专利名称：放电灯点灯装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用来将放电灯点灯，尤其是将高压水银灯、金属卤素灯、氙气灯等的高亮度放电灯点灯的放电灯点灯装置。
背景技术：
例如，在液晶投影机或是DLPTM投影机等画像显示用等的光学装置用的光源装置中，使用高亮度放电灯(HID灯)。上述投影机存在如下方式的装置通过双色棱镜(dichroic prism)等分离R、G、B的3原色，通过按照每个颜色设置的空间调制元件，产生按照3原色的颜色的各画像，通过双色棱镜等再次合成光路，显示彩色画像的方式。并且，另外也有使具有R、G、B的3原色的彩色滤色器旋转，通过使来自光源的光通过该滤色器，顺次产生各3原色的光束，并与其同步地控制空间调制元件，由此使按3原色的颜色的各画像按照时间分割而顺次产生，显示彩色画像的方法。
在起动该种灯时，在对灯施加被称为无负荷释放电压的电压的状态下，施加高电压使放电空间内产生绝缘破坏，经辉光放电而移至电弧放电。辉光放电的电压一般比电弧放电的电压高，是持续到足以通过热电子释放产生电弧放电的电极温度的过渡性放电。作为对灯施加高电压的方法，除使用点火器将高电压重叠于主放电用的电极的方法，即串联触发方式之外，还有以使主放电用的电极以外的辅助电极不接触放电空间的方式设置，对上述辅助电极施加高电压的方法，即外部触发方式。外部触发方式具有串联触发方式中不具有的各种优点，尤其在从供电电路部分离包含高电压变压器的高电压产生部，设置在放电灯附近时，则可以最大限度地享受对放电灯点灯装置的小型轻量化、低噪声化、提升安全性、低成本化等有利的优点。
另外，关于稳定点灯时的放电灯的驱动方式，则有直流驱动方式和交流驱动方式。在直流驱动方式时，因来自灯的光束也为直流，即是不会随时间而变化，因此基本上在上述投影机的两种方式中，具有完全可以同样适用的极大优点。对此，在交流驱动方式时，利用称为极性反转频率这一在直流驱动方式中不存在的自由度，则具有可以控制放电灯的电极消耗或生长的优点，相反地，具有因存在极性反转而对本身不利之处。
通常每次用于交流驱动的极性反转时，因含有来自灯的光束的瞬断、过冲、振动等的变动，因此在上述投影机中，在要适用于时间分割方式的投影机时，因产生具有通过时间分割顺次产生画像的时序与灯的交流驱动的极性反转的时序的偏差，由于拍频，显示画像出现变动，且由于拍频产生非常碍眼的问题，因此必须进行取得对于彩色滤色器的旋转的逆变器的极性反转时序的同步等的研究，存在使放电灯点灯装置复杂化的缺点。
并且，在DLP方式的投影机中，利用空间调制元件的各画素动作的负载循环比来控制显示画像的各画素的每色亮度，因此在交流驱动方式时，即使取得上述时序的同步时，上述极性反转时的光束的过冲或振动等的变动期间较长时，则必须想办法不利用该期间的光，或想办法控制空间调制元件的各画素的动作来消除变动。在对于前者想办法时，存在光的有效利用效率下降的缺点，在对于后者想办法时，则存在投影机装置中空间调制元件的控制变得相当复杂的缺点。
为了回避关于放电灯的交流驱动方式的上述缺点，缩小极性反转时的光束的变动即可，但这并不容易。对于放电灯点灯装置，减小灯施加电压的极性反转时的光束变动的同时，还要求确保起动时放电灯的切实点灯性。
为了确保起动时放电灯的切实点灯性，所知的是通过上述串联触发方式或外部触发方式施加高电压，使放电空间内产生绝缘破坏时，提高施加在灯上的无负荷释放电压是有效的。在交流驱动方式时作为实现方法，一直以来进行所谓的共振辅助，即在起动时使串联共振现象产生，提高施加到灯上的电压，同时使点火器动作，使放电空间内产生绝缘破坏。
图13是说明有关通过以往的串联共振的共振辅助的原理的图。
该图的放电灯点灯装置具有供电至放电灯(Ld)的供电电路(Ux’)；用来使该输出电压反转极性的由开关元件(Q1’、Q2’、Q3’、Q4’)构成的全桥方式的逆变器(Ui’)；共振线圈(Lr)、共振电容器(Cr)和起动器电路(Ut”)，在起动时，以上述共振线圈(Lr)的电感和上述共振电容器(Cr)的静电电容的积的值所决定的共振频率或与其接近的频率，使上述逆变器(Ui’)进行极性反转驱动，通过由此所产生的LC串联共振现象使在上述共振电容器(Cr)的两端子间发生高电压，向相对于该部分并联连接的上述起动器电路(Ut”)及上述放电灯(Ld)施加高电压。
但是，利用LC串联共振的现有技术是针对属于上述课题的确保起动时放电灯的切实点灯性，针对属于上述另一课题的缩小灯施加电压的极性反转时光束的变动这一点，却无法充分解决。在下文中简单说明其理由。
如上所述，LC共振频率由上述共振线圈(Lr)的电感和上述共振电容器(Cr)的静电电容的积的值来决定，因此若将上述共振线圈(Lr)的电感抑制成较小时，则必须使上述共振线圈(Cr)的静电电容设成为较大值。原因是如果缩小上述共振线圈(Lr)的电感和上述共振电容器(Cr)的静电电容二者时，共振频率极度变高，要使上述逆变器(Ui’)动作则变得困难。但是，当使上述共振电容器(Cr)的静电电容设为较大值时，想要通过共振现象得到充分的电压的提高时，则要面对在上述共振线圈(Lr)和上述共振电容器(Cr)的串联连接电路中流过的电流即是共振电流变成非常大的值的问题。
例如，当开关元件(Q1’)和开关元件(Q3’)为接通状态时，如图13中虚线所示的路径(L01)所示，该共振电流流过包含上述供电电路(Ux’)及上述逆变器(UI’)的电路整体。因此，各部分的电路元件必须使用额定电流大的电路元件，以耐较大的共振电流，无法避免装置的大型化或增加成本。
