点亮高压放电灯的装置及方法

专利类型 发明授权 法律事件 公开; 实质审查; 授权; 未缴年费;
专利有效性 失效专利 当前状态 权利终止
申请号 CN200480013166.1 申请日 2004-05-12
公开(公告)号 CN100551196C 公开(公告)日 2009-10-14
申请人 松下电器产业株式会社; 申请人类型 企业
发明人 野口俊之; 柿本安博; 第一发明人 野口俊之
权利人 松下电器产业株式会社 权利人类型 企业
当前权利人 松下电器产业株式会社 当前权利人类型 企业
省份 当前专利权人所在省份: 城市 当前专利权人所在城市:
具体地址 当前专利权人所在详细地址:日本大阪府 邮编 当前专利权人邮编:
主IPC国际分类 H05B41/288 所有IPC国际分类 H05B41/288H05B41/24
专利引用数量 9 专利被引用数量 0
专利权利要求数量 9 专利文献类型 C
专利代理机构 永新专利商标代理有限公司 专利代理人 黄剑锋;
摘要 利用点灯装置控制部(4)来控制 直流-直流变换器 (1)的输出 电流 ,并控制将从直流-直流变换器输出的直流电流转换为交流电流的 整流器 (2)的整流 频率 。点灯装置控制部控制直流-直流变换器,以便在点亮开始时,用比额定 电压 小的固定电压值、且比额定电流大的第一目标电流值来点亮放电灯;在从点亮开始到规定的高频启动期间(T1)结束的时刻,控制整流器,从比稳定点亮时更高的整流频率切换为稳定点亮时的整流频率之后,在放电灯上施加的电压上升达到额定电压以下的规定 阈值 电压(Vth)以上之后,切换为额定电流以下的第二目标电流值,来点亮放电灯。能够在短时间内使灯 电极 温度 充分上升,由此缩短灯的 亮度 上升时间、并缩短可识别图像所需的时间。
权利要求

1、一种放电灯点亮装置,是高频启动型放电灯点亮装置,包括:
直流电源;
直流-直流变换器,对来自上述直流电源的电流进行直流-直流变换;
整流器,将从上述直流-直流变换器输出的直流电流转换为交流电流;
放电灯,从上述整流器供给交流电流;以及
点灯装置控制部,控制上述直流-直流变换器的输出电流,并且控制上述 整流器的整流频率
该放电灯点亮装置的特征在于,
上述整流器具有电流检测部和电压检测部,所述电流检测部检测流入上 述放电灯的电流,所述电压检测部检测施加在上述放电灯上的电压,
上述点灯装置控制部在上述放电灯的点亮开始时,点亮上述放电灯,以 使由上述电压检测部检测出的电压成为比上述放电灯的额定电压小的电压 值、且由上述电流检测部检测出的电流成为比上述放电灯的额定电流大的第 一目标电流值;在从上述放电灯的点亮开始到规定的高频启动期间结束的时 刻,控制上述整流器并从比稳定点亮时高的整流频率切换为稳定点亮时的整 流频率之后,由上述电压检测部检测出在上述放电灯上施加的电压上升、达 到比上述放电灯的额定电压小的规定阈值电压以上的情况之后,切换为上述 放电灯的额定电流以下的第二目标电流值,来点亮上述放电灯;
此外,上述点灯装置控制部在切换上述整流频率时的规定期间,与流入 上述放电灯的电流值和施加在上述放电灯上的电压值的信息无关地,根据被 设定成使流入上述放电灯的电流成为比上述第一目标电流值小的电流值的第 三目标电流值,来控制上述直流-直流变换器。
2、根据权利要求1所述的放电灯点亮装置,其特征在于,
上述点灯装置控制部将上述第一目标电流值设定成上述第二目标电流值 的两倍以上。
3、根据权利要求1所述的放电灯点亮装置,其特征在于,
上述点灯装置控制部包括:
可变增益放大部,切换增益来放大与由上述电流检测部检测出的电流对 应的电压;
比较器,将由上述电压检测部检测出的电压同与上述规定阈值电压对应 的基准电压进行比较,对上述可变增益放大部输出与比较结果相对应的增益 控制信号
运算部,接收来自上述可变增益放大部及上述电压检测部的输出信号并 进行运算,使最适合于在放电灯上施加的电压的电流流入上述放电灯;以及
脉冲宽度调制控制部,根据来自上述运算部的输出信号,输出用于对上 述直流-直流变换器进行脉冲宽度调制控制的信号,
当由上述电压检测部检测出的电压是上述基准电压以上时,上述比较器 输出用于提高上述可变增益放大部的增益的增益控制信号
4、根据权利要求1所述的放电灯点亮装置,其特征在于,
