JP4649728B2 - Power supply device and discharge lamp lighting device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電源を電圧変換して所望の直流出力を得る電源装置、並びにこのような電源装置を用いて放電灯を点灯する放電灯点灯装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の電源装置の一例(以下、「従来例1」と呼ぶ)を図5に示す。この従来例1は、バッテリのような直流電源1の出力を電圧変換するDC/DC変換回路2と、DC/DC変換回路2の出力を制御する出力制御回路61と、負荷50を含む負荷回路5とを備えている。DC/DC変換回路2は従来周知の昇圧コンバータ(ブーストコンバータ)で構成され、バッテリのように低電圧の電源(直流電源1)から放電灯のような負荷50が必要とする電圧まで昇圧するものである。
【0003】
上記従来例1の出力は主にDC/DC変換回路2で調整され、出力電流及び出力電圧をDC/DC変換回路2の出力端で検出し、電力指令値発生回路601から出力される電力指令値に基づいて、負荷電圧(ランプ電圧)の検出値に応じた負荷電流(ランプ電流)の制御目標値を電流指令値演算部602で演算し、フィードバック制御を行っている。DC/DC変換回路2が具備するスイッチング素子22のオン・オフ制御信号は誤差増幅器603の出力と三角波発振器604の出力をコンパレータ605で比較する三角波比較方式により得ており、スイッチング信号は周波数一定でオンデューティ比を可変することで出力調整を行うPWM信号となる。
【0004】
一方、図6に示すように負荷51を放電灯とし、DC/DC変換回路2をフライバックコンバータとして構成した従来例(以下、「従来例2」と呼ぶ)もある。この従来例2は、直流電源1、フライバックコンバータから構成されるDC/DC変換回路2並びに負荷回路5を備え、この負荷回路5はDC/DC変換回路2によって得られた直流電圧より放電灯51に交番電圧を供給するためのインバータ回路3、及び消灯状態の放電灯51を始動させるために高電圧を印可する始動回路4を具備する。ここで、放電灯51はランプ電圧が直流電源1の電源電圧に比べて低い条件から高い条件まで変化するものであるから、このような負荷に対応するにはDC/DC変換回路2をフライバックコンバータで構成することが望ましい。すなわち、このフライバックコンバータからなるDC/DC変換回路2では、スイッチング素子22がオンすると直流電源1からトランス21の1次巻線に電流I1が流れて、トランス21にエネルギが蓄積される。スイッチング素子22がオフするとトランス21の蓄積エネルギによる逆起電力によりダイオード23がオンとなり、2次巻線からコンデンサ24に電流I2が流れて、出力コンデンサ24が充電される。スイッチング素子22のオン期間とオフ期間を制御することにより、出力コンデンサ24の電圧は直流電源1の電源電圧に比べて低い条件から高い条件まで変化させることができる。なお、同様の機能を実現する昇降圧コンバータとして、バックブーストコンバータ(極性反転型チョッパ回路)がある。
【0005】
ところで、従来例2の出力制御回路62は従来例1と同様に一定周波数のPWM制御でもよいが、電圧変動の大きいバッテリなどを直流電源1に使用して放電灯51のように出力電圧変動の大きい負荷を駆動するために、出力制御回路6が以下のような制御を行っている。
【0006】
まず、電力指令値発生回路601は、DC/DC変換回路2の出力電力を決定するための電力指令値を発生し、電流指令値演算部602が電力指令値発生回路601から与えられた電力指令値とコンデンサ24の両端電圧とからDC/DC変換回路2の出力電流の制御目標となる電流指令値を演算する。そのために、DC/DC変換回路2のコンデンサ24の両端電圧は出力電圧検出手段により検出されて、アンプ607を介して電流指令値演算部602に入力される。電流指令値演算部602で演算された電流指令値は、誤差増幅器603の一方の入力となる。誤差増幅器603の他方の入力には、DC/DC変換回路2の出力とインバータ回路3の入力の間に設けられた出力電流検出手段により検出された出力電流がアンプ606を介して入力されている。誤差増幅器603では、電流指令値演算部602から与えられた電流指令値とアンプ606を介して入力された出力電流の検出値とから1次側ピーク電流指令を作成し、コンパレータ610の反転入力端子に入力する。
【0007】
DC/DC変換回路2のトランス21の1次側電流I1の検出値と2次側電流I2の検出値は、出力制御回路6に入力されている。1次側電流I1の検出値は、コンパレータ610の非反転入力端子に入力されており、その検出値が1次側ピーク電流指令よりも大きくなると、発振回路608のリセット端子にリセット信号を送る。また、2次側電流I2の検出値は、コンパレータ609の反転入力端子に入力されている。コンパレータ609の非反転入力端子は回路のグランドに接続されている。したがって、2次側電流I2の検出値が略ゼロになると、コンパレータ609から発振回路608のセット端子にセット信号が送られる。発振回路608はセット・リセットフリップフロップを含んで構成されており、そのQ出力によりDC/DC変換回路2のスイッチング素子22をオン・オフ制御する。
【0008】