即使共振频率极度变高，也能考虑到如果以高次共振使其动作时，将上述逆变器(Ui’)的动作频率抑制得较低，并且使上述共振电容器(Cr)的静电电容变为较小值的对策。但是，即使在这种情况下，如上所述，共振电流流过图13的虚线所示的路径(L01)，此时特别是开关元件的接通电阻比较大，因此作为共振电路的Q值比较小。因此，可得知共振的衰减剧烈，无法利用高次共振。
因此，只要利用LC串联共振，就无法缩小上述共振线圈(Lr)的电感，必然需要比较大的值。但是，在结束灯的起动而进入稳定点灯状态，利用灯的阶段中，上述共振线圈(Lr)的大电感成为非常碍事的存在。一般而言，上述共振线圈(Lr)或是点火器这种较大电感被插入到比逆变器后段时，助长上述极性反转时的光束的过冲或振动等不良状况，其结果，无法解决属于上述课题的缩小灯施加电压的极性反转时的光束变动。
另外，在外部触发方式时，因不需要如串联触发方式时那样的电感大的点火器，因此如果注意设计成不插入如上述共振线圈(Lr)那样的元件时，则适合于避免上述极性反转时的光束的过冲或振动等的不良现象。在外部触发时，在上述的放电空间内发生绝缘破坏时，用来实现提高施加于灯的无负荷释放电压的现有技术，在日本专利特开2003-092198号中，记载有与外部触发方式的起动器产生高电压的期间的至少一部分重复，也对一对主要用于放电的电极施加高电压的技术，可以实现所期待的功能。
但是，在该技术时，由于根据起动器的高电压产生而提高无负荷释放电压，因此绝缘破坏成功，起动器的动作停止后，使放电空间内产生绝缘破坏时，因也停止提高施加到灯的无负荷释放电压的动作，因此为了维持辉光放电，供电电路必须直接产生比辉光放电电压高的电压的无负荷释放电压。如此一来，逆变器被设置在比供电电路更后段，因此必须使用耐高电压的无负荷释放电压的元件。
但是，构成逆变器的FET等的开关元件所耐的电压越高，价格越高，并且损失变大，又必须考虑用于散热对策的成本，因此产生放电灯点灯装置整体的成本变高，无法达到小型轻量化等问题。
专利文献1日本特开平03-030291号专利文献2日本特开2003-217888号专利文献3日本特开2004-327117号专利文献4日本特开2003-092198号发明内容本发明要解决的课题是提供一种实现在交流点灯放电灯时，缩小灯施加电压的极性反转时的光束变动，并且确保起动时放电灯的切实点灯性的放电灯点灯装置。
本发明的技术方案1的放电灯点灯装置，用来将一对主放电用的电极(E1、E2)相对配置的放电灯(Ld)点灯，其特征在于，具有向上述放电灯(Ld)供电的供电电路(Ux)；配置在上述供电电路(Ux)的后段，使施加至上述放电灯(Ld)的电压反转极性的逆变器(Ui)；具有初级绕组(Ph)及次级绕组(Sh)的变压器(Th)；与上述变压器(Th)连接的电容器(Ch)；和用来对上述初级绕组(Ph)进行电压施加驱动的间歇性电压施加单元(Uj)，上述变压器(Th)的上述次级绕组(Sh)介插在连接上述逆变器(Ui)的输出和上述放电灯(Ld)的主放电用的上述电极的路径中途，由此使在上述次级绕组(Sh)产生的电压可与上述逆变器(Ui)的输出电压重叠，施加到上述放电灯(Ld)的上述电极(E1、E2)间，以使产生在上述次级绕组(Sh)的电压的自由振动频率变为3MHz以下的方式，设定上述电容器(Ch)的静电电容，在上述放电灯(Ld)的起动期间中，具有上述间歇性电压施加单元(Uj)以8000次/秒以上的平均频度进行电压施加驱动，并在上述放电灯(Ld)的放电开始后也继续电压施加驱动的期间。
本发明的技术方案2的放电灯点灯装置在技术方案1所述的发明中，其特征在于，构成为比上述逆变器(Ui)位于后段的、沿着上述放电灯(Ld)的主放电电流的路径的电感成分合计为160μH以下。
本发明的技术方案3的放电灯点灯装置在技术方案1或2所述的发明中，其特征在于，上述间歇性电压施加单元(Uj)由电压施加驱动用电源(Mh)和电压施加驱动开关元件(Kh)构成，在上述电压施加驱动开关元件(Kh)的接通状态时，对上述初级绕组(Ph)施加电压。
本发明的技术方案4的放电灯点灯装置在技术方案1至3的发明中，其特征在于，上述供电电路(Ux)为了施加无负荷释放电压而输出的电压，被设定成比在上述放电灯(Ld)中所产生的辉光放电电压低。
发明的效果本发明的放电灯点灯装置可以实现在交流点灯放电灯时，缩小灯施加电压的极性反转时的光束的变动，同时在起动时确保放电灯的切实点灯性。
图1表示简要表示本发明的放电灯点灯装置的框图。
图2表示简要表示本发明的放电灯点灯装置的一部分的一个方式的框图。
图3表示本发明的放电灯点灯装置的一部分的一个方式的简化的构成。
图4表示简要表示本发明的放电灯点灯装置的一部分的一个方式的框图。
图5表示本发明的放电灯点灯装置的实施例的一部分的一个方式的简略构成。
图6表示本发明的放电灯点灯装置的实施例的一部分的一个方式的简略构成。
图7表示本发明的放电灯点灯装置的实施例的一个方式的简略构成。
图8表示本发明的放电灯点灯装置的实施例的一个方式的简略波形。
图9表示本发明的放电灯点灯装置的实施例的一个方式的简略时序图。
图10表示本发明的放电灯点灯装置的实施例的一个方式的简略时序图。
图11表示本发明的放电灯点灯装置的实施例的一个方式的简略构成。
图12表示本发明的放电灯点灯装置的实施例的一个方式的简略构成。
图13表示以往的放电灯点灯装置的一个方式的简略构成。
图14表示本发明的放电灯点灯装置的实施例的一个方式的简略构成。
