本実施例1は、図4に示すように、直流電� �100から入力された直流電力を降圧して出力� �るダウンコンバータ回路200と、ダウンコン� �ータ回路200が出力した直流電力を交流電力� �変換して放電灯Laに供給するインバータ回路 300とを備える。本実施例1における放電灯Laは HID(High Intensity Discharge)ランプとも呼ばれる� �圧放電灯である。この種の高圧放電灯とし� �は、例えば高圧水銀ランプやメタルハライ� �ランプなどがある。

 ダウンコンバータ回路200は、バックコン� ��ータや降圧形コンバータとも呼ばれる周知� ��回路であって、直流電源100の出力端間に接� ��されたスイッチング素子Q1とインダクタL1と 出力コンデンサC1との直列回路と、アノード� ��直流電源100の低電圧側の出力端と出力コン� ��ンサC1との接続点に接続されカソードがス� �ッチング素子Q1とインダクタL1との接続点に� ��続されたダイオードD1とを備え、出力コン� �ンサC1の両端を出力端としている。さらに、 本実施例1は、スイッチング素子Q1をオンオフ 駆動する降圧駆動回路420を備える。また、直 流電源100の低電圧側の出力端と出力コンデン サC1との間には抵抗R1が接続されており、降� �駆動回路420は、抵抗R1の両端電圧に基いて(� �なわち、抵抗R1によってダウンコンバータ回 路200の出力電圧を検出して)スイッチング素� �Q1のオンオフのデューティ比をフィードバッ ク制御することにより、ダウンコンバータ回 路200の出力電圧を制御する。このような降圧 駆動回路420は周知技術で実現可能であるので 、詳細な説明及び図示は省略する。

 インバータ回路300は、いわゆるフルブリ� ��ジ型のインバータ回路であって、2個ずつの 直列回路がダウンコンバータ回路200の出力端 間に互いに並列に接続された計4個のスイッ� �ング素子Q2~Q5を備える。また、一方の直列回 路のスイッチング素子Q4,Q5は放電灯Laの他端� �接続される。さらに、インバータ回路300は� �一端が一方の直列回路のスイッチング素子Q2 ,Q3の接続点に接続され他端が放電灯Laの一端� ��接続されるインダクタL3と、放電灯Laに並列 に接続されたコンデンサC2とからなる共振部3 10を有する。

 さらに、本実施例1は、互いに対角に位置 するスイッチング素子Q2~Q5同士が同時にオン� ��フされ、且つ、互いに直列に接続されたス� ��ッチング素子Q2~Q5同士は交互にオンオフさ� �るように、各スイッチング素子Q2~Q5をそれぞ れオンオフ駆動するインバータ駆動回路410を 備える。また、本実施例1は、インダクタL3と 放電灯Laとの接続点と、ダウンコンバータ回� ��200の低電圧側の出力端との間に接続された� ��灯検出回路400を備える。点灯検出回路400は� ��放電灯Laの点灯と立ち消えとをそれぞれ検� �するとともに、放電灯Laの点灯が検出されて いる期間中には、放電灯Laに流れる電流(以下 、「ランプ電流」と呼ぶ。)が正負非対称な(� ��まり、向きによってピーク値が異なる)電流 (以下、「非対称電流」と呼ぶ。)となってい� ��状態(以下、「非対称状態」と呼ぶ。)を検� �する。上記のような点灯検出回路400やイン� �ータ駆動回路410は周知技術で実現可能であ� �ので、詳細な説明並びに図示は省略する。

