JP5288777B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents
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また、DC/DCコンバータの一次側回路に、直流電源の電圧を入力すると限時動作を開始するタイマと、タイマが動作している間はスイッチング素子の制御回路を動作させる電圧を確保するために回路電流を上昇させる可変抵抗部とを備え、直流電源の投入開始からタイマが作動している間は可変抵抗部の抵抗を低くして回路に流れる電流を大きくし、タイマが一定時間をカウントした後は可変抵抗部の抵抗を大きくして回路に流れる電流を抑えるものがある(例えば、特許文献1参照)。
実施の形態1.
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。この放電灯点灯装置は、直流電力を供給する直流電源1、直流電源1の電力をON/OFFするスイッチ2、直流電源1の出力電圧を昇圧するDC/DCコンバータ3、DC/DCコンバータ3の出力電圧を短形波交流に交換するHブリッジ形インバータ4、DC/DCコンバータ3の出力電圧から点灯起動用の高電圧パルスを発生するイグナイタ5、電極間に印加された電圧によって放電発光する放電灯6、後述する制御部11の制御に応じてDC/DCコンバータ3の駆動用電圧を生成する第一の駆動用電源回路7、Hブリッジ形インバータ4の駆動用電圧を生成する第二の駆動用電源回路8、第一の駆動用電源回路7からの駆動用電圧を使用して制御部11の制御に応じた動作信号を生成してDC/DCコンバータ3へ出力する第一の駆動回路9、及び、第二の駆動用電源回路8からの駆動用電圧を使用して制御部11の制御に応じた動作信号を生成してHブリッジ形インバータ4へ出力する第二の駆動回路10を備えている。また、前述のように第一の駆動用電源回路7、第一の駆動回路9、及び第二の駆動回路10を制御する制御部11を備えている。
DC/DCコンバータ3は、一次側巻線及び二次側巻線からなるトランス14を備え、また当該DC/DCコンバータ3の一次側回路即ちトランス4の一次側巻線に流れる電流をオン/オフする電圧制御型の一次側のスイッチング素子として、例えばnチャネルMOSFETのFET15を備えている。FET15は、トランス4の一次側巻線の巻始め端子にドレインを接続している。
トランス14の一次側巻線の巻終り端子は、スイッチ2を介して直流電源1の高電位側に接続されている。また、一次電流検出抵抗16の他端、及び、トランス14の二次側巻線の巻終り端子と二次側平滑コンデンサ18との接続点は、直流電源1の低電位側に接続して接地されている。一次電流検出抵抗16などの接地部分とトランス14の一次側巻線の巻終り端子とがDC/DCコンバータ3の各入力端子になる。
なお、DC/DCコンバータ3の一次電流検出部として備えられている一次電流検出抵抗16は、同様な作用効果を得ることが可能であれば、例えば電流センサやカレントトランスなどに替えて備えてもよい。
なお、Hブリッジ形インバータ4を駆動する第二の駆動回路10は、電圧制御型スイッチング素子を駆動する回路として第一の駆動回路9と同様に構成され、制御部11からの制御信号に応じてHブリッジ形インバータ4を構成する各IGBT19a〜19dを駆動するように構成されたものである。
図1に示した放電灯点灯装置は、スイッチ2が閉じられると、直流電源1の電力がDC/DCコンバータ3、第一の駆動用電源回路7、第二の駆動用電源回路8などに供給され、また、制御部11が起動して第一の駆動用電源回路7、第一の駆動回路9及び第二の駆動回路10などの制御を開始する。
起動した制御部11は、DC/DCコンバータ3の出力電圧を検出する出力電圧検出部12の検出値から放電灯6に印加される電圧を検知し、またDC/DCコンバータ3の出力電流を検出する出力電流検出13の検出値から放電灯6の電極間に流れる電流の検知を開始する。
このように放電灯6に印加される電圧、及び流れる電流を検知する制御部11は、出力電圧検出部12から入力した信号が、放電灯6ならびにイグナイタ5へ印加する所望の電圧を示すように、第一の駆動用電源回路7及び第一の駆動回路9を制御してDC/DCコンバータ3のFET15のスイッチング動作、即ちDC/DCコンバータ3のデューティ制御を行って直流電源1の供給電圧を昇圧させる。さらにHブリッジ形インバータ4を介して、DC/DCコンバータ3の出力電力がイグナイタ5に供給され、当該イグナイタ5が点灯起動用の高電圧パルスを発生させる。
図1の放電灯点灯装置は、概ねこのように動作する。
