JP2000340385A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

放電灯点灯装置

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JP2000340385A JP11147193A JP14719399A JP2000340385A JP 2000340385 A JP2000340385 A JP 2000340385A JP 11147193 A JP11147193 A JP 11147193A JP 14719399 A JP14719399 A JP 14719399A JP 2000340385 A JP2000340385 A JP 2000340385A
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俊朗 中村
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】定常時に安定点灯している時には略境界モード
で動作することを前提とし、電源インピーダンスが高い
場合においても安定なスイッチング動作を可能とし、か
つ、スイッチング素子に過大な電流が流れないようにし
たDC−DC変換回路を有する放電灯点灯装置を提供す
る。 【解決手段】DC−DC変換回路を出力調整手段として
有する放電灯点灯装置において、定常時に安定点灯して
いる時には、スイッチング素子がオンからオフした後、
インダクタないしトランスの電流が略ゼロに達したとき
にスイッチング素子が再びオンするような境界モードで
動作させると共に、スイッチング素子のオン時間とオフ
時間にそれぞれ上限と下限を設定した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は直流電源から放電灯
が必要とする電圧に変換するDC−DC変換回路を有
し、変換された電力により放電灯を安定点灯させる放電
灯点灯装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図27に放電灯点灯装置の従来例を示
す。この放電灯点灯装置は、直流電源としての整流平滑
回路11の出力電圧から放電灯5を安定点灯させるため
に必要な電圧にまで降圧するバックコンバータ構成のD
C−DC変換回路2と、それによって得られた直流電圧
より放電灯5に交番電圧を供給するためのインバータ回
路3、及び、消灯状態の放電灯5を始動させるために高
電圧を印加させるための始動回路4からなる。バックコ
ンバータ構成のDC−DC変換回路2は、整流平滑回路
11の出力端子12に接続されたスイッチング素子2
2、インダクタ211、コンデンサ24の直列回路と、
インダクタ211の回生電流をコンデンサ24に放出す
るためのダイオード23から構成されている。
【0003】図27の放電灯点灯装置の出力は主にDC
−DC変換回路2で調整され、この従来例では、ランプ
電流、ランプ電圧をDC−DC変換回路2の出力端で検
出し、電力指令値発生回路601から出力される電力指
令値に基づいて、ランプ電圧の検出値に応じたランプ電
流の制御目標値を電流指令値演算部602で演算し、フ
ィードバック制御を行っている。DC−DC変換回路2
を構成するバックコンバータのスイッチング素子22の
オン・オフ制御信号は誤差増幅器603の出力と三角波
発振器604の出力をコンパレータ605で比較する三
角波比較方式により得ており、スイッチング信号は周波
数一定でデューティ可変により出力調整を行うPWM信
号となる。
【0004】図27の放電灯点灯装置は主として、ラン
プ電圧の変動範囲が直流電源11の電圧より低い場合の
従来例であるが、ランプ電圧が電源電圧に比べて低い条
件から高い条件まで変動する場合の従来例として、出力
制御回路6の構成はそのままで、図28のようにDC−
DC変換回路2の構成がフライバックコンバータとなっ
た例がある。このフライバックコンバータでは、スイッ
チング素子22がオンすると、直流電源1からトランス
21の1次巻線に電流I1が流れて、トランス21にエ
ネルギーが蓄積される。スイッチング素子22がオフす
ると、トランス21の蓄積エネルギーによる逆起電力に
よりダイオード23がオンとなり、2次巻線からコンデ
ンサ24に電流I2が流れて、出力コンデンサ24が充
電される。スイッチング素子22のオン期間とオフ期間
を制御することにより、出力コンデンサ24の電圧は直
流電源1の電源電圧に比べて低い条件から高い条件まで
変化させることができる。同様の機能を実現する昇降圧
コンバータとして、バックブーストコンバータ(極性反
転型チョッパー回路)がある。
【0005】図27、図28の放電灯点灯装置では、ス
イッチング周波数が一定であるため、回路定数、電源条
件、負荷条件によってインダクタ211あるいはトラン
ス21の電流がゼロである期間を有する不連続モード動
作と、電流がゼロにならない条件でスイッチング動作を
行う連続モード動作がある。不連続モード動作では、電
流がゼロになる期間が存在するため、DC−DC変換回
路2でのスイッチング電流のピークが増大し、それによ
り効率が低下する。連続モード動作では、直流電流が重
畳するため、効率の低下を招く。
【0006】そこで、図29に示す特許第286030
4号の電源装置の例では、トランス21の電流を連続モ
ードと不連続モードの境界で動作させる(以下「境界モ
ード動作」)従来例を示している。スイッチング素子2
2の制御回路7は、1次電流検出用の抵抗720、オン
・オフ制御用フリップフロップ722、コンパレータ7
24、トランス21の電流がゼロになったことを検出す
る減磁検出回路726を備えている。Irは電流源、C
rはコンデンサ、Rrは放電用抵抗、S1は放電スイッ
チである。この回路では、スイッチング素子22がオン
のとき、抵抗720により検出される1次電流I1の大
きさとコンデンサCrの充電電圧Vrの大小関係で決ま
る所定の時間の経過後、コンパレータ724によりフリ
ップフロップ722がリセットされて、スイッチング素
子22がオフし、トランス21の2次側に吐き出される
電流がゼロになった時点で減磁検出回路726によりフ
リップフロップ722がセットされて、スイッチング素
子22が再度オンするように動作する。このため、スイ
ッチング素子22のオン・オフ制御信号は周波数、デュ
ーティともに可変となるような動作となっている。この
ようなスイッチング動作はすでに既知のものである。
【0007】一方、負荷が放電灯である場合、負荷電圧
が大幅に変動するので、周波数変動が広範囲に及ぶのを
防止するため、図30に示す特表平10−511220
号では、DC−DC変換回路がバックコンバータ構成で
あるという前提条件において、スイッチング素子22の
オフ期間の最大値/最小値を固定した従来例を示してい
る。始動直後のようにランプ温度が低いためランプ電圧
が低い状態では境界モード動作を行うと、スイッチング
素子がオンの時にインダクタに蓄えられた磁気エネルギ
ーが電流として負荷側に放出されるのに要する時間が長
くなる。これによって等価的にスイッチング周波数が低
下し、可聴域に入るのをオフ時間最大値の固定によっ
て、強制的に連続モード動作に移行させて、スイッチン
グ周波数の大幅な低下を防止するものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図30の従来例では、
DC−DC変換回路がバックコンバータ構成であるが、
これがフライバックコンバータ構成であると、負荷電圧
が大幅に変動するような放電灯負荷において、特に、始
動直後のようにランプ温度が低いためランプ電圧が低い
場合、トランスの磁気エネルギーが負荷側ヘ吐き出され
る時間が長く、周波数が極端に低下し、同一電力を負荷
に送る場合でも電流ピークが上昇し、損失やトランスの
磁気飽和を招く恐れがある。
【0009】加えて、図29、図30の従来例では、電
源インピーダンスが高い場合に、インダクタあるいはト
ランスの電流が所定値まで上昇せず、スイッチング素子
がオフしない可能性がある。
【0010】また、スイッチング素子のオンタイミン
グ、オフタイミングを決定するために、それぞれ別の検
出点から信号を得ており、入力端子数が増加するという
問題がある。スイッチング素子の電流を抵抗で検出する
構成では、部品数の増大と、検出抵抗の損失増加が問題
となる。このため、スイッチング素子の電圧降下を電流
検出値として検出する手法も既知であるが、スイッチン
グ素子のオン電圧のばらつきや温度特性を考慮すると、
スイッチング素子容量やトランス、インダクタの飽和防
止のための最大電流保護の点で問題が残る。
【0011】さらに、図30の従来例では、DC−DC
変換回路がバックコンバータ構成であるため、ランプ電
