專利名稱：放電燈點(diǎn)燈電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在適于小型化或高頻化的放電燈點(diǎn)燈電路中，可以可靠地進(jìn)行放電燈的點(diǎn)燈維持的技術(shù)。
背景技術(shù)：
汽車等車輛用的光源所使用的金屬鹵化物燈等放電燈的點(diǎn)燈電路中，已知包括具有DC-DC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的直流電源電路、直流-交流變換電路、起動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)。例如，在直流電源電路中將來(lái)自電池的直流輸入電壓變換為希望的電壓的基礎(chǔ)上，由后級(jí)的直流-交流變換電路變換為交流輸出，對(duì)其疊加起動(dòng)用信號(hào)而供給到放電燈(例如，參照專利文獻(xiàn)1。)。
在放電燈的點(diǎn)燈控制中，控制放電燈點(diǎn)燈前(熄燈時(shí))的無(wú)負(fù)載時(shí)輸出電壓(以下稱作‘OCV’。)，同時(shí)對(duì)放電燈施加起動(dòng)用信號(hào)，從而使該放電燈點(diǎn)燈之后，一邊削減過(guò)渡接通功率一邊使其轉(zhuǎn)移到穩(wěn)定點(diǎn)燈狀態(tài)。
可以舉出直流電源電路中例如采用使用了變壓器的開關(guān)調(diào)整器，而且在直流-交流變換電路中例如使用多對(duì)開關(guān)元件的全橋式結(jié)構(gòu)等。
特開平7-142182號(hào)公報(bào)另外，在現(xiàn)有的點(diǎn)燈電路中，需要直流電源電路所使用的變壓器或構(gòu)成起動(dòng)電路的變壓器，或者增加直流-交流變換電路所使用的開關(guān)元件的數(shù)目等，在電路規(guī)模和成本方面存在問(wèn)題。例如，在對(duì)汽車用照明光源使用放電燈的情況下，需要在有限的空間內(nèi)配置點(diǎn)燈電路(例如，在燈具內(nèi)容納點(diǎn)燈電路單元的情況等)。
在進(jìn)行二級(jí)電壓變換(直流電壓變換和直流-交流變換)的構(gòu)成方式中，電路規(guī)模增大，作為不適于小型化的對(duì)策，考慮將通過(guò)直流-交流變換電路中的一級(jí)電壓變換而升壓的輸出供給到放電燈這樣的結(jié)構(gòu)。例如，舉出利用一個(gè)變壓器和諧振電路，在諧振電壓升壓的基礎(chǔ)上進(jìn)行對(duì)放電燈的電力供給的構(gòu)成方式。在該情況下，成為問(wèn)題的是某種程度允許與變壓器或電容器等部件有關(guān)的特性偏差，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)燈性能的維持，以及在放電燈的起動(dòng)后可靠且迅速地使其轉(zhuǎn)移到穩(wěn)定的點(diǎn)燈狀態(tài)。這些事項(xiàng)例如在對(duì)汽車用照明光源的應(yīng)用中，在充分地確保夜間行駛的安全性上成為必須。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明以簡(jiǎn)化放電燈點(diǎn)燈電路、減少部件件數(shù)和成本，同時(shí)在放電燈的起動(dòng)后可靠地使其轉(zhuǎn)移到穩(wěn)定的點(diǎn)燈狀態(tài)為課題。
本發(fā)明在包括接受直流輸入電壓并進(jìn)行交流變換的直流-交流變換電路、用于對(duì)放電燈供給起動(dòng)用信號(hào)的起動(dòng)電路、用于控制上述直流-交流變換電路輸出的功率的控制部件的放電燈點(diǎn)燈電路中，具有以下所示的結(jié)構(gòu)。
(1)直流-交流變換電路具有由控制部件驅(qū)動(dòng)的多個(gè)開關(guān)元件，和包含電感元件或變壓器以及電容器的串聯(lián)諧振電路。
(2)放電燈的熄燈時(shí)的上述串聯(lián)諧振電路的諧振頻率記做‘f1’，放電燈的點(diǎn)燈時(shí)的上述串聯(lián)諧振電路的諧振頻率記做‘f2’，放電燈的點(diǎn)燈前，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，以使上述開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)頻率緩慢接近f1，同時(shí)將起動(dòng)電路的起動(dòng)用信號(hào)供給到放電燈。
(3)在放電燈開始點(diǎn)燈之后，以放電燈點(diǎn)燈之前的上述開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)頻率作為基準(zhǔn)，通過(guò)規(guī)定為比該驅(qū)動(dòng)頻率高出預(yù)先決定的頻率位移量的驅(qū)動(dòng)頻率，從而使上述開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)頻率轉(zhuǎn)移到比f(wàn)2高的頻率區(qū)域。
從而，在本發(fā)明中，在直流-交流變換電路中，使用多個(gè)開關(guān)元件控制其驅(qū)動(dòng)頻率，同時(shí)使用包含電感元件或變壓器以及電容器的串聯(lián)諧振電路，從而對(duì)電路結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化以及高頻化、高效率化等有效。而且，在使開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)頻率轉(zhuǎn)移到比f(wàn)2高的頻率范圍的情況下的控制中，難以受到電感元件或電容器的特性偏差或溫度特性等引起的f1或f2的變動(dòng)的影響。
