JP2011249140A - High-pressure discharge lamp lighting device and luminaire using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高圧放電灯点灯装置およびそれを用いた照明器具に関するものである。 The present invention relates to a high-pressure discharge lamp lighting device and a lighting fixture using the same.
従来から、高圧の金属蒸気中のアーク放電を利用する高圧放電灯(HIDランプ)を点灯させる高圧放電灯点灯装置が提供されている(例えば、特許文献1参照。)
この種の高圧放電灯点灯装置として、例えば図9に示すものがある。この高圧放電灯点灯装置は、交流電源ACから入力された交流電力を全波整流するダイオードブリッジDBと、ダイオードブリッジDBの直流出力(脈流出力)を所定電圧の直流電力に変換して出力する直流電源1と、直流電源1が出力した直流電力を交流電力に変換して高圧放電灯DLに出力する点灯部2と、点灯部2を制御する制御部3とを備える。ダイオードブリッジDBの低電圧側の直流出力端と直流電源1の低電圧側の出力端とはそれぞれグランドに接続される。
Conventionally, a high-pressure discharge lamp lighting device for lighting a high-pressure discharge lamp (HID lamp) using arc discharge in high-pressure metal vapor has been provided (for example, see Patent Document 1).
An example of this type of high pressure discharge lamp lighting device is shown in FIG. This high-pressure discharge lamp lighting device converts a DC power input from an AC power source AC into a full-wave rectification, and converts a DC output (pulsating current output) of the diode bridge DB into a DC power of a predetermined voltage and outputs the DC power. A DC power source 1, a
詳しく説明すると、直流電源1は、ダイオードブリッジDBの直流出力端間に接続されたインダクタL0とスイッチング素子Q0との直列回路と、このスイッチング素子Q0に並列に接続されたダイオードD0と出力コンデンサC0との直列回路とを備え、出力コンデンサC0の両端電圧を出力電圧とする、周知のブーストコンバータ(昇圧チョッパ回路)である。制御部3は、出力コンデンサC0の両端電圧(すなわち直流電源1の出力電圧)Vdcを一定に保つようなオンデューティでスイッチング素子Q0を周期的にオンオフ駆動する。
More specifically, the DC power source 1 includes a series circuit of an inductor L0 and a switching element Q0 connected between the DC output terminals of the diode bridge DB, a diode D0 and an output capacitor C0 connected in parallel to the switching element Q0. Is a well-known boost converter (step-up chopper circuit) that uses the voltage across the output capacitor C0 as an output voltage. The
点灯部2は、いわゆるフルブリッジ形のインバータ回路であって、それぞれ直流電源部2の出力端間に接続されてフルブリッジ回路を構成する2個のスイッチング素子Q1〜Q4の直列回路を2組有する。点灯部2の各スイッチング素子Q1〜Q4は、それぞれ、例えばNMOSであって寄生ダイオード(ボディダイオード)を有し、寄生ダイオードの順方向を直流電源1の出力に対して逆向きとする形で(つまりソースをドレインよりも低電圧側として)接続されている。高圧放電灯DLは、一端が第1インダクタL1を介して一方の上記直列回路のスイッチング素子Q3,Q4(このうち高電圧側のスイッチング素子Q3を以下では第3スイッチング素子Q3と呼び、低電圧側のスイッチング素子Q4を以下では第4スイッチング素子Q4と呼ぶ。)の接続点に接続されるとともに、他端が第2インダクタL2を介して他方の上記直列回路のスイッチング素子Q1,Q2(このうち高電圧側のスイッチング素子Q1を以下では第1スイッチング素子Q1と呼び、低電圧側のスイッチング素子Q2を以下では第2スイッチング素子Q2と呼ぶ。)の接続点に接続されている。さらに、第2インダクタL2と高圧放電灯DLとの直列回路に並列に第1コンデンサC1が接続されている。つまり、第2インダクタL2は高圧放電灯DLとともに負荷回路を構成する。また、第2インダクタL2はタップが設けられていわゆるオートトランスとなっており、このタップは第2コンデンサC2を介してグランドに接続されている。また、点灯部2は、高電圧側(ハイサイド)の各スイッチング素子Q1,Q3のそれぞれについて、駆動用のハイサイドドライバ21を有する。
