JP3963198B2 - 放電灯用点灯装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放電灯の点灯装置に関し、例えば、車輌のヘッドランプを点灯させる点灯装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3は車輌のヘッドランプを点灯させる点灯装置の回路ブロックを示す。
この点灯装置は、バッテリ−11の直流電圧V1を昇圧する直流昇圧回路12、昇圧された直流電圧V2を交流電圧V3に変換する直流交流インバ−タ回路13、放電灯15を放電起動させる起動パルス発生回路14とより構成されている。
【0003】
また、直流交流インバ−タ回路13はHブリッジ型インバ−タとして形成されており、このインバ−タ回路13がブ−トストラップ構成のドライブ回路16によって駆動されるようになっている。
【0004】
なお、ドライブ回路16としては、パルストランス方式やコンデンサのチャ−ジ電圧を利用するブ−トストラップ方式などが考えられるが、部品点数の削減や小形化などの面でブ−トストラップ方式が有利である。
【0005】
このことから、設計時間を大幅に短縮できる上、信頼性の高いブ−トストラップ方式のHブリッジ型インバ−タ駆動用IC(以下、「ハイサイドIC」という)が使用されている。
【0006】
また、ドライブ回路16としてハイサイドICを使用する関係で、このハイサイドICに安定電圧を供給する補助電源回路17が設けられている。
さらに、ア−ス側の給電ライン18には検出抵抗19が接続されており、放電灯15の放電灯電流(ランプ電流)をこの検出抵抗19により検出し、検出信号をフイ−ドバックして出力電力制御を行うようになっている。
【0007】
図4は2つのハイサイドIC−1、IC−2を使用したドライブ回路16の回路例を示す。
なお、ハイサイドICはIR(International Rectifier Co.,Ltd)社製のIR2110が使用してある。
また、図5は直流交流インバ−タ回路13を示し、このインバ−タ回路13はFET−1、FET−2、FET−3、FET−4を使用したHブリッジ型インバ−タとして形成され、この入力端部a、bには昇圧直流電圧V2が印加される。
【0008】
なお、電界効果トランジスタFET−1のゲ−トにはドライブ回路16の出力部F1Gがそのソ−スにはその出力部F1Sが各々接続される。
同様に、電界効果トランジスタFET−2のゲ−トとソ−スにはドライブ回路16の出力部F2G、F2Sが、電界効果トランジスタFET−3のゲ−トとソ−スにはドライブ回路16の出力部F3G、F3Sが、電界効果トランジスタFET−4のゲ−トとソ−スにはドライブ回路16の出力部F4G、F4Sが各々接続される。
【0009】
このように構成されている直流交流インバ−タ回路13は、ドライブ回路16の制御端子Q1に”H”信号(ハイ信号)が入力することにより、FET−1、FET−4が導通し、制御端子Q2に”H”信号(ハイ信号)が入力することにより、FET−2、FET−3が導通し、その出力端部c、dより交流電圧V3を出力する。
【0010】
すなわち、接続端子Q1に”H”信号が入力すると、ハイサイドIC−1のHinが”H”(ハイ電圧)となることから、これに対応するHoutが”H”(ハイ電圧)となり、同様に、ハイサイドIC−2のLinが”H”となることから、それに対応するLoutも”H”となる。
これより、FET−1、FET−4が導通する。なお、制御端子Q2が”L”(ロウ電圧)となるため、FET−2、FET−3が非導通となる。
【0011】
また、制御端子Q2に”H”信号が入力すると、ハイサイドIC−1のLinが”H”となることから、そのLoutが”H”となり、同様に、ハイサイドIC−2のHinが”H”となることから、そのHoutが”H”となる。
これより、FET−2、FET−3が導通する。なお、制御端子Q1が”L”(ロウ電圧)となるため、FET−1、FET−4が非導通となる。
【0012】
一方、図6(A)は制御端子Q1、Q2に入力する制御信号を示し、この制御信号は別途に備えられたパルス発生用発振回路(図示省略)から出力される。図6(B)は出力部F1G、F4Gと出力部F2G、F3Gの出力信号を示す。
また、上記したハイサイドIC−1、IC−2のL側出力(Lout)は給電回路電圧Vcc(以下、単に「Vcc」という)で給電し、また、H側出力(Hout)はVccによって充電したコンデンサの充電電圧を切り離して印加される。
つまり、フロ−テング電源としてこの充電電圧(Vb−vS1)で給電し、Hブリッジ駆動を所定時間ブ−トストラップされるコンデンサ容量により導通状態を保つようになっている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
