JP2005071874A - Discharge lamp lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高周波電力を供給して放電灯を点灯する放電灯点灯装置に関するものである。 The present invention relates to a discharge lamp lighting device for lighting a discharge lamp by supplying high frequency power.
(従来例1)
図14に示すように、スイッチング素子Q1,Q2をスイッチング制御することで直流電源Vdcの直流電力を高周波電力に変換して放電灯FLに供給する電力変換部1と、放電灯FLの調光比に応じた基準値を電力変換部1の高周波出力と比較し該高周波出力を基準値に一致させる方向へスイッチング制御の制御量を調整するフィードバック部2とを備えた放電灯点灯装置が提供されている。電力変換部1は、例えば直流電源Vdcの両極間に接続される一対のスイッチング素子Q1,Q2と、何れか一方のスイッチング素子Q1又はQ2の両端に接続されるインダクタ及びコンデンサ(何れも図示せず)の共振回路とを有するインバータ回路からなり、一対のスイッチング素子Q1,Q2を交互にオン/オフ(スイッチング)することで直流電力を高周波電力に変換するものであって、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数を変化させて高周波電力を増減することにより放電灯FLの調光が可能である。尚、スイッチング素子Q1,Q2がバイポーラトランジスタからなる場合には、それぞれ逆方向に電流を流すためのダイオードD1,D2が逆並列に接続される。
(Conventional example 1)
As shown in FIG. 14, the
フィードバック部2は高周波出力に対応する検出電圧Vsと基準値に対応する基準電圧Vdとの差分を増幅する誤差増幅器3と、V−f変換器4と、ドライバ回路5とを有する。誤差増幅器3は、反転入力端子に検出電圧Vsが入力されるとともに非反転入力端子に基準電圧Vdが入力されるオペアンプOPと、反転入力端子に直列接続される入力抵抗R3と、オペアンプOPの出力端子と反転入力端子との間に接続される抵抗R2及びコンデンサC2の並列回路とを具備する。V−f変換器4は誤差増幅器3の出力電圧を周波数に変換して出力し、ドライバ回路5はV−f変換器4から出力された周波数に応じて検出電圧Vsと基準電圧Vdとの差分をゼロとする方向へスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数を調整する。すなわち、電力変換部1はフィードバック部2により基準値(基準電圧)に応じた高周波電力を出力するようにフィードバック制御されるのである。
The
図15は放電灯FLを抵抗負荷とみなしたときの電力変換部1の電圧−電流特性を示しており、実線イが放電灯FLの静特性、破線ロが放電灯FLの定格出力付近の電圧−電流特性、一点破線ハが低光束調光時の電圧−電流特性をそれぞれ表している。尚、ここでいう低光束調光は定格点灯時の光束を100%としたときに25%以下に光束を減少させることを意味している。電力変換部1のスイッチング周波数を一定とすると、定格点灯においては実線イと破線ロが一点Aでのみ交わるから、基本的にはフィードバック制御を行わなくても安定点灯が可能である。ところが、低光束調光時の電圧−電流特性を表す一点破線ハと放電灯FLの静特性を表す実線イとは2つの交点B1,B2を持つので、フィードバック部2によるフィードバック制御を行わなければ放電灯FLのちらつきや所謂ジャンプ現象といった不安定な動作をしてしまう。これを回避するには、電力変換部1の電圧−電流特性(一点破線ハ)を定電流特性に近付けて放電灯FLの静特性(実線イ)との交点を一つにすることが考えられるが、このためには電力変換部1が有する共振回路のインダクタンス値を大きくしなければならない。しかしながら、インダクタンス値を大きくすれば、定格出力を得るために直流電源Vdcの直流電圧を上げる必要があり、また、ストレスに耐え得るだけの直流重畳特性を得るためには共振回路のインダクタを大型化する必要があり、放電灯点灯装置のコストアップは免れないことになる。従って、上述のように電力変換部1における共振電流やランプ電流などの電気量を検出してフィードバック制御する方法が一般的に採用されている。
FIG. 15 shows the voltage-current characteristics of the
通常、上述のようなフィードバック部2におけるフィードバック制御はスイッチング周波数によって決まる一周期の電気量(電流、電力など)の安定化を図るものであるので、スイッチング周波数以上の周波数の影響をほとんど受けないように設計される。これはスイッチング周波数に比べてかなり低い周波数にフィードバックの回路網関数が極を持つようなものである。ところが、蛍光灯などの放電灯FLにおける熱力学特性は動作点及び周囲温度にも依存する変化を持って数百Hzオーダーの極を生じる。そのため、低光束調光時(特に低温時)において、フィードバック部2の応答性が放電灯FLの挙動に追随できないと、フィードバックループ内に発振が生じてしまう。この発振はフィードバック部2の出力に現れ、その出力に応じて電力変換部1のスイッチング周波数が変調されるため、図16に示すように放電灯FLに流れるランプ電流の包絡線が発振し、結果的にランプ電流のクレストファクタが悪化し、ちらつきや、ランプ電流の低下したところでアークの消滅を引き起こす虞がある。ここで、図16(a)はランプ電流の波形図、(b)はドライブ回路5からスイッチング素子Q1,Q2に与えられる駆動信号の波形図をそれぞれ示している。
