CN101061757B - 放电灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种放电灯点灯装置，包括：为使放电灯泡1发出的光向一个方向发射而配设于该放电灯泡1的周围的反射镜2；以及对位于在施加始动用脉冲的高电压的电极6、7间产生的电场集中的高侧的电极6施加相对于反射镜2的电位为负电位的始动脉冲的电源电路5，在电极6的近旁产生绝缘破坏，使放电灯泡1的起动容易。

Description

放电灯点灯装置

技术领域

本发明涉及有效地起动放电灯的放电灯点灯装置，尤其适宜于用作车辆头灯的放电灯起动的放电灯点灯装置。

背景技术

以往的放电灯点灯装置，在用直流电压点亮例如HID灯等的放电灯时，通过由直流电源电路对放电灯提供稳定点灯用驱动电压，用起动器发生与该稳定点灯用驱动电压逆方向上发生的单方向性的起动用高电压脉冲(下称始动脉冲)，并将该始动脉冲重叠到稳定点灯用驱动电压上，来破坏放电灯的两电极间的绝缘，起动点灯。另外，重叠相对于稳定点灯用电压为逆极性的始动脉冲，这是因为在实验中得到良好的结果(例如参照专利文献1)。

另外，作为以往的放电灯点灯装置，是对HID灯等的放电灯施加矩形波电压来点灯的。这是具备直流电源电路、逆变器电路、始动信号输出电路、始动脉冲发生电路等并由逆变器电路周期性地反转从直流电源电路输出的直流电压来点亮放电灯的电路，在起动放电灯时，始动信号输出电路检测逆变器电路的动作，在逆变器电路对放电灯施加高电位的电压时，驱动始动脉冲发生电路，将始动脉冲发生电路输出的始动脉冲重叠到逆变器电路输出的脉冲电压上，使放电灯始动。这样一来，始动脉冲重叠于高电位的脉冲电压，加到放电灯上，使电极间的绝缘容易破坏(例如参照专利文献2)。

另外，利用直流电压点灯的放电灯分别具备阳极和阴极，离子附着在阴极近旁的石英玻璃上，有时变模糊或发脆。作为以往的放电灯点灯装置，有在直流放电灯的阴极近旁配置邻近导体，使它与直流放电灯的阴极同电位，以防止上述那样的模糊。该放电灯点灯装置，在直流放电灯的阳极侧与阴极侧，分别配设一对与高电压脉冲的施加方向、施加极性不同的始动电路。在使直流放电灯始动时，各始动电路随机切换正极性始动脉冲与逆极性始动脉冲，加到直流放电灯上，并且可靠且瞬时地始动。这样一来，正极性始动脉冲与逆极性始动脉冲随机地加到直流放电灯上，在直流放电灯变冷时用逆极性始动脉冲，而在再点灯时由正极性始动脉冲，并且始动放电，从而始动性良好(例如参照专利文献3)。

专利文献1：特公平2-54639号公报(第2，3页，第3～8图)

专利文献2：特开平5-266984号公报(第3～5页，图1)

专利文献3：特开平10-241874号公报(第4，5页，图1～3)

由于以往的放电灯点灯装置如上述那样构成，因此不考虑放电灯的电极间的状态，将始动脉冲施加在该电极间而使放电灯起动，因此存在的问题是始动脉冲的利用效率不理想，放电灯的起动要求很大的能量。

发明内容

本发明为解决上述问题而作，其目的在于得到施加发射电子的电极周围的电位梯度达到陡峭的始动脉冲，从而更有效地起动放电灯的放电灯点灯装置。

本发明的放电灯点灯装置，包括：为使放电灯发出的光向一个方向发射而配设于该放电灯周围的反射镜；以及对位于在施加始动用脉冲的高电压的放电电极间产生的电场集中的高侧的放电电极，施加相对于所述反射镜的电位为负电位的始动用脉冲的电源电路。

