JP2005203186A - Discharge lamp lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放電灯点灯装置、特に自動車の前照灯に用いられる高輝度放電灯に好適な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, and more particularly to a discharge lamp lighting device suitable for a high-intensity discharge lamp used for a headlamp of an automobile.
近年、自動車の前照灯として、従来のハロゲンバルブよりも高輝度、低消費電力、長寿命であるという安全上の利点から高輝度放電灯(HIDバルブ)が使用され、大型乗用車から小型乗用車にまで普及しつつある(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。また、高輝度放電灯を点灯するには、従来のハロゲンバルブとは異なって点灯装置が必要であり、小型車への普及に伴って点灯装置の小型化が求められている。 In recent years, high-intensity discharge lamps (HID bulbs) have been used as automotive headlamps because of safety advantages of higher brightness, lower power consumption, and longer life than conventional halogen bulbs. From large passenger cars to small passenger cars. (See, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). Further, in order to light a high-intensity discharge lamp, a lighting device is required unlike a conventional halogen bulb, and downsizing of the lighting device is required with the spread to small cars.
高輝度放電灯(以下、単に放電灯と略す)を点灯する放電灯点灯装置の一例を図10に示す。この従来装置は、自動車に搭載されたバッテリ(直流電源)1の直流電力を低周波で交番する矩形波電力に変換して放電灯に供給するインバータ部3と、高圧パルス電圧を印加して放電灯2を始動するイグナイタ部4とを備える。インバータ部3は、直流電源1から放電灯2に供給される電力を調整する電力調整回路10と、電力調整回路10で調整された電力を低周波の矩形波電圧・電流に変換する直流/矩形波変換回路11と、直流/矩形波変換回路の出力側に設けられたフィルタ回路12と、電力調整回路10並びに直流/矩形波変換回路11を制御する制御回路部13とを具備する。電力調整回路10は従来から周知であるフライバックタイプのDC/DCコンバータからなり、制御回路部13によりスイッチング素子Q1を数十kHz〜数百kHzでスイッチングするとともにPWM制御することで電力調整が行われる。直流/矩形波変換回路11は2つのスイッチング素子Q2,Q3の直列回路と2つのスイッチング素子Q4とQ5の直列回路を互いに並列接続したブリッジ回路からなり、制御回路部13により対角辺に位置する2つのスイッチング素子Q2,Q5をオンする期間と2つのスイッチング素子Q3,Q4をオンする期間を数百Hzの周期で交互に切り換えることにより各々の直列回路の中点(出力端)から低周波の矩形波電圧・電流を出力する。また、フィルタ回路12は2つのコモンモードチョーク12a,12aと、コモンモードチョーク12a,12aの間で直流/矩形波変換回路11から放電灯2への給電路間に直列接続された2個のコンデンサC1,C2とを具備し、2個のコンデンサC1,C2の接続点がグランドに接地されている。
An example of a discharge lamp lighting device for lighting a high-intensity discharge lamp (hereinafter simply referred to as a discharge lamp) is shown in FIG. This conventional apparatus converts the DC power of a battery (DC power supply) 1 mounted in an automobile into rectangular wave power alternating at a low frequency and supplies it to a discharge lamp, and applies and discharges a high voltage pulse voltage. And an
イグナイタ部4は一対のコンデンサ及びダイオードからなる倍電圧整流回路、この倍電圧整流回路に1次側が接続されるとともに2次側が放電灯2に接続されたパルストランスPT、倍電圧整流回路から出力する高電圧をパルストランスPTの1次側に印加するためのスイッチ素子(サイリスタ)などを具備した従来周知の構成を有し、パルストランスPTの2次側に発生する高圧パルス電圧を印加して放電灯2を始動する。
The
上述のように構成される従来の放電灯点灯装置は、図11に示すように、例えばアルミダイカスト製の筐体100にインバータ部3が収納され、絶縁材料からなるハウジング101内にイグナイタ部4が収納され、インバータ部3とイグナイタ部4がケーブル102で接続されるとともに、放電灯(HIDバルブ)2が着脱自在に装着されるソケット103にイグナイタ部4がケーブル104で接続される。そして、インバータ部3が収納された筐体100は前面が開口した有底筒状の灯体105の外側面に固定され、イグナイタ部4が収納されたハウジング101は灯体105の内部に固定される。また、前方に開口した椀型の反射鏡106にソケット103が取り付けられ、この反射鏡106が灯体105の内部に収納固定されている。
ところで上記従来装置においては、電力調整回路10や直流/矩形波変換回路11のスイッチング素子Q1〜Q5から高周波のスイッチングノイズが発生し、また放電灯2からも極性反転に伴う高周波ノイズが発生する。ここで、上記スイッチングノイズの周波数が主にAMラジオ放送に利用される中波帯(300kHz〜3MHz)に属するのに対し、放電灯2から発する高周波ノイズの周波数は主にFMラジオ放送に利用される超短波(VHF)帯(30MHz〜300MHz)に属し、互いに周波数帯が異なるために2種類のフィルタが必要であった。このため、例えば特許文献2に記載されている従来装置では、中波帯のスイッチングノイズをインバータ部3のフィルタ回路12で抑制すると同時に、図12に示すようにイグナイタ部4の出力側にインダクタLf1,Lf2及びコンデンサCfからなるフィルタ回路5を設けて放電灯2で発生する高周波ノイズを抑制していたが、フィルタ回路5を設けることでイグナイタ部4が大型化してしまうという問題があった。
By the way, in the above-described conventional device, high-frequency switching noise is generated from the switching elements Q1 to Q5 of the
