JP2006012460A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低温状態における放電灯を常温と同様な始動時間で点灯する。
【解決手段】トランスＴＲの一次コイルＴＲ１の一端に直流電源Ｖｂを他端と接地間にトランジスタＱ２を接続する。トランジスタＱ２をスイッチングさせて二次コイルＴＲ２から交流電圧、三次コイルＴＲ３から二次コイルＴＲ２の出力より高い交流電圧を生成する。始動時三次コイルＴＲ３の交流電圧を整流して得られたイグナイタ電圧ＩＶをイグナイタ１５に供給し放電灯１６をグロー放電させる。次に二次コイルＴＲ２の交流電圧を整流して得られた電圧をフルブリッジ回路１４で高低の電圧を生成しイグナイタ１６に供給し、放電灯１６のアーク放電を行う。トランジスタＱ２を定電圧電源１１の定電圧出力に基づきスイッチング制御するとき低温度時の立ち上がり時間を短くするため定電圧を出力する定電圧電源１１のトランジスタのベースに接続されるバイアス抵抗値が温度により変更するものとした。
【選択図】図１

Description

この発明は、低温の場合でも短時間に放電灯の点灯開始時間を短縮させる放電灯点灯装置に関する。

従来の放電灯を点灯させる放電灯点灯装置は、入力電圧が低い場合に制御回路用電源に定電圧を出力させるトランジスタのバイアス抵抗を設定時間低くしてベース電流を多く流し次段のＤＣ／ＤＣコンバータが正常に動作するのに必要な動作電圧まで上昇させている。（例えば、特許文献１）
特開２００２−１３６１５１公報（第４〜５頁、図１）

上記した特許文献１の技術は、入力電圧が低い場合、定電圧を出力させるトランジスタのベース電流を変化させるだけのため、使用環境温度が低温の場合は、速やかに電圧が立ち上がらない、という問題があった。このため、一般的には、定電圧を出力させるトランジスタの使用環境を考慮して低温で設定の電圧出力を得るためベース抵抗は予め低抵抗とするか、直流増幅率の高いトランジスタを選定する方法が取られている。しかし、予め定電圧出力用トランジスタのベース抵抗を小さくすることは、電圧が一定であることから電力損失が大きくなり、また増幅率の高いトランジスタを使用することは高コストになる等の問題があった。

この発明の目的は、低温下における定電圧出力用トランジスタの電流増幅率の低下を抑えて点灯開始時間の立ち上がりを早くした放電灯点灯装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明の放電灯点灯装置は、直流電源と、前記直流電源の直流電圧をトランスの一次側の一端に供給し、該トランスの一次側の他端に接続されるスイッチング素子をスイッチングさせて前記トランスの二次側の第１のコイルから交流の第１の電圧および前記トランスの二次側の第２のコイルから前記第１の電圧より高い交流の第２の電圧を生成する電圧発生手段と、前記第２の直流電圧を供給し、該第２の直流電圧に基づき放電灯の点灯を始動させる高圧パルスを発生するイグナイタと、前記放電灯が始動された後に前記第１の直流電圧を前記放電灯に供給する供給手段と、前記トランスの一次側の中間タップに接続し、該中間タップから得られる交流電圧を直流に変換するとともに、定電圧を出力するトランジスタのバイアス抵抗の値を温度に基づき変更することで、温度差による前記定電圧の出力の立ち上がり時間差を抑えて前記スイッチング素子を制御するための定電圧電源とを具備したことを特徴とする。

この発明によれば、低温状態における放電灯が、常温と同様な始動時間で点灯可能となる。

以下、この発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、この発明の一実施例について説明するための回路構成図である。図１において、Ｖｂは、例えば１２Ｖの直流電源であり、直流電源ＶｂをトランスＴＲの一次コイルＴＲ１の一端に接続する。１１は定電圧電源であり、この定電圧電源１１は、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１，Ｃ２、ＮＰＮトランジスタＱ１、バイアス抵抗Ｒｂ、ツェナーダイオードＺＤから構成する。トランスＴＲの一次コイルＴＲ１の中間タップＴは、定電圧電源１１のダイオードＤ１、コンデンサＣ１を介して接地する。ダイオードＤ１とコンデンサＣ１の接続点は、エミッタが制御部１２に接続されたトランジスタＱ１のコレクタに接続するとともに、正の温度特性を有するバイアス抵抗Ｒｂを介してトランジスタＱ１のベースに接続する。トランジスタＱ１のベースは、ツェナーダイオードＺＤを介して接地する。また、トランジスタＱ１のエミッタは、コンデンサＣ２を介して接地する。バイアス抵抗Ｒｂは、例えば図２に示すような１℃変化すると４５００×１０^−６／Ｋの抵抗温度が変化する正の抵抗温度特性を有する。

