JP2007163376A - 検出器及び放電灯点灯装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】検出誤差を小さくすることのできる検出器及び放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】負荷への電流供給経路上に直列に挿入される検出抵抗Rsと、一端が検出抵抗Rsの一端に接続される抵抗R1と、一端が検出抵抗Rsの他端に接続され且つ抵抗R1と抵抗値の異なる抵抗R2と、抵抗R2の他端に接続されて抵抗R1の他端の電圧V1と抵抗R2の他端の電圧V2とを略等しくさせるように調整する電圧調整手段1と、抵抗R1の他端及び電圧調整手段1と接続されて抵抗R1を流れる電流I1と抵抗R2を流れる電流I2とを略等しくさせるように調整する電流調整手段2とを備えており、抵抗R1の他端から検出出力である検出電圧Vdを得る。
【選択図】図1

Description

本発明は、電流又は電圧を検出するための検出器及び放電灯点灯装置に関する。
従来の放電灯点灯装置は、図8に示すように、直流電源Eから供給される直流電力を所望の直流電力に変換する電力変換手段3と、電力変換手段3からの出力の極性を切り換えることで矩形波に変換するインバータ回路4と、放電灯Laを始動させるための高電圧を発生させる始動回路5とから構成されており、電力変換手段3の出力電圧及び出力電流をそれぞれ電圧検出器6及び電流検出器7で検出し、検出信号を制御手段8に入力してフィードバック制御を行うことで、放電ランプLaに必要な電力の供給を制御している。ここで電流検出器7は、負荷電流が流れることによる検出抵抗での電圧降下分を増幅して検出するもので、例えば特許文献1に開示されているようなものがある。
この従来例は、図9に示すように、負荷への電流供給経路上に直列に挿入される検出抵抗Rsと、抵抗Reと、これを介して検出抵抗Rsの一端Taとエミッタが接続されるトランジスタQ90と、エミッタが検出抵抗Rsの他端Tb側に接続され且つベースが自己のコレクタ及びトランジスタQ90のベースに接続されるトランジスタQ91とを備えている。トランジスタQ90は、抵抗Rx及びトランジスタQ92を介して電圧源Vrと接続され、トランジスタQ91は、抵抗Rc及びトランジスタQ93を介して電圧源Vrと接続されており、トランジスタQ92及びQ93によってカレントミラー回路が構成されている。
上記構成の電流検出器による負荷電流の検出及び増幅の動作原理について説明する。トランジスタQ90の電流増幅率hFEが十分に大きいと考え、トランジスタQ90のエミッタと抵抗Reとの接続点Tdの電位をVeとし、トランジスタQ90のコレクタ電流及びエミッタ電流をそれぞれIc及びIe、負荷電流をIoとすると、次式が成り立つ。
Ic≒Ie
=(Ve+Io・Rs)/Re
そして、抵抗RxとトランジスタQ92のエミッタとの接続点Tcに現れる検出出力Vcは次式で求められる。
Vc=Vr−Ic・Rx
=Vr−(Ve+Io・Rs)Rx/Re
=Vr−(Vbx−Vbe+Io・Rs)Rx/Re
上式において、VbxはトランジスタQ91のベース・エミッタ間の電圧で、VbeはトランジスタQ90のベース・エミッタ間の電圧であり、これら2つのトランジスタの特性を揃えることでVbxとVbeは略等しくなる。したがって、Vcは次式となる。
Vc=Vr−Io・Rs・Rx/Re
この式から、検出抵抗Rsで検出された負荷電流を示す電圧Io・RsがRx/Re倍に増幅されて接続点Tcから出力されることが分かる。
特開2003−315378号公報
しかしながら、上記従来例では、負荷電流Ioがゼロ付近のレベルである場合、トランジスタQ90、Q91のベース・エミッタ間の電圧に差が生じやすく、またトランジスタQ92、Q93を流れる遮断電流の影響から負荷電流Ioがゼロ付近のレベルにおいて検出誤差が大きくなるという問題があった。
本発明は、上記の問題点に鑑みて為されたもので、検出誤差を小さくすることのできる検出器を提供することを目的とする。
