JP3690196B2

JP3690196B2 - 放電灯装置

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Publication number: JP3690196B2
Application number: JP21789299A
Authority: JP
Inventors: 昇山本; 正道石川; 悟市小田; 行伸平中
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd; Denso Corp
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd; Denso Corp
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: JP2001043990A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧放電灯を点灯する放電灯装置に関し、特に車両前照灯に用いて好適なるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高圧放電灯（以下、ランプという）を車両用前照灯に適用し、車載バッテリの電圧をトランスにて高電圧化したのち、この高電圧の極性をインバータ回路にて切り換えて、ランプを交流点灯させるようにしたものが種々提案されている（特開平９−１８０８８８号公報、特開平８−３２１３８９号公報など）。
【０００３】
このインバータ回路には、スイッチング素子（例えば、ＭＯＳトランジスタ）で構成したＨブリッジ回路が用いられ、このＨブリッジ回路によって矩形波を形成することによって交流点灯が行われるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
放電灯装置には、点灯開始時にランプに高電圧パルスを印加し、ランプの電極間で絶縁破壊を生じさせて放電灯の点灯を開始させる高電圧パルス発生回路が備えられる。
【０００５】
この高電圧パルス発生回路は磁気ノイズ発生源となるため、従来では、この高電圧パルス発生回路を他の回路（上記インバータ回路など）とは別の金属ケース（外囲器）に収容するようにしていた。
【０００６】
しかしながら、金属ケースを別々にするとコスト高となるため、本発明者らは、高電圧パルス発生回路を他の回路と同一のケース内に収容することについて検討した。
【０００７】
このように高電圧パルス発生回路と他の回路を同一ケース内に収容する場合、インバータ回路の素子を破壊してしまうという問題を発生させる。これは、以下のように生じる。まず、高電圧パルス発生回路とインバータ回路が近接した状態になっていることから、高電圧部分とその他の電位部との間に分布容量ができ、さらに、高電圧パルス発生回路が発生する漏洩磁束が他の回路と鎖交することによって、磁束が鎖交する回路部で電圧が誘起される。また、ランプに高電圧パルスを印加するための配線ワイヤがケース外に引き出されるため、配線ワイヤをアースシールドで覆うことになるが、この配線ワイヤとアースシールドとの間においても分布容量ができる。
【０００８】
これらの分布容量が高電圧パルスにより充電されたのちランプが絶縁破壊すると、分布容量に充電された電荷がランプを介して放電され、これによる放電電流がサージ電流として配線ワイヤを介してケース内の回路に流れ込む。このため、電流経路インピーダンスによってサージ電圧を発生させる。また、高電圧パルス発生時の漏洩磁束が他の回路に鎖交し、鎖交した回路部にサージ電圧が誘起される。
【０００９】
このサージ電圧が、インバータ回路に含まれるＨブリッジ回路若しくはブリッジ駆動回路に用いられている半導体スイッチング素子の耐電圧を超えると、半導体スイッチング素子が破壊されてしまう。特に、半導体スイッチング素子の耐電圧にバラツキがあることから、耐電圧の低い素子がインバータ回路に組み込まれた場合にその素子が破壊され易くなる。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑みたもので、高電圧パルス発生回路とインバータ回路を同一のケース（外囲器）に収納した場合において、高電圧パルス発生回路に起因するサージ電圧によって、インバータ回路を構成する半導体スイッチング素子が破壊されないようにすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、ブリッジ駆動回路は、４つの半導体スイッチング素子のそれぞれと対応するように、直接接続された２つのＭＯＳトランジスタ（６２３〜６２６、６３３〜６３６）を４組有しており、これら直列接続された２つのＭＯＳトランジスタの各接続点の電位に基づいて、４つの半導体スイッチング素子を駆動するようになっており、ブリッジ駆動回路の出力端子（Ｈｏ端子、Ｌｏ端子）とＨブリッジ回路の半導体スイッチ素子（６１ａ〜６１ｄ）のゲート端子とが第１抵抗（６４３、６４７、６５３、６５７）を介して接続され、ブリッジ駆動回路の直列接続されたＭＯＳトランジスタの４組のうち、少なくとも１組は、直列接続されたうちのロー側のＭＯＳトランジスタのドレインとソースとの間が第１コンデンサ（６４５、６４８、６５５、６５８）を介して接続されており、第１コンデンサの容量Ｃと第１抵抗の抵抗値Ｒとで決まる時定数が０．２マイクロ秒以上となるように第１コンデンサの容量及び第１抵抗の抵抗値が設定されていることを特徴とする。
