【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯を高周波点灯する放電灯点灯装置に関し、簡単な回路構成で負荷の異常を確実に検出できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
放電灯点灯装置には、図４に示すようにインバータ回路１と直列共振回路２とを備えたものがある。インバータ回路１は、直流電源Ｅの両端にパワーＭＯＳＦＥＴ等からなる一対の第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２が直列接続され、その各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をドライブ回路３の駆動により交互にオンオフさせるようになっている。
【０００３】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２間の中性点にコンデンサＣ１を介してインダクタンス素子Ｌ１と放電灯Ｌａとが接続され、また放電灯Ｌａに並列にコンデンサＣ２が接続されている。そして、直列共振回路２は、インダクタンス素子Ｌ１とコンデンサＣ２とにより構成されている。
【０００４】
この放電灯点灯装置では、インバータ回路１の一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオンオフさせて、このインバータ回路１により直流電源Ｅの電源電圧を高周波電圧に変換して放電灯Ｌａを高周波点灯させる。また放電灯Ｌａの始動時には直列共振回路２の直列共振により放電灯Ｌａの両端に高電圧を発生させて、その高電圧により放電灯を始動させる。
【０００５】
直列共振回路２を直列共振させている間は、インバータ回路１の発振周波数と直列共振回路２の共振周波数との関係が重要であり、また回路電流の電流位相としては遅相モード、完全共振モード、進相モードの各モードがある。完全共振モードは各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の電流が異常に大きくなるという問題があり、また進相モードは各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング時に貫通電流が流れるという問題がある。遅相モードで直列共振回路２の直列共振周波数に対してインバータ回路１の発振周波数を適当な周波数にすることにより、インバータ回路１が良好に発振動作をする。
【０００６】
放電灯Ｌａの点灯時にはインバータ回路１の発振周波数を下げないと、直列共振回路２のインピーダンス素子Ｌ１による抵抗が増大して放電灯Ｌａに流れる放電灯電流が低下する。このため放電灯Ｌａの始動時には、インバータ回路１の発振周波数を直列共振回路２の直列共振周波数付近まで高くしておき、放電灯Ｌａが点灯すれば、その発振周波数を直列共振周波数よりも遥かに低い周波数に切り替えるのが通常である。
【０００７】
しかし、インバータ回路１の発振周波数が低い場合には、放電灯Ｌａの着脱時、放電灯Ｌａのエミレス時、直流放電時、放電灯Ｌａがない無負荷時等のように何らかの負荷異常があれば、回路電流の電流位相が進んで遅相モードから進相モードに変化する。例えばエミレス状態の場合には、インバータ回路１の発振周波数が直列共振回路２の共振周波数よりも低ければ電流位相が進む。
【０００８】
この進相モードの場合の第１スイッチング素子Ｑ１のドレイン・ソース間電圧ＶＤ−Ｓ 、第１スイッチング素子Ｑ１のドレイン電流ＩＤ 、第２スイッチング素子Ｑ２のドレイン・ソース間電圧ＶＤ−Ｓ 、第２スイッチング素子Ｑ２のドレイン電流ＩＤ 、及び放電灯電流は、図５の（ａ）〜（ｅ）に示すとおりである。
【０００９】
このような進相モードの場合、第１スイッチング素子Ｑ１側では、第１スイッチング素子Ｑ１がオンすると、図５の（ｂ）に示すように直流電源Ｅ、第１スイッチング素子Ｑ１、コンデンサＣ１、インダクタンス素子Ｌ１、コンデンサＣ２の経路で電流Ｉ１が流れ、その後にコンデンサＣ２、インダクタンス素子Ｌ１、コンデンサＣ１、第１スイッチング素子Ｑ１の内蔵ダイオードの経路で電流Ｉ２が流れる。そして、第２スイッチング素子Ｑ２がオンすると、第１スイッチング素子Ｑ１の内蔵ダイオードの逆回復時間の間、直流電源Ｅ、第１スイッチング素子Ｑ１の内蔵ダイオード、第２スイッチング素子Ｑ２の経路で貫通電流ｉ３が流れる。
【００１０】
また第２スイッチング素子Ｑ２側では、第２スイッチング素子Ｑ２がオンすると、図５の（ｄ）に示すようにコンデンサＣ２、インダクタンス素子Ｌ１、コンデンサＣ１、第２スイッチング素子Ｑ２の経路で電流ｉ１が流れ、その後にコンデンサＣ１、インダクタンス素子Ｌ１、コンデンサＣ２、第２スイッチング素子Ｑ２の内蔵ダイオードの経路で電流ｉ２が流れる。そして、第１スイッチング素子Ｑ１がオンすると、第２スイッチング素子Ｑ２の内蔵ダイオードの逆回復時間の間、直流電源Ｅ、第１スイッチング素子Ｑ１、第２スイッチング素子Ｑ２の内蔵ダイオードの経路で貫通電流Ｉ３が流れる。
【００１１】
従って、何らかの負荷異常によって電流位相が遅相モードから進相モードに変化すれば、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング時に大きな貫通電流Ｉ３，ｉ３が流れるため、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のストレスが非常に大きくなり、最悪の場合にはスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が破損するという問題がある。
【００１２】
そこで、負荷異常が発生すれば、それを直ちに検出する必要がある。この負荷の異常検出手段として、従来は放電灯Ｌａの両端の電圧変化により検出する方法、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のドレイン・ソース間電圧とドレイン電流の位相比較により検出する方法、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の表面温度の変化により検出する方法等がある。
【００１３】
