JP2006080024A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大容量のコンデンサを使用することなく放電灯の点灯開始時に長時間直流の負荷電力を出力する放電灯点灯装置を得る。
【解決手段】 Ｈブリッジ形インバータ回路のインバータ３に、高電位側スイッチングトランジスタ１５，１６を駆動するブートストラップ回路と、高電位側スイッチングトランジスタ１５，１６から出力される高電位側の負荷電力より高い電位を印加して常にコンデンサ２３，２８へ充電電流を供給する高電位電源部４とダイオード２０，２５と抵抗２１，２６とを備えた。
【選択図】 図１

Description

この発明は、放電灯の点灯開始時に直流電力を長時間供給する放電灯点灯装置に関するものである。

放電灯点灯装置には、放電灯へ交流電圧を印加するインバータ回路が備えられ、一般にＨブリッジ形インバータ回路が使用されている。Ｈブリッジ形インバータ回路は、交流電圧の高電位側を出力するスイッチング素子と低電位側を出力するスイッチング素子によって構成され、このスイッチング素子には、例えば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと記載する）が用いられる。Ｈブリッジ形インバータ回路には、高電位側を出力するＦＥＴを駆動させるブートストラップ回路を備えたものがある。ブートストラップ回路を備えたＨブリッジ形インバータ回路は、高電位側ＦＥＴがＯＦＦ状態、また、この高電圧側ＦＥＴに直列接続された低電位側ＦＥＴがＯＮ状態のとき、ブートストラップ回路を構成するコンデンサに充電を行い、この充電によってコンデンサに生じた電圧をＯＮ状態の高電位側ＦＥＴのゲートへ印加して当該ＦＥＴのＯＮ状態を安定させ、放電灯へ交流電力を出力している（例えば、特許文献１参照）。

また、フルブリッジ回路を用いた駆動回路において、当該フルブリッジ回路のトランジスタのゲートにブートストラップ回路を接続したものがある。この回路は、ブートストラップ回路のコンデンサに蓄積されている電荷が不足したとき、電荷を補う補助コンデンサを備えたもので、フルブリッジ回路において対向するトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ状態が切り替えられたとき、自らのゲートに接続されているブートストラップ回路の補助コンデンサに充電が行われるように構成したものである。なお、この回路構成ではフルブリッジ回路から交流電力が出力されないと補助コンデンサに充電電流が供給されない（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−１６６２５８号公報（第４頁、図２） 特開平１１−６９８４２号公報（第４，５頁、図１）

従来の放電灯点灯装置は以上のように構成されているので、放電灯の点灯開始時に放電現象が安定するまで定常点灯時よりも長く高電位側スイッチング素子のＯＮ状態を維持するために容量の大きなコンデンサを備える必要があり、大容量のコンデンサを搭載するスペースを確保しなければならないと共に当該大容量のコンデンサを備えることによってコストが高くなるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、大容量のコンデンサを使用することなく放電灯の点灯開始時に長時間直流電力を出力することができる放電灯点灯装置を得ることを目的とする。

この発明に係る放電灯点灯装置は、Ｈブリッジ形インバータ回路を構成する高電位側スイッチング素子のゲート電圧確保用電源としてのブートストラップ回路のコンデンサと、このコンデンサにＨブリッジ形インバータ回路の高電位側より高い電位でコンデンサに充電電流を供給する充電手段とを備えたものである。

この発明によれば、ブートストラップ回路のコンデンサにＨブリッジ形インバータ回路の高電位側より高い電位で充電電流を供給する充電手段を備えたので、大容量のコンデンサを備えることなく点灯開始時に長時間直流電力を出力することができるという効果がある。

