JP2008226490A

JP2008226490A - 高輝度放電灯点灯回路

Info

Publication number: JP2008226490A
Application number: JP2007058878A
Authority: JP
Inventors: Shohei Maeda; 祥平前田
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2007-03-08
Filing date: 2007-03-08
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】高輝度放電灯に印加されるパルスの電圧を高くでき且つ高輝度放電灯に印加される電圧に重畳されるリプルの減衰量を小さくできる高輝度放電灯点灯回路を提供する。
【解決手段】励磁巻線７３に直流電圧が印加されると、磁性体コア７０の磁束が飽和する。これにより、変圧器７の２次インピーダンスが低下する。リプル重畳回路４から出力された電圧は、２次巻線７２の他端７２ｂと電極１１の間に印加される。２次インピーダンスが低くなっているので、２次巻線７２によるリプルの減衰量は小さく、よって、電極１１と電極１２の間には大きなリプルが重畳された直流電圧が印加される。
【選択図】図１

Description

本発明は、高輝度放電灯を始動し、点灯させる高輝度放電灯点灯回路に関するものである。

従来において、高輝度放電灯（High Intensity Discharged(HID) Lamp)を点灯するとアークが内壁に向かって湾曲し、高輝度放電灯が短命化するなどの不都合が発生することが知られている。その解決策として、特定の周波数成分を含む電圧を高輝度放電灯に印加することによって、アークの湾曲を直線状に是正することができる。

上記の直線状のアークを実現するものとしては、特許文献１に記載の回路がある。

この回路では、昇圧コンバータ回路の出力コンデンサの容量を減らすことで、平滑度合いが予め低く設定されている。昇圧コンバータ回路は、特定の周波数（以下、「ストレートアーク周波数」という）で駆動され、その結果、ストレートアーク周波数を有するリプルが重畳された電圧が得られる。そして、この電圧を高輝度放電灯に印加して、高輝度放電灯を点灯するようにしている。

このリプルの重畳割合は３０％以上である。ストレートアーク周波数は、高輝度放電灯の形状にもよるが、一般的に数十ｋＨｚ以上である。
特公平７−９８３５号公報

また、高輝度放電灯の始動には、数ｋＶ〜数十ｋＶのパルスを発生する始動回路、いわゆるイグナイタが用いられる。特に車載用の高輝度放電灯では、消灯後の高温状態においても、瞬時に再始動可能とする、いわゆるホットリスタートの実現が望まれる。ホットリスタートを実現するには、パルスの電圧を高くする必要がある。そのパルスは変圧器の２次巻線に発生するので、その２次巻線のインダクタンスが高く設定される。

しかし、２次巻線のインダクタンスンスが高いと、それにより、直線状のアークを実現するためのリプルが大きく減衰してしまう。そして、それがアークの湾曲の要因になり、高輝度放電灯が短命化するなどの不都合が生じる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高輝度放電灯に印加されるパルスの電圧を高くでき且つ高輝度放電灯に印加される電圧に重畳されるリプルの減衰量を小さくできる高輝度放電灯点灯回路を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る高輝度放電灯点灯回路は、磁性体コアと、前記磁性体コアに巻回された１次巻線に接続されるパルス発生回路と、前記磁性体コアに巻回され、相対する２つの電極を備える高輝度放電灯の一方の電極に一端が接続される２次巻線と、前記２次巻線の他端と他方の前記電極との間にリプルが重畳された電圧を印加する電圧印加回路と、前記磁性体コアに巻回された励磁巻線と、前記励磁巻線に直流電圧を印加する直流回路とを備えることを特徴とする。

本発明に係る高輝度放電灯点灯回路によれば、励磁巻線と直流回路を設けたことで、２次巻線のインダクタンスを低下させることができるので、元のインダクタンスを大きくして、パルスの電圧を高くすることができる。よって、高温状態の高輝度放電灯を始動させることができる。

また、本発明の高輝度放電灯点灯回路によれば、励磁巻線と直流回路を設けたことで、２次巻線のインダクタンスを低下させることができるので、リプルの減衰量を小さくできる。これにより、電極間に直線状のアークを形成することができ、高輝度放電灯が短命化するなどの不都合を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る高輝度放電灯点灯回路で高輝度放電灯を始動させるときの回路を示す図である。

高輝度放電灯１は、筒状のバルブを備え、一方端内部に電極１１が、他方端内部に電極１２が配され、両電極は相対している。バルブには、放電媒体が封入され、気密性が保持される。第１の実施の形態では、環境保全に配慮して、例えば、高輝度放電灯１としては、水銀を含まないものが使用される。

