CN101080955A

CN101080955A - 放电灯点灯装置

Info

Publication number: CN101080955A
Application number: CNA2005800435093A
Authority: CN
Inventors: 贯里康博; 大泽孝
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-10-25
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2025-10-25
Also published as: DE112005003141T5; CN101080955B; US7613020B2; DE112005003141B4; US20070247088A1; WO2006075428A1; JP4476817B2; JP2006196304A

Abstract

本发明提供的放电灯点灯装置，具有：控制部4和倍增电压整流电路，所述控制部4对输出电压进行控制，并联连接具有变压器T1的DC/DC变换器与具有变压器T2的DC/DC变换器，一边使各DC/DC变换器的变压器T1、T2的动作相位偏移，一边使各自的占空比改变，所述倍增电压整流电路由二极管7～9和电容器10～12构成，用变压器T1、T2的输出电压的电位差发生用于放电灯22起动的高电压。

Description

放电灯点灯装置

技术领域

本发明涉及具备DC/DC变换器使放电灯点亮的放电灯点灯装置。

背景技术

在使放电灯点灯时，有必要首先对放电灯的电极间施加高电压，引起电极间的绝缘击穿。电极间的绝缘击穿中，将电容器上所存储的电荷在点火(下称IGN)用变压器的初级线圈中急速放电，采用这时在IGN用变压器的次级线圈中发生的脉冲形的高电压。

当将从电容器向IGN用变压器的初极线圈放电的电压设定得高时，可将IGN用变压器的初极/次级的匝数比做得小。即是说，当提高加到IGN用变压器的初级线圈的电压时，便可减少次级线圈的匝数，因此可使用粗线，降低电阻，使IGN用变压器小型化。因此，在放电灯点灯装置中，具备对IGN用变压器施加高电压的电路。

以往的放电灯点灯装置，具备升压交流电源电压的升压变压器，利用构成于该升压变压器次级侧的多个二极管组成的倍压整流电路，发生直流高电压。利用该直流高电压充电电容器，用存储于电容器中的电荷起动放电灯(例如参照专利文献1)。

另外，也有利用双向开关元件等的开关元件，使点灯电路输出的直流电压断续地加到变压器的初级线圈，在次级线圈输出升压后的交流电压，将该交流电压供给倍压整流电路，使发生高电压，用该高电压充电电容器，与上述相同地用电容器放电的电荷供给IGN用变压器，使起动放电灯的点灯(例如参照专利文献2)。

另外还有，具备有变压器的直流升压电路、直流-交流变换电路和起动用脉冲发生电路，与直流-交流变换电路的动作同步地、从起动用脉冲发生电路自备的电容器输出高电压的脉冲电压，使放电灯起动的电路。直流升压电路的变压器次级侧具备使放电灯起动的高电压发生用的线圈，起动用脉冲电路使该线圈供给的电力存储于电容器中。当电容器的端电压达到规定值时，起动用脉冲电路中备置的自击穿型开关元件就击穿。这时发生的脉冲电压，重叠于由构成直流-交流变换电路的桥路输出的脉冲电压上，该电压加到放电灯，就起动点灯(例如参照专利文献3)。

上述起动用脉冲发生电路备置的自击穿型开关元件，是具有当施加1000V左右的电压时便击穿成导通状态的具有间隙的元件。即，该起动用脉冲发生电路是用1000V以上的电压充电电容器的电路。假设利用倍压整流电路发生1000V左右的高电压时，如输入500V以上的高电压或输入300左右的的话，则要构成倍压整流电路为3倍以上的倍增电路。在发生1000V左右的高电压时，因构成高耐压的电路，或用多个零件构成发生倍增电压的电路，所以如上述用直流升压电路、直流-交流变换电路和起动用脉冲发生电路，得到高电压。现实中，希望发生3倍的倍增电压，得到高电压。

专利文献1：特开昭59-196594号公报(第2、3页，第2图)

专利文献2：特开平9-69393号公报(第4、5页，第1图)

专利文献3：特开平7-142182号公报(第3、4页，第1图)

因以往的放电灯点灯装置如上述那样构成，因此在输出频率较低的交流电压的直流-交流变换电路(DC/AC变换器)的输出侧配置倍增电压整流电路，所以使放电灯起动的IGN电路的电容器的充电时间增长，倍增电压整流电路中需要容量大的电容器。还存在构成电路的零件数增多，小型化困难的问题。

