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)明涉及諧振型高頻點(diǎn)燈方式的放電燈點(diǎn)燈電路，例如，涉及在為了避免放電管的音響共鳴頻帶而達(dá)到2MHz以上的點(diǎn)燈頻率的電路中，用于保證該頻率的最低值的控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
在汽車照明光源中使用的鹵化金屬燈等放電燈的點(diǎn)燈電路中，已知包括具有DC-DC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的直流升壓電路、直流-交流變換電路(所謂逆變器)和起動電路的結(jié)構(gòu)(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
在放電燈的點(diǎn)燈控制中，通過控制放電燈點(diǎn)燈前(熄燈時)的無負(fù)載時的輸出電壓(以下，稱為“OCV”)，對放電燈施加起動電路的起動信號，使該放電燈點(diǎn)燈后，一邊降低過渡輸入功率，一邊轉(zhuǎn)移到正常點(diǎn)燈狀態(tài)。
在直流升壓電路中，例如，采用使用了變壓器的開關(guān)調(diào)節(jié)器(switchingregulator)，而且，在直流-交流變換電路中，例如，舉出使用了多對開關(guān)元件的全橋接型結(jié)構(gòu)等。
在進(jìn)行所謂直流電壓變換和直流-交流變換的2級變換結(jié)構(gòu)方式中，由于電路規(guī)模變大，不適于小型化，所以作為其對策，已知將通過直流-交流變換電路中的1級電壓變換而被升壓的輸出提供給放電燈那樣進(jìn)行處理的結(jié)構(gòu)。
例如，在具有利用了電容器和電感元件的串聯(lián)諧振電路的方式中，利用該電路的阻抗隨著頻率而變化，使構(gòu)成直流-交流變換電路的半橋接的動作頻率(開關(guān)元件的驅(qū)動頻率)變化，從而可以控制對放電燈的輸入功率。
在將串聯(lián)諧振電路的電感記為“L”，將諧振電容器的靜電容量記為“C”時，諧振頻率“f0”用“f0＝1/(2·π·√(L·C))”表示，以f0為中心具有大致對稱的頻率特性。在考慮了電路動作的穩(wěn)定性的情況下，在比f0高的頻率區(qū)域，優(yōu)選是使構(gòu)成直流-交流變換電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件的驅(qū)動頻率變化而進(jìn)行功率控制。
在比諧振頻率f0高的頻率區(qū)域(電感性區(qū)域或者相位延遲區(qū)域)中，由于對于頻率的減少表示輸入功率增加的傾向，所以可以通過運(yùn)算方式求作為目標(biāo)的輸入功率，根據(jù)其結(jié)果和實(shí)際輸出功率的偏差使開關(guān)元件的驅(qū)動頻率變化來形成反饋控制系統(tǒng)。
〔專利文獻(xiàn)1〕特開平7-142182號公報(bào)可是，在放電燈點(diǎn)燈時，在比諧振頻率高的頻率區(qū)域中進(jìn)行上述反饋控制的情況下，在希望提高對放電燈的輸入功率時，只要降低驅(qū)動頻率就可以，但是在該頻率已小于諧振頻率的情況下，如果降低驅(qū)動頻率則輸入功率降低。即，在比諧振頻率f0低的頻率區(qū)域(電容性區(qū)域或者相位超前區(qū)域)中，由于對于頻率的減少表示輸入功率減少的傾向，所以仍舊由于輸入功率降低而產(chǎn)生熄滅等。
