JP2008086089A - Power unit, discharge lamp lighting device, headlight device for vehicle, and vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源装置、放電灯点灯装置、車両用前照灯装置および車両に関するものである。 The present invention relates to a power supply device, a discharge lamp lighting device, a vehicle headlamp device, and a vehicle.
従来、電池あるいは交流電源を整流平滑して得た直流電源を、負荷が必要とする電圧レベルに変換して供給する電源装置として、スイッチング方式の電源装置が提供されている。このような電源装置を用い、負荷電圧変動範囲の広い高輝度放電灯を点灯させる放電灯点灯装置の一例を図9および図10に基づいて説明する。 2. Description of the Related Art Conventionally, a switching power supply device has been provided as a power supply device that converts and supplies a DC power source obtained by rectifying and smoothing a battery or an AC power source to a voltage level required by a load. An example of a discharge lamp lighting device that uses such a power supply device to light a high-intensity discharge lamp with a wide load voltage fluctuation range will be described with reference to FIGS.
この放電灯点灯装置20では、直流電源1の直流電源電圧を、DC−DCコンバータ回路10によって高輝度放電灯23が必要とする電圧に昇降圧した後、DC−DCコンバータ回路10の直流出力を矩形波インバータ回路21によって交番電圧に変換し、消灯状態の高輝度放電灯23に高電圧を印加して始動させるための始動回路22を介して高輝度放電灯23に供給している。なお矩形波インバータ回路21はスイッチング素子S1〜S4を用いたフルブリッジインバータ回路からなり、矩形波インバータ回路21のスイッチング素子S1〜S4およびDC−DCコンバータ回路10のスイッチング素子11は、制御回路41から入力される制御信号に基づいて駆動回路42,24がオン/オフさせている。
In this discharge
DC−DCコンバータ回路10は所謂フライバックコンバータからなり、直流電源1の両端間にスイッチング素子11とトランス12の一次巻線N1とを直列に接続し、トランス12の二次巻線N2の両端間にダイオード13を介してコンデンサ14を接続して構成される。フライバックコンバータは、トランス12の巻数比以上に入力電圧を昇圧でき、また1次側の閉回路と2次側の閉回路とが電気的に分離されているので、出力電圧範囲を広くとることが可能という特徴を有しており、直流電源1の直流電源電圧が高輝度放電灯23の必要とする最低電圧よりも高く、且つ、必要とする最高電圧(一般に消灯状態での無負荷電圧)よりも低くなるような放電灯点灯装置20にも適用可能である。
The DC-
この放電灯点灯装置20では、制御回路41がDC−DCコンバータ回路10の出力電圧Voutおよび出力電流Ioutを検出し、高輝度放電灯23に供給すべき電力指令に基づいてフィードバック制御などを行い、スイッチング素子11のスイッチング周波数やオンデューティを制御することで、高輝度放電灯23への供給電力を制御している。
In this discharge
ところで、電源装置の負荷が放電灯の場合、消灯時の出力電圧は始動電圧を確保するためにできるだけ高い方が良く、例えば400V程度にすることが好ましい。一方、放電開始直後はランプ電圧が短絡に近い電圧(例えば数V〜10数V程度)まで低下した後、安定点灯に入るとランプ電圧は例えば85V程度まで上昇して安定するので、電源装置の出力電圧範囲がかなり広くなっている。 By the way, when the load of the power supply device is a discharge lamp, the output voltage at the time of extinguishing should be as high as possible in order to ensure the starting voltage, for example, preferably about 400V. On the other hand, immediately after the start of discharge, the lamp voltage decreases to a voltage close to a short circuit (for example, about several volts to several tens of volts) and then enters stable lighting. The output voltage range is quite wide.
ここで、定常点灯時におけるトランス12の1次側電流I1および2次側電流I2の電流波形を図10(b)(c)に実線で示す。ここでは、効率を良くするために2次側電流I2が略ゼロになってから、制御回路41が駆動回路42を用いてスイッチング素子11をオフからオンに切り換える電流境界モードで動作させた例を示している。
Here, the current waveforms of the primary side current I1 and the secondary side current I2 of the
放電灯として水銀を含まないメタルハライドランプを用いた場合、定常点灯時の負荷電圧がさらに低くなるのであるが(例えば約40V)、このような放電灯を上述と同様の条件で点灯させた場合、トランス12の1次側電流I1および2次側電流I2の電流波形は、図10(b)(c)に破線で示すような波形になり、2次側電流I2の傾きが小さくなって、2次側電流I2の通電期間が長くなる。ここに、フライバックコンバータではスイッチング素子11のオン時に1次側電流I1が流れることによって、トランス12にエネルギが蓄積され、スイッチング素子11のオフ時にトランス12に蓄積されたエネルギが2次側に放出される。1次側電流I1と2次側電流I2とは交互に通電するため、スイッチング周期が同じであれば2次側電流の通電期間が長くなると、必然的にオンデューティが小さくなり、単位時間当たりの出力電流が減少することになる。したがって、同じ電力を出力するためにはオン時間を長くして、1次側電流I1のピーク値を大きくとる必要があるが、その場合はトランスの大型化やスイッチング素子11の電流容量の増大を招き、コスト高となる。
When a metal halide lamp that does not contain mercury is used as the discharge lamp, the load voltage during steady lighting is further reduced (for example, about 40 V), but when such a discharge lamp is lit under the same conditions as described above, The current waveforms of the primary side current I1 and the secondary side current I2 of the
また定常点灯時の負荷電圧が低下した場合、フライバックコンバータを構成するトランス12を負荷電圧に合わせて設計し直すことが望ましく、一般的に負荷電圧が低下した場合は巻数比を下げることで対応するが、巻数比の低下に伴い無負荷電圧出力時にスイッチング素子11に印加される電圧が上昇するという問題がある。一般に耐圧の高いスイッチング素子はオン損失が高くなるため、より大容量のスイッチング素子11を使用したり、複数のスイッチング素子11を並列接続して使用する必要があり、電源装置の大型化やコスト高を招くという問題があった。
Also, when the load voltage during steady lighting decreases, it is desirable to redesign the
またフライバック型のDC−DCコンバータ回路10では放電灯の始動直後のように特に出力電圧が低い条件では、2次側通電期間が長くなって、効率的に出力電圧を取り出すことが難しくなっていた。特に車両用前照灯装置に使用される高輝度放電灯のように、始動直後の光出力を急速に立ち上げるために、負荷電圧すなわちランプ電圧が低い時に過渡的に大きな電力を供給する場合、スイッチング素子に流れる電流が増大したり、トランス12が大型化するなどの問題があった。
Further, in the flyback type DC-
このようにフライバック型のDC−DCコンバータ回路10を用いる場合は電源装置の大型化やコスト高を招くという問題があるため、図11に示すような回路構成を有するDC−DCコンバータ回路10を用いたものが提案されている(例えば特許文献1参照)。なお、この電源装置では、交流電源ACを整流器DBにより整流した後、平滑コンデンサC0で平滑することによって、直流電源を生成している。
When the flyback type DC-
図11に示すDC−DCコンバータ回路10では、平滑コンデンサC0の両端間にスイッチング素子11とトランス12の一次巻線N1とを直列に接続するとともに、トランス12の二次巻線N2の両端にそれぞれコンデンサ14,15の一端側を接続し、コンデンサ14,15の他端間にインダクタ16を接続してある。またトランス12の二次巻線N2の両端にそれぞれダイオード13b,13aのカソードを接続し、ダイオード13a,13bのアノードをコンデンサ15およびインダクタ16の接続点に接続してある。
