WO2006030569A1

WO2006030569A1 - 放電灯点灯装置

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Publication number: WO2006030569A1
Application number: PCT/JP2005/010877
Authority: WO
Inventors: Norikazu Tateishi; Takashi Ohsawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2005-06-14
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2007-03-13
Also published as: JP2006080024A

Abstract

　Ｈブリッジ形インバータ回路のインバータ３に、高電位側スイッチングトランジスタ１５，１６を駆動するブートストラップ回路と、高電位側スイッチングトランジスタ１５，１６から出力される高電位側の負荷電力より高い電位を印加して常にコンデンサ２３，２８へ充電電流を供給する高電位電源部４とダイオード２０，２５と抵抗２１，２６とを備えた。

Description

明細書

放電灯点灯装置

技術分野

[0001] この発明は、放電灯の点灯開始時に直流電力を長時間供給する放電灯点灯装置に関するものである。

背景技術

[0002] 放電灯点灯装置には、放電灯へ交流電圧を印加するインバータ回路が備えられ、一般に Hブリッジ形インバータ回路が使用されている。 Hブリッジ形インバータ回路は、交流電圧の高電位側を出力するスイッチング素子と低電位側を出力するスィッチング素子によって構成され、このスイッチング素子には、例えば電界効果トランジスタ（以下、 FETと記載する）が用いられる。 Hブリッジ形インバータ回路には、高電位側を出力する FETを駆動させるブートストラップ回路を備えたものがある。ブートストラップ回路を備えた Hブリッジ形インバータ回路は、高電位側 FETが OFF状態、また、この高電圧側 FETに直列接続された低電位側 FETが ON状態のとき、ブートストラップ回路を構成するコンデンサに充電を行い、この充電によってコンデンサに生じた電圧を ON状態の高電位側 FETのゲートへ印加して当該 FETの ON状態を安定させ、放電灯へ交流電力を出力している（例えば、特許文献 1参照)。

[0003] また、フルブリッジ回路を用いた駆動回路にぉ、て、当該フルブリッジ回路のトランジスタのゲートにブートストラップ回路を接続したものがある。この回路は、ブートストラップ回路のコンデンサに蓄積されている電荷が不足したとき、電荷を補う補助コンデンサを備えたもので、フルブリッジ回路において対向するトランジスタの ONZOFF状態が切り替えられたとき、自らのゲートに接続されているブートストラップ回路の補助コンデンサに充電が行われるように構成したものである。なお、この回路構成ではフルブリッジ回路力交流電力が出力されないと補助コンデンサに充電電流が供給されない (例えば、特許文献 2参照)。

[0004] 特許文献 1 :特開 2000— 166258号公報 (第 4頁、図 2)

特許文献 2 :特開平 11— 69842号公報 (第 4, 5頁、図 1) [0005] 従来の放電灯点灯装置は以上のように構成されて!、るので、放電灯の点灯開始時に放電現象が安定するまで定常点灯時よりも長く高電位側スイッチング素子の ON状態を維持するために容量の大きなコンデンサを備える必要があり、大容量のコンデンサを搭載するスペースを確保しなければならないと共に当該大容量のコンデンサを備えることによってコストが高くなるという課題があった。

[0006] この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、大容量のコンデンサを使用することなく放電灯の点灯開始時に長時間直流電力を出力することができる放電灯点灯装置を得ることを目的とする。

発明の開示

[0007] この発明に係る放電灯点灯装置は、 Hブリッジ形インバータ回路を構成する高電位側スイッチング素子のゲート電圧確保用電源としてのブートストラップ回路のコンデンサと、このコンデンサに Hブリッジ形インバータ回路の高電位側より高、電位でコンデンサに充電電流を供給する充電手段とを備えたものである。

[0008] このことによって、大容量のコンデンサを備えることなく点灯開始時に長時間直流電力を出力することができると、う効果がある。

図面の簡単な説明

[0009] [図 1]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。

[図 2A]実施の形態 1による放電灯点灯装置の Hブリッジ形のインバータ回路の一部分を示す回路図である。

[図 2B]高電位側スイッチングトランジスタの動作状態とブートストラップ回路のコンデンサに流れる電流を示す説明図である。

[図 3A]実施の形態 1による放電灯点灯装置の回路の一部を示す説明図である。

[図 3B]実施の形態 1による放電灯点灯装置の回路の一部を示す説明図である。

[図 3C]ダイオードに流れる電流とダイオードの両端電圧とを示した説明図である。

[図 4]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 5]この発明の実施の形態 3による放電灯点灯装置の概略構成を示す回路図である。

発明を実施するための最良の形態 [0010] 以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。

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。電源 1はバッテリなどの直流電源で、直流電圧を DCZDCコンバータ（コンバータ回路） 2などへ供給するように接続される。 DCZDCコンバータ 2は、その出力電圧が Hブリッジ形インバータ回路 (以下、インバータと略称する） 3へ供給するように接続される。インバータ 3はィグナイタ 5を介して HIDバルブ (放電灯） 6へ負荷電力を供給するように接続される。