【００１４】
このように、直列接続された２つのＭＯＳトランジスタの接続点の電位を用いてＨブリッジの半導体スイッチング素子を駆動する場合には、第１抵抗と第１コンデンサによる積分回路によって、ブリッジ駆動回路のＭＯＳトランジスタに高電圧が印加されることを防止することができる。これにより、ブリッジ駆動回路のＭＯＳトランジスタが破壊されないようにできる。
【００１６】
請求項２に記載の発明においては、半導体スイッチング素子のＭＯＳ容量Ｃと第１抵抗の抵抗値Ｒで決まる時定数が０．２マイクロ秒以上となるようにＭＯＳ容量及び第１抵抗の抵抗値が設定されていることを特徴としている。
【００１７】
このようにＭＯＳ容量と抵抗で決まる時定数を０．２マイクロ秒以上となるようにすれば、Ｈブリッジ回路における半導体スイッチング素子にかかる電圧が該素子の耐電圧以下となるようにできるため、該素子が破壊されないようにできる。
【００２０】
請求項３に記載の発明においては、負極側基準電圧となる端子（ＶＳ端子）がＨブリッジ回路（６１）の中点電位点（Ｘ、Ｙ）と接続された２つのブリッジ駆動回路（６２１、６３１）のうち少なくとも一方において、該Ｈブリッジ回路の中点電位点と該負極側基準電位となる端子とが第２抵抗（６４４、６５４）を介して接続されていると共に、該第２抵抗及び該負極側基準電位となる端子の間と接地電位点とが第２コンデンサ（６４９、６５９）を介して接続されていることを特徴としている。
【００２１】
このような構成とすることにより、第２抵抗及び第２コンデンサによって積分回路が形成され、駆動回路部の負極側基準電位となる端子とＨブリッジ回路の中点電位点とを結ぶ配線を通じてサージ電流が流れることを抑制できる。これにより、Ｈブリッジ回路の中点電位点を通じてブリッジ駆動回路に高電圧が印加され、ブリッジ駆動回路が破壊されることを防止することができる。
【００２２】
例えば、請求項４に示すように、抵抗の抵抗値Ｒとコンデンサの容量Ｃとによって決まる時定数が０．０１マイクロ秒以上となるように、抵抗の抵抗値及びコンデンサの容量とが設定される。
【００２３】
なお、上記した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明にかかる放電灯装置を車両用前照灯に適用した実施形態の全体構成を示す。
【００２５】
放電灯装置は、直流電源である車載バッテリ１に接続されており、点灯スイッチ３がオンされると、自動車用前照灯として用いられるランプ（例えば、メタルハライドランプ等）２に電力供給を行うように構成されている。この放電灯装置は、直流電源回路としてのＤＣ−ＤＣコンバータ４、点灯補助回路５、インバータ回路６、高電圧発生回路７等の回路機能部を有している。
【００２６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、バッテリ１側に配された一次巻線４１ａとランプ２側に配された二次巻線４１ｂを有するフライバックトランス４１と、一次巻線４１ａに接続されたＭＯＳトランジスタ４２と、二次巻線４１ｂに接続された整流用のダイオード４３および平滑用コンデンサ４４から構成され、バッテリ電圧ＶＢを昇圧した昇圧電圧を出力する。すなわち、ＭＯＳトランジスタ４２がオンすると、一次巻線４１ａに一次電流が流れて一次巻線４１ａにエネルギーが蓄えられ、ＭＯＳトランジスタ４２がオフすると、一次巻線４１ａのエネルギーが二次巻線４１ｂに供給される。そして、このような動作を繰り返すことにより、ダイオード４３と平滑用コンデンサ４４の接続点から高電圧を出力する。
【００２７】
なお、フライバックトランス４１は、図に示すように一次巻線４１ａと二次巻線４１ｂとが電気的に導通するように構成されている。
【００２８】
点灯補助回路５は、コンデンサ５１と抵抗５２から構成され、点灯スイッチ３がオンした後にコンデンサ５１が充電されることによって、ランプ２を電極間での絶縁破壊から速やかにアーク放電に移行させる。
【００２９】
インバータ回路６は、ランプ２を交流点灯させるもので、Ｈブリッジ回路６１とブリッジ駆動回路６２、６３から構成されている。Ｈブリッジ回路６１は、Ｈブリッジ状に配置されたスイッチング素子をなすＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｄからなる。ブリッジ駆動回路６２、６３は、後述するＨブリッジ制御回路４００からの制御信号によって、ＭＯＳトランジスタ６１ａ、６１ｄとＭＯＳトランジスタ６１ｂ、６１ｃを交互にオンオフ駆動する。この結果、ランプ２の放電電流の向きが交互に切り換わり、ランプ２の印加電圧（放電電圧）の極性が反転してランプ２が交流点灯する。
