JPH10511220A - 回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、高圧放電ランプを始動及び動作させる回路装置に関する。この装置には、ランプを接続する出力端に結合され、切換え手段の期間ｔ_onの導電状態と期間ｔ_offの非導電状態が交互に設けられる周期的な切換え時にランプに電流を供給することに適する。本発明によると、回路装置は、継続時間ｔ_offの固定的に限定する手段を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 回路装置 技術分野 本発明は、制御信号に基づいてスイッチ手段により、期間ｔ_onの導電状態と期 間ｔ_offの非道通状態とに交互に繰返す周期でランプに電流を供給するため、ラ ンプを有する手段に結合された出力端子に結合されかつ、安定したランプ動作時 に自己発振モードで動作するたバックコンバータを形成するスイッチ手段、誘導 手段、そして整流手段と、スイッチオン信号を発生する部分とスイッチオフ信号 を発生する部分とを有する制御信号を発生する制御回路とを備える高圧放電ラン プを始動及び動作させる回路装置に関する。 背景技術 上述の回路装置は、ヨーロッパ特許公開公報第 EP-A-4001931 号（米国特許第 5068572 号）から既知である。この既知の回路装置は、プロジェクションＴＶ装 置の一部を形成する高圧放電ランプの始動及び動作に特に適している。 バックコンバータ（Buck converter）と呼ばれるスイッチングモード電源の形 式は、ダウンコンバータ（Down converter）、ステップダウンコンバータ（Step -down converter）、誘導結合ステップダウンコンバータ（Inductor-coupled st ep-down converter）、直流ダウンコンバータ（Direct-down converter）等の他 の名称で既知である。 一般に、バックコンバータの入力及び出力端子は、それぞれ間接的に電気結合 されているが、入力端子と出力端子との間が電気的に分離された回路、例えばト ランスの形態で同様に実現可能である。 ランプを有するこの手段は、多くの実例では、ランプの動作中にランプを交流 電流で駆動するための整流回路を有する。ランプを有する手段は、一般に、ラン プ始動用の電圧パルスを発生する始動回路を有する。整流回路と始動回路の何れ もが、通常、本発明による回路装置の一部を形成する。整流手段は、直流電圧で 動作するランプの場合には省略される。 既知の回路装置において、バックコンバータは自己発振モードで動作し、誘導 手段を流れる電流がゼロになる瞬間を示す導電状態に切換え手段を切換える制御 信号（スイッチオン信号）を発生し、その後直ちに切換えが実施されることを特 徴とする。 既知の回路装置は、結合されたランプに比較的大きな電流及び電圧幅の略々一 定の電力の供給が可能で、結果として、ランプが広角度で一定の光束を発生する 。特に、ランプが安定した方法で動作するＶ−Ｉレンジにおいて、自己発振モー ドは、切換え手段の周期的な切換えにおいて切換え損失が少ないということを特 徴とする。望ましくはダウンコンバータは、自己発振モードの周波数が、安定し たランプ動作中、人間の可聴範囲外に位置するように設計される。導電状態から 非道伝状態への切換えは、誘導手段を流れる電流に対する信号の形態が分割設定 制御信号に等しい場合、既知の回路で実施する。ランプに供給する電力の制御は 、回路装置の出力端子の電流を、例えば出力端子の電圧とは別に制御することに より実現する。 比較的簡単な構造の制御電流源が、負荷（ランプ）の電力消費を同様に制御可 能である既知の回路装置で実現されても、この既知の回路装置は多くの欠点を有 する。 期間ｔ_on及びｔ_offの両者は、一方で誘導手段を流れる最大電流、他方で誘導 手段の値のみで規定される範囲かつ、入出力端子の電圧値（入出力電圧）で既知 の回路において可変である。