CN1845267B - 变压器及放电灯点亮装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压器及使用该变压器的放电灯点亮装置，其适于小型化或高频化的实现、部件数量或成本的降低，确保电压检测精度。该变压器具备：具有间隙的闭合磁路型磁芯；初级绕组(7p)及次级绕组(7s)；以及设于次级绕组(7s)的中途的检测端子或者作为与主绕组不同的绕组追加的检测用绕组，其中，初级绕组(7p)及次级绕组(7s)以同一磁芯支柱(13)为中心轴缠绕于除了间隙(14)的部分的周围。而且，初级绕组(7p)使用薄板状或薄膜状的导体形成，并在沿磁芯支柱(13)的中心轴的方向上，初级绕组(7p)的缠绕部分以包围次级绕组(7s)的缠绕部分的方式配置。

Description

变压器及放电灯点亮装置

技术领域

本发明涉及在适用于高频化及小型化的变压器及使用该变压器的放电灯点亮装置中，用于提高由设于变压器次级绕组上的检测端子或者相对于主绕组作为不同的绕组追加的检测用绕组得到的检测精度的技术。

背景技术

为减少制造工时及防止粗缠绕等，已知的有使用金属板绕组以实现低电压大电流的变压器或线圈的结构方式(例如参照专利文献1)。

另外，已知有在汽车等车辆用照明光源所使用的金属卤化物灯等的放电灯点亮电路中，使用对放电灯进行电力传送用的变压器进行直流-交流转换的结构，在该变压器中设置有为检测施加于放电灯上的电压而设于次级绕组上的检测端子、或检测用绕组。另外，使用该检测端子或检测用绕组检测出的电压，例如用于放电灯的电力控制或放电灯的异常状态等的判定。

专利文献1：特开2001-155933号公报

然而，在进行放电灯的高频点亮的点亮电路中，在使电力传送用变压器小型化或紧凑化的情况下，当该变压器内部的磁性耦合不均匀时，难以准确地进行电压检测。这会导致在变压器内部的耦合中产生疏密状态，其结果在绕组比和电压的关系上使偏离线性的误差变得明显。因此，需要使用修正用电路等，因而产生电路结构的复杂化、大型化的问题或成本上的问题。例如，在对汽车用照明光源使用放电灯的情况下，需要在有限的空间内配置点亮电路(例如在灯具内收容点亮电路单元的情况等)。

发明内容

因此，本发明的课题在于，在适合于实现小型化或高频化、降低部件数量或成本的变压器及使用该变压器的放电灯点亮装置中，确保电压检测的精度。

本发明提供变压器或使用该变压器的放电灯点亮装置，变压器具备：具有间隙的闭合磁路型磁芯、包括初级绕组和次级绕组的主绕组、以及设于次级绕组的中途的检测端子或者作为与主绕组不同的绕组追加的检测用绕组，其中，初级绕组及次级绕组以同一磁芯的相同磁芯支柱为中心轴缠绕于除了间隙的部分的周围，并且，初级绕组使用薄板状或薄膜状的导体形成，并在沿磁芯支柱的中心轴的方向上，初级绕组的缠绕部分以包围次级绕组的缠绕部分的长度配置。

因此，在本发明中，不会在使用薄板状或薄膜状导体形成的初级绕组与次级绕组的磁耦合分布上产生不均匀，从而能够进行准确的电压检测。而且，采用初级绕组及次级绕组以同一磁芯的相同磁芯支柱为中心轴缠绕于除了间隙的部分的周围的结构，能够防止由于间隙的泄漏磁通量的产生而造成的检测精度的降低。

根据本发明，对小型化及高频率化是有效的，可充分确保电压检测精度。例如在适用于使用变压器的高频驱动方式的放电灯点亮装置时，可准确地检测施加于放电灯上的电压。

在具有作为与主绕组不同的绕组追加的检测用绕组的构成方式中，使用薄板状或薄膜状的导体形成该检测用绕组，并且，在沿磁芯支柱中心轴的方向上，构成为检测用绕组的缠绕部分以包围次级绕组的缠绕部分的长度配置，因此对于电压检测精度的提高是优选的。

