JP3823680B2 - Power supply device for discharge lamp - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯用給電装置に係わり、例えば、プロジェクタ用の光源として使用される高輝度の高圧水銀蒸気ランプを点灯させるための放電灯用給電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、メタルハライドランプや、高圧水銀蒸気ランプは高輝度の光源として使用されてきた。
【0003】
近年、液晶等の光束制御デバイスに用いられるプロジェクタ用の光源として、所望の輝度を得るために水銀の蒸気圧を高めた高圧水銀蒸気ランプが有効であり、ランプヘの水銀封入量を増加する傾向にある。
【0004】
ところが、ランプへの水銀封入量を増加させるに従い、ランプの始動時に、イグナイタによる始動が成功しても、その後数秒から数十秒程度の時間経過後に、ランプの立ち消えが生じてしまう問題があることが判明した。
【0005】
発明者らは、数多くの条件下で実験観察を行った結果、この問題は、ランプ消灯中の冷却期間に、陰極上に水銀が凝結して付着することに起因することを見出した。
【0006】
この現象を簡単に説明すると、よく知られているように、液体の水銀からは電子が放出され易く、従って、陰極上に液体水銀が存在すると、非常に低い極間電圧、例えば、15ボルトから20ボルト程度でアーク放電を実現することができる。
【0007】
もし、陰極上に液体水銀が付着した状態で放電を開始した場合は、まずアーク放電が現れるが、陰極上の水銀は速やかに蒸発して行く。その際、陰極上の水銀は、陽極に対向した部分の水銀が先に蒸発して行き、放電場所が除々に陰極の根元部に向かって移動して行く。陰極の根元部にあったものも含め、水銀が陰極上から完全に蒸発した時点で、前記の低い極間電圧でのアーク放電が終了し、グロー放電に移行する。
【0008】
この時、電極間のインピーダンスは、アーク放電の状態では低いが、グロー放電の状態では高くなるため、グロー放電を維持するには、比較的高い極間電圧を供給する必要があるが、給電装置から出力される電圧が急上昇する極間電圧に対応出来ない時は、グロー放電への移行の瞬間にランプが立ち消えてしまう。
【0009】
従って、グロー放電が立ち消えることなく維持することができれば、陰極先端の温度が上昇して、やがて熱電子の供給が可能となり、アーク放電に移行して放電ランプの定常的な点灯状態を維持することができる。
【0010】
従来、このランプの立ち消えの問題が顕在化することがあまりなかったのは、水銀量が少なかったために、イグナイタの動作期間内で陰極上の液体水銀を飛散させることができ、そのため低い極間電圧でのアーク放電の終了後に、イグナイタによって発生する高電圧により、強力にグロー放電を維持することができたからであった。
【0011】
従ってイグナイタの動作により、陰極上の液体水銀を飛散させた後もイグナイタを連続的に作動させてグロー放電を維持させることも考えられるが、このような方法では、電極が消耗し発光管が黒化する等、実用的な方法ではなかった。
【0012】
従来、高圧水銀蒸気ランプの電極への水銀の付着に起因する問題を解決するための一手段が、特開平10−116590号公報に提案されている。
【0013】
これは、陰極またはその付近の熱容量を高めることにより、ランプの消灯後、ランプが徐々に冷却して行く過程において陰極の冷却速度を遅くするものであり、その結果、陰極以外の場所、例えば、陽極や封体の内面から先に水銀の凝結が開始され、陰極に水銀が凝結付着することが防止されるものである。そして、次のランプの点灯始動時に、陽極に多くの液体水銀が残っていても、陰極に液体水銀が付着してさえいなければ、グロー放電に容易に移行することができるようにしたものである。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に提案されているような陰極付近の熱容量を高める方法では、水銀封入量を増加させた場合には、陰極上への水銀の凝結付着を防止することが困難であり、とりわけ、陰極が下、陽極が上になるように、ランプを垂直に設置したような場合には、陰極への水銀の付着を防ぐことは、全く不可能であった。即ち、この方法では、イグナイタの動作期間内で、低い極間電圧でのアーク放電を終了させることができなくなり、しかも、水銀封入量が多いため、水銀が陰極上から完全に枯渇した後のグロー放電に必要な極間電圧はますます高くなり、ランプの立ち消えの発生確率が高くなってしまう間題があった。
【0015】
因みに、前記のランプの垂直配置は、ランプ封体に発生する可能性のある失透現象の発生場所を、光取出しにとって無害な部位に限定できる点で有利であり、また、その際、陰極が下、陽極が上になるように設置することは、フリッカを発生させない点で有利であり、ランプの使用条件によっては重要な事項である。
【0016】
本発明が解決しようとする課題は、上記の種々の問題点に鑑みて、水銀封入量が比較的多い高圧水銀蒸気ランプにおいて、水銀が陰極上から完全に蒸発する時のランプの立ち消えを完全に防止することを可能にした放電灯用給電装置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
【0018】
封体によって囲まれた放電空間に陰極と陽極が設置され、前記放電空間内に、希ガスと、前記放電空間の1mm3当たり0.15mg以上の水銀が封入され、始動時、アーク放電状態からグロー放電状態を有する高圧水銀蒸気ランプを点灯するための放電灯用給電装置において、前記放電灯用給電装置は、前記高圧水銀蒸気ランプのアーク放電時のアーク放電抵抗にほぼ等しい疑似アーク放電抵抗と、前記高圧水銀蒸気ランプのグロー放電時のグロー放電抵抗のほぼ1/7の疑似グロー放電抵抗を有する試験回路を接続して、前記擬似アーク放電抵抗に電流が流れている状態から、前記疑似グロー放電抵抗に電流が流れている状態に切り替えた場合に、前記疑似グロー放電電流が、前記疑似アーク放電電流の30%以下である連続した期間が10μs以下であり、かつ、前記疑似アーク放電電流の少なくとも70%に回復するまでの時間が100μs以下となる特性を有することを特徴とする。
【0019】
第2の手段は、第1の手段において、前記放電灯用給電装置は、ランプ電力が予め定めた定格電力値になるようにランプ電流を制御する機能と、ランプ電流が予め定めた限界電流値を超えないようにランプ電流を制御する機能とを有し、かつ、前記定格電力値になるようにランプ電流を制御する機能よりも、前記限界電流値を超えないようにランプ電流を制御する機能が優先した機能を有すると共に、前記擬似グロー放電抵抗に切り換えた時に、前記疑似アーク放電電流の少なくとも70%に回復するように制御している期間が50ms以上あり、かつこの期間は前記定格電力値を超えることを容認するように制御される機能を有することを特徴とする。
【0020】
第3の手段は、封体によって囲まれた放電空間に陰極と陽極が設置され、前記放電空間内に、希ガスと、前記放電空間の1mm3 当たり0.15mg以上の水銀と1mm3 当たり1×10−7モルのハロゲンが封入さた高圧水銀蒸気ランプを点灯するための放電灯用給電装置において、当該放電灯用給電装置の出力端に、前記高圧水銀蒸気ランプのアーク放電時のアーク放電抵抗にほぼ等しい疑似アーク放電抵抗を接続した状態から前記高圧水銀蒸気ランプのグロー放電時のグロー放電抵抗にほぼ等しい疑似グロー放電抵抗に切り換え接続可能に設け、当該放電灯用給電装置に前記疑似アーク放電抵抗を接続して疑似アーク放電電流が流れている状態から前記疑似グロー放電抵抗に切り換えた時の疑似グロー放電電流Iag’および放電灯用給電装置の出力電圧Vag’とする時、陰極の表面積をSc(mm2 )すれば、
(1)定常状態における疑似グロー放電電流Iag’≧0.14×Sc(A)、
(2)定常状態における出力電圧Vag’≧180(V)、
(3)出力電圧Vag’が定常状態における電圧の90%の電圧に達するのに要する時間τ≦170(μs)、
となる特性を有することを特徴とする。
【0021】
第4の手段は、第1の手段ないし第3の手段のいずれか1つの手段において
前記放電灯用給電装置は、直流電圧を入力し可変制御された出力電圧を平滑コンデンサを介して前記高圧水銀蒸気ランプに印加する出力可変直流電源を有し、前記平滑コンデンサは、グロー放電終了後のアーク放電移行時に、前記平滑コンデンサの容量を増大させるようにしたことを特徴とする。
【0022】
【発明の実施の態様】
はじめに、本願発明の第1の実施形態を図1乃至図6を用いて説明する。
【0023】
図1は、高圧水銀蒸気ランプの始動時のアーク放電からグロー放電、さらにはグロー放電からアーク放電への移行時の放電電流の時間的変化を示す図である。
【0024】
はじめに、同図を用いて本発明のランプの立ち消え防止の原理について説明する。
【0025】
水銀封入量が比較的多い高圧水銀蒸気ランプにおいては、陰極上に液体水銀が付着した状態で放電を開始した場合は、まずアーク放電が現れ、陰極上の水銀は速やかに蒸発して行き、同図の時点tgにおいて、水銀が陰極上から完全に枯渇した時点で低い極間電圧でのアーク放電が終了し、グロー放電に移行する。しかし、時点tgで電極間のインピーダンスが急激に上昇するため、ランプ電流Iaは急激に減少しようとし、このときランプの立ち消えが発生してしまう。
【0026】
発明者等は、給電装置に様々な工夫改良を加えることにより、立ち消えが発生しない給電装置を作り上げることができた。
【0027】
そして、給電装置が立ち消えを発生しないようにするためには、次に述べる試験回路で試験した結果、所定の条件を満足する必要があることを見出した。
【0028】
まず、試験回路について説明する。図2は、高圧水銀蒸気ランプの放電空間の体積1mm3 当り0.15mg以上の水銀が封入されたような比較的水銀封入量が多い高圧水銀蒸気ランプに用いられる放電灯用給電装置を見出すための試験回路を示す図である。
【0029】
なお、本実施形態で用いられる上記の高圧水銀蒸気ランプは、アーク放電時のアーク放電抵抗は5Ω、及びグロー放電時のグロー放電抵抗は300Ωを呈するものを用いる場合について説明する。
【0030】
