JP2002237394A - Discharge lamp driving device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は圧電トランスを介し
て高圧放電灯を電気駆動する放電灯駆動装置に関する。The present invention relates to a discharge lamp driving apparatus for electrically driving a high pressure discharge lamp via a piezoelectric transformer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】メタルハライドランプ等の高圧放電灯に
は放電灯駆動装置が付設され、高電圧の印加により高圧
放電灯内を絶縁破壊して点灯を開始するとともに、その
後に高圧放電灯に所定の点灯維持用の電力を供給する。
例えば、車両用等に適用が考えられるメタルハライドラ
ンプＤ２Ｓバルブ（フィリップス社）は、発明者らの実
験の結果によれば、点灯開始に１２．６ｋＶp-p 以上、
点灯直後には６５Ｗ、点灯維持に３５Ｗが必要である。
なお、点灯直後に６５Ｗが必要なのは速やかに全光束が
立ち上がるようにするためである。図１０は従来の放電
灯駆動装置の一例を示すもので、バッテリ等の電源８０
１からトランス８０２の一次側巻線８０２１に給電さ
れ、この給電は、ＰＷＭ回路８０３により制御されるト
ランジスタ８０４により断続して行われる。点灯開始用
には、前記トランス８０２の一次側巻線８０２１への給
電によりトランス８０２の二次側巻線８０２２に高電圧
が発生しコンデンサ８０５が充電される。コンデンサ８
０５の充電電圧が所定値を越えると、コンデンサ８０５
に直列に設けられた放電ギャップ８０６および始動用ト
ランス８０７を介して始動用電圧が高圧放電灯９に印加
されて点灯を開始する。2. Description of the Related Art A high-pressure discharge lamp such as a metal halide lamp is provided with a discharge lamp driving device. The application of a high voltage causes dielectric breakdown in the high-pressure discharge lamp to start lighting. Supply power for maintaining lighting.
For example, a metal halide lamp D2S bulb (Philips) that can be applied to a vehicle or the like, according to the results of experiments performed by the inventors, requires 12.6 kV pp or more to start lighting.
65 W is required immediately after lighting, and 35 W is required to maintain lighting.
The reason why 65 W is required immediately after lighting is to ensure that the total luminous flux rises quickly. FIG. 10 shows an example of a conventional discharge lamp driving device.
1 is supplied to the primary winding 8021 of the transformer 802, and the power is supplied intermittently by a transistor 804 controlled by a PWM circuit 803. For starting lighting, a high voltage is generated in the secondary winding 8022 of the transformer 802 by supplying power to the primary winding 8021 of the transformer 802, and the capacitor 805 is charged. Capacitor 8
When the charging voltage of the battery 05 exceeds a predetermined value, the capacitor 805
A starting voltage is applied to the high-pressure discharge lamp 9 through a discharge gap 806 and a starting transformer 807 provided in series with the lamp, and lighting is started.
【０００３】一方、点灯開始後の給電用には、トランス
８０２の別の二次側巻線８０２３に整流回路８０８が設
けられて、バッテリ８０１の直流低電圧を直流高電圧に
変換するＤＣ−ＤＣコンバータを構成し、この直流高電
圧が点灯開始後にインバータ回路８０９により交流に変
換されて所定の周波数にて高圧放電灯９に印加される。On the other hand, for power supply after the start of lighting, a rectifier circuit 808 is provided in another secondary winding 8023 of the transformer 802 to convert a DC low voltage of the battery 801 into a DC high voltage. A high-voltage direct current is converted into an alternating current by an inverter circuit 809 after the start of lighting and applied to the high-pressure discharge lamp 9 at a predetermined frequency.
【０００４】車載バッテリ等の低電圧源により高圧放電
灯を作動せしめるにはトランスが不可欠であるが、図例
のような巻線式のトランスは形状が大きく、十分には低
背化の要請に応え得ない。そこで、発明者らはＰＺＴ等
の圧電作用を利用した圧電トランスに注目した。圧電ト
ランスは近年、パーソナルコンピュータ等の液晶表示装
置にバックライト点灯用の冷陰極管の駆動用として用い
られている。圧電トランスの構造としては、板状の圧電
セラミック体の一方の半部の両面に入力電極を形成して
励振部とし、他方の半部に出力電極を形成して発電部と
したローゼン型のものが広く知られている。A transformer is indispensable for operating a high-pressure discharge lamp by a low-voltage source such as a vehicle-mounted battery. However, a wound-type transformer as shown in the figure has a large shape and is required to be sufficiently low-profile. I can't respond. Therefore, the inventors paid attention to a piezoelectric transformer using a piezoelectric action such as PZT. 2. Description of the Related Art In recent years, a piezoelectric transformer has been used for driving a cold-cathode tube for lighting a backlight in a liquid crystal display device such as a personal computer. The structure of the piezoelectric transformer is a Rosen type one in which an input electrode is formed on both surfaces of one half of a plate-shaped piezoelectric ceramic body to serve as an excitation unit, and an output electrode is formed on the other half of which serves as a power generation unit. Is widely known.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】図１１は低圧放電灯で
ある冷陰極管と高圧放電灯であるメタルハライドランプ
の点灯作動時のインピーダンスの経時変化を示すもの
で、メタルハライドランプは前記Ｄ２Ｓバルブである。
メタルハライドランプは、点灯前には〜１０ＭΩのもの
が〜１０Ωまで低下し、冷陰極管に比して点灯開始前後
のインピーダンスの低下が非常に大きい。FIG. 11 shows the change over time of the impedance during the lighting operation of a cold cathode tube as a low-pressure discharge lamp and a metal halide lamp as a high-pressure discharge lamp. The metal halide lamp is the D2S bulb. .
Before the metal halide lamp is turned on, the lamp having a value of Ｍ10 MΩ is reduced to 低下 10 Ω, and the impedance before and after the start of lighting is greatly reduced compared to a cold cathode tube.
【０００６】このため、次の問題がある。図１２は、圧
電トランスの形状をシミュレーションした結果を示すも
ので、単層のローゼン型圧電トランスについてのもので
ある。負荷のインピーダンスは点灯前はいずれも１５Ｍ
Ωで、点灯後は２０ｋΩ〜２０Ωの範囲で４水準に振っ
て、点灯開始の際には点灯開始に必要な１２．７ｋＶ
p-p を出力し、点灯開始後には６５Ｗ以上を出力し得る
圧電トランスの体積を算出した。点灯前後におけるイン
ピーダンス変化が小さいのは冷陰極管に相当し、点灯前
後におけるインピーダンス変化が大きいのは高圧放電灯
に相当する。算出は電圧Ｖ0 および電力（Ｖ0 Ｉ0 ）を
規定する式（１）、（２）、（３）にしたがった。式
中、Ｉ0 は出力電流、Ｖ0 は出力電圧、ｆは駆動周波
数、ＲL は圧電トランスの接続される負荷のインピーダ
ンス、Ｃ2 は出力容量、Ｖm は振動速度、Ａ2 は圧電ト
ランスの形状等で決まる定数である。Therefore, there is the following problem. FIG.
Also shows the results of simulating the shape of an electric transformer.
So it's about a single-layer Rosen-type piezoelectric transformer
is there. The load impedance is 15M before lighting.
Ω, and after lighting, swing to 4 levels within the range of 20 kΩ to 20 Ω.
Then, at the start of lighting, 12.7 kV necessary for starting lighting
ppCan be output, and 65W or more can be output after the start of lighting.
The volume of the piezoelectric transformer was calculated. Inn before and after lighting
A small change in impedance corresponds to a cold cathode tube,
The high impedance change afterwards is due to the high pressure discharge lamp
Is equivalent to The calculation is based on the voltage V0 and the power (V0I0).
According to the prescribed equations (1), (2) and (3). formula
Where I0 is the output current, V0 is the output voltage, and f is the drive frequency.
Number, RL is the load impedance connected to the piezoelectric transformer
C2 is the output capacity, Vm is the vibration speed, A2 is the piezoelectric
This is a constant determined by the shape of the lance.
【０００７】[0007]
【数１】 (Equation 1)
【０００８】図１２より知られるように、高圧放電灯の
ように点灯前後でインピーダンスの低下が大きいほど圧
電トランスの体格が大きなものが必要になる。これは次
の理由によるものと考えられる。As is known from FIG. 12, a piezoelectric transformer having a larger physical size is required, as in a high-pressure discharge lamp, as the impedance decreases before and after lighting. This is thought to be due to the following reasons.
【０００９】圧電トランスは、負荷が、ＲL ＝１／（ω
Ｃ2 ）で求められる特定のインピーダンスＲL のとき最
大電力を出力し、負荷インピーダンスがＲL から離れる
にしたがって出力電力限界値が低下する特性を有する。
以下、適宜、前記特定のインピーダンスをマッチングイ
ンピーダンスという。したがって、通常、負荷インピー
ダンスが高い場合には、ＲL が高くなるようにＣ2 やω
を小さく設計する。また、負荷インピーダンスが低い場
合には、ＲL が低くなるようにＣ2 やωを大きく設計す
る。In the piezoelectric transformer, the load is RL = 1 / (ω
The maximum power is output at the specific impedance RL determined in C2), and the output power limit value decreases as the load impedance departs from RL.
