JPH10315846A - 車両用負荷駆動装置 - Google Patents

車両用負荷駆動装置

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JPH10315846A
JPH10315846A JP12768597A JP12768597A JPH10315846A JP H10315846 A JPH10315846 A JP H10315846A JP 12768597 A JP12768597 A JP 12768597A JP 12768597 A JP12768597 A JP 12768597A JP H10315846 A JPH10315846 A JP H10315846A
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resistor
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パワーツェナーダイオードに代えて、安価な
回路構成で過電圧を防止できるようにする。 【解決手段】 集積回路73内の制御回路9〜15等へ
の印加電圧が所定のしきい値電圧以上である場合に、直
列接続された抵抗81及びツェナーダイオード83に電
流を流して過電圧が発生していることを検出し、過電圧
が検出された時にこの過電圧を抵抗87、89によって
分圧する。そして、この分圧された過電圧によって集積
回路73を駆動する。これにより集積回路73に過電圧
が印加されない。さらに、抵抗81をツェナーダイオー
ド83に直列接続しているため、ツェナーダイオード8
3の電力容量の小さいものにすることができ、安価にで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、過電圧が発生した
場合に、この過電圧から負荷を保護する過電圧保護回路
を備えた車両用負荷駆動装置に関し、特に高圧放電灯を
点灯する車両用放電灯装置に用いて好適である。
【0002】
【従来の技術】高圧放電灯(以下、ランプという)を点
灯する放電灯装置が車両用前照明灯に適用されている。
この放電灯装置の回路模式図を図20に示す。放電灯装
置の点灯はバッテリ300からの電力供給によって成さ
れている。バッテリ300の電圧は、1次側トランス3
02a及び始動回路301側に設けられた2次側トラン
ス302bによって高圧変換され、コンデンサ303を
充電する。そして、コンデンサ303の充電電圧が設定
電圧以上になると放電ギャップ304が放電を行い、こ
の放電によってコンデンサ303の充電電圧がトランス
305a、305bでさらに高圧変換されてランプ30
6に印加される。これにより、ランプ306が点灯す
る。
【0003】さらに、直流電源回路307に用いるため
に設けられた2次側トランス302cを介して、1次側
のバッテリ300から2次側への電力供給が行われて、
ランプ306の点灯が維持される。このとき、バッテリ
は直流電源であるため、4つのMOSトランジスタ30
9a〜309dよりなるHブリッジ回路309を備えた
インバータ回路310によって直流−交流変換を行い、
これによりランプ306の交流点灯を行っている。つま
り、Hブリッジ回路309における対角線上にあるMO
Sトランジスタ309a〜309dを交互に切り換えて
オン・オフすることにより上記交流点灯を行っている。
【0004】このランプ306の交流点灯を行うに際
し、Hブリッジ回路309の制御やバッテリ300から
の供給電力の制御等は集積回路内に設けられた各制御回
路によって行われている。例えば、PWM制御回路31
2は集積回路内に形成されるが、MOSトランジスタ3
11の導通・遮断制御を行っており、これによってトラ
ンス302aに流れる1次電流を制御して、バッテリ3
00からの供給電力の制御を行っている。
【0005】ここで、集積回路(負荷)内に設けられた
各制御回路はバッテリ300からの印加電圧により駆動
されているが、ロードダンプ等の過電圧から集積回路を
保護できるように、従来においてはバッテリ300にパ
ワーツェナーダイオード313を並列接続して、所定電