据此，具有能有效地起动放电灯的效果。

附图说明

图1示出本发明的实施形态1的放电灯点灯装置的构成说明图。

图2示出实施形态1的放电灯点灯装置的放电灯泡产生的电场的说明图。

图3-A示出放电灯泡的电极间的电子流动的说明图。

图3-B示出放电灯泡的电极间的电子流动的说明图。

图4示出实施形态1的放电灯点灯装置的起动脉冲的说明图。

图5示出实施形态1的放电灯点灯装置的电源电路的一例电路图。

图6示出实施形态1的放电灯点灯装置的动作的说明图。

图7示出本发明的实施形态2的放电灯点灯装置的构成说明图。

具体实施形态

以下，为更详细地说明本发明，根据附图说明实施本发明用的最佳形态。

实施形态1

图1示出本发明的实施形态1的放电灯点灯装置的构成说明图。放电灯即HID等的放电灯泡1，配置在凹面镜即反射镜2的反射面凹部中央或其近旁，并具有发光管3与导电性部件的导线4。在从发光管3引出的2条导线4的端部，连接向放电灯泡1供给点灯电力的电源电路5。2条导线4在发光管3的内部连接各自电极6，7。电极6，7是对向配置于设置在发光管3内部的放电间隙8的两侧的放电电极。电极6在反射镜2的反射凹部中，从开口部侧看时配置于里侧，电极7配置于比电极6更靠近该开口部。在发光管3的内部充填氙气。将发光管3固定在反射镜2上，使电极6与电极7放置在反射镜2的中央部位的法线方向上。通过这样设置发光管3，电极6就被配置得比电极7更接近反射镜2。

反射镜2除了整体由导电性部件构成外，本体由非导电性部件构成，其内表面形成导电层，或其内表面的一部分对着电极形成导电层，通过接地该导电层，使自身具有的电位为一定。以点划线示出的多条等电位线9，表示从放电灯泡1的内部到其周围反射面即反射镜2的反射面侧产生的电场强度分布。

图2示出实施形态1的放电灯点灯装置的放电灯泡产生的电场的说明图。对与图1中所示的相同部分使用相同的标号，并省略其说明。图中，用多条等电位线9表明，图1所示的发光管3内部的电极6、7周边产生的电场受到被接地的反射镜2和施加电源电路5的电压的导线4的影响的样子。

下面说明动作。

图1所示的电源电路5，发生直流的高电压并施加到放电灯泡1，而且发生数十kV的始动脉冲并重叠施加到上述高电压上，使放电灯泡1的电极间击穿，开始点灯。灯点亮后，随着放电现象的稳定，对放电灯泡1所加的电压下降，施加规定的交流电压，使持续地稳定点灯。

多数情况下，如图1所示，在放电灯泡1的周边，配置使发光管3发出的光向一个方向发射的反射镜2。另外，放电灯泡1具备在发光管3的外部近旁连接电极7的导线4。该连接电极7的导线4，从发光管3的长度方向的一端引出，从其端部折返，通过发光管3的外部侧，与发光管3内部的放电间隙8并排地延伸，具有位于电极6的一侧的部分。设置在这种发光管3的外部的导线4和被接地的反射镜2，因各自具有一定的电位，故对间隙8等产生的电场有影响，影响电极6发出的电子，而且影响放电灯泡1的点灯性能。

如图2所示的等电位线9那样，由于反射镜2和发光管3侧的导线4的影响，产生电场集中，在电极6、7的周围，存在具有不同电位梯度的电场。由于从电源电路5向放电灯泡1供给点灯电压，故电极6与电极7之间存在电位差。电源电路5例如对电极6施加高电压时，反射镜2的电位与电极6的电位之差增大，反射镜2的电位与电极7的电位之差较小，或者为同电位。另如前述，因电极6比电极7更接近反射镜2，故如图2所示，等电位线9在电极6的近旁趋密，电场集中变高。当反射镜2接地电位为一定，对位于电场集中的高侧的电极6施加例如负的高电压时，则在电极6的前端周边电位梯度陡峭，与其周边相比，电场强度局部变高。这样，在电场强度变高的电极6的前端部分，容易引起封入发光管3内的气体的绝缘破坏，当对电极6施加始动脉冲时，就高效率地起动放电灯泡1。