為了在放電燈的通常的點(diǎn)燈狀態(tài)下，在諧振頻率以上的頻率區(qū)域中對于放電燈得到充分的輸入功率，進(jìn)行包含了直流-交流變換電路和諧振電路、變壓器等的功率系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，但是，例如關(guān)于以下所示的事項(xiàng)，難以規(guī)定驅(qū)動頻率。
·由于隨時間變化和周圍環(huán)境條件的變化等任何原因?qū)c(diǎn)燈電路的電源電壓降低，不能輸出作為目標(biāo)的功率的情況·在對放電燈施加驅(qū)動高壓信號而起動了該放電燈之后，由于為了促使放電燈電弧的成長，對放電燈輸入點(diǎn)燈電路的最大能力下的功率，希望以開環(huán)控制方式進(jìn)行功率供給的情況。
而且，諧振頻率f0如上所述那樣，依賴于“L·C”而決定，所以在L值和C值為固定的值的情況下，f0值為固定值，所以設(shè)置用于規(guī)定以不使驅(qū)動頻率低于該值的下限頻率限制器，只要使得在低于f0的頻率區(qū)域中不進(jìn)行功率控制就可以。
但是，由于點(diǎn)燈電路中使用的部件的離散等，對每個電路諧振頻率有所不同，而且，還由于周圍環(huán)境條件等L值和C值變化，所以諧振頻率的值變動。
因此，為了在事前設(shè)定點(diǎn)燈電路的最低驅(qū)動頻率，考慮增大設(shè)計(jì)上的余裕度，或者對每個電路進(jìn)行調(diào)整和設(shè)定變更。但是，前者中擔(dān)心電路規(guī)格過剩成本上升等問題，而在后者中，由于在量產(chǎn)中需要個別設(shè)定下限頻率，所以不現(xiàn)實(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題是在放電燈的高頻點(diǎn)燈電路中，通過根據(jù)點(diǎn)燈時的諧振頻率的變化而自動地進(jìn)行開關(guān)元件的驅(qū)動頻率的下限限制，不使驅(qū)動頻率低于其最低值的狀態(tài)長時間持續(xù)。
本發(fā)明為了解決上述課題，提供一種放電燈點(diǎn)燈電路，包括具有多個開關(guān)元件和串聯(lián)諧振電路的直流-交流變換電路；以及用于不使該開關(guān)元件的驅(qū)動頻率低于其最低頻率的狀態(tài)繼續(xù)的控制部件，在上述放電燈點(diǎn)燈時，在比上述串聯(lián)諧振電路的諧振頻率高的頻率區(qū)域進(jìn)行控制以驅(qū)動上述開關(guān)元件，同時根據(jù)與流過上述放電燈的燈電流的相位的關(guān)系來監(jiān)視該開關(guān)元件的驅(qū)動狀態(tài)，并在檢測出該開關(guān)元件的驅(qū)動頻率已低于上述最低頻率的狀態(tài)時提高該驅(qū)動頻率。
在本發(fā)明中，關(guān)于開關(guān)元件的驅(qū)動狀態(tài)不是忽略諧振頻率的變化以及與諧振狀態(tài)的相位關(guān)系而固定地設(shè)定最低頻率值，而是根據(jù)與流過放電燈的燈電流的相對的相位關(guān)系來監(jiān)視開關(guān)元件的驅(qū)動狀態(tài)。因此，在開關(guān)元件的驅(qū)動頻率已變成低于最低頻率的狀態(tài)時，通過提高該驅(qū)動頻率，自然地限制頻率的下限，使得該驅(qū)動頻率的下降狀態(tài)不持續(xù)。
按照本發(fā)明，在放電燈點(diǎn)燈的情況下，可以保證開關(guān)元件的驅(qū)動頻率變成為低于最低值的狀態(tài)不繼續(xù)，有效地防止放電燈的熄滅等。而且，由于這樣，沒有電路設(shè)計(jì)規(guī)格過剩，伴隨顯著的成本上升等問題的擔(dān)心，而且，不需要考慮電路部件的制造偏差和個體差異等而對各個裝置調(diào)整或者變更最低頻率的設(shè)定。