すなわち、従来例2の出力制御回路6では、出力調整値として働く誤差増幅器603の出力をトランス21の1次側に流れる電流I1のピーク指令値とし、この指令値と1次側電流I1の検出値をコンパレータ610で比較し、検出値が指令値を越えると、発振回路608のQ出力はLレベルになり、スイッチング素子22をオフさせる。スイッチング素子22がオフした後、トランス21のエネルギが全て2次側に吐き出され、2次側電流I2が略ゼロになったことをコンパレータ609で検出し、発振回路608の出力をHレベルにしてスイッチング素子22をオンさせる。つまり、図7に示すようにトランス21の2次側電流I2が略ゼロとなったときにトランス21の1次側電流I1を制御するスイッチング素子22をオンさせる動作モードを電流境界モードと呼び、この電流境界モードで動作させることによってトランス21の利用率を上げることができる。また、発振回路608においては、図8に示すようにスイッチング素子22の最大オフ期間に制限値を設けて2次側電流I2がゼロになる前にスイッチング素子22をオフさせる場合があり、例えば放電灯51が冷えている状態のようにランプ電圧が低く、2次側電流I2の波形の傾きが小さい場合にスイッチング素子22のスイッチング周波数低下に伴うピーク電流の上昇を防止するため、最大オフ期間の上記制限値を状態に応じて調整する機能を有している。なお、出力制御回路6では、スイッチング素子22をオフする1次側ピーク電流値を、従来例1と同様のフィードバック制御によって調整することで出力制御を行っている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来例2のようなフライバックコンバータ、あるいは従来例1のようにトランス21を用いたチョッパ型のコンバータからなるDC/DC変換回路2では、図9に示すようにトランス21に存在する漏れインダクタンスL1LK,L2LKのためにスイッチング素子22のスイッチング動作時にスイッチング素子22にサージ電圧が発生する。通常、スイッチング素子22には上記サージ電圧に耐え得るような耐圧を有する素子を使用するとともに、トランス21やスイッチング素子22の両端には図10に示すようなスナバ回路29を設けている。しかしながら、このスナバ回路29はサージ電圧を損失としてしまうために回路効率の低下を招くという問題がある。
【0010】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、低損失でサージ電圧の抑制が可能な電源装置及び放電灯点灯装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、直流電源の電源電圧を所望の直流電圧に変換するDC/DC変換回路と、DC/DC変換回路の直流出力を調整して負荷に供給する負荷回路とを備え、DC/DC変換回路は、トランスと、直流電源からトランスの1次巻線に流れる電流を断続するスイッチング素子と、トランスの2次巻線に整流素子を介して接続される平滑コンデンサとを具備したバックブーストコンバータからなり、直流電源と1次巻線とスイッチング素子により1次側閉回路が形成され、少なくとも2次巻線と2次巻線の両端にそれぞれ接続される第1及び第2のダイオードと平滑コンデンサからなる直列回路を含む2次側閉回路が形成されるとともに、前記スイッチング素子がオフしているときは直流電源が切り離され、少なくとも1次巻線と第2のダイオードと第2のコンデンサからなる直列回路を含む第3の閉回路が形成され、第3の閉回路のインダクタンス成分をトランスの1次巻線のみとしてなることを特徴とし、スイッチング素子がオフする際に発生するサージ電圧を第3の閉回路に含まれる第2のダイオード及び第2のコンデンサにてクランプするとともに、第2のコンデンサに蓄積されるサージエネルギを2次側閉回路の平滑コンデンサに送り、最終的に負荷回路に供給することによって低損失でサージ電圧の抑制が可能となる。
【0012】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記2次側閉回路内にトランスの1次巻線を直列に接続してなることを特徴とし、請求項1の発明と同様の作用を奏する。
【0013】
請求項の発明は、請求項1又は2発明において、前記第3の閉回路内に平滑コンデンサを直列に接続してなることを特徴とし、請求項1又は2発明と同様の作用を奏する。
【0014】
請求項の発明は、請求項1〜請求項の何れかの発明において、前記スイッチング素子をオン・オフ制御してDC/DC変換回路の直流出力を可変する制御回路を備えたことを特徴とし、請求項1〜請求項の何れかの発明と同様の作用を奏する。
【0015】
請求項の発明は、上記目的を達成するために、請求項1〜請求項に記載された負荷を放電灯としたことを特徴とし、低損失でサージ電圧の抑制が可能な放電灯点灯装置が提供できる。
【0016】
請求項の発明は、請求項の発明において、前記負荷回路は、DC/DC変換回路の直流出力を交番して放電灯に供給するインバータ回路を具備することを特徴とし、請求項の発明と同様の作用を奏する。
【0017】
請求項の発明は、請求項又はの発明において、前記負荷回路は、放電灯に始動用の高電圧を印可する始動回路を具備することを特徴とし、請求項又はの発明と同様の作用を奏する。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、下記の各実施形態では負荷51を放電灯とした従来例2の負荷回路5と同一構成の負荷回路5を備えているが、負荷回路5並びに負荷51を実施形態のものに限定する趣旨ではなく、他の構成を有する負荷回路5や放電灯以外の負荷51を具備する負荷回路5を備える場合であっても本発明の技術的思想が適用可能である。
【0019】
(実施形態1)
図1に本実施形態の電源装置(放電灯点灯装置)の概略回路構成図を示す。本実施形態は、バッテリのような直流電源1の電源電圧を所望の直流電圧に変換するDC/DC変換回路2と、DC/DC変換回路2の直流出力を調整して負荷(図示せず)に供給する負荷回路5とを備える。但し、本実施形態の基本構成は従来例2と共通であるから、共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【0020】