電源 1の高電位側は DCZDCコンバータ 2のトランス 7の一次側巻き線の一端へ接続される。トランス 7の一次側巻き線の他端には、例えば MOSトランジスタであるトランジスタスイッチ 8のドレインが接続され、このトランジスタスィッチ 8のソースは電源 1 の低電位側へ接続される。トランジスタスィッチ 8のゲートには、図示を省略した発振器等力パルス信号が入力される。トランス 7の二次側巻き線の一端にはダイオード 9 のアノードとコンデンサ 11の一端が接続される。ダイオード 9の力ソードにはコンデンサ 10の一端が接続される。コンデンサ 10の他端はトランス 7の二次側巻き線の他端に接続される。コンデンサ 10とトランス 7の二次側巻き線の接続点は接地される。 DC /DCコンバータ 2は、このように接続されたトランス 7、トランジスタスィッチ 8、ダイォード 9、及び、コンデンサ 10により構成される。

[0011] DCZDCコンバータ 2のダイオード 9に一端が接続されたコンデンサ 11は、その他端がダイオード 12の力ソードとダイオード 13のアノードとの接続点に接続される。ダイオード 12のアノードにはコンデンサ 14の一端が接続される。コンデンサ 14の他端はダイオード 13の力ソードに接続される。また、ダイオード 12とコンデンサ 14の接続点は、 DC/DCコンバータ 2のコンデンサ 10とダイオード 9の接続点に接続される。このように接続されたコンデンサ 11、ダイオード 12, 13、及び、コンデンサ 14により高電位電源部 (充電手段、昇圧回路) 4が構成される。

図 1では、高電位電源部 4と DCZDCコンバータ 2とを分けて示している力ダイォード 12, 13、コンデンサ 11, 14を DCZDCコンバータ 2の構成要素とし、高電位電源部 4を DCZDCコンバータ 2の一部分として構成してもよ!/、。このときの DCZDCコンバータ 2は、後述するスイッチングトランジスタ 15, 16のドレインへ供給する電力と、ダイオード (充電手段） 20, 25及び抵抗 (充電手段、電流制限手段） 21, 26を介してコンデンサ（ブートストラップ回路のコンデンサ） 23, 28へ電力を出力するものとなる。このコンデンサ 23, 28は、 Hブリッジ形インバータ回路を構成する高電位側スィッチング素子のゲート電圧確保用電源として機能する。

[0012] インバータ 3は、前述のように Hブリッジ形インバータ回路を成すもので、例えば N 型 MOSトランジスタのスイッチングトランジスタ 15〜 18をスイッチング素子としたものである。高電位側の電力を出力するスイッチングトランジスタ 15, 16のゲートには、後述するように構成されるブートストラップ回路が接続される。

ダイオード 19のアノードには、電源 1から電圧 Vccが印加される。ダイオード 19の力ソードは、抵抗 21, 22及びコンデンサ 23の一端に接続される。抵抗 21の他端は、ダィオード 20の力ソードに接続される。ダイオード 20のアノードは、高電位電源部 4のダイオード 13とコンデンサ 14との接続点に接続される。抵抗 22の他端はスィッチングトランジスタ 15のゲートに接続される。抵抗 22とスイッチングトランジスタ 15のゲートとの接続点はドライブトランジスタ 31のコレクタに接続される。ドライブトランジスタ 31 のベースには抵抗 35が接続される。スイッチングトランジスタ 15のドレインは、 DC/ DCコンバータ 2の電力出力部となるダイオード 9とコンデンサ 10の接続点に接続される。スイッチングトランジスタ 15のソースは、コンデンサ 23の他端とスイッチングトランジスタ 17のドレインに接続される。また、この接続点はインバータ 3の交流電力の出力部となり、ィグナイタ 5を介して HIDバルブ 6の一端側に接続される。

スイッチングトランジスタ 17のソースは接地される。スイッチングトランジスタ 17のゲートは、抵抗 29の一端とドライブトランジスタ 32のコレクタが接続される。抵抗 29の他端は、電源 1の電圧 Vccの印加端子に接続される。ドライブトランジスタ 32のベースは抵抗 36の一端が接続される。

