放電燈點亮裝置、照明裝置、投影儀的製作方法
2023-05-09 15:40:26
專利名稱：放電燈點亮裝置、照明裝置、投影儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種讓在液晶投影儀等光源中採用的高壓放電燈點亮的放電燈點亮裝置、照明裝置、投影儀。
背景技術：
近來，一種採用作為液晶投影儀或汽車的前照燈等的光源的高壓放電燈的方案被提出來了。這種使高壓放電燈點亮的放電燈點亮裝置，如圖21所示，一般其結構為，通過降壓型斬波器電路1使直流電源(含有將商用電源進行全波整流後的脈動電流電源)E降壓，同時通過平滑電容器C1使斬波器電路1的輸出電壓得到平滑，進而將作為平滑電容器C1的兩端電壓的直流電壓通過由全橋電路組成的極性反相電路2轉換成極性交變的交變電壓，並將從極性反相電路2輸出的交變電壓施加給含有高壓放電燈La的負載電路。負載電路，含有由電容器C2和電感器L2的串聯電路組成的濾波電路，具有使高壓放電燈La與電容器C2並聯連接的結構。即，將通過濾波電路除去高頻成分後的矩形波電壓施加給高壓放電燈La。
斬波器電路1，具有由在直流電源E和平滑電容器C1之間插入的MOSFET組成的開關元件Q1和電感器L1的串聯電路，電感器L1和平滑電容器C1的串聯電路中，並聯連接有二極體D1。二極體D1，按照將在開關元件Q1為導通時蓄積在電感器L1中的能量，在開關元件Q1為截止時通過平滑電容器C1作為再生電流而釋放這樣來設定極性。並且，圖示例中直流電源E的負極和二極體D1的陽極之間插入電流檢測用電阻R1。平滑電容器C1的端子電壓根據由2個電阻R2、R3的串聯電路組成的電壓檢測電路3而分壓，電阻R3的兩端電壓作為與平滑電容器C1的端子電壓成比例的電壓從電壓檢測電路3輸出。
極性反相電路2，是一種將分別由MOSFET組成的4個開關元件Q2～Q5進行橋式連接的電路，開關元件Q2、Q3的串聯電路和開關元件Q4、Q5的串聯電路分別作為橋接電路的各支臂連接在平滑電容器C1的兩端之間。開關元件Q2、Q3的連接點和開關元件Q4、Q5的連接點之間連接有負載電路。即，通過進行控制使開關元件Q2以及開關元件Q5為導通且開關元件Q3、Q4為截止狀態和開關元件Q2以及開關元件Q5為截止且開關元件Q3、Q4為導通的狀態交替重複，向負載電路施加交變電壓。負載電路中含有電容器C2和電感器L2的串聯電路，由於將電容器C2的兩端電壓施加給高壓放電燈La，通過改變開關元件Q2～Q5的導通截止頻率(以下稱「反相頻率」)，就可能改變高壓放電燈La的燈電流。
斬波器電路1以及極性反相電路2中含有的開關元件Q1～Q5的導通截止狀態由控制電路4進行控制。控制電路4，一旦有從外部輸入的點亮信號S1則開始對斬波器電路1以及極性反相電路2的開關元件Q1～Q5進行控制，且若從外部輸入功率切換信號S2則改變斬波器電路1的輸出功率。還有，控制電路4，根據電阻R1的兩端電壓，對相當於高壓放電燈La的燈電流的電流進行監視，同時對電壓檢測電路3的輸出電壓進行監視，按照確保由功率切換信號S2指示的功率，對斬波器電路1的開關元件Q1進行PWM控制。還有，控制電路4，輸出用於使開關元件Q2～Q5導通截止的控制信號，控制信號通過驅動器2a、2b提供給開關元件Q2～Q5。這裡，按照使高壓放電燈La中設置的2個電極均等地消耗，而設定開關元件Q2～Q5的導通截止佔空比為50％。
然而，液晶投影儀或汽車的前照燈中採用的高壓放電燈La可採用作為使電極間的距離變短的點光源，這種高壓放電燈La中，可知會產生電極中的亮點，即電極為陰極側時電子電流的發射點沒有固定在一定位置而是無秩序地移動的現象。該現象叫做電弧跳動(arc jump)，若液晶投影儀用的光源中產生電弧跳動，則因相對與光源一起採用的光學系統會產生亮點的位置偏離，因此銀光屏上會產生光量變動的問題。即，假如對高壓放電燈La的點亮中投入的功率進行變更的話，則電極的溫度或距離會變化，或者將比如液晶投影儀之類容納在內置風冷用風扇的筐體中的情況下，假如風冷條件變化則電極的溫度或距離也會變化。這樣假如電極的狀態變化則電極間的電壓變化，結果就會產生電弧跳動。尤其，若高壓放電燈La的點亮期間變長則電極間的電壓上升，並且即使在給高壓放電燈La提供的供給功率向低功率方向變換的情況下，也能夠減少燈電流，因燈電流的減少使電極溫度降低因此容易產生電弧跳動。
在高壓放電燈La處於穩定點亮的狀態下，通過對斬波器電路1的開關元件Q1進行PWM控制，若平滑電容器C1的兩端電壓變化則燈電流會產生變化。即，斬波器電路1的開關元件Q1的導通截止的佔空比，和極性反相電路2的開關元件Q2～Q5的反相頻率中任何一個變化了，燈電流就會產生變化。但是，平均電容器C1的兩端電壓(如後述，相當於燈電壓)和施加給高壓放電燈La的交變電壓的頻率中，可知存在使高壓放電燈La的電極狀態穩定的關係。換言之，可知作為使電極溫度或距離的變化變少後使電極的狀態保持穩定的條件，存在對極性反相電路2的與燈電壓(平滑電容器C1的兩端電壓)對應的反相頻率的最佳值。因此，假如極性反相電路2的燈電壓和反相頻率的組合為最佳值，則能夠抑制電弧跳動的發生，還能降低電極的損耗使高壓放電燈La的壽命變長。
