(57)【要約】  本発明は、放電ランプ点灯装置の構成として、放電ランプのグロー電圧より高い電圧を供給する直流電源２と、前記放電ランプの動作電圧に降圧変換するダウンコンバータ３と、前記ダウンコンバータの出力電圧及び出力電流を検出して前記放電ランプに供給する電流を制御する演算回路４と、発振回路５と、前記発振回路によるスイッチング周波数で前記演算回路の出力に基づいてデューティサイクルを変化し、前記ダウンコンバータのスイッチングを行うパルス変調回路６と、前記放電ランプを始動させるために高電圧を発生する高圧発生回路７とを備え、前記放電ランプ始動時のグロー放電段階からアーク放電に移行するまでの期間は、発振回路のスイッチング周波数を所定値ｆｓｗよりも低く制御する発振周波数制御回路８を備える。  上記の構成により、グロー放電からアーク放電への移行をスムーズに達成して放電ランプの始動性を改善する。
2007119457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電ランプ（１）を点灯させるための降圧型スイッチング電源回路からなる放電ランプ点灯装置であって、前記放電ランプのグロー電圧より高い電圧を供給する直流電源（２）と、前記放電ランプの動作電圧に降圧変換するダウンコンバータ（３）と、前記ダウンコンバータの出力電圧及び出力電流を検出して前記放電ランプに供給する電流を制御する演算回路（４）と、発振回路（５）と、前記発振回路によるスイッチング周波数で前記演算回路の出力に基づいてデューティサイクルを変化し、前記ダウンコンバータのスイッチングを行うパルス変調回路（６）と、前記放電ランプを始動させるために高電圧を発生する高圧発生回路（７）とを備え、
前記放電ランプ始動時のグロー放電段階からアーク放電に移行するまでの期間は、発振回路のスイッチング周波数を所定値ｆｓｗよりも低く制御する発振周波数制御回路（８）を具備したことを特徴とする放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
前記発振周波数制御回路（８）は、前記放電ランプ（１）の立ち上がり時及び安定点灯時において、前記発振回路（５）の該スイッチング周波数を所定値ｆｓｗよりも高く制御するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項３】
前記放電ランプ（１）の起動から予め設定された時間Ｔｓｔの間、前記発振周波数制御回路（８）が前記発振回路（５）の前記スイッチング周波数を所定値ｆｓｗよりも低く制御するためのタイマー回路（９）を更に備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放電ランプ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は投射型システムなど特定の用途に適した放電ランプ点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高圧（高圧力）放電ランプ（以下、「放電ランプ」又は単に「ランプ」ということもある。）はプロジェクター用光源や最近では大画面用のリヤプロジェクションテレビ用或いは自動車の前照灯用など、種々の光源として使用されている。【０００３】
図５は、従来の高圧放電ランプ点灯装置の回路図の一例を示している。この回路は高圧放電ランプの点灯に適した、直流方式の放電ランプ点灯装置であり、直流電源１０２と、ダウンコンバータ１０３と、演算回路１０４と、発振回路１０５と、パルス変調回路１０６と、高圧発生回路（高電圧発生回路）１０７とで構成される。
なお、この回路はスイッチング素子Ｑ１でｏｎ−ｏｆｆした方形波をＬＣフィルタで平均化するものであり、入力電圧Ｅより出力電圧が低くなる特徴があるため、「降圧型スイッチング・レギュレータ回路」と呼ばれている。【０００４】