根據(jù)本發(fā)明，可以緩和電路部件的特性偏差或周圍條件的變動(dòng)等的影響，并進(jìn)行點(diǎn)燈性能的維持以及向穩(wěn)定的點(diǎn)燈狀態(tài)的可靠的點(diǎn)燈轉(zhuǎn)移。
在直流-交流變換電路包括具有與交流變換以及起動(dòng)用信號(hào)有關(guān)的升壓功能的變壓器的構(gòu)成方式中，由作為諧振元件的電容器和該變壓器的電感分量或與該電容器連接的電感元件形成串聯(lián)諧振電路。而且，是在該變壓器的初級(jí)側(cè)電路中發(fā)生的諧振電壓由該變壓器升壓，對(duì)與次級(jí)側(cè)電路連接的放電燈供給電力的結(jié)構(gòu)。由此，電路結(jié)構(gòu)被簡(jiǎn)化，不必使用多個(gè)變壓器，有利于電路裝置的小型化和低成本化等。
此外，在與上述開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)頻率有關(guān)的控制中，具有用于得到與輸入電壓對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)的電壓-頻率變換電路的構(gòu)成方式中，根據(jù)該電壓-頻率變換電路的輸出信號(hào)的頻率來(lái)控制開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)頻率。而且，在放電燈的點(diǎn)燈開始后，通過(guò)電壓-頻率變換電路的輸出量變化一定量，上述預(yù)先決定的頻率位移量被規(guī)定。由此，對(duì)于驅(qū)動(dòng)頻率的精度提高等有效，而不會(huì)伴隨控制結(jié)構(gòu)或控制的復(fù)雜化等。
在使放電燈起動(dòng)，放電燈開始了點(diǎn)燈的情況下，不會(huì)使上述開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)頻率突然變化，在點(diǎn)燈開始之后的預(yù)先決定的期間中將驅(qū)動(dòng)頻率固定，這在提高放電燈的點(diǎn)燈維持的可靠性上較好。而且，在該期間中，使對(duì)電壓-頻率變換電路的輸入量變化一定量，在該期間經(jīng)過(guò)后，以上述預(yù)先決定的頻率位移量提高開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)頻率，從而使其移動(dòng)到比上述f2高的頻率區(qū)域即可。


圖1是表示本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)例的圖。
圖2是用于說(shuō)明控制方式的圖。
圖3是表示控制部件的電路結(jié)構(gòu)例的圖。
圖4是表示控制部件的主要部分的電路圖。
圖5是概略地表示圖4的各部分的信號(hào)波形的圖。
圖6是表示V-F變換電路的結(jié)構(gòu)例的圖。
圖7是用于說(shuō)明控制動(dòng)作的圖。
符號(hào)說(shuō)明1…放電燈點(diǎn)燈電路，3…直流-交流變換電路，4…起動(dòng)電路，5H、5L…開關(guān)元件，6…控制部件，7…變壓器，8…電容器，9…電感元件，10…放電燈具體實(shí)施方式
圖1是表示本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)例的圖，放電燈點(diǎn)燈電路1包括從直流電源2接受電源供給的直流-交流變換電路3和起動(dòng)電路4。
直流-交流變換電路3為了從直流電源2接受直流輸入電壓(參照?qǐng)D的‘+B’)并進(jìn)行交流變換以及升壓而設(shè)置。在本例中，包括兩個(gè)開關(guān)元件5H、5L、進(jìn)行它們的驅(qū)動(dòng)控制的控制部件6。換言之，高級(jí)側(cè)的開關(guān)元件5H的一端連接到電源端子，該開關(guān)元件的另一端經(jīng)由低級(jí)側(cè)的開關(guān)元件5L接地，各元件5H、5L通過(guò)控制元件6交互地導(dǎo)通/截止。另外，在圖中，為了簡(jiǎn)便而以開關(guān)的記號(hào)表示部件5H、5L，但使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)或雙極晶體管等半導(dǎo)體開關(guān)元件。
在本發(fā)明的應(yīng)用中，直流-交流變換電路3具有包含電感元件或變壓器以及電容器的串聯(lián)諧振電路。在本例中，直流-交流變換電路3具有用于功率變換的變壓器7，在其初級(jí)側(cè)使用利用了諧振用電容器8、電感器或電感分量的諧振現(xiàn)象的電路結(jié)構(gòu)。換言之，作為構(gòu)成方式，例如，舉出以下三組。
(I)利用諧振用電容器8和電感元件的諧振的方式(II)利用諧振用電容器8和變壓器7的漏電感的諧振的方式(III)利用諧振用電容器8、電感元件以及變壓器7的漏電感的諧振的方式首先，在上述(I)中，附加設(shè)置諧振用線圈等電感元件9，例如，將該元件的一端與諧振用電容器8連接，將該諧振用電容器8連接到開關(guān)元件5H和5L的連接點(diǎn)。然后，舉出將電感元件9的另一端連接到變壓器7的初級(jí)繞組7p的結(jié)構(gòu)。
此外，在上述(II)中，通過(guò)利用變壓器7的電感分量，從而不需要諧振用線圈等的追加。換言之，將諧振用電容器8的一端與開關(guān)元件5H和5L的連接點(diǎn)連接，將該電容器8的另一端與變壓器7的初級(jí)繞組7p連接即可。
在上述(III)中，可以使用電感元件9和漏電感的串聯(lián)合成電抗。
