JP4350810B2 - Discharge lamp device - Google Patents

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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点灯装置に関し、特に車両用前照明灯装置に適用して好適である。
【0002】
【従来の技術】
車両用ランプに高圧放電灯(以下、放電灯という)を用いる場合には、トランスを介して一次側のバッテリー電圧(直流電源電圧)を高圧変換して、二次側に配された放電灯の点灯を行っている。
また、放電灯点灯時においては二次側の放電灯へ所定エネルギー(電力)を供給するように、トランスの一次側を流れる電流を制御している。具体的には、一次電流は、スイッチとなるMOSトランジスタにて導通・遮断が制御され、このMOSトランジスタのオン・オフタイミング(デューティー比)をPWM制御装置によって調整し、これによりトランスの一次側電流を制御している。
【0003】
ここで、トランスとして、MOSトランジスタのオン時間に一次側にエネルギーを蓄えておき、MOSトランジスタのオフ時間に蓄えられたエネルギーを二次側へ供給するようなものを用いる場合には、一次側に所定のエネルギーが蓄積されるまでMOSトランジスタをオンさせておくようなオン・オフタイミングとなるようにPWM制御装置はMOSトランジスタのオン時間を設定するようになっている。
【0004】
すなわち、バッテリー電圧が低下した場合には、バッテリ電圧が十分である場合に比してMOSトランジスタのオン時間が長時間に設定され、これによりフライバックトランスの一次巻線にバッテリ電圧の高低に係わらず、同等のエネルギーが蓄積されるようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、バッテリー電圧が十分な場合とバッテリー電圧が低下した場合における一次側の電流波形をそれぞれ図25(a)、(b)に示す。但し、説明上簡略化するために、ここではトランスの二次側が巻線となっていない場合の波形を示す。
【0006】
図25(a)、(b)に示されるように、MOSトランジスタのオン時間には一次側電流Iが所定の時定数に従って増加していき、所定のエネルギーがフライバックトランスの一次側に蓄積される。その後、この蓄積されたエネルギーがMOSトランジスタのオフ時間にフライバックトランスの二次側に供給される。
このとき、バッテリー電圧が十分にある場合にはMOSトランジスタのオフ時間が長いため、蓄積されたエネルギーがフライバックトランスの二次側へ十分に供給されるが、バッテリー電圧が低下した場合にはMOSトランジスタのオフ時間が短いため、蓄積されたエネルギーの全てがフライバックトランスの二次側に供給される以前にMOSトランジスタのオン時間が来てしまい、十分なエネルギー供給が行えなえないという問題がある。
【0007】
本発明は上記問題に鑑みたもので、直流電源の電圧が低下した場合においても、トランスの二次側へのエネルギー供給を十分に行えるようにすることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。
請求項1乃至4に記載の発明においては、直流電源(1)の電圧および放電灯(2)の点灯前か点灯後かに応じ直流電源(1)から放電灯(2)へ所定電力が供給されるようにデューティー比を設定しており、点灯後において直流電源(1)の電圧が低下した時には該低下前よりもスイッチング周波数を低く設定し、点灯前には直流電源(1)の電圧にかかわらず点灯後よりもスイッチング周波数を低く設定するようになっていることを特徴とする。
【0009】
直流電源(1)の電圧低下に伴ってスイッチング周波数を低くすると、直流電源(1)の電圧が十分にある時だけでなく直流電源(9)の電圧が低下している時においても一次電流が十分大きくなる。このため、直流電源(9)の電圧が低下した場合においてもトランス(29)の一次側に蓄積されるエネルギーの総和(W)を大きくすることができる。
【0010】
また、周波数が低くなっているため、スイッチング手段(31)がオフする時間も長くなり、トランス(29)の二次側へのエネルギー供給が十分に行えるようになる。これにより、直流電源(1)の電圧が低下した場合においても、トランス(29)の二次側へのエネルギー供給を十分に行えるようにすることができる。
【0011】
具体的には、スイッチング周波数の設定は、請求項2に示すように、直流電源(1)の電圧が低くなるほどスイッチング周波数を低くするというようにリニアに行ってもよく、また請求項3に示すように、段階的に行ってもよい。
なお、スイッチング周波数を低下させるには、例えば、鋸歯状波の周波数を低くするようにすればよい。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。なお、本実施形態は本発明の放電灯装置100を車両用前照灯に適用したものである。図1に本実施形態における放電灯装置100の全体構成図、図2に本実施形態における放電灯装置100の制御系のブロック図を示す。
【0013】
1は車両に搭載された直流電源(以下、バッテリという、定格電圧(バッテリ電圧VB)12V)であり、1aは電源端子、1bはアース端子、2は車両前照灯であるメタルハライドランプ等の高圧放電灯(以下、ランプという)である。SWは、車室内に設けられ、使用者の操作により、上記ランプ2の点灯消灯を設定する点灯スイッチである。50は、放電灯装置100に過電流が流れたときに溶断するヒューズである。
【0014】
放電灯装置100は、図1に示すように逆接保護回路3、平滑回路4、フライバックトランス29を有する直流電源回路5、テークオーバー回路6、Hブリッジ回路7aを含むインバータ回路7、始動回路8等の回路機能部を有する。
本実施形態では、図2に示すように上記回路機能部を制御する制御回路として、PWM(パルス幅変調)制御回路9、後述のランプ電圧VLおよびランプ電流ILに基づいて、ランプ電力を所望電力に制御するランプパワー制御回路10、上記Hブリッジ回路7aを制御するHブリッジ制御回路11等を有する。
【0015】
また、本実施形態では、上記制御回路としてその他に、ランプ電圧VLを所定のタイミングでサンプリングおよびホールドするサンプルホールド回路12、ランプ点灯開始時に、上記始動回路8を制御して、ランプ2に高電圧を印加させてランプ2を電極間で絶縁破壊させる高電圧発生制御回路13、放電灯装置100が後述の異常状態となったときに、上記Hブリッジ制御回路11を通じてHブリッジ回路7aを制御するフェイルセーフ回路14と、ランプ2のコネクタ35の外れを検出するコネクタ外れ検出回路15とを有している。
【0016】
さらに、各制御回路9〜15の駆動電力はバッテリ電圧VB等に基づいて行われるが、1次側電圧が過電圧となった際に、この過電圧から各制御回路9〜15を保護するための過電圧保護回路16も放電灯装置100には備えられている。
ここで、先ず、放電灯装置100の点灯動作の概略を説明する。上記点灯スイッチSWがオンされると、フライバックトランス29にてバッテリ電圧VBが昇圧され、これにより、Hブリッジ回路7aを通じて始動回路8のコンデンサ53が充電される。そして、コンデンサ53が充電されると、始動回路8にて充電された電荷が放電されて、トランス47にてさらに高電圧化された電圧がランプ2に印加され、ランプ2が電極間で絶縁破壊し点灯されるようになる。
【0017】
その後、ランプ2が点灯すると、Hブリッジ回路7a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を交流点灯させる。
次に、上記回路機能部および上記制御回路の構成の概略について簡単に説明する。
【0018】
逆接保護回路3は、抵抗17、コンデンサ19、およびMOSトランジスタ21とからなる。逆接保護回路3は、後述する電源端子に負極性の高電圧が発生したときに、MOSトランジスタ21を保護するものである。また、バッテリ1を極性が逆にして車両に取り付けるといった逆接時には、ヒューズ50を溶断しないようにするものである。
【0019】
平滑回路4は、上記電源端子1aに発生する電圧を平滑するものであり、コンデンサ23、25と、コイル27とからなるコンデンサ入力型平滑回路(チョーク入力型平滑回路)である。
直流電源回路5は、一次側と二次側とが共に巻線で構成されたフライバックトランス29を有している。フライバックトランス29は、バッテリ側に配された一次巻線29aと、ランプ2側に配された二次巻線29bを有している。また、フライバックトランス29は、図1に示すように一次巻線29aと二次巻線29bとは電気的に導通可能となっている。直流電源回路5には、上記PWM回路9によりスイッチング制御されるMOSトランジスタ31が設けられている。上記一次巻線29aの一次電流は、このMOSトランジスタ31により制御される。
【0020】
つまり、フライバックトランス29は、MOSトランジスタ31がオンのときには、一次巻線29aに一次電流が流れることで、一次巻線29aにエネルギーが蓄えられるようになっている。そして、フライバックトランス29は、MOSトランジスタ31がオフになると、一次巻線29aのエネルギーを二次巻線29bに供給するようになっている。
【0021】
また、直流電源回路5の二次巻線29bには、整流用のダイオード33と、平滑用コンデンサ35が設けられている。
テークオーバー回路6は、コンデンサ37と抵抗39とからなる。コンデンサ37は、上記点灯スイッチSWがオンされると電荷が充電されるようになっている。テークオーバー回路6は、上記始動回路8によりランプ2を電極間で絶縁破壊させたのち、速やかにアーク放電に移行させるものである。
【0022】
インバータ回路7は、フライバックトランス29の二次巻線29b側に設けられ、バッテリ1からの電力を交流変換することで、ランプ2を交流点灯させるものである。
インバータ回路7を構成するHブリッジ回路7aは、ランプ2の放電電流の向きを交互に反転させるものである。Hブリッジ回路7aは、Hブリッジ状に配置された複数のブリッジ用半導体スイッチング素子をなす4つのMOSトランジスタ41a〜41dを有する。これら4つのMOSトランジスタ41a〜41dは、図中43a、43bにて示すブリッジ駆動回路(本例ではIC素子、以下、IC素子という)によって制御される。
【0023】
ブリッジ制御回路11は、IC素子43a、43bを制御することで、Hブリッジ回路7aのうち対角線上にあるMOSトランジスタ41a、41dがオフ状態であるときは、対角線上にあるMOSトランジスタ41b、41cをオン状態に切換制御し、MOSトランジスタ41b、41cがオン状態であるときは、MOSトランジスタ41aと41dをオフ状態に切換制御する。この結果、ランプ2の放電電流の向きが交互に切り換わる、言い換えるとランプ2の印加電圧(放電電圧)の極性が反転することで、ランプ2は交流点灯する。
【0024】
Hブリッジ回路7aは、ランプ点灯開始時には長い一定周期でMOSトランジスタ41a〜41dをオン・オフさせ、その後は短い一定周期でMOSトランジスタ41a〜41dをオン・オフさせるようになっている。なお、図中45は、Hブリッジ回路7aを点灯始動時に発生する高圧パルスから保護する保護用のコンデンサである。
【0025】
始動回路8は、ランプ2を点灯開始させるものであって、上記Hブリッジ回路7aの中点電位点と、アース端子1bとの間に設置されている。始動回路8は、一次巻線47aと二次巻線47bとからなるトランス47、ダイオード49、51、コンデンサ53、抵抗55、および一方向性半導体素子であるサイリスタ57とからなる。
【0026】
サイリスタ57は、上記点灯スイッチSWがオンされたときには、オフとなっており、これにより、コンデンサ53は充電を開始する。その後、上記高電圧発生制御回路13によりサイリスタ57がオンとされる。この結果、コンデンサ53は放電を開始する。すると、コンデンサ53に蓄えられたエネルギーが、トランス47を通じて高電圧化されることで、ランプ2に高電圧が印加される。この結果、ランプ2は、電極間で絶縁破壊し点灯する。
【0027】
PWM制御回路9は、鋸歯状波に対するスレッショルドレベルを可変にすることで、上記MOSトランジスタ31のオン・オフ時間、つまりデューティー比を制御するものである。
ランプパワー制御回路10は、ランプ電流ILと、上記サンプルホールド回路12によってサンプルホールドされたランプ電圧VLとに基づいて、ランプ電力が所望値となるように制御するものである。なお、ランプ電流ILは、Hブリッジ回路7aに設けられた電流検出用抵抗59にて検出される。
【0028】
本実施形態におけるランプパワー制御回路10によるランプパワー制御は、以下のようなものである。
ランプパワー制御回路10は、ランプ2の点灯開始時にランプ2の電極温度が低いと、ランプ2に立ち消えが生じ易いので、ランプ電力を大きな値(例えば75W)として電極温度を迅速に高め、電極温度が徐々に高くなると、ランプ電力を徐々に低下させていき、ランプ2が安定状態になるとランプ電力を所定値(35W)一定に制御するものである。
【0029】
また、ランプ電圧VLが高電圧(例えば400V)となってランプ2の点灯が開始された直後では、ランプ電圧VLは最も小さくなり、その後ランプ電圧VLは徐々に大きくなる。一方、ランプ電流ILは、ランプ2の点灯が開始された直後には、ランプ電圧VLに反して徐々に小さくなる。
そして、このようなランプパワー制御を行うために、上記PWM制御回路9は、上記ランプパワー制御回路10の指令信号を受けて、上記MOSトランジスタ31のオン・オフのディーティ比を可変することで、ランプ電力を制御する。
【0030】
上記サンプルホールド回路12は、ランプ電圧VLのうち、Hブリッジ回路7aの切換時に発生する後述の過渡電圧をマスクし、上記ランプパワー制御回路10による制御を精度良く行うものである。
上記フェイルセーフ回路14は、放電灯装置100に何らかの異常が生じたときに、上記PWM制御回路9の制御を停止するとともに、Hブリッジ回路7aのMOSトランジスタ41a〜41dの導通を全てオフするものである。
【0031】
なお、上記制御回路9〜15は、全て図示しない集積回路内に設けられている。
〔始動回路8について〕
次に、始動回路8の詳細について説明する。始動回路8は、ランプ2を点灯開始させるものであって、上記Hブリッジ回路7aの中点電位点と、アース端子1bとの間に設置されている。
【0032】
始動回路8の作動について、図3に示すタイムチャートを基に説明する。但し、図3において(a)はランプ2の両端電圧Vlampであり、(b)はコンデンサの充電電圧Vcであり、(c)はサイリスタ57のゲートに出力されるゲート駆動信号であり、(d)は2次巻線47bに発生する高電圧である。
上記点灯スイッチSWがオンされると、Hブリッジ回路7aを構成するMOSトランジスタ41a〜41dのオン・オフが開始される(図3のt1の時点)。MOSトランジスタ41a、41dがオンする時には、ゲート駆動信号はローレベル信号が出力されて、サイリスタ57はオフ状態となる。これにより、コンデンサ53は充電を始める(図3のt2の時点)。このコンデンサ53の充電がMOSトランジスタ41a、41dのオン期間中に十分になされた後、MOSトランジスタ41a、41dがオフして、MOSトランジスタ41b、41cがオンとなる(図3のt3の時点)。
【0033】
そして、サイリスタ57のゲート駆動信号がハイレベル信号に変わるとサイリスタ57がオンして電流が流れ、トランス47の2次巻線47bに高電圧が発生する(図3のt4の時点)。この高電圧がランプ2に印加され、ランプ2の電極間で絶縁破壊し、ランプ2が点灯開始する(図3t5の時点)。
さらに、サイリスタ57に対してダイオード51を並列接続することにより、サイリスタ57オン時にコンデンサ53と一次巻線47aとで、LC共振させている。2次巻線47bからの高電圧によりランプ2の電極間で絶縁破壊するとランプ2の電極間には、火花放電電流が流れ、この火花放電電流は、上記LC共振により減衰振動電流となる。これにより、火花放電電流の持続時間はダイオード51を接続しない場合に比べ、格段に長くすることができる。
【0034】
ランプ2で火花放電電流が流れている間のランプ電圧は、コンデンサ35、及びコンデンサ37の充電電圧より低くなり、この時にHブリッジ回路7aを介してランプ2に流れ込むことにより、ランプ2は点灯を開始する。従って、ダイオード51を接続することにより、火花放電電流の持続時間が長くなり、コンデンサ35、およびコンデンサ37からHブリッジ回路7aを介して確実にランプ2へ点灯開始するに十分な電流を流れ込ませることができ、確実にランプ2を点灯させることができる。すなわちランプ2の点灯性を向上させることができる。
【0035】
また、Hブリッジ回路7aの中点電位点にてコンデンサ53の充電を行っているため、MOSトランジスタ41a〜41dのオン・オフ切換え時にコンデンサの高圧側電位が0Vになる。このため、サイリスタ57を確実にオフさせることができる。つまり、サイリスタ57は1度オンすると、所定の条件(例えば、サイリスタ57のアノード側電位>カソード側電位)を満たすまでオフしないが、このような場合にはコンデンサ53への充電が再び行えなくなる。このため、仮にMOSトランジスタ41a〜41dのオン・オフの1周期目でランプ2が点灯しなかった場合に、その後ランプ2の点灯ができなくなってしまうが、Hブリッジ回路7aの中点電位点によってコンデンサ53の充電を行っているため、これを防止でき、ランプ2を確実に点灯させることができる。
【0036】
さらに、フライバックトランス29の2次側である中点電位点にてコンデンサ53の充電を行っているため、直流電源回路5で高圧変換された電圧によってコンデンサ53の充電が成されることになる。従来では、コンデンサ53の両端電圧を高圧にするためのトランスを直流電源回路5とは別個に設けていたが、このためにのみトランスを設ける必要がない。このように、始動回路8と直流電源回路5とでフライバックトランス29を共用しているためトランスを1つにでき、コスト削減を図ることができる。
【0037】
なお、上記ゲート駆動信号は、MOSトランジスタ41a〜41dの切換えタイミングに同期して高電圧発生制御回路13から出力されるが、高電圧発生制御回路13にはHブリッジ制御回路11からMOS41a〜41dの切換えタイミングを知らせる信号が入力されており、この信号に基づいてゲート駆動信号の出力タイミングが設定されている。
【0038】
また、ランプ2が点灯すると始動回路8を駆動する必要がなくなるため、ゲート駆動信号はローレベル信号が出力される。このランプ点灯は、ランプ電流ILが所定値以上であるか否かによって判定している。すなわち、ランプ2が点灯するとHブリッジ回路7aを介して電流検出用抵抗32にランプ電流ILが流れるため、ランプ電流ILが検出されるとゲート駆動信号をローレベル信号にするようになっている。
【0039】
〔IC素子43a、43bの駆動回路について〕
次に、上記IC素子43a、43bの駆動について説明する。図4にIC素子43a、43bを駆動する回路図を示す。但し、図4は図1中の構成要件を一部削除してある。
IC素子43aは、ハイアンドロードライバー回路(International Rectifier社製、IR2101)を使用している。なお、IC素子43a、43bの構成は全く同じである。
【0040】
IC素子43a、43bの各電源端子Vccは、フライバックトランス29の二次側に接続されている。つまり、フライバックトランス29の二次側には、抵抗95とツェナーダイオード97よりなる第1電源回路96が設けられており、電源端子Vccへの印加電圧は、第1電源回路96により発生された所定電圧V2(15V)となる。
【0041】
また、IC素子43aの高電圧側入力端子Hinと、IC素子43bの低電圧側入力端子Linとが接続されている。そして、これら2つの端子HinとLinには、Hブリッジ制御回路11中の端子11aからのハイレベル信号、もしくはローレベル信号が同じように入力される。さらにIC素子43aの低電圧側入力端子Linと、IC素子43bの高電圧側入力端子Hinとが接続されている。そして、これら2つの端子HinとLinとには、Hブリッジ制御回路11の端子11bからのハイレベル信号、もしくはローレベル信号が同じように入力される。そして、Hブリッジ制御回路11の端子11a、11bは、互いにハイレベル信号とローレベル信号とが反転するようになっている。
【0042】
簡単に作動を説明すると、Hブリッジ制御回路11の端子11aからハイレベル信号が、端子11bからローレベル信号が出力されると、MOSトランジスタ41a、41dがオンとなり、MOSトランジスタ41b、41cがオフとなる。また、Hブリッジ制御回路11の端子11aからローレベル信号が出力され、端子11bからハイレベル信号が出力されると、MOSトランジスタ41b、41cがオンとなり、MOSトランジスタ41a、41dがオフとなる。
【0043】
このように本実施形態では、IC素子43a、43bは、二次巻線29bにて発生する二次電圧(上記ランプ電圧)を利用して、上記Hブリッジ制御回路11にて制御されるようになっている。これにより、バッテリ電圧VBが低下しても、フライバックトランス29の二次側から駆動電圧を得ることで、MOSトランジスタ41a〜41dを安定して駆動制御することができる。
【0044】
ところで、IC素子43a、43bは、トランス29の二次側の電圧の他に、一方向性半導体スイッチング素子であるダイオード99を介して一次側の電圧(バッテリ電圧VB)にて駆動制御可能になっている。このようにした理由は、以下の2つの理由からである。
▲1▼ 上述したランプパワー制御回路10により、ランプ2のランプ電力がランプ2の放電電圧に相当するランプ電圧VL(電圧信号)、およびランプ2の放電電流に相当するランプ電流IL(電流信号)に基づいて、所望値となるようにフィードバック制御が行われる。
【0045】
そして、例えば上記点灯スイッチSWがオンされた直後には、二次巻線29b側には電圧は発生していない。従って、点灯スイッチSWがオンされた直後には、Hブリッジ回路7aは駆動制御できず、最悪の場合制御遅れやフィードバック制御が不安定になる可能性がある。
そこで、本例では、上記点灯スイッチSWがオンされた直後にでも、Hブリッジ回路7aを駆動制御出来ようにするため、バッテリ電圧VBによってIC素子43a、43bを駆動できるようにしている。
【0046】
▲2▼ ランプ電圧VLが上記所定電圧Vr1より低下してしまう後述の異常状態になると、IC素子43a、43bの駆動電源が不足し、Hブリッジ回路7aをオフ(MOSトランジスタ41a〜41dの導通を全て遮断状態、以下これをHブリッジ回路7aをオフという)できない。
そこで、本例ではIC素子43a、43bは、上記異常状態となると、バッテリ電圧VBにより駆動電源を得るようにした。これにより、上記異常状態において確実にHブリッジ回路7aをオフすることができる。
【0047】
なお、上記異常状態のときには、図4中242で示す第1異常用回路の2つの出力信号を共にハイレベル信号とすることで、IC素子43a、43bを通じてHブリッジ回路7aをオフする。
なお、バッテリ電圧VBが12Vであるときに、IC素子43a、43bの各電源端子Vccへの印加電圧は、ツェナーダイオード97により定電圧15Vに制御される。従って、図4中ダイオード99は逆流防止の機能を果たす。また、101は、ノイズ除去用のコンデンサであり、420は電流制限用の抵抗である。
【0048】
〔MOSトランジスタ31の駆動電源について〕
次に上記MOSトランジスタ31の駆動電源の得方について図5を用いて説明する。
トランス29の二次側には、上記抵抗95と上記ツェナーダイオード97とによって、二次側に発生する高電圧を所定電圧V2(例えば15V)に定電圧化する第1電源回路96が設けられている。
【0049】
バッテリ1側(一次側)には、抵抗105とコンデンサ107とによって、バッテリ電圧によって決まる所定電圧V3(第2所定電圧)を得る第2電源回路110が設けられている。
第1電源回路96と第2電源回路110との間には、第1電源回路96側に抵抗120を介して、切換手段をなすダイオード111が設けられている。
【0050】
ダイオード111は、上記所定電圧V3と、所定電圧V2から抵抗120にて電圧降下した所定電圧V4(第1所定電圧)とのうち、所定電圧V3の方が高いときに、電流を流す。なお、本例では、バッテリ電圧VBがほぼ定格電圧にあるときには、抵抗120により所定電圧V3が所定電圧V4より高くなるようにしてある(以下、これを正常状態)。
【0051】
第1電源回路96と第2電源回路110との間には、抵抗114を介して上記MOSトランジスタ31を駆動する駆動回路124を構成するダーリントン接続された2つのNPNトランジスタ112、113が接続されている。なお、ダイオード111は、NPNトランジスタ112、113の両コレクタ間に設けられている。
【0052】
従って、上記正常状態においては所定電圧V3が所定電圧V4よい高いため、ダイオード111は電流を流す。このため、トランス29の一次側よりNPNトランジスタ112にベース電流が流れて、NPNトランジスタ112がオンとなる。すると、NPNトランジスタ112のコレクタ電流がNPNトランジスタ113のベース電流となって、トランス29の一次側からNPNトランジスタ113にコレクタ電流が流れる。
【0053】
一方、所定電圧V4が所定電圧V3より高いとき、例えば、バッテリ電圧が低下したときには、二次側からNPNトランジスタ112のベース電流が流れて、NPNトランジスタ112がオンとなる。すると、NPNトランジスタ113もオンとなって、トランス29の一次側よりNPNトランジスタ113にはコレクタ電流が流れる。
【0054】
この時、所定電圧V4が所定電圧V3よりも高くなっているため、ダイオード111は、電流を流さない。このため、所定電圧V4が所定電圧V3より高いという関係が維持される。
上記NPNトランジスタ112、113の作動は、図5に示すように上記PWM制御回路9の出力信号を受けて、オン・オフする5つのNPNトランジスタ115〜119にて制御されるようになっている。以下、この5つのNPNトランジスタ115〜119について説明する。
【0055】
NPNトランジスタ115、116は、PWM制御回路9の出力信号(デューティー信号)に応じてオン・オフするようになっている。以下、出力信号のうち、ハイレベル信号をオン信号、ローレベル信号をオフ信号として説明する。
例えば、出力信号がオン信号であると、NPNトランジスタ115、116がオンとなり、定電流源121からの定電流がNPNトランジスタ115のコレクタ電流となる。これにより、NPNトランジスタ117、118がオフし、NPNトランジスタ119もオフとなる。
【0056】
つまり、デューティー信号がオン信号であると、NPNトランジスタ115、116はオン、NPNトランジスタ117〜119はオフとなる。従って、NPNトランジスタ112のコレクタ電流は、NPNトランジスタ113のベースに流れ込んで、NPNトランジスタ113がオンされる。この結果、NPNトランジスタ113のコレクタ電流がMOSトランジスタ31のゲートに流れ込み、MOSトランジスタ31がオンとなる。
【0057】
一方、上記出力信号がオフ信号であると、NPNトランジスタ115、116がオフとなるので、定電流源121によりNPNトランジスタ117がオンされる。これにより、NPNトランジスタ117には定電流源122からの定電流が流れる。また、この際、定電流源121によりNPNトランジスタ118もオンとなる。これにより、NPNトランジスタ112のコレクタ電流は、NPNトランジスタ118に流れ込む。この結果、NPNトランジスタ113はオフとなる。
【0058】
また、NPNトランジスタ116はオフであるので、NPNトランジスタ117を流れたコレクタ電流がNPNトランジスタ119のベースに流れ込み、NPNトランジスタ119がオンとなる。これにより、NPNトランジスタ113のコレクタ電流は、MOSトランジスタ31のゲートに流れ込まず、NPNトランジスタ119のコレクタ電流となり、MOSトランジスタ31はオフとなる。
【0059】
このように上記オン信号およびオフ信号によって、MOSトランジスタ31がオン・オフするようになっている。
また、図5に示すようにMOSトランジスタ31のゲートと、定電流源122との間には、ダイオード123が設けられている。
このダイオード123は、MOSトランジスタ31がオンからオフになるときのスイッチング速度を高めるものである。つまり、MOSトランジスタ31がオンからオフになるときには、MOSトランジスタ31のゲートに蓄えられた電荷を、ダイオード123を通じて引き抜いて、NPNトランジスタ117のコレクタ電流を増加させる。これにより、NPNトランジスタ119のベース電流が増加するので、NPNトランジスタ131が迅速にオフとなる。この結果、MOSトランジスタ31のスイッチング速度を向上できる。
【0060】
次に、上記図5の回路の作動を詳しく説明する。
▲1▼ 前提としてバッテリ電圧VBがほぼ定格電圧あり、第2電源回路110が所定電圧V3を発生し、この際、上記点灯スイッチSWがオンされ、PWM制御回路9の出力信号がオン信号であったとする。