The
制御部3は、低電圧側(ローサイド)の各スイッチング素子Q2,Q4をそれぞれ直接駆動するとともに、高電圧側の各スイッチング素子Q1,Q3をそれぞれ上記のハイサイドドライバ21を介して駆動する。
The
以下、制御部3の動作を説明する。電源が投入されると、制御部3は、図10に示すように、高圧放電灯DLにおける放電の開始に必要な高電圧を点灯部2から高圧放電灯DLに出力させるための始動動作Psを行う。具体的には、互いに対角に位置するスイッチング素子Q1〜Q4同士が同時にオンされ且つ互いに直列に接続されたスイッチング素子Q1〜Q4同士が交互にオンされるように、点灯部3の各スイッチング素子Q1〜Q4を周期的にオンオフ駆動する。このオンオフ駆動の周波数は、第2インダクタL2と第2コンデンサC2とが構成する共振回路の共振周波数程度(例えば数100kHz)とされる。この始動動作Ps中に第2インダクタL2と第2コンデンサC2との接続点に発生した共振電圧がオートトランスとしての第2インダクタL2で昇圧されて高圧放電灯DLに出力され、これによって高圧放電灯DLにおいて放電(すなわち点灯)が開始される。制御部3は高圧放電灯DLの両端電圧(以下、「ランプ電圧」と呼ぶ。)Vlaを監視しており、ランプ電圧Vlaの絶対値|Vla|のピーク値が所定の点灯判定電圧Vsdを下回ったことに基いて高圧放電灯DLの点灯を検出し、高圧放電灯DLの点灯を維持するための定常動作Pnに移行する。図10には、直流電源1の出力電圧Vdcと、ランプ電圧Vlaと、点灯部2の各スイッチング素子Q1〜Q4のオンオフ状態とのほか、交流電源ACから直流電源1への入力電圧VACと、高圧放電灯DLに流れる電流(以下、「ランプ電流」と呼ぶ。)Ilaとも示されている。
Hereinafter, the operation of the
制御部3は、定常動作では、まず、点灯部2において互いに対角に位置するスイッチング素子Q1〜Q4の組の一方の各スイッチング素子(例えば第1スイッチング素子Q1と第4スイッチング素子Q4)をそれぞれオンして他方の各スイッチング素子(例えば第2スイッチング素子Q2と第3スイッチング素子Q3)をそれぞれオフする。すると、図11に示すように、第1インダクタL1に流れる電流(以下、「回路電流」と呼ぶ。)ILが徐々に増加し、第1インダクタL1にエネルギーが蓄積される。その後、制御部3は、オンしていた組の一方のスイッチング素子(例えば第4スイッチング素子Q4)をオフする。すると、第1インダクタL1からのエネルギーの放出により、回路電流ILは、直前までオンされていたスイッチング素子Q1,Q4の寄生ダイオードと直流電源1の出力コンデンサC0とを含むループに流れるものの、徐々に減少する。制御部3は適宜の電流検出手段によって回路電流ILを監視しており、回路電流ILがゼロに達すると、再び上記一方のスイッチング素子(上記の例では第4スイッチング素子Q4)をオンさせ、同様の動作を所定回数繰り返す。上記動作(上記の例では第4スイッチング素子Q4のオンオフ)の周波数は、例えば数10kHzとされる。上記の電流検出手段としては例えば電流検出用抵抗やカレントトランスを用いることができる。また、制御部3は、ランプ電圧Vlaを監視しており、ランプ電圧Vlaが低いほど、2個のスイッチング素子Q1,Q4がオンされた状態の継続時間(上記の例では第4スイッチング素子Q4のオン状態の継続時間)を長くすることで、ランプ電圧Vlaを所定の目標電圧とするようなフィードバック制御を行う。
In the steady operation, the
その後、点灯部2の全てのスイッチング素子Q1〜Q4をそれぞれオフ状態に維持するデッドタイムDTを挟んで、スイッチング素子Q1〜Q4のうちオフ状態に維持される組とオン制御される可能性のある組とを入れ替える。上記の例においては、第1スイッチング素子Q1と第4スイッチング素子Q4とをそれぞれオフ状態に維持し、第2スイッチング素子Q2と第3スイッチング素子Q3とに対して上記のようなオンオフ制御を開始する。これによって回路電流IL及びランプ電圧Vlaの各極性をそれぞれ反転させ、同様のオンオフ制御を所定回数繰り返す。例えば、第2スイッチング素子Q2をオン状態に維持したままで、第3スイッチング素子Q3をオンオフ駆動する。その後、再びデッドタイムを挟んで、オンオフ制御するスイッチング素子Q1〜Q4の組を変更することで回路電流の極性を反転させ、以下、同様の動作を繰り返す。上記のような極性の反転の周波数は例えば数100Hzとされる。上記のデッドタイムDTの直前と直後とは、それぞれ、点灯部2において互いに対角に位置する2個のスイッチング素子Q1〜Q4であって直前と直後とでは互いに異なる2個のスイッチング素子Q1〜Q4がオンされた状態となる。