本发明为解决上述的问题而作，其目的在于得到能不在DC/DC变换器中备置的变压器中设置放电灯起动用的线圈，并通过使倍增电压整流电路简单化，来实现小型化且抑制成本的放电灯点灯装置。

发明内容

本发明的放电灯点灯装置，包括：具有对电源电压进行升压的变压器且并联连接的多个DC/DC变换器；控制成偏移各DC/DC变换器的变压器的动作相位的控制单元；以及用所述各变压器的输出电压的电位差，产生用于放电灯起动的高电压的倍增电压整流电路。

根据本发明，由于具备控制多个DC/DC变换器的各变压器的动作并偏移输出电压的相位的控制单元；以及用所述各变压器的输出电压的电位差，产生用于放电灯起动的高电压的倍增电压整流电路，因此具有能实现小型化并抑制成本的效果。

附图说明

图1为本发明的实施形态1的放电灯点灯装置的电路图。

图2示出实施形态1的放电灯点灯装置的动作的说明图。

图3示出实施形态1的放电灯点灯装置的动作的说明图。

具体实施方式

为更详细说明本发明，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电路图。变压器T1的初级线圈的一端和变压器T2的初级线圈的一端，连接供给直流电力的电源1的正电极。变压器T1的初级线圈的另一端上，连接有ON/OFF与电源1的负电极的连接的开关元件2。变压器T2的初级线圈的另一端上，连接有ON/OFF与电源1的负电极的连接的开关元件3。控制部(控制单元)4连接到开关元件2，3的控制信号输入端等，例如，在用FET作为开关元件2，3时，连接到各自的栅极端。

变压器T1的次级线圈的一端上连接有二极管5的阳极、二极管7的阳极、以及电容器10的一端。变压器T2的次级线圈的一端上连接有二极管6的阳极和电容器11的一端。电容器11的另一端连接二极管7的阴极。二极管7的阴极上还连接二极管8的阳极，二极管8的阴极上连接二极管9的阳极。即，二极管7～9串联连接。电容器10的另一端连接到二极管8与二极管9的连接点上。

二极管5的阴极连接二极管6的阴极，并连接电容器12的一端、电容器13的一端、晶体管14、16。该连接点被接地。变压器T1的次级线圈的另一端连接变压器T2的次级线圈的另一端，还连接电容器13的另一端、晶体管15、17。

利用上述那样连接的开关元件2、控制部4、变压器T1、二极管5、以及电容器13，构成升压电源1的直流电压的DC/DC变换器。另外，利用开关元件3、控制部4、变压器T2、二极管6、以及电容器13，构成与上述同样的DC/DC变换器，图1所示的放电灯点灯装置包括并联连接的两个DC/DC变换器。这两个DC/DC变换器的输出汇总成一个，作为电容器13的两端电压，供给后述的DC/AC变换器。

另外，利用二极管7～9和电容器10～12构成倍增电压整流电路。该倍增电压整流电路通过与两个DC/DC变换器组合，发生DC/DC变换器输出电压的2倍的电压，供给后述的IGN电路。

晶体管14与晶体管15串联连接，晶体管16与晶体管17串联连接。由晶体管14～17构成H型桥路，在例如用n沟道FET作为晶体管14～17时，晶体管14的源极与晶体管15的漏极连接，晶体管16的源极与晶体管17的漏极连接。晶体管14的漏极与晶体管16的漏极连接，晶体管15的源极与晶体管17的源极连接。另外，在这般构成时，晶体管14、16的漏极如上述那样地连接二极管5、6的阴极、电容器12、13的各一端，晶体管15、17的源极连接变压器T1、T2的次级线圈的另一端、电容器13的另一端。

晶体管14与晶体管15的连接点上，连接有放电灯22的一个电极。晶体管16与晶体管17的连接点上，连接有电容器20的一端与IGN用变压器T3的初级线圈端。晶体管14～17的ON/OFF动作由控制部18所控制，在用上述的n型沟道FET作为晶体管14～17时，控制部18连接到各晶体管14～17的栅极，控制各自的栅极电压。利用连接成H型桥路的晶体管14～17和控制部18，构成对放电灯22供给交流电压的DC/AC变换器。

