专利名称：放电灯点亮装置、照明装置、投影仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种让在液晶投影仪等光源中采用的高压放电灯点亮的放电灯点亮装置、照明装置、投影仪。
背景技术：
近来，一种采用作为液晶投影仪或汽车的前照灯等的光源的高压放电灯的方案被提出来了。这种使高压放电灯点亮的放电灯点亮装置，如图21所示，一般其结构为，通过降压型斩波器电路1使直流电源(含有将商用电源进行全波整流后的脉动电流电源)E降压，同时通过平滑电容器C1使斩波器电路1的输出电压得到平滑，进而将作为平滑电容器C1的两端电压的直流电压通过由全桥电路组成的极性反相电路2转换成极性交变的交变电压，并将从极性反相电路2输出的交变电压施加给含有高压放电灯La的负载电路。负载电路，含有由电容器C2和电感器L2的串联电路组成的滤波电路，具有使高压放电灯La与电容器C2并联连接的结构。即，将通过滤波电路除去高频成分后的矩形波电压施加给高压放电灯La。
斩波器电路1，具有由在直流电源E和平滑电容器C1之间插入的MOSFET组成的开关元件Q1和电感器L1的串联电路，电感器L1和平滑电容器C1的串联电路中，并联连接有二极管D1。二极管D1，按照将在开关元件Q1为导通时蓄积在电感器L1中的能量，在开关元件Q1为截止时通过平滑电容器C1作为再生电流而释放这样来设定极性。并且，图示例中直流电源E的负极和二极管D1的阳极之间插入电流检测用电阻R1。平滑电容器C1的端子电压根据由2个电阻R2、R3的串联电路组成的电压检测电路3而分压，电阻R3的两端电压作为与平滑电容器C1的端子电压成比例的电压从电压检测电路3输出。
极性反相电路2，是一种将分别由MOSFET组成的4个开关元件Q2～Q5进行桥式连接的电路，开关元件Q2、Q3的串联电路和开关元件Q4、Q5的串联电路分别作为桥接电路的各支臂连接在平滑电容器C1的两端之间。开关元件Q2、Q3的连接点和开关元件Q4、Q5的连接点之间连接有负载电路。即，通过进行控制使开关元件Q2以及开关元件Q5为导通且开关元件Q3、Q4为截止状态和开关元件Q2以及开关元件Q5为截止且开关元件Q3、Q4为导通的状态交替重复，向负载电路施加交变电压。负载电路中含有电容器C2和电感器L2的串联电路，由于将电容器C2的两端电压施加给高压放电灯La，通过改变开关元件Q2～Q5的导通截止频率(以下称“反相频率”)，就可能改变高压放电灯La的灯电流。
斩波器电路1以及极性反相电路2中含有的开关元件Q1～Q5的导通截止状态由控制电路4进行控制。控制电路4，一旦有从外部输入的点亮信号S1则开始对斩波器电路1以及极性反相电路2的开关元件Q1～Q5进行控制，且若从外部输入功率切换信号S2则改变斩波器电路1的输出功率。还有，控制电路4，根据电阻R1的两端电压，对相当于高压放电灯La的灯电流的电流进行监视，同时对电压检测电路3的输出电压进行监视，按照确保由功率切换信号S2指示的功率，对斩波器电路1的开关元件Q1进行PWM控制。还有，控制电路4，输出用于使开关元件Q2～Q5导通截止的控制信号，控制信号通过驱动器2a、2b提供给开关元件Q2～Q5。这里，按照使高压放电灯La中设置的2个电极均等地消耗，而设定开关元件Q2～Q5的导通截止占空比为50％。
然而，液晶投影仪或汽车的前照灯中采用的高压放电灯La可采用作为使电极间的距离变短的点光源，这种高压放电灯La中，可知会产生电极中的亮点，即电极为阴极侧时电子电流的发射点没有固定在一定位置而是无秩序地移动的现象。该现象叫做电弧跳动(arc jump)，若液晶投影仪用的光源中产生电弧跳动，则因相对与光源一起采用的光学系统会产生亮点的位置偏离，因此银光屏上会产生光量变动的问题。即，假如对高压放电灯La的点亮中投入的功率进行变更的话，则电极的温度或距离会变化，或者将比如液晶投影仪之类容纳在内置风冷用风扇的筐体中的情况下，假如风冷条件变化则电极的温度或距离也会变化。这样假如电极的状态变化则电极间的电压变化，结果就会产生电弧跳动。尤其，若高压放电灯La的点亮期间变长则电极间的电压上升，并且即使在给高压放电灯La提供的供给功率向低功率方向变换的情况下，也能够减少灯电流，因灯电流的减少使电极温度降低因此容易产生电弧跳动。
在高压放电灯La处于稳定点亮的状态下，通过对斩波器电路1的开关元件Q1进行PWM控制，若平滑电容器C1的两端电压变化则灯电流会产生变化。即，斩波器电路1的开关元件Q1的导通截止的占空比，和极性反相电路2的开关元件Q2～Q5的反相频率中任何一个变化了，灯电流就会产生变化。但是，平均电容器C1的两端电压(如后述，相当于灯电压)和施加给高压放电灯La的交变电压的频率中，可知存在使高压放电灯La的电极状态稳定的关系。换言之，可知作为使电极温度或距离的变化变少后使电极的状态保持稳定的条件，存在对极性反相电路2的与灯电压(平滑电容器C1的两端电压)对应的反相频率的最佳值。因此，假如极性反相电路2的灯电压和反相频率的组合为最佳值，则能够抑制电弧跳动的发生，还能降低电极的损耗使高压放电灯La的寿命变长。