根据上述放电灯的额定值,对每个上述放电灯分别设定上述规定阈值电 压。
5、根据权利要求1所述的放电灯点亮装置,其特征在于,
上述放电灯点亮装置还包括放电灯冷却装置,在施加于上述放电灯的电 压达到上述规定阈值电压之前,上述点灯装置控制部使上述放电灯冷却装置 停止。
6、一种放电灯点亮方法,是利用高频启动来稳定点亮放电灯的放电灯点 亮方法,其特征在于,包括:
在上述放电灯的点亮开始时,用比上述放电灯的额定电压小的固定电压 值、且比上述放电灯的额定电流大的第一目标电流值来点亮上述放电灯的步 骤;
在从上述放电灯的点亮开始至规定的高频启动期间结束的时刻,在从比 稳定点亮时高的整流频率切换为稳定点亮时的整流频率之后,使在上述放电 灯上施加的电压上升并达到比上述放电灯的额定电压小的规定阈值电压以上 后,切换为上述放电灯的额定电流以下的第二目标电流值,来点亮上述放电 灯的步骤;以及
在切换上述整流频率时的规定期间,与流入上述放电灯的电流值和施加 在上述放电灯上的电压值的信息无关地,根据被设定成使流入上述放电灯的 电流成为比上述第一目标电流值小的电流值的第三目标电流值,进行控制的 步骤。
7、根据权利要求6所述的放电灯点亮方法,其特征在于,
上述第一目标电流值被设定成上述第二目标电流值的2倍以上。
8、根据权利要求6所述的放电灯点亮方法,其特征在于,
根据上述放电灯的额定值,对每个上述放电灯分别设定上述规定阈值电 压。
9、根据权利要求6所述的放电灯点亮方法,其特征在于,
还包括在施加于上述放电灯上的电压达到上述规定阈值电压之前停止上 述放电灯的冷却的步骤。

说明书全文

技术领域

发明涉及一种点亮高压灯等放电灯的装置及方法,且适用于投射 型投影系统。

背景技术

近年来,虽然通过采用高效的高压放电灯(以下简称为灯)飞速地提高 了投射型投影器的辉度,但伴随着灯的高效化,却增加了灯管内的水银等填 充物,此填充物的爆发式气化会引起阻抗上升,从而使灯刚点亮之后的状态 非常不稳定。在此状态下,就会存在因重复进行灯的熄灭和点亮而使灯电极 劣化、因重复点亮噪音的增加而引起电路破坏等严重问题。
在此,在放电灯点亮装置中存在称作低频启动型和称作高频启动型的点 亮装置。
低频启动型放电灯点亮装置虽然是从灯启动开始几秒钟间进行低频驱 动、交替加热两个灯电极变的方式,但由于处于低频,因此被加热的灯电极 和冷的灯电极之间的温差就会很大,当切换电流的极性时,就会存在所谓电 流容易间断的缺点。因此,一边重复进行熄灭和点亮、一边慢慢地使灯进入 稳定状态,由此就变成了使灯电极承受很大负担的启动方式。
另一方面,高频启动型的放电灯点亮装置是从灯启动开始几秒钟间进行 高频驱动、均等地加热两个电极的方式,由于处于高频,两个电极的温差就 会非常小,因此几乎不会产生灯电流的间断。
因此,就成为对灯电极的负担非常小的启动方式。
图10及图11分别表示低频启动型及高频启动型的放电灯点亮装置中的 灯电流I(A)、灯电压V(V)、灯电极温度D(℃)的时间变化的波形图。
在图10中,灯电流I(A)具有用灯刚启动之后的期间T1表示的几Hz~ 几十Hz的低频启动期间,此期间通常是2秒~5秒的时间。如此,由于现有 的放电灯点亮装置通过几Hz~几十Hz的低频对灯刚启动之后的灯电流波形I (A)进行整流驱动,所以称为低频启动型的放电灯点亮装置。对于此现有的 低频启动型放电灯点亮装置的灯启动方法,在图10中,如灯电压V(V)的 期间t3所示的,由于使灯点亮开始时的高压脉冲进一步高压化,所以使灯电 流I(A)的击穿电流Id增加,如灯电极温度D(℃)所示,使灯电极温度急 剧上升,从而进行灯点亮开始时的稳定化。但是,由于是低频启动,两个灯 电极的温度差大,所以在进行电流的极性切替时,电流就容易间断。
如此,在灯启动刚开始之后的不稳定期间t3中,流向灯的击穿电流Id 为非常大的值。
并且,水银等填充物的爆发式气化所引起的急剧的阻抗变动,由此重复 进行灯电流的中断和击穿的结果,就会因引起灯电极的劣化和重复击穿电流 Id而导致电路破坏等。另一方面,对于灯的高效率化,采取了电极尖端细化 和缩短电极间距的所谓短弧化的方法。为此,就会变成为不能够忽视上述重 复击穿电流Id的增加所引起的灯点亮时的电极劣化的状态。