以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。電源１はバッテリなどの直流電源で、直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ（コンバータ回路）２などへ供給するように接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、その出力電圧がＨブリッジ形インバータ回路（以下、インバータと略称する）３へ供給するように接続される。インバータ３はイグナイタ５を介してＨＩＤバルブ（放電灯）６へ負荷電力を供給するように接続される。
電源１の高電位側はＤＣ／ＤＣコンバータ２のトランス７の一次側巻き線の一端へ接続される。トランス７の一次側巻き線の他端には、例えばＭＯＳトランジスタであるトランジスタスイッチ８のドレインが接続され、このトランジスタスイッチ８のソースは電源１の低電位側へ接続される。トランジスタスイッチ８のゲートには、図示を省略した発振器等からパルス信号が入力される。トランス７の二次側巻き線の一端にはダイオード９のアノードとコンデンサ１１の一端が接続される。ダイオード９のカソードにはコンデンサ１０の一端が接続される。コンデンサ１０の他端はトランス７の二次側巻き線の他端に接続される。コンデンサ１０とトランス７の二次側巻き線の接続点は接地される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、このように接続されたトランス７、トランジスタスイッチ８、ダイオード９、及び、コンデンサ１０により構成される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２のダイオード９に一端が接続されたコンデンサ１１は、その他端がダイオード１２のカソードとダイオード１３のアノードとの接続点に接続される。ダイオード１２のアノードにはコンデンサ１４の一端が接続される。コンデンサ１４の他端はダイオード１３のカソードに接続される。また、ダイオード１２とコンデンサ１４の接続点は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２のコンデンサ１０とダイオード９の接続点に接続される。このように接続されたコンデンサ１１、ダイオード１２，１３、及び、コンデンサ１４により高電位電源部（充電手段、昇圧回路）４が構成される。
図１では、高電位電源部４とＤＣ／ＤＣコンバータ２とを分けて示しているが、ダイオード１２，１３、コンデンサ１１，１４をＤＣ／ＤＣコンバータ２の構成要素とし、高電位電源部４をＤＣ／ＤＣコンバータ２の一部分として構成してもよい。このときのＤＣ／ＤＣコンバータ２は、後述するスイッチングトランジスタ１５，１６のドレインへ供給する電力と、ダイオード（充電手段）２０，２５及び抵抗（充電手段、電流制限手段）２１，２６を介してコンデンサ（ブートストラップ回路のコンデンサ）２３，２８へ電力を出力するものとなる。このコンデンサ２３，２８は、Ｈブリッジ形インバータ回路を構成する高電位側スイッチング素子のゲート電圧確保用電源として機能する。

インバータ３は、前述のようにＨブリッジ形インバータ回路を成すもので、例えばＮ型ＭＯＳトランジスタのスイッチングトランジスタ１５〜１８をスイッチング素子としたものである。高電位側の電力を出力するスイッチングトランジスタ１５，１６のゲートには、後述するように構成されるブートストラップ回路が接続される。
ダイオード１９のアノードには、電源１から電圧Ｖｃｃが印加される。ダイオード１９のカソードは、抵抗２１，２２及びコンデンサ２３の一端に接続される。抵抗２１の他端は、ダイオード２０のカソードに接続される。ダイオード２０のアノードは、高電位電源部４のダイオード１３とコンデンサ１４との接続点に接続される。抵抗２２の他端はスイッチングトランジスタ１５のゲートに接続される。抵抗２２とスイッチングトランジスタ１５のゲートとの接続点はドライブトランジスタ３１のコレクタに接続される。ドライブトランジスタ３１のベースには抵抗３５が接続される。スイッチングトランジスタ１５のドレインは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の電力出力部となるダイオード９とコンデンサ１０の接続点に接続される。スイッチングトランジスタ１５のソースは、コンデンサ２３の他端とスイッチングトランジスタ１７のドレインに接続される。また、この接続点はインバータ３の交流電力の出力部となり、イグナイタ５を介してＨＩＤバルブ６の一端側に接続される。
スイッチングトランジスタ１７のソースは接地される。スイッチングトランジスタ１７のゲートは、抵抗２９の一端とドライブトランジスタ３２のコレクタが接続される。抵抗２９の他端は、電源１の電圧Ｖｃｃの印加端子に接続される。ドライブトランジスタ３２のベースは抵抗３６の一端が接続される。

ダイオード２４のアノードには、電源１から電圧Ｖｃｃが印加される。ダイオード２４のカソードは、抵抗２６，２７及びコンデンサ２８の一端に接続される。抵抗２６の他端は、ダイオード２５のカソードに接続される。ダイオード２５のアノードは、高電位電源部４のダイオード１３とコンデンサ１４との接続点に接続される。抵抗２７の他端はスイッチングトランジスタ１６のゲートに接続される。抵抗２７とスイッチングトランジスタ１６のゲートとの接続点はドライブトランジスタ３３のコレクタに接続される。ドライブトランジスタ３３のベースには抵抗３７が接続される。スイッチングトランジスタ１６のドレインは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２のダイオード９とコンデンサ１０との接続点に接続される。スイッチングトランジスタ１６のソースは、コンデンサ２８の他端とスイッチングトランジスタ１８のドレインに接続される。また、この接続点はインバータ３の出力部となり、イグナイタ５を介してＨＩＤバルブ６の他端に接続される。
スイッチングトランジスタ１８のソースは接地される。スイッチングトランジスタ１８のゲートは、抵抗３０の一端とドライブトランジスタ３４のコレクタが接続される。抵抗３０の他端には電源１の電圧Ｖｃｃの印加端子に接続される。ドライブトランジスタ３４のベースは抵抗３８の一端が接続される。

