(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源からの直流入力電圧を制御して放電ランプを電力制御するチョッパ回路と、前記放電ランプを始動させるための高圧パルスを発生させる高圧パルス発生回路とを備えたランプ用電源装置であって、
前記チョッパ回路は、
オンオフ動作を行うことにより前記放電ランプを電力制御するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のオンオフを制御する制御部と、
前記スイッチング素子の入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、
前記スイッチング素子の出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、
前記入力電圧検出手段及び前記出力電圧検出手段の２つの出力電圧を比較する電圧比較手段と、
前記放電ランプに流れるランプ電流が正常点灯時のランプ電流値であるしきい値より大きいことを検出する電流検出手段と、
前記チョッパ回路の出力を短絡するサイリスタと、
前記スイッチング素子の入力電圧と出力電圧に差がなく、しかも前記電流検出手段においてランプ電流がしきい値より大きい場合には、前記サイリスタを導通させるランプ保護手段とを有して構成することを特徴とするランプ用電源装置。
【請求項２】
前記直流電源から前記チョッパ回路の電流経路に挿入されたヒューズを有して構成することを特徴とする請求項１に記載のランプ用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ランプを光源としたプロジェクタ等に使用されるランプ用電源装置に係わるものであり、特にランプの破壊を防止できるランプ用電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属蒸気中の放電発光を利用した放電ランプには、メタルハライドランプや高圧水銀ランプ等がある。これらの放電ランプは、絶縁破壊を起こして始動させるために、高い始動電圧を必要とする。又、放電ランプは、これに流れる電流が増えると、ランプの端子電圧が減少するように電力で制限される性質を有する。
図５は、従来例のランプ用電源装置を示す回路図である。図５において、この電源装置は、主に直流電源１、チョッパ回路２、高圧パルス発生回路９、放電ランプ１２より構成されており、以下、説明する。
【０００３】
チョッパ回路２は、非絶縁型のスイッチングレギュレータであり、入力と出力間を電気的に絶縁することはできないが、絶縁型のスイッチングレギュレータであるコンバータ回路に比較して、回路構成が簡単で、コストも安くできる。又、放電ランプの実際の電圧値から考えても、チョッパ回路の方が適している場合が多く、ランプ用電源装置にはチョッパ回路が使用される比率が高い。
チョッパ回路２は、スイッチング素子３、転流ダイオード４、コイル５、平滑容量(コンデンサ)６、電流検出抵抗７、制御部８とから成り、直流電源１により与えられた直流入力を受けて、制御部８により、スイッチング素子３をオン・オフ制御することにより、コイル５及び平滑容量６への電荷の蓄積・放出を行い、放電ランプ１２への供給電力を調整する。
【０００４】
この制御部８は、チョッパ回路２の出力電圧、即ち、図中Ａ点の電圧をランプ電圧情報として検出し、又、電流検出抵抗７にはランプ電流が流れ、その電流値に応じた電圧降下が生じるから、図中Ｂ点の電圧をランプ電流情報として検出して、スイッチング素子３を制御することにより、放電ランプ１２の電力制御を行っている。
高圧パルス発生回路９は、高圧トランス１０とパルス発生部１１とから成り、パルス発生部１１で発生したパルスを、高圧トランス１０で昇圧して１０ｋＶ〜３０ｋＶ程度の高圧パルスを生成し、放電ランプ１２に絶縁破壊を起こして、放電ランプ１２を始動させる。
【０００５】