In the DC-
このDC−DCコンバータ回路10はコンデンサ15を除けばフォワードコンバータの回路構成を有しており、通常、フォワードコンバータではスイッチング素子11のオン時に2次側にも電流が流れて負荷に電力が供給されるため、2次側から負荷に電力を供給する2次側通電期間が長くなれば、オンデューティも大きくなって、出力の大きい場合に有利になるが、出力電圧は最大でも入力電圧のトランス巻数比倍に制限されるため、無負荷電圧と点灯電圧との電圧差が大きい場合は無負荷電圧に巻数比を合わせると、巻数比は非常に大きな値となり、この条件では点灯時においてオンデューティが小さくなって、効率の低下を招くという問題があった。
The DC-
しかしながら、図11の回路ではスイッチング素子11のオフ時にトランス12の二次側に励磁したエネルギを、フライバック動作によりコンデンサ15に一時的に蓄積した後、スイッチング素子11のオン時にトランス12の2次側電圧とコンデンサ15の両端電圧との重畳電圧で平滑コンデンサ14が充電され、コンデンサ15の電荷が無くなったときには、通常のフォワードコンバータ動作を行うことで、効率の向上を図っている。
However, in the circuit of FIG. 11, the energy excited on the secondary side of the
またスイッチング素子11のオフ動作によってトランス12の2次側に発生する励磁エネルギをコンデンサ15に蓄積する際に、コンデンサ15の充電電圧を出力電圧よりも十分高くすることで、コンデンサ15の充電電圧によりインダクタ16に流れる電流を急速に増大させ、その後インダクタ16の特性によりインダクタ電流が二次巻線N2を介して流れ続けるため、スイッチング素子11のオン時の二次巻線電圧(電源電圧×巻数比)が負荷電圧より低い場合でも電源から負荷側に必要な電力を取り出すことが可能になる。すなわち、(電源電圧×巻数比)以上の負荷電圧にも対応できるため、必要以上に巻数比を大きくする必要がないという利点がある。
Further, when the excitation energy generated on the secondary side of the
さらに、DC−DCコンバータ回路10の基本動作は、フォワードコンバータと同様であるから、放電灯23の始動直後のように、特に出力電力が低い条件でも大きな出力を取り出しやすく、車両用前照灯装置に使用される高輝度放電灯のように光出力を急速に立ち上げるために過渡的に大きな電力を加える必要がある場合には、フライバックコンバータに比べて有利である。
上述したフォワード型のDC−DCコンバータ回路10では、スイッチング素子11のオフ時にトランス12の二次側に励磁された励磁エネルギを一時的にコンデンサ15に蓄え、その後スイッチング素子11のオン時にトランス12の二次巻線電圧とコンデンサ15の充電電圧との重畳電圧から出力電圧(つまり平滑コンデンサ14の両端電圧)を差し引いた電圧をインダクタ16に印加している。このとき、インダクタ16に流れる電流を急速に増大させるためには、コンデンサ15の両端電圧は負荷電圧より十分高くなければ、巻数比より大きな昇圧比を得ることができないため、コンデンサ15に耐電圧の大きな素子を用いる必要がある。特に無負荷電圧を考慮すると、コンデンサ15の耐電圧を無負荷電圧よりも大きくする必要があり、電源装置の大型化やコスト高を招くという問題があった。またコンデンサ15には高周波電圧が印加されるため、電圧変動幅が大きいほど誘導損が大きくなるという問題もあった。
In the forward type DC-
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、共振コンデンサの耐電圧を低減するとともに誘導損を低減し且つ効率の向上を図った電源装置、放電灯点灯装置、車両用前照灯装置および車両を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to reduce the withstand voltage of a resonant capacitor, reduce inductive loss and improve efficiency, and discharge lamp lighting. An apparatus, a vehicle headlamp device, and a vehicle are provided.
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、少なくとも直流電源、スイッチング素子および第1のインダクタンス要素からなる閉回路と、スイッチング素子のオン/オフを制御する制御部と、負荷回路の両端間に接続された平滑コンデンサと、スイッチング素子のオフ時に第1のインダクタンス要素に励磁された電流が流れる方向に、第1のインダクタンス要素と直列に接続された第1の整流素子と、少なくとも第1のインダクタンス要素と第1の整流素子の直列回路の両端間に平滑コンデンサを介して接続された共振コンデンサと、両コンデンサの接続点と第1のインダクタンス要素および第1の整流素子の接続点との間に接続されて、第1のインダクタンス要素および共振コンデンサとともに閉回路を形成する第2のインダクタンス要素と、両コンデンサの直列回路の両端間に、スイッチング素子のオン時に第1のインダクタンス要素から電流が流れる向きに接続された第2の整流素子とを備えて成ることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention of
請求項2の発明は、請求項1の発明において、第1のインダクタンス要素を、1次巻線が少なくとも直流電源およびスイッチング素子と共に閉回路を形成するとともに、2次巻線が第1の整流素子と直列に接続されたトランスで構成し、2次巻線および第1の整流素子の直列回路の両端間に両コンデンサの直列回路が接続されるとともに、2次巻線が第2のインダクタンス要素および共振コンデンサとともに閉回路を形成することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the first inductance element includes a primary winding that forms a closed circuit together with at least a DC power source and a switching element, and the secondary winding includes the first rectifying element. A series circuit of both capacitors is connected between both ends of the series circuit of the secondary winding and the first rectifying element, and the secondary winding is connected to the second inductance element and A closed circuit is formed together with the resonant capacitor.
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において、第1のインダクタンス要素において、第2のインダクタンス要素および共振コンデンサとともに閉回路を形成するインダクタンス成分のインダクタンス値をL1、第2のインダクタンス要素のインダクタンス値をL2、共振コンデンサの静電容量をC1、スイッチング素子のスイッチング周期をtSWとした場合に、 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, in the first inductance element, the inductance value of an inductance component that forms a closed circuit together with the second inductance element and the resonant capacitor is L1, and the second inductance element When the inductance value of L2 is L2, the capacitance of the resonant capacitor is C1, and the switching period of the switching element is t SW ,
とすることを特徴とする。 It is characterized by.
請求項4の発明は、請求項1乃至3の発明において、スイッチング素子のオン時に第1のインダクタンス要素に蓄積されたエネルギが、スイッチング素子のオフ時に両コンデンサの直列回路に放出されており、制御部は、第1のインダクタンス要素が蓄積したエネルギを放出し終えるまでスイッチング素子を再オンしないことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the invention, the energy stored in the first inductance element when the switching element is turned on is released to the series circuit of both capacitors when the switching element is turned off. The portion is characterized in that the switching element is not turned on again until the first inductance element finishes releasing the accumulated energy.
