JP2006287115A - Dc-dc converter and discharge lamp lighting device - Google Patents

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雄介 梅田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a compact and low-cost DC-DC converter which has no need of an insulating material between a lower later winding and an upper layer winding to output a high voltage. <P>SOLUTION: When a switching element 3 is transitioned from an ON state to an OFF state, an end B of a primary winding W1 on a side that a high voltage occurs and an end C on a side that a high voltage of a secondary winding W2 occurs are disposed on the same collar side as a bobbin 21, and the primary winding W1 and the secondary winding W2 are directly overlapped as the upper layer winding and the lower later winding to be wound to obtain a transformer 2 which is provided in the DC-DC converter for a discharge lamp lighting device. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、トランスを使用して高電圧を出力するＤＣ−ＤＣコンバータおよび該ＤＣ−ＤＣコンバータを用いた放電灯点灯装置に関するものである。   The present invention relates to a DC-DC converter that outputs a high voltage using a transformer and a discharge lamp lighting device using the DC-DC converter.

従来のＤＣ−ＤＣコンバータには、下層巻線の線径が上層巻線の線径に対して０．２倍〜１．０倍となるように構成し、巻締めによる断線や導電固着部の外部電極からの離脱を回避するため、上層巻線の鍔部側に非巻回領域を設けたトランスを使用したものがある。このトランスは、携帯情報端末などに使用され、例えば５Ｖ程度の低電圧用のＤＣ−ＤＣコンバータに備えられているが、本来低電圧用のトランスであり、上層巻線と下層巻線の一般的な被覆による絶縁で充分耐えられる電圧が印加されるため、上層巻線と下層巻線との間を絶縁する層間テープ等を備えていない（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、例えば４００Ｖ程度の高電圧を発生する放電灯点灯装置用ＤＣ−ＤＣコンバータに上記のような構成のトランスに発生する電圧を考慮せずに使用すると、印加される高電圧によって上層巻線と下層巻線との電位差が大きくなって巻線間に絶縁破壊が発生する。このため、従来の高電圧を出力するＤＣ−ＤＣコンバータには、上層巻線と下層巻線との間に層間テープ等の絶縁材を備えたトランスが使用されている。 The conventional DC-DC converter is configured such that the wire diameter of the lower layer winding is 0.2 to 1.0 times the wire diameter of the upper layer winding, In order to avoid detachment from the external electrode, there is a transformer using a transformer in which a non-winding region is provided on the flange side of the upper layer winding. This transformer is used for a portable information terminal or the like and is provided in a DC-DC converter for a low voltage of, for example, about 5 V, but is originally a transformer for a low voltage, and is generally used for an upper layer winding and lower layer winding. Since a voltage that can be sufficiently withstood by insulation by a coating is applied, an interlayer tape or the like that insulates between the upper layer winding and the lower layer winding is not provided (see, for example, Patent Document 1).
However, if the voltage generated in the transformer configured as described above is used in a DC-DC converter for a discharge lamp lighting device that generates a high voltage of, for example, about 400V, The potential difference with the lower layer winding becomes large, causing dielectric breakdown between the windings. For this reason, a transformer having an insulating material such as an interlayer tape between an upper layer winding and a lower layer winding is used in a conventional DC-DC converter that outputs a high voltage.

特開２０００−３０９５０号公報（第２，３頁、図１，２）JP 2000-30950 A (2nd and 3rd pages, FIGS. 1 and 2)

上記のように従来の高電圧を発生するＤＣ−ＤＣコンバータ用トランスは、上層巻線と下層巻線との巻線間の絶縁破壊を防ぐ層間テープ等の絶縁材を備えていることから外形を小さくすることが難しく、高電圧を出力するＤＣ−ＤＣコンバータの小型化を困難にしているという課題があった。   As described above, a conventional transformer for a DC-DC converter that generates a high voltage is provided with an insulating material such as an interlayer tape that prevents dielectric breakdown between the upper layer winding and the lower layer winding. There is a problem that it is difficult to reduce the size of the DC-DC converter that outputs a high voltage.

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、下層巻線と上層巻線との巻線間の絶縁材を不要として、高電圧を出力するＤＣ−ＤＣコンバータをおよび該ＤＣ−ＤＣコンバータを用いた放電灯点灯装置を小型かつ安価に得ることを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and includes a DC-DC converter that outputs a high voltage without using an insulating material between the lower layer winding and the upper layer winding, and the DC-DC converter. It is an object to obtain a discharge lamp lighting device using a DC-DC converter in a small size and at a low cost.

この発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチング素子の動作により高電圧が生じる側の１次巻線の端部と高電圧が発生する側の２次巻線の端部とを同じ側に配置し、該各巻線を上層巻線と下層巻線として直接重ねて巻回したトランスを備えたものである。   In the DC-DC converter according to the present invention, the end of the primary winding on the side where the high voltage is generated by the operation of the switching element and the end of the secondary winding on the side where the high voltage is generated are arranged on the same side. The transformer is provided with each winding wound as an upper layer winding and a lower layer winding which are directly overlapped with each other.

この発明に係る放電灯点灯装置は、１次巻線の高電圧側と前記２次巻線の高電圧側とを同じ側に配置し、当該各巻線を上層巻線と下層巻線として直接重ねて巻回したトランスを備えたものである。   In the discharge lamp lighting device according to the present invention, the high voltage side of the primary winding and the high voltage side of the secondary winding are arranged on the same side, and the respective windings are directly overlapped as an upper layer winding and a lower layer winding. It is equipped with a wound transformer.

この発明によれば、高電圧が生じる側の１次巻線の端部と高電圧が発生する側の２次巻線の端部とを同じ側になるように巻回したので、巻線間の電圧差を低く抑えることができる。その結果、巻線間に絶縁材を設けることなく各巻線を直接重ねて巻回してトランスを得ることができ、このトランスを使用して高電圧を出力するＤＣ−ＤＣコンバータを小型かつ安価に得ることができるという効果がある。   According to the present invention, the end of the primary winding on the side where the high voltage is generated and the end of the secondary winding on the side where the high voltage is generated are wound on the same side. The voltage difference can be kept low. As a result, it is possible to obtain a transformer by directly winding each winding without providing an insulating material between the windings, and to obtain a DC-DC converter that outputs a high voltage using this transformer in a small and inexpensive manner. There is an effect that can be.