Normally, the feedback control in the
(従来例2)
上記従来例1の不具合を改善した放電灯点灯装置の一例を図17に示す(特許文献1参照)。電力変換部1は電界効果トランジスタからなるスイッチング素子Q1,Q2と、ローサイドのスイッチング素子Q2の両端に直流カット用のコンデンサCdを介して接続されたインダクタLx及びコンデンサCxの共振回路とで構成され、コンデンサCxの両端に放電灯FLが接続されている。また、フィードバック部2は誤差増幅器3、V−f変換器4、ドライバ回路5で構成される点は従来例1と共通であるが、誤差増幅器3がオペアンプOPの反転入力端子と出力端子の間にコンデンサC2のみが接続されるとともに反転入力端子とグランドの間にコンデンサC4が接続されて構成される点が従来例1と異なっている。尚、検出電圧Vsはローサイドのスイッチング素子Q2に直列接続された検出抵抗R10の両端電圧からとっている。
(Conventional example 2)
FIG. 17 shows an example of a discharge lamp lighting device that improves the problem of the conventional example 1 (see Patent Document 1). The
図18に従来例2における誤差増幅器3の周波数−ゲイン特性(破線ニ)と、従来例1における誤差増幅器3の周波数−ゲイン特性(一点破線ホ)とを示す(但し、周波数軸及びゲイン軸は何れも対数)。従来例1の誤差増幅器3はオペアンプOPの反転入力端子と出力端子の間に抵抗R2が接続されており、この抵抗R2と入力抵抗R3との比(R2/R3)によって誤差増幅器3の直流ゲインが決定される。これに対して従来例2の誤差増幅器3では、理想的なオペアンプOPであれば実線ヘで示すように直流ゲインが直線状になって無限大まで取り得るが、実際にはオペアンプOPが持つ最大ゲインAmaxによって制限されるため、従来例1の誤差増幅器3との違いは直流ゲインの違いだけとなる。而して、このフィードバック部2では、抵抗R10の両端電圧を入力抵抗R3とコンデンサC4からなる積分回路で積分した検出電圧Vxと基準電圧Vdの差分を誤差増幅器3で増幅し、V−f変換器4とドライバ回路5を介して検出電圧Vxと基準電圧Vdの差分が小さくなるようにスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数を制御しており、入力抵抗R3とコンデンサC2,C4で決まる時定数をスイッチング周波数fの逆数以上且つ100μs以下の範囲に設定することによって従来例1の不具合を改善している。
FIG. 18 shows the frequency-gain characteristic (dashed line d) of the
(従来例3)
上記従来例1の不具合を改善した放電灯点灯装置の他の例を図19に示す(特許文献2参照)。この従来例3と従来例2との回路構成上の相違点は、コンデンサC4がない点と、抵抗R11及びコンデンサC11の直列回路がコンデンサC2と並列に接続されている点と、放電灯FLに流れるランプ電流をランプ電流検出回路6で検出した検出電圧を誤差増幅器3に入力している点とにあり、その他の構成は共通である。この従来例3では、抵抗R11の抵抗値とコンデンサC11の容量値とで決まるカットオフ周波数1/(2π×R11×C11)の零点を導入することにより、従来例1で説明した放電灯FLの周波数特性に生じる極を打ち消して、ランプ電流の包絡線の発振を抑えるようにしている。尚、従来例3におけるコンデンサC2はコンデンサC11に比較して遙かに小さい容量値しか持たないものであり、電力変換部1のスイッチング周波数において十分に低いゲインとするために付加されている。
FIG. 19 shows another example of a discharge lamp lighting device that improves the problem of the conventional example 1 (see Patent Document 2). The difference in circuit configuration between Conventional Example 3 and Conventional Example 2 is that there is no capacitor C4, a series circuit of a resistor R11 and a capacitor C11 is connected in parallel with the capacitor C2, and the discharge lamp FL. The other configuration is common in that the detected voltage detected by the lamp