安定したランプ動作の状況下で、回路装置が確実か つ効果的に作用する動作に到っても、切換え手段を無効にしても、非定常動作状 態では不本意な電力損失をもたらす。同様に、切換え手段の切換え周波数が可聴 帯域に位置してしまう危険が存在する。 発明の開示 本発明は、上述の問題点を除去もしくは少なくと実質的に相殺できる手段を提 供することを目的とする。 本発明によると、上述のような回路装置は、上述の目的のため期間ｔ_offが規 定される手段を有する。 既知の回路の問題点が期間ｔ_offを限定することによって排他的に相殺できる 、ということが見いだされた。一方で、最大期間ｔ_maxの形態の期間ｔ_offの固定 的に限定する要求は、切換え周波数を可聴帯域の外に配置できる。他方、最小期 間ｔ_minに対して期間ｔ_offを固定的に限定することは、許容可能な状態に対して 切換え損失を限定することに非常に適する。 回路装置の動作の自己発振モードでは、開始点として、期間ｔ_offの固定的な 限定を、誘導手段の中で適切に変更することにより実現できる。 有利な実施例においては、スイッチオン信号の発生は、制御信号の結合を介し て、一方で切換え手段が非導電状態にあっては、スイッチオン信号を発生する制 御回路の部分に対して実施される。この目的のため、結合には、遅延回路が設け られる。第１遅延回路は、比較的短い遅延時間である遅延ｔ_minを実現する。こ の構造は、期間ｔ_offを限定する手段が制御回路の一部を排他的に形成するため 、スイッチオン信号を発生する制御信号の使用により比較的簡単になる。 ｔ_min及びｔ_maxの実現は、強制発振モードの回路装置の動作、特に非継続モー ド及び継続モードをもたらすであろう。この構成は、非常に望ましい形として提 供されるが、高圧放電ランプの始動及び動作に対して、特にランプがまだ始動せ ず、ランプ中にアーク放電が形成されるが、安定動作状態には到っていない立上 がりの場合には望ましくない。安定したランプ動作を得るための値からｔ_offが 大きくずれることは、ランプの始動がまだで準備段階である場合に特に発生する 。 以下を説明として与えることができる。本願の説明及び請求項内のバックコン バータに関するコンセプト“強制発振モード”は、非導電状態から導電状態への 前記スイッチング手段の切り換えが、誘導手段を介する電流がゼロになる事実に よりトリガされないようなモードに関すると理解されたい。 強制発振モードは２つの型式に区別することができる。すなわち、 − 継続モード − 非継続モード である。 継続モードにおいては、継続的に電流が前記誘導手段を介して流れ、ゆえに、 非導電状態から導電状態に前記スイッチング手段が切り替わる際も流れる。前記 回路装置が継続モードで動作する場合、前記出力端子に接続される負荷を介する 電流におけるリップルが比較的小さく、該負荷に比較的強い電流を供給すること ができる。前記スイッチング手段はこれら状況下で非導電状態から導電状態へ比 較的強い電流を切り換えるため、スイッチング損失は比較的高い。 前記回路装置が非継続モードで動作する場合、前記誘導手段を介す電流がゼロ にはなるが、これにより非導電状態から導電状態への前記スイッチング手段のス イッチング処理がトリガされない。前記誘導手段を介する電流を前記スイッチン グ手段が導電される瞬時までその後の期間中ゼロに保つことは可能であるが、前 記回路装置を実際に実現する場合の構成は、しばしば、前記誘導手段が一部を形 成することになり、この期間中同調回路として作用する二次回路を有することに なるであろう。上記期間が経過した後導電状態へ切り換えが生じる瞬時を適切に 選択することにより、この切り換えが低スイッチング損失でもって生じることを 可能にする。前記回路装置が非継続モードで動作する場合、接続負荷の分岐点を 介する電流におけるリップルが大きく、該負荷の分岐点にかかる電圧が比較的高 くなるかもしれない。 以下のランプ状態を、高圧放電ランプの始動及び動作において区別することが できる。すなわち、 − 消灯され、始動されていないランプ − グロー放電が追従するランプ中のブレイクダウン、及びグロー放電から アーク放電への遷移 − ランプの立ち上がり − 安定したランプ動作 である。