JP4820735B2

JP4820735B2 - Power supply device for discharge lamp and control method thereof

Info

Publication number: JP4820735B2
Application number: JP2006307843A
Authority: JP
Inventors: 充野溝
Original assignee: Rubycon Corp
Current assignee: Rubycon Corp
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2026-11-14
Also published as: JP2007234575A

Description

本発明は、高圧放電ランプ（ＨＩＤランプ）などの放電ランプを点灯するのに適した電力供給装置に関するものである。 The present invention relates to a power supply apparatus suitable for lighting a discharge lamp such as a high pressure discharge lamp (HID lamp).

放電ランプを点灯するための電力供給装置として、バックコンバータ（降圧コンバータ）を用いた電力供給装置が知られている。放電ランプは、ブレークダウン後のグロー放電段階を経て、定常状態のアーク放電に移行する。このため、電力供給装置は、点灯初期には、グロー放電を行なうための高電圧を供給する必要がある。さらに、電力供給装置は、グロー放電からアーク放電へ移行する際には、アーク放電が持続するために充分な電力を供給する必要がある。 As a power supply device for lighting a discharge lamp, a power supply device using a buck converter (step-down converter) is known. The discharge lamp goes to a steady state arc discharge through a glow discharge stage after breakdown. For this reason, the power supply device needs to supply a high voltage for performing glow discharge at the beginning of lighting. Furthermore, when the power supply device shifts from glow discharge to arc discharge, it is necessary to supply sufficient power for the arc discharge to continue.

特許文献１は、平滑用のコンデンサの容量を点灯初期には小さくして充分なエネルギーが供給されるようにし、アーク放電に移行した定常状態ではコンデンサの容量を大きくして高周波リップル成分を低減できるようにすることが開示されている。
特開２０００−１２３９８９号公報 In Patent Document 1, the capacity of the smoothing capacitor is reduced at the beginning of lighting so that sufficient energy can be supplied, and in a steady state that has shifted to arc discharge, the capacity of the capacitor can be increased to reduce the high-frequency ripple component. It is disclosed to do so.
JP 2000-123989 A

バックコンバータを有する電力供給装置であって、ブースト（昇圧）機能を有さないものは、構成が簡易でコンパクトになる反面、入力電圧を超える電圧を出力することはできない。プロジェクタの光源などに用いられるＨＩＤランプの場合、点灯初期のグロー放電段階では２００Ｖ程度の電圧を供給することが要望される。一方、入力電圧が低い条件でも、安定してＨＩＤランプを点灯できることが常に要求される。 A power supply device having a buck converter that does not have a boost (boost) function is simple and compact, but cannot output a voltage exceeding the input voltage. In the case of an HID lamp used for a light source of a projector or the like, it is desired to supply a voltage of about 200 V in the glow discharge stage at the beginning of lighting. On the other hand, it is always required that the HID lamp can be lit stably even under conditions where the input voltage is low.

周波数が一定のＰＷＭパルスのデューティーを変えることにより電力を制御できるＰＷＭ方式のバックコンバータは、実績も多く、また、周波数を充分に高くしてＨＩＤランプなどとの共鳴を防止できるなどのメリットも多いために、電力供給装置には多く採用されている。しかしながら、チョークコイルに連続して電流が流れる電流連続状態では、式（１）に示すように、入力電圧Ｖｉのデューティー比（Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ））で決められる出力電圧Ｖｏしか出力できない。これに対し、グロー放電段階で流れる程度の電流Ｉｏでは、チョークコイルに不連続（断続的）に電流が流れる電流不連続状態になるようにチョークコイルのインダクタンスＬなどが選択されたバックコンバータを採用することにより、式（２）に示すように、入力電圧Ｖｉのデューティー比よりも高い出力電圧Ｖｏを出力できる。 PWM type buck converters that can control power by changing the duty of PWM pulses with a constant frequency have many achievements, and also have many merits such as sufficiently high frequency to prevent resonance with HID lamps, etc. For this reason, many power supply apparatuses are employed. However, in a current continuous state in which current continuously flows through the choke coil, only the output voltage Vo determined by the duty ratio (Ton / (Ton + Toff)) of the input voltage Vi can be output as shown in the equation (1). On the other hand, a buck converter in which the choke coil inductance L or the like is selected so that the current Io that flows at the glow discharge stage is discontinuous (intermittently) flows through the choke coil. By doing so, as shown in Formula (2), the output voltage Vo higher than the duty ratio of the input voltage Vi can be output.

Ｖｏ＝Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）×Ｖｉ・・・（１）
Ｖｏ＝（Ｖｉ・Ｔｏｎ）^２／（Ｖｉ・Ｔｏｎ^２＋２・Ｉｏ・Ｌ（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ））
・・・（２）
なお、上記式（１）および（２）は典型的なバックコンバータにおける電流連続状態（Ｉｏ＞（Ｖｏ／（２・Ｌ）・Ｔｏｆｆ））の出力電圧Ｖｏと、電流不連続状態（Ｉｏ＜（Ｖｏ／（２・Ｌ）・Ｔｏｆｆ））における出力電圧Ｖｏとをそれぞれ示すものである。 Vo = Ton / (Ton + Toff) × Vi (1)
Vo = (Vi · Ton) ² / (Vi · Ton ² + 2 · Io · L (Ton + Toff))
(2)
The above formulas (1) and (2) represent the output voltage Vo in a current continuous state (Io> (Vo / (2 · L) · Toff)) in a typical buck converter and the current discontinuous state (Io <( Vo / (2 · L) · Toff)).