同図において、2はランプの立ち消えを有効に防止し得るか否かを評価するための評価対象となる放電灯用給電装置、59,60は放電灯用給電装置2の出力端に直列に接続されるそれぞれ抵抗値5Ω、38Ωの抵抗、57は抵抗60を短絡、開放するFET、58はFET57をスイッチングするためのゲート駆動回路である。
【0031】
ここで、抵抗59は、実際の高圧水銀蒸気ランプの陰極上に液体水銀が存在するときのアーク放電時に流れる電流値と概ね同じ電流が抵抗59に流れるように上記アーク放電時のアーク放電抵抗5Ωに略等しく設定し、抵抗59+抵抗60は、上記高圧水銀蒸気ランプのグロー放電時のグロー放電抵抗300Ωの略1/7に等しい値に設定する。ここで、抵抗59+抵抗60をグロー放電抵抗の略1/7に等しい値に設定するのは、評価対象とする放電灯用給電装置が所定の条件を満足するか否かを明確に判別するためである。
【0032】
この試験回路の動作は、最初、FET57をオン状態として、抵抗59のみが接続された状態は、高圧水銀蒸気ランプの陰極上に液体水銀が存在するときのアーク放電を模擬し、次に、ゲート駆動回路58を操作して、急峻にFET57をオフ状態として、抵抗59と抵抗60が直列に接続された状態に遷移させることにより、水銀が陰極上から完全に枯渇してグロー放電に移行した状態を模擬すものである。これらの2つの状態の応答を観察することにより、実際に製作した放電灯用給電装置の性能が、本発明によって推奨される条件を満足するか否かを判定することができる。
【0033】
次に、立ち消えが発生しない給電装置が、この試験回路で試験したときに満足すべき条件について説明する。
【0034】
その条件は、図1において説明すると、高圧水銀蒸気ランプのインピーダンスの急増時の擬似グローランプ電流が、急増直前の擬似ランプ電流Iao’の30%以下である期間Tdが全く存在しないか、もしくは存在したとしても、連続して10μs以下であり、かつ、高圧水銀蒸気ランプのインピーダンスの急増時の擬似グローランプ電流が、急増直前の擬似ランプ電流Iao’の、少なくとも70%に回復するまでの時間Trが100μs以下になるように制御することであり、給電装置がこの条件を満足するとき、ランプの立ち消えが防止できることを実験的に見出した。またこのような条件下で点灯始動する場合は、陰極が下、陽極が上になるような、ランプを垂直に設置した最悪の状態においてもランプの立ち消えを防止できることが明らかとなった。
【0035】
これは、ランプ電流が切断もしくは減少すると、放電プラズマは減少して行き、やがて消滅してしまうが、放電プラズマの消滅前にランプ電流を所定の大きさに回復すれば、放電プラズマの消滅を免れることができるので、グロー放電への移行時にランプが立ち消えないようにするためには、高圧水銀蒸気ランプのインピーダンスの急増時の擬似グローランプ電流が、急増直前の擬似ランプ電流Iao’の30%以下である期間Tdが全く存在しないか、もしくは存在したとしても、連続して10μs以下とすることを要する。
【0036】
なお、高圧水銀蒸気ランプのインピーダンスの急増時の擬似グローランプ電流が、インピーダンスの急増直前の擬似ランプ電流Iao’の30%以下である期間Tdが複数あっても、個々の期間が10μs以下であれば、期間の総和がそれを超えても問題ではない。当然ながら、上記30%以下である期間Tdは存在しないことが理想的であるが、期間Tdが8μs以下であれば、余裕をもって上記の課題を達成することができ、さらには、5μs以下であればより望ましい。
【0037】
また、高圧水銀蒸気ランプのインピーダンスの急増時の擬似グローランプ電流が、急増直前の擬似ランプ電流Iao’の、少なくとも70%に回復するまでの時間Trが100μs以下になるように制御することにより、グロー放電に移行後、速やかにアーク放電に移行するための熱電子放出を早く活発化することができる。
【0038】
また、高圧水銀蒸気ランプのインピーダンスの急増時の擬似グローランプ電流は、高圧水銀蒸気ランプのインピーダンスの急増直前の擬似ランプ電流Iao’の少なくとも70%に回復するまでの時間Trは、短いほど好ましいが、80μs秒以下とすれば、余裕をもって上記の課題を達成することができるが、さらに60μs以下であればより望ましい。また、ランプ電流の回復の程度で云えば、高圧水銀蒸気ランプのインピーダンスの急増が発生する直前の擬似ランプ電流Iao’の、少なくとも85%に回復すれば、余裕をもって課題が達成できる。
【0039】
ここで、試験回路を用いて本願発明の放電灯用給電装置を特定するのは、高圧水銀蒸気ランプの立ち消えを防止するためには、放電灯用給電装置の構成する各部の要素を種々調整、変更し得るものであり、そのため、最終的に変更された放電灯用給電装置が前記の所定の条件を満足しているか否かが重要だからである。
【0040】
図3は、図2に示す試験回路において、所定の条件を満足して立ち消えが発生しない放電灯用給電装置における疑似ランプ電流Ia’と疑似ランプ電圧Va’を示す図である。ここで、図3(a)と図3(b)は同一現象を示すものであるが、時間スケールが異なる。
【0041】
図4は、図2に示す試験回路において、所定の条件を満足せず立ち消えが発生してしまうような放電灯用給電装置における疑似ランプ電流Ia’と疑似ランプ電圧Va’の関係を示す図である。ここで、図4(a)と図4(b)も同一現象を示すものであるが、時間スケールが異なる。
【0042】
なお、図3、図4は、後述する図8、図10のとの対比を容易にするためにオシロスコープのスムージング処理を施してある。
【0043】
上記のごとく、図2に示すような試験回路を用いて評価対象となる放電灯用給電装置を試験することにより、図3ないし図4に示すような試験結果に基づいて、種々改良された放電灯用給電装置からランプの立ち消えの発生しない放電灯用給電装置を見出すことができる。
【0044】
このように、本実施形態によれば、実際の高圧水銀蒸気ランプのアーク放電時のアーク放電抵抗をRa、グロー放電時のグロー放電抵抗をRbとし、評価対象とする放電灯用給電装置の出力端にアーク放電抵抗Raにほぼ等しい抵抗59を接続した状態からグロー放電抵抗Rbのほぼ1/7の抵抗(59+60)に切り換え接続したとき、評価対象とする放電灯用給電装置に抵抗59を接続して擬似ランプ電流Iao’が流している状態から抵抗(59+60)に切り換えた過渡状態における擬似グローランプ電流が、擬似ランプ電流Iao’の30%以下である連続した期間が10μs以下であり、かつ、擬似ランプ電流Iao’の少なくとも70%に回復するまでの時間が、100μs以下となるような条件を満足する放電灯用給電装置を前記高圧水銀蒸気ランプの放電灯用給電装置として用いることにより、ランプの立ち消えを有効に防止することができるものである。
【0045】
次に、本実施形態に係る放電灯用給電装置について図5及び図6を用いて説明する。
【0046】
図5は、放電灯用給電装置の構成の一例を示す図である。同図において、17なDC電源であり、DC電源17からの電圧が降圧チョッパ16に供給される。降圧チョッパ16は、主として、スイッチ素子11、ゲート駆動回路12、ダイオード13、インダクタ14、平滑コンデンサ15により構成される。DC電源17は図示していないが、商用のAC電源を整流ダイオードやダイオードブリッジと平滑コンデンサを用いて直流に変換するものや、高調波電流抑制機能を持った電源モジュールや、電池等が使用できる。
【0047】
1は高圧水銀蒸気放電ランプであり、ランプ封体3の放電空間6には水銀が比較的多量に封入されると共に、陰極4と陽極5が対向して配置されている。18は分圧抵抗等を用いて構成され、高圧水銀蒸気ランプ1に印加される印加電圧Vaを検出するための電圧検出器であり、19はシャント抵抗やCT等で構成され高圧水銀蒸気ランプ1に流れる電流Iaを検出するための電流検出器である。7は降圧チョッパ16と高圧水銀蒸気ランプ1間に挿入され、高圧水銀蒸気ランプ1の点灯始動時に、陰極4と陽極5間で、封入ガスの放電破壊を生じせしめるためのイグナイタであり、イグナイタ7は基本的には、1次対2次の巻き数比の大きなトランス8によって構成され、数キロボルトから数十キロボルトの高電圧パルス列を発生する。9は降圧チョッパ16と放電ランプ1間に挿入されるコイルである。24は給電制御回路であり、イグナイタ7のゲート駆動回路10にゲート駆動信号23を供給すると共に、電圧検出器18によって検出されたランプ電圧信号20、及び電流検出器19によって検出されたランプ電流信号21を入力し、これらのランプ電圧信号20及びランプ電流信号21に基づいて、スイッチ素子11のゲート駆動回路12にゲート駆動信号22を供給してスイッチ素子11の開閉を制御する。
【0048】
なお、同図においては、給電制御回路24からゲート駆動回路10にゲート駆動信号23を供給する例を示したが、イグナイタ7の形式によってはイグナイタ制御信号23が不要の場合もある。
【0049】
図6は、図5に示す給電装置制御回路24の構成の一例を示す図である。
【0050】
同図において、検出されたランプ電流信号21及びランプ電圧信号20は、それらの極性を正極性と仮定し、必要に応じてそれぞれバッファ25、バッファ38を介して当該給電装置制御回路24入力される。
【0051】
ランプ電流信号21は、抵抗26を介して演算増幅器27とコンデンサ30で構成される誤差積分器31に入力される。一方、演算増幅器27には抵抗28を介して負極性と仮定する限界電流値信号発生器29よりの出力が入力されており、誤差積分器31からランプ電流信号21と限界電流値信号発生器29によって規定される電流値の差がコンデンサ30により積分されて出力する。誤差積分器31の出力は、抵抗32、抵抗33、演算増幅器34より構成される反転器85を介して、電流超過信号36として出力される。
【0052】
一方、ランプ電流信号21は、乗算器39によってランプ電圧信号20と掛け合わされて電力信号40が生成され、抵抗41を介して、演算増幅器42とコンデンサ45で構成される誤差積分器46に入力される。また、演算増幅器42には抵抗43を介して負極性と仮定する定格電力値信号発生器44よりの出力が入力されており、誤差積分器46から電力信号40と定格電力値信号発生器44によって規定される電力値の差がコンデンサ45により積分されて出力する。
【0053】