一次コイルＴＲ１の他端は、トランスＴＲの二次コイルＴＲ２の一端に接続されるとともに、ＮチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴであるトランジスタＱ２のドレインに接続する。トランジスタＱ２のゲートは、トランジスタＱ２をオン・オフ制御する信号を供給する制御部１２に接続する。トランジスタＱ２のソースは、制御部１２に接続するとともに、抵抗Ｒ１を介して接地する。トランスＴＲの二次コイルＴＲ２の他端は、二次コイルＴＲ２に巻き足された格好の三次コイルＴＲ３の一端に接続するとともに整流用のダイオードＤ２、コンデンサＣ３を介して接地する。トランスＴＲの一次コイルＴＲ１、二次コイルＴＲ２、トランジスタＱ２、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ３によりＤＣ／ＤＣコンバータ１３を構成している。

ダイオードＤ２のカソードは、Ｎ−ＭＯＳ型ＦＥＴであるトランジスタＱ３，Ｑ４のドレインにそれぞれ接続する。トランジスタＱ３のソースは、Ｎ−ＭＯＳ型ＦＥＴであるトランジスタＱ５のドレインに、トランジスタＱ４のソースは、Ｎ−ＭＯＳ型ＦＥＴであるトランジスタＱ６のドレインにそれぞれ接続する。トランジスタＱ５，Ｑ６のソースは抵抗Ｒ２を介して接地する。トランジスタＱ３〜Ｑ６はフルブリッジ回路１４を構成する。トランジスタＱ３のソースとトランジスタＱ５のドレインの接続点は、イグナイタ１５の高電圧供給端子Ｔａに接続する。トランジスタＱ４のソースとトランジスタＱ６のドレインの接続点は、イグナイタ１５の低電圧供給端子Ｔｂに接続する。

ここで、フルブリッジ回路１４のトランジスタＱ３〜Ｑ６のゲートは、制御部１２によりオンオフ制御されるが、始動時は予めトランジスタＱ３，Ｑ６をオンし、トランジスタＱ４，Ｑ５をオフに設定する。

トランスＴＲの三次コイルＴＲ３の他端は、整流用のダイオードＤ３、コンデンサＣ４を介して接地する。ダイオードＤ３のカソードは、抵抗Ｒ３を介してイグナイタ１５の始動時の電圧を発生させるための入力端子Ｔｃに接続する。イグナイタ１５の出力は、ランプ１６に供給する。

図３は、イグナイタ１５の具体的な構成例である。イグナイタ１５は、放電ギャップＧｄ、パルストランスＴＰ、コンデンサＣ５，Ｃ６から構成される。入力端子Ｔｃは、放電ギャップＧｄを介してパルストランスＴＰの一次コイルＴＰ１を介して低電圧供給端子Ｔｂに接続する。また、入力端子Ｔｃは、コンデンサＣ５を介して低電圧供給端子Ｔｂに接続する。高電圧供給端子Ｔａは、放電灯１６の一端に接続するとともに、コンデンサＣ６を介して低電圧供給端子Ｔｂに接続する。放電灯１６の他端は、パルストランスＴＰの二次コイルＴＰ２を介して低電圧供給端子Ｔｂに接続する。

次に、図４および図５を参照しながら図１の動作について説明する。

図４（ａ）に示す電源Ｖｂの電圧がトランスＴＲの一次コイルＴＲ１に供給されると、一次コイルＴＲ１の中間タップＴの出力をダイオードＤ１で平滑するとともにリップルをコンデンサＣ１で除去する。得られた直流電圧をバイアス抵抗Ｒｂを介してトランジスタＱ１のベースに供給し、トランジスタＱ１を図５のｔ１のタイミングでオンさせ、ツェナ−ダイオードＺＤのツェナ−電圧をトランジスタＱ１のエミッタから定電圧電源１１の定電圧出力として制御部１２に供給する。コンデンサＣ２は、トランジスタＱ１のエミッタから出力される直流電圧に含まれるリップルをより確実に除去するためのものである。

