CN1735309A

CN1735309A - 放电灯点亮装置

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Publication number: CN1735309A
Application number: CNA2005100836461A
Authority: CN
Inventors: 市川知幸; 芹田卓也
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2025-07-13
Also published as: DE102005033240B4; FR2874784B1; JP2006032139A; KR100685764B1; GB2417840B; GB2417840A; JP4400872B2; CN100525574C; US7548031B2; DE102005033240A1; KR20060050217A; FR2874784A1; GB0514490D0; US20060012318A1

Abstract

提供一种放电灯点亮装置，抑制发光管的辐射噪声，同时实现与光输出有关的最合适的上升特性。在不包含汞或汞量少的放电灯直至达到稳定的点亮状态的过渡功率控制中，检测与灯电压有关的从其初始值起的变化量ΔVL。而且，设置第2控制部(12)，以便从该变化量ΔVL大于等于预定的阈值时刻起，使过渡期中的对放电灯的投入功率的时间变化率随着ΔVL的上升或经过时间而变化。

Description

放电灯点亮装置

技术领域

本发明涉及在不包含汞或汞量少的放电灯的过渡功率控制中，用于兼顾光输出变动的抑制和辐射噪声的抑制的技术。

背景技术

在汽车照明等中使用放电灯的情况下，在放电灯的点亮开始后需要使光束迅速地上升，在点亮之后供给比稳定点亮时的投入功率大的功率，并进行随着时间而降低投入功率的过渡功率控制。

在放电灯中，已知封入微量的汞的类型，以及兼顾到环境对策的不包含汞的类型(所谓无汞)，在后者的情况下，兼顾到点亮初期的灯电压的偏差、点亮时的光束上升特性的偏差等，需要进行过渡功率控制。

例如，已知以下结构：检测放电灯的点亮之后的灯电压(或相当于灯电压的信号电压)，将其作为初始值来存储，同时计算以该初始值为基准的灯电压的变化量(电压差)，根据该变化量而控制对放电灯的供给功率(参照专利文献1)。

在掺入汞的放电灯中，在从点亮开始至稳定点亮之间，灯电压的变化量大，并且灯电压和光输出的相关性强，所以采用检测灯电压来控制投入功率的方法。相反，在不包含汞的放电灯中，从点亮开始至稳定点亮的灯电压的变化量小，所以难以获取灯电压和光输出的相关，需要进行与掺入汞的放电灯有关的过渡功率控制方法不同的控制方法，例如，在额定功率35W的放电灯的情况下，列举下述所示的方法。

(1)在点亮开始时投入75W的固定功率

(2)在将点亮之后的灯电压(初始值)作为基准的灯电压的变化量记为‘ΔVL’时，在ΔVL的值达到某个阈值(将其记为‘ΔVL1’)的情况下，降低到根据ΔVL决定的投入功率

(3)在ΔVL的值进一步上升，达到某个阈值(将其记为‘ΔVL2’)的情况下，开始定时控制，使投入功率随经过时间降低并收敛到35W。再有，关于定时控制，已知用采用电容器和电阻的积分电路而使投入功率随着电容器的电压上升而降低的结构。

图8是在将放电灯从其发光管为冷状态起开始点亮的情况下(所谓‘冷起动’)，关于对放电灯的投入功率为‘Pw’、灯电压为‘VL’、定时控制用电容器的端子电压为‘Vc’，例示了时间性变化的曲线图。再有，图中所示的时刻t1、t2、t3、t4及期间Tn的意义如下述那样。

·t1＝ΔVL达到ΔVL1的时刻

·t2＝ΔVL达到ΔVL2的时刻

·t3＝噪声产生的开始时刻

·t4＝噪声产生的结束时刻

·Tn＝噪声产生期间(t3～t4)

在本例中，灯电压的初始值为25V，ΔVL随着时间上升，直至到达t1时期间对放电灯的投入功率为75W。然后，到达t1后对放电灯的投入功率随着ΔVL值而降低，在到达t2时开始定时控制。即，开始进行定时控制用电容器的充电，Vc逐渐上升。对放电灯的投入功率根据与Vc的上升曲线反相的关系而降低，最终收敛到35W(在本例中，灯电压的饱和值为45V)。

