CN109845409B - 放电灯点灯控制装置及灯电流供给方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种不增加电源的额定输出，即便在灯在稳定状态时也能进行恒定电流控制的放电灯点灯控制装置。放电灯点灯控制装置在放电灯启动后的灯电压变化值小于一定值的灯稳定状态中，若灯电压上升则更改用于进行恒定电流控制的电流指令值。该更改为从放电灯启动时的第1电流指令值向比第1电流指令值小规定值的第2电流指令值的更改。根据该第2电流指令值进行恒定电流控制。之后每当灯电压上升，则将所述第2电流指令值更改为更小值，并根据该第2电流指令值进行恒定电流控制。

Description

放电灯点灯控制装置及灯电流供给方法

技术领域

本发明涉及一种氙气灯等放电灯的点灯控制装置及一种灯电流供给方法。

背景技术

氙气灯等放电灯管内有阳极、阴极2个电极，若启动后以点亮器等进行击穿，则电极间会产生电弧放电。灯的亮度与该电弧放电产生的灯电流的大小成正比，灯电压由电极间距离和放电灯内的气体状态决定。

一方面，在放电灯点灯控制装置中，为了保持放电灯的适度亮度而对灯电流进行恒定电流控制。并且，在该控制装置中，为了电源部的输出功率不超过额定而设定功率限制值(限定)，进行恒定功率控制。

例如，在作为现有技术的专利文献1中，在低灯电压启动时进行恒定电流控制，之后灯电压上升至一定以上并达至额定功率时，则进行恒定功率控制。

若启动放电灯，则由于在初始状态中灯内的气体状态不稳定而导致灯电压上升、并使灯电压的上升变化值逐渐减小。之后若灯内的状态稳定则灯电压也将稳定。此时，灯内的气体状态和电弧状态将一直维持稳定状态。但是，即便如此，也会产生电弧路径波动等现象，伴随其会出现灯电压的稍微上升。在从灯点灯初始开始持续进行恒定电流控制的情况下，在灯电压上升一定程度上的状态中，若灯电压的上升值大,则电源部的输出功率也将增大而超过额定。

因此，在现有技术所示出的点灯控制装置中，若放电灯启动后灯电压上升达至额定功率，则将控制模式从恒定电流控制模式转换为恒定功率控制模式。

在恒定功率控制模式下，由于电源部的输出功率不会超过额定，而不会给灯和电源部过度的负担。

专利文献

专利文献1：特开2005-32711号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，进行上述恒定电流控制和恒定功率控制的现有放电灯点灯控制装置具有以下问题。

在恒定功率控制模式下，若灯电压因灯内的气体状态和电弧状态的变化而上升，则控制电路要降低灯电流以便电源部的输出功率(灯功率)不会超过功率限制值(限定)。此时，由于灯电流下降，灯的亮度也随其变化。若该变化周期性或非周期性出现，则会作为所谓的闪烁现象(flicker)而被感知。从灯点灯初期一段时间内，灯电压的变化大，闪烁现象的周期长，并且在此期间的明灭大。因此，在该期间，当灯电压稳定到一定程度后再使用灯。虽然即便灯电压稳定，也会发生周期非常短的闪烁现象，但是由于人眼不能感知因此不会成为问题。但是，若发生肉眼能感知程度的周期闪烁现象，则会被认定为闪烁。该闪烁是视疲劳的原因，也是将灯作为摄影背光灯而使用时出现干涉条纹的原因。

将以上现象参照图1～图3进行说明如下。

图1表示放电灯的结构和电弧。图2表示进行恒定电流控制和恒定功率控制的放电灯点灯控制装置的电压电流特征图。图3表示在灯内处于稳定状态时，进行恒定电流控制的情况下的灯电流变化(右侧波形)和在相同稳定状态中进行恒定功率控制的情况下的灯电流变化(左侧波形)。

在图1中，就放电灯而言，在管内阳极(+)和阴极(－)相对配置。在稳定状态中，电弧电流在A路径流动，不过若灯内状态出现波动，则有时变为B路径。就B路径而言，由于电流路径长因此灯电压增大。若在恒定功率控制时，从A向B的变化产生于数10ms内，则如以下说明，会出现闪烁现象。