以下，關於極性反相電路1中的燈電壓和反相頻率的關係進行說明。首先，考慮關於不論燈電壓如何都能夠控制反相頻率使其保持一定的情況。這裡，當燈電壓在V1～V2的範圍時，令反相頻率的最佳值為f1。如圖22A所示，若不論燈電壓如何都控制反相頻率使其保持在f1，則燈電壓在V1～V2的範圍內如B1所示的反相頻率f1成為最佳值，燈電壓在比V1小的範圍內則如B2所示的反相頻率的最佳值為f2，若燈電壓在比V2高的範圍內則如圖B3所示的反相頻率的最佳值為f3，在任何一個電壓範圍內反相頻率都達不到該電壓範圍內的最佳值。即，若反相頻率固定，則能夠使燈電壓在V1～V2的電壓範圍內高壓放電燈La的電極狀態穩定且抑制電弧跳動的發生，然而當燈電壓比V1還低，或者比V2高時，則脫離反相頻率的最佳值，高壓放電燈La的電極狀態變得不穩定導致產生電弧跳動。
接著，考慮在通過功率切換信號S2指示進行功率變換的情況下，不論所指示的功率如何都能夠控制極性反相電路2的反相頻率保持一定的情況。這裡。如圖23A所示，功率為P1燈電壓在V1～V2的範圍內時，令反相頻率的最佳值為f1。若將功率由P1變換至P2，則因極性反相電路2的燈電壓變化且高壓放電燈La的燈電流發生變化，所以高壓放電燈La的電極狀態脫離穩定狀態，反相頻率的最佳值如圖23的B所示向頻率f2轉移。因此，這裡由於不論功率如何都能夠控制反相頻率使其保持一定值，其結果電極狀態變得不穩定導致產生電弧跳動。
作為其它的控制例，如圖24所示，還可以考慮極性反相電路2的反相頻率依據燈電壓相應地連續變化。圖示例中當燈電壓為V1時反相頻率為f1，當燈電壓為V2時反相頻率為f2。即，燈電壓在V1～V2的範圍內反相頻率在f1～f2之間通常保持最佳值，因此通常可認為電極的狀態為穩定。然而，由於即使燈電壓僅僅稍稍變化了一點點反相頻率也會隨著變化，因此由圖25(a)可知，產生的問題在於，燈電流的電流波形中佔空比不是50％，而是電極不均等損耗，使高壓放電燈La的壽命變短。
為解決這種問題，提出了如下構成，即根據燈電壓對電極間的距離對應的信息進行監視，可使反相頻率在2個等級中變換，同時對燈電壓的初始值對應的增減蝠度進行檢測，當增減為減少方向時若增減幅度比規定的閾值還要大則提高反相頻率，假如沒有增減則控制反相頻率使其降低(例如參照專利文獻1)。
在專利文獻1中的技術中，為獲得相當於電極間的距離的信息而對燈電壓進行監視，通過按照確保電極間的距離幾乎一定而對反相頻率進行控制，從而抑制電弧跳動。但是，專利文獻1中記載的技術中，難以確切地根據電極的溫度或風冷的條件變化而對電極的狀態變化進行檢測，因此產生的問題在於難以抑制電弧跳動的發生。
專利文獻1特許第3327895號公報(第10-11頁、圖7)發明內容本發明正是鑑於上述原因，其目的在於提供一种放電燈點亮裝置，其通過在每個燈電壓的範圍內都設定與向高壓放電燈投入的功率對應的反相頻率，因此能夠抑制由於電極的溫度或風冷的條件變化而導致電弧跳動的產生，進而還提供照明裝置、投影儀。
本發明之一，提供一种放電燈點亮裝置，其特徵在於，包含直流電源；斬波器電路，其以直流電源作為電源，進行DC-DC轉換，輸出功率可控；平滑電容器，其連接在斬波器電路的輸出端子之間；極性反相電路，其以平滑電容器的兩端電壓作為電源，進行DC-AC轉換；高壓放電燈，其由極性反相電路施加交變電壓；控制電路，其對斬波器電路的輸出功率進行控制，同時對極性反相電路的輸出進行控制；電壓檢測電路，其檢測相當於高壓放電燈的燈電壓的電壓。在控制電路中設定有對電壓檢測電路所檢測的電壓的電壓範圍進行規定的切換電壓，控制電路具有依據所檢測的電壓和切換電壓的大小關係、按照使高壓放電燈的燈電流的極性反相的反相頻率在多個等級變化的方式而對極性反相電路進行控制的功能。
本發明之二，在本發明之一中，其特徵在於，所述控制電路具有如下功能可從多個等級中選擇所述斬波器電路的輸出，並與可選擇的功率對應，對所述反相頻率進行變更。
本發明之三，在本發明之二中，其特徵在於，所述切換電壓與可選擇的功率無關，設定為固定。
本發明之四，在本發明之二中，其特徵在於，所述切換電壓的至少一個對於不同的功率設定為不同值。
本發明之五，在本發明之二～之四中，其特徵在於，在所述高壓放電燈剛剛點亮之後，在由所述電壓檢測電路檢測的電壓到達規定的電壓之前，與可選擇的功率無關，適用相同的反相頻率。
本發明之六，在本發明之二～之四中，其特徵在於，在所述高壓放電燈剛剛點亮之後，在到達規定的切換時間之前，與可選擇的功率無關，都適用相同的反相頻率。
本發明之七，在本發明之一～之四中，其特徵在於，對所述切換電壓賦予遲滯特性。
本發明之八，在本發明之一～之四中，其特徵在於，所述控制電路在所述高壓放電燈的燈電流的極性反相的每隔規定次數，對所述反相頻率有無變更進行判定。
本發明之九，在本發明之一～之四中，其特徵在於，所述控制電路在每次經過至少所規定的一定時間後，對所述反相頻率有無變更進行判定。
