JP5030021B2

JP5030021B2 - 高圧放電灯点灯装置及び光源装置並びにその制御方法

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Publication number: JP5030021B2
Application number: JP2007318427A
Authority: JP
Inventors: 義男西沢; 正幸小林; 信義田島
Original assignee: Iwasaki Denki KK
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Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2012-09-19
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Description

本発明は高圧放電灯点灯装置に関し、特に、調光動作時におけるランプ電圧低下に起因する高圧放電灯点灯装置の過大な温度上昇を防止する技術に関するものである。

近年、例えば石英ガラスからなる放電容器内に０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と１ｍｍ^３当り１×１０^−７モルのハロゲンが封入され、かつ一対の電極間距離が１ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下の高圧水銀放電ランプを用いたプロジェクターにおいて、図７に示す回路構成の高圧放電灯点灯装置が普及しつつある。この高圧放電灯点灯装置は直流電源１、降圧チョッパ回路２、フルブリッジ回路３、イグナイタ回路４、調光制御回路９及び制御回路１０から構成され、イグナイタ回路４はイグナイタ制御回路７を含み、制御回路１０はチョッパ制御回路５及びフルブリッジ制御回路６を含む。

直流電源１は商用交流電源を整流平滑するものであればよく、力率改善回路などが含まれるのが一般的である。さらに、点灯回路は高圧水銀放電ランプ（以下、「高圧放電灯」という）Ｌａの電圧（以下、「ランプ電圧」という）を検出する抵抗Ｒ１及びＲ２からなる電圧検出回路、並びに高圧放電灯Ｌａに流れる電流（以下、「ランプ電流」という）を検出する抵抗Ｒ３からなる電流検出回路を備える。

チョッパ制御回路５が降圧チョッパ回路２のスイッチング素子Ｑ１（例えばＭＯＳＦＥＴ）のデューティ比をコントロールすることにより、直流電源１の出力電流が適切な値に変換された後、その出力電流がフルブリッジ回路３へ出力される。

フルブリッジ制御回路６がフルブリッジ回路３のスイッチング素子Ｑ２及びＱ５とＱ３及びＱ４とを交互に導通させ、５０Ｈｚ〜１ｋＨｚ程度の低周波矩形波電流が高圧放電灯Ｌａに出力される。
イグナイタ制御回路７は、高圧放電灯Ｌａの始動前に、トランスＴ１の１次巻線Ｎ１に数百Ｖの電圧を印加することにより２次巻線Ｎ２に高電圧パルス（数ｋＶから十数ｋＶ）を発生させ、高圧放電灯Ｌａを始動させる。高圧放電灯Ｌａの始動後、イグナイタ制御回路７は動作を停止する。

調光制御回路９は点灯装置の外部（調光信号発振回路８）からの調光信号を受け取り、適宜信号変換してチョッパ制御回路５に出力する。チョッパ制御回路５は調光信号を受信すると、ランプ電力が設定された調光電力になるようスイッチング素子Ｑ１のデューティ比を制御する（オンデューティ幅を減少させる）。これにより高圧放電灯Ｌａの電力（以下、「ランプ電力」という）が低減され、調光が行われる。

冷却ファン制御部１１ａは、後述するように調光信号に応じて冷却ファン１１ｂの出力を増減する。なお、冷却ファン制御部１１ａ及び冷却ファン１１ｂは高圧放電灯点灯装置には含まれないものとする。

図８に、例えば全光電力１５０Ｗ、調光電力１２５Ｗのランプ電力特性について、ランプ電力と高圧放電灯点灯装置の回路損失を示す。図８において、横軸がランプ電圧、縦軸がランプ電力と回路損失を示し、全光点灯時のランプ電力Ｐｆと高圧放電灯点灯装置の回路損失Ｌｆを点線で、調光時のランプ電力Ｐｄと回路損失Ｌｄを実線で示す。
図８の例では、ランプ電力が所定の全光電力、所定の調光電力になるまでは２．５Ａの定電流制御が行われ、１５０Ｗの全光モードの場合はランプ電圧６０Ｖ以上から定電力制御となり、１２５Ｗの調光モードの場合はランプ電圧５０Ｖ以上から定電力制御となる。

ところで、近年、プロジェクターでは冷却ファンの騒音低減が課題となっている。そして、図８の回路損失に示すように、調光動作を行っている時は全体的に高圧放電灯点灯装置の回路損失が全光動作時より低くなることから、冷却ファンの出力を低下させることによる静音化が検討されてきている。
特開２００３−２６４０９４号公報

