專利名稱：點亮高壓放電燈的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種點亮高壓水銀燈等放電燈的裝置及方法，且適用于投射型投影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，雖然通過采用高效的高壓放電燈(以下簡稱為燈)飛速地提高了投射型投影器的輝度，但伴隨著燈的高效化，卻增加了燈管內(nèi)的水銀等填充物，此填充物的爆發(fā)式氣化會引起阻抗上升，從而使燈剛點亮之后的狀態(tài)非常不穩(wěn)定。在此狀態(tài)下，就會存在因重復(fù)進(jìn)行燈的熄滅和點亮而使燈電極劣化、因重復(fù)點亮噪音的增加而引起電路破壞等嚴(yán)重問題。
在此，在放電燈點亮裝置中存在稱作低頻啟動型和稱作高頻啟動型的點亮裝置。
低頻啟動型放電燈點亮裝置雖然是從燈啟動開始幾秒鐘間進(jìn)行低頻驅(qū)動、交替加熱兩個燈電極變的方式，但由于處于低頻，因此被加熱的燈電極和冷的燈電極之間的溫差就會很大，當(dāng)切換電流的極性時，就會存在所謂電流容易間斷的缺點。因此，一邊重復(fù)進(jìn)行熄滅和點亮、一邊慢慢地使燈進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，由此就變成了使燈電極承受很大負(fù)擔(dān)的啟動方式。
另一方面，高頻啟動型的放電燈點亮裝置是從燈啟動開始幾秒鐘間進(jìn)行高頻驅(qū)動、均等地加熱兩個電極的方式，由于處于高頻，兩個電極的溫差就會非常小，因此幾乎不會產(chǎn)生燈電流的間斷。
因此，就成為對燈電極的負(fù)擔(dān)非常小的啟動方式。
圖10及圖11分別表示低頻啟動型及高頻啟動型的放電燈點亮裝置中的燈電流I(A)、燈電壓V(V)、燈電極溫度D(℃)的時間變化的波形圖。
在圖10中，燈電流I(A)具有用燈剛啟動之后的期間T1表示的幾Hz～幾十Hz的低頻啟動期間，此期間通常是2秒～5秒的時間。如此，由于現(xiàn)有的放電燈點亮裝置通過幾Hz～幾十Hz的低頻對燈剛啟動之后的燈電流波形I(A)進(jìn)行整流驅(qū)動，所以稱為低頻啟動型的放電燈點亮裝置。對于此現(xiàn)有的低頻啟動型放電燈點亮裝置的燈啟動方法，在圖10中，如燈電壓V(V)的期間t3所示的，由于使燈點亮開始時的高壓脈沖進(jìn)一步高壓化，所以使燈電流I(A)的擊穿電流Id增加，如燈電極溫度D(℃)所示，使燈電極溫度急劇上升，從而進(jìn)行燈點亮開始時的穩(wěn)定化。但是，由于是低頻啟動，兩個燈電極的溫度差大，所以在進(jìn)行電流的極性切替時，電流就容易間斷。
如此，在燈啟動剛開始之后的不穩(wěn)定期間t3中，流向燈的擊穿電流Id為非常大的值。
并且，水銀等填充物的爆發(fā)式氣化所引起的急劇的阻抗變動，由此重復(fù)進(jìn)行燈電流的中斷和擊穿的結(jié)果，就會因引起燈電極的劣化和重復(fù)擊穿電流Id而導(dǎo)致電路破壞等。另一方面，對于燈的高效率化，采取了電極尖端細(xì)化和縮短電極間距的所謂短弧化的方法。為此，就會變成為不能夠忽視上述重復(fù)擊穿電流Id的增加所引起的燈點亮?xí)r的電極劣化的狀態(tài)。
相對于此，最近，如圖11所示的高頻啟動型放電燈點亮裝置成為主流，該裝置利用高的頻率(幾十kHz左右)對燈剛啟動后的燈電流I(A)進(jìn)行整流驅(qū)動，經(jīng)過高頻啟動期間T1后，在某一時刻移動到適合于燈的穩(wěn)定的整流頻率(80Hz～400Hz左右)期間T2。此高頻啟動期間T1也與低頻啟動型的放電燈點亮裝置一樣，通常是2秒～5秒的時間。
圖11所示的高頻啟動型放電燈點亮裝置，在其電路結(jié)構(gòu)上，雖然與燈串聯(lián)地插入具有幾十μH～幾百μH左右阻抗的扼流圈，但在高頻啟動期間T1中，燈擊穿時，此扼流圈就會變?yōu)楦哳l阻抗，具有可自動降低圖11的擊穿電流Ia的優(yōu)點。但是，與此同時，在高頻啟動期間T1中，上述軛流圈成為低通濾波器。為此，圖11所示的高頻啟動期間T1的燈電流I(A)的波形，就不會形成為如圖10所示的低頻啟動期間T1(不穩(wěn)定期間T3后)的燈電流I(A)的波形那樣的矩形波，而成為三角波。其結(jié)果，即使高頻啟動期間T1的電流峰值達(dá)到燈的額定電流，其實際值也約為一半。因此，加熱燈剛啟動之后的燈電極的電流值就會減少到圖10的大約一半左右。在高頻啟動期間T1燈電極的溫度上升不充分時，就會存在這樣的問題，即、在切換到穩(wěn)定的整流頻率期間T2的時刻t1，發(fā)生燈熄滅的可能性會非常高。
而且，在高頻啟動型放電燈點亮裝置中，由于通過高頻開關(guān)在幾十kHz的高頻啟動期間T1驅(qū)動比較中型的扼流圈，就能夠?qū)⑾喈?dāng)?shù)拇磐芰看鎯υ诖硕罅魅?。因此，從高頻啟動期間T1切換到適合于燈的穩(wěn)定的幾十Hz～幾百Hz的整流頻率期間T2的時刻t1，助長了燈和扼流圈的合成阻抗的急劇減少，并且，如圖11及圖12所示，會發(fā)生流過為了維持扼流圈的磁通量而產(chǎn)生的反向電壓所引起的相當(dāng)量的過大電流Ib、使燈電極劣化的問題。在此，圖12是在現(xiàn)有的高頻啟動型的放電燈點亮裝置中，在從高頻啟動期間T1切換到整流頻率期間T2的時刻t1之后，燈電流I(A)衰減為零，使燈熄滅時的燈電流I(A)的波形圖。