對于上述最低頻率，最好在放電燈點(diǎn)燈狀態(tài)中設(shè)為上述串聯(lián)諧振電路的諧振頻率或其近旁的頻率，規(guī)定低于該頻率時的驅(qū)動控制，為此，設(shè)置用于檢測是否為開關(guān)元件的驅(qū)動在低于諧振頻率或其近旁的頻率的頻率區(qū)域進(jìn)行的狀態(tài)的驅(qū)動狀態(tài)檢測電路，在檢測出該狀態(tài)的情況下提高驅(qū)動頻率即可。
例如，驅(qū)動狀態(tài)檢測電路在檢測用于驅(qū)動上述開關(guān)元件的信號或上述直流-交流變換電路的輸出或上述放電燈的燈電壓的檢測信號、以及放電燈的燈電流的檢測信號之間的相位差的方式中，可以不受電路部件的特性偏差等的影響，判斷上述開關(guān)元件在低于上述諧振頻率或者其近旁的頻率的頻率區(qū)域中被驅(qū)動，或者高精度地檢測從諧振狀態(tài)離開的程度(錯開的狀況)。
然后，在檢測出開關(guān)元件在低于最低頻率(例如，諧振頻率)下被驅(qū)動的情況下，可以通過設(shè)置用于強(qiáng)制地將用于驅(qū)動開關(guān)元件的信號極性反轉(zhuǎn)(相位反轉(zhuǎn))的電路部分來提高驅(qū)動頻率，例如，在放電燈將要熄滅的情況下，可以將開關(guān)元件規(guī)定為諧振點(diǎn)下的驅(qū)動狀態(tài)而對放電燈輸入最大輸出功率。
或者，在檢測出開關(guān)元件在低于最低頻率(例如，高于諧振頻率的附近值)的頻率區(qū)域被驅(qū)動的情況下，根據(jù)從最低頻率的偏移量而降低對放電燈的輸入功率的目標(biāo)值就可以(即，具有在輸入功率的降低方向與驅(qū)動頻率的增加方向一致的控制特性的情況)。
而且，在檢測出開關(guān)元件在低于最低驅(qū)動頻率的頻率區(qū)域被驅(qū)動的情況下，設(shè)定用于按照預(yù)定的時間常數(shù)使上述開關(guān)元件的驅(qū)動頻率上升的電路部分在保證控制的穩(wěn)定性上較好(即，在該檢測時刻突然提高驅(qū)動頻率時，在其之后進(jìn)行使得驅(qū)動頻率降低的控制的情況下，如果隔著最低頻率而不停重復(fù)驅(qū)動頻率上升和下降時，存在點(diǎn)燈動作不穩(wěn)定或者損害穩(wěn)定性的危險(xiǎn)。)。


圖1是表示本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)例的圖。
圖2是用于說明LC串聯(lián)諧振的頻率特性的概略的曲線圖。
圖3是用于對開關(guān)元件的驅(qū)動狀態(tài)檢測進(jìn)行說明的圖。
圖4是表示驅(qū)動狀態(tài)檢測電路的結(jié)構(gòu)例的圖。
圖5是與圖6和圖7一起用于對圖4的電路動作進(jìn)行說明的定時圖，該圖是表示高于諧振頻率的頻率區(qū)域下的動作狀態(tài)的圖。
圖6是表示從進(jìn)入低于共振頻率的頻率區(qū)域后不久的動作狀態(tài)的圖。
圖7是表示在與圖6的比較中，再次進(jìn)入低于諧振頻率的頻率區(qū)域時的動作狀態(tài)的圖。
圖8是表示驅(qū)動狀態(tài)控制部分的電路結(jié)構(gòu)例的圖。
圖9是假設(shè)在圖8中沒有電路部分51時的動作說明圖。
圖10是在圖8中考慮了電路部分51時的動作說明圖。