圧が電源電圧より低い場合にしか対応できず、また、電
源インピーダンスが高い場合に、インダクタ電流が所定
値まで上昇せず、スイッチング素子がオフしない可能性
がある。また、この例では、最大オフ時間の固定値は、
電源電圧の下限を基準で設定した場合、インダクタの定
数、電源電圧の変動幅、安定点灯時のランプ電圧の変動
範囲によっては、電源電圧が低く、ランプ電圧が低い条
件で境界モード動作が実現できない可能性がある。
【0012】本発明は、定常時に安定点灯している時に
は略境界モードで動作することを前提とし、良好なスイ
ッチング動作が得られ、スイッチング素子に過大な電流
が流れないようなDC−DC変換回路を有する放電灯点
灯装置を提供することを課題とするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、電源電
圧を放電灯が必要とする電圧に変換するDC−DC変換
回路を備え、少なくとも定常的な安定点灯時では、境界
モード動作でスイッチング素子がオン/オフするように
した放電灯点灯装置において、ランプ温度が低く、ラン
プ電圧が低い時に、トランスやインダクタから負荷側に
電流が吐き出されている期間が長くなり、等価的にスイ
ッチング周波数が低下し、ピーク電流が増大することを
防止するために、スイッチング素子のオフ時間の最大値
を所定値に制限する機能を有しており、上記条件では連
続モード動作でスイッチング素子は駆動される。
【0014】さらに、最大オフ時間の制限値は電源電圧
が低い条件を基準にした場合、定常点灯時では大きい方
がよく、始動直後のようにランプ電圧が低く、連続モー
ド動作時では小さい方がよい。また、連続モードでは電
流が比較的大きい状態でスイッチング動作するため、ス
イッチング損失が比較的大きい。そのため、電源電圧が
高いときや、連続モードでも比較的ランプ電圧が高いと
きなどスイッチングオン期間が短くなる場合は、最大オ
フ期間を大きくし、必要以上にスイッチング周波数が高
くなってスイッチング損失が増加しないようにする。
【0015】特に、ランプの温度が低い状態での始動
(以下「コールドスタート」)において光出力を急速に
立上げる制御を行う場合、低電圧出力で、定常時より過
大な電力をランプに印加することになるので、フライバ
ックコンバータのトランスやバックブーストコンバータ
のインダクタに流れる直流成分が大きい。そこで、最大
スイッチングオフ期間を入出力状態に応じて適宜に調整
することで、必要以上にスイッチング周波数が高くな
り、スイッチング損失が増大することを防止する。
【0016】また、本発明によれば、電源電圧を放電灯
が必要とする電圧に変換するDC−DC変換回路におい
て、スイッチング素子がオンしたときの電流を検出し、
所定の電流ピーク値に達したときにスイッチング素子を
オフする制御を行う場合に、電源インピーダンスが高い
ような場合、スイッチング素子の電流が所定のピーク値
にまで達しないような条件であっても、スイッチング動
作が可能なように、オン時間が所定時間を超えると強制
的にオフする機能を設けた。さらに、スイッチング素子
がオフからオンへ移行するときに発生するリンギングな
どによりスイッチングの不安定現象が現れるのを防止す
るため、すくなくとも誤作動を及ぼすレべルのリンギン
グが発生している期間はオン時間が継続するように制御
する。
【0017】
【発明の実施の形態】図1に本発明の基本的な実施の形
態を示す。図中、1は直流電源、2はDC−DC変換回
路、3はインバータ回路、4は始動回路、5は放電ラン
プ、6は出力制御回路である。DC−DC変換回路2は
フライバックコンバータの構成を有する。直流電源1の
正極はトランス21の1次巻線の一端に接続されてお
り、該1次巻線の他端はスイッチング素子22の一端に
接続されている。スイッチング素子22の他端は1次側
電流検出手段を介して直流電源1の負極に接続されてい
る。直流電源1の負極は回路グランドに接続されてい
る。トランス21の2次巻線の一端は、ダイオード23
のアノードに接続されており、ダイオード23のカソー
ドはコンデンサ24の正極に接続されている。コンデン
サ24の負極は2次側電流検出手段を介してトランス2
1の2次巻線の他端に接続されている。トランス21の
1次巻線と2次巻線は図中の黒丸で示される極性に巻回
されている。スイッチング素子22がオンして、1次側
電流I1が流れているオン期間にはトランス21にエネ
ルギーが蓄積される。スイッチング素子22がオフする
と、トランス21の蓄積エネルギーによる逆起電力によ
りダイオード23がオンとなり、2次側電流I2が流れ
る。これにより、出力コンデンサ24が充電される。
【0018】次に、インバータ回路3はDC−DC変換
回路2のコンデンサ24に充電された直流電圧を交流電
圧に変換するためのフルブリッジインバータ回路であ
り、4個のスイッチング素子とそのドライブ回路31を
備えている。コンデンサ24の正極に接続された第1及
び第2のスイッチング素子は、コンデンサ24の負極に
接続された第3及び第4のスイッチング素子とそれぞれ
直列に接続され、それらの接続点の間に交流電圧が生じ
るように、第1及び第4のスイッチング素子がオンする
期間と第2及び第3のスイッチング素子がオンする期間
とが交番するように制御される。
【0019】次に、始動回路4はインバータ回路3の出
力電圧を受けて、放電灯5が無負荷状態のときには、放
電灯5を起動するための高電圧パルスを発生させるもの
であり、放電灯5が点灯した後は、高電圧パルスの発生
を停止させるように構成されている。なお、放電灯5は
例えば車の前照灯として用いるHIDランプであり、そ
の場合、直流電源1は車載用のバッテリーということに
なる。
【0020】次に、出力制御回路6について説明する。
この放電灯点灯装置は、放電灯5に与える電力をDC−
DC変換回路2の動作により制御している。まず、電力
指令値発生回路601は、DC−DC変換回路2の出力
電力を決定するための電力指令値を発生する。電流指令
値演算部602は電力指令値発生回路601から与えら
れた電力指令値とコンデンサ24の電圧とからDC−D
C変換回路2の出力電流の制御目標となる電流指令値を
演算する。そのために、DC−DC変換回路2のコンデ
ンサ24の電圧は出力電圧検出手段により検出されて、
アンプ607を介して電流指令値演算部602に入力さ
れる。電流指令値演算部602で演算された電流指令値
は、誤差増幅器603の一方の入力となる。誤差増幅器
603の他方の入力には、DC−DC変換回路2の出力
とインバータ回路3の入力の間に設けられた出力電流検
出手段により検出された出力電流がアンプ606を介し
て入力されている。誤差増幅器603では、電流指令値
演算部602から与えられた電流指令値とアンプ606
を介して入力された出力電流の検出値とから1次側ピー
ク電流指令を作成し、コンパレータ610(以下、「C
omp2」)の反転入力端子に入力する。
【0021】DC−DC変換回路2のトランス21の1
次側電流I1の検出値と2次側電流I2の検出値は、出
力制御回路6に入力されている。1次側電流I1の検出
値は、コンパレータComp2の非反転入力端子に入力
されており、その検出値が1次側ピーク電流指令よりも
大きくなると、発振回路608のReset端子にリセ
ット信号を送る。また、2次側電流I2の検出値は、コ
ンパレータ609(以下、「Comp1」)の反転入力
端子に入力されている。コンパレータComp1の非反
転入力端子は回路グランドに接続されている。したがっ
て、2次側電流I2の検出値がゼロになると、コンパレ
ータComp1から発振回路608のSet端子にセッ
ト信号が送られる。発振回路608はセット・リセット
フリップフロップを含んで構成されており、そのQ出力
によりDC−DC変換回路2のスイッチング素子22を
オン・オフ制御する。また、発振回路608には本発明
の特徴である最大オフ時間可変信号発生回路613が接
続されている。
【0022】以下、図1の回路の動作について説明す
る。図1の回路では、出力調整値として働く誤差増幅器
603の出力をトランス21の1次側に流れる電流I1
のピーク指令値とし、この指令値と1次側電流I1の検
出値をコンパレータComp2で比較し、検出値が指令
値を超えると、発振回路608のQ出力はLレベルにな
り、スイッチング素子22をオフさせる。スイッチング
素子22がオフした後、トランス21のエネルギーが全
てに2次側に吐き出され、2次側電流I2がゼロなった
ことをコンパレータComp1で検出し、発振回路60
8の出力をHレベルにし、スイッチング素子22をオン
させる。
【0023】スイッチング素子22のオフ期間は最大オ
フ時間可変信号発生回路613により入出力状態に応じ