請求項5の発明は、少なくとも放電灯を負荷として含む負荷回路と、負荷回路に電源を供給する請求項1乃至4の何れか1項に記載の電源装置とを備えて成ることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a load circuit including at least a discharge lamp as a load, and the power supply device according to any one of the first to fourth aspects for supplying power to the load circuit. .
請求項6の発明は、請求項5の発明において、放電灯が水銀を含まないメタルハライドランプからなることを特徴とする。 The invention of claim 6 is characterized in that, in the invention of claim 5, the discharge lamp comprises a metal halide lamp containing no mercury.
請求項7の発明は車両用前照灯装置であって、請求項6記載の放電灯点灯装置を有することを特徴とする。 A seventh aspect of the invention is a vehicular headlamp device, characterized in that it has the discharge lamp lighting device of the sixth aspect.
請求項8の発明は車両であって、請求項7記載の車両用前照灯装置を有することを特徴とする。 The invention according to claim 8 is a vehicle, comprising the vehicle headlamp device according to claim 7.
請求項1の発明によれば、スイッチング素子のオン時には直流電源からスイッチング素子を介して第1のインダクタンス要素に励磁エネルギを蓄積すると同時に、第2のインダクタンス要素を介して負荷および平滑コンデンサと、第2の整流素子とに電流を供給し、スイッチング素子のオフ時には第1のインダクタンス要素に蓄積されたエネルギを共振コンデンサと平滑コンデンサとに放出させ、第1のインダクタンス要素に蓄積されたエネルギの放出が終了すると、共振コンデンサと第1及び第2のインダクタンス要素とで形成される閉回路の共振動作によって共振コンデンサに蓄積されたエネルギを第2のインダクタンス要素に移動させているので、第2のインダクタンス要素に流れる電流を共振コンデンサの充電電圧によって増加させることができ、その後第2のインダクタンス要素に蓄積されたエネルギを第1のインダクタンス要素を介して負荷および平滑コンデンサに供給することで、第1のインダクタンス要素に発生する電圧以上の電圧を発生させることができ、高い昇圧比が得られるという効果がある。しかも、第1のインダクタンス要素に蓄積されたエネルギは平滑コンデンサと共振コンデンサとに放出されるので、共振コンデンサの両端電圧を抑制することができ、共振コンデンサに耐電圧の大きな素子を使用する必要がないから、電源装置の大型化やコスト高を招くことがなく、誘導損も低減できるという効果もある。さらに、共振コンデンサの静電容量が小さければ放出時間が短くなるので、オンデューティを大きくとることができ、その結果回路電流のピーク値を低減することで効率の向上を図ることができる。また更に、平滑コンデンサに蓄積されるエネルギは、平滑コンデンサの静電容量が共振コンデンサの静電容量に比べて十分大きい場合、出力電圧が高いほど第1のインダクタンス要素の励磁エネルギが平滑コンデンサ側に多く蓄積されるから、共振コンデンサの静電容量を抑制する効果が増加するという効果もある。
According to the first aspect of the present invention, when the switching element is turned on, the excitation energy is stored in the first inductance element from the DC power source via the switching element, and at the same time, the load and the smoothing capacitor are connected via the second inductance element, Current is supplied to the
請求項2の発明によれば、スイッチング素子のオン時には、直流電源からスイッチング素子を介してトランスの一次巻線に電流が流れ、トランスに励磁エネルギを蓄積すると同時に、トランスの二次巻線を介して第2のインダクタンス要素と、負荷および平滑コンデンサと、第2の整流素子とに電流を供給しており、スイッチング素子のオフ時はトランスに蓄積されたエネルギを二次巻線から共振コンデンサと平滑コンデンサとに放出させることができるという効果がある。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、第1のインダクタンス要素の励磁エネルギを共振コンデンサおよび平滑コンデンサに素早く放出させたり、共振コンデンサに蓄積されたエネルギを短時間に放出させることができ、スイッチング素子のオンデューティを大きくとることができるから、回路電流のピーク値を低減することで効率を向上させることができる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、制御部は、第1のインダクタンス要素に蓄積されたエネルギが放出し終えるまでスイッチング素子を再オンしないので、第1のインダクタンス要素に蓄積されたエネルギを放出するのに必要な時間を確保できるという効果がある。 According to the fourth aspect of the present invention, the control unit does not turn on the switching element until the energy stored in the first inductance element has been released, and therefore the control unit releases the energy stored in the first inductance element. There is an effect that a necessary time can be secured.
請求項5の発明によれば、装置の大型化やコスト高を招くことなく高い昇圧比を得ることができる電源装置を用いているので、定常点灯時の負荷電圧が低い放電灯を使用する場合にも対応が可能な小型で低コストの放電灯点灯装置を実現できる。 According to the invention of claim 5, since the power supply device capable of obtaining a high step-up ratio without causing an increase in size and cost of the device is used, a discharge lamp having a low load voltage during steady lighting is used. It is possible to realize a small and low-cost discharge lamp lighting device that can cope with the above.
請求項6の発明によれば、放電灯として水銀を含まないメタルハライドランプを用いており、一般的に水銀を含まないメタルハライドランプは、水銀を含むランプに比べて定常点灯時のランプ電圧が約半分と低くなっているため、定常点灯時の負荷電圧(ランプ電圧)と、消灯時の無負荷電圧との差が水銀を含むランプに比べて大きくなっているが、装置の大型化やコスト高を招くことなく高い昇圧比を得ることができる電源装置を用いているので、定常点灯時の負荷電圧が低い放電灯を使用する場合にも対応が可能な小型で低コストの放電灯点灯装置を実現できる。 According to the invention of claim 6, a metal halide lamp that does not contain mercury is used as a discharge lamp. Generally, a metal halide lamp that does not contain mercury has a lamp voltage that is about half that at the time of steady lighting compared to a lamp that contains mercury. Therefore, the difference between the load voltage (lamp voltage) during steady lighting and the no-load voltage during extinguishing is greater than that of lamps containing mercury. Since a power supply device that can obtain a high step-up ratio without incurring is used, a compact and low-cost discharge lamp lighting device that can be used even when using a discharge lamp with a low load voltage during steady lighting is realized. it can.
請求項7の発明によれば、装置の大型化やコスト高を招くことなく高い昇圧比を得ることができる電源装置を用いることで、電圧変動範囲の広い放電灯を使用することが可能な小型で低コストの車両用前照灯装置を実現できる。 According to the invention of claim 7, by using a power supply device that can obtain a high step-up ratio without incurring an increase in size and cost of the device, it is possible to use a discharge lamp having a wide voltage fluctuation range. Thus, a low-cost vehicle headlamp device can be realized.
請求項8の発明は車両であって、小型で低コストの車両用前照灯装置を用いているので、車両用前照灯装置の取付スペースとして大きなスペースを必要としない車両を実現できる。 Since the invention of claim 8 is a vehicle and uses a small and low-cost vehicle headlamp device, a vehicle that does not require a large space as a mounting space for the vehicle headlamp device can be realized.
