關元件(Kh)與並聯共振電路(Nh)必須直流連接，根據開關元件在電路上的設置位置的不同，開關元件與並聯共振電路(Nh)不得不直流連接有時會存在問題。實際上，在想要將該開關元件兼作倒相器(Ui)的開關元件時有可能出現這種情況。
此時，設置具有初級線圈(Pd)和次級線圈(Sd)的共振驅動變壓器(Td)，用由門驅動電路(Gkd)控制的變壓器驅動開關元件(Kd)驅動上述初級線圈(Pd)，通過上述次級線圈(Sd)將電壓施加給並聯共振電路(Nh)。此時，通過適當設置上述初級線圈(Pd)與上述次級線圈(Sd)的匝數比，能夠使施加到上述並聯共振電路(Nh)上的電壓為所希望的值，並且通過採用上述初級線圈(Pd)與上述次級線圈(Sd)絕緣的變壓器的結構，能夠使上述並聯共振電路(Nh)與上述變壓器驅動開關元件(Kd)為非直流連接的結構。
上述共振驅動變壓器(Td)並不局限於只有一個初級線圈的變壓器，在本圖的結構中，在上述共振驅動變壓器(Td)上再追加一個初級線圈(Pd′)，當上述變壓器驅動開關元件(Kd)處於斷開狀態時，由流經二極體(Dd)的電流將積蓄在變壓器中的磁能再生到上述共振驅動用電源(Mh)中，同時復位上述共振驅動變壓器(Td)。並且，變壓器驅動開關元件也並不局限於1個，也可以採用由多個開關元件實現功能的結構。例如，在後面將要敘述的用倒相器(Ui)的開關元件兼作變壓器驅動開關元件的實施例中，由2個開關元件實現驅動上述共振驅動變壓器(Td)的功能。
下面使用簡化表示本發明的放電燈點燈裝置的其他形態的圖5說明實施本發明的形態。本圖表示共振驅動電流限制單元(Zh)的結構的一個，如參照圖1容易明白的那樣，將上述共振變壓器(Th)和上述共振電容器(Ch)、上述放電燈(Ld)等合併表示。
如上所述，雖然可以使用電阻作為共振驅動電流限制單元(Zh)，但是流經電阻的實際電流值引起的損失大，因此發熱大，有時實現起來困難。在這樣的情況下，將上述共振驅動電流限制單元(Zh)作為包含線圈等電感元件的阻抗元件，由該阻抗元件至少部分地承擔電流限制功能，當由門驅動電路(Gkh)控制的共振驅動開關元件(Kh)處於斷開狀態、停止給並聯共振電路(Nh)提供電流時，產生流經再生二極體(Dz)的電流將上述電感元件的磁能再生到共振驅動用電源(Mh)一側，通過採用這樣的結構，能夠解決上述困難。
另外，在上述電感元件為單純的線圈的情況下，連接到再生電流的路徑的上述共振驅動用電源(Mh)一側的連接點希望避開上述共振驅動用電源(Mh)的輸出節點(Tmo)。原因是上述電感元件與上述再生二極體(Dz)構成閉合電路，不斷流動循環電流的緣故。
因此，連接到再生電流的路徑的上述共振驅動用電源(Mh)一側的連接點最好是用例如開關元件等與上述輸出節點(Tmo)隔開的部分。實際如後面將要敘述的實施例所示那樣，在從上述供電電路(Ux)的輸出節點(T11)獲得上述共振驅動用電源(Mh)的情況下，上述供電電路(Ux)的輸入能夠在節點(T01)中再生。
另外，上述共振驅動電流限制單元(Zh)除線圈等電感元件以外，還可以是同時使用了電容器和電阻等的元件。雖然線圈在共振驅動電流開始流動期間電流的上升遲緩，但反過來電容器在此期間的電流上升迅速，因此將電容器與電阻串聯起來再與線圈並聯的結構尤其能夠有效地利用。
下面使用簡化表示本發明的放電燈點燈裝置的其他形態的圖6說明實施本發明的形態。本圖表示共振驅動電流限制單元(Zh)的結構的一個，如參照圖1容易明白的那樣，將上述共振變壓器(Th)和上述共振電容器(Ch)、上述放電燈(Ld)等合併表示。
在本圖的結構中，由電流限制再生變壓器(Tz)的初級線圈(Pz)的電感進行共振驅動電流的限制，並且當由門驅動電路(Gkh)控制的共振驅動開關元件(Kh)處於斷開狀態、停止給並聯共振電路(Nh)提供電流時，產生流經再生二極體(Dsz)的電流將上述電流限制再生變壓器(Tz)的磁能從次級線圈(Sz)再生到共振驅動用電源(Mh)中。此時，由於上述初級線圈(Pz)與上述再生二極體(Dsz)構成閉合迴路，因此具有能夠在包括上述共振驅動用電源(Mh)的輸出節點的任意部分設置再生點的優點。