直流電源２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３の入力側の回路節点に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３は、直流電源２の電圧を３つの直流電圧に変換し、出力する回路である。各直流電圧は、それぞれリプル重畳回路４、可変直流回路５、パルス発生回路６に入力される。

リプル重畳回路４は、入力された直流電圧にリプルを重畳して出力する回路であり、可変直流回路５は、入力された直流電圧を変化させて出力することが可能な回路である。パルス発生回路６に、入力された直流電圧をパルス状の電圧に変換し出力する回路である。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３に直流電源２の電圧が印加されると、当初はＤＣ／ＤＣコンバータ回路３には負荷がかかっておらず、そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３はパルス発生回路６に高い直流電圧を出力する。しかし、高輝度放電灯１が始動に成功すると、その直流電圧は低下する。パルス発生回路６は、この高い直流電圧をパルス状の電圧に変換し出力し、高輝度放電灯１が点灯し、この直流電圧が低下すると、パルス状の電圧の出力を停止するようになっている。

変圧器７を構成する磁性体コア７０には、１次巻線７１、２次巻線７２および励磁巻線７３が巻回される。１次巻線７１に印加される電圧よりも高い電圧が２次巻線７２に生じるように、２次巻線７２の巻数は１次巻線７１の巻数よりも多くなっている。

１次巻線７１はパルス発生回路６の出力側の回路節点に接続され、２次巻線７２の一端７２ａは電極１２に接続される。リプル重畳回路４の出力側の回路節点は２次巻線７２の他端７２ｂと電極１１に接続される。励磁巻線７３は可変直流回路５の出力側の回路節点に接続される。

なお、パルス発生回路６と変圧器７は纏めて始動回路８と称される。

制御回路９は、駆動回路９Ａを制御して、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３を駆動させる回路であり、また、可変直流回路５の動作制御も行う。

第１の実施の形態では、高輝度放電灯１を除く回路が高輝度放電灯点灯回路を構成する。後述する第２の実施の形態でも同様である。

図１（ａ）において、制御回路９は、駆動回路９Ａを制御して、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３を駆動させる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３は、直流電源２の電圧を３つの直流電圧に変換し、出力する。各直流電圧は、それぞれリプル重畳回路４、可変直流回路５、パルス発生回路６に入力される。

リプル重畳回路４は、入力された直流電圧に例えば、数十ｋＨｚのリプルを重畳して出力する。パルス発生回路６は、入力された直流電圧をパルス状の電圧に変換して出力し、高輝度放電灯１の始動後、電圧出力を停止する。

制御回路９は、まずは、可変直流回路５を制御して、電圧出力を停止させておく。

パルス発生回路６から出力されたパルス状の電圧は１次巻線７１に印加される。この電圧は、１次巻線７１と２次巻線７２の巻き数比に応じて昇圧される。これにより、２次巻線７２には、例えば、数ｋＶ〜数十ｋＶのパルス状の電圧（以下、「パルス」という）が発生する。

このパルスは、電極１１と電極１２の間に印加される。これにより、電極１１と電極１２の間で絶縁破壊が生じ、高輝度放電灯１が始動する。

高輝度放電灯１の始動後、制御回路９は、可変直流回路５を制御して、直流電圧を出力させる。この直流電圧は励磁巻線７３に印加される。

図２は、励磁巻線７３に印加される直流電圧と変圧器７の２次巻線７２のインピーダンス（図２では「２次インピーダンス」と略記する。また、以下の説明でも適宜そのように略記する）の関係を示すグラフである。

励磁巻線７３に直流電圧が印加されると、磁性体コア７０の磁束が飽和する。これにより、２次インピーダンスが低下する。２次インピーダンスの低下は、２次巻線７２のインダクタンス（「２次インダクタンス」という）が低下することによるものである。図２に示すように、直流電圧が大きいほど、２次インピーダンスが小さくなる。２次インダクタンスも同様である。

図１（ａ）に戻り説明する。リプル重畳回路４から出力された電圧は、２次巻線７２の他端７２ｂと電極１１の間に印加される。２次インピーダンスが低くなっているので、２次巻線７２によるリプルの減衰量は小さく、よって、電極１１と電極１２の間には大きなリプルが重畳された直流電圧が印加される。これにより、電極１１と電極１２の間に直線状のアーク１３を形成することができる。