图15表示本发明的放电灯点灯装置的实施例的一个方式的简略构成。
具体实施例方式
首先，利用作为简要表示本发明的放电灯点灯装置的一个方式的框图的图1，对用来实施本发明的方式加以说明。由降压斩波电路或升压斩波电路等方式的开关电路等所构成的供电电路(Ux)，根据放电灯(Ld)的状态或点灯顺序，输出适合的电压、电流。由全桥电路等所构成的逆变器(Ui)将上述供电电路(Ux)的输出电压变换成例如周期性反转的交流电压并输出，经由变压器(Th)的次级绕组(Sh)，施加到上述放电灯(Ld)的一对用于主放电的电极(E1、E2)上。
并且，在灯起动时，作为无负荷释放电压用，上述供电电路(Ux)输出的电压为200至300V左右，辉光放电时的灯电压典型为100至220V左右，电弧放电转移后的灯电压为10V左右，上述供电电路(Ux)是在辉光放电时及电弧放电时，控制流过的电流不超过规定的限制电流值。
间歇性电压施加单元(Uj)以可以对变压器(Th)的初级绕组(Ph)间歇性电压施加驱动的方式与上述初级绕组(Ph)连接。但是，为了不产生上述极性反转时的光束的过冲或振动等的不良现象，针对上述变压器(Th)的上述次级绕组(Sh)，设定成其电感不会变得过大。然后，为使产生在上述次级绕组(Sh)的电压的自由振动频率变为3MHz以下，上述变压器(Th)的上述次级绕组(Sh)上并联连接有具有适当静电电容的电容器(Ch)。关于上述次级绕组(Sh)的电压振动的自由振动频率的上限值是这样高的值这一点非常适合用于将上述次级绕组(Sh)的电感抑制成较低值。
该自由振动频率可以认为是在放电灯(Ld)不发生放电时，或放电灯(Ld)未连接放电灯点灯装置时，在上述间歇性电压施加单元(Uj)的电压施加驱动的空闲期间，以产生在上述次级绕组(Sh)的电压振动频率，通常主要由上述电容器(Ch)的静电电容和上述次级绕组(Sh)的电感所构成的LC共振电路的共振频率即可，根据这些静电电容和电阻的积来计算。但是，在上述次级绕组(Sh)含有寄生静电电容等的任何电容成分时，在上述共振频率的计算结果中加上补正。
在起动时，上述供电电路(Ux)输出用来对上述放电灯(Ld)施加无负荷释放电压的电压，另外，上述间歇性电压施加单元(Uj)对上述初级线圈(Ph)以8000次/秒以上的平均频度进行电压施加驱动。并且，不是通过频率而是通过平均频度来规定电压施加驱动的频度，是因为不一定需要周期性进行，即使周期性混乱的间歇性驱动亦可。在上述变压器(Th)，对于施加到上述初级绕组(Ph)或是产生的电压，在上述次级绕组(Sh)中，感应出根据其绕组比而变压的电压。在电压施加驱动期间中，励磁能量积蓄在上述变压器(Th)中，当电压施加驱动完成时，通过上述变压器(Th)的回扫作用，积蓄的励磁能量被解放，因此在上述次级绕组(Sh)产生高电压。因此在上述次级绕组(Sh)产生高电压。该电压以自由振动频率振动着渐渐衰减。
通过上述间歇性电压施加单元(Uj)重复进行这样的电压施加驱动，在上述放电灯(Ld)的主放电用的电极(E1、E2)上，准连续性地实现由上述次级绕组(Sh)所输出的振动的高电压重叠于由上述供电电路(Ux)所输出的电压的状态，因此与此并行地，例如以适当频度使图7所示的外部触发方式的起动器(本图中省略图示)动作，由此在上述放电灯(Ld)的放电空间产生绝缘破坏，可以开始灯的主放电。与上述次级绕组(Sh)的电压振动相关的自由振动频率的上限值即3MHz，是用来避免电压的正弦波的自由振动波形的半波的时间宽度过小而无法有效开始灯的主放电的限制值，可由实验求取出。
当开始主放电时，上述放电灯(Ld)的上述电极(E1、E2)中，在阴极侧的电极未附着水银等的凝结、凝固物时，发生辉光放电。在附着这种凝结、凝固物时，产生称作场致发射的电弧放电这样的放电，当通过放电蒸发并枯竭该凝结、凝固物时，则转移至辉光放电。当辉光放电而到达足以产生热电子放出的电弧放电的电极温度时，则转移至电弧放电。
为了适当进行这种转移至电弧放电，在辉光放电期间内，必须对灯进行适当的能量注入。如果能量注入不足时，有可能引起主放电中途熄灭，此时必须从起动器的绝缘破坏起再次运行，当重复几次该状态时，则产生损坏灯的危险性，相反地，在能量注入过大时，当然也有对灯造成损坏的危险性，但该损坏无论在任何情况均出现灯泡的黑化。其理由是因为本来所谓辉光放电就伴随著以较高的电压的电场所加速的阳离子与阴极冲突的现象，但因阳离子比电子重，因此在与电极冲突时，引起钨等的电极材料弹飞的现象，即引起飞溅，被弹飞的电极材料附着在灯泡内面上。
但是，能量虽然是以功率和时间的积而既定，但是上述能量注入过大时的损伤仅在功率过大时发生。其理由是投入功率只要为适当的大小，注入能量随著时间的经过仅单调增大，与此相对应地电极温度也上升而完成辉光放电，转移至电压低的电弧放电，由此灯本身自动切断辉光放电的能源注入，避免注入能量过大的自动控制机构动作，因此不会产生有害的灯泡黑化。但是，与此相对地，可以推测出，在投入功率过大时，向电弧放电的转移完成前，因上述自动控制机构毫不犹豫地瞬间产生大量的阳离子所造成的电极攻击，被弹飞的大量电极材料附着在灯泡的内面，因此产生严重的灯泡黑化。
上述间歇性电压施加单元(Ui)的周期性或间歇性的电压施加驱动，适用于对这种辉光放电状态的灯进行有效的能量注入。其理由是上述间歇性电压施加单元(Uj)的周期性或间歇性电压施加驱动可以说是由于脉冲性进行能量注入，所以与其说辉光放电的经过时间，倒不如说是一个一个地增加能量脉冲的个数，等待取得可转移至电弧放电所必需且充分的能量，转移至电弧放电是必然现象。但是，辉光放电状态的灯与非点灯状态的灯不同，电感较低，因此能量脉冲注入时的上述次级绕组(Sh)的电压波形虽然并非正弦波的自由振动，但是这不成问题。