DC/DC変換回路2は、トランス21と、直流電源1からトランス21の1次巻線L1に流れる電流I1を断続するスイッチング素子22と、トランス21の2次巻線L2に整流素子を介して接続される平滑コンデンサ24とを具備したトランス構成のバックブーストコンバータである。また、直流電源1の両端にトランス21の1次巻線L1とスイッチング素子22を直列に接続して1次側閉回路を形成している。トランス21の2次巻線L2の一端を第1のダイオード23のカソードに接続し、2次巻線L2の他端を第2のダイオード28を介してスイッチング素子22と1次巻線L1の接続点に接続し、第1のダイオード23のアノードに平滑コンデンサ24の一端と負荷回路5の一方の入力端を接続するとともに、平滑コンデンサ24の他端を負荷回路5の他方の入力端とトランス21の1次巻線L1の他端及び直流電源1の負極に接続して2次側閉回路を形成している。さらに、第2のダイオード28のアノードとトランス21の1次巻線L1の他端及び平滑コンデンサ24の接続点との間にサージ吸収用の第2のコンデンサ26を接続して、トランス21の1次巻線L1と第2のダイオード28と第2のコンデンサ26の直列回路からなる第3の閉回路を形成している。なお、第3の閉回路のインダクタンス成分はトランス21の1次巻線L1のみとしてある。
【0021】
また、制御回路6は例えば従来例1又は従来例2の制御回路と共通の回路構成を有するものであって、DC/DC変換回路2の出力電流及び出力電圧を検出し、それらの検出値が所望の値となるようにスイッチング素子22のオンデューティ比を可変するPWM制御(従来例1参照)や、あるいは定常時に電流境界モードで動作させる制御(従来例2参照)を行う。但し、制御回路6の構成はこれに限定されるものではなく、他の制御を行うものであっても良い。
【0022】
ところで、トランス構成のバックブーストコンバータは、通常、第2のコンデンサ26及び第2のダイオード28を具備しておらず、トランス21の1次巻線L1と2次巻線L2を直接接続する構成が一般的であり、その回路動作は下記のようになる。
【0023】
まず、スイッチング素子22がオンすると直流電源1からトランス21の1次巻線L1に電流I1が流れてトランス21にエネルギが蓄積される。スイッチング素子22がオフするとトランス21に蓄積されたエネルギが1次巻線L1と2次巻線L2の直列回路で整流用のダイオード(第1のダイオード)23を介して平滑コンデンサ24に放電される。すなわち、スイッチング素子22のオン・オフを繰り返すことにより、DC/DC変換回路2にて直流電源1の電源電圧を所望のレベルの直流電圧に変換して負荷回路5に供給する。
【0024】
ここで、スイッチング素子22がオフするときに発生するサージ電圧は、トランス21の1次側の漏れインダクタンスに蓄積されたサージエネルギの行き場がないことに加え、トランス21に蓄積したエネルギを2次側に放出する際に2次側の漏れインダクタンスによって2次側電流I2が急には増加しないことに起因している。
【0025】
そこで、本発明はトランス21の1次側の漏れインダクタンスに蓄積されたサージエネルギをバイパスする経路を設けるとともにサージエネルギをコンデンサに蓄積し、このコンデンサに蓄積したエネルギを平滑コンデンサに送り、最終的に負荷回路5に供給することによって、低損失でサージ電圧の抑制を可能としている。
【0026】
而して、本実施形態においては、トランス21の両端に第2のダイオード28と第2のコンデンサ26を直列に接続してなる第3の閉回路によって上記経路を形成しており、スイッチング素子22をオフするときに発生するサージ電圧を第2のダイオード28を介して第2のコンデンサ26にクランプし、2次側電流I2が流れるときに第2のコンデンサ26に蓄積されたサージエネルギを第1のダイオード23と2次巻線L2を介して平滑コンデンサ24に放電する。これにより、サージ電圧を抑制することができるとともにスナバ回路による損失を回避することができる。
【0027】
なお、図2に示すように第2のダイオード28と第2のコンデンサ26とを入れ換え、トランス21の1次巻線L1と2次巻線L2を第2のコンデンサ26を介して接続するとともに、2次巻線L2の極性を反転しても同様の作用効果を奏する。この場合、平滑コンデンサ24の両端電圧(出力電圧)の極性は図1の回路構成と逆になる。
【0028】
また、図3に示すように第2のコンデンサ26を第1及び第2のダイオード23、28のアノード間に接続することで第3の閉回路内に平滑コンデンサ24を直列に接続したり、さらには、図4に示すように第2のダイオード28と第2のコンデンサ26とを入れ換え、トランス21の1次巻線L1と2次巻線L2を第2のコンデンサ26を介して接続するとともに、2次巻線L2の極性を反転しても同様の作用効果を奏する
【0029】
【発明の効果】
請求項1の発明は、直流電源の電源電圧を所望の直流電圧に変換するDC/DC変換回路と、DC/DC変換回路の直流出力を調整して負荷に供給する負荷回路とを備え、DC/DC変換回路は、トランスと、直流電源からトランスの1次巻線に流れる電流を断続するスイッチング素子と、トランスの2次巻線に整流素子を介して接続される平滑コンデンサとを具備したバックブーストコンバータからなり、直流電源と1次巻線とスイッチング素子により1次側閉回路が形成され、少なくとも2次巻線と2次巻線の両端にそれぞれ接続される第1及び第2のダイオードと平滑コンデンサからなる直列回路を含む2次側閉回路が形成されるとともに、前記スイッチング素子がオフしているときは直流電源が切り離され、少なくとも1次巻線と第2のダイオードと第2のコンデンサからなる直列回路を含む第3の閉回路が形成され、第3の閉回路のインダクタンス成分をトランスの1次巻線のみとしてなることを特徴とし、スイッチング素子がオフする際に発生するサージ電圧を第3の閉回路に含まれる第2のダイオード及び第2のコンデンサにてクランプするとともに、第2のコンデンサに蓄積されるサージエネルギを2次側閉回路の平滑コンデンサに送り、最終的に負荷回路に供給することによって低損失でサージ電圧の抑制が可能となるという効果がある。
【0030】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記2次側閉回路内にトランスの1次巻線を直列に接続してなることを特徴とし、請求項1の発明と同様の効果を奏する。
【0031】
請求項の発明は、請求項1又は2発明において、前記第3の閉回路内に平滑コンデンサを直列に接続してなることを特徴とし、請求項1又は2発明と同様の効果を奏する。
【0032】