グロー放電からアーク放電に移行する際は、熱電子流が加わることにより電流Ｉｏが増加し、それにより放電電圧（出力電圧）Ｖｏが低下するが、その移行過程の高電圧な領域における電流供給能力が放電ランプの点灯し易さに大きな影響を与える。しかしながら、電流不連続状態では高出力電圧Ｖｏと、高出力電流Ｉｏとの両立を図ることが難しい。出力電流Ｉｏが増加すると出力電圧Ｖｏが低下し、さらに、電流連続状態に移行しやすくなる。 When transitioning from glow discharge to arc discharge, the current Io increases due to the addition of a thermionic current, thereby decreasing the discharge voltage (output voltage) Vo, but the current supply capability in the high voltage region of the transition process. This greatly affects the ease of lighting of the discharge lamp. However, it is difficult to achieve both the high output voltage Vo and the high output current Io in a current discontinuous state. When the output current Io increases, the output voltage Vo decreases, and it becomes easier to shift to a current continuous state.

本発明の一態様は、ＰＷＭパルスにより駆動されるスイッチング素子を含み、放電ランプに供給される電力の制御を行うためのバックコンバータを有する装置の制御方法であり、この制御方法は、第１の周波数のＰＷＭパルスを用い、バックコンバータの出力電力が一定となるように制御する第１の工程と、この第１の工程に先立つ、放電ランプの点灯初期の工程であって、第１の周波数よりも低い第２の周波数のＰＷＭパルスを用い、バックコンバータが電流不連続状態で動作し、バックコンバータの出力電圧がターゲット電圧となるように制御する点灯初期の工程とを有する。この制御方法は、第１の工程では、バックコンバータの出力電力が一定となるように第１の周波数のＰＷＭパルスのデューティーを制御し、放電ランプの点灯初期の工程では、バックコンバータの出力電圧がターゲット電圧となるように第２の周波数のＰＷＭパルスのデューティーを制御する。さらに具体的には、放電ランプの点灯初期の工程では、第１の周波数よりも低い第２の周波数のＰＷＭパルスを用い、バックコンバータが電流不連続状態で動作し、バックコンバータの出力電圧が最大となるように第２の周波数のＰＷＭパルスのデューティーを制御する。 One aspect of the present invention is a method for controlling an apparatus including a switching element driven by a PWM pulse and having a buck converter for controlling electric power supplied to a discharge lamp. A first step of controlling the output power of the buck converter to be constant by using a PWM pulse of a frequency, and a step of initial lighting of the discharge lamp prior to the first step, from the first frequency Using a PWM pulse having a lower second frequency, the buck converter operates in a current discontinuous state, and controls the output voltage of the buck converter to be the target voltage. In this control method, in the first step, the duty of the PWM pulse of the first frequency is controlled so that the output power of the buck converter is constant. In the initial stage of lighting of the discharge lamp, the output voltage of the buck converter is The duty of the PWM pulse of the second frequency is controlled so as to be the target voltage. More specifically, in the initial stage of lighting the discharge lamp, a PWM pulse having a second frequency lower than the first frequency is used, the buck converter operates in a current discontinuous state, and the output voltage of the buck converter is maximized. The duty of the PWM pulse of the second frequency is controlled so that

この制御方法においては、点灯初期のグロー放電が始まる部分の電力供給を制御する点灯初期の工程と、アーク放電に移行した後の電力供給を制御する第１の工程とで、ＰＷＭパルスの周波数を変え、点灯初期の工程では、ＰＷＭパルスの周波数を下げる。このような制御を行うことにより、点灯初期の工程において、電流連続状態に移行させないように、バックコンバータの出力電流を増加させることができる。したがって、出力電圧が高くなるようにバックコンバータを制御しながら、出力電流供給能力を向上できる。 In this control method, the PWM pulse frequency is set to the initial stage of lighting for controlling the power supply in the part where glow discharge starts at the beginning of lighting and the first process for controlling power supply after the transition to arc discharge. In other words, the frequency of the PWM pulse is lowered in the initial lighting process. By performing such control, it is possible to increase the output current of the buck converter so as not to shift to the current continuous state in the initial lighting process. Therefore, the output current supply capability can be improved while controlling the buck converter so that the output voltage becomes high.

