CN1476285A

CN1476285A - 高压放电灯亮灯装置

Info

Publication number: CN1476285A
Application number: CNA031481388A
Authority: CN
Inventors: ľ��һ; 铃木义一; 有本智良
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2002-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2004-02-18
Also published as: JP2004039390A; EP1379110A1; US20040004449A1; US6815910B2

Abstract

一种高压放电灯亮灯装置，防止产生于全桥型转换电路空载时间时的灭灯，缩短转换电路输出波形的上升、下降时间的滞后，防止产生放射光瞬间变暗现象。供给由全桥型转换电路(2)输出的交流矩形波电流，使放电灯(3)亮灯。驱动全桥型转换电路(2)时，设计使开关元件(Q2～Q5)全部关断的期间(空载时间Td)，从而防止放电灯(3)灭灯，在全桥型转换电路(2)的后段设有电感(L2)。把电感(L2)的值LL设成LL≥VL/IL·Td(放电灯的亮灯电压VL、电流IL、空载时间Td)，利用储蓄在该电感中的能量，使放电灯(3)在空载时间期间有电流流过。

Description

高压放电灯亮灯装置

技术领域

本发明涉及一种使液晶投影仪等使用的高压放电灯亮灯的高压放电灯亮灯装置。

背景技术

以往，使用电子电路以矩形波使高压放电灯亮灯的亮灯电路，例如，有图5所示的电路。

图5所示电路由开关元件Q1、直流电源、开关元件Q2～Q5、由二极管D2～D5组成的全桥电路2、和点火器4构成亮灯电路。

该图所示的亮灯电路边从直流电源向全桥电路2供给电压、电流，边使全桥电路2的开关元件Q2、Q5、开关元件Q3、Q4交互导通，向高压放电灯3供给交流矩形波电压，使高压放电灯3亮灯。

在起动高压放电灯时，从上述点火器4向放电灯3施加高压脉冲，起动放电灯。

上述构成的放电灯亮灯装置，为了防止全桥电路2的交叉电流，防止构成全桥电路2的开关元件Q2～Q5和电功率控制开关元件Q1破损，通常设置使全桥电路2的开关元件Q2～Q5全部关断的被称为空载时间Td的期间。

但是，具有该空载时间的低频矩形波一被施加到高压放电灯上，流向高压放电灯的电流产生间断，有时会产生灭灯和引导峰等问题。

为了防止因空载时间Td造成的电流间断，例如，公知的有特公平6-101388公报记载的技术。

上述公报记载的技术是，设置和放电灯串联的电感，与该串联电路并联设置电容器，形成LC谐振电路，在矩形波的空载时间期间，使上述电感和电容器产生串联谐振，通过使振动电流流向放电灯，来消除不流通电流的期间。

但是，上述公报记载的方法，例如，C3＝0.1μF的大电容器连接在全桥电路的后段。所以，很难迅速输出全桥电路2的开关元件Q2～Q5的矩形波，高压放电灯的放射光产生瞬间变暗的不良现象。在使用于投射型投影仪装置的光源时，这种亮度降低是致命问题。另外，L2需要使用1mH的大规格品，所以很难做到亮灯电源的小型化·轻量化。

此外，把C3、L2作成上述数值时，流向高压放电灯的振动电流为频率约16kHz、周期约63μsec，因此容易产生波形振动和过冲、下冲。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的目的是，提供一种使用了设计死区期间来驱动开关元件的全桥型转换电路的高压放电灯装置，防止空载时间时灭灯，缩短因电感L、电容器C等的影响造成的转换电路输出波形的上升、下降时间的滞后，防止产生放射光瞬间变暗现象。

为了解决上述课题，本发明采取了以下措施。

(1)提供一种具有给电装置的高压放电灯亮灯装置，该给电装置具有转换电路，4个开关元件连接成桥型，边设计使所有开关元件关断的空载时间，边向上述高压放电灯供给交流电流，在转换电路的前段设置电容器，以便在上述空载时间时，形成向上述高压放电灯供给电流的回路，同时在上述转换电路的后段设置电感元件，串联连接高压放电灯，和上述电容器一起形成上述回路。

