JP2011009081A - 放電灯点灯装置およびそれを備えたプロジェクタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化および低コスト化を可能としながらも、異常検知を速やかに行うことができる放電灯点装置およびそれを備えたプロジェクタ装置を提供する。
【解決手段】放電灯点灯装置は、ランプＬａの立ち消えやスイッチング回路１０の停止などの異常を検知するための検知部７が電流検出回路５に付加されている。検知部７は、ダイオードＤ１１と抵抗Ｒ１１，Ｒ１２との直列回路と、抵抗Ｒ１２に並列接続されたコンデンサＣ１１とからなるピークホールド回路で構成され、スイッチング回路１０の出力電力もしくは出力電流の制御用に設けられている抵抗Ｒｓを利用してスイッチング電流Ｉｓの変化を検出する。制御回路部６は、検知部７の検出結果が所定の閾値以下となれば、ランプＬａが消灯した異常状態であると判断し、スイッチング回路１０の出力制御用ドライブ信号を停止させる異常検知処理を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電灯点灯装置およびそれを備えたプロジェクタ装置に関するものである。

従来から、入力電源をスイッチング回路により変換して一定の出力電圧に制御し、比較的大きなインピーダンスが負荷に対して直列に存在する状態で負荷制御を行う構成の装置が知られている。この種の装置としては、たとえば放電灯の初期放電に必要な高電圧を得る方法としてＬＣ振動による共振昇圧回路を用いた放電灯点灯装置がある。ＬＣ振動による共振昇圧回路を有する放電灯点灯装置の一例を図１１に示す。

図１１の放電灯点灯装置は、直流入力電源Ｅに接続された降圧チョッパ回路からなるスイッチング回路１０と、スイッチング回路１０の出力を交番電流に変換する交番回路、および交番回路の出力端間に接続される始動時高電圧発生用のＬＣ共振回路を含む負荷回路１１とを備えている。スイッチング回路１０は、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１およびダイオードＤ１の直列回路と、ダイオードＤ１の両端間に接続されたインダクタＬ１およびコンデンサＣ１の直列回路とからなり、出力電圧もしくは出力電力制御用の降圧チョッパ回路を構成する。交番回路は、スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５をフルブリッジ接続してなり、ＬＣ共振回路は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の接続点とスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の接続点との間に接続されたインダクタＬ２およびコンデンサＣ２の直列回路からなる。コンデンサＣ２には負荷としてのランプ（放電灯）Ｌａが並列接続されており、始動時においてはランプＬａに高電圧が印加される。ランプＬａは、交番回路およびＬＣ共振回路と共にスイッチング回路１０の負荷回路１１を構成する。

さらに、放電灯点灯装置は、スイッチング回路１０の出力電圧（コンデンサＣ１の両端電圧）Ｖｆｂを検知する電圧検出回路４と、スイッチング回路１０のスイッチング素子Ｑ１を流れるスイッチング電流Ｉｓを検知する電流検出回路５と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ５の動作タイミングを決める制御回路部６とを備えている。制御回路部６は、マイコン１およびドライブ信号を出力するロジック回路２を有し、電圧検出回路４で検知される出力電圧Ｖｆｂおよび電流検出回路５で検知されるスイッチング電流Ｉｓを帰還して、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ５の動作タイミングを決定する。ここに、スイッチング回路１０のスイッチング素子Ｑ１に関しては、ロジック回路２からドライブ信号を受けたドライブ回路３によってオンオフ制御される。

この種の放電灯点灯装置では、ランプＬａ始動過程において「始動電圧発生期間」、「予熱期間」、「点灯期間」の順に、スイッチング回路１０および交番回路の動作状態を切り替えることが一般的である。

ここで、始動電圧発生期間とは、ランプＬａの初期放電を促す始動電圧を与えることを主目的とした期間である。この期間において、スイッチング回路１０は、出力電圧Ｖｆｂがマイコン１およびロジック回路２に帰還され、当該出力電圧Ｖｆｂが所定の一定電圧となるようにフィードバック制御される。そして、このときのスイッチング回路１０の出力（コンデンサＣ１）を直流定電圧源とし、インダクタＬ２およびコンデンサＣ２による昇圧に見合った動作周波数ｆ１（たとえば４０〜１５０ｋＨｚ）で交番回路を駆動する。しかして、ランプＬａが点灯に至るまでの無負荷期間にはインダクタＬ２およびコンデンサＣ２による強いＬＣ共振動作により初期放電させるための所定の高電圧をランプＬａに印加し、ランプＬａが点灯した（時刻ｔ１）後はインダクタＬ２によりランプＬａに比較的大きな直列インピーダンスを与え、ランプ電流を略一定に制御する。

また、予熱期間とは、ランプＬａの電極の予熱（ヒートアップ）を主目的とし、ランプ寿命に最適な条件でランプＬａが安定点灯（アーク放電）へと移行するように制御する期間である。ここで、電極予熱は高周波電流で行うことがランプＬａの長寿命化に有効と考えられる。そのため、予熱期間においても、スイッチング回路１０は始動電圧発生期間と同様の制御により、出力電圧Ｖｆｂが所定の一定電圧となるように制御され、且つ交番回路を動作周波数ｆ２（たとえば３０〜８０ｋＨｚ）で駆動することで、インダクタＬ２によりランプＬａに比較的大きな直列インピーダンスを与え、ランプＬａの予熱に最適な高周波予熱電流を確保する。このとき一般的には、ランプ電流を多く流すため、交番回路の動作周波数ｆ２は始動電圧発生期間の動作周波数ｆ１より低く設定される（ｆ２＜ｆ１）。