第一の駆動回路9は、制御部11からの制御信号と第一の駆動用電源回路7から出力された駆動用電圧とを用いて、FET15を駆動する動作信号を生成してFET15のゲートへ出力する。FET15は、第一の駆動回路9から出力された動作信号に応じてDC/DCコンバータ3の一次側回路に流れる電流をオン/オフする。制御部11は、このように第一の駆動回路9を制御することによってFET15のスイッチング動作を制御し、DC/DCコンバータ3の出力電圧、もしくは出力電流が所望の値となるようにしている。
なお、ここで説明した制御部11は、コンパレータ30等のハードウェアにてトランス14の一次側回路の電流値と基準値とを比較しているが、当該比較処理をソフトウェアにおいて行うことも、またソフトウェアによって放電灯6の状態を判断してFET15の駆動用電圧を切り替えることも可能である。
ここで、スイッチ2が閉じられた後、まだ放電灯6が消灯状態となっている期間を昇圧期間38、高電圧パルスによって放電灯6が放電点灯を開始し点灯状態が安定するまでを安定点灯時よりも一次電流が大きい期間39、放電灯6の電圧32及び電流33がほぼ安定したときを安定点灯時40とする。
点灯状態に移行した直後は放電点灯の維持や発光量を早急に増大させるため、制御部11は、安定点灯時40において放電灯6に流れる電流値42よりも大きい電流をDC/DCコンバータ3が放電灯6へ供給するように第一の駆動回路9を制御し、また詳しくは後述するように第一の駆動用電源回路7を制御する。その後、徐々に安定点灯時40の電流値42へ収束するようにDC/DCコンバータ3から放電灯6に供給する電流を減少させる制御を行う。
但し、上記のように高い電圧の動作信号を用いてFET15を駆動すると、安定点灯時40では第一の駆動回路9に備えられるスイッチング素子のNPNトランジスタ20及びPNPトランジスタ21、ならびにこれらのスイッチング素子を含む回路全体で生じる損失が大きくなって、安定点灯時40に過剰な損失が増えてしまう。
コンパレータ30が、一次電流検出抵抗16によって検出した電圧と基準電圧31とを比較し、その結果一次電流検出抵抗16によって検出した電圧が基準電圧31よりも大きくなっている期間、即ち図2に示した一次電流34が所定の電流値44よりも大きくなっている期間45において、前述のように第一の駆動回路9がFET15へ出力する動作信号の電圧が高くなるように第一の駆動電源回路7を制御する。
具体的には、例えば、放電灯6が点灯を開始して安定するまでの期間39では75[W]の電力を要するが、安定点灯時40では35[W]の電力で足りることから、電圧制御型のスイッチング素子であるFET15の動作信号電圧を期間39に含まれる期間45で高くして75[W]の電力に対応させて動作させ、安定点灯時40では動作信号電圧を低くして35[W]の電力に対応させて動作させることにより、放電灯点灯装置が点灯動作を行っている期間全体の損失を最適化している。
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。図1に示したものと同一あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、実施の形態1による放電灯点灯装置と同様に構成される部分の重複説明を省略し、実施の形態2による放電灯点灯装置の特徴となる部分を説明する。図4に示した放電灯点灯装置は、実施の形態1で説明した図1の放電灯点灯装置から第二の駆動用電源回路8を除き、第一の駆動用電源回路7が第一の駆動回路9及び第二の駆動回路10に駆動用電圧を供給するように構成されている。
また、図4の放電灯点灯装置は、DC/DCコンバータ3の電圧制御型スイッチング素子であるFET15のソースを接地し、図1に示した一次電流検出抵抗16を除いて構成したもので、制御部11のコンパレータ30は、正入力端子に出力電流検出部13の出力信号を入力するように接続され、反転入力端子に基準電圧46が印加されるように当該基準電圧46を生成する手段が接続されている。
ここでは実施の形態1で説明したものと同様に動作する部分の重複説明を省略し、実施の形態2による放電灯点灯装置の特徴となる部分の動作を説明する。
図4に示したコンパレータ30の反転入力端子に印加されている基準電圧46は、安定点灯時において放電灯6に流れる電流よりも大きな値の所定の電流値を表す電圧である。図4のコンパレータ30は、基準電圧46と、出力電流検出部13の出力信号、即ちDC/DCコンバータ3の出力電流値を表す電圧とを比較する。
なお、ここで説明した制御部11は、コンパレータ30等のハードウェアにて出力電流検出部13の出力信号が示す値と基準値とを比較しているが、当該比較処理をソフトウェアによって行うことも、またソフトウェアによって放電灯6の状態を判断してFET15、IGBT19a〜19dなどの電圧制御型スイッチング素子の駆動用電圧を切り替えることも可能である。