Hereinafter, the specific impedance is appropriately referred to as a matching impedance. Therefore, when the load impedance is high, C2 and ω are usually set so that RL is high.
Design smaller. When the load impedance is low, C2 and ω are designed to be large so that RL is low.
【００１０】ここで、高圧放電灯のように、点灯開始前
後で、インピーダンスが１５ＭΩから１０〜２０Ωにま
で低下するものに対して、圧電トランスで電力あるいは
電圧を出力する場合を考えると、先ず、点灯開始時のイ
ンピーダンスである１５ＭΩに合わせて設計すると、点
灯開始後に高圧放電灯のインピーダンスが低くなった
際、十分に電力が出力できず、消灯してしまう。また、
逆に点灯開始後のインピーダンスに合わせて設計する
と、点灯開始時に必要な電圧が出力できない。Here, when a power or a voltage is output by a piezoelectric transformer for a high-pressure discharge lamp such as a high-pressure discharge lamp whose impedance decreases from 15 MΩ to 10 to 20 Ω before and after lighting is started, first, If the high-pressure discharge lamp is designed to have an impedance at the start of lighting of 15 MΩ when the impedance of the high-pressure discharge lamp becomes low after the start of lighting, sufficient power cannot be output and the lamp is turned off. Also,
Conversely, if the circuit is designed in accordance with the impedance after the start of lighting, a required voltage cannot be output at the start of lighting.
【００１１】したがって、このような場合にはマッチン
グインピーダンスすなわち１／（ωＣ2 ）で求められる
値が、点灯開始前の高圧放電灯のインピーダンスと、点
灯開始後の高圧放電灯のインピーダンスとの間である数
ｋ〜数十ｋΩになるように、Ｃ2 やωを設定することに
なる。しかしながら、点灯開始時、点灯維持時の高圧放
電灯のインピーダンスが、ともに、このマッチングイン
ピーダンスからずれたものとなるから、圧電トランスの
出力効率は低下する。このため、圧電トランスの体積も
大きくなるものと考えられる。Therefore, in such a case, the matching impedance, that is, the value obtained by 1 / (ωC2), is between the impedance of the high-pressure discharge lamp before the start of lighting and the impedance of the high-pressure discharge lamp after the start of lighting. C2 and ω are set so as to be several k to several tens kΩ. However, since the impedance of the high-pressure discharge lamp at the start of lighting and at the time of maintaining lighting both deviates from this matching impedance, the output efficiency of the piezoelectric transformer decreases. For this reason, it is considered that the volume of the piezoelectric transformer also increases.
【００１２】本発明は前記実情に鑑みなされたもので、
小型で構成簡単な放電灯駆動装置を提供することを目的
とする。The present invention has been made in view of the above circumstances,
An object of the present invention is to provide a discharge lamp driving device which is small in size and simple in configuration.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、高圧放電灯と接続される圧電トランスと、前記圧電
トランスを介して前記高圧放電灯を電気駆動する電気駆
動手段とを具備する放電灯駆動装置において、前記圧電
トランスを、点灯開始時に高圧放電灯に高電圧を印加す
る点灯開始用の圧電トランスと、点灯後に高圧放電灯に
点灯を維持する電力を供給する点灯維持用の圧電トラン
スとで構成し、高圧放電灯が点灯すると点灯開始用の圧
電トランスから点灯維持用の圧電トランスに切り換える
切り換え手段を具備する構成とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a discharge lamp having a piezoelectric transformer connected to a high-pressure discharge lamp, and electric drive means for electrically driving the high-pressure discharge lamp via the piezoelectric transformer. In the electric lamp driving device, the piezoelectric transformer is a lighting-starting piezoelectric transformer that applies a high voltage to the high-pressure discharge lamp at the start of lighting, and a lighting-maintaining piezoelectric transformer that supplies power to maintain the lighting of the high-pressure discharge lamp after lighting. And a switching means for switching from the piezoelectric transformer for starting lighting to the piezoelectric transformer for maintaining lighting when the high-pressure discharge lamp is turned on.
【００１４】点灯開始用の圧電トランスでは高圧放電灯
の絶縁破壊が容易なように高電圧出力可能な形状とし、
点灯維持用の圧電トランスでは効率よく十分な電力を供
給可能な形状とし得るから、全体として無駄がなく圧電
トランスの占める体積を小さくすることができる。[0014] The piezoelectric transformer for starting lighting has a shape capable of outputting a high voltage so that the dielectric breakdown of the high pressure discharge lamp is easy.
The lighting-maintaining piezoelectric transformer can have a shape capable of efficiently supplying a sufficient electric power, so that the volume occupied by the piezoelectric transformer can be reduced without waste as a whole.
【００１５】請求項２記載の発明では、請求項１の発明
の構成において、前記点灯開始用の圧電トランスと前記
点灯維持用の圧電トランスとを前記高圧放電灯に常時接
続し、前記切り換え手段は、点灯開始するまでは、点灯
維持用の圧電トランスの出力インピーダンスが反共振点
となる周波数を中心にその−３％〜＋７％の範囲内の周
波数に前記電気駆動手段の駆動周波数を設定する周波数
切り換え手段により構成する。According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect of the present invention, the lighting-starting piezoelectric transformer and the lighting-maintaining piezoelectric transformer are always connected to the high-pressure discharge lamp. Until the start of lighting, a frequency for setting the drive frequency of the electric drive means to a frequency within a range of -3% to + 7% around a frequency at which the output impedance of the piezoelectric transformer for maintaining lighting is at an anti-resonance point. It is constituted by switching means.
【００１６】点灯開始用の圧電トランスからみたとき、
点灯維持用の圧電トランスは、点灯開始用の圧電トラン
スの負荷として高圧放電灯と並列に接続されており、点
灯開始用の圧電トランスに接続される負荷のインピーダ
ンスを下げ、高圧放電灯への印加電圧を下げる方向に作
用する。この作用は、駆動周波数が、点灯開始の際に
は、点灯維持用の圧電トランスの出力インピーダンスが
反共振点となる周波数若しくはその近傍に設定されるこ
とで抑制され、点灯開始用の圧電トランスが高電圧を出
力することができる。When viewed from the piezoelectric transformer for starting lighting,
The piezoelectric transformer for maintaining lighting is connected in parallel with the high-pressure discharge lamp as a load of the piezoelectric transformer for starting lighting, lowering the impedance of the load connected to the piezoelectric transformer for starting lighting, and applying the load to the high-pressure discharge lamp. Acts in the direction of lowering the voltage. This effect is suppressed when the driving frequency is set at or near the frequency at which the output impedance of the lighting-maintaining piezoelectric transformer is at the anti-resonance point at the start of lighting. High voltage can be output.
【００１７】なお、発明者らが行った実験により得た知
見によれば、前記のごとく前記反共振点となる周波数を
中心にその−３％から＋７％の範囲内になるように設定
することで、点灯開始用圧電トランスが高圧放電灯を確
実に点灯させ得る十分な電圧を出力させることができ
る。According to the knowledge obtained from the experiment conducted by the inventors, as described above, the frequency is set to be in the range of -3% to + 7% around the frequency at the anti-resonance point. Thus, it is possible to output a voltage sufficient for the lighting start piezoelectric transformer to reliably light the high-pressure discharge lamp.
【００１８】請求項３記載の発明では、請求項１の発明
の構成において、前記点灯開始用の圧電トランスと前記
点灯維持用の圧電トランスとを前記高圧放電灯に常時接
続し、前記切り換え手段は、点灯開始するまでは、点灯
維持用の圧電トランスの出力インピーダンスが反共振点
となる周波数よりも高い周波数から前記反共振点となる
周波数に向けて前記電気駆動手段の駆動周波数を掃引す
る周波数切り換え手段により構成する。According to a third aspect of the present invention, in the configuration according to the first aspect of the present invention, the lighting-starting piezoelectric transformer and the lighting-maintaining piezoelectric transformer are always connected to the high-pressure discharge lamp, and the switching means includes: Until the start of lighting, frequency switching for sweeping the drive frequency of the electric drive means from a frequency higher than the frequency at which the output impedance of the piezoelectric transformer for maintaining lighting becomes the anti-resonance point toward the frequency at which the anti-resonance point is obtained. It is constituted by means.
【００１９】反共振点となる周波数に駆動周波数が近づ
くにつれ、点灯維持用圧電トランスの出力インピーダン
スが上昇するため、点灯開始用圧電トランスから容易に
高圧放電灯の点灯に必要な高電圧を出力することがで
き、圧電トランスの製造ばらつき等による個体差を吸収
して点灯開始を安定して行い得る。As the driving frequency approaches the frequency that becomes the anti-resonance point, the output impedance of the lighting-maintaining piezoelectric transformer increases, so that a high voltage necessary for lighting the high-pressure discharge lamp is easily output from the lighting-starting piezoelectric transformer. It is possible to stably start lighting by absorbing individual differences due to manufacturing variations of the piezoelectric transformer.