図５において、ダウンコンバータ１０３は、スイッチング素子Ｑ１と転流ダイオードＤ１、チョークコイルＬ１、平滑コンデンサーＣ１で構成され、直流電源１０２を放電ランプ１０１の動作電圧に降圧変換する。
演算回路１０４は、ダウンコンバータ１０３の出力電圧Ｖｏと抵抗Ｒｏを流れる出力電流Ｉｏを入力すると、放電ランプの立ち上がり時には概ね「定電流動作」、放電ランプの安定点灯時には概ね「定電力動作」するように演算する。
パルス変調回路１０６は、演算回路１０４と発振回路１０５とで決定されるスイッチング周波数ｆｓｗを、演算回路１０４の出力に基づいてデューティサイクルを変化させることにより、ダウンコンバータ１０３のスイッチングを行う。
高圧発生回路１０７は、放電ランプの起動時に高電圧を発生して放電ランプの絶縁破壊を行うことで放電ランプ１０１を点灯させる。【０００５】
図５において、Ｅは入力電圧を、Ｖｄｓはスイッチング素子Ｑ１（ＦＥＴ）のドレイン・ソース間電圧を、ＶＬはチョークコイルＬ１両端の電圧を、Ｖｏはダウンコンバータ１０３の出力電圧を、Ｉｓはスイッチング素子Ｑ１のソース電流を、Ｉｄは転流ダイオードＤ１の電流を、ＩＬはチョークコイルＬ１に流れる電流を、Ｉｏはダウンコンバータ１０３の出力電流を、それぞれ示している。【０００６】
チョークコイルを流れる電流ＩＬは連続値をとる場合（これを「連続モード」という。）と、不連続値をとる場合（これを「不連続モード」という。）とがある。このうち、連続モードにおける出力電圧は、スイッチング素子がｏｎ状態にある時間Ｔｏｎ、ｏｆｆ状態にある時間Ｔｏｆｆを用いて（式１）のように表される。
Ｖｏ＝  Ｅ×Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）              ・・・（式１）【０００７】
連続モードになる条件は、（式２）のように表される。
Ｉｏ＞  （Ｖｏ／２Ｌ）×Ｔｏｆｆ                ・・・（式２）【０００８】
スイッチング・レギュレータ回路を放電ランプ点灯装置に適用する場合は、アークを安定にする必要から、放電ランプ１０１の「安定点灯時」において連続モードになるように設計する。具体的には、チョークコイルのインダクタンスを大きくすると共に、スイッチング周波数を高く（つまりＴｏｆｆを小さく）することが望ましいとされている（式２参照）。このようにすると、放電ランプ１０１の安定点灯時におけるランプ負荷電流Ｉｏに対してチョークコイルＬ１を流れるリップル電流が十分低くなるため、チョークコイルＬ１の電流ＩＬが連続モードとなり、放電ランプ１０１の動作が安定するためである。逆に、リップル電流が大きいと、放電ランプ１０１の音響共鳴現象によってアークが不安定になりやすい。【０００９】
以上のように、従来は放電ランプの点灯動作を安定させることに重点がおかれていたが、近年はランプ始動時の安定性を改善することに開発の重点がシフトしている。【００１０】
なお、ＬＣ共振回路を使う方式（降圧型スイッチイングレギュレータ方式とは異なる方式）において、ランプ電圧の変動に対してランプ電力の変動が小さく、また始動パルス電圧のばらつきが少ない放電ランプ点灯装置を提供するために、ランプ始動時と安定点灯時とでスイッチング周波数を変更するものが知られている（特許文献１）。その他、本発明の背景技術としては下記の文献が知られている（特許文献２乃至４）。【００１１】
【特許文献１】特開２００４−５５５１２号公報
【特許文献２】特開２００５−３２７１１号公報
【特許文献３】特開平８−７８１７５号公報
【特許文献４】特開平４−３４９３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
放電ランプは、安定点灯時においてはアークが安定するような条件を設定しなければならないが、一方、始動時には、グロー放電からアーク放電への移行をスムーズに行うことが必要である。【００１３】