相对于此,最近,如图11所示的高频启动型放电灯点亮装置成为主流, 该装置利用高的频率(几十kHz左右)对灯刚启动后的灯电流I(A)进行整 流驱动,经过高频启动期间T1后,在某一时刻移动到适合于灯的稳定的整流 频率(80Hz~400Hz左右)期间T2。此高频启动期间T1也与低频启动型的放 电灯点亮装置一样,通常是2秒~5秒的时间。
图11所示的高频启动型放电灯点亮装置,在其电路结构上,虽然与灯串 联地插入具有几十μH~几百μH左右阻抗的扼流圈,但在高频启动期间T1 中,灯击穿时,此扼流圈就会变为高频阻抗,具有可自动降低图11的击穿电 流Ia的优点。但是,与此同时,在高频启动期间T1中,上述轭流圈成为低 通滤波器。为此,图11所示的高频启动期间T1的灯电流I(A)的波形,就 不会形成为如图10所示的低频启动期间T1(不稳定期间T3后)的灯电流I (A)的波形那样的矩形波,而成为三波。其结果,即使高频启动期间T1 的电流峰值达到灯的额定电流,其实际值也约为一半。因此,加热灯刚启动 之后的灯电极的电流值就会减少到图10的大约一半左右。在高频启动期间 T1灯电极的温度上升不充分时,就会存在这样的问题,即、在切换到稳定的 整流频率期间T2的时刻t1,发生灯熄灭的可能性会非常高。
而且,在高频启动型放电灯点亮装置中,由于通过高频开关在几十kHz 的高频启动期间T1驱动比较中型的扼流圈,就能够将相当的磁通能量存储在 此扼流圈。因此,从高频启动期间T1切换到适合于灯的稳定的几十Hz~几 百Hz的整流频率期间T2的时刻t1,助长了灯和扼流圈的合成阻抗的急剧减 少,并且,如图11及图12所示,会发生流过为了维持扼流圈的磁通量而产 生的反向电压所引起的相当量的过大电流Ib、使灯电极劣化的问题。在此, 图12是在现有的高频启动型的放电灯点亮装置中,在从高频启动期间T1切 换到整流频率期间T2的时刻t1之后,灯电流I(A)衰减为零,使灯熄灭时 的灯电流I(A)的波形图。
此外,不论是以上说明的低频启动型放电灯点亮装置、还是高频启动型 放电灯点亮装置,虽然用作投影器的光源,但可辨别图像的灯亮度上升到约 60%以上需要大约1分钟左右的时间,到可辨别图像非常消耗时间,存在操作 不方便这样的问题。
在此,图7是表示从高频启动型放电灯点亮装置中的灯启动开始的时间 与亮度的上升特性的曲线图,现有例具有用△标记亮度的上升特性。如图7, 对于现有的高频启动型放电灯点亮装置,可确认出灯亮度上升到约60%以上 需要一分钟以上时间。
因此,在现有的高频启动型放电灯点亮装置中,存在下面记载的问题点。
1、关于投影器用灯点亮,虽然是图像装置,但灯的亮度的上升需要花费 很多时间,到使用者能够看到图像会需要很长时间。
2、高频启动期间中,与低频启动相比灯电流的使用值为一半,不能充分 加热灯刚启动之后的灯电极。
3、从高频启动期间(高阻抗期间)向稳定频率期间(低阻抗期间)控制 状态移动时产生的过大电流,会使灯电极劣化。

发明内容

鉴于上述问题点而实施本发明,其目的在于,利用在短时间使灯电极的 温度充分上升的新方法来缩短灯的亮度上升时间,缩短到达可辨别图像的时 间。
此外,本发明的另一个目的在于,使灯点亮开始状态稳定化,防止因灯 的控制频率变化而产生的过大的灯电流所引起的灯电极本身的劣化,使灯寿 命延长。
为了实现上述目的,本发明的放电灯点亮装置其结构为包括:直流电源; 直流-直流变换器,对来自直流电源的电流进行直流-直流变换;整流器,将 从直流-直流变换器输出的直流电流转换为交流电流;放电灯,从整流器供给 交流电流;点灯装置控制部,控制直流-直流变换器的输出电流,并且控制整 流器的整流频率。
点灯装置控制部控制直流-直流变换器,以便在放电灯的点亮开始时,用 比放电灯的额定电压(Vr)小的固定电压值、且比放电灯的额定电流(Ir) 大的第一目标电流值来点亮放电灯;当从放电灯的点亮开始到规定的高频启 动期间(T1)结束的时刻,控制整流器并从比稳定点亮时更高的整流频率切 换为稳定点亮时的整流频率之后,使在放电灯上施加的电压上升,直至到达 比放电灯的额定电压小的规定阈值电压(Vth)以上后,切换为放电灯的额定 电流以下的第二目标电流值(Ic2),点亮放电灯。
根据此结构,对于投影器用灯点亮,就能够用短时间使灯电极的温度充 分上升,缩短灯亮度上升时间,缩短到达可辨别图像的时间。