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、回路の所定の2点を検出点として検出点間の電位差又は検出点間を流れる電流を検出する検出器であって、一方の検出点に一端が接続される第一の抵抗と、他方の検出点に一端が接続され且つ第一の抵抗と抵抗値が異なる第二の抵抗と、第二の抵抗の他端に接続されて第一の抵抗の他端の電位と第二の抵抗の他端の電位とを略等しくさせるように調整する電圧調整手段と、第一の抵抗の他端及び電圧調整手段と接続されて第一の抵抗を流れる電流と第二の抵抗を流れる電流とを略等しくさせるように調整する電流調整手段とを備え、第一の抵抗又は第二の抵抗の電圧降下分から検出出力を得ることを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1の発明において、検出点は、負荷への電流供給経路上に直列に挿入される検出抵抗の両端が接続され、該検出抵抗の抵抗値は第一、第二の抵抗の抵抗値よりも小さいことを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において、電圧調整手段は、第一、第二のトランジスタから成り、第一のトランジスタのエミッタは第一の抵抗の他端と接続され、第二のトランジスタのエミッタは第二の抵抗の他端と接続され、電流調整手段は、第二のトランジスタのコレクタに流入する電流と略等しい電流を第一のトランジスタを介して第一の抵抗に供給するカレントミラー回路から成ることを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項3の発明において、電流調整手段のカレントミラー回路の電流出力から検出出力を得ることを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項3の発明において、電流調整手段のカレントミラー回路が、少なくとも1つの抵抗を備え、該抵抗の電圧降下分から検出出力を得ることを特徴とする。
請求項6の発明は、放電ランプに電力を供給する放電灯点灯装置であって、外部電源から供給される電力を所望の電力に変換して出力する電力変換手段を備え、電力変換手段は、請求項1乃至5何れか記載の検出器を用いることでその出力を検出してフィードバック制御することを特徴とする。
本発明によれば、回路の所定の2点を検出点として検出点間の電位差又は検出点間を流れる電流を検出する検出器であって、一方の検出点に一端が接続される第一の抵抗と、他方の検出点に一端が接続され且つ第一の抵抗と抵抗値が異なる第二の抵抗と、第二の抵抗の他端に接続されて第一の抵抗の他端の電位と第二の抵抗の他端の電位とを略等しくさせるように調整する電圧調整手段と、第一の抵抗の他端及び電圧調整手段と接続されて第一の抵抗を流れる電流と第二の抵抗を流れる電流とを略等しくさせるように調整する電流調整手段とを備え、第一の抵抗又は第二の抵抗の電圧降下分から検出出力を得るので、負荷電流がゼロ付近のレベルの場合にも、検出誤差を小さくすることができる。
(実施形態1)
以下、本発明の第一の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態の検出器は、図1に示すように、負荷への電流供給経路上に直列に挿入される検出抵抗Rsと、一端が検出抵抗Rsの一端に接続される抵抗R1と、一端が検出抵抗Rsの他端に接続され且つ抵抗R1と抵抗値の異なる抵抗R2と、抵抗R2の他端に接続されて抵抗R1の他端の電圧V1と抵抗R2の他端の電圧V2とを略等しくさせるように調整する電圧調整手段1と、抵抗R1の他端及び電圧調整手段1と接続されて抵抗R1を流れる電流I1と抵抗R2を流れる電流I2とを略等しくさせるように調整する電流調整手段2とを備えており、抵抗R1の他端から検出出力である検出電圧Vdを得る。尚、抵抗R1、R2の抵抗値は検出抵抗Rsの抵抗値よりも十分に大きいものとする。
本実施形態の負荷電流の検出及び増幅の動作原理について説明する。検出抵抗Rsを流れる電流を負荷電流Ioとすると、電流I1、I2は次式で表される。
I1=(V1−Io・Rs)/R1
I2=V2/R2
ここで、電流調整手段2によって電流I1、I2は略等しくなり、電圧調整手段1によって電圧V1、V2も略等しくなるので、電圧V1を同電位である検出電圧Vdに置き換えると、
(Vd−Io・Rs)/R1=Vd/R2
Vd(1/R1―1/R2)=Io・Rs/R1
Vd=Io・Rs・R2/(R2−R1)
となる。上式より、検出抵抗Rsに印加される電圧Io・RsのR2/(R2―R1)倍の増幅電圧を検出電圧Vdとして得ることができる。
上述のように構成することで、検出出力の増幅率が検出抵抗Rsの両端にそれぞれ接続される抵抗R1及びR2の抵抗値で決まるために、基準電圧を必要とせず増幅率の設定が容易となり、更に抵抗R1及びR2の抵抗値を大きいものにすれば、回路を流れる消費電流を抑えることができ集積回路化が容易となる。また、電流調整手段2によって抵抗R1及びR2に流れる電流を略等しくするように調整するので、外乱ノイズの影響を少なくすることができる。