圖11是表示對于驅(qū)動狀態(tài)控制部分的電路結(jié)構(gòu)的另一例的圖。
圖12是表示對于驅(qū)動狀態(tài)控制部分的電路結(jié)構(gòu)的再一例的圖。
圖13是用于對圖13的電路動作進(jìn)行說明的圖。
圖14是表示放電燈的起動之后的諧振曲線和諧振頻率的變化的概略圖。
標(biāo)號說明1 放電燈點(diǎn)燈電路3 直流-交流變換電路5H、5L 開關(guān)元件7p、8、9 串聯(lián)諧振電路15 驅(qū)動狀態(tài)檢測電路17 控制部件具體實(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具有從直流電源2接受電源供給的直流-交流變換電路3和起動電路4。
直流-交流變換電路3被設(shè)置用于從直流電源2接受直流輸入電壓(參照圖的“+B”)而進(jìn)行交流變換和升壓。在本例中，具有兩個開關(guān)元件5H、5L和用于驅(qū)動它們的驅(qū)動電路6(半橋接驅(qū)動器等)。即，在相互串聯(lián)連接的開關(guān)元件中，位于高段側(cè)的開關(guān)元件5H的一端被連接到電源端子，該開關(guān)元件的另一端經(jīng)由位于低段側(cè)的開關(guān)元件5L接地，通過來自驅(qū)動電路6的信號，各元件5H、5L被交互地導(dǎo)通/截止控制。而且，在圖中為了簡化，用開關(guān)的記號表示元件5H、5L，但是使用場效應(yīng)晶體管(FET)和雙極晶體管等半導(dǎo)體開關(guān)元件。
直流-交流變換電路3具有功率傳輸和升壓的變壓器7，在本例中，在其初級側(cè)使用利用了諧振電容器8和電感器或者電感分量的諧振現(xiàn)象的電路結(jié)構(gòu)。即，作為結(jié)構(gòu)方式，例如舉出以下三種。
(I)利用了諧振電容器8和電感元件的諧振的方式(II)利用了諧振電容器8和變壓器7的漏感的諧振的方式(III)利用了諧振電容器8和電感元件和變壓器7的漏感的諧振的方式首先，在上述(I)中，附帶配置諧振線圈等電感元件9，例如，將該元件的一端連接到諧振電容器8，將該諧振電容器8連接到開關(guān)元件5H和5L的連接點(diǎn)。然后，將電感元件9的另一端連接到變壓器7的初級線圈7p的結(jié)構(gòu)。
而且，在上述(II)中，通過利用變壓器7的電感分量，不需要追加諧振線圈等。即，將諧振電容器8的一端連接到開關(guān)元件5H和5L的連接點(diǎn)，并將諧振電容器8的另一端連接到變壓器7的初級線圈7p就可以。
在上述(III)中，可以利用電感元件9和漏感的串聯(lián)合成電抗。
任何一個方式，都利用諧振電容器8和電感性要素(電感分量和電感元件)的串聯(lián)諧振，將開關(guān)元件5H、5L的驅(qū)動頻率規(guī)定為大于等于串聯(lián)諧振頻率的值而使該開關(guān)元件交互地導(dǎo)通/截止，使被連接到次級線圈7s的放電燈10(車輛用燈具中使用的鹵化金屬燈等)點(diǎn)燈。而且，在各開關(guān)元件的驅(qū)動控制中，需要相反地驅(qū)動各個元件，以使開關(guān)元件不成為同時導(dǎo)通狀態(tài)(依賴于占空比(on duty)的控制等。)。而且，對于串聯(lián)諧振頻率，將電源接通后的點(diǎn)燈前的諧振頻率記為“Foff”，點(diǎn)燈狀態(tài)下的諧振頻率記為“Fon”，將諧振電容器8的靜電電容記為“Cr”，將電感元件9的電感記為“Lr”，將變壓器7的初級側(cè)電感記為“Lp”時，例如，在上述方式(III)中，在電源接通后的放電燈的點(diǎn)燈前，成為“Foff＝1/(2·π·√(Cr·(Lr+Lp))”。例如，在驅(qū)動頻率低于Foff時開關(guān)元件的損失變大，效率惡化，所以進(jìn)行高于Foff的頻率區(qū)域下的開關(guān)動作。而且，在放電燈點(diǎn)燈后，成為“Fon≈1/(2·π·√(Cr·Lr)”(Foff＜Fon)。這時，在高于Fon的頻率區(qū)域進(jìn)行開關(guān)動作。