抵抗３５の他端と抵抗３８の他端が接続され、この接続点に図示されない制御手段等から駆動信号ａが入力される。また、抵抗３６の他端と抵抗３７の他端が接続され、この接続点に図示されない制御手段等から駆動信号ｂが入力される。ドライブトランジスタ３１〜３４は、例えばＮＰＮ型バイポーラトランジスタからなり、それぞれエミッタは接地される。実施の形態１による放電灯点灯装置のインバータ３は、このように接続構成され、高電位側スイッチングトランジスタ１５は、ダイオード１９、抵抗２２、コンデンサ２３、トランジスタ３１、及び抵抗３５によって構成されるブートストラップ回路により駆動される。また、同様に高電位側スイッチングトランジスタ１６は、ダイオード２４、抵抗２７、コンデンサ２８、トランジスタ３３、及び抵抗３７によって構成されるブートストラップ回路により駆動される。

次に動作について説明する。
電源１から例えば直流電圧１２［Ｖ］の電圧Ｖｃｃを供給されたＤＣ／ＤＣコンバータ２は、トランス７の一次側巻き線に接続されたトランジスタスイッチ８が外部から入力されたパルス信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返すことにより、一次側巻き線に流れる電流をＯＮ／ＯＦＦして、トランス７の二次側巻き線に誘導起電力を発生させる。トランス７の二次側巻き線に生じた電流は、ダイオード９により一定方向に整流され、またコンデンサ１０により平滑される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、ダイオード９のカソードとコンデンサ１０の接続点から、例えば８５Ｖに昇圧した直流電力を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２から出力された直流電力はインバータ３へ入力され、トランジスタ１５，１６のドレインへ供給される。

インバータ３の高電位側スイッチングトランジスタ１５のゲートには、ドライブトランジスタ３１のＯＮ／ＯＦＦ動作により、当該スイッチングトランジスタ１５がＯＮ状態となる電圧（以下、各スイッチングトランジスタ１５〜１８がＯＮ状態となるゲート電圧をＯＮ電圧と記載する）、あるいはスイッチングトランジスタ１５がＯＦＦ状態となる電圧（以下、各スイッチングトランジスタ１５〜１８がＯＦＦ状態となるゲート電圧をＯＦＦ電圧と記載する）のいずれかが印加される。ドライブトランジスタ３１のＯＮ／ＯＦＦ状態は、抵抗３５を介して当該ドライブトランジスタ３１のベースへ入力される駆動信号ａによって設定される。
高電位側スイッチングトランジスタ１６のゲートには、ドライブトランジスタ３３のＯＮ／ＯＦＦ動作によりＯＮ電圧あるいはＯＦＦ電圧が印加される。ドライブトランジスタ３３のＯＮ／ＯＦＦ状態は、抵抗３７を介して当該ドライブトランジスタ３３のベースへ入力される駆動信号ｂによって設定される。

高電位側スイッチングトランジスタ１５に直列接続された低電位側スイッチングトランジスタ１７のゲート電圧は、抵抗２９を介して印加される電圧Ｖｃｃをドライブトランジスタ３２のＯＮ／ＯＦＦ動作によってスイッチングトランジスタ１７のＯＮ電圧あるいはＯＦＦ電圧に設定する。ドライブトランジスタ３２のＯＮ／ＯＦＦ状態は、抵抗３６を介して当該ドライブトランジスタ３２のベースへ入力される駆動信号ｂによって設定される。高電位側スイッチングトランジスタ１６に直列接続された低電位側スイッチングトランジスタ１８のゲート電圧は、抵抗３０を介して印加される電圧Ｖｃｃをドライブトランジスタ３４のＯＮ／ＯＦＦ動作によってスイッチングトランジスタ１８のＯＮ電圧あるいはＯＦＦ電圧に設定する。ドライブトランジスタ３４のＯＮ／ＯＦＦ状態は、抵抗３８を介して当該ドライブトランジスタ３４のベースへ入力される駆動信号ａによって設定される。

このようにして、高電位側スイッチングトランジスタ１５と低電位側スイッチングトランジスタ１８は駆動信号ａにより、また高電位側スイッチングトランジスタ１６と低電位側スイッチングトランジスタ１７は駆動信号ｂによってＯＮ／ＯＦＦ動作が制御され、高電位側スイッチングトンランジスタ１５と低電位側スイッチングトランジスタ１８は同時にＯＮ状態あるいはＯＦＦ状態となるように駆動され、高電位側スイッチングトランジスタ１６と低電位側スイッチングトランジスタ１７は同時にＯＮ状態あるいはＯＦＦ状態となるように駆動される。
駆動信号ａと駆動信号ｂは、交互にＯＮ状態あるいはＯＦＦ状態を示すもので、高電位側スイッチングトランジスタ１５，１６は交互にＯＮ状態あるいはＯＦＦ状態になり、スイッチングトランジスタ１５，１６の各ソースから交互に高電位側の負荷電流が出力され、低電位側スイッチングトランジスタ１７，１８も交互にＯＮ状態あるいはＯＦＦ状態になり、スイッチングトランジスタ１７，１８の各ドレインが交互に接地接続され、インバータ３からＨＩＤバルブ６へ電力供給が行われる。