放電ランプの始動時において、グロー放電からアーク放電に移行するために必要なことは、グロー電圧より高い電圧を放電ランプに供給することと十分なランプ負荷電流を供給することの両方が必要である。グロー電圧（放電開始電圧）はランプ内部の温度（正確には、陰極の温度）によって異なるが、一般に、ホットスタート（すなわち、消灯からあまり時間が経過しておらず放電ランプの内部温度が高い状態からの始動）の場合は高く、逆にコールドスタート（すなわち、放電ランプの内部温度が低い状態からの始動）の場合は低い。【００１４】
いずれの場合にも、従来の回路では、入力側の直流電源１０２の電圧が低下するとこれに伴って出力電圧Ｖｏが低下して始動不良になる場合があった。特に、直流電源１０２として、家庭用交流電源（商用周波数の交流電源）を倍電圧整流回路などによって整流して構成される比較的単純な電源回路を用いた場合、商用交流電源の電圧変動の影響が出力電圧Ｖｏに影響しやすいため、始動不良になりやすかった。
因みに、力率改善回路を含む電源回路（以下、「ＰＦＣ電源回路」という。）を用いると、出力電圧が例えば３５０［Ｖ］程度と比較的高いため、電源電圧が低下してランプの始動性が悪くなるという問題はそもそも起こりにくいと考えられる。【００１５】
図７は、図５に示す従来の点灯回路において、出力１５０Ｗの放電ランプを流れるランプ電流と放電ランプに印加する電圧の関係及び放電ランプの出力特性を示す図である。ランプ電流が０．００１［Ａ］〜０．０５［Ａ］の領域は「グロー放電の状態」であることを示し、０．０５［Ａ］〜０．１５［Ａ］は「グロー放電からアーク放電への遷移状態」であることを示し、０．１５［Ａ］以上は「アーク放電」であることを示している。【００１６】
図７における「点灯装置の出力」と「ホットスタートの放電ランプ」に着目すると、点灯装置の出力特性がグロー放電の特性を下回っている（つまり、遷移状態付近におけるグラフが交差している）ことが分かる。例えば、「ホットスタート」の場合、グロー放電からアーク放電への遷移状態である０．０８［Ａ］においてグロー電圧は少なくとも１７８［Ｖ］必要であるのに対し、同じ電流値における「点灯装置の出力」は、１６０［Ｖ］まで低下していることが読み取れる。【００１７】
これは、始動時にグロー放電の状態で停滞してアーク放電への移行がスムーズに達成されないことを意味している。【００１８】
図６（ａ）乃至図６（ｅ）は、ランプ始動時（グロー放電領域）におけるダウンコンバータ各部の波形の概略を示している。なお、直流電源Ｅは倍電圧整流回路により得られる直流電源であって、電源電圧の変動によりその電圧値が最も低下したケースを想定して、Ｅ＝２２０［Ｖ］としている。【００１９】
図６（ａ）は、ソースから見たドレイン電圧Ｖｄｓの大きさ（絶対値）の時間変化を示している。初期電圧Ｅ＝２２０［Ｖ］であり、演算回路１０４、発振回路１０５及びパルス変調回路１０６によりスイッチング素子Ｑ１がｏｆｆ状態にある時間Ｔｏｆｆを例えば１．３［μｓ］、ｏｎ状態にある時間Ｔｏｎを１３［μｓ］（スイッチング周波数ｆｓｗ＝７０［ｋＨｚ］）に設定する。【００２０】
このスイッチング周波数ｆｓｗ＝１／Ｔ＝１／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）＝７０［ｋＨｚ］という値と、後述するチョークコイルのインダクタンスの値は、放電ランプの安定点灯時におけるランプ負荷電流に対してチョークコイルを流れるリップル電流が小さくなるように、適度に高いスイッチング周波数と適度に大きなインダクタンスが選択される。こうすると、チョークコイルを流れる電流ＩＬが連続モードとして動作するため、安定点灯時における放電ランプの動作を安定させることができるためである。【００２１】
因みに、ホットースタートの放電ランプを想定し、かつ、これが連続モードであると仮定すると、出力電圧Ｖｏは上述の（式１）より、