圧以上が集積回路に印加されないようにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パワー
ツェナーダイオード313は上記過電圧に耐えうる程度
の電気容量が必要とされるためコスト高となる。本発明
は上記問題に鑑みたもので、パワーツェナーダイオード
に代えて、安価な回路構成で過電圧を防止できるように
することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記パワーツェナーダイ
オードがコスト高になる理由は、ロードダンプ等の過電
圧エネルギーを全てパワーツェナーダイオードで消費し
なければならない為、大きな電力容量のパワーツェナー
ダイオードが必要とされるためであり、電力容量の小さ
いツェナーダイオードによって放電灯装置を過電圧から
保護できる回路構成にすれることによりコスト削減を図
ることができる。
【0008】従って、図4に示すように比較的高耐圧で
ある従来のパワーツェナーダイオードに代えて、比較的
電力容量の小さいツェナーダイオード83aに抵抗81
aを直列接続した回路構成を採用することが考えられ
る。この場合には、ツェナーダイオード83aのカソー
ド側電圧を集積回路内の各制御回路の電源電圧としてお
り、抵抗81aを介して集積回路内の各制御回路に電流
が流れ込むようになっている。
【0009】しかしながら、電力容量の小さいツェナー
ダイオード83aで過電圧保護を行うためには、上記抵
抗81aをある程度大きな抵抗値のものにする必要があ
り、常に抵抗202に電流が流れるような上記回路構成
においては、抵抗81aでの電圧降下が許容できないも
のになるという問題がある。このような問題を鑑みて、
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明にお
いては、バッテリ(1)からの印加電圧が所定のしきい
値電圧以上である場合に、抵抗(81)及びツェナーダ
イオード(83)に電流を流して過電圧が発生している
ことを検出する手段(77)と、過電圧が検出された時
にこの過電圧を分圧する手段(79)とを有し、分圧さ
れた過電圧にて負荷(73)を駆動するようになってい
ることを特徴とする。
【0010】このように、過電圧が検出された時に過電
圧を分圧することにより、負荷(73)にかかる印加電
圧を負荷(73)の耐圧以下の電圧にすることができ
る。これにより、負荷(73)を過電圧から保護するこ
とができる。過電圧を検出する手段として、ツェナーダ
イオード(83)と電流制限抵抗(81)を直列接続し
ている。過電圧が発生したときにツェナーダイオード
(83)に流れる電流は、過電圧を分圧する手段(7
9)のスイッチ素子を駆動するための電流であるため数
ミリアンペア〜数十ミリアンペアあれば良く、抵抗(8
1)にて前記電流値になるように制限している。このた
め、電力容量の大きなパワーツェナーダイオードを用い
る必要がなくコスト削減を図ることができる。
【0011】過電圧を検出する手段として、ツェナーダ
イオード(83)に抵抗(81)をまた、過電圧を検出
する手段における抵抗(81)とツェナーダイオード
(883)には、過電圧が発生したとき以外には電流が
流れないため、過電圧が発生していないときにおける抵
抗(81)の電力消費を防止することができる。また、
請求項3に記載の発明においては、ツェナーダイオード
(83)のツェナー電圧を超える過電圧が電源ラインに
発生すると過電圧検出回路(77)に第1の抵抗(8
1)に応じた電流が流れ、過電圧検出回路(77)に電
流が流れると、分圧回路(79)の半導体スイッチング
素子(91、93)が導通して、過電圧が第2の抵抗
(87)と第3の抵抗(89)により分圧される。ここ
で、負荷(73)は第2の抵抗(87)と第3の抵抗
(89)との接続点に接続されているため、これら第
2、第3の抵抗(87、89)で分圧された過電圧が供
給される。
【0012】よって、ツェナーダイオード(83)によ
りロードダンプ等の過電圧エネルギーを全て消費する必
要がないため硬化なパワーツェナーダイオードを用いる