【００３０】
なお、コンデンサ６１ｅ、６１ｆは、点灯始動時に発生する高圧パルスからＨブリッジ回路６１を保護する保護用のコンデンサである。
【００３１】
高電圧発生回路７は、Ｈブリッジ回路６１の中点電位点Ｘ、Ｙとバッテリ１の負極端子との間に設置され、一次巻線７１ａと二次巻線７１ｂを有するトランス７１、ダイオード７２、抵抗７４、コンデンサ７５、および一方向性半導体素子であるサイリスタ７６から構成されており、ランプ２を点灯始動させる。すなわち、点灯スイッチ３がオンすると、コンデンサ７５が充電を開始し、この後、サイリスタ７６がオンすると、コンデンサ７５が放電を開始し、トランス７１を通じて、ランプ２に高電圧を印加する。その結果、ランプ２が、電極間で絶縁破壊し点灯する。
【００３２】
上記したＭＯＳトランジスタ４２、ブリッジ駆動回路６２、６３、サイリスタ７６は、制御回路１０によって制御される。この制御回路１０には、ＤＣ−ＤＣコンバータ４とインバータ回路６の間のランプ電圧（すなわちインバータ回路６に印加される電圧）ＶＬおよびインバータ回路６からバッテリ１の負極側に流れるランプ電流ＩＬなどが入力されている。なお、ランプ電流ＩＬは電流検出用抵抗８により電圧として検出される。
【００３３】
図２に、制御回路１０のブロック構成を示す。制御回路１０は、ＭＯＳトランジスタ４２をＰＷＭ信号によってオンオフさせるＰＷＭ制御回路１００と、ランプ電圧ＶＬをサンプルホールドするサンプルホールド回路２００と、サンプルホールドされたランプ電圧ＶＬとランプ電流ＩＬに基づいてランプ電力を所望値に制御するランプパワー制御回路３００と、Ｈブリッジ回路６１を制御するＨブリッジ制御回路４００と、サイリスタ７６をオンさせてランプ２に高電圧を発生させる高電圧発生制御回路５００から構成されている。
【００３４】
上記構成において、放電灯装置の点灯動作を説明する。
【００３５】
点灯スイッチ３がオンすると、図１に示す各部に電源が供給される。そして、ＰＷＭ制御回路１００はＭＯＳトランジスタ４２をＰＷＭ制御する。その結果、フライバックトランス４１の作動によって、バッテリ電圧ＶＢを昇圧した電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ４から出力される。また、Ｈブリッジ制御回路４００は、Ｈブリッジ回路６１におけるＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｄを対角線の関係で交互にオンオフさせる。このことにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ４から出力された高電圧が、Ｈブリッジ回路６１を介して高電圧パルス発生回路７のコンデンサ７５に供給され、コンデンサ７５が充電される。
【００３６】
この後、高電圧発生制御回路５００は、Ｈブリッジ制御回路４００から出力されるＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｄの切換えタイミングを知らせる信号に基づいて、サイリスタ７６にゲート駆動信号を出力し、サイリスタ７６をオンさせる。そして、サイリスタ７６がオンすると、コンデンサ７５が放電し、トランス７１を通じて、ランプ２に高電圧が印加される。その結果、ランプ２が電極間で絶縁破壊し、点灯始動する。
【００３７】
この後、Ｈブリッジ回路６１によりランプ２への放電電圧の極性（放電電流の向き）を交互に切り換えることで、ランプ２が交流点灯される。また、ランプパワー制御回路３００は、ランプ電流ＩＬとランプ電圧ＶＬ（サンプルホールド回路２００によってサンプルホールドされたもの）とに基づいて、ランプ電力が所望値となるように制御し、ランプ２を安定点灯させる。
【００３８】
なお、サンプルホールド回路２００は、Ｈブリッジ回路６１の切換タイミングに同期しその切換時に発生する過渡電圧をマスクし、過渡電圧発生時以外のランプ電圧ＶＬをサンプリングしてホールドする。
【００３９】
次に、上記構成の放電灯装置の組付け構造を図３に示し、図３に基づき放電灯装置の組付け構造について説明する。
【００４０】
放電灯装置は、上記回路構成が配置されたバスバーケース２０を、カバー部材２１及びベース２２によって覆い、放電灯装置のケースを構成するカバー部材２１及びベース２２をネジ２３によって固定することによって構成される。
【００４１】
バスバーケース２０の表面には、上記回路構成の各部を電気的に接続するターミナル２４がインサート形成されている。
【００４２】
上記回路構成において、Ｈブリッジ回路６１、制御回路１０、ＭＯＳトランジスタ４２、ダイオード４３、７２、抵抗８、５２、７４という半導体装置として形成可能な部分は、ハイブリッドＩＣ（以下、ＨＩＣという）１０１としてＩＣ化されて一体形成される。そして、その他の部分（本回路構成では、トランス４１、７１やコンデンサ４４、７５、及びサイリスタ７６）がＨＩＣ１０１とは別体で構成される。