以下，关于极性反相电路1中的灯电压和反相频率的关系进行说明。首先，考虑关于不论灯电压如何都能够控制反相频率使其保持一定的情况。这里，当灯电压在V1～V2的范围时，令反相频率的最佳值为f1。如图22A所示，若不论灯电压如何都控制反相频率使其保持在f1，则灯电压在V1～V2的范围内如B1所示的反相频率f1成为最佳值，灯电压在比V1小的范围内则如B2所示的反相频率的最佳值为f2，若灯电压在比V2高的范围内则如图B3所示的反相频率的最佳值为f3，在任何一个电压范围内反相频率都达不到该电压范围内的最佳值。即，若反相频率固定，则能够使灯电压在V1～V2的电压范围内高压放电灯La的电极状态稳定且抑制电弧跳动的发生，然而当灯电压比V1还低，或者比V2高时，则脱离反相频率的最佳值，高压放电灯La的电极状态变得不稳定导致产生电弧跳动。
接着，考虑在通过功率切换信号S2指示进行功率变换的情况下，不论所指示的功率如何都能够控制极性反相电路2的反相频率保持一定的情况。这里。如图23A所示，功率为P1灯电压在V1～V2的范围内时，令反相频率的最佳值为f1。若将功率由P1变换至P2，则因极性反相电路2的灯电压变化且高压放电灯La的灯电流发生变化，所以高压放电灯La的电极状态脱离稳定状态，反相频率的最佳值如图23的B所示向频率f2转移。因此，这里由于不论功率如何都能够控制反相频率使其保持一定值，其结果电极状态变得不稳定导致产生电弧跳动。
作为其它的控制例，如图24所示，还可以考虑极性反相电路2的反相频率依据灯电压相应地连续变化。图示例中当灯电压为V1时反相频率为f1，当灯电压为V2时反相频率为f2。即，灯电压在V1～V2的范围内反相频率在f1～f2之间通常保持最佳值，因此通常可认为电极的状态为稳定。然而，由于即使灯电压仅仅稍稍变化了一点点反相频率也会随着变化，因此由图25(a)可知，产生的问题在于，灯电流的电流波形中占空比不是50％，而是电极不均等损耗，使高压放电灯La的寿命变短。
为解决这种问题，提出了如下构成，即根据灯电压对电极间的距离对应的信息进行监视，可使反相频率在2个等级中变换，同时对灯电压的初始值对应的增减蝠度进行检测，当增减为减少方向时若增减幅度比规定的阈值还要大则提高反相频率，假如没有增减则控制反相频率使其降低(例如参照专利文献1)。
在专利文献1中的技术中，为获得相当于电极间的距离的信息而对灯电压进行监视，通过按照确保电极间的距离几乎一定而对反相频率进行控制，从而抑制电弧跳动。但是，专利文献1中记载的技术中，难以确切地根据电极的温度或风冷的条件变化而对电极的状态变化进行检测，因此产生的问题在于难以抑制电弧跳动的发生。
专利文献1特许第3327895号公报(第10-11页、图7)发明内容本发明正是鉴于上述原因，其目的在于提供一种放电灯点亮装置，其通过在每个灯电压的范围内都设定与向高压放电灯投入的功率对应的反相频率，因此能够抑制由于电极的温度或风冷的条件变化而导致电弧跳动的产生，进而还提供照明装置、投影仪。
本发明之一，提供一种放电灯点亮装置，其特征在于，包含直流电源；斩波器电路，其以直流电源作为电源，进行DC-DC转换，输出功率可控；平滑电容器，其连接在斩波器电路的输出端子之间；极性反相电路，其以平滑电容器的两端电压作为电源，进行DC-AC转换；高压放电灯，其由极性反相电路施加交变电压；控制电路，其对斩波器电路的输出功率进行控制，同时对极性反相电路的输出进行控制；电压检测电路，其检测相当于高压放电灯的灯电压的电压。在控制电路中设定有对电压检测电路所检测的电压的电压范围进行规定的切换电压，控制电路具有依据所检测的电压和切换电压的大小关系、按照使高压放电灯的灯电流的极性反相的反相频率在多个等级变化的方式而对极性反相电路进行控制的功能。
本发明之二，在本发明之一中，其特征在于，所述控制电路具有如下功能可从多个等级中选择所述斩波器电路的输出，并与可选择的功率对应，对所述反相频率进行变更。
本发明之三，在本发明之二中，其特征在于，所述切换电压与可选择的功率无关，设定为固定。
本发明之四，在本发明之二中，其特征在于，所述切换电压的至少一个对于不同的功率设定为不同值。
本发明之五，在本发明之二～之四中，其特征在于，在所述高压放电灯刚刚点亮之后，在由所述电压检测电路检测的电压到达规定的电压之前，与可选择的功率无关，适用相同的反相频率。
本发明之六，在本发明之二～之四中，其特征在于，在所述高压放电灯刚刚点亮之后，在到达规定的切换时间之前，与可选择的功率无关，都适用相同的反相频率。
本发明之七，在本发明之一～之四中，其特征在于，对所述切换电压赋予迟滞特性。
本发明之八，在本发明之一～之四中，其特征在于，所述控制电路在所述高压放电灯的灯电流的极性反相的每隔规定次数，对所述反相频率有无变更进行判定。
本发明之九，在本发明之一～之四中，其特征在于，所述控制电路在每次经过至少所规定的一定时间后，对所述反相频率有无变更进行判定。
本发明之十，在本发明之一～之四中，其特征在于，所述控制电路，在每隔一定时间对由所述电压检测电路检测的电压和所述切换电压的大小关系进行判定，在每隔规定的判定次数依据满足规定的大小关系的次数是在规定的次数以上还是不足规定的次数，判定反相频率有无变更。
