JPWO2005046294A1

JPWO2005046294A1 - 高圧放電灯点灯装置

Info

Publication number: JPWO2005046294A1
Application number: JP2005515289A
Authority: JP
Inventors: 菅野　知志; 知志菅野
Original assignee: Sumida Corp
Current assignee: Sumida Corp
Priority date: 2003-11-06
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2007-05-24
Also published as: CN1875667A; EP1686838A4; KR20060056418A; KR100731606B1; US20070080649A1; EP1686838A1; WO2005046294A1

Abstract

装置全体を小型化しつつ、高圧放電灯を点灯するために必要な高電圧を得ることが可能な高圧放電灯点灯装置である。すなわち、トランス（１次側巻線３，２次側巻線４，コア５）の２次側に配設され、２次側電圧が入力されるフォワード機能およびフライバック機能を有する整流回路６と、フォワード機能およびフライバック機能を有する整流回路６により生成された出力電圧を、２次側電圧と加算する倍電圧回路７とを備えることにより、２次電圧を効率よく昇圧する。また、倍電圧回路７の後段にインバータ回路８および昇圧回路９を接続する。

Description

本発明は、高圧放電灯を点灯させるための高圧放電灯点灯装置に関するものである。

高圧放電灯に用いる高圧放電灯点灯装置では、放電灯を点灯させるために所定の高電圧を発生させる必要がある。

従来、所定の高電圧を発生するための手段として、トランスの２次側に巻線を２つ設け、これらの２次側巻線の出力を合成して倍電圧を得る方法が知られている。

また、フライバック機能を有するトランス（例えば、特許文献１参照）、あるいはフォワード機能を有するトランス（例えば、特許文献２参照）に倍電圧回路を組み合わせることにより、所定の高電圧を発生させる方法も考えられる。

さらに、フライバック機能およびフォワード機能を有する整流回路を採用することにより、装置全体の小型化を試みた技術が開発されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００３−２０９９７１号公報特開２００２−１４２４５５号公報特開２００３−１３３０９５号公報

ところで、高圧放電灯点灯装置を構成する部品の中で、トランスは大きな部品の一つであり、トランスを小型化することにより装置全体を小型化することが可能となることが知られている。

また、近年、自動車のヘッドライト等では、小電力で高輝度を得るために、高圧放電灯を用いることが多くなっており、高圧放電灯点灯装置のさらなる小型化が望まれている。

しかしながら、２次側巻線を２つ設けて所定の高電圧を得ようとした場合には、トランスが大型化してしまい、装置全体の小型化という要請に応えることができない。

また、フライバック機能を有するトランスでは、スイッチング素子をＯＮとして１次側巻線に１次電流を流してコアに磁気エネルギを蓄えた後に、スイッチング素子をＯＦＦとし、コアに蓄えられた磁気エネルギにより２次側巻線に２次電流を生じさせるようになっているため、必然的にコアが大きなものとなり、装置全体の小型化を図ることが困難であった。

本願発明者は、このフライバック機能を有するトランスに対して倍電圧回路を組み合わせることによりコアの小型化を試みたが、下記実験結果に示すように、２次側電圧を１．５倍程度にしか昇圧することができず、結局コアの小型化に限界が生じてしまい、装置全体を小型化しようとする要請に応えることができなかった。

図６〜図１０を参照して、従来のフライバック機能のみを有するトランスに対して倍電圧回路を組み合わせた高圧放電灯点灯装置における昇圧動作の実験結果を説明する。

図６は、フライバック機能のみを有するトランスに対して倍電圧回路を組み合わせた放電灯点灯装置の概略構成を示すブロック図、図７〜図１０は、該高圧放電灯点灯装置における昇圧動作を示すタイミングチャートである。

フライバック機能のみを有するトランスに対して倍電圧回路を組み合わせた放電灯点灯装置は、図６に示すように、１次側の回路として、電源回路５１およびスイッチング回路５２を備えており、２次側の回路として、フライバック機能を有する整流回路５６および倍電圧回路５７を備えている。