但是，在上述间歇性电压施加单元(Uj)的电压施加驱动的频度过低时，由于从上述能量脉冲的注入到下一个能量脉冲的注入为止的期间所产生的热辐射，抑制了电极温度的上升，因此无法到达利用热电子放出产生电弧放电的足够的电极温度。因此，电压施加驱动频度的低值存在下限。上述间歇性电压施加单元(Uj)的电压施加驱动的平均频度的下限值即8000次/秒是通过该情况所产生的限制值，可以由实验求出。
如此一来，根据本发明，可以将上述次级绕组(Sh)的电感抑制成较低值，因此不会产生上述极性反转时的光束的过冲或振动等的不良现象，在灯的放电空间内产生绝缘破坏时，可提高施加到灯的无负荷释放电压，并可有效地对辉光放电状态的灯进行能量注入。因此，即使在交流点灯放电灯时，也可以缩小灯施加电压的极性反转时的光束的变动，同时在起动时确保放电灯的切实点灯性。
并且，如上所述，自由振动频率依存于上述次级绕组(Sh)的电感和上述电容器(CH)的静电电容而决定，虽然越缩小上述电容器(Ch)的静电电容，产生于上述次级绕组(Sh)的电压越高，但是由于上述次级绕组(Sh)或比其更后段的例如连接上述放电灯(Ld)的缆线等所具有的寄生静电电容，发生电压产生偏差或变动，越缩小上述电容器(Ch)的静电电容，该偏差或变动的大小越大，因此上述电容器(Ch)的静电电容必须设定成不会变为过小的值，以便可以忽视上述寄生静电电容的影响。
在本发明中，即使上述间歇性电压施加单元(Uj)的电压施加驱动的频率，相对于上述自由振动频率不是基本波或高次的共振关系也不会造成问题，即使构成共振关系也可以，由此具有可有效地升压的优点。
调查将放电灯点灯装置作为上述DLP方式的投影机用的光源使用时，在上述次级绕组(Sh)的实用上没有问题的电感的上限值，因此在石英玻璃构成的灯泡内，在放电空间的容积的每一立方毫米封入0.15～0.3mg的水银、臭氧及氩气体，将具有放电间隔为0.9～1.2mm的钨电极的、额定功率为120～300W，稳定点灯状态的灯电压为65至85V的各种高压水银灯和在逆变器的后段插入具有各种电感的线圈的放电灯点灯装置实际安装在投影机上，以不取得逆变器的极性反转时序相对于彩色滤色器的旋转为同步这一动作条件，观察、评估显示画质时，则确认出呈现用的前投影机型DLP投影机的情况下，如果插入电感为73μH以下，则在实用上无问题。再者，如果取得逆变器的极性反转时序相对于彩色滤色器的旋转的同步时，即使进一步增大插入电感，如果为160μH以下时，则在实用上无问题。
但是，在背投影型电视用的DLP投影机用途时(其中，对于额定功率为200W以下的高压水银灯进行实验)，因严格要求半色调画质，因此优选取得逆变器的极性反转时序相对于彩色滤色器的旋转的同步，或将插入电感设为55μH以下。在该用途时，得到即使在取得逆变器的极性反转时序相对于彩色滤色器的旋转的同步时，插入电感优选为120μH以下的结果。
使用简要表示本发明的放电灯点灯装置的其他方式框图即图2，对于用来实施本发明的方式进行说明。本图表示图1所示的间歇性电压施加单元(Uj)的构成的一例。间歇性电压施加单元(Uj)由电压施加驱动用电源(Mh)，和使用MOSFET等的电压施加驱动开关元件(Kh)串联连接而构成，在上述电压施加驱动开关元件(Kh)的接通状态时，可以对初级绕组(Ph)进行电压施加驱动。上述电压施加驱动开关元件(Kh)的控制根据来自间歇驱动控制电路(Ug)的间歇驱动控制信号(Sj)，经由栅极驱动电路(Gkh)而进行。
在上述电压施加驱动开关元件(Kh)变为接通状态的瞬间，用来对与次级绕组(Sh)连接的电容器(Ch)充电的电流有时可能急剧地流过上述电压施加驱动开关元件(Kh)而将其损坏时，将电阻或线圈等电流限制元件串联插入至上述电压施加驱动开关元件(Kh)也可以。上述间歇驱动控制电路(Ug)可以由以所希望的频率以作为上述通过上述间歇性电压施加单元(Uj)进行电压施加驱动的平均频度进行振荡的简单的多谐振荡器构成。然后，在放电灯的起动顺序中，等待完成转移至上述灯的电弧放电，接受从后述供电控制电路(Fx)输出的起动控制信号(Sz)，上述间歇驱动控制电路(Ug)设为停止生成上述间歇驱动控制信号(Sj)即可。
如上所述，根据本发明，利用间歇性电压施加单元(Uj)，可以有效对辉光放电状态的灯注入能量，但是，为此需要使上述间歇性电压施加单元(Uj)产生的电压超过灯的辉光放电电压。如此一来，在辉光放电期间中，灯的电感小，因此不会产生上述的由于上述变压器(Th)的回扫作用而在上述次级绕组(Sh)产生高电压。
但是，在上述间歇性电压施加单元(Uj)进行上述初级绕组(Ph)的施加电压驱动时的所谓正向动作期间，设定电压施加驱动电源(Mh)的电压和上述变压器(Th)的绕组比的关系，以使在上述次级绕组(Sh)中感应的电压比辉光放电电压高，由此，假设即使为了将无负荷释放电压施加到灯上，上述供电电路(Ux)所输出的电压比辉光放电的电压低，也可以有效地对辉光放电状态的灯注入能量。
如图3所示，逆变器(Ui)的开关元件(Q1、Q3)为接通状态，开关元件(Q2、Q4)为断开状态，驱动电压施加驱动开关元件(Kh)时，如果设定变压器(Th)的主次级绕组方向以便将产生发生在次级绕组上的电压相加地重叠到逆变器(Ui)的输出电压上时，则可以通过图的虚线所示的路径中流过的电流，将电力供给至辉光放电状态的放电灯(Ld)。当利用本发明的这个功能时，为了将无负荷释放电压施加到灯上，降低供电电路(Ux)所输出的电压，上述供电电路(Ux)的最高输出电压顶多可以抑制到稳定点灯状态的电弧放电电压的程度。