本发明之十一，在本发明之一～之四中，其特征在于，所述控制电路在每当所述高压放电灯的灯电流的极性反相时，取入由所述电压检测电路检测的电压。
本发明之十二，在本发明之十一中，其特征在于，所述控制电路从所述高压放电灯的灯电流的极性反相开始到经过给定时间后，取入由所述电压检测电路检测的电压。
本发明之十三，在本发明之一中，其特征在于，所述控制电路，在所述高压放电灯的灯电流产生偶数次的极性反相的时刻，对所述反相频率进行变更。
本发明之十四，提供一种照明装置，其特征在于，具有本发明之一所述的放电灯点亮装置。
本发明之十五，提供一种投影仪，其特征在于，具有本发明之一所述的放电灯点亮装置。
本发明之十六，提供一种投影仪，其特征在于，包含放电灯点亮装置；风扇，其对高压放电灯风冷；和投影仪控制装置，其接收由放电灯点亮装置检测的灯电压，同时对放电灯点亮装置指示让高压放电灯的灯电流的极性反相的反相频率。投影仪控制装置依据从高压放电灯接收的灯电压，设定由风扇风冷的控制条件，并向放电灯点亮装置指示与该控制条件对应的反相频率。
本发明之十七，在本发明之一中，其特征在于，具有电弧跳动检测机构，其检测在所述高压放电灯中产生的电弧跳动，所述控制电路一旦由电弧跳动检测机构检测到电弧跳动后，则将所述高压放电灯的灯电流波形的占空比设定为与50％不同的值。
本发明之十八，在本发明之十七中，其特征在于，在设定所述灯电流波形的占空比为与50％不同值的期间，灯电流的极性反相由消除电弧跳动的程度的次数而规定。
本发明之十九，在本发明之十七中，其特征在于，在设定所述灯电流波形的占空比为与50％不同的值的期间，规定为由所述电弧跳动检测机构的检测值在检测到电弧跳动时的检测值的变化量返回原值的期间。
本发明之二十，在本发明之十八或之十九中，其特征在于，在设定所述灯电流波形的占空比为与50％不同的值的期间，随着时间经过而同时改变占空比。
图1表示本发明的实施方式的电路图。
图2(a)、(b)、(c)、(d)表示本发明的第1实施方式的动作说明图。
图3(a)、(b)表示本发明的第2实施方式的动作说明图。
图4(a)、(b)表示本发明的第3实施方式的动作说明图。
图5(a)、(b)表示本发明的第4实施方式的动作说明图。
图6(a)、(b)表示同上的动作说明图。
图7(a)、(b)表示同上的动作说明图。
图8(a)、(b)表示本发明的第5实施方式的动作说明图。
图9(a)、(b)表示本发明的第6实施方式的动作说明图。
图10(a)、(b)表示本发明的第7实施方式的动作说明图。
图11(a)、(b)表示本发明的第8实施方式的动作说明图。
图12(a)、(b)表示本发明的第9实施方式的动作说明图。
图13(a)、(b)表示本发明的第10实施方式的动作说明图。
图14(a)、(b)表示本发明的第7～10实施方式另一例的动作说明图。
图15(a)、(b)表示同上的动作说明图。
图16表示本发明的第11实施方式的概略构成图。
图17(a)、(b)表示本发明的第12实施方式的动作说明图。
图18(a)、(b)表示同上的动作说明图。
图19(a)、(b)表示本发明的第13实施方式的动作说明图。
图20表示本发明的第12、13实施方式另一例的动作说明图。
图21表示以往例的电路图。
图22表示同上的动作说明图。
图23表示同上的动作说明图。
图24表示同上的动作说明图。
图25(a)、(b)表示同上的动作说明图。
具体实施例方式
第1实施方式以下实施方式中说明的放电灯点亮装置，基本上为具有图1所示的结构，关于斩波器电路1、极性反相电路2和电压检测电路3采用与图21所示的以往相同的结构。控制电路4，采用微计算机(以下简称微机)10而构成，通过将来自微机10的功率指令值S5提供给PWM控制电路11，PWM控制电路11就能够以功率指令值S5相应的占空比使斩波器电路1的开关元件Q1为导通截止。PWM控制电路11中，对电流检测用电阻R1的两端电压进行监视，按照使作为电阻R1的两端电压检测的电流值和作为功率指令值S5指定的目标值一致而增减开关元件Q1的导通截止的占空比。并且，微机10向全桥接控制电路12输出决定作为开关元件Q2～Q5的导通截止频率的反相频率的控制信号，并在全桥接控制电路12中生成决定在极性反相电路2的各支臂中设置的开关元件Q2～Q5的导通截止时刻的控制信号。从全桥接控制电路12输出的控制信号通过驱动器2a、2b提供给开关元件Q2～Q5。
关于微机10，能够采用例如三菱电机公司制造的M37540；关于驱动器2a、2b可采用例如IR公司制造的IR2111。微机10，具有根据由外部提供的点亮信号S1使PWM控制电路11以及全桥接控制电路12动作和停止的功能，并且内置A/D转换电路，其将由电压检测电路4检测的电压(与平滑电容器C1的端子电压成比例的电压)转换成数字值。还有，微机10，一旦接受功率切换信号S2则给高压放电灯La提供的功率可在2个等级以上切换，根据由功率切换信号S2选择的功率和由电压检测电路3获得的电压求出功率指令值S5。即，预先在微机10中存储可选择的功率，并在每次输入功率切换信号S2时择一选择各功率。并且，微机10中还设置有将所选择的功率除以所检测的电压求出电流值，并将该电流值作为功率指令值S5提供给PWM控制电路11的功能。由该动作表明，微机10中，若选择给高压放电灯La提供功率，则对平滑电容器C1的端子电压和由电阻R1检测的电流的关系进行控制以变成被选择的功率，因此平滑电容器C1的端子电压相当于灯电压，由电阻R1检测的电流相当于灯电流。