【００２０】請求項４記載の発明では、請求項２または
３の発明の構成において、前記点灯開始用圧電トランス
は、その入力インピーダンスが共振点となる周波数が、
前記点灯維持用の圧電トランスの出力インピーダンスが
反共振点となる周波数を中心にその−３％〜＋７％の範
囲となる圧電トランスにより構成する。According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration of the second or third aspect, the lighting start piezoelectric transformer has a frequency at which an input impedance of the piezoelectric transformer is at a resonance point.
The piezoelectric transformer for maintaining lighting is constituted by a piezoelectric transformer whose output impedance is in a range of -3% to + 7% around a frequency at which an anti-resonance point is obtained.
【００２１】点灯開始用の圧電トランスをその共振点と
なる周波数で駆動することで、効率よく高電圧を出力す
ることができる。特に、点灯開始用圧電トランスの入力
インピーダンスが、点灯維持用圧電トランスの出力イン
ピーダンスが反共振点となる周波数を中心にその−３％
〜＋７％の範囲になるようにすることで、点灯開始用の
圧電トランスが前記共振点で作動するとき、点灯維持用
圧電トランスが前記反共振点で作動することになるか
ら、点灯開始用圧電トランスから、効率よく、点灯開始
に十分な電圧を出力させることができる。By driving the lighting-starting piezoelectric transformer at a frequency that is the resonance point, a high voltage can be output efficiently. In particular, the input impedance of the lighting-starting piezoelectric transformer is -3% of the frequency where the output impedance of the lighting-maintaining piezoelectric transformer is at an anti-resonance point.
By setting it within the range of + 7%, when the lighting-starting piezoelectric transformer operates at the resonance point, the lighting-maintaining piezoelectric transformer operates at the anti-resonance point. A voltage sufficient for starting lighting can be efficiently output from the transformer.
【００２２】請求項５記載の発明では、請求項２または
３の発明の構成において、前記点灯維持用圧電トランス
を、点灯開始時の点灯維持用圧電トランスの出力インピ
ーダンスが１４０ｋΩ以上の圧電トランスにより構成す
る。According to a fifth aspect of the present invention, in the configuration of the second or third aspect, the lighting-maintaining piezoelectric transformer is configured by a piezoelectric transformer having an output impedance of 140 kΩ or more at the start of lighting. I do.
【００２３】圧電トランスは負荷特性を有しており、負
荷インピーダンスが大きいほど高電圧を出力する。発明
者らの実験によれば、点灯維持用圧電トランスの出力イ
ンピーダンスを１４０ｋΩ以上とすることで、点灯開始
用圧電トランスと点灯維持用圧電トランスとが常時接続
された構成でも、点灯開始用圧電トランスが高圧放電灯
を点灯するのに必要な高電圧を出力する。The piezoelectric transformer has load characteristics, and outputs a higher voltage as the load impedance increases. According to the experiments performed by the inventors, by setting the output impedance of the lighting-maintaining piezoelectric transformer to 140 kΩ or more, even in a configuration in which the lighting-starting piezoelectric transformer and the lighting-maintaining piezoelectric transformer are always connected, the lighting-starting piezoelectric transformer is used. Output the high voltage necessary to light the high pressure discharge lamp.
【００２４】請求項６記載の発明では、請求項１の発明
の構成において、前記点灯開始用圧電トランスは、その
出力電極間に１４０ｋΩの負荷を接続したとき、１２．
７ｋＶp-p 以上の電圧を出力する圧電トランスにより構
成する。According to a sixth aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect of the present invention, when the lighting start piezoelectric transformer has a load of 140 kΩ connected between its output electrodes,
It is composed of a piezoelectric transformer that outputs a voltage of 7 kV pp or more.
【００２５】発明者らが行った実験では、圧電トランス
で高圧放電灯に１２．７ｋＶp-p の電圧を印加すると、
高圧放電灯が絶縁破壊を起こし、点灯を開始せしめるこ
とができることがわかった。前記のごとく、点灯開始用
圧電トランスの共振点の周波数を点灯維持用圧電トラン
スの出力インピーダンスの反共振点の周波数を中心にそ
の−３％〜＋７％の範囲内になるように合わせると、点
灯開始時の点灯開始用圧電トランスの負荷インピーダン
スが１４０ｋΩとすることが可能となるので、１４０ｋ
Ω以上の負荷を接続した際、１２．７ｋＶp-p 以上の電
圧を出力する点灯開始用圧電トランスを用いることで、
点灯開始用圧電トランスと点灯維持用圧電トランスとを
常時接続した構造においても、容易に点灯を開始せしめ
ることができる。In an experiment conducted by the inventors, when a voltage of 12.7 kV pp was applied to a high-pressure discharge lamp with a piezoelectric transformer,
It was found that the high-pressure discharge lamp caused dielectric breakdown and could start lighting. As described above, when the frequency at the resonance point of the lighting-starting piezoelectric transformer is adjusted to be within the range of -3% to + 7% of the frequency at the anti-resonance point of the output impedance of the lighting-maintaining piezoelectric transformer, Since the load impedance of the lighting start piezoelectric transformer at the start can be 140 kΩ,
By using a lighting start piezoelectric transformer that outputs a voltage of 12.7 kV pp or more when a load of Ω or more is connected,
Lighting can be easily started even in a structure in which the lighting start piezoelectric transformer and the lighting maintaining piezoelectric transformer are always connected.
【００２６】請求項７記載の発明では、請求項１の発明
の構成において、前記点灯維持用圧電トランスは、その
出力部に１０Ωの負荷を接続したとき、６５Ｗ以上の電
力を出力する圧電トランスにより構成する。According to a seventh aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect of the present invention, the lighting-maintaining piezoelectric transformer is a piezoelectric transformer that outputs power of 65 W or more when a load of 10 Ω is connected to its output section. Constitute.
【００２７】高圧放電灯を自動車のヘッドライトに適用
した場合、４秒以内に定常点灯時の８０％の全光束を出
力することが要求される。発明者らが行った実験により
得た知見では、前記８０％の全光束が出力されるまでの
時間は、点灯開始後の出力電力に依存し、点灯開始直後
に高圧放電灯のインピーダンスが約１０Ωに低下した時
に、点灯維持用圧電トランスから６５Ｗ以上の電力が出
力されると、４秒以内に定常点灯時の８０％以上の全光
束を出力することが可能である。したがって、点灯維持
用圧電トランスを、約１０Ωの負荷をつけたときに６５
Ｗ以上を出力する圧電トランスとすることで、前記自動
車用として好適に適用することができる。When a high-pressure discharge lamp is applied to a headlight of an automobile, it is required to output a total luminous flux of 80% in a steady state within 4 seconds. According to the knowledge obtained by the experiments performed by the inventors, the time until the total luminous flux of 80% is output depends on the output power after the start of lighting, and immediately after the start of lighting, the impedance of the high-pressure discharge lamp is about 10Ω. When the power of 65 W or more is output from the lighting-maintaining piezoelectric transformer when the power is reduced to 80%, it is possible to output 80% or more of the total luminous flux of the normal lighting within 4 seconds. Therefore, when the lighting maintenance piezoelectric transformer is loaded with a load of about 10Ω,
By using a piezoelectric transformer that outputs W or more, the piezoelectric transformer can be suitably applied to the automobile.
【００２８】請求項８記載の発明では、請求項１の発明
の構成において、前記点灯開始用の圧電トランスの出力
電極から、前記点灯維持用の圧電トランスの出力電極と
の接続点に到る通電線の途中に放電ギャップを設けて、
該放電ギャップを介して前記高圧放電灯に電圧を印加す
る構成とする。According to the invention of claim 8, in the configuration of the invention of claim 1, the communication from the output electrode of the piezoelectric transformer for starting lighting to the connection point with the output electrode of the piezoelectric transformer for maintaining lighting is performed. Provide a discharge gap in the middle of the wire,
A voltage is applied to the high-pressure discharge lamp through the discharge gap.
【００２９】点灯開始用の圧電トランスからみたとき、
点灯維持用の圧電トランスは、点灯開始用の圧電トラン
スの負荷として高圧放電灯と並列に接続されており、点
灯開始用の圧電トランスの負荷のインピーダンスを下
げ、高圧放電灯への印加電圧を下げる方向に作用する。
放電ギャップを設けることで、点灯開始の際に、点灯開
始用の圧電トランスの負荷のインピーダンスを大きく
し、高圧放電灯を絶縁破壊可能な十分に高い電圧を、点
灯開始用の圧電トランスが出力可能とする。When viewed from the piezoelectric transformer for starting lighting,
The lighting maintenance piezoelectric transformer is connected in parallel with the high pressure discharge lamp as a load of the lighting start piezoelectric transformer, and lowers the impedance of the lighting start piezoelectric transformer load and lowers the voltage applied to the high pressure discharge lamp. Acts in the direction.