一方、点灯期間とは、ランプＬａを安定点灯させる期間である。点灯期間においては、ランプ寿命を考慮すれば交番回路の動作周波数ｆ３は、始動電圧発生期間、予熱期間に比べてはるかに低い周波数（たとえば５０〜３００Ｈｚ）とすることが望ましい。そのため、点灯期間にはインダクタＬ２は大きなインピーダンスとしては機能せず、ランプＬａにかかる電圧（以下、ランプ電圧Ｖｌａという）とスイッチング回路１０の出力電圧Ｖｆｂとは、Ｖｌａ≒Ｖｆｂの関係になる。

この点灯期間において、スイッチング回路１０は、たとえばランプＬａ管内の水銀蒸気圧変化に伴うランプ電圧Ｖｌａの変化を、電圧検出回路４で検出される出力電圧Ｖｆｂの変化としてマイコン１に帰還し、ランプ電圧Ｖｌａに見合った出力電力もしくは出力電流になるように、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数とスイッチング電流Ｉｓのピーク閾値（Ｉｐ閾値）とを決定する。ここに、電流検出回路５は、スイッチング回路１０におけるダイオードＤ１とコンデンサＣ１との接続点と回路グランドとの間に挿入された電流検出素子たる抵抗Ｒｓと、抵抗Ｒｓの両端間に接続された抵抗Ｒ１３およびコンデンサＣ１２の直列回路とを具備し、抵抗Ｒｓを流れるスイッチング電流Ｉｓのピーク検出値ＩｐをコンデンサＣ１２の両端電圧として検出する。当該コンデンサＣ１２の両端電圧は、Ｉｐ検知信号としてロジック回路２に送られ、ロジック回路２ではピーク検出値ＩｐとＩｐ閾値との比較を行い、所望のランプ電力、電流となるように制御を行う。

図１２には、始動電圧発生期間、予熱期間、点灯期間における交番回路の動作周波数（交番周波数）ｆ１，ｆ２，ｆ３を（ａ）に示し、スイッチング回路１０の出力電圧Ｖｆｂ（破線）およびランプ電圧Ｖｌａ（実線）を（ｂ）に示す。

ここにおいて、各期間の動作周波数を上述のように決定した場合、始動電圧発生期間並びに予熱期間では、インダクタＬ２がランプＬａに対して大きな直列インピーダンスとして作用するため、Ｖｆｂ≠Ｖｌａの関係にあり、出力電圧Ｖｆｂの変化からランプ電圧Ｖｌａの変化を検知することができない。すなわち、始動電圧発生期間および予熱期間には、出力電圧ＶｆｂからランプＬａの動作状態（点灯、消灯）を検知することができないため、出力電圧Ｖｆｂに基づくランプＬａの異常検知は点灯期間に移行した後で行うことが一般的である。

ところで、近年、画像投影用のプロジェクタ装置に用いる短アーク超高圧放電灯においては、ランプＬａの長寿命化のため予熱期間の設定時間が従来の数秒から数十秒に引き延ばされることがある。これに伴い、点灯期間に移行してからランプＬａの異常検知を行っていたのでは、ランプＬａの異常検知が従来より大幅に遅れることとなり、ユーザへの異常報知が遅くなったり、再点灯のための動作開始が遅くなったりするという問題を生じる。

この問題を解決するため、図１３に示すようにスイッチング回路１０の出力電圧Ｖｆｂを検出する電圧検出回路５とは別に、ランプ電圧Ｖｌａを直接検出可能な電圧検出回路８を設け、当該電圧検出回路８での検出結果を異常検知に用いることが考えられる。しかし、この場合、電圧検出回路８をランプＬａ始動時の高電圧に耐え得る高耐圧部品で構成する必要があり、当該電圧検出回路８を追加することによる放電灯点灯装置の大型化、高コスト化が問題となる。

また、出力電流検出用の抵抗器を付加し、出力電流の検出結果によりランプＬａの点灯、消灯を検知することも考えられる（たとえば特許文献１参照）。しかしながら、出力電流を検出する方法であっても、出力電流検出用の抵抗器として比較的大きな電力に耐え得る素子を用いる必要があり、この場合も、放電灯点灯装置の大型化、高コスト化が問題になる。

他方、図１４に示すようにスイッチング回路１０がチョッパ回路で構成されている場合に、マイコン１とロジック回路２とからなる制御回路部６からフローティング電位にあるスイッチング素子Ｑ１へのドライブ信号伝達にレベルシフト回路（ドライブ回路３）を使用し、上段電源の生成方法として起動電源ループを持つブートストラップ回路を用いることがある。この場合、入力電源Ｅの瞬時停電あるいは入力電源Ｅの電圧Ｖｉｎの瞬時降圧により上段電源の電圧Ｖｂｓが低下し、ドライブ回路３のスイッチング動作が停止してランプＬａが消灯することがある。このような場合には、スイッチング回路１０の異常検知が遅れる問題が生じている。