另一方面，给全桥接控制电路12提供的控制信号的反相频率，在本实施方式中，规定由电压检测电路3检测的电压范围作为参数。即，采用内置于微机10的ROM(EEPROM)，将灯电压(即由电压检测电路3检测的电压)划分为多个范围，在每个划分的电压范围内设定与反相频率对应的V/F转换表，并通过将由电压检测电路3检测的电压与V/F转换表对比，以决定反相频率。至少设置1个切换反相频率的切换电压，因此反相频率可在2个等级以上切换。V/F转换表中，例如，图2(a)所示，当切换电压为1个V1时，在比切换电压V1低的电压范围内设定反相频率为f1，在切换电压V1以上的电压范围内设定反相频率为f2(＞f1)。并且，当切换电压为V1、V2(V1＜V2)两个的情况下，例如图2(b)所示在比切换电压V1低的范围内设定反相频率为f1；在切换电压V1以上且比切换电压V2低的电压范围内设定反相频率为f2(＞f1)；还有在切换电压V2以上的电压范围内设定反相频率为f3(＞f2)。另，由电压检测电路3检测的电压下限为0V，上限为将直流电源E的电压进行由电阻R2、R3决定的分压比倍后的电压。
另，极性反相的频率的关系不仅如图2(b)的例子，也可以使如图2(c)所示的f3＞f1＞f2，还可以是如图2(d)所示的f1＞f2＞f3。并且，灯电源范围不仅只有3个，还可以在其以上。即，在其灯电压范围内设定最佳极性反相频率。
微机10，还可以输入用于决定极性反相电路2的开关元件Q2～Q5的导通截止的外部控制信号S3，当输入外部控制信号S3时，不论由V/F转换表所决定的反相频率如何，都可将作为外部控制信号S3输入的矩形波信号提供给全桥接控制电路12。即，当输入外部控制信号S3时，极性反相电路2的开关元件Q2～Q5的导通截止(频率以及占空比)，由外部控制信号S3决定。
还有，在接受点亮信号S1后微机10开始工作而高压放电灯La点亮的期间，从微机10，将决定与平滑电容器C1的端子电压(相当于灯电压)相应的占空比的矩形波信号作为电压信息信号S4输出。假如例如平滑电容器C1的端子电压在0～255V内变化，则电压信息信号S4为使0～255V与0～100％的占空比对应的矩形波信号。
但是，作为平滑电容器C1的端子电压检测的灯电压在比V1低的范围内则反相频率为作为比较低的频率的f1，如以往的结构那样，使反相频率仍然固定为f1，若灯电压比V1还高则减少灯电流，与灯电压比V1低的情况相比较，由于高压放电灯La的电极的温度降低了，因此容易产生电弧跳动。对此，本实施方式的构成中，若灯电压比V1高则通过使反相频率变更为比f1高的f2，因为能够抑制高压放电灯La的电极温度降低，因此可防止产生电弧跳动。并且，与设定1个切换电压的情况相比，设定2个切换电压的情况的一方，能够进一步确切地抑制电弧跳动的发生。
第2实施方式第1实施方式，为只是将灯电压作为参数决定反相频率的结构，本实施方式中，也将由功率切换信号S2选择的功率作为用于决定反相频率的参数并用。即，假如给高压放电灯La提供的功率变小，由于灯电流降低而高压放电灯La的电极温度降低，因此进行控制使得供给功率越小反相频率越高。为实现该构成，对每个由功率切换信号S2所选择的功率设定一个V/F转换表，例如，当切换电压为1个V1时，如图3(a)所示，对于较大的功率(P1)如图2中A1、A2所示设定反相频率(f1、f2)为比较低，对于较小的功率(P2)如图2中B1、B2所示设定反相频率(f1’、f2’)为比较高。并且，若切换电压为V1、V2这2个，则在还可从较大的功率P1和中间功率P2以及较小的功率P3这3个等级中选择功率的情况下，如图3(b)A1～A3(与功率P1对应)、B1～B3(与功率P2对应)、C1～C3(与功率P3对应)所示，设定每个功率P1～P3的反相频率分别为(f1、f2、f3)、(f1’、f2’、f3’)、(f1”、f2”、f3”)等。这里，本实施方式中不论所选择的功率如何，切换电压V1(V2)都是固定的，V/F转换表的制作都很容易。另，如上述，图中以A～C开头所附加的符号，分别与功率P1～P3对应，其关系也适用于以下各实施方式。
本实施方式中，不仅与因灯电压的变化而使高压放电灯La的电极温度降低的情况对应，而且也与因所选择的供给功率降低而使电极温度降低的情况对应，能够大幅度地抑制电弧跳动的发生。其它的构成以及功率与第1实施方式同样。