图2表示在灯的功率限制值(限定)设定为Wlimit的情况的特征。点灯初期，灯电压上升，在该期间进行恒定电流控制(图2的a点)。在图2的b点上，灯功率达至额定，此后电压上升，转为恒定功率控制。若为恒定电流控制，灯内气体的状态和电弧状态将波动，灯电压上升并且操作点试图转移至图的c点。但是，在恒定功率控制中，由于c点会超过功率限制值(限定)，所以实际上操作点是恒定功率特征曲线上的d点。

若该现象以肉眼可感知的每隔数10ms出现，由于灯电流周期性波动，因此能够作为闪烁现象而被肉眼观测到。这种闪烁现象多观测于灯电压的稳定状态初期。

图3表示在灯稳定状态中，扩大时间轴范围时的电压、电流变化。图上侧表示电压变化，下侧表示电流变化。并且，图左侧表示在灯稳定状态中进行恒定功率控制的情况下的电压、电流变化(直流分量除外)。在同图左侧的恒定功率控制时，在P1处电弧电流路径变为A→B(参照图1)，因灯电压上升而灯电流下降(图2的d点)，由此可观测到闪烁现象。一方面，在灯稳定状态中持续进行恒定电流控制而非恒定功率控制的情况下的电压、电流变化示于图3右侧。在P2处电弧电流路径变为A→B(参照图1)，即便灯电压上升，由于以电流恒定的方式进行了控制，所以没有电流变化。因此不会产生闪烁现象。如此这般，即便处于稳定状态，若为恒定电流控制，则能够防止闪烁现象。但是，如上所述在恒定电流控制下电源的输出增大、对灯的负担也增加，若输出超过额定则存在损坏灯的缺陷。

本发明的目的为提供一种不会增大电源的额定输出，即便灯在稳定状态时也能进行恒定电流控制的放电灯点灯控制装置。

解决课题的方法

本发明的放电灯点灯控制装置具备：

反相器电路，其给放电灯供给灯电流；

控制电路，其进行所述灯电流的恒定电流控制，并将所述恒定电流控制的电流指令值输出至所述反相器电路，

所述控制电路在启动所述放电灯，并在所述灯电压的上升变化值小于一定值的稳定状态中，将所述电流指令值更改为更小值并进行所述恒定电流控制。

所述控制电路可以在放电灯成为稳定状态时，通过降低电流指令值而进行恒定电流控制。由此，可以在稳定状态中，在灯电压上升时，防止灯电流下降。

在优选的实施方式中，所述控制电路在输出功率超过规定的功率限定值时，将进行所述输出功率为恒定功率的恒定功率控制，并将用于进行所述恒定功率控制的功率指令值输出至所述反相器电路。

在本发明更加优选的其他实施方式中，所述控制电路启动所述放电灯并按照以下顺序进行接下来的控制直至灯电压稳定为止。

(1)在所述放电灯启动后的第1状态中，根据规定的第1电流指令值进行所述恒定电流控制。

(2)所述第1状态后，在成为由于所述灯电压的上升而所述输出功率超过所述功率限定值的第2状态的阶段中，进行所述恒定功率控制。

(3)所述第2状态后，在成为所述灯电压的上升变化值小于一定值的第3状态的阶段中，在由于所述灯电压的上升而所述输出功率超过所述功率限定值时，根据比所述第1电流指令值更小值的第2电流指令值进行所述恒定电流控制。

(4)在第3状态中，每当由于所述灯电压的上升而所述输出功率超过所述功率限定值时，将所述第2电流指令值更改为更小值并进行所述恒定电流控制。

(5)所述第3状态后，若成为所述灯电压稳定的第4状态，则根据紧临该状态之前的改变的所述第2电流指令值进行恒定电流控制。

若启动放电灯，则灯电压开始上升，基于由用户预先设定的规定的第1电流指令值进行恒定电流控制(第1状态)。之后，若输出功率达到功率限定值，则进行恒定功率控制(第2状态)。之后，在恒定功率控制中，成为灯电压的上升变化值小于一定值的灯稳定状态(第3状态)。在该灯稳定状态的初期，当灯电压因如图1所示的电弧电流路径的波动而上升仅ΔV，并且所述输出功率超过所述功率限定值时，将电流指令值从至此为止的第1电流指令值更改为比第1电流小规定值的第2电流指令值。然后，以该第2电流指令值进行恒定电流控制。之后也是每当灯电压上升仅ΔV，并且所述输出功率超过所述功率限定值时，将第2电流指令值更改为更小值。第3状态后，若成为灯电压稳定的第4状态时，则根据紧临该状态之前的改变的第2电流指令值进行恒定电流控制。

