JP2007265700A - インバータ制御ｉｃ及び放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、放電灯点灯装置を構成する部品を取り付ける際における取付基板上への部品配置の制約を緩和し、放電灯点灯装置の小型化、低コスト化を図ることを目的とする。
【解決手段】放電灯点灯装置１００は、脈流成分を含む直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路２０、昇圧チョッパ回路２０が昇圧した直流電圧を発振動作によって高周波電圧に変換し、変換した高周波電圧を放電灯ＬＡに供給するインバータ回路３０と備える。また、放電灯点灯装置１００は、インバータ回路３０の発振動作を制御するインバータ制御ＩＣ７０ａを備える。このインバータ制御ＩＣ７０ａは一つの半導体基板から構成されるとともに、この半導体基板にはマイクロコンピュータ７１ａ−１が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、累積点灯時間に対応して放電灯の光出力を制御する機能である初期照度補正機能を有する放電灯点灯装置に関する。

図９は従来技術（例えば特許文献１）における放電灯点灯装置の回路構成を示すものである。特許文献１に見られる初期照度補正のような光出力の制御機能を有するマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）を含む制御部を照明インバータ装置に搭載する場合、ノイズや実装スペースの問題から、放電灯点灯装置を構成する部品を取り付けるための取付基板上での配置に制約が生じ、特許文献１のように、ハイブリッドＩＣなどの搭載が必要となる場合がある。図１０に、ハイブリッドＩＣの構成概要を示した。

しかしながら、特許文献１では特に述べられてはいないが、図９に示す構成では、下記のような課題が存在する。
（１）インバータ制御ＩＣ３はＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１〜Ｑ３）の駆動の為、通常１０〜１５Ｖの電源回路５（１５Ｖ）が必要であり、一方、マイコンは３〜５Ｖで動作する。このため、マイコン用の電源回路（５Ｖ）が別途必要となる。
（２）また、マイコンには、このマイコンを駆動するための発振回路、このマイコンをリセットするためのリセット回路のような外付け回路が必要になる。
（３）また、複数のＩＣに機能が分散する為、電源ピンが複数必要となり、ＩＣ間の配線などのはんだ付け／配線面積が増加する。
（４）別の取付基板の作成のための部材が必要となる。
特開２００５−５０６４７号公報

この発明は、放電灯点灯装置を構成する部品を取り付ける際における取付基板上への部品配置の制約を緩和し、放電灯点灯装置の小型化、低コスト化を図ることを目的とする。

この発明のインバータ制御ＩＣは、
脈流成分を含む直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路と、
前記昇圧チョッパ回路が昇圧した直流電圧を発振動作によって高周波電圧に変換し、変換した高周波電圧を放電灯に供給するインバータ回路と
を備えた放電灯点灯装置の前記インバータ回路の発振動作を制御するＩＣであるインバータ制御ＩＣにおいて、
一つの半導体基板から構成され、前記半導体基板にはマイクロコンピュータが形成されていることを特徴とする。

この発明により、放電灯点灯装置を構成する部品を取り付ける際における取付基板上への部品配置の制約を緩和することができる。

実施の形態１．
図１〜図４を参照して実施の形態１を説明する。実施の形態１は、半導体基板にマイコン７１ａ−１が形成されているモノリシックＩＣであるインバータ制御ＩＣを用いた放電灯点灯装置の実施形態である。

図１は、実施の形態１における放電灯点灯装置１００の構成概要を示す回路図である。図１の放電灯点灯装置１００は、全波整流回路１０、昇圧チョッパ回路２０、インバータ回路３０、放電灯が装着される負荷回路４０、電源回路５０、発振／リセット回路６０、インバータ制御ＩＣ７０ａを備える。全波整流回路１０〜電源回路５０までの構成は、図９に示す従来例と同じであるが、実施の形態１の放電灯点灯装置１００は、インバータ制御ＩＣ７０ａがマイコン７１ａ−１を取り込んでいることが特徴である。図３で後述するが、インバータ制御ＩＣ７０ａは、パッケージとしてのマイコンを取り込むハイブリッドＩＣではなく、一つの半導体基板から構成され、この半導体基板にマイクロコンピュータが形成されているモノリシックＩＣである。