Ｖｏ＝Ｅ×（Ｔｏｎ／Ｔ）＝２００［Ｖ］
と求められる。【００２２】
図６（ｂ）はチョークコイル間の電圧ＶＬを示している。
ＶＬ  ＝  Ｅ− Ｖｏ − Ｖｄｓ                  ・・・（式３）
回路は（式３）を満たしながら、Ｖｄｓの変化に伴って電圧ＶＬが変化する。但し、スイッチング素子Ｑ１がｏｎ状態にあるときＶｄｓの大きさは小さいためＶｄｓ＝０と近似することができる。【００２３】
スイッチング素子Ｑ１は、点灯開始時はｏｆｆ状態でこのとき転流ダイオードＤ１はｏｎ状態であり、チョークコイルＬ１には−Ｖｏ［Ｖ］が印加される。そうすると、Ｖｄｓには直流電源１０２の電圧（−Ｅ［Ｖ］）が印加され、やがて、Ｑ１がｏｎ状態となってＤ１がｏｆｆ状態となる。【００２４】
図６（ｃ）は、スイッチング素子Ｑ１のソース電流Ｉｓを示し、図６（ｂ）に基づいて、波形は概ね同図に示すとおりとなる。
図６（ｄ）は転流ダイオードＤ１を流れる電流Ｉｄを示し、図６（ｂ）に基づいて、波形は概ね同図に示すとおりとなる。【００２５】
図６（ｅ）はチョークコイルの電流ＩＬを示している。
ＩＬ＝Ｉｓ＋Ｉｄ                            ・・・（式４）
を満たすので、図６（ｃ）及び図６（ｄ）に基づいて、両者の波形を重ね合わせた波形は概ね同図に示すとおりとなる。【００２６】
スイッチング素子Ｑ１がｏｎ状態にある期間にチョークコイルＬ１に加わる電圧ＶＬ１は、Ｅ−Ｖｏとなる。すなわち、連続モードでは、
ＶＬ１＝Ｅ−Ｖｏ＝２２０−２００＝２０［Ｖ］
このとき、電流変化量ΔＩＬは、
ΔＩＬ＝（Ｅ−Ｖｏ）／Ｌ×Ｔｏｎ               ・・・（式５）
となる。【００２７】
Ｌ＝０．７［ｍＨ］、Ｔｏｎ＝１３［μｓ］を（式５）に代入すると、  
ΔＩＬ＝０．３７［Ａ］
となる。【００２８】
但し、これは連続モードを仮定した場合の電流値である。【００２９】
特に、グロー放電の状態からアーク放電への遷移状態に至る放電開始直後（具体的には０．００１［Ａ］〜０．１５［Ａ］付近まで）は放電ランプの定格出力１５０Ｗに対して電流及び電圧が低く、軽負荷の状態にあり、このように出力電流Ｉｏが小さいグロー放電の状態では、不連続モードとなる（式２参照）。本件発明者らの実験によると、電流ＩＬの実測値はＩｏ＝０．０４［Ａ］であった。【００３０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、直流電源１０２の電圧が低下した場合でも、グロー放電からアーク放電への移行をスムーズに達成する（始動性の改善）ことを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
グロー放電からアーク放電への遷移状態では、チョークコイルを流れる不連続モードのリップル電流が大きくなるように発振回路のスイッチング周波数を低く設定し、逆に、安定点灯時には、チョークコイルを流れる連続モードのリップル電流を小さくなるように発振回路のスイッチング周波数を高く設定し、すなわち放電ランプの状態に応じてスイッチング周波数を制御すればよい。【００３２】
本発明に係る放電ランプ点灯装置は、放電ランプ１を点灯させるための降圧型スイッチング電源回路からなる放電ランプ点灯装置であって、前記放電ランプのグロー電圧より高い電圧を供給する直流電源２と、前記放電ランプの動作電圧に降圧変換するダウンコンバータ３と、前記ダウンコンバータの出力電圧及び出力電流を検出して前記放電ランプに供給する電流を制御する演算回路４と、発振回路５と、前記発振回路によるスイッチング周波数で前記演算回路の出力に基づいてデューティサイクルを変化し、前記ダウンコンバータのスイッチングを行うパルス変調回路６と、前記放電ランプを始動させるために高電圧を発生する高圧発生回路７とを備え、