誤差積分器46の出力は、抵抗47、抵抗48、演算増幅器49より構成される反転器50を介して、電力超過信号51として出力される。
【0054】
電流超過信号36、電力超過信号51は、それぞれダイオード37、ダイオード52を介して、抵抗53によってプルダウンされるので、電流超過信号36と電力超過信号51のうちの、いずれか高い方の信号が降圧チョッパ制御信号54として抵抗53に出力される。
【0055】
電流超過信号36は、ランプ電流信号21が、限界電流値信号発生器29によって規定される電流値より大きい場合に、高くなる信号であり、電力超過信号51は、電力信号40が、定格電力債信号発生器44によって規定される電力値より大きい場合に、高くなる信号である。従って、電流超過信号36と電力超過信号のうち何れかの大きい信号が、優先的に抵抗53に現れることになる。降圧チョッパ制御信号54は、比較器56によって鋸歯状波発生器55の出力信号と比較され、降圧チョッパ制御信号54が鋸歯状波発生器55の出力信号より小さい場合にハイレベル、降圧チョッパ制御信号54が鋸歯状波発生器55の出力信号より大きい場合にはローレベルの信号が、ゲート駆動信号22として、スイッチ素子11のゲート駆動回路12に出力される。
【0056】
ここで、降圧チョッパ制御信号54が高くなるほど、ゲート駆動信号22がハイレベルである期間は短くなるため、ゲート駆動信号22がハイレベルのときに、スイッチ素子11がオンになるよう、ゲート駆動回路12の論理を設計すれば、電流超過信号36、電力超過信号51の何れか高い方、それが電流超過信号36の場合は、ランプ電流信号21が限界電流値信号発生器29によって規定される電流値に一致するように、逆に、それが電力超過信号51の場合は、電力信号40が定格電力値信号発生器44によって規定される電力値に一致するように、フイードパック制御されることになる。
【0057】
その結果、ランプ電力Paが予め定めた定格電力値Pasになるようにランプ電流Iaを制御する機能と、ランプ電流Iaが予め定めた限界電流値Iasをほぼ超えないようにランプ電流Iaを制御する機能とを有し、かつ、前記定格電力値Pasになるようにランプ電流Iaを制御する機能よりも、前記限界電流値Iasを超えないようにランプ電流Iaを制御する機能を優先される放電灯用給電装置2を実現することができる。
【0058】
具体的に、本実施形態に係る発明を実現するためには、例えば、抵抗26を小さな抵抗値、かつ/またはコンデンサ30を小さな静電容量値に設定して、限界電流値Iasを制御するための誤差積分器31の応答が高速になるように設計すればよい。これのみによって、十分な結果か得られない場合は、イグナイタ7のトランス8の2次側インダクタンスを大きくするか、コイル9を追加するか、あるいはそれらの両方を行えばよい。当然ながら、降圧チョッパ16の動作周波数、即ち、鋸歯状波発生器55の発振周波数は、限界電流値Iasについての必要な制御の高速性を支えるに足る高さが必要である。また、降圧チョッパ16のリプルが過大にならない範囲において、平滑コンデンサ15の静電容量は小さくすることが有利である。
【0059】
なお、図5、図6は、本発明に係る放電灯用給電装置の基本構成を説明することを目的として記載したものであるが、実際にそれを実現するためには、必要に応じて、回路の安定動作や安全動作等のために、保護回路やノイズフィルタ等の付加部品や付加回路の追加、あるいは逆に、回路の簡素化等の工夫が必要である。とりわけ、反転器35、50は、説明を単純化するために敢えて追加したもので、これを省略することも可能である。
【0060】
次に、本願発明の第2の実施形態を図5乃至図10を用いて説明する。
【0061】
本実施形態は、第1の実施形態において得られた放電灯用給電装置の立ち消えをより確実に防止するための機能を付加した放電灯用給電装置に関する。
【0062】
一般に、図7に示すように、水銀蒸気ランプ用給電装置では、電極間のインピーダンスの変化に伴い、ランプ電圧Vaの変動が生じても、ランプ電力Paは予め定められた定格電力値Pasになるようにランプ電流Iaを制御することが行われる。その際、ランプ電圧Vaが非常に低い場合、定格電力値Pasを達成するためには、非常に大きなランプ電流Iaを流す必要が生じるが、実際には給電装置に設けられる回路素子の破壊を防止するために、ランプ電流Iaが予め定められた限界電流値Iasを超えないようにランプ電流Iaを制御することが行われる。この制御は、定格電力値Pasになるようにランプ電流Iaの制御よりも優先的に行われる。また、同図に示すように、最大電圧値Vasが規定されているが、これは、無負荷開放時に、安全のために必要な最大限度の電圧を超えないための制限である。従って、以上の結果を踏まえた一般的な放電灯用給電装置の電圧電流特性は、図7に示すような双曲線Hを基本としたものになる。
【0063】
8(a)、(b)、(c)は、この間のランプ電流Ia、ランプ電圧Va、ランプ電力Paの時間的経過を示す図である。
【0064】
本発明に関連する、水銀封入量が比較的多い高圧水銀蒸気ランプを一般的な放電灯用給電装置で点灯する場合、点灯直後の陰極上に液体水銀が存在するときのアーク放電の状態は、電極間のインピーダンスが十分に低いため、図7の点Aにあると考えられる。これは、前記のランプ電流Iaが予め定めた限界電流値Iasを超えないように制御された状態であり、この状態は定格電力値は達成されていない。次に、水銀が陰極上から完全に蒸発してグロー放電に移行すると、電極間のインピーダンスが高くなって、ランプ電圧Vaが急激に上昇するため、図7の電圧電流特性曲線Hに沿って点Aから点Bに移行しようとするが、図8(a)に示すように、ランプ電流Iaは高圧水銀蒸気ランプのインピーダンスの急増が発生する直前のランプ電流Iaoより大きく低下してしまい、ランプが立ち消えてしまう可能性がある。
【0065】
そこで、このような状態を回避するために、図7の電圧電流特性曲線Hに沿うのではなく、電圧電流特性曲線Hより上側の領域、即ち、過電力領域を通過するようにする。ここで、過電力領域の通過の仕方に関する条件については、前記と同様に、図2の試験回路、即ち、アーク放電時のランプインピーダンスに略等しい抵抗値と、グロー放電時のランプインピーダンスの略1/7に等しい抵抗値とを切り換える試験回路を用いて規定することができる。
【0066】
図9は、本実施形態に係る発明が意図する電圧電流特性を示す図である。
【0067】
同図の電圧電流特性に示すように、点Aから点Bに移行するに際し、電圧電流特性曲線Hに沿うのではなく、点Aにおける擬似ランプ電流Iao’の少なくとも70%の領域Uに、所定時間滞在した後、点Bに移行するようにする。
【0068】
図10(a)、(b)、(c)は、この間の擬似ランプ電流Ia’、擬似ランプ電圧Va’、擬似ランプ電力Pa’の時間的経過をに示す図である。
【0069】
本実施形態に係る放電灯用給電装置では、点Aにおける擬似ランプ電流Iao’の、少なくとも70%の領域Uに滞在する時間を50ms以上とする機能を付加することにより、本発明の課題をより確実に実現することができる。
【0070】
ここで、放電を維持するためには、熱電子放出を早く活発化しなければならないが、そのためには、高圧水銀蒸気ランプのインピーダンスが急増する直前の擬似ランプ電流Iao’の、少なくとも70%に回復するように制御する期間Tuは長いほど、ランプの立ち消えを防止できる点では有利であるが、70ms以上であれば、余裕をもって本発明の課題を達成でき、さらに、100ms以上あればより望ましい。
【0071】
また、点Aにおける擬似ランプ電流Iao’の、少なくとも70%の領域Uは、過電力動作であるため、これを実現するためには給電装置が元々有する予め定めた定格電力値Pasになるように擬似ランプ電流Ia’を制御する機能を、点Aにおける擬似ランプ電流Iao’の少なくとも70%の領域Uに滞在する時間だけ制御する機能を付加すればよい。なお、この過電力動作は、本来、ランプや給電装置の安全な動作にとって不都合なものであるから、必要以上に長時間継続すべきではなく、実際は、300msとれすば十分である。
【0072】
具体的に、本実施形態に係る発明を実現するためには、図5及び図6に示す放電灯用給電装置を用いて、限界電流値Iasを超えないように擬似ランプ電流Ia’を制御する動作状態で、高圧水銀蒸気ランプ1のインピーダンスの急増が発生した場合に、高圧水銀蒸気ランプ1のインピーダンスの急増が発生する直前の擬似ランプ電流Iao’の、少なくとも70%に回復するように制御している期間Tuが、50ms以上となるように、例えば、抵抗41を大きな抵抗値、かつ/またはコンデンサ45を大きな静電容量値に設定して、定格電力値Pasについての制御のための、誤差積分器46の応答が低速になるように設計することによって行う。
【0073】
次に、本願発明の第3の実施形態を図11及び図12を用いて説明する。
【0074】
図11は、高圧水銀蒸気ランプの放電空間の体積1mm3 当り0.15mg以上の水銀および1mm3 当たり1×10−7モルのハロゲンが封入されたような比較的水銀封入量が多い高圧水銀蒸気ランプに用いられ、ランプ立ち消えが発生しない放電灯用給電装置を見出すための試験回路を示す図である。
【0075】
本発明の発明者等は、この試験回路によって放電灯用給電装置が後述する条件を満足する時、この放電灯用給電装置がランプの立ち消えを有効に防止し得るものであることを見出した
なお、本実施形態で用いられる高圧水銀蒸気ランプも、第1の実施形態の場合と同様に、アーク放電時のアーク放電抵抗Raは略5Ω、及びグロー放電時のグロー放電抵抗Rbは略300Ωを呈するものを用いることを前提として説明する。
【0076】
同図において、70,71は放電灯用給電装置2の出力端に直列に接続されるそれぞれ抵抗値5Ω、300Ωの抵抗であり、その他の構成は図2に示す同符号の構成と同一であるので説明を省略する。
【0077】
ここで、抵抗70は、実際の高圧水銀蒸気ランプの陰極上に液体水銀が存在するときのアーク放電時に流れる電流値と概ね同じ電流が抵抗70に流れるようにアーク放電時のアーク放電抵抗Raに略等しく設定し、抵抗70+抵抗71は、高圧水銀蒸気ランプのグロー放電時に流れる電流値と概ね同じ電流が抵抗70、71に流れるようにグロー放電抵抗Rbに等しい値に設定する。
【0078】