この際、上記点灯スイッチSWがオンされた直後には、トランス29の二次側には電圧が発生していない。従って、この場合は、第2電源回路110の所定電圧V3によりNPNトランジスタ112がオンされ、NPNトランジスタ113もオンとなる。つまり、NPNトランジスタ112、113のベース電流およびコレクタ電流は、第2電源回路110により流れる(得られる)。この結果、MOSトランジスタ31は、フライバックトランス29の一次側、つまり第2電源回路110から駆動電源を得て、オンとなる。
【0061】
その後、PWM制御回路9がオン・オフ信号を繰り返すと、二次巻線29bが一次巻線29aのエネルギーを受け取ることで、二次側の電圧は徐々に上昇していく。これにより、第1電源回路96にて所定電圧V2が発生し、さらには所定電圧V4が発生する。
▲2▼ 次に前提としてランプ点灯中にバッテリ電圧が低下したために、所定電圧V3も低下して、所定電圧V3が所定電圧V4より低くなったとする。
【0062】
すると、ダイオード111は、NPNトランジスタ112、113のベース電流をトランス29の二次側(第1電源回路96)から得るように電流経路を切換える。つまり、NPNトランジスタ112は、トランス29の二次側(第1電源回路96)より、駆動電源を得ることになる。
この結果、本実施形態ではバッテリ1の電源電圧VBが点灯中に低下したときには、トランス29の二次側の第1電源回路96にてNPNトランジスタ112、113、およびMOSトランジスタ31を安定して駆動制御することができる。
【0063】
従って、本実施形態では、上記所定電圧V3が上記所定電圧V4より低くなったときのみに、NPNトランジスタ112の駆動電源を第1電源回路96より得る。これにより、以下の効果がある。
トランス29の二次側には、上述したように400Vといった高電圧が発生する。従って、ツェナーダイオード97を小型で安価なものとすると、抵抗95は抵抗値が非常に大きなものを使用する必要がある。しかしながら、このようにすると、抵抗値の大きな抵抗95にて大きな電力が消費されるといった問題がある。
【0064】
そこで、本例では上記所定電圧V3が上記所定電圧V4より低くなったときのみに、上記抵抗95に電流が流れるようにしており、これにより、抵抗95での消費電力を小さくできる。
また、トランス29の二次側には、上述したように400Vといった高電圧が発生するが、抵抗95での消費電力は、抵抗値が大きい程小さくなる。そして、この抵抗95の抵抗値の最大値R(95)=(VL−V2)/Isという関係がある。
【0065】
なお、VLは、トランス29の二次側電圧(NPNトランジスタ112を正常作動させるに必要な最低値)であり、Isは第1電源回路96が負荷に供給する電流である。
この様な関係において、上記V2とIsは回路によって決まる固定値である。よって、抵抗95の抵抗値は上記VLの最低値を何ボルトにするかによって決まる。従って、本例では上記所定電圧V3が上記所定電圧V4より低くなったときのみに、NPNトランジスタ112の駆動電源を第1電源回路96より得る。これにより、抵抗95の抵抗値を大きくすることができるので、抵抗95での消費電力を小さくすることができる。
【0066】
また、本実施形態では、NPNトランジスタ112とNPNトランジスタ113とをダーリントン接続したことで、以下の効果がある。但し、上記抵抗114での電圧降下を無視して説明する。
バッテリ電圧VBがほぼ定格電圧であるときには、上述したようにNPNトランジスタ112、113の各ベース電流およびコレクタ電流は、トランス29の一次側(第2電源回路110)から流れる。従って、NPNトランジスタ113のコレクタ−エミッタ間の電位差は、上記電圧降下分の和と、コレクタ−エミッタの電位降下分と、ダイオード111の順方向電圧降下分の和となる。
【0067】
すなわち、本例ではMOSトランジスタ31のゲートに印加される電圧は、V3−(VBE112+VBE113)=V3−1.4(V)となる。
なお、VBE112は、トランジスタ112のエミッタ−ベース間の順方向電圧降下分であり、VBE113は、トランジスタ113のエミッタ−ベース間の順方向電圧降下分である。
【0068】
そして、例えば、バッテリ電圧VBが定格電圧から徐々に低下していき、所定電圧V3が所定電圧V4より低くなったとする。この場合は、上述したようにNPNトランジスタ113は、第1電源回路96によってオンされ、上記所定電圧V4とNPNトランジスタ113のエミッタとの間の電位差は、NPNトランジスタ112、113のベース−エミッタ間の各電圧降下分の和となる。
【0069】
しかしながら、この場合は、ダイオード111により第1電源回路96と第2電源回路110とは分離していると考えられるので、この場合NPNトランジスタ113のエミッタ−コレクタ間の電位差は、エミッタ−コレクタ間の電圧降下分のみとなる。
すなわち、MOSトランジスタ31のゲートに印加される電圧は、V3−VCE113=V3(V)となる。なお、VCEは、トランジスタ113のコレクタ−エミッタ間の電圧降下分=0(V)である。
【0070】
従って、バッテリ電圧VBが、MOSトランジスタ31のスイッチング動作を行うのに必要なゲート電圧に低下するまでは、確実にMOSトランジスタ31をオンさせることができる。
なお、図5中246はNPNトランジスタであり、これは後述する異常状態が発生したときに、PWM制御回路9の制御を停止、つまりMOSトランジスタ31をオフするために、第2異常用回路244にてNPNトランジスタ115、116を強制的に共にオフするものである。
【0071】
〔ランプパワー制御回路10について〕
次に、ランプパワー制御回路10の具体的構成を図6に示す。ランプパワー制御回路は、ランプ2の放電点灯状態を示す信号であるランプ電圧VLやランプ電流IL等に応じた出力を発生する誤差増幅回路(積分回路)61が備えられており、この誤差増幅回路61の出力がPWM制御回路に入力されようになっている。このランプパワー制御回路10は、最終的に誤差増幅回路(積分回路)61の出力電圧(出力信号)を上記PWM制御回路9内で反転させることで、ランプ電力を制御する。
【0072】
つまり、PWM制御回路9は、誤差増幅回路61の出力電位が高くなるほど、鋸歯状波に対するスレッショルドレベルを小さくして、MOSトランジスタ31のオン・オフデューティー比が大きくなるように制御する。これにより、ランプ電力が増加する。
一方、PWM制御回路9は、誤差増幅回路61の出力電位が低くなるほど、鋸歯状波に対するスレッショルドレベルを大きくして、MOSトランジスタ31のオン・オフデューティー比が小さくなるように制御する。これにより、ランプ電力が低下する。
【0073】
図6に示すように誤差増幅回路61の非反転入力端子には、基準電圧Vrefが入力されており、反転入力端子には、ランプ電力PLを制御するためのパラメータとなる電圧V1が入力されている。これにより、誤差増幅回路61は、電圧V1に応じた出力を発生し、この出力に基づき上記オン・オフデューティー比が設定される。
【0074】
そして、電圧V1が基準電圧Vrefより高くなると、誤差増幅回路61の出力電圧は低くなり、電圧V1が基準電圧Vrefより低くなると、誤差増幅回路61の出力電圧は高くなるように作動する。
この電圧V1は、ランプ電流IL及びランプ電圧VL等の複合信号、すなわちランプ電流ILと、定電圧V2により流れる電流i1 と、第1電流設定回路63にて設定される電流i2と、第2電流設定回路65にて設定される電流i3に基づいて決定される。
【0075】
お、ランプ電圧VLは、上記サンプルホールド回路12からの出力値である。また、電流i1 と電流i2 と電流i3 との和は、上記ランプ電流ILより十分小さく設定されている。
【0076】
ここで、第1電流設定回路63は、図に示すようにランプ電圧VLが高くなる程、電流i2を大きく設定するものである。さらに、電流i2は、図に示すようにランプ電圧VLが高くなるほど傾きが緩やかになる異なる直線を繋げたような関係にて設定されるようになっている。
第2電流設定回路65は、図に示すように電流i3を時間Tが長くなるほど大きくなるように設定する。なお、この時間Tは、ランプ2が消灯してからの経過時間に相当し、上記電極温度の状態を間接的に予測するものである。
【0077】
つまり、ランプ2がある程度の時間継続して点灯されると、電極温度は十分温かくなっており、その後短時間ランプ2を消灯させて再度ランプ2を点灯したときには、電極温度の温度低下量は少ない。従って、この場合、ランプ電力は、例えば外気温程度まで電極が冷えきった状態に比べて小さくて良い。この結果、本実施形態では、ランプパワー制御回路10により電極温度を間接的に予測して、電極温度に応じてランプ電力を制御することができる。
【0078】
このように、ランプパワー制御回路10は、ランプ電流IL及びランプ電圧VLに基づいて制御を行っているため、これらランプ電流IL及びランプ電圧VLを正確に検出することが重要となる。本実施形態では、これらランプ電圧VL及びランプ電流ILを正確に検出するために、クランプ回路69やサンプルホールド回路12が設けられている。以下これらクランプ回路69とサンプルホールド回路12について説明する。
【0079】
クランプ回路69は、誤差増幅回路61の反転入力端子に入力される電圧V1をクランプするものである。
図に示すように、クランプ回路69は電圧ホロワ回路を構成している。このクランプ回路69に備えられたオペアンプ69aの非反転入力端子には、誤差増幅回路61の非反転入力端子に入力される所定電圧Vrefよりも所定電圧低いVref−αの電圧が入力される。ただし、クランプ回路69の出力端子にはダイオード69bが接続されており、オペアンプ69aが出力端子側から電流を引き込めないようになっている。
【0080】
このような構成において、電圧V1が所定電圧Vref−αよりも高い場合には、オペアンプ69aの非反転入力端子よりも反転入力端子の方が高電圧になるため、オペアンプ69aは出力端子側から電流を引き込もうとする。しかし、出力端子側にはダイオード69bが備えられているためにオペアンプ69aは電流を引き込むことができず、電圧V1は、クランプ回路69の影響を受けずに誤差増幅回路61に入力される。
【0081】
また、電圧V1が所定電圧Vref−αよりも低くなると、オペアンプ69aの非反転入力端子の方が反転入力端子よりも高電圧になるため、オペアンプ69aは出力端子側へ電流を押し出す。これにより、電圧V1が所定電圧Vref−α以下にならないように維持される。
このようにクランプ回路69を設けた場合の電圧V1の変化を図7に示す。図7に示すように、Hブリッジ回路7aにおけるMOSトランジスタ41a〜41dのオン・オフ切換え時において、ランプ電流ILが一瞬大きく低下し、電圧V1は瞬間的に変化する。しかしながら、クランプ回路69によって電圧V1が所定電圧Vref−α以下にならず、所定電圧Vref−α以上の電圧に維持される。このため、電圧V1の急激な変化は生じない。
【0082】
これにより、MOSトランジスタ41a〜41dの切換え時(ランプ2の放電電流の切換え時)における電圧V1の変化を小さくすることができるため、バッテリ1からの供給電力をフィードバック制御するに際し、ランプ電流ILの瞬間的な変化による影響を抑制することができる。
また、ランプ電流ILが低下する時間は、トランス47bのインダクタンスが大きくなればなるほど大きくなる。そして、本実施形態においては、始動回路8と直流電源回路5に必要なトランスをフライバックトランス29で共用していることから、トランス47bのインダクタンスが大きく、ランプ電流ILによる影響が大きくなる。しかしながら、このように、クランプ回路69を設けているため、このような場合でも効果的にランプ電流ILによるフィードバック制御への影響を抑制することができる。
【0083】
なお、MOSトランジスタ41a〜41dのスイッチング周波数が高い場合には、フィードバック制御の遅れによってランプ電流ILの変化によるフィードバク制御への影響が顕著になるが、このようなスイッチング周波数が高い場合においても上記影響を抑制できるため有効である。
また、誤差増幅回路61には積分用コンデンサ61aが備えられており、このコンデンサ61aの容量を大きくすることによりランプ電流ILの影響を緩和することも可能であるが、このようにコンデンサ61aの容量を大きくした場合には、誤差増幅回路61の応答性が確保できなくなるため、クランプ回路69を設けることが有効となる。
【0084】
図8に、サンプルホールド回路12の回路構成を示す。サンプルホールド回路12は、二次巻線47b及びコンデンサ35によって生じる過渡電圧を排除するものである。このサンプルホールド回路12は反転入力端子125と出力端子147が接続されたバッファアンプ回路129と、バッファアンプ回路129における出力を所定期間維持するマスク回路131とを備えており、これらの回路によって過渡電圧を含んだランプ電圧VLから、過渡電圧を排除している。サンプルホールド回路12には、演算増幅器152が備えられており、この演算増幅器152によって、サンプルホールド回路12の出力を発生し、最終的にランプパワー制御回路10にランプ電圧VLに応じた制御信号を送っている。
【0085】
また、図9にサンプルホールド回路12を介して検出されるランプ電圧VLの模式図を示す。以下、図8に基づきサンプルホールド回路12の作動について説明する。
サンプルホールド回路12は、デジタル回路(図示しない)からのタイミング信号に基づきマスク回路131におけるNPNトランジスタ133a、133bをオン・オフする。そして、サンプルホールド回路12は、マスク回路131へのタイミング信号(入力信号)がローレベル信号である場合にはその時のランプ電圧VLをサンプリングしてランプ電圧VLに応じた出力を発生し、タイミング信号がハイレベル信号に切り換わった場合にはその直前にサンプリングしたランプ電圧VLに応じた出力を維持(ホールド)する。以下、具体的な作動を、タイミング信号がローレベル信号である場合とハイレベル信号に切り換わった場合に分けて説明する。
【0086】
▲1▼ タイミング信号がローレベル信号である場合
この場合には、NPNトランジスタ133a、133bがオフであるため、ランプ電圧VLに応じた出力を発生する。
非反転入力端子127に入力されたランプ電圧VLが増加すると、反転入力端子125の電圧と非反転入力端子127の電圧との差電圧が大きくなり、トランジスタ135、155、137、139による差動回路の出力であるトランジスタ141のベース端子の電圧が上昇し、エミッタフォロア回路を構成するトランジスタ141、145により電流増幅し、バッファアンプ回路129の出力端子147の電圧は上昇する。この作動により非反転入力端子127の電圧と反転入力端子125の電圧(バッファアンプ回路129の出力端子147の電圧)は等しくなるように作動する。
【0087】
すなわち、バッファアンプ回路129は、出力端子147の電圧がランプ電圧VLと同様の電圧になるように差動増幅回路としての作動を行う。
従って、リップル平滑用抵抗149を介してコンデンサ151に流れ込む電流が増加し、コンデンサ151の充電電圧が増加する。そして、この充電電圧の増加に伴った出力を演算増幅器152は出力する。
【0088】
なお、PNPトランジスタ135に流れる電流値の減少により、定電流源143からPNPトランジスタ155を流れる電流は増加し、反転入力端子125に流れるバイアス電流が増加するが、この電流は極めて微小であるためコンデンサ151の充電には影響を与えない。
また、非反転入力端子127に入力されたランプ電圧VLが減少すると、上述した作動とは逆の作動を行って、出力端子147の電圧がランプ電圧VLと同様の電圧になるようにする。
【0089】
すなわち、タイミング信号がローレベル信号である時には、その時のランプ電圧VLに応じた電圧がコンデンサ151に蓄積されており、サンプルホールド回路12はその時のランプ電圧VLをサンプリングする。
▲2▼ タイミング信号がハイレベル信号に切り換わった場合
この場合には、NPNトランジスタ133a、133bがオンする。このため、定電流源143からの電流がトランジスタ133aに流れ込むと共に、定電流源157からの電流がトランジスタ133bに流れ込み、NPNトランジスタ145、159、161がオフする。従って、この時はコンデンサ151に電流が流れず、タイミング信号がハイレベル信号に切り換わる直前の充電電圧をコンデンサ151は保持する。すなわち、タイミング信号がハイレベルに切り換わった場合には、バッファアンプ回路129は差動増幅回路としての作動を行わない。
【0090】
このように、過渡電圧発生時以外にはバッファアンプ回路129が差動増幅回路としての作動を行って、過渡電圧発生時にはバッファアンプ回路129が差動増幅回路としての作動を行わないように過渡電圧部分をマスクするようにしている。
これにより、過渡電圧発生時にはランプ電圧VLをサンプリングしないようにすることができ、過渡電圧発生時以外の通常時におけるランプ電圧VLを検出することができる。従来においては、チョークコイルを用いてランプ電圧VLを平坦化して、これによって通常時におけるランプ電圧VLが検出できるようにしていたが、このようにサンプルホールド回路12を設けることにより、チョークコイルを用いなくても通常時のランプ電圧VLを検出することができる。
【0091】
なお、上述したデジタル回路が発生するタイミング信号は、Hブリッジ回路7aにおけるMOSトランジスタ41a〜41dの切換えタイミングと同期したものにしており、具体的にはMOSトランジスタ41a〜41dの切換え後、数十μs〜数百μsの間ハイレベル信号を出力するように構成されている。
〔PWM制御回路9について〕
次に、PWM制御回路9の詳細について説明する。図10にPWM制御回路9の回路図を示す。
【0092】
図10に示すように、PWM制御回路9は鋸歯状波を形成する鋸歯状波形成回路163と鋸歯状波におけるスレッショルドレベル(デューティー比)を設定するスレッショルドレベル設定回路165及び鋸歯状波とスレッショルドレベルを比較してMOSトランジスタ31のオン・オフのデューティー比を設定するコンパレータ167を備えている。
【0093】
鋸歯状波形成回路163について説明する。この鋸歯状波形成回路163は、定電流源169からダイオード171を介して流れ込む電流Ikや定電圧源173における電圧に基づき抵抗175を介して流れ込む電流Itによって充電されるコンデンサ177の充電電圧を可変することによって鋸歯状波を形成している。すなわち、コンパレータ181の出力に基づいてNPNトランジスタ183a、183bをオン・オフさせ、これによって抵抗179a〜179cによって設定されるしきい電圧を可変させて鋸歯状波を形成している。以下、鋸歯状波形成回路163の基本作動について説明する。
【0094】
この基本作動によって形成される鋸歯状波を図11(a)に示す。以下、図10及び図11(a)に基づき、鋸歯状波の形成について説明する。
コンデンサ177の充電は、定電流源169からダイオード171を介して流れ込む電流Ikと、定電圧源173における電圧に基づき抵抗175を介して流れ込む電流Itによって行われる。
【0095】
そして、コンデンサ177の充電電圧が抵抗179b、179cの両端電圧である第1のしきい電圧Vaになるまでコンデンサ177の充電が続き、この充電が完了するまでの間、コンデンサ177の充電電圧は所定の傾きをもって増加する。
この後、コンデンサ177の充電電圧が電圧Vaになると、コンパレータ181はハイレベル信号を出力し、NPNトランジスタ183a、183bがオンする。これにより、第1のしきい電圧Vaが抵抗179bの両端電圧である第2のしきい電圧Vbに減少すると共に、抵抗201を介してコンデンサ177の放電が行われる。このコンデンサ177の放電によって、コンデンサ177の充電電圧が急激に低下する。
【0096】
そして、コンデンサ177の充電電圧が第2のしきい電圧Vbまで低下すると、コンパレータ181はローレベル信号を出力し、NPNトランジスタ183a、183bがオフする。これにより、第2のしきい電圧Vbが第1のしきい電圧Vaに戻る。さらに、この後もコンデンサ177への充電・放電が同様に繰り返され、比較的周期が短い、すなわち比較的周波数の高い鋸歯状波が形成される。
【0097】
このような作動を行う鋸歯状波形成回路は、周波数変更回路185を備え、この周波数変更回路185によって鋸歯状波の周波数を変更させている。周波数変更回路185は、ランプ2の点灯前・点灯後とでスイッチング周波数を変更する回路185aとバッテリ電圧VBに応じてスイッチング周波数を変更する回路185bとからなる。
【0098】
これら、回路185aと回路185bはそれぞれランプ点灯前と点灯後において主に鋸歯状波形成回路163の作動に影響を与える。
以下、回路185aと回路185bに分けて鋸歯状波形成回路163の作動説明を行う。
まず、回路185aの構成について説明する。回路185aは、ランプ電流ILを電圧変換した電圧VIL(電流検出用抵抗59の高電圧側)と所定電圧Vsとを比較するコンパレータ187と、このコンパレータ187の出力信号によってオン・オフ制御が成されるNPNトランジスタ189を備えている。このように構成された回路185aを備えることによって、鋸歯状波形成回路163が形成する鋸歯状波の周波数が以下に示すように変更される。以下、ランプ2の点灯前・点灯後に分けて鋸歯状波の形成について説明する。
【0099】
▲1▼ランプ2の点灯前
ランプ2の点灯前において形成される鋸歯状波を図11(b)に示す。
ランプ2が点灯する前には電圧VILが零であるためコンパレータ187はハイレベル信号を出力し、NPNトランジスタ189はオンする。
これにより、定電流源169からの電流Ikがコンデンサ177に流れ込まず、定電圧源173における電圧に基づき抵抗175を介して流れ込む電流Itのみによってコンデンサ177の充電が成される。従って、図11(b)に示すように、コンデンサ177の充電時間が長くなって鋸歯状波の周期が長くなる。
【0100】
この後は、上述した基本作動と同様にコンデンサ177の放電と充電を繰り返して、鋸歯状波形成回路163が基本作動することによって形成される鋸歯状波よりも周波数が低下した、比較的周期の長い鋸歯状波が形成される。
▲2▼ランプの点灯後
ランプ2の点灯後には、電圧VILが所定の電圧となるため、コンパレータ187はローレベル信号を出力し、NPNトランジスタ189はオフする。このため、鋸歯状波形成回路163は、回路185aによって影響を受けることなく鋸歯状波を形成する。
【0101】
次に、回路185bの構成について説明する。回路185bは、バッテリ電圧VBを分圧する抵抗191a、191bを備えている。そして、これらによって分圧された電圧VB1がオペアンプ193に入力されている。これにより、電圧VB1が定電圧源173における定電圧以上である場合にはトランジスタ197はオフし、定電圧未満である場合にはトランジスタ197はバッテリ電圧VBに応じた電流を流すようになっている。そして、バッテリ電圧VBが低下した際には、カレントミラー回路199を介して、トランジスタ197に流れる電流に比例した電流がトランジスタ199aに流れるようになっている。
【0102】
このように構成された回路185aを備えることによって、鋸歯状波形成回路163が形成する鋸歯状波の周波数が以下に示すように変更される。以下、バッテリ電圧VBが十分な場合とバッテリ電圧VBが低下した場合に分けて鋸歯状波の形成について説明する。
▲1▼ バッテリ電圧VBが十分にある場合
この場合には、上述したようにトランジスタ197はオフしている。このため、コンデンサ177の充電は、定電流源169からダイオード171を介して流れ込む電流Ikと、定電圧源173における電圧に基づき抵抗175を介して流れ込む電流Itによって行われる。従って、鋸歯状波形成回路163は、上述した基本作動を行って、図11(a)と同様の鋸歯状波を形成する。
【0103】
▲2▼ バッテリ電圧VBが低下している場合
バッテリ電圧VBが低下している場合において形成される鋸歯状波を図11(c)に示す。
上述したようにトランジスタ197はバッテリ電圧VBに比例した電流を流す。このため、カレントミラー回路199を介して、バッテリ電圧VBに応じた電流がトランジスタ199aに流れ込む。その結果、バッテリ電圧VBに応じた電流が定電流源169からの定電流が引き抜かれる。
【0104】
このため、定電流源169からの電流Ikが減少されてコンデンサ177に流れ込む。従って、コンデンサ177の充電は、バッテリ電圧VBの低下分減少された電流Ikと定電圧源173における電圧に基づき抵抗175を介して流れ込む電流Itによって成される。
これにより、バッテリ電圧VBが十分にある場合に比べてコンデンサ177の充電時間が長くなって、図11(c)に示すように鋸歯状波の周期が長くなる。
【0105】
この後、鋸歯状波形成回路163は、上記と同様にコンデンサ177の放電と充電を繰り返して、バッテリ電圧VBが十分にあるとともにランプ2が点灯している時よりも周波数が低下した比較的周期の長い鋸歯状波を形成する。
このように、ランプ2の点灯前においては、上述したように回路185aによって鋸歯状波の周波数を一律に比較的低いものに変更しており、ランプ点灯後においては、回路185bによってバッテリ電圧VBに応じて鋸歯状波の周波数を変更している。
【0106】
次に、スレッショルドレベル設定回路165について説明する。スレッショルドレベル設定回路165は、ランプパワー制御回路10(誤差増幅回路61)からの指令信号に応じたスレッシュルドレベルを設定すると共にランプが点灯していない状態の時に、ランプ電圧VLが所定電圧以上にならないように定電圧制御(例えば、400V制御)するためのスレッシュルドレベルを設定する。また、スレッシュルドレベル設定回路165は、ランプパワー制御回路10(誤差増幅回路61)からの指令信号を反転する反転回路を有している。ランプパワー制御回路10による指令信号のレベルは供給したいランプ電力PLに応じて変化し、供給したいランプ電力PLが大きいほどデューティー比を低くして電力供給を大きくする必要があるため、スレッシュルドレベル設定回路165の中に反転回路を設けて指令信号のレベルとスレッシュルドレベルが反転するようにしている。
【0107】
なお、後で詳しく説明するが、スレッシュルドレベル設定回路165はデューティー比の上限値となるデューティーリミット値を設定する回路を設けている。
続いて、コンパレータ167について説明する。コンパレータ167は、上述した鋸歯状波と、スレッショルドレベルを比較して、MOSトランジスタ31のオン・オフのデューティー比を設定している。
【0108】
また、この時のMOSトランジスタ31のスイッチング周波数は、上述した鋸歯状波形成回路163で形成された鋸歯状波の周波数と同じであるため、▲1▼ランプ2が点灯する前にはバッテリ電圧VBの高低に係わらず比較的低い周波数であり、▲2▼ランプ2が点灯している時であって、バッテリ電圧VBが十分にある時には比較的高い周波数であり、▲3▼ランプ2が点灯している時であって、バッテリ電圧VBが低下している時にはバッテリ電圧VBの低下分に応じた比較的低い周波数である。
【0109】
ここで、ランプ2の点灯前におけるランプ電圧VLの波形を図12に示す。図12の一点鎖線(a)はバッテリ電圧VBが十分な場合、実線(b)はバッテリ電圧VBが低下している場合、破線(c)はスイッチング周波数を低くしない場合を示す。
図12(a)、(b)に示すように、MOSトランジスタ31のスイッチング周波数を比較的低くした場合には、ランプ電圧VLはランプ点灯に必要な所定値に達して所定値(例えば、上述した400V)に定電圧制御される。また、スイッチング周波数を変化させない場合は、(c)に示すようにランプ電圧VLはバッテリ電圧VBによって変化し、バッテリ電圧VBが低下するほどランプ電圧VLも低下する。つまり、スイッチング周波数を低くすることによりトランス29の一次巻線29aを流れる一次電流の遮断電流値を大きくでき、スイッチング周波数を変化させない場合に比べて直流電源回路5の出力電力を大きくすることができる。
【0110】
また、単位時間当たりに一次巻線29aに蓄積されるエネルギー総和W(≒直流電源回路5の出力電力)は、数式1で表される。
【0111】
【数1】
W=f×1/2LI2
但し、f:スイッチング周波数、L:1次巻線29aのインダクタンス、I:1次電流である。
この数式1に表されるように、単位時間当たりに一次巻線29aに蓄積されるエネルギーの総和Wはスイッチング周波数や電流の二乗に比例して大きくなる。このため、MOSトランジスタ31のオン・オフ周期(=1/スイッチング周波数)を長くすることによって、スイッチング周波数が低下しても1次電流が大きくなるため、単位時間当たりに1次巻線29aに蓄積されるエネルギーの総和Wは大きくなる。
【0112】
本実施形態においては、MOSトランジスタ31のスイッチング周波数を比較的低くしているため、上記したように単位時間当たりに1次巻線に蓄積されるエネルギーの総和Wは大きくなる。つまり、直流電源回路5の出力電力は大きくなり、ランプ点灯に必要な所定電圧値のランプ電圧VLをバッテリ電圧VBが低下している場合においても供給することができる。