雖然本圖表示的是將與上述共振驅動用電源(Mh)的輸出節點連接的位置作為上述初級線圈(Pz)的配置位置時的情況，但並不局限於該位置。例如，作為上述初級線圈(Pz)的配置位置，也可以設置在例如並聯共振電路(Nh)與共振驅動開關元件(Kh)之間。
下面用簡化表示本發明的放電燈點燈裝置的其他形態的圖7說明實施本發明的形態。本圖表示周期電壓施加單元(Uj)的結構的一個，如參照圖1容易明白的那樣，將上述共振變壓器(Th)和上述共振電容器(Ch)、上述放電燈(Ld)等合併表示。
本圖的結構為，在由門驅動電路(Gky)控制的變壓器驅動開關元件(Ky)處於接通狀態期間，使電流從共振驅動用電源(Mh)流經共振驅動能量供給變壓器(Ty)的初級線圈(Py)，將磁能積蓄到上述共振驅動能量供給變壓器(Ty)中；當上述變壓器驅動開關元件(Ky)處於斷開狀態時，通過所謂回掃動作產生從次級線圈(Sy)流經再生二極體(Dsy)的電流，將積蓄在上述共振驅動能量供給變壓器(Ty)中的磁能再生到上述共振驅動用電源(Mh)中，並且給並聯共振電路(Nh)施加電壓。
此時，通過適當設定上述初級線圈(Py)與上述次級線圈(Sy)的匝數比，能夠使施加到上述並聯共振電路(Nh)上的電壓為所希望的值，並且通過採用上述初級線圈(Py)與上述次級線圈(Sy)絕緣的結構的變壓器，能夠使上述並聯共振電路(Nh)與上述變壓器驅動開關元件(Ky)為非直流連接的結構，對於提高電路結構的自由度有利。
下面用簡化表示本發明的放電燈點燈裝置的其他形態的圖8說明實施本發明的形態。本圖表示周期電壓施加單元(Uj)和共振驅動用電源(Mh)的結構的一個，如參照圖1容易明白的那樣，將上述共振變壓器(Th)和上述共振電容器(Ch)、上述放電燈(Ld)等合併表示。
在本圖的結構中，共振驅動用電源(Mh)為將DC電源(Mv)的輸出通過電流供給二極體(Dm)和濾波電容器(Cm)向並聯共振電路(Nh)提供電流。並且，由共振驅動電流限制單元(Zh)等中包含的變壓器再生積蓄的磁能。
通過採用這樣的結構，在將磁能積蓄到變壓器期間，從上述濾波電容器(Cm)向上述並聯共振電路(Nh)輸出電荷，其電壓有降低的傾向，但由於有通過上述電流供給二極體(Dm)從上述DC電源(Mv)補充來的電荷，因此上述濾波電容器(Cm)的電壓降低量被依存於上述DC電源(Mv)的輸出阻抗的量限制。而在上述濾波電容器(Cm)中再生積蓄的磁能時，流向上述DC電源(Mv)的逆向電流被上述電流供給二極體(Dm)阻止，因此上述濾波電容器(Cm)的電壓被升壓到比上述DC電源(Mv)的電壓高。
這樣一來，上述共振驅動用電源(Mh)電壓的提高有利地作用於提高施加到放電燈(Ld)上的電壓。此時電壓升高的程度由該周期電壓施加單元(Uj)的一個動作周期內上述並聯共振電路(Nh)等消耗掉的能量、上述濾波電容器(Cm)中再生的能量和上述DC電源(Mv)的輸出阻抗決定。另外，上述DV電源(Mv)也可以從上述供電電路(Ux)的輸出節點或上述供電電路(Ux)的輸入節點等獲得。
而且，在本圖的結構中，振幅限制防止二極體(Dk)與作為周期電壓施加單元(Uj)的一部分的共振驅動開關元件(Kh)連接，由此能夠獲得增強共振現象——即進一步提高施加給放電燈(Ld)的電壓的效果。其原因是，當上述共振驅動開關元件(Kh)為例如MOSFET時，由於元件自身內裝有方向為從源極端子到漏極端子的寄生二極體(圖示省略)，因此即使產生共振現象增長使節點(Tnh)的電位變成負的，如果沒有上述振幅限制防止二極體(Dk)的話，則上述寄生二極體會將節點(Tnh)的電位鉗位到大致0V左右，但通過設置上述振幅限制防止二極體(Dk)能阻止上述鉗位現象。
另外，即使是雙極電晶體那樣的不存在上述寄生二極體的元件，一般來說施加反向電壓也有損壞元件的可能，因此希望反向並聯連接相當於上述寄生二極體的二極體，結果通過連接上述振幅限制防止二極體(Dk)能夠獲得增強共振現象的效果。