図12は、抵抗70のみの状態から抵抗70と抵抗71の直列抵抗に接続切り換えされた時の疑似ランプ電流Ia’及び疑似ランプ電圧Va’の時間的変化を示す図である。
【0079】
本実施形態では、陰極の表面積をSc(mm2 )として、評価対象とされる放電灯用給電装置2の出力端に抵抗70のみが接続されているときに抵抗70に擬似アーク電流を流している状態において、
(1)抵抗70から抵抗70+抵抗71への切り換え後の定常状態における擬似グロー放電電流Iag’≧0.14×Sc(A)、
(2)抵抗70から抵抗70+抵抗71への切り換え後の定常状態における放電灯用給電装置の出力電圧Vag’≧180(V)、
(3)抵抗70から抵抗70+抵抗71への切り換え後の定常状態における出力電圧Vga’が定常状態における電圧の90%の電圧に達するのに要する時間τ≦170(μs)、
の各条件を満足する時、放電灯用給電装置2は上記の高圧水銀蒸気ランプを用いても立ち消えの発生を防止することを見出したものである。
【0080】
なお、ここで陰極の表面積とは、放電空間に露出している陰極作用を有する電極全体の表面積である、
定常状態における擬似グロー放電電流Iag’の供給能力が、陰極の表面積Scに比例して大きくなるべき理由は、アーク放電の場合と異なり、グロー放電においては、放電が陰極表面全体で生じ、このとき、陰極表面積に相応した大きさの電流を供給する能力を持たなければ、熱電子放出によるアーク放電に移行可能なように、電極表面を加熱することができないからである。擬似グロー放電電流の供給能力としては、Iag’≧0.016×Scであれば、さらに望ましい。
【0081】
このとき、定常状態における擬似グロー電圧Vag’として180V以上の供給能力が必要である理由は、水銀、アルゴン等の希ガス、および臭素等のハロゲンが封入される放電灯の場合、ハロゲンの封入量が1mm3 当たり1×10−7モル以上であれば、陰極と陽極との極間距離、ガス圧等にはほとんどよらず、グロー放電は、180V以上の電圧が必要であるからである。
【0082】
出力電圧Vag’の供給能力としては、Vag’≧200Vであれば、さらに望ましい。
【0083】
出力電圧Vag’が定常状態における電圧の90%の電圧に達するのに要する時間τが170μs以下であるべき理由は、これにより長い時間がかかる場合は、グロー放電が維持できずに放電停止が生じ、その後電圧が十分に上昇した時点では、既に電極が冷えてしまって、結局立ち消えになってしまう確率が高まる。なお、τ≦100μsであれば、さらに望ましい。
【0084】
発明者等の実験では、Vag’≒200V、τ≒100μsの条件で、約25mm2 の表面積を有する陰極を用いたランプの場合、Iag’≒0.4Aとすることにより、立ち消え率は完全に0%となった。
【0085】
これを、Vag’≒180V、τ≒170μs、Iag’≒0.35A程度まで性能を低下させても、立ち消え率は1%以下であり、十分実用的であった。
【0086】
次に、本願発明の第4の実施形態を図13及び図14を用いて説明する。
【0087】
図13は、本実施形態に係る放電灯用給電装置の構成を示す図である。
【0088】
同図において、72は平滑コンデンサ15と並列に接続可能に設けられる平滑コンデンサ、73は平滑コンデンサ72の挿脱を切り換えるFET、74はFET73をスイッチングするためのゲート駆動回路である。なお、その他の構成は図5に示す同符号の構成と同一であるので説明を省略する。
【0089】
図14は、本実施形態に係る放電灯用給電装置を用いて高圧水銀蒸気ランプを始動点灯したときのランプ電圧の時間的経過を示す図である。
【0090】
本実施形態は、図13に示すように、ランプのグロー放電時のインピーンスが大きい期間の経過後は、平滑コンデンサ15と並列にFET73をオンして平滑コンデンサ72を挿入するようにして、平滑コンデンサの容量を増加させるものである。
【0091】
先に図5に示す放電灯用給電装置の説明において、降圧チョッパ15のリプルが過大とならない範囲において、平滑コンデンサ15の静電容量を小さくすることが有利であることを説明したが、さらに、熱アーク放電に移行するまでは平滑コンデンサの容量を小さく維持することにより、グロー放電時等において瞬時的なアーク放電移行時に平滑コンデンサからランプに放出される電荷量を抑えてランプのダメージを防ぐことができる。一方、平滑コンデンサが小さいとリプルが発生し易く、それにより音響共鳴現象が発生し、ランプがチラついたり立ち消えたりする。
【0092】
上記の問題に鑑み、本実施形態の発明では、図14に示すように、グロー放電時のインピーンスが高い期間の経過後の熱アーク放電移行後は、FET73をオンして、平滑コンデンサ15と並列に平滑コンデンサ16を接続して平滑コンデンサの容量を増加し、上記の音響共鳴現象等によるランプのチラツキや立ち消えを防止するものである。
【0093】
【発明の効果】
本願請求項1に記載の発明によれば、水銀封入量が比較的多い高圧水銀蒸気ランプを用いる際に、ランプの点灯初期における水銀が陰極上から完全に蒸発する時のランプの立ち消えを防止することができる。
【0094】
本願請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の効果に加えてより確実にランプの立ち消えを防止することができる。
【0095】
本願請求項3に記載の発明によれば、水銀封入量が比較的多い高圧水銀蒸気ランプを用いる際に、ランプの点灯初期における水銀が陰極上から完全に蒸発する時のランプの立ち消えを防止することができる。
【0096】
本願請求項4に記載の発明によれば、請求項1ないし請求項3に記載の発明の効果に加えて、ランプのインピーンスが高い期間の経過後の熱アーク放電移行後の音響共鳴現象等によるランプのチラツキや立ち消えを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】高圧水銀蒸気ランプの始動時のアーク放電からグロー放電、グロー放電からアーク放電への移行時の放電電流の時間的変化を示す図である。
【図2】第1の実施形態に係る高圧水銀蒸気ランプに用いられる放電灯用給電装置を見出すための試験回路を示す図である。
【図3】図2に示す試験回路において、所定の条件を満足して立ち消えが発生しない放電灯用給電装置における疑似ランプ電流I’と疑似ランプ電圧V’を示す図である。
【図4】図2に示す試験回路において、所定の条件を満足せず立ち消えが発生する放電灯用給電装置における疑似ランプ電流I’と疑似ランプ電圧V’を示す図である。
【図5】第1および第2の実施形態に係る放電灯用給電装置の構成の一例を示す図である。
【図6】図5に示す給電装置制御回路24の構成の一例を示す図である。
【図7】高圧水銀蒸気ランプのランプ電流Ia、ランプ電圧Vaの特性を示す図である。
【図8】高圧水銀蒸気ランプのランプ電流Ia、ランプ電圧Va、ランプ電力Paの時間的経過を示す図である。
【図9】第2の実施形態に係る高圧水銀蒸気ランプの擬似ランプ電流Ia’、擬似ランプ電圧Va’の特性を示す図である。
【図10】第2の実施形態に係る高圧水銀蒸気ランプの擬似ランプ電流Ia’、ランプ電圧Va’、ランプ電力Pa’の時間的経過を示す図である。
【図11】第3の実施形態に係る高圧水銀蒸気ランプに用いられる放電灯用給電装置を見出すための試験回路を示す図である。
【図12】図11に示す試験回路において、所定の条件を満足して立ち消えが発生しない放電灯用給電装置における疑似ランプ電流Ia’、疑似ランプ電圧Va’の特性を示す図である。
【図13】第4の実施形態に係る放電灯用給電装置の構成を示す図である。
【図14】第4の実施形態に係る高圧水銀蒸気ランプのランプ電圧Vaの時間的経緯を示す図である。
【符号の説明】
1 高圧水銀蒸気ランプ
2 放電灯用給電装置
3 封体
4 陰極
4a 陰極根元部
5 陽極
6 放電空間
7 イグナイタ
8 トランス
9 コイル
10 イグナイタ駆動回路
11 スイッチ素子
12 ゲート駆動回路
13 ダイオード
14 インダクタ
15 平滑コンデンサ
16 降圧チョッパ
17 DC電源
18 電圧検出器
19 電流検出器
20 ランプ電圧信号
21 ランプ電流信号
22 ゲート駆動信号
23 イグナイタ制御信号
24 給電装置制御回路
25 バッファ
26 抵抗
27 演算増幅器
28 抵抗
29 限流電流値信号発生器
30 コンデンサ
31 誤差積分器
32 抵抗
33 抵抗
34 演算増幅器
35 反転器
36 電流超過信号
37 ダイオード
38 バッファ
39 乗算器
40 電力信号
41 抵抗
42 演算増幅器
43 抵抗
44 定格電力値信号発生器
45 コンデンサ
46 誤差積分器
47 抵抗
48 抵抗
49 演算増幅器
50 反転器
51 電力超過信号
52 ダイオード
53 抵抗
54 降圧チョッパ制御信号
55 鋸歯状波発生器
56 比較器
57 FET
58 ゲート駆動回路
59 抵抗
60 抵抗[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a discharge lamp power supply apparatus, for example, a discharge lamp power supply apparatus for lighting a high-intensity high-pressure mercury vapor lamp used as a light source for a projector.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, metal halide lamps and high-pressure mercury vapor lamps have been used as high-intensity light sources.
[0003]
In recent years, high-pressure mercury vapor lamps with increased vapor pressure of mercury have been effective as a light source for projectors used in luminous flux control devices such as liquid crystals, and the amount of mercury enclosed in the lamp tends to increase. is there.
