CN1735304B

CN1735304B - 高压放电灯用供电装置

Info

Publication number: CN1735304B
Application number: CN200510082317.5A
Authority: CN
Inventors: 铃木义一; 有本智良
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2004-08-04
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2025-06-29
Also published as: CN1735304A; JP2006073497A; JP4438617B2; US20060028151A1; US7239089B2

Abstract

一种高压放电灯。在放电灯照明启动时不会熄灯，能够向电弧放电转移。由封入水银量0.15mg/mm³以上的高压放电灯(10)和供电装置构成。供电装置的特征在于，具有：包括开关元件的斩波电路；包括与该斩波电路的输出端连接的至少一个滤波用电容器的滤波电路；以及驱动斩波电路的开关元件的反馈系列控制电路，与上述滤波电路的输出端串联连接有电阻和第二开关元件的并联电路，并且至少在照明启动时使上述第二开关元件关断，并且在放电灯稳定了之后接通。

Description

高压放电灯用供电装置

技术领域

本发明涉及高压放电灯照明装置。特别涉及对用作投影仪装置的光源的封入水银量0.15mg/mm³以上的高压放电灯的供电装置。

背景技术

图4表示高压放电灯用供电装置。

供电装置由具有开关元件Qx的斩波(チヨツパ一)电路1、包括线圈Lx和电容器Cx的滤波电路2、照明启动用启动电路3、以及驱动开关元件Qx的控制电路4构成。

控制电路4通过电阻R1、R2、R3来检测放电灯10的照明电压和照明电流，换算、求出照明电功率，并且与基准电功率值比较，对开关元件Qx进行反馈控制。

在斩波电路1中被控制了的电流在滤波电路2中变为直流输出，供给放电灯10。

照明动作，首先由启动电路3产生高压脉冲，在放电灯10的电极间产生绝缘击穿而产生辉光放电。辉光放电随即变为电弧放电，放电灯就会稳定。电弧放电状态的放电灯的照明电压比辉光放电状态的放电灯的照明电压低。

此处，辉光放电状态存在的时间根据照明条件等有种种变化，有的数微秒结束，有的持续数十毫米秒或以上。

滤波电路2中含有的电容器Cx是在向电弧放电转移了之后，使高频脉动降低的滤波电容器，连接了较大容量的电容器。

还有，为了从辉光放电状态很快地向电弧放电状态转移，与电容器Cx并联设置小容量的电容器，这种技术例如有专利第3188873号等。

另一方面，投影仪装置的光源中使用的放电灯，封入的水银量极多。因此，放电灯熄灯时，液体状态(粒状)的水银在电极上附着增多。这是因为，作为金属的电极成为由于放电灯的熄灯而最容易变冷的部位，水银容易凝结。

从该状态使放电灯照明启动的话，以电极上附着了的水银作为起点，电弧放电就容易产生。该电弧放电与由上述热引起的电弧放电不同，可以说是瞬时的特殊电弧放电，所以电极上附着的水银蒸发、枯竭的话，就会消失，是不稳定的。

总之，如果是通常的放电灯，照明启动(绝缘击穿)后经过辉光放电状态，向电弧放电状态转移，不过，封入水银量大的放电灯会在辉光放电状态中瞬时地经历上述特殊电弧的状态。

这样产生特殊电弧的话，就不能使放电灯稳定地照明，在照明初期阶段就会熄灯(中断)。

专利文献1：特许3188873号。

发明内容

[发明要解决的课题]

提供一种封入水银量0.15mg/mm³以上的高压放电灯的照明装置，即，即使照明开始时经历了特殊的电弧放电，放电灯也不会熄灯，能稳定地维持的构成。

[用于解决课题的装置]

为了解决上述课题，本发明所涉及的高压放电灯用供电装置，具有：包括开关元件的斩波电路；包括与该斩波电路的输出端连接的至少一个滤波用电容器的滤波电路；以及驱动斩波电路的开关元件的反馈控制电路。并且，其特征在于，在上述滤波电路的输出端串联连接有电阻和第二开关元件的并联电路，并且上述控制电路至少在照明启动时使上述第二开关元件关断，并且在放电灯稳定了之后，该第二开关元件接通。