ドライブ回路16を形成しているハイサイドIC−1、IC−2には、低電圧保護回路が内蔵されているため、H側出力(Vb−Vs1)の値が8.5V以下でこの保護回路が動作し、FET−1、FET−3を非導通とさせ、また、L側出力(Vcc−Vs2)の値が8.5V以下となったときも、この保護回路が動作し、FET−2、FET−4を非導通とさせる。
【0014】
さらに、H側においてVcc〜Vb間に高耐電圧のブ−トストラップダイオ−ドD11、D21を備える関係で、このダイオ−ドD11、D21による電圧降下を1.5V程度とすると、ハイサイドIC−1、IC−2を動作させるためにVccが10V以上必要となる。
【0015】
したがって、電源電圧V1が10V以下となると、ハイサイドIC−1、IC−2が停止する。つまり、直流交流インバ−タ回路13の動作が停止する。
このことから、電源電圧の低電圧維持(V1=Vcc=5V)という車載仕様(バッテリ−〜Vcc間の電圧ドロップをゼロとした場合)を満足させるためには、図3に示すような補助電源回路17が必要となる。
【0016】
なお、この補助電源回路17は、バッテリ−11或いは直流昇圧回路12を直流電源として安定したVccをハイサイドIC−1、IC−2に送る構成となっている。
【0017】
一方、放電灯15の出力が35Wの場合、放電灯電流が定格入力の安定点灯時で約400mAとなる。
また、個々のドライブ回路電流を10mAとすると、放電灯15の点灯によりドライブ回路16には2回路分に相当する20mAの電流が流れる。
【0018】
この結果、図3に示したように、インバ−タ回路電流とドライブ回路電流とを共に検出抵抗19によって検出すると、それらの電流加算値、つまり、420mAを検出することになり、検出値に約5%の誤差が生ずることになる。
【0019】
なお、ドライブ回路電流を少なくすれば、検出誤差も減少するが、ドライブ不足やインバ−タ回路13のFETのスイッチングロスによる効率低下などの問題が生ずるため、個々のドライブ回路電流は5〜10mA程度に定める必要がある。
【0020】
本発明は上記した実情にかんがみ、ドライブ回路を給電するための補助電源回路17を省略して回路構成の簡素化と、装置のロ−コスト化を図る他、放電灯電流の誤差の少ない検出を行うことができる放電灯用点灯装置を提供することを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、本発明は、バッテリ−などの電源電圧を昇圧し、昇圧した直流電圧を交流電圧に変換して放電灯の点灯電圧として出力する放電灯用点灯装置に関する。
【0022】
そして、この発明では、バッテリーなどの電源電圧を昇圧し、昇圧した直流電圧を交流電圧に変換して放電灯の点灯電圧として出力する放電灯用点灯装置において、直流電圧を交流電圧に変換するDC/AC変換手段が、半導体スイッチング素子であるFETを用いたブリッチ型インバータと、前記インバータの高電圧側の2つのFETを、これら高電圧側FET各々のゲートとアース側給電ラインとの間に設け、Vccより充電するコンデンサの充電電荷を放電させるスイッチング素子を含むブートストラップ回路によって制御し、前記インバータの低電圧側の2つのFETを、これら低電圧側FET各々のゲートとアース側給電ラインとの間に設けたスイッチング素子のON、OFFにしたがってVccを与えて制御するドライバー回路とからなり、さらに、前記インバータの低電圧入力部とアース側給電ラインとの間に放電灯電流の検出抵抗を接続し、前記インバータのドライバー回路の動作電流は前記した検出抵抗を通さずにアース側給電ラインに直接流れるようにしたことを特徴とする放電灯用点灯装置を提案する。
【0025】
【作用】
この発明の点灯装置では、ブリッジ型インバータの高電圧側の2つのFETをブートストラップ回路によって制御し、このインバータの低電圧側の2つのFETをスイッチング素子のON、OFFにしたがってVccを与えて制御するドライバー回路となっている。
【0026】
このように構成したドライバー回路は、電源電圧の降下にかかわらずブリッジ型インバータを確実に動作させることができるので、補助電源回路などが不要となる。
【0027】
また、この発明の点灯装置では、ブリッジ型インバータの低電圧入力部とアース側給電ラインとの間に検出抵抗を設けたので、この検出抵抗には放電電流のみが流れ、ドライバー回路の動作電流は流れない。
したがって、放電灯電流がこの検出抵抗によって高い精度で検出され、この検出信号が出力電力の制御信号としてフィードバックされる。
【0029】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態について図面に沿って説明する。
図1は本発明に係る点灯装置の回路ブロック図を示す。
この点灯装置は、インバ−タのドライブ回路20と、検出抵抗19の接続位置を改善したもので、その他は図3に示す従来例と同構成であるから、図3に示す回路、部材と同じものについては同符号を付してその説明を省略する。