[0004]
However, as the amount of mercury enclosed in the lamp increases, even if the igniter is successfully started at the time of starting the lamp, there is a problem that the lamp will disappear after several seconds to several tens of seconds. There was found.
[0005]
As a result of experiments and observations under many conditions, the inventors have found that this problem is caused by the condensation and deposition of mercury on the cathode during the cooling period when the lamp is extinguished.
[0006]
To briefly explain this phenomenon, as is well known, electrons are likely to be emitted from liquid mercury, and therefore, when liquid mercury is present on the cathode, a very low interelectrode voltage, for example, 15 volts is used. Arc discharge can be realized at about 20 volts.
[0007]
If the discharge starts with liquid mercury adhering to the cathode, arc discharge first appears, but the mercury on the cathode evaporates quickly. At this time, the mercury on the cathode first evaporates in the portion facing the anode, and the discharge location gradually moves toward the base of the cathode. When mercury completely evaporates from above the cathode, including the one at the base of the cathode, the arc discharge at the low interelectrode voltage is terminated, and a glow discharge is started.
[0008]
At this time, the impedance between the electrodes is low in the arc discharge state but is high in the glow discharge state. Therefore, in order to maintain the glow discharge, it is necessary to supply a relatively high voltage between the electrodes. When the voltage output from the lamp cannot cope with the rapidly increasing voltage, the lamp goes off at the moment of transition to glow discharge.
[0009]
Therefore, if the glow discharge can be maintained without extinguishing, the temperature at the tip of the cathode rises, and it becomes possible to supply thermoelectrons eventually, and then the arc discharge is performed to maintain the steady lighting state of the discharge lamp. be able to.
[0010]
In the past, the problem of this lamp extinguishing was not very obvious because the amount of mercury was so small that liquid mercury on the cathode could be scattered during the igniter's operating period, and therefore the low interelectrode voltage This is because the glow discharge was able to be maintained strongly by the high voltage generated by the igniter after the arc discharge was completed.
[0011]
Therefore, it may be possible to maintain the glow discharge by continuously operating the igniter after the liquid mercury on the cathode is scattered by the operation of the igniter. However, in such a method, the electrode is consumed and the arc tube is blackened. It was not a practical method.
[0012]
Conventionally, a means for solving the problem caused by the adhesion of mercury to the electrode of a high-pressure mercury vapor lamp has been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-116590.
[0013]
This is to reduce the cooling rate of the cathode in the process of gradually cooling the lamp after the lamp is extinguished by increasing the heat capacity of the cathode or the vicinity thereof. The condensation of mercury is started first from the inner surface of the anode or the envelope, and the condensation of mercury on the cathode is prevented. At the start of lighting the next lamp, even if a lot of liquid mercury remains on the anode, it can easily shift to glow discharge as long as liquid mercury does not adhere to the cathode. is there.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method for increasing the heat capacity in the vicinity of the cathode as proposed in the above publication, it is difficult to prevent the condensation of mercury on the cathode when the amount of mercury enclosed is increased. When the lamp was installed vertically so that the cathode was on the bottom and the anode on the top, it was impossible to prevent mercury from adhering to the cathode. In other words, this method makes it impossible to terminate arc discharge at a low electrode voltage during the igniter operation period, and moreover, since the amount of mercury enclosed is large, the glow after the mercury is completely depleted from above the cathode. The interelectrode voltage required for the discharge becomes higher and higher, and there is a problem that the probability of occurrence of lamp extinction increases.