定電圧電源１１からの定電圧が供給された制御部１２では、トランジスタＱ２のゲートに制御信号として供給しトランジスタＱ２をオンさせる。トランジスタＱ２のオンに基づきトランスＴＲの一次コイルＴＲ１に流れる電流を制御し、二次コイルＴＲ２と三次コイルＴＲ３側で巻線比に応じた昇圧が実現する。昇圧された二次コイルＴＲ２の交流電圧は、ダイオードＤ２、コンデンサＣ３を介して図４（ｂ）に示す例えば４００Ｖの直流電圧を生成する。二次コイルに巻き足しによりさらに昇圧された三次コイルＴＲ３からの交流電圧は、ダイオードＤ３、コンデンサＣ４を介して図４（ｃ）に示す例えば１ｋＶの直流電圧をそれぞれ生成する。

このように、ダイオードＤ２とコンデンサＣ３の接続点からＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力として出力された４００Ｖの直流電圧は、トランジスタＱ３，Ｑ４のドレインに供給する。また、ダイオードＤ３とコンデンサＣ４の接続点に生成される１ｋｖのイグナイタ電圧ＩＶは、入力端子Ｔｃに供給する。入力端子Ｔｃに１ｋＶの直流電圧が供給されたイグナイタ１５では、８００Ｖの値で絶縁破壊される放電ギャップＧｄの絶縁破壊が行われる。これにより、コンデンサＣ５から放電される電流は、放電ギャップＧｄを介してパルストランスＴＰの一次コイルＴＰ１に供給する。

パルストランスＴＰでは、巻線比に応じて図４（ｄ）に示す例えば２０ｋＶを二次コイルＴＰ２側に発生させる。この電圧に基づき放電灯１６がグロー放電を始めると、二次コイルＴＰ２側の電圧が急激に低下する。これに伴い放電灯１６に図２（ｂ）に示すフルブリッジ回路１４の出力４００Ｖが供給され、放電灯１６に電流が流れて放電灯の定格電圧が漸次上昇し、４２Ｖのあたりで定格点灯の状態となる。

マイナス温度の環境下では定電圧電源１１のバイアス抵抗Ｒｂの抵抗値が下がるため、トランジスタＱ１の電流増幅率が下がっても定電圧電源１１の出力は瞬時に所望の電圧を出力する。高温環境下ではバイアス抵抗Ｒｂの抵抗値は上がるが電流増幅率は高くなるので出力は瞬時に所望の電圧を出力する。低温の環境下にあっても、制御部１２は瞬時に制御信号をトランジスタＱ２に供給できることから、ランプ１６の始動点灯動作が短時間に実現可能となる。

図５（Ａ）は−４０℃の環境下で電源Ｖｂを８．５Ｖとし、バイアス抵抗Ｒｂを正の抵抗温度特性の抵抗としたこの発明の場合の、図５（Ｂ）は−４０℃の環境下で電源Ｖｂを８．５Ｖとし、バイアス抵抗Ｒｂを通常の抵抗とした従来の場合の、それぞれトランジスタＱ１の立ち上がり時間を比較したものである。

図５の例では、（Ｂ）の従来のトランジスタＱ１がオンし立ち上がるまでの時間ｔ３が４５ｍｓ程度要していたのに比べ、（Ａ）のこの発明のトランジスタＱ１がオンし立ち上がりまでの時間ｔ２は１５ｍｓ程度となる。従って、この実施例では低温度の環境下にあっても素早い放電灯１６の点灯の実現が可能となる。

図６は、この発明の他の実施例について説明するための回路構成図である。この実施例は定電圧電源１１１の構成部分を変更したもので、図１と同一の構成部分には同一の符号を付しその説明は省略する。

すなわち、定電圧電源１１１は、アノードがトランスＴＲの一次側ＴＲ１の中間タップＴに接続されたダイオードＤ１のカソードを、ベースがツェナーダイオードＺＤのカソードに接続されたＮＰＮ型トランジスタＱ７のコレクタに接続する。ダイオードＤ１のカソードは、バイアス抵抗Ｒｂ１を介してＰＮＰ型トランジスタＱ８のコレクタに、バイアス抵抗Ｒｂ２を介してトランジスタＱ８のエミッタにそれぞれ接続する。トランジスタＱ７のベースとトランジスタＱ８のコレクタは、アノードが接地されたツェナ−ダイオードＺＤのカソードにそれぞれ接続する。

トランジスタＱ７のエミッタはコンデンサＣ７を介して接地するとともに、制御部１２の抵抗Ｒ４、サーミスタ６１を介して接地する。抵抗Ｒ４とサーミスタ６１の接続点は、非反転入力が基準電源Ｖｒｅｆを介して接地されたオペアンプＯＰの反転入力に接続する。オペアンプＯＰの出力は、トランジスタＱ８のベースに接続する。