如此一来，输入到设置在上述供电电路(Ux)的后段的上述逆变器(Ui)，并输出的电压也被抑制较低，因此可以使用耐电性较低的元件作为上述开关元件(Q1、Q2、Q3、Q4)。耐电压低的上述开关元件(Q1、Q2、Q 3、Q4)比耐电性高的元件价格便宜并且接通电阻小，稳定点灯时的损失降低，因此可以简化散热对策，总体上可以实现高效率化、小型轻量化、低成本化。
使用简要表示本发明的放电灯点灯装置的一个方式的图即图4，对于用来实施本发明的方式加以说明。本图是表示图2所述的间歇性电压施加单元(Uj)的构成的又一例。上述电压施加驱动开关元件由电压感应开关元件(Qe)构成，上述电压感应开关元件(Qe)是直到施加电压到达一定的临界电压一直保持断开状态，当超过临界电压时则转移至接通状态，流过电流，实质上只要电流持续流动就维持接通状态的元件，上述电压施加驱动开关元件例如可以使用双向开关元件(SIDAC)等。
通过电压施加驱动用电源(Mh)，经由电阻(Re)和初级绕组(Ph)对电容器(Ce)充电。上述电容器(Ce)的电压达到上述电压感应开关元件(Qe)的动作电压时，上述电压感应开关元件(Qe)转移至接通状态，对上述初级绕组(Ph)进行电压施加驱动。上述间歇性电压施加单元(Uj)的驱动周期由上述电阻(Re)和上述电容器(Ce)的时间定数，以及上述电压感应开关元件(Qe)的临界电压规定。
并且，上述电压施加驱动用电源(Mh)也可以由供电电路(Ux)兼作，此时，因上述电压施加驱动用电源(Mh)的电压对应于放电灯(Ld)的状态而变化，因此如上所述，在灯放电开始之前的状态及辉光放电的状态中，上述电压感应开关元件(Qe)的动作继续，在转移至电弧放电之后的状态下，设定上述电压感应开关元件(Qe)的临界电压，以使上述电压感应开关元件(Qe)的动作停止即可。
或者，例如在本图中，以虚线连接所示，设置晶体管等开关元件(Qez)，经由电阻(Rez)，利用自上述供电控制电路(Fx)所输出的起动控制信号(Sz)使上述开关元件(Qez)变为接通状态，由此利用使上述电压感应开关元件(Qe)的动作强制停止的机构，控制上述间歇性电压施加单元(Uj)的动作即可。
接著，对于用来实施发明的方式，使用更具体地表示构成的实施例的附图加以说明。图5表示可以在本发明的放电灯点灯装置中使用的供电电路(Ux)的具体化的一例。以降压斩波电路为基本的供电电路(Ux)从PFC等的DC电源(Mx)接受电压的供给并动作，并调整对放电灯(Ld)的供电量。在上述供电电路(Ux)中，构成为利用FET等开关元件(Qx)使来自上述DC电源(Mx)的电流接通或断开，经由扼流圈(Lx)对平滑电容器(Cx)进行充电，该电压施加到放电灯(Ld)上，在放电灯(Ld)内流过电流。
并且，上述开关元件(Qx)呈接通状态期间，通过流过开关元件(Qx)的电流，直接对平滑电容器(Cx)充电和对作为负荷的放电灯(Ld)供给电流，并且以磁通的形式在扼流圈(Lx)储存能量，在上述开关元件(Qx)为断开状态期间，利用以磁通的形式被储存在扼流圈(Lx)的能量，经由惯性二极管(Dx)对平滑电容器(Cx)充电和对放电灯(Ld)供给电流。
在上述降压斩波型供电电路(Ux)中，可以通过相对于上述开关元件(Qx)的动作周期的上述开关元件(Qx)呈接通状态的期间的比，即是通过负载循环比，调整对上述放电灯的供电量。在此，通过供电控制电路(Fx)而生成具有某负载循环比的栅极驱动信号(Sg)，经由栅极驱动电路(Gx)，控制上述开关元件(Qx)的栅极端子，由此控制来自上述DC电源(Mx)的电流的接通或断开。
上述放电灯(Ld)的电极(E1、E2)间流过的灯电流，和产生在电极(E1、E2)间的灯电压可以通过灯电流检测单元(Ix)和灯电压检测单元(Vx)来检测。并且，上述灯电流检测单元(Ix)可以使用分路电阻而简单实现，并且上述灯电压检测单元(Vx)可以使用分压电阻而简单实现。
来自上述灯电流检测单元(Ix)的灯电流检测信号(Si)，及来自上述灯电压检测单元(Vx)的灯电压检测信号(Sv)输入到上述供电控制电路(Fx)。上述供电控制电路(Fx)在灯起动时，在灯电流不流动期间中，反馈性地生成上述栅极驱动信号(Sg)，以输出用于将无负荷释放电压施加到灯上的特定电压。当灯起动而放电电流流动时，反馈性地生成上述栅极驱动信号(Sg)，以使目标灯电流输出。在此，上述目标灯电流依据于上述放电灯(Ld)的电压，将投入至上述放电灯(Ld)的功率变为特定功率的值作为基本。但是，在起动后，上述放电灯(Ld)的电压较低，无法供给额定功率，因此上述目标灯电流被控制成不超过被称为初始限制电流的一定限制值。然后，温度上升，且上述放电灯(Ld)的电压上升，当预定功率投入所需的电流变为上述初期限制电流以下时，则平滑转移至可以实现上述特定功率投入的状态。
图6表示可以在本发明的放电灯点灯装置中使用的逆变器(Ui)简略的一例。逆变器(Ui)是由使用FET等的开关元件(Q1、Q2、Q3、Q4)的全桥电路构成。各个开关元件(Q1、Q2、Q 3、Q4)分别由各个栅极驱动电路(G1、G2、G3、G4)驱动，上述栅极驱动电路(G1、G2、G3、G4)由逆变器控制电路(Uc)所生成的逆变器控制信号(Sf1、Sf2)控制成在一方对角要素的上述开关元件(Q1)和上述开关元件(Q3)为接通状态的相位中，另一方的对角要素的上述开关元件(Q2)和上述开关元件(Q4)维持断开状态，相反地，在另一方对角要素的上述开关元件(Q2)和上述开关元件(Q4)为接通状态的相位中，一方对角要素的上述开关元件(Q1)和上述开关元件(Q3)维持断开状态。在进行上述两个相位的切换时，插入上述开关元件(Q1、Q2、Q3、Q4)全部变成断开状态的、被称为无效时间(Dead-Time)的期间。