この発明によれば、１次巻線の高電圧側と前記２次巻線の高電圧側とを同じ側に配置し、当該各巻線を上層巻線と下層巻線として直接重ねて巻回したトランスを使用するので、点灯開始後の短い時間のみ高電圧が印加されることとなり、当該トランス構成により、巻線自体の被覆とは別に絶縁部材等の必要がなくなり、放電灯点灯装置を小型化することが容易となるという効果がある。   According to the present invention, the high-voltage side of the primary winding and the high-voltage side of the secondary winding are arranged on the same side, and each winding is directly overlapped as an upper layer winding and a lower layer winding. Since a transformer is used, a high voltage is applied only for a short time after the start of lighting. With this transformer configuration, there is no need for an insulating member in addition to the coating of the winding itself, and the discharge lamp lighting device is downsized. There is an effect that it becomes easy to do.

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ＤＣ−ＤＣコンバータを使用している放電灯点灯装置の回路図である。直流電圧を出力する電源１の正電極は、トランス２の１次巻線Ｗ１の一端である端部Ａに接続され、この１次巻線Ｗ１の他端である端部Ｂはスイッチング素子３に接続される。スイッチング素子３は、スイッチング動作を制御する制御部４に接続され、トランス２の１次巻線Ｗ１の端部Ｂと電源１の負電極との接続をＯＮ／ＯＦＦするものである。例えばＮ型ＭＯＳトランジスタをスイッチング素子３として回路接続したときには、ゲートが制御部４に接続され、ドレインが１次巻線Ｗ１の端部Ｂに接続され、またソースが電源１の負電極に接続される。
トランス２の２次巻線Ｗ２は、一端の端部Ｃがダイオード（整流手段）５のアノードに接続され、他端の端部Ｄが電源１の負電極に接続される。ダイオード５のカソードは、コンデンサ６の一端に接続される。コンデンサ６の他端は電源１の負電極に接続される。また、コンデンサ６の両端は各々Ｈブリッジ形回路７の入力点に接続される。 An embodiment of the present invention will be described below.
Embodiment 1 FIG.
1 is a circuit diagram of a discharge lamp lighting device using a DC-DC converter according to Embodiment 1 of the present invention. The positive electrode of the power source 1 that outputs a DC voltage is connected to the end A that is one end of the primary winding W1 of the transformer 2, and the end B that is the other end of the primary winding W1 is connected to the switching element 3. Connected. The switching element 3 is connected to the control unit 4 that controls the switching operation, and turns on / off the connection between the end B of the primary winding W1 of the transformer 2 and the negative electrode of the power source 1. For example, when an N-type MOS transistor is circuit-connected as the switching element 3, the gate is connected to the control unit 4, the drain is connected to the end B of the primary winding W1, and the source is connected to the negative electrode of the power source 1. The
The secondary winding W <b> 2 of the transformer 2 has one end C connected to the anode of the diode (rectifying means) 5 and the other end D connected to the negative electrode of the power source 1. The cathode of the diode 5 is connected to one end of the capacitor 6. The other end of the capacitor 6 is connected to the negative electrode of the power source 1. Further, both ends of the capacitor 6 are connected to input points of the H-bridge circuit 7 respectively.

Ｈブリッジ形回路７は、例えば４個のスイッチング素子からなり、各スイッチング素子の動作を制御する制御部８が接続されている。Ｈブリッジ形回路７の出力点はイグナイタ９に接続され、イグナイタ９を介してＨＩＤバルブ１０へ点灯電圧を印加するように接続されている。ＨＩＤバルブ１０は、例えばキセノンガス等を封入している放電灯バルブである。
上記のように接続されたトランス２、スイッチング素子３、制御部４、ダイオード５、コンデンサ６によってＤＣ−ＤＣコンバータが構成されている。なお、図１や後述する図４に示した放電灯点灯装置は、例えば車両のヘッドランプのＨＩＤバルブ１０を点灯させる。 The H-bridge circuit 7 is composed of, for example, four switching elements, and is connected to a control unit 8 that controls the operation of each switching element. The output point of the H-bridge circuit 7 is connected to an igniter 9 and is connected to apply a lighting voltage to the HID bulb 10 via the igniter 9. The HID bulb 10 is a discharge lamp bulb that encloses, for example, xenon gas or the like.
The transformer 2, the switching element 3, the control unit 4, the diode 5 and the capacitor 6 connected as described above constitute a DC-DC converter. Note that the discharge lamp lighting device shown in FIG. 1 and FIG. 4 to be described later lights, for example, the HID bulb 10 of a vehicle headlamp.