 次に、図5を用いて本実施例1の動作を説� �する。図5において、4個のグラフはそれぞれ 横軸を時間としており、一番上のグラフの縦 軸は放電灯Laに加えられる電圧(以下、「共振 電圧」と呼ぶ。)Vlであり、上から2番目のグ� �フの縦軸は駆動周波数fであり、上から3番目 のグラフの縦軸はダウンコンバータ回路200の 出力電圧(以下、「直流出力電圧」と呼ぶ。)V dであり、一番下のグラフの縦軸はランプ電� �Ilである。インバータ駆動回路410は、電源が オンされてから、点灯検出回路400によって放 電灯Laの点灯(すなわち放電灯Laでの放電の開� ��)が検出された時点T1の後に立ち消えが検出� ��れることなく所定の予熱時間が経過する時� ��T3までの期間(以下、「始動期間」と呼ぶ。) には、駆動周波数fを所定の第1の周波数f1か� �第1の周波数f1よりも低い所定の第2の周波数f 2まで徐々に低下させるスイープ動作を周期� �に繰り返す。つまり、始動期間の長さは、� �源がオンされてから放電灯Laの点灯が点灯検 出回路400に検出される(T1)までの時間と、予� �時間(T3-T1)との合計となる。上記の予熱時間� ��、放電灯Laの電極を予熱するために設けら� �ている。そして、インバータ駆動回路410は� �上記の始動期間の終了後は、駆動周波数fを� ��2の周波数f2よりも低い定常周波数fsに維持� �る定常動作を行う。始動期間の長さや予熱� �間の長さはそれぞれ例えば数10ms~数100msであ� ��、第1の周波数f1及び第2の周波数f2はそれぞ� ��例えば数10kHz~数100kHzといった高周波であり� ��定常周波数fsは例えば数10Hz~数100Hzといった� ��周波である。また、第1の周波数f1は、共振� ��310の共振周波数(以下、単に「共振周波数」 と呼ぶ。)の想定される範囲の上限値よりも� �い周波数とされ、第2の周波数f2は、共振周� �数の想定される範囲の下限値よりも低い周� �数とされている。つまり、共振周波数が想� �された範囲内であれば、スイープ動作中の� �ずれかの時点で駆動周波数fは共振周波数に� ��致する。

 また、降圧駆動回路420は、始動期間中に� ��始動期間の終了後よりも直流出力電圧Vdを� �くする。さらに、降圧駆動回路420は、点灯� �出回路400によって放電灯Laの点灯が検出され るとともに非対称状態が検出された時点T1の� ��後ではそれぞれ直流出力電圧Vdを略一定に� �持し、且つ、上記の時点T1の後では上記の時 点T1の前よりも直流出力電圧Vdを低くする。� �れにより、点灯検出回路400によって非対称� �態が検出された時点T1でランプ電流Ilのピー� ��値は低下することになる。例えば、非対称� ��態であってランプ電流Ilのピーク値が8Aのと きから、直流出力電圧Vdを200Vから20%低下させ て160Vとすると、ランプ電流のピーク値は約6A に低下する。すなわち、インバータ駆動回路 410と降圧駆動回路420とが制御回路を構成する 。なお、図5のT2は、点灯検出回路400によって 非対称状態が検出されなくなったタイミング を示す。

 上記構成によれば、インバータ回路300に� ��ける駆動周波数fの制御だけでなく、ダウン コンバータ回路200の出力電圧(直流出力電圧Vd )の制御も行われることにより、インバータ� �路300における駆動周波数fの制御だけで放電� ��Laへの供給電力が制御される場合に比べ、� �動時の放電灯Laや回路部品への電気的ストレ スをより低く抑えることができる。

 また、始動時に非対称電流が発生した場� ��にはダウンコンバータ回路200の出力電圧Vd� �下げられることによりランプ電流Ilのピーク 値が下げられるから、非対称電流によって回 路部品にかかる電気的ストレスが低減される 。

 なお、図6に示すように、点灯検出回路400 によって非対称状態が検出されていて直流出 力電圧Vdを低下させている期間中に点灯検出� ��路400によって放電灯Laの立ち消えが検出さ� �たときT4に、降圧駆動回路420が直流出力電圧 Vdを上昇させて上記低下前の電圧に戻しても� ��い。この構成を採用すれば、点灯検出回路4 00によって放電灯Laの立ち消えが検出されて� �直流出力電圧Vdを下げたままとする場合に比 べ、速やかに放電灯Laを再点灯することが可� ��となる。