并且，上述开关元件(Q1、Q2、Q3、Q4)为例如MOSEFT时，在元件本体内内置有从源极端子朝向漏极端子作为顺方向的寄生二极管(省略图示)，在不存在场效应晶体管等上述寄生二极管时，在上述相位切换时或无效时间的期间内，由于存在于逆变器(Ui)的后段的电感成分所引起的感应电流流动，产生逆电压，元件有破损的可能性，因此优选逆并联连接相当于上述寄生二极管的二极管。
图7是简要表示本发明放电灯点灯装置的一个方式的图。间歇性电压施加单元(Uj)的施加电压驱动用电源(Mh)由上述供电电路(Ux)兼作，与变压器(Th)的初级绕组(Ph)连接。使用MOSFET等的电压施加驱动元件(Kh)接受经由栅极驱动电路(Gkh)的间歇驱动控制电路(Ug)的控制，而反复周期性或间歇性的接通和断开的状态，经由二极管(Dh)而对上述初级绕组(Ph)进行电压施加驱动。
通过这样的上述间歇性电压施加单元(Uj)的动作，在上述变压器(Th)的上述次级绕组(Sh)准连续性产生以上述所希望的自由振动频率振动的高交流电压。该高电压与出现在逆变器(Ui)的输出节点(T31、T32)的来自上述供电电路(Ux)的无负荷释放电压重叠，施加到与节点(T41、T42)连接的放电灯(Ld)的主放电用的电极(E1、E2)。另外，上述电压施加驱动开关元件(Kh)为断开状态的期间，在上述初级绕组(Ph)出现振动电压，由于其与节点(T11)的电位重叠，因此相对于节点(T12)的上述二极管(Dh)的阴极电位变得比节点(T11)的电位高。利用该现象，即使在将上述的供电电路(Ux)的输出电压抑制成较低时，也可以有效的对起动器电路(Ut)供电。
在外部触发方式的上述放电灯(Ld)，以不接触放电空间的方式设置有主放电用的上述电极(E1、E2)以外的辅助电极(Et)。上述辅助电极(Et)构成为被施加在上述起动器电路(Ut)的起动器变压器(Tt)的次级绕组(St)所发生的高电压脉冲。在上述起动器电路(Ut)中，接受上述二极管(Dh)的阴极电位，经由二极管(Dt)，通过电阻(Rt)及上述起动器变压器(Tt)的初级绕组(Pt)，比较缓和地对电容器(Ct)充电。当上述电容器(Ct)的充电电压达到预定电压时，以双向开关元件等电压感应元件所构成的开关元件(Qt)转移至接通状态，上述电容器(Ct)的电压是脉冲地被施加到上述初级绕组(Pt)，进行动作，使上述起动器变压器(Tt)的上述次级绕组(St)产生高电压脉冲。并且，上述开关元件(Qt)也可以利用具有SCR等的触发端子。
如上所述，在上述放电灯(Ld)的主放电用的上述电极(E1、E2)上施加来自上述变压器(Th)的高交流电压的状态下，如上所述，在上述放电灯(Ld)的上述辅助电极(Et)上施加来自上述起动器变压器(Tt)的高电压脉冲，由此能够以非常高的精度起动上述放电灯(Ld)的主放电。并且，本图的放电灯点灯装置优选将自节点(T41、T4a、T4b、T42)开始右侧的部分与上述放电灯(Ld)构成为一体。
图8是本发明的放电灯点灯装置的实施方式的波形的一例的概念图。本图表示使图7所示的放电灯点灯装置动作时的例子，(a)为对上述放电灯(Ld)的上述电极(E1、E2)的施加电压波形，(b)表示上述间歇驱动控制信号(Sj)的状态，仅在上述间歇驱动控制信号(Sj)的周期(Ti)之中的期间(Ti)中进行激活。在上述期间(Tj)中，虽然对上述变压器(Th)的上述初级绕组(Ph)进行电压施加驱动，但是上述放电灯(Ld)不进行放电，无负荷，因此能够储存励磁能量。此时，对上述放电灯(Ld)施加的电压，相对于为了将无负荷释放电压施加到灯上而上述供电电路(Ux)所输出的电压(Vn1)，是重叠有依赖于上述变压器(Th)的绕组比而产生的上述次级绕组(Sh)的电压的电压(Vme)。当上述间歇驱动控制信号(Sj)被非激活时，储存在上述变压器(Th)的励磁能量被解放，在上述次级绕组(Sh)产生以自由振动频率振动着渐渐衰减的高电压。
图9是概念性地表示本发明的放电灯点灯装置的动作的时序图的一例，(a)表示对上述放电灯(Ld)的上述电极(E1、E2)的施加电压波形，(b)为表示上述间歇驱动控制信号(Sj)的状态，(C)为表示上述起动控制信号(Sz)的状态。在灯起动顺序中，上述供电电路(Ux)输出用来施加无负荷释放电压的电压后，在时序(t11)中，使上述起动控制信号(Sz)激活，由此开始上述间歇驱动控制信号(Sj)的生成，上述放电灯(Ld)准连续性实现将从上述次级绕组(Sh)输出的振动的高电压重叠到从上述供电电路(Ux)输出的电压的状态。
在时序(t12)中，检测出上述放电灯(Ld)开始放电，等待预定期间(Tw)的经过，在时序(t13)使上述起动控制信号(Sz)非激活，停止高电压产生用的上述间歇驱动控制信号<Sj>。检测到放电发生，可以在上述供电电路(Ux)中根据上述灯电流检测信号(Si)或上述灯电压检测信号(Sv)来进行。并且，之后如果检测到停止放电，即检测到中途熄灭时，使上述起动控制信号(Sz)激活，开始生成上述间歇驱动控制信号(Sj)的生成即可。