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、装置の大型化や回路構成の複雑化を回避しつつ異なる周波数帯のノイズを抑制できる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 an object thereof is to provide a discharge lamp lighting device capable of suppressing noise in different frequency bands while avoiding an increase in size of the device and a complicated circuit configuration. is there.
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、直流電源の直流電力を低周波で交番する矩形波電力に変換して放電灯に供給するインバータ部と、高圧パルス電圧を印加して放電灯を始動するイグナイタ部とを備え、インバータ部は、直流電源から放電灯に供給される電力を調整する電力調整回路と、電力調整回路で調整された電力を低周波の矩形波電圧・電流に変換する直流/矩形波変換回路と、直流/矩形波変換回路の出力側に設けられたフィルタ回路とを具備し、該フィルタ回路は、直流/矩形波変換回路から放電灯への給電路間に直列接続された偶数個のコンデンサと、偶数個のコンデンサの直列回路の中点とグランドの間に接続されたインピーダンス素子とからなることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the first aspect of the invention provides an inverter unit for converting DC power of a DC power source into rectangular wave power alternating at a low frequency and supplying the same to a discharge lamp, and applying and releasing a high voltage pulse voltage. The inverter unit includes a power adjustment circuit that adjusts the power supplied from the DC power source to the discharge lamp, and the power adjusted by the power adjustment circuit is converted into a low-frequency rectangular wave voltage / current. A DC / rectangular wave conversion circuit for conversion, and a filter circuit provided on the output side of the DC / rectangular wave conversion circuit, the filter circuit being provided between the power supply path from the DC / rectangular wave conversion circuit to the discharge lamp. It is characterized by comprising an even number of capacitors connected in series and an impedance element connected between the midpoint of the series circuit of the even number of capacitors and the ground.
この発明によれば、インバータ部で発生する相対的に低い周波数帯のノイズ成分はコンデンサ並びにインピーダンス素子を介してグランドに流れるためにインバータ部の外に漏れず、放電灯で発生する相対的に高い周波数帯のノイズ成分はコンデンサを通して放電灯の方へ戻るためにインバータ部の方へ漏れるのを抑制することができる。しかも、従来例に対してはインピーダンス素子を追加するだけで済むため、イグナイタ部の出力側に放電灯で発生したノイズ成分を抑制するためのフィルタを設ける必要が無く、装置の大型化や回路構成の複雑化を回避しつつ異なる周波数帯のノイズを抑制できる。 According to the present invention, the noise component of the relatively low frequency band generated in the inverter unit flows to the ground via the capacitor and the impedance element, and therefore does not leak out of the inverter unit, and is relatively high generated in the discharge lamp. Since the noise component in the frequency band returns to the discharge lamp through the capacitor, it can be prevented from leaking to the inverter unit. In addition, since it is only necessary to add an impedance element to the conventional example, it is not necessary to provide a filter for suppressing the noise component generated in the discharge lamp on the output side of the igniter, and the size of the device and the circuit configuration are increased. Thus, noise in different frequency bands can be suppressed while avoiding complexity.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、フィルタ回路を介して直流/矩形波変換回路の出力側に接続されるとともに放電灯が着脱自在に装着されるソケットを備え、該ソケットとイグナイタ部が一体に構成されたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a socket according to the first aspect of the present invention, further comprising a socket connected to the output side of the DC / rectangular wave conversion circuit via the filter circuit and to which the discharge lamp is detachably mounted. The parts are integrally formed.