另外，设于初级绕组或检测用绕组上的一对端子，相对该绕组的缠绕方向在相互相反侧的对角位置上形成。例如，能够使初级电流在薄板状或薄膜状的导体中均匀地流动，从而能够极力避免初级绕组与次级绕组的磁耦合的不均匀。

附图说明

图1是表示本发明的放电灯点亮装置的电路结构例的图；

图2是变压器的等效电路图；

图3是用于说明绕组比和检测电压的关系的图表；

图4(A)和(B)是表示本发明的变压器的基本结构的主要部分的概略图；

图5(A)和(B)是表示初级绕组的结构例的图；

图6是与图7一起表示变压器的结构例的图，本图是主要部分的分解立体图；

图7是表示剖面结构的图；

图8是与图9一起对于变压器的结构表示其它例的图，本图是主要部分的分解立体图；

图9是表示剖面结构的图；

图10是表示使用检测用绕组的变压器的结构例的图。

附图标记

1放电灯点亮装置；3直流-交流转换电路；4启动电路；7变压器；7M主绕组；7p初级绕组；7s次级绕组；7v检测用绕组；10放电灯；13磁芯支柱；14间隙；16、26端子；18变压器；19、20磁芯；20a磁芯支柱；22检测端子；23间隙。

具体实施方式

图1是表示本发明的放电灯点亮装置的基本结构例的图。

放电灯点亮装置1在其电路构成中具有从直流电源2接受电源供给的直流-交流转换电路3和启动电路4。

直流-交流转换电路3是为从直流电源2接受直流输入电压(参照图中的“+B”)来进行交流转换及升压而设置的。在本例中，具有两个开关元件5H、5L、以及对进行它们的驱动控制的控制装置6。即，高端侧的开关元件5H的一端与电源端子连接，且该开关元件的另一端经由低端侧的开关元件5L接地，通过控制装置6使各元件5H、5L交替进行接通/断开。另外，虽然图中为简化而用开关标记表示5H、5L，但使用的是场效应晶体管(FET)及双极晶体管等半导体开关元件。

直流-交流转换电路3具有包括电感元件或变压器及电容器的串联谐振电路。在本例中，直流-交流转换电路3具有电力传送用的变压器7，在其初级侧使用了利用谐振用电容器8与电感或电感分量的谐振现象的电路结构。即，作为构成方式，例如列举如下三种。

(I)利用谐振用电容器8与电感元件的谐振的方式。

(II)利用谐振用电容器8与变压器7的漏(泄漏)电感的谐振的方式。

(III)利用谐振用电容器8与电感元件及变压器7的漏电感的谐振的方式。

首先，在上述(I)中，列举如下结构，设置谐振用线圈等电感元件9，例如将该元件的一端与谐振用电容器8连接，将该电容器8与开关元件5H和5L的连接点连接。并且，将电感元件9的另一端与变压器7的初级绕组7p连接。

另外，在上述(II)中，通过利用变压器7的电感分量而不需要追加谐振用线圈等。即，只要将谐振用电容器8的一端与开关元件5H和5L的连接点连接，将该电容器8的另一端与变压器7的初级绕组7p连接即可。

在上述(III)中，可使用将电感元件9和漏电感串联合成的电抗。

无论何种方式，只要利用谐振用电容器8与电感性要素(电感分量及电感元件)的串联谐振，将开关元件5H、5L的驱动频率限定为大于或等于串联谐振频率的值而使该开关元件交替接通/断开，就能够进行与变压器7的次级绕组7s连接的放电灯10(用于车辆用灯具的金属卤化物灯等)的正弦波点亮。另外，在由控制装置6进行的各开关元件的驱动控制中，需要反向驱动各个元件以使开关元件不会一起成为接通状态(根据接通占空比(ォンデュ一ティ一)的控制等)。此外，有关串联谐振频率，当将点亮前的谐振频率记为“f1”，将点亮状态的谐振频率记为“f2”，将谐振用电容器8的静电电容记为“Cr”，将电感元件9的电感记为“Lr”，将变压器7的初级侧电感记为“Lp1”时，例如在上述方式(III)中，在放电灯点亮之前为，“f1＝1/