在任何的方式中，只要利用諧振用電容器8和電感性元件(電感分量或電感元件)的串聯(lián)諧振，將開關(guān)元件5H、5L的驅(qū)動(dòng)頻率規(guī)定為串聯(lián)諧振頻率以上的值，交替地使該開關(guān)元件導(dǎo)通/截止，就可以進(jìn)行與變壓器7的次級(jí)繞組7s連接的放電燈10(例如，車輛用燈具所使用的金屬鹵化物燈等)的正弦波點(diǎn)燈。另外，在控制部件6對(duì)各開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)控制中，為了不使開關(guān)元件都成為導(dǎo)通狀態(tài)而需要相反地對(duì)各個(gè)元件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)(根據(jù)導(dǎo)通占空(onduty)的控制等。)。此外，對(duì)于串聯(lián)諧振頻率，將點(diǎn)燈前的諧振頻率記做‘f1’，將點(diǎn)燈狀態(tài)下的諧振頻率記做‘f2’，將諧振用電容器8的靜電電容記做‘Cr’，將電感元件9的電感記做‘Lr’，將變壓器7的初級(jí)側(cè)電感記做‘Lp1’時(shí)，例如，在上述方式(III)中，在放電燈的點(diǎn)燈前，‘f1=1/(2·π·(Cr·(Lr+Lp1)))]]>’。例如，由于驅(qū)動(dòng)頻率低于f1時(shí)，開關(guān)元件的損失增大，效率惡化，所以進(jìn)行比f(wàn)1高的頻率區(qū)域內(nèi)的開關(guān)動(dòng)作。此外，在放電燈點(diǎn)燈后，為‘f2 在該情況下，在比f(wàn)2高的頻率區(qū)域內(nèi)進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作。
起動(dòng)電路4為了對(duì)放電燈10供給起動(dòng)用信號(hào)而設(shè)置，起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電路4的輸出電壓由變壓器7升壓后被施加到放電燈10(對(duì)交流變換的輸出疊加起動(dòng)用信號(hào)后供給到放電燈10。)。在本例中，表示了將起動(dòng)電路4的輸出端子的一方連接到變壓器7的初級(jí)繞組7p的中途，將另一方的輸出端子連接到初級(jí)繞組7p的一端(地側(cè)端子)的方式。不限于此，例如，可舉出得到從變壓器7的次級(jí)側(cè)向起動(dòng)電路的輸入電壓的方式，或設(shè)置與電感元件9一起構(gòu)成變壓器的輔助繞組(后述的繞組11)，得到從該輔助繞組對(duì)起動(dòng)電路的輸入電壓的方式等。
如圖1所示，在由直流-交流變換電路3進(jìn)行從直流輸入向交流的變換以及升壓，并進(jìn)行放電燈的功率控制的電路方式中，在檢測(cè)放電燈10中流過(guò)的電流或?qū)Ψ烹姛?0施加的電壓的情況下，例如，對(duì)諧振用電感元件9追加繞組，或?qū)ψ儔浩?追加繞組，從而可以得到放電燈的電流檢測(cè)值以及電壓檢測(cè)值。
在圖1所示的例子中，與電感元件9一起形成變壓器的輔助繞組11為了檢測(cè)放電燈10中流過(guò)的電流的相當(dāng)電流而設(shè)置，該輔助繞組11的輸出被發(fā)送到電流檢測(cè)電路12。換言之，對(duì)于放電燈的電流檢測(cè)，使用電感元件9以及輔助繞組11進(jìn)行，該檢測(cè)結(jié)果被發(fā)送到控制部件6，利用于放電燈10的功率控制或點(diǎn)燈熄燈的判別。
此外，關(guān)于對(duì)放電燈10進(jìn)行的電壓檢測(cè)，例如，根據(jù)變壓器7中設(shè)置的檢測(cè)用繞組7v的輸出進(jìn)行。在本例中，檢測(cè)用繞組7v的輸出被發(fā)送到電壓檢測(cè)電路13，通過(guò)該電路得到與施加到放電燈10的電壓相當(dāng)?shù)臋z測(cè)電壓。然后，該檢測(cè)電壓被發(fā)送到控制部件6，被用于放電燈10的功率控制等。
另外，關(guān)于放電燈的電流檢測(cè)法或電壓檢測(cè)法，可采用各種方式(例如，在變壓器7的次級(jí)側(cè)電路中設(shè)置電流檢測(cè)用電阻等)，不管電路結(jié)構(gòu)如何。
圖2是用于說(shuō)明控制方式的概略的曲線圖，在橫軸上取頻率‘f’，在縱軸上取點(diǎn)燈電路的輸出電壓‘Vo’，表示了放電燈的熄燈時(shí)的串聯(lián)諧振曲線‘g1’以及點(diǎn)燈時(shí)的串聯(lián)諧振曲線‘g2’。
另外，在放電燈的熄燈時(shí)，變壓器7的次級(jí)側(cè)為高阻抗，該變壓器的初級(jí)側(cè)的電感值高，得到諧振頻率f1的諧振曲線g1。此外，在放電燈的點(diǎn)燈時(shí)，變壓器7的次級(jí)側(cè)的阻抗低(數(shù)十至數(shù)百Ω程度)，初級(jí)側(cè)的電感值降低，得到諧振頻率f2的諧振曲線g2(點(diǎn)燈時(shí)電壓的變化量比較小，主要是電流較大變化。)。
圖中所示的各記號(hào)的意思如下所述。
·‘fa1’＝‘f＜f1’的頻率區(qū)域(位于‘f＝f1’的左側(cè)的電容性區(qū)域或相位超前區(qū)域)·‘fa2’＝‘f＞f1’的頻率區(qū)域(位于‘f＝f1’的右側(cè)的電感性區(qū)域或相位滯后區(qū)域)·‘fb’＝‘f＞f2’的頻率區(qū)域(是點(diǎn)燈時(shí)的頻率區(qū)域，在位于‘f＝f2’的右側(cè)的電感性區(qū)域內(nèi)。)·‘focv’＝點(diǎn)燈前(熄燈時(shí))的輸出電壓的控制范圍(以下將其稱作‘OCV控制范圍’。其在fa2內(nèi)、位于f1的附近區(qū)域。)·‘Lmin’＝可進(jìn)行放電燈的點(diǎn)燈維持的輸出電平·‘P1’＝電源接通前的動(dòng)作點(diǎn)·‘P2’＝電源接通之后的初始動(dòng)作點(diǎn)(區(qū)域fb內(nèi))·‘P3’＝表示熄燈時(shí)對(duì)OCV的目標(biāo)值的到達(dá)時(shí)刻的動(dòng)作點(diǎn)(focv內(nèi))·‘P4’＝點(diǎn)燈后的動(dòng)作點(diǎn)(區(qū)域fb內(nèi))將有關(guān)放電燈的點(diǎn)燈轉(zhuǎn)移控制的流程以按項(xiàng)寫表示時(shí)，例如如下所示。