【0030】
図示するように、この点灯装置は、ドライブ回路20がバッテリ−11を電源として動作する構成となっており、また、検出抵抗19はインバ−タ回路電流(放電灯電流)のみが流れるア−ス側の給電ライン18に接続してある。
【0031】
なお、Vccは回路抵抗をゼロにすれば、バッテリ−11の電源電圧V1となるから、本実施形態ではVcc=V1の電源電圧がドライブ回路20に印加されると考えて問題がない。
【0032】
図2は直流交流インバ−タ回路13とドライブ回路20とを示す回路図である。
直流交流インバ−タ回路13は従来例同様に、FET−1、FET−2、FET−3、FET−4の電界効果トランジスタからなるHブリッジ型インバ−タとして形成してある。
【0033】
そして、このインバ−タ回路13の低電圧入力部bとア−ス側の給電ライン18との間に検出抵抗19が接続してある。
このように設けた検出抵抗19には、インバ−タ回路13の出力部c、dに接続する放電灯15の放電灯電流Ifのみが通り、この電流IfがGND(ア−ス接地)に流れるため、この検出抵抗19による放電灯電流Ifの検出精度が極めて高くなる。
【0034】
また、このドライブ回路13は高電圧側(以下、単に「H側」という)のFET−1、FET−3をブ−トストラップ回路構成で導通制御し、低電圧側(以下、単に「L側」という)のFET−2、FET−4をVccによってON制御する構成としてある。
【0035】
すなわち、H側のFET−1はそのゲ−ト〜ソ−ス間に抵抗R11とコンデンサC11との直列回路体を接続し、また、コンデンサC11をVccによって充電するダイオ−ドD11を設け、さらに、FET−1のゲ−トとア−ス側の給電ライン18との間にスイッチング動作のFET−5を設けたブ−トストラップ回路となっている。
【0036】
FET−3についても同様に、抵抗R21、コンデンサC21、ダイオ−ドD21、FET−6とより形成したブ−トストラップ回路が設けてある。
【0037】
L側のFET−2はそのゲ−トとア−ス側の給電ライン18との間にスイッチング動作のFET−7を接続し、このFET−7のOFFによってFET−2のゲ−トにVccが抵抗R12を介して加わり、FET−2が導通する構成となっている。
【0038】
FET−4についても同様に、ゲ−トとア−ス側の給電ライン18との間にFET−8を接続し、このFET−8のOFFによってFET−4のゲ−トにVccが抵抗R21を介して加わり、FET−4が導通する構成となっている。
【0039】
また、スイッチング動作のFET−5、FET−8は制御端子Q1に”H”信号が入力することによりONし、FET−6、FET−7は制御端子Q2に”H”信号が入力することによりONする回路構成としてある。
【0040】
上記のように構成したインバ−タ回路13とドライブ回路20は制御端子Q1、Q2に制御信号を入力させて動作させる。
なお、制御信号は従来例で説明した図6(A)に示すようなパルス信号である。
【0041】
制御端子Q1に”H”信号が入力すると、FET−5、FET−8がONすることから、FET−1、FET−4が非導通となる。
このとき、コンデンサC11の充電々荷が抵抗R11とFET−5を通って放電する。
【0042】
また、この時点では制御端子Q2には”L”信号が入力するため、FET−6、FET−7がOFFとなる。
これより、コンデンサC21がダイオ−ドD21を介してVccによって充電されることから、このコンデンサC21の充電々圧をゲ−トに受けるFET−3が導通する。
また、FET−7のOFFによってFET−2のゲ−トにVccが加わるため、このFET−2が導通する。
【0043】
この動作で、給電回路電流が、FET−3、放電灯15、FET−2、検出抵抗19を通ってGNDに流れ、出力端c、dより出力される交流電圧V3によって放電灯15が点灯する。
【0044】
続いて、制御端子Q1に”L”信号が入力すると、FET−5、FET−8がOFFとなるため、コンデンサC11がダイオ−ドD11を介してVccによって充電され、コンデンサC11の充電々圧にしたがってFET−1が導通する。
また、FET−8のOFFによってFET−4のゲ−トにVccが加わり、FET−4が導通する。
【0045】
この時点では、制御端子Q2に”H”信号が入力するから、FET−6、FET−7がONし、FET−3、FET−2が非導通となる。
また、コンデンサC21の充電々荷が抵抗21、FET−6を通って放電する。
【0046】
この動作で給電回路電流が、FET−1、放電灯15、FET−4、検出抵抗19を通りGNDに流れる。
以後は、制御端子Q1、Q2に入力する制御信号にしたがってインバ−タ回路13が動作し、出力端c、dから出力される交流電圧にしたがって放電灯15が点灯を続ける。
【0047】
以上、一実施形態について説明したが、FET−5、FET−6はインバ−タ回路13とドライブ回路20とのインタ−フェ−ス素子となっている。