図２は、実施の形態１によるＤＣ−ＤＣコンバータに用いるトランスの構成を示す概略断面図である。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、その重複説明を省略する。この図は、巻線の巻回軸方向に沿ったトランス２の断面の概略形状を示したもので、ボビン２１の中央部位に磁性体のコア部材２２が挿入・配置されている。ボビン２１に巻回されている上層巻線が図１に示す１次巻線Ｗ１で、下層巻線が２次巻線Ｗ２である。また、図２のトランス２は、２次巻線Ｗ２の巻線間に生じる凹部に１次巻線Ｗ１の線材を直接巻き付けている。また、１次巻線Ｗ１と２次巻線Ｗ２は、後述するように高電圧が生じるそれぞれの端部を揃えて、即ち１次巻線Ｗ１の端部Ｂと２次巻線Ｗ２の端部Ｃとを、ボビン２１を形成する２つの鍔部の内、同じ鍔部側に配置して巻回されている。
トランス２は、１次巻線Ｗ１と２次巻線Ｗ２の巻線比を例えば１：２（１＋α）として、１次巻線Ｗ１の電圧の２倍の高電圧が２次側巻線Ｗ２に発生するように構成したもので、負荷に応じて２０〜４００Ｖの電圧を出力する。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the transformer used in the DC-DC converter according to the first embodiment. The same reference numerals are used for parts that are the same as or correspond to those shown in FIG. This figure shows the schematic shape of the cross section of the transformer 2 along the winding axis direction of the winding, and a magnetic core member 22 is inserted and disposed in the central portion of the bobbin 21. The upper layer winding wound around the bobbin 21 is the primary winding W1 shown in FIG. 1, and the lower layer winding is the secondary winding W2. Further, in the transformer 2 of FIG. 2, the wire material of the primary winding W1 is directly wound around the recess formed between the windings of the secondary winding W2. Further, the primary winding W1 and the secondary winding W2 are aligned with each other where high voltage is generated as described later, that is, the end B of the primary winding W1 and the end of the secondary winding W2. C is wound around the same collar part among the two collar parts forming the bobbin 21.
In the transformer 2, the winding ratio of the primary winding W1 and the secondary winding W2 is set to 1: 2 (1 + α), for example, and a high voltage twice the voltage of the primary winding W1 is applied to the secondary winding W2. It is comprised so that it may generate | occur | produce and outputs the voltage of 20-400V according to load.

次に動作について説明する。
制御部４の制御によりスイッチング素子３がＯＮ状態となっているとき、トランス２の１次巻線Ｗ１の端部Ｂは電源１の負電極に接続され、１次巻線Ｗ１に電流が流れる。制御部４の制御によりスイッチング素子３がＯＮ状態からＯＦＦ状態へ遷移すると、１次巻線Ｗ１に蓄積しているエネルギによって２次巻線Ｗ２に高電圧が発生する。２次巻線Ｗ２に発生した高電圧をダイオード５によって整流し、コンデンサ６に該高電圧を印加して充電する。充電されたコンデンサ６の両端に生じている高電圧をＨブリッジ形回路７へ入力する。
Ｈブリッジ形回路７から出力された高電圧は、イグナイタ９によってさらに昇圧され、ＨＩＤバルブ１０へ数十ｋＶの高電圧を印加して放電を開始させる。ＨＩＤバルブ１０が放電を開始すると、制御部８の制御によりＨブリッジ形回路７がスイッチング動作を行い、ＨＩＤバルブ１０へ印加する電圧極性を周期的に反転させて放電点灯を持続／安定させる。 Next, the operation will be described.
When the switching element 3 is in the ON state under the control of the control unit 4, the end B of the primary winding W1 of the transformer 2 is connected to the negative electrode of the power source 1, and a current flows through the primary winding W1. When the switching element 3 transitions from the ON state to the OFF state under the control of the control unit 4, a high voltage is generated in the secondary winding W2 due to the energy accumulated in the primary winding W1. The high voltage generated in the secondary winding W2 is rectified by the diode 5, and the capacitor 6 is charged with the high voltage. The high voltage generated at both ends of the charged capacitor 6 is input to the H-bridge circuit 7.
The high voltage output from the H-bridge circuit 7 is further boosted by the igniter 9, and a high voltage of several tens of kV is applied to the HID bulb 10 to start discharging. When the HID bulb 10 starts discharging, the H-bridge circuit 7 performs a switching operation under the control of the control unit 8 and periodically reverses the voltage polarity applied to the HID bulb 10 to maintain / stabilize the discharge lighting.

ＨＩＤバルブ１０が放電点灯を開始するまで、トランス２は２次巻線Ｗ２の両端に４００Ｖ程度の高電圧を発生させ、イグナイタ９へ供給する。
特に車両のヘッドランプに使用されているＨＩＤバルブを点灯する場合には電源電圧が１２Ｖと低く、この電源電圧を用いて４００Ｖの高電圧を発生する放電灯点灯装置用ＤＣ−ＤＣコンバータには、１次巻線と２次巻線との巻線比が大きなトランスが必要になり、例えば巻線比が１：４のトランスが使用されている。このように巻線比を大きくして高電圧を出力させると１次巻線と２次巻線との電位差が大きくなり、１次巻線と２次巻線との間に例えば層間シートのような絶縁材が必要になる。ＨＩＤバルブを点灯させる場合、数百Ｖの高電圧を必要とする時間が極めて短いことから、放電灯点灯装置用ＤＣ−ＤＣコンバータのトランスであれば、１次巻線と２次巻線との電位差を抑制することにより、上記のような絶縁材を不要とすることも可能である。 Until the HID bulb 10 starts to discharge, the transformer 2 generates a high voltage of about 400 V at both ends of the secondary winding W2, and supplies it to the igniter 9.
In particular, when a HID bulb used in a vehicle headlamp is lit, the power supply voltage is as low as 12 V, and a DC-DC converter for a discharge lamp lighting device that generates a high voltage of 400 V using this power supply voltage includes: A transformer having a large winding ratio between the primary winding and the secondary winding is required. For example, a transformer having a winding ratio of 1: 4 is used. Thus, when the winding ratio is increased and a high voltage is output, the potential difference between the primary winding and the secondary winding becomes large, and an interlayer sheet, for example, is formed between the primary winding and the secondary winding. New insulation is required. When the HID bulb is lit, the time required for a high voltage of several hundred volts is extremely short. Therefore, if the transformer is a DC-DC converter for a discharge lamp lighting device, the primary winding and the secondary winding By suppressing the potential difference, the above insulating material can be made unnecessary.