在以t3为起点的噪声产生期间Tn(例如，点亮开始后10秒至20秒)中放电灯的状态不稳定，该期间中的电磁噪声的辐射成为问题。

[专利文献1]特开2003-338390号公报(日本)

在以往的电路结构中，使光输出的上升特性良好，并且抑制电磁噪声的影响的困难性成为问题。

在掺入汞的放电灯中，就汞具有的作用之一而言，可列举即使发光管为冷状态，也促进发光管的温度上升而能够发光。即，在不包含汞的放电灯中，由于不能依赖汞的作用，所以需要通过增加对放电灯的过渡投入功率而使发光管温度上升。因此，在不包含汞的放电灯中，如下设计：通过将发光管的电极变得粗大，从而可抗过大的投入功率。

因此，在不包含汞的放电灯的过渡功率控制中，与掺入汞的放电灯相比，在从点亮开始时至放电稳定的时间长，在该期间产生的电磁噪声为无线电噪声的情况下，有对收音机和电视机等的各种电子设备产生不良影响的危险。

作为抑制上述噪声产生期间Tn中产生的电磁噪声的方法，实验判明在该噪声产生期间，只要对放电灯供给更多的投入功率就可以，但在可进行噪声抑制的范围中增加对放电灯的投入功率的情况下，伴随有在光输出的上升特性中产生大的过冲，或加速发光管的恶化的危害。

图9是对于冷起动中的光输出为‘L’，投入功率为‘Pw’，上述‘Vc’，例示了时间性变化的曲线图，表示将包含定时控制用电容器的积分电路的时间常数增大的情况。

Vc的上升变得缓慢，在期间Tn中，通过相对地增加对放电灯的投入功率来抑制噪声，但在其反面投入功率过剩的结果，光输出L的过冲量(用图中的‘Ov’夸张地表示)会增大。

这样，在以往的结构中，存在难以兼顾抑制噪声和使光输出的上升特性良好，或为此而使控制和电路结构复杂化等问题。

发明内容

因此，本发明的课题是，在不包含汞或汞量低的放电灯点亮装置中，抑制噪声，同时实现与光输出有关的最合适的上升特性。

为了解决上述课题，本发明的放电灯点亮装置涉及不包含汞或汞量少的放电灯达到稳定的点亮状态的过渡期的功率控制，可随着经过时间而使对该放电灯的投入功率缓慢地降低，具有下述所示的结构部件。

·电压差检测部件，检测与灯电压有关的从其初始值起的变化量。

·功率控制部件，从由电压差检测部件检测的上述变化量大于等于预定的阈值时起，随着上述变化量的上升或经过时间而切换过渡期中的对放电灯的投入功率的时间变化率。

因此，在本发明中，从灯电压的变化量大于等于预定的阈值的时刻起，不是一律地规定对放电灯的投入功率的时间变化率，而是通过依据灯电压的变化量的上升或经过时间而使投入功率的时间变化率变化，从而可进行兼顾到上述辐射噪声及光输出变动的抑制的过渡功率控制。

根据本发明，在直至放电灯达到稳定点亮状态的过渡期中，可以进行功率控制，以抑制来自发光管的辐射噪声，同时不发生因抑制辐射噪声而与光输出的上升特性相关的显著的过冲量。

而且，在电路结构的简化和控制性方面，优选通过使用电容器和电阻的时间常数电路，分级地变更对放电灯的投入功率的时间变化率，从而从负值移动到零。即，在检测出与灯电压有关的从其初始值的电压变化量大于等于预定的阈值时，使时间常数电路动作，根据该电压变化量的上升或电容器电压的上升来切换电容器的充电时间常数，从而切换过渡期中的投入功率的时间变化率，并收敛到额定功率。

例如，在时间常数电路具有一个电容器和多个电阻的结构方式中，在检测出与灯电压有关的从其初始值起的电压变化量大于等于预定的阈值时，根据第一时间常数来控制过渡期的投入功率，并抑制噪声。然后，如果根据值比第一时间常数小的第二时间常数来控制过渡期的投入功率，则过渡期的切换为两级即可，可以实现简单的电路结构(在三级以上时，切换定时的条件产生等困难)。