またインバータ回路１に、その一方のスイッチング素子Ｑ１が逆方向にオンしているときにのみ、このスイッチング素子Ｑ１を順方向にオンさせる進相防止回路を設けて、進相モードになったときにインバータ回路１の各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオンオフ動作を停止させるようにしたもの（特許文献１）、ドライブ回路３とそのドライブ用電源との間に別のスイッチング素子を設け、進相モードになったときにドライブ回路のドライブ動作を停止させるようにしたもの（特許文献２）等がある。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００２−１９０３９５の図１
【特許文献２】
特開２００２−１９０３９５の図３
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の検出方法では次のような問題点がある。即ち、放電灯Ｌａの両端の電圧変化により検出する方法では、多灯点灯用の放電灯点灯装置の場合に各放電灯Ｌａ毎に検出回路を設ける必要があり、検出回路の構成部品が著しく増加してコスト高になる欠点がある。またスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のドレイン・ソース間電圧とドレイン電流の位相比較により検出する方法は、ドレイン電流の電流検出用抵抗の定格が大となるためコスト高になるという問題がある。
【００１６】
更にスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の表面温度の変化により検出する方法は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の特性のバラツキ、表面温度検出素子のバラツキによる影響が大であり、検出精度が悪いという問題がある。
【００１７】
また進相防止回路、ドライブ中止回路による方法は、インバータ回路１の動作が停止して最終的に放電灯Ｌａを消灯することになり、その回路構成上から、インバータ回路１の発振周波数を上げる等、他の制御目的には使用できないという問題がある。
【００１８】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、簡単な回路構成で負荷異常を確実に検出でき、しかもその検出結果をインバータ回路の動作停止は勿論のこと、インバータ回路の発振周波数の切り替え、その他の制御目的に適宜応用できる汎用性のある放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、交互にオンオフする一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を有するインバータ回路１を備え、該インバータ回路１により直流電源Ｅの電源電圧を高周波電圧に変換して放電灯Ｌａを高周波点灯するようにした放電灯点灯装置において、両スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２間の中性点Ａの中性点電圧と、一方のスイッチング素子Ｑ２のゲート駆動ラインＢのゲート駆動電圧との位相の変化により負荷異常を検出する異常検出手段４を備えたものである。
【００２０】
放電灯点灯装置は、一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオンオフさせて直流電源Ｅの電源電圧を高周波電圧に変換して放電灯Ｌａを高周波点灯させるインバータ回路１と、放電灯Ｌａに直列に接続されたインダクタンス素子Ｌ１及び放電灯Ｌａに並列に接続されたコンデンサＣ２を含む直列共振回路２とを備え、インバータ回路１を直列共振回路２の共振周波数付近の発振周波数で高周波発振させて放電灯Ｌａを始動し、放電灯Ｌａの点灯時にインバータ回路１の発振周波数を下げるようにしたものでも良い。
【００２１】
また異常検出手段４は、中性点電圧とゲート駆動電圧とを比較して、両者の位相差が所定以下の場合に負荷異常と判定する機能を備えたものでも良いし、中性点電圧を分圧した電圧と基準電圧とを比較する機能と、ゲート駆動電圧を分圧した電圧と基準電圧とを比較する機能と、両者の比較結果を比較する機能とを備えたものでも良い。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳述する。この放電灯点灯装置は、図１に示すように直流電源Ｅと、一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオンオフさせて直流電源Ｅの電源電圧を高周波電圧に変換して放電灯Ｌａを高周波点灯させるインバータ回路１と、放電灯Ｌａに直列に接続されたインダクタンス素子Ｌ１及び放電灯Ｌａに並列に接続されたコンデンサＣ２を含む直列共振回路２と、両スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２間の中性点Ａの中性点電圧と、一方のスイッチング素子Ｑ２のゲート駆動ラインＢのゲート駆動電圧との位相差により負荷異常を検出する異常検出手段４を備えている。
【００２３】
なお、放電灯点灯装置は共通のインバータ回路１により複数の放電灯Ｌａを点灯する多灯点灯式でも良いし、１個のインバータ回路１により１個の放電灯Ｌａを点灯する１灯点灯式でも良い。
【００２４】
直流電源Ｅは、商用交流電源とダイオードブリッジ回路等の全波整流回路とを備え、商用交流電源を全波整流回路により全波整流して直流に変換するようになっている。インバータ回路１は直流電源Ｅの電源電圧を高周波電圧に変換して放電灯Ｌａを高周波点灯するためのもので、直流電源Ｅの両端間に直列に接続された第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２と、この各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオンオフさせるドライブ回路３とを備え、放電灯Ｌａの始動時に直列共振回路２の共振周波数付近の発振周波数で高周波発振させて放電灯Ｌａを始動し、放電灯Ｌａの点灯時にインバータ回路１の発振周波数を下げるようになっている。
【００２５】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はパワーＭＯＳＦＥＴ、トランジスタ、その他の素子、例えばパワーＭＯＳＦＥＴにより構成されており、その第１スイッチング素子Ｑ１のドレインが直流電源Ｅのプラス側、第２スイッチング素子Ｑ２のソースが直流電源Ｅのマイナス側に接続されると共に、第１スイッチング素子Ｑ１のソース側と第２スイッチング素子Ｑ２のドレイン側とが中性点Ａを介して接続され、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲートがドライブ回路３のゲート駆動ラインに接続されている。なお、各ゲート駆動ラインには抵抗Ｒ１，Ｒ２が接続されている。