此外，不論是以上說明的低頻啟動型放電燈點亮裝置、還是高頻啟動型放電燈點亮裝置，雖然用作投影器的光源，但可辨別圖像的燈亮度上升到約60％以上需要大約1分鐘左右的時間，到可辨別圖像非常消耗時間，存在操作不方便這樣的問題。
在此，圖7是表示從高頻啟動型放電燈點亮裝置中的燈啟動開始的時間與亮度的上升特性的曲線圖，現(xiàn)有例具有用△標(biāo)記亮度的上升特性。如圖7，對于現(xiàn)有的高頻啟動型放電燈點亮裝置，可確認(rèn)出燈亮度上升到約60％以上需要一分鐘以上時間。
因此，在現(xiàn)有的高頻啟動型放電燈點亮裝置中，存在下面記載的問題點。
1、關(guān)于投影器用燈點亮，雖然是圖像裝置，但燈的亮度的上升需要花費很多時間，到使用者能夠看到圖像會需要很長時間。
2、高頻啟動期間中，與低頻啟動相比燈電流的使用值為一半，不能充分加熱燈剛啟動之后的燈電極。
3、從高頻啟動期間(高阻抗期間)向穩(wěn)定頻率期間(低阻抗期間)控制狀態(tài)移動時產(chǎn)生的過大電流，會使燈電極劣化。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題點而實施本發(fā)明，其目的在于，利用在短時間使燈電極的溫度充分上升的新方法來縮短燈的亮度上升時間，縮短到達(dá)可辨別圖像的時間。
此外，本發(fā)明的另一個目的在于，使燈點亮開始狀態(tài)穩(wěn)定化，防止因燈的控制頻率變化而產(chǎn)生的過大的燈電流所引起的燈電極本身的劣化，使燈壽命延長。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的放電燈點亮裝置其結(jié)構(gòu)為包括直流電源；直流-直流變換器，對來自直流電源的電流進(jìn)行直流-直流變換；整流器，將從直流-直流變換器輸出的直流電流轉(zhuǎn)換為交流電流；放電燈，從整流器供給交流電流；點燈裝置控制部，控制直流-直流變換器的輸出電流，并且控制整流器的整流頻率。
點燈裝置控制部控制直流-直流變換器，以便在放電燈的點亮開始時，用比放電燈的額定電壓(Vr)小的固定電壓值、且比放電燈的額定電流(Ir)大的第一目標(biāo)電流值來點亮放電燈；當(dāng)從放電燈的點亮開始到規(guī)定的高頻啟動期間(T1)結(jié)束的時刻，控制整流器并從比穩(wěn)定點亮?xí)r更高的整流頻率切換為穩(wěn)定點亮?xí)r的整流頻率之后，使在放電燈上施加的電壓上升，直至到達(dá)比放電燈的額定電壓小的規(guī)定閾值電壓(Vth)以上后，切換為放電燈的額定電流以下的第二目標(biāo)電流(Ic2)，點亮放電燈。
根據(jù)此結(jié)構(gòu)，對于投影器用燈點亮，就能夠用短時間使燈電極的溫度充分上升，縮短燈亮度上升時間，縮短到達(dá)可辨別圖像的時間。
此外，優(yōu)選點燈裝置控制部控制直流-直流變換器，以便在切換整流頻率時，與流過放電燈的電流值及施加在放電燈上的電壓值的信息無關(guān)地，使流入放電燈的電流成為第二目標(biāo)電流值以下的第三目標(biāo)電流值(Ic3)。
根據(jù)此結(jié)構(gòu)，就能夠防止因從高頻啟動期間(高阻抗期間)向穩(wěn)定頻率期間(低阻抗期間)控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移時產(chǎn)生的過大電流引起的燈電極本身劣化、實現(xiàn)燈壽命的延長。
此外，優(yōu)選點燈裝置控制部將第一目標(biāo)電流值設(shè)定成第二目標(biāo)電流值的2倍以上。由此，在燈剛啟動之后的高頻啟動期間中，能夠充分加熱燈電極。
此外，整流器結(jié)構(gòu)還可以包括檢測流過放電燈的電流的電流檢測部，以及檢測在放電燈上施加的電壓的電壓檢測部。點燈裝置控制部包括可變增益放大部，切換增益來放大與由電流檢測部檢測出的電流對應(yīng)的電壓；比較器，將由上述電壓檢測部檢測出的電壓同與規(guī)定的閾值電壓(Vth)對應(yīng)的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，對可變增益放大部輸出與比較結(jié)果相對應(yīng)的增益控制信號；運算部，接收來自可變增益放大部及電壓檢測部的輸出信號并進(jìn)行運算，使最適合于在放電燈上施加的電壓的電流流入放電燈；以及PWM控制部，根據(jù)來自運算部的輸出信號，輸出用于對直流-直流變換器進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制的信號。當(dāng)由電壓檢測部檢測出的電壓是基準(zhǔn)電壓以上時，比較器輸出用于提高可變增益放大部的增益的增益控制信號。
根據(jù)此結(jié)構(gòu)，當(dāng)由電壓檢測部檢測出的電壓是基準(zhǔn)電壓以上時，運算部判斷為燈電流大量流過，為了減少燈電流而減小PWM控制部的脈沖的占空比。
此外，運算部還可以包括計測從點亮開始的時間的計時器，根據(jù)放電燈的額定值對每個放電燈分別設(shè)定由計時器計測的規(guī)定的高頻啟動期間。