すなわち、ブートストラップ用のコンデンサＣｂｓは、スイッチング回路１０の動作開始前には、入力電源Ｅから抵抗Ｒ１と電圧検出回路４を構成する抵抗とを介した経路（図１４中、破線で示す）で起動に必要な分だけの電源供給を受ける。一方、消費電流が増大するスイッチング回路１０の動作開始以降には、ダイオードＤ１が導通状態のときにコンデンサＣｂｓはさらに駆動電源（電圧Ｖｃｃ）からもダイオードＤ２を介した経路（図１４中、実線で示す）で電源供給される回路構成となっている。

ここで、入力電源Ｅの瞬時停電あるいは瞬時降圧によりＶｉｎ≦Ｖｆｂになると、スイッチング素子Ｑ１がオンしてもコンデンサＣ１へ電流が流れない。つまり、インダクタＬ１に電流が流れず、スイッチング素子Ｑ１のオフ時にダイオードＤ１が導通状態とならないため、ブートストラップ回路による駆動電源（Ｖｃｃ）からコンデンサＣｂｓへの電源供給がされなくなる。したがって、コンデンサＣｂｓの両端電圧Ｖｂｓが急速に低下し、スイッチング動作の停止に至る。制御回路部６ではドライブ回路３の停止を検知することができないため、ドライブ信号を停止させることができず、ドライブ回路３はドライブ信号を受け続けることになる。結果的に、ブートストラップ用のコンデンサＣｂｓへの電源供給が不足しているにもかかわらず、コンデンサＣｂｓの電荷が抵抗Ｒ２を介して消費される（図１４中、一点差線で示す）状態に陥る。

したがって、入力電源Ｅの復電後も、コンデンサＣｂｓの両端電圧Ｖｂｓがスイッチング素子Ｑ１を駆動可能な電圧まで上がらず、スイッチング回路１０を再起動できないためにランプＬａを再始動できないという問題が生じる。

また、スイッチング回路１０が動作を停止した（時刻ｔ２）後のスイッチング回路１０の出力には、図１５に示すように、抵抗Ｒ１と電圧検出回路４を構成する抵抗とを介したループにドライブ信号に従った抵抗Ｒ１，Ｒ２を介したループが合わさった結果による出力電圧Ｖｆｂが発生する。このときの出力電圧Ｖｆｂは、ランプＬａが点灯した直後の出力電圧Ｖｆｂ（≒Ｖｌａ）よりも高い電圧となる場合が多く、ランプＬａ点灯直後の状態と上記スイッチング回路１０の動作停止状態とを差別化できない。つまり、出力電圧Ｖｆｂがランプ電圧Ｖｌａより高くなるため、出力電圧Ｖｆｂの変化を用いてスイッチング回路１０の停止を検知することは困難である。そのため、出力電圧Ｖｆｂより異常を検知する上記構成の放電灯点灯装置ではランプＬａが点灯してから一定時間（時刻ｔ３まで）、スイッチング回路１０の動作停止を検出することができず、電源遮断による動作復帰に頼るしかなかった。結果、スイッチング回路１０の異常検知が遅れる問題を生じている。

なお、図１５では、始動電圧発生期間、予熱期間、点灯期間における交番回路の動作周波数（交番周波数）ｆ１，ｆ２，ｆ３を（ａ）に示し、スイッチング回路１０の出力電圧Ｖｆｂ（破線）およびランプ電圧Ｖｌａの実効値（実線）を（ｂ）に示す。さらに図１５（ｂ）では、正常点灯時のランプ電圧Ｖｌａの実効値を二点鎖線で示してある。

特開平９−７７８３号公報

以上説明したように、放電灯点灯装置の小型化、低コスト化を優先した場合、ランプＬａやスイッチング回路１０の異常検知を速やかに行うことは困難であり、結果的に、ユーザへの異常報知が遅れたり、再点灯のための動作開始が遅れたりするという問題がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、小型化および低コスト化を可能としながらも、異常検知を速やかに行うことができる放電灯点装置およびそれを備えたプロジェクタ装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、スイッチング素子を含み当該スイッチング素子のスイッチング動作により出力電圧が所定値となるように電力を変換するスイッチング回路と、スイッチング回路のスイッチング素子を流れるスイッチング電流を電流検出素子で検出し、スイッチング回路のスイッチング動作に合わせて設定された時定数を持つ検出回路で電流検出素子の出力を取り出す電流検出回路と、検出回路の検出結果を用いてスイッチング回路のスイッチング素子を制御するためのドライブ信号を生成する制御回路部とを備え、スイッチング回路の出力電力をランプに供給してランプを点灯させる放電灯点灯装置であって、検出回路に比べて大きな時定数を持ち電流検出素子の出力を取り出す検知部を有し、制御回路部が、検知部の検出結果が所定の閾値以下となった場合に異常と判断し、ドライブ信号を停止させる異常検知手段を有することを特徴とする。