[0013] ダイオード 24のアノードには、電源 1から電圧 Vccが印加される。ダイオード 24の力ソードは、抵抗 26, 27及びコンデンサ 28の一端に接続される。抵抗 26の他端は、ダィオード 25の力ソードに接続される。ダイオード 25のアノードは、高電位電源部 4のダイオード 13とコンデンサ 14との接続点に接続される。抵抗 27の他端はスィッチングトランジスタ 16のゲートに接続される。抵抗 27とスイッチングトランジスタ 16のゲートとの接続点はドライブトランジスタ 33のコレクタに接続される。ドライブトランジスタ 33 のベースには抵抗 37が接続される。スイッチングトランジスタ 16のドレインは、 DC/ DCコンバータ 2のダイオード 9とコンデンサ 10との接続点に接続される。スイッチングトランジスタ 16のソースは、コンデンサ 28の他端とスイッチングトランジスタ 18のドレインに接続される。また、この接続点はインバータ 3の出力部となり、ィグナイタ 5を介して HIDバルブ 6の他端に接続される。

スイッチングトランジスタ 18のソースは接地される。スイッチングトランジスタ 18のゲートは、抵抗 30の一端とドライブトランジスタ 34のコレクタが接続される。抵抗 30の他端には電源 1の電圧 Vccの印加端子に接続される。ドライブトランジスタ 34のベースは抵抗 38の一端が接続される。

[0014] 抵抗 35の他端と抵抗 38の他端が接続され、この接続点に図示されない制御手段等カゝら駆動信号 aが入力される。また、抵抗 36の他端と抵抗 37の他端が接続され、この接続点に図示されない制御手段等力駆動信号 bが入力される。ドライブトランジスタ 31〜34は、例えば NPN型バイポーラトランジスタ力もなり、それぞれェミッタは接地される。実施の形態 1による放電灯点灯装置のインバータ 3は、このように接続構成され、高電位側スイッチングトランジスタ 15は、ダイオード 19、抵抗 22、コンデンサ 23、トランジスタ 31、及び抵抗 35によって構成されるブートストラップ回路により駆動される。また、同様に高電位側スイッチングトランジスタ 16は、ダイオード 24、抵抗 27 、コンデンサ 28、トランジスタ 33、及び抵抗 37によって構成されるブートストラップ回路により駆動される。

[0015] 次に動作について説明する。

電源 1から例えば直流電圧 12 [V]の電圧 Vccを供給された DCZDCコンバータ 2 は、トランス 7の一次側巻き線に接続されたトランジスタスィッチ 8が外部力入力されたパルス信号に基づいて ONZOFF動作を繰り返すことにより、一次側巻き線に流れる電流を ONZOFFして、トランス 7の二次側巻き線に誘導起電力を発生させる。トランス 7の二次側巻き線に生じた電流は、ダイオード 9により一定方向に整流され、またコンデンサ 10により平滑される。 DCZDCコンバータ 2は、ダイオード 9の力ソードとコンデンサ 10の接続点から、例えば 85Vに昇圧した直流電力を出力する。 DC/D Cコンバータ 2から出力された直流電力はインバータ 3へ入力され、トランジスタ 15, 1 6のドレインへ供給される。

[0016] インバータ 3の高電位側スイッチングトランジスタ 15のゲートには、ドライブトランジスタ 31の ONZOFF動作により、当該スイッチングトランジスタ 15が ON状態となる電圧 (以下、各スイッチングトランジスタ 15〜18が ON状態となるゲート電圧を ON電圧と記載する）、あるいはスイッチングトランジスタ 15が OFF状態となる電圧（以下、各スィツチングトランジスタ 15〜18が OFF状態となるゲート電圧を OFF電圧と記載する）のいずれかが印加される。ドライブトランジスタ 31の ONZOFF状態は、抵抗 35を介して当該ドライブトランジスタ 31のベースへ入力される駆動信号 aによって設定される。高電位側スイッチングトランジスタ 16のゲートには、ドライブトランジスタ 33の ONZ OFF動作により ON電圧あるいは OFF電圧が印加される。ドライブトランジスタ 33の ONZOFF状態は、抵抗 37を介して当該ドライブトランジスタ 33のベースへ入力される駆動信号 bによって設定される。

[0017] 高電位側スイッチングトランジスタ 15に直列接続された低電位側スイッチングトランジスタ 17のゲート電圧は、抵抗 29を介して印加される電圧 Vccをドライブトランジスタ 32の ON/OFF動作によってスイッチングトランジスタ 17の ON電圧あるいは OFF 電圧に設定する。ドライブトランジスタ 32の ONZOFF状態は、抵抗 36を介して当該ドライブトランジスタ 32のベースへ入力される駆動信号 bによって設定される。高電位側スイッチングトランジスタ 16に直列接続された低電位側スイッチングトランジスタ 18 のゲート電圧は、抵抗 30を介して印加される電圧 Vccをドライブトランジスタ 34の ON ZOFF動作によってスイッチングトランジスタ 18の ON電圧あるいは OFF電圧に設定する。ドライブトランジスタ 34の ONZOFF状態は、抵抗 38を介して当該ドライブトランジスタ 34のベースへ入力される駆動信号 aによって設定される。