图3-A和图3-B示出放电灯泡的电极间的电子流动的说明图。对与图2相同的或相当的部分使用相同的标号，并省略其说明。图3-A表示以电极6为正侧，电极7为负侧，施加高电压时，移动在放电间隙8的电子e和封入发光管3内的气体的离子pi。图3-B表示以电极6为负侧，电极7为正侧，施加高电压时，移动在放电间隙8的电子e。

如图3-A所示，当将正的高电压加到近旁的电场强度高的电极6，使发生绝缘破坏时，在电极6的周边，封入发光管3内的气体分解成电子e与离子pi。离子pi因以较慢的速度移向负侧的电极7，所以慢慢移过放电间隙8，形成电流。因此，在电极6和电极7之间在电流流通之前需要较长时间。另因电极6、7间的电流的增加量小，离达到辉光放电的时间增长。

因此，在对电极6施加正电位的高电压的始动脉冲，起动放电灯时，有必要在电极6、7间施加长时间高电压。即，始动脉冲的脉冲宽度必须宽，必须产生最初的实质上正弦半波的周期长的高电压作为始动脉冲。

如图3-B所示，当将负的高电压加到近旁的电场强度高的电极6，使发生绝缘破坏时，从电极6发出的电子e以快速的速度移过放电间隙8，短时间到达正侧的电极7。另一方面，在电极6周边发生的离子pi短时间到达电极6，撞击电极6的表面，电极6发生二次电子，有助于电子倍增，因此，电极6、7间流过的电流快速增大，更早地到达辉光放电。

当对电极6施加负的高电压的始动脉冲使点灯起动时，因电极6、7间的绝缘破坏所要的时间短，故能使用高电压时间短的即脉冲宽度窄的始动脉冲，能如后述那样使用周期短的高电压的最初的实质上正弦半波，作为始动脉冲。

这样一来，通过以施加高电压的例如电极6作为相对于位于其周围的反射镜2等的负电位，能容易引起电极6、7间的绝缘破坏，而且容易飞出电子e，提高用1发始动脉冲起动放电灯1的概率。

因此，在利用脉冲宽度窄的能量小的始动脉冲使电极6、7间的绝缘破坏时，最好发生始动脉冲的最初的实质上正弦半波，使具有与施加到该电极间的电压相反的电压极性。

图4示出实施形态1的放电灯点灯装置的始动脉冲的说明图。该图表示由图1的电源电路5发生的、在起动放电灯泡1时加到该放电灯泡1的电极6的始动脉冲的电压波形。电源电路5发生的始动脉冲，具体说是实质上为正弦波振荡的同时迅速衰减的波形，作为始动脉冲用其波形中最初的实质上正弦半波的高电压。如前所述，在用脉冲宽度窄的始动脉冲起动点灯时，以该始动脉冲为负的电压加于电极6、7间是有效的。特别在电极6、7间的距离5mm以下，施加在150nsec以下的短时间内上升最高电压的最初的实质上正弦半波波峰值10％-90％那种脉宽窄的始动脉冲时，用负电位的始动脉冲是有效的。通过发生最初的实质上正弦半波的高电压作为负电位，有可能使用具有发生脉宽窄的始动脉冲的小型电源电路，即小型点火电路的电源电路。

另外，在电极6、7间施加脉冲宽度较宽的、大于上述数值的缓慢上升的始动脉冲时，将最初的高电压的实质上正弦半波作为负电位也是有效的。

图5示出实施形态1的放电灯点灯装置的电源电路5的一例电路图。对与图1等所示的相同部分使用相同的标号，并省略重复说明。供给直流电压的电源10的正电极连接变压器T1的初极线圈P1的一端。初极线圈P1的另一端经开关元件11连接电源10的负电极。开关元件11的控制端例如栅极端连接控制开关动作的控制部12。变压器T1的次级线圈S1的一端接地，另一端连接二极管13的阴极。二极管13的阳极连接电容器14、16的一端。电容器16与电阻15串联，电阻15的一端与电容器14的另一端连接到变压器T1的次级线圈S1的另一端。