ことなく、安価な回路構成で負荷(73)に過電圧が印
加されることを防止することができる。なお、負荷駆動
装置は、車両用放電灯(2)の点灯を制御する各種の制
御回路を駆動する車両用放電灯装置に適用することがで
きる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。なお、本実施形態は本発明の放電灯装
置100を車両用前照灯に適用したものである。図1に
本実施形態における放電灯装置100の全体構成図、図
2に本実施形態における放電灯装置100の制御系のブ
ロック図を示す。
【0014】1は車両に搭載された直流電源(以下、バ
ッテリという、定格電圧(バッテリ電圧VB)12V)
であり、1aは電源端子、1bはアース端子、2は車両
前照灯であるメタルハライドランプ等の高圧放電灯(以
下、ランプという)である。SWは、車室内に設けら
れ、使用者の操作により、上記ランプ2の点灯消灯を設
定する点灯スイッチである。50は、放電灯装置100
に過電流が流れたときに溶断するヒューズである。
【0015】放電灯装置100は、図1に示すように逆
接保護回路3、平滑回路4、フライバックトランス29
を有する直流電源回路5、テークオーバー回路6、Hブ
リッジ回路7aを含むインバータ回路7、始動回路8等
の回路機能部を有する。本実施形態では、図2に示すよ
うに上記回路機能部を制御する制御回路として、PWM
(パルス幅変調)制御回路9、後述のランプ電圧VLお
よびランプ電流ILに基づいて、ランプ電力を所望電力
に制御するランプパワー制御回路10、上記Hブリッジ
回路7aを制御するHブリッジ制御回路11等を有す
る。
【0016】また、本実施形態では、上記制御回路とし
てその他に、ランプ電圧VLを所定のタイミングでサン
プリングおよびホールドするサンプルホールド回路1
2、ランプ点灯開始時に、上記始動回路8を制御して、
ランプ2に高電圧を印加させてランプ2を電極間で絶縁
破壊させる高電圧発生制御回路13、放電灯装置100
が後述の異常状態となったときに、上記Hブリッジ制御
回路11を通じてHブリッジ回路7aを制御するフェイ
ルセーフ回路14と、ランプ2のコネクタ35の外れを
検出するコネクタ外れ検出回路15とを有している。
【0017】さらに、各制御回路9〜15の駆動電力は
バッテリ電圧VB等に基づいて行われるが、1次側電圧
が過電圧となった際に、この過電圧から各制御回路9〜
15を保護するための過電圧保護回路16も放電灯装置
100には備えられている。ここで、先ず、放電灯装置
100の点灯動作の概略を説明する。上記点灯スイッチ
SWがオンされると、フライバックトランス29にてバ
ッテリ電圧VBが昇圧され、これにより、Hブリッジ回
路7aを通じて始動回路8のコンデンサ53が充電され
る。そして、コンデンサ53が充電されると、始動回路
8にて充電された電荷が放電されて、トランス47にて
さらに高電圧化された電圧がランプ2に印加され、ラン
プ2が電極間で絶縁破壊し点灯されるようになる。
【0018】その後、ランプ2が点灯すると、Hブリッ
ジ回路7aによりランプ2への放電電圧の極性(放電電
流の向き)を交互に切り換えることで、ランプ2を交流
点灯させる。次に、上記回路機能部および上記制御回路
の構成の概略について簡単に説明する。
【0019】逆接保護回路3は、抵抗17、コンデンサ
19、およびMOSトランジスタ12とからなる。逆接
保護回路3は、後述する電源端子に負極性の高電圧が発
生したときに、MOSトランジスタ21を保護するもの
である。また、バッテリ1を極性が逆にして車両に取り
付けるといった逆接時には、ヒューズ50を溶断しない
ようにするものである。
【0020】平滑回路4は、上記電源端子1aに発生す
る電圧を平滑するものであり、コンデンサ23、25
と、コイル27とからなるコンデンサ入力型平滑回路
(チョーク入力型平滑回路)である。直流電源回路5
は、一次側と二次側とが共に巻線で構成されたフライバ
ックトランス29を有している。フライバックトランス
29は、バッテリ側に配された一次巻線29aと、ラン
プ2側に配された二次巻線29bを有している。また、