此外,优选点灯装置控制部控制直流-直流变换器,以便在切换整流频率 时,与流过放电灯的电流值及施加在放电灯上的电压值的信息无关地,使流 入放电灯的电流成为第二目标电流值以下的第三目标电流值(Ic3)。
根据此结构,就能够防止因从高频启动期间(高阻抗期间)向稳定频率 期间(低阻抗期间)控制状态转移时产生的过大电流引起的灯电极本身劣化、 实现灯寿命的延长。
此外,优选点灯装置控制部将第一目标电流值设定成第二目标电流值的 2倍以上。由此,在灯刚启动之后的高频启动期间中,能够充分加热灯电极。
此外,整流器结构还可以包括:检测流过放电灯的电流的电流检测部, 以及检测在放电灯上施加的电压的电压检测部。点灯装置控制部包括:可变 增益放大部,切换增益来放大与由电流检测部检测出的电流对应的电压;比 较器,将由上述电压检测部检测出的电压同与规定阈值电压(Vth)对应的基 准电压进行比较,对可变增益放大部输出与比较结果相对应的增益控制信号; 运算部,接收来自可变增益放大部及电压检测部的输出信号并进行运算,使 最适合于在放电灯上施加的电压的电流流入放电灯;以及PWM控制部,根据 来自运算部的输出信号,输出用于对直流-直流变换器进行脉冲宽度调制 (PWM)控制的信号。当由电压检测部检测出的电压是基准电压以上时,比较 器输出用于提高可变增益放大部的增益的增益控制信号
根据此结构,当由电压检测部检测出的电压是基准电压以上时,运算部 判断为灯电流大量流过,为了减少灯电流而减小PWM控制部的脉冲的占空比。
此外,运算部还可以包括计测从点亮开始的时间的计时器,根据放电灯 的额定值对每个放电灯分别设定由计时器计测的规定的高频启动期间。
此外,可以根据放电灯的额定值按每个放电灯分别设定规定阈值电压。
此外,放电灯点亮装置还可以包括放电灯冷却装置,点灯装置控制部在 施加于放电灯的电压达到规定阈值电压之前,使放电灯冷却装置停止。
根据此结构,能够快速加热灯电极,能够缩短灯亮度上升时间。
为了实现上述目的,本发明的放电灯点亮方法,是利用高频启动来点亮 放电灯的放电灯点亮方法,其包括:在放电灯的点亮开始时,用比放电灯的 额定电压(Vr)小的固定电压值、且比上述放电灯的额定电流(Ir)大的第 一目标电流值(Ic1)来点亮放电灯的步骤;以及,在从放电灯的点亮开始至 规定的高频启动期间结束的时刻,从比稳定点亮时更高的整流频率切换为稳 定点亮时的整流频率之后,使在放电灯上施加的电压上升并到达比放电灯的 额定电压小的规定阈值电压(Vth)以上后,切换为放电灯的额定电流以下的 第二目标电流值(Ic2),来点亮上述放电灯的步骤。
利用此方法,对于投影仪用的灯点亮,可使灯电极温度短时间内充分上 升而缩短灯的亮度上升时间,并缩短直到确认图像所需的时间。
此外,本发明的放电灯点亮方法还可包括:控制步骤,在切换整流频率 时,与流入放电灯的电流值及施加在放电灯上的电压值的信息无关地,使流 过放电灯的电流成为第二目标电流值以下的第三目标电流值(Ic3)。
根据此方法,就能够防止因从高频启动期间(高阻抗期间)向稳定频率 期间(低阻抗期间)控制状态移动时产生的过大电流引起的灯电极本身劣化, 实现灯寿命的延长。
此外,优选将第一目标电流值设定成第二目标电流值的2倍以上。由此, 在灯启动之后的高频启动期间中,能够使灯电极充分升温。
此外,可以根据放电灯的额定值按每个上述放电灯分别设定规定的高频 启动期间。
此外,可以根据放电灯的额定值按每个放电灯分别设定规定阈值电压。
此外,本发明的放电灯点亮方法还可以包括在施加于放电灯的电压达到 规定阈值电压之前、停止放电灯冷却的步骤。
根据此方法,就能够快速加热灯电极,能够缩短灯亮度上升时间。
附图说明
图1是表示根据本发明的第一实施方式的放电灯点亮装置的一结构例的 电路框图
图2是表示图1的直流-直流变换器1及整流器2的内部结构例的电路图。
图3是表示图1的点灯装置控制部4的内部结构例的电路图。
图4是表示根据本发明第一实施方式的放电灯点亮装置中的灯启动后的 灯电流I(A)、灯电压V(V)、灯电极温度(℃)及可变增益放大部的增益G 的时间变化的波形图。
图5是当切换整流频率时、不进行灯电流的控制的情况下的灯电流I(A) 的波形图。
图6是当切换整流频率时、控制灯电流成为第三目标电流值的情况下的 灯电流I(A)的波形图。