ここで、図20は従来例1における誤差増幅器3のボード線図を破線トで表し、従来例2における誤差増幅器3のボード線図を実線チで表している。但し、fsは電力変換部1のスイッチング周波数である。実線チ上の点Aは、入力抵抗R3とコンデンサC2,C4で決まる時定数がスイッチング周波数fの逆数以上且つ100μs以下の範囲に収まるという条件を満たしており、従来例1におけるジャンプ現象等の不具合が改善可能である。しかしながら、スイッチング周波数fsにおけるゲインを比較した場合、従来例1におけるゲイン(点C)よりも従来例2におけるゲイン(点B)が増加しており、スイッチング周波数fsあるいはそれ以上の周波数成分の影響が大きくなり、フィードバック部2におけるフィードバック制御が不安定になる虞がある。すなわち、一般的に電力変換部1の出力を増大させる場合にはスイッチング周波数fsを低くし、放電灯FLの定格点灯時にスイッチング周波数fsが最も低くなり、且つスイッチング周波数fsが低くなるに従って誤差増幅器3のゲインが増加するので、定格点灯時にフィードバック制御が不安定になる虞がある。また放電灯FLの光出力を下限まで落とした調光下限時、特に放電灯FLのインピーダンス値が上昇する低温時において、放電灯FLの印加電圧(電力変換部1の出力電圧)の上昇に対して放電灯FLの点灯を維持するために、フィードバック部2におけるフィードバック制御のスイッチング周波数fsの変化幅が定格点灯時等に比べて非常に大きくなり、電力変換部1のスイッチング素子Q1,Q2に過大なストレスが加わったり、インダクタLxから騒音発生といった新たな問題が生じる虞があった。ここで、図21は上述の調光下限時にフィードバック制御を行ったときのランプ電流並びにスイッチング周波数fsの発振の様子を表している。
Here, FIG. 20 shows a Bode diagram of the
一方、従来例3においては、既に説明したように従来例1の不具合が改善できるとともにコンデンサC2によってスイッチング周波数fsにおけるゲインを低くしていることから従来例2のようにフィードバック制御が不安定になることを抑えることが可能である。尚、従来例3における誤差増幅器3では直流ゲインがオペアンプOPが持つ最大ゲインで制約され、オペアンプOPのばらつきや最大ゲインの変動によりフィードバックループの極にばらつきや変動を生じることになるので、実用上は従来例1のようにコンデンサC2と並列に抵抗R2を接続して安定に動作するようにしている。ここで、抵抗R2を含めた誤差増幅器3の伝達関数G2(s)は、下記の式1で表される。
On the other hand, in the conventional example 3, as described above, the problem of the conventional example 1 can be improved, and the gain at the switching frequency fs is lowered by the capacitor C2, so that the feedback control becomes unstable as in the conventional example 2. It is possible to suppress this. In the
尚、sはラプラス演算子を表し、基準電圧Vdはゼロとしている。また比較のために従来例1における誤差増幅器3の伝達関数G1(s)を求めると下記の式2で表される。
Note that s represents a Laplace operator, and the reference voltage Vd is zero. For comparison, the transfer function G1 (s) of the
式1の右辺第2項の分子(sC11R11+1)がフィードバック制御の周波数応答の零点であり、C11R11の値を放電灯FLの動特性の極を打ち消すように選択することでランプ電流包絡線の発振を抑えることができる。しかしながら、式1の右辺第2項の分母で決まるフィードバック制御の極はR2,C2,R11,C11の4つの変数を適切に設定しなければならず、また従来例1の抵抗R2及びコンデンサC2の値から大きく変更することを余儀なくされる。従来の放電灯点灯装置において、種々の放電灯に対して電力変換部1や検出回路の回路定数、その他の周辺回路の回路定数がそれぞれ最適値に設定されており、さらなる低光束調光の実現に向けて従来例2の構成を採用すると、フィードバック部2(誤差増幅器3)の回路定数を一から設計し直す必要があった。
The numerator (sC11R11 + 1) in the second term on the right side of
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、低光束調光時のランプ電流の発振を抑えてクレストファクタの低減及びちらつきや立ち消えを防止するとともに安定したフィードバック制御が可能な放電灯点灯装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to suppress lamp current oscillation during low beam dimming, to reduce crest factor, to prevent flicker and extinction, and to enable stable feedback control Is to provide a simple discharge lamp lighting device.