請求項の発明は、請求項1〜請求項の何れかの発明において、前記スイッチング素子をオン・オフ制御してDC/DC変換回路の直流出力を可変する制御回路を備えたことを特徴とし、請求項1〜請求項の何れかの発明と同様の効果を奏する。
【0033】
請求項の発明は、請求項1〜請求項に記載された負荷を放電灯としたことを特徴とし、低損失でサージ電圧の抑制が可能な放電灯点灯装置が提供できるという効果がある。
【0034】
請求項の発明は、請求項の発明において、前記負荷回路は、DC/DC変換回路の直流出力を交番して放電灯に供給するインバータ回路を具備することを特徴とし、請求項の発明と同様の効果を奏する。
【0035】
請求項の発明は、請求項又はの発明において、前記負荷回路は、放電灯に始動用の高電圧を印可する始動回路を具備することを特徴とし、請求項又はの発明と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1を示す概略回路構成図である。
【図2】同上の他の構成を示す概略回路構成図である。
【図3】同上のさらに他の構成を示す概略回路構成図である。
【図4】同上のさらにまた他の構成を示す概略回路構成図である。
【図5】従来例1を示す概略回路構成図である。
【図6】従来例2を示す概略回路構成図である。
【図7】同上の電流境界モードの場合における動作波形図である。
【図8】同上の電流連続モードの場合における動作波形図である。
【図9】同上におけるトランスの概略構成図である。
【図10】同上におけるDC/DC変換回路の他の構成を示す概略回路構成図である。
【符号の説明】
1 直流電源
2 DC/DC変換回路
5 負荷回路
21 トランス
L1 1次巻線
L2 2次巻線
22 スイッチング素子
23 第1のダイオード
24 平滑コンデンサ
26 第2のコンデンサ
28 第2のダイオード
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply device that converts a DC power supply to obtain a desired DC output, and a discharge lamp lighting device that lights a discharge lamp using such a power supply device.
[0002]
[Prior art]
An example of a conventional power supply device (hereinafter referred to as “conventional example 1”) is shown in FIG . This conventional example 1 includes a DC / DC conversion circuit 2 that converts the output of a DC power source 1 such as a battery, an output control circuit 61 that controls the output of the DC / DC conversion circuit 2, and a load circuit including a load 50. And 5. The DC / DC conversion circuit 2 is composed of a conventionally known boost converter (boost converter), and boosts from a low voltage power source (DC power source 1) like a battery to a voltage required by the load 50 such as a discharge lamp. It is.
[0003]
The output of the conventional example 1 is mainly adjusted by the DC / DC conversion circuit 2, the output current and the output voltage are detected at the output terminal of the DC / DC conversion circuit 2, and the power command output from the power command value generation circuit 601 is output. Based on the value, the control target value of the load current (lamp current) corresponding to the detected value of the load voltage (lamp voltage) is calculated by the current command value calculation unit 602, and feedback control is performed. The on / off control signal of the switching element 22 included in the DC / DC conversion circuit 2 is obtained by a triangular wave comparison method in which the output of the error amplifier 603 and the output of the triangular wave oscillator 604 are compared by a comparator 605. The switching signal has a constant frequency. By changing the on-duty ratio, a PWM signal for adjusting the output is obtained.