図３は、実施の形態１によるＤＣ−ＤＣコンバータのトランス２に生じる電圧を示す説明図である。この図は、ＨＩＤバルブ１０が放電点灯を行っていないとき、トランス２の各巻線の端部に生じる電圧を示したもので、図中上段に１次巻線Ｗ１の端部Ｂに生じる電圧、また中段に２次巻線Ｗ２の端部Ｃに発生する電圧の経時変化を示している。また、下段には１次巻線Ｗ１の端部Ｂと２次巻線Ｗ２の端部Ｃとの電位差を示している。
前述のように、制御部４の制御によりスイッチング素子３がＯＮ状態からＯＦＦ状態に遷移すると、オープン状態となった端部Ｂにフライバック電圧が発生し、例えば２００Ｖの電圧が生じる。１次巻線Ｗ１に生じたフライバック電圧により、２次巻線Ｗ２には巻線比に応じた高電圧が発生する。巻線比を概ね１：２とした場合、１次巻線Ｗ１の端部Ｂの電圧が２００Ｖとなっているとき２次巻線Ｗ２の端部Ｃには４００Ｖの高電圧が発生する。なお、スイッチング素子３がＯＮ状態となって１次巻線Ｗ１の端部Ｂが電源１の負電極に接続されて０Ｖとなっているとき、１次巻線Ｗ１の両端電圧は１２Ｖとなって、この１２Ｖの巻線比に応じた２倍の電圧２４Ｖが２次巻線Ｗ２に発生し、詳しくは端部Ｄが電源１の負電極に接続されているので−２４Ｖが端部Ｃに発生する。このときの端部Ｃと端部Ｂの電位差は図３下段に示したように−２４Ｖである。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing a voltage generated in the transformer 2 of the DC-DC converter according to the first embodiment. This figure shows the voltage generated at the end of each winding of the transformer 2 when the HID bulb 10 is not ignited. The voltage generated at the end B of the primary winding W1 is shown in the upper part of FIG. The middle stage shows the change over time in the voltage generated at the end C of the secondary winding W2. The lower part shows the potential difference between the end B of the primary winding W1 and the end C of the secondary winding W2.
As described above, when the switching element 3 transitions from the ON state to the OFF state under the control of the control unit 4, a flyback voltage is generated at the end B that is in the open state, and a voltage of, for example, 200V is generated. Due to the flyback voltage generated in the primary winding W1, a high voltage corresponding to the winding ratio is generated in the secondary winding W2. When the winding ratio is approximately 1: 2, when the voltage at the end B of the primary winding W1 is 200V, a high voltage of 400V is generated at the end C of the secondary winding W2. When the switching element 3 is turned on and the end B of the primary winding W1 is connected to the negative electrode of the power source 1 and becomes 0V, the voltage across the primary winding W1 becomes 12V. The double voltage 24V corresponding to the winding ratio of 12V is generated in the secondary winding W2. Specifically, the end D is connected to the negative electrode of the power source 1, so that −24V is generated at the end C. To do. At this time, the potential difference between the end C and the end B is −24 V as shown in the lower part of FIG.

端部Ｃに発生した電圧はダイオード５によって整流される。この整流作用によってコンデンサ６には、上記の−２４Ｖがカットされて４００Ｖの高電圧のみが印加される。コンデンサ６は、その両端電圧が４００Ｖに達するまで充電される。
前述のようにＨＩＤバルブ１０が放電点灯を開始し、Ｈブリッジ形回路７が制御部８の制御により動作するようになると、Ｈブリッジ形回路７を介してＨＩＤバルブ１０に電流が流れるようになり、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が下降する。ＨＩＤバルブ１０が定常点灯状態になったとき、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧は、例えば８５Ｖあるいは４２Ｖ程度になり、コンデンサ６の両端電圧やトランス２の２次巻線Ｗ２の端部Ｃの電圧も同様な値になる。 The voltage generated at the end C is rectified by the diode 5. Due to this rectifying action, the above −24V is cut and only a high voltage of 400V is applied to the capacitor 6. The capacitor 6 is charged until the voltage across it reaches 400V.
As described above, when the HID bulb 10 starts to discharge and the H-bridge circuit 7 operates under the control of the control unit 8, a current flows through the HID bulb 10 via the H-bridge circuit 7. The output voltage of the DC-DC converter drops. When the HID bulb 10 is in a steady lighting state, the output voltage of the DC-DC converter is, for example, about 85V or 42V, and the voltage across the capacitor 6 and the voltage at the end C of the secondary winding W2 of the transformer 2 are also. Similar value.

１次巻線Ｗ１と２次巻線Ｗ２の巻線比を小さくすることにより、１次巻線Ｗ１と２次巻線Ｗ２の電位差、特に高電圧が生じる１側巻線Ｗ１の端部Ｂと２次巻線Ｗ２の端部Ｃとの間の最大電位差を前述のように２００Ｖに抑制することができる。
ＪＩＳ規格Ｃ３００３にエナメル線の試験方法が規定されている。この試験規格によれば、エナメル線の皮膜厚さが０．０１６〜０．０２４ｍｍのとき、試験電圧は３００Ｖと規定している。また皮膜厚さが０．０２５〜０．０３５ｍｍのとき、試験電圧を４００Ｖと規定していることから、この規格を満たしている線材をトランス２の各巻線に用いた場合、上記のように巻線間の電位差が２００Ｖ程度であれば充分な絶縁が保障され、図２に示したように１次巻線Ｗ１と２次巻線Ｗ２との間に絶縁材を設ける必要がなくなる。余裕をもって耐電圧の高い線材を使用する場合には、巻数の少ない１次巻線Ｗ１に耐電圧の高い線材を使用するとトランス２のコストを抑制することができる。 By reducing the winding ratio between the primary winding W1 and the secondary winding W2, the potential difference between the primary winding W1 and the secondary winding W2, in particular, the end B of the primary winding W1 where a high voltage is generated. As described above, the maximum potential difference with the end C of the secondary winding W2 can be suppressed to 200V.
A test method for enameled wire is defined in JIS C3003. According to this test standard, when the film thickness of the enamel wire is 0.016 to 0.024 mm, the test voltage is defined as 300V. When the film thickness is 0.025 to 0.035 mm, the test voltage is defined as 400 V. Therefore, when a wire that satisfies this standard is used for each winding of the transformer 2, the winding is performed as described above. If the potential difference between the lines is about 200 V, sufficient insulation is ensured, and there is no need to provide an insulating material between the primary winding W1 and the secondary winding W2 as shown in FIG. When using a wire with a high withstand voltage with a margin, the cost of the transformer 2 can be reduced by using a wire with a high withstand voltage for the primary winding W1 with a small number of turns.