After that, there is a possibility that the switching element Q1 to Q4 and the pair maintained in the OFF state may be ON controlled across the dead time DT for maintaining all the switching elements Q1 to Q4 of the
ここで、ハイサイドドライバ21としては、駆動するスイッチング素子Q1,Q3の低電圧側の端子の対グランド電圧(以下、「中点電圧」と呼ぶ。)が所定の駆動下限電圧未満の状態ではスイッチング素子Q1,Q3の駆動が不可能となるものがある。点灯部2の場合、上記の中点電圧に相当する電圧として、第1スイッチング素子Q1と第1コンデンサC1との接続点の対グランド電圧(以下、「第1中点電圧」と呼ぶ。)Vs1と、第3スイッチング素子Q3と第1インダクタL1との接続点の対グランド電圧(以下、「第2中点電圧」と呼ぶ。)Vs2との2通りがある。
Here, the high-
この種のハイサイドドライバ21として、例えば、図12に示すものがある。このハイサイドドライバ21は、制御部2に接続される入力端子INと、駆動するスイッチング素子Q1,Q3のゲートに接続されるゲート端子Tgと、駆動するスイッチング素子Q1,Q3のソースに接続される(つまり中点電圧が入力される)ソース端子Tsと、適宜の直流電源(図示せず)によりソース端子Tsに対して所定の駆動電源電圧VBだけ高い電圧に維持される電源端子Tbとを有する。また、RS型のフリップフロップ回路21aを有し、このフリップフロップ回路21aの出力に応じて、ゲート端子Tgがソース端子Tsと電源端子Tbとの一方に接続される。詳しい説明は省くが、上記のハイサイドドライバ21は、入力端子INに入力される信号の信号レベルがLレベルからHレベルに変化したときに、電源端子Tbの対グランド電圧(つまり駆動電源電圧VBと中点電圧との和)に比例する電圧値(波高)Vpのパルスがフリップフロップ回路21aのセット端子Sに入力され、これによるフリップフロップ回路21aの出力の変化に伴いゲート端子Tgが電源端子Tbに接続されることでゲート端子Tgとソース端子Tsとの間に電位差が発生し、これによってスイッチング素子Q1,Q3がオン駆動されるように構成されている。上記のパルスの電圧値Vpは、比例係数をkとおき、中点電圧をVsとおくと、Vp=k(VB+Vs)と表される。そして、フリップフロップ回路21aの出力を変化させるために最低限必要なパルスの電圧値をVthとおくと、Vp=k(VB+Vs)<Vthのとき、つまり中点電圧Vsが駆動下限電圧たるVth/k−VBよりも小さい場合には制御部2の出力に関わらずハイサイドのスイッチング素子Q1,Q3が駆動できない。
An example of this type of high-
上記の駆動下限電圧は一般に負の値となるが、点灯部2の場合、通常は、中点電圧Vs1,Vs2は直流電源1の出力電圧Vdcか0Vかのいずれかの値をとるので、スイッチング素子Q1,Q3を駆動できなくなるようなことはない。
Although the above drive lower limit voltage is generally a negative value, in the case of the
しかしながら、図11に示すようにデッドタイムDT中に回路電流ILが0に達した場合、点灯部2に存在する寄生キャパシタンスや寄生インダクタンスに起因する振動電圧が発生し、この振動電圧により中電電圧Vs1,Vs2が駆動下限電圧を下回ってスイッチング素子Q1,Q3の駆動が不可能となる可能性がある。特に、上記のようにハイサイドドライバ21が制御部3からの入力の変化時にパルスを発生させてフリップフロップ回路21aのようなラッチ回路を動作させ、このラッチ回路の出力によってスイッチング素子Q1,Q3のオンオフ状態を決定させるようなものである場合、制御部3からの入力が変化したタイミングで中点電圧Vs1,Vs2が駆動下限電圧を下回っていると、その直後に中点電圧Vs1,Vs2が駆動下限電圧を上回ったとしても、制御部3からの入力が一旦(例えばLレベルに)戻って再度変化するまでは、スイッチング素子Q1,Q3のオン駆動がされないことになる。
However, as shown in FIG. 11, when the circuit current IL reaches 0 during the dead time DT, an oscillating voltage due to the parasitic capacitance and the parasitic inductance existing in the
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、デッドタイムの終了時にもスイッチング素子を安定して駆動可能な高圧放電灯点灯装置およびそれを用いた照明器具を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and an object thereof is to provide a high pressure discharge lamp lighting device capable of stably driving a switching element even at the end of a dead time, and a lighting fixture using the same. There is.