放電ランプ点灯前、チョッパ回路２の負荷インピーダンスは非常に高く、従って、電流は非常に小さい。チョッパ回路２は電力制御されるので、その出力電圧は高く、直流電源１の出力電圧（例えば、２００Ｖ〜４００Ｖ）に近い値となる。高圧パルス発生回路９で発生した高圧パルスにより、放電ランプ１２が絶縁破壊を起こし、始動して点灯すると、ランプ電圧、即ち、チョッパ回路２の出力電圧が急激に数十Ｖまで下がり、チョッパ回路２は電力が一定になるように動作するので、電流が急激に増加して、放電ランプ１２の点灯を維持する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記の如く、チョッパ回路２は、非絶縁型のスイッチングレギュレータであるから、入出力間を電気的に絶縁することができない。放電ランプ点灯中に、スイッチング素子３が、何らかの理由、例えば、スイッチング素子３自体の短絡破壊やスイッチング素子３の電極間に導体異物が混入により短絡した場合には、直流電源１の出力電圧が放電ランプ１２に印可され、放電ランプに過大電流（たとえば、数十Ａ〜百Ａ以上）が流れ、放電ランプは瞬時に破壊してしまう。このランプ破壊は、短絡後瞬時（例えば、１００μｓ〜１ｍｓ未満）に起こるから、短絡状態を検出してからでは破壊を回避するのは困難である。放電ランプが破壊すると、ランプ交換が必要となるが、放電ランプは非常に高価であり、又交換の手間も掛かるので、放電ランプの破壊は大きな問題であった。
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、放電ランプ点灯中に、チョッパ回路のスイッチング素子自体の短絡破壊やスイッチング素子の電極間に導体異物が混入して短絡した等の場合にも、スイッチング素子の入力出力間の電圧及びランプ電流を検知して、チョッパ回路の出力を短絡して放電ランプを保護するので、放電ランプの破壊を未然に防止でき、高価な放電ランプ代金の支払や交換の手間が不要となるランプ用電源装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、直流電源からの直流入力電圧を制御して放電ランプを電力制御するチョッパ回路と、前記放電ランプを始動させるための高圧パルスを発生させる高圧パルス発生回路とを備えたランプ用電源装置であって、前記チョッパ回路は、オンオフ動作を行うことにより前記放電ランプを電力制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子のオンオフを制御する制御部と、前記スイッチング素子の入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、前記スイッチング素子の出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記入力電圧検出手段及び前記出力電圧検出手段の２つの出力電圧を比較する電圧比較手段と、前記放電ランプに流れるランプ電流が正常点灯時のランプ電流値であるしきい値より大きいことを検出する電流検出手段と、前記チョッパ回路の出力を短絡するサイリスタと、前記スイッチング素子の入力電圧と出力電圧に差がなく、しかも前記電流検出手段においてランプ電流がしきい値より大きい場合には、前記サイリスタを導通させるランプ保護手段とを有して構成することを特徴とするランプ用電源装置を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例を示す回路図である。図１において、図５に示す従来例と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
図１では、チョッパ回路２のスイッチング素子３の入力電圧を検出する入力電圧検出手段１３と、スイッチング素子３の出力電圧を検出する出力電圧検出手段１４と、この２つの検出手段の出力電圧を比較する電圧比較手段１５を設けている。又、電流検出抵抗７により放電ランプ１２に流れる電流を検出する電流検出手段１６と、この電流検出手段１６と電圧比較手段１５の２出力により放電ランプ１２の破壊を保護するランプ保護手段１７を設けている。さらに、ランプ保護手段１７からの制御により、チョッパ回路２の出力を短絡するサイリスタ１８、及び、直流電源１とチョッパ回路２との間にヒューズ(Ｆｕｓｅ)１９を設けており、以下詳細に、その動作を説明する。
【００１０】
入力電圧検出手段１３及び出力電圧検出手段１４から出力される電圧値を、スイッチング素子３の入力電圧と出力電圧が等しい時は、出力電圧検出手段１４から出力される電圧の方が大きくなるように設定する。言い換えれば、入力電圧検出手段１３及び出力電圧検出手段１４の観測電圧(入力電圧)に対する出力電圧の比率を変える。例えば、入力電圧検出手段１３では１００：１に、出力電圧検出手段１４では８０：１に設定すると、スイッチング素子３の入力電圧が仮に４００Ｖとすると、入力電圧検出手段１３の出力電圧は４Ｖとなり、スイッチング素子３の出力電圧も４００Ｖの時には、出力電圧検出手段１４の出力電圧値は５Ｖとなる。出力電圧検出手段１４の出力電圧が４Ｖになるスイッチング素子３の出力電圧は３２０Ｖである。