但是，在本说明书中，虽然记载着在上述次级绕组(Sh)准连续地产生高交流电压的内容，但是此时的“准连续性”由图9(a)可看出，对应于在上述次级绕组(Sh)的电压波形的粗视示波器观测下可看出连续性这一点，再者，对应于以起动器的典型动作间隔即1～100ms的时间刻度观察可看出连续性这一点。
图10是概念性表示本发明的放电灯点灯装置的动作的时序图的一例，与图9相同，(a)表示对上述放电灯(Ld)的上述电极(E1，E2)的施加电压波形，(b)表示上述间歇驱动控制信号(Sj)的状态，(c)表示上述起动控制信号(Sz)的状态，描述出上述放电灯(Ld)开始主放电之后发生中途熄灭时的情形。
灯的主放电开始后，如果不用担心发生放电中途熄灭时，即使使上述间歇性施加压单元(Uj)的动作停止也可以。但是，在有可能发生放电的中途熄灭的条件下或期间(Tv)中，在灯的主放电开始后，也优选使上述间歇性电压施加单元(Uj)的动作持续。
此时，如上所述，在上述放电灯(Ld)发生主放电，即发生辉光放电中或电弧放电的期间，由于灯的阻抗变低，因此上述变压器(Th)不产生高电压，但当产生放电的中途熄灭时，因灯的阻抗恢复到较高状态，因此在上述变压器(Th)中高交流电压立即上升，进行工作以使再次运行起动。在图中，描述出虽然在期间(Tu)发生辉光放电或电弧放电，但是在时序(t21)中发生中途熄灭，之后在时序(t22)自动进行再起动，在期间(Tu’)及其后持续辉光放电或电弧放电的情形。
使用简要表示本发明的放电灯点灯装置的一个方式的图即图11，对于用来实施本发明的其他方式加以说明。至此，主要对将上述电容器(Ch)与上述次级绕组(Sh)并联连接而构成的实施例加以说明，但是本图的放电灯点灯装置表示将电容器(Ch)与次级绕组(Sh)串联连接而构成的实施例。
即使在该个方式的放电灯点灯装置中，也与上文所述相同，准连续性地实现将从上述次级绕组(Sh)输出的振动的高电压重叠到从上述供电电路(Ux)输出的电压上的状态，再者，可以有效地对辉光放电状态的灯注入能量，顺利地发挥本发明的优良效果。并且，即使在本图的放电灯点灯装置中，将上述供电电路(Ux)的输出电压抑制成较低时，也可以对起动器电路(Ut)供电。
使用简要表示本发明的放电灯点灯装置的一个方式的图即图12，对用来实施本发明的其他方式加以说明。在本图的放电灯点灯装置中，在变压器(Th)中，初级绕组(Ph)及次级绕组(Sh)的端子共通，因此具有可以降低上述变压器(Th)的主次级间的绝缘性能，例如可以简单制造出线圈的阻挡构造等的优点，有利于小型轻量化、低成本化。并且，对于起动器，虽然表示了使用串联触发方式的起动器电路(Ut’)的方式，但是也可以是图11所示的外部触发方式。
使用简要表示本发明的放电灯点灯装置的一个方式的图即图14，对于用来实施本发明的其他方式加以说明。在本图的放电灯点灯装置中，在变压器(Th)中，初级绕组(Ph)及次级绕组(Sh)设为共通，设成中间抽头构造。通过这种构造，降低上述变压器(Th)的主次级间的要求绝缘性能，例如可以使绕组的阻挡构造变简单，或是减少配合主或次级绕组的绕组数，因此有利于上述变压器(Th)的小型轻量化、低成本化。至此为止，对于上述电容器(Ch)，主要以并联连接上述次级绕组(Sh)的实施例加以说明，但是在本图的放电灯点灯装置中，使电容器(Ch)与上述变压器(Th)整体并联连接。
并且，对于本发明的放电灯点灯装置中起动时的逆变器(Ui)的动作状态加以补充说明。在交流驱动方式的光源装置中，起动时和稳定点灯时，逆变器的动作频率不需要相同，例如起动时可以使逆变器停止，进行直流动作，或相反地在起动时也可以将逆变器的频率设为高于稳定点灯时，要采用何种方法可以从促进或抑制灯电极的放电加热的观点、平衡的观点等出发，根据改善灯的寿命或改善发光强度的上升速度等各种目的而决定。因此，即使在实施本发明时，逆变器的动作状态根据上述状况任意设定即可。但是，例如，如图11或图12所示，在起动时使逆变器停止而使用对起动器电路(Ut、ut’)的供电在比逆变器(Ui)后段中执行的方式时，当然必须使逆变器的开关元件(Q1、Q2、Q3、Q4)的接通或断开状态适合于对起动器电路(Ut、Ut’)的供电条件。
使用简要表示本发明的放电灯点灯装置的一个方式的图即图15，对于用来实施本发明的其他方式加以说明。在本图的放电灯点灯装置中，构成为逆变器(Ui)中的开关元件(Q3)兼作电压施加驱动开关元件(Kh)，对小型化更加有利。在起动时，首先，开关元件(Q1、Q3)在断开状态，开关元件(Q2、Q4)在接通状态，并且将选择开关(SWg)选择到间歇驱动控制电路(Ug)侧，根据上述间歇驱动控制电路(Ug)周期性使上述开关元件(Q3)接通或断开。在上述开关元件(Q3)接通时，在初级绕组(Ph)上施加电压，因此在次级绕组(Sh)上产生电压，其结果，在放电灯(Ld)的两端可以断续地施加有比无负荷释放电压高的电压，可以将足以转移到电弧放电的能量供给到灯上。如果完成了灯的起动，通过将上述选择开关(SWg)切换到逆变器控制信号(Sf1)侧，由此上述逆变器(Ui)可以进行由上述逆变器控制电路(Uc)控制的通常的交流驱动的动作。
在上文所记载的实施例中，对于利用产生在上述变压器(Th)的上述次级绕组(Sh)的高电压起动放电灯(Ld)的作用，在图7、图11、图12中，虽然记载有兼用外部触发方式或串联触发方式的起动器电路(Ut、Ut’)来起动放电灯(Ld)，但是除此之外，尤其不设置起动器电路。在该本发明中，如上所述，兼用或不兼用外部触发方式或串联触发方式等起动器电路(Ut、Ut’)并非本质，根据上述放电灯(Ld)起动的难易度，和产生于上述次级绕组(Sh)的电压的高度，决定兼用或不兼用这些即可。例如，当在上述放电灯(Ld)上设置任何的起动辅助单元(接近导体或起动辅助灯等)时，可以省略并用上述起动器电路(Ut、Ut’)的可能性较高。