以下、本実施形態における電圧調整手段1及び電流調整手段2の具体的な回路構成を図面を用いて説明する。図2に示すように、電圧調整手段1は、2つのNPNトランジスタQ1、Q2から成り、電流調整手段2は、2つのPNPトランジスタQ20、Q21をカレントミラー回路CM1に構成して成る。NPNトランジスタQ1のエミッタは抵抗R1の他端に接続され、NPNトランジスタQ2のエミッタは抵抗R2の他端に接続されている。また、NPNトランジスタQ1、Q2それぞれのベースとNPNトランジスタQ1のコレクタとが接続されている。
PNPトランジスタQ20、Q21は、それぞれエミッタが電圧源Vccと接続されており、PNPトランジスタQ20のコレクタはNPNトランジスタQ1のコレクタと接続され、PNPトランジスタQ21のコレクタはNPNトランジスタQ2のコレクタと接続されている。また、PNPトランジスタQ20、Q21のそれぞれのベースとPNPトランジスタQ21のコレクタとが接続されている。
NPNトランジスタQ1及びQ2は、互いにベースが接続されて同電位であるので、特性が略等しいものを使用し、各エミッタ電流を略等しくなるように制御することで、各トランジスタのベース・エミッタ間の電圧が略等しくなり、したがって電圧V1及びV2を略等しくさせるように動作する。
PNPトランジスタQ20及びQ21は、カレントミラー回路CM1を構成しているので、各トランジスタは、NPNトランジスタQ2のコレクタ電流と略同一の大きさの電流がNPNトランジスタQ1のコレクタに流れるように動作する。ここでNPNトランジスタQ1及びQ2の電流増幅率を十分に大きくすると、コレクタ電流とエミッタ電流が略等しくなり、したがってPNPトランジスタQ20及びQ21は、電流I1及びI2を略等しくさせるように動作する。
また、PNPトランジスタQ20及びQ21によって、NPNトランジスタQ1及びQ2それぞれのコレクタ電流及びエミッタ電流を略等しくするので、NPNトランジスタQ1及びQ2の各ベース・エミッタ間電圧を略等しくさせる動作も行う。
上述のように回路を構成することで、上述の検出電圧Vdの関係式が成立し、抵抗R1の他端から検出抵抗Rsに印加される電圧Io・RsのR2/(R2―R1)倍の増幅電圧を検出電圧Vdとして得ることができる。また、上記回路では、電圧V1及びV2、電流I1及びI2が同一となるように負帰還動作を行うので、トランジスタの遮断電流等によるバイアス電流で生じるオフセット分自体にも負帰還動作を行うため、負荷電流Ioがゼロ付近のレベルの場合でも検出誤差を小さくすることができる。
本実施形態の検出器を従来例における放電灯点灯装置の電流検出器7に適用した場合の回路図を図3に示す。但し、インバータ回路4、始動回路5、放電灯Laの図示は省略する。尚、以下に示す各実施形態の検出器も、本実施形態の検出器と同様に図3のように電流検出器7に適用することができるのは言うまでもない。また、放電灯点灯装置に限らず、LED等の点灯装置や電源装置の電流検出器として用いてもよい。
(実施形態2)
本発明の第二の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態の検出器は、図4に示すように、電圧調整手段1は、3つのNPNトランジスタQ1、Q2、Q3から成り、電流調整手段2は、3つのPNPトランジスタQ40、Q41、Q42をカレントミラー回路CM2に構成して成る。NPNトランジスタQ1のエミッタは、抵抗R1の他端に接続され、NPNトランジスタQ2のエミッタは、抵抗R2の他端に接続されている。また、各々のベースとNPNトランジスタQ2のコレクタとが接続されている。NPNトランジスタQ3は、エミッタがNPNトランジスタQ2のコレクタに接続され、ベースがNPNトランジスタQ1のコレクタに接続されている。
PNPトランジスタQ40、Q41は、それぞれエミッタが抵抗R40、R41を介して電圧源Vccと接続されており、PNPトランジスタQ41のコレクタはNPNトランジスタQ3のコレクタと接続されている。また、PNPトランジスタQ40、Q41の各ベースとPNPトランジスタQ40のコレクタとが接続されている。PNPトランジスタQ42は、エミッタがPNPトランジスタQ40のコレクタに接続され、ベースがPNPトランジスタQ41のコレクタと接続され、コレクタがNPNトランジスタQ1のコレクタと接続されており、これら3つのPNPトランジスタによって所謂ウィルソン型カレントミラー回路CM2を構成している。