全波整流回路１０〜負荷回路４０は従来技術であるので簡単に説明する。全波整流回路１０は、商用電源１を脈流成分を含む直流電源に整流する。ダイオードブリッジなどにより実現される。昇圧チョッパ回路２０は、この脈流成分を含む直流電圧を昇圧する。インバータ回路３０は、昇圧チョッパ回路２０が昇圧した直流電圧をスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の発振動作によって高周波電圧に変換し、変換した高周波電圧を負荷回路の放電灯ＬＡに供給する。

図１において、インバータ制御ＩＣ７０ａは、マイコン７１ａ−１が形成された制御部７１ａと、電源回路（５Ｖ）７２を備えている。他の回路は省略している。電源回路（５Ｖ）７２は、マイコン７１ａ−１に５Ｖ程度の電源を供給する回路である。制御部７１ａは、制御信号を出力して制御を実行する。マイコン７１ａ−１は、初期照度補正の制御を実行するほか、様々な処理を実行可能である。マイコン７１ａ−１の機能は図２の説明で別途後述する。発振／リセット回路６０は、マイコン７１ａ−１を駆動、リセットする回路である。また、電源回路（１５Ｖ）５０は、インバータ制御ＩＣ７０ａが動作するための１５Ｖの電圧を供給する回路である。

次に図２を説明する。図２は、図１に示した放電灯点灯装置１００について、電源回路（１５Ｖ）５０、発振／リセット回路６０、インバータ制御ＩＣ７０ａ等の構成を具体的に示した図である。なお、全波整流回路１０〜負荷回路４０の構成は、図１と同様である。

図２において、インバータ制御ＩＣ７０ａは、マイコン７１ａ−１を含む制御部７１ａと、電源回路（５Ｖ）７２と、昇圧チョッパ回路２０を駆動するとともに力率を改善するＰＦＣ７３（力率改善回路）と、インバータ回路３０を駆動する高耐圧ドライバ７４とが形成されている。その他の回路は省略している。

図３は、図２のインバータ制御ＩＣ７０ａの構成を示す図である。図３に示すように、インバータ制御ＩＣ７０ａは、一つの半導体基板８０ａから構成されるとともに、半導体基板８０ａはパッケージにパッケージングされている。半導体基板８０ａには，マイコン７１ａ−１を含む制御部７１ａと、電源回路（５Ｖ）７２と、ＰＦＣ７３と、高耐圧ドライバ７４とが形成されている。なお、高耐圧ドライバ７４は６００Ｖ程度の電圧（所定の電圧）に対する耐電圧性を有する。インバータ制御ＩＣ７０ａに内蔵される高耐圧ドライバ７４は、ハーフブリッジ回路を構成するスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３の駆動を行う。また、インバータ制御ＩＣ７０ａに内蔵されたＰＦＣ７３は、昇圧コンバータとして構成され、入力電流の力率を改善する。

再び図２を参照して説明を続ける。図２において、マイコン７１ａ−１を内蔵するインバータ制御ＩＣ７０ａは、電源回路（１５Ｖ）５０からの電源供給により動作する。電源回路（１５Ｖ）５０は、このスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のつくるハーフブリッジ回路の中点よりスナバコンデンサＣ６を介して、低圧の電源を作り出す。この電圧は，スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ３を駆動する為の１５Ｖ程度の電圧である。また、この１５Ｖの電圧は、インバータ制御ＩＣ７０ａに形成された電源回路（５Ｖ）７２により降圧されてマイコン７１ａ−１に供給される。この電源回路（５Ｖ）７２の電源の立ちあがり時／立ち下がり時にマイコン７１ａ−１を安全に動作／停止させるために、発振／リセット回路６０の備えるリセットＩＣがマイコン７１ａ−１のリセットを行う。

マイコン７１ａ−１は，発振子Ｘ３、コンデンサＣ４、コンデンサＣ５からなる発振回路にて発生するクロック信号により動作する。

次にマイコン７１ａ−１の機能を説明する。インバータ制御ＩＣ７０ａの備える半導体基板８０ａに形成されるマイコン７１ａ−１は、初期照度補正を実行する。「初期照度補正」とは公知の技術であり詳しくは説明しないが、「放電灯の累積点灯時間に対してその放電灯の光出力を制御する処理」である。図４を用いて初期照度補正を簡単に説明する。