以上のように実施の形態１によれば、１次巻線Ｗ１の端部Ｂと２次巻線Ｗ２の端部Ｃとをボビン２１の同じ鍔部側に配置し、また上層巻線の１次巻線Ｗ１と下層巻線の２次巻線Ｗ２とを、絶縁材を介在させることなく直接重ねて巻回してトランス２を構成したので、高電圧を出力するＤＣ−ＤＣコンバータを小型かつ安価に得ることができるという効果がある。
なお、上記の説明のように本発明のＤＣ−ＤＣコンバータは、放電灯バルブが点灯を開始するとき４００Ｖ程度の高電圧を出力し、通常点灯時には例えば８５Ｖあるいは４２Ｖの低電圧を出力するものであり、かつ高電圧は点灯開始後の短い時間のみであるため、このＤＣ−ＤＣコンバータを適用することにより、放電灯点灯装置を容易に小型化できるという効果がある。 As described above, according to the first embodiment, the end B of the primary winding W1 and the end C of the secondary winding W2 are disposed on the same flange side of the bobbin 21, and the upper winding 1 Since the transformer 2 is configured by directly and winding the secondary winding W1 and the secondary winding W2 of the lower layer winding without interposing an insulating material, the DC-DC converter that outputs high voltage is small and inexpensive. There is an effect that can be obtained.
As described above, the DC-DC converter of the present invention outputs a high voltage of about 400V when the discharge lamp bulb starts lighting, and outputs a low voltage of, for example, 85V or 42V during normal lighting. In addition, since the high voltage is only a short time after the start of lighting, there is an effect that the discharge lamp lighting device can be easily downsized by applying this DC-DC converter.

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２によるＤＣ−ＤＣコンバータを使用している放電灯点灯装置の回路図である。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、その重複説明を省略する。この回路は、図１に示したトランス２に替えてオートトランス３０（以下、オートトランス３０をトランス３０と記載する）を備えたもので、Ｈブリッジ形回路７、制御部８、イグナイタ９、及びＨＩＤバルブ１０の接続は実施の形態１で説明したものと同様であるから重複説明を省略する。
トランス３０の１次巻線Ｗ１の一端を端部Ｅ、２次巻線Ｗ２の端部と共通となる他端を端部Ｆとしたとき、端部Ｅは電源１の正電極に接続され、端部Ｆはスイッチング素子３の例えばソースに接続されている。２次巻線Ｗ２の一端を端部Ｈ、１次巻線Ｗ１の端部Ｆと共通となる他端を端部Ｇとしたとき、端部Ｈはダイオード５のアノードに接続されている。なお、端部Ｇは端部Ｆと共通なのでスイッチング素子３のソースに接続されている。スイッチング素子３のドレインやゲート、ダイオード５のカソード、及びコンデンサ６の両端は、図１で説明したものと同様に接続されている。 Embodiment 2. FIG.
4 is a circuit diagram of a discharge lamp lighting device using a DC-DC converter according to Embodiment 2 of the present invention. The same reference numerals are used for parts that are the same as or correspond to those shown in FIG. This circuit is provided with an autotransformer 30 (hereinafter, the autotransformer 30 is referred to as a transformer 30) instead of the transformer 2 shown in FIG. 1, and includes an H-bridge circuit 7, a control unit 8, an igniter 9, and Since the connection of the HID valve 10 is the same as that described in the first embodiment, redundant description is omitted.
When one end of the primary winding W1 of the transformer 30 is an end E and the other end common to the end of the secondary winding W2 is an end F, the end E is connected to the positive electrode of the power source 1, The end F is connected to, for example, the source of the switching element 3. When one end of the secondary winding W2 is an end H and the other end common to the end F of the primary winding W1 is an end G, the end H is connected to the anode of the diode 5. Since the end G is common with the end F, it is connected to the source of the switching element 3. The drain and gate of the switching element 3, the cathode of the diode 5, and both ends of the capacitor 6 are connected in the same manner as described with reference to FIG.

図５は、実施の形態２によるＤＣ−ＤＣコンバータに用いるトランスの構成を示す概略断面図である。
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、その重複説明を省略する。この図は、巻線の巻回軸に沿ったトランス３０の断面の概略形状を示したもので、ボビン３１の中央部位に磁性体のコア部材３２が挿入・配置されている。ボビン３１に巻回されている上層巻線が図４に示す１次巻線Ｗ１で、下層巻線が２次巻線Ｗ２である。また、図５のトランス３０は、図２を用いて説明したトランス２と同様に、下層の２次巻線Ｗ２に１次巻線Ｗ１を直接重ねて巻回しており、前述のように下層巻線の凹部に上層巻線の線材を巻き付けている。１次巻線Ｗ１と２次巻線Ｗ２は、後述するように高電圧が生じるそれぞれの端部を揃えて、即ち１次巻線Ｗ１の端部Ｆと２次巻線Ｗ２の端部Ｈとを、ボビン３１を形成する２つの鍔部の内、同じ鍔部側に配置して巻回されている。 FIG. 5 is a schematic sectional view showing a configuration of a transformer used in the DC-DC converter according to the second embodiment.
The same reference numerals are used for parts that are the same as or correspond to those shown in FIGS. This figure shows the schematic shape of the cross section of the transformer 30 along the winding axis of the winding, and a core member 32 of magnetic material is inserted and arranged at the central portion of the bobbin 31. The upper layer winding wound around the bobbin 31 is the primary winding W1 shown in FIG. 4, and the lower layer winding is the secondary winding W2. Further, the transformer 30 in FIG. 5 is wound with the primary winding W1 directly overlapped with the lower secondary winding W2 in the same manner as the transformer 2 described with reference to FIG. The wire material of the upper layer winding is wound around the concave portion of the wire. As will be described later, the primary winding W1 and the secondary winding W2 are aligned at the ends where high voltage is generated, that is, the end F of the primary winding W1 and the end H of the secondary winding W2. Is wound around the same flange part of the two flange parts forming the bobbin 31.