て最大オフ時間の制限値を調整するものである。さら
に、スイッチング素子22がオフする瞬間に発生するリ
ンギングなどによりスイッチングの不安定現象が現れる
のを防止するために、少なくとも誤作動を及ぼすレべル
のリンギングが発生している期間はオフ時間が継続する
ようになっている。
【0024】また、発振回路608にはスイッチング素
子22のオン期間を計測するタイマーが内蔵されてお
り、スイッチング素子22のオン期間が予め設定された
最大オン時間を越えると、強制的にスイッチング素子2
2をオフさせるように制御するものである。また、スイ
ッチング素子22がオンする瞬間に発生するリンギング
などによりスイッチングの不安定現象が現れるのを防止
するために、少なくとも誤作動を及ぼすレべルのリンギ
ングが発生している期間はオン期間が継続するようにな
っている。以下、本発明の様々な実施例について説明す
る。
【0025】(実施例1)図2に本発明の実施例1の回
路構成を示す。図2の実施例は、図1の基本構成におけ
る最大オフ時間の制限値可変について、より具体的な実
施例を示したものである。この実施例では、誤差増幅器
603からコンパレータComp2に与えられる1次側
ピーク電流指令を最大オフ時間可変信号として利用して
いる。
【0026】本実施例に用いる発振回路608の構成を
図3に示す。この発振回路608では、電流源Irとコ
ンデンサCrで構成されるタイマーによってスイッチン
グ素子22のオン時間を計測しており、所定のオン時間
に達したか否かをコンパレータComp4で検出する。
また、電流源IsとコンデンサCsで構成されるタイマ
ーによってスイッチング素子22のオフ時間を計測して
おり、所定のオフ時間に達したか否かをコンパレータC
omp3で検出する。
【0027】コンパレータComp1からSet端子に
与えられるセット信号は、コンパレータComp3の基
準電圧を切り換えるために使用され、また、コンパレー
タComp2からReset端子に与えられるリセット
信号は、コンパレータComp4の基準電圧を切り換え
るために使用される。
【0028】コンパレータComp3に入力される基準
電圧は、Set端子がHレベルのとき、すなわち、2次
側電流I2がゼロに戻った後は、固定値Vs1に設定さ
れる。また、Set端子がLレベルのとき、すなわち、
2次側電流I2がゼロに戻っていない期間では、関数器
614から出力される可変値Vs2〜Vs3に設定され
る。この可変値Vs2〜Vs3は、最大オフ時間可変信
号として関数器614に入力されている指令値が大きく
なるほどVs2からVs3へと小さくなり、Vs3で飽
和するような特性となっている。
【0029】コンパレータComp4に入力される基準
電圧は、Reset端子がHレベルのとき、すなわち、
1次側電流I1が所定のピーク値に達した後は、低い方
の基準値Vr1に設定される。また、Reset端子が
Lレベルのとき、すなわち、1次側電流I1が所定のピ
ーク値に達していない期間では、高い方の基準値Vr2
(>Vr1)に設定される。
【0030】ここで、セット・リセットフリップフロッ
プSR−FFがリセットされているものとすると、その
Q出力はLレベルであり、スイッチング素子22はオフ
である。このとき、コンデンサCsと並列に接続された
放電スイッチがオフとなるので、電流源Isによりコン
デンサCsは充電される。コンデンサCsの端子電圧は
コンパレータComp3により基準電圧と比較されてお
り、コンデンサCsの端子電圧が基準電圧に達すると、
セット・リセットフリップフロップSR−FFはセット
されて、そのQ出力はHレベルとなり、スイッチング素
子22はオンとなる。
【0031】このとき、コンデンサCrと並列に接続さ
れた放電スイッチがオフとなるので、電流源Irにより
コンデンサCrは充電される。コンデンサCrの端子電
圧はコンパレータComp4により基準電圧と比較され
ており、コンデンサCrの端子電圧が基準電圧に達する
と、セット・リセットフリップフロップSR−FFはリ
セットされて、そのQ出力はLレベルとなり、スイッチ
ング素子22はオフとなる。以下、同じ動作を繰り返
す。
【0032】2次側電流I2がゼロに戻った後にコンパ
レータComp3に入力される固定値Vs1は、最小オ
フ時間を決定する基準電圧である。コンデンサCsの電
圧が基準電圧Vs1に達していないと、2次側電流I2
がゼロに戻ってもスイッチング素子22を再オンしな
い。また、2次側電流I2がゼロに戻っていない期間で
は、最大オフ時間可変信号に対し、関数器614の特性
で可変値Vs2〜Vs3がコンパレータComp3に基
準電圧として入力され、1次側ピーク電流の指令値が大
きくなるほど、最大オフ時間を短くするようになってい
る。なお、関数器614において、入力側が大きいと
き、基準電圧Vs3(>Vs1)に飽和するような特性
となっているのは、最大オフ時間の下限を規定するもの
である。
【0033】本実施例は特にコールドスタート時におい
ても急速に光出力を立上げるような場合に適している。
すなわち、トランス21の電流が連続モードになるの
は、ランプ電圧が低いときであって、これは、コールド
スタート時において光出力を急速に増加させるために過
大な電力を印加する条件である。このとき、出力を増大
させるために、1次側ピーク電流指令値は定常時に比べ
て大きな値となる。すなわち、連続モード動作となるの
は出力を増大する場合であり、出力を増大するために1
次側ピーク電流指令値を増やした場合に、オン時間の増
加による周波数の低下が起きないように、最大オフ時間
制限値を短くするように制御する。また、最大オフ時間
制限値があまりにも小さくなり過ぎると、2次側へのエ
ネルギー伝達ができなくなり、効率低下を招き、電流が
過大になってしまうので、最大オフ時間制限値には所定
の下限値(Vs3に相当)を設けている。さらに、スイ
ッチングオフの瞬間に発生するリンギングなどによりス
イッチングの不安定現象が現れるのを防止するために、
少なくとも誤作動を及ぼすレベルのリンギングが発生し
ている期間はオフ時間が継続するように、所定の最小オ
フ時間(Vs1に相当)が設けられている。
【0034】また、この発振回路608ではスイッチン
グ素子22のオフ時間だけでなく、オン時間についても
制限機能を持たせている。電源インピーダンスが高い場
合、スイッチング素子22がオンすると、1次側電流I
1が所定の1次側ピーク電流指令値に達しない状態で飽
和し、スイッチング素子22が連続オン状態になってし
まうことがある。これを防止するために、本実施例で
は、所定の最大オン時間の制限が設けられている。ま
た、オン直後の不安定状態からすぐに再オフしてしまう
ような不安定現象の防止のため、所定の最小オン時間が
設けられている。
【0035】すなわち、電流源IrとコンデンサCr、
コンパレータComp4からなるタイマー回路が強制オ
フ信号の入るReset端子からセット・リセットフリ
ップフロップSR−FFのリセット端子Rまでの間に設
けられている。強制オフ信号がReset端子から入力
されたとき、コンデンサCrの電圧が基準電圧Vr1以
下だとスイッチング素子22はオフせず、これにより最
小オン時間を規定している。また、1次側電流I1が所
定の1次側ピーク電流指令値に達しない状態でスイッチ
ング素子22のオン時間が続き、コンデンサCrの電圧
が基準電圧Vr2(>Vr1)に達すると、コンパレー
タComp4が働き、セット・リセットフリップフロッ
プSR−FFをリセットし、強制的にスイッチング素子
22をオフするように動作する。
【0036】なお、図2では最大オフ時間の可変制御に
1次側ピーク電流の指令値を使用したが、出力電流検出
値あるいは出力電流指令値を使用したものでもよい。ま
た、出力電力検出値あるいは出力電力指令値を使用した
ものでもよい。
【0037】(実施例2)図4に本発明の実施例2の回
路構成を示す。図2の実施例ではスイッチング素子22
のオフタイミングとオンタイミングを決定するために、
トランス21の1次側と2次側のそれぞれに電流検出器
が用いられており、回路構成が煩雑であった。また、電
流検出に抵抗を用いると、部品点数増や損失増につなが
る。そこで、図4の構成では、1次側の電流検出にFE
T221のオン電圧を利用し、オン電圧が1次電流ピー
ク指令で指示された所定値になると、FET221がオ
フするように構成している。
【0038】本実施例で用いるスイッチング素子間電圧
検出回路611の具体的な実施例を図5〜図7に例示す
る。図5の回路では、スイッチング素子間電圧、すなわ
ち、FET221のドレイン・ソース間電圧は抵抗Ra
を介してコンパレータComp1の反転入力端子とコン
パレータComp2の非反転入力端子に印加されてい
る。コンパレータComp1の反転入力端子とコンパレ