【0113】
このように、回路185aによって、ランプ2が点灯していない時にはランプ2が点灯している時よりもMOSトランジスタ31のスイッチング周波数を一律に低くすることにより、ランプ2の点灯に必要な電力を供給することができるため、ランプ2の点灯性を良好にすることができる。
また、ランプ2の点灯後は所定のスイッチング周波数でランプ2の交流点灯を行うことにより、ランプ電流のリップルが低くでき、これにより音響共鳴現象を抑制することができる。
【0114】
続いて、ランプ2が点灯している時において、バッテリ電圧VBが十分にある時とバッテリ電圧VBが低下した時における1次電流の波形の比較図をそれぞれ図13(a)、(b)に示す。
本実施形態においては、バッテリ電圧低下に応じてMOSトランジスタ31のスイッチング周波数を低くしているため、図13(a)、(b)に示されるように、バッテリ電圧VBが十分にある時だけでなくバッテリ電圧VBが低下している時においても1次電流が十分に大きくなる。このため、上述したように、2次巻線29bに供給できる単位時間当たりのエネルギーの総和Wが大きくなる。また、周波数が低くなっているため、MOSトランジスタ31がオフする時間も長くなり、二次巻線29bへのエネルギー供給が十分に行えるようになる。
【0115】
このように、ランプ2が点灯している時において、バッテリ電圧VBが十分にある場合にはMOSトランジスタ31のスイッチング周波数が比較的高い所定周波数にして、バッテリ電圧VBが低下している場合にはバッテリ電圧VBの低下分に応じて前記所定周波数を低くしているため、フライバックトランス29の2次側へのエネルギー供給が十分に行えるようになっている。
【0116】
従って、ランプ2が点灯しているときにバッテリ電圧VBが低下した場合などにおいてもエネルギー消費効率を良好にすることができ、例えばランプ2が点灯している途中で消えてしまったりすることを抑制することができる。
〔スレッショルドレベル設定回路165について〕
次に、上記スレッショルドレベル設定回路165の詳細について、図14を用いて説明する。
【0117】
スレッショルドレベル設定回路165は、ランプパワー制御回路10(誤差増幅回路61)が出力する指令信号を反転する反転回路165aと、デューティー比の上限値となる上記デューティーリミット値(以下、リミット値)を設定するリミット値設定回路165bと、ランプ2の点灯前におけるランプ電圧VLを所定値に定電圧制御する制御回路165cとを有する。
【0118】
なお、上記リミット値は、上述のようにフライバックトランス29の二次側に十分エネルギーが供給されるようにするためのものである。つまり、フライバックトランス29の二次側出力は、上記デューティー比に対して上に凸の関係がある。従って、例えば大幅にランプ電力を増加しようとして、ランプパワー制御回路10がデューティー比を大きくするように機能したときに、逆にフライバックトランス29の二次側出力が低下するのを防止するために設定されている。
【0119】
先ず、反転回路165aについて説明する。反転回路165aは、定電圧源203より電流が流れるカレントミラー回路205と、このカレントミラー回路205を流れる電流iSをベース電流とするNPNトランジスタ207とからなる。上記誤差増幅回路61の出力端子は、抵抗209を介して2つのNPNトランジスタ205a、205bよりなる上記カレントミラー回路205に接続されている。ここで、誤差増幅回路61の出力によりランプ電力が制御されているときには、上記制御回路165cのNPNトランジスタ40はオフ状態にある。そこで、この場合における反転回路165aの作動は、以下のようになる。
【0120】
ランプ電力を低下させる場合には、誤差増幅回路61の出力電圧が下がり、抵抗209に流れる電流isaは増加する。この際、この電流をカレントミラー回路205でミラーした電流isbは、isaとなる。そして、この電流isbを抵抗210にて電圧に変換した電圧VMは高くなり、この電圧VMはエミッタフォロア回路をなすトランジスタ207を介してコンパレータ167の反転入力端子の入力電圧VNとなる。従って、入力電圧VNは高くなり、スレッショルドレベルが高くなって、デューティー比が小さくなる。
【0121】
一方、ランプ電力を大きくさせる場合には、誤差増幅回路61の出力電圧が上がり、抵抗209を流れる電流isaは減少する。これにより、この電流isbを抵抗210にて電圧に変換した電圧VMは低下する。従って、コンパレータ167の反転入力端子の入力電圧VNは低下しスレッショルドレベルが低くなって、デューティー比が大きくなる。
【0122】
次にリミット値設定回路165bについて説明する。リミット値設定回路165bは、バッテリ電圧VBに応じて上記リミット値を可変する第1リミット値設定回路211と、ランプ2の供給電力を示す(相当する)情報であるランプ電圧VLに応じて上記リミット値を可変する第2リミット値設定回路213と、バッテリ電圧VBが所定値以下になると、上記リミット値を回路上設定可能な最大値に設定する第3リミット値設定回路215とを有する。
【0123】
第1リミット値設定回路211は、バッテリ1とフライバックトランス29の一次巻線29aとの間に設けられた上記端子Aからバッテリ電圧VBのみを検出するようになっている(図1参照)。
第1リミット値設定回路211は、抵抗223〜225で構成されている。これら抵抗223〜225の接続点の電圧V0は、後述のトランジスタ227がオフ(バッテリ電圧が十分ある場合)で、ランプ電圧VLが0の場合は抵抗223〜225の分圧だけで決まり、バッテリ電圧VBに応じた値となる。そして、バッテリ電圧VBが低下すると、電圧V0は低下し、バッテリ電圧VBが高くなると、電圧V0は高くなる。
【0124】
第2リミット値設定回路213は、抵抗222、カレントミラー回路221(NPNトランジスタ221a,221b)で構成されており、ランプ2の供給電力を示すランプ電圧VLのみを上記端子Cから検出するようになっている。第2リミット値設定回路213は、ランプ電圧VLが大きくなると、これに応じて上記リミット値を大きく設定するものである。
【0125】
つまり、カレントミラー回路221を流れる電流は、ランプ電圧VLのみに応じて可変され、ランプ電圧が高くなる程大きくなり、ランプ電圧VLが高くなると、カレントミラー回路221のNPNトランジスタ221bのコレクタ電流は増加する。従って、電圧V0はNPNトランジスタ221bのコレクタ電流が増加した分低下する。一方、ランプ電圧VLが低下すると、NPNトランジスタ221bのコレクタ電流が減少し、電圧V0は高くなる。
【0126】
すなわち、スレッショルドレベル設定回路165は、バッテリ電圧VBおよびランプ電圧VLとで決定される電圧をV0とし、誤差増幅回路61の出力電圧に相当するNPNトランジスタ207のベース側の電圧をVMとすると、以下のような機能を果たす。但し、説明上分かり易くするため、上記NPNトランジスタ207とNPNトランジスタ217との各ベース−コレクタ間の電圧降下を無視する。
【0127】
例えば、誤差増幅回路61の出力信号により、ランプ電力を増加させようとして、電圧VMが低くなったとする。そして、この際、上記電圧VMが上記電圧V0より高いと、NPNトランジスタ217はオフとなる。これにより、入力電圧VNは、電圧VMとなり、誤差増幅回路61の出力信号に応じて、スレッショルドレベルが設定される。
【0128】
一方、誤差増幅回路61の出力信号により、ランプ電力を大幅に増加させようとして、例えば電圧VMが上記電圧V0より低くなったとする。すると、NPNトランジスタ207はオフ、NPNトランジスタ217はオンとなる。これにより、入力電圧VNは、電圧V0で、この電圧V0が上記リミット値となり、スレッショルドレベルはこれ以上大きくならないように制限される。
【0129】
つまり、第1リミット値設定回路211は、バッテリ電圧VBのみに応じ、バッテリ電圧VBが低下すると、上記電圧V0も低下するので、バッテリ電圧VBが低くなる程、上記リミット値を大きく設定する。また、第2リミット値設定回路213は、ランプ電圧VLのみに応じ、ランプ電圧VLが高くなると上記電圧V0は低くなるので、ランプ電圧VLが高くなる程、上記リミット値を大きく設定する。
【0130】
このように、本例では、バッテリ電圧VBのみを検出する手段として、図1に示すように端子Aを設け、この端子Aより検出されるバッテリ電圧VBに応じて、上記リミット値を可変するようにした。これにより、バッテリ電圧VBに応じて、精度良く上記リミット値を設定できる。
また、上述したランプ電圧VLのみを検出する手段として、図1に示すように端子Cを設け、この端子Cより検出されるランプ電圧VLに応じて、上記リミット値を可変するようにした。これにより、ランプ2の負荷であるランプ電圧VLに応じて、精度良く上記リミット値を設定できる。
【0131】
また、上記ランプ2の負荷として、上記ランプパワー制御回路10で使用する制御信号(VL)を利用しているので、特別にランプ2の負荷を検出する手段を設ける必要は無く、コスト低減を図れる。
ところで、上述した第1、第2リミット値設定回路211、213は、例えば抵抗223や225等にて決定される回路定数によって、上記リミット値を設定している。そして、本例では第1リミット値設定回路211は、バッテリ電圧VBが定格電圧12Vから約7Vまで低下する間に、リミット値が精度良く設定できるようにしてある。
【0132】
従って、例えばバッテリ電圧VBが大きく低下して7Vより小さくなると、上記リミット値は適切で無く、リミット値をさらに大きくする必要がある。つまり、バッテリ電圧VBがさらに大幅に低下した場合では、フライバックトランス29の二次側出力も大きく低下するので、これに応じて上記リミット値を大きくしないと、二次側の出力が十分得られない。
【0133】
そこで、上記第3リミット値設定回路215にて、バッテリ電圧VBが7Vより低下したときに、適切に上記リミット値を設定する。以下、これについて説明する。なお、この場合のリミット値は、上述したようにデューティー比が高くなった場合に、フライバックトランス29の二次巻線29bへのエネルギー供給が十分行える範囲で設定される。
【0134】
上記第3リミット値設定回路215は、図14に示すように抵抗225と並列に接続されたNPNトランジスタ227と、このNPNトランジスタ227をオンオフするコンパレータ229とからなる。
コンパレータ229は、非反転入力端子に所定電圧VK(7V)が入力されており、反転入力端子に上記端子Aよりバッテリ電圧VBが入力されている。従って、バッテリ電圧VBが7Vより低下すると、NPNトランジスタ227がオンとなる。これにより、上記電圧V0は、抵抗223と抵抗225との分圧で無く、ほぼ0Vになる。
【0135】
この結果、上記リミット値は、デューティー比がほぼ100%にできる値まで低下する。これにより、バッテリ電圧VBが7Vより低下した場合にも、最適なリミット値を設定できる。
次に、制御回路165cについて説明する。制御165cは、ランプ2の点灯前におけるランプ電圧VLを所定値に定電圧化(例えば400V)制御する回路である。そして、端子401は、ランプ電圧VLを検出する端子で図1の端子Cに接続されている。点灯スイッチSWがオンされ、ランプ2が点灯するまで(ランプ2にランプ電流が流れていない状態)は、誤差増幅回路61の出力端子の電圧は、最も高い電圧となり、抵抗209には電流が流れない。すなわち、誤差増幅回路61はランプ2に最大電力を供給する指令信号を出力する。
【0136】
従って、PWM制御回路9は、第2リミット値設定回路165bにより決まる最大デューティーの状態で作動する。これにより、直流電源回路5が作動し、ランプ電圧VLが上昇し、上記所定値に達すると、制御回路165cにより、ランプ電圧VLを定電圧制御する。
詳しく説明すると、ランプ電圧VLを抵抗402、403で分圧した電圧と、基準電圧Vdとをコンパレータ230にて比較し、NPNトランジスタ404をオンオフ制御する。つまり、ランプ電圧VLが所定値以下ではNPNトランジスタ404はオフし、所定値以上ではNPNトランジスタ404はオンする。NPNトランジスタ404がオンとなると、抵抗405で決まる電流がNPNトランジスタ205aに流れる。そして、この電流と同じ電流がNPNトランジスタ205bに流れ、電圧VMが上昇し、入力電圧VNが上昇する。
【0137】
但し、この際、出力電圧VNは、抵抗405の抵抗値の設定にて、コンパレータ167の非反転入力端子に入力される鋸歯状波のピーク電圧(図11中Va)より高くなる。従って、コンパレータ167の出力信号は、ローレベル信号に固定され、MOSトランジスタ31はオフとなり、ランプ電圧VLの上昇は停止する。
【0138】
そして、この後、時間の経過とともにランプ2以外の箇所による電力消費により、ランプ電圧VLが、徐々に低下して上記所定値以下となると、NPNトランジスタ404は再度スイッチング動作して、ランプ電圧VLが上昇する。このように、この動作を繰り返して、ランプ電圧VLは定電圧制御される。
〔フェイルセーフ回路14について〕
次に上記フェイルセーフ回路14について説明する。先ず、フェイルセーフ回路14の機能の前提となるランプ2の車両取付構造について図15に基づき説明する。
【0139】
図15に示すように車両前照灯231は、ランプ2の光を車両前方に向けて反射させるリフレクタ233を有する。リフレクタ233は、碗状に形成されており、内部にランプ2を収納している。ランプ2は、図15中左側からリフレクタ233内に挿入されており、コネクタ235によりリフレクタ233に取り付けられている。
【0140】
簡単に説明すると、コネクタ235は、脱着可能なコネクタ部235a、235bとからなり、コネクタ部235aは、図15中左側からリフレクタ233内に挿入されており、挿入後に回転させることでリフレクタ233に取付られている。この後、コネクタ部235bが、235aにはめ込まれると、ランプ2が点灯可能となる。
【0141】
コネクタ235bには、アルミニウム等にて形成されたシールド部237が覆うようにして取り付けられている。シールド部237は、図15に示すようにアースされるとともに、ランプ2の電気配線部239を押しつけるようにしてコネクタ部235bに取り付けられている。
ここで、このシールド部237は、ランプ2の点灯にて発生する電波をランプ2(リフレクタ233)の外部に洩れださないようにするためのものである。これにより、電波により自車や他車の電気機器に悪影響を起こさないようにすることができる。また、このような電波発生を防止するために、リフレクタ233の内面にはアルミニウムが蒸着されており、このアルミニウムはアースされている。さらに、同様な理由により、図示しないがリフレクタ233内でランプ2の車両前方側にも、カップ状のシールド部が設けられている。
【0142】
このような構成からなる車両全照明灯231においては、ランプ2を交換する時などに、ランプ2の電気配線部239がシールド部237に挟みこまれて、ランプ2の電気配線部239がアースされる可能性がある。
この結果、上記一次巻線29aおよび二次巻線29bを通じて、例えばHブリッジ回路7aに過電流が流れ、Hブリッジ回路7aにて多大な熱が発生し、最悪ヒューズ50が溶断するといった問題が起こる。
【0143】
そこで、このように異常状態に対処するため、上記フェイルセーフ制御回路14にて以下の異常制御を行う。以下、フェイルセーフ制御回路14の具体的構成および異常制御の内容を図16にて説明する。なお、以下の異常制御は、上記点灯スイッチSWがオンに設定されているときに行われる。図16に示すようにフェイルセーフ制御回路14は、大別して5つの機能ブロック241a〜241eとからなる。
【0144】
241aは、コンパレータ243と抵抗245とからなる。コンパレータ243は、反転入力端子には、上記サンプリングホールド回路12から上記ランプ電圧VLが入力されており、非反転入力端子には所定電圧Vr1が入力されている。つまり、241aは、ランプ電圧VLが所定電圧Vr1(例えば、20V)より小さい第1状態であるか否かを判定する電圧判定手段を構成してしている。
【0145】
241bは、コンパレータ247とコンデンサ248と抵抗249とからなる。コンパレータ247は、反転入力端子に上記ランプ電流IL(電圧換算VIL)が入力されており、非反転入力端子に所定電圧Vr2が入力されている。つまり、241bは、上記VILと所定電圧Vr2とを比較することにより、ランプ電流ILが所定電流より小さい第2状態であるか否かを判定する電流判定手段を構成している。
【0146】
241cは、上記コンパレータ243、247の出力が共にハイレベル信号になると、ハイレベル信号を出力するANDゲートである。つまり、ANDゲート241cの出力信号がハイレベル信号になるということは、上述した異常状態を検出したということである。
すなわち、ANDゲート241cは、上記電気配線部239がアースされるといった異常状態を検出する手段で、ランプ電圧VL(電圧信号)が所定電圧値より低く、かつランプ電流(電流信号)が所定電流値より低いときに異常状態と検出する。
【0147】
ここで、簡単にランプ電圧VLとランプ電流ILとで上記異常判定を行うことができる理由を説明する。上述したようにランプ2が電力制御されているときでは、ランプ電圧VLは例えば20V〜400Vの所定範囲にある。この際、電気配線部239がアースされると、フライバックトランス29の二次側に過電流が流れ、ランプ電圧VLは上記20Vより低くなる。従って、この場合は上記電気配線部239がアース接地されているおそれがある。
【0148】
また、上述したようにランプ2が電力制御されているときでは、ランプ電流ILは、所定範囲(0.35〜2.6A)にある。そして、上記電気配線部239がアースされると、二次巻線29b側からの過電流は、上記Hブリッジ回路7aを流れずに電気配線部243からアースに落ちる。これにより、ランプ電流ILは、上記所定範囲より小さく、所定電流(例えば、0.2A)以下になる。従って、この場合電気配線部239がアースされているおそれがある。
【0149】
このように本例では、異常状態をランプ電圧VLとランプ電流ILとのAND条件にて検出している。
また、本例では、異常状態と検出するのは、上記第1状態と第2状態とが共に成り立ったときである。このような2つの状態を両方とも満足したときに、異常状態と判定するのは以下の理由がある。
【0150】
例えば、何らかの異常が生じてランプ2の両端が短絡してしまうと、上記ランプ電圧VLは、上記所定電圧Vr1より小さくなるが、上記ランプ電流ILは上記所定電流より大きくなる。また、何らかの異常が生じてランプ2が開放してしまうと、上記ランプ電流ILは上記所定電流より小さくなるが、上記ランプ電圧VLは、上記所定電圧Vr1より大きくなる。
【0151】
従って、一方の条件だけでは、電気配線部239がアースされたのか、ランプ2が短絡もしくは開放なのか判定できない。
そこで、本例では、電気配線部239のアースを確実に検出するために、上記第1状態と第2状態との両方を満足したときに異常状態と判定する。これにより、確実に電気配線部239がアースされる異常状態を把握でき、精度良く過電流が流れることを防止できる。
【0152】
時間計数回路241dは、D型フリップフロップ251と、NORゲート253と、ANDゲート255と、JK型フリップフロップ257とからなる。時間計数回路241dは、上記第1状態および第2状態の両方を満足する時間が、所定時間T以上経過したか否かを判定するものである。そして、D型フリップフロップ251およびJK型フリップフロップ257のクロック端子には、同一のクロック信号CLが入力されるようになっている。
【0153】
リセット回路241eは、D型フリップフロップにて構成されている。D型フリップフロップリセット回路241eのD入力端子には、定電圧源259が入力されている。D型フリップフロップリセット回路241eの出力端子には、上記Hブリッジ制御回路11が接続されている。なお、定電圧源259は、上記点灯スイッチSWがオンのときに、定電圧(例えば5V)を発生するようになっている。
【0154】
次に上述の回路241a〜リセット回路241eまでの作動を図17のタイムチャートにて説明する。但し、ANDゲート241cの出力信号をα、JK型フリップフロップ257の出力信号をβ、D型フリップフロップ241eの出力信号をγとする。また、上記点灯スイッチSWがオンされると、D型フリップフロップリセット回路241eは、図示しないリセット回路からのリセット信号によりリセットされる。また、本実施形態では、D型フリップフロップリセット回路241eの出力信号γがハイレベル信号のときに、Hブリッジ制御回路11によりHブリッジ回路7aをオフとする。
【0155】
先ず、点灯スイッチSWがオンとなって、例えば時間t3になると、再度電気配線部239がアースされて出力信号αがローレベル信号からハイレベル信号になり、この状態が以後続いたとする。そして、出力信号αがハイレベル信号である状態が、クロックパルスCLの一周期時間より長く続くと、ANDゲート255cとNORゲート253を介して、JK型フリップフロップ257の出力信号βは、反転されてハイレベル信号になる。すると、D型フリップフロップ241eの出力信号γは、ハイレベル信号となる。これにより、図4に示すように第1異常用回路242の2つ出力端子から共にローレベル信号が、IC素子43a、43bに出力され、上記Hブリッジ回路7aがオフとされる。
【0156】
これにより、電気配線部239のアースによる過電流が、MOSトランジスタ41a、41cにより遮断されることになる。この結果、Hブリッジ回路7aや、Hブリッジ回路7a以降の電流経路に所定値より大きい過電流が流れることを防止でき、ヒューズ50の溶断を防止できるとともに、放電灯装置100での多大な発熱を防止できる。
【0157】
これに加え、この出力信号γがハイレベル信号になると、上記PWM制御回路9の制御を停止、つまりMOSトランジスタ31の導通を遮断する。具体的には、このような異常状態となると、図5に示すように第2異常用回路244にてハイレベル信号が出力されることで、NPNトランジスタ246がオンとされる。従って、NPNトランジスタ115、116は、PWM制御回路9の出力信号に係わらず、オフとなる。これにより、MOSトランジスタ31の導通が遮断され、放電灯装置100への全ての電力供給が停止される。このようにした理由を以下に説明する。
【0158】
例えば、電気配線部239がアースされたときに、電気配線部239とシールド237との間にある接触抵抗があったとする。そして、この接触抵抗によりフライバックトランス29の二次側のエネルギー(電力)が大きく消費されるといった問題が起こったとする。すると、ランプパワー制御回路9は、一次巻線29aに蓄えられるエネルギーを増加させるように、PWM制御回路9のデューティ比が大きくなるように制御する。これにより、フライバックトランス29の一次巻線29aには過大な電流が流れるといった問題がある。
【0159】
そこで、このような場合を考慮して、PWM制御回路9の制御を停止、つまり、MOSトランジスタ31の導通を遮断するので、一次電流が過大となることを防止できる。
また、上記した以外にも異常状態には色々なモードが考えられる、例えば、MOSトランジスタ31の耐圧が劣化した場合には、点灯を開始するに必要なランプ電圧(例えば、400V)を発生することができず点灯できない。この場合、MOSトランジスタ31はPWM制御回路9からデューティー最大の駆動信号が与えられてスイッチング作動を行うが、耐圧劣化しているために一次巻線29aに蓄積したエネルギーのほとんどをMOSトランジスタ31自信が消費することになり、そのまま動作を続けると異常発熱しMOSトランジスタ31は短絡破壊する。その結果、ヒューズ50の溶断等の二次的故障に至る。
【0160】
このような異常状態では、Hブリッジ回路7aをオフさせても前記結果は変わらない。そのため、このような異常状態の場合はPWM制御回路9の制御を停止し、MOSトランジスタ31をオフ状態にホールドするこにより二次的故障を回避できる。
このように、各種異常状態において異常判定した結果によりHブリッジ回路7aをオフする事が有効な場合と、MOSトランジスタ31をオフさせることが有効な場合があり、異常状態に応じてHブリッジ回路7aをオフするのか、或いはMOSトランジスタ31をオフさせるかを使い分けることができる。しかしながら、このように使い分ける場合には回路が複雑になり規模も大きくなるので得策ではない。従って、異常判定した場合には、全てHブリッジ回路7aをオフすると同時に、MOSトランジスタ31をオフさせることにより回路は簡単化でき規模も小さくすることができる。
【0161】
なお、図17に示すように時間t1において、電気配線部239がアースされて出力信号αがローレベル信号からハイレベル信号になり、この状態が時間t2まで続いたとする。
この場合は、時間計数回路241dへの入力信号である信号αのハイレベル期間がクロックパルスCLの一周期時間より短いので時間計数回路241dの出力信号βは変化せず前の状態を維持している。従って、信号γも同様に変化しない。すなわち、Hブリッジ制御回路11は何ら影響を受けない。
【0162】
つまり、上述したHブリッジ回路7aをオフする条件は、上記第1状態と第2状態とが共に成りたった時間が、所定時間T経過したときとなる。このようにした理由は、以下の通りである。
例えば、点灯スイッチSWがオンとなっているときに、上記第1状態および第2状態が始めて成り立った後、短時間にて電気配線部239のアースが復帰し、電気配線部239が正常となったとする。この場合、夜間の乗員の視認性を確保するために、できる限りランプ2は点灯状態を維持する必要がある。
【0163】
そこで、短時間の異常時には直ぐさまHブリッジ回路7aをオフしないようにし、上記第1状態と第2状態とが所定時間T経過したときに、始めてHブリッジ回路7aをオフする。なお、上記所定時間Tとは、上記ヒューズ50が溶断しない範囲の時間に設定されているので、ヒューズ50の溶断は未然に防止できる。また、上記所定時間Tは以下のように設定されている。本例では、図15に示すような比較的簡単な回路構成にて、上記異常状態を検出した。
【0164】
しかしながら、上記電気配線部239は、図2に示すようにランプ2の両端にある配線部239a、239bを有し、これら2つの配線部239a、239bが共にアースされることはほどんど無く、例えば図1中一方の電気配線部239aのみがアースされることが多い。従って、例えば上記異常状態が続いているときに、Hブリッジ回路7aにてランプ2の放電電圧の極性が変わると、上記ランプ電圧VLは、所定電圧Vr1より高くなる。
【0165】
従って、異常状態が発生しているにも係わらず上記第1状態にならないので、上記ANDゲート241cの出力信号は、ハイレベル信号にならず、異常状態を検出することができない。
そこで、本例では上記所定時間Tは、上記Hブリッジ回路7aの切換周期時間より短くして、この切換周期時間の半分以下(0.8ms)に設定してある。これにより、簡単な回路構成にて上記異常状態が確実に検出できる。
【0166】
また、上記異常状態を検出するために、上述したランプパワー制御の制御信号である上記ランプ電圧VLとランプ電流ILとを使用している。これにより、異常を判定するために別個に電圧検出用回路や電流検出用回路を設ける必要が無い。
〔コネクタ外れ検出回路15について〕
次に、コネクタ外れ検出回路15について図18を用いて説明する。
【0167】
上記ランプ2は、破損故障等の際に2つのコネクタ部235a、235bよりなるコネクタ235にて脱着可能となっている。従って、ランプ2は、コネクタ部235a、235bがはめ込まれると、バッテリ1と電気的に接続されて点灯可能となる。
図18に示すようにコネクタ235内には、コネクタ部235aと235bとが外れると、内部の電気的導通が遮断されるように電気配線部261が形成されている。具体的に説明すると、電気配線部261の一端側は、電源端子1aに接続されている。また、電気配線部261の他端側はアースされている。
【0168】
各コネクタ235a、235bの電気配線部261の接続点261aは、コネクタ235の外れを検出するコネクタ外れ検出端子となっており、コネクタ部235a、235bが外れると、コネクタ外れ検出回路15内に内蔵された外れ検出回路15aのトランジスタ263がオフからオンとなるようにしてある。また、外れ検出回路15aは、信号発生回路13aと始動回路8との間に設けられ、コネクタ235の外れが検出されたときには、信号発生回路13aからの信号を強制的に始動回路8の作動を停止させる信号とするものである。
【0169】
次に高電圧発生制御回路13について説明する。高電圧発生制御回路13は、上記サイリスタ57のゲート駆動信号を発生させ、上述したようにHブリッジ回路7aのオン・オフタイミングに同期して信号を出力する信号発生回路13aを有する。そして、信号発生回路13aは、例えば上記始動回路8が起動しても、ランプ2が点灯せずに消灯していると、ランプ2が点灯するまでは、上記信号発生回路13aにてサイリスタ57のオンオフを繰り返し、ランプ2に高電圧を印加するようになっている。
【0170】
