JP4649728B2

JP4649728B2 - Power supply device and discharge lamp lighting device

Info

Publication number: JP4649728B2
Application number: JP2000348756A
Authority: JP
Inventors: 俊朗中村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2020-11-15
Also published as: JP2002159171A

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Ｌ１_LK，Ｌ２_LK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３の発明は、請求項１又は２の発明において、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の発明と同様の作用を奏する。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１〜請求項３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３の何れかの発明と同様の作用を奏する。
【００１５】
請求項５の発明は、上記目的を達成するために、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６の発明は、請求項５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５の発明と同様の作用を奏する。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項５又は６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５又は６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３の発明は、請求項１又は２の発明において、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の発明と同様の効果を奏する。
【００３２】
請求項４の発明は、請求項１〜請求項３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３の何れかの発明と同様の効果を奏する。
【００３３】
請求項５の発明は、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６の発明は、請求項５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５の発明と同様の効果を奏する。
【００３５】
請求項７の発明は、請求項５又は６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５又は６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
２ＤＣ／ＤＣ変換回路
５負荷回路
２１トランス
Ｌ１１次巻線
Ｌ２２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

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.

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.

Said third closed power unit according to claim 1 or 2, wherein the formed by connecting a smoothing capacitor in series in the path.

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 .

A discharge lamp lighting device, wherein the load described in claim 1 is a discharge lamp .

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 .

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.