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、スイッチング素子をスイッチング制御することで直流電源の直流電力を高周波電力に変換して放電灯に供給する電力変換部と、放電灯の調光比に応じた基準値を電力変換部の高周波出力と比較し該高周波出力を基準値に一致させる方向へスイッチング制御の制御量を調整するフィードバック部とを備え、該フィードバック部は、高周波出力に対応する検出電圧と基準値に対応する基準電圧との差分を増幅する誤差増幅器を有する放電灯点灯装置において、前記誤差増幅器は、第1の入力端子に検出電圧が入力されるとともに第2の入力端子に基準電圧が入力されるオペアンプと、第1の入力端子に直列接続される入力抵抗と、オペアンプの出力端子と第1の入力端子との間に接続されるインピーダンス素子と、前記入力抵抗と並列に接続される第1の抵抗及び第1のコンデンサの直列回路とを具備することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a power conversion unit that converts DC power of a DC power source into high-frequency power by switching control of a switching element and supplies the high-frequency power to a discharge lamp, and dimming of the discharge lamp A feedback unit that compares the reference value according to the ratio with the high-frequency output of the power conversion unit and adjusts the control amount of the switching control in a direction to match the high-frequency output with the reference value, the feedback unit corresponds to the high-frequency output In a discharge lamp lighting device having an error amplifier for amplifying a difference between a detection voltage to be detected and a reference voltage corresponding to a reference value, the error amplifier has a detection voltage input to a first input terminal and a second input terminal An operational amplifier to which a reference voltage is input, an input resistor connected in series to the first input terminal, and an impedance connected between the output terminal and the first input terminal of the operational amplifier. Dance elements, characterized by comprising a series circuit of a first resistor and a first capacitor connected in parallel with the input resistor.
この発明によれば、第1の抵抗の抵抗値及び第2のコンデンサの容量値を適当な値に設定することにより、低光束調光時のランプ電流の発振を抑えてクレストファクタの低減及びちらつきや立ち消えが防止できるとともに安定したフィードバック制御が可能となる。 According to the present invention, by setting the resistance value of the first resistor and the capacitance value of the second capacitor to appropriate values, the oscillation of the lamp current during low beam dimming can be suppressed to reduce the crest factor and flicker. In addition, it is possible to prevent disappearance and stable feedback control.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記第1の抵抗の抵抗値をR1、第1のコンデンサの容量値をC1、円周率をπとしたとき、0.1kHz≦1/(2π×C1×R1)≦10kHzの関係を満たすように第1の抵抗の抵抗値及び第1のコンデンサの容量値が設定されることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, when the resistance value of the first resistor is R1, the capacitance value of the first capacitor is C1, and the circumferential ratio is π, 0.1 kHz ≦ 1/1 / The resistance value of the first resistor and the capacitance value of the first capacitor are set so as to satisfy the relationship of (2π × C1 × R1) ≦ 10 kHz.
この発明によれば、より効果的に低光束調光時の安定点灯が実現可能となる。 According to the present invention, it is possible to more effectively realize stable lighting at the time of low beam dimming.
請求項3の発明は、請求項1の発明において、前記インピーダンス素子は第2の抵抗と第2のコンデンサの並列回路からなり、前記第1の抵抗の抵抗値をR1、第2の抵抗の抵抗値をR2、入力抵抗の抵抗値をR3、第1のコンデンサの容量値をC1、第2のコンデンサの容量値をC2、円周率をπとしたとき、1/(2π×C2×R2)≦1/{2π×C1×(R1+R3)}の関係を満たすように第1の抵抗、第2の抵抗、入力抵抗の各抵抗値及びに第1及び第2のコンデンサの容量値が設定されることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the impedance element comprises a parallel circuit of a second resistor and a second capacitor, the resistance value of the first resistor is R1, and the resistance of the second resistor When the value is R2, the resistance value of the input resistor is R3, the capacitance value of the first capacitor is C1, the capacitance value of the second capacitor is C2, and the circumference is π, 1 / (2π × C2 × R2) The resistance values of the first resistor, the second resistor, and the input resistor and the capacitance values of the first and second capacitors are set so as to satisfy the relationship of ≦ 1 / {2π × C1 × (R1 + R3)}. It is characterized by that.
この発明によれば、より効果的に低光束調光時の安定点灯が実現可能となる。 According to the present invention, it is possible to more effectively realize stable lighting at the time of low beam dimming.
請求項4の発明は、請求項1又は2又は3の発明において、前記第1の抵抗の抵抗値をR1、入力抵抗の抵抗値をR3としたとき、0.1≦R1/(R1+R3)≦0.5の関係を満たすように第1の抵抗及び入力抵抗の各抵抗値が設定されることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first, second or third aspect of the invention, when the resistance value of the first resistor is R1 and the resistance value of the input resistance is R3, 0.1 ≦ R1 / (R1 + R3) ≦ Each resistance value of the first resistor and the input resistor is set so as to satisfy the relationship of 0.5.
この発明によれば、より効果的に低光束調光時の安定点灯が実現可能となる。 According to the present invention, it is possible to more effectively realize stable lighting at the time of low beam dimming.