【００１１】
従って、電圧比較手段１５の非反転入力端子へ出力電圧検出手段１４の出力を、反転入力端子へ入力電圧検出手段１３の出力を接続すれば、もし、スイッチング素子３が短絡した場合には、スイッチング素子３の入力電圧と出力電圧が等しくなり、出力電圧検出手段１４の出力電圧値の方が高くなるので、電圧比較手段１５の出力はハイレベルとなる。但し、正常な場合でも、放電ランプ点灯前は、チョッパ回路２の負荷インピーダンスが高いので、チョッパ回路２(スイッチング素子３)の出力電圧が高く、入力電圧に近い値となるから、電圧比較手段１５の出力は、ハイレベルとなる可能性があり、これだけでは、スイッチング素子の短絡を特定することはできない。
【００１２】
そこで、電流検出手段１６を設け、正常点灯時に放電ランプ１２に流れるランプ電流値をしきい値として、このしきい値以上の電流が流れた時、電流検出手段１６の出力がハイレベルとなるように設定している。この電流検出手段１６と電圧比較手段１５の２出力共にハイレベルの時だけハイレベルを出力する論理和回路(ＡＮＤ回路)によりランプ保護手段１７を構成することにより、スイッチング素子３の短絡の検出を可能にする。即ち、正常状態では、スイッチング素子３の出力電圧が高い時は電流はほとんど流れず、電流検出手段１６の出力はローレベルであるが、スイッチング素子の短絡状態では、過大電流が流れるため、電流検出手段１６の出力がハイレベルとなる。
【００１３】
ところで、入力電圧検出手段１３及び出力電圧検出手段１４において、入力電圧が一定であれば、入力出力間の電圧差ではなく、絶対的な電圧値を検出しても良いように思われる。しかし、実際スイッチング素子３が短絡した場合には、過大電力が発生するので、直流電源１の電力供給能力にもよるが、ほとんどの場合、入力電圧も急激に低下し、正常な電圧値を大きく下回る。従って、入力出力間の電圧差を検出することが有効となる。
【００１４】
さらに、出力電圧検出手段１４において、チョッパ回路２の出力ではなく、スイッチング素子３の直後を検出場所としたのは、短絡検出のスピードアップのためである。スイッチング素子３が短絡した瞬間は、コイル５が介在しているので、チョッパ回路２自体の入力出力間電圧は、ゼロ付近にはならず、短絡の発見が大きく遅れる。従って、スイッチング素子の短絡を瞬時に確実に検出するには、スイッチング素子３の直前及び直後の電圧差を検出することが必要となる。
以上説明の如く、スイッチング素子３の短絡が検出されると、ランプ保護手段１７はハイレベルの信号をサイリスタ１８のゲートへ供給する。すると、サイリスタ１８が導通して、チョッパ回路２の出力を短絡し、たとえサイリスタ１８のゲート電圧がローレベルになっても短絡状態を維持し続けて、放電ランプ１２に過大電流が流れないように動作する。
【００１５】
しかし、チョッパ回路２の出力をサイリスタ１８により短絡させると、サイリスタ１８は導通状態を維持するので、直流電源１が電流を供給し続ける限り、チョッパ回路２へ流れる過大電流は、流れ続けるので好ましくない。
本発明回路では、直流電源回路１とチョッパ回路２の間にヒューズ１９を接続しているから、サイリスタ１８の導通により過大電流が発生しても、このヒューズ１９がすぐに（例えば、１秒後）溶断して、過大電流を遮断する。又、このヒューズ溶断は、放電ランプ１２の保護から見ても、２重の保護となり、保護をより強固なものとしている。
【００１６】
サイリスタ１８として、サージオン電流の大きな素子を使用すれば、スイッチング素子３の短絡破壊が発生しても、スイッチング素子３及びヒューズ１９だけの交換で済む。又、スイッチング素子の電極間に導体異物が混入して短絡した場合には、ヒューズのみの交換で済む。どちらにしても、放電ランプ１２の代金に比較すれば遙かに安価（例えば、１／１００程度のコスト）である。
【００１７】
図２は本発明の具体的実施例を示す回路図であり、図１と基本的に同一動作をするが、細部構成で相違点もある。図２において、入力電圧検出手段１３は、抵抗２１，２２と容量２３から成り、出力電圧検出手段１４は、抵抗２４，２５と容量２６から成り、それぞれ抵抗分割によって観測電圧に対する出力電圧の比率が決定される。容量２６は、応答速度から考えると無い方が良いが、スイッチング素子３の直後の電圧は、正常状態では矩形波パルスであり、平滑化も必要で、略１０００ｐＦ程度の静電容量値が選ばれる。電圧比較手段１５と入力電圧検出手段１３及び出力電圧検出手段１４との接続は、図１とは反対であるから、電圧比較手段１５の出力も図１とは逆極性となっている。