本發明之十，在本發明之一～之四中，其特徵在於，所述控制電路，在每隔一定時間對由所述電壓檢測電路檢測的電壓和所述切換電壓的大小關係進行判定，在每隔規定的判定次數依據滿足規定的大小關係的次數是在規定的次數以上還是不足規定的次數，判定反相頻率有無變更。
本發明之十一，在本發明之一～之四中，其特徵在於，所述控制電路在每當所述高壓放電燈的燈電流的極性反相時，取入由所述電壓檢測電路檢測的電壓。
本發明之十二，在本發明之十一中，其特徵在於，所述控制電路從所述高壓放電燈的燈電流的極性反相開始到經過給定時間後，取入由所述電壓檢測電路檢測的電壓。
本發明之十三，在本發明之一中，其特徵在於，所述控制電路，在所述高壓放電燈的燈電流產生偶數次的極性反相的時刻，對所述反相頻率進行變更。
本發明之十四，提供一種照明裝置，其特徵在於，具有本發明之一所述的放電燈點亮裝置。
本發明之十五，提供一種投影儀，其特徵在於，具有本發明之一所述的放電燈點亮裝置。
本發明之十六，提供一種投影儀，其特徵在於，包含放電燈點亮裝置；風扇，其對高壓放電燈風冷；和投影儀控制裝置，其接收由放電燈點亮裝置檢測的燈電壓，同時對放電燈點亮裝置指示讓高壓放電燈的燈電流的極性反相的反相頻率。投影儀控制裝置依據從高壓放電燈接收的燈電壓，設定由風扇風冷的控制條件，並向放電燈點亮裝置指示與該控制條件對應的反相頻率。
本發明之十七，在本發明之一中，其特徵在於，具有電弧跳動檢測機構，其檢測在所述高壓放電燈中產生的電弧跳動，所述控制電路一旦由電弧跳動檢測機構檢測到電弧跳動後，則將所述高壓放電燈的燈電流波形的佔空比設定為與50％不同的值。
本發明之十八，在本發明之十七中，其特徵在於，在設定所述燈電流波形的佔空比為與50％不同值的期間，燈電流的極性反相由消除電弧跳動的程度的次數而規定。
本發明之十九，在本發明之十七中，其特徵在於，在設定所述燈電流波形的佔空比為與50％不同的值的期間，規定為由所述電弧跳動檢測機構的檢測值在檢測到電弧跳動時的檢測值的變化量返回原值的期間。
本發明之二十，在本發明之十八或之十九中，其特徵在於，在設定所述燈電流波形的佔空比為與50％不同的值的期間，隨著時間經過而同時改變佔空比。
圖1表示本發明的實施方式的電路圖。
圖2(a)、(b)、(c)、(d)表示本發明的第1實施方式的動作說明圖。
圖3(a)、(b)表示本發明的第2實施方式的動作說明圖。
圖4(a)、(b)表示本發明的第3實施方式的動作說明圖。
圖5(a)、(b)表示本發明的第4實施方式的動作說明圖。
圖6(a)、(b)表示同上的動作說明圖。
圖7(a)、(b)表示同上的動作說明圖。
圖8(a)、(b)表示本發明的第5實施方式的動作說明圖。
圖9(a)、(b)表示本發明的第6實施方式的動作說明圖。
圖10(a)、(b)表示本發明的第7實施方式的動作說明圖。
圖11(a)、(b)表示本發明的第8實施方式的動作說明圖。
圖12(a)、(b)表示本發明的第9實施方式的動作說明圖。
圖13(a)、(b)表示本發明的第10實施方式的動作說明圖。
圖14(a)、(b)表示本發明的第7～10實施方式另一例的動作說明圖。
圖15(a)、(b)表示同上的動作說明圖。
圖16表示本發明的第11實施方式的概略構成圖。
圖17(a)、(b)表示本發明的第12實施方式的動作說明圖。
圖18(a)、(b)表示同上的動作說明圖。
圖19(a)、(b)表示本發明的第13實施方式的動作說明圖。
圖20表示本發明的第12、13實施方式另一例的動作說明圖。
圖21表示以往例的電路圖。
圖22表示同上的動作說明圖。
圖23表示同上的動作說明圖。
圖24表示同上的動作說明圖。
圖25(a)、(b)表示同上的動作說明圖。
具體實施例方式
第1實施方式以下實施方式中說明的放電燈點亮裝置，基本上為具有圖1所示的結構，關於斬波器電路1、極性反相電路2和電壓檢測電路3採用與圖21所示的以往相同的結構。控制電路4，採用微計算機(以下簡稱微機)10而構成，通過將來自微機10的功率指令值S5提供給PWM控制電路11，PWM控制電路11就能夠以功率指令值S5相應的佔空比使斬波器電路1的開關元件Q1為導通截止。PWM控制電路11中，對電流檢測用電阻R1的兩端電壓進行監視，按照使作為電阻R1的兩端電壓檢測的電流值和作為功率指令值S5指定的目標值一致而增減開關元件Q1的導通截止的佔空比。並且，微機10向全橋接控制電路12輸出決定作為開關元件Q2～Q5的導通截止頻率的反相頻率的控制信號，並在全橋接控制電路12中生成決定在極性反相電路2的各支臂中設置的開關元件Q2～Q5的導通截止時刻的控制信號。從全橋接控制電路12輸出的控制信號通過驅動器2a、2b提供給開關元件Q2～Q5。