第3实施方式第2实施方式中不论由功率切换信号S2所选择的功率如何，切换电压V1(V2)都是固定的，本实施方式中按每个所选择的功率改变切换电压。即，从2个等级选择供给功率，假如对于每个功率各设置1个切换电压，则如图4(a)所示，对于较大的功率P1，如A1、A2所示在切换电压V1的前后可将反相频率切换为f1和f2(＞f1)；对于较小的功率P2如B1、B2所示在切换电压V1’(＜V1)的前后将反相频率切换为f1’(＞f1)和f2’(＞f1’)。这样，功率越小设定切换电压越低。
从P1～P3(P1＞P2＞P3)这3个等级中选择供给功率，在对于每个功率各设定2个切换电压的情况下，如图4(b)中如A1～A3(与功率P1对应)、B1～B3(与功率P2对应)、C1～C3(与功率P3对应)所示，只要按每个功率P1～P3设定反相频率为(f1、f2、f3)、(f1’、f2’、f3’)、(f1”、f2”、f3”)等即可。对于每个功率P1～P3各设定2个切换电压，功率越小则设定切换电压越低。即，对于较大的功率P1设定切换电压为V1、V2，对于中间功率P2设定切换电压为V1’、V2’(V1＞V1’，V2＞V2’)，对于较小的功率P3设定切换电压为V1”、V2”(V1’＞V1”，V2’＞V2”)本实施方式的构成中不仅依据供给功率相应地变更反相频率，而且还对切换电压进行变更，因此可设定使电弧跳动难以产生。另，如图4(b)所示，上述例中，虽然对每个功率的所有切换电压进行变更了，但即使功率不同也可以有一部分切换电压相等。简言之，只要关于至少1个切换电压按每个功率不同即可。其它的构成以及动作都与第1实施方式同样。
第4实施方式本实施方式中，在灯电压较低的电压范围内如第1实施方式不论所选择的功率如何反相频率都相等，在灯电压较高的范围内如第2实施方式或者第3实施方式按每个功率改变反相频率和切换电压中的至少反相频率。即，如图5(a)所示在切换电压比V0低的电压范围内不论所选择的功率如何，反相频率都为f1，切换电压在V0以上且比V1低的电压范围内，对于较大的功率，反相频率保持在f1，对于较小的功率，反相频率上升至f1’。还有，在比V1高的切换电压V2以上的电压范围内，对于较大的功率和较小的功率中任何一个，反相频率都分别上升至f2、f2’。
假如设定如图5(a)所示的V/F转换表，则相对于灯电压的功率变化和灯电流的变化，分别如图6(a)、(b)所示。即，对于较大的功率在从0V到切换电压V1附近为止的电压范围内灯电流为一定电流，在比稍微低于切换电压V1一点点的电压要高的电压范围内为一定功率。并且，对于较小的功率从0V到超过切换电压V0的程度为止的电压范围内灯电流为一定电流，在比稍微高于切换电压V0一点点的电压还要高的电压范围内为一定功率。简言之，在功率较小的情况下，作为恒定电流控制和恒定功率控制之间的转移点的电压较低。这样的设定，能够在高压放电灯La点亮之后，采用从进行恒定电流控制期间向进行恒定功率控制期间转移的控制。即，在点亮以后至少到切换电压V0为止即使功率不同反相频率也没有变更，不论所选择的功率如何，都可进行点亮以后的恒定电流控制。
图5(a)为可从2个等级选择功率，且对于较小的功率设定2个切换电压的例子，但也可以从3个等级选择功率，并且对于较大的功率设定2个切换电压，对于其它的每个功率各设定3个切换电压的情况下，如图5(b)则可。如图5(b)所示在设定V/F转换表的情况下，对于灯电压相应的功率的变化和灯电流的变化，分别如图7(a)(b)所示。其它的构成以及动作与第1实施方式同样。
第5实施方式第4实施方式中，灯电压在比切换电压V0低的电压范围内即使因功率切换信号S2所选择的功率不同也可以设定反相频率相等，但本实施方式中，高压放电灯La的点亮时间到达规定的切换时间为止不论由功率切换信号S2选择的功率如何，都可设定反相频率相同，若点亮时间超过切换时间则依据所选择的功率，使反相频率变化。即，高压放电灯La的点亮时间到达切换时间为止，如图8(a)所示不论由功率切换信号S2选择的功率如何，反相频率都相等。但是，在该期间反相频率也会依据灯电压的电压范围而变化。这里，在比切换电压V1低的电压范围内令反相频率为f1，在切换电压V1以上的电压范围内令反相频率为比f1高的f2。并且，若点亮时间超过切换时间，则如图8(b)所示依据由功率切换信号S2选择的功率，反相频率不同。图示例中，关于较大的功率如A1、A2，在切换电压V1两侧，分别将反相频率切换到f1和f2(＞f1)，关于较小的功率如B1、B2，在切换电压V1两侧，分别将反相频率切换到f1’和f2’(＞f1’)切换。
上述例中例示了可从2个等级中选择功率，同时仅设置1个切换电压，然而还可以进一步增加切换电压的个数，并且还可从3个等级中选择功率。其它的结构或动作与第1实施方式同样。
第6实施方式上述各实施方式中，根据在切换电压V1两侧切换反相频率的结构，在灯电压在切换电压附近有变动的情况下，反相频率变动很不稳定，因此动作也不稳定。这里，本实施方式中，对灯电压和反相频率的关系中赋予迟滞特性。即，如图9(a)所示，设定高低2个等级的切换电压V1h、V1b(＜V1h)，当反相频率为f1时若超过较高一方的切换电压V1h，则反相频率提高到f2，当反相频率为f2时若低于较低一方的切换电压V1b，则反相频率降低至f1。通过该动作反相频率没有不必要的切换。图9(b)为依据功率使反相频率不同的情况，这种情况下也进行与图9(a)同样的动作。其它的结构以及动作与第1实施方式同样。