在點(diǎn)燈電路的電源接通后，放電燈的熄滅狀態(tài)(無負(fù)載狀態(tài))中以Foff附近的頻率值控制OCV，在起動信號導(dǎo)致放電燈的起動后轉(zhuǎn)移到點(diǎn)燈狀態(tài)的情況下，最好進(jìn)行高于Fon的頻率區(qū)域下的點(diǎn)燈控制。
起動電路4被設(shè)置用于對放電燈10提供起動信號，起動時的起動電路4的輸出電壓由變壓器7升壓而施加給放電燈10(對交流變換過的輸出重疊起動信號而提供給放電燈10。)。在本例中，示出將起動電路4的一個輸出端子連接到變壓器7的初級線圈7p的中間，將另一個輸出端子連接到初級線圈7p的一端(接地側(cè)端子)的方式。對于至起動電路4的輸入，例如舉出從變壓器7的次級側(cè)或者起動線圈得到至起動電路的輸入電壓的方式，或者設(shè)置與電感元件9一起構(gòu)成變壓器的輔助線圈而從該線圈得到至起動電路的輸入電壓的方式。
如圖1所示，在用直流-交流變換電路3進(jìn)行從直流輸入到交流的變換和升壓，進(jìn)行放電燈的功率控制的電路方式中，在檢測對放電燈10施加的燈電壓的情況下，例如舉出分壓變壓器7的輸出電壓的方法或者對變壓器7追加檢測線圈或檢測端子來進(jìn)行檢測的方法。
而且，在檢測流過放電燈10的燈電流的情況下，例如舉出在變壓器7的次級側(cè)設(shè)置電流檢測電阻11來進(jìn)行電壓變換的方法，但是不限于此，例如也可以是設(shè)置與電感元件9一起形成變壓器的輔助線圈，檢測流過放電燈10的電流的等效電流的方法。
放電燈10的電壓和電流的檢測信號被輸出到輸入功率運(yùn)算部分12，在這里計(jì)算應(yīng)對放電燈10輸入的功率值，基于運(yùn)算結(jié)果的控制信號經(jīng)由誤差放大器13被送到電壓-頻率變換部(以下，記為“V-F變換部分”)14。
V-F變換部分14生成具有基于該輸入電壓而變化的頻率的信號(脈沖頻率調(diào)整信號)，將該信號送到驅(qū)動電路6。由此，控制從驅(qū)動電路6分別對開關(guān)元件5H、5L的控制端子施加的信號的驅(qū)動頻率。
驅(qū)動狀態(tài)檢測電路15根據(jù)電流檢測電阻11的燈電流的檢測信號和被送到驅(qū)動電路6的矩形波狀的驅(qū)動信號，檢測上述開關(guān)元件的驅(qū)動頻率是否為低于最低頻率的狀態(tài)。例如，檢測開關(guān)元件的驅(qū)動是否在諧振狀態(tài)或者諧振狀態(tài)的近旁下的頻率區(qū)域內(nèi)進(jìn)行(對于其具體例在后面敘述。)。
驅(qū)動狀態(tài)檢測電路15的檢測信號被輸出到后級的驅(qū)動狀態(tài)控制部分16，在檢測出上述開關(guān)元件的驅(qū)動頻率已低于最低頻率的狀態(tài)時，向提高該驅(qū)動頻率或者降低對放電燈的輸入功率的方向進(jìn)行控制。
驅(qū)動狀態(tài)控制部分16的輸出信號被輸出到V-F變換部分14或者被利用于使誤差放大器13的輸出變化。即，在檢測出在低于最低頻率的頻率區(qū)域進(jìn)行開關(guān)元件的驅(qū)動的狀態(tài)的情況下，例如舉出以下所示的控制方式。