还有，作为另一构成，连接有：包括开关元件的斩波电路；包括与该斩波电路的输出端连接的至少一个滤波用电容器的滤波电路；驱动斩波电路的开关元件的反馈系列控制电路；以及在滤波电路的输出侧生成交流电流的全桥电路。其特征在于，在构成该全桥电路的开关元件的至少1个上并联连接有电阻和第二开关元件的串联电路，并且上述控制电路至少在照明启动时，使上述第二开关元件接通，并且在放电灯稳定了之后，使该第二开关元件关断，向放电灯供给交流电流。

[发明效果]

按照上述构成，在放电灯照明启动时，即使由于附着了水银而产生了特殊电弧，也能够很好地从辉光放电向电弧放电转移。

附图说明

图1表示本发明的高压放电灯照明装置。

图2表示本发明的高压放电灯照明装置。

图3表示本发明的高压放电灯照明装置中使用的放电灯。

图4表示高压放电灯照明装置。

图5表示本发明的高压放电灯照明装置。

图6表示本发明的实验结果。

图7表示本发明的高压放电灯照明装置。

具体实施方式

图1表示本发明所涉及的高压放电灯用供电装置。

供电装置由斩波电路1、滤波电路2、作为启动器的启动电路3、以及控制电路4构成。由供电装置和放电灯10构成照明装置。

斩波电路1具有开关元件Qx、控制开关元件Qx的驱动电路Gx、以及二极管Dx，把来自直流电源Vdc的直流电流转换为与规定的开关周期对应的电流值。在滤波电路2的输出端串联连接有电阻Rx和第二开关元件SW〔以下简称「开关元件」〕的并联电路。

滤波电路2用于对斩波电路1的输出进行滤波，具有线圈Lx、电容器Cx。

启动电路3具有点火变压器Tr1，在放电灯10照明启动时产生高压脉冲。

控制电路4接收来自电阻R1、R2、R3的电压信号、电流信号，把放电灯的照明电功率与基准值进行比较，向驱动电路Gx发送。由此对放电灯10进行反馈控制。

电阻R1、R2、R3用于检测放电灯10的照明电压、照明电流，由电阻R1、R2检测照明电压，由电阻R3检测照明电流。

放电灯10后述，不过，封入水银量为0.15mg/mm³以上。

还有，与图4相比，开关元件Qx与负线连接，不过，电路功能上相同。

其次，说明放电灯10照明开始时的动作。

首先，通过启动电路3，在变压器Tr11中产生高压脉冲的话，就在放电灯10的电极间击穿而开始放电。高压脉冲，给出数值例的话，为数KV～数+KV的程度。

放电灯中产生绝缘击穿的话，就从斩波电路1供给电流。此时，与滤波电路2的输出端串联连接的开关元件SW变为关断状态。

绝缘击穿后的放电灯为辉光放电状态，不过，瞬时地产生特殊电弧放电。

此处，辉光放电的时候灯电压高，电弧放电的时候灯电压变低。总之，瞬时地产生特殊电弧放电而回到辉光放电状态的话，灯电压就从低的状态向高的状态变化。该变化在极短的时间发生，因而夹介控制电路4的反馈系列控制不能跟随，因此，放电灯就会中断。以数值表示一个例子的话，在灯电压上升了的场合反馈系列控制能反应的时间为200μ秒的程度，而要防止放电灯的中断，至少需要100μ秒以内的反应。

本发明，在放电灯照明启动时，使与滤波电路2的输出端串联连接的开关元件SW关断，就能够实现比反馈系列控制还迅速的电流供给。

即，在没有产生特殊电弧放电，没有产生急剧的电压变化的时候，主要通过开关元件Qx进行电流供给，并且在产生了急剧的电压变化的时候，就把充电于高电压的滤波电容器Cx的电荷通过电阻Rx对灯进行电流供给。