請求項5の発明は、請求項1〜4の何れかの発明において、前記誤差増幅器は、第2の抵抗と第2のコンデンサの並列回路からなる前記インピーダンス素子と、第1の入力端子とグランドの間に接続される第3のコンデンサとを具備し、第2の抵抗の抵抗値をR2、第3のコンデンサの容量値をC3、円周率をπとしたとき、1/(2π×R2×C3)>1kHzの関係を満たすように第2の抵抗の抵抗値及び第3のコンデンサの容量値が設定されることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the error amplifier includes the impedance element formed of a parallel circuit of a second resistor and a second capacitor, a first input terminal, and a ground. And a third capacitor connected between the first and second capacitors, wherein the resistance value of the second resistor is R2, the capacitance value of the third capacitor is C3, and the circumference is π, 1 / (2π × R2 The resistance value of the second resistor and the capacitance value of the third capacitor are set so as to satisfy the relationship of × C3)> 1 kHz.
この発明によれば、高周波出力に含まれるノイズ成分による誤動作が防止できる。 According to the present invention, it is possible to prevent malfunction due to noise components included in the high-frequency output.
請求項6の発明は、請求項1〜4の何れかの発明において、入力抵抗の前段にローパスフィルタが設けられ、該ローパスフィルタのカットオフ周波数が1kHzよりも大きい値に設定されることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, a low-pass filter is provided in front of the input resistance, and the cutoff frequency of the low-pass filter is set to a value larger than 1 kHz. And
この発明によれば、高周波出力に含まれるノイズ成分による誤動作が防止できる。 According to the present invention, it is possible to prevent malfunction due to noise components included in the high-frequency output.
請求項7の発明は、請求項1〜6の何れかの発明において、前記フィードバック部は、電力変換部のスイッチング素子に流れるスイッチング電流を前記高周波出力として基準値と比較することを特徴とする。
The invention of
請求項8の発明は、請求項1〜6の何れかの発明において、前記フィードバック部は、放電灯に流れるランプ電流を前記高周波出力として基準値と比較することを特徴とする。
The invention of claim 8 is characterized in that, in the invention of any one of
本発明によれば、第1の抵抗の抵抗値及び第2のコンデンサの容量値を適当な値に設定することにより、低光束調光時のランプ電流の発振を抑えてクレストファクタの低減及びちらつきや立ち消えが防止できるとともに安定したフィードバック制御が可能となる。 According to the present invention, by setting the resistance value of the first resistor and the capacitance value of the second capacitor to appropriate values, the crest factor can be reduced and the flicker can be suppressed by suppressing the oscillation of the lamp current at the time of low beam dimming. In addition, it is possible to prevent disappearance and stable feedback control.
(実施形態1)
本実施形態は、図1に示すように従来例1とほぼ共通の回路構成を有し、誤差増幅器3を構成するオペアンプOPの入力抵抗R3に抵抗R1とコンデンサC1の直列回路を並列接続した点に特徴がある。但し、他の構成は従来例1と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the present embodiment has a circuit configuration almost the same as that of the conventional example 1, and a series circuit of a resistor R1 and a capacitor C1 is connected in parallel to an input resistor R3 of an operational amplifier OP constituting the
フィードバック部2では高周波出力に対応する検出電圧Vsと基準値に対応する基準電圧Vdとの差分を誤差増幅器3で増幅し、検出電圧Vsが基準電圧Vdよりも高ければV−f変換器4とドライバ回路4を介してスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数を上昇方向へ制御することで電力変換部1の出力を低下させ、反対に検出電圧Vsが基準電圧Vdよりも低ければV−f変換器4とドライバ回路4を介してスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数を下降方向へ制御することで電力変換部1の出力を増大させている。このようなフィードバック部2のフィードバック制御によって放電灯FLへの供給電力を一定値に維持し、基準電圧Vdを変化させることで放電灯FLへの供給電力を増減して放電灯FLを調光可能としている。
The