[0004]
On the other hand, as shown in FIG. 6, there is a conventional example (hereinafter referred to as “conventional example 2”) in which the load 51 is a discharge lamp and the DC / DC conversion circuit 2 is a flyback converter. This conventional example 2 includes a DC power source 1, a DC / DC conversion circuit 2 composed of a flyback converter, and a load circuit 5. The load circuit 5 is a discharge lamp from a DC voltage obtained by the DC / DC conversion circuit 2. An inverter circuit 3 for supplying an alternating voltage to 51 and a starting circuit 4 for applying a high voltage to start the discharge lamp 51 in an extinguished state are provided. Here, since the discharge lamp 51 changes in lamp voltage from a low condition to a high condition as compared with the power supply voltage of the DC power supply 1, the DC / DC conversion circuit 2 is flybacked to cope with such a load. It is desirable to configure with a converter. That is, in the DC / DC conversion circuit 2 composed of this flyback converter, when the switching element 22 is turned on, the current I1 flows from the DC power source 1 to the primary winding of the transformer 21 and energy is stored in the transformer 21. When the switching element 22 is turned off, the diode 23 is turned on by the counter electromotive force generated by the energy stored in the transformer 21, and the current I2 flows from the secondary winding to the capacitor 24, so that the output capacitor 24 is charged. By controlling the ON period and the OFF period of the switching element 22, the voltage of the output capacitor 24 can be changed from a low condition to a high condition as compared with the power supply voltage of the DC power supply 1. Note that there is a buck-boost converter (polarity inversion type chopper circuit) as a step-up / down converter that realizes a similar function.
[0005]
By the way, the output control circuit 62 of the conventional example 2 may be PWM control with a constant frequency as in the conventional example 1, but a battery having a large voltage fluctuation is used for the DC power source 1 and the output voltage fluctuation is changed like the discharge lamp 51. In order to drive a large load, the output control circuit 6 performs the following control.
[0006]
First, the power command value generation circuit 601 generates a power command value for determining the output power of the DC / DC conversion circuit 2, and the current command value calculation unit 602 receives the power command given from the power command value generation circuit 601. A current command value that is a control target of the output current of the DC / DC conversion circuit 2 is calculated from the value and the voltage across the capacitor 24. For this purpose, the voltage across the capacitor 24 of the DC / DC conversion circuit 2 is detected by the output voltage detection means and input to the current command value calculation unit 602 via the amplifier 607. The current command value calculated by the current command value calculation unit 602 becomes one input of the error amplifier 603. The other input of the error amplifier 603 receives an output current detected by an output current detecting means provided between the output of the DC / DC conversion circuit 2 and the input of the inverter circuit 3 via the amplifier 606. . The error amplifier 603 creates a primary peak current command from the current command value given from the current command value calculation unit 602 and the detected value of the output current input through the amplifier 606, and the inverting input terminal of the comparator 610. To enter.
[0007]
The detection value of the primary current I1 and the detection value of the secondary current I2 of the transformer 21 of the DC / DC conversion circuit 2 are input to the output control circuit 6. The detected value of the primary side current I1 is input to the non-inverting input terminal of the comparator 610. When the detected value becomes larger than the primary side peak current command, a reset signal is sent to the reset terminal of the oscillation circuit 608. The detected value of the secondary current I2 is input to the inverting input terminal of the comparator 609. The non-inverting input terminal of the comparator 609 is connected to the circuit ground. Therefore, when the detected value of the secondary current I2 becomes substantially zero, a set signal is sent from the comparator 609 to the set terminal of the oscillation circuit 608. The oscillation circuit 608 includes a set / reset flip-flop. The switching element 22 of the DC / DC conversion circuit 2 is controlled to be turned on / off by the Q output.
[0008]
That is, in the output control circuit 6 of the second conventional example, the output of the error amplifier 603 serving as an output adjustment value is used as the peak command value of the current I1 flowing to the primary side of the transformer 21, and the command value and the primary current I1 are detected. When the value is compared by the comparator 610 and the detected value exceeds the command value, the Q output of the oscillation circuit 608 becomes L level, and the switching element 22 is turned off. After the switching element 22 is turned off, all the energy of the transformer 21 is discharged to the secondary side, and it is detected by the comparator 609 that the secondary side current I2 has become substantially zero, and the output of the oscillation circuit 608 is set to H level. The switching element 22 is turned on. That is, as shown in FIG. 7, when the secondary side current I2 of the transformer 21 becomes substantially zero, an operation mode for turning on the switching element 22 that controls the primary side current I1 of the transformer 21 is called a current boundary mode. By operating in this current boundary mode, the utilization factor of the transformer 21 can be increased. In the oscillation circuit 608, as shown in FIG. 8, there is a case where a limit value is provided for the maximum off period of the switching element 22 and the switching element 22 is turned off before the secondary current I2 becomes zero. In order to prevent an increase in peak current accompanying a decrease in the switching frequency of the switching element 22 when the lamp voltage is low as in the state where the lamp 51 is cold and the slope of the waveform of the secondary current I2 is small, The limit value is adjusted according to the state. The output control circuit 6 performs output control by adjusting the primary-side peak current value for turning off the switching element 22 by feedback control similar to that in the first conventional example.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the DC / DC conversion circuit 2 composed of the flyback converter as in the conventional example 2 or the chopper type converter using the transformer 21 as in the conventional example 1, the leakage existing in the transformer 21 as shown in FIG. Due to the inductances L1 LK and L2 LK , a surge voltage is generated in the switching element 22 during the switching operation of the switching element 22. Normally, an element having a withstand voltage capable of withstanding the surge voltage is used as the switching element 22, and a snubber circuit 29 as shown in FIG. 10 is provided at both ends of the transformer 21 and the switching element 22. However, the snubber circuit 29 has a problem that it causes a reduction in circuit efficiency because it causes a surge voltage to be lost.