上述のように構成することで、NPNトランジスタQ1、Q2それぞれのコレクタ電流の不均一な誤差を小さくし、したがって電流I1及びI2の誤差も小さくなるために検出精度を向上することができる。また、実施形態1と同様に、抵抗R1の他端から検出抵抗Rsに印加される電圧Io・RsのR2/(R2―R1)倍の増幅電圧を検出電圧Vdとして得ることができる。
(実施形態3)
本発明の第三の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態の検出器は、図5に示すように、実施形態2の回路においてNPNトランジスタQ1のコレクタとPNPトランジスタQ42のコレクタとの接続点N1と、NPNトランジスタQ3のコレクタとPNPトランジスタQ42のコレクタとの接続点N2との間にローパスフィルタとしてコンデンサCpを挿入している。これによって、電流調整手段2を成す回路の位相補償を行い、発振現象を抑制することができる。また、電圧源VccとNPNトランジスタQ3のベースとの間に電流源Vbを設けている。これは、負荷電流Ioがゼロの場合には各トランジスタがオフ状態にあり、負荷電流Ioが流れ始めて回路が動作し、検出出力が確定するまでに通常より多くの時間がかかるので、あらかじめ電流源Vbによってバイアス電流を加えることで、負荷電流Ioがゼロの場合にもトランジスタを動作させて応答性を高めることができる。
(実施形態4)
本発明の第四の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態の検出器は、図6に示すように、電圧調整手段1は、PNPトランジスタQ4及びNPNトランジスタQ2から成り、PNPトランジスタQ4のコレクタは抵抗R1の他端に接続され、NPNトランジスタQ2のエミッタは抵抗R2の他端に接続されている。PNPトランジスタQ4は、エミッタがNPNトランジスタQ2のベースと接続され、また自己のベースとコレクタが接続されている。
PNPトランジスタQ4のエミッタとNPNトランジスタQ2のベースとが同電位であり、PNPトランジスタQ4のベースとコレクタが同電位であるので、トランジスタの特性が略等しいものを使用することで、各トランジスタのベース・エミッタ間の電圧が略等しくなり、したがって電圧V1及びV2を略等しくさせるように動作する。
電流調整手段2は、実施形態2のウィルソン型カレントミラー回路CM2において、PNPトランジスタQ42のコレクタを回路のグラウンドと接続し、新たにPNPトランジスタQ60を備えて成る。PNPトランジスタQ60は、エミッタが抵抗R60を介して電圧源Vccと接続され、ベースがPNPトランジスタQ40及びQ41のベースと接続され、コレクタが抵抗Rkを介して回路のグラウンドと接続されている。
PNPトランジスタQ60のベースとPNPトランジスタQ41のベースが同電位であるので、トランジスタの特性を略等しくすることで、抵抗Rkを流れる電流I3を電流I2と略等しくすることができる。
上記のように構成することで、抵抗Rkの電圧降下分から検出電圧Vkを得ることができ、Vk=Io・Rs・Rk/(R2−R1)となるので抵抗R1の他端における検出出力とは増幅率の異なる検出出力を得ることができる。
尚、図示していないが、PNPトランジスタQ4を、NPNトランジスタQ2のベース・エミッタ間電圧と略同一の順方向電圧をもつダイオードに置き換えても構わない。
(実施形態5)
本発明の第五の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態の検出器は、図7に示すように、検出抵抗Rsの一端が電圧V0となるように配置している。検出抵抗Rsの一端には抵抗R2の一端が接続され、検出抵抗Rsの他端には抵抗R1の一端が接続されている。電圧調整手段1は、3つのPNPトランジスタQ70〜Q72から成り、PNPトランジスタQ70のエミッタは抵抗R1の他端に接続され、PNPトランジスタQ71は、エミッタが抵抗R2の他端に接続され、ベースが自己のコレクタと接続すると共にPNPトランジスタQ70のベースとも接続されている。PNPトランジスタQ72は、ベースがPNPトランジスタQ70のコレクタと接続され、エミッタがPNPトランジスタQ71のコレクタと接続されている。