(1)接通電路電源(P1→P2)(2)在OCV控制范圍內(nèi)接通功率(P2→P3)(3)發(fā)生起動(dòng)脈沖并對(duì)放電燈施加(P3)(4)在放電燈開始點(diǎn)燈之后，在一定期間(以下稱作‘頻率固定期間’。)將點(diǎn)燈頻率(開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)頻率)的值固定(P3)(5)轉(zhuǎn)移到fb內(nèi)的功率控制(P3→P4)電源接通之后，一旦在放電燈點(diǎn)燈后熄滅之后，使驅(qū)動(dòng)頻率移動(dòng)到頻率區(qū)域fb(P1→P2)。換言之，臨時(shí)提高頻率后緩慢降低頻率而接近于f1(P2→P3)。
在focv內(nèi)進(jìn)行OCV的控制，發(fā)生對(duì)放電燈的起動(dòng)用信號(hào)，通過(guò)該信號(hào)的施加來(lái)點(diǎn)亮放電燈。例如，在OCV的控制中，降低頻率而從高頻側(cè)接近諧振頻率f1時(shí)，輸出電壓不斷增大，在動(dòng)作點(diǎn)P3達(dá)到目標(biāo)值。另外，在放電燈點(diǎn)燈前的熄燈時(shí)進(jìn)行區(qū)域fa1中的OCV的控制的方法中，需要注意開關(guān)損失變得相當(dāng)大而電路效率惡化，而且，在區(qū)域fa2中進(jìn)行OCV的控制的方法中，需要注意不要使在無(wú)負(fù)載時(shí)電路連續(xù)動(dòng)作的期間長(zhǎng)出必要以上。
在動(dòng)作點(diǎn)P3中，通過(guò)起動(dòng)電路4進(jìn)行放電燈10的起動(dòng)，在點(diǎn)燈開始后僅一定期間頻率被固定之后，向區(qū)域fb轉(zhuǎn)移。另外，對(duì)于從區(qū)域focv向區(qū)域fb的轉(zhuǎn)移，可以舉出一次進(jìn)行該轉(zhuǎn)移的方法，和分為多次增加頻率的方法。
不是在放電燈10點(diǎn)燈開始之后立即使頻率向區(qū)域fb轉(zhuǎn)移，而是如上述(4)所示，通過(guò)經(jīng)過(guò)頻率固定區(qū)間，可以可靠地轉(zhuǎn)移到穩(wěn)定點(diǎn)燈狀態(tài)而不會(huì)伴隨放電燈的中斷或點(diǎn)燈狀態(tài)的不穩(wěn)定化等。
另外，在放電燈由于除了熄燈指示的任何的原因而熄燈的情況下，再次進(jìn)入上述點(diǎn)燈轉(zhuǎn)移控制(基本上返回P2，向P2→P3→P4推移，例如，在直流輸入電壓降低時(shí)降低頻率而向P3轉(zhuǎn)移。)。
關(guān)于上述區(qū)域fb中的控制條件，需要滿足以下兩個(gè)。
(i)fb在諧振曲線g2中的電感性區(qū)域內(nèi)(ii)在fb內(nèi)，輸出電壓滿足‘Vo≥Lmin’(或者，在fb中將滿足‘Vo＝Lmin’的上限頻率記做‘f3’時(shí)，頻率為f3以下)另外，條件(i)關(guān)系到功率控制的容易性。換言之，在點(diǎn)燈時(shí)的電路特性中，在輸出阻抗的電感性區(qū)域中，抑制放電燈的電流變動(dòng)的方向的控制作用工作，對(duì)于使放電燈的電流穩(wěn)定有效，容易功率控制(與此相對(duì)，在電容性區(qū)域(f2的左側(cè)區(qū)域)中，成為對(duì)于放電燈的電流變動(dòng)敏感地隨動(dòng)的控制，功率容易不穩(wěn)定化。)。
此外，條件(ii)用于規(guī)定fb內(nèi)的頻率上限，在fb中，使頻率高于f3時(shí)，對(duì)放電燈的接通功率降低，進(jìn)而陷入熄燈。
在使頻率從focv轉(zhuǎn)移到fb的情況下，例如，考慮以下表示的方法。
(A)事先決定滿足上述(i)、(ii)的條件的fb內(nèi)的頻率，從動(dòng)作點(diǎn)P3的頻率切換到該頻率的方法(B)判別頻率在電容性區(qū)域內(nèi)還是電感性區(qū)域內(nèi)，從諧振頻率f2開始點(diǎn)燈時(shí)的接通功率控制的方法。
首先，在方法(A)中，難以應(yīng)對(duì)諧振頻率f1、f2的值受到部件公差、特性的偏差、溫度特性的影響而變動(dòng)的情況。例如，即使極力降低了部件的偏差，在如車輛用燈具等這樣、周圍環(huán)境變化顯著的用途下，需要考慮各種變動(dòng)原因，此外，要求難以受到特性等的老化的影響。
此外，在上述方法(B)中，在對(duì)高頻化的應(yīng)用中，不能判別電容性、電感性。或者，假設(shè)該判別可能，且可以實(shí)現(xiàn)不使點(diǎn)燈時(shí)頻率在f2以下的控制，在高頻電路的情況下，由于無(wú)法忽略比較器或邏輯元件等的響應(yīng)的延遲，因此實(shí)現(xiàn)性低或者在控制或成本方面(需要高速且高價(jià)的元件等)殘留問(wèn)題。
因此，在本發(fā)明中，放電燈的點(diǎn)燈前的控制(OCV控制)中，通過(guò)使開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)頻率緩慢接近f1，進(jìn)行增大輸出電壓的驅(qū)動(dòng)控制，對(duì)放電燈供給起動(dòng)用信號(hào)。然后，在放電燈開始點(diǎn)燈之后，以放電燈點(diǎn)燈之前的驅(qū)動(dòng)頻率(在圖2中相當(dāng)于P3的頻率。)作為基準(zhǔn)，通過(guò)規(guī)定為比該驅(qū)動(dòng)頻率高出預(yù)先決定的頻率位移量(參照?qǐng)D2的‘ΔF’。)的驅(qū)動(dòng)頻率，使驅(qū)動(dòng)頻率轉(zhuǎn)移到比f(wàn)2高的頻率區(qū)域fb。