下面，用表示了更具體的結構的實施例圖說明實施發明的形態。圖9為表示本發明的放電燈點燈裝置能夠使用的供電電路(Ux)的一例簡化結構的圖。以降壓斬波電路為基本的供電電路(Ux)接受PFC等DC電源(Mx)提供的電壓動作，調整提供給放電燈(Ld)的供電量。在上述供電電路(Ux)中，由FET等開關元件(Qx)接通或斷開上述DC電源(Mx)提供的電流，通過扼流線圈(Lx)給濾波電容器(Cx)充電，該電壓施加給放電燈(Ld)，使放電燈(Ld)中流過電流。
另外，在上述開關元件(Qx)處於接通狀態期間，通過開關元件(Qx)的電流直接給濾波電容器(Cx)充電和給作為負荷的放電燈(Ld)提供電流，並且以磁通的形態將能量積蓄到扼流線圈(Lx)中；在上述開關元件(Qx)處於斷開狀態期間，以磁通的形態積蓄在扼流線圈(Lx)中的能量通過續流二極體(Dx)給濾波電容器(Cx)充電和給放電燈(Ld)提供電流。
在上述降壓斬波型供電電路(Ux)中，能夠用上述開關元件(Qx)處於接通狀態的期間與上述開關元件(Qx)動作的周期之比——即佔空因數比調整提供給上述放電燈的供電量。這裡，具有某一佔空因數比的門驅動信號(Sg)由供電控制電路(Fx)生成，通過門驅動電路(Gx)控制上述開關元件(Qx)的門端子，通過這樣控制上述DC電源(Mx)提供的電流的接通和斷開。
在上述放電燈(Ld)的電極(E1、E2)之間流動的燈電流和電極(E1、E2)之間產生的燈電壓能夠由燈電流檢測單元(Ix)和燈電壓檢測單元(Vx)檢測到。另外，上述燈電流檢測單元(Ix)也可以用分流電阻簡單地實現，並且，上述燈電壓檢測單元(Vx)也可以用分壓電阻簡單地實現。
上述燈電流檢測單元(Ix)輸出的燈電流檢測信號(Si)和上述燈電壓檢測單元(Vx)輸出的燈電壓檢測信號(Sv)輸入上述供電控制電路(Fx)中。為了在燈啟動時的未流過燈電流的期間內將無負載開路電壓施加到燈上而輸出預定的電壓，上述供電控制電路(Fx)反饋生成上述門驅動信號(Sg)。當燈啟動後流過燈電流時，反饋生成上述門驅動信號(Sg)以便輸出目標燈電流。這裡所謂的上述目標燈電流以根據上述放電燈(Ld)的電壓而投入上述放電燈(Ld)中的功率為預定的功率的值為基本。但是，由於在燈剛啟動時上述放電燈(Ld)的電壓低，不能提供額定功率，因此使上述目標燈電流不超過被稱為「初始限制電流」的一定的限制值地進行控制。然後，當隨著溫度上升上述放電燈(Ld)的電壓上升，投入預定的功率所需要電流降低到上述初始限制電流以下時，順利地變成能夠投入上述預定的功率的狀態。
圖10為表示本發明的放電燈點燈裝置能夠使用的倒相器(Ui)的一例的簡化結構的圖。倒相器(Ui)由使用了FET等開關元件(Q1、Q2、Q3、Q4)的全橋電路構成。各開關元件(Q1、Q2、Q3、Q4)分別由各門驅動電路(G1、G2、G3、G4)驅動，上述門驅動電路(G1、G2、G3、G4)通過由倒相控制電路(Uf)生成的倒相控制信號(Sf1、Sf2)這樣進行控制當一個對角要素的上述開關元件(Q1)和上述開關元件(Q3)為處於接通狀態的相位時，另一個對角要素的上述開關元件(Q2)和上述開關元件(Q4)維持在斷開狀態；反之，當另一個對角要素的上述開關元件(Q2)和上述開關元件(Q4)為處於接通狀態的相位時，一個對角要素的上述開關元件(Q1)和上述開關元件(Q3)維持在斷開狀態。當進行上述2個相位的切換時，插入上述開關元件(Q1、Q2、Q3、Q4)全部處於斷開狀態的被稱為「停頓時間」的期間。
另外，雖然在上述開關元件(Q1、Q2、Q3、Q4)為例如MOSFET的情況下元件自身內裝有方向為從源極端子到漏極端子的寄生二極體(圖示省略)；但在上述開關元件為雙極性二極體之類的不存在上述寄生二極體的元件的情況下，由於在上述切換相位時或者停頓時間的期間內流過的由倒相器(Ui)後段存在的電感成分引起的感應電流產生的逆向電壓有可能使元件損壞，因此希望反向並聯連接相當於上述寄生二極體的二極體。
圖11為簡化表示組合了先前根據圖3和圖6、圖8說明過的技術的本發明的放電燈點燈裝置的結構的圖。