图7是表示比较本发明和现有例的从灯点亮开始的亮度上升特性的曲线 图。
图8是比较表示本发明和现有例的相对于灯电压V的、灯电流I和功率 W的特性的曲线图。
图9是表示根据本发明的第二实施方式的放电灯点亮装置的一结构例的 电路框图。
图10是表示现有的低频启动型的放电灯点亮装置中的灯启动后的灯电 流I(A)、灯电压V(V)及灯电极温度(℃)的时间变化的波形图。
图11是表示现有的高频启动型的放电灯点亮装置中的灯启动后的灯电 流I(A)、灯电压V(V)及灯电极温度(℃)的时间变化的波形图。
图12是在现有的高频启动型放电灯点亮装置中从高频启动期间T1切换 为整流频率期间T2后、灯电流I(A)衰减变为零而使灯熄灭时的灯电流I (A)的波形图。
最佳实施方式
下面,参照附图来说明本发明的最佳实施方式。
(第一实施方式)
图1是表示根据本发明的第一实施方式的放电灯点亮装置的一结构例的 电路框图。在图1中,本实施方式的放电灯点亮装置的结构包括:直流电源 5,对来自直流电源5的电流进行直流-直流转换而生成流入灯6的电流的直 流-直流变换器1,将直流-直流变换器1的输出电流从直流转换为交流的整 流器2,灯启动时产生用于击穿灯6的高压脉冲的高压产生部3,控制直流- 直流变换器1的输出电流及输出电压和整流器2的整流频率的点灯装置控制 部4,用于缩短灯电流的极性反转时间的扼流圈L1,作为高效的高压放电灯 的灯6。
整流器2由成为其主要结构电路的全桥电路部和电流检测部21、电压检 测部22构成,执行如下的DC/AC转换工作:根据从点灯装置控制部4供给的、 以编程的固定频率反转的矩形波信号即全桥电路驱动用主信号FBM和与主信 号FBM相反的相位工作的从属信号FBS,将直流-直流变换器1输出的直流电 流转换为交流电流。并且,整流器2兼备将来自电流检测部21的灯电流值信 号b、来自电压检测部22的灯电压值信号c反馈给点灯装置控制部4的功能。
图2是表示直流-直流变换器1及整流器2的内部结构例的电路图。在图 2中,直流-直流变换器1由开关元件(图2中是功率MOSFET)Q2、脉冲变压 器PT1、二极管D1、线圈L2、电容器C1构成。脉冲变压器PT1用一级侧线 圈接收来自点灯装置控制部4的脉冲宽度控制信号a,从二级线圈输出按规 定的占空比对开关元件Q2进行通断的信号。开关元件Q2从导通变为截止时, 从接地电位通过二极管D1、线圈L2向电容器C1流入电流,使电容器C1充 电。线圈L2和电容器C1构成低通滤波器,从直流-直流变换器1输出将通过 脉冲变压器PT1及开关元件Q2的削波工作而产生的脉冲电流平均化了的直流 电流。
整流器2由全桥电路、电流检测部21、电压检测部22构成,其中全桥 电路由开关元件(图2中是绝缘栅型双极晶体管(IGBT))Q3、Q4、Q5、Q6, 电流检测电阻R7,半桥驱动器IC(HB-IC)23、24构成。根据从点灯装置控 制部4供给的全桥电路驱动用主信号FBM和从属信号FBS,来控制开关元件 Q3、Q4、Q5、Q6,将直流-直流变换器1的输出即直流电流转换为交流电流。 被转换为交流的电流,通过扼流圈L1和高压发生部3提供到灯6。
接着,图3表示点灯装置控制部4的结构例。在点灯装置控制部4中, 从整流器2的电流检测部21反馈的灯电流值信号b被输入到运算放大器OP1。 灯电流值信号b,通过由电阻器R1、R2、R3和晶体管Q1决定的增益G成为 被增益放大的信号b2,被输入到由微型计算机等构成的运算部41中。在此, 运算放大器OP1、电阻器R1、R2、R3和晶体管Q1构成可变增益放大部。此 外,从整流器2的电压检测部22反馈的灯电压值信号c,经过运算放大器OP2 变为信号c2,被输入到比较器Comp和运算部41。比较器Comp具有开路集电 极的结构,当运算放大器OP2的输出信号c2超过由电阻器R4和R5决定的基 准电压时,比较器Comp的输出d截止(=HIGH输出),晶体管Q1通过负载电 阻R6自偏置导通,相反,当运算放大器OP2的输出信号c2低于由电阻器R4 和R5决定的基准电压时,比较器Comp的输出d导通(=LOW输出),晶体管 Q1截止。
在运算部41中进行编程,以便成为最适合于此时的灯电压的电流值,以 便一边比较自电流检测部21反馈的信号b2和灯电压值信号c2、一边输出信 号p。来自此运算部41的输出信号p被输入到产生用于对直流-直流变换器1 进行脉冲宽度调制控制(下面称为PWM控制)的输出信号a的PWM控制部42, 由此,控制灯电流。