点灯直後の放電灯6に流れる大きな電流は例えば2.4[A]で、安定点灯時40に流れる電流は0.4[A]程度になる。このようなときには所定の電流値48を、例えば中間の値となる1.5[A]に設定する。所定の電流値48は、コンパレータ30が比較処理を行ったときに有効な比較結果が得られるように設定される任意の値で、電圧制御型スイッチング素子であるFET15及びIGBT19a〜19dの損失と第一の駆動用電源回路7等の回路による損失とを有効に低減することができるように設定されたものである。
DC/DCコンバータ3やHブリッジ形インバータ4が、安定点灯時40よりも大きな電流を放電灯6に供給する期間49において、第一の駆動用電源回路7から出力される駆動用電圧47を高くして、この高い駆動用電圧47を用いて第一の駆動回路9ならびに第二の駆動回路10が生成した動作信号をFET15、ならびにIGBT19a〜19dへ入力してスイッチング動作を駆動し、これらの電圧制御型スイッチング素子による損失を低減させる。
また、Hブリッジ形インバータ4のIGBT19a〜19dによる損失が低減するようにしたので、DC/DCコンバータ3とHブリッジ形インバータ4との間に備えられている出力検出部13の検出結果から、当該IGBT19a〜19dの損失による影響を除くことが可能になり、制御部11が出力電流検出部13の出力信号から放電灯6に流れる電流33を精度よく検出することができるという効果がある。
図6は、この発明の実施の形態3による放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。図4に示したものと同一あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、実施の形態2で説明した放電灯点灯装置と同様に構成される部分の重複説明を省略し、実施の形態3による放電灯点灯装置の特徴となる部分を説明する。図6に示した放電灯点灯装置は、制御部11にコンパレータ30、コンパレータ50、基準電圧51、基準電圧61、NPN型バイポーラトランジスタからなるNPNトランジスタ52を備えている。
なお、第一の駆動用電源回路7が第一の駆動回路9及び第二の駆動回路10に駆動用電圧を出力するとき、当該第一の駆動用電源回路7の負荷が過重になるようであれば、図6に示したように第一の駆動用電源回路7の出力部分に前述の直流電圧Vcを供給するように構成する。
ここでは実施の形態1及び実施の形態2で説明したものと同様に動作する部分の重複説明を省略し、実施の形態3による放電灯点灯装置の特徴となる部分の動作を説明する。
図6の制御部11において、コンパレータ50は、出力電圧検出部12の出力信号が示すDC/DCコンバータ3の出力電圧に相当する電圧と、後述する安定点灯時40の放電灯6の電圧値41よりも大きな所定の電圧値54に相当する基準電圧51とを比較する。
コンパレータ30は、出力電流検出部13の出力信号が示すDC/DCコンバータ3の出力電流に相当する電圧と、安定点灯時40の放電灯6の電流値42よりも大きな所定の電流値48に相当する、即ち所定の電流値48を表す基準電圧61とを比較する。
なお、ここで説明した制御部11は、コンパレータ30、コンパレータ50、NPNトランジスタ52などのハードウェアにて出力電圧検出部12の出力信号が示す値と基準値とを比較し、また出力電流検出部13の出力信号が示す値と基準値とを比較しているが、当該比較処理をソフトウェアによって行うことも、またソフトウェアによって放電灯6の状態を判断してFET15、IGBT19a〜19dなどの電圧制御型スイッチング素子の駆動用電圧を切り替えることも可能である。
スイッチ2が閉じられ、放電灯6を点灯させる動作が開始されると、実施の形態1で説明したものと同様に、昇圧期間38においてDC/DCコンバータ3から出力される電圧が高められ、放電灯6に印加される電圧32が上昇する。この昇圧期間38において電圧32が所定の電圧値54を超えると、制御部11のコンパレータ50の出力が前述のようにLレベルになって、第一の駆動用電源回路7から出力される駆動用電圧47が上昇する。
放電灯6の電極間の電圧32は、例えば、昇圧期間38において最も高くなるときで400[V]になり、安定点灯時には85[V]程度になる。このようなときには所定の電圧値54を中間の値となる200[V]に設定する。所定の電圧値54は、コンパレータ50が比較処理を行ったときに有効な比較結果が得られるように設定される任意の値で、電圧制御型スイッチング素子であるFET15及びIGBT19a〜19dの損失と第一の駆動用電源回路7等の回路による損失とを有効に低減することができるように設定されたものである。