ここで、電源Ｖｂの電圧がトランスＴＲの一次コイルＴＲ１に供給されると、ダイオードＤ３で整流を行い、その電圧をバイアス抵抗Ｒｂ１を介してトランジスタＱ７をオンさせるととともに、ツェナ−ダイオードＺＤに供給して得られるツェナ−電圧に基づく定電圧出力を、トランジスタＱ７のエミッタから定電圧電源１１１の定電圧出力として出力する。なお、バイアス抵抗Ｒｂ２は、制御部１２のオペアンプＯＰから出力される出力に基づきトランジスタＱ８をオンすることでバイアス抵抗Ｒｂ１に並列接続可能となる。

温度が高い環境下では、サーミスタ６１の抵抗値が下がりオペアンプＯＰはＨレベルをトランジスタＱ８のベースに出力してトランジスタＱ８をオフにする。これにより、トランジスタＱ７のコレクタ・ベース間にはバイアス抵抗Ｒｂ１が接続された状態となる。このときのトランジスタＱ７の増幅率は高いことから、コンデンサＣ７に充電される時間も短く定電圧電源１１１の立ち上がりは早い。

温度が低い環境下では、サーミスタ６１の抵抗値が上がりオペアンプＯＰはＬレベルを出力する。トランジスタＱ８のベースにオペアンプＯＰからのＬレベル出力を入力してトランジスタＱ８をオンにする。このときトランジスタＱ７のコレクタ・ベース間にはバイアス抵抗Ｒｂ１，Ｒｂ２が並列接続された状態となる。このときトランジスタＱ７の増幅率は低くくなるが、バイアス抵抗値が下がりトランジスタＱ７のベースには大きな電流が流れ、コンデンサＣ７に充電される時間も短く定電圧電源１１１の立ち上がりは早い。

この実施例の場合でも、低温度の場合にトランジスタＱ８をオンさせバイアス抵抗Ｒｂ１，Ｒｂ２を並行接続させることで、トランジスタＱ７のコレクタ・ベース間のバイアス抵抗の値を小さくしてトランジスタＱ７のベースに流れ込む電流を増加させることで、平滑用のコンデンサＣ７への充電を早める。その結果、定電圧電源１１１から出力される定電圧出力の素早い立ち上がりを実現することができる。

この発明の一実施例について説明するための回路図。 図１のイグナイタの具体的な構成例について説明するための回路図。 図１のバイアス抵抗の温度特性について説明するための説明図。 図１の動作を説明するための主要部分の信号波形図。 この発明の効果について説明するため説明図。 この発明の他の実施例について説明するための回路図。

符号の説明

１１，１１１ 定電圧電源
１２ 制御部
１３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４ フルブリッジ回路
１５ イグナイタ
１６ 放電灯
Ｖｂ 直流電源
ＴＲ トランス
ＴＲ１ 一次コイル
Ｔ 中間タップ
Ｄ１ ダイオード
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ７
Ｑ１，Ｑ７，Ｑ８ トランジスタ
ＺＤ ツェナ−ダイオード
Ｒｂ，Ｒｂ１，Ｒｂ２ バイアス抵抗
Ｒ４ 抵抗
６１ サーミスタ
Ｖｒｅｆ 基準電源
ＯＰ オペアンプ

Claims (3)

1. 直流電源と、
   前記直流電源の直流電圧をトランスの一次側の一端に供給し、該トランスの一次側の他端に接続されるスイッチング素子をスイッチングさせて前記トランスの二次側の第１のコイルから交流の第１の電圧および前記トランスの二次側の第２のコイルから前記第１の電圧より高い交流の第２の電圧を生成する電圧発生手段と、
   前記第２の直流電圧を供給し、該第２の直流電圧に基づき放電灯の点灯を始動させる高圧パルスを発生するイグナイタと、
   前記放電灯が始動された後に前記第１の直流電圧を前記放電灯に供給する供給手段と、
   前記トランスの一次側の中間タップに接続し、該中間タップから得られる交流電圧を直流に変換するとともに、定電圧を出力するトランジスタのバイアス抵抗の値を温度に基づき変更することで、温度差による前記定電圧の出力の立ち上がり時間差を抑えて前記スイッチング素子を制御するための定電圧電源とを具備したことを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記バイアス抵抗は、温度変化に応じて正の温度特性を有するものであることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 前記バイアス抵抗は、前記トランジスタのバイアス抵抗を並列接続し、温度変化に応じて該並列接続された前記バイアス抵抗の接続数を変えることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。

Images