グロー放電からアーク放電に移行する際は、出力電流が増大することによりバックコンバータの状態は電流連続状態に移行する。この過程において、ＰＷＭパルスのパルス幅制御、すなわち、デューティー制御を最大電圧から電力一定へ切り替えることと、ＰＷＭパルスの周波数を切り替えることとを同時に行なっても良い。これら２つの制御要素をシーケンシャルに、段階的に切り換えても良く、放電ランプに対し、さらに安定した電力を供給し易い。すなわち、点灯初期の工程と第１の工程との間に、第２の周波数のＰＷＭパルスを用い、バックコンバータの出力電力が一定となるようにＰＷＭパルスのデューティーを制御する第２の工程を含むことが望ましい。放電電流の増加により出力電圧が所定の電圧以下になったときに、ＰＷＭパルスのデューティー制御を定電力制御に切り替え、放電ランプに電力供給を開始してから所定の時間が経過したときに、ＰＷＭパルスの周波数を切り換える制御が可能である。所定の時間が経過したときに、出力電圧が所定の電圧以下にならないときは点灯失敗と判断し、再トライあるいは点灯失敗により点灯中止となるようにすることができる。 When shifting from glow discharge to arc discharge, the output current increases and the state of the buck converter shifts to a continuous current state. In this process, the pulse width control of the PWM pulse, that is, the duty control may be switched from the maximum voltage to the constant power and the frequency of the PWM pulse may be switched simultaneously. These two control elements may be switched sequentially and stepwise, and it is easy to supply more stable power to the discharge lamp. In other words, a second step of using the PWM pulse of the second frequency and controlling the duty of the PWM pulse so that the output power of the buck converter becomes constant is included between the initial lighting step and the first step. It is desirable. When the output voltage falls below the predetermined voltage due to the increase in the discharge current, the PWM pulse duty control is switched to the constant power control, and when the predetermined time has elapsed since the start of power supply to the discharge lamp, the PWM Control to switch the frequency of the pulse is possible. If the output voltage does not become lower than the predetermined voltage after the predetermined time has elapsed, it is determined that the lighting has failed, and the lighting can be stopped due to retry or lighting failure.

本発明の他の態様は、ＰＷＭパルスにより駆動されるスイッチング素子を含み、放電ランプに供給される電力の制御を行うためのバックコンバータと、バックコンバータにＰＷＭパルスを供給する制御ユニットとを有する放電ランプ用の電力供給装置である。この電力供給装置の制御ユニットは、第１の周波数のＰＷＭパルスを用い、バックコンバータの出力電力が一定となるように制御する機能と、第１の周波数よりも低い第２の周波数のＰＷＭパルスを用い、バックコンバータの出力電圧が最大となるように制御する機能とを含む。さらに、バックコンバータは、第２の周波数のＰＷＭパルスにより、電流不連続状態で動作可能なものである。この制御ユニットにより、バックコンバータの出力電圧がターゲット電圧、すなわち、最大となるように第２の周波数のＰＷＭパルスのデューティーを制御することにより、バックコンバータを電流不連続状態で動作させることができ、点灯初期の工程として充分な高電圧を発生でき、充分な電流供給能力を備えた電力供給装置を提供できる。制御ユニットは、さらに、第２の周波数のＰＷＭパルスを用い、バックコンバータの出力電力が一定となるように制御する機能を有することが望ましい。 Another aspect of the present invention includes a switching element that includes a switching element driven by a PWM pulse, and includes a buck converter for controlling the power supplied to the discharge lamp, and a control unit that supplies the PWM pulse to the buck converter. This is a power supply device for a lamp. The control unit of the power supply device uses a PWM pulse having a first frequency to control the output power of the buck converter to be constant, and a PWM pulse having a second frequency lower than the first frequency. And a function of controlling the output voltage of the buck converter to be maximum. Further, the buck converter can be operated in a current discontinuous state by the PWM pulse of the second frequency. By this control unit, the buck converter can be operated in a current discontinuous state by controlling the duty of the PWM pulse of the second frequency so that the output voltage of the buck converter becomes the target voltage, that is, the maximum. It is possible to provide a power supply apparatus that can generate a sufficiently high voltage as a process at the beginning of lighting and has a sufficient current supply capability. It is desirable that the control unit further has a function of controlling the output power of the buck converter to be constant by using the PWM pulse of the second frequency.

さらに、本発明の他の態様は、ＰＷＭパルスにより駆動されるスイッチング素子を含み、放電ランプに供給される電力の制御を行うためのバックコンバータと、バックコンバータにＰＷＭパルスを供給する制御ユニットとを有する電力供給装置を制御するためのプログラムであって、制御ユニットにより、第１の周波数のＰＷＭパルスを用い、バックコンバータの出力電力が一定となるように制御する第１の工程と、この第１の工程に先立つ、放電ランプの点灯初期の工程であって、第１の周波数よりも低い第２の周波数のＰＷＭパルスを用い、バックコンバータが電流不連続状態で動作し、バックコンバータの出力電圧が最大となるように制御する点灯初期の工程とを含む制御を行うためのプログラムである。このプログラムは、適当なタイプの記録媒体、例えば、ＲＯＭに記録して提供できる。 Furthermore, another aspect of the present invention includes a buck converter that includes a switching element driven by a PWM pulse, and that controls power supplied to the discharge lamp, and a control unit that supplies the PWM pulse to the buck converter. A program for controlling a power supply device having a first step of controlling the output power of the buck converter to be constant by using a PWM pulse of a first frequency by a control unit; This is an initial stage of lighting of the discharge lamp prior to the process of step 1. The PWM converter of the second frequency lower than the first frequency is used, the buck converter operates in a current discontinuous state, and the output voltage of the buck converter is This is a program for performing control including an initial lighting process for controlling to be maximum. This program can be provided by being recorded in an appropriate type of recording medium, for example, a ROM.