IGN用变压器T3的次级线圈端上，连接放电灯22的另一个电极。二极管9的阴极上连接电阻19的一端，电阻19的另一端连接电容器20的另一端和GAP开关21的一端。GAP开关21是在两端施加高电压时成为导通状态的开关元件，例如具有在施加800V左右的高电压时就引起击穿成为导通状态的放电间隙的元件。IGN用变压器T3是共用初级线圈与次级线圈的一部分的自耦变压器，在初级线圈与次级线圈的公共端上连接GAP开关21的另一端。利用如此连接的IGN用变压器T3、电阻19、电容器20、和GAP开关21，构成起动放电灯22的IGN电路。

另外，控制部4被接到电容器13与晶体管15、17的连接点，以便检测放电灯22点灯用的DC/DC变换器的输出电压，例如检测电容器13的两端电压。

以下说明动作。

当放电灯22起动时，控制部18进行控制，使晶体管14、17为导通状态，晶体管15、16为截止状态。该状态下，控制部4控制开关元件2、3的动作，变压器T1、T2的次级线圈发生高电压，以该高电压作为例如直流400V的电压，由二极管5、6和电容器13通过上述导通状态的晶体管14、17，加到放电灯22。电容器13的两端电压是DC/DC变换器的输出电压。该DC/DC变换器的输出电压是使起动后的放电灯22点亮的点灯电压。

如上所述，用二极管7～9和电容器10～12组成的倍增电压整流电路，来升压变压器T1和T2的次级线圈发生的脉冲电压，生成直流的高电压，经电阻19加到电容器20。电容器20被充电，当该电容器20的两端电压达到规定的高电压，GAP开关21闭合时，电容器20存储的电力供给IGN用变压器T3的初级线圈。这时，IGN用变压器T3的次级线圈发生的脉冲电压重叠到由电容器13加到放电灯22的点灯电压上，使放电灯22的电极间的放电开始。当放电灯22起动时，控制部18使晶体管14、17与晶体管15、16交替ON/OFF，变换从DC/DC变换器流向放电灯22的电流的方向，对放电灯22供给交流电压，使稳定地放电点灯，实现正常点灯。实施形态1的放电灯点灯装置大致如此动作，使放电灯22点亮。

本发明的实施形态1的放电灯点灯装置，在上述的动作中使放电灯22起动的动作具有特征。这里，省略利用控制部18的控制进行正常点灯时的动作的说明。

变压器T1与T2是进行回扫型动作的变压器，例如变压器T1在开关元件2导通状态时存储从电源1供给初级线圈的电力，在开关元件2截止时从次级线圈输出存储的电力。变压器T2利用开关元件3的ON/OFF同样地进行输出动作。

图2示出实施形态1的放电灯点灯装置的动作的说明图。该图是示出从变压器T1与T2的次级线圈输出的电压波形的时序图。图中上部，示作“占空比50％以下”的波形是开关元件2、3的ON/OFF的占空比(下称ON占空比)不满50％，是ON状态比OFF状态更短时的输出波形。图中中部，示作“占空比50％”的波形是开关元件2、3的ON占空比50％，即ON状态与OFF状态的期间相等时的波形。图中下部，示作“占空比50％以上”的波形是开关元件2、3的ON占空比大于50％，是ON状态比OFF状态更长时的输出波形。

开关元件2与开关元件3由控制部4所控制，使交替地ON/OFF。变压器T1与变压器T2的初级线圈对电源并联连接，利用交替地进行ON/OFF的开关元件2、3，电流交替地流过各初级线圈。

以变压器T1为例说明之，在回扫型动作中，当开关元件2OFF时，例如输出升压到高电压的电压E。当开关元件2ON时，设变压器T1的初级线圈的匝数为N1，次级线圈的匝数为N2，从电源1输入的电压为VIN时，求出e＝VIN·N2/N1的电压e，从变压器T1输出。变压器T1与变压器T2，如图2所示，交替地输出非对称的脉冲电压例如正的电压E与负的电压e。

设GAP开关20为ON状态时需要1000V以上的高电压电源，因此，图1所示二极管7～9和电容器10～12构成的倍增电压整流电路，用两个变压器T1、T2的输出电压的电位差即是使变压器T1、T2的输出电压重合时的峰-峰电压，发生高电压。如后面所述，在两个变压器T1、T2的输出电位差大时，能容易地发生高电压，利用该电压可对组成IGN电路的电容器20进行快速充电。另外，与用一个变压器的输出电压的情况相比，可能用为数较少的二极管和电容器构成倍增电压整流电路。