ここで、本発明者は従来例1における誤差増幅器3の回路定数(抵抗R2,R3の抵抗値やコンデンサC2)を変更して周波数特性や位相特性を求める実験を行った結果、図20に示した誤差増幅器3の場合、図16に示すように放電灯FLに流れるランプ電流の発振する周波数が、図20において位相が−90degとなる付近の周波数、すなわち本実施形態における抵抗R2とコンデンサC2で決まるカットオフ周波数fc(=1/2πC2R2)の約10倍付近にあることを見いだした。但し、放電灯FLの出力レベルや周囲温度により、放電灯FLの特性の違いに起因して上記発振周波数は変化するものと考えられる。
Here, the inventor conducted an experiment to obtain frequency characteristics and phase characteristics by changing the circuit constants (resistance values of the resistors R2 and R3 and the capacitor C2) of the
ここで2つの例のランプ電流、スイッチング周波数、発振周波数並びにカットオフ周波数fcの関係を図2に示し、各例のボード線図を図3に示す。すなわち、第1例では図2(a)に示すようにカットオフ周波数fcが約48Hzであるときにランプ電流の発振周波数が約530Hzとなり、第2例では同図(b)に示すようにカットオフ周波数fcが約160Hzであるときにランプ電流の発振周波数が約1kHzとなっていた。図2(b)から明らかなように、カットオフ周波数fcが1kHz付近若しくはそれ以上になると、ランプ電流の発振振幅が減少してクレストファクタが低減されているので、ちらつきが低減できるとともに一時的に電力変換部1の出力が低下して放電灯FLが立ち消えを起こすこともない。つまり、カットオフ周波数fcを1kHz付近での位相が−90degよりも大きくなるようにすれば、ランプ電流の発振振幅を抑制してクレストファクタを低減し、ちらつきや立ち消えを抑えることが可能である。
Here, the relationship between the lamp current, the switching frequency, the oscillation frequency, and the cutoff frequency fc of the two examples is shown in FIG. 2, and the Bode diagram of each example is shown in FIG. That is, in the first example, as shown in FIG. 2A, when the cutoff frequency fc is about 48 Hz, the oscillation frequency of the lamp current is about 530 Hz. In the second example, the cutoff frequency is cut as shown in FIG. When the off-frequency fc is about 160 Hz, the oscillation frequency of the lamp current is about 1 kHz. As apparent from FIG. 2B, when the cut-off frequency fc is around 1 kHz or higher, the oscillation amplitude of the lamp current is reduced and the crest factor is reduced, so that flicker can be reduced and temporarily. The output of the
ここで、本実施形態における誤差増幅器3の伝達関数G0(s)を求めると下記の式3で表される。
Here, when the transfer function G0 (s) of the
上記式3で表される本実施形態における誤差増幅器3の伝達関数G0(s)、並びに式1で表される従来例2における誤差増幅器3の伝達関数G2(s)のボード線図を図4に示し、実線リがG0(s)のゲイン及び位相、破線チがG1(s)のゲイン及び位相、一点破線ルがG2(s)のゲイン及び位相をそれぞれ表している。また、伝達関数G0(s)をG1(s)とGa(s)に分けたボード線図を図5に示し、破線ヲがG1(s)のゲイン及び位相、実線ワがGa(s)のゲイン及び位相をそれぞれ表している。但し、放電灯FLや電力変換部1の回路定数などによって誤差増幅器3に必要なゲイン(直流ゲイン)が変わるため、図4及び図5では縦軸のゲイン値を明記していない。
4 is a Bode diagram of the transfer function G0 (s) of the
式3から明らかなように、本実施形態における誤差増幅器3の伝達関数G0(s)は、従来例1における誤差増幅器3の伝達関数G1(s)とGa(s)との積で表される。これは図5のボード線図上において、ゲイン及び位相とも2つの伝達関数G1(s),Ga(s)の和が伝達関数G0(s)となることを示している。従って、伝達関数Ga(s)の特性のみに着目して回路定数を設定することにより、従来の放電灯点灯装置から簡単に調光下限を引き下げることが可能となる。この点において、大幅な回路定数の変更が必要となる従来例3に比較して本実施形態が設計上有利となる。また、上述のように1kHz付近での位相が−90degよりも大きくなるようにした場合、図4に示すようにスイッチング周波数fs(1kHz)付近での誤差増幅器3のゲインを従来例2における誤差増幅器3のゲインよりも減少させることができる。
As apparent from
而して、本実施形態における低光束調光時のランプ電流並びにスイッチング周波数を計測したところ、図6に示すようにランプ電流のクレストファクタを1.5以下にまで抑えることができ、目視によるちらつきも確認されなかった。また、スイッチング周波数fsの変動幅も抑えられており、インダクタによる騒音などの不具合も問題はなかった。さらに、定格点灯時の動作確認も行ったが、従来例2のような不安定な動作も生じなかった。 Thus, when the lamp current and the switching frequency at the time of low luminous flux dimming in this embodiment were measured, the crest factor of the lamp current can be suppressed to 1.5 or less as shown in FIG. Also not confirmed. Further, the fluctuation range of the switching frequency fs is suppressed, and there is no problem with problems such as noise caused by the inductor. Further, although the operation was confirmed at the time of rated lighting, the unstable operation as in the conventional example 2 did not occur.