如前所述，諧振頻率f1、f2，例如在上述方式(III)中，為‘f1=1/(2·π·(Cr·(Lr+Lp1)))]]>’、 換言之，f1、f2的各值受到電容器8的靜電電容‘Cr’和電感元件9的電感‘Lr’的變動(dòng)的影響，同時(shí)f1值進(jìn)而受到Lp1的變動(dòng)的影響。
在忽略Lp1的變動(dòng)的情況下，如果注意到Cr或Lr的變動(dòng)對(duì)f1、f2帶來(lái)相同傾向的變動(dòng)，則可知在從focv向fb的轉(zhuǎn)移時(shí)，從OCV控制時(shí)的頻率將頻率提高一定的頻率ΔF而使其轉(zhuǎn)移到fb的范圍內(nèi)的控制，在精度方面比所述方法(A)理想。即，表示在Cr或Lr的值變小(或變大)的情況下，f1、f2的值按照上式一起變大(或變小)的傾向。f1、f2的一方的變化和另一方的變化為同相關(guān)系，因此例如，即使f1降低，f2也降低，因此可以將ΔF設(shè)定為不依賴于f1、f2的變化的值。但是，由于相對(duì)于Lp1值的變動(dòng)，僅f1值變化，所以需要在考慮了部件公差或溫度特性等各種條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行ΔF值或條件設(shè)定。
在放電燈開始了點(diǎn)燈之后，在將開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)頻率比點(diǎn)燈前的頻率提高預(yù)先決定的頻率ΔF而使其轉(zhuǎn)移到電感性區(qū)域(‘f1＞f2’)內(nèi)的區(qū)域fb的控制中，不需要如上述方法(B)這樣的電容性、電感性的判別，可以應(yīng)對(duì)高頻化(例如，驅(qū)動(dòng)頻率2兆赫以上)?；蛘撸趯?duì)高頻化的應(yīng)對(duì)中在控制或成本方面有利。此外，在上述方法(A)中，由于諧振頻率f1、f2的變動(dòng)，引起不滿足上述(i)、(ii)的條件的情況的不便成為問(wèn)題，但根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)燈轉(zhuǎn)移控制，排斥或難以受到f1、f2的變動(dòng)引起的弊端(換言之，可以防止而極力不引起在進(jìn)行以ΔF的位移量從focv向fb轉(zhuǎn)移的控制時(shí)，例如，由于ΔF值的不足，頻率f進(jìn)入g2的電容性區(qū)域，或由于ΔF值大，頻率f進(jìn)入超過(guò)f3的區(qū)域的情況。)。
接著，根據(jù)圖3、圖4說(shuō)明應(yīng)用了本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)的一例。
圖3主要表示控制部件6的電路結(jié)構(gòu)，表示使用了頻率依賴于輸入電壓而變化的電壓-頻率變換電路(以下稱作‘V-F變換電路’。)的結(jié)構(gòu)例。另外，圖中的‘Vin’表示V-F變換電路6a的輸入電壓，‘Fout’表示由V-F變換電路6a變換的輸出電壓的頻率。
在本例中，V-F變換電路6a具有Vin越高則Fout越低的控制特性，該輸出電壓被發(fā)送到后級(jí)的橋式驅(qū)動(dòng)部6b，該輸出信號(hào)被分別發(fā)送到開關(guān)元件5H、5L的控制端子。例如，在上述頻率區(qū)域fb中，Vin的值越大Fout的值就越低，其結(jié)果，進(jìn)行向輸出功率(或電壓)增大的方向的控制，反之，Vin的值越小則Fout的值就越高，向輸出功率(或電壓)減少的方向控制。
OCV控制部6c是用于控制放電燈10點(diǎn)燈前的無(wú)負(fù)載時(shí)輸出電壓的電路部，其輸出信號(hào)被發(fā)送到控制部6d。另外，OCV控制部6c具有在OCV的控制中隨頻率降低而增加對(duì)放電燈的接通功率的功能，例如，使用以上述電壓檢測(cè)電路13的放電燈的電壓檢測(cè)信號(hào)(將其記做‘Sv’。)作為輸入信號(hào)的運(yùn)算放大器來(lái)構(gòu)成。
用于對(duì)放電燈10供給的功率進(jìn)行控制的功率運(yùn)算部6e具有用于對(duì)放電燈點(diǎn)燈后轉(zhuǎn)移到上述區(qū)域fb的情況或穩(wěn)定狀態(tài)下的接通功率進(jìn)行控制的電路結(jié)構(gòu)，其輸出信號(hào)被發(fā)送到控制部6d。另外，本發(fā)明的應(yīng)用上，不管功率運(yùn)算部6e的結(jié)構(gòu)如何，例如，設(shè)有將對(duì)放電燈施加的電壓檢測(cè)信號(hào)Sv或上述電流檢測(cè)電路12的電流檢測(cè)信號(hào)(將其記做‘SI’。)作為輸入信號(hào)來(lái)計(jì)算功率值的運(yùn)算放大器，在放電燈的點(diǎn)燈時(shí)用于限制控制輸出以使驅(qū)動(dòng)頻率f不低于諧振頻率f2的限制器等。
控制部6d接受OCV控制部6c以及功率運(yùn)算部6e的輸出信號(hào)，并輸出對(duì)于V-F變換電路6a的電壓。對(duì)于其具體的電路結(jié)構(gòu)后面進(jìn)行敘述，但包括誤差放大器以及采樣保持電路等。
V-F變換電路6a的輸入電壓Vin是與開關(guān)元件(5H、5L)的頻率控制有關(guān)的控制電壓，在本例中，規(guī)定為從OCV控制部6c或功率運(yùn)算部6e經(jīng)由控制部6d的輸出電壓。而且，通過(guò)將該輸出電壓變換而得到的頻率Fout的輸出信號(hào)在經(jīng)過(guò)橋式驅(qū)動(dòng)部6b之后，作為對(duì)各開關(guān)元件5H、5L的控制信號(hào)分別被發(fā)送。