【００１８】
電流検出手段１６は、トランジスタ２９と抵抗２７，２８，３０とから成り、電流検出抵抗７で発生した電圧を抵抗２７，２８で抵抗分割した値が、トランジスタ２９のベースに印可されて、トランジスタ２９が導通した場合、電流検出手段１６の出力はローレベルとなる。即ち、電流検出手段１６の電流検出のしきい値は、抵抗７，２７，２８で決定されるが、やはり、電圧比較手段１５と同様に、電流検出手段１６の出力も図１とは逆極性となっている。
【００１９】
従って、スイッチング素子３が短絡した時、即ち、スイッチング素子３の出力電圧が高く、かつ、ランプ電流のしきい値以上の電流が流れている時には、電圧比較手段１５及び電流検出手段１６の出力はいずれもローレベルとなる。そこで、図２におけるランプ保護手段１７は、ＡＮＤ回路ではなくＮＯＲ回路となり、ダイオード３１，３２、トランジスタ３４、抵抗３３，３５により構成される。ダイオード３１，３２のどちらか一方が導通すれば、トランジスタ３４も導通するので、ランプ保護手段１７の出力がハイレベルになるのは、２つのダイオードが導通しない時、即ち、電圧比較手段１５も電流検出手段１６もその出力がローレベルの時となる。
【００２０】
サイリスタ１８のゲートには抵抗３６、容量３７が接続されているが、容量３７は実際の回路駆動では必要な素子であるが、サイリスタの導通開始速度を考慮すると、できる限りその容量値は小さい方が好ましい。
図３はヒューズの挿入場所を説明するための図である。図１及び図２では、ヒューズ１９の挿入場所は、直流電源１とチョッパ回路２の間として説明したが、この場所に限る必要はなく、図３に示す如く、直流電源１からチョッパ回路２中のサイリスタ１８までのループ中の図示する１９ａ〜１９ｅのどこでもかまわない。
【００２１】
図４は商用交流電源と接続した場合のヒューズの挿入場所を説明するための図である。実際のランプ用電源装置は、商用交流電源を電力供給源として使用されるものが多い。図４において、ランプ用電源装置４１は、商用交流電源４０から電力の供給を受けて動作する。具体的には、商用交流電源４０からの電力供給は直流電源１が受ける。直流電源１は、整流平滑回路３８と高調波歪規制に対応するために力率改善を行うアクティブフィルタ３９とから成る場合が多い。又、アクティブフィルタ３９を搭載せず、整流平滑回路３８において、倍電圧整流により放電ランプの点灯に必要な電圧値まで高めるものもある。そして、いずれの場合も、図４に示す如く、商用交流電源４０との間にヒューズ１９ｆを挿入すれば良い。そして、このヒューズ１９ｆは図１や図２におけるヒューズ１９の機能を合わせ持つので、ヒューズ１９ｆを挿入した場合には、図１及び図２のヒューズ１９は不要となる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のランプ用電源装置は、放電ランプ点灯中に、チョッパ回路のスイッチング素子自体の短絡破壊やスイッチング素子の電極間に導体異物が混入して短絡した等の場合にも、スイッチング素子の入力出力間の電圧及びランプ電流を検知して、チョッパ回路の出力を短絡して放電ランプを保護するので、放電ランプの破壊を未然に防止でき、高価な放電ランプ代金の支払や交換の手間が不要となるという極めて優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す回路図である。
【図２】本発明の具体的実施例を示す回路図である。
【図３】ヒューズの挿入場所を説明するための図である。
【図４】商用交流電源と接続した場合のヒューズの挿入場所を説明するための図である。
【図５】従来例のランプ用電源装置を示す回路図である。
【符号の説明】
１  直流電源
２  チョッパ回路
３  スイッチング素子
４  転流ダイオード
５  コイル
６  平滑容量
７  電流検出抵抗
８  制御部
９  高圧パルス発生回路
１０  高圧トランス
１１  パルス発生部
１２  放電ランプ
１３  入力電圧検出手段
１４  出力電圧検出手段
１５  電圧比較手段
１６  電流検出手段
１７  ランプ保護手段
１８  サイリスタ
１９  ヒューズ
【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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