附图说明

图1是表示本发明的基本结构例的图。

图2是本发明的功率控制部的结构例的说明图。

图3是表示本发明的电压差检测部件的结构例的图。

图4是表示第2控制部的基本结构例的图。

图5是表示第2控制部的电路结构例的主要部分的电路图。

图6是应用本发明的情况下，用于说明有关放电灯的冷起动时的控制的曲线图。

图7是表示有关第2控制部的另一方式的基本结构例的图。

图8是在以往的结构中，用于说明有关放电灯的冷起动时的控制的曲线图。

图9是用于说明有关以往的问题的曲线图。

具体实施方式

图1是表示本发明的放电灯点亮装置1的基本结构例的图，包括直流电源2、直流-直流变换电路3、直流-交流变换电路4、起动电路(所谓起动器)5、放电灯6、控制电路7。

直流-直流变换电路3接受来自直流电源2的直流输入电压并将其变换为期望的直流电压，例如，采用回扫(flyback)型DC-DC变换器。

直流-交流变换电路4设置用于将直流-直流变换电路3的输出电压变换为交流电压后供给放电灯6。例如，在H桥(或全桥型)的电路结构中，包括用四个半导体开关元件来构成两个支路(arm)，并分别驱动各支路的开关元件的驱动电路，根据从构成控制电路7的驱动控制部7b的信号，进行使两组开关元件对相反地导通/截止控制，从而输出交流电压。

起动电路5设置用于对放电灯6产生高电压脉冲信号(起动用脉冲)，使该放电灯起动。即，起动用脉冲被重叠在直流-交流变换电路4输出的交流电压上而施加于放电灯6。再有，就放电灯6来说，采用不包含汞或降低了汞量的放电灯。

控制电路7接受放电灯6的灯电压和在该放电灯中流过的电流或与它们相当的电压及电流的检测信号，并控制对放电灯6的投入功率。即，控制电路7中设置的功率控制部7a设置用于根据放电灯6的状态来控制供给功率，例如，接受来自检测直流-直流变换电路3的输出电压或电流的检测部8的检测信号(参照电压检测信号‘VL’和电流检测信号‘IL’)，对直流-直流变换电路3输出控制信号(将其记为‘So’)，从而控制其输出电压。

再有，功率控制部7a担当放电灯6直至达到稳定的点亮状态的过渡期中的功率控制、放电灯的稳定状态中的功率控制等，作为开关控制方式，例如已知PWM(脉宽调制)方式、PFM(脉冲频率调制)方式。

图2是用于说明功率控制部7a的结构例的图。

点亮初始电压及保持部9和设置在其后级的电压差检测部10构成用于检测与放电灯6的灯电压相关联并以其初始值为基准的变化量的电压差检测部件。

点亮初始电压检测和保持部9设置用于检测放电灯6的点亮开始之后的灯电压，同时将检测出的灯电压作为其初始值来保持(以下将其记为‘VLs’)。然后，将初始值VLs输出到电压差检测部10。

电压差检测部10通过从灯电压的检测信号VL中减去上述VLs，计算以VLs为基准的灯电压的变化量(以下，将其记为‘ΔVL’)，将其输出到第1控制部11、第2控制部12。

第1控制部11、第2控制部12和第3控制部13构成功率控制部件，各控制部的输出电流(参照图中的‘i1’、‘i2’、‘i3’)被输出到后级的误差运算部14。再有，第1控制部11和第2控制部12参与放电灯的过渡功率控制，而第3控制部参与除此以外的功率控制。

第1控制部11生成与来自电压差检测部10的ΔVL对应的输出电流‘i1’的控制信号。例如，进行下述所示的控制。

·在‘ΔVL≤Sh1’的情况下，使i1为一定值

·在‘Sh1＜ΔVL＜Sh2’的情况下，使i1随着ΔVL值的增加而增加

·在‘ΔVL≥Sh2’的情况下，使i1为一定值

再有，‘Sh1’、‘Sh2’与ΔVL相关并表示预先设定的基准值(阈值)，并且‘Sh1＜Sh2’。

在第2控制部12中，例如在被输入ΔVL和VL，在直至放电灯达到稳定点亮状态的过渡期中，从ΔVL大于等于预定的阈值的时刻起，根据ΔVL的上升或经过时间来切换对放电灯的投入功率的时间变化率并进行功率控制。该输出电流‘i2’随着以该时刻为起点的经过时间而增加。