 また、点灯検出回路400によって非対称状� ��が検出されなくなったタイミングT2で降圧� �動回路420が直流出力電圧Vdを変更してもよい 。点灯検出回路400によって非対称状態が検出 されなくなった後の直流出力電圧Vdとしては� ��放電灯Laに応じた適宜の直流出力電圧Vdとす ればよく、図7に示すように非対称状態が検� �される前の直流出力電圧Vdに戻してもよいし 、図8に実線で示すように非対称状態が検出� �れる前の直流出力電圧Vdよりも高い直流出力 電圧Vdとしてもよいし、図8に破線で示すよう に非対称状態が検出される前の直流出力電圧 Vdよりも低い直流出力電圧Vdとしてもよい。� �らに、図9に示すように、点灯検出回路400に� ��って非対称状態が検出されなくなったタイ� ��ングT2でインバータ駆動回路410がスイープ� �作を終了して始動期間の終了時T3まで駆動周 波数fを所定の予熱周波数fpとしてもよい。予 熱周波数fpは、放電灯Laの特性に応じて適宜� �択すればよく、図9の駆動周波数fのグラフに 実線で示すように第1の周波数f1よりも高い周 波数であってもよいし、図9の駆動周波数fの� ��ラフに破線で示すように第2の周波数f2より� ��低い周波数であってもよい。予熱周波数fp� �高くした場合には、インダクタL3のインピー ダンスが高くなることなどにより、ランプ電 流Ilの振幅は低下する。

 また、図10に示すように、直流電源100を� �外部の交流電源ACから入力された交流電力を 直流電力に変換する回路で構成してもよい。 図10の直流電源100は、フィルタ回路110と、フ� ��ルタ回路110を介して交流電源ACから入力さ� �た交流電力を全波整流するダイオードブリ� �ジDBとダイオードブリッジDBの出力を平滑す� ��コンデンサC5とからなる整流平滑部120と、� �流平滑部120が出力した直流電力を昇圧して� �力するアップコンバータ130とからなる。フ� �ルタ回路110は、ラインフィルタLF1と、ライ� �フィルタLF1の両側にそれぞれ設けられた2個� ��アクロスザラインコンデンサC3,C4とからな� �。アップコンバータ130は、ブーストコンバ� �タや昇圧形コンバータとも呼ばれる周知の� �路であって、整流平滑部120の高電圧側の出� �端に一端が接続されたインダクタL4と、イン ダクタL4の他端にアノードが接続されたダイ� ��ードD2と、ダイオードD2のカソードに一端が 接続されて他端が整流平滑部120の低電圧側の 出力端に接続された出力コンデンサC6と、一� ��がインダクタL4とダイオードD2との接続点に 接続されて他端が抵抗R2を介して整流平滑部1 20と出力コンデンサC6との接続点に接続され� �スイッチング素子Q6とを備え、出力コンデン サC6の両端を出力端としている。さらに、本� ��施例1は、抵抗R2の両端電圧に応じたデュー� ��ィ比でスイッチング素子Q6をオンオフ駆動� �ることにより直流電源100の出力電圧を一定� �維持する昇圧駆動回路430を備える。このよ� �な昇圧駆動回路430は周知技術で実現可能で� �るので、詳細な説明及び図示は省略する。

 さらに、図10の例は、2次巻線が放電灯La� �直列に接続されるトランスTRを有して放電灯 Laの始動用の高電圧パルスを生成する始動回� ��500を有する。このような始動回路500は周知� ��術で実現可能であるので、詳細な図示並び� ��説明は省略する。

 上記の各種の放電灯点灯装置は、周知の� ��明装置やプロジェクタにおいて光源の点灯� ��用いることができる。

 上記実施例1においては、制御回路が点灯 検出回路による検出結果に基いてダウンコン バータ回路を制御するので、制御回路が点灯 検出回路による検出結果に基いてインバータ 回路のみを制御する場合に比べて始動時の電 気的ストレスの低減が可能となる。

 点灯検出回路によって非対称状態が検出� ��れたときには、制御回路がダウンコンバー� ��回路の出力電圧を低下させることにより、� ��電灯への出力電流のピーク値が低下するか� ��、非対称状態による電気的ストレスが低減� ��れる。