上記信号発生回路13aにて、ハイレベル信号が発生されると、トランジスタ265がオンとなる。これにより、トランジスタ267はオフとなり、トランジスタ269、275はオンとなる。また、トランジスタ271、273はオフとなる。この結果、サイリスタ57のゲート駆動信号はローレベル信号となり、サイリスタ57はオフとなる。
【0171】
一方、上記信号発生回路13aにて、ローレベル信号が発生されると、トランジスタ265がオフとなる。これにより、トランジスタ267はオンとなり、トランジスタ269、275はオフとなる。また、トランジスタ271、273はオンとなる。この結果、サイリスタ57のゲート駆動信号はハイレベル信号となり、サイリスタ57はオンとなる。
【0172】
このように信号発生回路13aが発生する信号が、ハイレベル信号であると、ゲート駆動信号はローレベル信号となり、サイリスタ57はオフとなる。一方、信号発生回路13aが発生する信号が、ローレベル信号であると、ゲート駆動信号はハイレベル信号となり、サイリスタ57はオンとなる。
そして、本例では、上記トランジスタ263のオン信号により、サイリスタ57のゲート駆動信号を強制的にローレベル信号にすることができる。つまり、外れ検出回路15aにてコネクタ235が外れていると検出され、トランジスタ263がオンすると、上記信号発生回路13aにて、サイリスタ57をオンとするローレベル信号が発生されても、トランジスタ267はオフとなる。
【0173】
従って、トランジスタ269、275はオン、トランジスタ271、273はオフとなって、サイリスタ57はオフとなる。この結果、例えば、コネクタ235が外れてランプ2が消灯したときに、サイリスタ57による高電圧発生が未然に防止される。
ところで、上述したコネクタ235が外れたと検出されたときに、例えば電気配線部261の接触不良である場合は、ランプ2の点灯機能は正常にある。そして、このような場合は上記PWM制御回路9の制御を停止して、ランプ2を消灯する必要は無く、逆にランプ2の点灯を維持するのが好ましい。
【0174】
そこで、コネクタ235の外れ検出と平行して、フェイルセーフ回路14にて、上記点灯スイッチSWがオンに設定されているにも係わらず、ランプ2が消灯する異常状態を検出する。つまり、コネクタ外れ検出回路15によりコネクタ235が外れていると検出されたときに、上記電気配線部261の接触不良で無く、本当にコネクタ235が外されて、ランプ2が消灯してしまったか否を判定する。
【0175】
上記フェイルセーフ回路14を表す論理回路図を図19に示す。
フェイルセーフ回路14は、点灯検出手段をなすコンパレータ277と、ディレー回路(タイマー回路)279と、ORゲート281と、D型フリップフロップ241eからなる。
コンパレータ277の非反転入力端子には、所定電圧VRが入力されている。一方、コンパレータ277の反転入力端子には、上記端子Eが接続されている(図1参照)。つまり、コンパレータ277は、ランプ2が点灯してランプ電流が流れていると、ローレベル信号を出力し、ランプ電流が所定値以下となると、ランプ2が消灯しているとしてハイレベル信号を出力する。
【0176】
ディレー回路279は、上記コンパレータ277の出力信号がハイレベル信号で、このハイレベル信号が所定時間Tm継続するとハイレベル信号を出力する。つまり、ディレー回路279は、ランプ2が消灯した時間が所定時間Tm経過するとハイレベル信号を出力する。
ORゲート281では、ディレー回路279の出力信号が、ハイレベル信号となると、ハイレベル信号を出力する。ORゲート281の出力信号がハイレベル信号になると、D型フリップフロップ241eは、このハイレベル信号をクロックパルスとして、ハイレベル信号を出力する。そして、D型フリップフロップ241eの出力信号が、ハイレベル信号となると、バッテリ1からランプ2への電力を供給する電力制御手段をなす上記PWM制御回路9の制御を停止(MOSトランジスタ31をオフ)するとともに、上記第1異常用回路242にて上記Hブリッジ回路7aをオフとする。
【0177】
このようにすることで、ランプ2が点灯している状態から消灯し、この消灯時間が所定時間Tm経過すると、PWM制御回路9の制御を停止することでランプ2への電力供給が停止されるようになる。また、ランプ2が消灯して所定時間Tm経過するまでは、PWM制御回路9の制御を継続し、ランプ2への電力供給を行う。
【0178】
なお、図19に示すようにORゲート281には、上述した電気配線部261がアースされる配線異常状態となったときに対応するための入力端子や、他の異常状態に対応するための入力端子が設けられている。つまり、ORゲート281は、図16に示す上記JK型フリップフロップ257と、D型フリップフロップ241eとの間に設けられている。
【0179】
次に、外れ検出回路15a、高電圧発生制御回路13、およびフェイルセーフ回路14の作動を図20のタイムチャートにて説明する。
但し、外れ検出回路15aにて検出される信号をgとし、コネクタ235が外れているときにはハイレベル信号、コネクタが外れていないときにはローレベル信号とし、サイリスタ57のゲート駆動信号をf、点灯スイッチSWの信号をaとして点灯スイッチSWがオンの時にはハイレベル信号、オフのときにはローレベル信号とする。
【0180】
また、信号発生回路13aの出力信号をdとし、PWM制御回路9の制御信号をcで、PWM制御回路9が制御を行っているときにはハイレベル信号、制御が停止しているときにはローレベル信号とし、コンパレータ277の出力信号をkとし、ランプ2が消灯しているときにはハイレベル信号、ランプ2が点灯しているときにはローレベル信号とする。さらにD型フリップフロップ241eのC入力信号をnとする。
【0181】
先ず、時間t1にて点灯スイッチSWがオンされると、ランプ電圧VLが徐々に増加して、例えば時間t2となると、サイリスタ57のゲート駆動信号fがハイレベル信号なる。これにより、ランプ2が点灯してランプ電流ILが流れ始める。その後、ランプ2が安定制御状態(35W)となり、時間t3にて信号gがハイレベル信号となり、コネクタ235が外れたと検出されたとする(図20中▲1▼)
そして、時間t3にてランプ電流ILが所定値より小さく、例えば0となり、ランプ2が消灯する、つまり、電気配線部261の接触不良では無くてコネクタ235が本当に外れた場合には、信号kはハイレベル信号となる。しかし、この際、ディレー回路279によって信号nはローレベル信号のままであり、PWM制御回路9の制御も継続される。
【0182】
これにより、ランプ2が消灯してしまうと、図20に示すように時間t4では、信号発生回路13aの信号dは、サイリスタ57をオフからオンとして、ランプ2を再度点灯させるようにハイレベル信号からローレベル信号に切り換わる。
しかしながら、本例では、ランプ2の点灯に係わらずコネクタ外れを検出すると、信号gがハイレベル信号になることで、信号fはローレベル信号となる。従って、コネクタ235の外れが検出されたときに、始動回路8によるコンデンサン53の放電が停止され、コネクタ235での高電圧の発生が防止できる。
【0183】
そして、時間t5にて、ランプ2が消灯した継続時間が、所定時間Tm経過したならば、信号nがハイレベル信号となって、PWM制御回路9の制御を停止するとともに、Hブリッジ回路7aをオフとする。つまり、コネクタ235が外れてランプ2が消灯する場合には、サイリスタ57をオフとして、所定時間Tm経過後、PWM制御回路9の制御を停止して、ランプ2への電力供給を停止する。
【0184】
これにより、上記ランプ2の電気配線部261が、短時間接触不良を起こしたときには、ランプ2への電力供給を維持してランプ2の点灯が維持できるとともに、ランプ2が所定時間Tm継続して消灯しているときには、速やかにランプ2への電力供給を停止できる。
次に、上記▲1▼の状態、つまリコネクタ235が実際に外れている状態から、一旦時間t6で点灯スイッチSWをオフとして、時間t7にて再度オンしたとする。(図20中▲2▼)
すると、ランプ電圧VLが徐々に増加して、時間t8になると、信号発生回路13aの信号dは、サイリスタ57をオフからオンとして、ランプ2を点灯させるようにハイレベル信号からローレベル信号に切り換わる。しかし、上述したようにランプ2の点灯に係わらずコネクタ外れを検出すると、信号gがハイレベル信号になることで、信号fはローレベル信号となる。従って、コネクタ235が外れたときに、始動回路8によってコネクタ235での高電圧発生を防止できる。
【0185】
その後、時間t9にて、コネクタ235が外れたと検出された継続時間が所定時間Tm経過すると、信号nがハイレベル信号となって、PWM制御回路9の制御を停止するとともに、Hブリッジ回路7aをオフとする。
次に、上記▲2▼の状態、つまリコネクタ235が実際に外れているた状態から、一旦時間t10で点灯スイッチSWをオフとして、コネクタ235をはめ直し、、時間t11にて再度オンしたとする。(図20中▲3▼)
すると、時間t12では、上述のように信号gがローレベル信号になることで、信号fはハイレベル信号となり、始動回路8にてランプ2が点灯される。その後、例えば、時間t13にて電気配線部261が接触不良になったとする。この場合は、ランプ2は点灯しており、ランプ電流が所定値より大きくなっているので、信号kはローレベル信号である。
【0186】
従って、電気配線部261が接触不良を起こしたときに、ランプ2が点灯していると、ランプ2への電力供給が維持される。この結果、電気配線部261の接触不良を起こしても、ランプ2の点灯機能に異常が無い場合には、ランプ2の点灯を維持できる。
〔逆接保護回路3について〕
次に、逆接保護回路3について図21を用いて説明する。なお、図21は図1に電気負荷として車両用電気機器であるオルタネータ71を加えたものである。
【0187】
逆接保護回路3は、バッテリ1と、ランプ2との間に設けられている。MOSトランジスタ21のゲート(G)は、抵抗17を介してバッテリの正極側(電源端子1a)に接地されている。MOSトランジスタ21のソース(S)およびドレイン(D)は、アース端子1b側に接続され、放電灯装置100を流れた電流がソースからドレインに向かって流れるようになっている。
【0188】
上記点灯スイッチSWをオンすると、バッテリ1からゲート(G)にゲート電圧を与えられ、MOSトランジスタ21は導通状態となり、バッテリ1の電力が放電灯装置100に供給される。これにより、放電灯装置100が作動する。
MOSトランジスタ21のゲート−ソース間には、導通手段であるコンデンサ19が並列に接続されている。上記抵抗17は、電源端子1aとMOSトランジスタ21のゲートとの間で、MOS型トランジスタ21とコンデンサ19との並列接続と直列に接続されている。
【0189】
そして、上記点灯スイッチSWがオンされると、抵抗17を介してコンデンサ19が充電される。コンデンサ19の充電電流経路は、バッテリ1の正極側から抵抗17、コンデンサ19、MOSトランジスタ21のソース−ドレイン間の寄生ダイオードを介して、バッテリ1の負極側に流れる。そして、コンデンサ19の充電電圧が所定値に達すると、MOSトランジスタ21はオンとなる。また、MOSトランジスタ21がオンするまでは、放電灯装置100を流れる電流は、MOSトランジスタ21のソース−ドレイン間の寄生ダイオードを通じて流れる。
【0190】
上記MOSトランジスタ21は、以下のようなときに放電灯装置100に逆電圧が印加されないように保護する保護機能を有する。
例えば、バッテリ1の交換時に、誤ってバッテリ1の極性が逆に取り付けられて、この状態で乗員の操作により上記点灯スイッチSWがオンされたとする。この場合は、放電灯装置100に印加される逆電圧は、バッテり電圧VB(第1逆電圧)である。
【0191】
そして、このように放電灯装置100にバッテリ1の極性が逆に取り付けられたときには、MOSトランジスタ21のドレインーソース間の耐圧にて放電灯装置100への逆電圧印加を遮断し、放電灯装置100を保護する。これにより、従来のようにツェナーダイオードを通じてヒューズ50に過電流が流れるといったことが無く、ヒューズ50の溶断を未然に防止できる。
【0192】
上記オルタネータ71は、バッテリ1に対して上記放電灯装置100と並列に接続されている。オルタネータ71は、図示しない界磁コイル等のリアクタンス成分を有する誘導性負荷(車両用電気機器)であり、車両の走行駆動源を起動する手段であるイグニッションスイッチIGがオンされると、発電を開始する。
そして、上記イグニッションスイッチIGがオンで点灯スイッチSWがオンの状態から、イグニッションスイッチIGがオフされると、オルタネータ71に流れていた電流が遮断されることで、電源端子1aに負極性の大きなパルス電圧が発生する。このため、放電灯装置100には、上記バッテリ1の逆接時より大きな逆電圧が印加されることになる。
【0193】
しかし、この際、コンデンサ19に充電された電荷は、コンデンサ19と抵抗17とで決まる時定数にて放電される。これにより、MOSトランジスタ21のゲートには所定時間、ゲート電圧が印加されるので、MOSトランジスタ21は所定時間導通状態が維持される。なお、電源端子1aとアース端子1bとの間に、大きなパルス電圧が一瞬発生したときには、オンしているMOSトランジスタ21を介してMOSトランジスタ31のソース−ドレイン間の寄生ダイオード、フライバックトランス29の一次巻線29a、コイル27といった電流経路でパルス電流を流すことにより、負極性パルスのエネルギーを消費する。
【0194】
このように、電源端子1aとアース端子1bとの間に、大きな逆電圧が発生したときには、コンデンサ19によりMOSトランジスタ21が強制的に導通状態に維持されるので、MOSトランジスタ21の上記耐圧を全く考慮せずに済む。つまり、この耐圧は、上記バッテリ1の逆接時に、放電灯装置100に逆電圧が印加されない程度(例えば12V強)であれば良い。
【0195】
従って、MOSトランジスタ21の上記耐圧を非常に小さくすることができ、これにより、MOSトランジスタ21の駆動抵抗を小さくでき、MOSトランジスタ21での電力損失が小さくできる。ひいては、MOSトランジスタ21のチップサイズを小さくすることができ、安価なMOSトランジスタ21を使用できる。
【0196】
また、上述したようにコンデンサ19にて、MOSトランジスタ21は強制的に導通状態となるが、コンデンサ19と抵抗17が時定数回路を構成しているので、抵抗17によってコンデンサ19の放電時間が延長される。この結果、MOSトランジスタ21の導通時間を長くできるので、確実にMOSトランジスタ21の破壊破損を防止できる。なお、本発明者の検討によると、上記時定数回路の時定数は、0.01秒以上とすると、上記パルス電圧が発生している間、確実にMOSトランジスタ21をオン状態にすることができ、確実に放電灯装置100を保護できる。
【0197】
〔過電圧保護回路16について〕
図22に、図2に示す過電圧保護回路16の回路構成図を示す。以下、図22に基づき過電圧保護回路16について説明する。
過電圧保護回路16は、集積回路73に備えられた各制御回路9〜15を過電圧から保護するものである。この過電圧保護回路16は、1次側電圧が所定のしきい値電圧になると過電圧検出を行う過電圧検出回路77と、1次側電圧がしきい値電圧になったときに1次側電圧を分圧する分圧回路79とを備えている。そして、この過電圧保護回路16を介して印加された1次側電圧がこの定電圧回路75で定電圧化され、各制御回路9〜15の駆動電圧に使用される。
【0198】
過電圧検出回路77は、比較的抵抗値が大きな抵抗81とツェナーダイオード83及び抵抗85で構成されている。このツェナーダイオード83のツェナーダイ電圧によって上記しきい値電圧が設定されている。また、抵抗81は電流I制限用としてツェナーダイオード83に直列に設けられており、これによってツェナーダイオード83の耐圧を低くする事ができる。なお、抵抗85はリーク防止のための逆バイアス抵抗である。
【0199】
また、分圧回路79は、抵抗87、89及びダーリントン接続されたNPNトランジスタ91、93で構成されている。
次に、このように構成された過電圧保護回路16の作動について説明する。
1次側電圧が所定のしきい値電圧未満の時には、ツェナーダイオード83は電流を流さないため、ダーリントン接続されたNPNトランジスタ91、93がオンしない。このため、集積回路73内の定電圧回路75に印加される電圧VICは、1次側電圧から抵抗87での電圧降下を差し引いた電圧となる。
【0200】
そして、1次側電圧が所定電圧以上に上昇すると、ツェナーダイオード83がツェナー降伏によって電流を流し、NPNトランジスタ91、93がオンする。このため、集積回路73内の定電圧回路75に印加される電圧VICは、1次側電圧が抵抗87及び抵抗89で分圧された電圧となる。なお、このとき分圧された電圧が各制御回路9〜15の耐圧以下になるように、抵抗87及び抵抗89の抵抗値を設定する必要がある。
【0201】
なお、集積回路73の中に定電圧回路75や各制御回路9〜15等を形成したものを示したが、ツェナーダイオード83、抵抗85及びNPNトランジスタ91、93等の過電圧保護回路16の構成要素も集積回路73の中に形成しても良い。この場合には、これらの各構成要素を集積回路の他の部分と共に形成すれば良いため、よりコスト削減を図ることができる。
【0202】
このように、分圧回路79にて過電圧を分圧しているため、集積回路73に過電圧が印加されないようにすることができる。
これにより、比較的高耐圧のパワーツェナーダイオードを用いなくても、集積回路73の中の各制御回路9〜15を過電圧から保護することができ、コスト削減を図ることができる。また、過電圧検出回路77における抵抗81には、過電圧が発生したとき以外には電流がほとんど流れないようになっているため、過電圧が発生していないときにおける抵抗81の電力消費を防止することができる。
【0203】
〔放電灯装置の検査について〕
次に、放電灯装置100を車両に取り付ける前の検査について、図23に示すコネクタ15内の回路構成等と、図24に示すクロック回路285の回路構成図に基づいて説明する。
検査時においてクロック回路285が発生する信号の周波数を擬似的に短くする為に、図23及び図24に示すように、クロック切替え検出回路286、287が放電灯装置には備えられている。このクロック切替え検出回路286、287について説明する。
【0204】
クロック切替え検出回路286、287は、検査時であることを検出してクロック切替え検出信号を出力する検査時検出回路286と、クロック切替え検出信号に基づきクロック回路285が数える時間を擬似的に速くするための時間短縮回路287とを備えている。
検査時検出回路286には、上記コネクタ外れ検出端子261に印加されているバッテリ電圧VBが同様に印加される。上述したように、コネクタ外れ検出はバッテリ電圧VBによって行われるため、コネクタ外れ検出端子261aにはバッテリ電圧VB以上の電圧が印加されることがない。これを利用して、コネクタ外れ検出端子261aにバッテリ電圧VB+α未満の電圧しか印加されていない時には、検出時ではないとして検査時検出回路286はハイレベル信号を出力し、コネクタ外れ検出端子261aにバッテリ電圧VB+α以上の電圧が印加されると検査時検出回路286はクロック切替え検出信号となるローレベル信号を出力するようになっている。これにより、コネクタ外れ検出端子261aを検査用及びコネクタ外れ検出用の端子として共用している。
【0205】
時間短縮回路287は図24に示すようにクロック回路285に内蔵されている。クロック回路285は、連続的に並べられた複数のD型フリップフロップ289a〜289jを備えており、これらのD型フリップフロップ289a〜289jによって時間が数えられている。すなわち、図示しない変換器が出力するクロック信号CLがD型フリップフロップ289aに入力されると、D型フリップフロップ289aはこのクロック信号の2倍の周期となる信号を出力し、次のD型フリップフロップ289bでさらに2倍の周期の信号となって出力される。 各D型フリップフロップ289a〜289jでこの動作を繰り返して、クロック信号の周期が倍々される。そして、各制御回路は、各D型フリップフロップ401a〜401jが出力する信号のうちから適合するものを選択し、各制御を行う際の時間に用いている。例えば、ランプパワー制御回路10においては、D型フリップフロップ289iの出力信号の周波数に基づいて制御時間を設定している。
【0206】
このように並べられた複数のD型フリップフロップの間に時間短縮回路287が配置されている。以下、クロック回路285及びクロック切替え検出回路28、287における作動を実際にランプ2を使用する時と検査時に分けて説明する。
(1)実際にランプ2を使用する時この時には、コネクタ35にランプ2が接続されているため、クロック切替え検出回路28、287はアース状態となる。この場合には、コネクタ外れ検出接続端子261aにバッテリ電圧VB+α以上の電圧が印加されないため、検査時検出回路286はハイレベル信号を出力する。
【0207】
この時には、D型フリップフロップ289gのクロックCには、D型フリップフロップ289fの出力信号が入力される。すなわち、時間短縮回路287における処理によって、変換器が出力しているクロック信号が無視され、D型フリップフロップ289fの出力信号がD型フリップフロップ289gのクロック信号としてクロックCに入力される。従って、検査時以外には、D型フリップフロップ289a〜289fを介して変換器からのクロック信号CLの周期が倍々され、倍々された周期の信号がD型フリップフロップ289gのクロック信号となる。このため、ランプパワー制御回路10は通常の時間でランプパワー制御を行う。
【0208】
なお、ランプ2がコネクタ35から外れた場合においてもクロック切替え検出回路28、287にはバッテリ電圧VBが印加されるだけであるから、検査時検出回路286はハイレベル信号を出力し、クロック回路285及びクロック切替え検出回路28、287は上記と同様の作動を行う。
(2)検査をする時
この時には、コネクタ外れ検出端子261aを検査用及びコネクタ外れ検出用の端子として共用する。そして、所定電源を用いて、バッテリ接続部分にバッテリ電圧と同様の電圧を印加する。これにより、コネクタ外れ検出端子261aにはバッテリ電圧VBが印加される。この段階では、検査時検出回路286はハイレベル信号を出力している。
【0209】
そして、コネクタ外れ検出端子261aにバッテリ電圧VB+α以上の電圧を印加する。これにより、検査時検出回路286はクロック切替え検出信号としてローレベル信号を出力する。
この時には、D型フリップフロップ289gのクロックCには、変換器からのクロック信号が直接入力される。すなわち、時間短縮回路287における処理によって、D型フリップフロップ289fが出力している信号が無視され、変換器からのクロック信号がD型フリップフロップ289gのクロックとして入力される。従って、検査時には、D型フリップフロップ289a〜289fを介さずに変換器からのクロック信号がそのままD型フリップフロップ289gのクロック信号となる。このため、D型フリップフロップ289gは変換器からのクロック信号を倍の周期の信号にして出力する。
【0210】
従って、時間短縮回路287以降のD型フリップフロップ289g〜289jにおける出力信号の周期、すなわち各制御回路9〜15が基準にする時間が擬似的に短縮され、各制御回路9〜15は短縮された時間に基づいてランプパワー制御を行う。このため、ランプパワー制御時間が短縮化される。
このように、コネクタ外れ検出端子261aに、コネクタ外れ検出に用いる電圧以上の電圧VBが印加された場合に、検査時検出回路286が検査時であると検出するようにし、この場合には時間短縮回路287によって短縮された時間に基づいて各制御回路9〜15が各制御を行うようにしている。
【0211】
これにより、各制御回路9〜15が行う制御時間を短縮することができ、検査時間を短縮することができる。また、クロック切替え信号を時間短縮回路287に入力するための端子をコネクタ外れ検出端子261aで行っているため、クロック切替え信号を入力するためのみに端子を形成する必要がない。なお、コネクタ外れ検出端子261aはランプ2が接続されているときにはランプで覆われるため、錆防止のための特別な処理も必要ない。
【0212】
なお、本実施形態においては、バッテリ電圧VBが低下した時に、MOSトランジスタ31のスイッチング周波数をリニアに低下させているが、スイッチング周波数を段階的に変化させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態における放電灯装置100の全体構成図である。
【図2】図1に示す放電灯装置100の制御系を示すブロック図である。
【図3】上記実施形態における始動回路の各地点の波形を表すタイムチャートである。
【図4】上記実施形態におけるブリッジ駆動回路の構成図である。
【図5】上記実施形態におけるMOSトランジスタ31の駆動回路の構成図である。
【図6】上記実施形態におけるランプパワー制御回路の構成図である。
【図7】上記図6における電圧V1の波形を示すタイムチャートである。
【図8】上記実施形態におけるサンプルホールド回路12の構成図である。
【図9】図8におけるランプ電圧VLの波形を示す説明図である。
【図10】上記実施形態におけるPWM制御回路9における鋸歯状波形成回路の構成図である。
【図11】図10における鋸歯状波形成回路が形成する鋸歯状波を示す図である。
【図12】図11における鋸歯状波に応じて現れる一次電流の波形を示す図である。
【図13】図11における鋸歯状波に応じて現れる一次電流の波形を示す図である。
【図14】上記実施形態におけるスレッショルドレベル設定回路165の構成図である。
【図15】上記実施形態におけるランプ2の取付構造図である。
【図16】上記実施形態における放電灯装置の異常状態を検出する回路構成図である。
【図17】図16に示す回路における異常検出を表すタイムチャートである。
【図18】上記実施形態におけるコネクタの外れを検出する回路構成図である。
【図19】上記実施形態におけるコネクタが外れる異常状態を検出する回路構成図である。
【図20】図18、19におけるコネクタ外れの検出を表すタイムチャートである。
【図21】上記実施形態における逆接保護回路の構成図である。
【図22】上記実施形態における過電圧保護回路の構成図である。
【図23】上記実施形態におけるコネクタ外れ検出回路の要部詳細図である。
【図24】上記実施形態における放電灯装置の検査時に使用するクロック回路の説明図である。
【図25】従来における放電灯装置の一次電流の波形を示す図である。
【符号の説明】
1…バッテリ、2…ランプ、5…直流電源回路、7…インバータ回路、
7a…Hブリッジ回路、9…PWM制御回路、10…ランプパワー制御回路、
29…フライバックトランス、29a…一次巻線、29b…二次巻線、
31…MOSトランジスタ、41a〜41d…MOSトランジスタ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a discharge lighting device for lighting a high-pressure discharge lamp, and is particularly suitable for application to a vehicle front illumination lamp device.
[0002]
[Prior art]
When a high-pressure discharge lamp (hereinafter referred to as a discharge lamp) is used for a vehicle lamp, the primary side battery voltage (DC power supply voltage) is converted to a high voltage via a transformer, and the discharge lamp arranged on the secondary side Lights up.
Further, the current flowing through the primary side of the transformer is controlled so that predetermined energy (electric power) is supplied to the secondary side discharge lamp when the discharge lamp is lit. Specifically, the primary current is controlled to be turned on and off by a MOS transistor serving as a switch, and the on / off timing (duty ratio) of the MOS transistor is adjusted by a PWM controller, whereby the primary current of the transformer is adjusted. Is controlling.
