放電ランプ点灯装置
【課題】 フェライトコアの機械的な振動による可聴ノイズを低減した放電ランプ点灯装置を提供する。
【解決手段】 ＤＣ−ＡＣインバータ回路２は、直流電圧を任意のスイッチング周波数の交流電圧に変換するものである。変換された交流電圧は、フェライトコアに巻線が施されたインダクタＬ１とコンデンサＣ１のＬＣ直列回路に印加される。ディジタル制御回路３は定常動作において、定常周波数のスイッチング周波数でスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン／オフを制御する。放電ランプはコンデンサＣ１の両端に接続されている。ディジタル制御回路３は、フェライトコアが所定温度よりも低いときに、スイッチング周波数を定常周波数よりも低い周波数とする。
【解決手段】 ＤＣ−ＡＣインバータ回路２は、直流電圧を任意のスイッチング周波数の交流電圧に変換するものである。変換された交流電圧は、フェライトコアに巻線が施されたインダクタＬ１とコンデンサＣ１のＬＣ直列回路に印加される。ディジタル制御回路３は定常動作において、定常周波数のスイッチング周波数でスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン／オフを制御する。放電ランプはコンデンサＣ１の両端に接続されている。ディジタル制御回路３は、フェライトコアが所定温度よりも低いときに、スイッチング周波数を定常周波数よりも低い周波数とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ランプを点灯させる放電ランプ点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の放電ランプ点灯装置として、特許文献１には、図５のような交流電圧を印加することにより放電ランプを点灯するようにした放電ランプ点灯装置が開示されている。この放電ランプ点灯装置は、フルブリッジ回路を用いたものである。降圧チョッパ回路は、直流電源から入力される直流電圧を降圧し、所望の直流電圧を出力して、４つのスイッチング素子からなるフルブリッジ回路に印加している。フルブリッジ回路により直流電圧が交流電圧に変換され、この交流電圧が印加されるようにＬＣ直列回路が接続されている。ＬＣ直列回路のコンデンサの両端には放電ランプが接続されている。放電ランプ始動時には、ＬＣ直列回路の共振周波数（例えば１５０ｋＨｚ）近傍の高いスイッチング周波数の交流電圧が印加されることで、放電ランプ始動に必要な高い電圧が供給される。放電ランプが点灯した後はスイッチング周波数を定常周波数（数十〜数百Ｈｚ）に移行し、定常動作を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３２７１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＣ直列回路のインダクタは、通常フェライトコアに巻線が施されたものである。このインダクタに交流電圧が印加されると、巻線に流れる電流により周期的な磁界の変化が発生する。この磁界の変化によってフェライトコアが磁歪効果により歪み、機械的な振動が発生する。一方、フェライトコアの磁歪定数は温度依存性を有しており、フェライトコアの温度が低いときに磁歪定数は大きい。したがって、定常周波数に移行してしばらくの期間は、フェライトコアの温度は低く磁歪定数が大きい状態であるため、磁歪効果による機械的な振動によって可聴ノイズが発生するという問題があった。定常周波数である数十〜数百Ｈｚは人間の可聴域の周波数であるため、この周波数での機械的な振動は 可聴ノイズとなるためである。ここで、人の可聴域は２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚであり、そのうち１〜１０ｋＨｚまでが最も聴こえ易い。この周波数帯から外れるほど聴こえにくくなっていく。騒音計での測定においても、人の耳への聴こえ易さを考慮して周波数帯別に重み付けによる補正を行うＡ特性モードが国際的に使用されている。Ａ特性モードでは、例えば、１００Ｈｚの成分は−２０ｄＢ、４００Ｈｚの成分は−５ｄＢ、１ｋＨｚの成分は０ｄＢ（補正なし）という補正をして、可聴ノイズを測定している。
【０００５】
本発明は上述した問題点を鑑みてなされたものであり、フェライトコアの機械的な振動による可聴ノイズを低減した放電ランプ点灯装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するために、本発明の放電ランプ点灯装置は、第１の値の直流電圧が供給される直流電圧入力端子と、前記第１の値の直流電圧を、第２の値の直流電圧に変換するものであって、スイッチング素子を含むＤＣ−ＤＣコンバータ回路と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の出力電圧を検出する直流電圧検出手段と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路から出力される直流電圧を、任意のスイッチング周波数の交流電圧に変換するものであって、スイッチング素子とＬＣ直列回路を含むＤＣ−ＡＣインバータ回路と、前記ＬＣ直列回路に接続された放電ランプに流れるランプ電流を検出するための電流検出手段と、前記直流電圧検出手段によって検出された直流電圧の値と、前記電流検出手段によって検出されたランプ電流の値に応じて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路および前記ＤＣ−ＡＣインバータ回路のスイッチング素子のオン／オフをそれぞれ制御する制御回路と、を有する放電ランプ点灯装置であって、前記ＬＣ直列回路は、フェライトコアに巻線が施されたインダクタとコンデンサからなり、前記制御回路は、前記フェライトコアが所定温度よりも低いときに、前記スイッチング周波数を定常周波数よりも低い周波数とする。