此外，可以根據(jù)放電燈的額定值按每個放電燈分別設(shè)定規(guī)定的閾值電壓。
此外，放電燈點亮裝置還可以包括放電燈冷卻裝置，點燈裝置控制部在施加于放電燈的電壓達(dá)到規(guī)定的閾值電壓之前，使放電燈冷卻裝置停止。
根據(jù)此結(jié)構(gòu)，能夠快速加熱燈電極，能夠縮短燈亮度上升時間。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的放電燈點亮方法，是利用高頻啟動來點亮放電燈的放電燈點亮方法，其包括在放電燈的點亮開始時，用比放電燈的額定電壓(Vr)小的固定電壓值、且比上述放電燈的額定電流(Ir)大的第一目標(biāo)電流值(Ic1)來點亮放電燈的步驟；以及，在從放電燈的點亮開始至規(guī)定的高頻啟動期間結(jié)束的時刻，從比穩(wěn)定點亮?xí)r更高的整流頻率切換為穩(wěn)定點亮?xí)r的整流頻率之后，使在放電燈上施加的電壓上升并到達(dá)比放電燈的額定電壓小的規(guī)定閾值電壓(Vth)以上后，切換為放電燈的額定電流以下的第二目標(biāo)電流值(Ic2)，來點亮上述放電燈的步驟。
利用此方法，對于投影儀用的燈點亮，可使燈電極溫度短時間內(nèi)充分上升而縮短燈的亮度上升時間，并縮短直到確認(rèn)圖像所需的時間。
此外，本發(fā)明的放電燈點亮方法還可包括控制步驟，在切換整流頻率時，與流入放電燈的電流值及施加在放電燈上的電壓值的信息無關(guān)地，使流過放電燈的電流成為第二目標(biāo)電流值以下的第三目標(biāo)電流值(Ic3)。
根據(jù)此方法，就能夠防止因從高頻啟動期間(高阻抗期間)向穩(wěn)定頻率期間(低阻抗期間)控制狀態(tài)移動時產(chǎn)生的過大電流引起的燈電極本身劣化，實現(xiàn)燈壽命的延長。
此外，優(yōu)選將第一目標(biāo)電流值設(shè)定成第二目標(biāo)電流值的2倍以上。由此，在燈啟動之后的高頻啟動期間中，能夠使燈電極充分升溫。
此外，可以根據(jù)放電燈的額定值按上述每個放電燈分別設(shè)定規(guī)定的高頻啟動期間。
此外，可以根據(jù)放電燈的額定值按每個放電燈分別設(shè)定規(guī)定的閾值電壓。
此外，本發(fā)明的放電燈點亮方法還可以包括在施加于放電燈的電壓達(dá)到規(guī)定的閾值電壓之前、停止放電燈冷卻的步驟。
根據(jù)此方法，就能夠快速加熱燈電極，能夠縮短燈亮度上升時間。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的放電燈點亮裝置的一結(jié)構(gòu)例的電路框圖。
圖2是表示圖1的直流-直流變換器1及整流器2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)例的電路圖。
圖3是表示圖1的點燈裝置控制部4的內(nèi)部結(jié)構(gòu)例的電路圖。
圖4是表示根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的放電燈點亮裝置中的燈啟動后的燈電流I(A)、燈電壓V(V)、燈電極溫度(℃)及可變增益放大部的增益G的時間變化的波形圖。
圖5是當(dāng)切換整流頻率時、不進(jìn)行燈電流的控制的情況下的燈電流I(A)的波形圖。
圖6是當(dāng)切換整流頻率時、控制燈電流成為第三目標(biāo)電流值的情況下的燈電流I(A)的波形圖。
圖7是表示比較本發(fā)明和現(xiàn)有例的從燈點亮開始的亮度上升特性的曲線圖。
圖8是比較表示本發(fā)明和現(xiàn)有例的相對于燈電壓V的、燈電流I和功率W的特性的曲線圖。
圖9是表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的放電燈點亮裝置的一結(jié)構(gòu)例的電路框圖。
圖10是表示現(xiàn)有的低頻啟動型的放電燈點亮裝置中的燈啟動后的燈電流I(A)、燈電壓V(V)及燈電極溫度(℃)的時間變化的波形圖。
圖11是表示現(xiàn)有的高頻啟動型的放電燈點亮裝置中的燈啟動后的燈電流I(A)、燈電壓V(V)及燈電極溫度(℃)的時間變化的波形圖。
圖12是在現(xiàn)有的高頻啟動型放電燈點亮裝置中從高頻啟動期間T1切換為整流頻率期間T2后、燈電流I(A)衰減變?yōu)榱愣篃粝鐣r的燈電流I(A)的波形圖。
最佳實施方式下面，參照附圖來說明本發(fā)明的最佳實施方式。
(第一實施方式)圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的放電燈點亮裝置的一結(jié)構(gòu)例的電路框圖。在圖1中，本實施方式的放電燈點亮裝置的結(jié)構(gòu)包括直流電源5，對來自直流電源5的電流進(jìn)行直流-直流轉(zhuǎn)換而生成流入燈6的電流的直流-直流變換器1，將直流-直流變換器1的輸出電流從直流轉(zhuǎn)換為交流的整流器2，燈啟動時產(chǎn)生用于擊穿燈6的高壓脈沖的高壓產(chǎn)生部3，控制直流-直流變換器1的輸出電流及輸出電壓和整流器2的整流頻率的點燈裝置控制部4，用于縮短燈電流的極性反轉(zhuǎn)時間的扼流圈L1，作為高效的高壓放電燈的燈6。