[0010]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a power supply device and a discharge lamp lighting device capable of suppressing a surge voltage with low loss.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a DC / DC conversion circuit for converting a power supply voltage of a DC power source into a desired DC voltage, and a DC output of the DC / DC conversion circuit is adjusted and supplied to a load. The DC / DC conversion circuit is connected to the transformer, a switching element for intermittently passing a current flowing from the DC power supply to the primary winding of the transformer, and a secondary winding of the transformer via a rectifying element. A buck-boost converter with a smoothing capacitor, and a primary side closed circuit is formed by a DC power source, a primary winding, and a switching element, and is connected to at least both ends of the secondary winding and the secondary winding. that together with the secondary closed circuit including a series circuit consisting of first and second diodes and a smoothing capacitor is formed, the DC power source is disconnected when said switching element is turned off Is the third closed circuit form, including a series circuit composed of at least one primary winding second diode and a second capacitor, the inductance component of the third closed circuit formed by only the primary winding of the transformer The surge voltage generated when the switching element is turned off is clamped by the second diode and the second capacitor included in the third closed circuit, and the surge energy accumulated in the second capacitor is reduced. By sending to the smoothing capacitor of the secondary side closed circuit and finally supplying it to the load circuit, the surge voltage can be suppressed with low loss.
[0012]
The invention of claim 2 is characterized in that, in the invention of claim 1, a primary winding of a transformer is connected in series in the secondary side closed circuit, and the same operation as that of the invention of claim 1 is provided. Play.
[0013]
The invention according to claim 3, in the invention of claim 1 or 2, characterized in that formed by connecting a smoothing capacitor in series with the third closed circuit, the same effect as the invention of claim 1 or 2 Play.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the control circuit according to any one of the first to third aspects, further comprising a control circuit configured to vary the direct current output of the DC / DC conversion circuit by controlling the switching element on and off. And the same effect as any one of claims 1 to 3 is achieved.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, in order to achieve the above object, the load described in the first to fourth aspects is a discharge lamp, and the discharge lamp is lit with a low loss and capable of suppressing a surge voltage. A device can be provided.
[0016]
The invention of claim 6 is the invention of claim 5, wherein the load circuit is characterized by comprising an inverter circuit for supplying to the discharge lamp by alternating DC output of the DC / DC converter circuit of claim 5 The same effect as the invention is achieved.
[0017]
The invention of claim 7 is the invention of claim 5 or 6, wherein the load circuit is characterized by comprising a starting circuit for applying a high voltage for starting the discharge lamp, and the invention of claim 5 or 6 The same effect is exhibited.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, each of the following embodiments includes the load circuit 5 having the same configuration as the load circuit 5 of the conventional example 2 in which the load 51 is a discharge lamp, but the load circuit 5 and the load 51 are limited to those of the embodiment. Instead, the technical idea of the present invention can be applied even when the load circuit 5 having another configuration or the load circuit 5 including the load 51 other than the discharge lamp is provided.
[0019]
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a schematic circuit configuration diagram of a power supply device (discharge lamp lighting device) of the present embodiment. In this embodiment, a DC / DC conversion circuit 2 that converts a power supply voltage of a DC power supply 1 such as a battery into a desired DC voltage, and a load (not shown) by adjusting the DC output of the DC / DC conversion circuit 2 And a load circuit 5 to be supplied. However, since the basic configuration of this embodiment is the same as that of Conventional Example 2, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0020]
The DC / DC conversion circuit 2 includes a transformer 21, a switching element 22 for intermittently passing a current I1 flowing from the DC power source 1 to the primary winding L1 of the transformer 21, and a secondary winding L2 of the transformer 21 via a rectifying element. It is a buck-boost converter having a transformer configuration including a smoothing capacitor 24 connected thereto. Further, the primary winding L1 of the transformer 21 and the switching element 22 are connected in series at both ends of the DC power source 1 to form a primary side closed circuit. One end of the secondary winding L2 of the transformer 21 is connected to the cathode of the first diode 23, and the other end of the secondary winding L2 is connected to the switching element 22 and the primary winding L1 via the second diode 28. The smoothing capacitor 24 and one input end of the load circuit 5 are connected to the anode of the first diode 23, and the other end of the smoothing capacitor 24 is connected to the other input end of the load circuit 5 and the transformer 21. Is connected to the other end of the primary winding L1 and the negative electrode of the DC power source 1 to form a secondary closed circuit. Further, a second capacitor 26 for absorbing surge is connected between the anode of the second diode 28, the other end of the primary winding L 1 of the transformer 21 and the connection point of the smoothing capacitor 24. A third closed circuit composed of a series circuit of the secondary winding L1, the second diode 28, and the second capacitor 26 is formed. The inductance component of the third closed circuit is only the primary winding L1 of the transformer 21.