ここで、高圧放電灯Ｌａ内部での現象について説明する。高圧放電灯Ｌａは点灯時に加熱された電極材料であるタングステンが蒸発し、発光管内に存在するハロゲン等と結合し、タングステン化合物が形成される。
このタングステン化合物は対流などによって管璧付近から電極先端付近へ拡散し、高温部でタングステン原子に分解される。そしてタングステン原子はアーク中で電離することで陽イオンとなる。交流点灯している両電極が陽極と陰極を点灯周波数ごとに繰り返すが、この陰極動作をしている時にアーク中の陽イオンは、電界によって陰極側に引き寄せられることで両電極先端に析出され、それが突起を形成することによりランプ電圧の上昇を抑制している。

しかし、調光点灯時は高圧放電灯Ｌａのランプ電流は定格（全光）点灯時に比べ低くなるため、電極のタングステンの蒸発量も少なくなり、特にライフ初期の高圧放電灯においては両電極先端の突起が成長しすぎて定格点灯時のランプ電圧よりランプ電圧が低くなる傾向がある。そこで、通常は図８に示すように、あるランプ電圧値を境に、ランプ電圧がそれ以上の場合には定電力制御が、それ以下の場合には定電流制御が行われるが、この境目のランプ電圧の値は全光点灯については６０Ｖ前後であり、調光点灯については、電極突起の成長によるランプ電圧低下を考慮して５０Ｖ前後とするのが一般的となっている。

ところで、高圧放電灯点灯装置の回路損失は、調光時の損失が全光時の損失に比べて十分小さいとは一概にいえない。
ランプ電圧が６０Ｖ以上の範囲では、調光点灯時の回路損失Ｌｄは全光点灯時の回路損失Ｌｆに比べてランプ電力相応に小さい。一方、ランプ電圧が５０Ｖ〜６０Ｖでは両回路損失の差は縮まり、ランプ電圧が５０Ｖ以下の範囲では、両回路損失の差はほとんどない。従って、調光時のランプ電圧５０Ｖ近辺及びそれ以下においては、回路損失が全光時と大きく変わらないにもかかわらず、冷却ファンの出力を下げていることになる。従って、調光時においてランプ電圧が低い場合は高圧放電灯点灯装置が十分には冷却されない状態が発生する。

図２Ａは全光点灯における高圧放電灯Ｌａに供給する電力を制御するスイッチング素子Ｑ１のスイッチング波形（電圧−電流波形）及びスイッチング損失波形であり、図２Ｂは調光点灯における同様の波形である。
チョッパ制御回路５によってスイッチング素子Ｑ１のデューティ比のみがコントロールされ、そのスイッチング周波数ｆ１は定格（全光）点灯と調光点灯とで同じである。そして、通常、降圧チョッパ回路２の設計は出力の大きい全光出力に合わせて設計され、コイルＬ１に流れる電流の最大値に合わせてコイルの仕様（コアサイズ、インダクタンスなど）が決まる。その際に、コイル１の小型化のために周波数ｆ１はスイッチング素子Ｑ１あるいはチョッパ制御回路５の能力の範囲内で高く設定するのが望ましいとされてきた。

図２Ａ及び２Ｂに示すように、調光点灯の場合では、ランプ電圧が全光時と同であれば、スイッチング素子に流れる電流（以下、「スイッチング電流」という）が低下する分だけスイッチング損失が少なくなっている。逆に、定電力制御の下限付近かそれ以下においては、スイッチング電流は全光設定においても調光設定においてもほぼ同じになることから、スイッチング損失もほぼ等しくなることが分かる。

そのため、プロジェクター動作時の冷却ファンの騒音低下のために、調光点灯時に冷却ファンの出力を下げると、調光点灯時においてランプ電圧の低い高圧放電灯との組み合わせにおいては高圧放電灯点灯装置の発熱を冷却しきれず、温度保護回路の動作温度にまで達してしまう場合があり、最悪の場合、高圧放電灯点灯装置の破壊を引き起こしてしまう可能性がある。

また特許文献１にはランプ電圧が低下した場合は、低周波矩形波のランプ電流波形のデューティ（通電期間）の変化やランプ電流の増加によって強制的に電極の突起を溶かしてランプ電圧が高くなるように回復させる方法が開示されているが、この場合、電極にストレスが加わるためランプ寿命を考慮すると必ずしも望ましい方法とは言えない。

そこで、調光時において、高圧放電灯Ｌａへの投入電力を当初設定の調光電力とし、かつファン出力低減により静音化を図りつつも、高圧放電灯点灯装置の発熱を抑制するために回路損失を従来よりも低減する必要がある。