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施形態1)
本発明に係る電源装置の実施形態を図1および図2に基づいて説明する。
(Embodiment 1)
An embodiment of a power supply device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は電源装置の回路図であり、この電源装置は、直流電源1の直流電源電圧を負荷2が必要とする電圧レベルに変換して供給するDC−DCコンバータ回路10を備えている。
FIG. 1 is a circuit diagram of a power supply device, which includes a DC-
DC−DCコンバータ回路10は、直流電源1に直列接続されるスイッチング素子11と、少なくとも直流電源1およびスイッチング素子11の直列回路と共に閉回路を形成するトランス12の一次巻線N1(第1のインダクタンス要素)と、負荷2(負荷回路)の両端間に接続された平滑コンデンサ14と、二次巻線N2に対してスイッチング素子11のオフ時に二次巻線N2に励磁された電流が流れる向きに直列接続された(つまり二次巻線N2の一端にカソードが接続された)第1の整流素子たるダイオード13と、二次巻線N2とダイオード13の直列回路の両端間に平滑コンデンサ14を介して接続された共振コンデンサ15と、両コンデンサ14,15の接続点と二次巻線N2およびダイオード13の接続点との間に接続されて、二次巻線N2および共振コンデンサ15と閉回路を形成するインダクタ16(第2のインダクタンス要素)と、コンデンサ14,15の直列回路の両端間に、スイッチング素子11のオン時にトランス12の二次巻線N2から電流が流れる向きに接続されたダイオード17(第2の整流素子)とを備えている。なおスイッチング素子11のスイッチング周期およびオンデューティは制御回路41によって制御されており、駆動回路42が制御回路41から入力される制御信号に基づいてスイッチング素子11をオン/オフ駆動している。ここに、制御回路41と駆動回路42とでスイッチング素子11のオン/オフを制御する制御部が構成される。
The DC-
図2は本回路の動作波形図であり、同図(a)はスイッチング素子11のオン/オフ状態、同図(b)はスイッチング素子11に流れる電流I1、同図(c)はスイッチング素子11の両端電圧V1、同図(d)は共振コンデンサ15の両端電圧V2、同図(e)はトランス12の二次巻線電流I2、同図(f)はインダクタ16に流れる電流I3、同図(g)はダイオード13に流れる電流I4をそれぞれ示している。
2A and 2B are operation waveform diagrams of this circuit, in which FIG. 2A is an on / off state of the switching
このDC−DCコンバータ回路10では、トランス12の一次巻線N1が、スイッチング素子11を介して直流電源1の両端間に接続されており、制御回路41の制御信号に応じて駆動回路12によりスイッチング素子11がオンされた状態では、直流電源1からトランス12の一次巻線N1とスイッチング素子11とに電流が流れ、この時同時にトランス12の二次巻線N2の両端間に電源電圧Vinに巻数比nを乗じた電圧(Vin×n)が発生し、二次巻線N2→インダクタ16→平滑コンデンサ14および負荷2→ダイオード17→二次巻線N2の経路で電流が流れて、負荷2に電力が供給される。またこの間にトランス12には励磁エネルギが蓄積される(図2中の期間A)。
In this DC-
その後、制御回路41の制御信号に応じて駆動回路12がスイッチング素子11をオフすると、トランス12に蓄積された励磁エネルギが、二次巻線N2→共振コンデンサ15→平滑コンデンサ14→ダイオード13→二次巻線N2の経路で放出され、共振コンデンサ15と平滑コンデンサ14とが充電される(図2中の期間B)
そして、トランス12に蓄積された励磁エネルギが全て放出されると、トランス12の二次巻線N2と共振コンデンサ15とインダクタ16とで形成される閉回路による共振動作で、共振コンデンサ15に蓄えられたエネルギが放出されるとともに、二次巻線N2に流れる電流I2が増加していく(図2中の期間C)。この期間Cの途中で制御回路41の制御信号により駆動回路42がスイッチング素子11を再オンすると(時刻t1)、二次巻線N2に励磁された電圧と共振コンデンサ15の両端電圧との重畳電圧により二次巻線電流I2が増加する。この期間Cは、共振コンデンサ15の両端電圧V2が平滑コンデンサ14の両端電圧V3に略等しく逆極性の電圧に達するまで、すなわちコンデンサ14,15の直列回路の合成電圧がゼロになるまで継続する。そして、コンデンサ14,15の直列回路の合成電圧がゼロになった時刻t2において、ダイオード17がオンし、上述した期間Aの動作に戻るのである。
Thereafter, when the
When all the excitation energy accumulated in the
ここにおいて、共振コンデンサ15の静電容量は平滑コンデンサ14の静電容量に比べてごく小さい値であって、トランス12の二次巻線N2のインダクタンス値L1と、共振コンデンサ15の静電容量C1とで定義される時定数は、スイッチング素子11のスイッチング周期tSWに対して、以下の式(1)の関係を満たすような値に設定するのが好ましい。
Here, the capacitance of the
上記式(1)の関係を満たすように、二次巻線N2のインダクタンス値L1と、共振コンデンサ15の静電容量C1とで定義される時定数やスイッチング周期Tswを設定することで、トランス12の励磁エネルギを2次側のコンデンサ14,15へ素早く放出することができる。
By setting the time constant defined by the inductance value L1 of the secondary winding N2 and the capacitance C1 of the
またインダクタ16のインダクタンス値L2と共振コンデンサ15の静電容量C1とで定義される時定数も、上述と同様、スイッチング素子11のスイッチング周期tSWに対して、以下の式(2)の関係を満たすような値に設定するのが好ましい。
The time constant defined by the inductance value L2 of the
上記式(2)の関係を満たすように、インダクタ16のインダクタンス値L2と、共振コンデンサ15の静電容量C1とで定義される時定数やスイッチング周期tSWを設定することで、共振コンデンサ15に蓄積されたエネルギによって素早く二次巻線電流I2を増加させ、トランス12の二次側から負荷2に電力を供給することが可能な期間(図2の期間A)へ素早く移行することが可能になり、これによってオンデューティを大きくすることができ、回路電流のピーク値を低減することで効率の向上を図ることができる。
By setting a time constant defined by the inductance value L2 of the
さらに、スイッチング素子11がオンした時の、二次巻線電流I2を図2中の期間Cのように急速に増加させた後、インダクタ16に流れる電流I3が流れ続けようとする特性を利用し、スイッチング素子11のオン時に二次巻線N2に発生する電圧(入力電圧Vin×巻数比n)が出力電圧より低い場合でも、トランス12を介して電源から負荷側に電力を取り出すことが可能になり、フォワードコンバータ動作を基本としながらもトランス12の巻数比倍した電圧より高い出力電圧を得ることができる。
Further, after the secondary winding current I2 is rapidly increased as in the period C in FIG. 2 when the switching
また、平滑コンデンサ14の静電容量C2は以下の式(3)、式(4)の関係を満たすような値であって、十分な平滑効果が得られるような所定値に設定するのが好ましく、平滑コンデンサ14の静電容量C2とトランス12の二次巻線N2のインダクタンス値L1とで定義される時定数Ta(=L1×C2)と、平滑コンデンサ14の静電容量C2とインダクタ16のインダクタンス値L2とで定義される時定数Tb(=L2×C2)とはスイッチング周期tSWの少なくとも10倍以上の時間に設定するのが望ましい。
The capacitance C2 of the smoothing