図１（ｂ）は、仮に制御回路９が、可変直流回路５を制御して、電圧出力を停止させたままにしたときに電極１１と電極１２の間に印加される直流電圧の波形と、そのときのアークの形状を示す図である。

この場合、励磁巻線７３に電圧が印加されないので、磁性体コア７０の磁束は飽和せず、２次インピーダンスおよび２次インダクタンスは低下しない。よって、２次巻線７２によるリプルの減衰量は大きく、電極１１と電極１２の間には小さなリプルが重畳された直流電圧が印加される。この小さなリプルにより、電極１１と電極１２の間には湾曲したアーク１４が形成されてしまう。

しかし、実際には、図１（ａ）に示すように、直線状のアーク１３を形成することができるのである。

以上説明したように、第１の実施の形態に係る高輝度放電灯点灯回路は、２次巻線７２の他端７２ｂと電極１１との間にリプルが重畳された電圧を印加する電圧印加回路としての直流電源２、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３およびリプル重畳回路４と、磁性体コア７０に巻回された励磁巻線７３と、高輝度放電灯１の始動後に励磁巻線７３に対し直流電圧を印加する可変直流回路５とを備える。

電圧印加回路は、すなわち、直流電圧を生成する直流電圧生成回路としての直流電源２およびＤＣ／ＤＣコンバータ回路３と、生成された直流電圧にリプルを重畳させるリプル重畳回路４とを備える。

この高輝度放電灯点灯回路によれば、上記の構成を備えたことで、始動後に２次巻線７２のインダクタンスが低下するので、元のインダクタンスを大きくして、パルスの電圧を高くすることができる。よって、高温状態の高輝度放電灯１を始動させることができる。すなわち、消灯後において高温状態になっている高輝度放電灯１を瞬時に再始動させることができる。

また、この高輝度放電灯点灯回路によれば、２次巻線７２のインダクタンスが低下するので、高輝度放電灯１に印加される電圧に重畳されるリプルの減衰量を小さくできる。これにより、電極１１と電極１２の間に直線状のアーク１３を形成することができ、高輝度放電灯１が短命化するなどの不都合を防止することができる。

［第２の実施の形態］
図３（ａ）は、第２の実施の形態に係る高輝度放電灯点灯回路で高輝度放電灯を始動させるときの回路を示す図である。ここでは、第１の実施の形態で使用したものと同一のものには同一符号を付し、重複説明を省略する。

第２の実施の形態の回路構成は、第１の実施の形態の回路構成に比較して、リプル重畳回路４の出力側にＤＣ／ＡＣコンバータ回路１０を設け、ＤＣ／ＡＣコンバータ回路１０を駆動する駆動回路９Ｂを設け、制御回路９が、駆動回路９Ｂを制御して、ＤＣ／ＡＣコンバータ回路１０を駆動させるようにしたことだけが異なる。その他の回路構成は同一なので、重複説明を省略する。

図３（ａ）において、制御回路９は、駆動回路９Ａを制御して、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３を駆動させる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３は、直流電源２の電圧を３つの直流電圧に変換し、出力する。各直流電圧は、それぞれリプル重畳回路４、可変直流回路５、パルス発生回路６に入力される。

リプル重畳回路４は、入力された直流電圧に例えば、数十ｋＨｚのリプルを重畳して出力する。制御回路９は、駆動回路９Ｂを制御して、ＤＣ／ＡＣコンバータ回路１０を駆動させる。これにより、ＤＣ／ＡＣコンバータ回路１２は、リプル重畳回路４が出力した直流電圧を交流電圧に変換し、出力する。パルス発生回路６は、入力された直流電圧をパルス状の電圧に変換して出力し、高輝度放電灯１の始動後、電圧出力を停止する。

パルス発生回路６から出力されたパルス状の電圧は１次巻線７１に印加される。この電圧は、１次巻線７１と２次巻線７２の巻き数比に応じて昇圧される。これにより、２次巻線７２には、例えば、数ｋＶ〜数十ｋＶのパルスが発生する。

第１の実施の形態と同様に、この直流電圧が励磁巻線７３に印加されると、磁性体コア７０の磁束が飽和し、２次インピーダンスが低下する。

一方、ＤＣ／ＡＣコンバータ回路１０から出力された電圧は、２次巻線７２の他端７２ｂと電極１１の間に印加される。２次インピーダンスが低くなっているので、２次巻線７２によるリプルの減衰量は小さく、よって、電極１１と電極１２の間には大きなリプルが重畳された交流電圧が印加される。これにより、電極１１と電極１２の間に直線状のアーク１３を形成することができる。