ＨＩＤバルブ６の点灯を開始する場合は、インバータ３から直流電力を出力させておき、この直流電力にイグナイタ５によって発生させた例えば４００［Ｖ］程度の高電位のパルス電圧を加えてＨＩＤバルブ６へ供給する。イグナイタ５の電力供給が済んだ後、インバータ３は、ＨＩＤバルブ６の放電現象が定常点灯時の状態になるまで直流電力の出力を続け、ＨＩＤバルブ６に直流の負荷電流を流し続ける。インバータ３から直流電力を出力し続ける間は、Ｈブリッジ形インバータ回路において対を成す高電位側スイッチングトランジスタと低電位側スイッチングトランジスタとをＯＮ状態に保つように、また、これらのスイッチングトランジスタに対向する各スイッチングトランジスタをＯＦＦ状態に保つように駆動する。この駆動制御は、駆動信号ａ，ｂによって行われる。ＨＩＤバルブ６が定常点灯状態になった後、インバータ３は周期的に負荷電流の向きを切り替えて交流電力を出力する。

図２−１は、実施の形態１による放電灯点灯装置のＨブリッジ形のインバータ回路の一部分を示す回路図である。図１に示したものと同一あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。この図は、図１に示した高電位側スイッチングトランジスタ１５に接続されるブートストラップ回路の部分を抽出した回路図である。
図２−２は、高電位側スイッチングトランジスタの動作状態とブートストラップ回路のコンデンサに流れる電流を示す説明図である。この図は、例えば高電位側スイッチングトランジスタ１５のＯＮ／ＯＦＦの各状態においてコンデンサ２３に流れる電流Ｉｃを示したものである。スイッチングトランジスタ１５がＯＮ状態に駆動されたとき、当該スイッチングトランジスタ１５のゲート／ソース間に存在する静電容量に充電が行われるため、コンデンサ２３に蓄積されているエネルギが吸収され、コンデンサ２３から電流Ｉｃが急峻に流れ出る。コンデンサ２３から流れ出る電流Ｉｃは、図２−１に実線の矢印Ｘで示したように回路中を流れ、スイッチングトランジスタ１５をＯＮ状態に駆動したとき、概ねスイッチングトランジスタ１５のゲート電流となる。
また、スイッチングトランジスタ１５がＯＦＦ状態になったとき、電流Ｉｃはコンデンサ２３に流れ込む充電電流になる。このとき回路中には図２−１に破線の矢印Ｙで示したように電流Ｉｃが流れ、ダイオード１９を介して電源１から供給される電流がコンデンサ２３へ流れ込み、充電が行われる。コンデンサ２３は、このようにスイッチングトランジスタ１５のＯＮ状態において放出した電力エネルギを補う。

コンデンサ２３には、図１や図２−１に示したように抵抗２１及びダイオード２０を介して高電位電源部４の出力電力が供給される。コンデンサ２３には、スイッチングトランジスタ１５がＯＮ状態になりスイッチングトランジスタ１５とコンデンサ２３の接続点の電位が高くなったときでもコンデンサ２３に充電が行われるように、スイッチングトランジスタ１５のドレインに印加されている電位、またはスイッチングトランジスタ１５のソース電位即ち負荷電力の高電位側よりも高い電位が印加される。また、コンデンサ２３には、インバータ３が動作している間は常に高電位電源部４から前述のような高電位が印加され、抵抗２１によって制限された電流が流れ込む。このようにスイッチングトランジスタ１５を駆動するブートストラップ回路に充電手段を構成するダイオード２０と抵抗２１とを接続することによりコンデンサ２３に充電を行い続け、当該コンデンサ２３の両端電圧が小さくなることを抑え、スイッチングトランジスタ１５をＯＮ状態に保つことができる電圧値にコンデンサ２３の両端電圧を維持している。
そのため、コンデンサ２３を備えたブートストラップ回路は、スイッチングトランジスタ１５のゲート／ソース間の静電容量にエネルギを吸収された後でも、コンデンサ２３から流れ出る電流Ｉｃが補われ、スイッチングトランジスタ１５のゲートの漏れ電流と、スイッチングトランジスタ１５を駆動するブートストラップ回路の消費電流とを流し続けることができ、スイッチングトランジスタ１５のゲート電圧が確保される。