By providing a discharge gap, when starting lighting, the impedance of the load of the piezoelectric transformer for starting lighting is increased, and the piezoelectric transformer for starting lighting can output a voltage high enough to cause dielectric breakdown of the high-pressure discharge lamp. And
【００３０】これにより、点灯の際には、機械的なスイ
ッチ手段を用いずに点灯開始用の圧電トランスに切り換
えることができる。機械的なスイッチ手段を用いないの
で構成が簡単であり、作動上の信頼性も高くなる。Thus, at the time of lighting, it is possible to switch to the piezoelectric transformer for starting lighting without using mechanical switch means. Since no mechanical switch means is used, the configuration is simple, and the operational reliability is high.
【００３１】しかも、放電ギャップにより点灯開始用の
圧電トランスに接続される負荷のインピーダンスが高く
なるので、その分、前記点灯維持用の圧電トランスとし
て、その出力インピーダンスが低いものを用い得る。In addition, since the impedance of the load connected to the lighting-starting piezoelectric transformer increases due to the discharge gap, a low-impedance output transformer can be used as the lighting-maintaining piezoelectric transformer.
【００３２】[0032]
【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１に本発明の
放電灯駆動装置の構成を示す。放電灯駆動装置１により
駆動される高圧放電灯２にはメタルハライドランプが用
いられる。放電灯駆動装置１は駆動回路１３１と圧電ト
ランス１２ａ，１２ｂとを備えており、駆動回路１３１
から圧電トランス１２ａ，１２ｂを介して所定の振幅の
交流で高圧放電灯２に給電する。圧電トランス１２ａ，
１２ｂは、駆動回路１３１と高圧放電灯２の間に並列に
接続されている。一方の圧電トランス１２ａは高圧放電
灯２の点灯開始用のもので、他方の圧電トランス１２ｂ
は点灯開始後の点灯維持用のものである。圧電トランス
１２ａ，１２ｂは、それぞれ一般的なローゼン型の構成
で、板状の圧電セラミック体１２０ａ，１２０ｂの一方
の半部の両面に入力電極１２１ａ，１２１ｂを形成して
励振部とし、他方の半部に出力電極１２２ａ，１２２ｂ
を形成して発電部としてある。両圧電トランス１２ａ，
１２ｂの出力電極１２２ａ，１２２ｂは常時、高圧放電
灯２と接続されており、両圧電トランス１２ａ，１２ｂ
の間で、高圧放電灯２と接続されるものを切り換える機
械的なスイッチ手段は設けられていない。(First Embodiment) FIG. 1 shows the structure of a discharge lamp driving device according to the present invention. As the high-pressure discharge lamp 2 driven by the discharge lamp driving device 1, a metal halide lamp is used. The discharge lamp driving device 1 includes a driving circuit 131 and piezoelectric transformers 12a and 12b.
To the high pressure discharge lamp 2 through the piezoelectric transformers 12a and 12b with an alternating current having a predetermined amplitude. The piezoelectric transformer 12a,
12 b is connected in parallel between the drive circuit 131 and the high-pressure discharge lamp 2. One piezoelectric transformer 12a is for starting lighting of the high-pressure discharge lamp 2, and the other piezoelectric transformer 12b
Is for maintaining lighting after the start of lighting. Each of the piezoelectric transformers 12a and 12b has a general Rosen-type configuration, in which input electrodes 121a and 121b are formed on both surfaces of one half of plate-like piezoelectric ceramic bodies 120a and 120b to form an excitation unit, and the other half. Output electrodes 122a, 122b
To form a power generation unit. Both piezoelectric transformers 12a,
The output electrodes 122a and 122b of the piezoelectric transformer 12b are always connected to the high-pressure discharge lamp 2, and both the piezoelectric transformers 12a and 12b
, There is no mechanical switch means for switching between those connected to the high-pressure discharge lamp 2.
【００３３】駆動回路１３１は、これとともに電気駆動
手段１３を構成する電圧制御発振器１３２の発振信号を
入力としており、発振信号を増幅する増幅器等からな
る。電圧制御発振器１３２の発振周波数を規定する電圧
を発生する第１の設定回路１４１、第２の設定回路１４
２、および制御回路１４３を備えている。第１、第２の
設定回路１４１，１４２は出力電圧が固定で、制御回路
１４３は出力電圧が可変である。いずれの出力電圧が電
圧制御発振器１３２に入力するかは、これら設定回路１
４１，１４２、制御回路１４３とともに切り換え手段１
４を構成する切り換え回路１４０によりなされる。The drive circuit 131 receives the oscillation signal of the voltage controlled oscillator 132 constituting the electric drive means 13 as an input, and comprises an amplifier for amplifying the oscillation signal. First setting circuit 141 and second setting circuit 14 for generating a voltage defining the oscillation frequency of voltage controlled oscillator 132
2 and a control circuit 143. The output voltages of the first and second setting circuits 141 and 142 are fixed, and the output voltage of the control circuit 143 is variable. Which output voltage is input to the voltage controlled oscillator 132 is determined by the setting circuit 1
41, 142, switching means 1 together with control circuit 143
4 is performed by the switching circuit 140 which constitutes the control circuit 4.
【００３４】高圧放電灯２には直列に抵抗値の比較的小
さな抵抗器１５１が接続されて、この両端間電圧に基づ
いて電流測定器１５２が電流を測定するようになってお
り、電流測定信号が切り換え回路１４０に入力してい
る。切り換え回路１４０では、電流測定信号が予め設定
したしきい値を越えたことから、高圧放電灯２に電流が
流れ始めこと、すなわち点灯の開始が知られる。A resistor 151 having a relatively small resistance is connected in series to the high-pressure discharge lamp 2, and the current measuring device 152 measures the current based on the voltage between both ends. Are input to the switching circuit 140. In the switching circuit 140, it is known that the current starts to flow through the high-pressure discharge lamp 2, that is, the start of lighting, since the current measurement signal exceeds the preset threshold value.
【００３５】また、前記抵抗器１５１の両端間電圧は高
圧放電灯２の両端間電圧とともに電力測定器１５３に入
力しており、電力測定器１５３が高圧放電灯２への供給
電力を測定し、電力測定信号が切り換え回路１４０およ
び制御回路１４３に入力している。The voltage between both ends of the resistor 151 is input to the power measuring device 153 together with the voltage between both ends of the high-pressure discharge lamp 2, and the power measuring device 153 measures power supplied to the high-pressure discharge lamp 2, The power measurement signal is input to the switching circuit 140 and the control circuit 143.
【００３６】切り換え回路１４０は、高圧放電灯２の点
灯開始の際には、第１の設定回路１４１と電圧制御発振
器１３２とを接続し、駆動周波数をｆ0 とする。そし
て、駆動回路１３１からの駆動電圧により高圧放電灯２
の電極間に絶縁破壊が生じて電流が流れ始め、電流測定
信号が前記しきい値を越えると、第２の設定回路１４２
と電圧制御発振器１３２とを接続し、駆動周波数をｆ1
とする。そして、電力測定信号が予め設定したしきい値
を越えると、制御回路１４３と電圧制御発振器１３２と
を接続し、駆動周波数をｆ2 とする。The switching circuit 140 connects the first setting circuit 141 and the voltage-controlled oscillator 132 when the high pressure discharge lamp 2 starts lighting, and sets the driving frequency to f0. The high-pressure discharge lamp 2 is driven by the drive voltage from the drive circuit 131.
When the current starts to flow due to breakdown between the electrodes and the current measurement signal exceeds the threshold value, the second setting circuit 142
And the voltage controlled oscillator 132, and the driving frequency is set to f1
And When the power measurement signal exceeds a preset threshold value, the control circuit 143 and the voltage controlled oscillator 132 are connected, and the driving frequency is set to f2.
【００３７】ここで、駆動周波数ｆ2 は可変である。制
御回路１４３は、駆動周波数ｆ2 を規定する出力電圧
を、後述する電力測定信号から知られる電力が予め設定
した電力値になるように増減する。増減値は例えば予め
出力電力の周波数特性を実験等で求めておき、これに基
づいて設定することができる。Here, the driving frequency f2 is variable. The control circuit 143 increases or decreases the output voltage defining the drive frequency f2 such that the power known from the power measurement signal described later becomes a preset power value. The increase / decrease value can be set based on, for example, the frequency characteristics of the output power determined in advance by experiments or the like.
【００３８】図２に、点灯開始用圧電トランス１２ａの
入力電極１２１ａ間のインピーダンス（以下、入力イン
ピーダンスという）および点灯維持用圧電トランス１２
ｂの入力電極１２１ｂと出力電極１２２ｂの間のインピ
ーダンス（以下、出力インピーダンスという）の周波数
特性を示す。圧電トランス１２ａ，１２ｂに、点灯開始
前の高圧放電灯２のインピーダンス相当の負荷が接続さ
れたときのものである。各圧電トランス１２ａ，１２ｂ
のインピーダンスは共振点（インピーダンス最小点）と
反共振点（インピーダンス最大点）とを有している。駆
動周波数ｆ0 は点灯開始用の圧電トランス１２ａの共振
点に設定される。FIG. 2 shows the impedance between the input electrodes 121a of the lighting start piezoelectric transformer 12a (hereinafter referred to as input impedance) and the lighting maintaining piezoelectric transformer 12a.