 制御回路は、点灯検出回路によって非対� ��状態が検出されてダウンコンバータ回路の� ��力電圧を低下させている状態で点灯検出回� ��によって放電灯の立ち消えが検出されたと� ��、ダウンコンバータ回路の出力電圧を上昇� ��せるので、点灯検出回路によって放電灯の� ��ち消えが検出されてもダウンコンバータ回� ��の出力電圧を低下させたままとする場合に� ��べ、速やかに放電灯を再点灯させることが� ��能となる。

 図11は本発明の実施例2の高圧放電灯点灯� ��置の構成を示す。この実施例2の高圧放電灯 装置は、商用交流電源Eから直流電圧を得る� �めの電源回路1と、電源回路1から供給される 直流電圧を降圧するダウンコンバータ2と、� �ウンコンバータ2の出力電圧を極性反転せし� ��る極性反転回路3とを備えており、極性反転 回路3の出力には、コンデンサC2とインダクタ L2で構成された直列共振回路4が接続されてお り、コンデンサC2の両端に高圧放電灯Laが接� �されている。また、高圧放電灯点灯装置は� �制御回路6ならびにダウンコンバータ制御回� ��7を備えている。

 電源回路1は、商用交流電源Eを全波整流� �るダイオードブリッジDBと、全波整流された 直流電圧を高周波でスイッチングして昇圧さ れた直流電圧を出力する昇圧チョッパ回路よ りなる力率改善回路PFCと、その出力により充 電される平滑コンデンサC0とで構成されてお� ��、商用交流電源Eからの入力力率を改善しな がら、昇圧された直流電圧を出力するように 構成されている。

 ダウンコンバータ2は、高周波でスイッチ ングされるスイッチング素子Q1と、エネルギ� ��蓄積用のインダクタL1と、回生電流通電用� �ダイオードD1とで構成された降圧チョッパ回 路であり、スイッチング素子Q1のパルス幅を� ��変制御することにより、電源回路1から出力 される直流電圧を降圧せしめて、コンデンサ C1に充電する。

 極性反転回路3は、コンデンサC1の両端に� ��列接続されたスイッチング素子Q2,Q3の直列� �路と、スイッチング素子Q4,Q5の直列回路より なるフルブリッジインバータ回路であり、ス イッチング素子Q2,Q5がON、スイッチング素子Q3 ,Q4がOFFの状態と、スイッチング素子Q2,Q5がOFF� ��スイッチング素子Q3,Q4がONの状態とが交互に 切り換わることにより、コンデンサC1の直流� ��圧の極性を反転せしめて負荷回路に供給す� ��ものである。

 制御回路6は、放電灯Laの点灯を開始する� ��合には、対角位置に配置されたスイッチン� ��素子Q2,Q5と、スイッチング素子Q3,Q4とを交互 にオン・オフすることによって、共振回路4� �両端に数10kHz~数100kHzの高周波電圧を発生さ� �る。この高周波電圧を共振回路4の共振作用� ��より昇圧させ、コンデンサC2に高圧の共振� �圧を発生させる。そして、電圧検出回路5の� ��出電圧によって、制御回路6はスイッチング 素子Q2,Q5とスイッチング素子Q3,Q4の各組を交� �にオン・オフさせ、高圧の共振電圧によっ� �放電灯Laを点灯させる。放電灯Laの点灯を検� ��すると、共振回路4の両端に数10Hz~数100Hzの� �周波の電圧を印加し、点灯を維持する。

 制御回路6は、ダウンコンバータ2の出力� �圧を抵抗R2,R3の直列回路により分圧して検出 している。制御回路6はダウンコンバータ2の� ��力電圧が所定値となるように、ダウンコン� ��ータ制御回路7に制御指令を与えている。例 えば、電流検出抵抗R1に流れるスイッチング� ��流のピーク値を制御指令として与えている� ��

 また、共振回路4の共振電圧を電圧検出回 路5により検出している。図示された構成で� �、共振回路4のインダクタL2とコンデンサC2の 接続点の対地電圧を検出しているが、インダ クタL2に2次巻線を設けて、その2次巻線電圧� �検出しても良い。また、コンデンサC2の両端 電圧を検出しても良い。

 制御回路6は汎用のマイコンにより実現で き、ダウンコンバータ2の出力電圧と、共振� �路4の共振電圧を共に検出し、極性反転回路3 の駆動周波数の制御と、ダウンコンバータ2� �出力電圧の制御を組み合わせることにより� �共振回路4の共振電圧を精度良く制御してい� ��。