フライバックトランス29は、図1に示すように一次巻
線29aと二次巻線29bとは電気的に導通可能となっ
ている。直流電源回路5には、上記PWM回路9により
スイッチング制御されるMOSトランジスタ31が設け
られている。上記一次巻線29aの一次電流は、このM
OSトランジスタ31により制御される。
【0021】つまり、フライバックトランス29は、M
OSトランジスタ31がオンのときには、一次巻線29
aに一次電流が流れることで、一次巻線29aにエネル
ギーが蓄えられるようになっている。そして、フライバ
ックトランス29は、MOSトランジスタ31がオフに
なると、一次巻線29aのエネルギーを二次巻線29b
に供給するようになっている。
【0022】また、直流電源回路5の二次巻線29bに
は、整流用のダイオード33と、平滑用コンデンサ35
が設けられている。テークオーバー回路6は、コンデン
サ37と抵抗39とからなる。コンデンサ37は、上記
点灯スイッチSWがオンされると電荷が充電されるよう
になっている。テークオーバー回路6は、上記始動回路
8によりランプ2を電極間で絶縁破壊させたのち、速や
かにアーク放電に移行させるものである。
【0023】インバータ回路7は、フライバックトラン
ス29の二次巻線29b側に設けられ、バッテリ1から
の電力を交流変換することで、ランプ2を交流点灯させ
るものである。インバータ回路7を構成するHブリッジ
回路7aは、ランプ2の放電電流の向きを交互に反転さ
せるものである。Hブリッジ回路7aは、Hブリッジ状
に配置された複数のブリッジ用半導体スイッチング素子
をなす4つのMOSトランジスタ41a〜41dを有す
る。これら4つのMOSトランジスタ41a〜41d
は、図中43a、43bにて示すブリッジ駆動回路(本
例ではIC素子、以下、IC素子という)によって制御
される。
【0024】ブリッジ制御回路11は、IC素子43
a、43bを制御することで、Hブリッジ回路7aのう
ち対角線上にあるMOSトランジスタ41a、41dが
オフ状態であるときは、対角線上にあるMOSトランジ
スタ41b、41cをオン状態に切換制御し、MOSト
ランジスタ41b、41cがオン状態であるときは、M
OSトランジスタ41aと41dをオフ状態に切換制御
する。この結果、ランプ2の放電電流の向きが交互に切
り換わる、言い換えるとランプ2の印加電圧(放電電
圧)の極性が反転することで、ランプ2は交流点灯す
る。
【0025】Hブリッジ回路7aは、ランプ点灯開始時
には長い一定周期でMOSトランジスタ41a〜41d
をオン・オフさせ、その後は短い一定周期でMOSトラ
ンジスタ41a〜41dをオン・オフさせるようになっ
ている。なお、図中45は、Hブリッジ回路7aを点灯
始動時に発生する高圧パルスから保護する保護用のコン
デンサである。
【0026】始動回路8は、ランプ2を点灯開始させる
ものであって、上記Hブリッジ回路7aの中点電位点
と、アース端子1bとの間に設置されている。始動回路
8は、一次巻線47aと二次巻線47bとからなるトラ
ンス47、ダイオード49、51、コンデンサ53、抵
抗55、および一方向性半導体素子であるサイリスタ5
7とからなる。
【0027】サイリスタ57は、上記点灯スイッチSW
がオンされたときには、オフとなっており、これによ
り、コンデンサ53は充電を開始する。その後、上記高
電圧発生制御回路13によりサイリスタ57がオンとさ
れる。この結果、コンデンサ53は放電を開始する。す
ると、コンデンサ53に蓄えられたエネルギーが、トラ
ンス47を通じて高電圧化されることで、ランプ2に高
電圧が印加される。この結果、ランプ2は、電極間で絶
縁破壊し点灯する。
【0028】PWM制御回路9は、鋸歯状波に対するス
レッショルドレベルを可変にすることで、上記MOSト
ランジスタ31のオン・オフ時間、つまりデューティー
比を制御するものである。ランプパワー制御回路10
は、ランプ電流ILと、上記サンプルホールド回路12
によってサンプルホールドされたランプ電圧VLとに基
づいて、ランプ電力が所望値となるように制御するもの
である。なお、ランプ電流ILは、Hブリッジ回路7a