ータComp2の非反転入力端子は、過大電圧クランプ
用のダイオードDbのアノードと過小電圧クランプ用の
ダイオードDcのカソードに接続されている。ダイオー
ドDbのカソードは所定の電圧Vddに接続されてお
り、ダイオードDcのアノードは回路グランドに接続さ
れている。コンパレータComp1の非反転入力端子に
は基準電圧Vn1が印加されている。この基準電圧はV
dd>Vn1となるように設定されている。
【0039】以下、図5の回路の動作について説明す
る。まず、図4のFET221がオンすると、直流電源
1からトランス21の1次巻線に電流I1が流れる。F
ET221のドレイン・ソース間電圧はドレイン電流に
略比例するので、1次側電流I1に応じた電圧がスイッ
チング素子間電圧として得られる。この電圧を抵抗Ra
を介してコンパレータComp2の非反転入力端子に印
加し、誤差増幅器603の出力(1次側電流ピーク指
令)と比較する。これにより、1次側電流I1が所定の
ピーク指令値に達した時点でFET221をオフさせる
ためのReset信号が得られる。
【0040】次に、FET221がオフすると、トラン
ス21の1次巻線には蓄積エネルギーによる逆起電圧が
直流電源1に重畳される方向に発生するから、トランス
21の2次巻線に電流I2が流れている期間は、FET
221のドレイン・ソース間電圧は直流電源1の電圧よ
りも高くなる。また、トランス21の蓄積エネルギーが
放出されてトランス21の2次巻線の電流I2がゼロに
なると、FET221のドレイン・ソース間電圧は直流
電源1の電圧と略等しくなる。したがって、コンパレー
タComp1の基準電圧Vn1を直流電源1の電圧に応
じた所定値に設定しておけば、2次巻線に流れる電流I
2がゼロになるタイミングを検出することができる。な
お、ダイオードDbはFET221のドレイン・ソース
間電圧が高くなり過ぎる期間に、コンパレータComp
1,Comp2への入力電圧を(Vdd+ダイオードD
bの順方向電圧)にクランプして、コンパレータCom
p1,Comp2を保護するものである。Vdd>Vn
1に設定しておけば、コンパレータComp1の動作に
影響を与えることはない。
【0041】次に、図6の回路構成について説明する。
図6の回路では、スイッチング素子間電圧、すなわち、
FET221のドレイン・ソース間電圧は、コンデンサ
Caを介してコンパレータComp1の反転入力端子に
印加されると共に、抵抗Raを介してコンパレータCo
mp2の非反転入力端子に印加されている。コンパレー
タComp1の反転入力端子は、過大電圧クランプ用の
ダイオードDb1のアノードと過小電圧クランプ用のダ
イオードDc1のカソードに接続されている。コンパレ
ータComp2の非反転入力端子は、過大電圧クランプ
用のダイオードDb2のアノードと過小電圧クランプ用
のダイオードDc2のカソードに接続されている。ダイ
オードDb1,Db2のカソードは所定の電圧Vddに
接続されており、ダイオードDc1,Dc2のアノード
は回路グランドに接続されている。ダイオードDb1の
両端には抵抗Rbが並列接続されている。抵抗Rbとコ
ンデンサCaは微分回路を構成しており、FET221
のドレイン・ソース間電圧がΔV低下したことをコンパ
レータComp1により検出できるように、時定数が設
定されている。コンパレータComp1の非反転入力端
子には基準電圧Vn1が印加されている。この基準電圧
はVdd>Vn1となるように設定されている。
【0042】以下、図6の回路の動作について説明す
る。まず、FET221のオン時にFET221のドレ
イン・ソース間電圧に比例する1次側電流I1が所定の
ピーク値に達した時点でコンパレータComp2により
FET221をオフさせる動作については図5の回路と
同様である。次に、FET221がオフすると、トラン
ス21の1次巻線には蓄積エネルギーによる逆起電圧が
直流電源1に重畳される方向に発生するから、トランス
21の2次巻線に電流I2が流れている期間は、FET
221のドレイン・ソース間電圧は直流電源1の電圧よ
りも高くなる。このとき、ダイオード23がオンである
から、トランス21の2次巻線の電圧はコンデンサ24
の電圧に略一致する。したがって、トランス21の1次
巻線の電圧は、その巻数比に相当する所定の電圧とな
る。また、トランス21の蓄積エネルギーが放出されて
トランス21の2次巻線の電流I2がゼロになると、F
ET221のドレイン・ソース間電圧は直流電源1の電
圧と略等しくなる。故に、トランス21の2次側電流I
2がゼロになる前後で、FET221のドレイン・ソー
ス間電圧は急激に低下する。そこで、この電圧変化をコ
ンデンサCaと抵抗Rbよりなる微分回路で検出し、F
ET221のドレイン・ソース間電圧がΔV低下したこ
とを検出できるように、コンパレータComp1の基準
電圧Vn1を設定しておけば、トランス21の2次巻線
に流れる電流I2がゼロになるタイミングを検出するこ
とができる。なお、ダイオードDb1,Db2はFET
221のドレイン・ソース間電圧が高くなり過ぎる期間
に、コンパレータComp1,Comp2への入力電圧
を(Vdd+ダイオードDb1,Db2の順方向電圧)
にクランプして、コンパレータComp1,Comp2
を保護するものである。Vdd>Vn1に設定しておけ
ば、コンパレータComp1の動作に影響を与えること
はない。
【0043】図7の回路においても、スイッチング素子
間電圧、すなわち、FET221のドレイン・ソース間
電圧は、コンデンサCaを介してコンパレータComp
1の反転入力端子に印加されると共に、抵抗Raを介し
てコンパレータComp2の非反転入力端子に印加され
ている。コンデンサCaには図示された極性でダイオー
ドDaが並列接続されている。コンパレータComp1
の反転入力端子は、過大電圧クランプ用のダイオードD
b1のアノードと過小電圧クランプ用のダイオードDc
1のカソードに接続されている。コンパレータComp
2の非反転入力端子は、過大電圧クランプ用のダイオー
ドDb2のアノードと過小電圧クランプ用のダイオード
Dc2のカソードに接続されている。ダイオードDb
1,Db2のカソードは所定の電圧Vddに接続されて
おり、ダイオードDc1,Dc2のアノードは回路グラ
ンドに接続されている。ダイオードDb1の両端には抵
抗Rbが並列接続されている。抵抗RbとコンデンサC
aは微分回路を構成しており、FET221のドレイン
・ソース間電圧がΔV低下したことをコンパレータCo
mp1により検出できるように、時定数が設定されてい
る。コンパレータComp1の非反転入力端子には基準
電圧Vn1が印加されている。この基準電圧はVdd>
Vn1となるように設定されている。
【0044】図7の回路は、図6の回路において、コン
デンサCaと並列にダイオードDaを接続したものであ
り、機能的には、図5の回路と図6の回路の機能を併せ
持つものとなっている。すなわち、FET221が再オ
ンするタイミングは、オフ時のスイッチング素子間電圧
が所定値以下となったとき、あるいは、オフ時のスイッ
チング素子間電圧がΔV低下したときのいずれかのタイ
ミングで、コンパレータComp1の出力が反転し、F
ET221が再オンするように動作する。コンデンサC
aと抵抗Rbは微分回路を構成しており、スイッチング
素子間電圧の低下を検出できる構成となっている。ま
た、コンデンサCaと並列にFET221のドレインに
カソード側を接続されるような極性でダイオードDaが
接続されているので、スイッチング素子間電圧が所定値
以下になったことも検出できる構成となっている。スイ
ッチング素子間電圧検出回路611の構成は、図5〜図
7に例示した実施形態に限定するものではなく、同様な
働きをするものであればなんでもよい。
【0045】(実施例3)本発明の実施例3としてスイ
ッチング素子間電圧検出回路611の構成を図8に示
す。主回路の構成は図4と同様である。スイッチング素
子間電圧、すなわち、FET221のドレイン・ソース
間電圧は、コンデンサCaを介してコンパレータCom
p1の反転入力端子に印加されると共に、抵抗Raとオ
フセット電圧Vofを介してコンパレータComp2の
非反転入力端子に印加されている。コンデンサCaには
図示された極性でダイオードDaが並列接続されてい
る。コンパレータComp1の反転入力端子は、過大電
圧クランプ用のダイオードDb1のアノードと過小電圧
クランプ用のダイオードDc1のカソードに接続されて
いる。コンパレータComp2の非反転入力端子は、過
大電圧クランプ用のダイオードDb2のアノードと過小
電圧クランプ用のダイオードDc2のカソードに接続さ
れている。ダイオードDb1,Db2のカソードは所定
の電圧Vddに接続されており、ダイオードDc1,D
c2のアノードは回路グランドに接続されている。ダイ