【００２６】
第２スイッチング素子Ｑ２のドレイン・ソース間には、中性点Ａと放電灯Ｌａとの間にコンデンサＣ１とインダクタンス素子Ｌ１とが介在されるように、コンデンサＣ１、インダクタンス素子Ｌ１、放電灯Ｌａが直列に接続され、その放電灯Ｌａに並列にコンデンサＣ２が接続されている。そして、直列共振回路２はインダクタンス素子Ｌ１とコンデンサＣ２とにより構成されている。
【００２７】
異常検出手段４は、一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２間の中性点Ａの中性点電圧（一方のスイッチング素子である第２スイッチング素子Ｑ２のドレイン・ソース間電圧ＶＤ−Ｓ ）と、一方のスイッチング素子である第２スイッチング素子Ｑ２のゲート駆動ラインＢのゲート駆動電圧（ゲート・ソース間電圧ＶＧ−Ｓ ）とを比較して、両電圧の位相差が所定以下の場合に負荷異常と判定する機能を備えている。
【００２８】
そして、この実施形態では、中性点電圧を第１分圧回路５の抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧した電圧と第１基準電源Ｅ１の第１基準電圧とを比較する機能を有する第１コンパレータ６と、ゲート駆動電圧を第２分圧回路７の抵抗Ｒ５，Ｒ６で分圧した電圧と第２基準電源Ｅ２の第２基準電圧とを比較する機能を有する第２コンパレータ８と、両者の比較結果を比較する機能を有する第３コンパレータ９を備えている。
【００２９】
第１コンパレータ６にはマイナス側に中性点電圧を分圧した電圧が、プラス側に第１基準電圧が夫々印加されている。第２コンパレータ８にはプラス側にゲート駆動電圧を分圧した電圧が、マイナス側に第２基準電圧が夫々印加されている。第３コンパレータ９にはマイナス側に第１コンパレータ６の出力が、プラス側に第２コンパレータ８の出力が夫々印加されている。
【００３０】
異常検出手段４の異常検出結果、即ち第３コンパレータ９から出力する異常検出信号はドライブ回路３に送られ、電流位相が進相モードになる負荷異常を検出した場合に、ドライブ回路３のドライブ動作を停止させて放電灯Ｌａを消灯させたり、回路電流が進相モードから遅相モードに変化するようにインバータ回路１の発振周波数を高く切り替える等、所定の制御目的に応じてインバータ回路１を動作させるようになっている。
【００３１】
次に動作を説明する。インバータ回路１ではドライブ回路３から各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート駆動ラインＢに高周波のゲート駆動電圧（ゲート・ソース間電圧ＶＧ−Ｓ ）を印加して各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオンオフすることにより、直流電源Ｅの電源電圧を高周波電圧に変換して放電灯Ｌａを高周波点灯させる。
【００３２】
放電灯Ｌａの始動時には、インダクタンス素子Ｌ１とコンデンサＣ２との直列共振回路２の直列共振により、放電灯Ｌａの両端に高電圧を発生させて放電灯Ｌａを始動させる。この場合、インバータ回路１は、直列共振回路２の直列共振周波数に近い発振周波数で高周波発振している。そして、放電灯Ｌａが点灯状態になれば、インダクタンス素子Ｌ１により放電灯電流が低下しないように、インバータ回路１の発振周波数を直列共振周波数よりも低い周波数に切り替える。
【００３３】
インバータ回路１では、ドライブ回路３から各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２へと高周波のゲート駆動電圧を交互に印加し、これによって各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオンオフさせる。そして、第１スイッチング素子Ｑ１がオンしたときに、直流電源Ｅ、第１スイッチング素子Ｑ１、コンデンサＣ１、インダクタンス素子Ｌ１、放電灯Ｌａの経路で放電灯Ｌａに電流を流し、また第２スイッチング素子Ｑ２がオンしたときに、コンデンサＣ１に蓄積された電荷を電源として、コンデンサＣ１、第２スイッチング素子Ｑ２、放電灯Ｌａ、インダクタンス素子Ｌ１の経路で放電灯Ｌａに逆方向の電流を流す。
【００３４】
インバータ回路１が発振動作を開始すると、異常検出手段４の第１コンパレータ６が中性点電圧と第１基準電圧とを、第２コンパレータ８が第２スイッチング素子Ｑ２のゲート駆動電圧と第２基準電圧とを夫々比較した後、第３コンパレータ９がその各比較結果を比較して、第２スイッチング素子Ｑ２のドレイン・ソース間電圧ＶＤ−Ｓ とゲート・ソース間電圧ＶＧ−Ｓ との電圧位相差の変化により異常の有無を検出する。
【００３５】
即ち、第１コンパレータ６がドレイン・ソース間電圧ＶＤ−Ｓ と第１基準電圧とを比較して、第１基準電圧に対するドレイン・ソース間電圧ＶＤ−Ｓ の立ち下がり時点を検出すると共に、第２コンパレータ８がゲート・ソース間電圧ＶＧ−Ｓ と第２基準電圧とを比較して、第２基準電圧に対するゲート・ソース間電圧ＶＧ−Ｓ の立ち上がり時点を検出する。そして、次に第３コンパレータ９がドレイン・ソース間電圧ＶＤ−Ｓ の立ち下がり時点とゲート・ソース間電圧ＶＧ−Ｓ の立ち上がり時点との電圧位相差であるデッドタイムＴの有無を検出する。
【００３６】
放電灯Ｌａが正常点灯状態の場合には、放電灯Ｌａ、その他に遅相電流が流れる遅相モードとなるように設定しており、第２スイッチング素子Ｑ２のドレイン・ソース間電圧ＶＤ−Ｓ 、ドレイン電流ＩＤ （遅相電流）、ゲート・ソース間電圧ＶＧ−Ｓ は図２の（ａ）〜（ｃ）に示すような関係になる。そして、この遅相モードの場合には、ドレイン・ソース間電圧ＶＤ−Ｓ とゲート・ソース間電圧ＶＧ−Ｓ との位相差であるデッドタイムＴがあるため、第３コンパレータ９がそのデッドタイムＴから負荷異常なしと判断する。
【００３７】
しかし、放電灯Ｌａの着脱時、放電灯Ｌａのエミレス時、直流放電時、放電灯Ｌａがない無負荷時等のように何らかの負荷異常が発生すれば、遅相モードから進相モードに変化するため、第２スイッチング素子Ｑ２のドレイン・ソース間電圧ＶＤ−Ｓ 、ドレイン電流ＩＤ 、ゲート・ソース間電圧ＶＧ−Ｓ は図３の（ａ）〜（ｃ）に示すような関係になる。
【００３８】