在通过第2控制部12的作用，使投入功率的时间变化率从负值增加到零的情况下，可列举对其连续地进行控制的方式和分级地进行控制的方式，但在考虑了控制的容易性和电路结构的简化等的情况下，后者较好。例如，在第2控制部12具有采用电容器和电阻的时间常数电路的结构中，在检测出ΔVL大于等于预定的阈值的时刻，该时间常数电路动作，通过切换电容器的充电时间常数，使过渡期中的投入功率的时间变化率分级地变化并收敛到额定功率就可以(关于具体的电路结构，后面详细论述)。

在第3控制部13中，例如包含额定功率的稳定点亮时的控制、与灯电压和电流(VL、IL)对应的功率控制等的电路部，其输出电流i3被规定(涉及本发明的情况下，由于无论其结构方式如何都可以，所以省略详细的说明)。

各控制部的控制信号(各输出电流的总和)被输出到误差运算部14，该误差运算部14的输出信号被传送到后级的控制信号生成部15并生成上述控制信号So。在本例中，在构成误差运算部14的误差放大器的一个输入端子(正输入端子)上供给规定的基准电压‘Eref’，作为与另一个输入端子(负输入端子)上施加的电压的比较结果所获得的误差信号被传送到控制信号生成部15。

在控制信号生成部15中，例如在PWM方式的情况下，包含PWM比较器等，生成根据来自误差运算部14的误差信号而变化的占空比的输出信号，并被供给上述直流-直流变换电路3(其内的开关元件)。而在PFM方式中，生成根据来自误差运算部14的误差信号而频率产生变化的输出信号，并被供给上述直流-直流变换电路3(其内的开关元件)。

再有，在本结构中，进行功率控制，以便对放电灯的投入功率随着输出电流i1至i3的增加而降低。

图3是表示与VL相关、用于检测其初始值VLs的变化量的电压差检测部件的结构例16的图，表示采用了采样保持(S/H)电路17和差动放大电路18的结构。

采样保持电路17接受规定的定时信号(为采样脉冲，记为‘SP’)，通过保持VL而输出VLs。例如，采用接受SP信号而被导通/截止的开关元件、保持电容器、电压缓冲器的电路结构，在从放电灯的点亮开始直至经过规定的时间的期间，通过SP信号使开关元件为导通状态并在保持电容器上施加灯电压，在经过该时间的时刻改变SP信号而使开关元件为截止状态时保持灯电压(VLs)。

差动放大电路18是用于获得与从VL中减去VLs的结果(VL-VLs)成正比的输出、即ΔVL的电路，例如，可以采用使用了运算放大器的已知的电路。

再有，在本例中，在VLs的保持上采用了采样保持电路17，但不限于此，也可以采用相对于VL的底部(bottom)保持电路(即，由于VL值表示在放电灯的点亮开始之后最低值，所以通过检测并保持该最低值而获得VLs)。

下面，用图4至图7来说明第2控制部12的电路结构。

例如，在具备了包含电容器和电阻的时间常数电路的结构中，列举下述所示的方式。

(I)随着电容器的端子电压的上升，将该电压与预定的基准值进行比较，同时切换对放电灯的投入功率的时间变化率的方式。

(II)随着灯电压的变化量ΔVL的上升，将该变化量与预定的基准值进行比较，同时切换对放电灯的投入功率的时间变化率的方式。

在上述方式(I)中，可以使从定时控制用电容器的充电开始时刻至时间常数的切换时刻的时间为一定，可合适地抑制在噪声容易产生的期间中的投入功率(可以将噪声抑制到最低限度)。