図１に、本発明の一実施形態の電力供給装置の概略構成を示している。この電力供給装置１は、入力側１ｉに接続された直流電源２から、出力側１ｏに接続されたＨＩＤランプ（放電ランプ）３に電力を供給し、放電ランプ３を点灯する機能を備えている。電力供給装置１は、ＰＷＭパルスにより駆動されるスイッチング素子１１を含み、放電ランプ３に供給される電力の制御を行うためのバックコンバータ１０と、このバックコンバータ１０にＰＷＭパルスを供給することにより制御する制御ユニット２０と、放電ランプ３に絶縁破壊を生じさせるために高圧電圧を供給する高圧発生回路５とを備えている。高圧発生回路５は、サイダック６と、高圧トランス７とを備えた高圧ＤＣ−ＤＣ変換回路であり、数ｋＶの電圧を放電ランプ３に印加できるようになっている。 FIG. 1 shows a schematic configuration of a power supply apparatus according to an embodiment of the present invention. This power supply device 1 has a function of supplying power from a DC power source 2 connected to the input side 1i to an HID lamp (discharge lamp) 3 connected to the output side 1o and lighting the discharge lamp 3. . The power supply device 1 includes a switching element 11 driven by a PWM pulse, and controls the buck converter 10 for controlling the power supplied to the discharge lamp 3 and supplies the PWM pulse to the buck converter 10. And a high voltage generation circuit 5 for supplying a high voltage to cause a breakdown in the discharge lamp 3. The high voltage generation circuit 5 is a high voltage DC-DC conversion circuit including a Sidac 6 and a high voltage transformer 7, and can apply a voltage of several kV to the discharge lamp 3.

バックコンバータ１０は、入力電圧Ｖｉよりも低い電圧Ｖｏを出力する降圧型のコンバータである。典型的なバックコンバータ１０は、チョッピング用のスイッチング素子１１と、チョークコイル１２と、フライホイールダイオード１３と、平滑コンデンサ１４とを備えている。 The buck converter 10 is a step-down converter that outputs a voltage Vo lower than the input voltage Vi. A typical buck converter 10 includes a switching element 11 for chopping, a choke coil 12, a flywheel diode 13, and a smoothing capacitor 14.

制御ユニット２０は、電圧制御と電力制御とを行う機能を備えた制御ＩＣ２１と、制御ＩＣ２１からのフィードバック信号ＦＢに基づきパルス幅を変えたＰＷＭパルス２９を出力するＰＷＭパルスコントローラ２２とを備えている。この制御ユニット２０においては、制御ＩＣ２１は、バックコンバータ１０の出力側に設けられた電圧検出回路１５を介して出力電圧Ｖｏを検出する。そして、制御ＩＣ２１は、予め設定された電力に見合うターゲットの電流Ｉｔを出力し、そのターゲット電流Ｉｔと、バックコンバータ１０を流れる電流Ｉｏとをコンパレータ２３により比較した結果がパルスコントローラ２２に対してフィードバック信号ＦＢとして供給されるようになっている。パルスコントローラ２２は、制御ＩＣ２１から指定された周波数ｆのＰＷＭパルス２９を出力し、そのパルス幅を変えることによりＰＷＭパルス２９のデューティーを適切に制御する。 The control unit 20 includes a control IC 21 having a function of performing voltage control and power control, and a PWM pulse controller 22 that outputs a PWM pulse 29 having a pulse width changed based on a feedback signal FB from the control IC 21. . In the control unit 20, the control IC 21 detects the output voltage Vo via the voltage detection circuit 15 provided on the output side of the buck converter 10. Then, the control IC 21 outputs a target current It corresponding to preset power, and the result of comparing the target current It and the current Io flowing through the buck converter 10 by the comparator 23 is fed back to the pulse controller 22. The signal FB is supplied. The pulse controller 22 outputs a PWM pulse 29 having a frequency f designated by the control IC 21 and appropriately controls the duty of the PWM pulse 29 by changing the pulse width.

