JP2008135265A

JP2008135265A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP2008135265A
Application number: JP2006319900A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Sato; 嘉典佐藤
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2008-06-12

Abstract

【課題】点灯始動時は、イグナイタから放電灯へ効率よく高圧パルスを印加させ、通常点灯時は放電灯へ効率よく電力を供給させるようにする。
【解決手段】直流電源１１の電圧を所望の直流および交流電圧に変換した出力をそれぞれ出力する第１のＤＣ／ＤＣ変換回路１３を構成するトランスＴＲの一次側コイルｎ１から交流電圧Ｖａ１を生成し、この交流電圧を定電圧回路１８の直流電圧Ｖｄ３に変換する。この直流電圧は、交流電圧Ｖａ１を生成されるための制御回路２０および放電灯１６を点灯させるＤＣ／ＡＣ変換回路１７を駆動するＤＣ／ＡＣ変換駆動回路１９の電源として供給する。ＤＣ／ＡＣ変換回路１７の出力とイグナイタ１５間にインダクタＬ１，Ｌ２とコンデンサＣ１構成される高周波カット用のフィルタ回路２１を接続し、放電灯１６が点灯された後はコンデンサＣ１を切り離すようにした。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両の前照灯用等に用いられる高圧放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に関する。

従来の放電灯点灯装置は、始動時に高圧パルスを発生させる始動回路の入力側に、コイルとコンデンサによるフィルタ回路を構成し、放電灯の極性反転時に発生する高周波電流をフィルタ回路によりブロックさせ、始動回路と放電灯との接続ライン間で放射される電磁波を抑えている。（例えば、特許文献１）
特開２００１−１２６８８６公報

上記した特許文献１の技術は、放電灯の点灯が開始して極性の反転が行われるときに、始動回路の出力端子間に接続されたコンデンサに流れる電流は、始動回路を構成するブリッジ回路のスイッチング素子にも流れることになりノイズが発生する、という問題があった。

この発明の目的は、放電灯が通常点灯に以降したときに電磁波を抑えるフィルタ回路の動作を停止させることで、ブリッジ回路へのノイズの突入を抑えることが可能な放電灯点灯装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明の放電灯点灯装置は、直流電源と、前記直流電源の電圧を所望の電圧に昇圧する第１のＤＣ/ＤＣコンバータと、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を交流電圧に変換して放電灯の点灯に必要な電力を供給するＤＣ／ＡＣインバータと、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を、所望の直流電圧に変換する第２のＤＣ/ＤＣコンバータと、前記第２のＤＣ/ＤＣコンバータから出力される直流電圧に基づき高圧パルス電圧を生成し、前記放電灯を始動させるイグナイタと、前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力と前記イグナイタの入力との間に接続し、前記放電灯の高周波電流に基づく電磁波の発生を抑えるフィルタ回路と、前記放電灯の通常点灯は、前記フィルタ回路を非接続状態に設定する切換手段とを具備したことを特徴とする。

この発明によれば、放電灯始動時の電磁波を抑えるフィルタ回路の動作を、通常点灯時は停止させることで、ノイズ発生を抑えることが可能となる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態について説明するための回路構成図である。１１は例えば１２Ｖの定電圧の直流電源であり、この直流電源１１の電力を、スイッチ１２を介して第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１３に供給する。また、直流電源１１は第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１４にも供給し、ここで例えば１ｋＶに昇圧された直流電圧Ｖｄ１を生成し、イグナイタ１５に供給する。イグナイタ１５では供給された１ｋＶの直流電圧に基づき、例えば２５ｋＶの高圧パルス電圧を発生させて放電灯１６に供給し、放電灯１６をグロー放電させる。

第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１３では、例えば３７５Ｖの高い直流電圧Ｖｄ２を生成し、ＤＣ／ＡＣインバータ１７に供給するとともに、交流電圧Ｖａ１を生成し、定電圧回路１８に供給する。

また、定電圧回路１８は、出力から定電圧化された直流電圧Ｖｄ３を生成し、ＤＣ／ＡＣ変換駆動回路１９と制御回路２０の電源としてそれぞれ供給する。ＤＣ／ＡＣ変換駆動回路１９では、駆動交流電圧Ｖａ２を生成してＤＣ／ＡＣインバータ１７に供給し、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１３から供給される直流電圧Ｖｄ２を交流電圧Ｖａ３に変換して出力する。

第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力と接地間には、抵抗Ｒ１，Ｒ２を直列接続し、その接続点に発生する抵抗Ｒ１，Ｒ２抵抗比による分割電圧を、放電灯１６のランプ電圧情報として制御回路２０に供給する。