(A)對從V-F變換部分14輸出到驅(qū)動電路6的信號進(jìn)行操作的方式(B)在V-F變換部分14的前級中操作輸入功率的控制目標(biāo)(或者控制指令值)的方式在上述方式(A)中，例如，通過使被提供給上述開關(guān)元件的矩形波狀驅(qū)動信號強(qiáng)制地極性反轉(zhuǎn)而提高驅(qū)動頻率，控制使得該元件的驅(qū)動頻率低于最低頻率的狀態(tài)不繼續(xù)(下限限制)。
而且，在上述方式(B)中，通過根據(jù)與最低頻率(例如，諧振頻率或比其高的頻率)的偏移量，即當(dāng)前的驅(qū)動頻率低于最低頻率時的其降低量，使對放電燈的輸入功率的目標(biāo)值降低，從而進(jìn)行限制，以使該元件的驅(qū)動頻率低于最低頻率的狀態(tài)不持續(xù)。
對于各方式的具體的電路結(jié)構(gòu)和動作，在后面詳細(xì)敘述。
而且，在本例中，輸入功率運(yùn)算部分12、誤差放大器13、V-F變換部分14、驅(qū)動電路6、驅(qū)動狀態(tài)檢測電路15、驅(qū)動狀態(tài)控制部分16構(gòu)成控制部件17，通過該部件，在開關(guān)元件5H、5L的驅(qū)動頻率被控制的同時保證其最低頻率。
接著，對上述點(diǎn)燈電路中的OCV和功率的控制進(jìn)行說明。
圖2是用于對利用了LC串聯(lián)諧振時的頻率特性進(jìn)行說明的概略的曲線圖，橫軸上取為驅(qū)動頻率“f”，縱軸上取為點(diǎn)燈電路的輸出電壓“Vo”或者輸出功率“OP”，表示放電燈的熄燈時的諧振曲線“g1”和點(diǎn)燈時的諧振曲線“g2”。
而且，對于諧振曲線“g1”，縱軸表示輸出電壓“Vo”，對于諧振曲線“g2”，縱軸表示輸出功率“OP”。
在放電燈熄燈時變壓器7的次級側(cè)為高阻抗，該變換器的初級側(cè)的阻抗值高，得到諧振頻率Foff的諧振曲線g1。而且，在放電燈點(diǎn)燈時，變壓器7的次級側(cè)的阻抗低(數(shù)Ω至數(shù)百Ω左右)，初級側(cè)的阻抗值變低，得到諧振頻率Fon的諧振曲線g2(點(diǎn)燈時電壓的變化量比較小，主要電流極大變化。)。
圖中所示的各記號的含義如下。
·“fa1”＝“f＜Foff”的頻率區(qū)域(位于“f＝Foff”的左側(cè)的電容性區(qū)域或者相位超前區(qū)域)·“fa2”＝“f＞Foff”的頻率區(qū)域(位于“f＝Foff”的右側(cè)的電感性區(qū)域或者相位延遲區(qū)域)·“fb”＝位于“f＞Fon”的頻率區(qū)域(為點(diǎn)燈時的頻率區(qū)域，是位于“f＝Fon”的右側(cè)的電感性區(qū)域內(nèi))·“focv”＝點(diǎn)燈前(熄滅時)的輸出電壓的控制范圍(以下，將其稱為“OCV控制范圍”。其在fa2內(nèi)位于Foff的附近區(qū)域。)·“Lmin”＝可維持放電燈的點(diǎn)燈的輸出電平·“P1”＝接通電源前的動作點(diǎn)·“P2”＝接通電源之后的初起動作點(diǎn)·“P3”＝表示熄滅時至OCV目標(biāo)值的到達(dá)時刻的動作點(diǎn)(focv內(nèi))·“P4”＝點(diǎn)燈后的動作點(diǎn)(區(qū)域fb內(nèi))·“f1”＝放電燈開始點(diǎn)燈之前的開關(guān)元件的驅(qū)動頻率(例如，在動作點(diǎn)P3的驅(qū)動頻率)·“f2”＝放電燈點(diǎn)燈時的開關(guān)元件的驅(qū)動頻率(例如，在動作點(diǎn)P4的驅(qū)動頻率)·“Fmax”＝g2和Lmin的交點(diǎn)的頻率(容許上限頻率)如果以逐條書寫方式表示放電燈的點(diǎn)燈轉(zhuǎn)移控制的流程，則例如如下所述。