通过将这些图3所示的点灯装置控制部4的结构追加在现有型的高频放 电灯点亮装置,就能够使图11所示的现有型的高频启动型放电灯点亮装置的 灯启动时电流波形I(A)成为图4所示的本实施方式的放电灯点亮装置的灯 启动时电流波形I(A)。
接着,使用图4按时间序列说明具体的工作。图4表示本实施方式的放 电灯点亮装置的灯启动波形,I(A)表示灯电流波形,V(V)表示灯电压波 形,D(℃)表示灯电极温度,G表示点灯装置控制部4的增益。
首先,当对点灯装置控制部4输入用于灯启动的外部信号时,点灯装置 控制部4产生几十KHz的全桥电路驱动用主信号FBM和从属信号FBS,在用 几十KHz的高频驱动整流器2的同时,从高压产生部3产生高压脉冲,由于 此高压脉冲,灯6产生破坏灯电极间绝缘的击穿现象,并开始点亮。
通过作为高压产生部3的主要结构部件的阻抗,此时的击穿电流与现有 例的图10所示的低频启动型放电灯点亮装置的击穿电流Id相比就会变为大 约一半左右的击穿电流Ia,从而减轻了对灯6的电极的负担。此点与现有例 的图11所示的高频放电灯点亮装置相同。
接着,作为本实施方式的特点,如图4所示的灯启动电流波形I(A)那 样,与图11所示的现有的高频启动型放电灯点亮装置的启动电流I(A)相 比,流过大约2倍以上峰值电流值这样的灯启动开始电流值。由此,就能够 按照与现有例图10的灯电极温度D(℃)几乎相同的速度使图4的灯电极温 度D(℃)上升。
灯启动刚开始之后的T1期间中,从整流器2的电压检测部22反馈的灯 电压值信号c变为非常低的值,经过运算放大器OP2变为信号C2被输入到比 较器Comp和运算部41。由于运算放大器OP2的输出信号c2低于由电阻器R4 和R5决定的基准电压,所以比较器Comp的输出d导通(=LOW输出)。因此, 晶体管Q1截止,将运算放大器OP1的输出设定为由电阻器R1、R2、R3决定 的增益G(G=(R1/(R2+R3))+1)。在此,如果预先将电阻器R3的值设定得 非常大,增益G就约为1,从整流器2的电流检测部21反馈的灯电流值信号 b不被增益放大地输入到运算部41。因此,由于运算部41检测出相对于第一 目标电流值过小的灯电流反馈值b2,所以就会向增加灯电流的方向来控制 PWM控制部42。
当灯电流达到第一目标电流值时,控制运算部以便维持其目标值。在此, 本实施方式中,第一目标电流值被预先设定为图11所示的现有的高频启动装 置的高频启动期间T1的电流值的大约2倍,并控制运算部以便将灯电流维 持在现有的高频启动装置的高频启动期间的电流值的大约2倍。再有,相应 的第一目标电流值对应于规定的额定电流以上的电流,这一点以后叙述。
并且,如图4所示,经过上述高频启动启动期间T1,在某一时刻移动到 适合于灯的稳定的整流频率期间T2。这点与现有高频放电灯点亮装置相同, 即使本实施方式中,也通过急剧减小灯6和扼流圈1的合成阻抗,在进行频 率切换时就会流过过大电流。再有,图5表示本实施方式的放电灯点亮装置 的灯启动波形,图5的Ib是进行频率切换时的过大电流。
在本实施方式中,由于流过高于额定电流的电流,所以就会产生如现有 的高频放电灯点亮装置那样不能忽视的问题,这点将在后面进行描述。
接着,灯电极及灯管内的填充物的温度上升,伴随与此,灯电压也慢慢 上升时,从整流器2的电压检测部22反馈的灯电压值信号c慢慢上升,经过 运算放大器OP2成为信号c2,被输入到比较器Comp和运算部41中。由于运 算放大器OP2的输出信号c2超过由电阻R4和R5决定的基准电压,比较器 Comp的输出d截止(=HIGH输出)。由此,晶体管Q1导通,将比较器OP1的 输出设定为由电阻器R1和R2决定的增益G(G=(R1+R2)+1)。因此,从整 流器2的电流检测部21反馈的灯电流值信号b,通过运算放大器OP1变为几 倍增益的信号b2。
其结果,由于运算部41检测出相对于上述第一目标电流值过大的灯电流 反馈值b2,所以就会向流过的灯电流进一步减少的方向来控制PWM控制部42, 向与灯额定电流值以下的稳定控制状态下的电流值对应的第二目标电流值移 动。此移动时间t2所需时间,虽然取决于控制电路的常数设定和灯电极、填 充物的水银的状态,但大约为一秒钟左右。