前記放電ランプ始動時のグロー放電段階からアーク放電に移行するまでの期間は、発振回路のスイッチング周波数を所定値ｆｓｗよりも低く制御する発振周波数制御回路８を具備したことを特徴とする。【００３３】
このように、グロー放電の状態からアーク放電に移行するまでの期間にスイッチング周波数を低く制御することにより、アーク放電に速やかに遷移できるのに十分な電流を出力することができる。すなわち、放電ランプ始動時のグロー放電及びグロー放電からアーク放電への遷移領域（すなわち０．００１［Ａ］〜０．１５［Ａ］付近の軽負荷時）において、スイッチング周波数を十分低く設定することで、ダウンコンバータのチョークコイルＶＬを流れる不連続モードのリップル電流を大きくでき、その結果、放電ランプに流れるランプ負荷電流を大きくすることができる。そのため、直流電源の電圧が低くてもランプの始動が可能となる。直流電源２は放電ランプ１のグロー電圧より高い電圧を供給するが、この種のプロジェクター用の放電ランプ（アーク長２ｍｍ以下）のグロー電圧はグロー電流にはほとんど依存せず、１４０［Ｖ］〜２００［Ｖ］付近に決まってしまう。またグロー放電からアーク放電への遷移領域の電圧、電流特性は放電ランプの陰極側の温度が与えられれば、ほとんど一義的に決まってしまうためである。【００３４】
直流電源２の電圧は少なくとも放電ランプ１のグロー電圧より高い電圧を供給しなければ、グロー放電からアーク放電に移行することができない。従って、直流電源２の電圧は２００［Ｖ］以上が必要であり、好ましくは２２０［Ｖ］以上であることが望ましい。これはＰＦＣ回路を使わずとも、簡単な整流回路方式で実現できる。【００３５】
本発明の好ましい態様の一つによれば、前記放電ランプ１の立ち上がり時及び安定点灯時にはランプ電流のスイッチング周波数によるリップル電流が十分低くなるように発振周波数制御回路８により発振回路５のスイッチング周波数を高く制御してもよい。安定点灯時に高い周波数に制御することにより、ランプ電流のリップル電流が十分低くなり、安定したアーク放電を実現することができるからである。【００３６】
すなわち始動時にはスイッチング周波数を低く設定し、立ち上がり時及び安定点灯時にはスイッチング周波数を高くなるように切り替えて制御することによって、直流電源２の電圧が低い場合にも安定なランプ始動を可能にするだけでなく、立ち上がり時及び安定点灯時にはランプ負荷電流に対してリップル電流は十分低くなり放電ランプの動作を安定に維持することができる。【００３７】
前記放電ランプ１の起動から予め設定された時間Ｔｓｔは発振周波数制御回路８から発振回路５のスイッチング周波数を低く制御するためのタイマー回路９を具備していることが好ましい。【００３８】
なお、本発明に係る上放電ランプ点灯装置は、放電ランプ始動時のグロー放電段階からアーク放電に移行するまでの期間のスイッチング周波数ｆｓｗは４０／Ｌ（Ｌはダウンコンバータ３に含まれるチョークコイルのインダクタンスである。）以下とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によると、入力電圧が低下した場合でもグロー放電の状態からアーク放電への遷移状態において従来よりも大きなランプ電流を供給することができるため、始動性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
−回路の基本構成について−
図１は、本発明に係る高圧放電ランプ点灯装置の回路図の一例を示している。この回路は高圧放電ランプの点灯に適した、直流方式の放電ランプ点灯装置であり、直流電源２と、ダウンコンバータ３と、演算回路４と、発振回路５及びパルス変調回路６と、高圧発生回路７とで構成される従来の回路（図５参照）に、発振回路５の周波数を制御するための発振周波数制御回路８と、グロー放電の状態からアーク放電へ遷移させるための期間を設定するためのタイマー回路９とを付加したものである。【００４１】