制御ＩＣ２１は、ＲＯＭ２５に格納されたプログラム２４をロードすることにより幾つかの機能を実現する。制御ＩＣ２１により実現される１つの機能は、パルスコントローラ２２から、第１の周波数（基準周波数）ｆ０のＰＷＭパルス２９であって、バックコンバータ１０の出力電力が一定となるようなデューティーのＰＷＭパルス２９を出力させる機能（第１の制御機能）２６である。この定常状態の制御機能２６により、放電ランプ３が定常状態で点灯するのに適した一定の電力を、バックコンバータ１０を介して供給できる。 The control IC 21 realizes several functions by loading the program 24 stored in the ROM 25. One function realized by the control IC 21 is a PWM pulse 29 having a first frequency (reference frequency) f0 from the pulse controller 22, and a PWM pulse 29 having a duty that makes the output power of the buck converter 10 constant. Is a function (first control function) 26 for outputting. With this steady state control function 26, it is possible to supply constant power suitable for the discharge lamp 3 to be lit in a steady state via the buck converter 10.

制御ＩＣ２１により実現される他の機能の１つは、パルスコントローラ２２から、基準周波数ｆ０よりも低い第２の周波数、例えば１／２ｆ０の初期周波数ｆｉのＰＷＭパルス２９であって、バックコンバータ１０の出力電圧Ｖｏがターゲット電圧、本例においては最大電圧とするためのデューティーのＰＷＭパルス２９を出力させる点灯初期の制御機能２７である。この機能２７により、放電ランプ３の点灯初期においてグロー放電を維持するのに充分な高電圧および電流を、バックコンバータ１０を介して供給できる。バックコンバータ１０は、グロー放電領域の出力電流Ｉｏで、出力電圧Ｖｏが最大となるように制御されたデューティーの初期周波数ｆｉのＰＷＭパルス２９により駆動されると、チョークコイル１２に流れる電流が断続する、電流不連続状態で動作するようにチョークコイル１２のインダクタンスＬが選択されている。 One of the other functions realized by the control IC 21 is a PWM pulse 29 from the pulse controller 22 having a second frequency lower than the reference frequency f0, for example, an initial frequency fi of 1 / 2f0. This is a control function 27 at the beginning of lighting that outputs a PWM pulse 29 having a duty for setting the output voltage Vo to the target voltage, in this example, the maximum voltage. With this function 27, a high voltage and current sufficient to maintain glow discharge at the beginning of lighting of the discharge lamp 3 can be supplied via the buck converter 10. When the buck converter 10 is driven by the PWM pulse 29 having the duty initial frequency fi controlled so that the output voltage Vo is maximized by the output current Io in the glow discharge region, the current flowing through the choke coil 12 is intermittent. The inductance L of the choke coil 12 is selected so as to operate in a current discontinuous state.

制御ＩＣ２１により実現される他の機能の１つは、第２の周波数である初期周波数ｆｉのＰＷＭパルス２９を用い、パルスコントローラ２２から、バックコンバータ１０の出力電力が一定となるようなデューティーのＰＷＭパルス２９を出力させる機能（第２の制御機能）２８である。 One of the other functions realized by the control IC 21 uses a PWM pulse 29 having an initial frequency fi that is the second frequency, and the PWM having a duty that makes the output power of the buck converter 10 constant from the pulse controller 22. This is a function (second control function) 28 for outputting the pulse 29.

図２に、放電ランプ３の点灯する状態を示している。放電ランプ３は、高圧が供給されて絶縁破壊するとグロー放電を開始し、それにより加熱されて熱電子が放出されだすとグロー放電からアーク放電に移行し、安定する。グロー放電の領域を維持するために、電力供給装置１は、２００−２５０Ｖ程度の高電圧を放電ランプ３に印加することが要求される。その後、グロー放電からアーク放電に移行するときは、電力供給装置１は、熱電子の放出に伴う電流の増加に対応できる電流供給能力が要求される。電力供給装置１の制御ユニット２０は、放電ランプ３の点灯初期は、点灯初期の制御機能２７により、低い初期周波数ｆｉのＰＷＭパルス２９を用いてバックコンバータ１０の出力電圧Ｖｏが最大になるように制御して、放電ランプ３の状態をグロー放電からアーク放電に移行させる。そして、出力電流Ｉｏが増加して出力電圧Ｖｏが低下すると、まず、第２の制御機能２８により初期周波数ｆｉのＰＷＭパルス２９を用いて定電力制御に移行し、その後、所定の時間が経過すると、第１の制御機能２６により、基準周波数ｆ０のＰＷＭパルス２９を用いて定電力制御を行う。 FIG. 2 shows a state in which the discharge lamp 3 is lit. The discharge lamp 3 starts glow discharge when a high voltage is supplied and dielectric breakdown occurs. When the discharge lamp 3 is heated and emits thermoelectrons, it shifts from glow discharge to arc discharge and is stabilized. In order to maintain the glow discharge region, the power supply device 1 is required to apply a high voltage of about 200 to 250 V to the discharge lamp 3. Thereafter, when shifting from glow discharge to arc discharge, the power supply device 1 is required to have a current supply capability that can cope with an increase in current accompanying the release of thermoelectrons. The control unit 20 of the power supply device 1 uses the PWM pulse 29 having a low initial frequency fi so that the output voltage Vo of the buck converter 10 is maximized by the control function 27 at the early stage of lighting when the discharge lamp 3 is lit. By controlling, the state of the discharge lamp 3 is shifted from glow discharge to arc discharge. When the output current Io increases and the output voltage Vo decreases, first, the second control function 28 shifts to constant power control using the PWM pulse 29 of the initial frequency fi, and then a predetermined time elapses. The first control function 26 performs constant power control using the PWM pulse 29 having the reference frequency f0.