例如，图2中部示作“占空比50％”的波形那样，使相位偏移180度的变压器T1的输出电压与变压器T2的输出电压重合时，峰-峰电压值为E+e。这样，用两个变压器的场合，如图2上部示作“占空比50％以下”的波形那样，在例如开关元件2的各ON状态比OFF状态短，存储在变压器T1中的电力不充分时，开关元件2在OFF状态期间，从变压器T1输出的脉冲电压在短期间维持电压E之后，下降到例如地电平，产生电压无输出状态。这样，当变压器T1、T2短期间输出电压E之后成为无输出电压时，就难以对构成倍增电压整流电路的电容器11存储充分的电荷，不能使倍增电压整流电路正常动作。

为了使倍增电压整流电路正常动作，最好控制开关元件2、3的动作如图2中部所示的“占空比50％”的波形那样，使变压器T1与变压器T2输出ON状态与OFF状态的期间相等的脉冲电压，在这些输出电压重合时总能得到E+e的电压，或者如图2下部所示的“占空比50％以上”的波形那样，使各变压器T1、T2的电压输出不能没有。即是说，控制各变压器T1、T2动作，使从变压器T1、T2各自输出的高侧的输出电压E与低侧的输出电压e重叠。

如上述那样，控制部4控制开关元件2、3的动作，使得开关元件2的ON/OFF的时刻与开关元件3的ON/OFF的时刻偏移180度，而且使ON占空比为50％或50％以上，对倍增电压整流电路输入变压器T1的输出电压与变压器T2的输出电压的电位差，即电压E+e。最好是使ON占空比为50％，较长时间维持电压E+e。

这样，控制部4控制变压器T1、T2，而且具备变压器T1或变压器T2的各DC/DC变换器的动作，使得从变压器T1、T2对倍增电压整流电路尽可能长的时间供给大的电位差，对倍增电压整流电路供给尽可能多的电力。

从变压器T1输出的电压经二极管7加到电容器11的一端，而从变压器T2输出的电压加到电容器11的另一端，对电容器11充电，在其两端上发生E+e电压。二极管8的阳极上由电容器11施加电压E+e，通过二极管8充电的电容器10的两端上产生电压2E+2e。在输入该电压2E+2e的二极管9的阴极上连接有电容器12的一端，电容器12的两端电压便为2E+2e。电容器12与电容器13串联连接，在电容器12与电容器13的串联电容器两端上产3E+2e的电位差，产生例如1200V左右的高电压。

在电容器20的一端上，由二极管9与电容器12的连接点供给电流。由该电流充电电容器20，在最高电压充电时，两端电压高达上述的电压3E+2e。这样一来，当电容器20被充电，其两端达到800V以上的规定的高电压时，GAP开关21闭合，电容器20的放电电流流过IGN变压器T3的次级线圈，在IGN变压器T3的次级线圈产生高电压的脉冲电压。该脉冲电压加到放电灯22，开始点灯。

在放电灯22起动时，一起充电电容器13和电容器20，有必要使各自的两端为规定的高电压。使放电灯22正常点灯时击穿前对放电灯22预先施加400V左右的电压就可，电容器13从变压器T1、T2接受电力供给使维持正常点灯时必要的电压即点灯电压作为两端电压。

一般，当电容器13的两端电压达到规定值时，调整变压器T1、T2的ON占空比使保持该电压为一定。当这样改变ON占空比调整电流时，产生用图2说明过的ON占空比为50％以下的状态，对倍增电压整流电路的动作产生不适宜的情况。

在充电电容器13与电容器20起动放电灯22时，先是电容器13的两端电压达到例如400V左右的高电压。当据此进行使变压器T1、T2的ON占空比减少的控制时，对电容器20未进行充分的充电，产生电容器20的两端电压达不到例如800V左右的高电压的不适宜情况，不能闭合GAP开关21。

实施形态1的放电灯点灯装置，控制部4预先固定变压器T1、T2的ON占空比为50％或50％以上，设定输出动作期间与休止期间，使间歇动作。这样通过保持变压器T1、T2的ON占空比为例如50％的定值，进行间歇动作，使DC/DC变换器和倍增电压整流电路有效地动作，维持电容器13的两端电压为规定的值，而且充电电容器20。即，不是通过减少ON占空比来抑制对两端电压达到点灯电压的电容器13供给的充电电流，而是通过反复供给一定大小的充电电流和停止供给的措施，来保持电容器13的两端电压为点灯电压。另外，该动作中，因ON占空比总是一定，故能对倍增电压整流电路输入例如E+e等的规定电压，倍增电压整流电路正常地产生高电压，有效地进行电容器20的充电。