前記消灯され、始動されていない状態にある前記ランプ内には電気伝導 が生じていない。前記ランプにかかる電圧は、該ランプに印加される外部供給電 圧に等しい。 始動パルスと称される高電圧パルスを前記ランプに発生させた場合、ブレイク ダウンが該ランプ中に生じ、ゆえに、グロー放電の形態での電気伝導が該ランプ 中に生じ、立ち代わって、十分な電流供給が与えられアーク放電に変化するであ ろう。前記放電にかけられる電圧（ランプ電圧）、従って前記ランプにかかる電 圧は、前記ブレイクダウンにより生じた該ランプ中の導電により数ボルトに急激 に降下する。 ランプの立上がりは、始動により生じたアーク放電が安定したランプ動作の状 態に到るまでのランプ状態である。立上がり時の電圧は、徐々に上昇する。この 立上がりは、アーク電圧が上昇すると徐々に減少するランプを流れる大電流を最 初は伴う。ランプの過負荷を防止するには、電流値の最大を限定すること、即ち 、ランプに供給する電力の上昇がゆっくりになるように制御することが、或る状 態では望ましい。 安定した動作状態では、ランプは、ランプで消費される電力及びランプに広が る温度分布に応じた安定したランプ電圧を有する。 ランプが非始動状態である消灯時に、回路装置の出力端子が、比較的高い電圧 であることが、接続されたランプの迅速かつ確かな始動には望ましい。この状態 ではランプは非導電状態であるため、出力端子の大電流リップルの発生が大きな 問題とはならない。非継続モードにおける回路装置の動作は、このランプ状態に 対して、それ相応に非常に適する。 ランプの立上がりの間、迅速かつ確実に安定動作状態にランプを至らしめる目 的で、比較的大きな電流をランプに供給することが第１に重要である。継続モー ドにおける回路装置の動作は、少なくとも立ち上げの初期段階においては非常に 有効である。継続モードで生じる比較的大きな切換え損失は、ここでは大きなマ イナス要因を形成しない。なぜならば、高圧放電ランプの立ち上げが、比較的短 い期間に限定されるからである。 本発明による回路装置は、プロジェクションＴＶ装置における使用に特に適す る。この回路装置は、自動車用ヘッドライトシステムにおける使用においても有 効であろう。何れの装置も、安定動作状態ではより均一な光束の提供及び高い始 動電圧を有する非常にコンパクトな形状の高圧放電ランプの始動及び動作に貢献 する。消灯後、特に自動車用ヘッドライトシステムについては、ライトが非常に 迅速に照射されねばならず、そして安定した動作状態を短い期間で達成する立ち 上げが非常に重要なことである。 プロジェクションＴＶ装置においては、継続モードで動作する回路装置におい て誘導手段を介して流れる最大電流の制限が、ランプの過負荷防止を目的として 設定される。 結合は、回路装置の有利な実施例における第１遅延回路にＡＮＤゲートを有す る。このＡＮＤゲートは、切換え手段の非導電状態の遅延制御信号とスイッチオ ン信号を発生する制御回路部分で発生した信号の論理的な結合用に提供される。 ｔ_minの値が、ＡＮＤゲートの使用により、簡単で効果的な方法で保護される。 ｔ_minの値は、この場合、第１遅延回路の遅延値に対応する。 同様に、第２遅延回路の結合は、切換え手段の非導電状態における遅延制御信 号とスイッチオン信号を発生する回路部分で発生した信号との結合用にＯＲゲー トを有する。ｔ_maxの値は、第２遅延回路の遅延値に対応する値により保護され る。 ＡＮＤゲートの出力とＯＲゲートの入力結合は、非常に簡単な方法でｔ_minと ｔ_maxの両者を保護する結合をもたらす。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明による回路装置のブロック図である。 第２図は、図１の回路装置の制御回路をより詳細に示した図である。 発明を実施するための最良の形態 本発明に係る前述及び更なる特徴は、図面を参照して以下に詳細に説明される であろう。 