図３に、電力供給装置１により放電ランプ３を点灯するときの動作をフローチャートにより示している。また、図４に、点灯初期のバックコンバータ１０の出力電圧Ｖｏおよび電流Ｉｏの変化の概要を示している。ステップ５１において、時刻ｔ０に、電力供給装置１の入力側１ｉに直流電力が供給されると、その電圧により制御ＩＣ２１がリセットされ、放電ランプ３を点灯する処理を開始する。 FIG. 3 is a flowchart showing the operation when the discharge lamp 3 is lit by the power supply device 1. FIG. 4 shows an outline of changes in the output voltage Vo and current Io of the buck converter 10 in the initial stage of lighting. In step 51, when DC power is supplied to the input side 1i of the power supply device 1 at time t0, the control IC 21 is reset by the voltage, and the process of lighting the discharge lamp 3 is started.

点灯初期のステップ５２において、制御ＩＣ２１は、点灯初期の制御機能２７により、ＰＷＭパルス２９の周波数ｆを、基準周波数ｆ０より低い初期周波数ｆｉにセットする。この例では、ＰＷＭパルス２９の周波数ｆを基準周波数ｆ０の１／２にセットする。基準周波数ｆ０の一例は７０ｋＨｚである。そして、制御ＩＣ２１は、バックコンバータ１０の出力電圧Ｖｏが最大になるようなデューティーにＰＷＭパルス２９が設定されるようなターゲット電流Ｉｔを出力する。すなわち、電力供給装置１から入力電圧Ｖｉに対して最大の出力電圧Ｖｏが出力されるようにする。このため、デューティーが最大のＰＷＭパルス２９がパルスコントローラ２２から出力されるように、無限大あるいは最大のターゲット電流値Ｉｔを制御ＩＣ２１は出力する。 In step 52 at the beginning of lighting, the control IC 21 sets the frequency f of the PWM pulse 29 to an initial frequency fi lower than the reference frequency f0 by the control function 27 at the beginning of lighting. In this example, the frequency f of the PWM pulse 29 is set to ½ of the reference frequency f0. An example of the reference frequency f0 is 70 kHz. Then, the control IC 21 outputs a target current It such that the PWM pulse 29 is set to a duty that maximizes the output voltage Vo of the buck converter 10. That is, the maximum output voltage Vo is output from the power supply device 1 with respect to the input voltage Vi. Therefore, the control IC 21 outputs an infinite or maximum target current value It so that the PWM pulse 29 with the maximum duty is output from the pulse controller 22.

バックコンバータ１０から高電圧が出力されると、高圧発生回路５により絶縁破壊（ブレークダウン）用の高電圧が生成されて放電ランプ３に印加され、時刻ｔ１にグロー放電が始まって電流が流れ出すと、バックコンバータ１０の出力電圧Ｖｏが放電ランプ３に印加される。グロー放電の領域では放電電流が流れるだけなので、デューティーが最大のＰＷＭパルス２９により制御されるバックコンバータ１０の出力電流Ｉｏは小さく、バックコンバータ１０は電流不連続状態で動作し、グロー放電に必要な電圧、典型的には２００Ｖ程度の電圧を供給する。グロー放電により放電ランプ３が加熱されて熱電子放電が始まると、放電ランプ３に流れる電流が急激に増加する。この段階で、放電ランプ３に対する電流供給能力が不足すると、アーク放電に順調に移行せず、放電が消失してブレークダウン、グロー放電、そしてアーク放電への移行を繰り返すことになる。また、電流が増加することによりバックコンバータ１０が電流連続状態に移行すると、バックコンバータ１０の出力電圧Ｖｏが低下するので、グロー放電が維持できなくなったり、グロー放電からアーク放電へ移行できず、上記と同様に放電が消失する。したがって、入力電圧Ｖｉが充分に高くないとグロー放電からアーク放電に順調に移行できない。 When a high voltage is output from the buck converter 10, a high voltage for dielectric breakdown (breakdown) is generated by the high voltage generation circuit 5 and applied to the discharge lamp 3, and when glow discharge starts at time t1 and current starts to flow. The output voltage Vo of the buck converter 10 is applied to the discharge lamp 3. Since only the discharge current flows in the glow discharge region, the output current Io of the buck converter 10 controlled by the PWM pulse 29 having the maximum duty is small, and the buck converter 10 operates in a current discontinuous state and is necessary for glow discharge. A voltage, typically about 200V, is supplied. When the discharge lamp 3 is heated by glow discharge and thermionic discharge starts, the current flowing through the discharge lamp 3 increases rapidly. At this stage, if the current supply capability to the discharge lamp 3 is insufficient, the arc discharge does not proceed smoothly, the discharge disappears, and the breakdown, the glow discharge, and the transition to the arc discharge are repeated. Further, when the buck converter 10 shifts to a continuous current state due to an increase in current, the output voltage Vo of the buck converter 10 decreases, so that the glow discharge cannot be maintained or the glow discharge cannot be shifted to the arc discharge. Discharge disappears as well. Therefore, unless the input voltage Vi is sufficiently high, it is not possible to smoothly shift from glow discharge to arc discharge.