【００４３】
このため、ＨＩＣ１０１とその他の部分とをターミナル２４にて電気的に接続させることによって上記回路構成が構成される。これにより、図１に示した回路機能部が構成される。
【００４４】
そして、ターミナル２４は、バスバーケース２０に固定されたグロメット内に配設された出力線２５、２６に接続されており、この出力線２５、２６を介してランプ２に接続される。
【００４５】
また、ターミナル２４はバッテリ１の正極側と接続される端子（＋端子）２７ａと、負極側（すなわちアース側）に接続される端子（−端子）２７ｂとを有しており、端子２７ｂは放電灯装置のアースを取るアース接続部２７ｃに接続されている。そして、ターミナル２４の端子２７ａ、２７ｂは、バスバーケース２０に形成されたコネクタ部２８よりバスバーケース２０の外部に引き出されており、このコネクタ部２８においてバッテリ１に接続された配線と接続される。
【００４６】
上記したネジ２３は、このアース接続部２７ｃにおいてバスバーケース２０とベース２２とをネジ締め固定し、アース接続部２７ｃとベース２２とをアース接続している。
【００４７】
このように、本実施形態における放電灯装置では、同一のケース（カバー部材２１及びベース２２）によって高電圧パルス発生回路７及びインバータ回路６とを収容している。なお、カバー２１及びベース２２は、これらに収納される回路機能部を放射ノイズから保護すべく、金属で構成されている。
【００４８】
図４にインバータ回路６の詳細を示し、インバータ回路６について説明する。
【００４９】
インバータ回路６は、上述したように４つのＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｄによって構成されたＨブリッジ回路６１を備えている。また、インバータ回路６は、ＭＯＳトランジスタ６１ａ、６１ｂの制御信号を出力するブリッジ駆動回路６２、ＭＯＳトランジスタ６１ｃ、６１ｄの制御信号を出力するブリッジ駆動回路６３、コンデンサ６４０、６４２、６４５、６４８、６４９、６５２、６５５、６５８、６５９、ダイオード６４１、６４６、６５１、６５６、及び抵抗６４３、６４４、６４７、６５３、６５４、６５７を備えている。なお、符号６５、６６は、図示しない共通の電源に接続される電源端子である。
【００５０】
ブリッジ駆動回路６２は、ハイアンドロードライバー回路（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＲｅｃｔｉｆｉｅｒ社製、ＩＲ２１０１）を使用している。このブリッジ駆動回路６２は、共に入力端子を構成するＨｉｎ端子とＬｉｎ端子、共に出力端子を構成するＨｏ端子とＬｏ端子と、負極側基準電位とされるＶＳ端子とＣＯＭ端子、及び所定電源が接続されるＶｃｃ端子とＶＢ端子とを備えている。
【００５１】
このブリッジ駆動回路６２は、２つの駆動回路部を構成するハイサイド側回路６２１とローサイド側回路６２２、及びこれらそれぞれからの信号を受けてオンオフ制御されるＭＯＳトランジスタ６２３〜６２６を有している。上記Ｈｉｎ端子及びＬｉｎ端子はローサイド側回路６２２に接続されるものであり、Ｈｉｎ端子とＬｉｎ端子がそれぞれ、制御回路１０（図１参照）に繋がる端子Ｃと端子Ｅにそれぞれ接続されている。これらの端子Ｃ、Ｅを介してＨブリッジ制御回路４００（図２参照）からの制御信号が入力されると、ローサイド側回路６２２は、この制御信号を波形整形し、その波形整形した信号を直列接続されたＭＯＳトランジスタ６２５、６２６の駆動信号として出力すると共にハイサイド側回路６２１に伝達する。そして、ＭＯＳトランジスタ６２５、６２６の接続点をＬｏ端子（出力端子）として、この端子電位がＭＯＳトランジスタ６１ｂのオンオフの制御信号として出力されるようになっている。
【００５２】
一方、ハイサイド側回路６２１は、ローサイド側回路６２２からの伝達信号を受けて直列接続されたＭＯＳトランジスタ６２３、６２４の駆動信号を出力する。そして、ＭＯＳトランジスタ６２３、６２４の接続点をＨｏ端子（出力端子）として、この端子電位がＭＯＳトランジスタ６１ａのオンオフの制御信号として出力されるようになっている。
【００５３】
ブリッジ駆動回路６３の構成は、ブリッジ回路６２と全く同じであるが、ローサイド側回路６３２のＨｉｎ端子と端子Ｅ、Ｌｉｎ端子と端子Ｃとが接続されるようになっており、これらの接続がブリッジ回路６２とは逆となっている。このため、ローサイド側回路６２２とハイサイド側回路６３１とが同様の信号を出力し、ハイサイド側回路６２１とローサイド側回路６３２とが同様の信号を出力するようになっている。
【００５４】
ここに示した４つの駆動回路部（ハイサイド側回路６２１、６３１及びローサイド側回路６２２、６３２、及びＭＯＳトランジスタ６２３〜６２６、６３３〜６３６）は、これらに含まれたロー側のＭＯＳトランジスタ６２４、６２６、６３４、６３６のソースが接続された配線を負極側基準電位とし、各出力端子と各負極側基準電位との電位差に基づいてＨブリッジ回路６１の各ＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｄを駆動するようになっている。本ブリッジ駆動回路６２、６３では、ＶＳ端子がハイサイド側回路６２１、６３１の負極側基準電位とされ、ＣＯＭ端子がローサイド側回路６２２、６３２の負極側基準電位とされる。