图3示出实施形态1的放电灯点灯装置动作的说明图。该图是表示变压器T1与变压器T2的输出电压的时序图。如图所示，控制部4使变压器T1与变压器T2同时期动作，同时期休止。控制部4如前述地连接使检测电容器13的两端电压，在电容器13的两端电压例如到达400V前控制开关元件2、3，从变压器T1、T2输出各自相位经偏移的矩形波电压。

另外，因成为DC/DC变换器的高侧输出点的电容器13的一端被接地，故控制部4检测的电容器13的电压，在从地电平来看时为负值，上述的“400V”为-400V。下面的说明中，不是从地电平看电容器13的两端电压的绝对值，而是作为电容器13的两端的电位差来说明。

控制部4当检测到的电位差达到400V时，就使开关元件2、3的ON/OFF动作停止，使变压器T1、T2的输出动作停止。当检测的电位差比规定的值来得小时，即400V以下时，使开关元件2、3动作，从变压器T1、T2输出电压。这样一来，控制部4使具有变压器T1的DC/DC变换器与具有变压器T2的DC/DC变换器间歇动作。另外，因构成这些DC/DC变换器使一起由电容器13保持输出电压，故控制部4控制成两个DC/DC变换器的间歇动作同步。该动作中，因变压器T1、T2的ON占空比总是一定为50％，故对倍增电压整流电路输入一定的高电压，而且从倍增电压整流电路输出的电压也维持一定的高电压，高效率地充电IGN电路的电容器20。

供给正常点灯状态的放电灯22的交流电压，即DC/AC变换器输出的交流电压，频率一般为几百Hz左右，但变压器T1、T2的输出电压的频率，即DC/DC变换器的动作频率，远比上述的交流电压频率来得高，若用该变压器T1、T2的输出电压，则能以短时间对电容器存储电荷。当用变压器T1、T2的输出电压使倍增电压整流电路动作时，即使构成该电路的电容器10～12的容量设定得小，也可能产生充分的高电压值，能用外形尺寸小的电容器，使倍增电压整流电路小型化。

另外，因从电源1看来，用并联连接且交替动作的变压器T1、T2的输出电压，产生DC/DC变换器的输出电压和倍增电压整流电路的输出电压，故能从变压器T1、T2产生纹波少的电压，而且能抑制伴随电路动作而发生的噪声。

根据上述的实施形态1，为了输入两个变压器T1、T2的输出电压的电位差，发生放电灯22起动用的高电压，构成倍增电压整流电路，因此具有能抑制零件数，抑制成本，同时能实现小型化的效果。

另外，控制部4，以开关元件2、3的ON占空比为一定使变压器T1、T2动作，当保持DC/DC变换器的输出电压的电容器13达到点灯电压时，使变压器T1、T2的动作停止，当低于点灯电压时使变压器T1、T2动作，对电容器13施加电压，因此，具有能对倍增电压整流电路输入规定的电位差，发生正常的高电压，能有效进行对IGN电路的电容器20的充电的那种效果。

工业上的实用性

如上所述，根据本发明，适合于通过备置DC/DC变换器的变压器动作的控制单元与发生高电压的倍增电压整流电路，得到小型化、低成本的放电灯点灯装置。

Claims

1.一种放电灯点灯装置，其特征在于，包括：

具有对电源电压进行升压的变压器且并联连接的多个DC/DC变换器；

控制所述各DC/DC变换器的变压器的动作的控制单元；以及

用所述各变压器的输出电压的电位差，产生用于放电灯起动的高电压的倍增电压整流电路，

所述控制单元控制成所述各DC/DC变换器的变压器的动作相位偏移。

2.如权利要求1所述的放电灯点灯装置，其特征在于，

控制单元调整各DC/DC变换器的变压器的动作相位和占空比，使得输入到倍增电压整流电路的电位差增大。

3.如权利要求1所述的放电灯点灯装置，其特征在于，

控制单元当保持DC/DC变换器的输出电压为放电灯的点灯电压的电容器的两端电压达到所述点灯电压时，使变压器的输出电压停止，并当所述电容器的两端电压小于所述点灯电压时，使所述变压器输出电压。

4.如权利要求1所述的放电灯点灯装置，其特征在于，

倍增电压整流电路从发生各变压器的放电灯的点灯电压的次级线圈侧输入电压。