図６は、実施の形態２によるＤＣ−ＤＣコンバータに用いるトランスの他の構成を示す概略断面図である。図５等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、その重複説明を省略する。図６のトランス３０ａは、線径の細い複数の線材を例えば２本の線材を並列に密着させて巻回し、これを２次巻線Ｗ２としたもので、その他の部分は図５に示したトランス３０と同様に構成されている。図６では「●」と「○」とを用いて２本の線材を並列巻回した２次巻線Ｗ２を表している。なお、図５に示したものと同様に下層巻線となる２次巻線Ｗ２の凹部に、上層巻線即ち１次巻線Ｗ１の線材を巻き付けている。
図５のトランス３０及び図６のトランス３０ａは、１次巻線Ｗ１と２次巻線Ｗ２の巻線比を例えば１：（１＋α）として構成したもので、スイッチング素子３がＯＮ状態からＯＦＦ状態へ遷移したとき１次巻線Ｗ１に生じるフライバック電圧により２次巻線Ｗ２に高電圧を発生させ、負荷に応じて２０〜４００Ｖの電圧を出力する。また、いずれのトランス３０，３０ａも図４のＤＣ−ＤＣコンバータに用いることができる。 FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing another configuration of the transformer used in the DC-DC converter according to the second embodiment. The same reference numerals are used for parts that are the same as or correspond to those shown in FIG. The transformer 30a shown in FIG. 6 is formed by winding a plurality of thin wire rods with, for example, two wire rods in close contact with each other to form a secondary winding W2, and other portions are shown in FIG. The configuration is the same as that of the transformer 30. In FIG. 6, a secondary winding W2 in which two wires are wound in parallel using “●” and “◯” is shown. As in the case shown in FIG. 5, the upper layer winding, that is, the wire of the primary winding W1 is wound around the concave portion of the secondary winding W2 serving as the lower layer winding.
The transformer 30 in FIG. 5 and the transformer 30a in FIG. 6 are configured such that the winding ratio of the primary winding W1 and the secondary winding W2 is, for example, 1: (1 + α), and the switching element 3 is switched from the ON state to the OFF state. A high voltage is generated in the secondary winding W2 by the flyback voltage generated in the primary winding W1 when the transition to, and a voltage of 20 to 400 V is output according to the load. Any of the transformers 30 and 30a can be used in the DC-DC converter of FIG.

次に動作について説明する。
図４に示したＤＣ−ＤＣコンバータは、制御部４の制御によりスイッチング素子３がＯＮ状態となっているとき、トランス３０の１次巻線Ｗ１の端部Ｆは電源１の負電極に接続され、１次巻線Ｗ１に電流が流れる。制御部４の制御によりスイッチング素子３がＯＮ状態からＯＦＦ状態へ遷移すると、１次巻線Ｗ１に蓄積しているエネルギによって２次巻線Ｗ２に高電圧が発生する。２次巻線Ｗ２に発生した高電圧をダイオード５によって整流し、コンデンサ６に該高電圧を印加して充電する。充電されたコンデンサ６の両端に生じている高電圧をＨブリッジ形回路７へ入力する。
Ｈブリッジ形回路７、制御部８、イグナイタ９、及びＨＩＤバルブ１０の動作は、実施の形態１で説明したものと同様に動作する。ここではその説明を省略する。また、トランス３０に替えてトランス３０ａを用いたＤＣ−ＤＣコンバータも上記の説明のように動作する。 Next, the operation will be described.
In the DC-DC converter shown in FIG. 4, the end F of the primary winding W <b> 1 of the transformer 30 is connected to the negative electrode of the power source 1 when the switching element 3 is turned on by the control of the control unit 4. A current flows through the primary winding W1. When the switching element 3 transitions from the ON state to the OFF state under the control of the control unit 4, a high voltage is generated in the secondary winding W2 due to the energy accumulated in the primary winding W1. The high voltage generated in the secondary winding W2 is rectified by the diode 5, and the capacitor 6 is charged with the high voltage. The high voltage generated at both ends of the charged capacitor 6 is input to the H-bridge circuit 7.
The operations of the H-bridge circuit 7, the control unit 8, the igniter 9, and the HID valve 10 are the same as those described in the first embodiment. The description is omitted here. Further, the DC-DC converter using the transformer 30a instead of the transformer 30 operates as described above.