１次側巻線５３には、スイッチング回路５２を介して電源回路５１が接続されている。
また、２次側巻線５４には、ダイオードＤ₁₁およびコンデンサＣ₁₁により構成されるフライバック機能を有する整流回路５６と、ダイオードＤ₁₂およびコンデンサＣ₁₂により構成される倍電圧回路５７とが接続されている。

さらに、フライバック機能を有する整流回路５６の後段には、コンデンサＣ₁₁の両端電圧を入力とするインバータ回路５８が接続されており、インバータ回路５８には、昇圧回路５９を介して放電灯６０が接続されている。また、昇圧回路５９には、ダイオードＤ₁₃を介して倍電圧回路５７が接続されている。

この高圧放電灯点灯装置では、スイッチング回路５２がＯＮとなると、１次側巻線５３に電流が流れ、フライバック機能により、コア５５に磁気エネルギが蓄積され、スイッチング回路５２がＯＦＦとなると２次側巻線５４に２次電圧を発生させる。
このとき、１次電圧は測定点ａ₁₁において、図７に示すように０〜２８Ｖ程度の矩形波状となる。

また、２次電圧は、図８に示すように測定点ａ₁₂と接地との間において−５０〜６０Ｖ程度の矩形波状となり、整流回路５６において整流され、整流回路５６の出力端ａ₁₃において、図９に示すように６０Ｖ程度の一定電圧となる。

さらに、倍電圧回路５７を構成するコンデンサＣ₁₂には、整流回路５６により整流された整流電圧に加えて、ダイオードD₁₂を介して２次電圧（測定点ａ₁₂における矩形波状の電圧）が印加される。このとき、測定点ａ₁₄と接地との間では、図１０に示すように６０〜１６８Ｖ程度の矩形波状の電圧が発生する。

測定点ａ₁₄における矩形波状の電圧は、ダイオードＤ₁₃を介して昇圧回路５９に印加され、昇圧回路５９により放電灯６０の点灯開始電圧にまで昇圧される。

このように、フライバック機能のみを有するトランスに対して倍電圧回路５７を組み合わせた高圧放電灯点灯装置では、昇圧回路５９の前段において２次電圧を１６８Ｖ程度にまでしか昇圧することができない。すなわち、当該放電灯点灯装置では昇圧回路５９の前段において、２次電圧を１．５倍程度にしか昇圧できないことになり、高圧放電灯の点灯開始電圧を得るためには、さらに昇圧を行うための回路等が必要となる。

また、フォワード機能のみを有するトランスでは、スイッチング素子をＯＮとして１次側巻線に１次電流が流れると、２次側巻線に２次電流を生じさせるようになっている。このため、倍電圧回路を組み合わせて所定の高電圧を発生させようとしても、２次側巻線の巻回数を減少させるには限界があり、装置全体を小型化しようとする要請に応えることができなかった。

また、特許文献３に開示された技術のように、フライバック機能およびフォワード機能を有する整流回路を採用したトランスは、電源に接続される１次側巻線と、インバータ回路を介して放電灯に電力を供給するインバータ回路に接続される２次側巻線に加えて、さらに昇圧回路（イグナイタ）を介して放電灯に電源を供給するための３次側巻線を必要とするため、トランスを小型化することが困難であった。

なお、特許文献３等に開示された技術において、昇圧回路を介して放電灯に電源を供給するための３次側巻線が必要であることは一般に知られているところであり、例えば、「デンソーテクニカルレビュー Vol.3 No.1 1998」の第６５頁〜第７２頁に記載された「ディスチャージヘッドランプ用バラストの開発」においても、Fig.10等に示されている。

すなわち、特許文献３に開示された構成のトランスは、１次側巻線および２次側巻線に加えてさらに３次側巻線を必要とするため、例えば、１次側巻線（φ０．４０×２本）を４Ｔ（ターン、以下同じ））巻回し、２次側巻線（φ０．４０）を１８Ｔ巻回するとともに、さらに３次側巻線（φ０．１８）を４０Ｔ巻回しなければならず、トランスが大型化してしまうという問題があった。

