JP4391199B2 - Discharge lamp lighting device - Google Patents
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Description
この発明は、自動車の前照灯や照明灯、街灯等として用いられている高輝度放電灯(HIDバルブ)を点灯させる放電灯点灯装置に関するものである。 The present invention relates to a discharge lamp lighting device for lighting a high-intensity discharge lamp (HID bulb) used as a headlamp, an illumination lamp, a street lamp, or the like of an automobile.
従来、メタルハライドランプ等の高輝度放電灯を点灯させる放電灯点灯装置は、高圧パルス電圧発生回路よりなるイグナイタ(起動装置)を用いており、放電ギャップやサイリスタ等のスイッチ素子がオンすることにより、充電用のコンデンサに充電された電荷をスイッチ素子、高圧パルストランスの一次巻線を含んだ経路で放電し、高圧パルストランスの二次巻線に発生する高圧パルス電圧を高輝度放電灯へ印加して、高輝度放電灯の管内でブレークダウン(絶縁破壊)を起こさせ、アーク放電へ移行させている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a discharge lamp lighting device for lighting a high-intensity discharge lamp such as a metal halide lamp uses an igniter (starting device) composed of a high-voltage pulse voltage generation circuit, and when a switch element such as a discharge gap or a thyristor is turned on, The electric charge charged in the charging capacitor is discharged through the path including the switching element and the primary winding of the high voltage pulse transformer, and the high voltage pulse voltage generated in the secondary winding of the high voltage pulse transformer is applied to the high intensity discharge lamp. Thus, breakdown (insulation breakdown) is caused in the tube of the high-intensity discharge lamp to shift to arc discharge (see, for example, Patent Document 1).
従来の放電灯点灯装置は、上記のように構成されており、メタルハライドランプのような高輝度放電灯をプロジェクタ用光源や車載用前照灯として使用しているが、この種の用途に高輝度放電灯を使用する場合、電源のオン/オフが短時間で繰り返されることが多く、点灯状態の高輝度放電灯を一旦消灯した後あまり時間をあけずに(高輝度放電灯が熱い状態のままで)再点灯するホットスタートにおいても確実に起動させる必要がある。 Conventional discharge lamp lighting devices are configured as described above, and high-intensity discharge lamps such as metal halide lamps are used as light sources for projectors and in-vehicle headlamps. When using a discharge lamp, the power supply is frequently turned on and off in a short time. After turning off the high-intensity discharge lamp that has been lit, do not wait too long (the high-intensity discharge lamp remains hot). It is necessary to start it up reliably even in the hot start that relights.
メタルハライドランプのような高輝度放電灯は、ホットスタート時において、高圧パルスを印加してブレークダウンした後の等価抵抗が放電灯内部のガスの状態により初めの始動時の等価抵抗に比べて大きいので、十分なエネルギーを供給できなければブレークダウンしても安定なアーク放電へ移行できず、再起動に失敗してしまうという問題がある。このため、メタルハライドランプ等の高輝度放電灯を上記したような用途に使用するためには、ブレークダウン直後の十分なエネルギーを供給しなければならない。この対策として、充電用のコンデンサの静電容量を増やすことが実施されているが、スイッチ素子に流れる突入電流の増加により、スイッチ素子の負担が増加し、スイッチ素子の破壊や寿命低下が懸念される。よって、従来装置においてコンデンサの静電容量を増大した場合、スイッチ素子の負担を抑制する必要があるが、この対策として、スイッチ素子の数を増やしたり、大きなスイッチ素子へ変更したりすると、イグナイタが大型化してしまう等の課題があった。 In high-intensity discharge lamps such as metal halide lamps, the equivalent resistance after breakdown by applying a high-pressure pulse during hot start is larger than the equivalent resistance at the start-up due to the gas state inside the discharge lamp. If sufficient energy cannot be supplied, there is a problem in that even if breakdown occurs, stable arc discharge cannot be entered and restarting fails. For this reason, in order to use a high-intensity discharge lamp such as a metal halide lamp for the above-described applications, it is necessary to supply sufficient energy immediately after the breakdown. As a countermeasure, the capacitance of the charging capacitor has been increased. However, the increase in inrush current flowing through the switch element increases the burden on the switch element, and there is a concern that the switch element may be destroyed or its life may be reduced. The Therefore, when the capacitance of the capacitor is increased in the conventional device, it is necessary to suppress the burden on the switch element. As a countermeasure, if the number of switch elements is increased or the switch element is changed to a larger switch element, the igniter There were problems such as an increase in size.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、放電灯をブレークダウンさせた後のエネルギー不足による消灯を解消し、また、スイッチ素子への負担増を抑えつつ、十分なエネルギーを供給できる構成を簡単にして安価な放電灯点灯装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, eliminates the extinction due to insufficient energy after the breakdown of the discharge lamp, and is sufficient to suppress an increase in the load on the switch element. An object is to obtain an inexpensive discharge lamp lighting device by simplifying a configuration capable of supplying energy.