整流器2由成為其主要結(jié)構(gòu)電路的全橋電路部和電流檢測部21、電壓檢測部22構(gòu)成，執(zhí)行如下的DC/AC轉(zhuǎn)換工作根據(jù)從點燈裝置控制部4供給的、以編程的固定頻率反轉(zhuǎn)的矩形波信號即全橋電路驅(qū)動用主信號FBM和與主信號FBM相反的相位工作的從屬信號FBS，將直流-直流變換器1輸出的直流電流轉(zhuǎn)換為交流電流。并且，整流器2兼?zhèn)鋵碜噪娏鳈z測部21的燈電流值信號b、來自電壓檢測部22的燈電壓值信號c反饋給點燈裝置控制部4的功能。
圖2是表示直流-直流變換器1及整流器2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)例的電路圖。在圖2中，直流-直流變換器1由開關(guān)元件(圖2中是功率MOSFET)Q2、脈沖變壓器PT1、二極管D1、線圈L2、電容器C1構(gòu)成。脈沖變壓器PT1用一級側(cè)線圈接收來自點燈裝置控制部4的脈沖寬度控制信號a，從二級線圈輸出按規(guī)定的占空比對開關(guān)元件Q2進(jìn)行通斷的信號。開關(guān)元件Q2從導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r，從接地電位通過二極管D1、線圈L2向電容器C1流入電流，使電容器C1充電。線圈L2和電容器C1構(gòu)成低通濾波器，從直流-直流變換器1輸出將通過脈沖變壓器PT1及開關(guān)元件Q2的削波工作而產(chǎn)生的脈沖電流平均化了的直流電流。
整流器2由全橋電路、電流檢測部21、電壓檢測部22構(gòu)成，其中全橋電路由開關(guān)元件(圖2中是絕緣柵型雙極晶體管(IGBT))Q3、Q4、Q5、Q6，電流檢測電阻R7，半橋驅(qū)動器IC(HB-IC)23、24構(gòu)成。根據(jù)從點燈裝置控制部4供給的全橋電路驅(qū)動用主信號FBM和從屬信號FBS，來控制開關(guān)元件Q3、Q4、Q5、Q6，將直流-直流變換器1的輸出即直流電流轉(zhuǎn)換為交流電流。被轉(zhuǎn)換為交流的電流，通過扼流圈L1和高壓發(fā)生部3提供到燈6。
接著，圖3表示點燈裝置控制部4的結(jié)構(gòu)例。在點燈裝置控制部4中，從整流器2的電流檢測部21反饋的燈電流值信號b被輸入到運算放大器OP1。燈電流值信號b，通過由電阻器R1、R2、R3和晶體管Q1決定的增益G成為被增益放大的信號b2，被輸入到由微型計算機(jī)等構(gòu)成的運算部41中。在此，運算放大器OP1、電阻器R1、R2、R3和晶體管Q1構(gòu)成可變增益放大部。此外，從整流器2的電壓檢測部22反饋的燈電壓值信號c，經(jīng)過運算放大器OP2變?yōu)樾盘朿2，被輸入到比較器Comp和運算部41。比較器Comp具有開路集電極的結(jié)構(gòu)，當(dāng)運算放大器OP2的輸出信號c2超過由電阻器R4和R5決定的基準(zhǔn)電壓時，比較器Comp的輸出d截止(＝HIGH輸出)，晶體管Q1通過負(fù)載電阻R6自偏置導(dǎo)通，相反，當(dāng)運算放大器OP2的輸出信號c2低于由電阻器R4和R5決定的基準(zhǔn)電壓時，比較器Comp的輸出d導(dǎo)通(＝LOW輸出)，晶體管Q1截止。
在運算部41中進(jìn)行編程，以便成為最適合于此時的燈電壓的電流值，以便一邊比較自電流檢測部21反饋的信號b2和燈電壓值信號c2、一邊輸出信號p。來自此運算部41的輸出信號p被輸入到產(chǎn)生用于對直流-直流變換器1進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制控制(下面稱為PWM控制)的輸出信號a的PWM控制部42，由此，控制燈電流。
通過將這些圖3所示的點燈裝置控制部4的結(jié)構(gòu)追加在現(xiàn)有型的高頻放電燈點亮裝置，就能夠使圖11所示的現(xiàn)有型的高頻啟動型放電燈點亮裝置的燈啟動時電流波形I(A)成為圖4所示的本實施方式的放電燈點亮裝置的燈啟動時電流波形I(A)。
接著，使用圖4按時間序列說明具體的工作。圖4表示本實施方式的放電燈點亮裝置的燈啟動波形，I(A)表示燈電流波形，V(V)表示燈電壓波形，D(℃)表示燈電極溫度，G表示點燈裝置控制部4的增益。
首先，當(dāng)對點燈裝置控制部4輸入用于燈啟動的外部信號時，點燈裝置控制部4產(chǎn)生幾十KHz的全橋電路驅(qū)動用主信號FBM和從屬信號FBS，在用幾十KHz的高頻驅(qū)動整流器2的同時，從高壓產(chǎn)生部3產(chǎn)生高壓脈沖，由于此高壓脈沖，燈6產(chǎn)生破壞燈電極間絕緣的擊穿現(xiàn)象，并開始點亮。
通過作為高壓產(chǎn)生部3的主要結(jié)構(gòu)部件的阻抗，此時的擊穿電流與現(xiàn)有例的圖10所示的低頻啟動型放電燈點亮裝置的擊穿電流Id相比就會變?yōu)榇蠹s一半左右的擊穿電流Ia，從而減輕了對燈6的電極的負(fù)擔(dān)。此點與現(xiàn)有例的圖11所示的高頻放電燈點亮裝置相同。