オードDb1の両端には抵抗Rbが並列接続されてい
る。抵抗RbとコンデンサCaは微分回路を構成してお
り、FET221のドレイン・ソース間電圧がΔV低下
したことをコンパレータComp1により検出できるよ
うに、時定数が設定されている。コンパレータComp
1の非反転入力端子には基準電圧Vn1が印加されてい
る。この基準電圧はVdd>Vn1となるように設定さ
れている。
【0046】本発明の実施の形態では、DC−DC変換
回路2の出力調整には、1次側ピーク電流指令値を用い
ている。すなわち、ピーク電流指令値が高いほど出力が
大きく、ピーク電流指令値が低いほど出力が小さい。し
かし、前述のように最小オン時間の制限機能が設けられ
ている場合、その最小オン時間の値や、回路定数によっ
ては、負荷短絡条件のように、出力電流は流れている
が、出力電力としては略ゼロである場合、その電流値を
制御できなくなる場合がある。このような負荷条件の場
合において、スイッチングオン時間が最小条件に達して
いる場合の出力調整にはオフ時間を制御する。
【0047】図8ではFET221のオン電圧によって
オフタイミングを検出するための検出部において、オフ
セット電圧Vofを加え、かつ、最大オフ時間の可変を
前述の実施例のように1次側ピーク電流指令値で行う。
これによって1次側ピーク電流指令値がオフセット電圧
Vof以上では主としてオン時間によって出力調整を行
い、それ以下では主としてオフ時間(最大オフ時間)に
よって出力調整が可能となる。
【0048】より具体的な実施の形態として、図9の回
路では、ダイオードDa1,Da2の順方向電圧をオフ
セット電圧Vofとして利用している。また、この実施
例では、FET221のオンタイミングの検出にはコン
デンサCaによるスイッチング素子間電圧の変化量の検
出とダイオードDa1,Da2を介した絶対値の検出の
両方で行うことが可能となっている。以下、詳しく説明
する。スイッチング素子間電圧、すなわち、FET22
1のドレイン・ソース間電圧は、コンデンサCaと抵抗
Raの直列回路を介してコンパレータComp1の反転
入力端子とコンパレータComp2の非反転入力端子に
印加されている。コンデンサCaと抵抗Raの直列回路
には図示された極性でダイオードDa1,Da2の直列
回路が並列接続されている。コンパレータComp1の
反転入力端子とコンパレータComp2の非反転入力端
子は、過大電圧クランプ用のダイオードDbのアノード
と過小電圧クランプ用のダイオードDcのカソードに接
続されている。コンパレータComp1の非反転入力端
子とダイオードDbのカソードは所定の電圧Vddに接
続されており、ダイオードDcのアノードは回路グラン
ドに接続されている。ダイオードDa2のアノードは抵
抗Rbを介して制御用電源電圧Vccによりプルアップ
されている。したがって、FET221がオンしたと
き、コンパレータComp2の非反転入力端子の電位は
FET221のドレイン・ソース間電圧にダイオードD
a1,Da2の順方向オン電圧によるオフセット電圧V
ofを加えた電圧となる。また、抵抗Rb,Raとコン
デンサCaは微分回路を構成しており、FET221の
ドレイン・ソース間電圧がΔV低下したことをコンパレ
ータComp1により検出できるように、時定数が設定
されている。コンパレータComp1の非反転入力端子
に印加されるべき基準電圧Vn1は過大電圧クランプ用
の電圧Vddで兼用されている。
【0049】(実施例4)図10に本発明の実施例4の
回路構成を示す。本実施例では1次側ピーク電流指令値
となる誤差増幅器603の出力に、その上限を規定する
電圧制限回路612を設けたものである。この電圧制限
回路612に入力される制限値を所定値にすることで、
1次側ピーク電流の最大値が制限でき、過大な電流が流
れることを防止できる。しかし、前述の実施例のように
スイッチング素子間電圧検出回路611にダイオードD
a1,Da2などによってオフセット電圧Vofを重畳
させた場合、ダイオードDa1,Da2の順方向オン電
圧のばらつきや、温度特性によって電流制限の効果が減
少してしまう場合がある。
【0050】そこで、図11の実施形態では、電圧制限
回路612の制限値入力にスイッチング素子間電圧検出
回路611で使用されたダイオードDa1,Da2と略
同一特性の素子(ダイオードDa3,Da4)を用い、
その素子電圧を制限値に重畳させることにより、スイッ
チング素子間電圧検出回路611のダイオードDa1,
Da2の順方向オン電圧の変動による影響を相殺してい
る。図中、Vrefは基準電圧であり、これを抵抗R
e,Rfにより分圧し、その分圧電圧にダイオードDa
3,Da4の順方向オン電圧を加えて、電圧制限回路6
12に入力すべき制限値を得ている。抵抗Rdはダイオ
ードDa3のアノード電位を制御用電源電圧Vccによ
りプルアップして、ダイオードDa3,Da4がオン状
態を保つようにしている。
【0051】あるいは、図12の実施形態のように、誤
差増幅器603の出力を所定の制限値Vrefで電圧制
限した後、アッテネータ回路を介して1次電流ピーク指
令値として用いる構成とし、アッテネータ回路において
スイッチング素子間電圧検出回路611で使用されたダ
イオードDa1,Da2と略同一特性の素子(ダイオー
ドDa3,Da4)を用い、その素子電圧が重畳される
ような構成とすることで、スイッチング素子間電圧検出
回路611のダイオードDa1,Da2の順方向オン電
圧の変動による影響を相殺しても良い。アッテネータ回
路は、抵抗Rg,Re,Rf,Rd及びダイオードDa
3,Da4で構成されており、電圧制限回路612の出
力電圧を抵抗Rg,Re,Rfにより分圧し、抵抗Re
の両端に抵抗Rdを介してダイオードDa3,Da4の
直列回路を接続している。コンパレータComp2に入
力される1次電流ピーク指令値は、抵抗Re,Rfの接
続点に得られる電圧にダイオードDa3,Da4の順方
向オン電圧を加算した電圧となる。
【0052】(実施例5)本発明の実施例5としてスイ
ッチング信号の発振回路608の具体例を図13に示
す。基本的な構成は図3に示した発振回路608と同様
である。相違点はオン時間を計測するタイマーに用いる
電流源IrからコンデンサCrに供給される充電電流I
rを電源電圧に応じて可変とした点である。
【0053】図4の回路のように、1次電流ピークをス
イッチング素子のオン電圧で検出する場合、スイッチン
グ素子のオン電圧のばらつきや温度特性に影響され、検
出精度が良くない。そのため、最大オン時間を制限する
ことで、1次側のピーク電流を制限することが有効とな
るが、特に、電源電圧変動が大きいような応用例では、
下限電源電圧で最大オン時間を規定すると、上限の電源
電圧では大き過ぎることになる。そのため、最大オン時
間の制限値を電源電圧によって可変とし、電源電圧が高
いときには最大オン時間が短く、電源電圧が低いときに
は最大オン時間が長くなるような所定の特性で可変とす
ることで、適当な最大オン時間に制限することができ
る。本実施例は、図3に示した発振回路608におい
て、電源電圧によってタイマー回路の充電速度を可変と
することで上記機能を実現しており、最大オン時間の制
限値を電源電圧によって調整することができる。
【0054】(実施例6)本発明の実施例6を図14に
示す。主回路の構成は図10と同様である。本実施例で
は、スイッチング素子のオン期間のスイッチング素子間
電圧(あるいはスイッチング素子電流)のピーク指令値
を始動直後から徐々に所定値まで増加させるものであ
る。指令制限部615は、基準電圧Vrefを抵抗R
l,Rmで分圧して、電圧制限回路612に入力すべき
制限値Vlimを作成する回路であり、スイッチング素
子のオン期間のスイッチング素子間電圧(あるいはスイ
ッチング素子電流)のピーク指令値の制限値を決めてい
る。この値は、DC−DC変換回路2に使用されるスイ
ッチング素子22、トランス21の特性、使用条件など
によって決める。電圧制限回路612は誤差増幅器60
3の出力Veoと指令制限部615の制限値Vlimを
比較して、小さい方の値を出力する。したがって、電圧
制限回路612の出力Vo1の上限は制限値Vlimで
ある。コンパレータComp2の比較入力前段部616
は、抵抗Rg,Re,Rf,Rd、コンデンサC1、ダ
イオードDa3,Da4から構成され、図12に示した
アッテネータ回路において、ダイオードDa3のアノー
ドと回路グランドの間にコンデンサC1を接続したもの
である。このコンデンサC1は抵抗Rd,Re,Rf,
Rgと共に時定数回路を構成しており、コンパレータC
omp2に入力される1次側ピーク電流指令値Vc2の
変化を遅延させる働きがある。すなわち、抵抗Rd,R
e,Rf,Rg、コンデンサC1は、動作開始時にコン