 まず、極性反転回路3の駆動周波数を段階 的に共振点に近づくように可変させて共振回 路4による共振電圧を変化させる。共振電圧� �所望の電圧値以上に昇圧されているかを判� �して、所望の電圧値に至っていない場合は� �極性反転回路3の駆動周波数を次の周波数に� ��化させる前に、ダウンコンバータ2の出力電 圧を上昇させて共振電圧が所望の電圧値以上 になるように、極性反転回路3の駆動周波数� �変化とダウンコンバータ2の出力電圧を上昇� ��せる動作を交互に繰り返し行ない、所望の� ��圧値以上となるように共振電圧を調整する� ��

 図12は本実施例2の高圧放電灯点灯装置に� ��る極性反転回路3の駆動周波数、ダウンコン バータ2の出力電圧、放電灯Laに印加される共 振電圧を示し、図13は駆動周波数の変化に合� ��せてダウンコンバータ2の出力電圧を可変さ せた場合とさせない場合の共振回路4の共振� �圧の変化を示す。

 次に、具体的な制御の一例を図12により� �明すると、例えば、共振電圧の所望の電圧� �として700Vに設定した場合、共振回路4のイン ダクタンスが75μH、キャパシタンスが10nFとし た時、極性反転回路3の駆動周波数を39kHz→38k Hz→37kHzのように段階的に共振点に近づくよ� �に可変させて、駆動周波数を1段階変化させ� ��たびに、ダウンコンバータ2の出力電圧を185 V→200Vのように2段階に切り替える。これによ り、駆動周波数の刻み幅は同じでも、共振電 圧をきめ細かく制御することができる。以上 の制御は、制御回路6のマイコンにより実現� �きる。

 例えば、ダウンコンバータ2の出力電圧が 200Vのときに、極性反転回路3を38kHzで駆動さ� �た時の共振電圧が600Vに昇圧されたとする。� ��にダウンコンバータ2の出力電圧を185Vに設� �して、駆動周波数38kHzの次のステップの駆動 周波数37kHzに切り替えて極性反転回路3を動作 させる。この時の共振電圧が650Vまで昇圧さ� �たとする。次に駆動周波数は37kHzのままで、 ダウンコンバータ2の出力電圧を200Vに設定す� ��。これにより、所望の電圧値として設定し� ��700Vに調整できる。

 なお、図示はしないが、共振回路4とは別 に、放電灯Laを始動または再始動させるため� ��高電圧パルスを発生させるイグナイタ回路� ��併用しても良い。例えば、ダウンコンバー� ��2の出力電圧により充電されるキャパシタと 、このキャパシタの充電電圧が閾値を越えた とき又は制御回路6の指令によりオンするス� �ッチ素子と、このスイッチ素子を介して前� �キャパシタに1次巻線を接続されたパルスト� ��ンスとでイグナイタ回路を構成し、共振回� ��4により所望の電圧値が発生しているタイミ ングでパルストランスの2次巻線に発生させ� �高電圧パルスを放電灯Laに印加すれば、放電 灯Laが始動しにくい環境(例えば、再始動時)� �あっても良好な始動が可能となる。以下の� �実施例においても同様である。

 図14、図15は本発明の実施例3の高圧放電� �点灯装置による極性反転回路の駆動周波数� �ダウンコンバータの出力電圧、放電灯に印� �される共振電圧を示したものである。回路� �成は図11と同じである。

 実施例2と異なる点は、極性反転回路の駆 動周波数を共振回路の共振点より高い周波数 Aから徐々に共振点に近づけ、所望の共振電� �Vpに到達すれば、図14では極性反転回路の駆� ��周波数を徐々に上げながら周波数Aに戻すよ うに掃引(スイープ)させて、図15では極性反� �回路の駆動周波数を周波数Aから再度掃引(ス イープ)させる点である。駆動周波数の掃引(� ��イープ)に併せてダウンコンバータの出力電 圧を可変させることにより、共振電圧を微調 整することが可能となり、共振回路のインダ クタンス、キャパシタンスのばらつきによる 共振電圧のばらつきを抑制し、放電灯に印加 する電圧を安定的に供給することが出来る。