また本実施形態では、トランス12の励磁エネルギは、共振コンデンサ15だけではなく、共振コンデンサ15に直列接続された平滑コンデンサ14にも放出されるので、共振コンデンサ15の両端電圧を抑制することが可能になる。
In this embodiment, the excitation energy of the
また共振コンデンサ15に蓄えられたエネルギは、共振コンデンサ15とトランス12の二次巻線N2とインダクタ16とで形成される閉回路を介して放出され、平滑コンデンサ14を介さずに二次巻線電流I2を増加させる動作に利用されるので、図11に示す従来例に比べて共振コンデンサ15の両端電圧が低い場合でも、二次巻線電流I2の増加に寄与して、昇圧効果を得ることができ、共振コンデンサ15の耐電圧を下げることができる。
The energy stored in the
また更に平滑コンデンサ14に蓄積されるトランス12の励磁エネルギは、平滑コンデンサ14の静電容量が十分大きい場合、出力電圧に比例し、出力電圧が高いほど共振コンデンサ15よりも平滑コンデンサ14側により多く放出されることになる。したがって、本実施形態の電源装置を放電灯点灯装置に用いた場合には、無負荷電圧のように出力電圧が高くなるほど、トランス12の励磁エネルギが平滑コンデンサ14側により多く蓄積されるから、共振コンデンサ15の両端電圧を抑制する効果がより大きくなる。
Furthermore, the excitation energy of the
したがって、共振コンデンサ15に耐電圧性能が高い素子を使用する必要がなく、両端電圧の変動幅を抑制できるから、誘導損を抑制することもできる。
Therefore, it is not necessary to use an element with high withstand voltage performance for the
(実施形態2)
本発明の実施形態2を図3に基づいて説明する。本実施形態の電源装置では、実施形態1で説明した図1の電源装置において、第1のインダクタンス要素としてトランス12の代わりにインダクタ12aを用いており、インダクタ12aの両端間にスイッチング素子11と直流電源1の直列回路を接続するとともに、コンデンサ14,15の直列回路の両端間にインダクタ12aとダイオード13との直列回路を接続し、インダクタ12aとインダクタ16と共振コンデンサ15とで閉回路を形成している。なお、インダクタ12aを用いた点を除いては実施形態1の電源装置と同様の構成を有しているので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
(Embodiment 2)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the power supply device of this embodiment, in the power supply device of FIG. 1 described in the first embodiment, an
本電源装置のDC−DCコンバータ回路10は、インダクタ12aと共振コンデンサ15とを除くと降圧チョッパ構成となっている。
The DC-
本装置の動作は、実施形態1と同様に理解することができ、制御回路41からの制御信号に応じて駆動回路42によってスイッチング素子11がオンされた状態では、直流電源1からスイッチング素子11を介してインダクタ12aに電流が流れ、インダクタ12aにエネルギが蓄積されると同時に、直流電源1→スイッチング素子11→インダクタ16→平滑コンデンサ14および負荷2→ダイオード17→直流電源1の経路で電流が流れて、負荷2に電力が供給される(期間A)。
The operation of this apparatus can be understood in the same manner as in the first embodiment. When the switching
その後、制御回路41の制御信号に応じて駆動回路42がスイッチング素子11をオフすると、インダクタ12aに蓄積された励磁エネルギは、インダクタ12a→共振コンデンサ15→平滑コンデンサ14→ダイオード13→インダクタ12aの経路で放出され、共振コンデンサ15と平滑コンデンサ14とが充電される(期間B)
そして、インダクタ12aに蓄積された励磁エネルギが全て放出されると、インダクタ12aと共振コンデンサ15とインダクタ16とで形成される閉回路による共振動作、或いは、スイッチング素子11がこの時点でオンしていれば共振コンデンサ15とインダクタ16で形成される閉回路による共振動作によって、共振コンデンサ15に蓄えられたエネルギが放出されるとともに、インダクタ16に流れる電流I3が増加していく(期間C)。この期間Cは、共振コンデンサ15の両端電圧V2が平滑コンデンサ14の両端電圧V3に略等しく逆極性の電圧に達するまで、すなわちコンデンサ14,15の直列回路の合成電圧がゼロになるまで継続する。そして、コンデンサ14,15の直列回路の合成電圧がゼロに達すると、ダイオード17がオンし、上述した期間Aの動作に戻るのである。
Thereafter, when the
When all of the excitation energy accumulated in the
上述のように本実施形態の電源装置においても、スイッチング素子11がオンした時の、インダクタ16に流れる電流I3を急速に増加させ、且つ、インダクタ16の電流I3が流れ続けようとする特性を利用し、入力電圧Vinより出力電圧が高い場合でも電源から負荷側に電力を取り出すことが可能になる。
As described above, the power supply device according to the present embodiment also uses the characteristics that the current I3 flowing through the
また本実施形態では、インダクタ12aの励磁エネルギは、共振コンデンサ15だけではなく、共振コンデンサ15に直列接続された平滑コンデンサ14にも放出されるので、共振コンデンサ15の両端電圧を抑制することが可能になる。
In the present embodiment, the excitation energy of the
さらに共振コンデンサ15に蓄えられたエネルギは、共振コンデンサ15とインダクタ12aとインダクタ16とで形成される閉回路、或いは、スイッチング素子11がオンになると共振コンデンサ15とインダクタ16などで形成される閉回路を介して放出され、平滑コンデンサ14を介さずにインダクタ16の電流I3を増加させる動作に利用されるので、図11に示す従来例に比べて共振コンデンサ15の両端電圧が低い場合でも、インダクタ16の電流I3の増加に寄与して、昇圧効果を得ることができる。
Further, the energy stored in the
また更に平滑コンデンサ14に蓄積されるインダクタ12aの励磁エネルギは、平滑コンデンサ14の静電容量が十分大きい場合、出力電圧に比例し、出力電圧が高いほど共振コンデンサ15よりも平滑コンデンサ14側により多く放出されることになる。したがって、本実施形態の電源装置を放電灯点灯装置に用いた場合には、無負荷電圧のように出力電圧が高くなるほど、インダクタ12aの励磁エネルギが平滑コンデンサ14側により多く蓄積されるから、共振コンデンサ15の両端電圧V2を抑制する効果がより大きくなる。したがって、共振コンデンサ15に耐電圧性能が高い素子を使用する必要がなく、誘導損を抑制することもできる。
Further, the excitation energy of the
また本実施形態において、インダクタ12a(第1のインダクタンス要素)のインダクタンス値をL3とした場合に、以下の式(5)、式(6)の関係を満たすような値に各定数を設定するのが好ましく、インダクタ12aの励磁エネルギを2次側のコンデンサ14,15へ素早く放出したり、共振コンデンサ15に蓄積されたエネルギによって素早く二次巻線電流I2を増加させて、インダクタ12aから負荷2に電力を供給することが可能な期間(期間A)へ素早く移行させることが可能になり、これによってオンデューティを大きくすることができ、回路電流のピーク値を低減することで効率の向上を図ることができる。
In the present embodiment, when the inductance value of the
(実施形態3)
以下では、実施形態1で説明した電源装置を用いた放電灯点灯装置の実施形態を図4に基づいて説明する。なおDC−DCコンバータ回路10の構成および動作は実施形態1と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