[0015]
Incidentally, the vertical arrangement of the lamp is advantageous in that the devitrification phenomenon that may occur in the lamp envelope can be limited to a site that is harmless for light extraction. The installation with the anode facing upward is advantageous in that flicker is not generated, and is an important matter depending on the use conditions of the lamp.
[0016]
In view of the above-mentioned various problems, the problem to be solved by the present invention is that in a high-pressure mercury vapor lamp having a relatively large amount of mercury enclosed, the lamp completely disappears when mercury completely evaporates from the cathode. An object of the present invention is to provide a power supply device for a discharge lamp that can be prevented.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
[0018]
A cathode and an anode are installed in a discharge space surrounded by a sealing body, a rare gas and 1 mm of the discharge space are placed in the discharge space. 3 More than 0.15mg of mercury is enclosed per When starting, it has a glow discharge state from an arc discharge state. In a discharge lamp power supply device for lighting a high-pressure mercury vapor lamp, The discharge lamp power supply apparatus includes a pseudo arc discharge resistance substantially equal to an arc discharge resistance during arc discharge of the high pressure mercury vapor lamp and a pseudo 1/7 of a glow discharge resistance during glow discharge of the high pressure mercury vapor lamp. When connecting a test circuit having a glow discharge resistance and switching from a state in which current flows through the pseudo arc discharge resistance to a state in which current flows through the pseudo glow discharge resistance, A characteristic in which a continuous period in which the pseudo glow discharge current is 30% or less of the pseudo arc discharge current is 10 μs or less, and a time until recovery to at least 70% of the pseudo arc discharge current is 100 μs or less. It is characterized by having.
[0019]
The second means is the first means, wherein the discharge lamp power supply device has a function of controlling the lamp current so that the lamp power becomes a predetermined rated power value, and a limit current value where the lamp current is predetermined. And a function of controlling the lamp current so as not to exceed the limit current value, rather than a function of controlling the lamp current so as to be the rated power value. Has a priority function, and when switching to the pseudo glow discharge resistance, there is a period of 50 ms or more that is controlled to recover to at least 70% of the pseudo arc discharge current, and this period is the rated power value. It is characterized by having a function controlled so as to allow exceeding.
[0020]
The third means is that a cathode and an anode are installed in a discharge space surrounded by a sealing body, a rare gas and 1 mm of the discharge space are placed in the discharge space. 3 More than 0.15mg mercury and 1mm per 3 1 × 10 per -7 In a discharge lamp power supply apparatus for lighting a high-pressure mercury vapor lamp encapsulating a mole of halogen, an arc discharge resistance at the time of arc discharge of the high-pressure mercury vapor lamp is approximately equal to an output end of the discharge lamp power supply apparatus. The pseudo arc discharge resistance is connected to the pseudo glow discharge resistance substantially equal to the glow discharge resistance at the time of glow discharge of the high-pressure mercury vapor lamp, and the pseudo arc discharge resistance is connected to the power supply device for the discharge lamp. Then, when the pseudo glow discharge current Iag ′ when the pseudo arc discharge current is switched to the pseudo glow discharge resistance and the output voltage Vag ′ of the discharge lamp power supply device, the surface area of the cathode is Sc (mm). 2 )if,
(1) Pseudo glow discharge current Iag ′ ≧ 0.14 × Sc (A) in a steady state,
(2) Output voltage Vag ′ ≧ 180 (V) in a steady state,
(3) Time τ ≦ 170 (μs) required for the output voltage Vag ′ to reach 90% of the voltage in the steady state;
It has the characteristic which becomes.
[0021]
The fourth means is any one of the first means to the third means.
The discharge lamp power supply device includes an output variable DC power source that inputs a DC voltage and applies a variable-controlled output voltage to the high-pressure mercury vapor lamp via a smoothing capacitor, and the smoothing capacitor The capacity of the smoothing capacitor is increased at the time of arc discharge transition.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0023]
FIG. 1 is a diagram showing a temporal change in discharge current at the time of transition from arc discharge to glow discharge at the time of starting a high-pressure mercury vapor lamp and further from glow discharge to arc discharge.
[0024]
First, the principle of preventing the lamp from turning off will be described with reference to FIG.
[0025]
In a high-pressure mercury vapor lamp with a relatively large amount of mercury enclosed, when discharge starts with liquid mercury adhering to the cathode, arc discharge first appears, and the mercury on the cathode quickly evaporates. At time tg in the figure, when mercury is completely depleted from the cathode, arc discharge at a low interelectrode voltage is completed, and shift to glow discharge occurs. However, since the impedance between the electrodes rapidly increases at the time tg, the lamp current Ia tends to decrease rapidly, and the lamp goes out at this time.
[0026]
The inventors have been able to create a power supply device that does not disappear by adding various improvements to the power supply device.
[0027]
As a result of testing with a test circuit described below, it has been found that it is necessary to satisfy a predetermined condition in order to prevent the power supply apparatus from disappearing.
[0028]
First, the test circuit will be described. Figure 2 shows the volume of discharge space of a high-pressure mercury vapor lamp 3 It is a figure which shows the test circuit for finding the electric power feeder for discharge lamps used for the high-pressure mercury vapor lamp with much mercury enclosure amount in which 0.15 mg or more of mercury was enclosed per one.
[0029]
The case where the high-pressure mercury vapor lamp used in the present embodiment has an arc discharge resistance of 5Ω during arc discharge and a glow discharge resistance of 300Ω during glow discharge will be described.
[0030]
In the figure,
[0031]
Here, the
[0032]
In the operation of this test circuit, the
[0033]
Next, conditions that should be satisfied when a power feeding device that does not disappear is tested with this test circuit will be described.
[0034]
The condition will be described with reference to FIG. 1. The period Td in which the pseudo glow lamp current when the impedance of the high-pressure mercury vapor lamp suddenly increases is 30% or less of the pseudo lamp current Iao ′ immediately before the rapid increase does not exist or exists. Even if it is 10 μs or less continuously, the time Tr until the pseudo glow lamp current at the time when the impedance of the high pressure mercury vapor lamp suddenly increases is restored to at least 70% of the pseudo lamp current Iao ′ immediately before the rapid increase. Has been experimentally found that the lamp can be prevented from extinguishing when the power supply apparatus satisfies this condition. In addition, when starting lighting under such conditions, it has become clear that the lamp can be prevented from extinguishing even in the worst case where the lamp is vertically installed with the cathode down and the anode up.
[0035]
This is because when the lamp current is cut or decreased, the discharge plasma decreases and eventually disappears. However, if the lamp current is restored to a predetermined level before the discharge plasma disappears, the discharge plasma can be avoided. Therefore, in order to prevent the lamp from going out at the time of transition to glow discharge, the pseudo glow lamp current when the impedance of the high pressure mercury vapor lamp suddenly increases is 30% or less of the pseudo lamp current Iao ′ immediately before the rapid increase. The period Td is not present at all, or even if it exists, it is required to be continuously 10 μs or less.
[0036]
Even if there are a plurality of periods Td in which the pseudo glow lamp current when the impedance of the high-pressure mercury vapor lamp suddenly increases is 30% or less of the pseudo lamp current Iao ′ immediately before the sudden increase in impedance, the individual periods should be 10 μs or less. For example, it does not matter if the sum of periods exceeds that. Naturally, it is ideal that the period Td that is 30% or less does not exist. However, if the period Td is 8 μs or less, the above-described problem can be achieved with a margin, and further, 5 μs or less. More desirable.
[0037]
Further, by controlling the time Tr until the pseudo glow lamp current when the impedance of the high-pressure mercury vapor lamp suddenly increases to recover at least 70% of the pseudo lamp current Iao ′ immediately before the rapid increase is 100 μs or less, After the transition to the glow discharge, thermionic emission for quickly transitioning to the arc discharge can be activated quickly.
[0038]
Moreover, the shorter the time Tr until the pseudo glow lamp current when the impedance of the high-pressure mercury vapor lamp suddenly increases is restored to at least 70% of the pseudo-lamp current Iao ′ immediately before the rapid increase of the impedance of the high-pressure mercury vapor lamp is preferable. If the time is 80 μs or less, the above-mentioned problem can be achieved with a margin, but if it is 60 μs or less, it is more desirable. In terms of the degree of recovery of the lamp current, if the pseudo lamp current Iao ′ immediately before the sudden increase in impedance of the high-pressure mercury vapor lamp is restored to at least 85%, the problem can be achieved with a margin.
[0039]
Here, to specify the discharge lamp power supply device of the present invention using the test circuit, in order to prevent the high-pressure mercury vapor lamp from extinguishing, various elements of the discharge lamp power supply device are adjusted, This is because it is important to determine whether or not the finally changed discharge lamp power supply apparatus satisfies the predetermined condition.