[0003]
Here, when using a transformer that stores energy on the primary side during the on-time of the MOS transistor and supplies energy stored during the off-time of the MOS transistor to the secondary side, use a transformer on the primary side. The PWM control device sets the ON time of the MOS transistor so that the ON / OFF timing is such that the MOS transistor is turned on until a predetermined energy is accumulated.
[0004]
That is, when the battery voltage decreases, the on-time of the MOS transistor is set to be long compared to when the battery voltage is sufficient, and thus the primary voltage of the flyback transformer is related to the level of the battery voltage. Instead, the same energy is stored.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Here, FIGS. 25A and 25B show the current waveforms on the primary side when the battery voltage is sufficient and when the battery voltage decreases, respectively. However, in order to simplify the explanation, here, waveforms are shown when the secondary side of the transformer is not a winding.
[0006]
As shown in FIGS. 25A and 25B, during the on-time of the MOS transistor, the primary current I increases according to a predetermined time constant, and the predetermined energy is accumulated on the primary side of the flyback transformer. The Thereafter, the stored energy is supplied to the secondary side of the flyback transformer during the off-time of the MOS transistor.
At this time, when the battery voltage is sufficient, the off time of the MOS transistor is long, so the accumulated energy is sufficiently supplied to the secondary side of the flyback transformer. Since the off-time of the transistor is short, the on-time of the MOS transistor comes before all of the stored energy is supplied to the secondary side of the flyback transformer, and sufficient energy supply cannot be performed. is there.
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to sufficiently supply energy to the secondary side of a transformer even when the voltage of a DC power supply is lowered.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the following technical means are adopted.
  In invention of Claims 1 thru | or 4, the voltage of DC power supply (1)And before or after the discharge lamp (2) is litAccording toThe,The duty ratio is set so that predetermined power is supplied from the DC power supply (1) to the discharge lamp (2).When the voltage of the DC power supply (1) dropsThan before the declineLower switching frequencySet and set the switching frequency lower than before lighting regardless of the voltage of the DC power supply (1) before lighting.It is characterized by that.
[0009]
If the switching frequency is lowered in accordance with the voltage drop of the DC power supply (1), the primary current is not only when the voltage of the DC power supply (1) is low but also when the voltage of the DC power supply (9) is low. Become big enough. For this reason, even when the voltage of the DC power supply (9) decreases, the total sum (W) of energy accumulated on the primary side of the transformer (29) can be increased.
[0010]
  Also, because the frequency is low,Switching meansThe time during which (31) is turned off also becomes longer, and energy can be sufficiently supplied to the secondary side of the transformer (29). Thereby, even when the voltage of the DC power supply (1) is lowered, it is possible to sufficiently supply energy to the secondary side of the transformer (29).
[0011]
Specifically, the switching frequency may be set linearly, as shown in claim 2, such that the switching frequency is lowered as the voltage of the DC power supply (1) is lowered. As such, it may be performed step by step.
In order to lower the switching frequency, for example, the frequency of the sawtooth wave may be lowered.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, the discharge lamp device 100 of the present invention is applied to a vehicle headlamp. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a discharge lamp device 100 in the present embodiment, and FIG. 2 is a block diagram of a control system of the discharge lamp device 100 in the present embodiment.
[0013]
Reference numeral 1 denotes a DC power source (hereinafter referred to as a battery, rated voltage (battery voltage VB) 12V) mounted on the vehicle, 1a being a power terminal, 1b being a ground terminal, and 2 being a high voltage such as a metal halide lamp which is a vehicle headlamp. It is a discharge lamp (hereinafter referred to as a lamp). SW is a lighting switch that is provided in the passenger compartment and sets the lamp 2 to be turned on or off by a user operation. Reference numeral 50 denotes a fuse that is blown when an overcurrent flows through the discharge lamp device 100.
[0014]
As shown in FIG. 1, the discharge lamp device 100 includes a reverse connection protection circuit 3, a smoothing circuit 4, a DC power supply circuit 5 having a flyback transformer 29, a takeover circuit 6, an inverter circuit 7 including an H bridge circuit 7a, and a starting circuit 8. Etc. have a circuit function unit.
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, as a control circuit for controlling the circuit function unit, the lamp power is changed to a desired power based on a PWM (pulse width modulation) control circuit 9, a lamp voltage VL and a lamp current IL described later. A lamp power control circuit 10 for controlling the H bridge, an H bridge control circuit 11 for controlling the H bridge circuit 7a, and the like.
[0015]
In the present embodiment, in addition to the control circuit, a sample hold circuit 12 that samples and holds the lamp voltage VL at a predetermined timing, and the start circuit 8 is controlled at the start of lamp lighting to control the lamp 2 with a high voltage. Is applied to the high voltage generation control circuit 13 for causing the lamp 2 to break down between the electrodes, and the discharge lamp device 100 is a fail for controlling the H bridge circuit 7a through the H bridge control circuit 11 when the discharge lamp device 100 enters an abnormal state to be described later. A safe circuit 14 and a connector disconnection detection circuit 15 that detects disconnection of the connector 35 of the lamp 2 are provided.
[0016]
Furthermore, the driving power of each control circuit 9-15 is performed based on the battery voltage VB or the like, but when the primary side voltage becomes an overvoltage, the overvoltage for protecting each control circuit 9-15 from this overvoltage. The protection circuit 16 is also provided in the discharge lamp device 100.
Here, first, an outline of the lighting operation of the discharge lamp device 100 will be described. When the lighting switch SW is turned on, the battery voltage VB is boosted by the flyback transformer 29, whereby the capacitor 53 of the starting circuit 8 is charged through the H bridge circuit 7a. When the capacitor 53 is charged, the charge charged in the starting circuit 8 is discharged, and the voltage further increased by the transformer 47 is applied to the lamp 2, and the lamp 2 is dielectrically broken between the electrodes. Then it comes on.
[0017]
Thereafter, when the lamp 2 is lit, the polarity of the discharge voltage to the lamp 2 (the direction of the discharge current) is alternately switched by the H bridge circuit 7a, whereby the lamp 2 is lit in an alternating current.
Next, the outline of the configuration of the circuit function unit and the control circuit will be briefly described.
[0018]
  The reverse connection protection circuit 3 includes a resistor 17, a capacitor 19, and a MOS transistor21It consists of. The reverse connection protection circuit 3 protects the MOS transistor 21 when a negative high voltage is generated at a power supply terminal to be described later. In addition, the fuse 50 is prevented from being blown when the battery 1 is reversely connected to the vehicle with the polarity reversed.
[0019]
The smoothing circuit 4 smoothes the voltage generated at the power supply terminal 1a, and is a capacitor input type smoothing circuit (choke input type smoothing circuit) comprising capacitors 23 and 25 and a coil 27.
The DC power supply circuit 5 has a flyback transformer 29 in which the primary side and the secondary side are both constituted by windings. The flyback transformer 29 has a primary winding 29a disposed on the battery side and a secondary winding 29b disposed on the lamp 2 side. In the flyback transformer 29, the primary winding 29a and the secondary winding 29b can be electrically connected as shown in FIG. The DC power supply circuit 5 is provided with a MOS transistor 31 that is switching-controlled by the PWM circuit 9. The primary current of the primary winding 29a is controlled by the MOS transistor 31.
[0020]
That is, in the flyback transformer 29, when the MOS transistor 31 is on, a primary current flows through the primary winding 29a, so that energy is stored in the primary winding 29a. The flyback transformer 29 supplies the energy of the primary winding 29a to the secondary winding 29b when the MOS transistor 31 is turned off.
[0021]
The secondary winding 29 b of the DC power supply circuit 5 is provided with a rectifying diode 33 and a smoothing capacitor 35.
The takeover circuit 6 includes a capacitor 37 and a resistor 39. The capacitor 37 is charged when the lighting switch SW is turned on. The takeover circuit 6 causes the lamp 2 to break down between the electrodes by the starting circuit 8 and then promptly shifts to arc discharge.
[0022]
The inverter circuit 7 is provided on the secondary winding 29b side of the flyback transformer 29, and turns on the lamp 2 by alternating current by converting the power from the battery 1 into alternating current.
The H bridge circuit 7a constituting the inverter circuit 7 alternately reverses the direction of the discharge current of the lamp 2. The H bridge circuit 7a includes four MOS transistors 41a to 41d that form a plurality of bridge semiconductor switching elements arranged in an H bridge shape. These four MOS transistors 41a to 41d are controlled by a bridge drive circuit (in this example, an IC element, hereinafter referred to as an IC element) indicated by 43a and 43b in the drawing.
[0023]
The bridge control circuit 11 controls the IC elements 43a and 43b so that when the MOS transistors 41a and 41d on the diagonal line in the H bridge circuit 7a are in the off state, the MOS transistors 41b and 41c on the diagonal line are switched. When the MOS transistors 41b and 41c are in the on state, the MOS transistors 41a and 41d are switched to the off state. As a result, the direction of the discharge current of the lamp 2 is alternately switched, in other words, the polarity of the applied voltage (discharge voltage) of the lamp 2 is reversed, so that the lamp 2 is turned on by alternating current.
[0024]
The H bridge circuit 7a is configured to turn on / off the MOS transistors 41a to 41d with a long constant cycle at the start of lamp lighting, and thereafter turn on / off the MOS transistors 41a to 41d with a short constant cycle. In the figure, reference numeral 45 denotes a protective capacitor for protecting the H-bridge circuit 7a from a high-voltage pulse generated at the start of lighting.
[0025]
The starting circuit 8 starts lighting the lamp 2, and is installed between the midpoint potential point of the H bridge circuit 7a and the ground terminal 1b. The starting circuit 8 includes a transformer 47 including a primary winding 47a and a secondary winding 47b, diodes 49 and 51, a capacitor 53, a resistor 55, and a thyristor 57 that is a unidirectional semiconductor element.
[0026]
The thyristor 57 is turned off when the lighting switch SW is turned on, whereby the capacitor 53 starts charging. Thereafter, the high voltage generation control circuit 13 turns on the thyristor 57. As a result, the capacitor 53 starts discharging. Then, the energy stored in the capacitor 53 is increased to a high voltage through the transformer 47 so that a high voltage is applied to the lamp 2. As a result, the lamp 2 is turned on with dielectric breakdown between the electrodes.
[0027]
The PWM control circuit 9 controls the on / off time of the MOS transistor 31, that is, the duty ratio, by making the threshold level for the sawtooth wave variable.
The lamp power control circuit 10 controls the lamp power to be a desired value based on the lamp current IL and the lamp voltage VL sampled and held by the sample hold circuit 12. The lamp current IL is detected by a current detection resistor 59 provided in the H bridge circuit 7a.
[0028]
The lamp power control by the lamp power control circuit 10 in the present embodiment is as follows.
Since the lamp power control circuit 10 is likely to turn off the lamp 2 if the electrode temperature of the lamp 2 is low at the start of lighting of the lamp 2, the lamp power is set to a large value (for example, 75 W) and the electrode temperature is quickly increased. When the lamp gradually increases, the lamp power is gradually decreased, and when the lamp 2 is in a stable state, the lamp power is controlled to be constant at a predetermined value (35 W).
[0029]
In addition, immediately after the lamp voltage VL becomes a high voltage (for example, 400 V) and the lighting of the lamp 2 is started, the lamp voltage VL becomes the smallest, and then the lamp voltage VL gradually increases. On the other hand, the lamp current IL gradually decreases against the lamp voltage VL immediately after the lamp 2 is turned on.
In order to perform such lamp power control, the PWM control circuit 9 receives a command signal from the lamp power control circuit 10 and varies the on / off duty ratio of the MOS transistor 31. Control lamp power.
[0030]
The sample hold circuit 12 masks a later-described transient voltage generated when the H bridge circuit 7a is switched in the lamp voltage VL, and performs the control by the lamp power control circuit 10 with high accuracy.
The fail-safe circuit 14 stops the control of the PWM control circuit 9 and turns off all conduction of the MOS transistors 41a to 41d of the H bridge circuit 7a when any abnormality occurs in the discharge lamp device 100. is there.
[0031]
The control circuits 9 to 15 are all provided in an integrated circuit (not shown).
[Starting circuit 8]
Next, details of the starting circuit 8 will be described. The starting circuit 8 starts lighting the lamp 2, and is installed between the midpoint potential point of the H bridge circuit 7a and the ground terminal 1b.
[0032]
The operation of the starting circuit 8 will be described based on the time chart shown in FIG. However, in FIG. 3, (a) is the voltage Vlamp across the lamp 2, (b) is the capacitor charging voltage Vc, (c) is the gate drive signal output to the gate of the thyristor 57, (d ) Is a high voltage generated in the secondary winding 47b.
When the lighting switch SW is turned on, the MOS transistors 41a to 41d constituting the H bridge circuit 7a are turned on / off (at time t1 in FIG. 3). When the MOS transistors 41a and 41d are turned on, a low level signal is output as the gate drive signal, and the thyristor 57 is turned off. As a result, the capacitor 53 starts to be charged (time t2 in FIG. 3). After the capacitor 53 is sufficiently charged during the ON period of the MOS transistors 41a and 41d, the MOS transistors 41a and 41d are turned off and the MOS transistors 41b and 41c are turned on (at time t3 in FIG. 3).
[0033]
When the gate drive signal of the thyristor 57 is changed to a high level signal, the thyristor 57 is turned on and a current flows, and a high voltage is generated in the secondary winding 47b of the transformer 47 (at time t4 in FIG. 3). This high voltage is applied to the lamp 2, and dielectric breakdown occurs between the electrodes of the lamp 2, and the lamp 2 starts to light (at the time point t5 in FIG. 3).
Further, by connecting the diode 51 in parallel to the thyristor 57, LC resonance is caused by the capacitor 53 and the primary winding 47a when the thyristor 57 is turned on. When dielectric breakdown occurs between the electrodes of the lamp 2 due to a high voltage from the secondary winding 47b, a spark discharge current flows between the electrodes of the lamp 2, and this spark discharge current becomes a damped oscillation current due to the LC resonance. Thereby, the duration of the spark discharge current can be made much longer than when the diode 51 is not connected.
[0034]
The lamp voltage while the spark discharge current is flowing in the lamp 2 becomes lower than the charging voltage of the capacitor 35 and the capacitor 37. At this time, the lamp 2 is turned on by flowing into the lamp 2 via the H bridge circuit 7a. Start. Therefore, by connecting the diode 51, the duration of the spark discharge current is lengthened, and a current sufficient to reliably start lighting from the capacitor 35 and the capacitor 37 via the H bridge circuit 7a is allowed to flow. Thus, the lamp 2 can be reliably turned on. That is, the lighting performance of the lamp 2 can be improved.
[0035]
Since the capacitor 53 is charged at the midpoint potential point of the H bridge circuit 7a, the high voltage side potential of the capacitor becomes 0V when the MOS transistors 41a to 41d are switched on / off. For this reason, the thyristor 57 can be reliably turned off. That is, once the thyristor 57 is turned on, it is not turned off until a predetermined condition (for example, the anode side potential of the thyristor 57> the cathode side potential) is satisfied. In such a case, the capacitor 53 cannot be charged again. For this reason, if the lamp 2 is not lit in the first cycle of turning on / off the MOS transistors 41a to 41d, the lamp 2 cannot be lit after that. However, depending on the midpoint potential point of the H bridge circuit 7a. Since the capacitor 53 is charged, this can be prevented, and the lamp 2 can be reliably turned on.
[0036]
Further, since the capacitor 53 is charged at the midpoint potential point that is the secondary side of the flyback transformer 29, the capacitor 53 is charged by the voltage that has been converted into a high voltage by the DC power supply circuit 5. . Conventionally, a transformer for increasing the voltage across the capacitor 53 is provided separately from the DC power supply circuit 5. However, it is not necessary to provide a transformer only for this purpose. Thus, since the start circuit 8 and the DC power supply circuit 5 share the flyback transformer 29, the number of transformers can be reduced to one, and the cost can be reduced.
[0037]
The gate drive signal is output from the high voltage generation control circuit 13 in synchronization with the switching timing of the MOS transistors 41a to 41d. The high voltage generation control circuit 13 is connected to the MOSs 41a to 41d from the H bridge control circuit 11. A signal notifying the switching timing is input, and the output timing of the gate drive signal is set based on this signal.
[0038]
Further, when the lamp 2 is turned on, there is no need to drive the starter circuit 8, so that a low level signal is output as the gate drive signal. This lamp lighting is determined by whether or not the lamp current IL is a predetermined value or more. That is, when the lamp 2 is turned on, the lamp current IL flows through the current detection resistor 32 via the H bridge circuit 7a. Therefore, when the lamp current IL is detected, the gate drive signal is set to a low level signal.
[0039]
[Driving circuit for IC elements 43a and 43b]
Next, driving of the IC elements 43a and 43b will be described. FIG. 4 shows a circuit diagram for driving the IC elements 43a and 43b. However, FIG. 4 partially deletes the configuration requirements in FIG.
The IC element 43a uses a high-and-low driver circuit (International Rectifier, IR2101). The configurations of the IC elements 43a and 43b are exactly the same.
[0040]
Each power supply terminal Vcc of the IC elements 43 a and 43 b is connected to the secondary side of the flyback transformer 29. That is, on the secondary side of the flyback transformer 29, a first power supply circuit 96 composed of a resistor 95 and a Zener diode 97 is provided, and the voltage applied to the power supply terminal Vcc is generated by the first power supply circuit 96. It becomes a predetermined voltage V2 (15V).
[0041]
  Further, the high voltage side input terminal Hin of the IC element 43a and the low voltage side input terminal Lin of the IC element 43b are connected. A high level signal or a low level signal from the terminal 11a in the H bridge control circuit 11 is similarly input to these two terminals Hin and Lin. Further, the low voltage side input terminal Lin of the IC element 43a and the high voltage side input terminal Hin of the IC element 43b are connected. A high level signal or a low level signal from the terminal 11b of the H bridge control circuit 11 is similarly input to these two terminals Hin and Lin. And the H bridge control circuit 11Terminals 11a, 11bThe high level signal and the low level signal are inverted from each other.
[0042]
Briefly, when a high level signal is output from the terminal 11a of the H bridge control circuit 11 and a low level signal is output from the terminal 11b, the MOS transistors 41a and 41d are turned on and the MOS transistors 41b and 41c are turned off. Become. When a low level signal is output from the terminal 11a of the H bridge control circuit 11 and a high level signal is output from the terminal 11b, the MOS transistors 41b and 41c are turned on and the MOS transistors 41a and 41d are turned off.
[0043]
As described above, in the present embodiment, the IC elements 43a and 43b are controlled by the H-bridge control circuit 11 using the secondary voltage (the lamp voltage) generated in the secondary winding 29b. It has become. Thereby, even if the battery voltage VB decreases, the drive voltage is obtained from the secondary side of the flyback transformer 29, whereby the MOS transistors 41a to 41d can be stably driven and controlled.
[0044]
By the way, the IC elements 43a and 43b can be driven and controlled by the primary side voltage (battery voltage VB) through the diode 99 which is a unidirectional semiconductor switching element in addition to the secondary side voltage of the transformer 29. ing. This is because of the following two reasons.
(1) By the lamp power control circuit 10 described above, the lamp power of the lamp 2 is a lamp voltage VL (voltage signal) corresponding to the discharge voltage of the lamp 2, and a lamp current IL (current signal) corresponding to the discharge current of the lamp 2. Based on the above, feedback control is performed so as to obtain a desired value.
[0045]
For example, immediately after the lighting switch SW is turned on, no voltage is generated on the secondary winding 29b side. Therefore, immediately after the lighting switch SW is turned on, the H bridge circuit 7a cannot be driven and control delay or feedback control may become unstable in the worst case.
Therefore, in this example, the IC elements 43a and 43b can be driven by the battery voltage VB so that the H bridge circuit 7a can be driven and controlled immediately after the lighting switch SW is turned on.
[0046]
(2) If the lamp voltage VL drops below the predetermined voltage Vr1 and enters an abnormal state to be described later, the driving power for the IC elements 43a and 43b is insufficient, and the H bridge circuit 7a is turned off (the MOS transistors 41a to 41d are turned on). All are in a cut-off state, and hereinafter this cannot be referred to as turning off the H-bridge circuit 7a).
Therefore, in this example, when the IC elements 43a and 43b are in the abnormal state, the driving power is obtained from the battery voltage VB. Thereby, the H bridge circuit 7a can be reliably turned off in the abnormal state.
[0047]
In the abnormal state, the H bridge circuit 7a is turned off through the IC elements 43a and 43b by setting the two output signals of the first abnormality circuit indicated by 242 in FIG. 4 to high level signals.
When the battery voltage VB is 12V, the voltage applied to each power supply terminal Vcc of the IC elements 43a and 43b is controlled to a constant voltage of 15V by the Zener diode 97. Accordingly, the diode 99 in FIG. 4 functions to prevent backflow. Reference numeral 101 denotes a noise removing capacitor, and reference numeral 420 denotes a current limiting resistor.
[0048]
[About the driving power source of the MOS transistor 31]
Next, how to obtain the driving power source of the MOS transistor 31 will be described with reference to FIG.
On the secondary side of the transformer 29, there is provided a first power supply circuit 96 that makes the high voltage generated on the secondary side constant to a predetermined voltage V2 (for example, 15V) by the resistor 95 and the Zener diode 97. Yes.
[0049]
On the battery 1 side (primary side), a second power supply circuit 110 that obtains a predetermined voltage V3 (second predetermined voltage) determined by the battery voltage by a resistor 105 and a capacitor 107 is provided.
Between the first power supply circuit 96 and the second power supply circuit 110, a diode 111 serving as switching means is provided on the first power supply circuit 96 side via a resistor 120.
[0050]
The diode 111 allows a current to flow when the predetermined voltage V3 is higher between the predetermined voltage V3 and the predetermined voltage V4 (first predetermined voltage) obtained by dropping the voltage from the predetermined voltage V2 with the resistor 120. In this example, when the battery voltage VB is substantially at the rated voltage, the predetermined voltage V3 is made higher than the predetermined voltage V4 by the resistor 120 (hereinafter, this is a normal state).
[0051]
Connected between the first power supply circuit 96 and the second power supply circuit 110 are two NPN transistors 112 and 113 connected in Darlington that constitute the drive circuit 124 for driving the MOS transistor 31 via a resistor 114. Yes. The diode 111 is provided between the collectors of the NPN transistors 112 and 113.
[0052]
Accordingly, in the normal state, the predetermined voltage V3 is as high as the predetermined voltage V4. Therefore, a base current flows from the primary side of the transformer 29 to the NPN transistor 112, and the NPN transistor 112 is turned on. Then, the collector current of the NPN transistor 112 becomes the base current of the NPN transistor 113, and the collector current flows from the primary side of the transformer 29 to the NPN transistor 113.
[0053]
On the other hand, when the predetermined voltage V4 is higher than the predetermined voltage V3, for example, when the battery voltage decreases, the base current of the NPN transistor 112 flows from the secondary side, and the NPN transistor 112 is turned on. Then, the NPN transistor 113 is also turned on, and a collector current flows from the primary side of the transformer 29 to the NPN transistor 113.
[0054]
At this time, since the predetermined voltage V4 is higher than the predetermined voltage V3, the diode 111 does not flow current. For this reason, the relationship that the predetermined voltage V4 is higher than the predetermined voltage V3 is maintained.
The operation of the NPN transistors 112 and 113 is controlled by five NPN transistors 115 to 119 which are turned on / off in response to the output signal of the PWM control circuit 9 as shown in FIG. Hereinafter, the five NPN transistors 115 to 119 will be described.
[0055]
The NPN transistors 115 and 116 are turned on / off according to the output signal (duty signal) of the PWM control circuit 9. Hereinafter, among the output signals, a high level signal will be described as an on signal and a low level signal as an off signal.
For example, when the output signal is an on signal, the NPN transistors 115 and 116 are turned on, and the constant current from the constant current source 121 becomes the collector current of the NPN transistor 115. As a result, the NPN transistors 117 and 118 are turned off, and the NPN transistor 119 is also turned off.
[0056]
That is, when the duty signal is an on signal, the NPN transistors 115 and 116 are turned on, and the NPN transistors 117 to 119 are turned off. Accordingly, the collector current of the NPN transistor 112 flows into the base of the NPN transistor 113, and the NPN transistor 113 is turned on. As a result, the collector current of the NPN transistor 113 flows into the gate of the MOS transistor 31, and the MOS transistor 31 is turned on.
[0057]
On the other hand, when the output signal is an off signal, the NPN transistors 115 and 116 are turned off, so that the NPN transistor 117 is turned on by the constant current source 121. As a result, a constant current from the constant current source 122 flows through the NPN transistor 117. At this time, the NPN transistor 118 is also turned on by the constant current source 121. As a result, the collector current of the NPN transistor 112 flows into the NPN transistor 118. As a result, the NPN transistor 113 is turned off.
[0058]
Since the NPN transistor 116 is off, the collector current that has flowed through the NPN transistor 117 flows into the base of the NPN transistor 119, and the NPN transistor 119 is turned on. Thereby, the collector current of the NPN transistor 113 does not flow into the gate of the MOS transistor 31, but becomes the collector current of the NPN transistor 119, and the MOS transistor 31 is turned off.
[0059]
Thus, the MOS transistor 31 is turned on / off by the on signal and the off signal.
As shown in FIG. 5, a diode 123 is provided between the gate of the MOS transistor 31 and the constant current source 122.
The diode 123 increases the switching speed when the MOS transistor 31 is turned off. That is, when the MOS transistor 31 is turned from on to off, the charge stored in the gate of the MOS transistor 31 is extracted through the diode 123, and the collector current of the NPN transistor 117 is increased. As a result, the base current of the NPN transistor 119 increases, so that the NPN transistor 131 is quickly turned off. As a result, the switching speed of the MOS transistor 31 can be improved.
[0060]
Next, the operation of the circuit of FIG. 5 will be described in detail.
(1) As a premise, the battery voltage VB is almost the rated voltage, and the second power supply circuit 110 generates a predetermined voltage V3. At this time, the lighting switch SW is turned on, and the output signal of the PWM control circuit 9 is an on signal. Suppose.
At this time, immediately after the lighting switch SW is turned on, no voltage is generated on the secondary side of the transformer 29. Therefore, in this case, the NPN transistor 112 is turned on by the predetermined voltage V3 of the second power supply circuit 110, and the NPN transistor 113 is also turned on. That is, the base current and collector current of the NPN transistors 112 and 113 flow (obtained) by the second power supply circuit 110. As a result, the MOS transistor 31 is turned on after obtaining the driving power from the primary side of the flyback transformer 29, that is, the second power circuit 110.
[0061]
Thereafter, when the PWM control circuit 9 repeats the on / off signal, the secondary winding 29b receives the energy of the primary winding 29a, so that the voltage on the secondary side gradually increases. As a result, the predetermined voltage V2 is generated in the first power supply circuit 96, and further, the predetermined voltage V4 is generated.
(2) Next, it is assumed that the battery voltage has dropped while the lamp is lit, so that the predetermined voltage V3 has also dropped and the predetermined voltage V3 has become lower than the predetermined voltage V4.
[0062]
Then, the diode 111 switches the current path so that the base current of the NPN transistors 112 and 113 is obtained from the secondary side (first power supply circuit 96) of the transformer 29. That is, the NPN transistor 112 obtains drive power from the secondary side (first power supply circuit 96) of the transformer 29.