(Embodiment 3)
Hereinafter, an embodiment of a discharge lamp lighting device using the power supply device described in the first embodiment will be described with reference to FIG. Since the configuration and operation of the DC-
本実施形態の放電灯点灯装置20は、直流電源1の直流電源電圧を負荷である放電灯23の点灯に必要な電圧に昇降圧するDC−DCコンバータ回路10と、消灯状態の高輝度放電灯23に高電圧を印加して始動させるための始動回路22と、スイッチング素子S1〜S4を用いたフルブリッジインバータ回路からなり、DC−DCコンバータ回路10の出力電圧を矩形波の交番電圧に変換し始動回路22を介して高輝度放電灯23に供給する矩形波インバータ回路21と、スイッチング素子11のスイッチング周波数やオンデューティなどを制御することによってDC−DCコンバータ回路10の出力を制御する制御回路41と、制御回路41から入力される制御信号Scに基づいてスイッチング素子11をオン/オフ駆動する駆動回路42とを備えている。
The discharge
制御回路41は、DC−DCコンバータ回路10の出力電圧Voutを検出するとともに、電流センサを用いて出力電流Ioutを検出し、その検出結果と高輝度放電灯23に供給すべき電力指令とに基づいてフィードバック制御を行うことにより、スイッチング素子11のオン時間を調整するオン時間指令信号Vrefを出力する出力フィードバック制御回路43と、出力フィードバック制御回路43から入力されるオン時間指令信号Vrefに基づいてオン幅が調整された制御信号Scを出力する制御信号生成回路44とで構成される。また制御信号生成回路44は、ゼロ電流検出回路44aと、単安定マルチバイブレータ44bと、タイマ回路44cと、フリップフロップ44dとで構成される。
The
この制御信号生成回路44では、出力フィードバック制御回路43からのオン時間指令信号Vrefがタイマ回路44cに入力され、タイマコンデンサCTの充電時間と比較して所定のオン時間の経過を測定する。ここで、オン時間指令信号Vrefによって決められた所定のオン時間が経過すると、タイマ回路44cからフリップフロップ44dのリセット端子Rにリセット信号が与えられ、制御信号Scであるフリップフロップ44dの出力信号をLレベルに切り換えることで、スイッチング素子11をオフさせる。
In the control
スイッチング素子11がオフすると、トランス12に蓄えられた励磁エネルギが二次巻線N2からダイオード13を介して共振コンデンサ15と平滑コンデンサ14とに放出され、両コンデンサ14,15が充電される。
When the switching
制御回路41では、トランス12に蓄えられた励磁エネルギの放出終了以降、所定のタイミングでスイッチング素子11を再オンすれば良いので、ダイオード13に流れる電流I4をホールICなどの電流センサを用いて検出し、その検出結果をもとにゼロ電流検出回路44aでゼロ電流検出を行う。すなわちゼロ電流検出回路44aは、電流センサの出力が反転入力端子に入力されたコンパレータCP1からなり、電流I4が所定の閾値よりも小さくなると、コンパレータCP1の出力がハイになり、単安定マルチバイブレータ44bから所定幅のパルス信号がワンパルス出力される。この時、フリップフロップ44dの出力信号(制御信号Sc)がHレベルにセットされ、駆動回路42によりスイッチング素子11がオンされるとともに、タイマ回路44cのスイッチRSWがオンされてタイマコンデンサCTの電荷が放電させられる(すなわちタイマ回路44cがリセットされ、オン時間の計測を開始する)。その後、タイマ回路44cでは、タイマコンデンサCTが充電され、その充電電圧がオン時間指令信号Vrefを越えると、タイマ回路44cからフリップフロップ44dのリセット入力Rに信号が与えられ、フリップフロップ44dの出力信号(制御信号Sc)がLレベルにリセットされて、駆動回路42によりスイッチング素子11がオフされる。上述のようにフリップフロップ44dからは、オン時間指令信号Vrefの電圧レベルに応じたパルス幅の制御信号Scが出力されるので、スイッチング素子11がオン時間指令信号Vrefにより決められた時間幅だけオンされるのである。ここで、出力フィードバック制御回路43から制御信号生成回路44に入力されるオン時間指令信号Vrefが大きくなるほど、スイッチング素子11のオン時間が長くなり、DC−DCコンバータ回路10の出力電圧が増加する。
In the
なお放電灯点灯装置は本実施形態で説明した回路構成に限定される趣旨のものではなく、本実施形態の特徴は、ダイオード13の電流I4のゼロ電流に基づいてスイッチング素子11の再オンタイミングを決定する点にあるので、このような動作が実現できるのであれば、制御回路41の回路構成やオン時間の調整方法、あるいは出力制御手段は本実施形態に限定されるものではない。
The discharge lamp lighting device is not intended to be limited to the circuit configuration described in the present embodiment. The feature of the present embodiment is that the re-on timing of the switching
またダイオード13の電流I4のゼロ電流検出は本実施形態の構成に限定されるものではなく、電流を直接検出するもの以外に、ダイオード13の両端電圧をもとにゼロ電流を検出するようにしても良い。この場合、ダイオード13の両端電圧が略ゼロであれば、ダイオード13がオンして電流が流れているものと判断し、それ以外の条件ではダイオード13がオフしてダイオード13の電流I4がゼロとなっていると判断すれば良く、ゼロ電流を間接的に検出するようなものでも良い。なおダイオード13の両端電圧を検出する場合には、例えばCR疑似微分回路などの微分回路を通した信号により、ダイオード13がオフした時点での両端電圧の上昇を感度良く検出することもできる。
Further, the zero current detection of the current I4 of the
また本実施形態において、電源装置として実施形態1で説明したDC−DCコンバータ回路10の代わりに、実施形態2で説明したDC−DCコンバータ回路10を用いても良いことは言うまでもない。
In the present embodiment, it goes without saying that the DC-
(実施形態4)
以下では、実施形態1で説明した電源装置を用いた放電灯点灯装置の実施形態を図5に基づいて説明する。なお制御回路41以外の構成は実施形態3と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
(Embodiment 4)
Hereinafter, an embodiment of a discharge lamp lighting device using the power supply device described in the first embodiment will be described with reference to FIG. Since the configuration other than the
実施形態3では、ダイオード13に流れる電流I4のゼロ電流を検出してスイッチング素子11を再オンさせているのに対して、本実施形態ではコンデンサ14,15の両端電圧(V2+V3)の変曲点を検出する変曲点検出回路44eを設け、変曲点を検出するとスイッチング素子11を再オンしている。
In the third embodiment, the zero current of the current I4 flowing through the
以下に本装置の動作について説明する。スイッチング素子11のオン時間については、実施形態3の放電灯点灯装置と同様の動作を行うので、その説明は省略する。
The operation of this apparatus will be described below. About the ON time of the switching
スイッチング素子11がオフすると、トランス12に蓄えられた励磁エネルギが二次巻線N2からダイオード13を介して共振コンデンサ15と平滑コンデンサ14とに放出され、両コンデンサ14,15が充電される。
When the switching