如上所述，在放電燈10的點(diǎn)燈時(shí)以區(qū)域fb內(nèi)的驅(qū)動(dòng)頻率交替地驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件5H、5L，進(jìn)行放電燈的功率控制。如圖所示，在具有變壓器7以及電容器8的結(jié)構(gòu)中，通過(guò)電容器8和變壓器7的初級(jí)側(cè)漏電感或與該電容器8連接的電感元件9形成串聯(lián)諧振電路。而且，在變壓器7的初級(jí)側(cè)電路中發(fā)生的諧振電壓由該變壓器升壓，同時(shí)對(duì)連接到該變壓器的次級(jí)側(cè)電路的放電燈10供給功率。
圖4表示上述控制部6d的電路結(jié)構(gòu)例，包括設(shè)置在功率運(yùn)算部的后級(jí)的誤差放大器14和其后級(jí)的采樣保持電路(以下略記作‘S/H電路’。)15。
OCV控制部6c或功率運(yùn)算部6e的輸出信號(hào)經(jīng)由電阻16被供給到誤差放大器14的負(fù)輸入端子，對(duì)該端子和誤差放大器14的輸出端子以并聯(lián)連接的狀態(tài)插入電容器17以及電阻18。然后，對(duì)誤差放大器14的正輸入端子供給規(guī)定的基準(zhǔn)電壓‘Vref’(圖中表示為恒壓源。)。
對(duì)S/H電路15供給來(lái)自未圖示的信號(hào)生成電路的信號(hào)(采樣保持信號(hào))。例如，通過(guò)將放電燈的電流檢測(cè)信號(hào)SI的電平與預(yù)先決定的基準(zhǔn)值比較而檢測(cè)出放電燈點(diǎn)燈的情況下，生成具有規(guī)定的脈寬的采樣保持信號(hào)而供給到S/H電路15，該采樣保持信號(hào)在H電平的期間(相當(dāng)于上述頻率固定期間。)進(jìn)行信號(hào)保持。
S/H電路15的輸出信號(hào)被發(fā)送到其后級(jí)的緩沖放大器19的正輸入端子，該放大器的輸出電壓作為上述‘Vin’被發(fā)送到V-F變換電路6a。
誤差放大器14的輸出信號(hào)和緩沖放大器19的輸出信號(hào)被輸入到使用運(yùn)算放大器20的差動(dòng)放大器21。換言之，來(lái)自誤差放大器14的信號(hào)經(jīng)由電阻22被供給到負(fù)輸入端子(反相輸入端子)，來(lái)自緩沖放大器19的信號(hào)經(jīng)由電阻23被供給到正輸入端子(非反相輸入端子)。另外，在運(yùn)算放大器20的負(fù)輸入端子(反相輸入端子)和輸出端子之間插入電阻24。
差動(dòng)放大器21的輸出信號(hào)經(jīng)由電阻25被發(fā)送到差動(dòng)放大器26。換言之，差動(dòng)放大器26使用運(yùn)算放大器27構(gòu)成，對(duì)其負(fù)輸入端子輸入差動(dòng)放大器21的輸出信號(hào)，對(duì)正輸入端子供給與上述ΔF對(duì)應(yīng)的電壓(將其記做‘ΔV’。)(圖中作為恒壓源表示。)。另外，在運(yùn)算放大器27的負(fù)輸入端子(反相輸入端子)和輸出端子之間插入電阻28。
差動(dòng)放大器26的輸出端子經(jīng)由模擬開關(guān)元件29以及電阻30連接到誤差放大器14的負(fù)輸入端子。另外，模擬開關(guān)元件29接受上述采樣保持信號(hào)而被導(dǎo)通/截止控制，在本例中，該采樣保持信號(hào)為H電平的情況下，該元件為導(dǎo)通狀態(tài)。
在本電路結(jié)構(gòu)中，包含差動(dòng)放大器21、26的電路部?jī)H在與上述頻率固定期間相當(dāng)?shù)牟蓸颖３中盘?hào)的H電平期間對(duì)誤差放大器14的輸入進(jìn)行操作。換言之，通過(guò)形成對(duì)于誤差放大器14的輸入的反饋環(huán)，以使誤差放大器14的輸出和S/H電路15的輸出的差信號(hào)為一定值‘ΔV’，在放電燈的點(diǎn)燈開始之后的一定期間(頻率固定期間)變化對(duì)V-F變換電路6a的輸入量。通過(guò)在頻率固定期間經(jīng)過(guò)后Vin的電平降低ΔV，驅(qū)動(dòng)頻率上升頻率位移量ΔF，其結(jié)果，如前所述，從focv向fb的轉(zhuǎn)移控制，即進(jìn)行控制，以便在放電燈的點(diǎn)燈后，驅(qū)動(dòng)頻率可靠地進(jìn)入諧振頻率f2的右側(cè)區(qū)域(電感性區(qū)域)。
圖5是例示各部分的信號(hào)波形的圖，圖中所示的信號(hào)或記號(hào)的意思如下。
·‘S/H信號(hào)’＝對(duì)S/H電路15以及模擬開關(guān)元件29供給的采樣保持信號(hào)·‘S/H輸出’＝S/H電路15的輸出信號(hào)·‘EA輸出’＝誤差放大器14的輸出信號(hào)·‘T1’＝點(diǎn)燈前的OCV控制范圍內(nèi)的期間·‘T2’＝頻率固定期間·‘T3’＝頻率固定期間后的上述區(qū)域fb內(nèi)的功率控制期間·‘ts’＝放電燈的點(diǎn)燈開始時(shí)刻如圖所示，S/H輸出的電平在從ts起一定期間(T2)被固定，在該期間經(jīng)過(guò)后，S/H信號(hào)從H電平向L電平變化時(shí)，下降‘ΔV’。換言之，Vin降低該電壓，作為其結(jié)果，驅(qū)動(dòng)頻率上升ΔF的頻率而被轉(zhuǎn)移到期間T3的功率控制。
在V-F變換電路6a的輸出頻率Fout根據(jù)誤差放大器14的輸出而變化的構(gòu)成方式中，在臨時(shí)調(diào)整放大器19后的輸出電壓或在V-F變換電路6a中加上與上述ΔF相當(dāng)?shù)念l率位移量的方法中，無(wú)法與其后的通過(guò)誤差放大器14的反饋控制來(lái)連接(例如，在短暫的調(diào)整等中，可能對(duì)控制上的穩(wěn)定化帶來(lái)障礙。)。因此，如本例這樣，優(yōu)選使用差動(dòng)放大器21、26在頻率固定期間‘T2’中操作誤差放大器14的輸入而將該誤差放大器的輸出降低ΔV，在該期間經(jīng)過(guò)后，從被提高了ΔF的頻率的所述fb內(nèi)的頻率開始功率控制。