第7实施方式第6实施方式，通过对灯电压和反相频率的关系中赋予迟滞特性，使切换反相频率时的动作较稳定，然而本实施方式中，通过使进行是否切换反相频率判断的时间间隔比较大，从而使切换反相频率时的动作较稳定。即，为决定反相频率而由灯电流的极性的反相次数来规定检测灯电压的时间间隔，例如图10(a)那样每当灯电流的极性反相8次则检测灯电压，如图10(b)所示判断灯电压是比切换电压V1低还是比切换电压V1高。灯电流的极性的反相次数实际上不是由监视灯电流而计数的而是基于由微机10输出的控制信号的个数而判断。
图示例中，反相频率可在f1、f2这2个等级变换，假定仅设定1个切换电压，则在时刻t1灯电压比切换电压V1低，如图10(a)选择反相频率低的一方的f1，之后在作为极性反相8次的时间点的时刻t2因灯电压比切换电压V1高，因此选择反相频率高的一方的f2，之后在时刻t3、t4灯电压均比切换电压V1低因此选择反相频率低的一方f1。
如上所述，由于每当灯电流的极性反相的次数到达规定次数则对用于判断是否切换反相频率所采用的灯电压进行检测，因此检测灯电压的时间间隔比较长，能够防止反相频率切换不稳定。本实施方式中，例示了反相频率设定为2个等级的情况，然而在3个等级以上选择反相频率的情况也可以采用同样的技术。并且，每当灯电流的极性反相8次时求出用于判断反相频率是否变更的灯电压，然而次数也没有特别限定，假如在比较短的时间内，且是反相频率不稳定没有达到被切换的程度的次数，也能够适当设定。其它的构成以及动作与第1实施方式同样。
第8实施方式第7实施方式中，每当灯电流的极性反相到达仅规定的次数时则对用于判断反相频率是否变更的灯电压进行检测，然而根据所选择的反相频率对灯电压进行检测时的时间间隔变动。本实施方式中，与第7实施方式同样，表示即使检测灯电压的时间间隔较长同时也能够使时间间隔的散差比第7实施方式更少的构成。
即，本实施方式中从检测灯电压开始到经过规定的一定时间T之后，将灯电流的极性向特定方向变化的时刻作为下一次检测灯电压的时刻。如图11所示的例中，如图11(a)所示，在时刻t1采用在灯电流的极性由负向正反相的时刻所检测的灯电压，如图11(b)若检测的灯电压比切换电压V1低则反相频率为f1。接着，从时刻t1开始到经过规定的一定时间T之后在灯电流的极性最初由负向正反相的时刻t2检测灯电压。图示例中因时刻t2的灯电压比切换电压V1高，因此反相频率成为高的一方f2。从时刻t2开始到经过一定时间T之后极性由负向正反相的时刻t3，和从时刻t3开始经过一定时间T之后极性由负向正反相的时刻t4，由于任何一个灯电压都比切换电压V1低因此反相频率成为低的一方f1。
如上述，在经过一定时间T之后在灯电流的极性反相的时刻，对用于判断是否切换反相频率所采用的灯电压进行检测，因此检测灯电压的时间间隔比较长，能够防止反相频率不稳定切换。并且，本实施方式中，例示了反相频率设定为2个等级的情况，然而即使从3个等级中选择反相频率的情况也能够采用同样的技术。其它的构成以及动作与第1实施方式同样。
第9实施方式本实施方式，为在规定的时间间隔对灯电压进行检测同时判断其与切换电压的大小关系，在每到仅规定的次数后对灯电压进行检测的时刻，基于每次判定的灯电压和切换电压的大小关系进行多数表决，大小关系中采用次数最大的大小关系决定反相频率，当需要变更反相频率时和在接下来的灯电流的极性反相时的时刻对反相频率进行变更。
这里，例示了切换电压为1个V1时反相频率可向f1、f2(＞f1)2个等级变更的情况下，关于每当判定5次灯电压和切换电压的大小关系时决定反相频率的情况。即，如图12(b)所示，在每个一定时间比较灯电压和切换电压V1的大小关系，图示例中反相频率为f1的状态下，最初的5次判定中3次灯电压比切换电压V1大，接下来的5次判定中灯电压比切换电压V1低的次数有3次，再接下来的5次判定中灯电压比切换电压V1低的次数有5次。即，最初的5次判定结果中反相频率由f1向f2变更，接下来的5次判定结果中，反相频率变更至f1，再接下来的5次判定结果中反相频率维持f1。反相频率变更的时刻为如图12(a)灯电流的极性由负向正转移的时刻。
如上述，本实施方式中，定期判定灯电压和切换电压的大小关系，每到规定的次数根据多数表决来判定是否切换反相频率，因此检测灯电压的时间间隔较长，能够防止反相频率不稳定切换。这里，进行多数表决的次数为每5次，但该次数不受特别限制，但是，在从2个等级中选择反相频率的情况下，优选进行多数表决的次数为奇数次，这种情况下，能够防止反相频率为不定值。还有，也并非一定要进行多数决定，也可以是根据规定的次数中满足大小关系中某一个条件的次数是在规定的次数以上还是不足规定的次数来判断反相频率有无变更。还有，本实施方式中例示了反相频率设定为2个等级的情况，从3个等级以上选择反相频率的情况也能够采用同样的技术。其它的构成以及动作与第1实施方式同样。