[0018] このようにして、高電位側スイッチングトランジスタ 15と低電位側スイッチングトランジスタ 18は駆動信号 aにより、また高電位側スイッチングトランジスタ 16と低電位側スィツチングトランジスタ 17は駆動信号 bによって ONZOFF動作が制御され、高電位側スイッチングトンランジスタ 15と低電位佃 jスイッチングトランジスタ 18は同時に ON状態あるいは OFF状態となるように駆動され、高電位側スィッチングトランジスタ 16と低電位側スイッチングトランジスタ 17は同時に ON状態あるいは OFF状態となるように駆動される。

駆動信号 aと駆動信号 bは、交互に ON状態あるいは OFF状態を示すもので、高電位側スイッチングトランジスタ 15, 16は交互に ON状態あるいは OFF状態になり、スイッチングトランジスタ 15, 16の各ソースから交互に高電位側の負荷電流が出力され、低電位側スイッチングトランジスタ 17, 18も交互に ON状態あるいは OFF状態になり、スイッチングトランジスタ 17, 18の各ドレインが交互に接地接続され、インバータ 3 力 HIDバルブ 6へ電力供給が行われる。

[0019] HIDバルブ 6の点灯を開始する場合は、インバータ 3から直流電力を出力させておき、この直流電力にィグナイタ 5によって発生させた例えば 400[V]程度の高電位のパルス電圧をカ卩えて HIDバルブ 6へ供給する。ィグナイタ 5の電力供給が済んだ後、インバータ 3は、 HIDバルブ 6の放電現象が定常点灯時の状態になるまで直流電力の出力を続け、 HIDバルブ 6に直流の負荷電流を流し続ける。インバータ 3から直流電力を出力し続ける間は、 Hブリッジ形インバータ回路にぉ、て対を成す高電位側スイッチングトランジスタと低電位佃 jスイッチングトランジスタとを ON状態に保つように、また、これらのスイッチングトランジスタに対向する各スイッチングトランジスタを OFF 状態に保つように駆動する。この駆動制御は、駆動信号 a, bによって行われる。 HID バルブ 6が定常点灯状態になった後、インバータ 3は周期的に負荷電流の向きを切り替えて交流電力を出力する。

[0020] 図 2Aは、実施の形態 1による放電灯点灯装置の Hブリッジ形のインバータ回路の一部分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、その説明を省略する。この図は、図 1に示した高電位側スイッチングトランジスタ 15に接続されるブートストラップ回路の部分を抽出した回路図である。

図 2Bは、高電位側スイッチングトランジスタの動作状態とブートストラップ回路のコンデンサに流れる電流を示す説明図である。この図は、例えば高電位側スイッチングトランジスタ 15の ONZOFFの各状態においてコンデンサ 23に流れる電流 Icを示したものである。スイッチングトランジスタ 15が ON状態に駆動されたとき、当該スィッチングトランジスタ 15のゲート Zソース間に存在する静電容量に充電が行われるため、コンデンサ 23に蓄積されているエネルギが吸収され、コンデンサ 23から電流 Icが急峻に流れ出る。コンデンサ 23から流れ出る電流 Icは、図 2Aに実線の矢印 Xで示したように回路中を流れ、スイッチングトランジスタ 15を ON状態に駆動したとき、概ねスィツチングトランジスタ 15のゲート電流となる。

また、スイッチングトランジスタ 15が OFF状態になったとき、電流 Icはコンデンサ 23 に流れ込む充電電流になる。このとき回路中には図 2Aに破線の矢印 Yで示したように電流 Icが流れ、ダイオード 19を介して電源 1から供給される電流がコンデンサ 23 へ流れ込み、充電が行われる。コンデンサ 23は、このようにスイッチングトランジスタ 1 5の ON状態において放出した電力エネルギを補う。

コンデンサ 23には、図 1や図 2Aに示したように抵抗 21及びダイオード 20を介して高電位電源部 4の出力電力が供給される。コンデンサ 23には、スイッチングトランジスタ 15が ON状態になりスイッチングトランジスタ 15とコンデンサ 23の接続点の電位が高くなつたときでもコンデンサ 23に充電が行われるように、スイッチングトランジスタ 15のドレインに印加されている電位、またはスイッチングトランジスタ 15のソース電位即ち負荷電力の高電位側よりも高い電位が印加される。また、コンデンサ 23には、ィンバータ 3が動作している間は常に高電位電源部 4から前述のような高電位が印加され、抵抗 21によって制限された電流が流れ込む。このようにスイッチングトランジスタ 15を駆動するブートストラップ回路に充電手段を構成するダイオード 20と抵抗 21とを接続することによりコンデンサ 23に充電を行い続け、当該コンデンサ 23の両端電圧力 S小さくなることを抑え、スイッチングトランジスタ 15を ON状態に保つことができる電圧値にコンデンサ 23の両端電圧を維持している。