このように、特許文献３に開示された構成のトランスによれば、ある程度は装置全体を小型化することができるが、特に、自動車等に用いる高圧放電灯点灯装置の場合には、さらなる小型化が望まれていた。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、装置全体を小型化しつつ、高圧放電灯を点灯するために必要な高電圧を得ることが可能な高圧放電灯点灯装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成し得る本発明の高圧放電灯点灯装置は、トランスの２次側に配設され、２次側電圧が入力されるフォワード機能およびフライバック機能を有する整流回路と、
前記フォワード機能およびフライバック機能を有する整流回路により生成された出力電圧を、前記２次側電圧と加算する倍電圧回路とを備えてなることを特徴とするものである。

なお、フォワード機能を有する回路とは、電源電圧および１次側巻線と２次側巻線との巻数比に基づいて出力電圧を決定する回路のことであり、フライバック機能を有する回路とは、１次側巻線のインダクタンスおよび電流に基づいて出力電圧を決定する回路のことである。

また、本発明の高圧放電灯点灯装置は、前記倍電圧回路の後段にインバータ回路および昇圧回路を接続してなることを特徴とするものである。

本発明の高圧放電灯点灯装置によれば、フォワード機能およびフライバック機能を有する整流回路に対して、さらに倍電圧回路を加えることにより、高圧放電灯を点灯させるのに必要な所定の高電圧を発生させることができる。

また、フォワード機能を有する回路と倍電圧回路とを組み合わせて構成される高圧放電灯点灯装置と比較して２次側巻線の巻回数を減少させることができ、またフライバック機能のみを有する回路と倍電圧回路とを組み合わせて構成される高電圧放電灯点灯装置と比較してコアを小型化することができるので、装置全体を小型化することができ、特に自動車等に用いられる高電圧放電灯に好適に用いることができる。

以下、本発明の実施形態に係る高圧放電灯点灯装置について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る高圧放電灯点灯装置の概略構成を示すブロック図、図２〜図５は、該高圧放電灯点灯装置における昇圧動作を示すタイミングチャートである。

本発明の実施形態に係る高圧放電灯点灯装置は、図１に示すように、１次側の回路として、電源回路１およびスイッチング回路２を備えており、２次側の回路として、フォワード機能およびフライバック機能を有する整流回路６、および倍電圧回路７を備えている。

１次側巻線３には、スイッチング回路２を介して電源回路１が接続されている。
また、２次側巻線４には、ダイオードＤ₁、ダイオードＤ₂、コンデンサＣ₁およびコンデンサＣ₂により構成されるフォワード機能およびフライバック機能を有する整流回路６と、ダイオードＤ₃およびコンデンサＣ₃により構成される倍電圧回路７とが接続されている。

さらに、フォワード機能およびフライバック機能を有する整流回路６の後段には、コンデンサＣ₁およびＣ₂の両端電圧を入力とするインバータ回路８が接続されており、インバータ回路８には、昇圧回路９を介して放電灯１０が接続されている。また、昇圧回路９には、ダイオードＤ₄を介して倍電圧回路７が接続されている。

なお、詳細には図示しないが、昇圧回路９には、充電用のコンデンサ、イグナイタ、およびスパークギャップ等が含まれている。

本実施形態に係る高圧放電灯点灯装置では、コンデンサＣ₃に蓄積された電荷がインバータ回路８および昇圧回路９を介して放電灯１０に供給される。この際、昇圧回路９において放電開始電圧を超えると、放電灯１０に点灯電圧が供給され、放電灯１０の発光菅内で絶縁破壊が生じて放電灯が点灯する。

また、本実施形態に係る高圧放電灯点灯装置では、例えば、１次側巻線（φ０．４０×２本）を４Ｔ巻回し、２次側巻線（φ０．４０）を１８Ｔ巻回すればよく、従来のフライバック機能およびフォワード機能を有する整流回路を採用したトランスのように、昇圧回路（イグナイタ）を介して放電灯に電源を供給するための３次側巻線を必要としない。

次に、図２〜図５を参照して、本発明の実施形態に係る高圧放電灯点灯装置の動作を説明する。

スイッチング回路２がＯＮとなると、１次側巻線３に電流が流れ、フォワード機能を担当する部分において、２次側巻線４に２次電圧を発生させる。同時に、フライバック機能を担当する部分において、コア５に磁気エネルギが蓄積され、スイッチング回路２がＯＦＦとなると２次側巻線４に２次電圧を発生させる。