本発明の高圧放電灯点灯装置は、直流電源の出力端間に互いに並列に接続された2個の直列回路であってそれぞれ前記直流電源の電圧の向きに対して逆向きの寄生ダイオードを有する2個ずつのスイッチング素子からなる2個の直列回路からなるフルブリッジ回路と、一方の前記直列回路のスイッチング素子の接続点と他方の前記直列回路のスイッチング素子の接続点との間に接続された第1インダクタと第1コンデンサとの直列回路と、前記フルブリッジ回路において前記直流電源の高電圧側の出力端に一端が接続された各スイッチング素子をそれぞれ駆動するハイサイドドライバと、直接又は前記ハイサイドドライバを介して前記フルブリッジ回路の各スイッチング素子をそれぞれオンオフ駆動する制御部とを備え、高圧放電灯を含む負荷回路が前記第1コンデンサに並列に接続される高圧放電灯点灯装置であって、前記制御部は、少なくとも前記高圧放電灯が点灯している期間には、前記フルブリッジ回路において互いに対角に位置するスイッチング素子同士の組のうち、一方の組の各スイッチング素子をそれぞれオフに維持した状態で他方の組の各スイッチング素子をオンオフ駆動するという動作を、オフに維持するスイッチング素子の組を所定の反転周期で周期的に変更しながら繰り返すとともに、オフに維持するスイッチング素子の組を変更する際には、前記フルブリッジ回路の全てのスイッチング素子をそれぞれオフ状態に維持するデッドタイムを設けるものであって、前記ハイサイドドライバは前記フルブリッジ回路において前記直流電源の高電圧側の出力端に一端が接続されたスイッチング素子の他端の対グランド電圧が所定の駆動下限電圧未満である期間には前記制御部からの入力に関わらず該スイッチング素子の駆動が不可能となるものであって、前記制御部は、デッドタイムを終了するタイミングを、前記フルブリッジ回路において前記直流電源の高電圧側の出力端に一端が接続されたスイッチング素子の他端の対グランド電圧のうち低い方が前記駆動下限電圧未満となるタイミングよりも前のタイミングとすることを特徴とする。 The high-pressure discharge lamp lighting device according to the present invention includes two series circuits connected in parallel to each other between output terminals of a DC power supply, each having a parasitic diode opposite to the direction of the voltage of the DC power supply. A full bridge circuit composed of two series circuits each composed of individual switching elements, and a first bridge connected between a connection point of the switching elements of one of the series circuits and a connection point of the switching elements of the other series circuit. A series circuit of one inductor and a first capacitor; a high-side driver that drives each switching element having one end connected to the output terminal on the high-voltage side of the DC power supply in the full-bridge circuit; And a control unit that drives each of the switching elements of the full bridge circuit through a driver, and includes a high-pressure discharge lamp. A high pressure discharge lamp lighting device having a circuit connected in parallel to the first capacitor, wherein the control unit is positioned diagonally to each other in the full bridge circuit at least during a period when the high pressure discharge lamp is lit. Of switching elements to be turned on, the operation of driving on / off each switching element in the other set with each switching element in one set being kept off is a predetermined set of switching elements to be kept off. When changing the set of switching elements to be kept off, the dead time for keeping all the switching elements of the full bridge circuit in the off state is provided when changing the set of switching elements to be kept off. The high side driver is connected to the output terminal on the high voltage side of the DC power supply in the full bridge circuit. The switching element connected to the other end of the switching element is connected to the ground voltage is less than a predetermined driving lower limit voltage, the switching element cannot be driven regardless of the input from the control unit, The control unit sets the timing for ending the dead time, the lower one of the driving voltage lower limit of the ground voltage to the other end of the switching element having one end connected to the output terminal on the high voltage side of the DC power supply in the full bridge circuit. The timing is before the timing when the voltage is less than the voltage.
上記の高圧放電灯点灯装置において、前記制御部は、デッドタイムを終了するタイミングを、前記第1インダクタに流れる電流が0になるタイミング以前のタイミングとすることが望ましい。 In the above-described high pressure discharge lamp lighting device, it is preferable that the control unit sets the timing at which the dead time is ended to a timing before the timing when the current flowing through the first inductor becomes zero.
さらに、上記の高圧放電灯点灯装置において、前記制御部は、デッドタイム中には前記第1インダクタに流れる電流を監視するとともに、該電流の絶対値が所定の切替閾値を下回ったときに、デッドタイムを終了することが望ましい。 Further, in the above high pressure discharge lamp lighting device, the control unit monitors the current flowing through the first inductor during the dead time, and when the absolute value of the current falls below a predetermined switching threshold, It is desirable to end the time.
または、上記の高圧放電灯点灯装置において、前記制御部は、デッドタイム中には前記フルブリッジ回路のスイッチング素子と前記第1コンデンサとの接続点の電圧を監視し、該電圧の変動が検出されたときに、デッドタイムを終了することが望ましい。 Alternatively, in the above high pressure discharge lamp lighting device, the control unit monitors a voltage at a connection point between the switching element of the full bridge circuit and the first capacitor during the dead time, and a change in the voltage is detected. It is desirable to end the dead time.
または、上記の高圧放電灯点灯装置において、前記制御部は、デッドタイム中には前記フルブリッジ回路のスイッチング素子と前記第1インダクタとの接続点の電圧を監視し、該電圧の変動が検出されたときに、デッドタイムを終了することが望ましい。 Alternatively, in the above high pressure discharge lamp lighting device, the control unit monitors a voltage at a connection point between the switching element of the full bridge circuit and the first inductor during a dead time, and a change in the voltage is detected. It is desirable to end the dead time.
また、上記の高圧放電灯点灯装置において、前記制御部は、デッドタイムの継続時間を計時するとともに、デッドタイムの継続時間が所定の上限時間に達したときに、デッドタイムを終了することが望ましい。 In the high pressure discharge lamp lighting device described above, it is desirable that the control unit measures the duration of the dead time and ends the dead time when the duration of the dead time reaches a predetermined upper limit time. .