之后,运算部41被编程为利用增益G(G=(R1+R2)+1)的设定来移动 到稳定的控制状态,一边比较并运算灯电压值信号c2和从电流检测部21反 馈的信号b2、一边控制灯电流值,以便成为最适合于此时的灯电压的灯电流 值。
在此,说明进行上述频率切换时的课题及其解决方法。如上所述,在从 高频启动型放电灯装置的几十KHz的高频期间T1切换为适合于灯的稳定的几 十~几百Hz的整流频率期间T2的时刻,由于灯6和扼流圈L1的合成阻抗急 剧减少,就不能避免图11、图12所示的逆起电压引起频率切换时流过过大 电流Ib,导致电极劣化这样的课题。在从灯启动时的高频期间T1切换为适 合于灯的稳定的整流频率期间T2的时刻,如现有例的图11、或图5所示, 灯电流波形I(A)在高频期间T1成为高频开关的驱动电流波形。为此,在 工作转移到稳定整流期间T2的瞬间,高压产生部3的主要结构部件即阻抗的 影响急剧减少,因此,实质上,在图5所示的灯电流波形I(A)的整流频率 切换时就会流过过电流Ib。
预先决定从高频期间T1移动到稳定整流期间T2的时刻,虽然可以想象 根据灯电流值或电压值等决定的情况,但大多数情况下,都由从灯启动开始 算起的时间(2秒~5秒)决定。实际的控制是,利用在图3所示的微型计算 机等构成的运算部41上搭载的计时器411,根据在每个灯或每个放电灯点亮 装置中设定的时间来进行切换。
图5所示的频率切换时流有过大电流Ib的时刻是,高频期间T1刚结束 之后,与此时刻相对应,与灯的电压值或电流值的信息无关地、预先编程从 运算部41输出的信号p。根据来自此运算部41的输出信号p,重新设定用于 对直流-直流变换器1进行PWM控制的输出信号a,以使其成为图6所示的第 三目标电流值Ic。改变PWM控制部42的输出、以便成为此第三目标电流值, 并朝减少直流-直流变换器1的输出电流的方向进行控制,由此就能够使图6 所示的整流频率切换时的过大电流成为极端减少的灯电流波形。
此外,通过利用实验等调整此第三目标电流值Ic,就能够形成图4所示 的灯电流波形I(A),能够稳定灯点亮开始时的状态。再有,虽然在频率切 换时流过过大电流Ib的时刻是在高频期间T1刚结束后,但考虑到控制延迟 等,也可设定为在高频期间T1要结束的几μ~几msec前变为上述第三目标 电流值Ic。
如上所述,根据本实施方式,当开始启动灯时,根据对每个灯额定电压 以下的灯分别设定的规定阈值电压或代替其的设定值,流过此灯额定电流的 数倍的电流,就能够快速地加热灯电极。为此,就能够很快地将灯移向稳定 的热电子放电状态,与现有例比较,就能够大幅度地缩短灯的亮度上升所需 的时间。
图7表示对大约200W级且额定电流为3A左右的灯,利用现有的高频放 电灯点亮装置启动灯的情况(用△表示)和使用本实施方式的放电灯点亮装 置流过相当于2倍额定电流的约6A的启动电流的情况(用○表示)下,比较 亮度上升率-时间特性的结果。根据此结果,知道了相对于现有的放电灯点亮 装置亮度达到大致100%时需要130秒左右,而在本实施方式下却在用一半以 下的大约50秒亮度就几乎达到100%。
再有,如图4所示,从在灯中流过规定的额定电流以上的电流的期间到 在灯中流过灯额定电流以下的电流的期间的转移时间t2,大致对应于图7的 本发明的亮度一旦下降的点。这是由于减少了流过灯的电流。
此外,根据本实施方式,在放电灯点亮装置的电路结构上,利用与灯串 联插入的扼流圈的滤波效果,可解决加热灯刚启动之后的灯电极的电流也降 低所引起的、在切换到稳定整流频率的时刻灯熄灭的问题。即,当开始启动 灯时,根据对每个灯分别设定的灯额定电压以下的规定阈值电压或代替它的 设定值,流过此灯额定电流的数倍的电流,由此,能快速加热灯电极,因此, 就能够很大程度上降低在切换为稳定整流频率的时刻灯熄灭的可能性。
此外,利用本实施方式能够解决如下的问题:在放电灯点亮装置的电路 结构上,以在与灯串联插入的扼流圈中在高频期间存储的相当的磁通能量为 起因,在从高频期间切换到适合于灯的稳定的几十~几百Hz的整流频率的时 刻,由于灯和扼流圈的合成阻抗急剧减少而产生的逆电压,因此就会在切换 时流过过大电流,使灯电极劣化。即,在从灯启动时的高频期间切换到适合 于灯的稳定整流频率的时刻,通过与灯的电压值或电流值的信息无关地重新 设定控制目标值,由此可降低此整流频率切换时的流过灯的过大电流,不会 使电极劣化、而使灯处于稳定的热电子放电状态。