ところで、コンデンサC1と抵抗R1で決まるカットオフ周波数fp2(=1/2πC1R1)を変えて誤差増幅器3のゲイン特性及び位相特性を調べたところ、図7に示す結果が得られた。ここで、図7における破線dはカットオフ周波数fp2を低くした場合の伝達関数G0(s)、一点破線eはカットオフ周波数fp2を高くした場合の伝達関数G0(s)、実線fはカットオフ周波数fp2をその中間とした場合の伝達関数G0(s)のゲイン特性及び位相特性をそれぞれ示している。上述のように従来例1〜3の課題を解決するには1kHz付近における誤差増幅器3の位相を−90degよりも大きくすることが必要であるが、カットオフ周波数fp2を低くすると従来例1における位相特性に近付いてしまうことから、少なくともカットオフ周波数fp2を0.1kHz以上に設定する必要のあることが判った。一方、カットオフ周波数fp2を高くすると1kHz付近での位相は大きくなるが、それとともにスイッチング周波数付近のゲインも上昇してしまうことから、カットオフ周波数fp2は少なくとも10kHz以下とし、好適には1kHz以下に設定することが望ましいことが判った。すなわち、カットオフ周波数fp2が0.1kHz以上且つ10kHz以下、好適には0.1kHz以上且つ1kHz以下の関係を満たすようにコンデンサC1の容量値及び抵抗R1の抵抗値を設定すれば、一層効果的に低光束調光時の安定点灯が実現可能となる。
By the way, when the gain characteristic and the phase characteristic of the
尚、図8に示すように電力変換部1を従来例2と同様のハーフブリッジ型のインバータ回路で構成し、ローサイドのスイッチング素子Q2に直列接続された検出素子Z1の両端電圧(検出電圧Vs)をフィードバック部2に入力して基準電圧Vdと比較する構成とすれば、放電灯FLへの供給電力を安定化することが可能であり、図9に示すように従来例3と同様のランプ電流検出回路6で放電灯FLに流れるランプ電流を検出した検出電圧Vxをフィードバック部2に入力して基準電圧Vdと比較する構成とすれば、放電灯FLに流れるランプ電流を安定化することが可能である。
As shown in FIG. 8, the
(実施形態2)
ところで実施形態1の回路構成において、入力抵抗R3とコンデンサC1及び抵抗R1の並列回路におけるカットオフ周波数fz1(=1/2πC1(R1+R3))と、オペアンプOPの入出力間に並列接続されているコンデンサC2及び抵抗R2のカットオフ周波数fcとの値が近くなるように抵抗R1〜R3の抵抗値及びコンデンサC1,C2の容量値を設定したときの誤差増幅器3のゲイン特性及び位相特性を調べたところ、図10に示す結果が得られた。ここで、図10における破線gはスイッチング周波数付近のゲインを実施形態1とほぼ等しくした場合の伝達関数G0(s)、一点破線hは1kHz付近での位相を実施形態1とほぼ等しくした場合の伝達関数G0(s)、実線iはfz1とfcの値を近付けていない場合の伝達関数G0(s)のゲイン特性及び位相特性をそれぞれ示している。一点破線hではスイッチング周波数付近のゲインが高くなっており、破線gでは従来例1の特性に近いものとなっている。すなわち、カットオフ周波数fz1を高くすれば一点破線hに対してゲインを抑えつつ位相を補償することが可能であり、これらのことから少なくともfc≦fz1の関係を満たすように抵抗R1〜R3の抵抗値及びコンデンサC1,C2の容量値を設定すれば、より効果的に低光束調光時の安定点灯が実現可能となる。
(Embodiment 2)
By the way, in the circuit configuration of the first embodiment, the cutoff frequency fz1 (= 1 / 2πC1 (R1 + R3)) in the parallel circuit of the input resistor R3, the capacitor C1, and the resistor R1 is connected in parallel between the input and output of the operational amplifier OP. When the resistance values of the resistors R1 to R3 and the capacitance values of the capacitors C1 and C2 are set so that the values of the cutoff frequency fc of C2 and the resistor R2 are close, the gain characteristic and phase characteristic of the
(実施形態3)
実施形態1の回路構成において、カットオフ周波数fp2を略一定とする条件下で入力抵抗R3と抵抗R1の和と、抵抗R1との比k(=R1/(R1+R3))を変えて誤差増幅器3のゲイン特性及び位相特性を調べたところ、図11に示す結果が得られた。ここで、図11における破線jは上記比kを大きくした場合の伝達関数G0(s)、一点破線mは上記比kを小さくした場合の伝達関数G0(s)、実線nは上記比kをその中間とした場合の伝達関数G0(s)のゲイン特性及び位相特性をそれぞれ示している。破線jからは比kを大きく、すなわち1に近付けることは抵抗R1の抵抗値を大きくすることであり、これにより従来例1の特性に近付くことが判る。そのため、1kHz付近で望ましい位相とするために、比kの値に上限を設定する必要があり、実験結果などからk≦0.5とすることが望ましいことが判った。一方、一点破線mから比kを小さくすると、1kHz付近での位相が大きくなるが、それとともにスイッチング周波数付近のゲインが上昇するから、ゲインをある程度制限するために比kの値に下限を設定する必要があり、実験結果などからk≧0.05とすることが望ましいことが判った。
(Embodiment 3)
In the circuit configuration of the first embodiment, the
而して、上記比kが0.05≦k≦0.5の関係を満たすように抵抗R1,R3の抵抗値を設定すれば、より効果的に低光束調光時の安定点灯が実現可能となる。 Thus, if the resistance values of the resistors R1 and R3 are set so that the ratio k satisfies the relationship of 0.05 ≦ k ≦ 0.5, stable lighting at the time of low beam dimming can be realized more effectively. It becomes.