【０００７】
この放電ランプ点灯装置では、インダクタのフェライトコアの温度が低いときにスイッチング周波数を定常周波数よりも低い周波数で動作させることができるため、スイッチング周波数を可聴域から遠ざけることができ、フェライトコアからの可聴ノイズを低減することができる。
【０００８】
また本発明では、前記制御回路は、温度検出手段によって前記フェライトコアの温度を検出する。
【０００９】
また本発明では、前記温度検出手段は、サーミスタ素子である。
【００１０】
また本発明では、前記温度検出手段は、前記巻線の直流抵抗値から前記フェライトコアの温度を検出する。
【００１１】
この場合には、フェライトコアの温度を、より簡易的に検出することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、放電ランプ点灯装置におけるインダクタのフェライトコアの温度が低いときにスイッチング周波数を定常周波数よりも低い周波数で動作させることができるため、スイッチング周波数を可聴域から遠ざけることができ、フェライトコアからの可聴ノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図２】フェライトコア温度と磁歪定数の関係を示す概略グラフである。
【図３】定常動作に移行後のコア温度と磁歪定数とスイッチング周波数の関係を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図５】従来の放電ランプ点灯装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る放電ランプ点灯装置の実施形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１に本発明の第１の実施形態に係る放電ランプ点灯装置１の構成を示す。直流の外部電源電圧が入力されるコネクタＣＮ１にはインダクタＬ２１とコンデンサＣ２１からなるローパス・フィルタが接続されている。次段にレギュレータ９が接続され、さらにその後段には降圧チョッパ回路７が接続されている。この降圧チョッパ回路７はＦＥＴ等の半導体スイッチ素子からなるスイッチング素子Ｑ１１、ダイオードＤ１１、インダクタＬ１１、コンデンサＣ１１から構成されている。スイッチング素子Ｑ１１にはドライバ８を介してディジタル制御回路３が接続されている。
【００１５】
インダクタＬ２１とコンデンサＣ２１からなるローパス・フィルタは、コネクタＣＮ１から入力される外部電源電圧の安定化、ノイズの除去等を行っている。レギュレータ９は、ディジタル制御回路３の電源電圧を生成するためのものである。
【００１６】
降圧チョッパ回路７は、入力される直流電圧を降圧し、所望の電圧値の直流電圧を出力する回路である。ディジタル制御回路３によってスイッチング素子Ｑ１１のオン／オフが制御され、所望の直流電圧を得る仕組みとなっている。降圧チョッパ回路７から出力される出力電圧は、抵抗Ｒ１及びＲ２によって分圧され、その分圧された電圧がディジタル制御回路３に入力される。これによってディジタル制御回路３は降圧チョッパ回路７の出力電圧をモニタし、制御することが可能となる。
【００１７】
本第１の実施形態では、入力電圧が高い場合を想定しているため、降圧チョッパ回路としているが、入力電圧が低い場合などは昇圧チョッパ回路にすることや、状況に応じて昇降圧チョッパ回路にすることが可能である。
【００１８】
降圧チョッパ回路７の出力は、さらに、ＤＣ−ＡＣインバータ回路２に接続される。ＤＣ−ＡＣインバータ回路２は、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、この４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動するためのドライバ４と、インダクタＬ１とコンデンサＣ１からなるＬＣ直列回路から構成されている。４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、いわゆるフルブリッジ回路を構成しており、直流電圧を交流電圧に変換している。ドライバ４は、ディジタル制御回路３からの指令信号によって、スイッチング素子Ｑ１とＱ４、Ｑ２とＱ３の組合せで、それらを相補的にオン／オフしている。インダクタＬ１とコンデンサＣ１のＬＣ直列回路は、フルブリッジ回路に接続されており、変換された交流電圧が印加されている。放電ランプ（図示せず）に対しては、コンデンサＣ１の両端に接続したコネクタＣＮ２を介して、交流電圧を印加している。
【００１９】
本第１の実施形態ではＤＣ−ＡＣインバータ回路２にフルブリッジ回路を用いているが、状況に応じて、ハーフブリッジ回路、プッシュプル回路等を用いることが可能である。