(1)接通電路電源(P1→P2)
(2)在OCV控制范圍focv提高OCV值(P2→P3)(3)產(chǎn)生起動脈沖而施加給放電燈(P3)(4)在放電燈開始點(diǎn)燈后將固定點(diǎn)燈頻率(開關(guān)元件的驅(qū)動頻率)的值(P3)持續(xù)一定期間(以下稱為“頻率固定期間”)(5)轉(zhuǎn)移到在fb內(nèi)的功率控制(P3→P4)在接通電源之后，或者放電燈暫時點(diǎn)燈后熄滅之后，暫時性提高驅(qū)動頻率后(P1→P2)，緩慢降低頻率而向f1接近(P2→P3)。
在focv內(nèi)進(jìn)行OCV的控制，產(chǎn)生對放電燈的驅(qū)動信號，通過該信號的施加點(diǎn)燈放電燈。例如，在OCV的控制中，如果降低頻率而從高頻側(cè)向諧振頻率Foff接近，則輸出電壓Vo逐漸變大，在動作點(diǎn)P3達(dá)到目標(biāo)值。而且，在放電燈點(diǎn)燈之前的熄滅時在區(qū)域fa1進(jìn)行OCV控制的方法中，開關(guān)損失非常大，電路效率惡化。而且，在區(qū)域fa2中進(jìn)行OCV控制的方法中，要注意在無負(fù)載時不使電路連續(xù)動作的期間長于需要。
在動作點(diǎn)P3，通過起動電路4放電燈起動時，在高頻固定期間中驅(qū)動頻率已成為一定值后，轉(zhuǎn)移到區(qū)域fb(參照圖的“ΔF”)。而且，在從OCV控制范圍focv向區(qū)域fb的頻率轉(zhuǎn)移中，在放電燈開始點(diǎn)燈后，最好從f1向f2使頻率連續(xù)地變化。
如上所述，在放電燈熄滅時，進(jìn)行高于諧振頻率Foff的頻率區(qū)域fa2下的輸出電壓控制，在放電燈點(diǎn)燈時，進(jìn)行高于諧振頻率Fon的頻率區(qū)域fb下的功率控制的結(jié)構(gòu)中(在電感性區(qū)域中，通過對電流變動的抑制作用，功率容易穩(wěn)定)，在提高輸出的情況下，進(jìn)行降低開關(guān)元件的驅(qū)動頻率的控制。但是，在檢測出驅(qū)動頻率過低而低于了最低頻率時的狀態(tài)的情況下，向提高驅(qū)動頻率或者至放電燈的輸入功率降低的方向進(jìn)行控制。
接著，對開關(guān)元件的驅(qū)動狀態(tài)檢測進(jìn)行說明。
圖3是對于開關(guān)元件的驅(qū)動信號(橋接驅(qū)動信號)“Sdrv”、各開關(guān)元件5H、5L的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)、圖1所示的直流-交流變換電路3的半橋接輸出電壓“Vout”、燈電壓波形“VL”和燈電流波形“IL”例示了時間性的變化的圖，表示它們的相位關(guān)系(而且，對于各電壓和電流的方向，用圖1所示的各個箭頭的方向來定義。)。
信號Sdrv為由從V-F變換部分14輸出到驅(qū)動電路6的信號控制的矩形波(或者方波)狀的信號，在本例中，在Sdrv為H(高)電平的期間，高端側(cè)的開關(guān)元件5H為截止?fàn)顟B(tài)，低端側(cè)的開關(guān)元件5L為導(dǎo)通狀態(tài)，兩個元件的狀態(tài)為反相關(guān)系。
輸出電壓“Vout”相對于信號Sdrv為反相關(guān)系，而且，在燈電壓波形“VL”中疊加與Vout大致同相關(guān)系、Vout的極性切換時的再起弧電壓并已失真的正弦波。