このように高電位電源部４からコンデンサ２３へ高電位の電力供給を行うことにより、コンデンサ２３の容量に依存することなくスイッチングトランジスタ１５のＯＮ時間を長く保つことができ、駆動信号ａによってＯＮ状態からＯＦＦ状態へ切り替え制御されるまで、スイッチングトランジスタ１５のＯＮ状態を維持することができる。
ここではスイッチングトランジスタ１５について、またスイッチングトランジスタ１５に接続されたブートストラップ回路や当該回路のコンデンサ２３、ダイオード２０、抵抗２１について動作を説明したが、Ｈブリッジ形のインバータ３において、高電位側スイッチングトランジスタ１５と対を成す高電位側スイッチングトランジスタ１６も同様に動作し、当該スイッチングトランジスタ１６に接続されたブートストラップ回路や、コンデンサ２３に相当するコンデンサ２８も前述の説明と同様に動作／作用する。スイッチングトランジスタ１６を駆動するブートストラップ回路のダイオード２４はダイオード１９に、抵抗２７は抵抗２３に相当し、また、ダイオード２５はダイオード２０に、抵抗２６は抵抗２１に相当する。ここではスイッチングトランジスタ１６やこれに接続されるブートストラップ回路、当該回路のコンデンサ２８の動作説明を省略する。
また、抵抗２１からコンデンサ２３へ印加される電位は、コンデンサ２３に充電を行うため前述のような高電位となるが、抵抗２１からコンデンサ２３へ流れる電流は、スイッチングトランジスタ１５のゲートの漏れ電流とブートストラップ回路の消費電流とを合わせた電流と同等またはそれ以上であればよく、抵抗２１により制限された電流は微小なものになる。これは抵抗２６からコンデンサ２８へ流れる電流も同様である。このようにコンデンサ２３，２８へ常に流される充電電流を小さく抑えることにより、高電位電源部４さらにＤＣ／ＤＣコンバータ２の負荷が軽減される。

放電灯の定常点灯時は、スイッチングトランジスタ１５〜１８の各ＯＮ状態を１．２５［ｍＳｅｃ．］維持するだけでよいので、容量の少ないコンデンサ２３，２８を使用してもブートストラップ回路は十分な動作を行うことが可能であるが、点灯開始時は放電現象が安定するまで定常点灯時よりも長くスイッチングトランジスタ１５〜１８のＯＮ状態を保つ必要があり、概ね１［Ｓｅｃ．］弱の間ＯＮ状態を維持しなければならない。高電位側スイッチングトランジスタ１５，１６のＯＮ状態を長時間維持するためには、スイッチングトランジスタ１５，１６のゲート電圧を長時間に渡って安定させる必要があり、この発明ではコンデンサ２３，２８の各両端電圧が小さくならないように、前述のようにインバータ３が動作している間は常に、コンデンサ２３にはダイオード２０及び抵抗２１を介して、またコンデンサ２８にはダイオード２５及び抵抗２６を介して充電を行っている。このように動作することにより、点灯開始時に高電位側スイッチングトランジスタ１５，１６のＯＮ状態を長時間保つためにコンデンサ２３，２８の容量を大きくする必要がなくなり、定常点灯時に適合させた比較的小さい容量のコンデンサ２３，２８をブートストラップ回路に使用することが可能になる。

図３−１及び図３−２は、実施の形態１による放電灯点灯装置の回路の一部を示す説明図である。図１に示したものと同一部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。図３−１は、ＤＣ／ＤＣコンバータのトランス７の二次側巻き線に接続されるダイオード９及びコンデンサ１０を示したもので、図３−２は、トランス７の二次側巻き線に接続されるダイオード９、コンデンサ１０、コンデンサ１１、また高電位電源部４を構成するダイオード１２，１３、コンデンサ１４を示したものである。
図３−３は、ダイオードに流れる電流とダイオードの両端電圧とを示した説明図である。この図は、図３−１に示した回路のダイオード９に流れる電流ＩＤとダイオード９の両端電圧ＶＤの経時変化を示したものである。
ＤＣ／ＤＣコンバータ２のトランス７の二次側巻き線に生じた誘導起電力は、ダイオード９により整流され、図３−３に示したような電流ＩＤが流れる。この電流ＩＤが流れるとき、ダイオード９の両端に図３−３に示したような電圧ＶＤが生じる。ダイオード９に順方向の電流ＩＤが流れるときには、ダイオード９の両端において電圧降下が生じ、図３−３に示した電圧ＶＤが発生する。トランス７の二次側巻き線に発生した誘導起電力がダイオード９を介してエネルギを回生させるとき、即ちダイオード９に逆方向電流を流すように誘導起電力が発生しているときは、図３−３に示した０［Ａ］よりも低い値の電流ＩＤが流れる。この逆方向電流は誘導起電力の発生する方向が変わるときに流れ、ダイオード９には、図３−３に示したように逆方向の電流ＩＤが遮断されて０［Ａ］に収束するとき、電圧ＶＤの波形において矩形波のアンダーシュート部分のように表されたサージ電圧が印加される。

このサージ電圧は、例えば電圧４００［Ｖ］の電圧を発生させているときには、トランスの二次側巻き線において８００［Ｖ］程度に達することもある。サージ電圧によるダイオード９の破損を防ぐため、ダイオード９は耐電圧定格の大きなものを使用しなければならない。
実施の形態１による放電灯点灯装置では、図３−２に示したようにトランス７の二次側巻き線とダイオード９のアノードとの接続点にコンデンサ１１を接続し、ダイオード９に逆方向電流を流すようにトランス７の二次側巻き線に発生したエネルギを、即ちサージ電圧をダイオード１２を介してコンデンサ１１に吸収させている。コンデンサ１１に蓄積されたエネルギは、高電位電源部４の動作に使用される。コンデンサ１１にサージ電圧を吸収させることにより、耐電圧定格の低いダイオード素子をダイオード９として使用することができ、コスト抑制を図ることができる。