周期電壓施加單元(Uj)的共振驅動用電源接受從作為DC電源的上述供電電路(Ux)輸出的供電，通過電流供給二極體(Dm)和濾波電容器(Cm)給由共振變壓器(Th)的初級線圈(Ph)和共振電容器(Ch)構成的並聯共振電路(Nh)施加電壓。使用了MOSFET等的共振驅動開關元件(Kh)受門驅動電路(Gkh)的控制周期性地反覆處於接通和斷開狀態。當上述共振驅動開關元件(Kh)處於接通狀態時，驅動電流通過電流限制再生變壓器(Tz)的初級線圈(Pz)提供給上述並聯共振電路(Nh)。當上述共振驅動開關元件(Kh)處於斷開狀態時，產生從其次級線圈流經再生二極體(Dsz)的電流將積蓄在上述電流限制再生變壓器(Tz)中的磁能再生到上述濾波電容器(Cm)中。
並且，由於上述共振驅動開關元件(Kh)通過振幅限制防止二極體(Dk)給上述並聯共振電路(Nh)施加電壓，因此即使在上述並聯共振電路(Nh)中的共振現象增長產生上述振幅限制防止二極體(Dk)的正極側電位為負的期間，由於上述振幅限制防止二極體(Dk)阻止上述共振驅動開關元件(Kh)的寄生二極體引起的鉗位負電位的現象，因此促進上述並聯共振電路(Nh)中共振現象的增長。並且，上述振幅限制防止二極體(Dk)與上述電流供給二極體(Dm)、上述濾波電容器(Cm)、上述再生二極體(Dsz)的協調動作有效地提升了上述濾波電容器(Cm)的電壓，進一步促進了上述並聯共振電路(Nh)中共振現象的增長。
這樣的上述周期電壓施加單元(Uj)的動作使上述並聯共振電路(Nh)的共振現象增長，上述共振變壓器(Th)的上述初級線圈(Ph)的電壓振幅增大，因此次級線圈(Sh)中產生高的交流電壓。該高電壓出現在倒相器(Ui)的輸出節點(T31、T32)上，與上述供電電路(Ux)輸出的無負載開路電壓相疊加，施加到與節點(T41、T42)相連接的放電燈(Ld)的主放電電極(E1、E2)上。
在外部觸發方式的上述放電燈(Ld)中不與放電空間接觸地設置了主放電的上述電極(E1、E2)以外的輔助電極(Et)。上述輔助電極(Et)上施加有啟動電路(Ut)的啟動變壓器(Tt)的次級線圈(St)產生的高電壓脈衝。上述啟動電路(Ut)接受作為DC電源的上述供電電路(Ux)輸出的無負載開路電壓，通過電阻(Rt)和上述啟動變壓器(Tt)的初級線圈(Pt)比較緩慢地給電容器(Ct)充電。當上述電容器(Ct)的充電電壓達到預定電壓時，由雙向開關元件等電壓感應元件構成的開關元件(Qt)變成接通狀態，上述電容器(Ct)的電壓脈衝地施加到上述初級線圈(Pt)上，使上述啟動變壓器(Tt)的上述次級線圈(St)中產生高電壓的脈衝。另外，上述開關元件(Qt)也可以利用像後面將要敘述的圖12的啟動電路(Ut′)部中表示的SCR等有觸發端子的元件。
如上所述，在上述放電燈(Ld)的主放電的上述電極(E1、E2)上施加了從上述共振變壓器(Th)輸出的高的交流電壓的狀態下，通過像上述那樣給上述放電燈(Ld)的上述輔助電極(Et)上施加從上述啟動變壓器(Tt)輸出的高電壓脈衝，能夠使上述放電燈(Ld)以非常高的可靠性開始主放電。在上述放電燈(Ld)開始主放電後，在不用擔心放電中斷的情況下，也可以使上述共振驅動開關元件(Kh)的周期性的接通或斷開動作停止。
但是，在可能產生放電中斷的條件下或期間，即使在上述放電燈(Ld)開始主放電後，也可以使上述共振驅動開關元件(Kh)的周期性的接通或斷開動作繼續。此時，由於在上述放電燈(Ld)主放電過程中上述電極(E1、E2)之間的阻抗變低，因此上述並聯共振電路(Nh)的Q值下降，上述共振變壓器(Th)不產生高的電壓，但當產生放電中斷時，由於上述並聯共振電路(Nh)的Q值恢復到高的狀態下，因此上述並聯共振電路(Nh)的共振現象立即增長，在上述共振變壓器(Th)中產生高的交流電壓，試著再啟動地進行動作。
或者，由於放電燈的放電狀態可以通過上述燈電壓檢測信號(Sv)識別，因此也可以在放電過程中使上述共振驅動開關元件(Kh)的動作停止，在檢測到中斷時使上述共振驅動開關元件(Kh)再開始動作地進行控制。
在本圖所示的外部觸發方式的燈的情況下，主放電的電路路徑中不包含上述啟動變壓器(Tt)的上述次級線圈(St)。因此，在正常亮燈狀態下，比上述倒相器(Ui)靠後的部分中包含的電感成分只有上述共振變壓器(Th)的上述次級線圈(Sh)，因此採用外部觸發方式非常適合於解決作為上述問題的減小施加給燈的電壓的極性顛倒時光束變動的問題。