本発明の第１の側面は、調光時に全光時よりも冷却出力が弱められる光源装置内部で使用される高圧放電灯点灯装置であって、直流電源部（１）、少なくとも１つのスイッチング素子のスイッチング動作によって直流電源部からの入力を制限して高圧放電灯へ出力する降圧コンバータ（２０）、高圧放電灯のランプ電流及びランプ電圧を検出する検出部（２５）、調光信号を出力する調光制御部（９０）、並びにランプ電流とランプ電圧から演算されるランプ電力又はランプ電流及び調光信号に応じてスイッチング動作を制御するコンバータ制御部（５０）を備え、コンバータ制御部が、調光信号に応じてランプ電力又はランプ電流が全光設定値又は調光設定値になるようにスイッチング動作におけるデューティ比を決定するＰＷＭ制御部（５０１）、調光信号に応じてスイッチング動作におけるスイッチング周波数を決定する周波数制御部（５０２）、及びＰＷＭ制御部によって決定されたデューティ比及び周波数制御部によって決定されたスイッチング周波数に従ってスイッチング素子のゲート信号を生成するドライバ（５０３）からなり、周波数制御部において、調光信号受信時（調光時）のスイッチング周波数が全光時のスイッチング周波数よりも低くなるように構成された高圧放電灯点灯装置である。

上記第１の側面において、コンバータ制御部において、ＰＷＭ制御部によって決定されたデューティ比の下で、かつ、スイッチング素子を流れる電流ピーク値が所定値を超えない範囲で調光時のスイッチング周波数が決定されるようにした。
ここで、その所定値を、全光時にスイッチング素子を流れる電流ピーク値の最大値とした。
また、高圧放電灯が、石英ガラスからなる放電容器内に０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀が封入され、かつ一対の電極間距離が１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の高圧水銀放電ランプである場合に、全光時及び調光時のスイッチング周波数を７０ｋＨｚから１１０ｋＨｚの範囲内とした。

本発明の第２の側面は、上記第１の側面の高圧放電ランプ点灯装置、高圧放電ランプ、高圧放電ランプが取り付けられた反射鏡、高圧放電ランプ点灯装置及び反射鏡を内包する筐体、並びに筐体内を冷却する冷却ファンを備えた光源装置である。

本発明の第３の側面は、調光時に全光時よりも冷却出力が弱められる光源装置内部で使用される高圧放電灯点灯装置を制御する方法であって、高圧放電灯点灯装置が、少なくとも１つのスイッチング素子のスイッチング動作によって直流電源部からの入力を制限して高圧放電灯へ出力するための降圧コンバータ（２０）、高圧放電灯のランプ電流及びランプ電圧を検出する検出部（２５）、及びスイッチング動作を制御するコンバータ制御部（５０）を備え、その方法が（Ａ）コンバータ制御部が調光信号の有無を判断するステップ、（Ｂ２）調光信号が無い場合（全光の場合）、コンバータ制御部がスイッチング素子を、ランプ電流とランプ電圧から演算されるランプ電力又はランプ電流が全光設定値になるデューティ比で、かつ、第１の周波数でスイッチングさせるステップ、及び（Ｃ２）調光信号が有る場合（調光の場合）、コンバータ制御部がスイッチング素子を、ランプ電力又はランプ電流が調光設定値になるデューティ比で、かつ、第１の周波数よりも低い第２の周波数でスイッチングさせるステップからなる構成とした。

本発明の第４の側面は、冷却ファン（７１）及び冷却ファンによって直接又は間接的に冷却される高圧放電灯点灯装置（６０）を備えた光源装置（１００）を制御する方法であって、高圧放電灯点灯装置が、少なくとも１つのスイッチング素子のスイッチング動作によって直流電源部からの入力を制限して高圧放電灯へ出力するための降圧コンバータ（２０）、高圧放電灯のランプ電流及びランプ電圧を検出する検出部（２５）、及びスイッチング動作を制御するコンバータ制御部（５０）を備え、冷却ファンが冷却ファン制御部（７０）を有し、その方法が、（Ａ）冷却ファン制御部及びコンバータ制御部が調光信号の有無を判断するステップ、（Ｂ）調光信号が無い場合（全光の場合）、（Ｂ１）冷却ファン制御部が冷却ファンを第１の回転数で回転させるステップ、及び（Ｂ２）コンバータ制御部がスイッチング素子を、ランプ電流とランプ電圧から演算されるランプ電力又はランプ電流が全光設定値になるデューティ比で、かつ、第１の周波数でスイッチングさせるステップ、並びに（Ｃ）調光信号が有る場合（調光の場合）、（Ｃ１）冷却ファン制御部が冷却ファンを第１の回転数よりも低い第２の回転数で回転させるステップ、及び（Ｃ２）コンバータ制御部がスイッチング素子を、ランプ電力又はランプ電流が調光設定値になるデューティ比で、かつ、第１の周波数よりも低い第２の周波数でスイッチングさせるステップからなる構成とした。