第１図は、バックコンバータを形成する切換え手段１、誘導手段２、そして整 流手段４が設けられた高圧放電ランプ７の始動及び動作用回路装置を示す。バッ クコンバータには同様に、容量性バッファ手段３が設けられている。このバック コンバータは、ランプに電流を供給するために電源接続用の入力端子５へと、そ してランプ７を有する手段８用の出力端子６へと結合されている。このバックコ ンバータにおいては、制御信号により、継続時間ｔ_onの導電状態と、継続時間 ｔ_offの非導電状態を交互に実現されるように切換え手段が周期的に切換えられ る。バックコンバータは、ランプ動作が安定している間は、自己発振モードで動 作する。 回路装置には同様に、スイッチオン信号を発生する要素１１と、スイッチオフ 信号を発生する要素１２とを有する制御信号を発生用の制御回路１０が設けられ ている。参照番号２０は、自己発振モード生じる、誘導手段を流れる電流がゼロ になる瞬間を示すスイッチオン信号の結合を示す。 スイッチオン信号を発生するための制御回路の要素への制御信号の結合は、参 照番号３０で示されている。 期間ｔ_onの導電状態及び期間ｔ_offの非導電状態に切換え手段を維持する制御 信号は、それぞれ、要素１１からのスイッチオン信号と要素１２からのスイッチ オフ信号を元に制御回路１０の変調器４０で形成される。 第２図は、より詳細なブロック図として制御回路の実施例を示す。第１図の構 成に対応する部分には、同一符号を付した。 スイッチオン信号を発生する制御回路の要素は、巻線２１を有する分圧回路を 有する。巻線２１は、誘導手段２の一部を形成する第２巻線で、第２巻線と第１ 巻線との間の磁気結合が結合２０を形成する。明確化のため、第２図には、磁気 結合２０の第２巻線２０のみを示している。分圧回路は、ＡＮＤゲート３２及び ＯＲゲート３４を介して変調器４０に到る信号を発生する。ＡＮＤゲート３２の 出力320は、ＯＲゲート３４の入力340に結合される。 ＡＮＤゲート３２は、変調器４０の出力０に生じる制御信号とスイッチオン信 号を発生する回路要素１１との結合３０の一部を形成する。開示された実施例に の遅延回路には、インバータが設けられている。 逆に、ＯＲゲートが、反転素子が設けられかつ、結合３０を形成する第２遅延 回路に結合されている。第２遅延回路はｔ_maxの実現をもたらす。 制御回路部分１２は、誘導手段２を流れる電流に比例する電圧Ｖ_Lと、基準電 圧Ｖ_regとを比較する比較器 120 を有する。Ｖ_regの値を、例えば回路装置の出 力端子の電圧に基づいてを制御することにより、回路装置により供給された電力 を制御できる。比較器の出力は、変調器４０に結合される。上述の回路装置の実 験的な実施において、回路部分１２の構造及び動作が、ヨーロッパ特許出願公開 第 EP-A-0401931 号から既知のスイッチオフ信号を発生する回路部分に対して、 大きな度合で匹敵する誘導手段を流れる電流値に比例する信号の発生に関して、 回路部分１２の構造及び動作が説明された。 上述の回路装置の実施例の実現において、自己発振モードで動作する回路装置 では、非導電から導電状態へと切換え手段を切換える制御信号が、ヨーロッパ特 許出願公開第EP-A-0401931 号から既知である同様の方法で実現する。 上述のような実現において、手段３１により達成される最短期間ｔ_minは、５ μｍである。 回路装置の実現は、220 Ｖ，５０ Hz の電源への接続に適する。この回路装置 は、この目的のため、切換え手段の動作用に、入力端子に印加されたＡＣ電圧を 適切なＤＣ電圧に変換するため、入力端子と切換え手段との間の構成（図示しな いが、実質的に既知である）が設けられている。上述の回路装置の実現は、フィ リップス社により提供されたUHP高圧メタルハライドランプの動作に適する。こ のランプは、８５Ｖの公称電圧、1.2 Ａの電流の 100 Ｗの消費電力を有する。I nternational Rectifier社製のIRF840形のMOSFETは、切換え手段１として用いる 。