(第10实施方式)第9实施方式，在每个一定时间判定灯电压和切换电压的大小关系，本实施方式如图13所示，每当灯电流(参照图13(a))的极性反相时则判定灯电压和切换电压的大小关系，每当极性反相达到一定次数(图示例为8次)时则进行多数表决。并且，在灯电压和切换电压的大小关系的1次判定中，求出给定次数的灯电压(图示例中为3次)，并将其平均值作为灯电压。这里，假如8次判定中灯电压超过切换电压V1(参照图13(b))的次数为5次以上，则设定反相频率为f2，假如不足5次则设定反相频率为f1。另，判定灯电压和切换电压的大小关系的次数并非限定在8次，并且作为灯电压不一定要采用3次的平均值。其它的构成以及功能与第9实施方式同样。
然而，上述第7～10实施方式中，需要将灯电压和切换电压进行比较。这里，如图14(a)以及图15(a)在灯电流的极性刚刚反相之后，如图14(b)宏观上看灯电压没有变动，但实际上如图15(b)在极性刚刚反相之后灯电压有变动。因此，优选作为检测灯电压的时刻，不是灯电流的极性刚好反相的时刻，而是如图15(b)从极性反相到经过给定时间T1后进行。
并且，第7～10实施方式中任何一个都是对反相频率进行控制使反相的次数为偶数次。这样，高压放电灯La的电极的消耗均等，因此高压放电灯La的寿命变长。
上述第1～10实施方式的放电灯点亮装置都能够用于将高压放电灯La作为光源的各种照明装置中，还可以用于将高压放电灯La作为光源的液晶投影仪等各种投影仪中。
(第11实施方式)本实施方式中，如图16，表示采用上述构成的放电灯点亮装置20的液晶投影仪的构成例，作为光源的高压放电灯La通过反射器21控制配光。含有放电灯点亮装置20的液晶投影仪的各构成要素由投影仪控制电路22控制，在投影仪控制电路22和放电灯点亮装置20之间，从放电灯点亮装置20发送与灯电压对应的电压信息信号S4，然后从投影仪控制电路22发送功率切换信号S2以及外部控制信号S3。这里，外部控制信号S3以及电压信息信号S4采用矩形波信号。
灯电压为反映高压放电灯La的温度的信息，在投影仪控制电路22中基于电压信息信号S4决定用于冷却高压放电灯La的风扇23的控制条件，且依据风扇23的控制条件决定最佳反相频率。由将投影仪控制电路22决定的与反相频率对应的外部控制信号S3提供给放电灯点亮装置20，放电灯点亮装置20中接受外部控制信号S3并控制极性反相电路2。
即，如果采用本实施方式中的构成，则不仅可以调节反相频率还可以对用于冷却高压放电灯La的风扇23进行控制。其它的构成以及动作与第1实施方式同样。
第12实施方式上述各实施方式中，为防止高压放电灯La的一对电极中的一方比另一方更消耗，按照占空比为50％来驱动极性反相电路2。对此，本实施方式中，检测电弧跳动的同时在检测到电弧跳动时，使灯电流波形的占空比偏离50％。电弧跳动判定机构的构成为，为检测电弧跳动，例如对灯电流进行监视，当灯电流的平均值减少时则判定产生电弧跳动。例如，如图17(b)所示，在电弧跳动判定机构中求出与电弧跳动有无相关的检测量，通过比较该检测量和阈值Th，而对电弧跳动发生的有无进行检测。图示例中，假如没有检测到电弧跳动则令灯电流的占空比为50％，在检测到电弧跳动之后对占空比变更到不是50％的适当值Dv。
通过采用这样的技术，在产生电弧跳动时可控制使产生电弧跳动的电极的温度上升，其结果能够减轻电弧跳动的产生。
并且，若检测到电弧跳动而占空比变更为Dv，则一般如图18(a)所示，灯电流的极性反相数次(10次程度)后，则如图18(b)因电弧跳动被消除，因此在进行比该次数稍微多一点的极性反相后占空比返回50％。即，不管电弧跳动检测机构和阈值Th的比较如何，通过改变极性反相的次数都能使占空比恢复到原始的50％。
根据该技术，当因高压放电灯La的电极的温度变化而产生电弧跳动时，即使因占空比的变化而使电弧跳动消除，也能够控制电极的温度使其进一步升高，能够抑制接下来的电弧跳动。其它的构成以及动作与第1实施方式同样。
第13实施方式第12实施方式中，在检测到电弧跳动消除之后按照使从灯电流的极性反相进行数次后占空比返回原始值进行控制，本实施方式中，如图19(b)，采用电弧跳动检测机构的检测值超过阈值Th时产生的变化量ΔV，如图19(a)在使灯电流波形的占空比变更为Dv的期间，若电弧跳动检测机构的检测值相对阈值th产生了变化量ΔV的变化时，则占空比返回50％。其它构成以及动作与第12实施方式同样。
第12实施方式以及第13实施方式中，通过检测电弧跳动在使灯电流波形的占空比变化的期间确保占空比为一定，如图20所示，也可以在使占空比变更为Dv的期间占空比随着时间而变化。图示例中在占空比刚刚变更之后，成为最大的占空比，随着时间经过占空比慢慢地减少。根据这样的结构，即使在高压放电灯La的一对电极中任何一个产生电弧跳动的情况下都可将电极加热后消除电弧跳动。
产业上的利用可能性如上述，根据本发明的构成，依据高压放电灯的电极状态，确保灯电压和反相频率的关系为适当的关系，其结果可抑制高压放电灯中电弧跳动的发生。
权利要求