制御回路41では、トランス12に蓄えられた励磁エネルギの放出終了以降、所定のタイミングでスイッチング素子11を再オンすれば良いので、本実施形態では励磁エネルギの放出終了を2次側のコンデンサ14,15の電圧波形から判断する。すなわち、スイッチング素子11がオフした後、2次側のコンデンサ14,15の直列回路の両端電圧(V2+V3)は正弦波状に上昇し、励磁エネルギの放出が終了した時点は正弦波形の変曲点(つまり正弦波形の傾きが正から負に切り替わる時点)に相当する。
In the
したがって、本実施形態では、変曲点検出回路44aにおいて、コンデンサ14,15の直列回路の両端電圧(V2+V3)を検出し、この検出電圧を例えばCR疑似微分回路などで構成される微分回路45に入力している。そして、コンデンサ14,15の直列回路の両端電圧が変曲点に達し、微分回路45の出力レベルが正から負になったことをコンパレータCP1が検出すると、単安定マルチバイブレータ44bから所定幅のパルス信号がワンパルス出力される。この時、フリップフロップ44dの出力信号(制御信号Sc)がHレベルにセットされ、駆動回路42によりスイッチング素子11がオンされるとともに、タイマ回路44cのスイッチRSWがオンされてタイマコンデンサCTの電荷が放電させられる(すなわちタイマ回路44cがリセットされ、オン時間の計測を開始する)。その後、タイマ回路44cでは、タイマコンデンサCTが充電され、その充電電圧がオン時間指令信号Vrefを越えると、タイマ回路44cからフリップフロップ44dのリセット入力Rに信号が与えられ、フリップフロップ44dの出力信号(制御信号Sc)がLレベルにリセットされ、駆動回路スイッチング素子11がオフされる。上述のようにフリップフロップ44dからは、オン時間指令信号Vrefの電圧レベルに応じたパルス幅の制御信号Scが出力されるので、スイッチング素子11がオン時間指令信号Vrefにより決められた時間幅だけオンされるのである。なお、出力フィードバック制御回路43から制御信号生成回路44に入力されるオン時間指令信号Vrefが大きくなるほど、スイッチング素子11のオン時間が長くなり、DC−DCコンバータ回路10の出力電圧が増加するようになっている。
Therefore, in this embodiment, the inflection
ここにおいて、本実施形態では変曲点検出回路44aによりコンデンサ14,15の直列回路の両端電圧(V2+V3)を検出することによって、励磁エネルギの放出終了を検出しているが、平滑コンデンサ14の両端電圧V3は、スイッチング周波数レベルでみれば比較的安定しており、変曲点の検出には殆ど影響しないため、共振コンデンサ15の両端電圧V2のみから変曲点を検出するようにしても良い。例えばトランス12の二次側のグランドレベルが平滑コンデンサ14と共振コンデンサ15との接続点に設けられている場合は、コンデンサ14,15の直列回路の両端電圧(V2+V3)を検出するよりも、共振コンデンサ15の両端電圧V2のみを検出する方が検出が容易である。
Here, in this embodiment, the end of excitation energy release is detected by detecting the voltage (V2 + V3) across the series circuit of the
なお、放電灯点灯装置は本実施形態で説明した回路構成に限定される趣旨のものではなく、本実施形態の特徴は、トランス12の二次側に設けられたコンデンサ14,15にトランス12の励磁エネルギが放出し終わった時点をコンデンサの電圧波形の変曲点を検出することによって求め、この検出結果に基づいてスイッチング素子11の再オンタイミングを決定する点にあるので、このような動作が実現できるのであれば、制御回路41の回路構成やオン時間の調整方法や出力制御手段は本実施形態に限定されるものではない。
Note that the discharge lamp lighting device is not limited to the circuit configuration described in the present embodiment, and the feature of the present embodiment is that the
また本実施形態において、電源装置として実施形態1で説明したDC−DCコンバータ回路10の代わりに、実施形態2で説明したDC−DCコンバータ回路10を用いても良いことは言うまでもない。
In the present embodiment, it goes without saying that the DC-
(実施形態5)
以下では、実施形態1で説明した電源装置を用いた放電灯点灯装置の実施形態を図6に基づいて説明する。なお制御回路41以外の構成は実施形態3と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
(Embodiment 5)
Below, embodiment of the discharge lamp lighting device using the power supply device demonstrated in
実施形態3では、ダイオード13に流れる電流I4のゼロ電流を検出してスイッチング素子11を再オンさせているのに対して、本実施形態ではトランス12に発生している電圧から励磁エネルギの放出終了を検出し、励磁エネルギの放出終了を検出するとスイッチング素子11を再オンしている。
In the third embodiment, the zero current of the current I4 flowing through the
以下に本装置の動作について説明する。スイッチング素子11のオン時間については、実施形態3の放電灯点灯装置と同様の動作を行うので、その説明は省略する。
The operation of this apparatus will be described below. About the ON time of the switching
駆動回路42によりスイッチング素子11がオフされると、トランス12に蓄えられた励磁エネルギが二次巻線N2からダイオード13を介して共振コンデンサ15と平滑コンデンサ14とに放出され、両コンデンサ14,15が充電される。
When the switching
制御回路41では、トランス12に蓄えられた励磁エネルギの放出終了以降、所定のタイミングでスイッチング素子11を再オンすれば良いので、本実施形態では励磁エネルギの放出終了をトランス12に発生してる電圧から判断する。すなわち、スイッチング素子11がオフした後、トランス12の励磁エネルギの放出電流が流れている間、ダイオード13がオンしているので、トランス12の二次巻線N2の両端間にはコンデンサ14,15の直列回路の両端電圧と略等しい電圧が印加され、その電圧波形は正弦波状に上昇する波形となる。そして、トランス12の励磁エネルギの放出が終了した後、ダイオード13がオフすると、共振コンデンサ15の両端電圧V2のみが二次巻線N2とインダクタ16とで分圧されて、二次巻線N2に印加されるので、二次巻線N2に印加される電圧は急速に低下することになる。したがって、本実施形態ではこの変曲点をダイオードオフ検出回路44fで検出することによって、励磁エネルギの放出終了を検出するようにしている。
In the
すなわち、本実施形態ではトランス12に設けた3次巻線N3を利用し、この3次巻線N3の両端電圧からトランス12に発生している電圧を検出している。なお3次巻線の検出電圧を実施形態4で説明したような微分回路に入力することによって変曲点(つまり励磁エネルギの放出終了)を検出しても良いが、厳密に言えば励磁エネルギの放出が終了した時点と、ダイオード13がオフするタイミングとは完全に一致していない。これは、図2に示すように励磁エネルギの放出が終了した時点でもインダクタ16に電流I3が流れているためである。しかしながら、ダイオード13がオフした後にスイッチング素子11を再オンする方が回路効率の面では有利であるので、本実施形態では3次巻線N3の電圧からダイオード13のオフ時点を検出するようにしている。
That is, in this embodiment, the tertiary winding N3 provided in the