關於微機10，能夠採用例如三菱電機公司製造的M37540；關於驅動器2a、2b可採用例如IR公司製造的IR2111。微機10，具有根據由外部提供的點亮信號S1使PWM控制電路11以及全橋接控制電路12動作和停止的功能，並且內置A/D轉換電路，其將由電壓檢測電路4檢測的電壓(與平滑電容器C1的端子電壓成比例的電壓)轉換成數字值。還有，微機10，一旦接受功率切換信號S2則給高壓放電燈La提供的功率可在2個等級以上切換，根據由功率切換信號S2選擇的功率和由電壓檢測電路3獲得的電壓求出功率指令值S5。即，預先在微機10中存儲可選擇的功率，並在每次輸入功率切換信號S2時擇一選擇各功率。並且，微機10中還設置有將所選擇的功率除以所檢測的電壓求出電流值，並將該電流值作為功率指令值S5提供給PWM控制電路11的功能。由該動作表明，微機10中，若選擇給高壓放電燈La提供功率，則對平滑電容器C1的端子電壓和由電阻R1檢測的電流的關係進行控制以變成被選擇的功率，因此平滑電容器C1的端子電壓相當於燈電壓，由電阻R1檢測的電流相當於燈電流。
另一方面，給全橋接控制電路12提供的控制信號的反相頻率，在本實施方式中，規定由電壓檢測電路3檢測的電壓範圍作為參數。即，採用內置於微機10的ROM(EEPROM)，將燈電壓(即由電壓檢測電路3檢測的電壓)劃分為多個範圍，在每個劃分的電壓範圍內設定與反相頻率對應的V/F轉換表，並通過將由電壓檢測電路3檢測的電壓與V/F轉換表對比，以決定反相頻率。至少設置1個切換反相頻率的切換電壓，因此反相頻率可在2個等級以上切換。V/F轉換表中，例如，圖2(a)所示，當切換電壓為1個V1時，在比切換電壓V1低的電壓範圍內設定反相頻率為f1，在切換電壓V1以上的電壓範圍內設定反相頻率為f2(＞f1)。並且，當切換電壓為V1、V2(V1＜V2)兩個的情況下，例如圖2(b)所示在比切換電壓V1低的範圍內設定反相頻率為f1；在切換電壓V1以上且比切換電壓V2低的電壓範圍內設定反相頻率為f2(＞f1)；還有在切換電壓V2以上的電壓範圍內設定反相頻率為f3(＞f2)。另，由電壓檢測電路3檢測的電壓下限為0V，上限為將直流電源E的電壓進行由電阻R2、R3決定的分壓比倍後的電壓。
另，極性反相的頻率的關係不僅如圖2(b)的例子，也可以使如圖2(c)所示的f3＞f1＞f2，還可以是如圖2(d)所示的f1＞f2＞f3。並且，燈電源範圍不僅只有3個，還可以在其以上。即，在其燈電壓範圍內設定最佳極性反相頻率。
微機10，還可以輸入用於決定極性反相電路2的開關元件Q2～Q5的導通截止的外部控制信號S3，當輸入外部控制信號S3時，不論由V/F轉換表所決定的反相頻率如何，都可將作為外部控制信號S3輸入的矩形波信號提供給全橋接控制電路12。即，當輸入外部控制信號S3時，極性反相電路2的開關元件Q2～Q5的導通截止(頻率以及佔空比)，由外部控制信號S3決定。
還有，在接受點亮信號S1後微機10開始工作而高壓放電燈La點亮的期間，從微機10，將決定與平滑電容器C1的端子電壓(相當於燈電壓)相應的佔空比的矩形波信號作為電壓信息信號S4輸出。假如例如平滑電容器C1的端子電壓在0～255V內變化，則電壓信息信號S4為使0～255V與0～100％的佔空比對應的矩形波信號。
但是，作為平滑電容器C1的端子電壓檢測的燈電壓在比V1低的範圍內則反相頻率為作為比較低的頻率的f1，如以往的結構那樣，使反相頻率仍然固定為f1，若燈電壓比V1還高則減少燈電流，與燈電壓比V1低的情況相比較，由於高壓放電燈La的電極的溫度降低了，因此容易產生電弧跳動。對此，本實施方式的構成中，若燈電壓比V1高則通過使反相頻率變更為比f1高的f2，因為能夠抑制高壓放電燈La的電極溫度降低，因此可防止產生電弧跳動。並且，與設定1個切換電壓的情況相比，設定2個切換電壓的情況的一方，能夠進一步確切地抑制電弧跳動的發生。
第2實施方式第1實施方式，為只是將燈電壓作為參數決定反相頻率的結構，本實施方式中，也將由功率切換信號S2選擇的功率作為用於決定反相頻率的參數並用。即，假如給高壓放電燈La提供的功率變小，由於燈電流降低而高壓放電燈La的電極溫度降低，因此進行控制使得供給功率越小反相頻率越高。為實現該構成，對每個由功率切換信號S2所選擇的功率設定一個V/F轉換表，例如，當切換電壓為1個V1時，如圖3(a)所示，對於較大的功率(P1)如圖2中A1、A2所示設定反相頻率(f1、f2)為比較低，對於較小的功率(P2)如圖2中B1、B2所示設定反相頻率(f1』、f2』)為比較高。並且，若切換電壓為V1、V2這2個，則在還可從較大的功率P1和中間功率P2以及較小的功率P3這3個等級中選擇功率的情況下，如圖3(b)A1～A3(與功率P1對應)、B1～B3(與功率P2對應)、C1～C3(與功率P3對應)所示，設定每個功率P1～P3的反相頻率分別為(f1、f2、f3)、(f1』、f2』、f3』)、(f1」、f2」、f3」)等。這裡，本實施方式中不論所選擇的功率如何，切換電壓V1(V2)都是固定的，V/F轉換表的製作都很容易。另，如上述，圖中以A～C開頭所附加的符號，分別與功率P1～P3對應，其關係也適用於以下各實施方式。
本實施方式中，不僅與因燈電壓的變化而使高壓放電燈La的電極溫度降低的情況對應，而且也與因所選擇的供給功率降低而使電極溫度降低的情況對應，能夠大幅度地抑制電弧跳動的發生。其它的構成以及功率與第1實施方式同樣。