図４（ａ）は、放電灯ＬＡの点灯時の電力を一定にした場合の、累積点灯時間と光束の関係を示した特性図である。横軸が放電灯ＬＡの累積点灯時間を示し、縦軸が光束を示す。図４（ａ）に示すように、放電灯ＬＡの光束は累積点灯時間の経過に伴って低下する。図４（ｂ）は、累積点灯時間の経過に伴って放電灯ＬＡの電力を増加することを示す図である。横軸が累積点灯時間を示し、縦軸が放電灯の電力を示す。放電灯ＬＡの光量が累積点灯時間に伴って低下することを抑制するため、図４（ｂ）のように、累積点灯時間が短い時は放電灯ＬＡの電力を全光の１００％よりも抑制し（例えば７０％：７０％調光）、累積点灯時間の経過に伴って放電灯ＬＡの電力を増加していく。このような制御により、図４（ｃ）のように、累積点灯時間の経過によっても、放電灯ＬＡの光出力が概略一定になる。このような制御を「初期照度補正」と呼ぶ。

マイコン７１ａ−１は、「初期照度補正」を実行するため、放電灯ＬＡの累積点灯時間を計測し、計測した累積点灯時間に応じて図４（ｂ）に示すような曲線になるようにインバータ回路３０の発振周波数を決定する。高耐圧ドライバ７４は、マイコン７１ａ−１が決定した周波数でインバータ回路３０のスイッチング素子を発振させる。これにより累積点灯時間に対する放電灯ＬＡの光出力を制御することが可能となる。以上の制御は、マイコンがインバータ制御ＩＣと別々に配置された場合と同様である。

なお、マイコン７１ａ−１は、初期照度補正の制御の他、照度センサ、人感センサなどのセンサ群、スケジューラ、通信装置などの制御素子、リセットスイッチなどのスイッチ群の管理を行うなど、各種機能を制御することが可能である。

実施の形態１の放電灯点灯装置１００では、インバータ制御ＩＣ７０ａに制御部、及びマイコンを取りこみ、一体化したので、複数のＩＣに機能が分散することをなくし、電源ピンの本数を低減し、また、ＩＣ間の配線などのはんだ付け／配線面積の増加を抑制することができる。また、別の部品取付基板が不要となる。

実施の形態１の放電灯点灯装置１００では、インバータ制御ＩＣ７０ａの半導体基板８０ａに形成されたマイコンが初期照度補正機能を実行する。よって、初期照度補正機能を備える放電灯装置を実現する場合に、部品レイアウト上の拘束を低減することができる。

実施の形態１の放電灯点灯装置１００では、インバータ制御ＩＣ７０ａの半導体基板８０ａにマイコンとともにインバータ回路を駆動する高耐圧ドライバが形成されているので、マイコンを搭載する放電灯装置を実現する場合に、部品レイアウト上の拘束を低減することができる。

実施の形態１の放電灯点灯装置１００は、半導体基板にマイコンが形成されたインバータ制御ＩＣを備えたので、構成部品を部品取付基板に配置する場合の部品レイアウト上の拘束を低減することができる。

実施の形態２．
図５〜図８を参照して実施の形態２を説明する。実施の形態２は、実施の形態１においてインバータ制御ＩＣ７０ａに取り込んだマイコン７１ａ−１の複数の機能を「初期照度補正」に特化するとともに、「初期照度補正」の機能をハードウェアロジックで構成する実施形態である。
「初期照度補正」の機能をハードウェアロジックで構成するとで、次の（ａ）〜（ｃ）等が可能となる。すなわち、
（ａ）回路規模の削減、
（ｂ）発振回路／リセット回路のインバータ制御ＩＣとの兼用化、
（ｃ）電源回路（５Ｖ）の削除
等が可能となる。よって、
（１）マイコン用の電源回路（５Ｖ）が不要になり、
また、
（２）マイコンを駆動するための発振回路、リセットするためのリセット回路のような外付け回路が不要になる。
これにより、部品点数減、チップの小型化、低消費電力化、低コスト化が実現できる。

図５は、実施の形態２の放電灯点灯装置１００の概略構成を示す回路図である。図５の放電灯点灯装置１００は、図１の放電灯点灯装置１００に対して次の点が異なる。先ず、インバータ制御ＩＣ７０ｂでは、制御部７１ｂにはマイコンではなく、ハードウェアロジック部７１ｂ−１が形成されている。また、上記（１）で説明したようにインバータ制御ＩＣ７０ｂには電源回路（５Ｖ）７２がない。また、上記（２）で説明したように発振／リセット回路６０がない。