As a result, in this embodiment, when the power supply voltage VB of the battery 1 decreases during lighting, the NPN transistors 112 and 113 and the MOS transistor 31 are stably driven by the first power supply circuit 96 on the secondary side of the transformer 29. Can be controlled.
[0063]
Therefore, in the present embodiment, the driving power supply for the NPN transistor 112 is obtained from the first power supply circuit 96 only when the predetermined voltage V3 becomes lower than the predetermined voltage V4. This has the following effects.
As described above, a high voltage of 400 V is generated on the secondary side of the transformer 29. Therefore, if the Zener diode 97 is small and inexpensive, it is necessary to use a resistor 95 having a very large resistance value. However, in this case, there is a problem that a large amount of power is consumed by the resistor 95 having a large resistance value.
[0064]
Therefore, in this example, only when the predetermined voltage V3 becomes lower than the predetermined voltage V4, a current flows through the resistor 95, so that power consumption at the resistor 95 can be reduced.
Further, as described above, a high voltage of 400 V is generated on the secondary side of the transformer 29. However, the power consumption of the resistor 95 decreases as the resistance value increases. The maximum value R (95) = (VL−V2) / Is of the resistance value of the resistor 95 is established.
[0065]
Note that VL is a secondary side voltage of the transformer 29 (the minimum value necessary for normal operation of the NPN transistor 112), and Is is a current that the first power supply circuit 96 supplies to the load.
In such a relationship, V2 and Is are fixed values determined by the circuit. Therefore, the resistance value of the resistor 95 is determined by how many volts the minimum value of the VL is set. Therefore, in this example, the driving power supply for the NPN transistor 112 is obtained from the first power supply circuit 96 only when the predetermined voltage V3 becomes lower than the predetermined voltage V4. Thereby, since the resistance value of the resistor 95 can be increased, the power consumption in the resistor 95 can be reduced.
[0066]
In this embodiment, the NPN transistor 112 and the NPN transistor 113 are Darlington-connected, and the following effects are obtained. However, the description will be made ignoring the voltage drop at the resistor 114.
When the battery voltage VB is substantially the rated voltage, the base current and the collector current of the NPN transistors 112 and 113 flow from the primary side (second power supply circuit 110) of the transformer 29 as described above. Therefore, the collector-emitter potential difference of the NPN transistor 113 is the sum of the voltage drop, the collector-emitter potential drop, and the forward voltage drop of the diode 111.
[0067]
That is, in this example, the voltage applied to the gate of the MOS transistor 31 is V3− (VBE112 + VBE113) = V3−1.4 (V).
VBE 112 is a forward voltage drop between the emitter and base of the transistor 112, and VBE 113 is a forward voltage drop between the emitter and base of the transistor 113.
[0068]
For example, it is assumed that the battery voltage VB gradually decreases from the rated voltage, and the predetermined voltage V3 becomes lower than the predetermined voltage V4. In this case, as described above, the NPN transistor 113 is turned on by the first power supply circuit 96, and the potential difference between the predetermined voltage V4 and the emitter of the NPN transistor 113 is between the base and emitter of the NPN transistors 112 and 113. It is the sum of each voltage drop.
[0069]
However, in this case, it is considered that the first power supply circuit 96 and the second power supply circuit 110 are separated by the diode 111. In this case, the potential difference between the emitter and the collector of the NPN transistor 113 is between the emitter and the collector. Only voltage drop.
That is, the voltage applied to the gate of the MOS transistor 31 is V3-VCE113 = V3 (V). Note that VCE is the voltage drop between the collector and the emitter of the transistor 113 = 0 (V).
[0070]
Therefore, the MOS transistor 31 can be reliably turned on until the battery voltage VB decreases to the gate voltage necessary for performing the switching operation of the MOS transistor 31.
In FIG. 5, reference numeral 246 denotes an NPN transistor, which stops the control of the PWM control circuit 9 when an abnormal state described later occurs, that is, in order to turn off the MOS transistor 31, the second abnormality circuit 244 Thus, both NPN transistors 115 and 116 are forcibly turned off.
[0071]
[Lamp power control circuit 10]
Next, a specific configuration of the lamp power control circuit 10 is shown in FIG. The lamp power control circuit includes an error amplification circuit (integration circuit) 61 that generates an output corresponding to a lamp voltage VL, a lamp current IL, and the like, which are signals indicating the discharge lighting state of the lamp 2, and this error amplification circuit. The output of 61 is input to the PWM control circuit. The lamp power control circuit 10 finally controls the lamp power by inverting the output voltage (output signal) of the error amplification circuit (integration circuit) 61 in the PWM control circuit 9.
[0072]
In other words, the PWM control circuit 9 controls the MOS transistor 31 so that the ON / OFF duty ratio of the MOS transistor 31 is increased by decreasing the threshold level with respect to the sawtooth wave as the output potential of the error amplifier circuit 61 increases. This increases lamp power.
On the other hand, the PWM control circuit 9 controls the MOS transistor 31 so that the ON / OFF duty ratio of the MOS transistor 31 is decreased by increasing the threshold level with respect to the sawtooth wave as the output potential of the error amplifier circuit 61 is decreased. Thereby, lamp electric power falls.
[0073]
As shown in FIG. 6, the reference voltage Vref is input to the non-inverting input terminal of the error amplifying circuit 61, and the voltage V1 serving as a parameter for controlling the lamp power PL is input to the inverting input terminal. Yes. Thereby, the error amplification circuit 61 generates an output corresponding to the voltage V1, and the on / off duty ratio is set based on this output.
[0074]
When the voltage V1 becomes higher than the reference voltage Vref, the output voltage of the error amplifying circuit 61 is lowered. When the voltage V1 becomes lower than the reference voltage Vref, the output voltage of the error amplifying circuit 61 is increased.
The voltage V1 is a composite signal such as the lamp current IL and the lamp voltage VL, that is, the lamp current IL, the current i1 flowing by the constant voltage V2, the current i2 set by the first current setting circuit 63, and the second current. It is determined based on the current i3 set by the setting circuit 65.
[0075]
  NaThe ramp voltage VL is an output value from the sample and hold circuit 12. The sum of the current i1, the current i2 and the current i3 is set sufficiently smaller than the lamp current IL.
[0076]
Here, as shown in the drawing, the first current setting circuit 63 sets the current i2 to be larger as the lamp voltage VL is higher. Further, as shown in the figure, the current i2 is set in such a relationship that different straight lines are connected such that the slope becomes gentler as the lamp voltage VL increases.
The second current setting circuit 65 sets the current i3 so as to increase as the time T increases as shown in the figure. This time T corresponds to the elapsed time after the lamp 2 is turned off, and indirectly estimates the state of the electrode temperature.
[0077]
That is, when the lamp 2 is continuously turned on for a certain period of time, the electrode temperature is sufficiently warm, and when the lamp 2 is turned off for a short time and then the lamp 2 is turned on again, the amount of decrease in the electrode temperature is small. . Therefore, in this case, the lamp power may be smaller than that in a state where the electrode is completely cooled to, for example, the outside air temperature. As a result, in this embodiment, the lamp power control circuit 10 can indirectly predict the electrode temperature and control the lamp power according to the electrode temperature.
[0078]
Thus, since the lamp power control circuit 10 performs control based on the lamp current IL and the lamp voltage VL, it is important to accurately detect the lamp current IL and the lamp voltage VL. In the present embodiment, a clamp circuit 69 and a sample hold circuit 12 are provided to accurately detect the lamp voltage VL and the lamp current IL. Hereinafter, the clamp circuit 69 and the sample hold circuit 12 will be described.
[0079]
The clamp circuit 69 clamps the voltage V1 input to the inverting input terminal of the error amplifier circuit 61.
As shown in the figure, the clamp circuit 69 constitutes a voltage follower circuit. A voltage of Vref−α that is lower than the predetermined voltage Vref input to the non-inverting input terminal of the error amplifier circuit 61 is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 69 a provided in the clamp circuit 69. However, a diode 69b is connected to the output terminal of the clamp circuit 69 so that the operational amplifier 69a cannot draw current from the output terminal side.
[0080]
In such a configuration, when the voltage V1 is higher than the predetermined voltage Vref-α, the inverting input terminal has a higher voltage than the non-inverting input terminal of the operational amplifier 69a. Try to pull in. However, since the diode 69 b is provided on the output terminal side, the operational amplifier 69 a cannot draw current, and the voltage V 1 is input to the error amplifier circuit 61 without being affected by the clamp circuit 69.
[0081]
Further, when the voltage V1 becomes lower than the predetermined voltage Vref-α, the non-inverting input terminal of the operational amplifier 69a becomes higher than the inverting input terminal, so that the operational amplifier 69a pushes current toward the output terminal side. Thereby, the voltage V1 is maintained so as not to be equal to or lower than the predetermined voltage Vref−α.
FIG. 7 shows a change in the voltage V1 when the clamp circuit 69 is provided in this way. As shown in FIG. 7, when the MOS transistors 41a to 41d are switched on / off in the H-bridge circuit 7a, the lamp current IL greatly decreases for a moment, and the voltage V1 changes instantaneously. However, the clamp circuit 69 prevents the voltage V1 from being equal to or lower than the predetermined voltage Vref−α, and is maintained at a voltage equal to or higher than the predetermined voltage Vref−α. For this reason, the rapid change of the voltage V1 does not occur.
[0082]
As a result, the change in voltage V1 at the time of switching of MOS transistors 41a to 41d (at the time of switching the discharge current of lamp 2) can be reduced. Therefore, when the power supplied from battery 1 is feedback controlled, The influence by an instantaneous change can be suppressed.
Further, the time during which the lamp current IL is reduced increases as the inductance of the transformer 47b increases. In this embodiment, since the transformer required for the starting circuit 8 and the DC power supply circuit 5 is shared by the flyback transformer 29, the inductance of the transformer 47b is large, and the influence of the lamp current IL is large. However, since the clamp circuit 69 is provided as described above, the influence on the feedback control by the lamp current IL can be effectively suppressed even in such a case.
[0083]
Note that, when the switching frequency of the MOS transistors 41a to 41d is high, the influence on the feedback control due to the change in the lamp current IL becomes remarkable due to the delay of the feedback control. This is effective because the influence can be suppressed.
Further, the error amplifying circuit 61 is provided with an integrating capacitor 61a, and it is possible to reduce the influence of the lamp current IL by increasing the capacitance of the capacitor 61a. Since the response of the error amplifier circuit 61 cannot be ensured when the value is increased, it is effective to provide the clamp circuit 69.
[0084]
FIG. 8 shows a circuit configuration of the sample hold circuit 12. The sample hold circuit 12 eliminates a transient voltage generated by the secondary winding 47b and the capacitor 35. The sample hold circuit 12 includes a buffer amplifier circuit 129 to which an inverting input terminal 125 and an output terminal 147 are connected, and a mask circuit 131 for maintaining an output from the buffer amplifier circuit 129 for a predetermined period. The transient voltage is excluded from the lamp voltage VL including The sample hold circuit 12 is provided with an operational amplifier 152. The operational amplifier 152 generates an output of the sample hold circuit 12, and finally gives a control signal corresponding to the lamp voltage VL to the lamp power control circuit 10. sending.
[0085]
FIG. 9 shows a schematic diagram of the ramp voltage VL detected through the sample and hold circuit 12. Hereinafter, the operation of the sample and hold circuit 12 will be described with reference to FIG.
The sample hold circuit 12 turns on / off the NPN transistors 133a and 133b in the mask circuit 131 based on a timing signal from a digital circuit (not shown). When the timing signal (input signal) to the mask circuit 131 is a low level signal, the sample hold circuit 12 samples the ramp voltage VL at that time and generates an output corresponding to the ramp voltage VL. Is switched to a high level signal, the output corresponding to the ramp voltage VL sampled immediately before is maintained (held). Hereinafter, specific operations will be described separately for a case where the timing signal is a low level signal and a case where the timing signal is switched to a high level signal.
[0086]
(1) When the timing signal is a low level signal
In this case, since the NPN transistors 133a and 133b are off, an output corresponding to the ramp voltage VL is generated.
When the ramp voltage VL input to the non-inverting input terminal 127 increases, the voltage difference between the voltage of the inverting input terminal 125 and the voltage of the non-inverting input terminal 127 increases, and the differential circuit using the transistors 135, 155, 137, and 139. The voltage at the base terminal of the transistor 141, which is the output of, rises and is amplified by the transistors 141 and 145 constituting the emitter follower circuit, and the voltage at the output terminal 147 of the buffer amplifier circuit 129 rises. By this operation, the voltage of the non-inverting input terminal 127 and the voltage of the inverting input terminal 125 (the voltage of the output terminal 147 of the buffer amplifier circuit 129) are operated to be equal.
[0087]
That is, the buffer amplifier circuit 129 operates as a differential amplifier circuit so that the voltage of the output terminal 147 becomes the same voltage as the ramp voltage VL.
Therefore, the current flowing into the capacitor 151 via the ripple smoothing resistor 149 increases, and the charging voltage of the capacitor 151 increases. The operational amplifier 152 outputs an output accompanying the increase in the charging voltage.
[0088]
Note that, due to the decrease in the value of the current flowing through the PNP transistor 135, the current flowing from the constant current source 143 through the PNP transistor 155 increases, and the bias current flowing through the inverting input terminal 125 increases. 151 charging is not affected.
Further, when the lamp voltage VL input to the non-inverting input terminal 127 is decreased, an operation opposite to the above-described operation is performed so that the voltage at the output terminal 147 becomes the same voltage as the lamp voltage VL.
[0089]
That is, when the timing signal is a low level signal, a voltage corresponding to the ramp voltage VL at that time is accumulated in the capacitor 151, and the sample hold circuit 12 samples the ramp voltage VL at that time.
(2) When the timing signal is switched to a high level signal
In this case, the NPN transistors 133a and 133b are turned on. Therefore, the current from the constant current source 143 flows into the transistor 133a, the current from the constant current source 157 flows into the transistor 133b, and the NPN transistors 145, 159 and 161 are turned off. Accordingly, at this time, no current flows through the capacitor 151, and the capacitor 151 holds the charging voltage immediately before the timing signal is switched to the high level signal. That is, when the timing signal is switched to a high level, the buffer amplifier circuit 129 does not operate as a differential amplifier circuit.
[0090]
In this way, the buffer amplifier circuit 129 operates as a differential amplifier circuit when a transient voltage is not generated, and the transient voltage is set so that the buffer amplifier circuit 129 does not operate as a differential amplifier circuit when a transient voltage is generated. The part is masked.
As a result, the ramp voltage VL can be prevented from being sampled when a transient voltage is generated, and the ramp voltage VL at a normal time other than when the transient voltage is generated can be detected. In the past, the choke coil was used to flatten the lamp voltage VL so that the normal lamp voltage VL could be detected. By providing the sample hold circuit 12 in this way, the choke coil was used. Without it, the normal lamp voltage VL can be detected.
[0091]
The timing signal generated by the digital circuit described above is synchronized with the switching timing of the MOS transistors 41a to 41d in the H bridge circuit 7a. Specifically, after the switching of the MOS transistors 41a to 41d, several tens of μs. It is configured to output a high level signal for ˜several hundred μs.
[PWM control circuit 9]
Next, details of the PWM control circuit 9 will be described. FIG. 10 shows a circuit diagram of the PWM control circuit 9.
[0092]
As shown in FIG. 10, the PWM control circuit 9 includes a sawtooth wave forming circuit 163 that forms a sawtooth wave, a threshold level setting circuit 165 that sets a threshold level (duty ratio) in the sawtooth wave, and a sawtooth wave and threshold level. And a comparator 167 for setting the ON / OFF duty ratio of the MOS transistor 31.
[0093]
The sawtooth wave forming circuit 163 will be described. The sawtooth wave forming circuit 163 can vary the charging voltage of the capacitor 177 charged by the current It flowing from the constant current source 169 via the diode 171 and the current It flowing via the resistor 175 based on the voltage at the constant voltage source 173. By doing so, a sawtooth wave is formed. That is, the NPN transistors 183a and 183b are turned on / off based on the output of the comparator 181, thereby changing the threshold voltage set by the resistors 179a to 179c to form a sawtooth wave. Hereinafter, the basic operation of the sawtooth wave forming circuit 163 will be described.
[0094]
A sawtooth wave formed by this basic operation is shown in FIG. Hereinafter, the formation of the sawtooth wave will be described with reference to FIGS. 10 and 11A.
The capacitor 177 is charged by a current Ik flowing from the constant current source 169 via the diode 171 and a current It flowing through the resistor 175 based on the voltage at the constant voltage source 173.
[0095]
The capacitor 177 continues to be charged until the charging voltage of the capacitor 177 reaches the first threshold voltage Va, which is the voltage across the resistors 179b and 179c. The charging voltage of the capacitor 177 is predetermined until this charging is completed. It increases with the slope of.
Thereafter, when the charging voltage of the capacitor 177 becomes the voltage Va, the comparator 181 outputs a high level signal, and the NPN transistors 183a and 183b are turned on. As a result, the first threshold voltage Va is reduced to the second threshold voltage Vb, which is the voltage across the resistor 179b, and the capacitor 177 is discharged via the resistor 201. Due to the discharge of the capacitor 177, the charging voltage of the capacitor 177 rapidly decreases.
[0096]
When the charging voltage of the capacitor 177 decreases to the second threshold voltage Vb, the comparator 181 outputs a low level signal, and the NPN transistors 183a and 183b are turned off. As a result, the second threshold voltage Vb returns to the first threshold voltage Va. Further, thereafter, charging / discharging of the capacitor 177 is repeated in the same manner, and a sawtooth wave having a relatively short period, that is, a relatively high frequency is formed.
[0097]
The sawtooth wave forming circuit that performs such an operation includes a frequency changing circuit 185, and the frequency changing circuit 185 changes the frequency of the sawtooth wave. The frequency changing circuit 185 includes a circuit 185a that changes the switching frequency before and after the lamp 2 is turned on, and a circuit 185b that changes the switching frequency according to the battery voltage VB.
[0098]
These circuits 185a and 185b mainly affect the operation of the sawtooth wave forming circuit 163 before and after the lamp is lit.
Hereinafter, the operation of the sawtooth wave forming circuit 163 will be described separately for the circuit 185a and the circuit 185b.
First, the configuration of the circuit 185a will be described. The circuit 185a has a comparator 187 that compares a voltage VIL (high voltage side of the current detection resistor 59) obtained by voltage conversion of the lamp current IL with a predetermined voltage Vs, and ON / OFF control is performed by an output signal of the comparator 187. NPN transistor 189 is provided. By providing the circuit 185a configured as described above, the frequency of the sawtooth wave formed by the sawtooth wave forming circuit 163 is changed as shown below. Hereinafter, the formation of the sawtooth wave will be described separately before and after the lamp 2 is turned on.
[0099]
▲ 1 ▼ Before lighting of lamp 2
A sawtooth wave formed before the lamp 2 is turned on is shown in FIG.
Since the voltage VIL is zero before the lamp 2 is lit, the comparator 187 outputs a high level signal and the NPN transistor 189 is turned on.
As a result, the current Ik from the constant current source 169 does not flow into the capacitor 177, and the capacitor 177 is charged only by the current It flowing through the resistor 175 based on the voltage at the constant voltage source 173. Therefore, as shown in FIG. 11 (b), the charging time of the capacitor 177 becomes longer and the period of the sawtooth wave becomes longer.
[0100]
Thereafter, the capacitor 177 is repeatedly discharged and charged in the same manner as the basic operation described above, and the frequency is lower than that of the sawtooth wave formed by the basic operation of the sawtooth wave forming circuit 163. A long sawtooth wave is formed.
(2) After the lamp is lit
Since the voltage VIL becomes a predetermined voltage after the lamp 2 is turned on, the comparator 187 outputs a low level signal and the NPN transistor 189 is turned off. Therefore, the sawtooth wave forming circuit 163 forms a sawtooth wave without being affected by the circuit 185a.
[0101]
Next, the configuration of the circuit 185b will be described. The circuit 185b includes resistors 191a and 191b that divide the battery voltage VB. The voltage VB 1 divided by these is input to the operational amplifier 193. Accordingly, when the voltage VB1 is equal to or higher than the constant voltage of the constant voltage source 173, the transistor 197 is turned off, and when the voltage VB1 is lower than the constant voltage, the transistor 197 flows a current corresponding to the battery voltage VB. . When the battery voltage VB decreases, a current proportional to the current flowing through the transistor 197 flows through the current mirror circuit 199 through the transistor 199a.
[0102]
By providing the circuit 185a configured as described above, the frequency of the sawtooth wave formed by the sawtooth wave forming circuit 163 is changed as shown below. Hereinafter, the formation of the sawtooth wave will be described separately when the battery voltage VB is sufficient and when the battery voltage VB decreases.
(1) When battery voltage VB is sufficient
In this case, as described above, the transistor 197 is off. For this reason, the capacitor 177 is charged by the current Ik flowing from the constant current source 169 via the diode 171 and the current It flowing via the resistor 175 based on the voltage at the constant voltage source 173. Accordingly, the sawtooth wave forming circuit 163 performs the basic operation described above to form a sawtooth wave similar to that shown in FIG.
[0103]
(2) When battery voltage VB is low
A sawtooth wave formed when the battery voltage VB is lowered is shown in FIG.
As described above, the transistor 197 flows a current proportional to the battery voltage VB. Therefore, a current corresponding to the battery voltage VB flows into the transistor 199a through the current mirror circuit 199. As a result, a constant current from the constant current source 169 is drawn out according to the battery voltage VB.
[0104]
For this reason, the current Ik from the constant current source 169 is reduced and flows into the capacitor 177. Therefore, charging of the capacitor 177 is performed by the current It flowing through the resistor 175 based on the current Ik reduced by the decrease of the battery voltage VB and the voltage in the constant voltage source 173.
As a result, the charging time of the capacitor 177 becomes longer than when the battery voltage VB is sufficient, and the period of the sawtooth wave becomes longer as shown in FIG.
[0105]
Thereafter, the sawtooth wave forming circuit 163 repeats discharging and charging of the capacitor 177 in the same manner as described above, and the battery voltage VB is sufficient and the frequency is lower than that when the lamp 2 is lit. Forms a long sawtooth wave.
Thus, before the lamp 2 is turned on, the frequency of the sawtooth wave is uniformly changed to a relatively low frequency by the circuit 185a as described above, and after the lamp is turned on, the circuit voltage 185b changes the battery voltage to VB. The frequency of the sawtooth wave is changed accordingly.
[0106]
Next, the threshold level setting circuit 165 will be described. The threshold level setting circuit 165 sets a threshold level according to a command signal from the lamp power control circuit 10 (error amplification circuit 61), and the lamp voltage VL exceeds a predetermined voltage when the lamp is not lit. A threshold level for constant voltage control (for example, 400 V control) is set so as not to occur. The threshold level setting circuit 165 has an inverting circuit that inverts a command signal from the lamp power control circuit 10 (error amplification circuit 61). The level of the command signal from the lamp power control circuit 10 changes according to the lamp power PL to be supplied, and it is necessary to increase the power supply by lowering the duty ratio as the lamp power PL to be supplied is larger. An inversion circuit is provided in the circuit 165 so that the level of the command signal and the threshold level are inverted.
[0107]
As will be described in detail later, the threshold level setting circuit 165 is provided with a circuit for setting a duty limit value that is an upper limit value of the duty ratio.
Next, the comparator 167 will be described. The comparator 167 compares the sawtooth wave and the threshold level to set the duty ratio for turning on / off the MOS transistor 31.
[0108]
Further, since the switching frequency of the MOS transistor 31 at this time is the same as the frequency of the sawtooth wave formed by the sawtooth wave forming circuit 163, {circle around (1)} before the lamp 2 is turned on, the battery voltage VB Regardless of the height of the lamp, the frequency is relatively low, (2) when the lamp 2 is lit, and when the battery voltage VB is sufficient, the frequency is relatively high, and (3) the lamp 2 is lit. When the battery voltage VB is decreasing, the frequency is relatively low according to the decrease of the battery voltage VB.
[0109]
Here, the waveform of the lamp voltage VL before the lamp 2 is turned on is shown in FIG. The dashed-dotted line (a) in FIG. 12 shows the case where the battery voltage VB is sufficient, the solid line (b) shows the case where the battery voltage VB is lowered, and the broken line (c) shows the case where the switching frequency is not lowered.
As shown in FIGS. 12A and 12B, when the switching frequency of the MOS transistor 31 is relatively low, the lamp voltage VL reaches a predetermined value required for lamp lighting and reaches a predetermined value (for example, as described above). 400V). When the switching frequency is not changed, the lamp voltage VL changes with the battery voltage VB as shown in (c), and the lamp voltage VL decreases as the battery voltage VB decreases. That is, by lowering the switching frequency, the cutoff current value of the primary current flowing through the primary winding 29a of the transformer 29 can be increased, and the output power of the DC power supply circuit 5 can be increased as compared with the case where the switching frequency is not changed. .
[0110]
Further, the total energy W (≈output power of the DC power supply circuit 5) accumulated in the primary winding 29a per unit time is expressed by Equation 1.
[0111]
[Expression 1]
W = f × 1 / 2LI2
However, f: switching frequency, L: inductance of primary winding 29a, I: primary current.
As expressed in Equation 1, the total energy W accumulated in the primary winding 29a per unit time increases in proportion to the switching frequency and the square of the current. For this reason, by increasing the ON / OFF cycle (= 1 / switching frequency) of the MOS transistor 31, the primary current increases even if the switching frequency is lowered. Therefore, the MOS transistor 31 accumulates in the primary winding 29a per unit time. The total energy W is increased.
[0112]
In this embodiment, since the switching frequency of the MOS transistor 31 is relatively low, the total sum W of energy accumulated in the primary winding per unit time becomes large as described above. That is, the output power of the DC power supply circuit 5 increases, and the lamp voltage VL having a predetermined voltage value necessary for lamp lighting can be supplied even when the battery voltage VB is lowered.
[0113]
As described above, the circuit 185a supplies the power necessary for lighting the lamp 2 by uniformly lowering the switching frequency of the MOS transistor 31 when the lamp 2 is not lit than when the lamp 2 is lit. Therefore, the lighting performance of the lamp 2 can be improved.
Further, after the lamp 2 is turned on, the lamp 2 is subjected to AC lighting at a predetermined switching frequency, so that the ripple of the lamp current can be reduced, thereby suppressing the acoustic resonance phenomenon.
[0114]
Subsequently, when the lamp 2 is turned on, FIGS. 13A and 13B show comparative diagrams of waveforms of primary currents when the battery voltage VB is sufficient and when the battery voltage VB is lowered, respectively. Show.
In this embodiment, since the switching frequency of the MOS transistor 31 is lowered in accordance with the battery voltage drop, as shown in FIGS. 13A and 13B, only when the battery voltage VB is sufficient. Even when the battery voltage VB is reduced, the primary current becomes sufficiently large. For this reason, as described above, the total energy W per unit time that can be supplied to the secondary winding 29b increases. In addition, since the frequency is low, the time during which the MOS transistor 31 is turned off is lengthened, and energy can be sufficiently supplied to the secondary winding 29b.
[0115]
As described above, when the battery voltage VB is sufficient when the lamp 2 is lit, the switching frequency of the MOS transistor 31 is set to a relatively high predetermined frequency, and the battery voltage VB is decreased. Since the predetermined frequency is lowered according to the decrease in the battery voltage VB, the energy supply to the secondary side of the flyback transformer 29 can be sufficiently performed.