この発明に係る放電灯点灯装置は、直流電源の出力に基づいて放電灯点灯用の電源電圧を生成する電源電圧生成手段と、この電源電圧生成手段からの電源電圧に基づいてエネルギーを蓄え、点灯開始時に放電灯の電極間をブレークダウンする高電圧パルスを供給する高電圧パルス発生手段を備える放電灯点灯装置であって、前記高電圧パルス発生手段には、放電灯の電極間をブレークダウンしてグロー放電に移行する高電圧印加時には、小さなエネルギーを前記放電灯に供給し、前記放電灯の電極間の放電をグロー放電からアーク放電へ移行する低電圧印加時には、エネルギーを増加させて前記放電灯に供給するエネルギー供給手段を備え、このエネルギー供給手段は、高電圧発生用パルストランスの一次側接続路に設けたスイッチ素子をオンする時には充電された高電圧の小エネルギーを放電灯に供給し、エネルギーを放出することによる電圧の低下に従って放電灯に供給するエネルギーを増加する特性を有するコンデンサであることを特徴とする。
A discharge lamp lighting device according to the present invention includes a power supply voltage generation means for generating a power supply voltage for discharge lamp lighting based on an output of a DC power supply, and stores energy based on the power supply voltage from the power supply voltage generation means for lighting. A discharge lamp lighting device comprising high voltage pulse generating means for supplying a high voltage pulse for breaking down between the electrodes of the discharge lamp at the start, wherein the high voltage pulse generating means includes a breakdown between the electrodes of the discharge lamp. When a high voltage is applied to shift to glow discharge , a small amount of energy is supplied to the discharge lamp. When a low voltage is applied, the discharge between the electrodes of the discharge lamp is shifted from glow discharge to arc discharge, the energy is increased to release the discharge. An energy supply means for supplying to the electric lamp is provided, and this energy supply means turns on the switch element provided in the primary side connection path of the high-voltage generating pulse transformer. It is supplied to the discharge lamp small energy of the high voltage charged when, and wherein the energy is a capacitor which has the property of increasing the energy supplied to the discharge lamp in accordance with the voltage drop due to release.
この発明は、放電灯のブレークダウンしたグロー放電時には高電圧、小エネルギーを供給し、グロー放電からアーク放電への移行時は低電圧、大エネルギーを供給することで、HIDバルブ(高輝度放電灯)の起動の確実性を向上し、放電灯を絶縁破壊させた後のエネルギー不足による消灯を解消でき、また、スイッチ素子への負担増を抑えてスイッチ素子の破壊や寿命低下を防止できる。 The present invention supplies a high voltage and small energy at the time of glow discharge when the discharge lamp is broken down, and supplies low voltage and large energy at the time of transition from glow discharge to arc discharge. ) Can be improved with certainty, and the light extinction due to lack of energy after the dielectric breakdown of the discharge lamp can be eliminated, and the increase of the load on the switch element can be suppressed to prevent the switch element from being destroyed and the service life from being shortened.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
図1は、この発明の実施の形態1による放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。
図1において、本実施の形態による放電灯点灯装置は、直流電源1と、点灯スイッチ2と、電源電圧生成手段としてのDC/DCコンバータ3と、インバータ4と、制御部5と、エネルギー供給手段としてのイグナイタ6と、高輝度放電灯(HIDバルブ)である放電灯7とを備える。イグナイタ6は、充電用抵抗を兼ねる分圧用抵抗61および分圧用抵抗62と、充電用抵抗63と、放電用コンデンサ64と、放電用コンデンサ65と、逆流防止用ダイオード66と、スイッチ素子67と、高圧パルストランス68とを有する。
An embodiment of the present invention will be described below.