而在上述方式(II)中，可以将灯状态如何反映在时间常数的切换控制中，可尽力降低光束上升时的过冲量。

图4是表示上述方式(I)的第2控制部12的基本结构例的图，在本例中，表示切换两个时间常数的方式。

来自用恒压源的记号表示的电源19的电压，经由开关元件20(图中用开关记号简略地表示)施加在电阻21的一端上。再有，开关元件20接受图中‘SS’表示的控制信号并被导通/截止控制，在ΔVL达到预定的值(将其记为‘ΔVL2’)之前的期间为截止状态，在ΔVL＝ΔVL2时为导通状态。

电阻21的一端通过电阻22连接到电容器23，电阻21的另一端接地。

在对于电阻22并联连接的电阻24上，连接开关元件25(图中用开关记号简略地表示)。即，电阻24的一端连接到电容器23，该电阻24的另一端通过开关元件25连接到电阻21和22的连接点。

电容器23的其一端分别连接到比较电路26及V-I变换部27的输入端子，该电容器23的另一端接地。

电容器23的端电压(将其记为‘Vc’)在比较电路26中与规定的基准电压(将其记为‘V_TH’)进行比较。然后，将根据比较结果输出的二值信号作为对开关元件25的控制信号输出到该元件。即，进行该元件的导通/截止控制，以在‘Vc≤V_TH’的情况下开关元件25为截止状态，在‘Vc≥V_TH’的情况下开关元件25为导通状态。

V-I变换部27将该输入电压(Vc)值变换为与其成正比的电流值并输出，获得与Vc对应的输出电流(上述i2)。

这样，在本例中，在具有一个电容器23和多个电阻的时间常数电路中，在检测出ΔVL为ΔVL2的时刻开关元件20为导通状态，开始电容器23的充电动作，Vc随着电容器23的静电容量和电阻22的电阻值产生的第一时间常数(将其记为‘τ1’)而上升，根据与Vc的变化反相的关系，进行过渡期的对放电灯的投入功率受到控制(降低)。然后，Vc进一步增大，在‘Vc＞V_TH’时刻开关元件25为导通状态，所以对电容器23的充电路径增加到两个系统，时间常数被切换为比第一时间常数小的第二时间常数(将其记为‘τ2’)。因此，Vc的上升率增大，过渡期的投入功率的降低速度(时间变化率的绝对值)增大。

再有，在开关元件20的截止状态中，通过电阻21来形成电容器23的放电路径。

图5是只表示电路结构例的主要部分的图。

比较器28的其负输入端子上被输入ΔVL，在其正输入端子上被供给与ΔVL2相当的基准电压。然后，比较器28的输出信号通过电阻29供给到发射极接地的NPN晶体管30的基极。

电阻31的其一端连接到规定电压的电源端子32，电阻31的另一端通过电阻33被接地(与电阻33共同具有分压电阻的作用)。

运算放大器34的其非反转输入端子连接到电阻31和33的连接点，其反转输入端子在运算放大器34的后级中连接到二极管35。即，运算放大器34的输出端子连接到二极管35的阳极，该二极管的阴极连接到运算放大器34的反转端子、电阻22、NPN晶体管36。

而且，晶体管30的集电极连接到运算放大器34的输出端子，在ΔVL低于ΔVL2的情况下，接受比较器28的输出信号，晶体管30为导通状态，运算放大器34的输出端子几乎被接地，不进行电容器23的充电。在ΔVL大于等于ΔVL2的情况下，接收比较器28的输出信号，晶体管30为截止状态，运算放大器34作为缓冲电路而起作用，由电阻31、33分压的电压值通过电阻22施加在电容器23上(通过开始充电动作，Vc值根据时间常数τ1而上升)。

在本图中，连接到电阻24的NPN晶体管36相当于上述开关元件25，在该晶体管36的基极上，供给与Vc和V_TH的比较结果对应的控制信号。

图6是例示了在放电灯的冷起动中，光输出为‘L’，投入功率为‘Pw’，灯电压为‘VL’，电容器23的端电压为‘Vc’的时间性变化的曲线图。再有，关于图中所示的时刻t1、t2、t3、t4等的意义，如上述那样。