次に図６について説明する。図６は、図５に示した放電灯点灯装置１００について、電源回路（１５Ｖ）５０と、インバータ制御ＩＣ７０ｂとを具体的に示した図である。図６は発振／リセット回路６０が無いことと、インバータ制御ＩＣ７０ａに対してインバータ制御ＩＣ７０ｂとなっている以外は図２と同じである。図６のインバータ制御ＩＣ７０ｂでは、マイコン７１ａ−１が担当していた初期照度補正機能をハードウェアロジック部７１ｂ−１にて実現するものである。インバータ制御ＩＣ７０ｂは、電源回路（１５Ｖ）５０からの電源供給により動作する。ハードウェアロジック部７１ｂ−１は、電源回路（１５Ｖ）５０の１５Ｖ電源にて動作するが、よりチップの小型化のために、５Ｖ程度の電源を用意して動作させることもできる。ハードウェアロジック部７１ｂ−１は、マイコン７１ａ−１に比べ機能の追加がチップサイズに直接影響する為、リセットスイッチなどのスイッチ群の管理程度が可能である。これら以外の動作は、実施の形態１と同等となる。

図７は、図６のインバータ制御ＩＣ７０ｂの構成を示す図である。図７に示すように、インバータ制御ＩＣ７０ｂは、一つの半導体基板８０ｂから構成されるとともに、半導体基板８０ｂはパッケージにパッケージングされている。半導体基板８０ｂにはハードウェアロジック部７１ｂ−１を含む制御部７１ｂ、ＰＦＣ７３、高耐圧ドライバ７４等が形成されている。

図８、はハードウェアロジック部７１ｂ−１の具体的な構成を示す回路図である。図８において、ハードウェアロジック部７１ｂ−１は、１８ビットカウンタ、１０ビットカウンタ、調光カウンタ、カウンタ制御部、不揮発メモリ、Ｄ／Ａコンバータ、発振器、Ｕ９、Ｕ１２、Ｕ６、Ｕ７、Ｕ１６、Ｕ２６、Ｕ２７、Ｕ１９、Ｕ２８、Ｕ４４、Ｕ３３、Ｕ３７、Ｕ４１のＮＯＴゲート、Ｕ２４、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４、Ｕ２５、Ｕ３１、Ｕ３２、Ｕ２９のＡＮＤゲートを備える。
（１）図８の左端の電源Ｖ１が商用電源となり、５０Ｈｚの電圧を発生し、これを抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧する。
（２）この信号を１８ビットカウンタに入力する。１８ビットカウンタは、１８００００カウントすると１時間となりパルスを出力する。
（３）この１時間毎のパルスは、次の１０ビットカウンタに入力される。１０ビットカウンタは、６００時間毎にパルスを出力する。
（４）６００時間毎のパルスは調光カウンタに入力される。調光カウンタは、１８０００時間までに０〜３０の値を不揮発メモリのアドレスとして出力する。
（５）不揮発メモリの０〜３０のアドレスには、それぞれの調光度が記憶されており、指定されたアドレスの内容をＤ／Ａコンバータに出力する。
（６）Ｄ／Ａコンバータは、調光度のデータをアナログ電圧に変換して発振器に送る。発振器は、相応の周波数を出力する。
（７）制御部７１ｂは１時間パルスを見て、１０ビットカウンタと周波数カウンタの出力を不揮発メモリに書き込み、電源断などでカウンタが消去された場合に、再度読み出してカウンタにロードする。これにより１時間単位で時間を覚えておく事が可能となる。

実施の形態２の放電灯点灯装置１００では、インバータ制御ＩＣに取り込んだマイコンの機能を初期照度補正に特化してハードウェアロジックにて構成したので、回路規模削減、発振回路／リセット回路のインバータ制御ＩＣとの兼用化、電源回路（５Ｖ）の削除等が可能となり、部品点数減、チップの小型化、低消費電力化、低コスト化が実現できる。

実施の形態２の放電灯点灯装置１００では、インバータ制御ＩＣ７０ｂの半導体基板８０ｂにハードウェアロジック部とともにインバータ回路を駆動する高耐圧ドライバが形成されているので、部品レイアウト上の拘束をいっそう低減することができる。