利用储蓄在电感中的能量，使上述电感元件的电感L的值LL大于在上述空载时间期间可以持续流向上述高压放电灯的电流值。

即，把上述电感元件的电感L的值设为LL，放电灯的亮灯电压设为VL(V)，流向放电灯的电流设为IL(A)，上述空载时间设为Td(秒)时，形成关系LL≥VL/IL·Td。

(2)上述(1)中的电感元件的至少一部分是由点火变压器形成。

本发明通过采用上述构成，利用储蓄在上述电感元件中的能量，可以在空载时间期间向高压放电灯流过电流，能够防止因交流矩形波的死区而产生的灭灯。另外，上述电感元件的值LL不必作成较大值，所以交流矩形波可以迅速上升、下降，能够改善高压放电灯瞬间变暗的问题，此外也能做到亮灯电源的小型轻量化。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施例的高压放电灯亮灯装置的构成图。

图2是表示在空载时间期间放电灯有电流流过的模式图。

图3是表示本发明的第2实施例的高压放电灯亮灯装置的构成图。

图4是表示本发明的第3实施例的高压放电灯亮灯装置的构成图。

图5是表示放电灯亮灯装置的构成的示例图。

具体实施方式

以下，使用实施例来说明本发明。

如该图所示，本实施例的电路由供给直流电压的降压断续开关电路1，连接在降压断续开关电路1的输出端、把直流电压变换为交流矩形波电压供给高压放电灯3(以下称为放电灯3)的全桥型转换电路2(以下称为全桥电路2)，和串联连接放电灯3的电感L2构成。

如前面所述，点火装置串联连接上述放电灯3，以便在起动放电灯时把高压脉冲施加给放电灯3，但在该图中省略了这部分的图示。

上述放电灯3被用作前述投射型投影仪装置等的光源，例如是短路点火型超高压放电灯，例如，可以使用下述放电灯。

·发光管的内容积：100mm³

·电极间距离：1.0mm

·水银封入量：0.25mg/mm³

·稀有气体：封入氩气100Torr

另外，上述放电灯的亮灯条件如下。

·放电灯电功率：60～400W范围，例如200W

·放电灯电流：0.6～7.0A范围，例如2.8A

·放电灯电压：60～130V范围，例如70V

降压断续开关电路1由开关元件Q1、二极管D1、电感L1和平滑电容器C1构成，通过未图示的控制电路控制上述开关元件Q1的导通/关断，通过全桥电路2控制供给放电灯3的电流或电功率。

全桥电路2由下述元件构成，即，由连接成桥状的晶体管和FET组成的开关元件Q2～Q5，和逆向并联连接该开关元件Q2～Q5的二极管D2～D5。

上述开关元件Q2～Q5由未图示的驱动电路所驱动，向放电灯3供给交流矩形波电流，使放电灯3亮灯。

即，使开关元件Q2、Q5、开关元件Q3、Q4交替导通，按照降压断续开关电路1→开关元件Q2→放电灯3→电感L1→开关元件Q5→降压断续开关电路1、以及降压断续开关电路1→开关元件Q4→电感L1→放电灯3→开关元件Q3→降压断续开关电路1的路径，向放电灯3供给交流矩形波电流，使放电灯3亮灯。

驱动上述开关元件Q2～Q5时，为了防止开关元件Q2～Q5同时导通，如前所述，进行交流矩形波的极性切换时，设置使开关元件Q2～Q5全部关断的期间(空载时间Td)。

供给放电灯3的交流矩形波输出频率为60～1000Hz范围，例如是200Hz。上述死区期间通常在0.5μs～10μs范围内，交流矩形波输出频率为200Hz时，空载时间Td例如选定约1μs。

本实施例为了防止放电灯3在上述死区期间灭灯，在全桥电路2的输出端设有串联连接放电灯3的电感L2(电感元件)。利用储蓄在该电感L2中的能量，在进行矩形波的极性切换时的死区期间，通过由该电感L2、二极管D2～D5、降压断续开关电路1的平滑电容器C1形成的回路使放电灯3流过电流，防止放电灯3灭灯。