また、上記の高圧放電灯点灯装置において、前記高圧放電灯の両端電圧を検出する電圧検出手段と、前記第1インダクタに流れる電流を検出する電流検出手段とを有し、前記制御部は、デッドタイムの開始時に前記高圧放電灯の両端電圧の絶対値と前記第1インダクタに流れる電流の絶対値とを検出するとともに、デッドタイムの継続時間を、該デッドタイム開始時に検出された前記第1インダクタに流れる電流の絶対値と、前記第1インダクタのインダクタンスとの積を、該デッドタイム開始時に検出された前記高圧放電灯の両端電圧の絶対値と、前記直流電源の出力電圧との和で除して得られる時間以下とすることが望ましい。 In the high pressure discharge lamp lighting device described above, the high pressure discharge lamp lighting device includes voltage detection means for detecting a voltage across the high pressure discharge lamp, and current detection means for detecting a current flowing through the first inductor. The absolute value of the voltage across the high-pressure discharge lamp and the absolute value of the current flowing through the first inductor are detected at the start of time, and the duration of the dead time is detected at the first inductor detected at the start of the dead time. The product of the absolute value of the current flowing through the first inductor and the inductance of the first inductor is divided by the sum of the absolute value of the voltage across the high-pressure discharge lamp detected at the start of the dead time and the output voltage of the DC power supply. Or less than the time obtained.
本発明の照明器具は、上記いずれかの高圧放電灯点灯装置と、この高圧放電灯点灯装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする。 The lighting fixture of the present invention includes any one of the above high-pressure discharge lamp lighting devices and a fixture main body that holds the high-pressure discharge lamp lighting device.
デッドタイムを終了するタイミングが、フルブリッジ回路において直流電源の高電圧側の出力端に一端が接続されたスイッチング素子の他端の対グランド電圧のうち低い方が駆動下限電圧未満となるタイミングよりも前のタイミングとされているので、ハイサイドドライバがスイッチング素子を駆動できなくなることがなく、従ってデッドタイムの終了時にもスイッチング素子を安定して駆動可能である。 The timing at which the dead time ends is lower than the timing at which the lower of the voltage to ground at the other end of the switching element whose one end is connected to the output terminal on the high voltage side of the DC power supply in the full bridge circuit is less than the drive lower limit voltage. Since it is the previous timing, the high-side driver does not become unable to drive the switching element, and therefore the switching element can be stably driven even at the end of the dead time.
以下、本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説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
なお、以下の各実施形態の基本構成は図9〜図11で説明した従来例と共通であるので、共通する部分についての図示並びに説明は省略する。 In addition, since the basic composition of each following embodiment is common with the prior art example demonstrated in FIGS. 9-11, the illustration and description about a common part are abbreviate | omitted.
(実施形態1)
本実施形態において、制御部3は、デッドタイムDT中に回路電流ILを監視するとともに、図1に示すように、回路電流ILの絶対値|IL|が所定の切替閾値Ithを下回ったときにデッドタイムDTを終了させる。つまり、デッドタイムDTが終了されるタイミングは、中点電圧Vs1,Vs2に振動が発生する前のタイミングであり、このタイミングは当然、中点電圧Vs1,Vs2のうち低い方が駆動下限電圧未満となるタイミングよりも前である。従って、ハイサイドドライバ21がスイッチング素子Q1,Q3を駆動できなくなることがなく、つまりデッドタイムDTの終了時にもスイッチング素子Q1,Q3を安定して駆動可能である。
(Embodiment 1)
In the present embodiment, the
また、制御部3が、デッドタイムDTの継続時間を計時するとともに、回路電流ILの絶対値|IL|が切替閾値Ithを下回らないままデッドタイムDTの継続時間が所定の上限時間に達したときにデッドタイムDTを終了してもよい。つまり、上記の上限時間がデッドタイムDTの継続時間の上限値となる。
Further, when the
(実施形態2)
本実施形態において、制御部3は、デッドタイムDT中に第1中点電圧Vs1を監視するとともに、図2に示すように、回路電流ILが0に達したことに伴って発生した振動による第1中点電圧Vs1の変動が検出されたときに、デッドタイムDTを終了させる。上記動作を行う制御部3は具体的には例えばコンパレータを用いて実現することができる。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, the
本実施形態であっても、制御部3の応答を上記振動の周期に対して充分に速くすれば、中点電圧Vs1,Vs2のうち低い方が駆動下限電圧未満となるタイミングよりも前にデッドタイムDTを終了させ、デッドタイムDTの終了時にもスイッチング素子Q1,Q3を安定して駆動することが可能である。
Even in this embodiment, if the response of the
なお、第1中点電圧Vs1に代えて、図3に示すように第2中点電圧Vs2を用いても、同様の効果が得られる。 Similar effects can be obtained by using the second midpoint voltage Vs2 as shown in FIG. 3 instead of the first midpoint voltage Vs1.
さらに、デッドタイムDT以外でも回路電流ILが0に達したタイミングを中点電圧Vs1,Vs2の変動に基いて検出するようにすれば、回路電流ILを検出するための電流検出手段を不要とすることができる。 Furthermore, if the timing at which the circuit current IL reaches 0 other than the dead time DT is detected based on the fluctuations in the midpoint voltages Vs1 and Vs2, the current detection means for detecting the circuit current IL is not required. be able to.