第3實施方式第2實施方式中不論由功率切換信號S2所選擇的功率如何，切換電壓V1(V2)都是固定的，本實施方式中按每個所選擇的功率改變切換電壓。即，從2個等級選擇供給功率，假如對於每個功率各設置1個切換電壓，則如圖4(a)所示，對於較大的功率P1，如A1、A2所示在切換電壓V1的前後可將反相頻率切換為f1和f2(＞f1)；對於較小的功率P2如B1、B2所示在切換電壓V1』(＜V1)的前後將反相頻率切換為f1』(＞f1)和f2』(＞f1』)。這樣，功率越小設定切換電壓越低。
從P1～P3(P1＞P2＞P3)這3個等級中選擇供給功率，在對於每個功率各設定2個切換電壓的情況下，如圖4(b)中如A1～A3(與功率P1對應)、B1～B3(與功率P2對應)、C1～C3(與功率P3對應)所示，只要按每個功率P1～P3設定反相頻率為(f1、f2、f3)、(f1』、f2』、f3』)、(f1」、f2」、f3」)等即可。對於每個功率P1～P3各設定2個切換電壓，功率越小則設定切換電壓越低。即，對於較大的功率P1設定切換電壓為V1、V2，對於中間功率P2設定切換電壓為V1』、V2』(V1＞V1』，V2＞V2』)，對於較小的功率P3設定切換電壓為V1」、V2」(V1』＞V1」，V2』＞V2」)本實施方式的構成中不僅依據供給功率相應地變更反相頻率，而且還對切換電壓進行變更，因此可設定使電弧跳動難以產生。另，如圖4(b)所示，上述例中，雖然對每個功率的所有切換電壓進行變更了，但即使功率不同也可以有一部分切換電壓相等。簡言之，只要關於至少1個切換電壓按每個功率不同即可。其它的構成以及動作都與第1實施方式同樣。
第4實施方式本實施方式中，在燈電壓較低的電壓範圍內如第1實施方式不論所選擇的功率如何反相頻率都相等，在燈電壓較高的範圍內如第2實施方式或者第3實施方式按每個功率改變反相頻率和切換電壓中的至少反相頻率。即，如圖5(a)所示在切換電壓比V0低的電壓範圍內不論所選擇的功率如何，反相頻率都為f1，切換電壓在V0以上且比V1低的電壓範圍內，對於較大的功率，反相頻率保持在f1，對於較小的功率，反相頻率上升至f1』。還有，在比V1高的切換電壓V2以上的電壓範圍內，對於較大的功率和較小的功率中任何一個，反相頻率都分別上升至f2、f2』。
假如設定如圖5(a)所示的V/F轉換表，則相對於燈電壓的功率變化和燈電流的變化，分別如圖6(a)、(b)所示。即，對於較大的功率在從0V到切換電壓V1附近為止的電壓範圍內燈電流為一定電流，在比稍微低於切換電壓V1一點點的電壓要高的電壓範圍內為一定功率。並且，對於較小的功率從0V到超過切換電壓V0的程度為止的電壓範圍內燈電流為一定電流，在比稍微高於切換電壓V0一點點的電壓還要高的電壓範圍內為一定功率。簡言之，在功率較小的情況下，作為恆定電流控制和恆定功率控制之間的轉移點的電壓較低。這樣的設定，能夠在高壓放電燈La點亮之後，採用從進行恆定電流控制期間向進行恆定功率控制期間轉移的控制。即，在點亮以後至少到切換電壓V0為止即使功率不同反相頻率也沒有變更，不論所選擇的功率如何，都可進行點亮以後的恆定電流控制。
圖5(a)為可從2個等級選擇功率，且對於較小的功率設定2個切換電壓的例子，但也可以從3個等級選擇功率，並且對於較大的功率設定2個切換電壓，對於其它的每個功率各設定3個切換電壓的情況下，如圖5(b)則可。如圖5(b)所示在設定V/F轉換表的情況下，對於燈電壓相應的功率的變化和燈電流的變化，分別如圖7(a)(b)所示。其它的構成以及動作與第1實施方式同樣。
第5實施方式第4實施方式中，燈電壓在比切換電壓V0低的電壓範圍內即使因功率切換信號S2所選擇的功率不同也可以設定反相頻率相等，但本實施方式中，高壓放電燈La的點亮時間到達規定的切換時間為止不論由功率切換信號S2選擇的功率如何，都可設定反相頻率相同，若點亮時間超過切換時間則依據所選擇的功率，使反相頻率變化。即，高壓放電燈La的點亮時間到達切換時間為止，如圖8(a)所示不論由功率切換信號S2選擇的功率如何，反相頻率都相等。但是，在該期間反相頻率也會依據燈電壓的電壓範圍而變化。這裡，在比切換電壓V1低的電壓範圍內令反相頻率為f1，在切換電壓V1以上的電壓範圍內令反相頻率為比f1高的f2。並且，若點亮時間超過切換時間，則如圖8(b)所示依據由功率切換信號S2選擇的功率，反相頻率不同。圖示例中，關於較大的功率如A1、A2，在切換電壓V1兩側，分別將反相頻率切換到f1和f2(＞f1)，關於較小的功率如B1、B2，在切換電壓V1兩側，分別將反相頻率切換到f1』和f2』(＞f1』)切換。
上述例中例示了可從2個等級中選擇功率，同時僅設置1個切換電壓，然而還可以進一步增加切換電壓的個數，並且還可從3個等級中選擇功率。其它的結構或動作與第1實施方式同樣。
第6實施方式上述各實施方式中，根據在切換電壓V1兩側切換反相頻率的結構，在燈電壓在切換電壓附近有變動的情況下，反相頻率變動很不穩定，因此動作也不穩定。這裡，本實施方式中，對燈電壓和反相頻率的關係中賦予遲滯特性。即，如圖9(a)所示，設定高低2個等級的切換電壓V1h、V1b(＜V1h)，當反相頻率為f1時若超過較高一方的切換電壓V1h，則反相頻率提高到f2，當反相頻率為f2時若低於較低一方的切換電壓V1b，則反相頻率降低至f1。通過該動作反相頻率沒有不必要的切換。圖9(b)為依據功率使反相頻率不同的情況，這種情況下也進行與圖9(a)同樣的動作。其它的結構以及動作與第1實施方式同樣。