[0040]
FIG. 3 is a diagram showing the pseudo lamp current Ia ′ and the pseudo lamp voltage Va ′ in the discharge lamp power supply apparatus that does not cause extinction in the test circuit shown in FIG. Here, FIG. 3A and FIG. 3B show the same phenomenon, but the time scale is different.
[0041]
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the pseudo lamp current Ia ′ and the pseudo lamp voltage Va ′ in the discharge lamp power supply apparatus in which the test circuit shown in FIG. is there. Here, FIG. 4A and FIG. 4B also show the same phenomenon, but the time scale is different.
[0042]
3 and 4 are subjected to an oscilloscope smoothing process for easy comparison with FIGS. 8 and 10 described later.
[0043]
As described above, by testing the discharge lamp power supply device to be evaluated using the test circuit as shown in FIG. 2, various improved discharges based on the test results as shown in FIGS. It is possible to find a discharge lamp power supply device that does not cause the lamp to disappear from the power supply device for the lamp.
[0044]
As described above, according to the present embodiment, Ra is the arc discharge resistance at the time of arc discharge of the actual high-pressure mercury vapor lamp, and Rb is the glow discharge resistance at the time of glow discharge. When a connection is made from a state in which a
[0045]
Next, the power supply apparatus for a discharge lamp according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0046]
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a configuration of a discharge lamp power supply apparatus. In the figure, there are 17 DC power supplies, and the voltage from the
[0047]
Reference numeral 1 denotes a high-pressure mercury vapor discharge lamp, in which a relatively large amount of mercury is sealed in a
[0048]
In the figure, an example in which the
[0049]
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the configuration of the power feeding
[0050]
In the figure, the detected lamp
[0051]
The lamp
[0052]
On the other hand, the lamp
[0053]
The output of the error integrator 46 is output as an overpower
[0054]
Since the current
[0055]
The
[0056]
Here, the higher the step-down
[0057]
As a result, the lamp current Ia is controlled so that the lamp power Pa becomes the predetermined rated power value Pas, and the lamp current Ia is controlled so that the lamp current Ia does not substantially exceed the predetermined limit current value Ias. And a function of controlling the lamp current Ia so as not to exceed the limit current value Ias over the function of controlling the lamp current Ia so as to be the rated power value Pas. The
[0058]
Specifically, in order to realize the invention according to the present embodiment, for example, the
[0059]
5 and 6 are described for the purpose of explaining the basic configuration of the power supply device for a discharge lamp according to the present invention, but in order to actually realize it, if necessary, For stable operation and safe operation of the circuit, it is necessary to add an additional part such as a protection circuit and a noise filter and an additional circuit, or conversely, to simplify the circuit. In particular, the
[0060]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0061]
The present embodiment relates to a discharge lamp power supply apparatus to which a function for more reliably preventing the discharge lamp power supply apparatus obtained in the first embodiment from disappearing.
[0062]
In general, as shown in FIG. 7, in a mercury vapor lamp power supply device, the lamp power Pa becomes a predetermined rated power value Pas even if the lamp voltage Va fluctuates due to a change in impedance between the electrodes. Thus, the lamp current Ia is controlled. At that time, when the lamp voltage Va is very low, in order to achieve the rated power value Pas, it is necessary to flow a very large lamp current Ia. In practice, however, destruction of circuit elements provided in the power feeding device is prevented. Therefore, the lamp current Ia is controlled so that the lamp current Ia does not exceed a predetermined limit current value Ias. This control is performed with priority over the control of the lamp current Ia so that the rated power value Pas is obtained. Further, as shown in the figure, a maximum voltage value Vas is defined, but this is a limit for preventing the maximum voltage necessary for safety from being exceeded when no load is released. Therefore, the voltage-current characteristic of a general discharge lamp power supply device based on the above results is based on a hyperbola H as shown in FIG.
[0063]
8 (a), (b), and (c) are diagrams showing the time course of the lamp current Ia, the lamp voltage Va, and the lamp power Pa during this period.
[0064]
When lighting a high-pressure mercury vapor lamp with a relatively large amount of mercury enclosed in a general discharge lamp power supply device related to the present invention, the state of arc discharge when liquid mercury is present on the cathode immediately after lighting is as follows: Since the impedance between the electrodes is sufficiently low, it is considered to be at point A in FIG. This is a state in which the lamp current Ia is controlled so as not to exceed a predetermined limit current value Ias, and the rated power value is not achieved in this state. Next, when mercury completely evaporates from the cathode and shifts to glow discharge, the impedance between the electrodes increases, and the lamp voltage Va rises rapidly. Therefore, a point along the voltage-current characteristic curve H in FIG. As shown in FIG. 8A, the lamp current Ia is greatly reduced from the lamp current Iao immediately before the rapid increase in the impedance of the high-pressure mercury vapor lamp occurs. There is a possibility of disappearing.
[0065]
Therefore, in order to avoid such a state, it does not follow the voltage-current characteristic curve H of FIG. 7, but passes through a region above the voltage-current characteristic curve H, that is, an overpower region. Here, as to the conditions regarding the way of passing through the overpower region, the test circuit of FIG. 2, that is, the resistance value substantially equal to the lamp impedance at the time of arc discharge and the lamp impedance at the time of glow discharge of about 1 as in the above. It can be defined using a test circuit that switches between resistance values equal to / 7.
[0066]
FIG. 9 is a diagram showing voltage-current characteristics intended by the invention according to this embodiment.
[0067]
As shown in the voltage-current characteristic of the figure, when moving from the point A to the point B, instead of following the voltage-current characteristic curve H, the predetermined current is set in a region U of at least 70% of the pseudo lamp current Iao ′ at the point A. After staying for a time, the point B is shifted.
[0068]
FIGS. 10A, 10B, and 10C are diagrams showing time courses of the pseudo lamp current Ia ′, the pseudo lamp voltage Va ′, and the pseudo lamp power Pa ′ during this period.
[0069]
In the power supply device for a discharge lamp according to the present embodiment, the function of making the time for staying in the region U at least 70% of the pseudo lamp current Iao ′ at the point A to be 50 ms or more is added. It can be realized reliably.
[0070]
Here, in order to maintain the discharge, thermionic emission must be activated quickly. For this purpose, at least 70% of the pseudo lamp current Iao ′ immediately before the impedance of the high-pressure mercury vapor lamp rapidly increases is recovered. The longer the control period Tu is, the more advantageous in that the lamp can be prevented from extinguishing. However, if it is 70 ms or longer, the object of the present invention can be achieved with a margin, and more preferably 100 ms or longer.
[0071]
Further, since the region U of at least 70% of the pseudo lamp current Iao ′ at the point A is an overpower operation, in order to realize this, the power supply device has a predetermined rated power value Pas originally possessed. The function of controlling the pseudo lamp current Ia ′ may be added only for the time during which the pseudo lamp current Iao ′ at the point A stays in the region U at least 70% of the pseudo lamp current Iao ′. Note that this overpower operation is inherently inconvenient for the safe operation of the lamp and the power supply device, and therefore should not be continued for a longer time than necessary. In practice, 300 ms is sufficient.
[0072]
Specifically, in order to realize the invention according to this embodiment, the pseudo lamp current Ia ′ is controlled so as not to exceed the limit current value Ias by using the discharge lamp power supply device shown in FIGS. When the impedance of the high-pressure mercury vapor lamp 1 suddenly increases in the operating state, control is performed so that the pseudo lamp current Iao ′ immediately before the rapid increase of the impedance of the high-pressure mercury vapor lamp 1 recovers to at least 70%. For example, an error for controlling the rated power value Pas by setting the
[0073]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0074]
FIG. 11 shows a discharge space of a high-pressure mercury vapor lamp with a volume of 1 mm. 3 More than 0.15mg mercury and 1mm per 3 1 × 10 per -7 It is a figure which shows the test circuit for finding the electric power feeding apparatus for discharge lamps which are used for the high pressure mercury vapor lamp with a comparatively much mercury enclosure amount in which mol halogen was enclosed, and a lamp does not extinguish.
[0075]
The inventors of the present invention have found that when the discharge lamp power supply device satisfies the conditions described later by this test circuit, the discharge lamp power supply device can effectively prevent the lamp from extinguishing.
Note that the high-pressure mercury vapor lamp used in this embodiment also has an arc discharge resistance Ra during arc discharge of approximately 5Ω and a glow discharge resistance Rb during glow discharge of approximately 300Ω, as in the first embodiment. The description will be made on the premise that what is presented is used.