この場合には、直列共振回路２の直列共振周波数がドライブ回路３のゲート駆動電圧であるゲート・ソース間電圧ＶＧ−Ｓ の周波数よりも高くなるため、直列共振回路２の回路電流の電流位相が前側に進む進相モードとなり、図３の（ｂ）に示すようドレイン電流ＩＤ に進相電流が流れる。このため図３の（ａ）と（ｃ）に示すようにゲート・ソース間電圧ＶＧ−Ｓ の電圧位相に対してドレイン・ソース間電圧ＶＤ−Ｓ の電圧位相が遅れ、ドレイン・ソース間電圧ＶＤ−Ｓ とゲート・ソース間電圧ＶＧ−Ｓ との位相が変化してデッドタイムＴがなくなる。従って、第３コンパレータ９は、このドレイン・ソース間電圧ＶＤ−Ｓ とゲート・ソース間電圧ＶＧ−Ｓ との変化であるデッドタイムＴのなしを検出することによって負荷異常と判定する。
【００３９】
そして、異常検出手段４が負荷異常を検出すると、第３コンパレータ９がその異常検出信号をドライブ回路３に送り、ドライブ回路３のドライブ動作を止めてインバータ回路１の発振動作を停止させ、又はインバータ回路１の発振周波数を上げて進相モードから遅相モードに戻す等の所定の制御を行う。これによって進相時のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の貫通電流Ｉ３による損傷等を未然に防止できる。
【００４０】
このように両スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２間の中性点Ａの中性点電圧と、一方のスイッチング素子Ｑ２のゲート駆動ラインＢのゲート駆動電圧との位相の変化により負荷異常を検出する異常検出手段４を設けることによって、従来に比較して高電力の部品が不要であり、簡単且つ安価な構成で負荷側の異常を確実に検出できる。
【００４１】
また放電灯Ｌａ側からの検出ではなく、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のドライブ側での検出であるため、共通のインバータ回路１により多数の放電灯Ｌａを点灯させる多灯点灯用の場合にも、１個の異常検出手段４で各放電灯Ｌａ側の異常を検出でき、構成を簡単にできる。しかも、負荷異常を異常検出手段４で検出するため、異常検出手段４の検出結果を各種の目的、用途に適宜採用でき、汎用性が向上する。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、異常検出手段４として第１コンパレータ６、第２コンパレータ８及び第３コンパレータ９を備えた構成となっているが、ドレイン・ソース間電圧ＶＤ−Ｓ とゲート・ソース間電圧ＶＧ−Ｓ との位相差を１個のコンパレータにより検出するように構成することも可能である。
【００４３】
また各コンパレータでドレイン・ソース間電圧ＶＤ−Ｓ とゲート・ソース間電圧ＶＧ−Ｓ との位相差の変化を検出する場合、先ずドレイン・ソース間電圧ＶＤ−Ｓ 、ゲート・ソース間電圧ＶＧ−Ｓ を基準電圧と比較せずに、ドレイン・ソース間電圧ＶＤ−Ｓ とゲート・ソース間電圧ＶＧ−Ｓ とを直接比較しても良い。またドレイン・ソース間電圧ＶＤ−Ｓ 、ゲート・ソース間電圧ＶＧ−Ｓ は分圧せずに比較しても良い。
【００４４】
更に実施形態では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２にパワーＭＯＳＦＥＴを使用しているため、異常検出手段４はドレイン・ソース間電圧ＶＤ−Ｓ とゲート・ソース間電圧ＶＧ−Ｓ との電圧位相差の変化で異常の有無を検出するようにしているが、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２にはトランジスタ、その他の素子を使用することが可能であり、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２にトランジスタ等を使用した場合には、両スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の中性点電圧と一方のスイッチング素子Ｑ２のゲート駆動電圧との電圧位相差の変化を捉えるようにすれば良い。また中性点電圧との電圧位相差の変化を見る場合のゲート駆動電圧は、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２との何れでも良い。
【００４５】
異常検出手段４の異常検出結果は、異常負荷時の放電灯Ｌａの消灯の他、放電灯点灯装置の所定の機能を維持する上で必要な各種の制御目的に応用することが可能である。
【００４６】
【発明の効果】
本発明では、交互にオンオフする一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を有するインバータ回路１を備え、該インバータ回路１により直流電源Ｅの電源電圧を高周波電圧に変換して放電灯Ｌａを高周波点灯するようにした放電灯点灯装置において、両スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２間の中性点Ａの中性点電圧と、一方のスイッチング素子Ｑ２のゲート駆動ラインＢのゲート駆動電圧との位相の変化により負荷異常を検出する異常検出手段４を備えているので、簡単な回路構成で負荷異常を確実に検出でき、しかもその検出結果をインバータ回路１の動作停止は勿論のこと、発振周波数の切り替え、その他の制御目的に適宜応用でき、汎用性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す放電灯点灯装置の回路である。
【図２】本発明の実施形態を示す正常点灯時の波形図である。
【図３】本発明の実施形態を示す異常時の波形図である。
【図４】従来の放電灯点灯装置の回路図である。
【図５】従来の放電灯点灯装置の波形図である。
【符号の説明】
１ インバータ回路
２ 直列共振回路
４ 異常検出手段
６ 第１コンパレータ
８ 第２コンパレータ
９ 第３コンパレータ
Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子
Ｅ 直流電源
Ｌａ 放電灯
Ａ 中性点
Ｂ ゲート駆動ライン
Ｌ１ インダクタンス素子
Ｃ２ コンデンサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a discharge lamp lighting device for lighting a discharge lamp at a high frequency, and is capable of reliably detecting a load abnormality with a simple circuit configuration.