上記第３及び第４の側面において、ステップ（Ｃ２）が、（Ｃ２１）ランプ電力又はランプ電流が調光設定値になるデューティ比を決定するステップ、（Ｃ２２）スイッチング素子を流れる電流が所定値以下になるオンデューティ幅を決定するステップ、及び（Ｃ２３）デューティ比及びオンデューティ幅から第２の周波数を決定するステップからなる構成とした。
また、高圧放電灯が、石英ガラスからなる放電容器内に０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀が封入され、かつ一対の電極間距離が１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の高圧水銀放電ランプである場合、第１及び第２の周波数を７０ｋＨｚから１１０ｋＨｚの範囲内とした。

本発明の高圧放電灯点灯装置及び同装置の制御方法によれば、降圧コンバータのスイッチング動作のデューティ比をコントロールすることによって高圧放電灯に供給する電力を制御するとともに、スイッチング素子の調光時のピーク電流値が所定値（例えば、全光点灯時のピーク電流の値）を超えない範囲でスイッチング周波数を低下させるように構成したので、単位時間当たりのトランジスタのオン・オフ回数が減り、スイッチング素子での電力損失を低減させることができる。そして、スイッチング素子のピーク電流を全光点灯時のピーク電流の値を超えない範囲に制限することにより、降圧コンバータを構成するコイル類の磁束飽和を防止することができる。

これにより、調光時において、高圧放電灯への投入電力を当初設定の調光電力とし、かつファン出力低減により静音化を図りつつも、高圧放電灯点灯装置の発熱を抑制することができる。当然に、降圧コンバータの全光時の動作条件についても最適な設計を確保することができる。

本発明の実施の形態を以下に説明する。
図１Ａに本発明における高圧放電灯点灯装置のブロック図を示す。図示するように、同装置は、直流電源部１、少なくとも１つのスイッチング素子Ｑのスイッチング動作によって直流電源部１からの入力を高圧放電灯Ｌａの電流に変換して出力する降圧コンバータ２０、ランプ電流及びランプ電圧を検出する検出部２５、降圧コンバータ２０からの出力を受けて高圧放電灯Ｌａの始動動作、ランプ電流波形調整などを行う出力部３５、調光信号を出力する調光制御部９０、並びにランプ電流とランプ電圧から演算されるランプ電力又はランプ電流及び調光信号に応じてスイッチング素子Ｑの動作を制御するコンバータ制御部５０を備える。

降圧コンバータ２０は、後述する図１Ｃのようなバックコンバータ（降圧チョッパ回路）であってもよいし、絶縁型のフライバックコンバータ、フォワードコンバータなど種々の降圧コンバータが適用可能である。即ち、少なくとも１つのスイッチング素子によって入力電源をオン・オフし、そのスイッチング動作によってコイル又はトランスのエネルギーを充放電させ、必要に応じてダイオードで整流し、その出力をコンデンサで平滑して直流出力を行うようなものであればよい。

出力部３５について、本発明の特徴は後述するコンバータ制御部５０（チョッパ制御回路５１）の構成・動作にあるので、出力部３５における電力変換・電力印加方法はどのようなものであってもよい。例えば、高圧放電灯Ｌａが交流点灯ランプの場合は、後述する実施例のように出力部３５をフルブリッジ回路で構成すればよいし、高圧放電灯Ｌａが直流点灯ランプの場合は、降圧コンバータ２０の出力を交流変換せずに印加する構成とすればよい。また、交流変換手段についても、実施例ではフルブリッジ回路によって交流変換するものを示すが、交流変換の方法はこれに限られず、プッシュプル等他の方式のものでもよい。

図１Ｂにコンバータ制御部５０の詳細を示す。コンバータ制御部５０は、調光信号に応じてランプ電力又はランプ電流が全光設定値又は調光設定値になるようにスイッチング素子Ｑのデューティ比を決定するＰＷＭ制御部５０１、調光信号に応じてスイッチング素子Ｑのスイッチング周波数を決定する周波数制御部５０２、及びＰＷＭ制御部５０１によって決定されたデューティ比及び周波数制御部５０２によって決定されたスイッチング周波数に従ってスイッチング素子Ｑのゲート信号を生成するドライバ５０３を含む。