即，在上述死区期间，利用储蓄在电感L2中的能量，使电流沿着电感L2→放电灯3→二极管D2→平滑电容器C1→二极管D5→电感L2、或电感L2→二极管D4→平滑电容器C1→二极管D3→放电灯3→电感L2的回路流过，从而即使在没有来自全桥的矩形波电流的时候，放电灯3也有电流流过。

图2是表示在空载时间期间放电灯有电流流过的模式图。

在该图中，Td是空载时间期间，在该期间通过储蓄在电感L2中的能量，使电流沿该图虚线所示流过前述回路。

储蓄在上述电感L2中的能量大小需要是该图斜线部分的面积以上的能量。

如果把上述空载时间期间设为Td(秒)，上述矩形波电压的大小(施加给放电灯的电压：称为亮灯电压)设为VL(V)，流过放电灯3的电流设为IL(A)，电感L2的大小设为LL(H)，则储蓄在电感L2中的能量为1/2×LL×IL²。另外，如果设放电灯电功率为W(＝VL×IL)，则上述斜线部分的能量为1/2×W×Td。

因此，为了放电灯3在上述空载时间期间持续有电流流过，需要使1/2×L×I²≥1/2×W×Td。

上述公式可以替换为1/2×LL×IL²≥1/2×VL×IL×Td，所以上述电感L2的值需要选定为以下值。

LL≥VL/IL×Td

通过把满足上述条件的电感L2串联连接在放电灯3上，可以在空载时间期间Td向放电灯3供给电流，能够防止灭灯。

上述亮灯条件中，上述电感L2的值为20μH～600pH范围，例如约是300pH。

如上所述，向放电灯3串联连接点火装置时，选定电感L2的值时，使上述电感L2的电感值与上述点火装置的电感值的和达到上述值即可。

另外，储蓄在上述电感L2的能量通过平滑电容器C1沿上述回路流过，被充电到平滑电容器C1中，所以为了抑制平滑电容器C1的电压上升，平滑电容器C1的值优选为0.1μF以上，优选在0.2μF～1μF的范围内。

如上所述，本实施例向放电灯3串联设置电感L2，把该电感L2的值选定为LL≥VL/IL×Td，所以即使在空载时间期间，利用储蓄在电感L2中的能量，也能使放电灯3持续流过电流，可以防止放电灯3灭灯。

电感L2的值约是上述的20μH～600pH，不必使用上述公知例(特公平6-101388号公报)那么大容量的电感L、电容器C，所以全桥电路输出的交流矩形波可以迅速上升、下降，不会产生上述的放电灯瞬间变暗的问题。

图3表示本发明的第2实施例。

本实施例把串联连接放电灯3的点火装置的点火变压器的电感用作储蓄能量的电感，以便在上述空载时间期间使放电灯3有电流流过。

在该图中，对和上述图1相同的部分付与相同标号，本实施例用点火装置4的点火变压器TrI来取代上述电感L2，串联连接在放电灯3上，旁路电容器Cp1并联连接在上述放电灯3和点火变压器TrI的串联电路上，以便使点火装置4产生的高压脉冲旁通。

上述点火变压器TrI的电感值选定为满足上述条件LL≥VL/IL×Td的值。

本实施例的电路动作和上述第1实施例相同，利用未图示的驱动电路驱动全桥电路2的开关元件Q2～Q5，向放电灯3供给交流矩形波电流，使放电灯3亮灯。

在空载时间期间中，利用储蓄在点火变压器TrI中的能量，使电流沿着点火变压器TrI→放电灯3→二极管D2→平滑电容器C1→二极管D5→点火变压器TrI、或点火变压器TrI→二极管D4→平滑电容器C1→二极管D3→放电灯3→点火变压器TrI的回路流过，使放电灯3有电流流过。