 図16、図17は本発明の実施例4の高圧放電� �点灯装置による極性反転回路の駆動周波数� �ダウンコンバータの出力電圧、放電灯に印� �される共振電圧を示したものである。回路� �成は図11と同じである。

 実施例3と異なる点は、ダウンコンバータ の出力電圧を可変させる動作である。図16、� ��17に示すように、ダウンコンバータの出力� �圧を図14、図15に示すような段階的な可変動� ��ではなく、上下に連続的に可変させる動作� ��することで、共振回路の仕様を変えずに様� ��な電圧値を放電灯に印加できる放電灯点灯� ��置を提供することが出来る。

 なお、図18、図19に示すように、駆動周波 数の掃引(スイープ)に併せてダウンコンバー� ��の出力電圧をリニアに可変し、共振電圧を� ��ニアに可変するようにしても良い。

 図20は本発明の実施例5の高圧放電灯点灯� ��置による極性反転回路の駆動周波数、ダウ� ��コンバータの出力電圧、放電灯に印加され� ��共振電圧を示したものである。回路構成は� ��11と同じである。

 実施形態2~4と異なる点は、極性反転回路� ��駆動周波数を掃引(スイープ)させて共振点� �近づけて共振電圧を徐々に昇圧させて、所� �の電圧値Vp1に到達するまでダウンコンバー� �の出力電圧は可変させず、所望の電圧値Vp1� �到達すればダウンコンバータの出力電圧を� �変(上昇)させることである。ダウンコンバー タの出力電圧が上昇した後、最終的に得られ る共振電圧は電圧値Vp2となる。

 本実施例5によれば、放電灯を始動させる 共振電圧を発生させる一部の期間においての みダウンコンバータの出力電圧を可変させる ことで、部品への電気的ストレスを全体的に 低減することができる。

 実施形態2~5で述べた周波数で駆動した場� ��と略同一の電圧振幅を得つつ、共振回路を� ��成する部品を小型化する観点から、極性反� ��回路の始動制御時の周波数を奇数倍(2n+1倍� �nは自然数)した高調波の周波数を共振回路の 共振周波数としても同様な動作が実現可能で ある。

 上述の各実施例の高圧放電灯点灯装置は� ��ロジェクタの光源である高圧放電灯の点灯� ��用いられる。図21はプロジェクタの内部構� �を示す概略図である。図中、31は投光窓、32� ��電源部、33a、33b、33cは冷却用ファン、34は� �部信号入力部、35は光学系、36はメイン制御� ��板、40は放電灯点灯装置、Laは放電灯である 。破線で示した枠内にメイン制御基板が実装 されている。光学系35の途中には、放電灯La� �らの光を透過または反射する画像表示手段(� ��過型液晶表示板または反射型画像表示素子) が設けられており、この画像表示手段を介す る透過光または反射光をスクリーンに投射す るように光学系35が設計されている。このよ� ��に、放電灯点灯装置40は放電灯Laと共にプロ ジェクタ30の内部に実装されている。本発明� ��放電灯点灯装置を採用することにより、共� ��回路の部品定数にばらつきがあっても、始� ��電圧のばらつきを抑えることができ、始動� ��安定性を確保することができる。

 なお、リアプロジェクションテレビのよ� ��に、プロジェクタとスクリーンを一体化し� ��画像表示装置に本発明の高圧放電灯点灯装� ��を適用しても良い。

 図22は本発明の高圧放電灯点灯装置を用� �た照明器具の構成例を示す。同図(a)はスポ� �トライトにHIDランプを用いた例、同図(b)は� �ウンライトにHIDランプを用いた例であり、� �中、Laは高圧放電灯(HIDランプ)、81は高圧放� �灯を装着した灯体、82は配線、83は点灯装置� ��回路を格納した電子安定器である。これら� ��照明器具を複数組み合わせて照明システム� ��構築しても良い。これらの点灯装置として� ��述の実施例2~6のいずれかの高圧放電灯点灯� ��置を用いることで、始動の安定性を確保す� ��ことができる。