この電力供給装置１においては、点灯初期にバックコンバータ１０を、低周波数のＰＷＭパルス２９により駆動することにより、電流不連続状態で動作できる出力電流の範囲を広げることができる。すなわち、ＰＷＭパルス２９の周波数を下げることにより、バックコンバータ１０が電流不連続状態で動作し、高電圧（最大電圧）を供給できるモードにおける電流供給能力を向上できる。したがって、入力電圧Ｖｉが低くなっても、バックコンバータ１０から、グロー放電からアーク放電へ移行するために要求される高い電圧と大きな電流とを供給することが可能となる。このため、この電力供給装置１は、入力電圧が比較的低い状況でも、点灯初期に充分な電力を放電ランプ３に供給できる。 In this power supply device 1, by driving the buck converter 10 with a low-frequency PWM pulse 29 at the beginning of lighting, the range of output current that can be operated in a current discontinuous state can be expanded. That is, by reducing the frequency of the PWM pulse 29, it is possible to improve the current supply capability in a mode in which the buck converter 10 operates in a current discontinuous state and can supply a high voltage (maximum voltage). Therefore, even if the input voltage Vi becomes low, it is possible to supply a high voltage and a large current required for shifting from the glow discharge to the arc discharge from the buck converter 10. For this reason, the power supply device 1 can supply sufficient power to the discharge lamp 3 at the beginning of lighting even in a situation where the input voltage is relatively low.

アーク放電に移行することにより、時刻ｔ２に出力電圧Ｖｏが規定の電圧Ｖｔｈ以下になると、ステップ５５において、それを検出し、ステップ５６において、制御ＩＣ２１の第２の制御機能２８により、電力を一定にする制御に移行する（第２の工程）。規定の時刻Ｔ０までに出力電圧Ｖｏが規定電圧Ｖｔｈに達しない場合はアーク放電に移行できなかったことになる。このため、ステップ５３で、その条件を検出し、ステップ５４で放電ランプ３の点灯処理を異常終了させる。 When the output voltage Vo becomes equal to or lower than the specified voltage Vth at time t2 by shifting to arc discharge, this is detected in step 55, and in step 56, the power is kept constant by the second control function 28 of the control IC 21. Control shifts to (second step). If the output voltage Vo does not reach the specified voltage Vth by the specified time T0, the arc discharge cannot be performed. Therefore, the condition is detected in step 53, and the lighting process of the discharge lamp 3 is abnormally terminated in step 54.

ステップ５６の定電力制御においては、制御ＩＣ２１は、バックコンバータ１０の出力電圧Ｖｏから電力一定となるターゲット電流Ｉｔを関数あるいはルックアップテーブルを用いて演算して出力する。そして、パルスコントローラ２２は、出力電流Ｉｏがターゲット電流Ｉｔに一致するようにＰＷＭパルス２９のデューティーを制御する。 In the constant power control in step 56, the control IC 21 calculates and outputs a target current It that makes the power constant from the output voltage Vo of the buck converter 10 using a function or a lookup table. The pulse controller 22 controls the duty of the PWM pulse 29 so that the output current Io matches the target current It.

制御ＩＣ２１がリセットされてから所定の時間Ｔ０が経過した時刻ｔ３になると、ステップ５７においてそれを検出し、ステップ５８において、制御ＩＣ２１の第１の制御機能２６により、パルスコントローラ２２にＰＷＭパルス２９の周波数として、基準周波数ｆ０をセットし、基準周波数ｆ０のＰＷＭパルス２９により電力を一定にする制御に移行する（第１の工程）。 At time t3 when a predetermined time T0 has elapsed since the control IC 21 was reset, this is detected in step 57, and in step 58, the first control function 26 of the control IC 21 causes the pulse controller 22 to receive the PWM pulse 29. As the frequency, the reference frequency f0 is set, and the control shifts to the control of making the power constant by the PWM pulse 29 of the reference frequency f0 (first step).

アーク放電が続くと、放電ランプ３は定常状態の温度まで加熱され、多くのケースでは、出力電流Ｉｏが若干低下し、出力電圧Ｖｏが若干上昇した状態で安定する。定常状態の制御機能２６において、ＰＷＭパルス２９の周波数を上げることにより、負荷が何らかの要因で変動して出力電流Ｉｏが低下したときでもバックコンバータ１０が電流不連続状態になって出力電圧Ｖｏが上昇してしまうような事態を未然に防止できる。また、ＰＷＭパルス２９の周波数を放電ランプ３の共鳴周波数よりも充分に高くすることにより、ノイズなどの発生を未然に防止することができる。 If the arc discharge continues, the discharge lamp 3 is heated to a steady state temperature, and in many cases, the output current Io slightly decreases and stabilizes in a state where the output voltage Vo slightly increases. In the steady state control function 26, by increasing the frequency of the PWM pulse 29, even when the load fluctuates for some reason and the output current Io decreases, the buck converter 10 becomes a current discontinuous state and the output voltage Vo increases. It is possible to prevent such a situation. Further, by making the frequency of the PWM pulse 29 sufficiently higher than the resonance frequency of the discharge lamp 3, it is possible to prevent the occurrence of noise and the like.