パレータComp2への入力信号Vc2(1次側ピーク
電流指令値)を徐々に立ち上げるためのものである。ダ
イオードDa3,Da4は図10に示したスイッチング
素子間電圧検出回路611のダイオードDa1,Da2
と同等の特性である。なお、動作許可信号がディセーブ
ル時は、コンデンサC1の電荷を放出するように構成し
ている。
【0055】実施例6の各部信号電圧のタイムチャート
(始動直後)を図15に示す。入力電圧Vinが立ち上
がると、制限値VlimがaVに立ち上がる。ほぼ同時
に誤差増幅器603の出力VeoがbVに立ち上がる。
電圧制限回路612は、bV>aVから電圧制限回路6
12の出力Vo1としてaVを出力する。コンパレータ
Comp2の比較入力前段部616は、電圧制限回路6
12の出力Vo1のaVに基づき、CR時定数によって
徐々に出力をcVまで増加させ、コンパレータComp
2へ出力する。cVはaVから所定の割合で減衰させた
値となる(aV>cV)。
【0056】以上の構成により、動作開始時に、スイッ
チング素子のオン期間におけるスイッチング素子間電圧
(あるいはスイッチング素子電流)のピーク指令値を徐
々に所定値まで増加させることが可能になる。このよう
な動作開始時のソフトスタートによって、DC−DC変
換回路2に使用されるスイッチング素子22、トランス
21、ダイオード23などの電気的ストレスを低減する
ことができ、部品の小形化が可能になる。また、従来と
同性能の部品を使用すると、電気的ストレスの低減によ
り信頼性が向上する。
【0057】(実施例7)本発明の実施例7を図16に
示す。主回路の構成は図10と同様である。本実施例で
は、スイッチング素子のオン期間におけるスイッチング
素子間電圧(あるいはスイッチング素子電流)のピーク
指令の最大値を所定値に制限し、始動直後から徐々に所
定値まで増加させるものである。指令制限部615は、
基準電圧Vrefを抵抗Re,Rfで分圧して、電圧制
限回路612に入力すべき制限値Vlimを作成する回
路を備え、スイッチング素子のオン期間のスイッチング
素子間電圧(あるいはスイッチング素子電流)のピーク
指令値の制限値を決めている。この制限値Vlimは、
DC−DC変換回路2に使用されるスイッチング素子2
2、トランス21の特性、使用条件などによって決め
る。本実施例の指令制限部615は、図11に示した回
路において、ダイオードDa3のアノードと回路グラン
ドの間にコンデンサC1を接続したものである。このコ
ンデンサC1は抵抗Rd,Re,Rfと共に時定数回路
を構成しており、電圧制限回路612に入力される制限
値Vlim2の変化を遅延させる働きがある。すなわ
ち、抵抗Rd,Re,Rf、コンデンサC1は、動作開
始時に電圧制限回路612に入力される制限値Vlim
2を徐々に立ち上げるためのものである。ダイオードD
a3,Da4は図10に示したスイッチング素子間電圧
検出回路611のダイオードDa1,Da2と同等の特
性である。なお、動作許可信号がディセーブル時は、コ
ンデンサC1の電荷を放出するように構成している。電
圧制限回路612は誤差増幅器603の出力Veoと指
令制限部615の制限値Vlim2を比較して、小さい
方の値を出力する。したがって、電圧制限回路612の
出力Vc2の上限は制限値Vlim2である。
【0058】実施例7の各部信号電圧のタイムチャート
(始動直後)を図17に示す。入力電圧Vinが立ち上
がると、制御電源電圧VccがdVに立ち上がる。ま
た、制限基準値VlimがaVに立ち上がる。制限値V
lim2は制限基準値VlimのaVに基づきCR時定
数によって徐々にcVまで増加し、電圧制限回路612
へ与えられる。誤差増幅器603の出力VeoがbV
(>cV)であると、電圧制限回路612は制限値Vl
im2の方を出力する。つまり、1次側ピーク電流指令
値Vc2はcVまで徐々に増加する電圧となる。
【0059】以上の構成により、動作開始時に、スイッ
チング素子のオン期間におけるスイッチング素子間電圧
(あるいはスイッチング素子電流)のピーク指令値を徐
々に所定値まで増加させることが可能になる。このよう
な動作開始時のソフトスタートによって、DC−DC変
換回路2に使用されるスイッチング素子22、トランス
21、ダイオード23などの電気的ストレスを低減する
ことができ、部品の小形化が可能になる。また、従来と
同性能の部品を使用すると、電気的ストレスの低減によ
り信頼性が向上する。
【0060】(実施例8)本発明の実施例8を図18に
示す。主回路の構成は図10と同様である。本実施例で
は、スイッチング素子のオン期間のスイッチング素子間
電圧(あるいはスイッチング素子電流)のピーク指令の
最大値を所定値に制限し、始動直後から所定時間、定常
時より制限値を低下させるものである。図中、Vref
は基準電圧であり、これを抵抗Re,Rf,Rnにより
分圧し、抵抗Re,Rfの接続点に得られる制限基準電
圧VlimにダイオードDa3,Da4の順方向オン電
圧を加えて、電圧制限回路612に入力すべき制限値V
lim2を得ている。抵抗Rnの両端にはスイッチが並
列接続されており、このスイッチは動作開始時にはオン
しており、動作開始後、所定時間Tが経過するとオフさ
れる。抵抗RdはダイオードDa3のアノード電位を制
御用電源電圧Vccによりプルアップして、ダイオード
Da3,Da4をオン状態に保つようにしている。ダイ
オードDa3,Da4は図10に示したスイッチング素
子間電圧検出回路611のダイオードDa1,Da2と
同等の特性である。
【0061】図18の指令制限部615は、図11に示
した回路において、抵抗Rfと回路グランドの間に抵抗
Rnを挿入し、動作開始時には抵抗Rnをスイッチで短
絡しておいて、動作開始後、所定時間Tが経過すると該
スイッチを開放して、抵抗Rnが抵抗Rfと直列に接続
されるようにしたものである。この指令制限部615は
スイッチング素子のオン期間におけるスイッチング素子
間電圧(あるいはスイッチング素子電流)のピーク指令
値の制限値を決めており、その制限値は、DC−DC変
換回路2に使用されるスイッチング素子22、トランス
21の特性、使用条件などによって決める。電圧制限回
路612は誤差増幅器603の出力Veoと指令制限部
615の制限値Vlim2を比較して、小さい方の値を
出力する。したがって、電圧制限回路612の出力Vc
2の上限は制限値Vlim2である。
【0062】実施例8の各部信号電圧のタイムチャート
(始動直後)を図19に示す。入力電圧Vinが立ち上
がると、制御電源電圧VccがdVに立ち上がる。ま
た、制限基準値Vlimがa’Vに立ち上がり、所定時
間Tの経過後に、aVに立ち上がる。制限値Vlim2
は制限基準値Vlimのa’V及びaVに基づき、c’
V及びcVをそれぞれ電圧制限回路612へ出力する。
すなわち、始動直後から所定時間Tの間は定常時のcV
より低下させたc’Vを制限値Vlim2として出力す
る。誤差増幅器603の出力VeoがbV(>cV>
c’V)であると、電圧制限回路612は制限値Vli
m2の方を出力する。つまり1次側ピーク電流指令値V
c2として、始動直後から所定時間Tの間は定常時より
低下させたcV’を出力し、その後、cVを出力するこ
とになる。
【0063】以上の構成により、動作開始時に、スイッ
チング素子のオン期間におけるスイッチング素子間電圧
(あるいはスイッチング素子電流)のピーク指令値を段
階的に所定値まで増加させることが可能になる。このよ
うな動作開始時の段階的スタートによって、DC−DC
変換回路2に使用されるスイッチング素子22、トラン
ス21、ダイオード23などの電気的ストレスを低減す
ることができ、部品の小形化が可能になる。また、従来
と同性能の部品を使用すると、電気的ストレスの低減に
より信頼性が向上する。
【0064】(実施例9)本発明の実施例9を図20に
示す。主回路の構成は図1、図2、図4、図9又は図1
0のいずれでも良く、その出力電流検出手段と誤差増幅
器603の間に介在するアンプ606の部分を出力電流
検出部617として詳しく示したものである。出力電流
検出部617は、オペアンプ606よりなる増幅器と、
その入力抵抗Ro、帰還抵抗Rp、帰還コンデンサC
2、オフセット調整用抵抗Rq、信号減衰回路618及
び切替スイッチSから構成される。点灯判別部619は
出力電圧又は出力電流又はその両方などによって、放電
灯5の点灯/消灯を判別し、その判別信号を出力する。
切替スイッチSは点灯判別部619の出力により制御さ
れ、放電灯5の点灯時には、DC−DC変換回路2の出
力電流を抵抗Ro,Rp,Rq及びコンデンサC2から
なるフィルタ回路を有する増幅器で検出した出力を誤差
増幅器603に入力される電流検出値Ilaとし、消灯
時には、電流指令値演算部602から出力される電流指