この発明によれば、イグナイタ部とソケットを接続するケーブルが不要となって装置全体の小型化が図れる。 According to the present invention, a cable for connecting the igniter portion and the socket is not required, and the entire apparatus can be reduced in size.
本発明によれば、インバータ部で発生する相対的に低い周波数帯のノイズ成分はコンデンサ並びにインピーダンス素子を介してグランドに流れるためにインバータ部の外に漏れず、放電灯で発生する相対的に高い周波数帯のノイズ成分はコンデンサを通して放電灯の方へ戻るためにインバータ部の方へ漏れるのを抑制することができ、しかも、従来例に対してはインピーダンス素子を追加するだけで済むため、イグナイタ部の出力側に放電灯で発生したノイズ成分を抑制するためのフィルタを設ける必要が無く、装置の大型化や回路構成の複雑化を回避しつつ異なる周波数帯のノイズを抑制できるという効果がある。 According to the present invention, the noise component of the relatively low frequency band generated in the inverter unit flows to the ground via the capacitor and the impedance element, and therefore does not leak out of the inverter unit, and is relatively high generated in the discharge lamp. Since the noise component in the frequency band returns to the discharge lamp through the capacitor, it can be suppressed from leaking to the inverter unit, and only the impedance element is added to the conventional example, so the igniter unit There is no need to provide a filter for suppressing the noise component generated in the discharge lamp on the output side of the lamp, and there is an effect that noise in different frequency bands can be suppressed while avoiding enlargement of the apparatus and complication of the circuit configuration.
(実施形態1)
本実施形態の放電灯点灯装置は、自動車の前照灯に用いる高輝度放電灯(HIDバルブ)を点灯するためのものであって、図1に示す回路構成を有する。但し、本実施形態の基本的な回路構成は図10に示した従来例と共通であるから、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)
The discharge lamp lighting device of this embodiment is for lighting a high-intensity discharge lamp (HID bulb) used for a vehicle headlamp, and has the circuit configuration shown in FIG. However, since the basic circuit configuration of this embodiment is the same as that of the conventional example shown in FIG. 10, the same reference numerals are given to the common components and the description thereof is omitted.
本実施形態が従来例と異なる点はフィルタ回路12の構成にある。すなわち、本実施形態のフィルタ回路12は、直流/矩形波変換回路11から放電灯2への給電路間に直列接続された偶数個(2個)のコンデンサC1,C2の直列回路の中点とグランドの間にインピーダンス素子Zが接続されている。ここで、インピーダンス素子Zは図2(a)に示すように抵抗R1でもよいし、同図(b)に示すようにインダクタL1でもよい。また、インピーダンス素子Zの部品形態はリード部品若しくは表面実装部品の何れでも構わない。
The present embodiment is different from the conventional example in the configuration of the
而して、インバータ部3で発生する相対的に低い周波数帯(例えば、AMラジオ放送の中波帯)のノイズ成分はコンデンサC1,C2並びにインピーダンス素子Zを介してグランドに流れるためにインバータ部3の外に漏れず、放電灯2で発生する相対的に高い周波数帯(例えば、FMラジオ放送の超短波帯)のノイズ成分はコンデンサC1,C2を通して放電灯2の方へ戻るためにインバータ部3の方へ漏れるのを抑制することができる。しかも、従来例に対してはインピーダンス素子Zを追加するだけで済むため、イグナイタ部12の出力側に放電灯2で発生したノイズ成分を抑制するためのフィルタ5を設ける必要が無く、装置の大型化や回路構成の複雑化を回避しつつ異なる周波数帯のノイズを抑制できるものである。