再有,在本说明书的范围中,灯额定电流是指作为灯管内填充物的水银 等气化或离子化状态下流过的最大电流值,灯额定电压是指能够以固定的功 率维持灯发光的电压范围的最小值。图8中将灯额定电流(Ir)和额定电压 (Vr)联系起来,比较表示出,本发明和现有例中的相对于灯电压V的灯电 流I和功率W的特性。实线是本发明的情况,虚线是现有例的情况。
首先,如上所述,如果是灯额定电压(Vr)以下的电压、且处于规定的 阈值电压以下,即使流过灯额定电流(Ir)的数倍电流,也具有不使灯电极 发生熔融等永久的变形就能快速加热电极的、按每个灯分别设定的灯电压值。 在图8中显示出,当小于此规定的阈值电压值(Vth)时,本发明的灯启动开 始电流值约为现有例的两倍。设定由电阻器R4和R5决定的基准电压,以便 通过规定的阈值电压(Vth)使比较器Comp的输出信号d反转。由此,控制 灯电流I使其低于灯额定电流(Ir)。
但是,在实际使用上,由于比较器Comp的输出信号d相对于灯电压的变 化稍稍延迟输出,所以希望通过重复的点灯实验来进行设定,以便用比规定 阈值电压稍稍低的灯电压,就能够使比较器Comp的输出d开始反转。
(第二实施方式)
使用图9、图3、图4说明本发明的第二实施方式。图9虽然是本实施方 式的电路框图,但在图1的电路框图中设置灯冷却装置7这点与第一实施方 式不同,其它结构相同。此外,本实施方式的点灯装置控制部4的电路框图 基本上与图3相同,但将比较器的输出d作为图9的灯冷却装置7的输入这 点与第一实施方式不同,其它结构相同。
接着,说明本实施方式的放电灯点亮装置的工作。再有,除了与灯冷却 装置7有关的工作之外,都如第一实施方式所述。
在图4的灯启动开始之后的T1期间中,从整流器2的电压检测部22反 馈的灯电压值信号c变为非常低的值,经过运算放大器OP2成为信号c2,被 输出到比较器Comp和运算部41。由于运算放大器OP2的输出信号c2低于由 电阻器R4和R5决定的基准电压,所以比较器Comp的输出d导通(=LOW输 出)。
接着,灯电极及灯管内的填充物的温度上升,由此灯电压慢慢上升,从 整流器2的电压检测部21反馈的灯电压值信号c就慢慢上升,经过运算放大 器OP2变为信号c2被输入到运算部41和比较器Comp。当运算放大器OP2的 输出信号c2超过由电阻器R4和R5决定的基准电压,比较器Comp的输出d 截止(=HIGH)。再有,由比较器Comp的电阻器R4和R5决定的基准电压,按 前面说明的,即使流过灯额定电流的数倍电流,也是灯电极不发生熔融等永 久变形的灯电压值,通过实验证明若在此规定的阈值电压之下,灯电极不会 产生熔融等永久变形。
利用由此规定的阈值电压输出信号切换的比较器Comp的输出d,在灯启 动开始之后,使灯冷却装置7停止。具体地,使配置在灯附近的冷却扇停 止。在此后的稳定状态中,与通常的灯点亮装置相同,开启冷却风扇
如上所述,根据第二实施方式,与第一实施方式相同,当开始启动灯时, 根据对灯额定电压以下的每个灯分别设定的规定阈值电压或代替其的设定 值,流过此灯额定电流的数倍电流,由此能够快速加热灯电极,由此就能够 及早将灯移向稳定的热电子放电状态,与现有例比较,就能够大幅度地缩短 灯的亮度上升所需的时间。
此外,通过在灯启动开始后使灯冷却装置停止,就能够使灯电极更快速 升温。
并且,使用将按每个灯个别设定的规定的阈值电压或代替它的设定值传 输给设置侧的灯冷却装置的结构,在灯电压值或代替它的设定值达到上述设 定值之前使冷却装置停止,就能够快速加热灯电极,由此,就能够显著地降 低在切换为稳定整流频率的时刻灯熄灭的可能性。
此外,在达到上述设定值以上的电压值或代替它的设定值之后,将冷却 系统的控制状态转移到维持灯的额定状态所最适合的冷却状态,因此就能够 不使电极劣化地使灯成为稳定的热电子放电状态。
工业上的可利用性
本发明的放电灯点亮装置,在短时间内使灯电极的温度充分上升,缩短 灯的亮度上升时间,并能够缩短能够辨别图像所需的时间,由此有利于投影 仪用的灯点亮。
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