イグナイタ１５は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１４から供給される直流電圧Ｖｄ１に基づき生成された高圧直流電圧で２５ｋＶ程度の高圧パルス電圧を生成し、これを放電灯１６に印加することでグロー放電の状態にする。そして、ＤＣ／ＡＣインバータ１７から供給される例えば３７５Ｖの交流電圧Ｖａ３を供給し、放電灯１６をグロー放電からアーク放電に切り替える。

ＤＣ／ＡＣインバータ１７とイグナイタ１５とラインｌａ，ｌｂ中には、インダクタＬ１，Ｌ２をそれぞれ介在接続させる。また、インダクタＬ１，Ｌ２とイグナイタ１５と接地間には、直列接続のコンデンサＣ１とＣＭＯＳ型トランジスタで構成される切換手段であるスイッチ素子ＳＷ１を並列接続する。インダクタＬ１，Ｌ２、コンデンＣ１は、高周波をカットするローパスのフィルタ回路２１を構成している。コンデンサＣ１は、Ｘコンデンサと呼ばれるもので、ＤＣ／ＡＣインバータ１７とイグナイタ１５とのラインｌａ，ｌｂ間のノイズを除去する役割も果たす。

次に、図１の第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１３、定電圧回路１８、ＤＣ／ＡＣインバータ１７をより詳細に示した図２の回路構成図および図３の波形図を参照しながら、図１についてさらに詳しく説明する。図２において、図１と同一の部分には同一の符号を付している。

図２において、まず、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１３の構成について説明する。直流電源１１の正極は、スイッチ１２を介してトランスＴＲの一次側コイルｎ１の一端に接続する。一次側コイルｎ１の他端は、例えばＣＭＯＳ型トランジスタで構成されるスイッチ回路ＳＷ２を介して接地する。スイッチ回路ＳＷ２は、制御回路２０の出力により駆動される。一次側コイルｎ１の両端には、図示極性のダイオードＤ１とコンデンサＣ４の直列回路を並列接続し、さらにコンデンサＣ４には抵抗Ｒ３を並列接続する。ダイオードＤ１、コンデンサＣ４、抵抗Ｒ３はスナバ回路を構成し、トランスＴＲで発生するサージ電圧を吸収してスイッチ回路ＳＷ２にサージ電圧が印加されないようにする。

トランスＴＲの二次側コイルｎ２の一端は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１４に接続するとともに、ダイオードＤ２、コンデンサＣ５を介して接地する。ダイオードＤ２とコンデンサＣ５の接続点は、ＤＣ／ＡＣインバータ１７に接続する。ニ次側コイルｎ２の他端は一次側コイルｎ１の他端に接続する。

次いで、定電圧回路１８の構成について説明する。トランスＴＲの一次側コイルｎ１とスイッチ１２の接続点にダイオードＤ３のアノードを接続する。ダイオードＤ３のカソードは、高周波成分を抑制するインピーダンス素子である、例えばビーズ型のインダクタＬ３、電解コンデンサＣ６を介して接地する。インダクタＬ３と電解コンデンサＣ６の接続点は、コレクタがコンデンサＣ７を介して接地されたＰＮＰ型トランジスタＱ１のエミッタに接続する。トランジスタＱ１のエミッタ・ベース間には抵抗Ｒ４を接続する。トランジスタＱ１のベースは、ツェナーダイオードＺＤを介して接地する。

また、ＤＣ／ＡＣインバータ１７は、例えばＣＭＯＳ型のスイッチングトランジスタのスイッチＳａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄからフルブリッジ回路を構成しており、スイッチＳａとスイッチＳｄ、スイッチＳｂとスイッチＳｃは同時にオンオフ制御される。これらの２群のスイッチは、ＤＣ／ＡＣ変換駆動回路１９からの駆動用の交流電圧Ｖａ２に基づき交互にオンオフ制御される。

次に、上記した図２構成の動作について図３の波形図とともに説明する。スイッチ回路ＳＷ２をオンオフ制御させることで、トランスＴＲの一次側コイルｎ１に発生する交流電圧Ｖａ１は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１４を構成する一次側コイルｎ１より巻線数の多い図示しない三次側コイルに高い交流電圧を生成し、この交流電圧に基づいた例えば１ｋＶの直流電圧Ｖｄ１に変換してイグナイタ１５に供給する。イグナイタ１５では供給された１ｋＶに基づき図３（ｂ）に示す例えば２５ｋＶを生成して放電灯１６に供給し、放電灯１６をグロー放電させる。

また、トランスＴＲは二次側コイルｎ２を、一次側コイルｎ１より巻線比を多くし、それに応じた高い交流電圧を生成する。この交流電圧は、ダイオードＤ２、コンデンサＣ５を用いて図３（ａ）に示す例えば３７５Ｖの直流電圧Ｖｄ２に整流してＤＣ／ＡＣインバータ１７に供給する。