Thus, since a noise component in a relatively low frequency band (for example, a medium wave band of AM radio broadcasting) generated in the
但し、上述の作用を奏するためには、インピーダンス素子Zのインピーダンスを上記低い周波数帯ではコンデンサC1,C2の合成インピーダンスよりも小さく且つ上記高い周波数帯では大きくする必要がある。すなわち、コンデンサC1,C2の合成インピーダンスを固定しインピーダンス素子Zである抵抗R1の抵抗値R1を変えたときに各周波数帯においてフィルタ回路12から漏れるノイズの電界強度(dBμV/m)を調べたところ、図3に示すように低い周波数帯(約500kHz〜1600kHz)では抵抗値R1が大きい(R1=56Ω)ときに比べて抵抗値R1が小さい(R1=0Ω)ときの方がノイズの電界強度が低下し、図4に示すように高い周波数帯(約76MHz〜90MHz)では抵抗値R1が小さい(R1=11Ω)ときに比べて抵抗値R1が大きい(R1=56Ω)ときの方がノイズの電界強度が低下していることが明らかとなった。したがって、相異なる2種類の周波数帯でノイズを低減するためには、インピーダンス素子Zのインピーダンス(抵抗値R1)を適当な値(例えば、20〜60Ω程度)に設定することが必要である。尚、図2(b)に示すようにインピーダンス素子ZとしてインダクタL1を用いる場合であれば、図5に示すように上記低い周波数帯(AM帯)におけるインピーダンスが小さく且つ上記高い周波数帯(FM帯)におけるインピーダンスが大きいものを選択すれば良く、インダクタL1の選択に幅を持たせることができる。
However, in order to achieve the above-described action, the impedance of the impedance element Z needs to be smaller than the combined impedance of the capacitors C1 and C2 in the low frequency band and larger in the high frequency band. That is, when the combined impedance of the capacitors C1 and C2 is fixed and the resistance value R1 of the resistor R1 that is the impedance element Z is changed, the electric field strength (dBμV / m) of noise leaking from the
(実施形態2)
本実施形態は、図6に示すようにインピーダンス素子Zとして抵抗値R1を用いたフィルタ回路12を介して直流/矩形波変換回路11の出力側に接続されるとともに放電灯2が着脱自在に装着されるソケット6を備え、ソケット6とイグナイタ部4が一体に構成されている点に特徴がある。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the
インバータ部3は、従来例と同じくフライバックタイプのDC/DCコンバータからなる電力調整回路10、直流/矩形波変換回路11、フィルタ回路12、制御回路部13の他に、電力調整回路10の出力の一部を昇圧してイグナイタ部4に供給する昇圧回路14と、直流電源1の直流出力を安定化させて制御回路部13の動作電源を供給する制御電源15とを備える。また、イグナイタ部4はサイリスタの代わりに放電ギャップSGがパルストランスPTの1次側に接続されている点が異なり、昇圧回路14で昇圧された電圧により放電ギャップSGが放電したときにパルストランスPTの2次側に10〜30kVの高圧パルス電圧を発生するものである。そして、パルストランスPTの2次側にソケット6の端子(後述する)が接続され、ソケット6を介して放電灯(HIDバルブ)2に矩形波電力が供給される。
The
本実施形態におけるソケット6は、図7〜図9に示すように、リードフレームを用いて形成した金属板からなる配線電路板(図示せず)を、ポリエーテルイミド樹脂のような熱可塑性合成樹脂の成形品であるベース20にインサート成形によって同時成形したものである。配線電路板の適宜箇所にはイグナイタ部4を構成する電子部品を実装するために接続片31が設けられ、接続片31はベース20の表面から突出する。
As shown in FIGS. 7 to 9, the socket 6 in the present embodiment is a thermoplastic synthetic resin such as a polyetherimide resin, as a wiring circuit board (not shown) made of a metal plate formed using a lead frame. The base 20 which is a molded product is formed simultaneously by insert molding. A
上述したパルストランスPTは、図8に示すようにベース20に一体に埋め込まれる。つまり、配線電路板に実装される電子部品のうちパルストランスPTは、ベース20の成形前に配線電路板に溶接によって実装され、ベース20の成形によってベース20に埋め込まれることになる。このとき、1次巻線及び2次巻線を外部回路と接続するためのパルストランスPTの端子片(図示せず)がベース20の表面から外部に露出する。