【００２０】
インダクタＬ１はフェライトコアに巻線が巻回されて構成されている。このフェライトコア近傍には、フェライトコア温度検出手段６であるサーミスタ素子が設けられている。サーミスタ素子はディジタル制御回路３に接続され、フェライトコアの温度がモニタされる。
【００２１】
負荷に相当する放電ランプに流れるランプ電流は、定常動作においてインダクタＬ１に流れる電流と一致する。したがって、降圧チョッパ回路７の出力の低圧側に設けられた電流検出手段５によってランプ電流は検出され、ディジタル制御回路３にてモニタされる。電流検出手段５としては、例えば抵抗を用いることができる。
【００２２】
本第１の実施形態の放電ランプ点灯装置は、例えばフロントプロジェクタに用いられる高圧水銀ランプ等を点灯させるものであり、ディジタル制御回路３に接続されているコネクタＣＮ３は、このようなフロントプロジェクタ等の機器側のマイクロコンピュータ等と接続するためのものである。このコネクタを通して放電ランプ点灯装置の動作状況や、出力電圧や出力電流の指令信号等のやり取りを通信できるようになっている。
【００２３】
次に、放電ランプ点灯装置１の動作について説明する。ディジタル制御回路３は、放電ランプ始動時には、放電ランプの始動に必要な高い電圧を得るために、インダクタＬ１とコンデンサＣ１のＬＣ直列回路に印加する交流電圧のスイッチング周波数を、このＬＣ直列回路の共振周波数近傍もしくは共振周波数を奇数で除した値の周波数近傍とする。例えばインダクタＬ１の値が２７５μＨであり、コンデンサＣ１の値が５５０ｐＦであれば、共振周波数は４０９ｋＨｚとなる。この共振周波数を３で除した値の周波数近傍である、１３６ｋＨｚ近傍のスイッチング周波数の交流電圧が印加されることで、放電ランプ始動が可能な高い電圧を得ることができる。
【００２４】
放電ランプ始動のために必要な電圧を得ることができれば、共振周波数を３で除した値の周波数に限らず、１、５、７、９またはそれ以上の奇数で除した値の周波数であってもよい。このような放電ランプの始動は、おおよそ１秒以内の短い期間で達成される。
【００２５】
放電ランプが点灯すると、スイッチング周波数を定常周波数に移行して定常動作をする。放電ランプを継続して点灯させる定常周波数としてのスイッチング周波数は、例えば３７０Ｈｚが適している。放電ランプの寿命特性や、放電ランプ点灯装置１の効率特性が良好なためである。
【００２６】
しかし放電ランプの始動直後は、インダクタＬ１のフェライトコアは、使用雰囲気である室温（例えば２５℃）近くであり、フェライトコアの磁歪定数λが大きい状態である。図２はフェライトコア温度と磁歪定数λの関係を示した概略グラフであり、室温近傍での磁歪定数λは大きいことを示している。
【００２７】
インダクタＬ１に流れる交流のランプ電流により発生する交番磁界によって、フェライトコアが磁歪効果により歪み、主としてスイッチング周波数の周期での機械的な振動が発生する。フェライトコアの温度が低いときには、磁歪定数が大きいため振動が大きくなり、また、スイッチング周波数が３７０Ｈｚであれば、人の可聴域のうち最も人に聴こえ易い１〜１０ｋＨｚに近い周波数であるために、フェライトコアの機械的な振動が人の耳に聞こえる可聴ノイズとなる。可聴ノイズは、例えば騒音計によって測定することができる。使用環境等に基づいて可聴ノイズの規格値を設定した場合に、フェライトコアの温度が低く、磁歪定数が大きいときには、この規格値を満足できないことがある。
【００２８】
そのため本第１の実施形態においては、ディジタル制御回路３は、放電ランプ始動直後であってフェライトコアの温度が低いときのスイッチング周波数を、定常周波数よりも低い周波数の１００Ｈｚで動作するように制御する。高圧水銀ランプ等の点灯においては、定常周波数よりも低い周波数とすることで、人の可聴域のうち最も人に聴こえ易い１〜１０ｋＨｚから遠ざけることができるため、フェライトコアの振動による可聴ノイズを低減することができる。
【００２９】
しかし１００Ｈｚで動作を継続することは、放電ランプの寿命特性や、放電ランプ点灯装置１の効率特性を考慮すると好ましくない。ここで、インダクタＬ１のフェライトコアの温度は、放電ランプ点灯装置１の動作が継続することで上昇していく。このフェライトコアの温度上昇の原因は、フェライトコアの鉄損による発熱と、フェライトコアに巻回された巻線の抵抗損失（銅損）による発熱である。定常周波数である３７０Ｈｚ近傍での動作であれば、周波数が低いため、銅損による発熱が支配的である。
【００３０】
フェライトコアの温度が上昇すると、図２に示すように磁歪定数は小さくなる。そのためフェライトコアの機械的な振動も小さくなり、１００Ｈｚ動作によって低減された可聴ノイズが、さらに小さくなる。この磁歪定数の領域であれば、３７０Ｈｚの定常周波数で動作しても、可聴ノイズは低減されている。
【００３１】
本第１の実施形態では、フェライトコア温度検出手段６によって検出したフェライトコアの温度が所定温度である６０℃を超えると、スイッチング周波数を３７０Ｈｚの定常周波数に移行するように、ディジタル制御回路３は制御する。このように制御することで、可聴ノイズが小さくなるフェライトコア温度では、１００Ｈｚで動作を継続することがなく、放電ランプの寿命特性や、放電ランプ点灯装置１の効率特性が良好な動作をさせることができる。