また、制御部3が、デッドタイムDTの継続時間を計時するとともに、中点電圧Vs1,Vs2の変動が検出されないままデッドタイムDTの継続時間が所定の上限時間に達したときにデッドタイムDTを終了してもよい。つまり、上記の上限時間がデッドタイムDTの継続時間の上限値となる。
In addition, the
(実施形態3)
本実施形態において、制御部3は、デッドタイムDT毎に、デッドタイムDTの開始時の回路電流IL(以下、「ピーク電流」と呼ぶ。)Ipとランプ電圧Vlaとを検出し、検出されたピーク電流Ipとランプ電圧Vlaとに基いて、デッドタイムDTを終了させるまでの時間(すなわちデッドタイムDTの継続時間)を決定する。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, the
ところで、デッドタイムDT中に少なくとも回路電流ILが0に達するまでの期間には、直流電源1の出力コンデンサC0と、第2インダクタL2と高圧放電灯DLとの直列回路と第1コンデンサC1との並列回路と、第1インダクタL1と、互いに対角に位置する2個のスイッチング素子Q1〜Q4の寄生ダイオードとで構成されるループに電流が流れる。また、上記の並列回路の両端電圧はほぼランプ電圧Vlaに等しくなる。従って、デッドタイムDTの開始直後には、第1インダクタL1の両端電圧は、直流電源1の出力電圧Vdcとランプ電圧Vlaの絶対値|Vla|との和|Vla|+Vdcにほぼ等しくなる。第1インダクタL1は回路電流ILの変化速度にインダクタンスLを乗じたものが両端電圧となる理想的なインダクタであると考えると、デッドタイムDT中に回路電流ILが0に達するまでの期間中の回路電流ILの減少速度は、第1インダクタL1のインダクタンスLで上記の和|Vla|+Vdcを除したもの(|Vla|+Vdc)/Lとなると考えられる。従って、デッドタイムDTの開始直後の回路電流ILであるピーク電流Ipを、上記の減少速度(|Vla|+Vdc)/Lで除して得られる時間|Ip|×L/(|Vla|+Vdc)は、デッドタイムDT中に回路電流ILが0に達するまでの時間であると考えられる。 By the way, during at least the period until the circuit current IL reaches 0 during the dead time DT, the output capacitor C0 of the DC power source 1, the series circuit of the second inductor L2 and the high-pressure discharge lamp DL, and the first capacitor C1. A current flows through a loop formed by the parallel circuit, the first inductor L1, and the parasitic diodes of the two switching elements Q1 to Q4 positioned diagonally to each other. The voltage across the parallel circuit is substantially equal to the lamp voltage Vla. Accordingly, immediately after the start of the dead time DT, the voltage across the first inductor L1 becomes substantially equal to the sum | Vla | + Vdc of the output voltage Vdc of the DC power supply 1 and the absolute value | Vla | of the lamp voltage Vla. Assuming that the first inductor L1 is an ideal inductor that is obtained by multiplying the change speed of the circuit current IL by the inductance L to be a voltage across the two terminals, the first inductor L1 is in the period until the circuit current IL reaches 0 during the dead time DT. The decrease rate of the circuit current IL is considered to be (| Vla | + Vdc) / L obtained by dividing the sum | Vla | + Vdc by the inductance L of the first inductor L1. Therefore, the time obtained by dividing the peak current Ip, which is the circuit current IL immediately after the start of the dead time DT, by the decrease rate (| Vla | + Vdc) / L | Ip | × L / (| Vla | + Vdc) Is considered to be the time until the circuit current IL reaches 0 during the dead time DT.
そこで、本実施形態では、デッドタイムDTの継続時間を、該デッドタイムDT開始時に検出されたピーク電流Ipの絶対値|Ip|と、第1インダクタL1のインダクタンスLとの積|Ip|×Lを、該デッドタイムDT開始時に検出されたランプ電圧Vlaの絶対値|Vla|と、直流電源1の出力電圧Vdcとの和(|Vla|+Vdc)で除するという演算により得られた時間|Ip|×L/(|Vla|+Vdc)以下とする。 Therefore, in the present embodiment, the duration of the dead time DT is set to the product | Ip | × L of the absolute value | Ip | of the peak current Ip detected at the start of the dead time DT and the inductance L of the first inductor L1. Is obtained by dividing the absolute value | Vla | of the ramp voltage Vla detected at the start of the dead time DT by the sum (| Vla | + Vdc) of the output voltage Vdc of the DC power supply 1 | Ip | × L / (| Vla | + Vdc) or less.