図１Ｃに本発明の実施例となる具体的回路構成を示す。同図においては、降圧コンバータ２０として図７と同様の降圧チョッパ回路２を採用し、検出回路２５として抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＲ３を用い、出力回路３５として図７と同様のフルブリッジ回路３及びイグナイタ回路４を採用し、調光制御部９０として図７と同様の調光制御回路９を用いている。そして、チョッパ制御回路５１及びフルブリッジ制御回路６が制御回路１０に含まれる構成とした。チョッパ制御回路５１以外の部分は従来例の図７のものと同様であるので各構成及び動作の説明は省略する。
なお、チョッパ制御回路５１とコンバータ制御部５０とは名称のみが異なり、構成・機能は実質的に同じものである。

従来例においては、チョッパ制御回路５がスイッチング素子Ｑ１のデューティ比のみを制御し、その結果として全光時においても調光時においてもスイッチング周波数はｆ１で一定であったのに対し、本発明においては、チョッパ制御回路５１がスイッチング素子Ｑ１のデューティ比だけでなく、周波数制御部５０２によってスイッチング周波数も制御する。

図１Ｃにおいて、ＰＷＭ制御部５０１では、ランプ電流又はランプ電流とランプ電圧を乗算して得られたランプ電力が調光信号無し／有りに応じて全光設定値／調光設定値に一致するように、スイッチング素子Ｑ１のデューティ比ｄ１／ｄ２が決定される。
周波数制御部５０２では、調光信号無し／有りに応じてスイッチング周波数がｆ１／ｆ２に決定される。ここで、調光時のスイッチング周波数ｆ２が全光時のスイッチング周波数ｆ１よりも低いことが本発明の最も基本的な特徴である。
ドライバ５０３は、決定されたデューティ比ｄ１／ｄ２及びスイッチング周波数ｆ１／ｆ２で決まるゲート信号をスイッチング素子Ｑ１のゲートに印加する。

図２Ｃは本発明に係る高圧放電灯点灯装置のスイッチング素子Ｑ１の調光時のスイッチング波形（電圧−電流波形）及びスイッチング損失波形である。
これにより、１回当たりのスイッチングにおける損失が同程度かそれ以下であればスイッチング回数の減少により全体としてスイッチング損失を減らすことができる。

そして、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数を下げた場合に、スイッチング電流のピーク値Ｉｐが所定値（例えば、全光時におけるピーク値）を超えないようにすることが必要である。当業者であれば分かるように、降圧チョッパ回路のコイルＬ１の選定は通常は定格出力時（全光時）に最適設計となるように行われ、より厳密には、全光時の最大ピーク電流値Ｉｐmaxを考慮して設計がなされる。従って、電流ピーク値Ｉｐが最大ピーク電流値Ｉｐmaxを超えるとコイルＬ１は飽和に向かい、それよりも低いとコイルＬ１の能力を十分に活かしていないことになる。

即ち、電流ピーク値Ｉｐが設計上の最大値Ｉｐmaxを超えない範囲でスイッチング周波数ｆ２を下げることが必要であり、より好ましくは、電流ピーク値Ｉｐが最大値Ｉｐmaxに近づくまでスイッチング周波数ｆ２を下げることが望ましい。

電流ピーク値Ｉｐを得る方法はいくつかある。１つに、スイッチング電流波形の傾きはコイルＬ１のインダクタンスによって決定され、電流が流れ始める瞬間にわずかに乗る直流成分は回路上の各パラメータによって算出されるので、スイッチングのオン幅さえ決定されれば電流ピーク値Ｉｐを計算することができる。このような計算テーブルをチョッパ制御回路５１内（例えば、周波数制御部５０２）に備えればよい。これにより、オン幅を制御することにより電流ピーク値Ｉｐを制御できる。
あるいは、図１Ｃに示すように、スイッチング電流を抵抗Ｒ４などの検出手段によって検出し、ＰＷＭ制御部５０１によって決定されたデューティ比の下で、検出された電流ピーク値Ｉｐが最大値Ｉｐmaxを超えない範囲で、周波数制御部５０２がスイッチング周波数を下げるようにしてもよい。