図１に示した高電位電源部４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧を入力して昇圧するものである。高電位電源部４は、ダイオード９のカソードから電力を入力し、ダイオード９のカソードの電位にコンデンサ１４に蓄積されているエネルギによって生じる電位を上乗せした電位を出力する。このように高電位電源４の出力電位は、ダイオード９のカソードの電位、即ちＨブリッジ形のインバータ３の高電位側スイッチングトランジスタ１５，１６に印加される電位よりも高くなる。コンデンサ１１に蓄積されたサージ電圧のエネルギは、ダイオード９からダイオード１２へ電流が流れた後、ダイオード１２からダイオード１３へ電流が流れてコンデンサ１４の両端電圧がダイオード９のカソード電位即ちＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧に上乗せされるときに使用され、簡単に構成された高電位電源部４によってインバータ３を効率よく動作させることができる。

以上のように実施の形態１によれば、高電位側スイッチングトランジスタ１５，１６を駆動するブートストラップ回路のコンデンサ２３，２８に、常に充電を行う高電位電源部４、ダイオード２０，２５、抵抗２１，２６を備えたので、定常点灯時に適合させた小さい容量のコンデンサ２３，２８をブートストラップ回路に使用したときでも長時間高電位側スイッチングトランジスタ１５，１６をＯＮ状態に保つことができ、インバータ３から放電灯の点灯開始時に直流の負荷電力を長時間供給することができるという効果がある。
また、大容量のコンデンサを使用することなくインバータ３を構成することができるので、インバータ３の小型化が図れ、またコストを抑制することができるという効果がある。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。図１に示したものと同一あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。実施の形態２による放電灯点灯装置は、図１に示した高電位電源部４に代えてＤＣ／ＤＣコンバータ（充電手段、昇圧回路）４０を備えたもので、その他の構成は実施の形態１において説明した放電灯点灯装置と同様である。ここでは実施の形態１の放電灯点灯装置と同様に構成された部分の説明を省略する。図４に示した放電灯点灯装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電位よりも高い出力電位が得られるＤＣ／ＤＣコンバータ４０を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の出力電力をダイオード２０，２５のアノードへ供給するように構成したものである。図４に例示したＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、電源１の出力電圧Ｖｃｃを入力するものであるが、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２よりも高い電位を出力するものであれば、どのようなものでもよく、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０へ電力を供給する電源は図示した電源１に限定されず、入力電圧も電圧Ｖｃｃに限定されない。

次に動作について説明する。
実施の形態２による放電灯点灯装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０から出力された電位をコンデンサ２３，２８へ印加する以外は、実施の形態１で説明したものと同様に動作するもので、ここではその説明を省略する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４０から出力される電位は、図１に示した高電位電源部４から出力されるものと同様に、図４に示したスイッチングトランジスタ１５がＯＮ状態になり、スイッチングトランジスタ１５とコンデンサ２３との接続点の電位が高くなったときでもコンデンサ２３に充電電流が流れるように、スイッチングトランジスタ１５のドレインに印加されている電位、またはスイッチングトランジスタ１５のソース電位即ち負荷電力の高電位側よりも高い電位が印加される。スイッチングトランジスタ１６に接続されているコンデンサ２８も同様に、スイッチングトランジスタ１６がＯＮ状態になったときでも充電電流が流れるようにスイッチングトランジスタ１６のドレインに印加されている電位よりも高い電位がＤＣ／ＤＣコンバータ４０によって印加される。なお、図４に示したコンデンサ２３はダイオード２０と抵抗２１を介して、またコンデンサ２８はダイオード２５と抵抗２６を介してＤＣ／ＤＣコンバータ４０から高電位が印加される。図４に示したダイオード２０，２５、抵抗２１，２６の作用効果は、実施の形態１で図１を用いて説明したものと同様である。