電流調整手段2は、3つのNPNトランジスタQ73〜Q75から成り、NPNトランジスタQ73は、コレクタがPNPトランジスタQ70のコレクタと接続され、ベースがPNPトランジスタQ72のコレクタと接続されている。NPNトランジスタQ74は、コレクタが自己のベースと接続すると共にNPNトランジスタQ73のエミッタと接続される。NPNトランジスタQ75は、コレクタがNPNトランジスタQ73のベースと接続され、ベースがNPNトランジスタQ74のベースと接続されている。またNPNトランジスタQ74及びQ75のエミッタは、各々抵抗Rmを介して回路のグラウンドと接続されており、上記構成によりウィルソン型カレントミラー回路CM3を構成している。
以下、本実施形態の負荷電流Ioの検出及び増幅の動作原理について説明する。電圧V1及び電圧V2は、それぞれ次式で表される。
V1=V0+Io・Rs−I1・R1
V2=V0−I2・R2
ここで、PNPトランジスタQ70及びQ71のベースは同電位であるので、トランジスタの特性を略等しくし、ベース・エミッタ間電圧を略等しくすることで電圧V1及びV2が略等しくなる。したがって、電流I1及びI2の関係は次式で表される。
Io・Rs−I1・R1=−I2・R2
電流調整手段2がウィルソン型カレントミラー回路CM3を構成しているので、電流I1及びI2は略等しくなるように調整される。したがって、
I1=Io・Rs/(R1―R2)
となる。ここで、検出電流I1は抵抗Rmを流れるので、抵抗Rmに生じる電圧Vmは、Vm=Io・Rs・Rm/(R1−R2)となり、検出抵抗Rsに印加される電圧Io・RsのRm/(R1−R2)倍の増幅電圧を検出電圧Vmとして得ることができる。
ところで、上記実施形態1〜5では、接合型トランジスタを適用した回路構成であるが、接合型トランジスタの代わりにFET等を用いて回路を構成しても構わない。また、本発明は検出抵抗の両端の電位差を測定するものであるので、検出点間のインピーダンスが抵抗R1及びR2と比べて十分に小さければ、該検出点間の電位差を検出する電圧検出器として用いることも可能である。
本発明の第一の実施形態の検出器を示す回路図である。 同上の具体的回路構成を示す回路図である。 同上の検出器を用いた放電灯点灯装置の一部を示す回路図である。 本発明の第二の実施形態の検出器を示す回路図である。 本発明の第三の実施形態の検出器を示す回路図である。 本発明の第四の実施形態の検出器を示す回路図である。 本発明の第五の実施形態の検出器を示す回路図である。 従来の放電灯点灯装置を示す回路図である。 従来の検出器を示す回路図である。
符号の説明
R1、R2 抵抗
Rs 検出抵抗
Q1、Q2 NPNトランジスタ
CM1〜CM3 カレントミラー回路
1 電圧調整手段
2 電流調整手段
3 電力変換手段

Claims (6)

  1. 回路の所定の2点を検出点として検出点間の電位差又は検出点間を流れる電流を検出する検出器であって、一方の検出点に一端が接続される第一の抵抗と、他方の検出点に一端が接続され且つ第一の抵抗と抵抗値が異なる第二の抵抗と、第二の抵抗の他端に接続されて第一の抵抗の他端の電位と第二の抵抗の他端の電位とを略等しくさせるように調整する電圧調整手段と、第一の抵抗の他端及び電圧調整手段と接続されて第一の抵抗を流れる電流と第二の抵抗を流れる電流とを略等しくさせるように調整する電流調整手段とを備え、第一の抵抗又は第二の抵抗の電圧降下分から検出出力を得ることを特徴とする検出器。
  2. 前記検出点は、負荷への電流供給経路上に直列に挿入される検出抵抗の両端が接続され、該検出抵抗の抵抗値は第一、第二の抵抗の抵抗値よりも小さいことを特徴とする請求項1記載の検出器。
  3. 前記電圧調整手段は、第一、第二のトランジスタから成り、第一のトランジスタのエミッタは第一の抵抗の他端と接続され、第二のトランジスタのエミッタは第二の抵抗の他端と接続され、前記電流調整手段は、第二のトランジスタのコレクタに流入する電流と略等しい電流を第一のトランジスタを介して第一の抵抗に供給するカレントミラー回路から成ることを特徴とする請求項1又は2記載の検出器。
  4. 前記電流調整手段のカレントミラー回路の電流出力から検出出力を得ることを特徴とする請求項3記載の検出器。
  5. 前記電流調整手段のカレントミラー回路が、少なくとも1つの抵抗を備え、該抵抗の電圧降下分から検出出力を得ることを特徴とする請求項3記載の検出器。
  6. 放電ランプに電力を供給する放電灯点灯装置であって、外部電源から供給される電力を所望の電力に変換して出力する電力変換手段を備え、電力変換手段は、請求項1乃至5何れか記載の検出器を用いることでその出力を検出してフィードバック制御することを特徴とする放電灯点灯装置。
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