この構成によれば、検知部は、スイッチング回路の出力制御用に設けられている電流検出回路の一部である電流検出素子を利用してスイッチング電流を検出し、異常検知手段では、当該検知部の検出結果を用いて異常を判断するので、比較的大きな電力に耐え得る素子を新たに付加することなく異常検知を実現することができ、装置の小型化、低コスト化につながる。しかも、スイッチング電流の検出結果から異常を検知することで、スイッチング回路の出力電圧から異常を検知する場合に比べて、ランプの立ち消え等による異常検知を速やかに行うことができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記制御回路部の安定電位と異なる電位の前記スイッチング素子への前記ドライブ信号の伝達を行うレベルシフト回路を備え、レベルシフト回路における制御回路部の安定電位と異なる電位側の制御電源の生成には起動電源ループを持つブートストラップ回路を用いており、前記異常検知手段が、前記検知部の検出結果が所定の閾値以下となった場合に、制御電源の電圧低下により前記スイッチング回路のスイッチング動作が停止した異常と判断することを特徴とする。

この構成によれば、制御回路部からフローティング電位にあるスイッチング素子へのドライブ信号伝達にレベルシフト回路を使用し、制御電源の生成方法として起動電源ループを持つブートストラップ回路を用いる場合に、制御電源の電圧低下によりスイッチング回路のスイッチング動作が停止する異常が生じても、当該異常を速やかに検知することができる。

請求項３の発明は、昇圧チョッパ回路を用いた電源回路と、昇圧チョッパ回路のスイッチング素子を流れるスイッチング電流を電流検出素子で検出し、昇圧チョッパ回路のスイッチング動作に合わせて設定された時定数を持つ検出回路で電流検出素子の出力を取り出す電流検出回路と、検出回路の検出結果を用いて昇圧チョッパ回路のスイッチング素子を制御する制御部と、スイッチング素子を含み当該スイッチング素子のスイッチング動作により出力電圧が所定値となるように電源回路の出力電力を変換するスイッチング回路と、スイッチング回路のスイッチング素子を制御するためのドライブ信号を生成する制御回路部とを備え、スイッチング回路の出力電力をランプに供給してランプを点灯させる放電灯点灯装置であって、検出回路に比べて大きな時定数を持ち電流検出素子の出力を取り出す検知部を有し、制御回路部が、検知部の検出結果が所定の閾値以下となった場合に異常と判断し、ドライブ信号を停止させる異常検知手段を有することを特徴とする。

この構成によれば、検知部は、昇圧チョッパ回路の出力電圧制御用に設けられている電流検出回路の一部である電流検出素子を利用してスイッチング電流を検出し、異常検知手段では、当該検知部の検出結果を用いて異常を判断するので、比較的大きな電力に耐え得る素子を新たに付加することなく異常検知を実現することができ、装置の小型化、低コスト化につながる。しかも、スイッチング電流の検出結果から異常を検知することで、スイッチング回路の出力電圧から異常を検知する場合に比べて、ランプの立ち消え等による異常検知を速やかに行うことができる。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明において、前記異常検知手段が、異常と判断して前記ドライブ信号を停止した後、一定時間経過後に前記ランプの再始動動作を行うことを特徴とする。

この構成によれば、ドライブ信号の停止後、一定時間経過すれば自発的にランプの再始動動作が行われるので、ランプの消灯から再始動までの時間を極力短くすることができる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置を備え、前記ランプを光源としてスクリーンに映像を投影することを特徴とする。

この構成によれば、ランプの長寿命化のため予熱期間が数十秒程度に設定されている場合でも、ランプの立ち消え等による異常検知を速やかに行うことができる。

本発明は、検知部が、スイッチング回路の出力制御用に設けられている電流検出回路の一部を利用してスイッチング電流を検出し、異常検知手段では、当該検知部の検出結果を用いて異常を判断するので、装置の小型化および低コスト化を可能としながらも、異常検知を速やかに行うことができるという利点がある。

本発明の実施形態１の構成を示す概略回路図である。 同上の電流検出回路の構成を示す概略回路図である。 同上の動作例を示すタイムチャートである。 同上の動作例を示すタイムチャートである。 同上の動作例を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態２の構成を示す概略回路図である。 同上の他の構成を示す概略回路図である。 本発明の実施形態３の動作を示す説明図である。 本発明の他の構成を示す概略回路図である。 本発明のさらに他の構成を示す概略回路図である。 従来例を示す概略回路図である。 同上の動作を示すタイムチャートである。 他の従来例を示す概略回路図である。 さらに他の従来例を示す概略回路図である。 同上の動作を示すタイムチャートである。

（実施形態１）
本実施形態の放電灯点灯装置は、図１に示すように、直流入力電源Ｅに接続された降圧チョッパ回路からなるスイッチング回路１０と、スイッチング回路１０の出力を交番電流に変換する交番回路、および交番回路の出力端間に接続される始動時高電圧発生用のＬＣ共振回路を含む負荷回路１１とを備えている。さらに、放電灯点灯装置は、スイッチング回路１０の出力電圧（コンデンサＣ１の両端電圧）Ｖｆｂを検知する電圧検出回路４と、スイッチング回路１０のスイッチング素子Ｑ１を流れるスイッチング電流Ｉｓを検知する電流検出回路５と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ５の動作タイミングを決める制御回路部６とを備えている。これらの回路の基本的な構成は、背景技術の欄で説明した図１４の放電灯点灯装置と同様である。