[0002]
[Prior art]
Some discharge lamp lighting devices include an inverter circuit 1 and a series resonance circuit 2 as shown in FIG. In the inverter circuit 1, a pair of a first switching element Q 1 and a second switching element Q 2 composed of a power MOSFET or the like are connected in series at both ends of a DC power supply E, and the switching elements Q 1 and Q 2 are alternately driven by the drive circuit 3. It is designed to be turned on and off.
[0003]
An inductance element L1 and a discharge lamp La are connected to a neutral point between the switching elements Q1 and Q2 via a capacitor C1, and a capacitor C2 is connected in parallel to the discharge lamp La. Further, the series resonance circuit 2 includes an inductance element L1 and a capacitor C2.
[0004]
In this discharge lamp lighting device, a pair of switching elements Q1 and Q2 of the inverter circuit 1 are turned on and off alternately, and the inverter circuit 1 converts the power supply voltage of the DC power supply E into a high-frequency voltage to light the discharge lamp La at high frequency. . When the discharge lamp La is started, a high voltage is generated at both ends of the discharge lamp La by the series resonance of the series resonance circuit 2, and the discharge lamp is started by the high voltage.
[0005]
During the series resonance of the series resonance circuit 2, the relationship between the oscillation frequency of the inverter circuit 1 and the resonance frequency of the series resonance circuit 2 is important, and the current phase of the circuit current is a slow mode or a complete resonance mode. , And each mode has a phase advance mode. The perfect resonance mode has a problem that the current of each switching element Q1 and Q2 becomes abnormally large, and the fast phase mode has a problem that a through current flows at the time of switching of each switching element Q1 and Q2. By setting the oscillation frequency of the inverter circuit 1 to an appropriate frequency with respect to the series resonance frequency of the series resonance circuit 2 in the slow mode, the inverter circuit 1 oscillates favorably.
[0006]
If the oscillation frequency of the inverter circuit 1 is not reduced when the discharge lamp La is turned on, the resistance of the series resonant circuit 2 due to the impedance element L1 increases, and the discharge lamp current flowing through the discharge lamp La decreases. Therefore, when the discharge lamp La is started, the oscillation frequency of the inverter circuit 1 is increased to near the series resonance frequency of the series resonance circuit 2, and when the discharge lamp La is turned on, the oscillation frequency is much higher than the series resonance frequency. It is normal to switch to a lower frequency.
[0007]
However, when the oscillation frequency of the inverter circuit 1 is low, if there is any load abnormality such as when the discharge lamp La is attached / detached, when the discharge lamp La is emiless, when the DC discharge is performed, or when the discharge lamp La is not loaded. Then, the current phase of the circuit current advances, and the mode changes from the lagging mode to the leading phase mode. For example, in the Emiless state, if the oscillation frequency of the inverter circuit 1 is lower than the resonance frequency of the series resonance circuit 2, the current phase advances.
[0008]
Drain-source voltage V D-S of the first switching element Q1 in the case of the leading phase mode, the drain current I D of the first switching element Q1, the drain-source of the second switching element Q2 voltage V D-S, The drain current ID of the second switching element Q2 and the discharge lamp current are as shown in FIGS.
[0009]
In such a phase advance mode, on the first switching element Q1 side, when the first switching element Q1 is turned on, as shown in FIG. 5B, the DC power supply E, the first switching element Q1, the capacitor C1, and the inductance The current I1 flows on the path of the element L1 and the capacitor C2, and thereafter, the current I2 flows on the path of the capacitor C2, the inductance element L1, the capacitor C1, and the built-in diode of the first switching element Q1. When the second switching element Q2 is turned on, during the reverse recovery time of the built-in diode of the first switching element Q1, the through current i3 flows through the path of the DC power supply E, the built-in diode of the first switching element Q1, and the second switching element Q2. Flows.
[0010]
On the second switching element Q2 side, when the second switching element Q2 is turned on, a current i1 flows through the path of the capacitor C2, the inductance element L1, the capacitor C1, and the second switching element Q2 as shown in FIG. Then, a current i2 flows through the path of the capacitor C1, the inductance element L1, the capacitor C2, and the built-in diode of the second switching element Q2. When the first switching element Q1 is turned on, during the reverse recovery time of the built-in diode of the second switching element Q2, the through current I3 flows through the path of the DC power supply E, the first switching element Q1, and the built-in diode of the second switching element Q2. Flows.
[0011]
Therefore, if the current phase changes from the slow mode to the fast mode due to some load abnormality, a large through current I3, i3 flows when the switching elements Q1, Q2 are switched, so that the stress of the switching elements Q1, Q2 is extremely low. In the worst case, there is a problem that the switching elements Q1 and Q2 are damaged.