使开关元件SW关断的时点可以在启动电路3启动之前，也可以在紧接启动电路3启动之后。总之，只要在特殊电弧产生的时点关断即可。

开关元件SW只要是具有MOSFET、双极晶体管、继电器等开关功能的元件，没有特别限定，都能采用。

还有，电阻Rx为提高启动性而连接，例如可以采用90欧姆程度的电阻。

开关元件SW的开闭控制(接通关断控制)未图示，不过，例如与设在控制电路4或启动电路内部的计时器电路连动而动作。

放电灯10稳定了之后，使开关元件SW接通，就能够排除无用的发热。接通的时点，可以采用由电阻R1和电阻R2检测灯电压，从而测量电弧放电稳定了的状态的电压值的方法，或是从启动电路的启动起，由计时器电路预先设定了的时间来决定。这些由控制电路4来进行，通过驱动开关元件SW来进行开闭控制。此处，放电灯稳定是指向电弧放电(不是特殊电弧)转移了之后的状态，随灯的种类而不同，不过，可以说是从照明开始2秒以后，通常经过4～5秒后的时间。

此处，先说明特殊电弧放电。

如上所述，对于封入水银量为0.15mg/mm³以上的放电灯，使之照明启动的时候，电极上多附着有水银。于是，如果以该水银作为起点而产生了放电，该瞬间就成为更接近电弧放电(方便起见，称为「特殊电弧」)而不是辉光放电的状态。

而且，如果电极上附着的水银成为特殊电弧的起点，则在比较短的时间，水银就蒸发了。这时，下一放电电弧如果由别的水银(附着在电极的别的部位的水银)产生，或是很好地转移至自阴极的放电，则可维持放电，不过，如果都不能很好地继续，则放电灯就会中断。

还有，也根据放电灯的种类，不过，辉光放电中电极间电压为100～200v，而启动初期的电弧放电中电极间电压大致为10v的水平。

因此，如果从辉光放电向特殊电弧，或是从特殊电弧向辉光放电变化，电极间电压就会悬殊变化。

图2表示交流照明型放电灯的照明装置，即图1的变形例。在图2中，除在滤波电路2和放电灯10之间具有全桥电路5以外，与图1表示的电路基本上是同一构成。

全桥电路5由连接为桥状的晶体管或FET构成的开关元件Q1～Q4和开关元件Q1～Q4的驱动电路G1～G4构成。通过开关元件Q1～Q4的切换对放电灯10供给交流矩形波电流。

以照明启动时流过直流，此后向交流照明转移的类型的例子来说明。

全桥电路5由连接为桥状的晶体管或FET构成的开关元件Q1～Q4和开关元件Q1～Q4的驱动电路G1～G4构成。通过开关元件Q1～Q4的切换对放电灯10供给交流矩形波电流。具体而言，例如照明启动时把开关元件Q1、Q4这一对接通，把Q2、Q3这一对关断，按开关元件Q1→变压器Tr11→放电灯10→电阻Rx→开关元件Q4的路径流过电流。放电灯稳定时，把开关元件Q1、Q4这一对和Q2、Q3这一对交替接通·关断，交替生成按开关元件Q1→变压器Tr11→放电灯10→开关元件SW→开关元件Q4的路径流过的电流和按开关元件Q3→开关元件SW→放电灯10→变压器Tr11→开关元件Q2的路径流过的电流。

电阻Rx和开关元件SW的功能与上述的相同。

图3表示放电灯的全体构成。

放电灯10具有大致球形的发光部11，该发光部11是由石英玻璃制成的放电容器形成的。在该发光部11中相对设有一对电极20。还有，从发光部11的两端伸出而形成密封部12。在该密封部12内，通常通过例如收缩密封而气密地埋设由钼制成的导电用金属箔13。一对电极20，轴部与金属箔13熔接而电连接，还有，金属箔13的另一端与向外部突出的外部引线14熔接。

在发光部11中封入了水银、稀有气体和卤素气体。

水银用于获得必要的可见光，例如波长为400～700nm的发射光，封入量大于0.15mg/mm³。该封入量因温度条件而不同，在照明时形成150个大气压以上的极高蒸气压。还有，可以通过封入更多的水银，制作照明时的水银蒸气压在200个大气压以上、300个大气压以上的高水银蒸气压放电灯，水银蒸气压越高，越可以获得适合投影装置的理想光源。

稀有气体，封入例如约13kPa的氩气，其作用在于改善照明启动性能。

卤素是以碘、溴、氯等与水银或其它金属的化合物的形态封入的。卤素的封入量从10^-6～10^-2μmol/mm³的范围中选择。其作用是利用所谓卤素周期，延长寿命，但对于如本发明的放电灯这样极小型而具有高内压的装置而言，封入这样的卤素，主要目的是防止放电容器失透。