变压器T1的次级线圈S2的一端连接二极管17的阳极，二极管17的阴极连接电容器18，电容器18的另一端连接次级线圈S2的另一端，同时连接次级线圈S1的一端，并接地。

上述的二极管13、电容器14、电阻15、电容器16生成的直流电压，输入到DC/AC逆变器19。DC/AC逆变器19由构成H型桥路的多个开关元件与控制各开关元件动作的控制部20所构成。

另外，由变压器T1、开关元件11、控制部12、二极管13、电容器14、电阻15、电容器16、二极管17、电容器18构成升压电源10的直流电压的DC/DC变换器。

上述的DC/AC逆变器19，通过由电阻21、间隙开关22、电容器23和点火变压器T2构成的点火电路，连接放电灯泡1。电阻21的一端连接二极管17的阴极和电容器18的一端。电阻21的另一端连接电容器23的一端和间隙开关22的一端。点火变压器T2是由单线圈构成的自耦变压器，具有共用初级线圈的开始端与次级线圈的结束端的公共端。另外，初级线圈结束端连接间隙开关22的另一端和DC/AC逆变器19的一方输出点。DC/AC逆变器19的另一方输出点连接放电灯泡1的电极7。点火变压器T2的次级线圈的开始端连接放电灯泡1的电极6。

图6示出实施形态1的放电灯点灯装置动作的说明图。该图以放电灯1的电极7为基准，示出施加到电极6的电压变化。图5所示的电源电路5，用二极管13、电容器14、电阻15和电容器16整流变压器T1的次级线圈S1发生的电压，生成例如400V的直流电压。该直流电压输入到DC/AC逆变器19，利用控制部20的控制以规定的频率作为极性反转的脉冲形的交流电压，加到放电灯泡1上。从DC/AC逆变器19输出的电压，通过构成上述点火电路的点火变压器T2的初级和次级线圈，加到放电灯泡1的电极6上。

放电灯泡1起动时，DC/AC逆变器19的控制部20控制该DC/AC逆变器19的各开关元件，使起先对电极6施加点灯电压的高电压侧，再对电极7施加点灯电压的低电压侧，在此状态下将变压器T1的次级线圈S1的输出电压经整流后的高电压例如400V的直流电压，加到放电灯泡1。这时，相对于低电压侧的电极7，+400V加到电极6上。这种状态中，电源电路5，用二极管17和电容器18整流变压器T1的次级线圈S2发生的高电压，生成的直流电压通过电阻12加到电容器23上，充电该电容器23。

通过电容器23的充电，电阻21、间隙开关22和电容器23的连接点的电压上升，经点火变压器T2的初级线圈连接到电容器23的间隙开关22的两端电压上升。间隙开关22，在例如电容器23的两端电压到达800V时，就利用自有的击穿特性，破坏间隙间的绝缘，成为导通状态。这样，当间隙开关22导通时，电容器23为放电状态，高电压加到点火变压器T2的初级线圈的结束端，点火变压器T2的次级线圈发生始动脉冲。

如前所述，因点火变压器T2的次级线圈的开始端连接电极6，故对电极6施加负电位的始动脉冲，例如-25kV左右的始动脉冲重叠到DC/AC逆变器19的输出上，加到电极6。该始动脉冲是振荡成为如图4所示的实质上正弦波，利用具有-25kV的实质上正弦波的最初半波，破坏电极6、7间的绝缘，开始放电。这样一来，对电极6施加负电位的高电压，放电灯泡1起动。

DC/AC逆变器19的控制部20，在放电灯泡1开始放电时，控制该DC/AC逆变器19的各开关元件，对放电灯泡1施加以规定的频率反转极性的电压。通过开始放电，放电灯泡1的电极6、7间便流过电流，达到稳定点灯状态的放电灯泡1的电极6、7间的电压，在+85V到-85V之间变动。