トランスＴＲの一次側に発生した交流電圧Ｖａ１は、ダイオードＤ３、インダクタＬ３、電解コンデンサＣ６により図３（ｃ）に示すような直流電圧に変換する。交流電圧Ｖａ１は、リップル電流およびリップル電圧を含むため、高周波成分をインダクタＬ３で図３（ｄ）に示すように除去する。変換された直流電圧は、ツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧で決まる電圧で一定にされた直流電圧Ｖｄ３をトランジスタＱ１のコレクタから生成し、この直流電圧Ｖｄ３を制御回路２０およびＤＣ／ＡＣ変換駆動回路１９の電源としてこれらに供給する。

制御回路２０は、スイッチング信号を生成し、スイッチ回路ＳＷ２をオンオフ制御して直流電源１１の直流電圧を交流電圧に変換する。また、フルブリッジ構成のＤＣ／ＡＣインバータ１７は、ＤＣ／ＡＣ変換駆動回路１９から出力される駆動用の交流電圧Ｖａ２で、スイッチＳａとスイッチＳｄをオン、スイッチＳｂとスイッチＳｃをオフ、次にスイッチＳａとスイッチＳｄをオフ、スイッチＳｂとスイッチＳｃをオンする制御を交互に行い、出力から直流電圧Ｖｄ２に交流電圧Ｖａ２が重畳された交流電圧Ｖａ３を生成する。

放電灯１６は、これまで直流電圧Ｖｄ１に基づきイグナイタ１５で生成された高いパルス電圧でグロー放電された状態から、放電破壊を起こし放電灯１６のインピーダンスは急激に低下する。低下するとＤＣ／ＡＣインバータ１７から供給される電力で放電灯１６を点灯させる。

ところで、上記したようにイグナイタ１５では、放電灯１６を始動させるための２５ｋＶの高圧パルス電圧が放電灯１６に印加させている。このパルス電圧が放電灯１６を介してＤＣ／ＡＣインバータ１７の出力端子に誘起され、ＤＣ／ＡＣ変換駆動回路１９が破壊される虞がある。

そこで、制御回路２０は、放電灯１６が点灯されたことを抵抗Ｒ１，Ｒ２の分圧電圧の変化を検出し、出力から検出信号Ｄｓをフィルタ回路２１のスイッチ素子ＳＷ１に供給する。スイッチ素子ＳＷ１では、検出信号Ｄｓを受けてオフ状態となる。

これにより、放電灯１６が点灯された後はコンデンサＣ１に流れる電流が極めて小さいことになる。この電流がブリッジを構成するスイッチング素子Ｓａ〜Ｓｄを流れない状態となることから損失を低減させることができる。また、コンデンサＣ１に電流が流れないということは、ＤＣ／ＡＣ変換駆動回路１９の出力電圧が極性反転する際に、発生する電圧の振幅が小さくなり出力線から放射するノイズを抑えることができる。

図４（ａ），（ｂ）は、ＤＣ／ＡＣインバータ１７から出力される、点灯後におけるコンデンサＣ１を切り離した場合のランプ電流ＩＬとランプ電圧ＶＬの状態を示している。

また、図４（Ａ）は、図４（ａ）を拡大して示し、実線は点灯後にコンデンサＣ１が切り離されたこの発明の、破線は点灯後においてもコンデンサＣ１が接続された従来のランプ電流ＩＬをそれぞれ示している。図４（Ｂ）は、図４（ｂ）を拡大して示し、実線は点灯後にコンデンサＣ１が切り離されたこの発明のランプ電圧ＶＬを、破線は点灯後においてもコンデンサＣ１が接続された従来のランプ電圧ＶＬをそれぞれ示している。

図４（Ａ）から明らかなように、ランプ電流ＩＬの信号にはコンデンサＣ１が切り離された場合、ノイズの発生はほとんど見られない。また、図４（Ｂ）から明らかなように、ランプ電圧ＶＬの信号にはコンデンサＣ１が切り離された場合、ノイズの発生を抑えることが可能となる。

この実施形態では、フィルタ回路のコンデンサがランプ点灯後に回路から切り離されることから、コンデンサに電流が流れなくなりブリッジを構成するスイッチング素子の損失を低減させることができる。また、コンデンサに電流が流れなくなることから、ＤＣ／ＡＣ変換駆動回路の出力電圧が極性反転する際に、発生する電圧の振幅が小さくなり出力線から放射するノイズを抑えることができる。

図５は、この発明の他の実施形態について説明するための回路構成図である。この実施形態は、図１の直列接続のコンデンサＣ１とスイッチ素子ＳＷ１の構成を、直列接続のコンデンサＣ１と電圧クランプ素子の一例であるバリスタＶＲに置き換えた部分の構成が異なるだけである。ここでのバリスタＶＲは、例えば４００Ｖ以上で導通状態となりそれ以下では非導通状態を呈するもの使用する。図１と同一の構成部分には同一に符号を付してここでは異なる部分について説明する。