そのため、コンデンサ 23を備えたブートストラップ回路は、スイッチングトランジスタ 1 5のゲート Zソース間の静電容量にエネルギを吸収された後でも、コンデンサ 23から流れ出る電流 Icが補われ、スイッチングトランジスタ 15のゲートの漏れ電流と、スイツチングトランジスタ 15を駆動するブートストラップ回路の消費電流とを流し続けることができ、スイッチングトランジスタ 15のゲート電圧が確保される。 [0022] このように高電位電源部 4からコンデンサ 23へ高電位の電力供給を行うことにより、コンデンサ 23の容量に依存することなくスイッチングトランジスタ 15の ON時間を長く保つことができ、駆動信号 aによって ON状態力 OFF状態へ切り替え制御されるまで、スイッチングトランジスタ 15の ON状態を維持することができる。

ここではスイッチングトランジスタ 15について、またスイッチングトランジスタ 15に接続されたブートストラップ回路や当該回路のコンデンサ 23、ダイオード 20、抵抗 21について動作を説明した力 Hブリッジ形のインバータ 3において、高電位側スィッチングトランジスタ 15と対を成す高電位側スイッチングトランジスタ 16も同様に動作し、当該スイッチングトランジスタ 16に接続されたブートストラップ回路や、コンデンサ 23に相当するコンデンサ 28も前述の説明と同様に動作 Z作用する。スイッチングトランジスタ 16を駆動するブートストラップ回路のダイオード 24はダイオード 19に、抵抗 27は抵抗 22に相当し、また、ダイオード 25はダイオード 20に、抵抗 26は抵抗 21に相当する。ここではスイッチングトランジスタ 16やこれに接続されるブートストラップ回路、当該回路のコンデンサ 28の動作説明を省略する。

また、抵抗 21からコンデンサ 23へ印加される電位は、コンデンサ 23に充電を行うため前述のような高電位となる力抵抗 21からコンデンサ 23へ流れる電流は、スィッチングトランジスタ 15のゲートの漏れ電流とブートストラップ回路の消費電流とを合わせた電流と同等またはそれ以上であればよぐ抵抗 21により制限された電流は微小なものになる。これは抵抗 26からコンデンサ 28へ流れる電流も同様である。このようにコンデンサ 23, 28へ常に流される充電電流を小さく抑えることにより、高電位電源部 4さらに DCZDCコンバータ 2の負荷が軽減される。

[0023] 放電灯の定常点灯時は、スイッチングトランジスタ 15〜18の各 ON状態を 1. 25 [m Sec. ]維持するだけでよいので、容量の少ないコンデンサ 23, 28を使用してもブートストラップ回路は十分な動作を行うことが可能であるが、点灯開始時は放電現象が安定するまで定常点灯時よりも長くスイッチングトランジスタ 15〜 18の ON状態を保つ必要があり、概ね 1 [Sec. ]弱の間 ON状態を維持しなければならない。高電位側スイッチングトランジスタ 15, 16の ON状態を長時間維持するためには、スイッチングトランジスタ 15, 16のゲート電圧を長時間に渡って安定させる必要があり、この発明ではコンデンサ 23, 28の各両端電圧が小さくならないように、前述のようにインバータ 3が動作している間は常に、コンデンサ 23にはダイオード 20及び抵抗 21を介して、またコンデンサ 28にはダイオード 25及び抵抗 26を介して充電を行っている。このように動作することにより、点灯開始時に高電位側スイッチングトランジスタ 15, 16の O N状態を長時間保っためにコンデンサ 23, 28の容量を大きくする必要がなくなり、定常点灯時に適合させた比較的小さ、容量のコンデンサ 23, 28をブートストラップ回路に使用することが可能になる。

[0024] 図 3A及び図 3Bは、実施の形態 1による放電灯点灯装置の回路の一部を示す説明図である。図 1に示したものと同一部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。図 3Aは、 DC/DCコンバータのトランス 7の二次側巻き線に接続されるダイオード 9 及びコンデンサ 10を示したもので、図 3Bは、トランス 7の二次側巻き線に接続されるダイオード 9、コンデンサ 10、コンデンサ 11、また高電位電源部 4を構成するダイォード 12, 13、コンデンサ 14を示したものである。

図 3Cは、ダイオードに流れる電流とダイオードの両端電圧とを示した説明図である。この図は、図 3Aに示した回路のダイオード 9に流れる電流 IDとダイオード 9の両端電圧 VDの経時変化を示したものである。

DCZDCコンバータ 2のトランス 7の二次側巻き線に生じた誘導起電力は、ダイォード 9により整流され、図 3Cに示したような電流 IDが流れる。この電流 IDが流れるとき、ダイオード 9の両端に図 3Cに示したような電圧 VDが生じる。ダイオード 9に順方向の電流 IDが流れるときには、ダイオード 9の両端において電圧降下が生じ、図 3C に示した電圧 VDが発生する。トランス 7の二次側巻き線に発生した誘導起電力がダィオード 9を介してエネルギを回生させるとき、即ちダイオード 9に逆方向電流を流すように誘導起電力が発生して、るときは、図 3Cに示した 0 [ A]よりも低、値の電流 ID が流れる。この逆方向電流は誘導起電力の発生する方向が変わるときに流れ、ダイオード 9には、図 3Cに示したように逆方向の電流 IDが遮断されて 0[A]に収束するとき、電圧 VDの波形にぉ、て矩形波のアンダーシュート部分のように表されたサージ電圧が印加される。