例如，当驱动频率低于f1时，由于开关元件的损耗增大，而效率恶化，故进行比f1高的频率范围的开关动作。此外，在放电灯点亮之后为，

(f1＜f2)。此时，也在比f2高的频率范围进行开关动作。

启动电路4是为向放电灯10供给启动用信号而设置的。例如，基于未图示的电压生成部或由附设在变压器7上的辅助绕组得到的电压等，将在变压器7的初级绕组7p中产生的信号由该变压器7升压并施加到放电灯10上(相对于交流转换了的输出重叠启动用信号并供给放电灯10。)。

变压器7具有包括初级绕组7p及次级绕组7s的主绕组7M。变压器7具有向放电灯10传送电力的功能，使放电灯10与次级绕组7s连接。施加于放电灯10上的电压的检测方式列举下面所示的(A)、(B)，虽然图中为了说明方便，表示了两种方式，但只要采用任一方式即可。

(A)从设于次级绕组中途的检测端子得到检测电压的方式

(B)使用作为与主绕组不同的绕组追加的检测用绕组的方式。

首先，在方式(A)中，在变压器7的次级绕组7s中途设置检测端子，对电压进行检测。例如，如图所示，在规定匝数、电压时，“(Ns/Np)＝(Vs/Vp)”的关系成立，由“(Ns1/Ns)＝(Vs1/Vs)”得到“Vs1＝Vs×(Ns1/Ns)”。

另外，各量的定义如下所示。

·“Np”＝变压器7的初级绕组7p的匝数

·“Ns”＝变压器7的次级绕组7s的匝数

·“Ns1”＝在次级绕组7s中到绕组中途的检测端子的匝数

·“Vp”＝初级电压

·“Vs”＝次级电压

·“Vs1”＝从检测端子取出的检测电压。

此外，在方式(B)中，在变压器7的次级侧追加检测用绕组7v，对电压进行检测。例如，如图所示，在规定匝数、电压时，“(Ns/Np)＝(Vs/Vp)”的关系成立，由“(Ns2/Ns)＝(Vs2/Vs)”得到“Vs2＝Vs ×(Ns2/Ns)”。

其中，“Ns2”、“Vs2”如下表示。

·“Ns2”＝检测用绕组7v的匝数

·“Vs2”＝由检测用绕组7v得到的检测电压。

如上所述，在假设变压器7具有理想的变压特性的情况下，无论(A)、(B)的任一种方式，都可以检测到与相对次级绕组的绕组比(“Ns1/Ns”、“Ns2/Ns”)成正比的电压，应该得到线性特性。

但是，作为实际的问题，在使用圆线等绕组的变压器中，不能按照这种线性特性进行电压检测。

图2及图3是用于对该理由进行说明的图，图2是变压器7的主绕组7M的等效电路图，图3是定性表示变压器的特性例的图表。

首先，如图2所示，变压器7可认为是n个小变压器的集合体，图中将各小变压器的耦合系数定义为“Ki”(i＝1，2，...，n)。

在变压器7的初级侧并联连接有n个等效绕组11、11、...，在次级侧串联连接有n个等效绕组12、12、...(图中的“Vi”(i＝1，2，...，n)表示各绕组12的连接位置的电位及输出端子的电位)。

图3是将横轴作为绕组比“a”，将纵轴作为检测电压“V”，将两者的关系概略表示的图。

在理想的变压器中，得到曲线“G”所示的线性特性，例如在上述方式(A)中，从次级绕组中途的检测端子得到与绕组比成正比的检测电压。即，这相当于小变压器的耦合系数“Ki”(i＝1，2，...，n)的值全部相等的情况。