另外，在放電開始時上述供電電路(Ux)的輸出電壓必須從無負載開路電壓用的電壓急劇地下降到放電燈(Ld)規定的弧光放電的低的燈電壓，節點(T11)與節點(T21)之間設置的扼流線圈(Ls)為用來降低此時上述濾波電容器(Cx)的積蓄電荷等引起的有可能流入的突入電流的元件。並且，電容器(Cs)和二極體(Ds)、電阻(Rs1、Rs2)是使上述突入電流不增加，進一步降低穩定亮燈時上述共振變壓器(Th)的上述次級線圈(Sh)的電感引起的上述倒相器(Ui)的極性顛倒等時燈電流突然斷開或過照射、振動等而設置的元件，上述電阻(Rs1、Rs2)為降低突入電流和阻尼振動的元件，上述二極體(Ds)為改變上述電容器(Cs)充電和放電時作用的電阻值的元件。
這些常數可以使電路實際動作由試行錯誤決定。雖然在本說明書的其他圖的放電燈點燈裝置中省略表示了上述扼流線圈(Ls)、上述電容器(Cs)和上述電阻(Rs1、Rs2)等，但希望根據必要適當設置。
這裡，給出圖11(和圖9)的放電燈點燈裝置的結構中出現的電路元件的常數的組合的一個例子作為參考。
Lx1.08mHCx470nFLs388μHCs1μFRs122ΩRs233Cm100nFPh8.6μHSh38μHCh33nFPz66μHSz66μH此時上述並聯共振電路(Nh)的共振頻率約為300kHz，上述共振驅動開關元件(Kh)以上述共振頻率為3次共振的頻率動作，當啟動時上述供電電路(Ux)的輸出電壓為200V時，上述放電燈(Ld)上能夠施加峰值為800V以上的電壓。
另外，由於上述啟動變壓器(Tt)的上述次級線圈(St)到上述放電燈(Ld)的上述輔助電極(Et)的路徑為高壓，因此路徑短有利，圖中用連接節點(T41、T4a、T4b、T42)的點劃線將燈一側的部分與放電燈點燈裝置分開，構成一個單元有利。
如上所述，上述並聯共振電路(Nh)的共振頻率由上述共振電容器(Ch)的靜電電容的值與上述初級線圈(Ph)的電感的值的乘積決定，但由於元器件之間存在差異，再加上上述共振變壓器(Th)的次級側的環境——即連接的電纜的長度或電纜與其他的導體之間的接近程度等的影響，因此難以預先準確地設定共振頻率。
因此，實際上在上述周期電壓施加單元(Uj)開始動作後掃描上述周期電壓施加單元(Uj)的動作頻率進行反饋控制以增強共振現象的自動調諧的方法是實用的。此時可以這樣進行控制估計偏差量將確實比共振頻率高的頻率作為頻率初始值，向降低的方向掃描頻率，或者反之將確實比共振頻率低的頻率作為頻率初始值，向升高的方向掃描頻率。
為了進行自動調諧，有必要具備檢測上述周期電壓施加單元(Uj)的動作頻率與共振頻率的吻合程度——即檢測調諧度生成調諧度信號的調諧度檢測單元，調諧度可以通過檢測例如上述並聯共振電路(Nh)的電壓的振幅檢測。此時振幅的測定可以用保持上述並聯共振電路(Nh)的電壓的最大值或最小值的電路來實現。或者上述調諧度檢測單元也可以使用根據上述周期電壓施加單元(Uj)的動作與上述並聯共振電路(Nh)的動作的相位來進行檢測的單元。
用於進行上述自動調諧的至少掃描上述周期電壓施加單元(Uj)的動作頻率的功能可以用下述結構實現。
即，上述周期電壓施加單元(Uj)的結構除了具有共振驅動振蕩器，能夠通過設定與其振蕩頻率即動作頻率相對應的動作頻率數據發現外，還具有在放電燈點燈裝置的啟動過程的開始階段根據上述頻率的初始值將上述動作頻率數據初始化，在放電開始前等燈中不產生放電的期間內隨著時間的推移增加或減少(或者既不減少也不增加而是保持)上述動作頻率數據，在最初產生放電時或者中斷後再啟動產生放電時的燈中產生放電的期間內保持上述動作頻率數據的結構。
通過採用這樣的結構，由於能夠在放電燈開始放電時保持動作頻率的記憶，在如果產生放電中斷的情況下，能夠根據保持的動作頻率的記憶立即再現放電燈開始放電前的調諧狀態，因此能夠節約從初始狀態到再次試行為預測調諧狀態而進行的掃描頻率的動作的時間，所以能夠提高中斷後再啟動的成功率。