第7實施方式第6實施方式，通過對燈電壓和反相頻率的關係中賦予遲滯特性，使切換反相頻率時的動作較穩定，然而本實施方式中，通過使進行是否切換反相頻率判斷的時間間隔比較大，從而使切換反相頻率時的動作較穩定。即，為決定反相頻率而由燈電流的極性的反相次數來規定檢測燈電壓的時間間隔，例如圖10(a)那樣每當燈電流的極性反相8次則檢測燈電壓，如圖10(b)所示判斷燈電壓是比切換電壓V1低還是比切換電壓V1高。燈電流的極性的反相次數實際上不是由監視燈電流而計數的而是基於由微機10輸出的控制信號的個數而判斷。
圖示例中，反相頻率可在f1、f2這2個等級變換，假定僅設定1個切換電壓，則在時刻t1燈電壓比切換電壓V1低，如圖10(a)選擇反相頻率低的一方的f1，之後在作為極性反相8次的時間點的時刻t2因燈電壓比切換電壓V1高，因此選擇反相頻率高的一方的f2，之後在時刻t3、t4燈電壓均比切換電壓V1低因此選擇反相頻率低的一方f1。
如上所述，由於每當燈電流的極性反相的次數到達規定次數則對用於判斷是否切換反相頻率所採用的燈電壓進行檢測，因此檢測燈電壓的時間間隔比較長，能夠防止反相頻率切換不穩定。本實施方式中，例示了反相頻率設定為2個等級的情況，然而在3個等級以上選擇反相頻率的情況也可以採用同樣的技術。並且，每當燈電流的極性反相8次時求出用於判斷反相頻率是否變更的燈電壓，然而次數也沒有特別限定，假如在比較短的時間內，且是反相頻率不穩定沒有達到被切換的程度的次數，也能夠適當設定。其它的構成以及動作與第1實施方式同樣。
第8實施方式第7實施方式中，每當燈電流的極性反相到達僅規定的次數時則對用於判斷反相頻率是否變更的燈電壓進行檢測，然而根據所選擇的反相頻率對燈電壓進行檢測時的時間間隔變動。本實施方式中，與第7實施方式同樣，表示即使檢測燈電壓的時間間隔較長同時也能夠使時間間隔的散差比第7實施方式更少的構成。
即，本實施方式中從檢測燈電壓開始到經過規定的一定時間T之後，將燈電流的極性向特定方向變化的時刻作為下一次檢測燈電壓的時刻。如圖11所示的例中，如圖11(a)所示，在時刻t1採用在燈電流的極性由負向正反相的時刻所檢測的燈電壓，如圖11(b)若檢測的燈電壓比切換電壓V1低則反相頻率為f1。接著，從時刻t1開始到經過規定的一定時間T之後在燈電流的極性最初由負向正反相的時刻t2檢測燈電壓。圖示例中因時刻t2的燈電壓比切換電壓V1高，因此反相頻率成為高的一方f2。從時刻t2開始到經過一定時間T之後極性由負向正反相的時刻t3，和從時刻t3開始經過一定時間T之後極性由負向正反相的時刻t4，由於任何一個燈電壓都比切換電壓V1低因此反相頻率成為低的一方f1。
如上述，在經過一定時間T之後在燈電流的極性反相的時刻，對用於判斷是否切換反相頻率所採用的燈電壓進行檢測，因此檢測燈電壓的時間間隔比較長，能夠防止反相頻率不穩定切換。並且，本實施方式中，例示了反相頻率設定為2個等級的情況，然而即使從3個等級中選擇反相頻率的情況也能夠採用同樣的技術。其它的構成以及動作與第1實施方式同樣。
第9實施方式本實施方式，為在規定的時間間隔對燈電壓進行檢測同時判斷其與切換電壓的大小關係，在每到僅規定的次數後對燈電壓進行檢測的時刻，基於每次判定的燈電壓和切換電壓的大小關係進行多數表決，大小關係中採用次數最大的大小關係決定反相頻率，當需要變更反相頻率時和在接下來的燈電流的極性反相時的時刻對反相頻率進行變更。
這裡，例示了切換電壓為1個V1時反相頻率可向f1、f2(＞f1)2個等級變更的情況下，關於每當判定5次燈電壓和切換電壓的大小關係時決定反相頻率的情況。即，如圖12(b)所示，在每個一定時間比較燈電壓和切換電壓V1的大小關係，圖示例中反相頻率為f1的狀態下，最初的5次判定中3次燈電壓比切換電壓V1大，接下來的5次判定中燈電壓比切換電壓V1低的次數有3次，再接下來的5次判定中燈電壓比切換電壓V1低的次數有5次。即，最初的5次判定結果中反相頻率由f1向f2變更，接下來的5次判定結果中，反相頻率變更至f1，再接下來的5次判定結果中反相頻率維持f1。反相頻率變更的時刻為如圖12(a)燈電流的極性由負向正轉移的時刻。
如上述，本實施方式中，定期判定燈電壓和切換電壓的大小關係，每到規定的次數根據多數表決來判定是否切換反相頻率，因此檢測燈電壓的時間間隔較長，能夠防止反相頻率不穩定切換。這裡，進行多數表決的次數為每5次，但該次數不受特別限制，但是，在從2個等級中選擇反相頻率的情況下，優選進行多數表決的次數為奇數次，這種情況下，能夠防止反相頻率為不定值。還有，也並非一定要進行多數決定，也可以是根據規定的次數中滿足大小關係中某一個條件的次數是在規定的次數以上還是不足規定的次數來判斷反相頻率有無變更。還有，本實施方式中例示了反相頻率設定為2個等級的情況，從3個等級以上選擇反相頻率的情況也能夠採用同樣的技術。其它的構成以及動作與第1實施方式同樣。