令値KIlaをk倍(0<k<1)に減衰した信号をダ
ミーの電流検出値Ilaとするように切替制御される。
誤差増幅器603は出力電流検出部617の出力である
電流検出値Ilaと電流指令値演算部602の出力であ
る電流指令値KIlaとから1次側電流のピーク指令値
を演算し出力する。
【0065】本実施例の各部信号電圧のタイムチャート
(始動直後)を図21に示す。始動時から点灯するまで
の消灯期間中には十分な出力電流が流れない。そこで、
消灯時には電流指令値Klaのk倍(0<k<1)の値
を電流検出値Ilaに出力する。点灯直後の電流検出値
Ilaは、b’V(=k×bV)からフィルタ回路の効
果により、徐々に出力電流値aVになる。切替機能のな
い場合の電流検出値Ilaを図中の破線で示しているよ
うに、同じフィルタ回路なら電流検出値Ilaの追従性
が良くない。つまり、出力電流との差が大きい。本実施
例では、切替スイッチSによる電流検出値Ilaの切替
機能を有することにより、消灯時に、電流検出値Ila
に所定値b’V(>0V)を持たすことができ、電流検
出値Ilaの追従性が良くなった。つまり、出力電流と
の差が小さくなった。
【0066】(実施例10)本発明の実施例10を図2
2に示す。本実施例では、出力電圧検出値Vlaを出力
電圧比較器620で所定の最大出力電圧値Vlrと比較
し、出力電圧検出値Vlaが最大出力電圧値Vlrに達
すると、出力電圧比較器620から制限値可変指令Vl
xを出力し、発振回路608の動作状況を変化させて、
出力電圧の過上昇を防止する。これにより、放電灯5が
始動する無負荷状態において、出力電圧が上昇し過ぎる
ことを防止するものである。
【0067】本実施例に用いる発振回路608の構成を
図23に示す。この回路では、スイッチング素子22の
オフ時間を決定するタイマー回路に、上記制限値可変指
令Vlxを作用させることで、Vla≧Vlrの場合、
実質的にスイッチング素子22のオフ時間を略無限大に
することで、出力電圧の上昇を防止するものである。具
体的な手段としては、オフ時間を決定するためのコンデ
ンサCsと並列にスイッチSaを設け、制限値可変指令
Vlxが入力されると、スイッチSaをオンさせて、コ
ンデンサCsの電圧をゼロに保持することで、スイッチ
ング素子22のオフ時間を略無限大とするものである。
【0068】(実施例11)本発明の実施例11を図2
4に示す。本実施例では、所定の最大出力電圧値Vlr
よりも低く、通常点灯時の出力電圧検出値よりも高い範
囲に設定された基準値Vlrpとランプ電圧Vlaを出
力電圧比較器622で比較し、Vla≧Vlrpになっ
た場合には、電圧制限回路612の制限値Vlimを通
常のVlimHよりも低いVlimLに切り換えるよう
にしたものである。
【0069】放電灯5の無負荷時にはコンデンサ24の
出力電圧が上昇するが、先の実施例等で述べたように、
発振回路608の動作を停止させることで、出力電圧が
所定値より上昇することを防止するようにしている。コ
ンデンサ24に蓄積された電荷はインバータ回路3や始
動回路4で徐々に消費されるため、コンデンサ24の両
端電圧、すなわち、出力電圧は低下して行く。出力電圧
が低下し、Vla<Vlrになると、発振回路608は
動作を開始し、出力電圧を再び所定値まで上昇させる。
これは、出力電圧を放電灯5の始動に必要な所定の電圧
に維持するためである。上記Vla<Vlrとなり、発
振回路608が再動作するとき、無負荷状態であるた
め、出力電流はゼロであるから、誤差増幅器603の出
力は最大値になる。これは電圧制限回路612で制限さ
れるが、発振回路608のオン期間が最大になり、1次
側電流I1、2次側電流I2のピーク電流値が不必要に
高くなり、部品のストレスが増加する。
【0070】そこで、本実施例では、所定の最大出力電
圧値Vlrよりも低く、通常点灯時の出力電圧検出値よ
りも高い範囲に設定された基準値Vlrpとランプ電圧
Vlaを出力電圧比較器622で比較し、Vla≧Vl
rpになった場合には、電圧制限回路612の制限値V
limを通常のVlimHよりも低いVlimLに切り
換えるようにしたものである。これにより、無負荷時に
出力電圧を所定値に保つ動作において、発振回路608
のオン期間はVlimLで規制され、1次側電流I1、
2次側電流I2のピーク電流値を適正な値に低減するこ
とができる。したがって、部品ストレスは減少する。
【0071】(実施例12)本発明の実施例12を図2
5に示す。本実施例は先の実施例において、電圧制限回
路612の制限値VlimをVlimHからVlimL
に切り換える動作を連続的に行うようにしたものであ
る。すなわち、出力電圧検出値Vlaに基づいて、制限
値可変回路621が図中に示すように、出力電圧検出値
Vlaの上昇とともに制限値Vlimが低下するよう
に、制限値Vlimを連続的に変化させて、電圧制限回
路612に与える。出力電圧が低いときは、放電灯5が
始動直後であり、出力電流を多く供給するために、制限
値Vlimを大きくしておく。放電灯5が安定点灯状態
である領域では、供給電力を略一定に保つので、出力電
圧が上がると、出力電流が下がる。これに応じて制限値
Vlimも変化させ、1次側電流I1、2次側電流I2
のピーク電流値が何らかの原因で不必要に上昇すること
を防止できる。なお、無負荷状態になった場合には先の
実施例と同様となる。
【0072】また、出力電圧検出値Vlaの低い領域と
高い領域では、図中の制限値可変回路621の特性に示
した点線のように、制限値Vlimを各々略一定値に保
つと更に良い。すなわち、出力電圧検出値Vlaの低い
領域では、制限値Vlimを略一定値に保つことによ
り、ストレスを低減することができ、出力電圧検出値V
laの高い領域では、制限値Vlimを略一定値に保つ
ことにより、スイッチング素子のオン期間の微小化を防
止できる。
【0073】(実施例13)本発明の実施例13を図2
6に示す。本実施例は、無負荷時のオン時間が小さくな
り過ぎないようにしたもので、図26は本実施例に用い
る発振回路608の回路構成を示す。主回路の構成は図
22と同様である。無負荷時に制限値可変指令Vlxが
発振回路608に入力されると、最小オン時間を決定す
るレベルをVr1からVr3に切り換える。ここで、V
r3は、始動直後に必要な電流が得られるオン時間にな
るためのVr3>Vr1という条件と、不必要に大きく
してストレス増加にならないオン時間になるためのVr
3<Vr2という条件、すなわち、Vr1<Vr3<V
r2を満たすように設定される。
【0074】スイッチング素子のオン時間を決定するた
めの1次側電流I1のピーク値検出にはバラツキが存在
する。これは例えば実施例3では、FET221のオン
抵抗のバラツキやスイッチング素子間電圧検出回路61
1の内部の回路定数のバラツキ等である。無負荷時に
は、誤差増幅器603の出力が最大であるため、1次側
ピーク電流指令は、電圧制限回路612により決定され
る。上記バラツキにより、1次側ピーク電流の検出値が
指令値に達するまでの時間は変動する。すなわち、無負
荷時のオン時間は変動する。放電灯5が始動すると、直
ちにDC−DC変換回路2から放電灯5に放電を維持す
るのに十分な出力電流を与えなければならない。もし、
無負荷時にスイッチング素子のオン時間が小さくなり過
ぎると、放電灯5の始動直後に十分な出力電流を得るこ
とができなくなり、放電灯5の始動性能が悪化する。
【0075】そこで、本実施例では、上述のようなバラ
ツキがあっても良好な始動性能を得られるように、無負
荷時に制限値可変指令Vlxが発振回路608に入力さ
れると、最小オン時間を決定するレベルをVr1からV
r3(>Vr1)に切り換えて、始動直後に必要な電流
が得られるように最小オン時間を設定するものである。
【0076】以上の実施例における回路形態は図示され
たものに限定するものではなく、同様の動作を行う他の
回路形態であってもよい。
【0077】
【発明の効果】本発明によれば、DC−DC変換回路を
出力調整手段として有する放電灯点灯装置において、負
荷電圧が大幅に変動するような放電灯負荷では、定常時
に安定点灯している時には、略境界モードで動作するこ
とを前提とし、始動直後のようにランプ温度が低いため
ランプ電圧が低い場合には、トランスあるいはインダク
タの磁気エネルギーを負荷側ヘ吐き出す時間が長く、略
境界モードで動作すると周波数が極端に低下し、同一電
力を負荷に送る場合でも電流ピークが上昇し、損失やト
ランスの磁気飽和が生じることを防止するために、スイ
ッチング素子のオフ時間に上限を設定したので、スイッ
チング素子に過大な電流が流れないようにすることがで
き、また、スイッチング素子のオフ時間に下限を設定し
たので、スイッチング素子がオフした直後のリンギング