【００３２】
図３はランプ始動時から定常動作に移行後のコア温度と磁歪定数とスイッチング周波数の関係を示すタイミングチャートである。定常動作への移行直後はフェライトコア温度が低い状態であるため、スイッチング周波数は１００Ｈｚで動作している。
【００３３】
放電ランプ点灯装置１の動作が継続すると、フェライトコア温度が上昇し、それに伴い磁歪定数が小さくなっていく。前述のとおり、フェライトコア温度検出手段６であるサーミスタ素子によって検出したフェライトコア温度が、所定温度である６０℃を超えると、スイッチング周波数を３７０Ｈｚに移行するようにディジタル制御回路３は制御する。
【００３４】
本実施形態においては、フェライトコア温度が６０℃となったときにスイッチング周波数を移行したが、可聴ノイズやその規格値に応じて、スイッチング周波数を移行するフェライトコア温度を設定することができる。
（第２の実施形態）
図４に本発明の第２の実施形態に係る放電ランプ点灯装置１０の構成を示す。第１の実施形態と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。第２の実施形態では、抵抗Ｒ３、Ｒ４の電圧検出手段を有する点で、第１の実施形態と異なる。
【００３５】
第２の実施形態は、インダクタＬ１の巻線の直流抵抗値をディジタル制御回路３にて検出し、フェライトコア温度を検出する構成である。巻線材料となる金属は、抵抗の温度変化係数を有しているため、巻線の直流抵抗値から巻線の温度を導出することができる。またインダクタＬ１において、巻線はフェライトコアに巻回されていることから近接しており、巻線の温度からフェライトコアの温度を導出することができる。ディジタル制御回路３には、あらかじめ、巻線の直流抵抗値とフェライトコア温度の関係をプログラムしておく。
【００３６】
インダクタＬ１の巻線にかかる電圧は、抵抗Ｒ１、Ｒ２からなる直流電圧検出手段と、抵抗Ｒ３、Ｒ４からなる電圧検出手段により、ディジタル制御回路３にてモニタされる。またインダクタＬ１に流れる電流は、電流検出手段５を介してディジタル制御回路３にてモニタされる。インダクタＬ１の巻線の直流抵抗値は、巻線にかかる電圧と電流値から、オームの法則により導出することができる。ここでＤＣ−ＡＣインバータ回路２の定常動作でのスイッチング周波数は３７０Ｈｚ程度であるため、このようにして直流抵抗値を導出するための周波数としては十分に低い周波数である。
【００３７】
第２の実施形態では、電圧および電流を検出することでフェライトコアの温度を検出することができ、構成をより簡易なものとすることができる。
【００３８】
ここでディジタル制御回路３としてはＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）を用いることが望ましい。他のディジタル制御回路としてはマイクロコンピュータ等が考えられるが、処理速度の速さという点において、ＤＳＰが有効である。
【符号の説明】
【００３９】
１、１０：放電ランプ点灯装置
２：ＤＣ−ＡＣインバータ回路
３：ディジタル制御回路
４、８：ドライバ
５：電流検出手段
６：フェライトコア温度検出手段
７：降圧チョッパ回路
９：レギュレータ
ＣＮ１〜ＣＮ３：コネクタ
Ｑ１〜Ｑ４、Ｑ１１：スイッチング素子
Ｒ１、Ｒ２：抵抗（直流電圧検出手段）
Ｒ３、Ｒ４：抵抗（電圧検出手段）
Ｌ１、Ｌ１１、Ｌ２１：インダクタ
Ｃ１、Ｃ１１、Ｃ２１：コンデンサ
Ｄ１１：ダイオード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ランプを点灯させる放電ランプ点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の放電ランプ点灯装置として、特許文献１には、図５のような交流電圧を印加することにより放電ランプを点灯するようにした放電ランプ点灯装置が開示されている。この放電ランプ点灯装置は、フルブリッジ回路を用いたものである。降圧チョッパ回路は、直流電源から入力される直流電圧を降圧し、所望の直流電圧を出力して、４つのスイッチング素子からなるフルブリッジ回路に印加している。フルブリッジ回路により直流電圧が交流電圧に変換され、この交流電圧が印加されるようにＬＣ直列回路が接続されている。ＬＣ直列回路のコンデンサの両端には放電ランプが接続されている。放電ランプ始動時には、ＬＣ直列回路の共振周波数（例えば１５０ｋＨｚ）近傍の高いスイッチング周波数の交流電圧が印加されることで、放電ランプ始動に必要な高い電圧が供給される。放電ランプが点灯した後はスイッチング周波数を定常周波数（数十〜数百Ｈｚ）に移行し、定常動作を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３２７１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＣ直列回路のインダクタは、通常フェライトコアに巻線が施されたものである。このインダクタに交流電圧が印加されると、巻線に流れる電流により周期的な磁界の変化が発生する。この磁界の変化によってフェライトコアが磁歪効果により歪み、機械的な振動が発生する。一方、フェライトコアの磁歪定数は温度依存性を有しており、フェライトコアの温度が低いときに磁歪定数は大きい。