ここに例示する放電灯点灯装置は、短アーク超高圧放電灯を光源としてスクリーンに映像を投影するプロジェクタ装置に用いられるものであって、ランプＬａの長寿命化のため予熱期間が数十秒程度に設定されている。

ところで、本実施形態の放電灯点灯装置は、図１に示すように、ランプＬａの立ち消えやスイッチング回路１０の停止などの異常を検知するための検知部７が電流検出回路５に付加されている。

すなわち、始動電圧発生期間、予熱期間においては、先述のようにインダクタＬ２がランプＬａの直列インピーダンスとして作用するため、スイッチング回路１０の出力電圧Ｖｆｂとランプ電圧ＶｌａとはＶｆｂ≠Ｖｌａの関係にあり、出力電圧Ｖｆｂの変化からランプＬａの動作状態を検知することはできない。しかし、これらの期間においては、スイッチング回路１０により出力電圧Ｖｆｂが所定の一定電圧となるように制御されていることから、スイッチング回路１０の電流変化がランプの動作状態の変化そのものとなる。そこで、スイッチング回路１０のスイッチング素子Ｑ１を流れるスイッチング電流Ｉｓの変化を検知部７で検出することにより、ランプＬａの立ち消えを検知することが可能である。

電流検出回路５は、スイッチング回路１０におけるダイオードＤ１とコンデンサＣ１との接続点と回路グランドとの間に挿入された電流検出素子たる抵抗Ｒｓと、抵抗Ｒｓの両端間に接続された抵抗Ｒ１３およびコンデンサＣ１２の直列回路からなる検出回路とを具備し、抵抗Ｒｓを流れる電流をコンデンサＣ１２の両端電圧として検出する。抵抗Ｒ１３およびコンデンサＣ１２からなる検出回路は、スイッチング回路１０のスイッチング動作に合わせて比較的小さい時定数（たとえばスイッチング回路１０のスイッチングの周期以下とする）を持つように各素子の回路定数が決定される。当該コンデンサＣ１２の両端電圧は、Ｉｐ検知信号としてロジック回路２に送られ、スイッチング回路１０の出力電力もしくは出力電流を制御するために用いられる。

検知部７は、図２に示すように、ダイオードＤ１１と抵抗Ｒ１１，Ｒ１２との直列回路と、抵抗Ｒ１２に並列接続されたコンデンサＣ１１とからなるピークホールド回路で構成され、上記電流検出素子としての抵抗Ｒｓを利用してスイッチング電流Ｉｓの変化を検出する。すなわち、ダイオードＤ１１と抵抗Ｒ１１，Ｒ１２との直列回路は抵抗Ｒｓの両端間に接続されており、抵抗Ｒｓを流れる電流に相当する電圧（以下、Ｉｓ検知電圧という）をコンデンサＣ１１の両端間に発生する。検知部７たるピークホールド回路は、上述のＩｐ検知信号を発生する抵抗Ｒ１３およびコンデンサＣ１２からなる回路に比べて、十分に大きな時定数を持つように各素子の回路定数が決定されている。なお、検知部７の検出結果を受ける制御回路部６側の構成によっては、コンデンサＣ１１の両端電圧（Ｉｓ検知電圧）と基準電圧とを比較し当該比較結果を出力する比較器を付加してもよい。

ここで、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を抵抗Ｒｓおよび抵抗Ｒ１３よりも十分に大きなインピーダンス（たとえば１００〜１０００倍）とすることで、抵抗Ｒｓの本来の機能である出力電力制御に影響を与えることなく、スイッチング電流Ｉｓ変化を検出することが可能となる。これにより、大電力に耐え得る大型の電流検出素子を新たに設けることなく、小型で安価にスイッチング電流Ｉｓの変化を検出することができる。

マイコン１を主構成とする制御回路部６は、検知部７の検出結果を受け、当該検出結果に応じて異常検知処理を行う異常検知手段としての機能を有する。当該制御回路部６は、Ｉｓ検知電圧が所定の閾値Ｖｔｈ以下となれば、ランプＬａが消灯した異常状態であると判断し、スイッチング回路１０の出力制御用ドライブ信号を停止させる異常検知処理を実行する。

次に、本実施形態の放電灯点灯装置の始動電圧発生期間、予熱期間、点灯期間における動作について図３および図４を参照して説明する。図３および図４では、交番回路の動作周波数（交番周波数）を（ａ）、スイッチング回路１０の出力電圧Ｖｆｂ（破線で表す）およびランプ電圧Ｖｌａの実効値（実線で表す）を（ｂ）、ランプ電流Ｉｌａの実効値を（ｃ）、交番回路を含む負荷回路１１で消費される消費電力Ｗｉｎｖを（ｄ）、検知部７により検出されるＩｓ検知電圧を（ｅ）に示す。図３はランプＬａが正常に点灯した場合、図４はランプＬａが始動電圧発生期間に立ち消えにより消灯した場合の動作例をそれぞれ示している。

すなわち、ランプＬａが正常に点灯した場合、図３に示すように始動電圧発生期間、予熱期間ではスイッチング回路１０の出力電圧Ｖｆｂを直流定電圧源とし、インダクタＬ２とスイッチング周波数ｆ１，ｆ２とで決まるインピーダンスによってランプＬａに略一定の電力が供給され、それぞれの出力電力に見合ったＩｓ検知電圧が検出される。