図３（ｂ）は、仮に制御回路９が、可変直流回路５を制御して、電圧出力を停止させたままにしたときに電極１１と電極１２の間に印加される交流電圧の波形と、そのときのアークの形状を示す図である。

この場合、励磁巻線７３に電圧が印加されないので、磁性体コア７０の磁束は飽和せず、２次インピーダンスおよび２次インダクタンスは低下しない。よって、２次巻線７２によるリプルの減衰量は大きく、電極１１と電極１２の間には小さなリプルが重畳された交流電圧が印加される。この小さなリプルにより、電極１１と電極１２の間には湾曲したアーク１４が形成されてしまう。

しかし、実際には、図３（ａ）に示すように、直線状のアーク１３を形成することができるのである。

以上説明したように、第２の実施の形態に係る高輝度放電灯点灯回路は、２次巻線７２の他端７２ｂと電極１１との間にリプルが重畳された電圧を印加する電圧印加回路としての直流電源２、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３、リプル重畳回路４およびＤＣ／ＡＣコンバータ回路１０と、磁性体コア７０に巻回された励磁巻線７３と、高輝度放電灯１の始動後に励磁巻線７３に対し直流電圧を印加する可変直流回路５を備える。

電圧印加回路は、すなわち直流電圧を生成する直流電圧生成回路としての直流電源２およびＤＣ／ＤＣコンバータ回路３と、生成された直流電圧にリプルを重畳させるリプル重畳回路４と、リプルの重畳された直流電圧を交流電圧に変換する直流交流変換回路としてのＤＣ／ＡＣコンバータ回路１０を備える。

なお、第２の実施の形態では、交流電圧を方形波として図示したが、正弦波の交流電圧などを用いてもよい。

図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る高輝度放電灯点灯回路で高輝度放電灯を始動させるときの回路と、励磁巻線７３に直流電圧を印加したときに高輝度放電灯１に対して印加される直流電圧の波形と、そのときのアークの形状を示す図であり、図１（ｂ）は、励磁巻線７３に直流電圧を印加しないときに高輝度放電灯１に対して印加される直流電圧の波形と、そのときのアークの形状を示す図である。励磁巻線７３に印加される直流電圧と変圧器７の２次インピーダンスの関係を示すグラフである。図３（ａ）は、第２の実施の形態に係る高輝度放電灯点灯回路で高輝度放電灯を始動させるときの回路と、励磁巻線７３に直流電圧を印加したときに高輝度放電灯１に対して印加される交流電圧の波形と、そのときのアークの形状を示す図であり、図３（ｂ）は、励磁巻線７３に直流電圧を印加しないときに高輝度放電灯１に対して印加される交流電圧の波形と、そのときのアークの形状を示す図である。

符号の説明

１…高輝度放電灯
２…直流電源
３…ＤＣ／ＤＣコンバータ回路
４…リプル重畳回路
５…可変直流回路
６…パルス発生回路
７…変圧器
８…始動回路
９…制御回路
９Ａ、９Ｂ…駆動回路
１０…ＤＣ／ＡＣコンバータ回路
１１、１２…電極
１３…直線状のアーク
１４…湾曲したアーク
７０…磁性体コア
７１…１次巻線
７２…２次巻線
７３…励磁巻線

Claims

磁性体コアと、
前記磁性体コアに巻回された１次巻線に接続されるパルス発生回路と、
前記磁性体コアに巻回され、相対する２つの電極を備える高輝度放電灯の一方の電極に一端が接続される２次巻線と、
前記２次巻線の他端と他方の前記電極との間にリプルが重畳された電圧を印加する電圧印加回路と、
前記磁性体コアに巻回された励磁巻線と、
前記励磁巻線に直流電圧を印加する直流回路と
を備えることを特徴とする高輝度放電灯点灯回路。
前記高輝度放電灯は、水銀を含まないことを特徴とする請求項１記載の高輝度放電灯点灯回路。
前記電圧印加回路は、直流電圧を生成する直流電圧生成回路と、
前記生成された直流電圧にリプルを重畳させるリプル重畳回路と
を備えることを特徴とする請求項１または２記載の高輝度放電灯点灯回路。
前記電圧印加回路は、直流電圧を生成する直流電圧生成回路と、
前記生成された直流電圧にリプルを重畳させるリプル重畳回路と、
前記リプルの重畳された直流電圧を交流電圧に変換する直流交流変換回路と
を備えることを特徴とする請求項１または２記載の高輝度放電灯点灯回路。