圖6是表示V-F變換電路6a的結(jié)構(gòu)例的主要部分的圖。
來(lái)自控制部6d的電壓Vin經(jīng)由電阻31被供給到運(yùn)算放大器32的反相輸入端子。對(duì)運(yùn)算放大器32的非反相輸入端子供給規(guī)定的基準(zhǔn)電壓‘EREF’，運(yùn)算放大器32的輸出信號(hào)經(jīng)由電阻33被施加到電壓可變電容二極管34。另外，電阻35被插入運(yùn)算放大器32的反相輸入端子和輸出端子之間，電阻36的一端與運(yùn)算放大器32的輸出端子連接，另一端接地。
電壓可變電容二極管34的陰極連接到電阻33和電容器37之間，其陽(yáng)極接地。而且，施密特觸發(fā)型的“非”門38的輸入端子經(jīng)由電容器37連接到電壓可變電容二極管34的陰極，對(duì)于“非”門38并聯(lián)連接有電阻39。通過(guò)這些元件形成頻率可變的諧振電路，“非”門38的輸出脈沖被發(fā)送到后級(jí)的橋式驅(qū)動(dòng)部6b。
在本例中，Vin的電平升高(降低)時(shí)，運(yùn)算放大器32的輸出電壓下降(上升)，電壓可變電容二極管34的靜電電容增大(減小)。從而，輸出脈沖的頻率下降(上升)。
圖7是用于說(shuō)明上述控制動(dòng)作的概略的曲線圖。另外，在上圖中與圖2同樣，在橫軸上取頻率‘f’，在縱軸上取輸出電壓‘Vo’，表示了諧振曲線g1、g2，下圖表示V-F變換電路6a的輸入輸出特性，在橫軸上取V-F變換電路的輸出頻率‘Fout’，在縱軸上取輸入電壓‘Vin’。
在上圖中，在g1上位于靠近f1的高頻的動(dòng)作點(diǎn)P表示點(diǎn)燈前的狀態(tài)，在g2上位于區(qū)域fb內(nèi)的動(dòng)作點(diǎn)Q表示點(diǎn)燈后的狀態(tài)。
ΔF是動(dòng)作點(diǎn)P、Q的各頻率的差，取相當(dāng)于ΔV的值。換言之，在本例中，V-F變換電路6a的輸入輸出特性具有右邊降低的大致線性，如上所述，在頻率固定期間內(nèi)，如果操作誤差放大器14的輸入而使該放大器的輸出電壓降低ΔV，則經(jīng)過(guò)該期間后，V-F變換電路6a的輸出信號(hào)頻率Fout上升ΔF，可以轉(zhuǎn)移到區(qū)域fb內(nèi)的控制。
另外，在本發(fā)明的應(yīng)用中，在V-F變換電路的輸入輸出特性中，不限定于頻率Fout伴隨Vin的增加而降低的例子(頻率Fout伴隨Vin的增加而增加的方式等也可能。)，在上述頻率固定期間中，使對(duì)V-F變換電路的輸入量變化一定量，在該期間經(jīng)過(guò)后，以預(yù)先決定的頻率位移量ΔF轉(zhuǎn)移到比上述f2高的頻率區(qū)域(fb)即可。
在以上說(shuō)明的點(diǎn)燈方法、即使用變壓器和多個(gè)開關(guān)元件以及電容器進(jìn)行直流-交流變換時(shí)，利用包含該變壓器或電感元件以及電容器的串聯(lián)諧振的情況下的放電燈點(diǎn)燈方法中，按照下述的順序進(jìn)行點(diǎn)燈轉(zhuǎn)移控制。
(1)放電燈的點(diǎn)燈前＝＞進(jìn)行該元件的驅(qū)動(dòng)控制，以使構(gòu)成直流-交流變換電路的開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)頻率緩慢接近上述‘f1’(熄燈時(shí)的上述串聯(lián)諧振電路的諧振頻率)。然后，在到達(dá)可點(diǎn)燈的OCV值后，對(duì)放電燈供給起動(dòng)用信號(hào)而使其起動(dòng)。
(2)放電燈的點(diǎn)燈開始后＝＞首先，在一定期間固定在點(diǎn)燈之前的頻率(OCV控制時(shí)的驅(qū)動(dòng)頻率)。然后，在該期間中，操作上述誤差放大器14的輸入而賦予ΔV的變化量。以放電燈的點(diǎn)燈之前的上述開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)頻率為基準(zhǔn)，通過(guò)規(guī)定為比該驅(qū)動(dòng)頻率高出預(yù)先決定的頻率位移量ΔF的驅(qū)動(dòng)頻率，可以使開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)頻率轉(zhuǎn)移到比上述‘f2’(點(diǎn)燈時(shí)的上述串聯(lián)諧振電路的諧振頻率)高的頻率區(qū)域(fb)。這里，該區(qū)域fb是點(diǎn)燈時(shí)的諧振曲線中的電感性區(qū)域，是輸出電壓為上述Lmin以上的頻率區(qū)域。
另外，在上述例子中，在圖3中，采用將控制部6d的輸出對(duì)后級(jí)的V-F變換電路6a直接供給的結(jié)構(gòu)，但本發(fā)明在應(yīng)用上不限于此，例如，可進(jìn)行在控制部6d和V-F變換電路6a之間設(shè)置時(shí)間常數(shù)電路(CR積分電路等)，通過(guò)時(shí)間常數(shù)的設(shè)定來(lái)規(guī)定對(duì)上述區(qū)域fb的轉(zhuǎn)移速度，從而可以進(jìn)行更可靠的點(diǎn)燈控制的各種結(jié)構(gòu)中的實(shí)施。
根據(jù)以上說(shuō)明的結(jié)構(gòu)，得到以下所示的各種優(yōu)點(diǎn)。
·在從熄燈時(shí)的OCV控制范圍向點(diǎn)燈時(shí)的頻率區(qū)域fb的頻率轉(zhuǎn)移中，可以實(shí)現(xiàn)放電燈的可靠的點(diǎn)燈控制。
·不會(huì)由于決定諧振頻率的元件部件的特性偏差等對(duì)上述頻率轉(zhuǎn)移的控制產(chǎn)生大的影響，或者可以決定頻率位移量ΔF而幾乎不受到諧振周期f1、f2的變動(dòng)的影響。