図３に示した、放電ランプ３を点灯するための制御ＩＣ２１の動作は、ＲＯＭ２５に格納されたプログラム（ファームウェア）２４により実現される。このプログラム２４またはプログラム製品は、電力供給装置１の電力を供給する対象である放電ランプ３の種類により変更することが可能である。したがって、各種の放電ランプ３に適した基準周波数ｆ０および、その基準周波数ｆ０より低い初期周波数ｆｉのＰＷＭパルス２９によりバックコンバータ１０が制御されるようにプログラム２４を変更できる。そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭなどの適当な記録媒体に記録して提供できる。 The operation of the control IC 21 for lighting the discharge lamp 3 shown in FIG. 3 is realized by a program (firmware) 24 stored in the ROM 25. The program 24 or the program product can be changed depending on the type of the discharge lamp 3 that is a target for supplying power from the power supply device 1. Therefore, the program 24 can be changed so that the buck converter 10 is controlled by the PWM pulse 29 having the reference frequency f0 suitable for various discharge lamps 3 and the initial frequency fi lower than the reference frequency f0. Such a program can be provided by being recorded on an appropriate recording medium such as a CD-ROM.

電力供給装置の概略構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows schematic structure of an electric power supply apparatus. 放電ランプがグロー放電からアーク放電に移行する状態を示す図である。It is a figure which shows the state which a discharge lamp transfers to glow discharge from glow discharge. 電力供給装置の点灯初期の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement of the lighting initial stage of an electric power supply apparatus. 点灯初期の出力電圧および出力電流の変化の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the change of the output voltage and output current of a lighting initial stage.

Explanation of symbols

１電力供給装置、２直流電源、３放電ランプ（ＨＩＤランプ）
１０バックコンバータ、１１スイッチング素子、１２チョークコイル
２０制御ユニット、２１制御ＩＣ、２２ＰＷＭパルスコントローラ 1 Power supply device, 2 DC power supply, 3 Discharge lamp (HID lamp)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Buck converter, 11 Switching element, 12 Choke coil 20 Control unit, 21 Control IC, 22 PWM pulse controller

Claims

A method for controlling a device including a switching element driven by a PWM pulse and having a buck converter for controlling power supplied to a discharge lamp,
A first step of controlling the output power of the buck converter to be constant using a PWM pulse of a first frequency;
Prior to the first step, the discharge lamp is turned on early using a PWM pulse having a second frequency lower than the first frequency, and the buck converter operates in a current discontinuous state. A control method including an initial lighting step of controlling the output voltage of the buck converter to be a target voltage.

A method for controlling a device including a switching element driven by a PWM pulse and having a buck converter for controlling power supplied to a discharge lamp,
A first step of controlling the output power of the buck converter to be constant using a PWM pulse of a first frequency;
Prior to the first step, the discharge lamp is turned on early using a PWM pulse having a second frequency lower than the first frequency, and the buck converter operates in a current discontinuous state. And a lighting initial step of controlling the output voltage of the buck converter to be maximum.

3. The second step included in the first lighting step and the first step according to claim 1 or 2, wherein the output power of the buck converter is obtained by using a PWM pulse of the second frequency. A control method further comprising a second step of controlling to be constant.

A buck converter including a switching element driven by a PWM pulse for controlling power supplied to the discharge lamp;
A power supply device for a discharge lamp having a control unit for supplying the PWM pulse to the buck converter,
The control unit uses a PWM pulse of a first frequency and controls the output power of the buck converter to be constant;
Using a PWM pulse having a second frequency lower than the first frequency, and having a function of controlling the output voltage of the buck converter to be maximum,
The buck converter is a power supply device that can operate in a current discontinuous state by a PWM pulse of the second frequency.

5. The power supply apparatus according to claim 4, wherein the control unit further has a function of controlling the output power of the buck converter to be constant using the PWM pulse of the second frequency.

Controlling a power supply device including a switching device including a switching element driven by a PWM pulse, for controlling power supplied to a discharge lamp, and a control unit for supplying the PWM pulse to the buck converter The program of
A first step of controlling the output power of the buck converter to be constant by using the PWM pulse of the first frequency by the control unit;
Prior to the first step, the discharge lamp is turned on early using a PWM pulse having a second frequency lower than the first frequency, and the buck converter operates in a current discontinuous state. A program for performing control including an initial lighting step for controlling the output voltage of the buck converter to be maximum.