に設けられた電流検出用抵抗59にて検出される。
【0029】本実施形態におけるランプパワー制御回路
10によるランプパワー制御は、以下のようなものであ
る。ランプパワー制御回路10は、ランプ2の点灯開始
時にランプ2の電極温度が低いと、ランプ2に立ち消え
が生じ易いので、ランプ電力を大きな値(例えば75
W)として電極温度を迅速に高め、電極温度が徐々に高
くなると、ランプ電力を徐々に低下させていき、ランプ
2が安定状態になるとランプ電力を所定値(35W)一
定に制御するものである。
【0030】また、ランプ電圧VLが高電圧(例えば4
00V)となってランプ2の点灯が開始された直後で
は、ランプ電圧VLは最も小さくなり、その後ランプ電
圧VLは徐々に大きくなる。一方、ランプ電流ILは、
ランプ2の点灯が開始された直後には、ランプ電圧VL
に反して徐々に小さくなる。そして、このようなランプ
パワー制御を行うために、上記PWM制御回路9は、上
記ランプパワー制御回路10の指令信号を受けて、上記
MOSトランジスタ31のオン・オフのディーティ比を
可変することで、ランプ電力を制御する。
【0031】上記サンプルホールド回路12は、ランプ
電圧VLのうち、Hブリッジ回路7aの切換時に発生す
る後述の過渡電圧をマスクし、上記ランプパワー制御回
路10による制御を精度良く行うものである。上記フェ
イルセーフ回路14は、放電灯装置100に何らかの異
常が生じたときに、上記PWM制御回路9の制御を停止
するとともに、Hブリッジ回路7aのMOSトランジス
タ41a〜41dの導通を全てオフするものである。
【0032】なお、上記制御回路9〜15は、全て図示
しない集積回路内に設けられている。次に、図3に、図
2に示す過電圧保護回路16の回路構成図を示す。以
下、図3に基づき過電圧保護回路16について説明す
る。過電圧保護回路16は、集積回路73に備えられた
各制御回路9〜15を過電圧から保護するものである。
この過電圧保護回路16は、1次側電圧が所定のしきい
値電圧になると過電圧検出を行う過電圧検出回路77
と、1次側電圧がしきい値電圧になったときに1次側電
圧を分圧する分圧回路79とを備えている。そして、こ
の過電圧保護回路16を介して印加された1次側電圧が
この定電圧回路75で定電圧化され、各制御回路9〜1
5の駆動電圧に使用される。
【0033】過電圧検出回路77は、比較的抵抗値が大
きな抵抗81とツェナーダイオード83及び抵抗85で
構成されている。このツェナーダイオード83のツェナ
ーダイ電圧によって上記しきい値電圧が設定されてい
る。また、抵抗81は電流I制限用としてツェナーダイ
オード83に直列に設けられており、これによってツェ
ナーダイオード83の耐圧を低くする事ができる。な
お、抵抗85はリーク防止のための逆バイアス抵抗であ
る。
【0034】また、分圧回路79は、抵抗87、89及
びダーリントン接続されたNPNトランジスタ91、9
3で構成されている。次に、このように構成された過電
圧保護回路16の作動について説明する。1次側電圧が
所定のしきい値電圧未満の時には、ツェナーダイオード
83は電流を流さないため、ダーリントン接続されたN
PNトランジスタ91、93がオンしない。このため、
集積回路73内の定電圧回路75に印加される電圧VI
Cは、1次側電圧から抵抗87での電圧降下を差し引い
た電圧となる。
【0035】そして、1次側電圧が所定電圧以上に上昇
すると、ツェナーダイオード83がツェナー降伏によっ
て電流を流し、NPNトランジスタ91、93がオンす
る。このため、集積回路73内の定電圧回路75に印加
される電圧VICは、1次側電圧が抵抗87及び抵抗8
9で分圧された電圧となる。なお、このとき分圧された
電圧が各制御回路9〜15の耐圧以下になるように、抵
抗87及び抵抗89の抵抗値を設定する必要がある。
【0036】なお、集積回路73の中に定電圧回路75
や各制御回路9〜15等を形成したものを示したが、ツ
ェナーダイオード83、抵抗85及びNPNトランジス
タ91、93等の過電圧保護回路16の構成要素も集積
回路73の中に形成しても良い。この場合には、これら