接著，作為本實施方式的特點，如圖4所示的燈啟動電流波形I(A)那樣，與圖11所示的現(xiàn)有的高頻啟動型放電燈點亮裝置的啟動電流I(A)相比，流過大約2倍以上峰值電流值這樣的燈啟動開始電流值。由此，就能夠按照與現(xiàn)有例圖10的燈電極溫度D(℃)幾乎相同的速度使圖4的燈電極溫度D(℃)上升。
燈啟動剛開始之后的T1期間中，從整流器2的電壓檢測部22反饋的燈電壓值信號c變?yōu)榉浅５偷闹担?jīng)過運算放大器OP2變?yōu)樾盘朇2被輸入到比較器Comp和運算部41。由于運算放大器OP2的輸出信號c2低于由電阻器R4和R5決定的基準(zhǔn)電壓，所以比較器Comp的輸出d導(dǎo)通(＝LOW輸出)。因此，晶體管Q1截止，將運算放大器OP1的輸出設(shè)定為由電阻器R1、R2、R3決定的增益G(G＝(R1/(R2+R3))+1)。在此，如果預(yù)先將電阻器R3的值設(shè)定得非常大，增益G就約為1，從整流器2的電流檢測部21反饋的燈電流值信號b不被增益放大地輸入到運算部41。因此，由于運算部41檢測出相對于第一目標(biāo)電流值過小的燈電流反饋值b2，所以就會向增加燈電流的方向來控制PWM控制部42。
當(dāng)燈電流達(dá)到第一目標(biāo)電流值時，控制運算部以便維持其目標(biāo)值。在此，本實施方式中，第一目標(biāo)電流值被預(yù)先設(shè)定為圖11所示的現(xiàn)有的高頻啟動裝置的高頻啟動期間T1的電流值的大約2倍，并控制運算部以便將燈電流維持在現(xiàn)有的高頻啟動裝置的高頻啟動期間的電流值的大約2倍。再有，相應(yīng)的第一目標(biāo)電流值對應(yīng)于規(guī)定的額定電流以上的電流，這一點以后敘述。
并且，如圖4所示，經(jīng)過上述高頻啟動啟動期間T1，在某一時刻移動到適合于燈的穩(wěn)定的整流頻率期間T2。這點與現(xiàn)有高頻放電燈點亮裝置相同，即使本實施方式中，也通過急劇減小燈6和扼流圈1的合成阻抗，在進(jìn)行頻率切換時就會流過過大電流。再有，圖5表示本實施方式的放電燈點亮裝置的燈啟動波形，圖5的Ib是進(jìn)行頻率切換時的過大電流。
在本實施方式中，由于流過高于額定電流的電流，所以就會產(chǎn)生如現(xiàn)有的高頻放電燈點亮裝置那樣不能忽視的問題，這點將在后面進(jìn)行描述。
接著，燈電極及燈管內(nèi)的填充物的溫度上升，伴隨與此，燈電壓也慢慢上升時，從整流器2的電壓檢測部22反饋的燈電壓值信號c慢慢上升，經(jīng)過運算放大器OP2成為信號c2，被輸入到比較器Comp和運算部41中。由于運算放大器OP2的輸出信號c2超過由電阻R4和R5決定的基準(zhǔn)電壓，比較器Comp的輸出d截止(＝HIGH輸出)。由此，晶體管Q1導(dǎo)通，將比較器OP1的輸出設(shè)定為由電阻器R1和R2決定的增益G(G＝(R1+R2)+1)。因此，從整流器2的電流檢測部21反饋的燈電流值信號b，通過運算放大器OP1變?yōu)閹妆对鲆娴男盘朾2。
其結(jié)果，由于運算部41檢測出相對于上述第一目標(biāo)電流值過大的燈電流反饋值b2，所以就會向流過的燈電流進(jìn)一步減少的方向來控制PWM控制部42，向與燈額定電流值以下的穩(wěn)定控制狀態(tài)下的電流值對應(yīng)的第二目標(biāo)電流值移動。此移動時間t2所需時間，雖然取決于控制電路的常數(shù)設(shè)定和燈電極、填充物的水銀的狀態(tài)，但大約為一秒鐘左右。
之后，運算部41被編程為利用增益G(G＝(R1+R2)+1)的設(shè)定來移動到穩(wěn)定的控制狀態(tài)，一邊比較并運算燈電壓值信號c2和從電流檢測部21反饋的信號b2、一邊控制燈電流值，以便成為最適合于此時的燈電壓的燈電流值。
在此，說明進(jìn)行上述頻率切換時的課題及其解決方法。如上所述，在從高頻啟動型放電燈裝置的幾十KHz的高頻期間T1切換為適合于燈的穩(wěn)定的幾十～幾百Hz的整流頻率期間T2的時刻，由于燈6和扼流圈L1的合成阻抗急劇減少，就不能避免圖11、圖12所示的逆起電壓引起頻率切換時流過過大電流Ib，導(dǎo)致電極劣化這樣的課題。在從燈啟動時的高頻期間T1切換為適合于燈的穩(wěn)定的整流頻率期間T2的時刻，如現(xiàn)有例的圖11、或圖5所示，燈電流波形I(A)在高頻期間T1成為高頻開關(guān)的驅(qū)動電流波形。為此，在工作轉(zhuǎn)移到穩(wěn)定整流期間T2的瞬間，高壓產(chǎn)生部3的主要結(jié)構(gòu)部件即阻抗的影響急劇減少，因此，實質(zhì)上，在圖5所示的燈電流波形I(A)的整流頻率切換時就會流過過電流Ib。
預(yù)先決定從高頻期間T1移動到穩(wěn)定整流期間T2的時刻，雖然可以想象根據(jù)燈電流值或電壓值等決定的情況，但大多數(shù)情況下，都由從燈啟動開始算起的時間(2秒～5秒)決定。實際的控制是，利用在圖3所示的微型計算機(jī)等構(gòu)成的運算部41上搭載的計時器411，根據(jù)在每個燈或每個放電燈點亮裝置中設(shè)定的時間來進(jìn)行切換。