(実施形態4)
本実施形態は、図12に示すように実施形態1とほぼ共通の回路構成を有し、誤差増幅器3を構成するオペアンプOPの反転入力端子とグランド(基準電位)との間にコンデンサC3を接続するとともに、抵抗R2とコンデンサC3で決まるカットオフ周波数fp3(=1/2πC3R2)が1kHzよりも大きくなるようにコンデンサC3の容量値を設定した点に特徴がある。但し、他の構成は実施形態1と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 4)
As shown in FIG. 12, the present embodiment has a circuit configuration almost the same as that of the first embodiment, and a capacitor C3 is connected between the inverting input terminal of the operational amplifier OP constituting the
而して、図8に示した回路構成ではスイッチング素子Q2に流れるスイッチング電流の検出電圧Vsを誤差増幅器3に入力しており、この検出電圧Vsに含まれる高周波成分がノイズとなってフィードバック部2が誤動作する虞があるが、本実施形態では検出電圧Vsが入力するオペアンプOPの反転入力端とグランドの間にコンデンサC3を接続することで高周波成分(ノイズ)を低減し、フィードバック部2の誤動作を防止することができる。
Thus, in the circuit configuration shown in FIG. 8, the detection voltage Vs of the switching current flowing through the switching element Q2 is input to the
一方、コンデンサC3は誤差増幅器3の周波数特性に影響を与え、抵抗R3,R1やコンデンサC1を取り外したときに上記カットオフ周波数fp3に極を持つことになる。位相を補償したい周波数(1kHz)付近にこの極があるとすると、実際にはカットオフ周波数fp3の10分の1の周波数から位相が遅れるので、実施形態1で説明した効果が低下し、ひいては従来例1のような不具合が現れる虞がある。このことから、カットオフ周波数fp3は少なくとも1kHzよりも高くする必要があり、好適には10kHz以上となるようにコンデンサC3の容量値を設定することが望ましい。そうすれば、高周波ノイズによるフィードバック部2の誤動作を防止しつつ実施形態1と同様の効果を奏し得る。
On the other hand, the capacitor C3 affects the frequency characteristics of the
(実施形態5)
本実施形態は、図13に示すように実施形態1とほぼ共通の回路構成を有し、誤差増幅器3の前段に抵抗R4とコンデンサC4からなるローパスフィルタ7を設けるとともに、ローパスフィルタ7のカットオフ周波数fx(=1/2πC4R4)が1kHzよりも大きくなるように抵抗R4の抵抗値及びコンデンサC4の容量値を設定した点に特徴がある。但し、他の構成は実施形態1と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 5)
As shown in FIG. 13, the present embodiment has a circuit configuration that is substantially the same as that of the first embodiment. A low-
而して、本実施形態も実施形態4と同様にスイッチング素子Q2に流れるスイッチング電流の検出電圧Vsに含まれる高周波成をローパスフィルタ7により低減し、フィードバック部2の誤動作を防止することができる。しかしながら、抵抗R4及びコンデンサC4が誤差増幅器3の周波数特性に影響を与え、上記カットオフ周波数fxに極を持つことにより、実際にはカットオフ周波数fxの10分の1の周波数から位相が遅れるので、実施形態1で説明した効果が低下し、ひいては従来例1のような不具合が現れる虞がある。このことから、カットオフ周波数fxを少なくとも1kHzよりも高くする必要があり、好適には10kHz以上となるように抵抗R4の抵抗値及びコンデンサC4の容量値を設定することが望ましい。但し、抵抗R4の抵抗値を大きくしすぎると、ローパスフィルタ7を含めたフィードバック部2の直流ゲインが小さくなって必要がゲインが得られなくなるので、入力抵抗R3に対してローパスフィルタ7の抵抗R4の抵抗値を十分に小さくしておくことが望ましい。そうすれば、高周波ノイズによるフィードバック部2の誤動作を防止しつつ実施形態1と同様の効果を奏し得る。
Thus, in the present embodiment, similarly to the fourth embodiment, the high-frequency component included in the detection voltage Vs of the switching current flowing through the switching element Q2 can be reduced by the low-
1 電力変換部
2 フィードバック部
3 誤差増幅器
R1,R2,R3 抵抗
C1,C2 コンデンサ
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JP2009224244A (en) * | 2008-03-18 | 2009-10-01 | Mitsubishi Electric Corp | Discharge lamp lighting device, lighting device |
WO2010079539A1 (en) * | 2009-01-08 | 2010-07-15 | パナソニック株式会社 | Integrator circuit and δς modulator equipped with same |
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