【００５５】
なお、ＭＯＳトランジスタ６１ｂがオン時に、ダイオード６４１、コンデンサ６４２、抵抗６４４、ＭＯＳトランジスタ６１ｂ、抵抗８を介して、ブートストラップコンデンサ６４２の充電電流が流れ、ブートストラップコンデンサ６４２が充電されるようになっている。このコンデンサ６４２に充電された電荷がハイサイド側回路６２１の電源として使われる。
【００５６】
また、インバータ回路６は、抵抗６４３、６４７、６５３、６５７とコンデンサ６４５、６４８、６５５、６５８を備えている。抵抗６４３、６４７、６５３、６５７はそれぞれ、ブリッジ駆動回路６２、６３のＨｏ端子及びＬｏ端子と各ＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｄとの間に配置されており、これらの抵抗を介してハイサイド側回路６２１、６３１及びローサイド側回路６２２、６３２の制御信号がＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｄに出力されるようになっている。
【００５７】
また、各コンデンサ６４５、６４８、６５５、６５８は、直列接続された各ＭＯＳトランジスタ６２３〜６２６、６３３〜６３６のロー側のＭＯＳトランジスタ６２４、６２６、６３４、６３６のソースとドレインとの間に接続されている。これらのコンデンサと抵抗６４３、６４７、６５３、６５７とによって積分回路が構成されている。このような回路構成により、コンデンサ６４５、６４８、６５５、６５８がサージ吸収用としての保護コンデンサの役割を果たすようになっている。
【００５８】
さらに、Ｈブリッジ回路６１の中点電位点Ｘ、Ｙ（すなわちＭＯＳトランジスタ６１ａとＭＯＳトランジスタ６１ｂとの接続点、及びＭＯＳトランジスタ６１ｃとＭＯＳトランジスタ６１ｄとの接続点）と各ブリッジ駆動回路６２、６３のＶＳ端子との間が抵抗６４４、６５４を介して接続されている。そして、各ブリッジ駆動回路６２、６３のＶＳ端子とＣＯＭ端子との間がコンデンサ６４９、６５９を介して接続されている。これにより、抵抗６４４、６５４とコンデンサ６４９、６５９にて積分回路が構成されている。このような回路構成により、コンデンサ６４９、６５９がサージ吸収用としての保護コンデンサの役割を果たすようになっている。
【００５９】
このように構成されたインバータ回路６は、端子Ｃ、Ｅを介して送られるＨブリッジ制御回路４００からの制御信号に基づいて、ハイサイド側回路６２１、６３１及びローサイド側回路６２２、６３２にて制御信号を出力させ、ＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｄを対角線の関係で交互にオンオフさせる。
【００６０】
次に、このように構成されたインバータ回路６において、ランプ２の点灯開始のための高電圧パルス時に発生するサージ電流による影響について説明する。
【００６１】
点灯スイッチ３がオンすると、各部回路が作動しコンデンサ７５が充電を開始する。この後サイリスタ７６がオンになると、コンデンサ７５がトランス７１の１次側巻線７１ａを介して放電する。この時、２次巻線７１ｂの両端に高電圧パルスが発生し、この高電圧パルスがランプ２に印加される。これにより、ランプ２の電極間で絶縁破壊（火花放電）し、ランプ２が点灯する。
【００６２】
この点灯前において、高電圧パルス発生回路とインバータ回路が近接した状態になっていることから、高電圧部分とその他の電位部との間に分布容量ができており、さらにランプ２への電気配線Ｌ１とこの電気配線Ｌ１を覆っているアースシールドとの間にも分布容量ができた状態になっている。そして、これらの分布容量に充電された電荷が、高電圧パルスによるランプ２の絶縁破壊によってランプ２を介して放電される。
【００６３】
この分布容量の放電電流はサージ電流として、ランプ２と電気配線Ｌ２を介してＨブリッジ回路６１に流入する。このサージ電流は数十ＭＨｚの減衰振動波形で、ピーク電流値はランプ２の絶縁破壊電圧および上記分布容量によって変わるが数十〜２００Ａ程度の電流である。このサージ電流は回路機能部の何れかの箇所を通りアースに抜ける経路で流れる。このときサージ電流がアースに抜ける経路には何らかのインピーダンスが存在しているため、そのインピーダンスによる電圧降下によってサージ電流経路にサージ電圧が発生する。このように発生するサージ電流は高周波電流であるため、サージ電流経路を特定することは難しく、実際には至る所にサージ電流は分流して流れる。例えば、電気配線Ｌ２→Ｈブリッジ回路６１の各ＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｄ→ブリッジ駆動回路６２の順の経路で電流が流れる。