以上のように実施の形態２によれば、高電位側スイッチングトランジスタ１５，１６を駆動するブートストラップ回路のコンデンサ２３，２８に、常に充電を行うＤＣ／ＤＣコンバータ４０、ダイオード２０，２５、抵抗２１，２６を備えたので、定常点灯時に適合させた小さい容量のコンデンサ２３，２８をブートストラップ回路に使用したときでも長時間スイッチングトランジスタ１５，１６をＯＮ状態に保つことができ、インバータ３から放電灯の点灯開始時に直流の負荷電力を長時間供給することができるという効果がある。
また、大容量のコンデンサを使用することなくインバータ３を構成することができるので、インバータ３の小型化が図れ、またコストを抑制することができるという効果がある。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による放電灯点灯装置の概略構成を示す回路図である。図１，４に示したものと同一あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。図５は、実施の形態３による放電灯点灯装置の一部分の回路図で、ＩＣ４６を使用したＨブリッジ形インバータ回路の一部分を示したものである。図５に示したＤＣ／ＤＣコンバータ２ａは図１のＤＣ／ＤＣコンバータ２に相当し、電源１から入力した電圧を昇圧する。図５に示したＤＣ／ＤＣコンバータ４０ａは図４のＤＣ／ＤＣコンバータ４０に相当し、例えば電源１の電力を入力してＤＣ／ＤＣコンバータ２ａの出力電圧よりも高い電圧を出力する。電源１から電力を入力する制御電源部１ａは、ブートストラップ回路へ電力を制御して供給するもので、例えば直流電圧１２［Ｖ］の電力を出力する。

ＩＣ４６は、Ｈブリッジ形インバータ回路のスイッチングトランジスタを駆動するブートストラップ回路を集積したＩｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ（以下ＩＣと記載する）で、例えば、図１に示した抵抗２２，２９、スイッチングトランジスタ３１，３２、抵抗３５，３６に相当する回路素子を当該図１の回路のように接続構成させたものである。ＩＣ４６は、例えば図５に例示したようにダイオード４１やコンデンサ４４を接続する端子を備え、このようにダイオード４１の両端やコンデンサ４４の一端を接続させることにより実施の形態１で説明したような高電位側スイッチングトランジスタを駆動するブートストラップ回路が構成される。またＩＣ４６は、前述の駆動信号ａと駆動信号ｂとをそれぞれ入力する端子を備える。ＩＣ４６の出力端子は、高電位側スイッチングトランジスタ１５ａと低電位側スイッチングトランジスタ１７ａの各ゲートにそれぞれ接続される。

ＩＣ４６の端子と接続されたダイオード４１のアノードは制御電源部１ａに接続され、ダイオード４１のカソードはＩＣ４６の端子に接続されると共にコンデンサ４４の一端が接続される。また、この接続点には抵抗（充電手段、電流制限手段）４３の一端とツェナーダイオード（電圧制限素子）４５のカソードが接続される。抵抗４３の他端はダイオード（充電手段）４２のカソードが接続され、ダイオード４２のアノードはＤＣ／ＤＣコンバータ４０ａに接続される。ツェナーダイオード５２は、ツェナー電圧が例えば１２［Ｖ］〜２０［Ｖ］の定格を有するものである。ダイオード４２はダイオード２０等に相当し、抵抗４３は抵抗２１等に相当する。

図５に示したスイッチングトランジスタ１５ａは、図１等に示したスイッチングトランジスタ１５に相当するもので、図５のスイッチングトランジスタ１７ａは図１等のスイッチングトランジスタ１７に相当するものである。高電位側スイッチングトランジスタ１５ａと低電位側スイッチングトランジスタ１７ａは直列接続され、スイッチングトランジスタ１５ａのソースとスイッチングトランジスタ１７ａのドレインとの接続点がＨブリッジ形インバータ回路の出力部となる。またこの接続点にはコンデンサ４４の他端とツェナーダイオード４５のアノードが接続される。スイッチングトランジスタ１５ａのドレインには、ＤＣ／ＤＣコンバータ２ａの出力電力が供給され、スイッチングトランジスタ１７ａのソースは接地される。また、実施の形態３による放電灯点灯装置は、Ｈブリッジ形インバータ回路を構成する高電位側スイッチングトランジスタ１５ａ及び低電位側スイッチングトランジスタ１７ａと共に図示を省略した高電位側スイッチングトランジスタと低電位側スイッチングトランジスタとを備え、また、これらのスイッチングトランジスタを駆動する、図示されないＩＣ化されたブートストラップ回路や当該ブートストラップ回路を成すダイオード、コンデンサ、抵抗等を前記説明と同様に構成している。ここでは、これらの同様に構成された部分の説明を省略する。