などの影響を受けず、良好なスイッチング動作が得られ
る。また、電源インピーダンスが高い場合においても安
定なスイッチング動作を可能とするために、スイッチン
グ素子のオン時間に上限を設定したので、スイッチング
素子がオンし続けることがなく、したがって、スイッチ
ング素子に過大な電流が流れないようにすることがで
き、さらにまた、スイッチング素子のオン時間に下限を
設定したので、スイッチング素子がオンした直後のリン
ギングなどの影響を受けず、良好なスイッチング動作が
得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本構成を示す回路図である。
【図2】本発明の実施例1の全体構成を示す回路図であ
る。
【図3】本発明の実施例1の発振回路の具体例を示す回
路図である。
【図4】本発明の実施例2の全体構成を示す回路図であ
る。
【図5】本発明の実施例2に用いるスイッチング素子間
電圧検出回路の1つの具体例を示す回路図である。
【図6】本発明の実施例2に用いるスイッチング素子間
電圧検出回路の他の具体例を示す回路図である。
【図7】本発明の実施例2に用いるスイッチング素子間
電圧検出回路のさらに他の具体例を示す回路図である。
【図8】本発明の実施例3に用いるスイッチング素子間
電圧検出回路の具体例を示す回路図である。
【図9】本発明の実施例3の全体構成を示す回路図であ
る。
【図10】本発明の実施例4の全体構成を示す回路図で
ある。
【図11】本発明の実施例4に用いる電圧制限回路の周
辺回路の一例を示す回路図である。
【図12】本発明の実施例4に用いる電圧制限回路の周
辺回路の他の一例を示す回路図である。
【図13】本発明の実施例5に用いる発振回路の構成を
示す回路図である。
【図14】本発明の実施例6に用いる電圧制限回路の周
辺回路の一例を示す回路図である。
【図15】本発明の実施例6の動作説明図である。
【図16】本発明の実施例7に用いる電圧制限回路の周
辺回路の一例を示す回路図である。
【図17】本発明の実施例7の動作説明図である。
【図18】本発明の実施例8に用いる電圧制限回路の周
辺回路の一例を示す回路図である。
【図19】本発明の実施例8の動作説明図である。
【図20】本発明の実施例9に用いる出力電流検出部と
その周辺回路の構成を示す回路図である。
【図21】本発明の実施例9の動作説明図である。
【図22】本発明の実施例9の全体構成を示す回路図で
ある。
【図23】本発明の実施例10に用いる発振回路の構成
を示す回路図である。
【図24】本発明の実施例11の全体構成を示す回路図
である。
【図25】本発明の実施例12の全体構成を示す回路図
である。
【図26】本発明の実施例13に用いる発振回路の構成
を示す回路図である。
【図27】従来例1の回路図である。
【図28】従来例2の回路図である。
【図29】従来例3の回路図である。
【図30】従来例4の回路図である。
【符号の説明】
1 直流電源 2 DC−DC変換回路 3 インバータ回路 4 始動回路 5 放電灯 6 出力制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩見 務 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内 Fターム(参考) 3K072 AA11 BA03 BA05 BB01 BB10 DD06 EB01 EB05 EB06 GA02 GB18 GC04 HA10 HB03

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電源と、 該直流電源の電圧を他の電圧に変換するDC−DC変換
    回路を有し、変換された電力を放電灯に印加する電力変
    換回路と、 少なくとも放電灯が定常時に安定点灯している条件で
    は、DC−DC変換回路を構成するスイッチング素子が
    オンからオフした後、インダクタないしトランスの電流
    が略ゼロに達したときにスイッチング素子が再びオンす
    るようなスイッチング制御を行う制御回路とを有する放
    電灯点灯装置において、 スイッチング素子のオフ時間は少なくとも第1の所定時
    間継続し、かつ、第2の所定時間を超えないように制御
    され、スイッチング素子のオン時間は少なくとも第3の
    所定時間継続し、かつ、第4の所定時間を超えないよう
    に制御されることを特徴とする放電灯点灯装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、第1の所定時間は
    少なくともオフ直後のスイッチング素子両端のリンギン
    グ電圧が所定レベル以下に達するまでの時間であって、
    第2の所定時間は入力状態ないし出力状態によって可変
    とされることを特徴とする放電灯点灯装置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2において、スイッチン
    グ素子がオン状態でスイッチング素子間電圧が第1の所
    定電圧に達したときにスイッチング素子を強制的にオフ
    状態に移行し、スイッチング素子がオフ状態でスイッチ
    ング素子間電圧が第2の所定電圧以下になったときある
    いはスイッチング素子間電圧の低下量が第3の所定電圧
    を超えたときにスイッチング素子を強制的にオン状態に
    移行するように制御されることを特徴とする放電灯点灯
    装置。
  4. 【請求項4】 第2の所定時間が出力指令信号又は出
    力検出値によって可変とされることを特徴とする請求項
    1乃至3のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
  5. 【請求項5】 出力電圧が所定電圧を超えている間、
    スイッチング素子のオフ時間を略無限大にするように制
    御されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに
    記載の放電灯点灯装置。
  6. 【請求項6】 スイッチング素子のオン時間が入力状
    態ないし出力状態によって可変とされる第4の所定時間
    を超えないように制御されることを特徴とする請求項3
    乃至5のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
  7. 【請求項7】 前記第4の所定時間が、電源電圧によ
    って可変とされることを特徴とする請求項6に記載の放
    電灯点灯装置。
  8. 【請求項8】 出力が所定値以上では、主としてスイ
    ッチング素子のオン時間を制御することで出力を調整さ
    れ、出力が所定値以下では主としてスイッチング素子の
    オフ時間を制御することで出力を調整されることを特徴
    とする請求項3又は4に記載の放電灯点灯装置。
  9. 【請求項9】 請求項3において、スイッチング素子
    間電圧の検出値に所定のオフセット電圧を重畳すること
    により、出力が所定値以上では、主としてスイッチング
    素子のオン時間を制御することで出力を調整され、出力
    が所定値以下では主としてスイッチング素子のオフ時間
    を制御することで出力を調整されることを特徴とする放
    電灯点灯装置。
  10. 【請求項10】 請求項9において、所定のオフセッ
    ト電圧はダイオードの順方向オン電圧により与えられ、
    該ダイオードと略同一の特性を有するダイオードの順方
    向オン電圧を重畳することにより第1の所定電圧の最大
    値を規定する電圧発生回路を備えることを特徴とする放
    電灯点灯装置。
  11. 【請求項11】 請求項3において、第1の所定電圧
    あるいは第1の所定電圧の最大値の規定量を始動直後か
    ら所定時間は定常値より低下させることを特徴とする放
    電灯点灯装置。
  12. 【請求項12】 請求項3において、第1の所定電圧
    の最大値の規定量を出力電圧が所定値以上では定常時よ
    り低下させることを特徴とする放電灯点灯装置。
  13. 【請求項13】 請求項1において、第3の所定時間
    を出力電圧が所定値以上では定常時より増加させること
    を特徴とする放電灯点灯装置。
  14. 【請求項14】 負荷状態の検出回路がフィルタ機能
    を有するものにおいて、放電灯負荷が消灯している条件
    では、検出回路の出力が所定値を有するように制御する
    回路を有することを特徴とする請求項1乃至13のいず
    れかに記載の放電灯点灯装置。
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