[0076]
In the figure,
[0077]
Here, the
[0078]
FIG. 12 is a diagram showing temporal changes in the pseudo lamp current Ia ′ and the pseudo lamp voltage Va ′ when the connection is switched from the state of only the
[0079]
In the present embodiment, the surface area of the cathode is Sc (mm 2 ), When only the
(1) Pseudo glow discharge current Iag ′ ≧ 0.14 × Sc (A) in a steady state after switching from the
(2) Output voltage Vag ′ ≧ 180 (V) of the discharge lamp power supply device in a steady state after switching from the
(3) Time τ ≦ 170 (μs) required for the output voltage Vga ′ in the steady state after switching from the
It has been found that when the above conditions are satisfied, the discharge lamp
[0080]
Here, the surface area of the cathode is the surface area of the entire electrode having a cathode action exposed in the discharge space.
The reason why the supply capacity of the pseudo glow discharge current Iag ′ in the steady state should be increased in proportion to the surface area Sc of the cathode is different from that in the arc discharge. In the glow discharge, the discharge occurs over the entire cathode surface. This is because the electrode surface cannot be heated so that it can shift to arc discharge by thermionic emission unless it has the ability to supply a current corresponding to the cathode surface area. The supply capacity of the pseudo glow discharge current is more preferably Iag ′ ≧ 0.016 × Sc.
[0081]
At this time, the reason why the supply capacity of 180 V or more is necessary as the pseudo glow voltage Vag ′ in the steady state is that the amount of enclosed halogen in the case of a discharge lamp in which a rare gas such as mercury or argon and a halogen such as bromine are enclosed. 1mm 3 1 × 10 per -7 This is because if it is at least mol, the glow discharge requires a voltage of 180 V or more regardless of the distance between the cathode and the anode, the gas pressure, and the like.
[0082]
The supply capability of the output voltage Vag ′ is more desirable if Vag ′ ≧ 200V.
[0083]
The reason why the time τ required for the output voltage Vag ′ to reach 90% of the voltage in the steady state should be 170 μs or less is that if this takes a long time, the glow discharge cannot be maintained and the discharge is stopped. After that, when the voltage is sufficiently increased, the probability that the electrode has already cooled down and eventually disappeared increases. It is more desirable that τ ≦ 100 μs.
[0084]
In the experiments by the inventors, about 25 mm under the conditions of Vag′≈200 V and τ≈100 μs. 2 In the case of a lamp using a cathode having a surface area of 2 mm, the extinction rate was completely 0% by setting Iag′≈0.4 A.
[0085]
Even if the performance was reduced to Vag′≈180 V, τ≈170 μs, and Iag′≈0.35 A, the extinction rate was 1% or less, which was sufficiently practical.
[0086]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0087]
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a discharge lamp power supply apparatus according to the present embodiment.
[0088]
In the figure, 72 is a smoothing capacitor provided so as to be connectable in parallel with the smoothing
[0089]
FIG. 14 is a diagram showing the time course of the lamp voltage when the high-pressure mercury vapor lamp is started and lit using the discharge lamp power supply apparatus according to the present embodiment.
[0090]
In the present embodiment, as shown in FIG. 13, after the period when the impedance during the glow discharge of the lamp is large, the
[0091]
In the description of the discharge lamp power supply device shown in FIG. 5 above, it has been explained that it is advantageous to reduce the capacitance of the smoothing
[0092]
In view of the above problem, in the invention of the present embodiment, as shown in FIG. 14, the
[0093]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, when a high-pressure mercury vapor lamp having a relatively large amount of mercury is used, the lamp is prevented from extinguishing when mercury is completely evaporated from the cathode at the beginning of lighting. be able to.
[0094]
According to the invention described in
[0095]
According to the third aspect of the present invention, when a high-pressure mercury vapor lamp having a relatively large amount of mercury is used, the lamp is prevented from extinguishing when mercury is completely evaporated from the cathode at the initial stage of lighting. be able to.
[0096]
According to the invention described in
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a temporal change in discharge current at the time of transition from arc discharge to glow discharge at the time of starting a high-pressure mercury vapor lamp and from glow discharge to arc discharge.
FIG. 2 is a diagram showing a test circuit for finding a discharge lamp power supply device used in the high-pressure mercury vapor lamp according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a pseudo lamp current I ′ and a pseudo lamp voltage V ′ in a discharge lamp power supply apparatus that satisfies predetermined conditions and does not disappear in the test circuit shown in FIG. 2;
4 is a diagram showing a pseudo lamp current I ′ and a pseudo lamp voltage V ′ in a power supply device for a discharge lamp that does not satisfy a predetermined condition and is extinguished in the test circuit shown in FIG. 2;
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a configuration of a discharge lamp power supply apparatus according to first and second embodiments.
6 is a diagram illustrating an example of a configuration of a power feeding
FIG. 7 is a diagram showing characteristics of a lamp current Ia and a lamp voltage Va of a high-pressure mercury vapor lamp.
FIG. 8 is a diagram showing the time course of lamp current Ia, lamp voltage Va, and lamp power Pa of a high-pressure mercury vapor lamp.
FIG. 9 is a diagram showing characteristics of a pseudo lamp current Ia ′ and a pseudo lamp voltage Va ′ of the high-pressure mercury vapor lamp according to the second embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a time course of pseudo lamp current Ia ′, lamp voltage Va ′, and lamp power Pa ′ of the high-pressure mercury vapor lamp according to the second embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing a test circuit for finding a discharge lamp power supply device used in a high-pressure mercury vapor lamp according to a third embodiment.
12 is a diagram showing the characteristics of the pseudo lamp current Ia ′ and the pseudo lamp voltage Va ′ in the power supply apparatus for a discharge lamp that satisfies a predetermined condition and does not disappear in the test circuit shown in FIG.
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a discharge lamp power supply apparatus according to a fourth embodiment.
FIG. 14 is a diagram showing the time history of the lamp voltage Va of the high-pressure mercury vapor lamp according to the fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
1 High-pressure mercury vapor lamp
2 Power supply device for discharge lamp
3 Envelope
4 Cathode
4a Cathode root
5 Anode
6 Discharge space
7 Igniter
8 transformer
9 Coils
10 Igniter drive circuit
11 Switch element
12 Gate drive circuit
13 Diode
14 Inductor
15 Smoothing capacitor
16 Step-down chopper
17 DC power supply
18 Voltage detector
19 Current detector
20 Lamp voltage signal
21 Lamp current signal
22 Gate drive signal
23 Igniter control signal
24 Power feeding device control circuit
25 buffers
26 Resistance
27 Operational amplifier
28 Resistance
29 Current limiting signal generator
30 capacitors
31 Error integrator
32 resistance
33 Resistance
34 Operational amplifier
35 Inverter
36 Overcurrent signal
37 diodes
38 buffers
39 Multiplier
40 Power signal
41 Resistance
42 operational amplifier
43 Resistance
44 Rated power value signal generator
45 capacitors
46 Error integrator
47 Resistance
48 resistance
49 Operational Amplifier
50 Inverter
51 Excessive power signal
52 Diode
53 Resistance
54 Step-down chopper control signal
55 Sawtooth generator
56 comparator
57 FET
58 Gate drive circuit
59 Resistance
60 resistance
Claims (4)
前記放電灯用給電装置は、前記高圧水銀蒸気ランプのアーク放電時のアーク放電抵抗にほぼ等しい疑似アーク放電抵抗と、前記高圧水銀蒸気ランプのグロー放電時のグロー放電抵抗のほぼ1/7の疑似グロー放電抵抗を有する試験回路を接続して、
前記擬似アーク放電抵抗に電流が流れている状態から、前記疑似グロー放電抵抗に電流が流れている状態に切り替えた場合に、
前記疑似グロー放電電流が、前記疑似アーク放電電流の30%以下である連続した期間が10μs以下であり、かつ、前記疑似アーク放電電流の少なくとも70%に回復するまでの時間が100μs以下となる特性を有することを特徴とする放電灯用給電装置。Is provided a cathode and an anode in a discharge space surrounded by the sealing member, in the discharge space, and a rare gas, 1 mm 3 per 0.15mg of mercury in the discharge space is sealed, at startup, the arc discharge state In a discharge lamp power supply device for lighting a high-pressure mercury vapor lamp having a glow discharge state ,
The discharge lamp power supply device includes a pseudo arc discharge resistance substantially equal to an arc discharge resistance during arc discharge of the high pressure mercury vapor lamp and a pseudo 1/7 of a glow discharge resistance during glow discharge of the high pressure mercury vapor lamp. Connect a test circuit with glow discharge resistance,
When switching from the state in which current flows through the pseudo arc discharge resistance to the state in which current flows through the pseudo glow discharge resistance,
A characteristic in which a continuous period in which the pseudo glow discharge current is 30% or less of the pseudo arc discharge current is 10 μs or less, and a time until recovery to at least 70% of the pseudo arc discharge current is 100 μs or less. A power supply device for a discharge lamp, comprising:
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