このとき、１次電圧は測定点ａ₁において、図２に示すように０〜２８Ｖ程度の矩形波状となる。
また、２次電圧は、図３に示すように測定点ａ₂と接地との間において０〜１０８Ｖ程度の矩形波状となり、整流回路６において整流され、整流回路６の出力端ａ₃において、図４に示すように１０８Ｖ程度の一定電圧となる。

さらに、倍電圧回路７を構成するコンデンサＣ₃には、整流回路６により整流された整流電圧に加えて、ダイオードＤ₃を介して２次電圧（測定点ａ₂における矩形波状の電圧）が印加される。このとき、測定点ａ₄と接地との間では、図５に示すように１１０〜２２０Ｖ程度の矩形波状の電圧が発生する。

測定点ａ₄における矩形波状の電圧は、ダイオードＤ₄を介して昇圧回路９に印加され、昇圧回路９により放電灯１０の点灯開始電圧にまで昇圧される。

このように、フォワード機能およびフライバック機能を有する整流回路６に対して倍電圧回路７を組み合わせた高圧放電灯点灯装置では、昇圧回路９の前段において２次電圧を２２０Ｖ程度にまで昇圧することができる。すなわち、当該放電灯点灯装置では昇圧回路９の前段において、２次電圧を２倍程度にすることができ、回路構成が簡単であるとともに、コアおよび２次側巻線を小型化することができる。

さらに、昇圧回路（イグナイタ）を介して放電灯に電源を供給するための３次側巻線を必要としないため、トランス自体を小さく構成することができ、装置全体としても小型化された高効率の高圧放電灯点灯装置とすることができる。

なお、本発明の高圧放電灯点灯装置を構成する各ダイオードおよび各コンデンサの電気的特性は、接続された放電灯の定格に合わせて適宜変更して実施される。

本発明の実施形態に係る高圧放電灯点灯装置の概略構成を示すブロック図本発明の実施形態に係る高圧放電灯点灯装置における昇圧動作を示すタイミングチャート（測定点ａ₁）本発明の実施形態に係る高圧放電灯点灯装置における昇圧動作を示すタイミングチャート（測定点ａ₂）本発明の実施形態に係る高圧放電灯点灯装置における昇圧動作を示すタイミングチャート（測定点ａ₃）本発明の実施形態に係る高圧放電灯点灯装置における昇圧動作を示すタイミングチャート（測定点ａ₄）従来のフライバック機能のみを有するトランスに対して倍電圧回路を組み合わせた放電灯点灯装置の概略構成を示すブロック図従来の高圧放電灯点灯装置における昇圧動作を示すタイミングチャート（測定点ａ₁₁）従来の高圧放電灯点灯装置における昇圧動作を示すタイミングチャート（測定点ａ₁₂）従来の高圧放電灯点灯装置における昇圧動作を示すタイミングチャート（測定点ａ₁₃）従来の高圧放電灯点灯装置における昇圧動作を示すタイミングチャート（測定点ａ₁₄）

符号の説明

１，５１電源回路
２，５２スイッチング回路
３，５３１次側巻線
４，５４２次側巻線
５，５５コア
６フォワード機能およびフライバック機能を有する整流回路
７，５７倍電圧回路
８，５８インバータ回路
９，５９昇圧回路
１０，６０放電灯
５６フライバック機能を有する整流回路
Ｄ₁〜Ｄ₄，Ｄ₁₁〜Ｄ₁₃ ダイオード
Ｃ_１〜Ｃ_３，Ｃ₁₁，Ｃ₁₂ コンデンサ

Claims

トランスの２次側に配設され、２次側電圧が入力されるフォワード機能およびフライバック機能を有する整流回路と、
前記フォワード機能およびフライバック機能を有する整流回路により生成された出力電圧を、前記２次側電圧と加算する倍電圧回路とを備えてなることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
前記倍電圧回路の後段にインバータ回路および昇圧回路を接続してなることを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。