図１において、ダウンコンバータ３は、スイッチング素子Ｑ１と転流ダイオードＤ１、チョークコイルＬ１、平滑コンデンサーＣ１で構成され、直流電源２を放電ランプ１の動作電圧に降圧変換する。
演算回路４は、ダウンコンバータ３の出力電圧Ｖｏと抵抗Ｒｏを流れる出力電流Ｉｏを入力すると、放電ランプの立ち上がり時には概ね「定電流動作」、放電ランプの安定点灯時には概ね「定電力動作」するように演算する。
パルス変調回路６は、演算回路４と発振回路５とで決定されるスイッチング周波数ｆｓｗを、演算回路４の出力に基づいてデューティサイクルを変化させることにより、ダウンコンバータ３のスイッチングを行う。
高圧発生回路７は、放電ランプの起動時に高電圧を発生して放電ランプの絶縁破壊を行うことで放電ランプ１を点灯させる。【００４２】
発振周波数制御回路８は、ランプ始動時にはスイッチング周波数が十分低くなるように、一方、立ち上がり時及び安定点灯時にはスイッチング周波数が十分高くなるように発振回路の発振周波数を制御する機能を備えた回路である。
タイマー回路９は、グロー放電の状態からアーク放電へ遷移させるための期間を設定するための回路であり、予め設定した一定時間Ｔｓｔを経過するまでは発振周波数制御回路８から発振回路のスイッチング周波数を低く制御することができる。この設定時間Ｔｓｔの大きさは、例えば６秒とする。【００４３】
図１において、Ｅは入力電圧を、Ｖｄｓはスイッチング素子Ｑ１（ＦＥＴ）のドレイン・ソース間電圧を、ＶＬはチョークコイルＬ１両端の電圧を、Ｖｏはダウンコンバータ３の出力電圧を、Ｉｓはスイッチング素子Ｑ１のソース電流を、Ｉｄは転流ダイオードＤ１の電流を、ＩＬはチョークコイルＬ１に流れる電流を、Ｉｏはダウンコンバータ３の出力電流を、それぞれ示している。【００４４】
図２（ａ）乃至（ｅ）は、図１に示す放電ランプ点灯装置に直流点灯方式でランプ電力１５０Ｗの高圧水銀灯を使用した際の、安定点灯時のダウンコンバータ各部の電圧又は電流波形を示している。【００４５】
放電ランプ１の安定点灯時の動作電圧Ｖｏ＝７５［Ｖ］
直流電源２の電圧Ｅ＝２２０［Ｖ］
動作電流Ｉｏ＝２［Ａ］
スイッチング周波数ｆｓｗ＝７０［ｋＨｚ］
（周期Ｔ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ＝１／ｆｓｗ=１４．３［μｓ］）【００４６】
スイッチング素子Ｑ１がｏｎ状態の期間をＴｏｎ、ｏｆｆ状態の期間をＴｏｆｆとすると、安定点灯時のチョークコイルの電流は連続モードで計算することができ、（式１）を変形して、
Ｔｏｎ＝（７５／２２０）×１４．３＝４．９［μｓ］
となり、従ってＴｏｎ＝４．９［μｓ］、Ｔｏｆｆ＝９．４［μｓ］と算出される。【００４７】
スイッチング素子Ｑ１がｏｎ状態にある期間ＴｏｎにチョークコイルＬ１に加わる電圧ＶＬは
ＶＬ＝Ｅ−Ｖｏ＝２２０−７５＝１４５［Ｖ］
となる。この期間の電流変化量ΔＩＬは、Ｌ１＝０．７［ｍＨ］とすると、
ΔＩＬ＝（Ｅ−Ｖｏ）／Ｌ×Ｔｏｎ=１４５［Ｖ］／０．７［ｍＨ］×４．９［μｓ］＝１．０１［Ａ］【００４８】
スイッチング素子Ｑ１がｏｆｆ状態にある期間Ｔｏｆｆは転流ダイオードＤが導通し、チョークコイルには−Ｖｏが印加される。この期間の電流変化量ΔＩＬは、Ｌ１＝０．７［ｍＨ］とすると、
ΔＩＬ＝Ｖｏ／Ｌ×Ｔｏｆｆ=７５［Ｖ］／０．７［ｍＨ］×９．４［μｓ］＝１．０１［Ａ］
となり、これは連続モードの条件（式２）を満たすから上記のΔＩＬの計算結果と一致する。【００４９】
すなわち、この計算例によると、電流変化量ＩＬはランプ負荷の動作電流Ｉｏに対して１／２  程度であり、安定な連続モードになっていることが分かる。通常ΔＩＬ／Ｉｏは、１／２  以下とすることが望ましい。【００５０】
−始動時の動作について−
次に本発明の放電ランプ始動時の動作について説明する。