4B shows frequency characteristics of the impedance between the input electrode 121b and the output electrode 122b (hereinafter referred to as output impedance). This is when the load corresponding to the impedance of the high-pressure discharge lamp 2 before the start of lighting is connected to the piezoelectric transformers 12a and 12b. Each piezoelectric transformer 12a, 12b
Has a resonance point (minimum impedance point) and an anti-resonance point (maximum impedance point). The drive frequency f0 is set to the resonance point of the piezoelectric transformer 12a for starting lighting.
【００３９】また、点灯維持用圧電トランス１２ｂは反
共振点の周波数が点灯開始用圧電トランス１２ａの共振
点と略一致するように構成されている。The lighting-maintaining piezoelectric transformer 12b is configured such that the frequency at the anti-resonance point substantially matches the resonance point of the lighting-starting piezoelectric transformer 12a.
【００４０】両圧電トランス１２ａ，１２ｂの仕様は、
例えば、点灯維持用の圧電トランス１２ｂを、駆動回路
１３１とのインピーダンスマッチング等を考慮して設計
し、次いで、点灯開始用の圧電トランス１２ａを、前記
のごとく点灯維持用の圧電トランス１２ｂの反共振点と
点灯開始用圧電トランス１２ａの共振点とが略一致する
ように設計する。また、具体的には点灯開始用圧電トラ
ンス１２ａの共振点は点灯開始用圧電トランス１２ａの
長さによって容易に変え得る。The specifications of the two piezoelectric transformers 12a and 12b are as follows.
For example, the lighting-maintaining piezoelectric transformer 12b is designed in consideration of impedance matching with the drive circuit 131 and the like. Then, the lighting-starting piezoelectric transformer 12a is replaced with the anti-resonance of the lighting-maintaining piezoelectric transformer 12b as described above. It is designed so that the point and the resonance point of the lighting start piezoelectric transformer 12a substantially coincide with each other. Further, specifically, the resonance point of the lighting start piezoelectric transformer 12a can be easily changed by the length of the lighting start piezoelectric transformer 12a.
【００４１】駆動周波数ｆ1 は、点灯維持用圧電トラン
ス１２ｂに接続される負荷のインピーダンスが点灯開始
後の高圧放電灯２のインピーダンス相当のときの点灯維
持用圧電トランス１２ｂの入力インピーダンスの共振点
となるように設定される。The driving frequency f1 is a resonance point of the input impedance of the lighting-maintaining piezoelectric transformer 12b when the impedance of the load connected to the lighting-maintaining piezoelectric transformer 12b is equivalent to the impedance of the high-pressure discharge lamp 2 after the start of lighting. It is set as follows.
【００４２】また、圧電トランス１２ａ，１２ｂの設計
に当たっては、必要な出力電圧や出力電力を考慮してな
される。例えば、前記Ｄ２Ｓバルブの場合、点灯開始用
の圧電トランス１２ａは、駆動周波数ｆ0 の時、高圧放
電灯２に、その電極間を絶縁破壊して点灯を開始し得る
電圧１２．７ｋＶp-p 以上が出力されるように、点灯維
持用の圧電トランス１２ｂは、点灯維持周波数ｆ1 の
時、高圧放電灯２に、所定の光束を得るのに必要な電力
６５Ｗ以上を出力し得るように、形状等が決定されてい
る。In designing the piezoelectric transformers 12a and 12b, necessary output voltage and output power are taken into consideration. For example, in the case of the D2S bulb, the lighting-starting piezoelectric transformer 12a has a voltage of 12.7 kVp-p or more at which the high-pressure discharge lamp 2 can start lighting by dielectric breakdown between its electrodes at the driving frequency f0. In order to output the power, the shape and the shape of the lighting-maintaining piezoelectric transformer 12b are such that the power required for obtaining a predetermined luminous flux of 65 W or more can be output to the high-pressure discharge lamp 2 at the lighting-maintaining frequency f1. Has been determined.
【００４３】一般的に、高電圧を出力する必要のある点
灯開始用圧電トランス１２ａは細身の形状で、点灯維持
用圧電トランス１２ｂは点灯開始用圧電トランス１２ａ
よりも短寸で断面積の大きな形状となる。In general, the lighting-starting piezoelectric transformer 12a which needs to output a high voltage has a slender shape, and the lighting-maintaining piezoelectric transformer 12b is a lighting-starting piezoelectric transformer 12a.
It has a shorter shape and a larger cross-sectional area.
【００４４】なお、駆動周波数ｆ0 の時の電圧値１２．
７ｋＶp-p は、前記のごとく高圧放電灯２が点灯を開始
し得る電圧値であり、発明者らが実験により得た結果で
ある。ここで、高圧放電灯２のインピーダンスは１５Ｍ
Ω程度であるが、点灯開始用圧電トランス１２ａに点灯
維持用圧電トランス１２ｂが常時接続されることで、実
際の点灯開始用圧電トランス１２ａの負荷インピーダン
スは小さくなる。発明者らの実験によれば、点灯開始用
圧電トランス１２ａの共振点の周波数を点灯維持用圧電
トランス１２ｂの出力インピーダンスの反共振点の周波
数の−３％〜＋７％になるように合わせることで、点灯
維持用圧電トランス１２ｂの出力インピーダンスを１４
０ｋΩ以上にすることが可能となるため、点灯開始用圧
電トランス１２ａに１４０ｋΩ以上の負荷を接続した状
態で、１２．７ｋＶp-p 以上の電圧を出力するように設
計する。Note that the voltage value at the drive frequency f0 is 12.
7 kVp-p is a voltage value at which the high-pressure discharge lamp 2 can start lighting as described above, and is a result obtained by experiments by the inventors. Here, the impedance of the high pressure discharge lamp 2 is 15M
Since the lighting-starting piezoelectric transformer 12a is always connected to the lighting-starting piezoelectric transformer 12a, the actual load impedance of the lighting-starting piezoelectric transformer 12a becomes smaller. According to experiments by the inventors, the frequency at the resonance point of the lighting-starting piezoelectric transformer 12a is adjusted to be -3% to + 7% of the frequency at the anti-resonance point of the output impedance of the lighting-maintaining piezoelectric transformer 12b. And the output impedance of the lighting-maintaining piezoelectric transformer 12b is 14
Since the voltage can be set to 0 kΩ or more, a voltage of 12.7 kV pp or more is designed to be output in a state where a load of 140 kΩ or more is connected to the piezoelectric transformer for starting lighting 12 a.
【００４５】また、点灯開始直後の点灯維持周波数ｆ1
の時の電力値６５Ｗは、次の理由による。高圧放電灯２
を自動車のヘッドライトに適用した場合、全光束の立ち
上がりのよさが重要である。具体的には、４秒以内に定
常点灯時の８０％の全光束を出力することが要求され
る。発明者らが行った実験では、点灯開始直後で高圧放
電灯２のインピーダンスが約１０Ωに低下した時に、点
灯維持用圧電トランス１２ｂから６５Ｗ以上の電力が出
力されると、４秒以内に定常点灯時の８０％以上の全光
束を出力することが可能であることがわかった。これ
は、前掲図１１に示すように高圧放電灯２のインピーダ
ンスは１０Ω程度まで低下した後、回復してくるが、こ
のインピーダンスの回復に応じて全光束が立ち上がるも
のと認められる。したがって、点灯維持用圧電トランス
１２ｂを、これに約１０Ωの負荷をつけたときに６５Ｗ
以上を出力するように設計する。Further, the lighting maintenance frequency f1 immediately after the start of lighting.
The power value of 65 W at the time of is due to the following reason. High pressure discharge lamp 2
When is applied to a headlight of an automobile, good rise of the total luminous flux is important. Specifically, it is required to output 80% of the total luminous flux during normal lighting within 4 seconds. In the experiment performed by the inventors, when the impedance of the high-pressure discharge lamp 2 was reduced to about 10Ω immediately after the start of lighting and 65 W or more power was output from the lighting maintaining piezoelectric transformer 12b, steady lighting was performed within 4 seconds. It has been found that it is possible to output a total luminous flux of 80% or more of the time. This is because the impedance of the high-pressure discharge lamp 2 recovers after the impedance of the high-pressure discharge lamp 2 has decreased to about 10Ω as shown in FIG. 11, but it is recognized that the total luminous flux rises in accordance with the recovery of the impedance. Therefore, when the lighting maintaining piezoelectric transformer 12b is loaded with a load of
Design to output the above.