[0116]
Therefore, even when the battery voltage VB is lowered when the lamp 2 is lit, the energy consumption efficiency can be improved, and for example, it is suppressed that the lamp 2 disappears while the lamp 2 is lit. can do.
[About the threshold level setting circuit 165]
Next, details of the threshold level setting circuit 165 will be described with reference to FIG.
[0117]
  The threshold level setting circuit 165 sets an inversion circuit 165a that inverts a command signal output from the lamp power control circuit 10 (error amplification circuit 61), and the duty limit value (hereinafter, limit value) that is an upper limit value of the duty ratio. Limit value setting circuit 165b, LaAnd a control circuit 165c for constant voltage control of the lamp voltage VL before lighting the amplifier 2 to a predetermined value.
[0118]
The limit value is for ensuring that sufficient energy is supplied to the secondary side of the flyback transformer 29 as described above. That is, the secondary side output of the flyback transformer 29 has a convex relationship with respect to the duty ratio. Therefore, for example, when the lamp power control circuit 10 functions to increase the duty ratio in order to increase the lamp power significantly, the secondary output of the flyback transformer 29 is prevented from decreasing. Is set.
[0119]
  First, the inverting circuit 165a will be described. The inverting circuit 165a includes a current mirror circuit 205 through which a current flows from the constant voltage source 203, and an NPN transistor 207 having a current iS flowing through the current mirror circuit 205 as a base current. The output terminal of the error amplifier circuit 61 is connected to the current mirror circuit 205 including two NPN transistors 205a and 205b through a resistor 209. Here, when the lamp power is controlled by the output of the error amplification circuit 61, the control circuit 165cNPNTransistor 404Is in the off state. Therefore, the operation of the inverting circuit 165a in this case is as follows.
[0120]
When the lamp power is lowered, the output voltage of the error amplifier circuit 61 is lowered and the current isa flowing through the resistor 209 is increased. At this time, the current isb obtained by mirroring this current by the current mirror circuit 205 is isa. The voltage VM obtained by converting the current isb into a voltage by the resistor 210 becomes high, and this voltage VM becomes the input voltage VN of the inverting input terminal of the comparator 167 via the transistor 207 forming the emitter follower circuit. Therefore, the input voltage VN increases, the threshold level increases, and the duty ratio decreases.
[0121]
On the other hand, when the lamp power is increased, the output voltage of the error amplifier circuit 61 increases and the current isa flowing through the resistor 209 decreases. As a result, the voltage VM obtained by converting the current isb into a voltage by the resistor 210 decreases. Accordingly, the input voltage VN at the inverting input terminal of the comparator 167 decreases, the threshold level decreases, and the duty ratio increases.
[0122]
Next, the limit value setting circuit 165b will be described. The limit value setting circuit 165b includes a first limit value setting circuit 211 that varies the limit value according to the battery voltage VB, and the limit value according to the lamp voltage VL that is information indicating (corresponding to) the power supplied to the lamp 2. A second limit value setting circuit 213 that changes the value, and a third limit value setting circuit 215 that sets the limit value to a maximum value that can be set on the circuit when the battery voltage VB becomes a predetermined value or less.
[0123]
The first limit value setting circuit 211 detects only the battery voltage VB from the terminal A provided between the battery 1 and the primary winding 29a of the flyback transformer 29 (see FIG. 1).
The first limit value setting circuit 211 includes resistors 223 to 225. The voltage V0 at the connection point of these resistors 223 to 225 is determined only by the voltage division of the resistors 223 to 225 when the transistor 227 described later is off (when the battery voltage is sufficient) and the lamp voltage VL is 0, It becomes a value according to VB. When the battery voltage VB decreases, the voltage V0 decreases. When the battery voltage VB increases, the voltage V0 increases.
[0124]
The second limit value setting circuit 213 includes a resistor 222 and a current mirror circuit 221 (NPN transistors 221a and 221b), and detects only the lamp voltage VL indicating the power supplied to the lamp 2 from the terminal C. ing. When the lamp voltage VL increases, the second limit value setting circuit 213 sets the limit value to a large value accordingly.
[0125]
That is, the current flowing through the current mirror circuit 221 is varied only in accordance with the lamp voltage VL, and increases as the lamp voltage increases. When the lamp voltage VL increases, the collector current of the NPN transistor 221b of the current mirror circuit 221 increases. To do. Accordingly, the voltage V0 decreases as the collector current of the NPN transistor 221b increases. On the other hand, when the lamp voltage VL decreases, the collector current of the NPN transistor 221b decreases and the voltage V0 increases.
[0126]
That is, the threshold level setting circuit 165 assumes that the voltage determined by the battery voltage VB and the ramp voltage VL is V0, and the base side voltage of the NPN transistor 207 corresponding to the output voltage of the error amplifier circuit 61 is VM. It fulfills functions like However, for easy understanding, the voltage drop between the base and collector of the NPN transistor 207 and the NPN transistor 217 is ignored.
[0127]
For example, it is assumed that the voltage VM is lowered by an attempt to increase lamp power by the output signal of the error amplifier circuit 61. At this time, if the voltage VM is higher than the voltage V0, the NPN transistor 217 is turned off. As a result, the input voltage VN becomes the voltage VM, and the threshold level is set according to the output signal of the error amplification circuit 61.
[0128]
On the other hand, it is assumed that, for example, the voltage VM becomes lower than the voltage V0 in order to increase the lamp power significantly by the output signal of the error amplifier circuit 61. Then, the NPN transistor 207 is turned off and the NPN transistor 217 is turned on. As a result, the input voltage VN is the voltage V0, the voltage V0 becomes the limit value, and the threshold level is limited so as not to increase any more.
[0129]
That is, according to only the battery voltage VB, the first limit value setting circuit 211 sets the limit value larger as the battery voltage VB decreases because the voltage V0 also decreases as the battery voltage VB decreases. Further, the second limit value setting circuit 213 sets the limit value larger as the lamp voltage VL becomes higher because the voltage V0 becomes lower as the lamp voltage VL becomes higher only in response to the lamp voltage VL.
[0130]
Thus, in this example, as a means for detecting only the battery voltage VB, the terminal A is provided as shown in FIG. 1, and the limit value is varied according to the battery voltage VB detected from the terminal A. I made it. Thus, the limit value can be set with high accuracy according to the battery voltage VB.
Further, as means for detecting only the lamp voltage VL described above, a terminal C is provided as shown in FIG. 1, and the limit value is made variable according to the lamp voltage VL detected from the terminal C. Accordingly, the limit value can be set with high accuracy according to the lamp voltage VL that is the load of the lamp 2.
[0131]
Further, since the control signal (VL) used in the lamp power control circuit 10 is used as the load of the lamp 2, it is not necessary to provide a means for specifically detecting the load of the lamp 2, and the cost can be reduced. .
By the way, the first and second limit value setting circuits 211 and 213 described above set the limit values by circuit constants determined by the resistors 223 and 225, for example. In this example, the first limit value setting circuit 211 can set the limit value with high accuracy while the battery voltage VB decreases from the rated voltage 12V to about 7V.
[0132]
Therefore, for example, when the battery voltage VB is greatly reduced and becomes smaller than 7V, the limit value is not appropriate, and the limit value needs to be further increased. In other words, when the battery voltage VB is further significantly reduced, the secondary output of the flyback transformer 29 is also greatly reduced. Therefore, if the limit value is not increased accordingly, the secondary output can be sufficiently obtained. Absent.
[0133]
Therefore, when the battery voltage VB falls below 7V, the limit value is appropriately set by the third limit value setting circuit 215. This will be described below. Note that the limit value in this case is set in a range where energy can be sufficiently supplied to the secondary winding 29b of the flyback transformer 29 when the duty ratio becomes high as described above.
[0134]
As shown in FIG. 14, the third limit value setting circuit 215 includes an NPN transistor 227 connected in parallel with the resistor 225 and a comparator 229 for turning on / off the NPN transistor 227.
In the comparator 229, the predetermined voltage VK (7V) is input to the non-inverting input terminal, and the battery voltage VB is input from the terminal A to the inverting input terminal. Therefore, when the battery voltage VB drops below 7V, the NPN transistor 227 is turned on. As a result, the voltage V0 is not divided by the resistors 223 and 225, but is substantially 0V.
[0135]
As a result, the limit value is lowered to a value at which the duty ratio can be almost 100%. Thereby, even when the battery voltage VB falls below 7V, an optimum limit value can be set.
Next, the control circuit 165c will be described. The control 165c is a circuit that controls the lamp voltage VL before lighting the lamp 2 to a predetermined value (for example, 400V). The terminal 401 is a terminal for detecting the lamp voltage VL and is connected to the terminal C in FIG. Until the lighting switch SW is turned on and the lamp 2 is lit (the lamp current is not flowing through the lamp 2), the voltage at the output terminal of the error amplifying circuit 61 becomes the highest voltage, and the current flows through the resistor 209. Absent. That is, the error amplification circuit 61 outputs a command signal for supplying maximum power to the lamp 2.
[0136]
Therefore, the PWM control circuit 9 operates in a maximum duty state determined by the second limit value setting circuit 165b. As a result, when the DC power supply circuit 5 is activated and the lamp voltage VL increases and reaches the predetermined value, the control circuit 165c performs constant voltage control on the lamp voltage VL.
More specifically, the voltage obtained by dividing the lamp voltage VL by the resistors 402 and 403 and the reference voltage Vd are compared by the comparator 230, and the NPN transistor 404 is controlled to be turned on / off. That is, the NPN transistor 404 is turned off when the ramp voltage VL is equal to or lower than a predetermined value, and the NPN transistor 404 is turned on when the lamp voltage VL is higher than the predetermined value. When the NPN transistor 404 is turned on, a current determined by the resistor 405 flows through the NPN transistor 205a. Then, the same current as this current flows through the NPN transistor 205b, the voltage VM increases, and the input voltage VN increases.
[0137]
However, at this time, the output voltage VN becomes higher than the peak voltage (Va in FIG. 11) of the sawtooth wave input to the non-inverting input terminal of the comparator 167 by setting the resistance value of the resistor 405. Therefore, the output signal of the comparator 167 is fixed to the low level signal, the MOS transistor 31 is turned off, and the ramp voltage VL stops increasing.
[0138]
After that, when the lamp voltage VL gradually decreases and falls below the predetermined value due to the power consumption by the places other than the lamp 2 with the passage of time, the NPN transistor 404 performs the switching operation again, and the lamp voltage VL is reduced. To rise. In this way, the lamp voltage VL is controlled at a constant voltage by repeating this operation.
[Fail-safe circuit 14]
Next, the fail safe circuit 14 will be described. First, the vehicle mounting structure of the lamp 2 which is a premise of the function of the fail safe circuit 14 will be described with reference to FIG.
[0139]
As shown in FIG. 15, the vehicle headlamp 231 includes a reflector 233 that reflects the light of the lamp 2 toward the front of the vehicle. The reflector 233 is formed in a bowl shape and houses the lamp 2 therein. The lamp 2 is inserted into the reflector 233 from the left side in FIG. 15 and is attached to the reflector 233 by a connector 235.
[0140]
Briefly, the connector 235 includes detachable connector portions 235a and 235b. The connector portion 235a is inserted into the reflector 233 from the left side in FIG. 15, and is attached to the reflector 233 by rotating after insertion. It has been. Thereafter, when the connector portion 235b is fitted into the 235a, the lamp 2 can be turned on.
[0141]
A shield part 237 made of aluminum or the like is attached to the connector 235b so as to cover it. The shield portion 237 is grounded as shown in FIG. 15 and is attached to the connector portion 235b so as to press the electric wiring portion 239 of the lamp 2.
Here, the shield part 237 is for preventing radio waves generated when the lamp 2 is turned on from leaking outside the lamp 2 (reflector 233). Thereby, it is possible to prevent adverse effects on the electric devices of the own vehicle and other vehicles due to the radio waves. In order to prevent the generation of such radio waves, aluminum is deposited on the inner surface of the reflector 233, and this aluminum is grounded. Further, for the same reason, although not shown, a cup-shaped shield portion is also provided in the reflector 233 on the vehicle front side of the lamp 2.
[0142]
In the all-vehicle illumination lamp 231 having such a configuration, when the lamp 2 is replaced, the electric wiring portion 239 of the lamp 2 is sandwiched between the shield portions 237, and the electric wiring portion 239 of the lamp 2 is grounded. There is a possibility.
As a result, an overcurrent flows, for example, to the H bridge circuit 7a through the primary winding 29a and the secondary winding 29b, so that a great amount of heat is generated in the H bridge circuit 7a and the worst fuse 50 is blown. .
[0143]
  Therefore, in order to deal with the abnormal state in this way, the following abnormal control is performed by the fail safe control circuit 14. Hereinafter, the specific configuration of the fail-safe control circuit 14 and the contents of the abnormality control will be described with reference to FIG. The following abnormality control is performed when the lighting switch SW is set to ON. Fail-safe control circuit as shown in FIG.14Is roughly divided into five functional blocks 241a to 241e.
[0144]
The reference numeral 241 a includes a comparator 243 and a resistor 245. In the comparator 243, the ramp voltage VL is input from the sampling hold circuit 12 to the inverting input terminal, and the predetermined voltage Vr1 is input to the non-inverting input terminal. That is, 241a constitutes voltage determination means for determining whether or not the lamp voltage VL is in the first state that is lower than a predetermined voltage Vr1 (for example, 20V).
[0145]
The reference numeral 241b includes a comparator 247, a capacitor 248, and a resistor 249. In the comparator 247, the lamp current IL (voltage conversion VIL) is input to the inverting input terminal, and the predetermined voltage Vr2 is input to the non-inverting input terminal. That is, 241b constitutes a current determination unit that determines whether or not the lamp current IL is in the second state smaller than the predetermined current by comparing the VIL and the predetermined voltage Vr2.
[0146]
Reference numeral 241c denotes an AND gate that outputs a high level signal when both outputs of the comparators 243 and 247 become high level signals. That is, the fact that the output signal of the AND gate 241c becomes a high level signal means that the abnormal state described above has been detected.
That is, the AND gate 241c is a means for detecting an abnormal state in which the electric wiring portion 239 is grounded, and the lamp voltage VL (voltage signal) is lower than a predetermined voltage value and the lamp current (current signal) is a predetermined current value. When it is lower, an abnormal state is detected.
[0147]
Here, the reason why the abnormality determination can be easily performed by the lamp voltage VL and the lamp current IL will be described. As described above, when the power of the lamp 2 is controlled, the lamp voltage VL is in a predetermined range of, for example, 20V to 400V. At this time, if the electrical wiring portion 239 is grounded, an overcurrent flows to the secondary side of the flyback transformer 29, and the lamp voltage VL becomes lower than 20V. Therefore, in this case, the electric wiring portion 239 may be grounded.
[0148]
Further, as described above, when the power of the lamp 2 is controlled, the lamp current IL is in a predetermined range (0.35 to 2.6 A). Then, when the electrical wiring portion 239 is grounded, the overcurrent from the secondary winding 29b falls from the electrical wiring portion 243 to the ground without flowing through the H bridge circuit 7a. Thereby, the lamp current IL is smaller than the predetermined range and is equal to or less than a predetermined current (for example, 0.2 A). Therefore, in this case, the electrical wiring portion 239 may be grounded.
[0149]
Thus, in this example, the abnormal state is detected by the AND condition of the lamp voltage VL and the lamp current IL.
In this example, the abnormal state is detected when both the first state and the second state are established. When both of these two states are satisfied, the abnormal state is determined for the following reason.
[0150]
For example, if some abnormality occurs and both ends of the lamp 2 are short-circuited, the lamp voltage VL becomes smaller than the predetermined voltage Vr1, but the lamp current IL becomes larger than the predetermined current. When the lamp 2 is opened due to some abnormality, the lamp current IL becomes smaller than the predetermined current, but the lamp voltage VL becomes larger than the predetermined voltage Vr1.
[0151]
Therefore, under only one condition, it cannot be determined whether the electric wiring part 239 is grounded or whether the lamp 2 is short-circuited or opened.
Therefore, in this example, in order to reliably detect the ground of the electric wiring portion 239, it is determined that the abnormal state is satisfied when both the first state and the second state are satisfied. As a result, it is possible to reliably grasp the abnormal state in which the electrical wiring portion 239 is grounded, and to prevent overcurrent from flowing with high accuracy.
[0152]
The time counting circuit 241d includes a D-type flip-flop 251, a NOR gate 253, an AND gate 255, and a JK-type flip-flop 257. The time counting circuit 241d determines whether or not a time satisfying both the first state and the second state has passed a predetermined time T or more. The same clock signal CL is input to the clock terminals of the D-type flip-flop 251 and the JK-type flip-flop 257.
[0153]
The reset circuit 241e is configured by a D-type flip-flop. A constant voltage source 259 is input to the D input terminal of the D-type flip-flop preset circuit 241e. The H bridge control circuit 11 is connected to the output terminal of the D flip-flop preset circuit 241e. The constant voltage source 259 generates a constant voltage (for example, 5 V) when the lighting switch SW is on.
[0154]
Next, the operation from the circuit 241a to the reset circuit 241e will be described with reference to the time chart of FIG. However, the output signal of the AND gate 241c is α, the output signal of the JK flip-flop 257 is β, and the output signal of the D flip-flop 241e is γ. When the lighting switch SW is turned on, the D flip-flop preset circuit 241e is reset by a reset signal from a reset circuit (not shown). In this embodiment, the H bridge circuit 7a is turned off by the H bridge control circuit 11 when the output signal γ of the D-type flip-flop preset circuit 241e is a high level signal.
[0155]
First, when the lighting switch SW is turned on, for example, at time t3, the electrical wiring portion 239 is grounded again, and the output signal α changes from the low level signal to the high level signal, and this state continues thereafter. When the state in which the output signal α is a high level signal continues for longer than one cycle time of the clock pulse CL, the output signal β of the JK flip-flop 257 is inverted via the AND gate 255c and the NOR gate 253. Becomes a high level signal. Then, the output signal γ of the D-type flip-flop 241e becomes a high level signal. Thereby, as shown in FIG. 4, low level signals are output to the IC elements 43a and 43b from the two output terminals of the first abnormality circuit 242, and the H bridge circuit 7a is turned off.
[0156]
As a result, the overcurrent caused by the ground of the electric wiring portion 239 is blocked by the MOS transistors 41a and 41c. As a result, it is possible to prevent an overcurrent larger than a predetermined value from flowing in the H bridge circuit 7a and the current path after the H bridge circuit 7a, prevent the fuse 50 from being blown, and generate a large amount of heat in the discharge lamp device 100. Can be prevented.
[0157]
In addition, when the output signal γ becomes a high level signal, the control of the PWM control circuit 9 is stopped, that is, the conduction of the MOS transistor 31 is cut off. Specifically, when such an abnormal state occurs, a high-level signal is output from the second abnormality circuit 244 as shown in FIG. 5, so that the NPN transistor 246 is turned on. Therefore, the NPN transistors 115 and 116 are turned off regardless of the output signal of the PWM control circuit 9. Thereby, the conduction of the MOS transistor 31 is cut off, and all power supply to the discharge lamp device 100 is stopped. The reason for this will be described below.
[0158]
For example, it is assumed that there is a contact resistance between the electric wiring portion 239 and the shield 237 when the electric wiring portion 239 is grounded. Then, it is assumed that there is a problem that the energy (electric power) on the secondary side of the flyback transformer 29 is consumed greatly due to this contact resistance. Then, the lamp power control circuit 9 performs control so that the duty ratio of the PWM control circuit 9 is increased so as to increase the energy stored in the primary winding 29a. As a result, there is a problem that an excessive current flows in the primary winding 29a of the flyback transformer 29.
[0159]
Therefore, in consideration of such a case, the control of the PWM control circuit 9 is stopped, that is, the conduction of the MOS transistor 31 is interrupted, so that the primary current can be prevented from becoming excessive.
In addition to the above, various modes can be considered in the abnormal state. For example, when the breakdown voltage of the MOS transistor 31 deteriorates, a lamp voltage (for example, 400 V) necessary to start lighting is generated. Cannot illuminate. In this case, the MOS transistor 31 performs a switching operation by receiving a drive signal having the maximum duty from the PWM control circuit 9. However, since the breakdown voltage is deteriorated, most of the energy accumulated in the primary winding 29 a is confident that the MOS transistor 31 is confident. If the operation is continued as it is, abnormal heat is generated and the MOS transistor 31 is short-circuited. As a result, a secondary failure such as blowing of the fuse 50 is reached.
[0160]
In such an abnormal state, the result does not change even if the H-bridge circuit 7a is turned off. Therefore, in the case of such an abnormal state, the secondary control can be avoided by stopping the control of the PWM control circuit 9 and holding the MOS transistor 31 in the off state.
As described above, there are cases where it is effective to turn off the H-bridge circuit 7a depending on the result of abnormality determination in various abnormal states, and cases where it is effective to turn off the MOS transistor 31, and the H-bridge circuit 7a depending on the abnormal state. It is possible to select whether to turn off the MOS transistor 31 or to turn off the MOS transistor 31. However, such a proper use is not a good solution because the circuit becomes complicated and the scale increases. Accordingly, when an abnormality is determined, the circuit can be simplified and the scale can be reduced by turning off the MOS transistor 31 simultaneously with turning off the H bridge circuit 7a.
[0161]
As shown in FIG. 17, it is assumed that at time t1, the electrical wiring portion 239 is grounded and the output signal α changes from a low level signal to a high level signal, and this state continues until time t2.
In this case, since the high level period of the signal α which is an input signal to the time counting circuit 241d is shorter than one cycle time of the clock pulse CL, the output signal β of the time counting circuit 241d does not change and the previous state is maintained. Yes. Therefore, the signal γ does not change as well. That is, the H bridge control circuit 11 is not affected at all.
[0162]
That is, the condition for turning off the above-described H bridge circuit 7a is when the predetermined time T has elapsed for the time in which the first state and the second state are both achieved. The reason for this is as follows.
For example, when the lighting switch SW is on, after the first state and the second state are established for the first time, the grounding of the electrical wiring unit 239 is restored in a short time, and the electrical wiring unit 239 becomes normal. Suppose. In this case, in order to ensure the visibility of passengers at night, it is necessary to keep the lamp 2 in the lighting state as much as possible.
[0163]
Therefore, the H-bridge circuit 7a is not turned off immediately at the time of abnormality for a short time, and the H-bridge circuit 7a is turned off for the first time when the predetermined time T has elapsed between the first state and the second state. The predetermined time T is set to a time in a range where the fuse 50 is not blown, so that the fuse 50 can be prevented from being blown. The predetermined time T is set as follows. In this example, the abnormal state is detected with a relatively simple circuit configuration as shown in FIG.
[0164]
However, the electric wiring part 239 has wiring parts 239a and 239b at both ends of the lamp 2 as shown in FIG. 2, and these two wiring parts 239a and 239b are rarely grounded together. In many cases, only one electrical wiring portion 239a in FIG. 1 is grounded. Therefore, for example, when the polarity of the discharge voltage of the lamp 2 is changed in the H bridge circuit 7a when the abnormal state continues, the lamp voltage VL becomes higher than the predetermined voltage Vr1.
[0165]
Therefore, since the first state is not entered despite the occurrence of an abnormal state, the output signal of the AND gate 241c does not become a high level signal and the abnormal state cannot be detected.
Therefore, in this example, the predetermined time T is shorter than the switching cycle time of the H-bridge circuit 7a and set to half or less (0.8 ms) of the switching cycle time. Thereby, the abnormal state can be reliably detected with a simple circuit configuration.
[0166]
Further, in order to detect the abnormal state, the lamp voltage VL and the lamp current IL, which are the above-described lamp power control signals, are used. Thereby, it is not necessary to separately provide a voltage detection circuit and a current detection circuit in order to determine abnormality.
[About the connector disconnection detection circuit 15]
Next, the connector disconnection detection circuit 15 will be described with reference to FIG.
[0167]
The lamp 2 is detachable with a connector 235 including two connector portions 235a and 235b in the event of a breakage failure or the like. Therefore, the lamp 2 is electrically connected to the battery 1 and can be turned on when the connector portions 235a and 235b are fitted.
As shown in FIG. 18, an electrical wiring portion 261 is formed in the connector 235 so that when the connector portions 235 a and 235 b are disconnected, the internal electrical conduction is interrupted. More specifically, one end side of the electrical wiring portion 261 is connected to the power supply terminal 1a. Further, the other end side of the electric wiring portion 261 is grounded.
[0168]
The connection point 261a of the electric wiring part 261 of each connector 235a, 235b serves as a connector disconnection detection terminal for detecting the disconnection of the connector 235. The transistor 263 of the disconnection detection circuit 15a is turned on from off. The disconnection detecting circuit 15a is provided between the signal generating circuit 13a and the starting circuit 8, and when the disconnection of the connector 235 is detected, the signal from the signal generating circuit 13a is forcibly activated. This is a signal to be stopped.
[0169]
Next, the high voltage generation control circuit 13 will be described. The high voltage generation control circuit 13 includes a signal generation circuit 13a that generates a gate drive signal for the thyristor 57 and outputs a signal in synchronization with the on / off timing of the H bridge circuit 7a as described above. For example, when the start circuit 8 is activated and the lamp 2 is not turned on but is turned off, the signal generation circuit 13a causes the thyristor 57 to turn on until the lamp 2 is turned on. On-off is repeated and a high voltage is applied to the lamp 2.
[0170]
When the signal generation circuit 13a generates a high level signal, the transistor 265 is turned on. Accordingly, the transistor 267 is turned off and the transistors 269 and 275 are turned on. Further, the transistors 271 and 273 are turned off. As a result, the gate drive signal of the thyristor 57 becomes a low level signal, and the thyristor 57 is turned off.
[0171]
On the other hand, when a low level signal is generated in the signal generating circuit 13a, the transistor 265 is turned off. Accordingly, the transistor 267 is turned on and the transistors 269 and 275 are turned off. Further, the transistors 271 and 273 are turned on. As a result, the gate drive signal of the thyristor 57 becomes a high level signal, and the thyristor 57 is turned on.
[0172]
When the signal generated by the signal generation circuit 13a is a high level signal, the gate drive signal becomes a low level signal and the thyristor 57 is turned off. On the other hand, if the signal generated by the signal generation circuit 13a is a low level signal, the gate drive signal becomes a high level signal and the thyristor 57 is turned on.
In this example, the gate drive signal of the thyristor 57 can be forced to be a low level signal by the ON signal of the transistor 263. That is, when the disconnection detection circuit 15a detects that the connector 235 is disconnected and the transistor 263 is turned on, even if a low level signal for turning on the thyristor 57 is generated in the signal generation circuit 13a, the transistor 267 Turn off.
[0173]
Accordingly, the transistors 269 and 275 are turned on, the transistors 271 and 273 are turned off, and the thyristor 57 is turned off. As a result, for example, when the connector 235 is disconnected and the lamp 2 is turned off, generation of a high voltage by the thyristor 57 is prevented.
By the way, when it is detected that the connector 235 described above is disconnected, for example, when the electrical wiring portion 261 has a poor contact, the lighting function of the lamp 2 is normal. In such a case, it is not necessary to stop the control of the PWM control circuit 9 to turn off the lamp 2, and it is preferable to keep the lamp 2 on.
[0174]
Accordingly, in parallel with the detection of the disconnection of the connector 235, the fail-safe circuit 14 detects an abnormal state in which the lamp 2 is turned off although the lighting switch SW is set to ON. That is, when it is detected by the connector disconnection detection circuit 15 that the connector 235 is disconnected, it is not a contact failure of the electric wiring portion 261 but whether the connector 235 is really disconnected and the lamp 2 is turned off. judge.