このように、電流ピーク値Ｉｐが最大値Ｉｐmaxを超えない範囲に制限することにより、調光時にスイッチング周波数を下げてもコイルＬ１の磁束飽和を防止できる。これは全光時の降圧チョッパ回路２の動作条件に影響を及ぼすものではないので全光時に対する最適設計も確保されている。

図３は従来例の図８との比較において、本発明の高圧放電灯点灯装置のランプ電圧に対するランプ電力及び回路損失を表す図である。図３の実線は調光点灯時のランプ電力Ｐｄと本発明の高圧放電灯点灯装置の回路損失Ｌｄ_Ａを表し、破線は従来例の回路損失Ｌｄを表している。具体的には調光時のスイッチング素子Ｑ１のピーク電流を定格（全光）点灯時のピーク電流と同じになるまでスイッチング周波数を低減させた時のものであり、最も損失が大きいランプ電圧５０Ｖ付近の回路損失が１４％程度改善される。

そして、全光点灯時及び調光点灯時のスイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数を７０ｋＨｚから１１０ｋＨｚに限定することが好ましい。図４に、プロジェクター等に用いられる高圧水銀放電灯における各周波数に対する音響共鳴現象の有無を測定した結果を示す。測定には、放電容器内に０．１５ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と１ｍｍ^３当り１×１０^−７モルのハロゲンが封入され、かつ一対の電極間距離が１ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下の高圧水銀放電灯を用いた。

図４の横軸はスイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数であり、この周波数成分のリップル電流が高圧放電灯Ｌａの低周波矩形波電流に重畳される。また、縦軸は高圧放電灯Ｌａのランプ電流の実効値に対するリップル電流の含有率であり、リップル電流量は降圧チョッパ回路２のコイルＬ１のインダクタンス値、コンデンサＣ１の容量やイグナイタ回路４のパルストランスＴ１の二次巻線Ｎ２のインダクタンス値などで決まる。図４の黒い部分が、アークが不安定となるいわゆる音響共鳴現象が確認される領域である。図示するように、７０ｋＨｚから１１０ｋＨｚの間が、リップル電流が増えても音響共鳴現象が発生しない安定な領域となっている。なお、音響共鳴現象発生の有無は、高圧放電灯のバルブ形状と、リップル電流に含まれる周波数成分との関係によって決まり、現象が発生する周波数はランプ種によって固有のものとなる。

図５は本発明をプロジェクターなどの光源装置に適用した場合の実施例である。光源装置１００は、図１Ａで説明した高圧放電灯点灯装置６０、高圧放電灯Ｌａが取り付けられるレフレクタ６１、高圧放電灯点灯装置６０などを内蔵する筐体６２、及び冷却ファン制御部７０によってその回転数が制御される冷却ファン７１を備える。なお、図は実施例を模擬的に図示したものであり、寸法、配置などは図面通りではない。そして、図示されない映像系の部材等を筐体６２内に適宜配置してプロジェクターが構成される。なお、８は上述した調光信号発振回路、５０はコンバータ制御部、９０は調光制御部であり、これらの接続は有線であっても無線であってもよい。また、図示していないが、各構成要素への電源供給は適宜行われているものとする。

以上より、調光時において発熱の少ない高圧放電灯点灯装置を内蔵したので、調光時においてファン出力を低下させて低騒音化を図っても、高圧放電灯点灯装置の信頼性が確保される。従って、低騒音かつ高信頼性の光源装置を得ることができる。

図６Ａは図５の光源装置１００の制御方法を示すフローチャートである。
ステップＳ１００において点灯が開始される。この時点で全光点灯が行われているものとする。即ち、ステップＳ１０１において、冷却ファン制御部７０によって冷却ファン７１の回転数はｒ１にセットされ、ステップＳ１０２において、コンバータ制御部５０によってスイッチング素子Ｑのスイッチング周波数がｆ１にセットされている。
ステップＳ１１０において、調光制御部９０及び冷却ファン制御部７０が調光信号発生回路８からの調光信号の有無を検出し、調光信号を検出しない場合にはステップＳ１０１に戻り、検出した場合にはステップＳ１２１に進む。
ステップＳ１２１において、冷却ファン制御部７０によって冷却ファン７１の回転数がｒ１からｒ２に下げられ、ステップＳ１２２において、コンバータ制御部５０によってスイッチング素子Ｑの周波数がｆ１からｆ２に下げられる。
これにより、光源装置の静音化と（特に高圧放電灯点灯装置の）温度上昇抑制が達成される。

なお、図６ＡのフローチャートのステップＳ１００、Ｓ１０２、Ｓ１１０及びＳ１２２だけを繋げれば、図１Ａ又は１Ｃに示す高圧放電灯点灯装置の制御方法のフローチャートとして成り立つ。