另外，在直流照明用的放电灯的场合，电极20是阴极和阳极为不同形状、体积的电极。

放电灯的数值例：例如发光部的最大外径9.4mm，电极间距1.0mm，发光管内容积85mm³，额定电压75V，额定电功率120W，进行交流照明。

还有，这种放电灯内置于小型化投影装置中，要求装置整体尺寸极小但光量较高，因此，发光管部内的热的影响极大，灯的管壁的负荷值为0.8～2.0W/mm²，具体地说，为1.3W/mm²。

将具有这种高水银蒸气压及管壁负荷值的装置安装于投影装置或顶式投影仪之类的演示设备上时，可以提供色调效果良好的放射光。

图5表示图2所示的供电装置的变形例。

图2的电路在全桥电路5的输出端串联连接着电阻Rx和开关元件SW的并联电路，而图5在滤波电路和全桥之间串联连接着电阻Rx和开关元件SW的并联电路，这一点不同。都是电阻Rx和开关元件SW的并联电路与灯10串联连接，这一点相同，电阻Rx和开关元件SW的功能也相同。

还有，电阻Rx和开关元件SW的并联电路，也可以使用负特性热敏电阻。在这种场合，使开关接通关断的驱动电路不是必要的，可以通过负特性热敏电阻器的自发性动作来发挥作用。

在与放电灯串联连接了线圈的场合，可以通过减小线圈的电感来减小光变动，对投影装置来说是有利的。特别是在光调制设备中使用了单板DMD和旋转滤色片的场合，由于光的衰减降低，因而不需要进行放电灯的极性切换和同步，这一点是有利的。

然而，电感变小的话，即使减小了电容器Cx的容量，但电感中积蓄的能量变小，结果放出能量也变小，无法改善启动性，放电灯的照明启动性只得下降。这是因为，电容器不能跟随负荷的急剧的电压变化，还有，电感具有本来跟随功能，但由于减小电感，使功能大幅度下降。

于是，在这种场合，与斩波输出串联，即与灯10串联设置电阻Rx的话，具有不论电容器Cx的值如何，都能确保启动性的优点。

在图2中，生成交流电流的装置不限于全桥电路，也可以采用其它电路结构。特别是，即使开关元件的数不是4个，只要能通过至少2个开关元件，使之夹介死区时间而交替接通关断驱动即可。

还有，启动电路3不限于在放电灯电流路径上连接高压变压器的方式，在放电灯10的外面配置触发线，从高压变压器中不流过放电灯电流的高压变压器向放电灯施加启动用高压的方式(所谓外部触发方式)也可以。

其次，说明本发明的高压放电灯供电装置的实验。

作为电阻Rx，在40Ω、50Ω、60Ω、70Ω、100Ω、200Ω、300Ω、以及短路电阻Rx的场合(即不连接电阻Rx的以前电路的场合)的各种情况下确认了放电灯的照明状态。

各实验从放电灯稳定照明的状态使之熄灯，此后，1分后，1分30秒后，2分后，2分30秒后使放电灯再照明(启动启动器)。

测量了该再照明启动能否使放电灯再照明。

放电灯如图3及相关段落记载了的，采用了额定电功率120W，额定电压75v，额定电流1.6A，电极间距离1.0mm的交流照明型放电灯。还有，电路采用图2所示的电路构成，启动时电流(至少在开关关断期间的斩波电路输出电流)为1A。

图6表示上述实验的结果。

所有放电灯通过熄灯1分后及2分30秒后的再启动而照明了。可以认为，熄灯后的时间经过少，放电灯为容易再启动的状态(电弧放电状态)。

关于熄灯2分后的再启动，在电阻Rx短路(相当于没有图6的电阻Rx)和电阻Rx为40Ω、50Ω的场合不能照明。可是，在电阻Rx为60Ω以上的场合不管电阻值如何都能照明。证明了由于连接了60Ω以上的电阻Rx，放电灯即使是辉光放电状态也能再照明。