の各構成要素を集積回路の他の部分と共に形成すれば良
いため、よりコスト削減を図ることができる。
【0037】このように、分圧回路79にて過電圧を分
圧しているため、集積回路73に過電圧が印加されない
ようにすることができる。これにより、比較的高耐圧の
パワーツェナーダイオードを用いなくても、集積回路7
3の中の各制御回路9〜15を過電圧から保護すること
ができ、コスト削減を図ることができる。また、過電圧
検出回路77における抵抗81には、過電圧が発生した
とき以外には電流がほとんど流れないようになっている
ため、過電圧が発生していないときにおける抵抗81の
電力消費を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態における車両用負荷駆動装
置を放電灯装置に適用したときの回路構成図である。
【図2】図1に放電灯装置における制御系を示す模式図
である。
【図3】図2に示す過電圧保護回路16の回路模式図で
ある。
【図4】車両用負荷駆動装置の回路模式図である。
【図5】従来における放電灯装置の回路模式図である。
【符号の説明】
1…バッテリ、2…ランプ、9〜15…制御回路、16
…過電圧保護回路、75…定電圧回路、77…過電圧検
出回路、79…分圧回路、81…抵抗、83…ツェナー
ダイオード、87、89…抵抗、91、93…NPNト
ランジスタ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車両用バッテリ(1)からの印加電圧に
    よって負荷(73)を駆動する負荷駆動装置において、 直列接続された抵抗(81)とツェナーダイオード(8
    3)を有してなり、前記車両用バッテリ(1)から印加
    電圧が所定のしきい値電圧以上である場合に、前記抵抗
    (81)及びツェナーダイオード(83)に電流を流し
    て過電圧が発生していることを検出する手段(77)
    と、 前記過電圧が検出された時に、前記過電圧を分圧する手
    段(79)とを有し、 前記分圧された過電圧にて前記負荷(73)を駆動する
    ことを特徴とする車両用負荷駆動装置。
  2. 【請求項2】 前記過電圧を分圧する手段(79)は、
    前記抵抗(81)及びツェナーダイオード(83)に流
    れた電流によって電気的に導通される半導体スイッチン
    グ素子(91、93)を備えており、前記半導体スイッ
    チング素子(91、93)の電気的導通によって前記過
    電圧の分圧が行われるようになっていることを特徴とす
    る請求項1に記載の車両用負荷駆動装置。
  3. 【請求項3】 車両用バッテリ(1)からの印加電圧に
    よって負荷(73)を駆動する負荷駆動装置において、 前記車両用バッテリ(1)に電気的に接続される電源ラ
    インに過電圧が発生していることを検出する過電圧検出
    手段(77)と、 前記過電圧検出回路(77)により過電圧が検出された
    とき、前記過電圧を分圧した電圧を前記負荷(73)に
    供給する分圧回路(79)とを備え、 前記過電圧検出回路(77)は、一端が前記電源ライン
    に、他端がアースに電気的に接続されている第1の抵抗
    (81)とツェナーダイオード(83)との直列回路か
    らなり、 前記分圧回路(79)は、前記過電圧検出回路(77)
    と並列に設けられており、第2の抵抗(87)と第3の
    抵抗(89)と半導体スイッチング素子(91、93)
    との直列回路からなると共に、前記第2の抵抗(87)
    と前記第3の抵抗(89)との接続点は前記負荷(7
    3)と電気的に接続されており、前記半導体スイッチン
    グ素子(91、93)は、前記過電圧検出回路(77)
    に流れる電流により導通し、前記負荷(73)に前記第
    2の抵抗(87)と前記第3の抵抗(89)により分圧
    された電圧を前記負荷(73)に供給することを特徴と
    する車両用負荷駆動装置。
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