通过进行以上控制，在第3状态中，相应于灯电压上升而逐渐减小第2电流指令值，并持续进行恒定电流控制。并且，在第4状态中也进行恒定电流控制。由此，在第3状态之后不进行如以往的恒定功率控制而是进行恒定电流控制。然后，即便电弧晃动造成灯电压波动，也不会发生闪烁现象。

并且，在第3状态之后，由于电流指令值降低，因此可不增加电源容量。并且，由于也不会增大对灯的供给功率，因此不会降低灯的寿命。

在更优选的实施方式中，控制电路在第3状态中花费规定时间逐渐执行电流指令值的改变。

由于通过花费规定时间逐渐执行电流指令值的改变，而使指令值不会急剧变化，因此进一步抑制闪烁的发生。

发明的效果

由于在放电灯成为稳定状态之后，也维持恒定电流控制，因此能够防止闪烁发生。并且，由于能够不增加电源容量，所以能够防止电源部的大型化，并且，不会降低灯的寿命。

附图说明

图1为表示放电灯结构和电弧的图。

图2为进行恒定电流控制和恒定电压控制的放电灯点灯控制装置的电压电流特性图。

图3为表示在灯内处于稳定状态时进行恒定电流控制的情况下的灯电流变化(右侧波形)以及在同样的稳定状态中进行恒定功率控制的情况下的灯电流变化(左侧波形)的图。

图4为放电灯点灯控制装置的框架图。

图5为主控制电路的框架图。

图6为表示以往的放电灯点灯控制装置中灯电压等的时间过程的图。

图7为表示在本实施方式的放电灯点灯控制装置中灯电压等的时间过程的图。

图8为图6及图7的部分扩大图。

图9为表示放电灯点灯控制装置的操作流程图。

图10为表示放电灯点灯控制装置的动作流程图。

图11为表示放电灯点灯控制装置的动作流程图。

图12为定义图。

具体实施方式

图4为本发明的实施方式的放电灯点灯控制装置的框架图。

放电灯点灯控制装置具备：将输入至商用电源输入端1的交流电压进行整流的第1整流电路2、通过改变第1整流电路2的整流输出电流波形而改善其功率因数的PFC电路(功率因数改善电路)3、进行PFC电路3的控制的PFC控制电路4、开关电路5、进行开关电路5输出电压转换的变压器6、整流变压输出的第2整流电路7、使启动高压脉冲重叠于第2整流电路7的整流输出上的高压变压器8及起动电路9、检测输出电流(灯电流)的灯电流检测器10、对基于灯电流及灯电压进行恒定电流控制和恒定功率控制的开关电路5供给控制用PWM信号的主控制电路11。氙气灯等放电灯12连接于高压变压器8的输出侧。

图5为所述主控制电路11的框架图。

主控制电路11将所检测出的灯电流I与电流指令值的差分及灯功率与功率指令值的差分输出至PWM产生电路110内的误差放大器。PWM产生电路110以使灯电流I和电流指令值的差分成为零的方式进行恒定电流控制。并且，PWM产生电路110在灯功率将要超过功率限定值，即功率指令值的情况下，以使灯功率与功率指令值之间的差分成为零的方式进行减小输出电流的恒定功率控制。

在恒定电流控制和恒定功率控制中都进行PWM控制。主控制电路11还具备进行后述流程图所示控制的控制部111。另外，替代主控制电路11还可以使用运算处理、或灯电流和灯电压的转换表而进行PWM控制。