1.一种放电灯点亮装置，其特征在于，包含直流电源；斩波器电路，其以直流电源作为电源，进行DC-DC转换，输出功率可控；平滑电容器，其连接在斩波器电路的输出端子之间；极性反相电路，其以平滑电容器的两端电压作为电源，进行DC-AC转换；高压放电灯，其由极性反相电路施加交变电压；控制电路，其对斩波器电路的输出功率进行控制，同时对极性反相电路的输出进行控制；电压检测电路，其检测相当于高压放电灯的灯电压的电压，在控制电路中设定有对电压检测电路所检测的电压的电压范围进行规定的切换电压，控制电路具有依据所检测的电压和切换电压的大小关系、按照使高压放电灯的灯电流的极性反相的反相频率在多个等级变化的方式而对极性反相电路进行控制的功能。
2.根据权利要求1所述的放电灯点亮装置，其特征在于，所述控制电路具有如下功能可从多个等级中选择所述斩波器电路的输出，并与可选择的功率对应，对所述反相频率进行变更。
3.根据权利要求2所述的放电灯点亮装置，其特征在于，所述切换电压与可选择的功率无关，都设定为固定。
4.根据权利要求2所述的放点灯点亮装置，其特征在于，所述切换电压的至少一个对于不同的功率设定为不同值。
5.根据权利要求2～4任一项所述的放点灯点亮装置，其特征在于，在所述高压放电灯刚刚点亮之后，在由所述电压检测电路检测的电压到达规定的电压之前，与可选择的功率无关，适用相同的反相频率。
6.根据权利要求2～4任一项所述的放点灯点亮装置，其特征在于，在所述高压放电灯刚刚点亮之后，在到达规定的切换时间之前，与可选择的功率无关，适用相同的反相频率。
7.根据权利1～4任一项所述的放点灯点亮装置，其特征在于，对所述切换电压赋予迟滞特性。
8.根据权利1～4任一项所述放点灯点亮装置，其特征在于，所述控制电路在所述高压放电灯的灯电流的极性反相的每隔规定次数，对所述反相频率有无变更进行判定。
9.根据权利要求1～4任一项所述的放电灯点亮装置，其特征在于，所述控制电路在每次经过至少所规定的一定时间后，对所述反相频率有无变更进行判定。
10.根据权利要求1～4任一项所述的放电灯点亮装置，其特征在于，所述控制电路，每隔一定时间对由所述电压检测电路检测的电压和所述切换电压的大小关系进行判定，每隔规定的判定次数依据满足规定的大小关系的次数是在规定的次数以上还是不足规定的次数，判定反相频率有无变更。
11.根据权利要求1～4任一项所述的放电灯点亮装置，其特征在于，所述控制电路在每当所述高压放电灯的灯电流的极性反相时，取入由所述电压检测电路检测的电压。
12.根据权利要求11所述的放电灯点亮装置，其特征在于，所述控制电路从所述高压放电灯的灯电流的极性反相开始到经过给定时间后，取入由所述电压检测电路检测的电压。
13.根据权利要求1所述的放电灯点亮装置，其特征在于，所述控制电路，在所述高压放电灯的灯电流产生偶数次的极性反相的时刻，对所述反相频率进行变更。
14.一种照明装置，其特征在于，具有权利要求1所述的放电灯点亮装置。
15.一种投影仪，其特征在于，具有权利要求1所述的放电灯点亮装置。
16.一种投影仪，其特征在于，包含放电灯点亮装置；风扇，其对高压放电灯风冷；和投影仪控制装置，其接收由放电灯点亮装置检测的灯电压，同时对放电灯点亮装置指示让高压放电灯的灯电流的极性反相的反相频率，投影仪控制装置依据从高压放电灯接收的灯电压，设定由风扇风冷的控制条件，并向放电灯点亮装置指示与该控制条件对应的反相频率。
17.根据权利要求1所述的放电灯点亮装置，其特征在于，具有电弧跳动检测机构，其检测在所述高压放电灯中产生的电弧跳动，所述控制电路一旦由电弧跳动检测机构检测到电弧跳动后，则将所述高压放电灯的灯电流波形的占空比设定为与50％不同的值。
18.根据权利要求17所述的放电灯点亮装置，其特征在于，设定所述灯电流波形的占空比为与50％不同值的期间，由灯电流的极性反相消除电弧跳动的程度的次数而规定。
19.根据权利要求17所述的放电灯点亮装置，其特征在于，设定所述灯电流波形的占空比为与50％不同的值的期间，作为由所述电弧跳动检测机构的检测值在检测到电弧跳动时的检测值的变化量返回原值的期间所规定。
20.根据权利要求18或者19所述的放电灯点亮装置，其特征在于，在设定所述灯电流波形的占空比为与50％不同的值的期间，随着时间经过而同时改变占空比。
全文摘要
斩波器电路(1)可控制将直流电源E作为电源的输出功率，在斩波器电路(1)的输出端之间连接有平滑电容器(C1)。极性反相电路(2)，将平滑电容器(C1)的两端电压作为电源，将交变电压施加给高压放电灯(La)。斩波器电路(1)的输出功率以及极性反相电路(2)的反相频率，基于由电压检测电路(3)检测的平滑电容器(C1)的端子电压由控制电路(4)进行控制。控制电路(4)，设定规定电压检测电路(3)检测的电压的电压范围的切换电压，依据检测的电压和切换电压的大小关系，使反相频率在多个等级变化。通过在每个灯电压的范围设定与向高压放电灯投入的功率对应的反相频率，从而抑制电弧跳动的发生。
文档编号G03B21/16GK1739319SQ20048000235
公开日2006年2月22日 申请日期2004年1月16日 优先权日2003年1月17日
发明者渡边浩士, 内桥圣明, 伊藤久治, 佐佐木俊明, 长谷川纯一, 中田克佳 申请人:松下电工株式会社