如前所述，为了破坏放电灯泡1的电极间绝缘，对处于电位梯度大的位置的电极施加负电位的始动脉冲有其有利之处，但即使绝缘破坏合宜地发生，由于施加单极性的正弦半波的脉冲电压时，电流增加单调推移，故也存在因下述的原因而没有达到点灯。

脉冲宽度窄的(时间短的)始动脉冲的单极性(始动脉冲最初的实质上正弦半波)，利用负高压使发生在电极6近旁局部的绝缘破坏。由于该绝缘破坏，电极间放出的电子e撞击存在于电极间封入的气体原子，分解的离子pi与电子e雪崩地增加。电极间增加了的离子pi与电子e使放电灯泡1的极间电压下降，但为了达到使极间电压降低到DC/DC变换器的输出电压400V以下程度的大电流，存在时间不足的可能性。有时当DC/DC变换器即平滑用的电容器14等供给电流前，放电灯泡1的通电电流断绝时，在始动脉冲周期中就不能使其点灯。

为了在脉冲宽度窄的(时间短的)始动脉冲中使电极间的通电电流充分地增加，用1周期的始动脉冲，具体说，最初的实质上正弦半波和跟随其后的反转的实质上正弦半波的始动脉冲时，将因上述最初的实质上正弦半波增加至雪崩形状的电极间的多数的离子pi，因其后的反转正弦半波吸引到成为负电压的电极7。另外，因上述最初的实质上正弦半波产生的离子pi也在电极7的近旁发生。

如上所述，将多数离子pi吸引到负电压的电极7上，它们撞击电极7，再发生多数二次电子e。这样。通过有效使用1期周期的始动脉冲，能迅速增加电极间的通电电流，能在上述的始动脉冲的1周期间使放电灯泡1的极间电压下降到DC/DC变换器的输出电压以下。

因此，为使DC/AC逆变器19的输出电压极性与跟随最初的实质上正弦半波的反转的实质上正弦半波的电压极性相一致而使各自动作时，就利用放电灯泡1内部充分增加的离子pi与电子e，对电压下降的该放电灯泡1的电极，供给DC/DC变换器内电容器14等所存储的电荷。于是，极间的通电电流迅速增加，从辉光放电转移到弧光放电，能使放电灯1更可靠地点灯。

换句话说，为了可靠地点灯放电灯泡1，希望对其周边的电位梯度大的电极6，先施加DC/DC变换器的高电位侧的输出电压(图6中示出的400V)，再重叠最初的实质上正弦半波为负电位(图6中示出的-25kV)的始动脉冲。

如上所述，根据实施形态1，由于将反射镜2接地，并使放电灯泡1的电极6、7的周边产生的电场改变，增大施加高电压的电极6的周边的电位梯度，对电极6重叠最初的实质上正弦半波的负高电压即始动脉冲，故具有能以短时间容易地点亮放电灯泡1的效果。

实施形态2

图7示出本发明的实施形态2的放电灯点灯装置的构成说明图。对与图1等所示的相同的或相当的部分使用相同的标号，并省略其重复说明。图7所示的放电灯点灯装置，具有覆盖图1所示的放电灯泡1的周围的遮光器(遮光部件)30和配置于放电灯泡1的发光管3近旁的辅助电极31，其他部分与实施形态1的放电灯点灯装置的构成相同。与实施形态1的放电灯点灯装置相同的构成部分的说明从略。

遮光器30和辅助电极31由导电性部件构成，使具有规定的电位例如接地。遮光器30覆盖光源即发光管3的一部分，是在配光中遮住遮光部分的光轴的遮光板。具体说，遮光器30形成得使覆盖发光管3的前方部位，且具有露出发光管3侧方的一部分的投光窗32，并被固定于反射镜2上。

辅助电极31是形成棒形或网形的导电部件，设置于遮光器30的开口部位即投光窗32上，构成使从发光管3射向反射镜2的反射面的光通过的形状。另外，遮光器30和辅助电极31可配置为将辅助电极31被在投光窗32上，也可配置为辅助电极31隔开在投光窗的近旁。另外在放电灯点灯装置为不要遮光的照明器具的场合，也可只备置辅助电极31。