一方、図４に示すようにランプＬａが一旦点灯した（時刻ｔ１）後、立ち消えにより消灯した（時刻ｔ２）場合、始動電圧発生期間においてはインダクタＬ２、コンデンサＣ２の強い共振作用による高電圧発生に応じ、大きな出力電力が交番回路によって消費される。また、予熱期間においてはインダクタＬ２、コンデンサＣ２の共振作用が弱まり交番回路を含む負荷回路１１で消費される負荷電力Ｗｉｎｖは大幅に低下する（無負荷動作）。このとき（予熱期間への移行時）、Ｉｓ検知電圧はインダクタＬ２のインピーダンス作用に影響されることなく、負荷電力Ｗｉｎの変化に伴い大幅に低下する。制御回路部６は、このＩｓ検知電圧の変化を利用し、Ｉｓ検知電圧が図４（ｅ）のように所定の閾値Ｖｔｈ以下となればランプＬａが立ち消えた異常状態であると判断し、スイッチング回路１０制御用のドライブ信号を停止させる。

以上説明した構成により、比較的小型で安価な放電灯点灯装置としながらも、予熱期間の長時間化に伴うランプＬａの異常検知が遅れることなく、速やかに（たとえば起動後１秒以内に）異常検知処理を行なうことが可能となる。結局、スイッチング回路１０の出力電圧ＶｆｂにてランプＬａの立ち消えを検知する場合に比べると、ランプＬａの立ち消えを検知して行う異常検知処理の開始を、予熱期間の終了後から予熱期間の開始直後にまで早めることができる。

なお、スイッチング回路１０のスイッチング電流Ｉｓを用いてランプＬａの状態を検知し、所定の異常検知処理を行う構成は従来から知られているが（たとえば、特開２００２−３２４６９３号公報参照）、当該従来例では、スイッチング電流Ｉｓを検知するために大きな電力に耐え得る抵抗器を新たに付加する必要がある。これに対し、本実施形態においては、スイッチング回路１０の出力電力もしくは出力電流を制御するために必要な数十ｎｓ〜数十μｓ程度の小さい時定数（たとえば、Ｒ＝４７０Ω、Ｃ＝０．２２ｎＦのＲＣフィルタ）を持つピーク検出値Ｉｐ検出用の検出回路（抵抗Ｒ１３，コンデンサＣ１２）と、ランプＬａの異常検知を目的とした数ｍｓ〜数百ｍｓ程度の大きな時定数（たとえば、Ｒ＝１ＭΩ、Ｃ＝１００ｎＦのＲＣフィルタ）を持つ回路（検知部７）とで、１つの電流検出素子（抵抗Ｒｓ）を兼用して検知する。これにより、２つの異なった目的の電流検出回路を全く個別に設ける場合に比べて放電灯点灯装置の小型化、低コスト化が可能になるという利点がある。

ここで、ランプＬａの寿命末期の異常放電によるランプ電流Ｉｌａの増加をスイッチング回路１０のスイッチング電流Ｉｓ変化を用いて検知し、所定の閾値以上となればランプＬａが異常状態に至ったと判断する構成も考えられるが、本実施形態では、スイッチング回路１０のスイッチング電流Ｉｓ変化を用いてランプＬａの動作状態を検出し、Ｉｓ検知電圧が所定の閾値Ｖｔｈ以下となればランプＬａが消灯したと判断するものとする。

ところで、本実施形態では、図１に示すようにスイッチング回路１０がチョッパ回路で構成され、マイコン１とロジック回路２とからなる制御回路部６からフローティング電位にあるスイッチング素子Ｑ１へのドライブ信号伝達にレベルシフト回路（ドライブ回路３）を使用し、上段電源（制御電源）の生成方法として起動電源ループを持つブートストラップ回路を用いている。そのため、先述したように、入力電源Ｅの瞬時停電あるいは瞬時降圧により上段電源の電圧Ｖｂｓが低下し、ドライブ回路３のスイッチング動作が停止してランプＬａが消灯することがある。その理由は先述した通りであり、要するに、制御回路部６が上段電源の電圧Ｖｂｓ低下によるスイッチング回路１０の停止を速やかに検知できないことが原因である。

本実施形態では、検知部７の検出結果から、上段電源の電圧Ｖｂｓ低下によるドライブ回路３のスイッチング動作停止を速やかに検出し、制御回路部６に帰還してドライブ信号を停止させる異常検知処理を実行させることで、上記問題を解決することができる。

以下、上段電源の電圧Ｖｂｓ低下によりドライブ回路３のスイッチング動作が停止した場合の放電灯点灯装置の動作について、図５を参照して説明する。図５では、交番回路の動作周波数（交番周波数）を（ａ）、スイッチング回路１０の出力電圧Ｖｆｂ（破線で表す）およびランプ電圧Ｖｌａの実効値（実線で表す）を（ｂ）、ランプ電流Ｉｌａの実効値を（ｃ）、交番回路を含む負荷回路１１で消費される消費電力Ｗｉｎｖを（ｄ）、検知部７により検出されるＩｓ検知電圧を（ｅ）に示す。なお、図５（ｂ）には、正常点灯時のランプ電圧Ｖｌａの実効値を二点鎖線で示してある。