[0025] このサージ電圧は、例えば電圧 400[V]の電圧を発生させているときには、トランスの二次側巻き線において 800[V]程度に達することもある。サージ電圧によるダイォード 9の破損を防ぐため、ダイオード 9は耐電圧定格の大きなものを使用しなければならない。

実施の形態 1による放電灯点灯装置では、図 3Bに示したようにトランス 7の二次側巻き線とダイオード 9のアノードとの接続点にコンデンサ 11を接続し、ダイオード 9に逆方向電流を流すようにトランス 7の二次側巻き線に発生したエネルギを、即ちサージ電圧をダイオード 12を介してコンデンサ 11に吸収させて!/、る。コンデンサ 11に蓄積されたエネルギは、高電位電源部 4の動作に使用される。コンデンサ 11にサージ電圧を吸収させることにより、耐電圧定格の低いダイオード素子をダイオード 9として使用することができ、コスト抑制を図ることができる。

[0026] 図 1に示した高電位電源部 4は、 DCZDCコンバータ 2の出力電圧を入力して昇圧するものである。高電位電源部 4は、ダイオード 9の力ソード力も電力を入力し、ダイォード 9の力ソードの電位にコンデンサ 14に蓄積されているエネルギによって生じる電位を上乗せした電位を出力する。このように高電位電源部 4の出力電位は、ダイォード 9の力ソードの電位、即ち Hブリッジ形のインバータ 3の高電位側スイッチングトランジスタ 15, 16に印加される電位よりも高くなる。コンデンサ 11に蓄積されたサージ電圧のエネルギは、ダイオード 9からダイオード 12へ電流が流れた後、ダイオード 12からダイオード 13へ電流が流れてコンデンサ 14の両端電圧がダイオード 9の力ソード電位即ち DCZDCコンバータ 2の出力電圧に上乗せされるときに使用され、簡単に構成された高電位電源部 4によってインバータ 3を効率よく動作させることができる。

[0027] 以上のように実施の形態 1によれば、高電位側スイッチングトランジスタ 15, 16を駆動するブートストラップ回路のコンデンサ 23, 28に、常に充電を行う高電位電源部 4 、ダイオード 20, 25、抵抗 21, 26を備えたので、定常点灯時に適合させた小さい容量のコンデンサ 23, 28をブートストラップ回路に使用したときでも長時間高電位側スイッチングトランジスタ 15, 16を ON状態に保つことができ、インバータ 3から放電灯の点灯開始時に直流の負荷電力を長時間供給することができるという効果がある。また、大容量のコンデンサを使用することなくインバータ 3を構成することができるので、インバータ 3の小型化が図れ、またコストを抑制することができるという効果がある [0028] 実施の形態 2.

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、その説明を省略する。実施の形態 2による放電灯点灯装置は、図 1に示した高電位電源部 4〖こ代えて DCZDCコンバータ (充電手段、昇圧回路) 40を備えたもので、その他の構成は実施の形態 1にお、て説明した放電灯点灯装置と同様である。ここでは実施の形態 1の放電灯点灯装置と同様に構成された部分の説明を省略する。図 4に示した放電灯点灯装置は、 DCZDCコンバータ 2の出力電位よりも高い出力電位が得られる DCZDCコンバータ 40を備え、 DCZDCコンバータ 40の出力電力をダイオード 2 0, 25のアノードへ供給するように構成したものである。図 4に例示した DCZDCコンバータ 40は、電源 1の出力電圧 Vccを入力するものである力 DCZDCコンバータ 4 0は、 DCZDCコンバータ 2よりも高い電位を出力するものであれば、どのようなものでもよぐ DCZDCコンバータ 40へ電力を供給する電源は図示した電源 1に限定されず、入力電圧も電圧 Vccに限定されない。