下面说明动作。

通过将电气接地的遮光器30和辅助电极31配置于发光管3的近旁，在发光管3的周边，而且在发光管3内部具备的放电电极的周边发生的电场强度分布就改变，如实施形态1中说明的电极6的近旁那样，发生电场集中。在与遮光器30和辅助电极31有大的电位差的一方放电电极的近旁，等电位线的间隔变窄，当用电源电路5加电压到上述的发生电场集中的放电电极上时，该放电电极间的电位梯度更为陡峭，在位于电场集中发生侧的放电电极的近旁容易发生击穿。在发光管3内部配置的放电电极间，发生具有这样高的强度的电场时，就可能用最高电压值低的始动脉冲起动发光管3的点灯，作为电源电路5具有的点火电路或图5所示的点火变压器T2，可使用性能较低一点的。即是说可能使用小型的点火变压器T2等，或使用耐压额定值低的廉价的电路元件，能实现小型化和抑低成本。

对图7所示的放电灯泡1施加的电压，与实施形态1中说明的相同，图7的电源电路5如同用图5、6说明过的那样动作。这里，因是与实施形态1中说明过的相同的动作，故省略其说明。

如上所述，根据实施形态2，由于在放电灯泡1的近旁配置由导电性部件构成的遮光器30和辅助电极31，并使遮光器30和辅助电极31具有规定的电位，例如接地，故具有在发光管3内部配置的电极的周边电场强度高，产生电位梯度陡峭的电场，有可能用低电压的始动脉冲起动点灯。

实施形态3

实施形态1、2中说明了对近旁电场强度高的电极6施加负的高电压的情况，但将设置在车辆中的头灯反射镜接地，并与车体等电位的情况下，通过将相对于其反射镜的电位为负电位的始动脉冲，供给作为头灯的放电灯，就与上述相同，能得到与对近旁的电场强度高的电极施加负的高电压同样的作用效果。

另外，在将覆盖放电灯的遮光部件接地，对放电灯供给相对于该遮光部件的电位为负电位的始动脉冲时，也能得到与上述同样的作用效果。

工业上的实用性

如上所述，本发明的放电灯点灯装置是用负的高电位的始动脉冲使放电灯有效地起动，因此适合于要求快速且可靠地点灯的车辆头灯等。

Claims (5)

1.一种放电灯点灯装置，其特征在于，包括：

为使具有隔着放电间隙而对向的第1电极和第2电极的放电灯发出的光向一个方向发射而配设于该放电灯周围，且相对于所述第2电极配设得靠近所述第1电极，电位维持一定的反射镜；以及

与所述第1及第2电极连接，对所述第1电极施加作为使所述放电间隙的放电开始的始动用脉冲的、相对于所述反射镜的电位为负电位的始动用脉冲的电源电路，

所述反射镜通过将该反射镜的导电部接地，电位维持一定。

2.如权利要求1所述的放电灯点灯装置，其特征在于，

所述始动用脉冲是设定为由所述电源电路产生的最初的正弦半波的上升时间在波峰值从10％到90％间为150nsec以下的脉冲电压。

3.如权利要求1所述的放电灯点灯装置，其特征在于，

还包括：

覆盖所述放电灯，固定在所述反射镜的遮光部件；

形成于所述遮光部件，使所述放电灯的一部分露出的投光窗；以及

设置在所述投光窗的辅助电极，

使所述遮光部件和辅助电极接地。

4.如权利要求1所述的放电灯点灯装置，其特征在于，

所述电源电路是产生直流的高电压、最初的正弦半波为负电位的脉冲的电源电路，

在起动所述放电灯时，将直流的高电压施加给所述第1电极后，通过在所述直流的高电压重叠施加由所述脉冲的最初的正弦半波得到的负电位的高电压，形成应该施加至所述第1电极的所述始动用脉冲。

5.如权利要求1所述的放电灯点灯装置，其特征在于，

所述放电灯点灯装置设在搭载有所述放电灯的车辆上，

所述反射镜接地，使得该反射镜的电位与所述车辆的车体的电位相同。

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