実施の形態２の放電灯点灯装置１００は、半導体基板にハードウェアロジック部が形成されたインバータ制御ＩＣを備えたので、構成部品を部品取付基板に配置する場合の部品レイアウト上の拘束を低減することができる。

以上の実施の形態に説明したように、初期照度補正機能を有する放電灯点灯装置において、制御用マイコンをインバータ制御ＩＣに取り込み一体化することで、小型化、低コスト化を実現することができる。また、マイコンを専用ハードウェアロジックに置き換えることで、部品点数の削減、低消費電力化、一層の低コスト化を実現することができる。

実施の形態１における放電灯点灯装置の構成概要を示す回路図。 実施の形態１における放電灯点灯装置の回路図。 実施の形態１におけるインバータ制御ＩＣ７０ａの構成を示す図。 実施の形態１における初期照度補正を説明する図。 実施の形態２における放電灯点灯装置の構成概要を示す回路図。 実施の形態２における放電灯点灯装置の回路図。 実施の形態２におけるインバータ制御ＩＣ７０ｂの構成を示す図。 実施の形態２におけるハードウェアロジック部７１ｂ−１の構成を示す図。 従来の放電灯点灯装置の回路構成を示す図。 従来の放電灯点灯装置に使用されるハイブリッドＩＣの構成を示す図。

符号の説明

Ｌ１，Ｌ２ チョークコイル、Ｄ１ ダイオード、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ コンデンサ、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３ スイッチング素子、ＬＡ 放電灯、Ｆ１，Ｆ２ フィラメント、１ 商用電源、１０ 全波整流回路、２０ 昇圧チョッパ回路、３０ インバータ回路、４０ 負荷回路、５０ 電源回路（１５Ｖ）、６０ 発振／リセット回路、７０ａ，７０ｂ インバータ制御ＩＣ、７１ａ，７１ｂ 制御部、７１ａ−１ マイコン、７１ｂ−１ ハードウェアロジック部、７２ 電源回路（５Ｖ）、７３ ＰＦＣ、７４ 高耐圧ドライバ、８０ａ，８０ｂ 半導体基板、１００ 放電灯点灯装置。

Claims (7)

1. 脈流成分を含む直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路と、
   前記昇圧チョッパ回路が昇圧した直流電圧を発振動作によって高周波電圧に変換し、変換した高周波電圧を放電灯に供給するインバータ回路と
   を備えた放電灯点灯装置の前記インバータ回路の発振動作を制御するＩＣであるインバータ制御ＩＣにおいて、
   一つの半導体基板から構成され、前記半導体基板にはマイクロコンピュータが形成されていることを特徴とするインバータ制御ＩＣ。
2. 前記半導体基板に形成されるマイクロコンピュータは、
   前記放電灯の累積点灯時間に対する前記放電灯の光出力の制御処理である初期照度補正を実行することを特徴とする請求項１記載のインバータ制御ＩＣ。
3. 前記インバータ制御ＩＣの前記半導体基板には、
   所定の電圧に対する耐電圧性を有するとともに、前記インバータ回路を所定の周波数で駆動する高耐圧ドライバが形成されていることを特徴とする請求項１または２いずれかに記載のインバータ制御ＩＣ。
4. 請求項１〜３いずれかに記載のインバータ制御ＩＣを備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
5. 脈流成分を含む直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路と、
   前記昇圧チョッパ回路が昇圧した直流電圧を発振動作によって高周波電圧に変換し、変換した高周波電圧を放電灯に供給するインバータ回路と
   を備えた放電灯点灯装置の前記インバータ回路の発振動作を制御するＩＣであるインバータ制御ＩＣにおいて、
   一つの半導体基板から構成され、前記半導体基板には前記放電灯の累積点灯時間に対する前記放電灯の光出力の制御処理である初期照度補正をハードウェアロジックにより実行するハードウェアロジック部が形成されていることを特徴とするインバータ制御ＩＣ。
6. 前記インバータ制御ＩＣの前記半導体基板には、さらに、
   所定の電圧に対する耐電圧性を有するとともに、前記インバータ回路を所定の周波数で駆動する高耐圧ドライバが形成されていることを特徴とする請求項５記載のインバータ制御ＩＣ。
7. 請求項５または６いずれかに記載のインバータ制御ＩＣを備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
   

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