したがって、定常周波数に移行してしばらくの期間は、フェライトコアの温度は低く磁歪定数が大きい状態であるため、磁歪効果による機械的な振動によって可聴ノイズが発生するという問題があった。定常周波数である数十〜数百Ｈｚは人間の可聴域の周波数であるため、この周波数での機械的な振動は 可聴ノイズとなるためである。ここで、人の可聴域は２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚであり、そのうち１〜１０ｋＨｚまでが最も聴こえ易い。この周波数帯から外れるほど聴こえにくくなっていく。騒音計での測定においても、人の耳への聴こえ易さを考慮して周波数帯別に重み付けによる補正を行うＡ特性モードが国際的に使用されている。Ａ特性モードでは、例えば、１００Ｈｚの成分は−２０ｄＢ、４００Ｈｚの成分は−５ｄＢ、１ｋＨｚの成分は０ｄＢ（補正なし）という補正をして、可聴ノイズを測定している。
【０００５】
本発明は上述した問題点を鑑みてなされたものであり、フェライトコアの機械的な振動による可聴ノイズを低減した放電ランプ点灯装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するために、本発明の放電ランプ点灯装置は、第１の値の直流電圧が供給される直流電圧入力端子と、前記第１の値の直流電圧を、第２の値の直流電圧に変換するものであって、スイッチング素子を含むＤＣ−ＤＣコンバータ回路と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の出力電圧を検出する直流電圧検出手段と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路から出力される直流電圧を、任意のスイッチング周波数の交流電圧に変換するものであって、スイッチング素子とＬＣ直列回路を含むＤＣ−ＡＣインバータ回路と、前記ＬＣ直列回路に接続された放電ランプに流れるランプ電流を検出するための電流検出手段と、前記直流電圧検出手段によって検出された直流電圧の値と、前記電流検出手段によって検出されたランプ電流の値に応じて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路および前記ＤＣ−ＡＣインバータ回路のスイッチング素子のオン／オフをそれぞれ制御する制御回路と、を有する放電ランプ点灯装置であって、前記ＬＣ直列回路は、フェライトコアに巻線が施されたインダクタとコンデンサからなり、前記制御回路は、前記フェライトコアが所定温度よりも低いときに、前記スイッチング周波数を定常周波数よりも低い周波数とする。
【０００７】
この放電ランプ点灯装置では、インダクタのフェライトコアの温度が低いときにスイッチング周波数を定常周波数よりも低い周波数で動作させることができるため、スイッチング周波数を可聴域から遠ざけることができ、フェライトコアからの可聴ノイズを低減することができる。
【０００８】
また本発明では、前記制御回路は、温度検出手段によって前記フェライトコアの温度を検出する。
【０００９】
また本発明では、前記温度検出手段は、サーミスタ素子である。
【００１０】
また本発明では、前記温度検出手段は、前記巻線の直流抵抗値から前記フェライトコアの温度を検出する。
【００１１】
この場合には、フェライトコアの温度を、より簡易的に検出することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、放電ランプ点灯装置におけるインダクタのフェライトコアの温度が低いときにスイッチング周波数を定常周波数よりも低い周波数で動作させることができるため、スイッチング周波数を可聴域から遠ざけることができ、フェライトコアからの可聴ノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図２】フェライトコア温度と磁歪定数の関係を示す概略グラフである。
【図３】定常動作に移行後のコア温度と磁歪定数とスイッチング周波数の関係を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る放電ランプ点灯装置の構成を示す回路図である。
【図５】従来の放電ランプ点灯装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る放電ランプ点灯装置の実施形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１に本発明の第１の実施形態に係る放電ランプ点灯装置１の構成を示す。直流の外部電源電圧が入力されるコネクタＣＮ１にはインダクタＬ２１とコンデンサＣ２１からなるローパス・フィルタが接続されている。次段にレギュレータ９が接続され、さらにその後段には降圧チョッパ回路７が接続されている。この降圧チョッパ回路７はＦＥＴ等の半導体スイッチ素子からなるスイッチング素子Ｑ１１、ダイオードＤ１１、インダクタＬ１１、コンデンサＣ１１から構成されている。スイッチング素子Ｑ１１にはドライバ８を介してディジタル制御回路３が接続されている。
【００１５】
インダクタＬ２１とコンデンサＣ２１からなるローパス・フィルタは、コネクタＣＮ１から入力される外部電源電圧の安定化、ノイズの除去等を行っている。レギュレータ９は、ディジタル制御回路３の電源電圧を生成するためのものである。