誘導手段２は、フェライトコア、100 ターンの第１巻線、そして３０ターンの 二次巻線を有する変圧器により形成され、スイッチオン信号を発生し克つ、導電 状態に切換え手段を切換える制御信号を発生する電圧源として提供される制御回 路の部分の一部を形成する。容量性腹手段は、0.82μＦの容量値を有する。整流 手段４は、フィリップス社製BYV29F500形式のダイオードにより形成される。回 路装置は、出力端子に５０〜110 Ｖの範囲で一定の電力を供給することに利用す る場合、バックコンバータは、自己発振モードで動作する。 ランプが非始動状態である消灯時には、回路装置は、非継続モードで動作する 。出力端子の電圧は 160 Ｖである。回路装置には、ランプが始動される２０ kV の始動パルスを発生する始動回路が設けられている。 ランプの電圧、即ち出力端子の電圧が１５Ｖに降下すると、この瞬間、ランプ は、アーク放電が発生する状態に到る。回路装置はこの場合、非継続モードから 継続モードへと突然変化する。この場合、最大電流２Ａに限定された電流がラン プに供給される。ランプの電圧は、ランプの立ち上げ時に徐々に上昇し、ランプ を流れる電流が減少する。これは、切換え手段の非導電状態の間に、誘導手段を 流れる電流の迅速な降下において明かとなる。 回路装置の動作を、継続モードから自己発振モードに変更すると、この瞬間、 誘導手段を流れる電流が、非導電状態において、切換え手段により３６μＳでゼ ロに到らしめられる。回路装置には、一定レベルの出力端子に供給される電力を 制御する手段が設けられている。 上述の実例では、ランプに印加された電圧及び５０Ｖの出力端子に印加される 電圧に対応する。実質的に、ランプの立ち上げは、ランプ電圧が安定した値に到 るまで、即ち、安定したランプ動作の状態まで継続される。一定の電力制御は、 ８５Ｖの公称ランプ電圧で安定した動作状態に到るランプを提供する。 切換え手段がおよそ１８μｓの非継続状態である場合、定格ランプ電力におい て安定したランプ動作を実現する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．高圧放電ランプを始動及び動作させる回路装置であって、 制御信号により周期的に期間ｔ_onにおいて導電状態、期間ｔ_offにおいては非 導電状態になる制御信号によって、切換え手段が周期的変化する際に流れる電流 をランプに供給するため、電源との結合のために入力端子に結合され、ランプを 有する手段との結合のために出力端子に結合されたバックコンバータを形成する 切換え手段と、誘導手段と、整流手段とを有し、当該バックコンバータが安定し たランプ動作の間は自己発振モードで動作し、 スイッチオン信号を発生する部分とスイッチオフ信号を発生する部分とを有す る制御信号を発生する回路とを有するものにおいて、 前記期間ｔ_offを固定的に限定する手段を有することを特徴とする回路装置。 ２．請求項１に記載の回路装置において、 期間ｔ_offの限定が、最短期間ｔ_minの形態で実施されることを特徴とする回路 装置。 ３．請求項１もしくは２に記載の回路装置において、 期間ｔ_offの限定が、最長期間ｔ_maxの形態で実施されることを特徴とする回路 装置。 ４．請求項２もしくは３に記載の回路装置において、 制御信号と、前記切換え手段が非導電状態の場合に前記スイッチオン信号を発 生する回路部分との間に結合が存在することを特徴とする回路装置。 ５．請求項２乃至４の何れか一項に記載の回路装置において、 前記結合に、期間ｔ_minを実現する第１遅延回路が設けられたことを特徴とす る回路装置。 ６．請求項４もしくは５に記載の回路装置において、 前記結合がＡＮＤゲートを有することを特徴とする回路装置。 ７．請求項３もしくは４に記載の回路装置において、 前記結合に期間ｔ_maxを実現する第２遅延回路が設けられたことを特徴とする 回路装置。 ８．請求項４もしくは７に記載の回路装置において、 前記結合がＯＲゲートを有することを特徴とする回路装置。 ９．請求項６もしくは８に記載の回路装置において、 前記ＯＲゲートの出力が前記ＡＮＤゲートの入力に結合されたことを特徴とす る回路装置。