[0021]
The control circuit 6 has, for example, a circuit configuration common to the control circuit of Conventional Example 1 or Conventional Example 2, and detects the output current and output voltage of the DC / DC conversion circuit 2, and the detected values are PWM control (see Conventional Example 1) that varies the on-duty ratio of the switching element 22 so as to obtain a desired value, or control that operates in the current boundary mode during steady state (see Conventional Example 2) is performed. However, the configuration of the control circuit 6 is not limited to this, and other control may be performed.
[0022]
By the way, the buck-boost converter of the transformer configuration usually does not include the second capacitor 26 and the second diode 28, and has a configuration in which the primary winding L1 and the secondary winding L2 of the transformer 21 are directly connected. The circuit operation is as follows.
[0023]
First, when the switching element 22 is turned on, a current I1 flows from the DC power source 1 to the primary winding L1 of the transformer 21 and energy is stored in the transformer 21. When the switching element 22 is turned off, the energy stored in the transformer 21 is discharged to the smoothing capacitor 24 via the rectifying diode (first diode) 23 in the series circuit of the primary winding L1 and the secondary winding L2. . That is, by repeatedly turning on and off the switching element 22, the DC / DC conversion circuit 2 converts the power supply voltage of the DC power supply 1 into a DC voltage of a desired level and supplies it to the load circuit 5.
[0024]
Here, the surge voltage generated when the switching element 22 is turned off has no place for the surge energy accumulated in the leakage inductance on the primary side of the transformer 21 and the energy accumulated in the transformer 21 on the secondary side. This is because the secondary side current I2 does not increase suddenly due to the secondary side leakage inductance.
[0025]
Therefore, the present invention provides a path for bypassing the surge energy accumulated in the leakage inductance on the primary side of the transformer 21, accumulates the surge energy in the capacitor, sends the energy accumulated in the capacitor to the smoothing capacitor, and finally By supplying to the load circuit 5, the surge voltage can be suppressed with low loss.
[0026]
Thus, in the present embodiment, the path is formed by the third closed circuit formed by connecting the second diode 28 and the second capacitor 26 in series at both ends of the transformer 21, and the switching element 22. The surge voltage generated when turning off the power is clamped to the second capacitor 26 via the second diode 28, and the surge energy accumulated in the second capacitor 26 when the secondary current I2 flows flows to the first capacitor 26. To the smoothing capacitor 24 through the diode 23 and the secondary winding L2. Thereby, the surge voltage can be suppressed and loss due to the snubber circuit can be avoided.
[0027]
2, the second diode 28 and the second capacitor 26 are interchanged, and the primary winding L1 and the secondary winding L2 of the transformer 21 are connected via the second capacitor 26, and Even if the polarity of the secondary winding L2 is reversed, the same effect is obtained. In this case, the polarity of the voltage across the smoothing capacitor 24 (output voltage) is opposite to that of the circuit configuration of FIG.
[0028]
Further, as shown in FIG. 3, the smoothing capacitor 24 is connected in series in the third closed circuit by connecting the second capacitor 26 between the anodes of the first and second diodes 23 and 28, and 4 replaces the second diode 28 and the second capacitor 26 as shown in FIG. 4, connects the primary winding L1 and the secondary winding L2 of the transformer 21 via the second capacitor 26, and Even if the polarity of the secondary winding L2 is reversed, the same effect is obtained .
[0029]
【The invention's effect】
The invention of claim 1 includes a DC / DC conversion circuit that converts a power supply voltage of a DC power source into a desired DC voltage, and a load circuit that adjusts a DC output of the DC / DC conversion circuit and supplies the DC power to a load. The DC / DC conversion circuit includes a transformer, a switching element that interrupts current flowing from the DC power supply to the primary winding of the transformer, and a smoothing capacitor that is connected to the secondary winding of the transformer via a rectifying element . The first and second diodes are composed of a buck-boost converter, and a primary side closed circuit is formed by a DC power source, a primary winding, and a switching element, and is connected to at least both ends of the secondary winding and the secondary winding. and with secondary closed circuit including a series circuit composed of the smoothing capacitor is formed, when the switching element is off the DC power source is disconnected, and at least one primary winding first A third closed circuit including a series circuit composed of a diode and a second capacitor is formed, and an inductance component of the third closed circuit is only the primary winding of the transformer, and the switching element is turned off. The surge voltage generated at the time is clamped by the second diode and the second capacitor included in the third closed circuit, and the surge energy accumulated in the second capacitor is transferred to the smoothing capacitor of the secondary closed circuit. By feeding and finally supplying the load circuit, there is an effect that the surge voltage can be suppressed with low loss.
[0030]
The invention of claim 2 is characterized in that, in the invention of claim 1, a primary winding of a transformer is connected in series in the secondary side closed circuit, and the same effect as in the invention of claim 1 is obtained. Play.
[0031]
The invention according to claim 3, in the invention of claim 1 or 2, characterized in that formed by connecting a smoothing capacitor in series with the third closed circuit, the same effect as the invention of claim 1 or 2 Play.
[0032]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the control circuit according to any one of the first to third aspects, further comprising a control circuit configured to vary the direct current output of the DC / DC conversion circuit by controlling the switching element on and off. And the same effect as any one of claims 1 to 3 can be obtained.