一般にH側のFET−1、FET−3を駆動する場合、インバ−タ発振制御部とゲ−トドライブ部との間に電位差が生ずるので、このようなインタ−フェ−ス素子が必要となる。
【0048】
なお、FET−5、FET−6はトランジスタに置き換えることができる。
このインタ−フェ−ス素子は直流昇圧電圧V2の最大値とVccの加算電圧以上の耐電圧が必要である。
一般にこの種の放電灯用点灯装置では、直流昇圧電圧が400V程度必要となるので、耐電圧500〜600Vクラスのインタ−フェ−ス素子を用いる。
【0049】
また、L側のFET−2、FET−4を駆動させる場合は、インタ−フェ−ス素子を挿入させずにそのままインバ−タ発振制御部の信号、つまり、ロジックレベルで制御することが可能であるが、ただ、L側のFET−2、FET−4をロジックレベル(5V程度)で駆動させると、FETのドレイン最大電流がゲ−ト電圧に依存している関係で、常にFETのON抵抗が大きい状態で駆動することになる。
【0050】
このため、FET自体の損失が増え、FETが発熱し、点灯装置の効率低下、発熱の原因となる。
この問題は高温の周囲環境において特に顕著に表われるため、温度条件の厳しい車輌に搭載する点灯装置として使用する場合には大きな問題となる。
【0051】
したがって、L側のFET−2、FET−4についてもインタ−フェ−ス素子としてFET−7、FET−8を設けて、これらFET−2、FET−4をVccで駆動する構成としてある。
【0052】
この構成により、ドライブ回路20を動作させるに充分な電圧を供給することができ、L側のFET−2、FET−4による損失を極力抑えることができる。
なお、FET−7、FET−8については高耐電圧のものを必要としないので、小信号レベルのもので充分である。
【0053】
上記の説明のように、本実施形態の点灯装置は、インバ−タ回路13を流れる電流の電流路に検出抵抗19を設け、ドライブ回路20のFET−5、FET−6、FET−7、FET−8の電流路とは別回路に検出抵抗19を設けたので、Vccが変動しても検出抵抗19の検出値に影響がなく、安定した出力電力制御を行うことができる。
【0054】
また、ドライブ回路20は、H側のFET−1、FET−3をブ−トストラップ構成でゲ−ト制御し、L側のFET−2、FET−4はVccによって直接にゲ−ト制御する構成としたので、Vccが、例えば、5V程度まで降下してもインバ−タ回路13を支障なく駆動することができる。
この結果、従来例に備えているような補助電源回路を必要としないことから、回路構成の簡素化と装置のロ−コスト化に有利となる。
【0055】
【発明の効果】
上記した通り、本発明によれば、ドライブ回路の補助電源回路を必要としないなど、回路構成の簡素化と装置のロ−コスト化に有利な点灯装置を提供し得る他、放電灯電流を誤差なく検出して出力電力を高精度に制御することができる点灯装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す点灯装置の回路ブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態として示したHブリッジ型インバ−タとドライブ回路とを示す図である。
【図3】従来の点灯装置を示す回路ブロック図である。
【図4】従来のドライブ回路を示す図である。
【図5】従来のHブリッジ型インバ−タを示す図である。
【図6】従来のドライブ回路の制御信号と出力信号とを示す波形図である。
【符号の説明】
11 バッテリ−
12 直流昇圧回路
13 直流交流インバ−タ回路
14 起動パルス発生回路
15 放電灯
20 ドライブ回路

Claims (1)

  1. バッテリーなどの電源電圧を昇圧し、昇圧した直流電圧を交流電圧に変換して放電灯の点灯電圧として出力する放電灯用点灯装置において、
    直流電圧を交流電圧に変換するDC/AC変換手段が、
    半導体スイッチング素子であるFETを用いたブリッチ型インバータと、
    前記インバータの高電圧側の2つのFETを、これら高電圧側FET各々のゲートとアース側給電ラインとの間に設け、Vccより充電するコンデンサの充電電荷を放電させるスイッチング素子を含むブートストラップ回路によって制御し、
    前記インバータの低電圧側の2つのFETを、これら低電圧側FET各々のゲートとアース側給電ラインとの間に設けたスイッチング素子のON、OFFにしたがってVccを与えて制御するドライバー回路とからなり
    さらに、前記インバータの低電圧入力部とアース側給電ラインとの間に放電灯電流の検出抵抗を接続し、
    前記インバータのドライバー回路の動作電流は前記した検出抵抗を通さずにアース側給電ラインに直接流れるようにしたことを特徴とする放電灯用点灯装置。
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