図６Ｂは図６ＡのフローチャートのステップＳ１２２の部分を詳細に示すものである。
ステップＳ２０１において、ＰＷＭ制御部５０１によってランプ電流又はランプ電力が調光設定値になるようにデューティ比ｄ２が決定される。
ステップＳ２０２において、周波数制御部５０２によってスイッチング電流が所定値以下になるオンデューティ幅Ｔ２onが決定される。
ステップＳ２０３において、デューティ比ｄ２及びオンデューティ幅Ｔ２onからスイッチング周波数ｆ２が算出・決定される。
これにより、降圧コンバータ２０に用いるコイル類の磁束飽和を防止するとともに、全光用に設計した高圧放電灯点灯装置の特性を調光時にも最大限活かすことができる。

本発明の高圧放電灯点灯装置のブロック図である。本発明の高圧放電灯点灯装置のブロック図の詳細を示す図である。本発明の高圧放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。本発明の高圧放電灯点灯装置の回路構成を説明する図である。高圧放電灯点灯装置の全光点灯時のスイッチング素子のスイッチング波形とスイッチング損失波形を示す図である。従来の高圧放電灯点灯装置の調光点灯時のスイッチング素子のスイッチング波形とスイッチング損失波形を示す図である。本発明における高圧放電灯点灯装置の調光点灯時のスイッチング素子のスイッチング波形とスイッチング損失波形を示す図である。本発明の高圧放電灯点灯装置のランプ電圧に対するランプ電力、回路損失を表す図である。高圧水銀ランプの音響的共鳴現象を表す図である。本発明の光源装置の図である。本発明の光源装置の制御方法を示すフローチャートである。本発明の光源装置の制御方法を示すフローチャートである。本発明の高圧放電灯点灯装置の回路構成を示す図である。従来の高圧放電灯点灯装置のランプ電圧に対するランプ電力、回路損失を表す図である。

符号の説明

１．直流電源
２．降圧チョッパ回路
３．フルブリッジ回路
４．イグナイタ回路
５、５１．チョッパ制御回路
６．フルブリッジ制御回路
７．イグナイタ制御回路
８．調光信号発振回路
９．調光制御回路
１０．制御回路
２０．降圧コンバータ
２５．検出部
３５．出力部
５０．コンバータ制御部
６０．高圧放電灯点灯装置
７０．冷却ファン制御部
７１．冷却ファン
９０．調光制御部
１００．光源装置
５０１．ＰＷＭ制御部
５０２．周波数制御部
５０３．ドライバ
Ｌａ．高圧放電灯
Ｌ１．コイル
Ｑ、Ｑ１．スイッチング素子
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４．抵抗