(第10實施方式)第9實施方式，在每個一定時間判定燈電壓和切換電壓的大小關係，本實施方式如圖13所示，每當燈電流(參照圖13(a))的極性反相時則判定燈電壓和切換電壓的大小關係，每當極性反相達到一定次數(圖示例為8次)時則進行多數表決。並且，在燈電壓和切換電壓的大小關係的1次判定中，求出給定次數的燈電壓(圖示例中為3次)，並將其平均值作為燈電壓。這裡，假如8次判定中燈電壓超過切換電壓V1(參照圖13(b))的次數為5次以上，則設定反相頻率為f2，假如不足5次則設定反相頻率為f1。另，判定燈電壓和切換電壓的大小關係的次數並非限定在8次，並且作為燈電壓不一定要採用3次的平均值。其它的構成以及功能與第9實施方式同樣。
然而，上述第7～10實施方式中，需要將燈電壓和切換電壓進行比較。這裡，如圖14(a)以及圖15(a)在燈電流的極性剛剛反相之後，如圖14(b)宏觀上看燈電壓沒有變動，但實際上如圖15(b)在極性剛剛反相之後燈電壓有變動。因此，優選作為檢測燈電壓的時刻，不是燈電流的極性剛好反相的時刻，而是如圖15(b)從極性反相到經過給定時間T1後進行。
並且，第7～10實施方式中任何一個都是對反相頻率進行控制使反相的次數為偶數次。這樣，高壓放電燈La的電極的消耗均等，因此高壓放電燈La的壽命變長。
上述第1～10實施方式的放電燈點亮裝置都能夠用於將高壓放電燈La作為光源的各種照明裝置中，還可以用於將高壓放電燈La作為光源的液晶投影儀等各種投影儀中。
(第11實施方式)本實施方式中，如圖16，表示採用上述構成的放電燈點亮裝置20的液晶投影儀的構成例，作為光源的高壓放電燈La通過反射器21控制配光。含有放電燈點亮裝置20的液晶投影儀的各構成要素由投影儀控制電路22控制，在投影儀控制電路22和放電燈點亮裝置20之間，從放電燈點亮裝置20發送與燈電壓對應的電壓信息信號S4，然後從投影儀控制電路22發送功率切換信號S2以及外部控制信號S3。這裡，外部控制信號S3以及電壓信息信號S4採用矩形波信號。
燈電壓為反映高壓放電燈La的溫度的信息，在投影儀控制電路22中基於電壓信息信號S4決定用於冷卻高壓放電燈La的風扇23的控制條件，且依據風扇23的控制條件決定最佳反相頻率。由將投影儀控制電路22決定的與反相頻率對應的外部控制信號S3提供給放電燈點亮裝置20，放電燈點亮裝置20中接受外部控制信號S3並控制極性反相電路2。
即，如果採用本實施方式中的構成，則不僅可以調節反相頻率還可以對用於冷卻高壓放電燈La的風扇23進行控制。其它的構成以及動作與第1實施方式同樣。
第12實施方式上述各實施方式中，為防止高壓放電燈La的一對電極中的一方比另一方更消耗，按照佔空比為50％來驅動極性反相電路2。對此，本實施方式中，檢測電弧跳動的同時在檢測到電弧跳動時，使燈電流波形的佔空比偏離50％。電弧跳動判定機構的構成為，為檢測電弧跳動，例如對燈電流進行監視，當燈電流的平均值減少時則判定產生電弧跳動。例如，如圖17(b)所示，在電弧跳動判定機構中求出與電弧跳動有無相關的檢測量，通過比較該檢測量和閾值Th，而對電弧跳動發生的有無進行檢測。圖示例中，假如沒有檢測到電弧跳動則令燈電流的佔空比為50％，在檢測到電弧跳動之後對佔空比變更到不是50％的適當值Dv。
通過採用這樣的技術，在產生電弧跳動時可控制使產生電弧跳動的電極的溫度上升，其結果能夠減輕電弧跳動的產生。
並且，若檢測到電弧跳動而佔空比變更為Dv，則一般如圖18(a)所示，燈電流的極性反相數次(10次程度)後，則如圖18(b)因電弧跳動被消除，因此在進行比該次數稍微多一點的極性反相後佔空比返回50％。即，不管電弧跳動檢測機構和閾值Th的比較如何，通過改變極性反相的次數都能使佔空比恢復到原始的50％。
根據該技術，當因高壓放電燈La的電極的溫度變化而產生電弧跳動時，即使因佔空比的變化而使電弧跳動消除，也能夠控制電極的溫度使其進一步升高，能夠抑制接下來的電弧跳動。其它的構成以及動作與第1實施方式同樣。
第13實施方式第12實施方式中，在檢測到電弧跳動消除之後按照使從燈電流的極性反相進行數次後佔空比返回原始值進行控制，本實施方式中，如圖19(b)，採用電弧跳動檢測機構的檢測值超過閾值Th時產生的變化量ΔV，如圖19(a)在使燈電流波形的佔空比變更為Dv的期間，若電弧跳動檢測機構的檢測值相對閾值th產生了變化量ΔV的變化時，則佔空比返回50％。其它構成以及動作與第12實施方式同樣。
第12實施方式以及第13實施方式中，通過檢測電弧跳動在使燈電流波形的佔空比變化的期間確保佔空比為一定，如圖20所示，也可以在使佔空比變更為Dv的期間佔空比隨著時間而變化。圖示例中在佔空比剛剛變更之後，成為最大的佔空比，隨著時間經過佔空比慢慢地減少。根據這樣的結構，即使在高壓放電燈La的一對電極中任何一個產生電弧跳動的情況下都可將電極加熱後消除電弧跳動。
產業上的利用可能性如上述，根據本發明的構成，依據高壓放電燈的電極狀態，確保燈電壓和反相頻率的關係為適當的關係，其結果可抑制高壓放電燈中電弧跳動的發生。
權利要求