圖5所示的頻率切換時流有過大電流Ib的時刻是，高頻期間T1剛結(jié)束之后，與此時刻相對應(yīng)，與燈的電壓值或電流值的信息無關(guān)地、預(yù)先編程從運算部41輸出的信號p。根據(jù)來自此運算部41的輸出信號p，重新設(shè)定用于對直流-直流變換器1進(jìn)行PWM控制的輸出信號a，以使其成為圖6所示的第三目標(biāo)電流值Ic。改變PWM控制部42的輸出、以便成為此第三目標(biāo)電流值，并朝減少直流-直流變換器1的輸出電流的方向進(jìn)行控制，由此就能夠使圖6所示的整流頻率切換時的過大電流成為極端減少的燈電流波形。
此外，通過利用實驗等調(diào)整此第三目標(biāo)電流值Ic，就能夠形成圖4所示的燈電流波形I(A)，能夠穩(wěn)定燈點亮開始時的狀態(tài)。再有，雖然在頻率切換時流過過大電流Ib的時刻是在高頻期間T1剛結(jié)束后，但考慮到控制延遲等，也可設(shè)定為在高頻期間T1要結(jié)束的幾μ～幾msec前變?yōu)樯鲜龅谌繕?biāo)電流值Ic。
如上所述，根據(jù)本實施方式，當(dāng)開始啟動燈時，根據(jù)對每個燈額定電壓以下的燈分別設(shè)定的規(guī)定閾值電壓或代替其的設(shè)定值，流過此燈額定電流的數(shù)倍的電流，就能夠快速地加熱燈電極。為此，就能夠很快地將燈移向穩(wěn)定的熱電子放電狀態(tài)，與現(xiàn)有例比較，就能夠大幅度地縮短燈的亮度上升所需的時間。
圖7表示對大約200W級且額定電流為3A左右的燈，利用現(xiàn)有的高頻放電燈點亮裝置啟動燈的情況(用△表示)和使用本實施方式的放電燈點亮裝置流過相當(dāng)于2倍額定電流的約6A的啟動電流的情況(用○表示)下，比較亮度上升率-時間特性的結(jié)果。根據(jù)此結(jié)果，知道了相對于現(xiàn)有的放電燈點亮裝置亮度達(dá)到大致100％時需要130秒左右，而在本實施方式下卻在用一半以下的大約50秒亮度就幾乎達(dá)到100％。
再有，如圖4所示，從在燈中流過規(guī)定的額定電流以上的電流的期間到在燈中流過燈額定電流以下的電流的期間的轉(zhuǎn)移時間t2，大致對應(yīng)于圖7的本發(fā)明的亮度一旦下降的點。這是由于減少了流過燈的電流。
此外，根據(jù)本實施方式，在放電燈點亮裝置的電路結(jié)構(gòu)上，利用與燈串聯(lián)插入的扼流圈的濾波效果，可解決加熱燈剛啟動之后的燈電極的電流也降低所引起的、在切換到穩(wěn)定整流頻率的時刻燈熄滅的問題。即，當(dāng)開始啟動燈時，根據(jù)對每個燈分別設(shè)定的燈額定電壓以下的規(guī)定閾值電壓或代替它的設(shè)定值，流過此燈額定電流的數(shù)倍的電流，由此，能快速加熱燈電極，因此，就能夠很大程度上降低在切換為穩(wěn)定整流頻率的時刻燈熄滅的可能性。
此外，利用本實施方式能夠解決如下的問題在放電燈點亮裝置的電路結(jié)構(gòu)上，以在與燈串聯(lián)插入的扼流圈中在高頻期間存儲的相當(dāng)?shù)拇磐芰繛槠鹨颍趶母哳l期間切換到適合于燈的穩(wěn)定的幾十～幾百Hz的整流頻率的時刻，由于燈和扼流圈的合成阻抗急劇減少而產(chǎn)生的逆電壓，因此就會在切換時流過過大電流，使燈電極劣化。即，在從燈啟動時的高頻期間切換到適合于燈的穩(wěn)定整流頻率的時刻，通過與燈的電壓值或電流值的信息無關(guān)地重新設(shè)定控制目標(biāo)值，由此可降低此整流頻率切換時的流過燈的過大電流，不會使電極劣化、而使燈處于穩(wěn)定的熱電子放電狀態(tài)。
再有，在本說明書的范圍中，燈額定電流是指作為燈管內(nèi)填充物的水銀等氣化或離子化狀態(tài)下流過的最大電流值，燈額定電壓是指能夠以固定的功率維持燈發(fā)光的電壓范圍的最小值。圖8中將燈額定電流(Ir)和額定電壓(Vr)聯(lián)系起來，比較表示出，本發(fā)明和現(xiàn)有例中的相對于燈電壓V的燈電流I和功率W的特性。實線是本發(fā)明的情況，虛線是現(xiàn)有例的情況。
首先，如上所述，如果是燈額定電壓(Vr)以下的電壓、且處于規(guī)定的閾值電壓以下，即使流過燈額定電流(Ir)的數(shù)倍電流，也具有不使燈電極發(fā)生熔融等永久的變形就能快速加熱電極的、按每個燈分別設(shè)定的燈電壓值。在圖8中顯示出，當(dāng)小于此規(guī)定的閾值電壓值(Vth)時，本發(fā)明的燈啟動開始電流值約為現(xiàn)有例的兩倍。設(shè)定由電阻器R4和R5決定的基準(zhǔn)電壓，以便通過規(guī)定的閾值電壓(Vth)使比較器Comp的輸出信號d反轉(zhuǎn)。由此，控制燈電流I使其低于燈額定電流(Ir)。
但是，在實際使用上，由于比較器Comp的輸出信號d相對于燈電壓的變化稍稍延遲輸出，所以希望通過重復(fù)的點燈實驗來進(jìn)行設(shè)定，以便用比規(guī)定閾值電壓稍稍低的燈電壓，就能夠使比較器Comp的輸出d開始反轉(zhuǎn)。
(第二實施方式)使用圖9、圖3、圖4說明本發(fā)明的第二實施方式。圖9雖然是本實施方式的電路框圖，但在圖1的電路框圖中設(shè)置燈冷卻裝置7這點與第一實施方式不同，其它結(jié)構(gòu)相同。此外，本實施方式的點燈裝置控制部4的電路框圖基本上與圖3相同，但將比較器的輸出d作為圖9的燈冷卻裝置7的輸入這點與第一實施方式不同，其它結(jié)構(gòu)相同。