1 is a circuit diagram showing a configuration of a discharge lamp lighting device according to
In FIG. 1, a discharge lamp lighting device according to the present embodiment includes a
直流電源1は、例えばバッテリからなり、12Vの直流電圧を出力する。直流電源1が点灯スイッチ2を介してDC/DCコンバータ3に接続され、このDC/DCコンバータ3の出力側にインバータ4が接続され、DC/DCコンバータ3およびインバータ4は共にその動作を制御部5によって制御される。DC/DCコンバータ3は、直流電源1の電圧を、インバータ4の出力側に高圧パルストランス68の2次側を介して接続された放電灯7の起動および点灯に必要な電圧まで降圧または昇圧し、また、インバータ4は、DC/DCコンバータ3の出力である直流電圧を交流電圧に変換して放電灯7に供給する。
The
DC/DCコンバータ3の出力側とインバータ4の出力側の一端(高圧パルストランス68の一次巻線の一端が接続されている側)の間に分圧用抵抗61および62が直列接続され、分圧用抵抗62の両端に放電用コンデンサ64が並列接続される。また、DC/DCコンバータ3の出力側とインバータ4の出力側の一端の間に充電用抵抗63と放電用コンデンサ65が直列接続される。充電用抵抗63および放電用コンデンサ65の接続点と高圧パルストランス68の一次巻線の間にスイッチ素子67が接続され、分圧用抵抗(充電用抵抗)61および放電用コンデンサ64の接続点とスイッチ素子67の一端即ち充電用抵抗63および放電用コンデンサ65の接続点の間に逆流防止用のダイオード66が接続されている。
次に、動作について、図2〜図3の特性図を参照して説明する。
いま、点灯スイッチ2がオンされて直流電源1の電圧がDC/DCコンバータ3で昇圧されてイグナイタ6に供給されると、放電用コンデンサ64,65がそれぞれ充電用抵抗61,63を介して充電される。放電用コンデンサ64,65が充電された段階でスイッチ素子67がオンする(または、自発的にオンする)と、まず、電位の高い放電用コンデンサ65が放電して電流が高圧パルストランス68の一次巻線を流れ、これによりその二次巻線側に高電圧が発生して放電灯7の電極間をブレークダウンしてグロー放電を発生する。
Next, the operation will be described with reference to the characteristic diagrams of FIGS.
Now, when the lighting switch 2 is turned on and the voltage of the
放電用コンデンサ65が放電してその電位が放電用コンデンサ64の電位より低くなると、放電用コンデンサ64が放電を開始し、ダイオード66を介して電流が高圧パルストランス68の一次巻線を流れる。この場合、放電電流は放電用コンデンサ64、65の両方の電流が流れ、アーク放電に移行し、その後インバータ4からの出力電圧で安定点灯を持続する。
When the discharge capacitor 65 is discharged and its potential becomes lower than the potential of the
図2は、上述の動作段階における放電用コンデンサ64,65の静電容量と放電電圧の関係を示しており、放電電圧V1の時点が実質的に高電圧時と低電圧時の境界を表しており、高電圧時は放電用コンデンサ65に依存し、スイッチ素子67がオンしてから時間が経過した低電圧時は放電用コンデンサ64と65に依存していることを表している。
FIG. 2 shows the relationship between the capacitances of the
図3は、本実施の形態でのスイッチ素子67に流れる電流I1を、従来構成によるスイッチ素子に流れる電流I2と対比して示したものである。スイッチ素子がオンした直後の高電圧時は、従来構成でのスイッチ素子に流れる電流I2に比べて本実施の形態でのスイッチ素子67に流れる電流I1が小さくなっているが、スイッチ素子がオンしてから時間が経過した低電圧時は、従来構成でのスイッチ素子に流れる電流I2に比べて本実施の形態でのスイッチ素子67に流れる電流I1が大きくなっており、斜線示の領域Eだけ、従来構成に比べて大きなエネルギー供給が可能である。即ち、本実施の形態によれば、エネルギーがあまり必要でない、放電灯7の電極間をブレークダウンしてグロー放電を発生する高電圧時はエネルギーを抑え、放電灯7の電極間の放電をグロー放電からアーク放電ヘ移行するためにエネルギーが必要である低電圧時に十分なエネルギーが供給できる。
FIG. 3 shows the current I1 flowing through the
従って、高電圧時のエネルギーを抑えることにより大電流の通電時間が短くなるので、スイッチ素子67への負担が軽減でき、スイッチ素子67の破壊を防止して寿命の延命ができる。また、低電圧時のエネルギーを確保することにより、小電流を長時間流すことができ、放電灯7の電極が加熱され、グロー放電からアーク放電に移行しやすくなることから、起動の確実性が向上する。
Therefore, since the energization time of a large current is shortened by suppressing the energy at high voltage, the burden on the
以上のように、この実施の形態1によれば、HIDバルブのブレークダウンしたグロー放電時には高電圧、小エネルギーを供給し、グロー放電からアーク放電への移行時は低電圧、大エネルギーを供給するエネルギー供給手段として、例えばイグナイタ内に放電用コンデンサを複数個設ける構成とすることで、スイッチ素子の寿命の延命、起動の確実性等を向上できる。
なお、上記では、イグナイタ内に設ける放電用コンデンサの数が2個の場合であるが、これに限定されることなく、放電灯の仕様に応じてそれ以上の放電用コンデンサを設ける構成としてもよい。
As described above, according to the first embodiment, a high voltage and a small energy are supplied at the time of glow discharge when the HID bulb is broken down, and a low voltage and a large energy are supplied at the time of transition from the glow discharge to the arc discharge. As the energy supply means, for example, by providing a plurality of discharge capacitors in the igniter, it is possible to improve the life of the switch element, the start-up reliability, and the like.