例えば、デッドタイムDTの継続時間を上記の時間|Ip|×L/(|Vla|+Vdc)に一致させた場合、図4や図5に示すように、回路電流ILが0に達するのとほぼ同時にデッドタイムDTを終了させることができると考えられる。つまり、本実施形態では、中点電圧Vs1,Vs2が駆動下限電圧未満となるタイミングよりも前にデッドタイムDTを終了させるから、ハイサイドドライバ21がスイッチング素子Q1,Q3を駆動できなくなることがなく、つまりデッドタイムDTの終了時にもスイッチング素子Q1,Q3を安定して駆動可能である。
For example, when the duration of the dead time DT is made to coincide with the above time | Ip | × L / (| Vla | + Vdc), as shown in FIGS. 4 and 5, the circuit current IL almost reaches zero. It is considered that the dead time DT can be ended at the same time. That is, in the present embodiment, the dead time DT ends before the timing when the midpoint voltages Vs1, Vs2 become less than the drive lower limit voltage, so that the high-
さらに、デッドタイムDTの継続時間に上限値と下限値を設け、上記の演算で得られた時間|Ip|×L/(|Vla|+Vdc)が下限値以上且つ上限値以下であればデッドタイムDTの継続時間をその時間|Ip|×L/(|Vla|+Vdc)とし、上記の演算で得られた時間|Ip|×L/(|Vla|+Vdc)が上限値以上となる場合にはデッドタイムDTの継続時間を上限値とし、上記の演算で得られた時間|Ip|×L/(|Vla|+Vdc)が下限値以下となる場合にはデッドタイムDTの継続時間を下限値としてもよい。上記の上限値は、例えば、ランプ電圧Vlaの絶対値|Vla|が想定される限りで最も小さくなるとき(例えば定常動作Pnの開始直後)の上記の時間|Ip|×L/(|Vla|+Vdc)程度とする。また、上記の下限値は、例えば、発生し得るタイムラグを考慮しても、互いに直列に接続されたスイッチング素子Q1〜Q4の同時オンが絶対に発生しない程度に充分に長い時間(例えば、100ns〜500ns程度)以上であって、且つ、ランプ電圧Vlaの絶対値|Vla|が高圧放電灯DLの耐圧程度であるときの上記の時間|Ip|×L/(|Vla|+Vdc)以上であるような時間とする。 Further, an upper limit value and a lower limit value are provided for the duration of the dead time DT, and if the time | Ip | × L / (| Vla | + Vdc) obtained by the above calculation is greater than or equal to the lower limit value and less than or equal to the upper limit value, the dead time When the duration of DT is the time | Ip | × L / (| Vla | + Vdc), and the time | Ip | × L / (| Vla | + Vdc) obtained by the above calculation exceeds the upper limit value. If the duration of the dead time DT is the upper limit value and the time | Ip | × L / (| Vla | + Vdc) obtained by the above calculation is less than or equal to the lower limit value, the duration of the dead time DT is set as the lower limit value. Also good. The above upper limit value is, for example, the time | Ip | × L / (| Vla | when the absolute value | Vla | of the lamp voltage Vla is the smallest as long as it is assumed (for example, immediately after the start of the steady operation Pn). + Vdc). Further, the above lower limit value is sufficiently long (for example, 100 ns to 100 ns) so that the switching elements Q1 to Q4 connected in series with each other are never simultaneously turned on, even if a possible time lag is taken into account. 500 ns) or more, and the absolute value | Vla | of the lamp voltage Vla is equal to or more than the above time | Ip | × L / (| Vla | + Vdc) when the absolute value | Vla | It ’s a good time.
実施形態1〜実施形態3で説明した各種の高圧放電灯点灯装置は、例えば図6〜図8に示すような照明器具5に用いることができる。図6〜図8の照明器具5は、それぞれ、高圧放電灯点灯装置を収納及び保持した器具本体51と、高圧放電灯DLを保持した灯体52とを備える。また、図6の照明器具5と図7の照明器具5とは、それぞれ、高圧放電灯点灯装置(点灯部2)と高圧放電灯DLとを電気的に接続する給電線53を備える。図6の照明器具5は器具本体51と灯体52とがともに天井面に対して固定されるダウンライトであり、図7の照明器具5と図8の照明器具5とはそれぞれ天井面等の取付面に対して固定される器具本体51に対して灯体52が首振り可能に取り付けられたスポットライトである。上記のような各種の照明器具5は周知技術で実現可能であるので、詳細な説明は省略する。
The various high-pressure discharge lamp lighting devices described in Embodiments 1 to 3 can be used in a
1 直流電源
3 制御部
5 照明器具
21 ハイサイドドライバ
C1 第1コンデンサ
IL 回路電流(第1インダクタL1に流れる電流)
L1 第1インダクタ
L2 第2インダクタ(負荷回路の一部)
Q1〜Q4 スイッチング素子
Vs1 第1中間電圧(一端が直流電源1の高電圧側の出力端に接続されたスイッチング素子Q1の他端の対グランド電圧であり、スイッチング素子Q1,Q2と第1コンデンサC1との接続点の電圧)
Vs2 第2中間電圧(一端が直流電源1の高電圧側の出力端に接続されたスイッチング素子Q3の他端の対グランド電圧であり、スイッチング素子Q3,Q4と第1インダクタL1との接続点の電圧)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
L1 1st inductor L2 2nd inductor (part of load circuit)
Q1 to Q4 switching element Vs1 first intermediate voltage (one end is a voltage to ground of the other end of the switching element Q1 connected to the output terminal on the high voltage side of the DC power supply 1, and the switching elements Q1 and Q2 and the first capacitor C1 Voltage at the connection point)
Vs2 is a second intermediate voltage (one end of which is a voltage to the ground of the other end of the switching element Q3 connected to the output terminal on the high voltage side of the DC power supply 1, and is a connection point between the switching elements Q3 and Q4 and the first inductor L1 Voltage)
Claims (8)
一方の前記直列回路のスイッチング素子の接続点と他方の前記直列回路のスイッチング素子の接続点との間に接続された第1インダクタと第1コンデンサとの直列回路と、
前記フルブリッジ回路において前記直流電源の高電圧側の出力端に一端が接続された各スイッチング素子をそれぞれ駆動するハイサイドドライバと、