在本实施方式中，在放电灯12启动后根据第1电流指令值进行恒定电流控制(第1状态)，若灯电压V上升并且从第1电流指令值与灯电流V计算出的输出功率超过规定的功率限定值，例如额定功率，则转为恒定功率控制(第2状态)。在恒定功率控制中，若灯电压V的上升变化值逐渐变小并转为灯电压V稳定的灯稳定状态，则监控灯电压的波动(第3状态)。若进入第3状态，则在灯稳定状态的初期，存在灯电压V微增的期间。此时，当灯电压上升，所述输出功率超过所述功率限定值时，将电流指令值从第1电流指令值更改为比第1电流指令值小规定值的第2电流指令值。根据该第2电流指令值进行恒定电流控制。并且，之后也是，每当灯电压上升并且所述输出功率超过所述功率限定值时，将第2电流指令值更改为更小值，并根据更改后的第2电流指令值进行恒定电流控制。

第3状态后，若成为灯电压完全稳定的第4状态，则根据紧临该状态之前的改变的第2电流指令值进行恒定电流控制。

由此，从成为第3状态开始，在之后，根据最后设定的第2电流指令值维持恒定电流控制。

参照图6、图7说明本实施方式的放电灯点灯控制装置和以往的放电灯点灯控制装置的操作。图6表示以往的放电灯点灯控制装置中灯电压等的时间过程。图7表示在本实施方式的放电灯点灯控制装置中灯电压等的时间过程。图8表示图6、图7的部分时间轴和电压轴的扩大图。

在图6中从上往下示出灯电压、灯电流、灯功率的时间变化。另外，在以往的放电灯点灯控制装置中，不使用第2电流指令值。

在以往的放电灯点灯控制装置中，如图6所示，执行以下操作。

在于t0处启动放电灯12时，根据对应预设额定电流的第1电流指令值进行恒定电流控制(第1状态)。灯电压从以预设额定电流启动的点灯初期A开始上升。若达至额定功率Wlimit而成为恒定功率限定启动的t1，则从恒定电流控制切换为根据一定功率指令值的恒定功率控制。

从t1开始进行恒定功率控制。也就是说，以对应灯电压的上升而减小灯电流的方式进行控制(第2状态)。

即便在t2处转为灯电压的上升变化值小于一定值的第3状态，也进行恒定功率控制。即便成为灯电压完全稳定的t3之后的第4状态，也进行恒定功率控制。以上控制的操作特性图如图2所示，在t3之后，对应灯电压的波动，灯电流也持续波动。

在本实施方式的放电灯点灯控制装置中，如图7所示，执行以下操作。

在图7中，在于t0处放电灯12启动后至t1为止的第1状态、以及之后至第2状态为止，与图6相同。即，在t0处启动放电灯12时，根据对应预设额定电流的第1电流指令值进行恒定电流控制(第1状态)。灯电压从以预设额定电流启动的点灯初期A开始上升。若达到恒定功率限定启动的t1，则从恒定电流控制切换为根据一定的功率指令值的恒定功率控制。

从t1处开始进行恒定功率控制。与图6同样以对应于电压的上升而减小灯电流的方式进行控制(第2状态)。

t0-t2为止，与图6的过程相同。

在t2处，在成为灯电压上升变化值小于一定值的作为灯稳定状态初期的第3状态的阶段中，当由于灯电压的上升而输出功率超过规定的功率限定值时，将第1电流指令值更改为更小值的第2电流指令值。根据该第2电流指令值进行恒定电流控制。进一步，每当由于灯电压的上升而输出功率超过规定的功率限定值时，将所述第2电流指令值更改为更小值，并根据该第2电流指令值进行恒定电流控制。