為了實現這樣的放電燈點燈裝置，只要上述共振驅動振蕩器為一個極性(例如高電位)的期間為大致一定、另一個極性(例如低電位)的時間為可變VCO(能夠用電壓信號等頻率控制信號控制振蕩頻率的振蕩器)的結構；生成作為上述動作頻率數據的頻率控制信號的動作頻率數據保持增減單元由在燈的放電期間保持輸出、在燈的非放電期間根據上述調諧度信號的極性(例如高電位和低電位的差別)增減輸出的積分電路構成就可以。另外，上述一個極性的時間設定在先前在圖3中表示的上述並聯共振電路(Nh)的共振的半周期以下的適當時間就可以。
或者，上述動作頻率數據保持增減單元也可以使用這樣的結構使用輸入適當的時鐘信號的增減計數器，在燈的放電期間內使上述時鐘信號無效保持原值，在燈的非放電期間內使上述時鐘信號有效，根據調諧度信號的極性進行增序計數或降值計數的結構，將上述增減計數器的計數數據進行DA變換，作為上述頻率控制信號提供給上述VCO。
而且，也可以用執行上述增減計數器的上述動作的程序化了的微處理器構成。並且，也可以用利用微處理器的時間計數功能執行上述增減計數器和上述VCO的上述動作的程序化了的微處理器構成。
圖12為簡化表示將先前根據圖4說明過的技術與上述變壓器驅動開關元件兼作倒相器的開關元件的技術組合起來的本發明的放電燈點燈裝置的結構的圖。
本圖的放電燈點燈裝置為在放電燈(Ld)啟動時使倒相器(Ui)的動作頻率為並聯共振電路(Nh)的基本波或激勵起高次共振的頻率進行動作的裝置。由於例如開關元件(Q3)和開關元件(Q4)反覆地交錯處於接通狀態和斷開狀態，因此通過防止勵磁偏移用電容器(Cd)驅動共振驅動變壓器(Td)的初級線圈(Pd)。(也可以利用開關元件(Q1、Q2))此時，有必要將上述開關元件(Q3)和開關元件(Q4)的接通時間的佔空比設定為適合上述並聯共振電路(Nh)的想要激勵起的次數。但是，要控制門驅動電路(Gkc)將用於開閉控制上述共振驅動變壓器(Td)和倒相器(Ui)的結合的開關元件(Kc)維持在接通狀態。
由於上述共振驅動變壓器(Td)的次級線圈(Sd)中產生實施了必要的電壓變換的周期性電壓，因此能夠通過作為共振驅動電流限制單元的電阻(Rzh)將電壓施加到由共振變壓器(Th)的初級線圈(Ph)和共振電容器(Ch)構成的並聯共振電路(Nh)上，能夠在上述共振變壓器(Th)的次級線圈(Sh)中產生高的交流電壓。
本圖表示的是搭載了串聯觸發方式的啟動電路(Ut′)和燈的放電燈點燈裝置。上述啟動電路(Ut′)接受作為DC電源的上述供電電路(Ux)輸出的無負載開路電壓，通過電阻(Rt′)和啟動變壓器(Tt′)的初級線圈(Pt′)比較緩慢地給電容器(Ct′)充電。在上述電容器(Ct′)的充電電壓達到預定的電壓以後，由SCR等構成的開關元件(Qt′)受門驅動電路(Gt′)的控制變成接通狀態，上述電容器(Ct′)的電壓脈衝地施加到上述初級線圈(Pt′)上，使上述啟動變壓器(Tt′)的上述次級線圈(St′)中產生高的電壓脈衝。
在施加了從與放電燈(Ld)串聯連接的上述共振變壓器(Th)的次級線圈(Sh)輸出的高的脈衝電壓的狀態下，高的電壓脈衝疊加到同樣與放電燈(Ld)串聯連接的上述啟動變壓器(Tt′)的上述次級線圈(St′)上，通過這樣可以使上述放電燈(Ld)以非常高的可靠性開始主放電。在上述放電燈(Ld)開始主放電，不用擔心放電中斷的階段，控制門驅動電路(Gkc)使開關元件(Kc)處於斷開狀態，並且在必要的時刻將倒相器(Ui)的動作頻率變換到適合於穩定亮燈的狀態的頻率。
另外，雖然這裡敘述的是設置了用於開閉控制上述共振驅動變壓器(Td)和上述倒相器(Ui)的結合的上述開關元件(Kc)的實施例，但在穩定亮燈狀態下上述倒相器(Ui)的動作頻率為低頻，即使與上述電容器(Cd)的大小相關聯在保持上述共振驅動變壓器(Td)與上述倒相器(Ui)結合的狀態下穩定亮燈狀態的動作也沒有故障的情況下，也可以省略上述開關元件(Kc)。
並且，在本圖這樣的使用串聯觸發方式的情況下，由於與上述外部觸發方式不同，即使在穩定亮燈時上述啟動電路(Ut′)的上述次級線圈(St′)中也流有電流，因此儘可能小地設定該電感有利。另外，與上述倒相器(Ui)的輸出節點(T31、T32)相連的電容器(Cpt)為防止上述共振變壓器(Th)或上述啟動電路(Ut′)動作時，浪湧電壓等高的電壓施加到上述倒相器(Ui)的開關元件(Q1、Q2、Q3、Q4)上損壞開關元件的元件。