図３（ａ）乃至（ｅ）は、本発明に係る放電ランプ点灯装置のランプ始動時におけるダウンコンバータ各部の波形を示している。【００５１】
始動時の特にグロー放電からアーク放電への遷移状態においては、十分低いスイッチング周波数を印加する。このスイッチング周波数は、例えば  安定点灯時の場合の半分である
ｆｓｗ＝３５［ｋＨｚ］（周期Ｔ＝１／ｆｓｗ＝１３．３［μｓ］）
とする。【００５２】
スイッチング素子Ｑ１がｏｎ状態にある期間をＴｏｎ、ｏｆｆ状態にある期間をＴｏｆｆとすると、式１より（但しこれは連続モードを仮定した場合である）、
Ｔｏｎ＝２６［μｓ］、Ｔｏｆｆ＝２．６［μｓ］
となる。【００５３】
スイッチング素子Ｑ１がｏｎ状態にある期間ＴｏｎにチョークコイルＬ１に印加される電圧ＶＬはＥ−Ｖｏ＝２０［Ｖ］（２２０［Ｖ］−２００［Ｖ］）と低い値になる。この期間の電流変化量ΔＩＬは連続モードの場合を想定すると、
ΔＩＬ＝（Ｅ−Ｖｏ）／Ｌ×Ｔｏｎ＝２０［Ｖ］／０．７［ｍＨ］×２６［μｓ］＝０．７４［Ａ］【００５４】
実際には始動時は安定点灯時のランプ出力（１５０Ｗ）に対して、出力電流及び出力電圧の両方が小さい軽負荷の状態にあり、上述した（式２）の条件より、チョークコイルの電流は連続モードではなく不連続モードになっている。本件発明者らの実験によると、電流ＩＬの実測値はＩｏ＝０．０８［Ａ］であった。【００５５】
（始動時の動作の比較例）
図６は従来のように始動時のスイッチング周波数が安定点灯時と同じに設定した場合すなわち、
ｆｓｗ=７０［ｋＨｚ］、周期Ｔ＝１／ｆｓｗ＝１４．３［μｓ］
とした場合のダウンコンバータの各部の波形を示している。
スイッチング素子Ｑ１がｏｎ状態にある期間をＴｏｎ、ｏｆｆ状態にある期間をＴｏｆｆとすると、式１より（但しこれは連続モードを仮定した場合である）、
Ｔｏｎ＝１３［μｓ］、Ｔｏｆｆ ＝１．３［μｓ］
となる。【００５６】
この期間の電流変化量ΔＩＬは連続モードの場合を想定すると、
ΔＩＬ＝（Ｅ−Ｖｏ）／Ｌ×Ｔｏｎ=２０［Ｖ］／０．７ｍＨ×１３μｓ=０．３７［Ａ］
となり、上記実施例の場合の約半分の大きさである。【００５７】
上述のとおり、始動時のチョークコイルの電流は連続モードではなく不連続モードになっており、実測値ではＩｏ＝０．０４［Ａ］ となる。つまり、上記実施例の場合の半分の大きさであることが分かる。【００５８】
このように、本発明の実施例によると、始動時における出力電流を実測値レベルで従来の２倍程度供給することができる。【００５９】
図４は、図１に示す本発明に係る放電ランプ点灯装置において、出力１５０Ｗの放電ランプを流れるランプ電流と放電ランプに印加する電圧の関係及び放電ランプの出力特性を示す図である。ランプ電流が０．００１［Ａ］〜０．０５［Ａ］の領域は「グロー放電の状態」であることを示し、０．０５［Ａ］〜０．１５［Ａ］は「グロー放電からアーク放電への遷移状態」であることを示し、０．１５［Ａ］以上は「アーク放電」であることを示している。【００６０】
図４における「点灯装置の出力」と「ホットスタートの放電ランプ」に着目すると、点灯装置の出力は２００［Ｖ］において０．０８［Ａ］であり、グロー放電の特性に対して点灯装置の出力特性が上回っている（すなわち、遷移状態付近においてグラフの交差がない）ので、始動時にグロー放電状態で停滞することなくアーク放電にスムーズに移行できることを示している。例えば、「ホットスタート」の場合、グロー放電からアーク放電への遷移状態である０．０８［Ａ］においてグロー電圧は少なくとも１７８［Ｖ］必要であるのに対し、同じ電流値における「点灯装置の出力」は、それ以上の２００［Ｖ］を維持していることが読み取れる。【００６１】
これは、始動時にグロー放電の状態で停滞してアーク放電への移行がスムーズに達成されたことを意味している。【００６２】