[0012]
Therefore, if a load abnormality occurs, it is necessary to detect it immediately. Conventionally, as a means for detecting the abnormality of the load, a method of detecting by a voltage change between both ends of the discharge lamp La, a method of detecting by comparing a drain-source voltage of the switching elements Q1 and Q2 and a drain current, a method of detecting the switching elements Q1 and Q2 And the like by detecting the change in the surface temperature.
[0013]
Also, the inverter circuit 1 is provided with a phase advance prevention circuit that turns on the switching element Q1 in the forward direction only when one of the switching elements Q1 is turned on in the reverse direction. The one in which the on / off operation of each of the switching elements Q1 and Q2 of the inverter circuit 1 is stopped (Patent Document 1), another switching element is provided between the drive circuit 3 and the drive power supply, and the phase shift mode is set. (Patent Document 2).
[0014]
[Patent Document 1]
FIG. 1 of JP-A-2002-190395
[Patent Document 2]
FIG. 3 of JP-A-2002-190395
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional detection method has the following problems. That is, in the method of detecting by the voltage change between both ends of the discharge lamp La, it is necessary to provide a detection circuit for each discharge lamp La in the case of a discharge lamp lighting device for multi-lamp lighting, and the number of components of the detection circuit is significantly increased. There is a disadvantage that the cost increases. Further, the method of detecting by comparing the drain-source voltages of the switching elements Q1 and Q2 with the drain current has a problem in that the current detection resistor for the drain current has a large rating and thus costs are high.
[0016]
Further, the method of detecting by the change in the surface temperature of the switching elements Q1 and Q2 has a problem that the variation in the characteristics of the switching elements Q1 and Q2 and the variation in the surface temperature detection elements are large and the detection accuracy is poor.
[0017]
In the method using the phase advance prevention circuit and the drive stop circuit, the operation of the inverter circuit 1 is stopped and the discharge lamp La is finally turned off, so that the oscillation frequency of the inverter circuit 1 is increased from the circuit configuration. However, there is a problem that it cannot be used for other control purposes.
[0018]
In view of such a conventional problem, the present invention can reliably detect a load abnormality with a simple circuit configuration, and furthermore, not only stops the operation of the inverter circuit but also switches the oscillation frequency of the inverter circuit. It is an object of the present invention to provide a general-purpose discharge lamp lighting device that can be appropriately applied to other control purposes.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes an inverter circuit 1 having a pair of switching elements Q1 and Q2 that are turned on and off alternately. The inverter circuit 1 converts the power supply voltage of the DC power supply E into a high-frequency voltage to turn on the discharge lamp La at a high frequency. In the discharge lamp lighting device described above, a load abnormality is detected by a change in the phase between the neutral point voltage of the neutral point A between the two switching elements Q1 and Q2 and the gate drive voltage of the gate drive line B of one of the switching elements Q2. This is provided with abnormality detecting means 4 for performing the operation.
[0020]
The discharge lamp lighting device includes an inverter circuit 1 that turns on and off a pair of switching elements Q1 and Q2 alternately to convert a power supply voltage of the DC power supply E into a high-frequency voltage and turns on the discharge lamp La at a high frequency, and in series with the discharge lamp La. A series resonance circuit 2 including a connected inductance element L1 and a capacitor C2 connected in parallel with the discharge lamp La. The inverter circuit 1 is oscillated at a high frequency at an oscillation frequency near the resonance frequency of the series resonance circuit 2 to discharge the discharge lamp. La may be started and the oscillation frequency of the inverter circuit 1 may be reduced when the discharge lamp La is turned on.
[0021]
Further, the abnormality detecting means 4 may have a function of comparing the neutral point voltage and the gate drive voltage and determining that the load is abnormal when the phase difference between the two is equal to or less than a predetermined value. It may have a function of comparing the divided voltage with the reference voltage, a function of comparing the divided voltage of the gate drive voltage with the reference voltage, and a function of comparing the comparison results of the two.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this discharge lamp lighting device, as shown in FIG. 1, a DC power supply E and a pair of switching elements Q1 and Q2 are alternately turned on and off to convert the power supply voltage of the DC power supply E into a high-frequency voltage, thereby lighting the discharge lamp La at a high frequency. And a series resonance circuit 2 including an inductance element L1 connected in series to the discharge lamp La and a capacitor C2 connected in parallel to the discharge lamp La, and a neutral point A between the switching elements Q1 and Q2. Abnormality detecting means 4 for detecting a load abnormality based on a phase difference between the neutral point voltage of the switching element Q2 and the gate drive voltage of the gate drive line B of the one switching element Q2.
[0023]
Note that the discharge lamp lighting device may be a multi-lamp lighting type in which a plurality of discharge lamps La are lit by a common inverter circuit 1, or a single lamp lighting type in which one discharge lamp La is lit by one inverter circuit 1. good.
[0024]
The DC power supply E includes a commercial AC power supply and a full-wave rectifier circuit such as a diode bridge circuit. The commercial AC power supply is subjected to full-wave rectification by the full-wave rectifier circuit and converted to DC. The inverter circuit 1 converts a power supply voltage of the DC power supply E into a high-frequency voltage and lights the discharge lamp La at a high frequency. The first switching element Q1 and the second switching element connected in series between both ends of the DC power supply E are provided. An element Q2 and a drive circuit 3 for alternately turning on and off the switching elements Q1 and Q2 are provided. When the discharge lamp La is started, high-frequency oscillation is performed at an oscillation frequency near the resonance frequency of the series resonance circuit 2 to start the discharge lamp La. When the discharge lamp La is turned on, the oscillation frequency of the inverter circuit 1 is reduced.