始動時のバリスタＶＲは、イグナイタ１５例えば２５ｋＶ程度の高圧のパルス電圧を発生されていることからショートされた状態にある。放電灯１６が点灯状態になると、バリスタＶＲにはＤＣ／ＡＣインバータ１７から出力される３７５Ｖ程度の交流電圧Ｖａ３が供給され非導通状態となる。

この実施形態でもフィルタ回路のコンデンサがランプ点灯後に回路から切り離されることから、コンデンサに電流が流れなくなりブリッジを構成するスイッチング素子の損失を低減させることができる。また、コンデンサに電流が流れなくなることから、ＤＣ／ＡＣ変換駆動回路の出力電圧が極性反転する際に、発生する電圧の振幅が小さくなり出力線から放射するノイズを抑えることができる。この場合、バリスタＶＲによる自己制御でコンデンサを接続したり非接続にしたりできることから、制御回路からの制御等が不要となり構成の簡略化が期待できる。

図６は、フィルタ回路２１の第１の変形例について説明するためのもので、図７は、フィルタ回路２１の第２の変形例について説明するためのものである。

図６は、ラインｌａ，ｌｂ間にコンデンサＣ２，Ｃ３を直列接続にして接続点を接地した、いわゆるＹコンデンサを用いたものである。この場合のスイッチ素子ＳＷ１は、コンデンサＣ２と接地間と、コンデンサＣ３と接地間にそれぞれスイッチＳ１，Ｓ２を設け、制御回路２０からの制御信号Ｄｓで通常点灯時に同時にオンさせている。Ｙコンデンサを用いた場合は、ＤＣ／ＡＣインバータ１７とイグナイタ１５のライン間および接地間ノイズを除去にも寄与する。

図７は、インダクタＬ１，Ｌ２をトランスＴｒにしたものである。この場合は、ラインｌａ，ｌｂ間のノイズをトランスＴｒで逆相にしてキャンセルさせている。これにより、ラインｌａ，ｌｂ間上のノイズキャンセルを向上させることが可能となる。

フィルタ回路２１は、図６、図７の変形例だけではなく、図１のコンデンサＣ１とスイッチ素子ＳＷ１に図７を組み合わせたもの、図５のコンデンサＣ１とバリスタＶＲに図７を組み合わせても構わない。

この発明の一実施形態について説明するための回路構成図。図１の回路ブロックの詳細な回路図。図１の動作について説明するための説明図。図３の動作について説明するための説明図。この発明の他の実施形態について説明するための回路構成図。この発明に用いるフィルタ回路の第１の変形例について説明するための構成図。この発明に用いるフィルタ回路の第２の変形例について説明するための構成図。

符号の説明

１１直流電源
１２スイッチ
１３第１のＤＣ／ＤＣコンバータ
１４第２のＤＣ／ＤＣコンバータ
１５イグナイタ
１６放電灯
１７ＤＣ／ＡＣインバータ
１８定電圧回路
１９ＤＣ／ＡＣ変換駆動回路
２０制御回路
２１フィルタ回路
Ｌ１，Ｌ２インダクタ
Ｃ１〜Ｃ３コンデンサ
ＳＷ１スイッチ素子
ＶＲバリスタ
Ｔｒトランス

Claims

直流電源と、
前記直流電源の電圧を所望の電圧に昇圧させる第１のＤＣ/ＤＣコンバータと、
前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を交流電圧に変換して放電灯の点灯に必要な電力を供給するＤＣ／ＡＣインバータと、
前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を、所望の直流電圧に変換する第２のＤＣ/ＤＣコンバータと、
前記第２のＤＣ/ＤＣコンバータから出力される直流電圧に基づき高圧パルス電圧を生成し、前記放電灯を始動させるイグナイタと、
前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力と前記イグナイタの入力との間に接続し、前記放電灯の高周波電流に基づく電磁波の発生を抑えるフィルタ回路と、
前記放電灯の通常点灯は、前記フィルタ回路を非接続状態に設定する切換手段とを具備したことを特徴とする放電灯点灯装置。
前記フィルタ回路は、前記放電灯が点灯された以降は、前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力と前記イグナイタの入力との間に並列に接続されたコンデンサを切り離すことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
前記切換手段は、前記放電灯が点灯されたことを検出し、該検出信号に基づき前記コンデンサを切り離すことを特徴とする請求項２記載の放電灯点灯装置。
前記切換手段は、前記放電灯の点灯開始時に該放電灯に印加される高圧パルス電圧では導通し、点灯時には前記ＤＣ／ＡＣインバータから前記放電灯に印加される前記交流電圧の印加により非導通となる電圧クランプ素子であることを特徴とする請求項２記載の放電灯点灯装置。