[0175]
A logic circuit diagram representing the fail-safe circuit 14 is shown in FIG.
The fail safe circuit 14 includes a comparator 277 serving as a lighting detection means, a delay circuit (timer circuit) 279, an OR gate 281 and a D-type flip-flop 241e.
A predetermined voltage VR is input to the non-inverting input terminal of the comparator 277. On the other hand, the terminal E is connected to the inverting input terminal of the comparator 277 (see FIG. 1). That is, the comparator 277 outputs a low level signal when the lamp 2 is lit and a lamp current is flowing, and outputs a high level signal that the lamp 2 is extinguished when the lamp current falls below a predetermined value. .
[0176]
The delay circuit 279 outputs a high level signal when the output signal of the comparator 277 is a high level signal and this high level signal continues for a predetermined time Tm. That is, the delay circuit 279 outputs a high level signal when the predetermined time Tm elapses when the lamp 2 is turned off.
The OR gate 281 outputs a high level signal when the output signal of the delay circuit 279 becomes a high level signal. When the output signal of the OR gate 281 becomes a high level signal, the D-type flip-flop 241e outputs a high level signal using this high level signal as a clock pulse. When the output signal of the D-type flip-flop 241e becomes a high level signal, the control of the PWM control circuit 9 serving as power control means for supplying power from the battery 1 to the lamp 2 is stopped (the MOS transistor 31 is turned off). At the same time, the first bridge circuit 242 turns off the H bridge circuit 7a.
[0177]
By doing so, the lamp 2 is turned off from the lit state, and when the turn-off time elapses a predetermined time Tm, the supply of power to the lamp 2 is stopped by stopping the control of the PWM control circuit 9. It becomes like this. Further, the control of the PWM control circuit 9 is continued until the predetermined time Tm elapses after the lamp 2 is turned off, and power is supplied to the lamp 2.
[0178]
As shown in FIG. 19, the OR gate 281 has an input terminal for responding to the abnormal wiring state where the electrical wiring unit 261 is grounded, and an input for responding to another abnormal state. Terminals are provided. That is, the OR gate 281 is provided between the JK flip-flop 257 and the D flip-flop 241e shown in FIG.
[0179]
Next, the operation of the disconnection detection circuit 15a, the high voltage generation control circuit 13, and the fail safe circuit 14 will be described with reference to the time chart of FIG.
However, the signal detected by the disconnection detection circuit 15a is g, a high level signal when the connector 235 is disconnected, a low level signal when the connector is not disconnected, the gate drive signal of the thyristor 57 is f, and the lighting switch SW. When the lighting switch SW is on, it is a high level signal, and when it is off, it is a low level signal.
[0180]
The output signal of the signal generation circuit 13a is d, the control signal of the PWM control circuit 9 is c, a high level signal when the PWM control circuit 9 is controlling, and a low level signal when the control is stopped. The output signal of the comparator 277 is k, a high level signal when the lamp 2 is turned off, and a low level signal when the lamp 2 is turned on. Further, let the C input signal of the D-type flip-flop 241e be n.
[0181]
First, when the lighting switch SW is turned on at time t1, the lamp voltage VL gradually increases. For example, at time t2, the gate drive signal f of the thyristor 57 becomes a high level signal. As a result, the lamp 2 is turned on and the lamp current IL starts to flow. Thereafter, the lamp 2 enters the stable control state (35 W), and at time t3, the signal g becomes a high level signal, and it is detected that the connector 235 has been disconnected ((1) in FIG. 20).
Then, at time t3, the lamp current IL is smaller than a predetermined value, for example, becomes 0, and the lamp 2 is turned off, that is, when the connector 235 is really disconnected without the contact failure of the electric wiring portion 261, the signal k is High level signal. However, at this time, the signal n remains a low level signal by the delay circuit 279, and the control of the PWM control circuit 9 is continued.
[0182]
Thus, when the lamp 2 is turned off, as shown in FIG. 20, at time t4, the signal d of the signal generation circuit 13a becomes a high level signal so that the thyristor 57 is turned on and the lamp 2 is turned on again. Switches to a low level signal.
However, in this example, if the disconnection of the connector is detected regardless of the lighting of the lamp 2, the signal g becomes a high level signal, so that the signal f becomes a low level signal. Therefore, when the disconnection of the connector 235 is detected, the discharge of the capacitor 53 by the starting circuit 8 is stopped, and the generation of a high voltage at the connector 235 can be prevented.
[0183]
If the predetermined time Tm has elapsed at time t5, the signal n becomes a high level signal, the control of the PWM control circuit 9 is stopped, and the H bridge circuit 7a is turned on. Turn off. That is, when the connector 235 is disconnected and the lamp 2 is turned off, the thyristor 57 is turned off, and after the predetermined time Tm has elapsed, the control of the PWM control circuit 9 is stopped and the power supply to the lamp 2 is stopped.
[0184]
As a result, when the electrical wiring portion 261 of the lamp 2 causes a contact failure for a short time, the power supply to the lamp 2 can be maintained to keep the lamp 2 on, and the lamp 2 can continue for a predetermined time Tm. When the light is turned off, the power supply to the lamp 2 can be quickly stopped.
Next, it is assumed that the lighting switch SW is once turned off at time t6 and turned on again at time t7 from the state of (1) above, that is, the state in which the connector 235 is actually disconnected. ((2) in Fig. 20)
Then, when the lamp voltage VL gradually increases and at time t8, the signal d of the signal generation circuit 13a switches from the high level signal to the low level signal so that the lamp 2 is turned on by turning the thyristor 57 on from off. Change. However, as described above, when the disconnection of the connector is detected regardless of the lighting of the lamp 2, the signal g becomes a high level signal, so that the signal f becomes a low level signal. Therefore, when the connector 235 is disconnected, the start circuit 8 can prevent the generation of a high voltage at the connector 235.
[0185]
Thereafter, when the predetermined time Tm elapses when it is detected that the connector 235 is disconnected at time t9, the signal n becomes a high level signal, the control of the PWM control circuit 9 is stopped, and the H bridge circuit 7a is turned on. Turn off.
Next, from the state of (2) above, that is, from the state in which the connector 235 is actually disconnected, it is assumed that the lighting switch SW is turned off once at time t10, the connector 235 is reset, and turned on again at time t11. . (▲ 3 ▼ in Fig. 20)
At time t12, the signal g becomes a low level signal as described above, so that the signal f becomes a high level signal, and the lamp 2 is turned on by the starting circuit 8. After that, for example, it is assumed that the electrical wiring part 261 has a poor contact at time t13. In this case, since the lamp 2 is lit and the lamp current is larger than a predetermined value, the signal k is a low level signal.
[0186]
  Therefore, if the lamp 2 is lit when the electrical wiring part 261 has a poor contact, the power supply to the lamp 2 is maintained. As a result, even if the contact failure of the electric wiring part 261 occurs, if the lighting function of the lamp 2 is not abnormal, the lighting of the lamp 2 can be maintained.
  [Reverse connection protection circuit 3]
  Next, the reverse connection protection circuit 3 will be described with reference to FIG. 21 is the same as FIG.As an electrical loadAlternator, a vehicle electrical device71Is added.
[0187]
The reverse connection protection circuit 3 is provided between the battery 1 and the lamp 2. The gate (G) of the MOS transistor 21 is grounded via the resistor 17 to the positive electrode side (power supply terminal 1a) of the battery. The source (S) and drain (D) of the MOS transistor 21 are connected to the ground terminal 1b side so that the current flowing through the discharge lamp device 100 flows from the source toward the drain.
[0188]
When the lighting switch SW is turned on, a gate voltage is applied from the battery 1 to the gate (G), the MOS transistor 21 is turned on, and the power of the battery 1 is supplied to the discharge lamp device 100. Thereby, the discharge lamp device 100 operates.
Between the gate and the source of the MOS transistor 21, a capacitor 19 which is a conduction means is connected in parallel. The resistor 17 is connected in series with the parallel connection of the MOS transistor 21 and the capacitor 19 between the power supply terminal 1 a and the gate of the MOS transistor 21.
[0189]
When the lighting switch SW is turned on, the capacitor 19 is charged via the resistor 17. The charging current path of the capacitor 19 flows from the positive side of the battery 1 to the negative side of the battery 1 via the resistor 17, the capacitor 19, and the parasitic diode between the source and drain of the MOS transistor 21. When the charging voltage of the capacitor 19 reaches a predetermined value, the MOS transistor 21 is turned on. Further, until the MOS transistor 21 is turned on, the current flowing through the discharge lamp device 100 flows through a parasitic diode between the source and drain of the MOS transistor 21.
[0190]
The MOS transistor 21 has a protection function for protecting the discharge lamp device 100 from being applied with a reverse voltage in the following cases.
For example, when the battery 1 is replaced, it is assumed that the polarity of the battery 1 is mistakenly attached and the lighting switch SW is turned on by the operation of the passenger in this state. In this case, the reverse voltage applied to the discharge lamp device 100 is the battery voltage VB (first reverse voltage).
[0191]
And when the polarity of the battery 1 is reversely attached to the discharge lamp device 100 in this way, the reverse voltage application to the discharge lamp device 100 is cut off with the breakdown voltage between the drain and source of the MOS transistor 21, and the discharge lamp device Protect 100. As a result, no overcurrent flows through the fuse 50 through the Zener diode as in the prior art, and the fuse 50 can be prevented from being blown.
[0192]
The alternator 71 is connected to the battery 1 in parallel with the discharge lamp device 100. The alternator 71 is an inductive load (electric device for a vehicle) having a reactance component such as a field coil (not shown), and starts generating power when an ignition switch IG that is a means for starting a traveling drive source of the vehicle is turned on. To do.
When the ignition switch IG is turned on and the lighting switch SW is turned on, when the ignition switch IG is turned off, the current flowing through the alternator 71 is cut off, so that a large negative polarity pulse is applied to the power supply terminal 1a. Voltage is generated. Therefore, a larger reverse voltage is applied to the discharge lamp device 100 than when the battery 1 is reversely connected.
[0193]
However, at this time, the electric charge charged in the capacitor 19 is discharged with a time constant determined by the capacitor 19 and the resistor 17. As a result, the gate voltage is applied to the gate of the MOS transistor 21 for a predetermined time, so that the MOS transistor 21 is kept conductive for the predetermined time. When a large pulse voltage is generated between the power supply terminal 1a and the ground terminal 1b for a moment, the parasitic diode between the source and drain of the MOS transistor 31 and the flyback transformer 29 are connected via the MOS transistor 21 which is turned on. By passing a pulse current through a current path such as the primary winding 29a and the coil 27, energy of the negative polarity pulse is consumed.
[0194]
As described above, when a large reverse voltage is generated between the power supply terminal 1a and the ground terminal 1b, the MOS transistor 21 is forcibly maintained in the conductive state by the capacitor 19, so that the above breakdown voltage of the MOS transistor 21 is completely reduced. No need to consider. That is, the withstand voltage may be such that no reverse voltage is applied to the discharge lamp device 100 when the battery 1 is reversely connected (for example, slightly over 12V).
[0195]
Therefore, the withstand voltage of the MOS transistor 21 can be made very small, thereby reducing the driving resistance of the MOS transistor 21 and reducing the power loss in the MOS transistor 21. As a result, the chip size of the MOS transistor 21 can be reduced, and the inexpensive MOS transistor 21 can be used.
[0196]
Further, as described above, the MOS transistor 21 is forcibly turned on by the capacitor 19, but the capacitor 19 and the resistor 17 constitute a time constant circuit, so that the discharge time of the capacitor 19 is extended by the resistor 17. Is done. As a result, the conduction time of the MOS transistor 21 can be lengthened, so that destruction and breakage of the MOS transistor 21 can be reliably prevented. According to the study by the present inventor, when the time constant of the time constant circuit is 0.01 seconds or more, the MOS transistor 21 can be reliably turned on while the pulse voltage is generated. The discharge lamp device 100 can be reliably protected.
[0197]
[About overvoltage protection circuit 16]
FIG. 22 shows a circuit configuration diagram of the overvoltage protection circuit 16 shown in FIG. Hereinafter, the overvoltage protection circuit 16 will be described with reference to FIG.
The overvoltage protection circuit 16 protects the control circuits 9 to 15 included in the integrated circuit 73 from overvoltage. This overvoltage protection circuit 16 includes an overvoltage detection circuit 77 that detects overvoltage when the primary side voltage reaches a predetermined threshold voltage, and divides the primary side voltage when the primary side voltage reaches the threshold voltage. And a voltage dividing circuit 79 for pressing. The primary voltage applied through the overvoltage protection circuit 16 is converted to a constant voltage by the constant voltage circuit 75 and used as a drive voltage for the control circuits 9 to 15.
[0198]
The overvoltage detection circuit 77 includes a resistor 81, a Zener diode 83, and a resistor 85 having a relatively large resistance value. The threshold voltage is set by the Zener die voltage of the Zener diode 83. Further, the resistor 81 is provided in series with the Zener diode 83 for limiting the current I, whereby the withstand voltage of the Zener diode 83 can be lowered. The resistor 85 is a reverse bias resistor for preventing leakage.
[0199]
The voltage dividing circuit 79 includes resistors 87 and 89 and NPN transistors 91 and 93 connected in Darlington connection.
Next, the operation of the overvoltage protection circuit 16 configured as described above will be described.
When the primary side voltage is lower than the predetermined threshold voltage, the Zener diode 83 does not flow current, and thus the Darlington-connected NPN transistors 91 and 93 are not turned on. Therefore, the voltage VIC applied to the constant voltage circuit 75 in the integrated circuit 73 is a voltage obtained by subtracting a voltage drop at the resistor 87 from the primary side voltage.
[0200]
When the primary side voltage rises above a predetermined voltage, the Zener diode 83 causes a current to flow due to Zener breakdown, and the NPN transistors 91 and 93 are turned on. Therefore, the voltage VIC applied to the constant voltage circuit 75 in the integrated circuit 73 is a voltage obtained by dividing the primary side voltage by the resistor 87 and the resistor 89. Note that it is necessary to set the resistance values of the resistors 87 and 89 so that the voltage divided at this time is equal to or lower than the withstand voltage of the control circuits 9 to 15.
[0201]
Note that the constant voltage circuit 75 and the control circuits 9 to 15 are formed in the integrated circuit 73, but the components of the overvoltage protection circuit 16 such as the Zener diode 83, the resistor 85, and the NPN transistors 91 and 93 are shown. May also be formed in the integrated circuit 73. In this case, it is only necessary to form each of these components together with the other parts of the integrated circuit, so that the cost can be further reduced.
[0202]
Thus, since the overvoltage is divided by the voltage dividing circuit 79, it is possible to prevent the overvoltage from being applied to the integrated circuit 73.
Accordingly, the control circuits 9 to 15 in the integrated circuit 73 can be protected from overvoltage without using a relatively high withstand voltage power Zener diode, and the cost can be reduced. Further, since the current hardly flows through the resistor 81 in the overvoltage detection circuit 77 except when an overvoltage occurs, it is possible to prevent the power consumption of the resistor 81 when no overvoltage occurs. it can.
[0203]
[Inspection of discharge lamp device]
Next, the inspection before attaching the discharge lamp device 100 to the vehicle will be described based on the circuit configuration in the connector 15 shown in FIG. 23 and the circuit configuration diagram of the clock circuit 285 shown in FIG.
In order to artificially shorten the frequency of the signal generated by the clock circuit 285 at the time of inspection, as shown in FIGS. 23 and 24, clock switching detection circuits 286 and 287 are provided in the discharge lamp device. The clock switching detection circuits 286 and 287 will be described.
[0204]
The clock switching detection circuits 286 and 287 pseudo-accelerate the time at which the clock circuit 285 counts based on the clock switching detection signal and the detection time detection circuit 286 that detects the time of testing and outputs a clock switching detection signal. And a time shortening circuit 287.
The battery voltage VB applied to the connector disconnection detection terminal 261 is similarly applied to the inspection detection circuit 286. As described above, since the connector disconnection detection is performed by the battery voltage VB, a voltage higher than the battery voltage VB is not applied to the connector disconnection detection terminal 261a. By utilizing this, when only a voltage lower than the battery voltage VB + α is applied to the connector disconnection detection terminal 261a, the inspection time detection circuit 286 outputs a high level signal as not being detected, and the battery disconnection detection terminal 261a receives the battery. When a voltage equal to or higher than the voltage VB + α is applied, the inspection time detection circuit 286 outputs a low level signal as a clock switching detection signal. Thus, the connector disconnection detection terminal 261a is shared as a terminal for inspection and connector disconnection detection.
[0205]
The time reduction circuit 287 is built in the clock circuit 285 as shown in FIG. The clock circuit 285 includes a plurality of D-type flip-flops 289a to 289j arranged in series, and the time is counted by these D-type flip-flops 289a to 289j. That is, when a clock signal CL output from a converter (not shown) is input to the D-type flip-flop 289a, the D-type flip-flop 289a outputs a signal having a cycle twice that of the clock signal, and the next D-type flip-flop In step 289b, the signal is output as a signal having a double cycle. This operation is repeated in each of the D-type flip-flops 289a to 289j, and the cycle of the clock signal is doubled. Each control circuit selects a suitable signal from the signals output from the D-type flip-flops 401a to 401j, and uses it for the time when performing each control. For example, in the lamp power control circuit 10, the control time is set based on the frequency of the output signal of the D-type flip-flop 289i.
[0206]
  A time reduction circuit 287 is arranged between the plurality of D-type flip-flops arranged in this way. Hereinafter, the clock circuit 285 and the clock switching detection circuit 28 will be described.6The operation at 287 will be described separately when the lamp 2 is actually used and at the time of inspection.
  (1) When the lamp 2 is actually used At this time, since the lamp 2 is connected to the connector 35, the clock switching detection circuit 286287 is grounded. In this case, since a voltage higher than the battery voltage VB + α is not applied to the connector disconnection detection connection terminal 261a, the inspection detection circuit 286 outputs a high level signal.
[0207]
At this time, the output signal of the D-type flip-flop 289f is input to the clock C of the D-type flip-flop 289g. That is, by the processing in the time shortening circuit 287, the clock signal output from the converter is ignored, and the output signal of the D-type flip-flop 289f is input to the clock C as the clock signal of the D-type flip-flop 289g. Therefore, except for the inspection, the cycle of the clock signal CL from the converter is doubled through the D-type flip-flops 289a to 289f, and the signal with the doubled cycle becomes the clock signal of the D-type flip-flop 289g. For this reason, the lamp power control circuit 10 performs lamp power control in a normal time.
[0208]
  Even when the lamp 2 is disconnected from the connector 35, the clock switching detection circuit 28 is used.6Since only the battery voltage VB is applied to 287, the inspection time detection circuit 286 outputs a high level signal, and the clock circuit 285 and the clock switching detection circuit 286287 performs the same operation as described above.
  (2) When performing inspection
  At this time, the connector disconnection detection terminal 261a is shared as a terminal for inspection and connector disconnection detection. And the voltage similar to a battery voltage is applied to a battery connection part using a predetermined power supply. As a result, the battery voltage VB is applied to the connector disconnection detection terminal 261a. At this stage, the inspection time detection circuit 286 outputs a high level signal.
[0209]
Then, a voltage equal to or higher than the battery voltage VB + α is applied to the connector disconnection detection terminal 261a. As a result, the inspection detection circuit 286 outputs a low level signal as a clock switching detection signal.
At this time, the clock signal from the converter is directly input to the clock C of the D-type flip-flop 289g. That is, the signal output from the D-type flip-flop 289f is ignored by the processing in the time shortening circuit 287, and the clock signal from the converter is input as the clock of the D-type flip-flop 289g. Therefore, at the time of inspection, the clock signal from the converter is directly used as the clock signal of the D flip-flop 289g without passing through the D flip-flops 289a to 289f. Therefore, the D-type flip-flop 289g outputs the clock signal from the converter as a signal having a double period.
[0210]
Therefore, the period of the output signal in the D-type flip-flops 289g to 289j after the time shortening circuit 287, that is, the time based on each control circuit 9 to 15 is reduced in a pseudo manner, and each control circuit 9 to 15 is shortened. Lamp power control is performed based on time. For this reason, the lamp power control time is shortened.
As described above, when the voltage VB higher than the voltage used for connector disconnection detection is applied to the connector disconnection detection terminal 261a, the inspection detection circuit 286 detects that the inspection is in progress, and in this case, the time is shortened. Each control circuit 9-15 performs each control based on the time shortened by the circuit 287.
[0211]
Thereby, the control time which each control circuit 9-15 performs can be shortened, and test | inspection time can be shortened. Further, since the terminal for inputting the clock switching signal to the time shortening circuit 287 is provided at the connector disconnection detection terminal 261a, it is not necessary to form a terminal only for inputting the clock switching signal. Since the connector disconnection detection terminal 261a is covered with the lamp when the lamp 2 is connected, no special treatment for preventing rust is required.
[0212]
In the present embodiment, when the battery voltage VB decreases, the switching frequency of the MOS transistor 31 is linearly decreased. However, the switching frequency may be changed stepwise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a discharge lamp device 100 according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing a control system of the discharge lamp device 100 shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a time chart showing waveforms at various points of the starting circuit in the embodiment.
FIG. 4 is a configuration diagram of a bridge drive circuit in the embodiment.
FIG. 5 is a configuration diagram of a drive circuit of a MOS transistor 31 in the embodiment.
FIG. 6 is a configuration diagram of a lamp power control circuit in the embodiment.
7 is a time chart showing the waveform of the voltage V1 in FIG.
FIG. 8 is a configuration diagram of a sample hold circuit 12 in the embodiment.
9 is an explanatory diagram showing a waveform of a lamp voltage VL in FIG. 8. FIG.
10 is a configuration diagram of a sawtooth wave forming circuit in the PWM control circuit 9 in the embodiment. FIG.
11 is a diagram showing a sawtooth wave formed by the sawtooth wave forming circuit in FIG. 10;
12 is a diagram showing a waveform of a primary current that appears in response to the sawtooth wave in FIG. 11. FIG.
13 is a diagram showing a waveform of a primary current that appears according to the sawtooth wave in FIG. 11. FIG.
FIG. 14 is a configuration diagram of a threshold level setting circuit 165 in the embodiment.
FIG. 15 is a mounting structure diagram of the lamp 2 in the embodiment.
FIG. 16 is a circuit configuration diagram for detecting an abnormal state of the discharge lamp device in the embodiment.
17 is a time chart showing abnormality detection in the circuit shown in FIG. 16;
FIG. 18 is a circuit configuration diagram for detecting disconnection of a connector in the embodiment.
FIG. 19 is a circuit configuration diagram for detecting an abnormal state in which the connector is disconnected in the embodiment.
20 is a time chart showing detection of connector disconnection in FIGS. 18 and 19. FIG.
FIG. 21 is a configuration diagram of a reverse connection protection circuit in the embodiment.
FIG. 22 is a configuration diagram of an overvoltage protection circuit in the embodiment.
FIG. 23 is a detail view of a main part of the connector disconnection detection circuit in the embodiment.
FIG. 24 is an explanatory diagram of a clock circuit used when inspecting the discharge lamp device in the embodiment.
FIG. 25 is a diagram showing a waveform of a primary current of a conventional discharge lamp device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Battery, 2 ... Lamp, 5 ... DC power supply circuit, 7 ... Inverter circuit,
7a ... H bridge circuit, 9 ... PWM control circuit, 10 ... lamp power control circuit,
29 ... Flyback transformer, 29a ... Primary winding, 29b ... Secondary winding,
31 ... MOS transistors, 41a to 41d ... MOS transistors.

Claims (5)

一次側に配された直流電源(1)に基づいて該一次側に配された巻線(29a)に一次電流を流す時に該巻線(29a)にエネルギーを蓄積し、前記一次電流を遮断する時に前記エネルギーを二次側に供給するトランス(29)と、
前記一次電流を制御するスイッチング手段(31)と、
前記スイッチング手段(31)を所定のスイッチング周波数でデューティー制御するデューテュー制御手段(9)とを有し、
前記トランス(29)の一次側に配される前記直流電源(1)から、前記トランス(29)の二次側に配される放電灯(2)に所定電力が供給されるように、前記デューティー制御手段(9)がデューティー比を設定するように構成されており、
前記デューティー制御手段(9)は、前記直流電源(1)の電圧および前記放電灯(2)の点灯前か点灯後かに応じ前記直流電源(1)から前記放電灯(2)へ所定電力が供給されるようにデューティー比を設定しており、前記点灯後において前記直流電源(1)の電圧が低下した時には該低下前よりも前記スイッチング周波数を低く設定し、前記点灯前には前記直流電源(1)の電圧にかかわらず前記点灯後よりも前記スイッチング周波数を低く設定するようになっていることを特徴とする放電灯装置。
When a primary current is passed through a winding (29a) arranged on the primary side based on a DC power supply (1) arranged on the primary side, energy is stored in the winding (29a) and the primary current is cut off. A transformer (29) sometimes supplying the energy to the secondary side;
Switching means (31) for controlling the primary current;
A duty control means (9) for controlling the duty of the switching means (31) at a predetermined switching frequency,
Wherein the transformer the DC power supply which is arranged on the primary side of (29) (1), so that the predetermined power to the discharge lamp (2) which is arranged on the secondary side of the transformer (29) is supplied, the duty The control means (9) is configured to set the duty ratio,
The duty control means (9) is predetermined from the DC power supply (1) to the discharge lamp (2) depending on the voltage of the DC power supply (1) and whether the discharge lamp (2) is before or after lighting. The duty ratio is set so that power is supplied, and when the voltage of the DC power supply (1) decreases after the lighting, the switching frequency is set lower than before the decrease, and before the lighting, The discharge lamp device characterized in that the switching frequency is set lower than after the lighting regardless of the voltage of the DC power supply (1) .
前記デューティー制御手段(9)は、前記直流電源(1)の電圧が低下する程、前記スイッチング周波数を低く設定するようになっていることを特徴とする請求項1に記載の放電灯装置。  The discharge lamp device according to claim 1, wherein the duty control means (9) sets the switching frequency lower as the voltage of the DC power supply (1) decreases. 前記デューティー制御手段(9)は、前記直流電源(1)の電圧が低下した時に、前記スイッチング周波数を段階的に低く設定するようになっていることを特徴とする請求項1に記載の放電灯装置。  The discharge lamp according to claim 1, characterized in that the duty control means (9) is adapted to set the switching frequency lower stepwise when the voltage of the DC power supply (1) decreases. apparatus. 前記デューティー制御手段(9)は、前記放電灯(2)の状態に応じて設定されるスレッショルドレベルと所定の鋸歯状波とを比較することにより前記デューティー比を設定しており、前記直流電源(1)の低下に伴って前記鋸歯状波の周波数を低くすることにより、前記スイッチング周波数が低く設定されるようになっていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の放電灯装置。  The duty control means (9) sets the duty ratio by comparing a threshold level set according to the state of the discharge lamp (2) with a predetermined sawtooth wave, and the DC power supply ( The switching frequency is set to be low by lowering the frequency of the sawtooth wave in accordance with the decrease in 1). Discharge lamp device. 前記デューティー制御手段(9)は、前記点灯前には、前記点灯後における前記直流電源(1)の電圧低下時よりも前記スイッチング周波数を低く設定することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の放電灯装置。The duty control means (9) sets the switching frequency lower before the lighting than when the voltage of the DC power supply (1) drops after the lighting. The discharge lamp device according to claim 1.
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