【００１６】
降圧チョッパ回路７は、入力される直流電圧を降圧し、所望の電圧値の直流電圧を出力する回路である。ディジタル制御回路３によってスイッチング素子Ｑ１１のオン／オフが制御され、所望の直流電圧を得る仕組みとなっている。降圧チョッパ回路７から出力される出力電圧は、抵抗Ｒ１及びＲ２によって分圧され、その分圧された電圧がディジタル制御回路３に入力される。これによってディジタル制御回路３は降圧チョッパ回路７の出力電圧をモニタし、制御することが可能となる。
【００１７】
本第１の実施形態では、入力電圧が高い場合を想定しているため、降圧チョッパ回路としているが、入力電圧が低い場合などは昇圧チョッパ回路にすることや、状況に応じて昇降圧チョッパ回路にすることが可能である。
【００１８】
降圧チョッパ回路７の出力は、さらに、ＤＣ−ＡＣインバータ回路２に接続される。ＤＣ−ＡＣインバータ回路２は、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、この４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動するためのドライバ４と、インダクタＬ１とコンデンサＣ１からなるＬＣ直列回路から構成されている。４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、いわゆるフルブリッジ回路を構成しており、直流電圧を交流電圧に変換している。ドライバ４は、ディジタル制御回路３からの指令信号によって、スイッチング素子Ｑ１とＱ４、Ｑ２とＱ３の組合せで、それらを相補的にオン／オフしている。インダクタＬ１とコンデンサＣ１のＬＣ直列回路は、フルブリッジ回路に接続されており、変換された交流電圧が印加されている。放電ランプ（図示せず）に対しては、コンデンサＣ１の両端に接続したコネクタＣＮ２を介して、交流電圧を印加している。
【００１９】
本第１の実施形態ではＤＣ−ＡＣインバータ回路２にフルブリッジ回路を用いているが、状況に応じて、ハーフブリッジ回路、プッシュプル回路等を用いることが可能である。
【００２０】
インダクタＬ１はフェライトコアに巻線が巻回されて構成されている。このフェライトコア近傍には、フェライトコア温度検出手段６であるサーミスタ素子が設けられている。サーミスタ素子はディジタル制御回路３に接続され、フェライトコアの温度がモニタされる。
【００２１】
負荷に相当する放電ランプに流れるランプ電流は、定常動作においてインダクタＬ１に流れる電流と一致する。したがって、降圧チョッパ回路７の出力の低圧側に設けられた電流検出手段５によってランプ電流は検出され、ディジタル制御回路３にてモニタされる。電流検出手段５としては、例えば抵抗を用いることができる。
【００２２】
本第１の実施形態の放電ランプ点灯装置は、例えばフロントプロジェクタに用いられる高圧水銀ランプ等を点灯させるものであり、ディジタル制御回路３に接続されているコネクタＣＮ３は、このようなフロントプロジェクタ等の機器側のマイクロコンピュータ等と接続するためのものである。このコネクタを通して放電ランプ点灯装置の動作状況や、出力電圧や出力電流の指令信号等のやり取りを通信できるようになっている。
【００２３】
次に、放電ランプ点灯装置１の動作について説明する。ディジタル制御回路３は、放電ランプ始動時には、放電ランプの始動に必要な高い電圧を得るために、インダクタＬ１とコンデンサＣ１のＬＣ直列回路に印加する交流電圧のスイッチング周波数を、このＬＣ直列回路の共振周波数近傍もしくは共振周波数を奇数で除した値の周波数近傍とする。例えばインダクタＬ１の値が２７５μＨであり、コンデンサＣ１の値が５５０ｐＦであれば、共振周波数は４０９ｋＨｚとなる。この共振周波数を３で除した値の周波数近傍である、１３６ｋＨｚ近傍のスイッチング周波数の交流電圧が印加されることで、放電ランプ始動が可能な高い電圧を得ることができる。
【００２４】
放電ランプ始動のために必要な電圧を得ることができれば、共振周波数を３で除した値の周波数に限らず、１、５、７、９またはそれ以上の奇数で除した値の周波数であってもよい。このような放電ランプの始動は、おおよそ１秒以内の短い期間で達成される。
【００２５】
放電ランプが点灯すると、スイッチング周波数を定常周波数に移行して定常動作をする。放電ランプを継続して点灯させる定常周波数としてのスイッチング周波数は、例えば３７０Ｈｚが適している。放電ランプの寿命特性や、放電ランプ点灯装置１の効率特性が良好なためである。
【００２６】
しかし放電ランプの始動直後は、インダクタＬ１のフェライトコアは、使用雰囲気である室温（例えば２５℃）近くであり、フェライトコアの磁歪定数λが大きい状態である。図２はフェライトコア温度と磁歪定数λの関係を示した概略グラフであり、室温近傍での磁歪定数λは大きいことを示している。
【００２７】
インダクタＬ１に流れる交流のランプ電流により発生する交番磁界によって、フェライトコアが磁歪効果により歪み、主としてスイッチング周波数の周期での機械的な振動が発生する。フェライトコアの温度が低いときには、磁歪定数が大きいため振動が大きくなり、また、スイッチング周波数が３７０Ｈｚであれば、人の可聴域のうち最も人に聴こえ易い１〜１０ｋＨｚに近い周波数であるために、フェライトコアの機械的な振動が人の耳に聞こえる可聴ノイズとなる。可聴ノイズは、例えば騒音計によって測定することができる。使用環境等に基づいて可聴ノイズの規格値を設定した場合に、フェライトコアの温度が低く、磁歪定数が大きいときには、この規格値を満足できないことがある。