更に、図１に示す実施例では、発振周波数制御回路にタイマー回路９が接続されている。これにより、放電ランプ始動時のグロー放電段階からアーク放電に移行するまでの期間はスイッチング周波数を十分低くなるようにタイマー回路９によって適切に予め設定することができる。【００６３】
放電ランプ始動時のグロー放電段階からアーク放電に移行するまでの期間は、後述する理由から、スイッチング周波数ｆｓｗを４０／Ｌ以下とすることが好ましい。この種のプロジェクター用の放電ランプのグロー電圧はグロー電流にほとんど依存せず、高い場合でほぼ２００［Ｖ］付近に決まってしまう。一方直流電源２の電圧は、商用周波数の交流電圧に鑑みて最低条件として２２０［Ｖ］が前提である。この条件でグロー放電からアーク放電へ移行するにはランプ負荷電流として０．０５［Ａ］以上、望ましくは０．０８［Ａ］以上必要である。本発明に係る上記実施例の値はこれを達成していることが分かる。【００６４】
チョークコイルＬ１に流れるリップル電流として実際には不連続モードで動作するが連続モードと仮想すると少なくとも０．４６［Ａ］以上必要である。【００６５】
すなわち、
ΔＩＬ＝（Ｅ−Ｖｏ）／Ｌ×Ｔｏｎ
（式１）を変形して、Ｔｏｎ=（Ｖｏ／Ｅ）×  Ｔ   であるから、
ΔＩＬ =（Ｅ−Ｖｏ）／L  ×（Ｖｏ／Ｅ）×  Ｔ
＝（Ｅ−Ｖｏ）Ｖｏ／Ｅ  ×（１／Ｌ）×（１／ｆｓｗ）
従って、
ｆｓｗ= （Ｅ−Ｖｏ）Ｖｏ／Ｅ×（１／ΔＩＬ）  ×（１／Ｌ）【００６６】
ここに、Ｅ=２２０［Ｖ］、Ｖｏ＝２００［Ｖ］、ΔＩＬ＝０．４６［Ａ］を代入すると、
ｆｓｗ= （Ｅ−Ｖｏ）Ｖｏ／Ｅ×（１／ΔＩＬ）  ×（１／Ｌ）＝４０／Ｌ
となる。ここから、グロー放電の状態からアーク放電への遷移状態において、始動不良を起こさせないためのスイッチング周波数ｆｓｗは４0／Ｌ  以下という条件が導かれる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明に係る放電ランプ点灯装置は、直流電源の電圧が低下した場合（例えば２２０［Ｖ］まで低下した場合）でも、グロー放電からアーク放電への移行を速やかに達成して安定なランプ始動を行うことができる点で、産業上の利用可能性は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１は、本発明に係る高圧放電ランプ点灯装置の回路図の一例を示している。
【図２】図２（ａ）乃至（ｅ）は、図１に示す放電ランプ点灯装置に直流点灯方式でランプ電力１５０Ｗの高圧水銀灯を使用した際の、安定点灯時のダウンコンバータ各部の電圧又は電流波形を示している。
【図３】図３は、本発明に係る放電ランプ点灯装置のランプ始動時におけるダウンコンバータ各部の波形を示している。
【図４】図４は、図１に示す本発明に係る放電ランプ点灯装置において、出力１５０Ｗの放電ランプを流れるランプ電流と放電ランプに印加する電圧の関係及び放電ランプの出力特性を示す図である。
【図５】図５は、従来の高圧放電ランプ点灯装置の回路図の一例を示している。
【図６】図６（ａ）乃至図６（ｅ）は、ランプ始動時（グロー放電領域）におけるダウンコンバータ各部の波形の概略を示している。
【図７】図７は、図５に示す従来の点灯回路において、出力１５０Ｗの放電ランプを流れるランプ電流と放電ランプに印加する電圧の関係及び放電ランプの出力特性を
【符号の説明】
【００６９】
Ｉｏ  出力電流（ランプ電流）
Ｖｏ  出力電圧（ランプ電圧）
１，１０１  放電ランプ
２，１０２  直流電源
３，１０３  ダウンコンバータ
４，１０４  演算回路
５，１０５  発振回路
６，１０６  パルス変調回路
７，１０７  高圧発生回路
８  発信周波数制御回路
９  タイマー回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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