ここで、ダイオード13がオフすると、共振コンデンサ15の電圧V2のみが二次巻線N2とインダクタ16とで分圧されて二次巻線N2に印加されるため、二次巻線N2の両端電圧は急速に低下することになるが、このときトランス12の浮遊容量Cp、ダイオードの接合容量、回路パターンの寄生容量、寄生インダクタンスなどの影響で二次巻線N2の両端電圧が低下する際にリンギングが発生する。すなわち、二次巻線N2の両端電圧が瞬時的にゼロ以下あるいはゼロ近傍まで低下するので、ダイオードオフ検出回路44fでは、二次側に設けた3次巻線N3の電圧低下をコンパレータCP1で検出し、ダイオード13のオフタイミング(ゼロ電流)として検出している。ダイオードオフ検出回路44fがダイオード13のオフ時点を検出すると、コンパレータCP1の出力がHレベルに反転するので、単安定マルチバイブレータ44bから所定幅のパルス信号がワンパルス出力される。この時、フリップフロップ44dの出力信号(制御信号Sc)がHレベルにセットされ、駆動回路42によりスイッチング素子11がオンされるとともに、タイマ回路44cのスイッチRSWがオンされてタイマコンデンサCTの電荷が放電させられる(すなわちタイマ回路44cがリセットされ、オン時間の計測を開始する)。その後、タイマ回路44cでは、タイマコンデンサCTが充電され、その充電電圧がオン時間指令信号Vrefを越えると、タイマ回路44cからフリップフロップ44dのリセット入力Rに信号が与えられ、フリップフロップ44dの出力信号(制御信号Sc)がLレベルにリセットされ、駆動回路42によりスイッチング素子11がオフされる。上述のようにフリップフロップ44dからは、オン時間指令信号Vrefの電圧レベルに応じたパルス幅の制御信号Scが出力されるので、スイッチング素子11がオン時間指令信号Vrefにより決められた時間幅だけオンされるのである。ここで、出力フィードバック制御回路43から制御信号生成回路44に入力されるオン時間指令信号Vrefが大きくなるほど、スイッチング素子11のオン時間が長くなり、DC−DCコンバータ回路10の出力電圧が増加するようになっている。
Here, when the
なお、放電灯点灯装置は本実施形態で説明した回路構成に限定される趣旨のものではなく、本実施形態の特徴は、スイッチング素子11のオフ時における2次巻線電圧の変曲点、或いは、ダイオード13のオフによるリンギング電圧を考慮した2次巻線電圧の電圧低下を検出し、この検出結果に基づいてスイッチング素子11の再オンタイミングを決定する点にあるので、このような動作が実現できるのであれば、制御回路41の回路構成やオン時間の調整方法、あるいは出力制御手段は本実施形態に限定されるものではない。また、本実施形態では2次巻線電圧を間接的に検出するため、トランス12の2次側に設けた3次巻線N3を利用しているが、2次巻線を直接検出するようにしても良いし、1次巻線電圧を利用して間接的に検出するようにしても良い。
Note that the discharge lamp lighting device is not limited to the circuit configuration described in the present embodiment, and the feature of the present embodiment is that the inflection point of the secondary winding voltage when the switching
また本実施形態において、電源装置として実施形態1で説明したDC−DCコンバータ回路10の代わりに、実施形態2で説明したDC−DCコンバータ回路10を用いても良いことは言うまでもない。
In the present embodiment, it goes without saying that the DC-
(実施形態6)
以下に、上記の各実施形態で説明した電源装置を用いた放電灯点灯装置を車両用前照灯装置に適用した実施形態について図7および図8を参照して説明する。図7は本実施形態の車両用前照灯装置の概略構成図、図8は本実施形態の車両用前照灯装置を用いた車両の外観斜視図である。
(Embodiment 6)
Hereinafter, an embodiment in which the discharge lamp lighting device using the power supply device described in each of the above embodiments is applied to a vehicle headlamp device will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. 7 is a schematic configuration diagram of the vehicle headlamp device of the present embodiment, and FIG. 8 is an external perspective view of a vehicle using the vehicle headlamp device of the present embodiment.
この車両用前照灯装置50は、前面が開口した略箱状の灯具51を有し、この灯具51の内部に放電灯23を装着するソケット53が適宜の手段(図示せず)を用いて固定されており、灯具51の下面に取着された放電灯点灯装置20とソケット53との間は電灯線55を介して電気的に接続されている。なお灯具51の内部には、放電灯23の光を前方に反射する反射鏡54とグレア防止用の遮光板56とが適宜の取付手段(図示せず)を用いて取り付けられており、放電灯23の発光は灯具51の開口部に取り付けられた透光カバー52を介して外部に照射されるようになっている。
This
なお放電灯点灯装置20は、灯具51の下側に取着されたケース20aの内部に、上述の各実施形態で説明した回路を形成した回路基板(図示せず)を収納して構成され、放電灯点灯装置20には点灯スイッチSWとヒューズFとを介して車載バッテリからなる直流電源1より直流電源電圧が供給されるようになっている。
The discharge
このような車両用前照灯装置50は、図8に示すように車体60の前側の左右両側部に取着されており、実施形態1〜5で説明した電源装置を用いた放電灯点灯装置を備えているので、大型化やコスト高を招くことがなく、また誘導損を低減することができる放電灯点灯装置を使用した車両用前照灯装置50を実現でき、車両用前照灯装置50の小型化が図れるので、車両用前照灯装置50の取付スペースに大きなスペースを必要としない車両を実現できる。
Such a
ところで、車両用の高輝度放電灯23としては、水銀を含まないメタルハライドランプが開発されているが、一般的に、定常点灯時のランプ電圧が水銀を含むランプに比べて約半分と低くなっている。一方、無負荷電圧は始動性能の点であまり低減できず、そのため定常点灯時の負荷電圧(ランプ電圧)と、消灯時の無負荷電圧との差が水銀を含むランプに比べて大きくなるが、上述の各実施形態で説明したように本発明に係る電源装置では、装置の大型化やコストアップを招くことなく、高い昇圧比を得ることができるので、このような負荷(水銀を含まないメタルハライドランプ)を点灯させる回路として好適である。
By the way, as a high-
なお、本発明の精神と範囲に反することなしに、広範に異なる実施形態を構成することができることは明白なので、この発明は、特定の実施形態に制約されるものではない。 It should be noted that a wide variety of different embodiments can be configured without departing from the spirit and scope of the present invention, and the present invention is not limited to a specific embodiment.
1 直流電源
2 負荷(負荷回路)
10 DC−DCコンバータ回路(電源装置)
11 スイッチング素子
12 トランス(第1のインダクタンス要素)
13 ダイオード(第1の整流素子)
14 平滑コンデンサ
15 共振コンデンサ
16 インダクタ(第2のインダクタンス要素)
17 ダイオード(第2の整流素子)
41 制御回路(制御部)
42 駆動回路
N1 一次巻線
N2 二次巻線
1
10 DC-DC converter circuit (power supply)
11
13 Diode (first rectifier)
14
17 Diode (second rectifier)
41 Control circuit (control unit)
42 Drive circuit N1 Primary winding N2 Secondary winding
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