【００４６】図３は、点灯開始用圧電トランス１２ａお
よび点灯維持用圧電トランス１２ｂの電圧および電力の
周波数特性を示すもので、点灯開始用圧電トランス１２
ａは周波数ｆ0 で電圧がピークをとり、点灯維持用圧電
トランス１２ｂは周波数ｆ1で電力がピークをとる。な
お、負荷のインピーダンスは図２の場合と同様である。FIG. 3 shows the frequency characteristics of the voltage and power of the lighting start piezoelectric transformer 12a and the lighting maintaining piezoelectric transformer 12b.
In a, the voltage peaks at the frequency f0, and the power of the lighting maintaining piezoelectric transformer 12b peaks at the frequency f1. The load impedance is the same as in FIG.
【００４７】図４は、点灯開始用の圧電トランス１２ａ
が１２．７ｋＶp-p 以上が出力可能で、点灯維持用圧電
トランス１２ｂが６５Ｗ以上を出力可能な形状を図１２
に示したシミュレーションと同様に前記式（１）、
（２）、（３）に基づいて算出し、両圧電トランス１２
ａ，１２ｂの合計体積を示すものである。図中、図１２
のシミュレーション結果を併せて示している。インピー
ダンス変化の大きい高圧放電灯２を負荷とする場合に
は，単一の圧電トランスの構成とするよりも小型化が可
能であることが分かる。FIG. 4 shows a piezoelectric transformer 12a for starting lighting.
FIG. 12 shows a shape capable of outputting 12.7 kVp-p or more and the piezoelectric transformer for lighting maintenance 12 b capable of outputting 65 W or more.
Equation (1), as in the simulation shown in FIG.
The two piezoelectric transformers 12 are calculated based on (2) and (3).
It shows the total volume of a and 12b. In the figure, FIG.
Are also shown. It can be seen that when the high-pressure discharge lamp 2 having a large impedance change is used as a load, the size can be reduced as compared with the configuration of a single piezoelectric transformer.
【００４８】さて、前記のごとく、本放電灯駆動装置１
は、圧電トランス１２ａ，１２ｂを切り換える切り換え
スイッチを備えていない。両圧電トランス１２ａ，１２
ｂは高圧放電灯２と常時、直接接続されているが、次の
ように一方の圧電トランスが他方の圧電トランスの作動
に影響するのを抑制し、実質的に圧電トランス１２ａ，
１２ｂの切り換えが可能である。As described above, the present discharge lamp driving device 1
Does not include a changeover switch for switching between the piezoelectric transformers 12a and 12b. Both piezoelectric transformers 12a, 12
b is always directly connected to the high-pressure discharge lamp 2, but suppresses one piezoelectric transformer from affecting the operation of the other piezoelectric transformer as described below, and substantially reduces the piezoelectric transformer 12a,
12b can be switched.
【００４９】点灯開始用圧電トランス１２ａからみる
と、その出力電極１２２ａに接続される負荷として、高
圧放電灯２の他、点灯維持用圧電トランス１２ｂがその
入力電極１２１ｂと出力電極１２２ｂとで接続されてい
る。高圧放電灯２と点灯維持用圧電トランス１２ｂとは
並列接続になるから点灯維持用圧電トランス１２ｂが点
灯開始用圧電トランス１２ａの負荷のインピーダンスを
下げ、高圧放電灯２への印加電圧を下げる方向に作用す
る。As seen from the lighting start piezoelectric transformer 12a, as a load connected to the output electrode 122a, in addition to the high-pressure discharge lamp 2, a lighting maintaining piezoelectric transformer 12b is connected between the input electrode 121b and the output electrode 122b. ing. Since the high-pressure discharge lamp 2 and the lighting-maintaining piezoelectric transformer 12b are connected in parallel, the lighting-maintaining piezoelectric transformer 12b lowers the load impedance of the lighting-starting piezoelectric transformer 12a and lowers the voltage applied to the high-pressure discharge lamp 2. Works.
【００５０】本発明では、点灯維持用圧電トランス１２
ｂの出力インピーダンスは、点灯開始の際の駆動周波数
ｆ0 のとき反共振点となるので高くなっている。これに
より、点灯開始の際の点灯開始用圧電トランス１２ａの
負荷インピーダンスは大きく低下しない。図５は圧電ト
ランスに接続される負荷のインピーンダンスと圧電トラ
ンスの出力電圧の関係を示すもので、負荷のインピーダ
ンスに応じた出力電圧が得られるが、本放電灯駆動装置
１のように、高圧放電灯２に点灯維持用圧電トランス１
２ｂが並列に接続された場合、点灯維持用圧電トランス
１２ｂの出力インピーダンスが共振点に近いと、点灯開
始可能な電圧（点灯開始電圧）は出力されないが、略反
共振点に設定した場合には、高圧放電灯２のみを負荷と
する場合と遜色のない高さの出力電圧を発生することが
できる。In the present invention, the lighting-maintaining piezoelectric transformer 12 is used.
The output impedance of b is high at the drive frequency f0 at the start of lighting because it becomes an anti-resonance point. As a result, the load impedance of the lighting start piezoelectric transformer 12a at the start of lighting does not significantly decrease. FIG. 5 shows the relationship between the impedance of the load connected to the piezoelectric transformer and the output voltage of the piezoelectric transformer. An output voltage according to the impedance of the load is obtained. Piezoelectric transformer 1 for maintaining lighting of high-pressure discharge lamp 2
2b are connected in parallel, if the output impedance of the lighting-maintaining piezoelectric transformer 12b is close to the resonance point, a voltage at which lighting can be started (lighting start voltage) is not output. Thus, it is possible to generate an output voltage having a level comparable to a case where only the high-pressure discharge lamp 2 is used as a load.
【００５１】点灯開始後は、駆動周波数を点灯維持用圧
電トランス１２ｂの共振点とすることで、点灯維持用圧
電トランス１２ｂから点灯維持に必要な電力を高圧放電
灯２に供給することができる。After the start of lighting, the drive frequency is set to the resonance point of the lighting-maintaining piezoelectric transformer 12b, so that the power required for maintaining the lighting can be supplied to the high-pressure discharge lamp 2 from the lighting-maintaining piezoelectric transformer 12b.
【００５２】これにより、両圧電トランス１２ａ，１２
ｂから高圧放電灯２への通電切り換えをスイッチで機械
的に切り換える必要がなく、構成が簡単であり、しかも
接点を有しないので信頼性が高いものとなる。Thus, the two piezoelectric transformers 12a, 12
There is no need to mechanically switch the energization from b to the high-pressure discharge lamp 2 with a switch, and the configuration is simple, and since there are no contacts, the reliability is high.
【００５３】なお、高圧放電灯２は、前掲図１１より知
られるように、点灯開始後にインピーダンスが少し戻
る、すなわちやや高くなる傾向を有し、点灯維持用圧電
トランス１２ｂの共振点がやや高周波数側に移動する。
切り換え回路１４０は測定された電力が予め設定した所
定値を越えると電圧制御発振器１３２と制御回路１４３
とを接続する。制御回路１４３は測定された電力が所定
の電力（例えば３５Ｗ）になるように、駆動周波数を設
定する出力電力を調整する。As shown in FIG. 11, the high-pressure discharge lamp 2 has a tendency that the impedance slightly returns after starting the lighting, that is, the impedance tends to be slightly higher, and the resonance point of the lighting-maintaining piezoelectric transformer 12b has a slightly higher frequency. Move to the side.
When the measured power exceeds a predetermined value, the switching circuit 140 switches between the voltage controlled oscillator 132 and the control circuit 143.
And connect. The control circuit 143 adjusts the output power for setting the drive frequency so that the measured power becomes a predetermined power (for example, 35 W).
【００５４】なお、前記駆動周波数ｆ0 は、点灯維持用
の圧電トランスの出力インピーダンスが反共振点となる
周波数として、点灯維持用圧電トランス１２ｂの出力イ
ンピーダンスを大きく（１４０ｋΩ以上）しているが、
実質的にこの周波数であればよく、発明者らの行った実
験によれば、前記反共振点となる周波数を中心にその−
３％〜＋７％の範囲でも同等の結果が得られた。Although the drive frequency f0 is a frequency at which the output impedance of the lighting-maintaining piezoelectric transformer becomes an anti-resonance point, the output impedance of the lighting-maintaining piezoelectric transformer 12b is increased (140 kΩ or more).
It is sufficient that the frequency is substantially this frequency. According to an experiment conducted by the inventors, the frequency of the anti-resonance point is centered around-
Similar results were obtained in the range of 3% to + 7%.
【００５５】また、点灯開始用圧電トランス１２ａを、
その入力電極間のインピーダンスが共振点となる周波数
が点灯維持用の圧電トランス１２ｂの出力インピーダン
スが反共振点となる周波数となるようにしているが、点
灯開始用圧電トランス１２ａの入力インピーダンスが共
振点となる周波数が、前記反共振点となる周波数を中心
にその−３％〜＋７％の範囲でも同等の結果が得られ
た。Further, the lighting start piezoelectric transformer 12a is
Although the frequency at which the impedance between the input electrodes becomes the resonance point is the frequency at which the output impedance of the lighting-maintaining piezoelectric transformer 12b becomes the anti-resonance point, the input impedance of the lighting start piezoelectric transformer 12a becomes the resonance point. The same result was obtained even when the frequency of と was in the range of −3% to + 7% around the frequency at the anti-resonance point.