[0029] 次に動作について説明する。

実施の形態 2による放電灯点灯装置は、 DCZDCコンバータ 40から出力された電位をコンデンサ 23, 28へ印加する以外は、実施の形態 1で説明したものと同様に動作するもので、ここではその説明を省略する。 DCZDCコンバータ 40から出力される電位は、図 1に示した高電位電源部 4から出力されるものと同様に、図 4に示したスィツチングトランジスタ 15が ON状態になり、スイッチングトランジスタ 15とコンデンサ 23 との接続点の電位が高くなつたときでもコンデンサ 23に充電電流が流れるように、スイッチングトランジスタ 15のドレインに印加されている電位、またはスイッチングトランジスタ 15のソース電位即ち負荷電力の高電位側よりも高い電位が印加される。スイツチングトランジスタ 16に接続されているコンデンサ 28も同様に、スイッチングトランジスタ 16が ON状態になったときでも充電電流が流れるようにスイッチングトランジスタ 1 6のドレインに印加されている電位よりも高い電位が DC/DCコンバータ 40によって印加される。なお、図 4に示したコンデンサ 23はダイオード 20と抵抗 21を介して、またコンデンサ 28はダイオード 25と抵抗 26を介して DCZDCコンバータ 40から高電位が印加される。図 4に示したダイオード 20, 25、抵抗 21, 26の作用効果は、実施の形態 1で図 1を用いて説明したものと同様である。

[0030] 以上のように実施の形態 2によれば、高電位側スイッチングトランジスタ 15, 16を駆動するブートストラップ回路のコンデンサ 23, 28に、常に充電を行う DCZDCコンパータ 40、ダイオード 20, 25、抵抗 21, 26を備えたので、定常点灯時に適合させた小さい容量のコンデンサ 23, 28をブートストラップ回路に使用したときでも長時間スイツチングトランジスタ 15, 16を ON状態に保つことができ、インバータ 3から放電灯の点灯開始時に直流の負荷電力を長時間供給することができるという効果がある。

また、大容量のコンデンサを使用することなくインバータ 3を構成することができるので、インバータ 3の小型化が図れ、またコストを抑制することができるという効果がある

[0031] 実施の形態 3.

図 5は、この発明の実施の形態 3による放電灯点灯装置の概略構成を示す回路図である。図 1, 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、その説明を省略する。図 5は、実施の形態 3による放電灯点灯装置の一部分の回路図で、 IC46を使用した Hブリッジ形インバータ回路の一部分を示したものである。図 5に示した DC/DCコンバータ 2aは図 1の DC/DCコンバータ 2に相当し、電源 1から入力した電圧を昇圧する。図 5に示した DCZDCコンバータ 40aは図 4の DCZDCコンバータ 40に相当し、例えば電源 1の電力を入力して DCZDCコンバータ 2aの出力電圧よりも高い電圧を出力する。電源 1から電力を入力する制御電源部 laは、ブートストラップ回路へ電力を制御して供給するもので、例えば直流電圧 12 [V]の電力を出力する。

[0032] IC46は、 Hブリッジ形インバータ回路のスイッチングトランジスタを駆動するブートストラップ回路を集積した Integrated Circuit (以下 ICと記載する）で、例えば、図 1に示した抵抗 22, 29、スイッチングトランジスタ 31, 32、抵抗 35, 36に相当する回路素子を当該図 1の回路のように接続構成させたものである。 IC46は、例えば図 5に例示したようにダイオード 41やコンデンサ 44を接続する端子を備え、このようにダイオード 41の両端やコンデンサ 44の一端を接続させることにより実施の形態 1で説明したような高電位側スイッチングトランジスタを駆動するブートストラップ回路が構成される。また IC46は、前述の駆動信号 aと駆動信号 bとをそれぞれ入力する端子を備える。 IC4 6の出力端子は、高電位側スイッチングトランジスタ 15aと低電位側スイッチングトランジスタ 17aの各ゲートにそれぞれ接続される。

[0033] IC46の端子と接続されたダイオード 41のアノードは制御電源部 laに接続され、ダィオード 41の力ソードは IC46の端子に接続されると共にコンデンサ 44の一端が接続される。また、この接続点には抵抗 (充電手段、電流制限手段) 43の一端とツエナ一ダイオード (電圧制限素子) 45の力ソードが接続される。抵抗 43の他端はダイォード（充電手段） 42の力ソードが接続され、ダイオード 42のアノードは DCZDCコンパータ 40aに接続される。ツエナーダイオード 52は、ツエナー電圧が例えば 12[V]〜2 0[V]の定格を有するものである。ダイオード 42はダイオード 20等に相当し、抵抗 43 は抵抗 21等に相当する。

[0034] 図 5に示したスイッチングトランジスタ 15aは、図 1等に示したスイッチングトランジスタ 15に相当するもので、図 5のスイッチングトランジスタ 17aは図 1等のスイッチングトランジスタ 17に相当するものである。高電位側スイッチングトランジスタ 15aと低電位側スイッチングトランジスタ 17aは直列接続され、スイッチングトランジスタ 15aのソースとスイッチングトランジスタ 17aのドレインとの接続点が Hブリッジ形インバータ回路の出力部となる。またこの接続点にはコンデンサ 44の他端とツエナーダイオード 45のアノードが接続される。スイッチングトランジスタ 15aのドレインには、 DCZDCコンパータ 2aの出力電力が供給され、スイッチングトランジスタ 17aのソースは接地される。また、実施の形態 3による放電灯点灯装置は、 Hブリッジ形インバータ回路を構成する高電位側スイッチングトランジスタ 15a及び低電位側スイッチングトランジスタ 17aと共に図示を省略した高電位側スイッチングトランジスタと低電位側スイッチングトランジスタとを備え、また、これらのスイッチングトランジスタを駆動する、図示されない IC ィ匕されたブートストラップ回路や当該ブートストラップ回路を成すダイオード、コンデンサ、抵抗等を前記説明と同様に構成している。ここでは、これらの同様に構成された部分の説明を省略する。 [0035] 次に動作について説明する。