用来施加到放电灯(Ld)上的上述次级绕组(Sh)上所产生的电压的大小容易发生偏差，其原因主要由于上述变压器(Th)制造上的偏差。为了抑制产生在上述次级绕组(Sh)上的电压的偏差，优选检测出与该电压相关的信号，并使其反馈至上述间歇性电压施加单元(Uj)的动作。例如，在本发明的放电灯点灯装置在上述变压器(Th)和上述间歇性电压施加单元(Uj)通过回扫动作在上述次级绕组(Sh)上产生高电压时，根据上述检测信号而增减上述电压施加驱动开关元件(Kh)的接通时间，由此可以增减产生在上述次级绕组(Sh)上的电压。再者，本发明的放电灯点灯装置是在上述变压器(Th)和上述间歇性电压施加单元(Uj)通过正向动作而在上述次级绕组(Sh)上产生高电压时，根据上述检测的信号而增减上述电压施加驱动用电源(Mh)的电压，由此可以增减上述次级绕组(Sh)上产生的电压。并且，对于与产生在上述次级绕组(Sh)上的电压相关的信号，检测出上述电压施加驱动开关元件(Kh)断开期间的端子间电压(例如，开关元件为FET时是源极、漏极间电压)的峰值，或在上述电压施加驱动开关元件(Kh)接通期间流过的电流的峰值等即可，并且也可以检测产生于次级绕组(Sh)的电压本身。
再者，对于变压器(Th)加以补充说明。上文虽对于仅具有1个次级绕组(Sh)、与放电灯(Ld)的主放电用的电极(E1、E2)中的任一个连接的结构进行了说明，但是也可以具有2个次级绕组，分别与电极(E1、E2)连接，以互相相反的极性施加电压。此时，在将电容器(Ch)与次级绕组连接时，也可以与2个次级绕组中的任一个连接，或也可以与二者连接。
本说明书中所记载的电路构成，为了说明本发明的放电灯点灯装置的动作或功能、作用，记载所需要的最小限度的内容。因此，所说明的电路构成或动作的详细事项，例如根据信号的极性，或是追加或是省略具体的电路元件，或是基于元件取得的便利性或经济上的考量而变更等的创意是以贯彻实际装置的设计为前提。
尤其，出于过电压、过电流或过热等的破损原因用来保护FET等开关元件等的电路元件的机构，或者用于降低随着供电装置的电路元件的动作而产生的放射噪声或传导噪声的产生，用来使所产生的噪声不传出外部的机构，例如缓冲电路(Snubber Circuit)、变阻器、钳位二极管、(包含逐脉冲(pulse by pulse)方式)电流限制电路、共通模式或是一般模式的噪声滤波器扼流圈、噪声滤波器电容器等可以根据需要追加到实施例所记载的电路构成中这一点是前提。本发明的放电灯点灯装置的构成并不限定于本说明书中所记载的电路方式的构成。
权利要求
1.一种放电灯点灯装置，用来将一对主放电用的电极(E1、E2)相对配置的放电灯(Ld)点灯，其特征在于，具有向上述放电灯(Ld)供电的供电电路(Ux)；配置在上述供电电路(Ux)的后段，使施加至上述放电灯(Ld)的电压反转极性的逆变器(Ui)；具有初级绕组(Ph)及次级绕组(Sh)的变压器(Th)；与上述变压器(Th)连接的电容器(Ch)；和用来对上述初级绕组(Ph)进行电压施加驱动的间歇性电压施加单元(Uj)，上述变压器(Th)的上述次级绕组(Sh)介插在连接上述逆变器(Ui)的输出和上述放电灯(Ld)的主放电用的上述电极的路径中途，由此使在上述次级绕组(Sh)产生的电压可与上述逆变器(Ui)的输出电压重叠，施加到上述放电灯(Ld)的上述电极(E1、E2)间，以使产生在上述次级绕组(Sh)的电压的自由振动频率变为3MHz以下的方式，设定上述电容器(Ch)的静电电容，在上述放电灯(Ld)的起动期间中，具有上述间歇性电压施加单元(Uj)以8000次/秒以上的平均频度进行电压施加驱动，并在上述放电灯(Ld)的放电开始后也继续电压施加驱动的期间。
2.根据权利要求1所述的放电灯点灯装置，其特征在于，构成为比上述逆变器(Ui)位于后段的、沿着上述放电灯(Ld)的主放电电流的路径的电感成分合计为160μH以下。
3.根据权利要求1或2所述的放电灯点灯装置，其特征在于，上述间歇性电压施加单元(Uj)由电压施加驱动用电源(Mh)和电压施加驱动开关元件(Kh)构成，在上述电压施加驱动开关元件(Kh)的接通状态时，对上述初级绕组(Ph)施加电压。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的放电灯点灯装置，其特征在于，上述供电电路(Ux)为了施加无负荷释放电压而输出的电压，被设定成比在上述放电灯(Ld)中所产生的辉光放电电压低。
全文摘要
本发明提供一种用来将高亮度放电灯点灯的放电灯点灯装置，该放电灯点灯装置在将放电灯交流点灯时，减小灯施加电压的极性反转时的光束的变动，同时确保起动时放电灯的切实的点灯性能。单元具有与变压器(Th)连接的电容器(Ch)，和用来对初级绕组(Ph)进行电压施加驱动的间歇性电压施加单元(Uj)，通过变压器(Th)的次级绕组(Sh)介插于连接逆变器(Ui)的输出和放电灯(Ld)的主放电用的电极的路径中途，由此构成为发生于次级绕组(Sh)的电压可与逆变器(Ui)的输出电压重叠，施加于放电灯(Ld)的电极间。
文档编号H05B41/18GK101022692SQ20071000527
公开日2007年8月22日 申请日期2007年2月12日 优先权日2006年2月13日
发明者鲛岛贵纪, 冈本昌士 申请人:优志旺电机株式会社