JP4218439B2 - 高電圧パルス発生装置及び放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高電圧パルス発生装置とこれを用いた放電灯点灯装置に関するものであり、例えば、プロジェクタのＨＩＤランプ点灯に利用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平１０−２４１８７７号公報
【０００３】
図５は高電圧パルス発生装置を備える放電灯点灯装置の回路図である。直流電源Ｅの正極にはスイッチング素子Ｑ１の一端が接続されている。直流電源Ｅの負極にはコンデンサＣ１の負極が接続されている。コンデンサＣ１の正極とスイッチング素子Ｑ１の他端の間にはインダクタＬ１が接続されている。スイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１の接続点にはダイオードＤ１のカソードが接続されており、ダイオードＤ１のアノードは直流電源Ｅの負極に接続されている。以上のスイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１、ダイオードＤ１及びコンデンサＣ１により降圧チョッパ回路を構成している。降圧チョッパ回路の動作については周知であるので詳しい説明は省略するが、スイッチング素子Ｑ１が所定のパルス幅でオン、オフ動作することにより、直流電源Ｅを降圧した直流電圧がコンデンサＣ１に充電される。
【０００４】
コンデンサＣ１の両端には、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の直列回路と、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の直列回路が並列接続されている。各スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５にはそれぞれダイオードＤ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５が逆並列に接続されている。スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の接続点とスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の接続点の間には、インダクタＬ２とコンデンサＣ２の直列回路が接続されており、コンデンサＣ２の両端には、パルストランスＰＴの２次巻線を介して高圧放電灯ＤＬが接続されている。
【０００５】
パルストランスＰＴの１次巻線には放電ギャップＧを介してコンデンサＣ４が接続されている。コンデンサＣ４にはダイオードＤ６を介してパルストランスＴ１の２次巻線が接続されている。パルストランスＴ１の１次巻線には電圧応答素子Ｑ６を介してコンデンサＣ３が接続されている。コンデンサＣ３は抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１に接続されている。
【０００６】
スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５は、対角方向に配置されたスイッチング素子Ｑ２，Ｑ５がオン状態でスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４がオフ状態である第１の状態と、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ５がオフ状態でスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４がオン状態である第２の状態とが交互に切り替わるように制御される。高圧放電灯ＤＬの始動時にはコンデンサＣ１の充電電圧は、直流電源Ｅの電圧に近い無負荷電圧となっている。この無負荷電圧により抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ３が充電され、電圧応答素子Ｑ６が導通することによりパルストランスＴ１の１次巻線にパルス状の電流が流れて、パルストランスＴ１の２次巻線に高電圧パルスが発生する。これによりダイオードＤ６を介してコンデンサＣ４が充電され、パルス発生のたびにコンデンサＣ４の電圧は上昇して行く。コンデンサＣ４の充電電圧が放電ギャップＧの放電可能電圧に達すると、放電ギャップＧを介してコンデンサＣ４の電荷がパルストランスＰＴの１次巻線に放電される。これによりパルストランスＰＴの２次巻線には２段昇圧された高電圧パルスが発生する。この高電圧パルスがコンデンサＣ２を介して高圧放電灯ＤＬの両端に印加され、高圧放電灯ＤＬの絶縁が破壊されて、放電を開始する。高圧放電灯ＤＬが放電を開始した後は、ランプ電圧が急激に低下するので、コンデンサＣ１の電圧は低下し、電圧応答素子Ｑ６が導通しなくなるので、高電圧パルスの発生は停止する。
【０００７】
なお、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ５としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴが用いられるが、これに限定されるものではない。また、スイッチング素子Ｑ６としてはダイアック、ＳＢＳなどの２端子サイリスタが用いられるが、これに限定されるものではない。