在示出第3状态的扩大图的图8中，实线表示本实施方式的变化，点线表示图6的以往的放电灯点灯控制装置的变化。

如图8所示，在以往的放电灯点灯控制装置中，在t2-t3的第3状态中，随着灯电压的上升，通过恒定功率控制，灯电流如点线所示波动。在本实施方式的放电灯点灯控制装置中，在t2-t3的第3状态中，随着灯电压的上升，如实线所示，一边改变电流指令值一边进行恒定电流控制。即，每当由于灯电压的上升而输出功率超过规定的功率限定值时，将所述第1电流指令值更改为更小值的第2电流指令值。根据该第2电流指令值进行恒定电流控制。进一步，每当由于灯电压的上升而输出功率超过规定的输出限定值，就将所述第2电流指令值更改为更小值，并根据该第2电流指令值进行恒定电流控制。如在图8最下方的过程图中所示，第2电流指令值随着灯电压的上升以阶梯状变为更小值。并且，如其上的灯功率图(过程图)所示，由于灯功率总是小于额定功率，所以不进行恒定功率控制。通过这种控制，在t2-t3的第3状态期间，由于在阶梯状的各区间进行灯电流的恒定电流化而能够防止闪烁发生。

另外，在t3之后的第4状态中，由于灯电压成为完全稳定状态，所以根据紧临t3之前的更改的第2电流指令值进行恒定电流控制。即便在该t3之后，由于进行恒定电流控制，因此也不会出现闪烁。

如上所述，在本实施方式的放电灯点灯控制装置中，在从灯电压的上升变化变缓慢的t3开始到灯电压稳定的t4以后的期间，以随着灯电压的上升而不进行恒定功率控制的方式减小电流指令值，同时进行恒定电流控制。

因此，能够防止如图3右侧所示的闪烁的出现。

接下来，将参照图9～图12对上述控制内容进行具体说明。

图9～图11为表示通过控制部111(参照图5)的控制操作的流程图。图12为流程图的定义表。

图9表示从放电灯12的启动定时机t0开始直到第3状态开始的t2(参照图7、图8)为止的控制操作(模式1)。图10表示从t2到第t3为止的控制操作(模式2)。图11表示从t3开始的控制操作(模式3)。

在启动放电灯12时，在图9的ST1中，由用户设定恒定功率限定Wlimit和第1电流指令值Iref1。之后，成为第1状态并根据第1电流指令值Iref1进行恒定电流控制(ST2)。之后，若输出功率超过恒定功率限定WLimit(Iref1＞Wlimit/Vdet(n))，则成为第2状态并从ST3进入ST4(ST3→ST4)，并根据恒定功率限定Wlimit进行恒定功率控制。

若成为t2并成为灯电压上升变化值小于规定值的第3状态(ST5)，则转换为图10的控制操作(模式2)。

在ST10中，以第2电流指令值Iref2(n)的初始值作为第1电流指令值Iref1的值。在ST11中，若输出功率超过恒定功率限定Wlimit(Iref2(n)＞Wlimit/Vdet(n))，即，若灯电压Vdet(n)上升，则在ST12之后进行将第2电流指令值Iref2(n)更改为更小值的控制。该修正在ST13、ST14中花费规定时间进行。即，在ST13中，通过将恒定功率限定Wlimit的值除以此时的灯电压Vdet(n)而求电流值，并将此作为第2电流指令值Iref2(n)进行更新。并且，在接下来的ST14中，在修正周期T2期间，使从上次的第2电流指令值Iref2(n-1)到本次的第2电流指令值Iref2(n)(用ST12求出的第2电流指令值Iref2(n))逐渐变化。之后，在ST15中，开始根据第2电流指令值Iref2(n)的恒定电流控制。

进行以上控制操作直至灯电压Vdet(n)上升为止(t2－t3期间)。

另外，如图12所示，开关电路5的开关周期、在ST15中的恒定电流控制周期T1、和在ST14中的第2电流指令值Iref2(n)的修正期间T2的关系如下。

开关周期＜＜T1＜＜T2

根据上式，在ST14中，在修正周期T2期间，从上次的第2电流指令值Iref2(n－1)到本次所设定的第2电流指令值Iref2(n)，逐渐变化的周期比控制周期长。因此如图8的灯电流图的实线所示，由于随着灯电压逐渐稳定，直到更改下一次第2电流指令值的时间逐渐增长，并且第2电流指令值的变化也减小，而能够更有效地防止由于第2电流指令值急剧变化而导致的闪烁发生。