【００２８】
そのため本第１の実施形態においては、ディジタル制御回路３は、放電ランプ始動直後であってフェライトコアの温度が低いときのスイッチング周波数を、定常周波数よりも低い周波数の１００Ｈｚで動作するように制御する。高圧水銀ランプ等の点灯においては、定常周波数よりも低い周波数とすることで、人の可聴域のうち最も人に聴こえ易い１〜１０ｋＨｚから遠ざけることができるため、フェライトコアの振動による可聴ノイズを低減することができる。
【００２９】
しかし１００Ｈｚで動作を継続することは、放電ランプの寿命特性や、放電ランプ点灯装置１の効率特性を考慮すると好ましくない。ここで、インダクタＬ１のフェライトコアの温度は、放電ランプ点灯装置１の動作が継続することで上昇していく。このフェライトコアの温度上昇の原因は、フェライトコアの鉄損による発熱と、フェライトコアに巻回された巻線の抵抗損失（銅損）による発熱である。定常周波数である３７０Ｈｚ近傍での動作であれば、周波数が低いため、銅損による発熱が支配的である。
【００３０】
フェライトコアの温度が上昇すると、図２に示すように磁歪定数は小さくなる。そのためフェライトコアの機械的な振動も小さくなり、１００Ｈｚ動作によって低減された可聴ノイズが、さらに小さくなる。この磁歪定数の領域であれば、３７０Ｈｚの定常周波数で動作しても、可聴ノイズは低減されている。
【００３１】
本第１の実施形態では、フェライトコア温度検出手段６によって検出したフェライトコアの温度が所定温度である６０℃を超えると、スイッチング周波数を３７０Ｈｚの定常周波数に移行するように、ディジタル制御回路３は制御する。このように制御することで、可聴ノイズが小さくなるフェライトコア温度では、１００Ｈｚで動作を継続することがなく、放電ランプの寿命特性や、放電ランプ点灯装置１の効率特性が良好な動作をさせることができる。
【００３２】
図３はランプ始動時から定常動作に移行後のコア温度と磁歪定数とスイッチング周波数の関係を示すタイミングチャートである。定常動作への移行直後はフェライトコア温度が低い状態であるため、スイッチング周波数は１００Ｈｚで動作している。
【００３３】
放電ランプ点灯装置１の動作が継続すると、フェライトコア温度が上昇し、それに伴い磁歪定数が小さくなっていく。前述のとおり、フェライトコア温度検出手段６であるサーミスタ素子によって検出したフェライトコア温度が、所定温度である６０℃を超えると、スイッチング周波数を３７０Ｈｚに移行するようにディジタル制御回路３は制御する。
【００３４】
本実施形態においては、フェライトコア温度が６０℃となったときにスイッチング周波数を移行したが、可聴ノイズやその規格値に応じて、スイッチング周波数を移行するフェライトコア温度を設定することができる。
（第２の実施形態）
図４に本発明の第２の実施形態に係る放電ランプ点灯装置１０の構成を示す。第１の実施形態と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。第２の実施形態では、抵抗Ｒ３、Ｒ４の電圧検出手段を有する点で、第１の実施形態と異なる。
【００３５】
第２の実施形態は、インダクタＬ１の巻線の直流抵抗値をディジタル制御回路３にて検出し、フェライトコア温度を検出する構成である。巻線材料となる金属は、抵抗の温度変化係数を有しているため、巻線の直流抵抗値から巻線の温度を導出することができる。またインダクタＬ１において、巻線はフェライトコアに巻回されていることから近接しており、巻線の温度からフェライトコアの温度を導出することができる。ディジタル制御回路３には、あらかじめ、巻線の直流抵抗値とフェライトコア温度の関係をプログラムしておく。
【００３６】
インダクタＬ１の巻線にかかる電圧は、抵抗Ｒ１、Ｒ２からなる直流電圧検出手段と、抵抗Ｒ３、Ｒ４からなる電圧検出手段により、ディジタル制御回路３にてモニタされる。またインダクタＬ１に流れる電流は、電流検出手段５を介してディジタル制御回路３にてモニタされる。インダクタＬ１の巻線の直流抵抗値は、巻線にかかる電圧と電流値から、オームの法則により導出することができる。ここでＤＣ−ＡＣインバータ回路２の定常動作でのスイッチング周波数は３７０Ｈｚ程度であるため、このようにして直流抵抗値を導出するための周波数としては十分に低い周波数である。
【００３７】
第２の実施形態では、電圧および電流を検出することでフェライトコアの温度を検出することができ、構成をより簡易なものとすることができる。
【００３８】
ここでディジタル制御回路３としてはＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）を用いることが望ましい。他のディジタル制御回路としてはマイクロコンピュータ等が考えられるが、処理速度の速さという点において、ＤＳＰが有効である。
【符号の説明】
【００３９】
１、１０：放電ランプ点灯装置
２：ＤＣ−ＡＣインバータ回路
３：ディジタル制御回路
４、８：ドライバ
５：電流検出手段
６：フェライトコア温度検出手段
７：降圧チョッパ回路
９：レギュレータ
ＣＮ１〜ＣＮ３：コネクタ