【０００８】
図４は上記放電灯点灯装置に用いられている高電圧パルス発生装置の構成を示す回路図である。図中の破線で囲まれた部分が図３で示す絶縁ケース１に収納されている。
【０００９】
図３（ａ）は従来の高電圧パルス発生装置におけるパルストランスＰＴのコアの配置を示している。同図（ｂ）は絶縁ケース１内のコア２の配置を示す断面図である。図中、１は絶縁ケース、２はパルストランスＰＴのコアである。ここでは、断面が楕円形の棒コアが用いられており、パルストランスＰＴが開磁路仕様のため、高電圧パルス発生時に、矢印に示すような磁束の漏れが生じていた。しかも小型化のため、ケース１の内壁に近い所までコア２の磁路面が来ているレイアウトとなっており、矢印に示すような磁束の漏れが絶縁ケース１の外部の回路に悪影響を及ぼすことがあった。
【００１０】
また、ランプ点灯後、フルブリッジ回路のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５を用いて数十Ｈｚ〜数百Ｈｚ程度で極性反転動作を行い、矩形波の電流がパルストランスＰＴの２次側に流れた際、電流が交番する際にパルストランスＰＴから大きな漏れ磁束が発生してしまい、外部回路が誤作動を起こすような影響を与えていた。
【００１１】
また、パルストランスＰＴに使用しているコア２の材質がマンガン系で固有抵抗の低いものであったため、図２（ａ）に示すように、コア２と巻線Ｎ１，Ｎ２を樹脂ボビン４、絶縁テープ５などで絶縁する必要があった。
【００１２】
なお、上掲の特許文献１では、高電圧パルス発生装置を収納する導電ケースの電位とパルストランスの入力ラインの電位とを同じにするように構成することが提案されているが、この文献に開示された技術は高電圧パルスがリークした場合でもパルストランス近傍のグロー放電のみにとどめ、アーク放電に移行することを防止して安全性を向上させることを狙いとするものであり、漏れ磁束による周辺回路の誤動作に配慮したものではなかった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来のプロジェクタ用のＨＩＤランプの点灯装置における高電圧パルス発生装置においては、パルストランスに使用しているコアの材質はマンガン系で固有抵抗が低いため、コアと巻線を樹脂ボビンなどで絶縁する必要があり、パルストランスの小型化が困難であり、そのため、パルストランスの配置がケースの外壁付近に配置されることが多く、その上、シールドするものがなかったため、磁束の漏れの影響により周辺回路が誤動作するという問題があった。
【００１４】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、高電圧パルス発生装置を小型化するに伴い、パルストランスのコアから周辺回路に漏れ出す磁束の影響により周辺回路が誤動作することを防止することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記の課題を解決するために、図４又は図５に示すように、放電灯ＤＬを始動又は再始動させるための高電圧パルスを発生させる高電圧パルス発生装置であって、少なくともパルス発生のためのエネルギーを蓄積するためのコンデンサＣ４と、前記コンデンサＣ４のエネルギーを昇圧するためのパルストランスＰＴと、前記コンデンサＣ４にパルス発生のためのエネルギーが蓄積された時点で導通して前記パルストランスＰＴの１次巻線Ｎ１に前記コンデンサＣ４の蓄積エネルギーを放出させるスイッチング素子Ｇとを絶縁ケース１内に備え、図１に示すように、金属板を樹脂で一体成形して成る電路板ブロック３により前記コンデンサＣ４とスイッチング素子Ｇ及びパルストランスＰＴを含む絶縁ケース内の部品間の結線を行い、パルストランスＰＴのコア２を前記電路板ブロック３で囲むように配置したことを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は本発明の実施例１の概略構成図であり、絶縁ケース１内の略中央部にパルストランスＰＴのコア２が電路板ブロック３に囲まれるように配置されている様子を示している。同図（ｂ）は絶縁ケース１内のコア２の配置を示す断面図である。図中、１は図４の破線で囲まれた回路を収納する絶縁ケース、２はパルストランスＰＴのコア、３は金属板を樹脂で一体成形した電路板ブロックである。本実施例では、このように、金属板を樹脂で一体成形した電路板ブロック３でパルストランスＰＴのコア２を囲い、これに半田付けして固定することで、他の電子部品との配線を実現し、図４の破線で囲まれた回路を絶縁ケース１内に実装している。
【００１７】
電路板ブロック３は絶縁ケース１内の略中央部に固定する。また、パルストランスＰＴのコア２は軸方向が絶縁ケース１の厚み方向と直交し、且つ、絶縁ケース１の長辺と略平行となるように配置される。これにより、開磁路仕様のパルストランスであっても、磁路面とケース内壁との距離が最大限確保されているので、漏れ磁束がケース外部の回路に悪影響を及ぼす恐れは少なくなる。