Claims

調光時に全光時よりも冷却出力が弱められる光源装置内部で使用される高圧放電灯点灯装置であって、
直流電源部（１）、少なくとも１つのスイッチング素子のスイッチング動作によって該直流電源部からの入力を制限して高圧放電灯へ出力する降圧コンバータ（２０）、該高圧放電灯のランプ電流及びランプ電圧を検出する検出部（２５）、調光信号を出力する調光制御部（９０）、並びに該ランプ電流と該ランプ電圧から演算されるランプ電力又は該ランプ電流及び該調光信号に応じて該スイッチング動作を制御するコンバータ制御部（５０）を備え、
前記コンバータ制御部が、
前記調光信号に応じて、前記ランプ電力又はランプ電流が全光設定値又は調光設定値になるように前記スイッチング動作におけるデューティ比及びオンデューティ幅を決定するＰＷＭ制御部（５０１）、
前記調光信号に応じて、前記スイッチング動作におけるスイッチング周波数を決定する周波数制御部（５０２）、及び
前記ＰＷＭ制御部によって決定されたデューティ比及びオンデューティ幅並びに前記周波数制御部によって決定されたスイッチング周波数に従って前記スイッチング素子のゲート信号を生成するドライバ（５０３）からなり、
前記周波数制御部において、調光信号受信時（調光時）のスイッチング周波数が全光時のスイッチング周波数よりも低くなるように構成された高圧放電灯点灯装置。
請求項１記載の高圧放電灯点灯装置において、前記コンバータ制御部において、前記ＰＷＭ制御部によって決定されたデューティ比の下で、かつ、前記スイッチング素子を流れる電流ピーク値が所定値を超えない範囲で前記調光時のオンデューティ幅及びスイッチング周波数が決定される高圧放電灯点灯装置。
請求項２記載の高圧放電灯点灯装置において、前記所定値が全光時に前記スイッチング素子を流れる電流ピーク値の最大値である高圧放電灯点灯装置。
請求項１記載の高圧放電灯点灯装置において、前記高圧放電灯が、石英ガラスからなる放電容器内に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入され、かつ一対の電極間距離が１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の高圧水銀放電ランプであり、
前記全光時及び調光時のスイッチング周波数が７０ｋＨｚから１１０ｋＨｚの範囲内にある高圧放電灯点灯装置。
請求項１に記載の高圧放電ランプ点灯装置、高圧放電ランプ、該高圧放電ランプが取り付けられた反射鏡、該高圧放電ランプ点灯装置及び該反射鏡を内包する筐体、並びに該筐体内を冷却する冷却ファンを備えた光源装置。
調光時に全光時よりも冷却出力が弱められる光源装置内部で使用される高圧放電灯点灯装置を制御する方法であって、該高圧放電灯点灯装置が、少なくとも１つのスイッチング素子のスイッチング動作によって直流電源部からの入力を制限して高圧放電灯へ出力するための降圧コンバータ（２０）、該高圧放電灯のランプ電流及びランプ電圧を検出する検出部（２５）、及び該スイッチング動作を制御するコンバータ制御部（５０）を備え、該方法が、
（Ａ）前記コンバータ制御部が調光信号の有無を判断するステップ、
（Ｂ２）調光信号が無い場合（全光の場合）、前記コンバータ制御部が前記スイッチング素子を、前記ランプ電流と前記ランプ電圧から演算されるランプ電力又は前記ランプ電流が全光設定値になるデューティ比及びオンデューティ幅で、かつ、第１の周波数でスイッチングさせるステップ、及び
（Ｃ２）調光信号が有る場合（調光の場合）、前記コンバータ制御部が前記スイッチング素子を、前記ランプ電力又はランプ電流が調光設定値になるデューティ比及びオンデューティ幅で、かつ、第１の周波数よりも低い第２の周波数でスイッチングさせるステップ
からなる方法。
冷却ファン（７１）及び該冷却ファンによって直接又は間接的に冷却される高圧放電灯点灯装置（６０）を備えた光源装置（１００）を制御する方法であって、該高圧放電灯点灯装置が、少なくとも１つのスイッチング素子のスイッチング動作によって直流電源部からの入力を制限して高圧放電灯へ出力するための降圧コンバータ（２０）、該高圧放電灯のランプ電流及びランプ電圧を検出する検出部（２５）、及び該スイッチング動作を制御するコンバータ制御部（５０）を備え、該冷却ファンが冷却ファン制御部（７０）を有し、該方法が、
（Ａ）前記冷却ファン制御部及び前記コンバータ制御部が調光信号の有無を判断するステップ、
（Ｂ）調光信号が無い場合（全光の場合）、
（Ｂ１）前記冷却ファン制御部が前記冷却ファンを第１の回転数で回転させるステップ、及び
（Ｂ２）前記コンバータ制御部が前記スイッチング素子を、前記ランプ電流と前記ランプ電圧から演算されるランプ電力又は前記ランプ電流が全光設定値になるデューティ比及びオンデューティ幅で、かつ、第１の周波数でスイッチングさせるステップ、並びに
（Ｃ）調光信号が有る場合（調光の場合）、
（Ｃ１）前記冷却ファン制御部が前記冷却ファンを第１の回転数よりも低い第２の回転数で回転させるステップ、及び
（Ｃ２）前記コンバータ制御部が前記スイッチング素子を、前記ランプ電力又はランプ電流が調光設定値になるデューティ比及びオンデューティ幅で、かつ、第１の周波数よりも低い第２の周波数でスイッチングさせるステップ
からなる方法。
請求項６又は７記載の方法において、前記ステップ（Ｃ２）が、
（Ｃ２１）前記ランプ電力又はランプ電流が調光設定値になるデューティ比を決定するステップ、
（Ｃ２２）前記スイッチング素子を流れる電流が所定値以下になるオンデューティ幅を決定するステップ、及び
（Ｃ２３）前記デューティ比及び前記オンデューティ幅から前記第２の周波数を決定するステップ
からなる方法。
請求項６又は７記載の方法において、前記高圧放電灯が、石英ガラスからなる放電容器内に０．１５ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が封入され、かつ一対の電極間距離が１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の高圧水銀放電ランプであり、
前記第１及び第２の周波数が７０ｋＨｚから１１０ｋＨｚの範囲内にある方法。