【００６４】
なお、Ｈブリッジ回路にコンデンサ６１ｅ、６１ｆを設けることによって、サージ電流の多くが高電圧パルス発生回路７及び分布容量に戻るようにし、サージ電圧の発生を抑制しているが、サージ電圧をすべて抑制することができない。すなわち、サージ電流がコンデンサ６１ｅ、６１ｆを通じて戻るときに、コンデンサ６１ｅ、６１ｆの両端にはサージ電流による充放電によりサージ電圧が発生する。例えば、ランプ２を点灯させるために高電圧パルス発生時にランプ２に４００Ｖ程度の電圧を印加することになり、このときにＨブリッジ回路６１がＭＯＳトランジスタ６１ａ、６１ｄがオン、ＭＯＳトランジスタ６１ｂ、６１ｃがオフに制御されることから、コンデンサ６１ｅの両端に４００Ｖの電圧が印加された状態でサージ電流が発生することになる。このため、コンデンサ６１ｅの両端で発生するサージ電圧は、４００Ｖを基準にプラスマイナスに振動する電圧となる。そして、このサージ電圧がＨブリッジ中点電位点Ｘに印加され、ＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｄを介して各ブリッジ駆動回路６２、６３のＨｏ端子やＬｏ端子にサージ電流が流れ込んだり、ＶＳ端子にサージ電流が流れ込んだりする。
【００６５】
また、高電圧パルス発生時にトランス７１から漏洩磁束が出て、この漏洩磁束が他の回路に鎖交すると、鎖交した回路でサージ電圧が誘起される。例えば、ＭＯＳトランジスタ６１ｂのゲート駆動回路は、ＭＯＳトランジスタ６１ｂのゲート−ソース、抵抗８、ＭＯＳトランジスタ６２６のソース−ドレイン、抵抗６４７を介したループ回路が形成され、このループに上記漏洩磁束が鎖交するループ内でサージ電圧が誘起される。この誘起された電圧は、例えばＭＯＳトランジスタ６１ｂのゲート−ソース間にサージ電圧となって印加される。
【００６６】
これに対して、本実施形態では、Ｈブリッジ回路６１のＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｂの各ゲート端子とＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｄを駆動するブリッジ駆動回路６２、６３の各出力端子とが抵抗６４３、６４７、６５３、６５７を介して接続されているため、これらによってＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｄを介してブリッジ駆動回路６２、６３のＨｏ端子及びＬｏ端子に流れ込むサージ電流を押さえることができる。また、Ｈブリッジ回路６１の中点電位点Ｘ、Ｙとブリッジ駆動回路６２、６３のＶＳ端子との間が抵抗６４４、６５４を介して接続されているため、これらによってブリッジ駆動回路６２、６３のＶＳ端子に流れ込むサージ電流を押さえることができる。
【００６７】
さらに、本実施形態では、ブリッジ駆動回路６２、６３の出力部を成すＭＯＳトランジスタ６２４、６２６、６３４、６３６の各ドレインとソース間にコンデンサ６４５、６４８、６５５、６５８を接続している。これにより、ＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｄのゲート端子とＭＯＳトランジスタを駆動する駆動回路を接続する配線にサージ電流が流れた場合に、抵抗６４３、６４７、６５３、６５７とコンデンサ６４５、６４８、６５５、６５８による積分回路がローパスフィルタとして働き、高周波電流を吸収し、これら各コンデンサの両端に発生するサージ電圧を押さえることができる。
【００６８】
つまり、ＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｄのゲートとソース間に発生するサージ電圧が素子の耐電圧（３０Ｖ）以下に収まるように各抵抗６４３、６４７、６５３、６５７の抵抗値及びコンデンサ６４５、６４８、６５５、６５８の容量を設定している。この設定値は、上記分布容量の大きさとランプ２の絶縁破壊時に発生する電圧（ブレークダウン電圧）、及び回路機能部の配線パターンや実装構造などによって決定される。実験によれば、各抵抗６４３、６４７、６５３、６５７の抵抗値Ｒとコンデンサ６４５、６４８、６５５、６５８の容量Ｃについて、時定数（Ｃ×Ｒ）を０．２マイクロ秒以上にすればサージ電圧を素子の耐電圧以下に押さえることができた。
【００６９】
また、同様に、各ブリッジ駆動回路６２、６３のＶＳ端子とＣＯＭ端子との間にコンデンサ６４９、６５９を接続している。これにより、Ｈブリッジ回路６１の中点電位点Ｘ、Ｙと各ブリッジ駆動回路６２、６３のＶＳ端子との間を結ぶ配線にサージ電流が流れた場合に、抵抗６４４、６５４とコンデンサ６４９、６５９による積分回路がローパスフィルタとして働き、高周波電流を吸収し、これらコンデンサの両端に発生するサージ電圧を減衰させることができる。
【００７０】