与此相对，当耦合系数“Ki”(i＝1，2，...，n)产生偏差时，如曲线g1～g3所示，距线性特性的偏离变显著。例如，曲线g1、g2表示仅使特定的耦合系数(例如“K1”或“K5”等)的值改变的情况的特性，曲线g3表示使各耦合系数的值稍微不同地规定的情况的特性。

这样，由于在变压器内部存在磁耦合的疏密状态(即，使小变压器的耦合系数值的分布不均匀化)的原因，而不能进行按照线性特性的电压检测。换言之，如果在变压器内部实现了均匀的耦合状态，则与该变压器整体的耦合的好坏无关，在上述方式(A)、(B)中能够确保准确的电压检测。

图4(A)、(B)～图9是表示本发明的变压器的结构例的图。

图4(A)、(B)是表示变压器7的基本结构的主要部分的概略图。

构成主绕组7M的初级绕组7p、次级绕组7s以相同的磁芯支柱13为中心轴(参照图中“C-C”线)，在除了间隙(空气间隙或非磁性体间隙)以外的部分的周围缠绕1匝或1匝以上。

例如列举：如(A)图所示的结构例7-1，在磁芯支柱13的周围配置初级绕组7p，并在其外侧配置次级绕组7s的构成方式、以及如(B)图所示的结构例7-2，在磁芯支柱13周围配置次级绕组7s，并在其外侧配置初级绕组7p的构成方式。

本发明的使用中，无论任何方式，在沿磁芯支柱13的中心轴的方向，初级绕组7p的缠绕部分以包围次级绕组7s的缠绕部分的长度配置。即，在沿磁芯支柱13的中心轴(C-C)的方向上设定X轴(以图的上方为正方向)的情况下，当将初级绕组7p的缠绕部的上端位置记为“Xpu”，将下端位置记为“Xpd”，将缠绕部的长度记为“L1”(＝Xpu-Xpd)，将次级绕组7s的X轴方向的缠绕部的上端位置记为“Xsu”，将下端位置记为“Xsd”，将缠绕部的长度记为“L2”(＝Xsu-Xsd)时，则“L1≥L2”、“Xpu≥Xsu”、“Xpd≤Xsd”。

图5(A)、(B)表示初级绕组7p的结构，使用薄板状或薄膜状导体形成。

图5(A)表示围绕上述磁芯支柱周围地缠绕的初级绕组7p，图5(B)表示缠绕前的展开图。

初级绕组7p的导体部15通过将薄的导体绕中心轴从该中心轴方向看缠绕成涡卷状而形成筒状。

而且，在初级绕组7p上设有一对端子16、16，这些端子如图5(B)所示，在初级绕组7p的缠绕方向(图中箭头“R”方向)上相互形成于相反侧的对角位置。由此，初级电流在初级绕组7p的导体部15中均匀地流动，能够使与次级绕组之间的耦合不会产生不均匀。

另外，在形成与启动电路14的连接用端子17的情况下，如图5(B)的虚线所示，只要在沿初级绕组7p的缠绕方向延伸的任一侧的长边上形成该端子即可。

初级绕组7p的基材例如可以使用金属制薄板、或具有可挠性的薄膜状的导体(挠性印刷线路板等)。

另外，虽然对于次级绕组7s的基材使用圆线等，但通过采用使用扁平线重叠卷成环状的所谓扁立绕法(或扁带绕)的方式，在能够抑制铜损的同时能够以所需要的最小限的尺寸构成变压器。

其次，对变压器的具体的结构例进行说明，该变压器具备具有间隙的闭合磁路型的磁芯。例如，如下所示，使用E型磁芯、U型磁芯等形成变压器的磁回路。

·将两个E型磁芯组合的结构

·将E型磁芯与I型磁芯组合的结构

·将两个U型磁芯组合的结构

·将U型磁芯与I型磁芯组合的结构。

即，采用使磁性体磁芯及间隙为一周而闭合成磁回路的结构，仅I型磁芯这样的开放型的结构除外。

图6～图9是表示将E型磁芯和I型磁芯组合的结构例的图，以磁芯的直线部为共同轴缠绕主绕组，并且使用薄板状或薄膜状导体的初级绕组具有在该共同轴方向以完全包围次级绕组的方式缠绕成辊状的结构。