直接又は前記ハイサイドドライバを介して前記フルブリッジ回路の各スイッチング素子をそれぞれオンオフ駆動する制御部とを備え、
高圧放電灯を含む負荷回路が前記第1コンデンサに並列に接続される高圧放電灯点灯装置であって、
前記制御部は、少なくとも前記高圧放電灯が点灯している期間には、前記フルブリッジ回路において互いに対角に位置するスイッチング素子同士の組のうち、一方の組の各スイッチング素子をそれぞれオフに維持した状態で他方の組の各スイッチング素子をオンオフ駆動するという動作を、オフに維持するスイッチング素子の組を所定の反転周期で周期的に変更しながら繰り返すとともに、オフに維持するスイッチング素子の組を変更する際には、前記フルブリッジ回路の全てのスイッチング素子をそれぞれオフ状態に維持するデッドタイムを設けるものであって、
前記ハイサイドドライバは前記フルブリッジ回路において前記直流電源の高電圧側の出力端に一端が接続されたスイッチング素子の他端の対グランド電圧が所定の駆動下限電圧未満である期間には前記制御部からの入力に関わらず該スイッチング素子の駆動が不可能となるものであって、
前記制御部は、デッドタイムを終了するタイミングを、前記フルブリッジ回路において前記直流電源の高電圧側の出力端に一端が接続されたスイッチング素子の他端の対グランド電圧のうち低い方が前記駆動下限電圧未満となるタイミングよりも前のタイミングとすることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。 Two series circuits connected in parallel between the output terminals of the DC power supply, each consisting of two switching elements each having a parasitic diode opposite to the direction of the voltage of the DC power supply A full bridge circuit consisting of a series circuit;
A series circuit of a first inductor and a first capacitor connected between a connection point of the switching element of one of the series circuits and a connection point of the switching element of the other series circuit;
A high side driver for driving each switching element having one end connected to the output terminal on the high voltage side of the DC power supply in the full bridge circuit;
A controller that drives each switching element of the full bridge circuit on or off directly or via the high-side driver,
A high-pressure discharge lamp lighting device in which a load circuit including a high-pressure discharge lamp is connected in parallel to the first capacitor,
The control unit maintains each of the switching elements in one set out of a set of switching elements diagonally located in the full bridge circuit at least during a period when the high-pressure discharge lamp is lit. In this state, the operation of driving each switching element of the other set on and off is repeated while periodically changing the set of switching elements to be kept off at a predetermined inversion period, and the set of switching elements to be kept off is also changed. When changing, a dead time for maintaining all the switching elements of the full bridge circuit in an off state is provided,
The high-side driver is configured to control the control unit during a period in which a voltage to ground at the other end of the switching element having one end connected to the output terminal on the high voltage side of the DC power supply is less than a predetermined drive lower limit voltage in the full bridge circuit. Regardless of the input from, the switching element cannot be driven,
The control unit sets the timing for ending the dead time when the lower one of the voltages to ground at the other end of the switching element whose one end is connected to the output terminal on the high voltage side of the DC power supply in the full bridge circuit is the drive. A high pressure discharge lamp lighting device characterized by having a timing before a timing at which the voltage becomes less than the lower limit voltage.
前記第1インダクタに流れる電流を検出する電流検出手段とを有し、
前記制御部は、デッドタイムの開始時に前記高圧放電灯の両端電圧の絶対値と前記第1インダクタに流れる電流の絶対値とを検出するとともに、デッドタイムの継続時間を、該デッドタイム開始時に検出された前記第1インダクタに流れる電流の絶対値と、前記第1インダクタのインダクタンスとの積を、該デッドタイム開始時に検出された前記高圧放電灯の両端電圧の絶対値と、前記直流電源の出力電圧との和で除して得られる時間以下とすることを特徴とする請求項2記載の高圧放電灯点灯装置。 Voltage detecting means for detecting a voltage across the high-pressure discharge lamp;
Current detecting means for detecting a current flowing through the first inductor;
The control unit detects the absolute value of the voltage across the high-pressure discharge lamp and the absolute value of the current flowing through the first inductor at the start of the dead time, and detects the duration of the dead time at the start of the dead time. The product of the absolute value of the current flowing through the first inductor and the inductance of the first inductor, the absolute value of the voltage across the high-pressure discharge lamp detected at the start of the dead time, and the output of the DC power supply 3. The high pressure discharge lamp lighting device according to claim 2, wherein the time is equal to or less than the time obtained by dividing by the sum of the voltage.
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