始動電圧発生期間および予熱期間においては、ランプＬａが一旦点灯した（時刻ｔ１）後、上段電源の電圧Ｖｂｓ低下によりドライブ回路３のスイッチング動作が停止すると（時刻ｔ２）、出力電圧Ｖｆｂには抵抗Ｒ１、電圧検出回路４を構成する抵抗を介したループにドライブ信号に従った抵抗Ｒ１，Ｒ２を介したループが合わさった結果による電圧が発生する。この電圧は、ランプＬａが点灯した直後のランプ電圧Ｖｌａよりも高い電圧となる場合が多く、出力電圧Ｖｆｂの変化を用いてスイッチング動作の停止を検知することは難しい。

一方、Ｉｓ検知電圧はスイッチング電流Ｉｓの変化そのものであるため、スイッチング動作が停止すると略ゼロになる。制御回路部６は、このＩｓ検知電圧の変化を利用し、Ｉｓ検知電圧が図５（ｅ）のように所定の閾値Ｖｔｈ以下となれば、その時点（時刻ｔ２）でスイッチング動作が停止した異常状態と判断し、ドライブ回路３へのドライブ信号出力を停止させる。

その結果、比較的小型で安価な放電灯点灯装置としながらも、入力電源Ｅの瞬時停電あるいは瞬時降圧によるスイッチング動作の停止を速やかに（たとえば起動後１秒以内に）検知することができる。結局、スイッチング回路１０の出力電圧Ｖｆｂにてスイッチング動作の停止を検知する場合に比べると、スイッチング動作の停止を検知して行う異常検知処理の開始を、予熱期間の終了後からスイッチング動作の停止直後にまで早めることができる。

なお、ドライブ回路３にレベルシフト機能を有する集積回路（たとえばＨＶＩＣ）を用いても、上記と同様の効果が得られる。また、電流検出素子はスイッチング電流を検出できるものであればよく、上記抵抗Ｒｓに限らずたとえばカレントトランスなどを用いてもよい。

（実施形態２）
本実施形態の放電灯点灯装置は、図６に示すように商用電源ＡＣを電源とし、商用電源ＡＣからの入力電流波形歪対策（力率改善）のためにアクティブフィルタ機能を有する電源回路２０を付加した点が実施形態１の放電灯点灯装置と相違する。

本実施形態では、前記電源回路２０のアクティブフィルタを構成する昇圧チョッパ回路のスイッチング電流の変化を利用して、ランプＬａの立ち消えやスイッチング回路１０の停止などの異常状態を検知する。

電源回路２０は、商用電源ＡＣを全波整流する整流器ＤＢと、整流器ＤＢの直流出力端に接続される昇圧チョッパ回路とを有し、昇圧チョッパ回路の出力電圧をスイッチング回路１０に入力する。昇圧チョッパ回路は、整流器ＤＢの出力に接続されたインダクタＬ２０およびＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ２０の直列回路と、スイッチング素子Ｑ２０の両端間に接続されたダイオードＤ２０およびコンデンサＣ２０の直列回路とで構成される。

さらに、電源回路２０は、昇圧チョッパ回路の出力電圧（コンデンサＣ２０の両端電圧）Ｖｏｕｔを検知する電圧検出回路２４と、昇圧チョッパ回路のスイッチング素子Ｑ２０を流れるスイッチング電流を検知する電流検出回路２５と、スイッチング素子Ｑ２０の動作タイミングを決める制御部２１とを備えている。制御部２１は、電圧検出回路２４で検知される出力電圧Ｖｏｕｔおよび電流検出回路２５で検知されるスイッチング電流を帰還して、商用電源ＡＣ電圧の正弦波に沿うように電源回路２０の入力電流を制御し、且つ電源回路２０の出力電圧を所定電圧に制御する。

ところで、本実施形態では、ランプＬａの立ち消えやスイッチング回路１０の停止などの異常を検知するための検知部２７は、スイッチング回路１０用の電流検出回路５に代えて、昇圧チョッパ用の電流検出回路２５に設けられている。検知部２７は、図２に示した回路と同様の構成を有するものとする。

しかして、ランプＬａの立ち消えやスイッチング回路１０の動作停止などの異常が生じると、電源回路（昇圧チョッパ回路）２０の出力電圧が一定であるため、電源回路２０からみた負荷（負荷制御回路３０）の消費電力の変化により検知部２７の検出結果（Ｉｓ検知電圧）が変化する。ここで、本実施形態においても、交番回路の動作周波数（交番周波数）と、スイッチング回路１０の出力電圧Ｖｆｂおよびランプ電圧Ｖｌａの実効値と、ランプ電流Ｉｌａの実効値と、交番回路を含む負荷回路１１で消費される消費電力Ｗｉｎｖと、検知部２７により検出されるＩｓ検知電圧との関係は、実施形態１で説明した図３〜図５と同様になる。そのため、検知部２７の検出結果（Ｉｓ検知電圧）をたとえば制御回路部６のマイコン１に帰還し、所定の閾値Ｖｔｈと比較することで、実施形態１と同様の効果が得られる。