首先，在图6及图7所示的例子中，具有在E型磁芯的磁芯支柱的直线部缠绕主绕组7M的结构。

图6是表示变压器18的主要部分的分解立体图，表示I型绕组19、初级绕组7p、次级绕组7s、E型磁芯20。另外，图7表示变压器18的剖面结构。

在本例中，在成为E型磁芯20中脚的磁芯支柱20的周围配置有次级绕组7s，在该绕组上，除一对端子21、21之外，在绕组中途的规定位置(例如第2匝)设置检测端子22，并从该检测端子22取出检测电压。

而且，在次级绕组7s的外周隔着绝缘体(参照图7)配置有上述的初级绕组7p。

如图7所示，在用包括磁芯支柱20a的中心轴的平面切断的变压器18的剖面结构中，初级绕组7p的缠绕部分将次级绕组7s的缠绕部分在外侧完全地包围，两绕组都避开磁路的间隙23(在磁芯支柱20a的端部与I型磁芯19之间形成的空隙部)配置。另外，通过在初级绕组7p和次级绕组7s之间设置绝缘体24(绝缘绕线架等)，构成使两者电绝缘的结构。

另外，在图8及图9所示的例子中，与上述结构例相比，初级绕组和次级绕组的配置相反。

图8是表示变压器25的主要部分的分解立体图，表示I型磁芯19、初级绕组7p、次级绕组7s、E型磁芯20。另外，图9表示变压器25的剖面结构。

在本例中，在成为E型磁芯20的中脚的磁芯支柱20a的周围，首先配置初级绕组7p，然后，在其外周隔着绝缘体(参照图9)配置次级绕组7s。然后，从设于次级绕组中途的规定位置(例如第2匝)的检测端子22取出检测电压。

如图9所示，在用包括磁芯支柱20a的中心轴的平面切断的变压器25的剖面结构中，初级绕组7p的缠绕部分将次级绕组7s的缠绕部分在内侧完全包围，两绕组都避开磁路的间隙23配置。另外，在本例中，也通过在初级绕组7p和次级绕组7s之间设置绝缘体24，构成使两者电绝缘的结构。

另外，在图6及图9所示的例子中，对初级绕组7p使用金属平板形成，在其与次级绕组7s之间设置绝缘体，但不限于此，对于初级绕组7p可以列举例如下面所示的构成方式。

·如FPC(挠性印刷线路板)那样，使用富有弯曲性的基材缠绕成筒状的方式。

·使用在薄膜材料(PEN等)上蒸镀了导体的基材进行缠绕的方式

·作为层间的绝缘措施在层间插入绝缘薄膜的方式。

无论哪种方式，对防止粗绕等都是有效的，另外，可谋求充分的层间绝缘。

在以上结构中，虽然表示了从次级绕组7s的检测端子22进行电压检测的例子，但在追加检测用绕组7v进行电压检测的方式中，与初级绕组7p同样，使用薄板状或薄膜状的导体形成检测用绕组。而且，只要在沿磁芯支柱中心轴的方向上，检测用绕组的缠绕部分为以包围次级绕组7s的缠绕部分的长度配置的结构即可。

例如图10所示，列举出在次级绕组7s的外周侧配置检测用绕组7v，从其两端的端子26、26得到检测电压的结构例。另外，端子26、26与图5(A)、(B)相同，在绕组的缠绕方向上相互在相反侧的对角位置形成。