実施の形態 3による放電灯点灯装置は、図 5に示したッヱナ一ダイオード 45を備えたことによる動作以外は、実施の形態 1等で説明したものと同様に動作するもので、ここでは実施の形態 1で説明したものと同様な動作について説明を省略し、実施の形態 3による放電灯点灯装置の特徴となる動作を説明する。

図 5に示した放電灯点灯装置は、 Hブリッジ形インバータ回路の高電位側及び低電位側の各スイッチングトランジスタをブートストラップ回路^^積させた IC46により駆動する。一般的に ICの耐電圧やスイッチングトランジスタに使用される MOS型トランジスタのゲート耐電圧は 20 [V]程度で、それ以上の電圧が印加されると破壊するおそれがある。コンデンサ 44には、ダイオード 42及び抵抗 43を介して DC/DCコンパータ 40aから、実施の形態 1で説明した高電位電源部 4から出力される電位と同様な高電位が常に印加され、充電電流が流れ続けることによりコンデンサ 44の両端電圧が IC46などの耐電圧を超える場合がある。コンデンサ 44の両端電圧が例えば 20 [V ]を超えて、この電圧が IC46などに印加されると Hブリッジ形インバータ回路を構成している各素子を破壊してしまう。このような破壊を防ぐため、ツエナーダイオード 45をコンデンサ 44と並列に接続し、ツエナー効果を用ヽてコンデンサ 44の両端電圧を前述のように 12 [V]〜20 [V]の!、ずれかの電圧より大きくならな、ように制限する。ツナー電圧が 12 [V]より低、ツエナーダイオード 45を備えると、制御電源部 laから供給される電流が概ね全てツエナーダイオード 45に流れることになり、各回路が動作することができなくなる。そのため、ツエナー電圧の定格が制御電源部 laの出力電圧よりも高ぐなおかつ IC46などの耐電圧以下もしくはそれより低いものをツエナーダイォード 45として使用する。

[0036] 以上のように実施の形態 3によれば、ブートストラップ回路のコンデンサ 44の両端電圧を、 Hブリッジ形インバータ回路を構成する各素子の耐電圧を超えないように制限するツエナーダイオード 45を備えたので、耐電圧の比較的低!ヽ IC等を使用して回路を構成することができると、う効果がある。

また、 IC等を使用することにより Hブリッジ形インバータ回路のコストを抑制することができるという効果がある。産業上の利用可能性

以上のように、この発明に係る放電灯点灯装置は、大容量のコンデンサを使用することなく放電灯の点灯開始時に長時間直流電力を出力するのに適している。

Claims

請求の範囲

[1] 放電灯へ供給する電力を生成するコンバータ回路と、前記コンバータ回路から出力された電力を用いて前記放電灯へ負荷電力を出力する Hブリッジ形インバータ回路とを備えた放電灯点灯装置において、

前記 Hブリッジ形インバータ回路を構成する高電位側スイッチング素子のゲート電圧確保用電源としてのブートストラップ回路のコンデンサと、

前記コンデンサに前記 Hブリッジ形インバータ回路の高電位側より高い電位で前記コンデンサに充電電流を供給する充電手段とを備えた放電灯点灯装置。

[2] 充電手段は、スイッチング素子が ON状態に駆動されたときブートストラップ回路のコンデンサの両端電圧が維持される大きさに充電電流を制限する電流制限手段を備えたことを特徴とする請求項 1記載の放電灯点灯装置。

[3] 充電手段は、コンバータ回路の出力電圧を昇圧する昇圧回路力なることを特徴とする請求項 1記載の放電灯点灯装置。

[4] 充電手段は、コンバータ回路が放電灯へ供給する電力を生成するとき発生するサージ電圧を吸収し当該吸収したエネルギを充電電流に使用するコンデンサを備えたことを特徴とする請求項 1記載の放電灯点灯装置。

[5] 充電手段は、コンバータ回路の電源の電圧を昇圧する昇圧回路力なることを特徴とする請求項 1記載の放電灯点灯装置。

[6] ブートストラップ回路は、ブートストラップ回路のコンデンサの両端電圧を当該回路を構成する各素子の耐電圧以下に制限する電圧制限素子を備えたことを特徴とする請求項 1記載の放電灯点灯装置。