·在面向高頻化中不會(huì)伴隨電路結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化或成本的顯著的上升等。
·通過(guò)對(duì)功率運(yùn)算部(6e)和OVC控制部(6c)設(shè)置公用的誤差放大器，可以簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)。
·通過(guò)使用一對(duì)開關(guān)元件(5H、5L)和兼用作交流變換以及起動(dòng)用信號(hào)的升壓的變壓器(7)的電路結(jié)構(gòu)，有利于小型化、低成本。
權(quán)利要求
1.一種放電燈點(diǎn)燈電路，包括接受直流輸入電壓并進(jìn)行交流變換的直流-交流變換電路、用于對(duì)放電燈供給起動(dòng)用信號(hào)的起動(dòng)電路、用于控制上述直流-交流變換電路輸出的功率的控制部件，其特征在于，上述直流-交流變換電路具有由上述控制部件驅(qū)動(dòng)的多個(gè)開關(guān)元件，和包含電感元件或變壓器以及電容器的串聯(lián)諧振電路，上述放電燈的熄燈時(shí)的上述串聯(lián)諧振電路的諧振頻率記做‘f1’，上述放電燈的點(diǎn)燈時(shí)的上述串聯(lián)諧振電路的諧振頻率記做‘f2’，上述放電燈的點(diǎn)燈前，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，以使上述開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)頻率緩慢接近上述f1，同時(shí)將起動(dòng)用信號(hào)供給到上述放電燈，在上述放電燈開始點(diǎn)燈之后，以上述放電燈點(diǎn)燈之前的上述開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)頻率作為基準(zhǔn)，通過(guò)規(guī)定為比該驅(qū)動(dòng)頻率高出預(yù)先決定的頻率位移量的驅(qū)動(dòng)頻率，從而使上述開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)頻率轉(zhuǎn)移到比上述f2高的頻率區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的放電燈點(diǎn)燈電路，其特征在于，上述直流-交流變換電路包括具有與交流變換以及上述起動(dòng)用信號(hào)有關(guān)的升壓功能的變壓器，由上述電容器和該變壓器的電感分量或與該電容器連接的電感元件形成串聯(lián)諧振電路，通過(guò)在該變壓器的初級(jí)側(cè)電路中發(fā)生的諧振電壓由該變壓器升壓，對(duì)與該變壓器的次級(jí)側(cè)電路連接的上述放電燈供給電力。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的放電燈點(diǎn)燈電路，其特征在于，上述控制部件具有用于得到與輸入電壓對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)的電壓-頻率變換電路，根據(jù)該電路的輸出信號(hào)的頻率來(lái)控制上述開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)頻率，而且，在上述放電燈開始點(diǎn)燈后，上述電壓-頻率變換電路的輸出量變化一定量，從而上述預(yù)先決定的頻率位移量被規(guī)定。
4.如權(quán)利要求3所述的放電燈點(diǎn)燈電路，其特征在于，在上述放電燈的點(diǎn)燈開始之后的預(yù)先決定的期間中，上述開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)頻率被固定，同時(shí)在該期間中，對(duì)上述電壓-頻率變換電路的輸入量變化一定量，在該期間經(jīng)過(guò)后，上述開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)頻率上升上述預(yù)先決定的頻率位移量，從而轉(zhuǎn)移到比上述f2高的頻率區(qū)域。
全文摘要
一種放電燈點(diǎn)燈電路，簡(jiǎn)化放電燈點(diǎn)燈電路的結(jié)構(gòu)，減少部件件數(shù)或成本，同時(shí)在放電燈的起動(dòng)后可靠地使其轉(zhuǎn)移到穩(wěn)定的點(diǎn)燈狀態(tài)。包括直流－交流變換電路(3)，及控制部件(6)。具有交流變換用變壓器(7)、開關(guān)元件(5H、5L)以及諧振用電容器(8)。驅(qū)動(dòng)該開關(guān)元件，使電容器(8)和變壓器(7)的電感分量或電感元件(9)串聯(lián)諧振。在放電燈的點(diǎn)燈前，使開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)頻率緩慢接近諧振頻率f1而提高無(wú)負(fù)載時(shí)輸出，對(duì)放電燈供給起動(dòng)用信號(hào)。然后，在點(diǎn)燈開始后，通過(guò)規(guī)定為比放電燈的點(diǎn)燈之前的驅(qū)動(dòng)頻率高出預(yù)先決定的頻率位移量ΔF的驅(qū)動(dòng)頻率，從而使其轉(zhuǎn)移到比點(diǎn)燈時(shí)的諧振頻率f2高的頻率區(qū)域fb。
文檔編號(hào)H05B41/18GK1829406SQ200610009498
公開日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2006年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日
發(fā)明者太田真司, 伊藤昌康 申請(qǐng)人:株式會(huì)社小糸制作所