In the above description, the number of discharge capacitors provided in the igniter is two. However, the present invention is not limited to this, and a configuration in which more discharge capacitors are provided according to the specifications of the discharge lamp may be employed. .
実施の形態2.
図4は、この発明の実施の形態2による放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。なお、図4において、図1と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
上記実施の形態1では、イグナイタ内に放電用コンデンサを複数個設ける構成とした場合であるが、本実施の形態では、実質的に複数個の放電用コンデンサの代わりに、図4に示すように、充電電圧が上昇するに伴い、コンデンサの静電容量が減少する電圧依存性を有する放電用コンデンサを使用する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a discharge lamp lighting device according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 4, parts corresponding to those in FIG.
In the first embodiment, a plurality of discharge capacitors are provided in the igniter. However, in the present embodiment, as shown in FIG. A discharging capacitor having a voltage dependency is used in which the capacitance of the capacitor decreases as the charging voltage increases.
図4において、イグナイタ6Aは、図1のイグナイタ6と同様の充電用抵抗63、スイッチ素子67および高圧パルストランス68の他に、充電用抵抗63と直列接続された放電用コンデンサ69を備える。この放電用コンデンサ69としては、例えば、図4に示すような、その静電容量が電圧に依存して減少する特性を有するセラミックコンデンサを用いる。その他の構成は、図1の場合と同様である。
In FIG. 4, the igniter 6 </ b> A includes a discharging
次に、動作について、図5の特性図を参照して説明する。
いま、点灯スイッチ2がオンされて直流電源1の電圧がDC/DCコンバータ3で昇圧されてイグナイタ6Aに供給されると、放電用コンデンサ69が充電用抵抗63を介して充電される。この場合、放電用コンデンサ69の充電電圧の上昇に伴い、その静電容量が図5に示すように減少するが、放電用コンデンサ69の充電電圧が所定値になった段階でスイッチ素子67がオンする(または、自発的にオンする)と、放電用コンデンサ69が放電して電流が高圧パルストランス68の一次巻線を流れ、これによりその二次巻線側に高電圧が発生して放電灯7の電極間をブレークダウンしてグロー放電を発生し、その後アーク放電に移行し、安定点灯する。
Next, the operation will be described with reference to the characteristic diagram of FIG.
Now, when the lighting switch 2 is turned on and the voltage of the
かくして、本実施の形態でも、上記実施の形態1と同様に、エネルギーがあまり必要でない、放電灯7の電極間をブレークダウンしてグロー放電を発生する高電圧時はエネルギーを抑え、放電灯7の電極間の放電をグロー放電からアーク放電ヘ移行するためにエネルギーが必要である低電圧時に十分なエネルギーが供給できる。 Thus, also in the present embodiment, as in the first embodiment, the energy is suppressed at the time of a high voltage that requires less energy and breaks down between the electrodes of the discharge lamp 7 to generate glow discharge. Sufficient energy can be supplied at low voltage when energy is required to shift the discharge between the electrodes from glow discharge to arc discharge.
以上のように、この実施の形態2では、イグナイタ内に充電電圧が上昇するに伴い、コンデンサの静電容量が減少する電圧依存性を有する放電用コンデンサを使用することで、上記実施の形態1と同様の効果が得られると共に、さらに、本実施の形態では、イグナイタの内部構成を簡略化でき、装置の小型化、コストの低廉化が可能になる。
なお、上記では、充電電圧が上昇するに伴い、コンデンサの静電容量が減少する電圧依存性の放電用コンデンサとして、セラミックコンデンサの場合を例に説明したが、これに限定されることなく、同様の効果が得られれば、その他の素子を用いてもよい。
As described above, in the second embodiment, the discharge capacitor having the voltage dependency in which the capacitance of the capacitor decreases as the charging voltage increases in the igniter is used. In this embodiment, the internal configuration of the igniter can be simplified, and the apparatus can be downsized and the cost can be reduced.
In the above description, the case of a ceramic capacitor is described as an example of a voltage-dependent discharge capacitor in which the capacitance of the capacitor decreases as the charging voltage increases. Other elements may be used as long as the above effect can be obtained.
1 直流電源、2 点灯スイッチ、3 DC/DCコンバータ(電源電圧生成手段)、4 インバータ、5 制御部、6,6A イグナイタ(エネルギー供給手段)、61 分圧抵抗(充電抵抗)、62 分圧抵抗、63 充電抵抗、64,65,69 放電用コンデンサ、66 ダイオード、67 スイッチ素子、68 高圧パルストランス。
1 DC power supply, 2 lighting switch, 3 DC / DC converter (power supply voltage generating means), 4 inverter, 5 control unit, 6,6A igniter (energy supply means), 61 voltage dividing resistor (charging resistor), 62
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