在ΔVL达到ΔVL2的时刻t2，开始电容器23的充电，但此时的充电时间常数(τ1)设定为大的值，由此，抑制与对放电灯的投入功率有关的降低速度，可以将更多的功率供给放电灯(t3至t4的期间)。即，在该期间，如果将投入功率更多地提供给放电灯，则极快地经过无线电噪声容易产生的不稳定状态，可以迅速地实现从该状态的脱离(充分发挥噪声抑制效果)。

然后，在t4时‘Vc＞V_TH，充电时间常数被切换为τ2。即，通过迅速进行电容器23的充电，使投入功率比至今为止大幅度地降低，收敛到稳定控制的投入功率值。

这种结果，与光输出的上升特性相关联，可以充分地抑制过冲量‘Ov’，而且在t3至t4的期间，可以充分地降低来自发光管的辐射噪声。

下面，关于上述方式(II)，用图7所示的基本结构例来说明。

在第2控制部12A中，表示随着ΔVL的上升来切换两个时间常数的方式。

来自用恒压源的记号表示的电源19的电压通过开关元件20(图中用开关记号简略地表示)而施加在电阻21的一端。再有，开关元件20接收图中用‘SS’表示的控制信号并受到导通/截止控制，在ΔVL达到ΔVL2之前的期间为截止状态，在ΔVL＝ΔVL2时为导通状态。

比较电路26A将ΔVL与预先决定的值(将其记为‘ΔVL4’，‘ΔVL4＞ΔVL2’)进行比较，根据其结果来规定开关元件25的导通/截止状态。即，在ΔVL达到ΔVL4之前的期间，开关元件25为截止状态，在ΔVL为ΔVL4时开关元件25为导通状态。

电容器23的端子电压Vc被传送到V-I变换部27，变换为与输入电压值成正比的电流值，获得输出电流(上述i2)。

在本例中，在图6中，在ΔVL达到ΔVL2的时刻t2，开始电容器23的充电，但此时的充电时间常数为τ1。由此，抑制与对放电灯的投入功率有关的降低速度，可以将更多的功率供给放电灯(t3至t4的期间)。

然后，在t4，ΔVL为ΔVL4，通过比较电路26A，开关元件25为导通状态，充电时间常数被切换为τ2。

这样，可以监视与灯电压有关的变化量，同时切换时间常数而控制投入功率。

再有，在上述各电路结构中，示出了通过将时间常数经过两级进行切换，使投入功率的时间变化率变化的方式，但根据需要，也可以是经过三级以上来切换时间常数的结构。但是，在最初的时间常数τ1的期间(包含上述t3至t4的期间)，应考虑充分获得光输出变化中的过冲的抑制效果及注意不应伴随时间常数的切换而使电路结构进一步复杂化。

根据上述说明的结构，对定时控制用电容器23的端子电压或与灯电压有关的变化量ΔVL进行监视，在产生噪声成为问题的期间，在光束的过冲上予以注意，可以减小投入功率的降低速度来进行功率控制，从经过该期间的时刻起切换充电时间常数并增大投入功率的降低速度。

Claims

1.一种放电灯点亮装置，涉及不包含汞或汞量少的放电灯达到稳定的点亮状态的过渡期的功率控制，可随着经过时间而使对该放电灯的投入功率缓慢地降低，其特征在于，该放电灯点亮装置包括：

电压差检测部件，检测与灯电压有关的从其初始值起的变化量；以及

功率控制部件，从由所述电压差检测部件检测的所述变化量大于等于预定的阈值时起，随着所述变化量的上升或经过时间而切换所述过渡期中的对放电灯的投入功率的时间变化率。

2.如权利要求1所述的放电灯点亮装置，其特征在于，

所述功率控制部件具有使用了电容器和电阻的时间常数电路，在检测出与灯电压有关的所述变化量大于等于预定的阈值时，该时间常数电路动作，通过随着所述变化量的上升或所述电容器电压的上升而切换该电容器的充电时间常数，从而分级地控制所述过渡期中的投入功率的时间变化率。

3.如权利要求2所述的放电灯点亮装置，其特征在于，

所述时间常数电路具有一个电容器和多个电阻，在检测出与灯电压有关的所述变化量大于等于预定的阈值时，根据第一时间常数而控制所述过渡期中的投入功率，然后，根据比第一时间常数小的第二时间常数来控制所述过渡期中的投入功率。