図７は、実施の形態２によるＤＣ−ＤＣコンバータのトランスに生じる電圧を示す説明図である。この図は、ＨＩＤバルブ１０が点灯していないとき、トランス３０あるいはトランス３０ａの各巻線の端部に生じる電圧を示したもので、図中上段に１次巻線Ｗ１の端部Ｆに生じる電圧、また中段に２次巻線Ｗ２の端部Ｈに発生する電圧の経時変化を示している。また、下段には１次巻線Ｗ１の端部Ｆと２次巻線Ｗ２の端部Ｈとの電位差を示している。
スイッチング素子３がＯＮ状態からＯＦＦ状態に遷移すると、オープン状態となった端部Ｆにフライバック電圧が発生し、例えば２００Ｖの電圧が生じる。１次巻線Ｗ１に生じたフライバック電圧によって、２次巻線Ｗ２に高電圧が発生する。ここで、トランス３０あるいはトランス３０ａの巻線比を１：（１＋α）とした場合、１次巻線Ｗ１の端部Ｆの電圧が２００Ｖとなっているとき、２次巻線Ｗ２の端部Ｈには４００Ｖの高電圧が発生する。なお、スイッチング素子３がＯＮ状態となって１次巻線Ｗ１の端部Ｆが電源１の負電極に接続されて０Ｖとなっているとき、１次巻線Ｗ１の両端電圧は１２Ｖとなる。１次巻線Ｗ１と２次巻線Ｗ２の巻線比は概ね１対１なので２次巻線Ｗ２には１２Ｖの電圧が発生し、詳しくは端部Ｇが電源１の負電極に接続されているので端部Ｈには−１２Ｖが発生する。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing voltages generated in the transformer of the DC-DC converter according to the second embodiment. This figure shows the voltage generated at the end of each winding of the transformer 30 or the transformer 30a when the HID bulb 10 is not lit, and the voltage generated at the end F of the primary winding W1 in the upper part of the figure. In the middle stage, the change with time of the voltage generated at the end H of the secondary winding W2 is shown. The lower part shows the potential difference between the end F of the primary winding W1 and the end H of the secondary winding W2.
When the switching element 3 transitions from the ON state to the OFF state, a flyback voltage is generated at the end F that is in the open state, and a voltage of, for example, 200 V is generated. A high voltage is generated in the secondary winding W2 by the flyback voltage generated in the primary winding W1. Here, when the winding ratio of the transformer 30 or the transformer 30a is 1: (1 + α), when the voltage at the end F of the primary winding W1 is 200 V, the end H of the secondary winding W2 Generates a high voltage of 400V. When the switching element 3 is turned on and the end F of the primary winding W1 is connected to the negative electrode of the power source 1 and becomes 0V, the voltage across the primary winding W1 is 12V. Since the winding ratio of the primary winding W1 and the secondary winding W2 is approximately 1: 1, a voltage of 12V is generated in the secondary winding W2. Specifically, the end G is connected to the negative electrode of the power source 1. Therefore, −12V is generated at the end H.

端部Ｆに発生した電圧はダイオード５によって整流される。この整流作用によってコンデンサ６には、上記の−１２Ｖがカットされて４００Ｖの高電圧のみが印加される。コンデンサ６は、その両端電圧が４００Ｖに達するまで充電される。
前述のようにＨＩＤバルブ１０が点灯を開始し、Ｈブリッジ形回路７が制御部８の制御により動作するようになると、Ｈブリッジ形回路７を介してＨＩＤバルブ１０に電流が流れるようになり、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧は下降する。ＨＩＤバルブ１０が定常点灯状態となったときには、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧は、例えば８５Ｖあるいは４２Ｖ程度になり、コンデンサ６の両端電圧やトランス３０あるいはトランス３０ａの２次巻線Ｗ２の端部Ｈの電圧も同様な値になる。 The voltage generated at the end F is rectified by the diode 5. Due to this rectifying action, the above −12 V is cut and only a high voltage of 400 V is applied to the capacitor 6. The capacitor 6 is charged until the voltage across it reaches 400V.
As described above, when the HID bulb 10 starts to light and the H bridge circuit 7 is operated under the control of the control unit 8, a current flows through the HID bulb 10 via the H bridge circuit 7, The output voltage of the DC-DC converter drops. When the HID bulb 10 is in a steady lighting state, the output voltage of the DC-DC converter is, for example, about 85 V or 42 V, and the voltage across the capacitor 6 or the end H of the secondary winding W2 of the transformer 30 or the transformer 30a. The voltage of becomes the same value.

図５，６には、破線の矢印で各トランス３０，３０ａの１次巻線Ｗ１によって発生する磁束を表している。図５のトランス３０は２次巻線Ｗ２の線径が大きいため各巻線間や該巻線とボビン３１との間に隙間が生じ、１巻線Ｗ１によって発生した磁束が２次巻線Ｗ２全体を貫くことができず、漏れ磁束３３が生じる。このように漏れ磁束３３が生じることにより、２次巻線Ｗ２に高電圧を発生させるエネルギの損失が大きくなる。図６のトランス３０ａの２次巻線Ｗ２は、線径の細い２本の線材を並列に密着させて巻回することにより、該巻線の断面積を確保しながら下層巻線を薄く構成している。このように２次巻線Ｗ２の線径が小さいことから、上層巻線の１次巻線Ｗ１と下層巻線の２次巻線Ｗ２との間に生じる隙間を少なくすることができ、またさらに各巻線とコア部材３２との隙間が狭化され、図６に示したように上層巻線、下層巻線、及びコア部材３２の密着度を高めることができる。このように各巻線やコア部材３２の密着度が高くなると１次巻線Ｗ１によって生じた磁束３３ａが満遍なく２次巻線Ｗ２を貫くようになり、漏れ磁束が減少して２次巻線Ｗ２に効率よく高電圧を発生させることが可能になる。
なお、実施の形態１で説明したトランス２の２次巻線Ｗ２を、線径の小さな線材を複数並列に密着させて巻回した場合も同様な作用効果が得られる。 In FIGS. 5 and 6, the magnetic flux generated by the primary winding W <b> 1 of each transformer 30, 30 a is represented by a dashed arrow. In the transformer 30 of FIG. 5, since the secondary winding W2 has a large wire diameter, a gap is generated between the windings and between the winding and the bobbin 31, and the magnetic flux generated by one winding W1 is the entire secondary winding W2. The leakage flux 33 is generated. As the leakage magnetic flux 33 is generated in this manner, the loss of energy for generating a high voltage in the secondary winding W2 increases. The secondary winding W2 of the transformer 30a shown in FIG. 6 is formed by thinning the lower layer winding while securing the cross-sectional area of the winding by winding two wire rods having a thin wire diameter in close contact with each other. ing. Since the wire diameter of the secondary winding W2 is small in this way, the gap generated between the primary winding W1 of the upper layer winding and the secondary winding W2 of the lower layer winding can be reduced, and further The gap between each winding and the core member 32 is narrowed, and the adhesion between the upper layer winding, the lower layer winding, and the core member 32 can be increased as shown in FIG. As described above, when the degree of adhesion between the windings and the core member 32 is increased, the magnetic flux 33a generated by the primary winding W1 penetrates the secondary winding W2 evenly, and the leakage magnetic flux is reduced to the secondary winding W2. A high voltage can be generated efficiently.
A similar effect can be obtained when the secondary winding W2 of the transformer 2 described in the first embodiment is wound with a plurality of wire rods having a small wire diameter in close contact in parallel.