如上所述，即使在空载时间期间，本实施例也可以利用储蓄在点火变压器4a中的能量使放电灯3持续流过电流，能够防止放电灯3灭灯。

点火变压器TrI的电感值也是上述第1实施例说明的20μH～600pH，所以全桥电路输出的交流矩形波可以迅速上升、下降，不会产生上述的放电灯瞬间变暗的问题。

上述旁路电容器Cp1只要具备使点火装置4产生的高压脉冲旁通的功能即可，所以其容量值在4000pF以下，优选1000pF～2000pF。

上述公知实例(特公平6-101388号公报)也在放电灯和电感的串联电路上并联连接有电容器，但该电容器用于使上述的电感和电容器产生串联谐振，使振动电流流过放电灯，该电容器需要使用例如约0.1μF的电容器。与此相对，本实施例使用的上述旁路电容器Cp1的容量在4000pF以下，即使设计了上述旁路电容器Cp1，给交流矩形波电压的上升、下降带来的影响也小，所以不会产生放电灯3瞬间变暗的问题。

图4表示本发明的第3实施例，本实施例在全桥电路2的输出端设置共态轭流圈L3，防止由于点火装置的高压脉冲，对全桥电路等电子部件破损。

在该图中，对和上述图3相同的部分付与相同标号，本实施例和第2实施例相同，把点火装置的点火变压器4a的电感用作储蓄能量的电感，以便在上述空载时间期间使放电灯3有电流流过。

上述点火变压器4a的电感值选定为满足上述条件LL≥VL/IL×Td的值。

在全桥电路2的输出端连接着阻止点火装置的高压脉冲通过的共态轭流圈L3，和使该高压脉冲旁通的旁路电容器Cp1、Cp2。

本实施例的电路动作和上述第2实施例相同，利用未图示的驱动电路驱动全桥电路2的开关元件Q2～Q5，向放电灯3供给交流矩形波电流，使放电灯3亮灯。

在空载时间期间中，利用储蓄在点火变压器TrI中的能量，使电流沿着点火变压器TrI→放电灯3→共态轭流圈L3→二极管D2→平滑电容器C1→二极管D5→共态轭流圈L3→点火变压器TrI、或点火变压器TrI→共态轭流圈L3→二极管D4→平滑电容器C1→二极管D3→共态轭流圈L3→放电灯3→点火变压器TrI的回路流过，使放电灯3有电流流过。

逆方向的电流流向共态轭流圈L3，所以各电流产生的磁通相互抵消，不会影响流过上述回路的电流。

本实施例和上述第1、第2实施例相同，即使在空载时间期间，也可以利用储蓄在点火变压器4a中的能量使放电灯3持续流过电流，能够防止放电灯3灭灯。另外，全桥电路输出的交流矩形波可以迅速上升、下降，不会产生上述的放电灯瞬间变暗的问题。

此外，和上述第3实施例相同，上述旁路电容器Cp1、Cp2的容量比较小，给交流矩形波电压的上升、下降带来的影响小，不会产生放电灯3瞬间变暗的问题。发明效果

如上所述，本发明在全桥电路的输出端设置电感，使该电感值满足LL≥VL/IL×Td(放电灯的亮灯电压为VL，流过放电灯的电流为IL，上述空载时间为Td)，所以能够防止因交流矩形波的空载时间造成的灭灯，同时可以使交流矩形波迅速上升、下降，能够改善放电灯瞬间变暗的问题。

因此，如果把本发明的高压放电灯亮灯装置适用于投射型投影仪光源，可以改善投影仪的图像品质。

Claims

1.一种高压放电灯亮灯装置，由高压放电灯和给电装置构成，高压放电灯在由石英玻璃组成的放电容器上对置配置着一对电极，给电装置向该高压放电灯供给放电电流，其特征在于，

上述给电装置具有：转换电路，4个开关元件连接成桥型，边设置使所有开关元件关断的空载时间，边向上述高压放电灯供给交流电流；

电容器，连接该转换电路的前段，在上述空载时间时，形成向上述高压放电灯供给电流的回路；和

电感元件，处于上述转换电路的后段，串联连接上述高压放电灯，同时和上述电容器一起形成上述回路，

把上述电感元件的电感L的值设为LL(H)，放电灯的亮灯电压设为VL(V)，流向放电灯的电流设为IL(A)，上述空载时间设为Td(秒)时，形成关系LL≥VL/IL·Td。

2.根据权利要求1所述的高压放电灯亮灯装置，其特征在于，所述电感元件的至少一部分由点火变压器形成。