【００１８】
このように、コアの磁路面と外部回路との距離を取り、且つ、電路板ブロック３でパルストランスＰＴの周囲を囲むことにより、高電圧パルス発生装置の外部への磁束の漏れを最小限に抑えることができる。なお、ケース１の樹脂内部に導電板をインサート成形しても同様の効果が得られる。
【００１９】
以下、従来例と本発明のパルストランスの断面構造の違いを図２（ａ），（ｂ）により説明する。
図２（ａ）は従来のパルストランスＰＴの断面構造を示している。従来はマンガン系のコアを使用していたため、コアの固有抵抗が低かった。このため、コア２と巻線Ｎ１，Ｎ２を絶縁するために、コア２の周囲に樹脂ボビン４などを配置し、そのうえに２次巻線Ｎ２を巻回し、さらにそのうえに樹脂ボビン（または絶縁テープ）５を配置してから、１次巻線Ｎ１を巻回するという構造になっており、小型化が難しかった。
【００２０】
図２（ｂ）は本実施例のパルストランスＰＴの断面構造を示している。パルストランスＰＴのコア２は楕円柱状の棒コアであり、コア２の材質は従来のマンガン系コアに代えてニッケル系コアを用いることにより、コア２の固有抵抗を大きく上昇させている。コア２の周囲には２次巻線Ｎ２を直接巻回し、そのうえに樹脂ボビン（または絶縁テープ）５を介して１次巻線Ｎ１を巻回するという構造になっている。高電圧パルス発生装置においては、コア２と２次巻線Ｎ２、２次巻線Ｎ２と１次巻線Ｎ１の間の絶縁が重要であるが、本実施例では、コア２そのものの抵抗値が高いため、樹脂ボビン４（図２（ａ）参照）などによるコア２と２次巻線Ｎ２との絶縁が不要となり、コア２の周囲に直接２次巻線Ｎ２を巻回することが可能となっている。このため、小型化しやすい構造となっている。
【００２１】
本発明の高電圧パルス発生装置は、プロジェクタ用のＨＩＤランプ点灯装置に用いることができるほか、車載用の前照灯点灯装置用のイグナイタや、ガス点火装置などの高電圧パルス発生の用途にも利用することができる。
【００２２】
なお、本発明の高電圧パルス発生装置は、図４又は図５では２段昇圧式のものを例示したが、これに限らず、１段昇圧式でも構わない。また、点灯装置の回路構成はフルブリッジ式のものを例示したが、これに限らずハーフブリッジ式、銅鉄式安定器等でも構わない。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、金属板を樹脂で一体成形した電路板ブロックで結線を行い、パルストランスをこの電路板ブロックで囲むように配置したので、パルストランスのコアからの漏れ磁束を電路板ブロックの導電部でシールドすることができ、外部への磁束の漏れを抑えることができる効果がある。
【００２４】
請求項２の発明によれば、パルストランスのコアを高電圧パルス発生装置の略中央部に配置するようにしたことで、外部への磁束の漏れを更に抑えることが出来る。これにより高電圧パルス発生装置を使用した機器の設計時に高電圧パルス発生装置からの磁束の漏れを心配する必要が無くなり、レイアウトの自由度が広がる利点がある。
【００２５】
請求項３の発明によれば、固有抵抗の大きなコア材を使用することで、コアとの絶縁に配慮することなく、コアに直接巻線することが出来るため、パルストランスを小型化できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高電圧パルス発生装置におけるパルストランスのコアの配置を示す説明図である。
【図２】従来例と本発明のパルストランスの断面構造の違いを説明するための説明図である。
【図３】従来の高電圧パルス発生装置におけるパルストランスのコアの配置を示す説明図である。
【図４】従来の高電圧パルス発生装置の回路図である。
【図５】図４の高電圧パルス発生装置を備える放電灯点灯装置の回路図である。
【符号の説明】
１ 絶縁ケース
２ コア
３ 電路板ブロック

Claims (4)

1. 放電灯を始動又は再始動させるための高電圧パルスを発生させる高電圧パルス発生装置であって、少なくともパルス発生のためのエネルギーを蓄積するためのコンデンサと、前記コンデンサのエネルギーを昇圧するためのパルストランスと、前記コンデンサにパルス発生のためのエネルギーが蓄積された時点で導通して前記パルストランスの１次巻線に前記コンデンサの蓄積エネルギーを放出させるスイッチング素子とを絶縁ケース内に備え、金属板を樹脂で一体成形して成る電路板ブロックにより前記コンデンサとスイッチング素子及びパルストランスを含む絶縁ケース内の部品間の結線を行い、パルストランスのコアを前記電路板ブロックで囲むように配置したことを特徴とする高電圧パルス発生装置。
2. パルストランスのコアを絶縁ケースの中央部付近に配置したことを特徴とする請求項１記載の高電圧パルス発生装置。
3. パルストランスのコアを固有抵抗の高いニッケル系コアとし、パルストランスの１次巻線又は２次巻線をコアの表面に直接巻回したことを特徴とする請求項１記載の高電圧パルス発生装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の高電圧パルス発生装置を有する放電灯点灯装置。

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