[0025]
The switching elements Q1 and Q2 are composed of power MOSFETs, transistors, and other elements, for example, power MOSFETs. The drain of the first switching element Q1 is on the positive side of the DC power supply E, and the source of the second switching element Q2 is the DC power supply. E, a source side of the first switching element Q1 and a drain side of the second switching element Q2 are connected via a neutral point A, and gates of the switching elements Q1 and Q2 are connected to a drive circuit. 3 gate drive lines. Note that resistors R1 and R2 are connected to each gate drive line.
[0026]
The capacitor C1, the inductance element L1, and the discharge lamp La are provided between the drain-source of the second switching element Q2 so that the capacitor C1 and the inductance element L1 are interposed between the neutral point A and the discharge lamp La. The discharge lamp La is connected in series, and a capacitor C2 is connected in parallel with the discharge lamp La. The series resonance circuit 2 includes an inductance element L1 and a capacitor C2.
[0027]
Abnormality detecting means 4, a neutral point voltage of the neutral point A between the pair of switching elements Q1, Q2 (drain-source voltage of the second switching element Q2 which is one of the switching elements V D-S), whereas Is compared with the gate drive voltage (gate-source voltage V GS ) of the gate drive line B of the second switching element Q2, which is a switching element, and when the phase difference between the two voltages is equal to or less than a predetermined value, a load abnormality is determined. It has a judgment function.
[0028]
In this embodiment, the first comparator 6 having a function of comparing the voltage obtained by dividing the neutral point voltage by the resistors R3 and R4 of the first voltage dividing circuit 5 with the first reference voltage of the first reference power supply E1. And a second comparator 8 having a function of comparing a voltage obtained by dividing the gate drive voltage by the resistors R5 and R6 of the second voltage divider circuit 7 with a second reference voltage of the second reference power supply E2, and a comparison result between the two. Is provided with a third comparator 9 having a function of comparing.
[0029]
The voltage obtained by dividing the neutral point voltage is applied to the first comparator 6 on the minus side, and the first reference voltage is applied to the plus side. The second comparator 8 is applied with a voltage obtained by dividing the gate drive voltage on the plus side, and a second reference voltage on the minus side. The output of the first comparator 6 is applied to the third comparator 9 on the minus side, and the output of the second comparator 8 is applied to the plus side.
[0030]
An abnormality detection result of the abnormality detection means 4, that is, an abnormality detection signal output from the third comparator 9 is sent to the drive circuit 3, and when a load abnormality in which the current phase shifts to the advanced phase mode is detected, the drive operation of the drive circuit 3 is performed. The inverter circuit 1 is operated according to a predetermined control purpose, for example, by turning off the discharge lamp La by turning off the power, switching the oscillation frequency of the inverter circuit 1 high so that the circuit current changes from the fast mode to the slow mode. It is made to let.
[0031]
Next, the operation will be described. In the inverter circuit 1, a high-frequency gate drive voltage (gate-source voltage V GS ) is applied from the drive circuit 3 to the gate drive line B of each of the switching elements Q1 and Q2 to turn on and off the switching elements Q1 and Q2 alternately. By doing so, the power supply voltage of the DC power supply E is converted to a high-frequency voltage, and the discharge lamp La is turned on at a high frequency.
[0032]
When starting the discharge lamp La, a high voltage is generated at both ends of the discharge lamp La by the series resonance of the series resonance circuit 2 including the inductance element L1 and the capacitor C2 to start the discharge lamp La. In this case, the inverter circuit 1 oscillates at a high frequency at an oscillation frequency close to the series resonance frequency of the series resonance circuit 2. Then, when the discharge lamp La is turned on, the oscillation frequency of the inverter circuit 1 is switched to a frequency lower than the series resonance frequency so that the discharge lamp current does not decrease due to the inductance element L1.
[0033]
In the inverter circuit 1, a high-frequency gate drive voltage is alternately applied from the drive circuit 3 to each of the switching elements Q1 and Q2, thereby turning on and off the switching elements Q1 and Q2 alternately. When the first switching element Q1 is turned on, a current flows through the discharge lamp La through the path of the DC power supply E, the first switching element Q1, the capacitor C1, the inductance element L1, and the discharge lamp La, and the second switching element Q2 Is turned on, the electric current accumulated in the capacitor C1 is used as a power supply to supply a current in the reverse direction to the discharge lamp La through the path of the capacitor C1, the second switching element Q2, the discharge lamp La, and the inductance element L1.
[0034]
When the inverter circuit 1 starts oscillating, the first comparator 6 of the abnormality detecting means 4 uses the neutral point voltage and the first reference voltage, and the second comparator 8 uses the gate drive voltage of the second switching element Q2 and the second reference voltage. after the voltage is respectively compared, the third comparator 9 compares the respective comparison result, the second switching element Q2 of the drain-source voltage V D-S and the gate-source voltage the voltage between V G-S The presence or absence of an abnormality is detected based on the change in the phase difference.
[0035]
That is, the first comparator 6 compares the a first reference voltage a voltage V D-S between the drain and the source, for detecting a fall time between the drain and source to the first reference voltage a voltage V D-S, The second comparator 8 compares the gate-source voltage V GS with the second reference voltage to detect a rising point of the gate-source voltage V GS with respect to the second reference voltage. The third comparator 9 then detects the presence or absence of dead time T is the voltage phase difference between the rising point of the fall time and the gate-source voltage V G-S of the drain-source voltage V D-S .
[0036]
When the discharge lamp La is in a normal lighting state, the discharge lamp La, Other and set to be slow mode lagging phase current flows, the drain-source of the second switching element Q2 voltage V D-S , The drain current ID (slow-phase current), and the gate-source voltage VG -S have a relationship as shown in FIGS. In the case of the late phase mode, since the dead time T which is a phase difference between the drain-source voltage V DS and the gate-source voltage V GS exists, the third comparator 9 sets the dead time T to the dead time. It is determined from the time T that there is no load abnormality.