圖13為簡化表示組合了先前根據圖3和圖5說明過的技術的本發明的放電燈點燈裝置的結構的圖。
本圖的放電燈點燈裝置採用利用上述供電電路(Ux)作為共振驅動用電源，通過作為共振驅動電流限制單元的線圈(Lz)將電壓施加到並聯共振電路(Nh)上的結構。當上述共振驅動開關元件(Kh)處於斷開狀態時，產生流經再生二極體(Dz)的電流將在共振驅動開關元件(Kh)處於接通狀態下積蓄到上述線圈(Lz)中的磁能再生到位於上述供電電路(Ux)的輸入側的上述DC電源(Mx)的輸出節點(T01)上。
本說明書中敘述的電路結構為為了說明本發明的放電燈點燈裝置的動作或功能、作用所需要的最少限度的元件。
因此在實際的裝置設計時要以進行已經說明過的電路結構或動作的詳細事項——例如信號的極性、具體的電路元件的選擇或追加、省略、或者根據元件獲得的方便性或經濟性等原因進行變更等的創意設計為前提。
尤其是要以根據必要在實施例中敘述的電路結構的各部分中追加保護FET等開關元件等電路元件不受過電壓、過電流或過熱等損壞元件的主要因素影響的機構，或者追加降低伴隨供電裝置的電路元件的動作產生的放射幹擾或傳導幹擾的產生或使產生的幹擾不洩露到外部的機構，例如緩衝電路或電阻器、鉗位二極體、(包括逐個脈衝方式的)電流限制電路、公共模式或標準模式的幹擾過濾扼流線圈、幹擾過濾電容器等為前提。本發明的放電燈點燈裝置的結構並不局限於本說明書中敘述的電路方式。
權利要求
1.一种放電燈點燈裝置，用於點亮相對配置有一對用於主放電的電極(E1、E2)的放電燈(Ld)，其特徵在於，包括對上述放電燈(Ld)供電的供電電路(Ux)；設置在上述供電電路(Ux)的後級、使施加給上述放電燈(Ld)的電壓極性顛倒的倒相器(Ui)；具有初級線圈(Ph)和次級線圈(Sh)的共振變壓器(Th)；共振電容器(Ch)；以及周期電壓施加單元(Uj)，上述共振變壓器(Th)的上述次級線圈(Sh)插入連接上述倒相器(Ui)的輸出和上述放電燈(Ld)的用於主放電的上述電極的路徑中間，上述共振電容器(Ch)與上述共振變壓器(Th)的上述初級線圈(Ph)並聯連接構成並聯共振電路(Nh)，上述周期電壓施加單元(Uj)連接在上述並聯共振電路(Nh)上，上述周期電壓施加單元(Uj)在上述放電燈(Ld)啟動期間以使上述並聯共振電路(Nh)中產生共振現象的頻率動作。
2.如權利要求1所述的放電燈點燈裝置，其特徵在於，上述周期電壓施加單元(Uj)通過串聯連接共振驅動用電源(Mh)、共振驅動電流限制單元(Zh)、和共振驅動開關元件(Kh)構成，當上述共振驅動開關元件(Kh)處於接通狀態時將電壓施加到上述並聯共振電路(Nh)上。
3.如權利要求1所述的放電燈點燈裝置，其特徵在於，上述周期電壓施加單元(Uj)具有共振驅動用電源(Mh)；共振驅動電流限制單元(Zh)；具有初級線圈(Pd)和次級線圈(Sd)的共振驅動變壓器(Td)；以及變壓器驅動開關元件(Kd)，上述共振驅動用電源(Mh)、上述初級線圈(Pd)、和上述變壓器驅動開關元件(Kd)被連接，由上述變壓器驅動開關元件(Kd)的周期性動作通過上述次級線圈(Sd)將電壓施加給上述並聯共振電路(Nh)。
4.如權利要求2或3所述的放電燈點燈裝置，其特徵在於，上述共振驅動電流限制單元(Zh)包含電感元件，在上述共振驅動電流限制單元(Zh)不對上述並聯共振電路(Nh)提供電流的期間，將再生二極體(Dz)與上述共振驅動電流限制單元(Zh)相連接，所述再生二極體(Dz)的方向為將與上述電感元件中流過的電流相對應的磁能再生到上述共振驅動用電源(Mh)中。
5.如權利要求2或3所述的放電燈點燈裝置，其特徵在於，上述共振驅動電流限制單元(Zh)為具有初級線圈(Pz)和次級線圈(Sz)的電流限制再生變壓器(Tz)的上述初級線圈(Pz)，而且，在上述初級線圈(Pz)不給上述並聯共振電路(Nh)提供電流的期間，將再生二極體(Dsz)與上述次級線圈(Sz)串聯連接，所述再生二極體(Dsz)的方向為將與上述初級線圈(Pz)中流過的電流相對應的磁能再生到上述共振驅動用電源(Mh)中。