結果的に、負荷制御回路部３０に検知部７を付加することが困難な場合や、図７に示すように負荷制御回路３０にスイッチング電流を検出する機能がないような構成の場合でも、大型の電流検出素子を新たに設けることなく、負荷制御回路部３０の異常検知を行うことが可能である。以上説明した構成においても、スイッチング電源（電源回路２０およびスイッチング回路１０）のスイッチング動作の制御用に設けられている電流検出回路２５の一部を利用して異常検知を目的とした検知部２７を構成し、検知部２７の出力によってスイッチング電源（スイッチング回路１０）制御用のドライブ信号を停止させるという点では実施形態１の構成と共通である。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

（実施形態３）
本実施形態の放電灯点灯装置は、異常を検知した場合に、ドライブ回路３へのドライブ信号出力を停止させた後、一定時間（たとえば１秒）経過後に再始動動作を行う再始動機能が付加されている点が実施形態１の放電灯点灯装置と相違する。

本実施形態では、図８に示すように、制御回路部６は、スイッチング動作の開始（時刻ｔ１）後、ランプＬａの立ち消えもしくはスイッチング回路１０の停止を検知すると、スイッチング回路１０の出力制御用のドライブ信号を停止させる異常検知処理を行う（時刻ｔ２）。その後、一定時間（たとえば１秒）が経過すると、制御回路部６は、スイッチング回路１０の出力制御用のドライブ信号の出力を再開し、ドライブ回路３によるスイッチング動作を再開する（時刻ｔ３）。これにより、制御回路部６は、再始動用の信号を外部から受けることなく、速やかに自発的に再始動を試みることができるため、ランプＬａが消えている時間を極力短くして点灯の確実性を向上することができる。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

ところで、本発明に係る放電灯点灯装置は、上述した各実施形態で例示したものに限らず、本発明の範囲内で種々の変形、修正があったとしても同様の効果を奏する。たとえば、負荷を制御する回路に、図９に示すバックブースト回路や図１０に示すフライバック回路などを用いた場合でも、スイッチング電流を検出する抵抗と並列に検知部を設けることで本発明と同様の効果が得られる。

３ ドライブ回路（レベルシフト回路）
５ 電流検出回路
６ 制御回路部（異常検知手段）
７ 検知部
１０ スイッチング回路
２０ 電源回路
Ｃ１１ コンデンサ
Ｄ１１ ダイオード
Ｉｓ スイッチング電流
Ｌａ ランプ
Ｑ１〜Ｑ５，Ｑ２０ スイッチング素子
Ｒ１１，Ｒ１２ 抵抗
Ｒｓ 抵抗（電流検出素子）

Claims (5)

1. スイッチング素子を含み当該スイッチング素子のスイッチング動作により出力電圧が所定値となるように電力を変換するスイッチング回路と、スイッチング回路のスイッチング素子を流れるスイッチング電流を電流検出素子で検出し、スイッチング回路のスイッチング動作に合わせて設定された時定数を持つ検出回路で電流検出素子の出力を取り出す電流検出回路と、検出回路の検出結果を用いてスイッチング回路のスイッチング素子を制御するためのドライブ信号を生成する制御回路部とを備え、スイッチング回路の出力電力をランプに供給してランプを点灯させる放電灯点灯装置であって、検出回路に比べて大きな時定数を持ち電流検出素子の出力を取り出す検知部を有し、制御回路部は、検知部の検出結果が所定の閾値以下となった場合に異常と判断し、ドライブ信号を停止させる異常検知手段を有することを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記制御回路部の安定電位と異なる電位の前記スイッチング素子への前記ドライブ信号の伝達を行うレベルシフト回路を備え、レベルシフト回路における制御回路部の安定電位と異なる電位側の制御電源の生成には起動電源ループを持つブートストラップ回路を用いており、前記異常検知手段は、前記検知部の検出結果が所定の閾値以下となった場合に、制御電源の電圧低下により前記スイッチング回路のスイッチング動作が停止した異常と判断することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 昇圧チョッパ回路を用いた電源回路と、昇圧チョッパ回路のスイッチング素子を流れるスイッチング電流を電流検出素子で検出し、昇圧チョッパ回路のスイッチング動作に合わせて設定された時定数を持つ検出回路で電流検出素子の出力を取り出す電流検出回路と、検出回路の検出結果を用いて昇圧チョッパ回路のスイッチング素子を制御する制御部と、スイッチング素子を含み当該スイッチング素子のスイッチング動作により出力電圧が所定値となるように電源回路の出力電力を変換するスイッチング回路と、スイッチング回路のスイッチング素子を制御するためのドライブ信号を生成する制御回路部とを備え、スイッチング回路の出力電力をランプに供給してランプを点灯させる放電灯点灯装置であって、検出回路に比べて大きな時定数を持ち電流検出素子の出力を取り出す検知部を有し、制御回路部は、検知部の検出結果が所定の閾値以下となった場合に異常と判断し、ドライブ信号を停止させる異常検知手段を有することを特徴とする放電灯点灯装置。
4. 前記異常検知手段は、異常と判断して前記ドライブ信号を停止した後、一定時間経過後に前記ランプの再始動動作を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置を備え、前記ランプを光源としてスクリーンに映像を投影することを特徴とするプロジェクタ装置。
   

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