[0037]
However, if any load abnormality occurs, for example, when the discharge lamp La is attached / detached, when the discharge lamp La is emiless, when the DC discharge is performed, or when the discharge lamp La is not loaded, the mode is changed from the slow mode to the fast mode. Therefore, the drain-source voltage V D-S , the drain current I D , and the gate-source voltage V G-S of the second switching element Q2 have the relationships shown in FIGS. 3A to 3C. .
[0038]
In this case, since the series resonance frequency of the series resonance circuit 2 becomes higher than the frequency of the gate-source voltage V GS which is the gate drive voltage of the drive circuit 3, the current phase of the circuit current of the series resonance circuit 2 is increased. Becomes a forward phase mode in which the current flows forward, and a fast current flows in the drain current ID as shown in FIG. Thus in FIGS. 3 (a) and (c) in the voltage phase of the voltage between the drain and source V D-S is delayed with respect to the voltage phase of the gate-source voltage V G-S as shown, the drain-source dead time T runs out phases of the voltage V D-S and the gate-source voltage V G-S changes. Thus, the third comparator 9 judges that the abnormal load by detecting without dead time T is the change in this drain-source voltage V D-S and the gate-source voltage V G-S.
[0039]
When the abnormality detection means 4 detects a load abnormality, the third comparator 9 sends the abnormality detection signal to the drive circuit 3 to stop the drive operation of the drive circuit 3 and stop the oscillation operation of the inverter circuit 1, or Predetermined control such as raising the oscillation frequency of the circuit 1 to return from the fast mode to the slow mode is performed. This can prevent the switching elements Q1 and Q2 from being damaged by the through current I3 during the phase advance.
[0040]
As described above, abnormality detecting means for detecting a load abnormality based on a phase change between the neutral point voltage of the neutral point A between the two switching elements Q1 and Q2 and the gate drive voltage of the gate drive line B of one of the switching elements Q2. The provision of 4 eliminates the need for high-power components as compared with the related art, and can reliably detect an abnormality on the load side with a simple and inexpensive configuration.
[0041]
In addition, since the detection is performed not on the discharge lamp La side but on the drive side of the switching elements Q1 and Q2, even in the case of multi-lamp lighting in which a large number of discharge lamps La are lit by the common inverter circuit 1, 1 An abnormality on each discharge lamp La side can be detected by the individual abnormality detecting means 4, and the configuration can be simplified. Moreover, since the load abnormality is detected by the abnormality detection means 4, the detection result of the abnormality detection means 4 can be appropriately adopted for various purposes and uses, and the versatility is improved.
[0042]
As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the embodiments, and can be implemented in various other modes. For example, in the embodiment, the first comparator 6, the second comparator 8, and the third comparator 9 are provided as the abnormality detecting means 4. However, the drain-source voltage V DS and the gate-source voltage are provided. It is also possible to adopt a configuration in which the phase difference from VG -S is detected by one comparator.
[0043]
In the case of detecting a change in the phase difference between the voltage V D-S and the gate-source voltage V G-S between the drain and the source in the comparators, first drain-source voltage V D-S, the gate-source voltage Instead of comparing V GS with the reference voltage, the drain-source voltage V DS and the gate-source voltage V GS may be directly compared. The drain-source voltage V D-S, the gate-source voltage V G-S may be compared without applying minute.
[0044]
In yet embodiment, due to the use of power MOSFET switching devices Q1, Q2, the abnormality detecting means 4 of the voltage phase difference between the voltage V D-S and the gate-source voltage V G-S between the drain and the source Although the presence or absence of abnormality is detected by the change, transistors and other elements can be used for the switching elements Q1 and Q2. When transistors and the like are used for the switching elements Q1 and Q2, The change in the voltage phase difference between the neutral point voltage of both switching elements Q1 and Q2 and the gate drive voltage of one switching element Q2 may be captured. The gate drive voltage for observing the change in the voltage phase difference from the neutral point voltage may be either the first switching element Q1 or the second switching element Q2.
[0045]
The abnormality detection result of the abnormality detection means 4 can be applied to various control purposes necessary for maintaining a predetermined function of the discharge lamp lighting device in addition to turning off the discharge lamp La at the time of an abnormal load.
[0046]
【The invention's effect】
The present invention includes an inverter circuit 1 having a pair of switching elements Q1 and Q2 that are turned on and off alternately. The inverter circuit 1 converts the power supply voltage of the DC power supply E into a high-frequency voltage to turn on the discharge lamp La at a high frequency. In the discharge lamp lighting device described above, a load abnormality is detected by a change in the phase between the neutral point voltage of the neutral point A between the two switching elements Q1 and Q2 and the gate drive voltage of the gate drive line B of one of the switching elements Q2. Is provided, the load abnormality can be reliably detected with a simple circuit configuration, and the detection result is used not only to stop the operation of the inverter circuit 1 but also to switch the oscillation frequency and for other control purposes. It can be applied as appropriate, and versatility is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a discharge lamp lighting device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram during normal lighting according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a waveform chart at the time of abnormality showing the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional discharge lamp lighting device.
FIG. 5 is a waveform diagram of a conventional discharge lamp lighting device.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 inverter circuit 2 series resonance circuit 4 abnormality detection means 6 first comparator 8 second comparator 9 third comparator Q1, Q2 switching element E DC power supply La discharge lamp A neutral point B gate drive line L1 inductance element C2 capacitor