接著，說明本實施方式的放電燈點亮裝置的工作。再有，除了與燈冷卻裝置7有關(guān)的工作之外，都如第一實施方式所述。
在圖4的燈啟動開始之后的T1期間中，從整流器2的電壓檢測部22反饋的燈電壓值信號c變?yōu)榉浅５偷闹担?jīng)過運算放大器OP2成為信號c2，被輸出到比較器Comp和運算部41。由于運算放大器OP2的輸出信號c2低于由電阻器R4和R5決定的基準(zhǔn)電壓，所以比較器Comp的輸出d導(dǎo)通(＝LOW輸出)。
接著，燈電極及燈管內(nèi)的填充物的溫度上升，由此燈電壓慢慢上升，從整流器2的電壓檢測部21反饋的燈電壓值信號c就慢慢上升，經(jīng)過運算放大器OP2變?yōu)樾盘朿2被輸入到運算部41和比較器Comp。當(dāng)運算放大器OP2的輸出信號c2超過由電阻器R4和R5決定的基準(zhǔn)電壓，比較器Comp的輸出d截止(＝HIGH)。再有，由比較器Comp的電阻器R4和R5決定的基準(zhǔn)電壓，按前面說明的，即使流過燈額定電流的數(shù)倍電流，也是燈電極不發(fā)生熔融等永久變形的燈電壓值，通過實驗證明若在此規(guī)定的閾值電壓之下，燈電極不會產(chǎn)生熔融等永久變形。
利用由此規(guī)定的閾值電壓輸出信號切換的比較器Comp的輸出d，在燈啟動開始之后，使燈冷卻裝置7停止。具體地，使配置在燈附近的冷卻風(fēng)扇停止。在此后的穩(wěn)定狀態(tài)中，與通常的燈點亮裝置相同，開啟冷卻風(fēng)扇。
如上所述，根據(jù)第二實施方式，與第一實施方式相同，當(dāng)開始啟動燈時，根據(jù)對燈額定電壓以下的每個燈分別設(shè)定的規(guī)定閾值電壓或代替其的設(shè)定值，流過此燈額定電流的數(shù)倍電流，由此能夠快速加熱燈電極，由此就能夠及早將燈移向穩(wěn)定的熱電子放電狀態(tài)，與現(xiàn)有例比較，就能夠大幅度地縮短燈的亮度上升所需的時間。
此外，通過在燈啟動開始后使燈冷卻裝置停止，就能夠使燈電極更快速升溫。
并且，使用將按每個燈個別設(shè)定的規(guī)定的閾值電壓或代替它的設(shè)定值傳輸給設(shè)置側(cè)的燈冷卻裝置的結(jié)構(gòu)，在燈電壓值或代替它的設(shè)定值達(dá)到上述設(shè)定值之前使冷卻裝置停止，就能夠快速加熱燈電極，由此，就能夠顯著地降低在切換為穩(wěn)定整流頻率的時刻燈熄滅的可能性。
此外，在達(dá)到上述設(shè)定值以上的電壓值或代替它的設(shè)定值之后，將冷卻系統(tǒng)的控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移到維持燈的額定狀態(tài)所最適合的冷卻狀態(tài)，因此就能夠不使電極劣化地使燈成為穩(wěn)定的熱電子放電狀態(tài)。
工業(yè)上的可利用性本發(fā)明的放電燈點亮裝置，在短時間內(nèi)使燈電極的溫度充分上升，縮短燈的亮度上升時間，并能夠縮短能夠辨別圖像所需的時間，由此有利于投影儀用的燈點亮。
權(quán)利要求
1.一種放電燈點亮裝置，是高頻啟動型放電燈點亮裝置，包括直流電源；直流-直流變換器，對來自上述直流電源的電流進(jìn)行直流-直流變換；整流器，將從上述直流-直流變換器輸出的直流電流轉(zhuǎn)換為交流電流；放電燈，從上述整流器供給交流電流；點燈裝置控制部，控制上述直流-直流變換器的輸出電流，并且控制上述整流器的整流頻率，其特征在于，上述點燈裝置控制部控制上述直流-直流變換器，以便在上述放電燈的點亮開始時，用比上述放電燈的額定電壓小的固定電壓值、且比上述放電燈的額定電流大的第一目標(biāo)電流值來點亮上述放電燈；在從上述放電燈的點亮開始到規(guī)定的高頻啟動期間結(jié)束的時刻，控制上述整流器并從比穩(wěn)定點亮?xí)r高的整流頻率切換為穩(wěn)定點亮?xí)r的整流頻率之后，使在上述放電燈上施加的電壓上升，直至到達(dá)比上述放電燈的額定電壓小的規(guī)定閾值電壓以上之后，切換為上述放電燈的額定電流以下的第二目標(biāo)電流，點亮上述放電燈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的放電點亮裝置，其特征在于，上述點燈裝置控制部控制上述直流-直流變換器，以便在切換上述整流頻率時，與流過上述放電燈的電流值及施加在上述放電燈上的電壓值的信息無關(guān)地，使流入上述放電燈的電流成為上述第二目標(biāo)電流值以下的第三目標(biāo)電流值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的放電燈點亮裝置，其特征在于，上述點燈裝置控制部將上述第一目標(biāo)電流值設(shè)定成上述第二目標(biāo)電流值的兩倍以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的放電燈點亮裝置，其特征在于，上述整流器包括檢測流入上述放電燈的電流的電流檢測部