つまり、ＶＳ端子及びＣＯＭ端子の間に発生するサージ電圧が、これらの間の耐圧以下に収まるように各抵抗６４４、６５４の抵抗値及びコンデンサ６４９、６５９の容量を設定している。この設定値も、上記分布容量の大きさとランプ２の絶縁破壊時に発生する電圧（ブレークダウン電圧）、及び回路機能部の配線パターンや実装構造などによって決定される。実験によれば、各抵抗６４４、６５４の抵抗値Ｒとコンデンサ６４９、６５９の容量Ｃについて、時定数（Ｃ×Ｒ）を０．０１マイクロ秒以上にすればサージ電圧をＶＳ端子及びＣＯＭ端子の間の耐電圧以下に押さえることができた。
【００７１】
さらに、本実施形態においては、抵抗６４３、６４７、６５３、６５７とＨブリッジ回路６１のＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｄのゲートとソース間の容量（ＭＯＳ容量）とによって積分回路からなるローパスフィルタが構成される。このため、この積分回路においても上記と同様に、サージ電圧がＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｄの耐電圧以下となるようにすればよい。実験によると、抵抗６４３、６４７、６５３、６５７とＨブリッジ回路６１のＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｄのゲートとソース間の容量における時定数を０．２マイクロ秒以上にすればサージ電圧を素子の耐電圧以下に押さえることができた。
【００７２】
なお、本実施形態のように抵抗６４３、６４７、６５３、６５７やコンデンサ６４５、６４８、６５５、６５８を設けていない場合においては、弱い箇所、すなわちＭＯＳ構造の半導体デバイス（６２３〜６２６、６３３〜６３６、６１ａ〜６１ｄ）が破壊された。この破壊は、Ｈブリッジ回路６１のＭＯＳトランジスタのゲート端子とＭＯＳトランジスタを駆動する駆動回路を接続する配線に上記サージ電流が流れ、これにより発生したサージ電圧が素子の耐電圧を超えるためである。
【００７３】
つまり、上記した抵抗６４３等やコンデンサ６４５等が備えられていないために、サージ電流が流れるとＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｄのゲートとソース間（ＭＯＳトランジスタ６２４、６２６、６３４、６３６のドレインとソース間）に素子の耐電圧を超える大きな電位差を発生させるのである。
【００７４】
ＭＯＳ構造の半導体デバイスにおいて、ゲート部の耐電圧はゲート酸化膜の膜厚によって決まる。このゲート酸化膜厚は、通常、数百〜１０００Åの厚さである。そして、ゲート酸化膜の耐電圧は膜厚に比例しており、１０００Åの厚さでの理論値は約８０Ｖとなっている。しかしながら、実際には酸化膜の欠陥等によって耐電圧にバラツキが生じるため弱い箇所が生じ、このような弱い箇所が破壊に至る。
【００７５】
半導体メーカでは検査にて所定の耐電圧以下の素子をリジェクトしているため、ゲート酸化膜厚が１０００Åの場合、殆どのものは８０Ｖ程度の耐圧となっているが、数多い中には耐電圧が低いものが存在し、このような素子が破壊に至る。
（他の実施形態）
▲１▼上記実施形態において、コンデンサ６４５、６４８、６５５、６５８は必ずしも全て必要ではない。例えば、ＭＯＳトランジスタ６１ａ、６１ｄがオン、ＭＯＳトランジスタ６１ｂ、６１ｃがオフの状態のときに必ず高電圧パルスを発生させるように制御すれば、サージ電流の経路が限定されるため、例えば、コンデンサ６４８と６５５があればよい。
【００７６】
また、部品配置、配線パターン等でもサージ電流の流れる経路は決まるため、部品配置、配線パターンの工夫により、コンデンサは１個にすることも可能である。
【００７７】
さらに、上記実施形態では、抵抗６４３、６４７、６５３、６５７と共にコンデンサ６４５、６４８、６５５、６５８を設けているが、Ｈブリッジ回路６１のＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｄの破壊防止という観点で言えば、抵抗６４３、６４７、６５３、６５７のみにしてもよい。
【００７８】
▲２▼上記実施形態では、各ブリッジ駆動回路６２、６３の耐圧保護のために、抵抗６４４、６５４及びコンデンサ６４９、６５９を設けているが、ランプ２の始動時におけるＨブリッジ回路６１の制御状態を予め決定しておけば、ブリッジ駆動回路６２、６３のいずれか一方のみを保護すればよく、抵抗及びコンデンサを１つずつにすることができる。
【００７９】
すなわち、ランプ２の始動時にＭＯＳトランジスタ６１ａ、６１ｄをオン、ＭＯＳトランジスタ６１ｂ、６１ｃをオフするように制御する場合には、Ｈブリッジ駆動回路６１の中点電位点Ｙはほぼアース電位になるため、サージ電圧が発生しても問題となるレベルではない。このため、この場合には、抵抗６４４及びコンデンサ６４９のみにし、抵抗６５４及びコンデンサ６５９をなくしても良い。
【００８０】
逆に、ＭＯＳトランジスタ６１ａ、６１ｄをオフ、ＭＯＳトランジスタ６１ｂ、６１ｃをオンにする場合には、抵抗６５４及びコンデンサ６５９のみを設けることになる。
【００８１】