高電圧パルス37が発生したときから、放電灯6に流れる電流33は所定の電流値48よりも大きなものとなって、コンパレータ30の出力がLレベルになる。高電圧パルス37が消えた後、放電灯6の電圧32は所定の電圧値54よりも低くなってコンパレータ50の出力がオープン状態になる。即ち、放電灯6に大きな電流を流す期間39では、放電灯6の電極間の電圧32が所定の電圧値54よりも低くなるためコンパレータ50の出力がオープン状態になるが、コンパレータ30の出力がLレベルとなって第一の駆動用電源回路7から高められた駆動用電圧47が出力され、高い駆動用電圧47を用いて生成された各動作信号によってFET15及びIGBT19a〜19dが駆動される。
このように、制御部11のコンパレータ50の出力がLレベルとなっている期間とコンパレータ30の出力がLレベルとなっている期間が連なった期間55において、第一の駆動用電源回路7から高められた駆動用電圧47が出力され、DC/DCコンバータ3のFET15及びHブリッジ形インバータ4のIGBT19a〜19dが上記の高められた駆動用電圧47を用いた動作信号によって駆動される。
また、放電灯6に流れる電流33に対応するDC/DCコンバータ3の出力電流が、安定点灯時40の放電灯6の電流値42よりも大きい所定の電流値48以下になっている期間、またさらに放電灯6の電極間の電圧32に対応するDC/DCコンバータ3の出力電圧が安定点灯時40の放電灯6の電圧値41よりも高い所定の電圧値54以下になっている期間では、FET15及びIGBT19a〜19dの動作信号の電圧を低くして第一の駆動用電源回路7、第一の駆動回路9及び第二の駆動回路10に生じる損失を低減する。このようにして全点灯期間における放電灯点灯装置全体の損失を最適化する。
Claims (2)
- 直流電源に接続され、一次側及び二次側巻線からなるトランス及び前記トランスの一次側巻線に流れる電流をオン/オフする電圧制御型の一次側のスイッチング素子を備えて該一次側のスイッチング素子のスイッチング動作によって前記トランスの二次側巻線に昇圧した電圧を発生するDC/DCコンバータと、前記DC/DCコンバータの一次側のスイッチング素子を駆動する第一の駆動回路と、前記DC/DCコンバータの出力電圧を矩形波の交流電圧に変換して放電灯に供給するHブリッジ形インバータと、前記Hブリッジ形インバータを駆動する第二の駆動回路と、前記Hブリッジ形インバータに接続して前記放電灯の起動用高電圧パルスを発生するイグナイタと、前記DC/DCコンバータの出力電流ならびに出力電圧から放電灯に供給されている電流及び電圧を検知して該DC/DCコンバータの動作を制御すると共に前記Hブリッジ形インバータの動作を制御する制御部と、を備えた放電灯点灯装置において、
前記DC/DCコンバータの一次側回路に流れる電流を検出する一次電流検出部と、
前記一次電流検出部の検出電流が放電灯の安定点灯時の電流よりも高い所定値を超えると前記制御部により制御されて駆動用電圧を上昇させ、該上昇させた駆動用電圧を前記第一の駆動回路へ供給する第一の駆動用電源回路と、を備え、
前記制御部は、前記DC/DCコンバータの出力電圧によって前記イグナイタが高電圧パルスを発生するまでの昇圧期間に、前記放電灯に印加される電圧が放電灯の安定点灯時の電圧よりも高い所定値を超えると、前記第一の駆動用電源回路の駆動用電圧を上昇させることを特徴とする放電灯点灯装置。 - 直流電源に接続され、一次側及び二次側巻線からなるトランス及び前記トランスの一次側巻線に流れる電流をオン/オフする電圧制御型の一次側のスイッチング素子を備えて該一次側のスイッチング素子のスイッチング動作によって前記トランスの二次側巻線に昇圧した電圧を発生するDC/DCコンバータと、前記DC/DCコンバータの一次側のスイッチング素子を駆動する第一の駆動回路と、前記DC/DCコンバータの出力電圧を矩形波の交流電圧に変換して放電灯に供給するHブリッジ形インバータと、前記Hブリッジ形インバータを成す電圧制御型のスイッチング素子を駆動する第二の駆動回路と、前記Hブリッジ形インバータに接続して前記放電灯の起動用高電圧パルスを発生するイグナイタと、前記DC/DCコンバータの出力電流ならびに出力電圧から放電灯に供給されている電流及び電圧を検知して該DC/DCコンバータの動作を制御すると共に前記Hブリッジ形インバータの動作を制御する制御部と、を備えた放電灯点灯装置において、
前記DC/DCコンバータの出力電流から検知した放電灯に流れる電流が放電灯の安定点灯時の電流よりも高い所定値を超えると前記制御部により制御されて駆動用電圧を上昇させ、該上昇させた駆動用電圧を前記第一の駆動回路及び前記第二の駆動回路へ供給する第一の駆動用電源回路を備え、
前記制御部は、前記DC/DCコンバータの出力電圧によって前記イグナイタが高電圧パルスを発生するまでの昇圧期間に、前記放電灯に印加される電圧が放電灯の安定点灯時の電圧よりも高い所定値を超えると、前記第一の駆動用電源回路の駆動用電圧を上昇させることを特徴とする放電灯点灯装置。
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