关于熄灯2分30秒后的再启动，在电阻Rx短路和电阻Rx为40Ω的场合不能照明。而在电阻Rx为50Ω以上的各种场合都能照明。该结果表明通过电阻Rx流过的电流值只要为某值以上，就能再照明。

另外，图6的电压是指启动时电流的电阻Rx的电压。

如上所述，使放电灯熄灯之后1～2分再启动了时，该放电灯能很好地再照明，意味着即使放电灯在特殊电弧之后变成了辉光放电状态，也能持续照明。

还表明，电阻Rx所加的电压值在上述实验中为50v以上的场合，能以更高的概率维持放电。

图7表示本发明所涉及的高压放电灯用供电装置的另一实施方式。该电路图与图2、图5表示了的电路图相比，电阻Rx和第二开关元件SW配置在全桥电路5中，还有，电阻Rx和开关元件SW为串联连接，这一点不同，其它构成基本相同。

电阻Rx和开关元件SW的串联电路与构成全桥电路5的开关元件Q1并联连接。

以下说明该电路的动作。

正常照明时，如上所述，开关元件Q1和Q4这一对、开关元件Q2、Q3这一对交替接通，使放电灯中流过交流电流。

照明启动时，对放电灯10供给直流电流，放电灯的照明稳定了之后(即变为正常照明)，向交流照明转移。

具体的电路动作是，仅使构成全桥电路5的4个开关元件中的开关元件Q4接通，并且使其它开关元件Q1、Q2、Q3关断，使与开关元件Q1并联连接的第二开关元件SW接通。

于是，放电灯10中产生绝缘击穿的话，从斩波电路1供给的电流就按电阻Rx→第二开关元件SW→变压器Tr11→放电灯10→开关元件Q4的路径流过直流电流。

该实施方式，由于通过与放电灯10串联连接的电阻Rx向放电灯10供给电流，因而能够实现比反馈系列更迅速的电流供给。

使开关元件Q4和第二的开关元件SW接通的时点可以在启动电路3启动之前，也可以在紧接启动电路3启动之后。总之，只要在特殊电弧产生的时点进行上述动作即可。

在放电灯10向电弧放电转移了之后，使第二开关元件SW关断，并且使开关元件Q1接通，就能供给直流电流。或是，也可以保持第二开关元件SW接通而使开关元件Q1接通，稍微迟些使开关元件SW关断。这是因为都能通过减少流过电阻Rx的电流来排除电阻Rx的无用的发热。

另外，电阻Rx和开关元件SW的串联电路可以与任意一个构成全桥电路5的开关元件并联连接，以与被连接的开关元件的关系来决定照明启动时使之接通的开关元件。

如以上说明了的，本发明所涉及的高压放电灯用供电装置，在放电灯照明启动时，即使产生了由于附着了水银而引起的特殊电弧，也能够很好地从辉光放电向电弧放电转移。

Claims

1.一种高压放电灯用供电装置，是对高压放电灯的供电装置，其特征在于，

具有：包括开关元件的斩波电路；包括与该斩波电路的输出端连接的至少一个滤波用电容器的滤波电路；以及驱动斩波电路的开关元件的反馈系列控制电路，

在所述滤波电路的输出端串联连接有电阻和第二开关元件的并联电路，并且

无论放电灯是直流照明还是交流照明，所述控制电路至少在照明启动时使所述第二开关元件关断并使放电灯进行直流照明，并且在放电灯稳定了之后使该第二开关元件接通。

2.根据权利要求1所述的高压放电灯用供电装置，其特征在于，在所述滤波电路的输出侧连接有生成交流电流的全桥电路。

3.一种高压放电灯用供电装置，是对高压放电灯的供电装置，其特征在于，

在滤波电路的输出侧连接有生成交流电流的全桥电路，

在构成所述全桥电路的开关元件的至少1个上并联连接有电阻和第二开关元件的串联电路，并且

无论放电灯是直流照明还是交流照明，所述控制电路至少在照明启动时，使所述第二开关元件接通并使放电灯进行直流照明，并且在放电灯稳定了之后，使所述第二开关元件关断。

4.根据权利要求1或3所述的高压放电灯用供电装置，其特征在于，所述高压放电灯封入了0.15mg/mm³及以上的水银。