在模式2的控制操作中，若在ST16中判断灯电压Vdet(n)稳定，则成为t3之后的第4状态，并转换成图11的ST20之后的控制操作(模式3)。

在ST20中，以在模式2中最后更新的第2电流指令值Iref2(n)进行恒定电流控制。在进行该恒定电流控制期间，即便万一灯电压因灯内的气体状态和电弧状态的变化而上升，由于进行了恒定电流控制，也不会产生闪烁。

在ST21中若关闭灯电源则控制结束。

通过以上操作，即便在t2之后的灯稳定状态中出现电压上升，通过减少第2电流指令值也能维持恒定电流控制状态。由此能够防止闪烁。并且，在灯电压稳定的状态中，即便不增加电源容量，也能维持恒定电流控制。由此能够防止电源部的大型化，并且，由于没有对放电灯供给额定以上的功率，因而不会降低灯寿命。

在上述实施方式中，进行从第1状态到第4状态的具体控制，但本发明在稳定状态中，将电流指令值更改为较小值而进行恒定电流控制。因此，例如仅进行上述实施方式中示出的第3状态的控制的其他实施方式也包括在本发明中。

并且，在上述实施方式中，作为从第1电流指令值和灯电压V计算出的输出功率超过规定功率限定值的例子，例如示出了输出功率超过额定功率的情况。但作为规定的功率限定值也可以是用户指定的功率。

并且，在图6中，若在t0处启动放电灯12，则虽然根据与预设额定电流所对应的第1电流指令值进行恒定电流控制(第1状态)，但预设额定电流也可以是用户指定的电流。

附图标记说明

11-主控制电路

110-误差放大器

111-控制部

Claims (3)

1.一种放电灯点灯控制装置，其具备：

反相器电路，其给放电灯供给灯电流；

控制电路，其进行所述灯电流的恒定电流控制和进行输出功率为恒定功率的恒定功率控制，并将用于进行所述恒定电流控制的电流指令值和用于进行所述恒定功率控制的功率指令值输出至所述反相器电路，

其中，所述控制电路启动所述放电灯并按照以下顺序进行接下来的控制直到灯电压稳定为止：

(1)在所述放电灯启动后的第1状态中，根据规定的第1电流指令值进行所述恒定电流控制，

(2)所述第1状态后，在成为由于所述灯电压的上升而所述输出功率超过规定的功率限定值的第2状态的阶段中，进行所述恒定功率控制，

(3)所述第2状态后，在成为所述灯电压的上升变化值小于规定值的第3状态的阶段中，在由于所述灯电压的上升而所述输出功率超过所述功率限定值时，将所述电流指令值从所述第1电流指令值更改为更小值的第2电流指令值并进行所述恒定电流控制，

(4)在第3状态中，每当由于所述灯电压的上升而所述输出功率超过所述功率限定值时，将所述第2电流指令值更改为更小值并进行所述恒定电流控制，

(5)所述第3状态后，若成为所述灯电压稳定的第4状态，则根据紧临该状态之前的改变的所述第2电流指令值进行恒定电流控制。

2.权利要求1中所述的放电灯点灯控制装置，其中，所述控制电路在所述第3状态中，

花费规定时间逐渐进行从所述第1电流指令值更改为更小值的第2电流指令值的操作和将所述第2电流指令值更改为更小值的操作。

3.一种藉由反相器电路向放电灯供给灯电流的灯电流供给方法，其中，

在所述放电灯启动后的第1状态中，根据规定的第1电流指令值进行所述灯电流的恒定电流控制，

所述第1状态后，在成为由于灯电压上升而输出功率超过功率限定值的第2状态的阶段中，进行恒定功率控制，以使所述输出功率为恒定功率，

所述第2状态后，在成为所述灯电压的上升变化值小于规定值的第3状态的阶段中，在由于所述灯电压的上升而所述输出功率超过所述功率限定值时，根据比所述第1电流指令值更小值的第2电流指令值进行所述恒定电流控制，

在所述第3状态中，每当由于所述灯电压的上升而所述输出功率超过所述功率限定值时，就将所述第2电流指令值更改为更小值并进行所述恒定电流控制，

第3状态后，若成为所述灯电压稳定的第4状态，则根据紧临该状态之前的改变的所述第2电流指令值进行恒定电流控制。

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