在图10中，虽然表示了如下结构，在磁芯支柱20a的外周配置初级绕组7p，并在其外周配置次级绕组7s，进而在其外周配置检测用绕组7v，并使未图示的绝缘体介于各绕组间，但不限于此，也可以为如下结构，在磁芯支柱20a的周围配置次级绕组7s，并在其外周配置初级绕组7p，进而在其外周配置检测用绕组7v，使绝缘体介于各绕组间。除此以外，如下所述，列举如下构成方式，在次级绕组7s的内周侧配置检测用绕组7v以得到检测电压。

·在磁芯支柱20a的外周配置检测用绕组7v，并在其外周配置初级绕组7p，进而在其外周配置次级绕组7s，使绝缘体介于各绕组间的结构

·在磁芯支柱20的外周配置检测用绕组7v，并在其外周配置次级绕组7s，进而在其外周配置初级绕组7p，使绝缘体介于各绕组间的结构。

如上所说明，为了极力避免构成主绕组的初级绕组和次级绕组的耦合的疏密状态，即极力避免在耦合系数的分布倾向上产生偏差或不均匀性，初级绕组使用薄板状或薄膜状导体，其与筒状有关，且需要使该缠绕部具有足以达到完全包围次级绕组的缠绕部的长度。而且，在避开磁路的间隙的位置，将初级绕组及次级绕组缠绕于共同的磁芯支柱周围。

在将上述结构的变压器用于例如图1所示的电路结构的情况下，由开关元件5H、5L的驱动控制进行直流-交流转换，将由包括电容器8的串联谐振电路产生的初级电压用变压器7升压，对放电灯10进行电力供给。变压器7兼具有对放电灯10进行电力传送的功能、以及用于向放电灯10供给启动用信号的始动功能。

利用设于变压器7的次级绕组7s中途的检测端子或检测用绕组7v得到准确的检测电压，将该检测电压送向控制装置6。在该装置的控制下，在直流-交流转换电路3中进行从直流输入向交流的转换及升压而进行放电灯10的电力控制，并且，在放电灯10始动时，由启动电路4产生启动用信号，并经由变压器7的主绕组7M施加给放电灯10。

Claims (4)

1.一种变压器，具备：具有间隙的闭合磁路型磁芯、包括初级绕组和次级绕组的主绕组、以及设于次级绕组的中途的检测端子或者作为与主绕组不同的绕组追加的检测用绕组，其特征在于，上述初级绕组及次级绕组以上述磁芯的相同磁芯支柱为中心轴缠绕在除了上述间隙的部分的磁芯支柱的周围，并且，上述初级绕组使用薄板状或薄膜状的导体形成，在沿上述磁芯支柱的中心轴的方向上，上述初级绕组的缠绕部分以包围上述次级绕组的缠绕部分的长度配置。

2.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，上述检测用绕组使用薄板状或薄膜状的导体形成，在沿上述磁芯支柱的中心轴的方向上，上述检测用绕组的缠绕部分以包围上述次级绕组的缠绕部分的长度配置。

3.如权利要求1或权利要求2所述的变压器，其特征在于，设于上述初级绕组或上述检测用绕组上的一对端子相对该绕组的缠绕方向形成于相互相反侧的对角位置上。

4.一种放电灯点亮装置，具备：直流-交流转换电路，其包括具有向放电灯传送电力功能的变压器，接受直流输入电压进行交流转换，而将该变压器的输出供给所述放电灯；以及用于将启动用信号供给放电灯的启动电路，其特征在于，上述变压器具备：具有间隙的闭合磁路型磁芯、包括初级绕组和次级绕组的主绕组、以及设于次级绕组的中途的检测端子或者作为与主绕组不同的绕组追加的放电灯的电压检测用绕组，其中，上述初级绕组及次级绕组以上述磁芯的相同磁芯支柱为中心轴缠绕在除了上述间隙的部分的磁芯支柱的周围，并且，上述初级绕组使用薄板状或薄膜状的导体形成，在沿上述磁芯支柱的中心轴的方向上，上述初级绕组的缠绕部分以包围上述次级绕组的缠绕部分的长度配置。

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