以上のように実施の形態２によれば、１次巻線Ｗ１の端部Ｆと２次巻線Ｗ２の端部Ｈとをボビン３１の同じ鍔部側に配置し、また上層巻線の１次巻線Ｗ１と下層巻線の２次巻線Ｗ２とを直接重ねて巻回してトランス３０，３０ａを構成したので、高電圧を出力するＤＣ−ＤＣコンバータを小型かつ安価に得ることができるという効果がある。
また、トランス３０ａの２次巻線Ｗ２を、線径の細い複数の線材を並列に密着させて巻回して下層巻線として構成したので、各巻線とボビン３１との隙間を狭化して漏れ磁束を減少させることができ、ＤＣ−ＤＣコンバータから出力される電力に含まれるノイズを低減することができるという効果がある。 As described above, according to the second embodiment, the end F of the primary winding W1 and the end H of the secondary winding W2 are arranged on the same flange side of the bobbin 31, and Since the transformers 30 and 30a are configured by directly overlapping and winding the secondary winding W1 and the secondary winding W2 of the lower layer winding, a DC-DC converter that outputs a high voltage can be obtained in a small and inexpensive manner. effective.
In addition, since the secondary winding W2 of the transformer 30a is formed as a lower layer winding by winding a plurality of thin wire rods in close contact with each other in parallel, the gap between each winding and the bobbin 31 is narrowed to reduce the leakage flux. There is an effect that noise included in the power output from the DC-DC converter can be reduced.

この発明の実施の形態１によるＤＣ−ＤＣコンバータを使用している放電灯点灯装置の回路図である。It is a circuit diagram of the discharge lamp lighting device using the DC-DC converter by Embodiment 1 of this invention. 実施の形態１によるＤＣ−ＤＣコンバータに用いるトランスの構成を示す概略断面図である。2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a transformer used in the DC-DC converter according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態１によるＤＣ−ＤＣコンバータのトランスに生じる電圧を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a voltage generated in a transformer of the DC-DC converter according to the first embodiment. この発明の実施の形態２によるＤＣ−ＤＣコンバータを使用している放電灯点灯装置の回路図である。It is a circuit diagram of the discharge lamp lighting device which uses the DC-DC converter by Embodiment 2 of this invention. 実施の形態２によるＤＣ−ＤＣコンバータに用いるトランスの構成を示す概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a transformer used in the DC-DC converter according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態２によるＤＣ−ＤＣコンバータに用いるトランスの他の構成を示す概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing another configuration of a transformer used in the DC-DC converter according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態２によるＤＣ−ＤＣコンバータのトランスに生じる電圧を示す説明図である。6 is an explanatory diagram illustrating a voltage generated in a transformer of a DC-DC converter according to Embodiment 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ 電源、２ トランス、３ スイッチング素子、４ 制御部、５ ダイオード（整流手段）、６ コンデンサ、７ Ｈブリッジ形回路、８ 制御部、９ イグナイタ、１０ ＨＩＤバルブ、２１ ボビン、２２ コア部材、３０，３０ａ トランス、３１ ボビン、３２ コア部材、３３ 漏れ磁束、３３ａ 磁束。
1 power supply, 2 transformer, 3 switching element, 4 control unit, 5 diode (rectifying means), 6 capacitor, 7 H bridge circuit, 8 control unit, 9 igniter, 10 HID valve, 21 bobbin, 22 core member, 30, 30a transformer, 31 bobbin, 32 core member, 33 leakage flux, 33a flux.

Claims (4)

直流電源と１次巻線との接続をスイッチング素子によりＯＮ／ＯＦＦして２次巻線に高電圧を発生するトランスと、前記トランスの２次巻線に発生した高電圧を整流する整流手段とを備えたＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記トランスは、スイッチング素子の動作により高電圧が生じる側の１次巻線の端部と高電圧が発生する側の２次巻線の端部とを同じ側に配置し、該各巻線を上層巻線と下層巻線として直接重ねて巻回したことを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。 A transformer for generating a high voltage in the secondary winding by turning on / off the connection between the DC power source and the primary winding by a switching element; and a rectifying means for rectifying the high voltage generated in the secondary winding of the transformer; In a DC-DC converter comprising:
In the transformer, the end of the primary winding on which the high voltage is generated by the operation of the switching element and the end of the secondary winding on the side on which the high voltage is generated are arranged on the same side, A DC-DC converter characterized in that it is directly wound as a winding and a lower layer winding. トランスは、１次巻線に耐電圧の高い線材を使用したことを特徴とする請求項１記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。   2. The DC-DC converter according to claim 1, wherein the transformer uses a wire material having a high withstand voltage for the primary winding. トランスは、下層巻線に線径の細い線材を複数並列巻回したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。   3. The DC-DC converter according to claim 1, wherein the transformer is formed by winding a plurality of thin wire rods in parallel around the lower layer winding. 直流電流と、１次巻線及び２次巻線を有するトランスと、前記直流電源と前記１次巻線との接続をスイッチングするスイッチング手段と、前記２次巻線の出力を整流する整流手段と、当該整流された出力が印加される放電灯とを備えた放電灯点灯装置において、
前記トランスは、前記１次巻線の高電圧側と前記２次巻線の高電圧側とを同じ側に配置し、当該各巻線を上層巻線と下層巻線として直接重ねて巻回したことを特徴とする放電灯点灯装置。 A direct current, a transformer having a primary winding and a secondary winding, switching means for switching connection between the DC power source and the primary winding, and rectification means for rectifying the output of the secondary winding; In a discharge lamp lighting device comprising a discharge lamp to which the rectified output is applied,
In the transformer, the high-voltage side of the primary winding and the high-voltage side of the secondary winding are arranged on the same side, and each winding is directly wound as an upper layer winding and a lower layer winding. A discharge lamp lighting device characterized by.
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