，以及檢測在上述放電燈上施加的電壓的電壓檢測部；上述點燈裝置控制部包括可變增益放大部，切換增益來放大與由上述電流檢測部檢測出的電流對應(yīng)的電壓；比較器，將由上述電壓檢測部檢測出的電壓同與上述規(guī)定的閾值電壓對應(yīng)的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，對上述可變增益放大部輸出與比較結(jié)果相對應(yīng)的增益控制信號；運算部，接收來自上述可變增益放大部及上述電壓檢測部的輸出信號并進(jìn)行運算，使最適合于在放電燈上施加的電壓的電流流入上述放電燈；以及PWM控制部，根據(jù)來自上述運算部的輸出信號，輸出用于對上述直流-直流變換器進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制控制的信號；當(dāng)由上述電壓檢測部檢測出的電壓是上述基準(zhǔn)電壓以上時，上述比較器輸出用于提高上述可變增益放大部的增益的增益控制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的放電燈點亮裝置，其特征在于，上述運算部包括計測從點燈開始的時間的計時器，根據(jù)上述放電燈的額定值對上述每個放電燈分別設(shè)定由上述計時器計測的上述規(guī)定的高頻啟動期間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的放電燈點亮裝置，其特征在于，根據(jù)上述放電燈的額定值，對上述每個放電燈分別設(shè)定上述規(guī)定的閾值電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的放電燈點亮裝置，其特征在于，上述放電燈點亮裝置還包括放電燈冷卻裝置，在施加于上述放電燈的電壓達(dá)到上述規(guī)定的閾值電壓之前，上述點燈裝置控制部使上述放電燈冷卻裝置停止。
8.一種放電燈點亮方法，是利用高頻啟動來點亮放電燈的放電燈點亮方法，其特征在于，包括在上述放電燈的點亮開始時，用比上述放電燈的額定電壓小的固定電壓值、且比上述放電燈的額定電流大的第一目標(biāo)電流值來點亮上述放電燈的步驟；以及，在從上述放電燈的點亮開始至規(guī)定的高頻啟動期間結(jié)束的時刻，在從比穩(wěn)定點亮?xí)r高的整流頻率切換為穩(wěn)定點亮?xí)r的整流頻率之后，使在上述放電燈上施加的電壓上升并達(dá)到比上述放電燈的額定電壓小的規(guī)定閾值電壓以上后，切換為上述放電燈的額定電流以下的第二目標(biāo)電流值，來點亮上述放電燈的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求8中所述的放電燈點亮方法，其特征在于，還包括控制步驟，在切換上述整流頻率時，與流入上述放電燈的電流值及在上述放電燈上施加的電壓值的信息無關(guān)地，使流入上述放電燈的電流成為上述第二目標(biāo)電流值以下的第三目標(biāo)電流值。
10.根據(jù)權(quán)利要求8中所述的放電燈點亮方法，其特征在于，上述第一目標(biāo)電流值被設(shè)定成上述第二目標(biāo)電流值的2倍以上。
11.根據(jù)權(quán)利要求8中所述的放電燈點亮方法，其特征在于，根據(jù)上述放電燈的額定值，對上述每個放電燈分別設(shè)定上述規(guī)定的高頻啟動期間。
12.根據(jù)權(quán)利要求8中所述的放電燈點亮方法，其特征在于，根據(jù)上述放電燈的額定值，對上述每個放電燈分別設(shè)定上述規(guī)定的閾值電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求8中所述的放電燈點亮方法，其特征在于，還包括在施加于上述放電燈上的電壓達(dá)到上述規(guī)定的閾值電壓之前停止上述放電燈的冷卻的步驟。
全文摘要
利用點燈裝置控制部(4)來控制直流－直流變換器(1)的輸出電流，并控制將從直流－直流變換器輸出的直流電流轉(zhuǎn)換為交流電流的整流器(2)的整流頻率。點燈裝置控制部控制直流－直流變換器，以便在點亮開始時，用比額定電壓小的固定電壓值、且比額定電流大的第一目標(biāo)電流值來點亮放電燈；在從點亮開始到規(guī)定的高頻啟動期間(T1)結(jié)束的時刻，控制整流器，從比穩(wěn)定點亮?xí)r更高的整流頻率切換為穩(wěn)定點亮?xí)r的整流頻率之后，在放電燈上施加的電壓上升達(dá)到額定電壓以下的規(guī)定閾值電壓(Vth)以上之后，切換為額定電流以下的第二目標(biāo)電流值，來點亮放電燈。能夠在短時間內(nèi)使燈電極溫度充分上升，由此縮短燈的亮度上升時間、并縮短可識別圖像所需的時間。
文檔編號H05B41/24GK1788528SQ20048001316
公開日2006年6月14日 申請日期2004年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月14日
發(fā)明者野口俊之, 柿本安博 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社