なお、ランプ２の始動のための高電圧パルス発生時におけるＨブリッジ回路６１の制御状態が確定していない場合には、いずれのブリッジ駆動回路６２、６３をも保護できるように、抵抗６４４、６５４及びコンデンサ６４９、６５９をすべて設けると良い。
【００８２】
▲３▼また、ブリッジ駆動回路６２、６３には、ハイアンドロードライバー回路（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＲｅｃｔｉｆｉｅｒ社製、ＩＲ２１０１）を使用しているが、これに限定されるものではなく、Ｈブリッジの駆動回路であれば他のものでも適用できる。例えば、ＭＯＳトランジスタ６２３〜６２６、６３３〜６３６を２つ直列接続させたものではなく、その一方を抵抗やコイルにしたものであってもよい。
【００８３】
▲４▼また、Ｈブリッジ回路６１のスイッチ素子（６１ａ〜６１ｄ）は、ＩＧＢＴ素子でも適用できる。
【００８４】
▲５▼高電圧パルス発生回路７は、図１、図４に示す回路に限定されるものではなく、始動用高電圧パルスが発生できる回路であればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す放電灯装置の全体構成図である。
【図２】図１中の制御回路１０を示すブロック構成図である。
【図３】図１に示す放電灯装置の組付け構成を示す図である。
【図４】図１の放電灯装置におけるインバータ回路６の詳細を示す図である。
【符号の説明】
１…車載バッテリ、２…ランプ、４…ＤＣ−ＤＣコンバータ、
６…インバータ回路、７…始動回路、６１…Ｈブリッジ回路、
４００…Ｈブリッジ制御回路、５００…高電圧発生制御回路、
６４３、６４４、６４７、６５３、６５４、６５７…抵抗、
６４５、６４８、６４９、６５５、６５８、６５９…コンデンサ。

Claims

ＭＯＳ構造を有する４つの半導体スイッチング素子（６１ａ〜６１ｄ）をＨブリッジ状に配置してなるＨブリッジ回路（６１）、及び前記半導体スイッチング素子のゲート端子に接続される出力端子（Ｈｏ端子、Ｌｏ端子）を有し前記半導体スイッチング素子を駆動するブリッジ駆動回路（６２、６３）、を含むインバータ回路（６）と、
放電灯（２）に高電圧パルスを印加させ、該放電灯を点灯開始させる高電圧パルス発生手段（７）とを備え、
前記インバータ回路（６）と前記高電圧パルス発生手段とを同一ケース内に収容するようにした放電灯装置であって、
前記ブリッジ駆動回路は、前記４つの半導体スイッチング素子のそれぞれと対応するように、直接接続された２つのＭＯＳトランジスタ（６２３〜６２６、６３３〜６３６）を４組有しており、これら直列接続された２つのＭＯＳトランジスタの各接続点の電位に基づいて、前記４つの半導体スイッチング素子を駆動するようになっており、
前記ブリッジ駆動回路の出力端子とＨブリッジ回路の半導体スイッチ素子（６１ａ〜６１ｄ）のゲート端子とが第１抵抗（６４３、６４７、６５３、６５７）を介して接続され、
前記ブリッジ駆動回路の前記直列接続されたＭＯＳトランジスタの４組のうち、少なくとも１組は、直列接続されたうちのロー側のＭＯＳトランジスタ（６２４、６２６、６３４、６３６）のドレインとソースとの間が第１コンデンサ（６４５、６４８、６５５、６５８）を介して接続されており、
前記第１コンデンサの容量Ｃと前記第１抵抗の抵抗値Ｒとで決まる時定数が０．２マイクロ秒以上となるように前記第１コンデンサの容量及び前記第１抵抗の抵抗値が設定されていることを特徴とする放電灯装置。
ＭＯＳ構造を有する前記半導体スイッチング素子のＭＯＳ容量Ｃと前記第１抵抗の抵抗値Ｒで決まる時定数が０．２マイクロ秒以上となるように前記ＭＯＳ容量及び前記第１抵抗の抵抗値が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の放電灯装置。
前記４つの駆動回路部のうちの２つは負極側基準電位となる端子（ＶＳ端子）に前記Ｈブリッジ回路の中点電位点（Ｘ、Ｙ）が接続され、他の２つは負極側基準電位となる端子（ＣＯＭ端子）に接地電位点が接続されており、
前記４つの駆動回路部は、前記出力端子と該各駆動回路部の負極側基準電位との電位差に基づいて前記４つの半導体スイッチング素子のそれぞれを駆動するようになっており、
前記負極側基準電圧となる端子が前記Ｈブリッジ回路の中点電位点と接続された前記２つのブリッジ駆動回路のうち少なくとも一方において、該Ｈブリッジ回路の中点電位点と該負極側基準電位となる端子とが第２抵抗（６４４、６５４）を介して接続されていると共に、該第２抵抗及び該負極側基準電位となる端子の間と接地電位点とが第２コンデンサ（６４９、６５９）を介して接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の放電灯装置。
前記第２抵抗の抵抗値Ｒと前記第２コンデンサの容量Ｃとによって決まる時定数が０．０１マイクロ秒以上となるように、前記第２抵抗の抵抗値及び前記第２コンデンサの容量とが設定されていることを特徴とする請求項３に記載の放電灯装置。