【００５６】また、駆動周波数ｆ0 を規定する第１設定
回路１４１の出力電圧は固定であるが、図６に示す変形
例のように、切り換え手段１４Ａの第１設定回路１４１
Ａを出力電圧可変とし、出力電圧を単調変化させて駆動
周波数を掃引するように構成してもよい。これはＤ／Ａ
変換器により構成し得る。あるいは、コンデンサを充放
電させてその端子間電圧を出力するようにしてもよい。
かかる、駆動周波数を可変とする場合、高圧放電灯２を
点灯開始する際に、駆動周波数が、点灯維持用圧電トラ
ンス１２ｂの出力インピーダンスが反共振点となる周波
数よりも高い周波数から前記反共振点となる周波数に向
けて低下するように駆動周波数が掃引されるようにす
る。Although the output voltage of the first setting circuit 141 for defining the drive frequency f0 is fixed, as in the modification shown in FIG. 6, the first setting circuit 141 of the switching means 14A is used.
A may be configured such that A is variable in output voltage, and the drive frequency is swept by changing the output voltage monotonically. This is D / A
It can be constituted by a converter. Alternatively, a capacitor may be charged and discharged to output a voltage between its terminals.
When the driving frequency is variable, when the high-pressure discharge lamp 2 is started to be lit, the driving frequency is changed from a frequency higher than a frequency at which the output impedance of the lighting-maintaining piezoelectric transformer 12b becomes an anti-resonance point to the anti-resonance point. The driving frequency is swept so as to decrease toward the frequency.
【００５７】かかる構成では、製造ばらつきで前記反共
振点等の圧電トランス１２ａの特性に個体差があって
も、かかる個体差を吸収することができるから、作動が
さらに確実である。With this configuration, even if there are individual differences in the characteristics of the piezoelectric transformer 12a such as the anti-resonance point due to manufacturing variations, such individual differences can be absorbed, so that the operation is more reliable.
【００５８】（第２実施形態）図７に本発明の第２実施
形態になる放電灯駆動装置の構成を示す。放電灯駆動装
置１Ａは点灯開始用圧電トランス１２ａの駆動と点灯維
持用圧電トランス１２ｂの駆動とを別の駆動回路１３１
ａ，１３１ｂで行うようにしたもので、増幅率を個別に
設定可能である。(Second Embodiment) FIG. 7 shows the configuration of a discharge lamp driving device according to a second embodiment of the present invention. The discharge lamp driving device 1A separates the driving of the lighting-start piezoelectric transformer 12a from the driving of the lighting-maintaining piezoelectric transformer 12b by a separate driving circuit 131.
a and 131b, and the amplification factor can be set individually.
【００５９】（第３実施形態）図８に本発明の第３実施
形態になる放電灯駆動装置の構成を示す。放電灯駆動装
置１Ｂは第２実施形態の構成において、前記点灯開始用
の圧電トランス１２ａの出力電極１２２ａから、前記高
圧放電灯２と前記点灯維持用の圧電トランス１２ｂの出
力電極１２２ｂとの接続点１６１に到る通電線１６の途
中に放電ギャップであるスパークギャップ１７が設けて
ある。(Third Embodiment) FIG. 8 shows the configuration of a discharge lamp driving device according to a third embodiment of the present invention. In the configuration of the second embodiment, the discharge lamp driving device 1B includes a connection point between the output electrode 122a of the lighting-starting piezoelectric transformer 12a and the output electrode 122b of the high-pressure discharge lamp 2 and the lighting-maintaining piezoelectric transformer 12b. A spark gap 17 which is a discharge gap is provided in the middle of the conducting wire 16 reaching 161.
【００６０】本実施形態では次の効果を奏する。第１の
設定回路１４１により設定された点灯開始用の駆動周波
数ｆ0 による駆動で点灯開始用の圧電トランス１２ａか
ら電圧が出力される。ここで点灯維持用圧電トランス１
２ｂの出力インピーダンスが低くとも、並列に接続され
た高圧放電灯２および点灯維持用圧電トランス１２ｂに
直列にスパークギャップ１７が接続されることで、点灯
開始用圧電トランス１２ａの負荷のインピーダンスは、
スパークギャップ１７を設けない場合よりも高く（略無
限大）となっており、このインピーダンスに見合った高
い電圧が点灯開始用圧電トランス１２ａから出力され
る。This embodiment has the following advantages. The voltage is output from the piezoelectric transformer 12a for starting lighting by driving at the driving frequency f0 for starting lighting set by the first setting circuit 141. Here, the lighting maintenance piezoelectric transformer 1
Even if the output impedance of 2b is low, the spark gap 17 is connected in series to the high-pressure discharge lamp 2 and the lighting maintaining piezoelectric transformer 12b connected in parallel, so that the load impedance of the lighting start piezoelectric transformer 12a becomes
The voltage is higher (substantially infinite) than when the spark gap 17 is not provided, and a high voltage corresponding to the impedance is output from the lighting start piezoelectric transformer 12a.
【００６１】そして、点灯開始用圧電トランス１２ａ〜
スパークギャップ１７〜点灯維持用圧電トランス１２ｂ
という電流経路により、スパークギャップ１７が放電す
るとともに高圧放電灯２に略前記高電圧に匹敵する電圧
が印加されて、高圧放電灯２が絶縁破壊して点灯開始す
る。したがって、点灯維持用圧電トランス１２ｂの出力
インピーダンスがさ程大きなものでなくとも高圧放電灯
２の点灯開始は安定したものとなる。The lighting-starting piezoelectric transformers 12a to 12a
Spark gap 17 to lighting maintenance piezoelectric transformer 12b
With this current path, the spark gap 17 is discharged, and at the same time, a voltage substantially equivalent to the high voltage is applied to the high-pressure discharge lamp 2, so that the high-pressure discharge lamp 2 is broken down and starts lighting. Therefore, even if the output impedance of the lighting-maintaining piezoelectric transformer 12b is not so large, the lighting start of the high-pressure discharge lamp 2 becomes stable.
【００６２】図９はスパークギャップ１７を設けた場合
と設けない場合とについて高圧放電灯２の絶縁破壊が成
功するかどうかを実験した結果を示すもので、点灯維持
用圧電トランス１２ｂの出力インピーダンスが１ｋΩ〜
１００ｋΩの範囲で、スパークギャップのない構成で
は、絶縁破壊に成功する例はないのに対し、本発明のよ
うにスパークギャップ１７を有する構成では、１０ｋΩ
〜１００ｋΩの範囲では確実に絶縁破壊することが分か
った。また、５ｋΩでも成功率は落ちるが絶縁破壊す
る。FIG. 9 shows the result of an experiment on whether or not the dielectric breakdown of the high-pressure discharge lamp 2 was successful in the case where the spark gap 17 was provided and the case where the spark gap 17 was not provided. 1kΩ ~
In the range of 100 kΩ, there is no example of successful dielectric breakdown in a configuration without a spark gap, whereas in a configuration having a spark gap 17 as in the present invention, 10 kΩ.
It was found that dielectric breakdown was surely caused in the range of 100 kΩ. In addition, even with 5 kΩ, the success rate decreases, but dielectric breakdown occurs.
【００６３】したがって、点灯維持用圧電トランス１２
ｂの低出力インピーダンス化によりさらなる小型化を図
ることが可能となる。低出力インピーダンス化は、例え
ば、ローゼン型の圧電トランスであれば、発電部を、出
力電極の層と圧電セラミックの層とが圧電トランスの長
さ方向に交互に積層するとともに出力電極層が１つおき
に導通する構成とすることで発電部の静電容量を高める
ことでなし得る。Therefore, the lighting maintaining piezoelectric transformer 12
It is possible to further reduce the size by reducing the output impedance of b. For example, in the case of a Rosen-type piezoelectric transformer, a low power output impedance is achieved by laminating a power generation unit with output electrode layers and piezoelectric ceramic layers alternately in the length direction of the piezoelectric transformer and one output electrode layer. This can be achieved by increasing the capacitance of the power generation unit by adopting a configuration that conducts every other.
【００６４】なお、前記各実施形態では機械的なスイッ
チ手段を用いることなく圧電トランスを実質的に切り換
えているが、勿論、機械的なスイッチを用いてもよい。In each of the above embodiments, the piezoelectric transformer is substantially switched without using a mechanical switch. However, a mechanical switch may be used.
【図１】本発明の第１の放電灯駆動装置を示す構成図で
ある。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first discharge lamp driving device of the present invention.
【図２】前記放電灯駆動装置の圧電トランスの周波数特
性を示す第１のグラフである。FIG. 2 is a first graph showing frequency characteristics of a piezoelectric transformer of the discharge lamp driving device.