6.如權利要求1所述的放電燈點燈裝置，其特徵在於，上述周期電壓施加單元(Uj)具有共振驅動用電源(Mh)；具有初級線圈(Py)和次級線圈(Sy)的共振驅動能量供給變壓器(Ty)；變壓器驅動開關元件(Ky)和再生二極體(Dsy)，上述共振驅動用電源(Mh)、上述初級線圈(Py)、和上述變壓器驅動開關元件(Ky)被串聯連接，上述共振驅動用電源(Mh)、上述並聯共振電路(Nh)、上述次級線圈(Sy)、和上述再生二極體(Dsy)被串聯連接，通過採用這樣的結構，當上述變壓器驅動開關元件(Ky)處於接通狀態時，將磁能積蓄到上述共振驅動能量供給變壓器(Ty)中，當上述變壓器驅動開關元件(Ky)處於斷開狀態時，通過上述再生二極體(Dsy)將積蓄到上述共振驅動能量供給變壓器(Ty)中的磁能再生到共振驅動用電源(Mh)中，並且將電壓施加給上述並聯共振電路(Nh)。
7.如權利要求4所述的放電燈點燈裝置，其特徵在於，上述共振驅動用電源(Mh)具有與DC電源(Mv)相連接從而接受電流供給的電流供給二極體(Dm)和濾波電容器(Cm)，通過從上述周期電壓施加單元(Uj)再生的能量使上述濾波電容器(Cm)的充電電位提高。
8.如權利要求1所述的放電燈點燈裝置，其特徵在於，僅在上述並聯共振電路(Nh)的電壓波形中的、沒有超過上述周期電壓施加單元(Uj)的電壓施加能力的期間，連接電流在上述周期電壓施加單元(Uj)與上述並聯共振電路(Nh)之間流動的方向的振幅限制防止二極體(Dk)。
9.如權利要求3所述的放電燈點燈裝置，其特徵在於，上述倒相器(Ui)包括開關元件，該開關元件兼作上述變壓器驅動開關元件。
10.如權利要求1所述的放電燈點燈裝置，其特徵在於，相對於上述周期電壓施加單元(Uj)的動作頻率，上述並聯共振電路(Nh)的共振頻率為2次以上的高次共振。
11.如權利要求1所述的放電燈點燈裝置，其特徵在於，使比上述倒相器(Ui)靠後級的、沿上述放電燈(Ld)的主放電電流的路徑的電感成分合計在170μH以下。
12.如權利要求1所述的放電燈點燈裝置，其特徵在於，上述放電燈(Ld)為不與上述放電空間接觸地設置有用於主放電的上述電極(E1、E2)以外的輔助電極(Et)的放電燈，放電燈點燈裝置還具有用於向上述輔助電極(Et)施加高電壓的啟動電路(Ut)，在上述電極(E1、E2)中流過的主放電電流實際上不流過上述啟動電路(Ut)。
13.如權利要求1所述的放電燈點燈裝置，其特徵在於，放電燈點燈裝置還具有調諧度檢測單元，檢測上述並聯共振電路(Nh)的動作狀態，生成與上述周期電壓施加單元(Uj)的動作頻率和上述並聯共振電路(Nh)的共振頻率之間的差異相對應的調諧度信號；以及動作頻率數據保持增減單元，能夠將規定上述周期電壓施加單元(Uj)的動作頻率的動作頻率數據初始化或保持，能夠根據上述調諧度信號增加或者減少上述動作頻率數據，上述動作頻率數據保持增減單元在放電燈點燈裝置的啟動過程的開始階段將上述動作頻率數據初始化，在上述放電燈(Ld)不放電期間增加或減少上述動作頻率數據，在上述放電燈(Ld)放電期間保持上述動作頻率數據。
14.如權利要求1所述的放電燈點燈裝置，其特徵在於，上述調諧度檢測單元根據與上述並聯共振電路(Nh)的電壓的振幅相對應的量生成上述調諧度信號。
全文摘要
本發明提供一種點亮放電燈——尤其是高壓水銀燈、滷化金屬燈、氙氣燈等高亮度放電燈的放電燈點燈裝置，其中，在交流點亮放電燈時，減小施加給燈的電壓的極性顛倒時光束的變動，同時確保啟動時放電燈被確實地點亮。在使施加給放電燈(Ld)的電壓極性顛倒的倒相器(Ui)的後級設置有共振變壓器(Th)，由其初級線圈(Ph)和共振電容器(Ch)構成並聯共振電路(Nh)，將周期電壓施加單元(Uj)連接在其上，並以使並聯共振電路(Nh)中產生共振現象的頻率動作，通過這樣能夠在放電燈(Ld)啟動期間將高的交流電壓施加到放電燈(Ld)上。
文檔編號H05B41/282GK1949945SQ20061013734
公開日2007年4月18日 申請日期2006年10月13日 優先權日2005年10月13日
發明者岡本昌士, 高谷泉, 橋本拓巳 申請人:優志旺電機株式會社