The pulse transformer PT described above is embedded in the base 20 as shown in FIG. That is, of the electronic components mounted on the wiring circuit board, the pulse transformer PT is mounted on the wiring circuit board by welding before the base 20 is formed, and is embedded in the
ベース20は、図9に示すように放電灯2が接続されるソケット口21を基板部22の厚み方向の一面に一体に備え、基板部22の厚み方向の両面に上述した接続片31が突出し、接続片31に電子部品を実装できるように形成されている。以下では、基板部22の厚み方向においてソケット口21を設けている面を前面と呼ぶ。つまり、パルストランスPTは基板部22の後面側に配置される。ソケット口21は適合する放電灯2の形状に合わせて内筒21aと外筒21bとからなる二重円筒状に形成されており、内筒21aの内側面に沿って内側電極51が配置され、外筒21bには一部が外筒21bの外側面に開放されるとともに外筒21bの先端面に開放された電極保持溝21cが形成されている。電極保持溝21cには金属板により形成された外側電極52の基部が挿入される。外側電極52は、放電灯2の口金(図示せず)に弾接する接触ばね52aと、電極保持溝21cに挿入される保持片(図示せず)と、電極保持溝21cにおいて外筒21bの外側面に開放されている部位から外筒21bの外方に突出する電極端子片52cとを一体に備える。電極端子片52cは、配線電路板に設けられてベース20から突出する接続片31に接合される。
As shown in FIG. 9, the
ベース20の基板部22は、前方から見ると矩形の一辺を弧状に形成した形状を有し、基板部22の前面であって弧状となった一辺側の近傍に上述したソケット口21が設けられている。また、パルストランスPTは長手方向の一辺が基板部22の弧状の一辺に隣り合っている一辺に沿うように配置される。基板部22においてパルストランスPTを設けていない部位の厚み寸法はパルストランスPTを設けている部位よりも小さく、さらに、基板部22においてパルストランスPTを設けていない部位であってソケット口21に重複しない部位には前面から後方に段下がりとなった段部23が形成される。この段部23にはイグナイタ部4を構成するコンデンサC4が載置される。段部23に対応する部位であって基板部22の後面側には、放電ギャップSG及びコンデンサC3が配置される。これらの電子部品は接続片31に対して抵抗溶接等によって接合される。
The
ベース20の基板部22における弧状の一辺には、パルストランスPTを埋入した部位から連続する形で基板部22の後面に突出する囲み壁24が連続一体に形成され、さらに段部23に対応する部位であって基板部22の側面には前後に突出する組立片25が連続一体に形成される。囲み壁24および組立片25の外側面には適宜個数の組立爪26が突設される。
On one side of the arc shape of the
上述のように電子部品が実装されソケット口21が一体に形成されたベース20は、図7に示すように、ケース60に収納される。ケース60は、ベース20が収納され基板部22の前面側が開口する後ケース61と、後ケース61の前面に覆着される前ケース62とにより形成される。後ケース61と前ケース62とは、超音波溶着により結合するか、ねじあるいはかしめ鋲のような固定具を用いて結合するか、あるいは凹凸係合によって結合する。
The base 20 on which electronic components are mounted and the
後ケース61は導電性材料により形成されている。また、後ケース61の周壁にはベース20の周面に突設した組立爪26と係合する組立孔(図示せず)が形成され、後ケース61にベース20を装着すると組立爪26が組立孔に係合することによって、後ケース61にベース20が結合されるようにしてある。また、前ケース62には、ソケット口21に接続される放電灯2を機械的に保持するための円筒状のソケット筒63が一体に設けられる。ソケット筒63は放電灯2をバヨネット方式で結合するために、ソケット筒63の前面と内側面とに開放された複数個の結合溝64を有している。各結合溝64は、ソケット筒63の前端から後方に延長された部位と、ソケット筒63の周方向に延長された部位とを有したL字状に形成され、放電灯2の口金に突設された結合ピンを結合溝64に挿入して放電灯2を回転させると結合ピンが結合溝64の奥に導入され、放電灯2がソケット筒63に保持されるようにしてある。この種のバヨネット方式の結合様式は周知技術であるから説明を省略する。
The
上述したベース20に実装したイグナイタ部4をインバータ部3と接続するために、ケース60には入力線Lxが導入される。入力線Lxは前ケース62に設けた切欠部(図示せず)を通してケース60に導入され、前ケース62において切欠部の周囲には外向きにガイド筒65が突設される。ガイド筒65には入力線Lxに作用する張力がケース60に収納されたイグナイタ部4との接続部分に及ばないようにするために、帯金により形成された張力止め部材66が巻き付けられる。
In order to connect the
上述のように本実施形態では、ソケット6とイグナイタ部4を一体に構成しているため、イグナイタ部4とソケット6を接続するケーブルが不要となって装置全体の小型化が図れるのである。
As described above, in this embodiment, since the socket 6 and the
1 直流電源
2 放電灯
3 インバータ部
4 イグナイタ部
12 フィルタ回路
C1,C2 コンデンサ
Z インピーダンス素子
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