【図３】前記放電灯駆動装置の圧電トランスの周波数特
性を示す第２のグラフである。FIG. 3 is a second graph showing a frequency characteristic of a piezoelectric transformer of the discharge lamp driving device.
【図４】前記放電灯駆動装置の体格についてのシミュレ
ーション結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a simulation result of a physique of the discharge lamp driving device.
【図５】圧電トランスの出力電圧とその負荷のインピー
ダンスの関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the output voltage of a piezoelectric transformer and the impedance of its load.
【図６】前記放電灯駆動装置の変形例を示す構成図であ
る。FIG. 6 is a configuration diagram showing a modified example of the discharge lamp driving device.
【図７】本発明の第２の放電灯駆動装置を示す構成図で
ある。FIG. 7 is a configuration diagram showing a second discharge lamp driving device of the present invention.
【図８】本発明の第３の放電灯駆動装置を示す構成図で
ある。FIG. 8 is a configuration diagram showing a third discharge lamp driving device of the present invention.
【図９】前記放電灯駆動装置の性能評価結果を示す図で
ある。FIG. 9 is a diagram showing performance evaluation results of the discharge lamp driving device.
【図１０】従来の放電灯駆動装置の代表例の構成図であ
る。FIG. 10 is a configuration diagram of a typical example of a conventional discharge lamp driving device.
【図１１】高圧放電灯のインピーダンスの経時変化を示
すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the change over time of the impedance of a high-pressure discharge lamp.
【図１２】前記放電灯駆動装置の体格についてのシミュ
レーション結果を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a simulation result on the physique of the discharge lamp driving device.
１，１Ａ，１Ｂ 放電灯駆動装置 １２ａ 点灯開始用の圧電トランス １２ｂ 点灯維持用の圧電トランス １２０ａ，１２０ｂ 圧電セラミック体 １２１ａ，１２１ｂ 入力電極 １２２ａ，１２２ｂ 出力電極 １３ 電気駆動手段 １４，１４Ａ 切換え手段 １６ 通電線 １６１ 接続点 １７ スパークギャップ（放電ギャップ） ２ 高圧放電灯 1, 1A, 1B Discharge lamp driving device 12a Lighting-starting piezoelectric transformer 12b Lighting-maintaining piezoelectric transformer 120a, 120b Piezoelectric ceramic body 121a, 121b Input electrode 122a, 122b Output electrode 13 Electric driving means 14, 14A Switching means 16 Electric wire 161 Connection point 17 Spark gap (discharge gap) 2 High-pressure discharge lamp
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋元 克英 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 片岡 拓実 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 Ｆターム(参考） 3K072 AA13 BA03 BC07 CA16 DD03 DD04 DD06 DE02 DE07 GB01 GC04 HA05 HA06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (72) Inventor Katsuhide Akimoto 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Prefecture Inside Denso Co., Ltd. F-term in the Parts Research Laboratory (reference) 3K072 AA13 BA03 BC07 CA16 DD03 DD04 DD06 DE02 DE07 GB01 GC04 HA05 HA06
Claims (8)
と、 前記圧電トランスを介して前記高圧放電灯を電気駆動す
る電気駆動手段とを具備する放電灯駆動装置において、 前記圧電トランスを、点灯開始時に高圧放電灯に高電圧
を印加する点灯開始用の圧電トランスと、点灯後に高圧
放電灯に点灯を維持する電力を供給する点灯維持用の圧
電トランスとで構成し、 高圧放電灯が点灯すると点灯開始用の圧電トランスから
点灯維持用の圧電トランスに切り換える切り換え手段を
具備することを特徴とする放電灯駆動装置。1. A discharge lamp driving device comprising: a piezoelectric transformer connected to a high-pressure discharge lamp; and electric driving means for electrically driving the high-pressure discharge lamp via the piezoelectric transformer. A high-voltage discharge lamp is sometimes composed of a piezoelectric transformer for starting lighting that applies a high voltage to the high-pressure discharge lamp and a piezoelectric transformer for maintaining lighting that supplies power to the high-pressure discharge lamp after lighting. A discharge lamp driving device comprising switching means for switching from a starting piezoelectric transformer to a lighting maintaining piezoelectric transformer.
て、前記点灯開始用の圧電トランスと前記点灯維持用の
圧電トランスとを前記高圧放電灯に常時接続し、 前記切り換え手段は、点灯開始するまでは、点灯維持用
の圧電トランスの出力インピーダンスが反共振点となる
周波数を中心にその−３％〜＋７％の範囲内の周波数に
前記電気駆動手段の駆動周波数を設定する周波数切り換
え手段により構成した放電灯駆動装置。2. The discharge lamp driving device according to claim 1, wherein the lighting-starting piezoelectric transformer and the lighting-maintaining piezoelectric transformer are always connected to the high-pressure discharge lamp, and the switching means starts lighting. Up to this point, a frequency switching means for setting the drive frequency of the electric drive means to a frequency within a range of -3% to + 7% around a frequency at which the output impedance of the lighting maintaining piezoelectric transformer becomes an anti-resonance point. Discharge lamp driving device.
て、前記点灯開始用の圧電トランスと前記点灯維持用の
圧電トランスとを前記高圧放電灯に常時接続し、 前記切り換え手段は、点灯開始するまでは、点灯維持用
の圧電トランスの出力インピーダンスが反共振点となる
周波数よりも高い周波数から前記反共振点となる周波数
に向けて前記電気駆動手段の駆動周波数を掃引する周波
数切り換え手段により構成した放電灯駆動装置。3. The discharge lamp driving device according to claim 1, wherein the piezoelectric transformer for starting lighting and the piezoelectric transformer for maintaining lighting are constantly connected to the high-pressure discharge lamp, and the switching means starts lighting. Up to this point, the output impedance of the piezoelectric transformer for maintaining lighting is constituted by frequency switching means for sweeping the drive frequency of the electric drive means from a frequency higher than the frequency at the anti-resonance point to the frequency at the anti-resonance point. Discharge lamp drive.
駆動装置において、前記点灯開始用圧電トランスは、そ
の入力インピーダンスが共振点となる周波数が、前記点
灯維持用の圧電トランスの出力インピーダンスが反共振
点となる周波数を中心にその−３％〜＋７％の範囲とな
る圧電トランスにより構成した放電灯駆動装置。4. The discharge lamp driving device according to claim 2, wherein the lighting start piezoelectric transformer has a frequency at which an input impedance is a resonance point, and an output impedance of the lighting maintaining piezoelectric transformer. A discharge lamp driving device including a piezoelectric transformer having a frequency in a range of -3% to + 7% around a frequency at an anti-resonance point.
駆動装置において、前記点灯維持用圧電トランスは、点
灯開始時の点灯維持用圧電トランスの出力インピーダン
スが１４０ｋΩ以上の圧電トランスにより構成した放電
灯駆動装置。5. The discharge lamp driving device according to claim 2, wherein the lighting-maintaining piezoelectric transformer comprises a piezoelectric transformer having an output impedance of 140 kΩ or more at the start of lighting. Light drive.
て、前記点灯開始用圧電トランスは、その出力電極間に
１４０ｋΩの負荷を接続したとき、１２．７ｋＶp-p 以
上の電圧を出力する圧電トランスにより構成した放電灯
駆動装置。6. The discharge lamp driving device according to claim 1, wherein the lighting start piezoelectric transformer is a piezoelectric transformer that outputs a voltage of 12.7 kV pp or more when a load of 140 kΩ is connected between its output electrodes. The configured discharge lamp driving device.
て、前記点灯維持用圧電トランスは、その出力電極間に
１０Ωの負荷を接続したとき、６５Ｗ以上の電力を出力
する圧電トランスにより構成した放電灯駆動装置。7. The discharge lamp driving device according to claim 1, wherein the lighting-maintaining piezoelectric transformer comprises a piezoelectric transformer that outputs power of 65 W or more when a load of 10Ω is connected between its output electrodes. Light drive.
て、前記点灯開始用の圧電トランスの出力電極から、前
記点灯維持用の圧電トランスの出力電極との接続点に到
る通電線の途中に放電ギャップを設けて、該放電ギャッ
プを介して前記高圧放電灯に電圧を印加する構成とした
放電灯駆動装置。8. The discharge lamp driving device according to claim 1, wherein a halfway of a conducting line from an output electrode of the piezoelectric transformer for starting lighting to a connection point with an output electrode of the piezoelectric transformer for maintaining lighting is provided. A discharge lamp driving device having a configuration in which a discharge gap is provided and a voltage is applied to the high-pressure discharge lamp through the discharge gap.
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|---|---|---|---|
| JP2001310954A JP2002237394A (en) | 2000-12-06 | 2001-10-09 | Discharge lamp driving device |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8660452B2 (en) | 2010-05-28 | 2014-02-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Power supply system and image forming apparatus |
| WO2018101126A1 (en) * | 2016-12-02 | 2018-06-07 | Tdk株式会社 | Plasma generator |
-
2001
- 2001-10-09 JP JP2001310954A patent/JP2002237394A/en not_active Withdrawn
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