[0033]
The invention of claim 5 is characterized in that the load described in claims 1 to 4 is a discharge lamp, and there is an effect that a discharge lamp lighting device capable of suppressing a surge voltage with low loss can be provided. .
[0034]
The invention of claim 6 is the invention of claim 5, wherein the load circuit is characterized by comprising an inverter circuit for supplying to the discharge lamp by alternating DC output of the DC / DC converter circuit of claim 5 The same effects as the invention can be obtained.
[0035]
The invention of claim 7 is the invention of claim 5 or 6, wherein the load circuit is characterized by comprising a starting circuit for applying a high voltage for starting the discharge lamp, and the invention of claim 5 or 6 The same effect is produced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic circuit configuration diagram showing a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic circuit configuration diagram showing another configuration of the above.
FIG. 3 is a schematic circuit configuration diagram showing still another configuration of the above.
FIG. 4 is a schematic circuit configuration diagram showing still another configuration of the above.
FIG. 5 is a schematic circuit configuration diagram showing a conventional example 1;
FIG. 6 is a schematic circuit configuration diagram showing a second conventional example.
FIG. 7 is an operation waveform diagram in the case of the current boundary mode.
FIG. 8 is an operation waveform diagram in the case of the current continuous mode.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a transformer in the same as above.
FIG. 10 is a schematic circuit configuration diagram showing another configuration of the DC / DC conversion circuit of the above.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DC power supply 2 DC / DC conversion circuit 5 Load circuit 21 Transformer L1 Primary winding L2 Secondary winding 22 Switching element 23 First diode 24 Smoothing capacitor 26 Second capacitor 28 Second diode

Claims (7)

直流電源の電源電圧を所望の直流電圧に変換するDC/DC変換回路と、DC/DC変換回路の直流出力を調整して負荷に供給する負荷回路とを備え、DC/DC変換回路は、トランスと、直流電源からトランスの1次巻線に流れる電流を断続するスイッチング素子と、トランスの2次巻線に整流素子を介して接続される平滑コンデンサとを具備したバックブーストコンバータからなり、直流電源と1次巻線とスイッチング素子により1次側閉回路が形成され、少なくとも2次巻線と2次巻線の両端にそれぞれ接続される第1及び第2のダイオードと平滑コンデンサからなる直列回路を含む2次側閉回路が形成されるとともに、前記スイッチング素子がオフしているときは直流電源が切り離され、少なくとも1次巻線と第2のダイオードと第2のコンデンサからなる直列回路を含む第3の閉回路が形成され、第3の閉回路のインダクタンス成分をトランスの1次巻線のみとしてなることを特徴とする電源装置。A DC / DC conversion circuit that converts a power supply voltage of a DC power supply into a desired DC voltage, and a load circuit that adjusts a DC output of the DC / DC conversion circuit and supplies it to a load. The DC / DC conversion circuit includes a transformer And a buck boost converter comprising a switching element for intermittently passing a current flowing from the DC power source to the primary winding of the transformer, and a smoothing capacitor connected to the secondary winding of the transformer via a rectifying element, A primary circuit is formed by a power source, a primary winding, and a switching element, and includes a first circuit and a second diode connected to both ends of the secondary winding and the secondary winding, respectively, and a smoothing capacitor. with secondary closed circuit is formed comprising said when the switching element is off the DC power source is disconnected, and at least one primary winding and a second diode first Third containing a series circuit composed of a capacitor of the closed circuit is formed, a third closed circuit power supply apparatus characterized by an inductance component formed by only the primary winding of the transformer. 前記2次側閉回路内にトランスの1次巻線を直列に接続してなることを特徴とする請求項1記載の電源装置。  2. The power supply device according to claim 1, wherein a primary winding of a transformer is connected in series in the secondary side closed circuit. 前記第3の閉回路内に平滑コンデンサを直列に接続してなることを特徴とする請求項1又は2記載の電源装置。 Said third closed power unit according to claim 1 or 2, wherein the formed by connecting a smoothing capacitor in series in the path. 前記スイッチング素子をオン・オフ制御してDC/DC変換回路の直流出力を可変する制御回路を備えたことを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の電源装置。The power supply device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a control circuit that controls on / off of the switching element to vary a DC output of the DC / DC conversion circuit . 請求項1〜請求項4に記載された負荷を放電灯としたことを特徴とする放電灯点灯装置A discharge lamp lighting device, wherein the load described in claim 1 is a discharge lamp . 前記負荷回路は、DC/DC変換回路の直流出力を交番して放電灯に供給するインバータ回路を具備することを特徴とする請求項5記載の放電灯点灯装置 6. The discharge lamp lighting device according to claim 5 , wherein the load circuit includes an inverter circuit that alternately supplies a direct current output of a DC / DC conversion circuit and supplies the alternating current to the discharge lamp . 前記負荷回路は、放電灯に始動用の高電圧を印可する始動回路を具備することを特徴とする請求項5又は6記載の放電灯点灯装置。 7. The discharge lamp lighting device according to claim 5 , wherein the load circuit includes a starting circuit that applies a high voltage for starting to the discharge lamp.
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