1.一种放電燈點亮裝置，其特徵在於，包含直流電源；斬波器電路，其以直流電源作為電源，進行DC-DC轉換，輸出功率可控；平滑電容器，其連接在斬波器電路的輸出端子之間；極性反相電路，其以平滑電容器的兩端電壓作為電源，進行DC-AC轉換；高壓放電燈，其由極性反相電路施加交變電壓；控制電路，其對斬波器電路的輸出功率進行控制，同時對極性反相電路的輸出進行控制；電壓檢測電路，其檢測相當於高壓放電燈的燈電壓的電壓，在控制電路中設定有對電壓檢測電路所檢測的電壓的電壓範圍進行規定的切換電壓，控制電路具有依據所檢測的電壓和切換電壓的大小關係、按照使高壓放電燈的燈電流的極性反相的反相頻率在多個等級變化的方式而對極性反相電路進行控制的功能。
2.根據權利要求1所述的放電燈點亮裝置，其特徵在於，所述控制電路具有如下功能可從多個等級中選擇所述斬波器電路的輸出，並與可選擇的功率對應，對所述反相頻率進行變更。
3.根據權利要求2所述的放電燈點亮裝置，其特徵在於，所述切換電壓與可選擇的功率無關，都設定為固定。
4.根據權利要求2所述的放點燈點亮裝置，其特徵在於，所述切換電壓的至少一個對於不同的功率設定為不同值。
5.根據權利要求2～4任一項所述的放點燈點亮裝置，其特徵在於，在所述高壓放電燈剛剛點亮之後，在由所述電壓檢測電路檢測的電壓到達規定的電壓之前，與可選擇的功率無關，適用相同的反相頻率。
6.根據權利要求2～4任一項所述的放點燈點亮裝置，其特徵在於，在所述高壓放電燈剛剛點亮之後，在到達規定的切換時間之前，與可選擇的功率無關，適用相同的反相頻率。
7.根據權利1～4任一項所述的放點燈點亮裝置，其特徵在於，對所述切換電壓賦予遲滯特性。
8.根據權利1～4任一項所述放點燈點亮裝置，其特徵在於，所述控制電路在所述高壓放電燈的燈電流的極性反相的每隔規定次數，對所述反相頻率有無變更進行判定。
9.根據權利要求1～4任一項所述的放電燈點亮裝置，其特徵在於，所述控制電路在每次經過至少所規定的一定時間後，對所述反相頻率有無變更進行判定。
10.根據權利要求1～4任一項所述的放電燈點亮裝置，其特徵在於，所述控制電路，每隔一定時間對由所述電壓檢測電路檢測的電壓和所述切換電壓的大小關係進行判定，每隔規定的判定次數依據滿足規定的大小關係的次數是在規定的次數以上還是不足規定的次數，判定反相頻率有無變更。
11.根據權利要求1～4任一項所述的放電燈點亮裝置，其特徵在於，所述控制電路在每當所述高壓放電燈的燈電流的極性反相時，取入由所述電壓檢測電路檢測的電壓。
12.根據權利要求11所述的放電燈點亮裝置，其特徵在於，所述控制電路從所述高壓放電燈的燈電流的極性反相開始到經過給定時間後，取入由所述電壓檢測電路檢測的電壓。
13.根據權利要求1所述的放電燈點亮裝置，其特徵在於，所述控制電路，在所述高壓放電燈的燈電流產生偶數次的極性反相的時刻，對所述反相頻率進行變更。
14.一種照明裝置，其特徵在於，具有權利要求1所述的放電燈點亮裝置。
15.一種投影儀，其特徵在於，具有權利要求1所述的放電燈點亮裝置。
16.一種投影儀，其特徵在於，包含放電燈點亮裝置；風扇，其對高壓放電燈風冷；和投影儀控制裝置，其接收由放電燈點亮裝置檢測的燈電壓，同時對放電燈點亮裝置指示讓高壓放電燈的燈電流的極性反相的反相頻率，投影儀控制裝置依據從高壓放電燈接收的燈電壓，設定由風扇風冷的控制條件，並向放電燈點亮裝置指示與該控制條件對應的反相頻率。
17.根據權利要求1所述的放電燈點亮裝置，其特徵在於，具有電弧跳動檢測機構，其檢測在所述高壓放電燈中產生的電弧跳動，所述控制電路一旦由電弧跳動檢測機構檢測到電弧跳動後，則將所述高壓放電燈的燈電流波形的佔空比設定為與50％不同的值。
18.根據權利要求17所述的放電燈點亮裝置，其特徵在於，設定所述燈電流波形的佔空比為與50％不同值的期間，由燈電流的極性反相消除電弧跳動的程度的次數而規定。
19.根據權利要求17所述的放電燈點亮裝置，其特徵在於，設定所述燈電流波形的佔空比為與50％不同的值的期間，作為由所述電弧跳動檢測機構的檢測值在檢測到電弧跳動時的檢測值的變化量返回原值的期間所規定。
20.根據權利要求18或者19所述的放電燈點亮裝置，其特徵在於，在設定所述燈電流波形的佔空比為與50％不同的值的期間，隨著時間經過而同時改變佔空比。
全文摘要
斬波器電路(1)可控制將直流電源E作為電源的輸出功率，在斬波器電路(1)的輸出端之間連接有平滑電容器(C1)。極性反相電路(2)，將平滑電容器(C1)的兩端電壓作為電源，將交變電壓施加給高壓放電燈(La)。斬波器電路(1)的輸出功率以及極性反相電路(2)的反相頻率，基於由電壓檢測電路(3)檢測的平滑電容器(C1)的端子電壓由控制電路(4)進行控制。控制電路(4)，設定規定電壓檢測電路(3)檢測的電壓的電壓範圍的切換電壓，依據檢測的電壓和切換電壓的大小關係，使反相頻率在多個等級變化。通過在每個燈電壓的範圍設定與向高壓放電燈投入的功率對應的反相頻率，從而抑制電弧跳動的發生。
文檔編號G03B21/16GK1739319SQ20048000235
公開日2006年2月22日 申請日期2004年1月16日 優先權日2003年1月17日
發明者渡邊浩士, 內橋聖明, 伊藤久治, 佐佐木俊明, 長谷川純一, 中田克佳 申請人:松下電工株式會社