Ｑ１〜Ｑ４、Ｑ１１：スイッチング素子
Ｒ１、Ｒ２：抵抗（直流電圧検出手段）
Ｒ３、Ｒ４：抵抗（電圧検出手段）
Ｌ１、Ｌ１１、Ｌ２１：インダクタ
Ｃ１、Ｃ１１、Ｃ２１：コンデンサ
Ｄ１１：ダイオード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の値の直流電圧が供給される直流電圧入力端子と、
前記第１の値の直流電圧を、第２の値の直流電圧に変換するものであって、スイッチング素子を含むＤＣ−ＤＣコンバータ回路と、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の出力電圧を検出する直流電圧検出手段と、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路から出力される直流電圧を、任意のスイッチング周波数の交流電圧に変換するものであって、スイッチング素子とＬＣ直列回路を含むＤＣ−ＡＣインバータ回路と、
前記ＬＣ直列回路に接続された放電ランプに流れるランプ電流を検出するための電流検出手段と、
前記直流電圧検出手段によって検出された直流電圧の値と、前記電流検出手段によって検出されたランプ電流の値に応じて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路および前記ＤＣ−ＡＣインバータ回路のスイッチング素子のオン／オフをそれぞれ制御する制御回路と、を有する放電ランプ点灯装置であって、
前記ＬＣ直列回路は、フェライトコアに巻線が施されたインダクタとコンデンサからなり、
前記制御回路は、前記フェライトコアが所定温度よりも低いときに、前記スイッチング周波数を定常周波数よりも低い周波数とする、放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
前記制御回路は、温度検出手段によって前記フェライトコアの温度を検出する、請求項１に記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項３】
前記温度検出手段は、サーミスタ素子である、請求項２に記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項４】
前記温度検出手段は、前記巻線の直流抵抗値から前記フェライトコアの温度を検出する、請求項２に記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項１】
第１の値の直流電圧が供給される直流電圧入力端子と、
前記第１の値の直流電圧を、第２の値の直流電圧に変換するものであって、スイッチング素子を含むＤＣ−ＤＣコンバータ回路と、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の出力電圧を検出する直流電圧検出手段と、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路から出力される直流電圧を、任意のスイッチング周波数の交流電圧に変換するものであって、スイッチング素子とＬＣ直列回路を含むＤＣ−ＡＣインバータ回路と、
前記ＬＣ直列回路に接続された放電ランプに流れるランプ電流を検出するための電流検出手段と、
前記直流電圧検出手段によって検出された直流電圧の値と、前記電流検出手段によって検出されたランプ電流の値に応じて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路および前記ＤＣ−ＡＣインバータ回路のスイッチング素子のオン／オフをそれぞれ制御する制御回路と、を有する放電ランプ点灯装置であって、
前記ＬＣ直列回路は、フェライトコアに巻線が施されたインダクタとコンデンサからなり、
前記制御回路は、前記フェライトコアが所定温度よりも低いときに、前記スイッチング周波数を定常周波数よりも低い周波数とする、放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
前記制御回路は、温度検出手段によって前記フェライトコアの温度を検出する、請求項１に記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項３】
前記温度検出手段は、サーミスタ素子である、請求項２に記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項４】
前記温度検出手段は、前記巻線の直流抵抗値から前記フェライトコアの温度を検出する、請求項２に記載の放電ランプ点灯装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−３９３１（Ｐ２０１２−３９３１Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３７４３７（Ｐ２０１０−１３７４３７）
【出願日】平成２２年６月１６日（２０１０．６．１６）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１６日（２０１０．６．１６）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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