次に動作について説明する。
実施の形態３による放電灯点灯装置は、図５に示したツェナーダイオード４５を備えたことによる動作以外は、実施の形態１等で説明したものと同様に動作するもので、ここでは実施の形態１で説明したものと同様な動作について説明を省略し、実施の形態３による放電灯点灯装置の特徴となる動作を説明する。
図５に示した放電灯点灯装置は、Ｈブリッジ形インバータ回路の高電位側及び低電位側の各スイッチングトランジスタをブートストラップ回路を集積させたＩＣ４６により駆動する。一般的にＩＣの耐電圧やスイッチングトランジスタに使用されるＭＯＳ型トランジスタのゲート耐電圧は２０［Ｖ］程度で、それ以上の電圧が印加されると破壊するおそれがある。コンデンサ４４には、ダイオード４２及び抵抗４３を介してＤＣ／ＤＣコンバータ４０ａから、実施の形態１で説明した高電位電源部４から出力される電位と同様な高電位が常に印加され、充電電流が流れ続けることによりコンデンサ４４の両端電圧がＩＣ４６などの耐電圧を超える場合がある。コンデンサ４４の両端電圧が例えば２０［Ｖ］を超えて、この電圧がＩＣ４６などに印加されるとＨブリッジ形インバータ回路を構成している各素子を破壊してしまう。このような破壊を防ぐため、ツェナーダイオード４５をコンデンサ４４と並列に接続し、ツェナー効果を用いてコンデンサ４４の両端電圧を前述のように１２［Ｖ］〜２０［Ｖ］のいずれかの電圧より大きくならないように制限する。ツェナー電圧が１２［Ｖ］より低いツェナーダイオード４５を備えると、制御電源部１ａから供給される電流が概ね全てツェナーダイオード４５に流れることになり、各回路が動作することができなくなる。そのため、ツェナー電圧の定格が制御電源部１ａの出力電圧よりも高く、なおかつＩＣ４６などの耐電圧以下もしくはそれより低いものをツェナーダイオード４５として使用する。

以上のように実施の形態３によれば、ブートストラップ回路のコンデンサ４４の両端電圧を、Ｈブリッジ形インバータ回路を構成する各素子の耐電圧を超えないように制限するツェナーダイオード４５を備えたので、耐電圧の比較的低いＩＣ等を使用して回路を構成することができるという効果がある。
また、ＩＣ等を使用することによりＨブリッジ形インバータ回路のコストを抑制することができるという効果がある。

この発明の実施の形態１による放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。 実施の形態１による放電灯点灯装置のＨブリッジ形のインバータ回路の一部分を示す回路図である。 高電位側スイッチングトランジスタの動作状態とブートストラップ回路のコンデンサに流れる電流を示す説明図である。 実施の形態１による放電灯点灯装置の回路の一部を示す説明図である。 実施の形態１による放電灯点灯装置の回路の一部を示す説明図である。 ダイオードに流れる電流とダイオードの両端電圧とを示した説明図である。 この発明の実施の形態２による放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態３による放電灯点灯装置の概略構成を示す回路図である。

符号の説明

１ 電源、１ａ 制御電源部、２，２ａ ＤＣ／ＤＣコンバータ（コンバータ回路）、３ インバータ（インバータ回路）、４ 高電位電源部（充電手段）、５ イグナイタ、６ ＨＩＤバルブ（放電灯）、７ トランス、８ トランジスタスイッチ、９ ダイオード、１０，１１，１４ コンデンサ、１２，１３ ダイオード、１５〜１８，１５ａ，１７ａ スイッチングトランジスタ、１９ ダイオード、２０ ダイオード（充電手段）、２１ 抵抗（充電手段、電流制限手段）、２２ 抵抗、２３ コンデンサ、２４ ダイオード、２５ ダイオード（充電手段）、２６ 抵抗（充電手段、電流制限手段）、２７ 抵抗、２８ コンデンサ、２９，３０ 抵抗、３１〜３４ ドライブトランジスタ、３５〜３８ 抵抗、４０，４０ａ ＤＣ／ＤＣコンバータ（充電手段、昇圧回路）、４２ ダイオード（充電手段）、４３ 抵抗（充電手段、電流制限手段）、４４ コンデンサ、４５ ツェナーダイオード（電圧制限素子）、４６ ＩＣ。

Claims (6)

1. 放電灯へ供給する電力を生成するコンバータ回路と、前記コンバータ回路から出力された電力を用いて前記放電灯へ負荷電力を出力するＨブリッジ形インバータ回路とを備えた放電灯点灯装置において、
   前記Ｈブリッジ形インバータ回路を構成する高電位側スイッチング素子のゲート電圧確保用電源としてのブートストラップ回路のコンデンサと、
   前記コンデンサに前記Ｈブリッジ形インバータ回路の高電位側より高い電位で前記コンデンサに充電電流を供給する充電手段とを備えた放電灯点灯装置。
2. 充電手段は、スイッチング素子がＯＮ状態に駆動されたときブートストラップ回路のコンデンサの両端電圧が維持される大きさに充電電流を制限する電流制限手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 充電手段は、コンバータ回路の出力電圧を昇圧する昇圧回路からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の放電灯点灯装置。
4. 充電手段は、コンバータ回路が放電灯へ供給する電力を生成するとき発生するサージ電圧を吸収し当該吸収したエネルギを充電電流に使用するコンデンサを備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の放電灯点灯装置。
5. 充電手段は、コンバータ回路の電源の電圧を昇圧する昇圧回路からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の放電灯点灯装置
6. ブートストラップ回路は、ブートストラップ回路のコンデンサの両端電圧を当該回路を構成する各素子の耐電圧以下に制限する電圧制限素子を備えたことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。

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