對于燈電流波形“IL”，在上段表示開關(guān)元件的驅(qū)動頻率高于諧振頻率Fon的情況(電感性區(qū)域下的驅(qū)動狀態(tài))，在中段表示諧振狀態(tài)，即驅(qū)動頻率與諧振頻率相等的情況(最大功率的輸出狀態(tài))，在下段表示驅(qū)動頻率低于諧振頻率Fon的情況(在電容性區(qū)域下的驅(qū)動狀態(tài))。
而且，在圖中所示的期間“T1”中，開關(guān)元件5H為截止?fàn)顟B(tài)，開關(guān)元件5L為導(dǎo)通狀態(tài)，在諧振狀態(tài)下為正半波的燈電流，以該狀態(tài)為基準(zhǔn)，在電感性區(qū)域中為滯后波形，在電容性區(qū)域?yàn)槌安ㄐ?。而且，在圖中表示的期間“T2”中，開關(guān)元件5H為導(dǎo)通狀態(tài)，5L為截止?fàn)顟B(tài)，在諧振狀態(tài)中為負(fù)半波的燈電流。
由于在驅(qū)動頻率低于諧振頻率的狀態(tài)，即電容性區(qū)域下的驅(qū)動控制不好，所以在檢測出該狀態(tài)的情況下，為了不使該狀態(tài)持續(xù)，需要提高驅(qū)動頻率而返回電感性區(qū)域下的驅(qū)動控制。
用于判斷驅(qū)動頻率已低于了諧振頻率的狀態(tài)的條件如下所述。
在(α1)期間“T1”的驅(qū)動狀態(tài)下，對于下述的2條件取“與”(邏輯積)條件。
(α1-1)在Sdrv的上升時刻燈電流表示正值。
(α1-2)在Sdrv為高電平的情況下存在燈電流表示負(fù)值的期間。
在(α2)期間“T2”的驅(qū)動狀態(tài)下，對于以下的2條件取“與”(邏輯積)條件。
(α2-1)在Sdrv的下降時刻燈電流表示負(fù)值。
(α2-2)在Sdrv為低電平的情況下存在燈電流表示正值的期間。
在上述(α1)或者(α2)的條件已被滿足的情況下，判斷為進(jìn)行電容性區(qū)域下的動作。即，最終的判斷條件為上述(α1)和(α2)的“或”(邏輯和)條件，在它們表示真值的情況下，電容性區(qū)域下的驅(qū)動狀態(tài)被檢測。
圖4是表示驅(qū)動狀態(tài)檢測電路15的結(jié)構(gòu)例的圖，在本例中，檢測用于驅(qū)動開關(guān)元件的信號、和放電燈的燈電流的檢測信號之間的相位差，并判斷開關(guān)元件是否在低于諧振頻率的頻率區(qū)域被驅(qū)動，檢測與諧振狀態(tài)的偏離的程度(錯開的狀況)。
通過電流檢測電阻11得到的燈電流的檢測信號被傳送到差動放大電路18。
差動放大電路18例如用運(yùn)算放大器19構(gòu)成，其非反轉(zhuǎn)輸入端子經(jīng)由電阻20連接到電流檢測電阻11的一端(放電燈10側(cè)的端子)，同時經(jīng)由電阻21被接地。運(yùn)算放大器19的反轉(zhuǎn)輸入端子經(jīng)由電阻22被連接到電流檢測電阻11的另一端，在反轉(zhuǎn)輸入端子和輸出端子之間插入反饋電阻23。
運(yùn)算放大器19的輸出信號被輸出到后級的滯后比較器24。
D觸發(fā)電路25在其D端子被提供滯后比較器24的輸出信號，而且，在其時鐘信號端子(CK)被提供信號Sdrv。然后，其Q輸出被送到后級的三輸入“與”門26。
在“與”門26中除了D觸發(fā)電路25的輸出信號，還輸入信號Sdrv、從滯后比較器24經(jīng)由非(邏輯否定)門27的信號，表示這三個信號的邏輯積運(yùn)算的結(jié)果的輸出信號被送到后級的“或”門28。
D觸發(fā)電路29其D端子被提供“非”門27的輸出信號，而且，在其時鐘信號輸入端子(CK)中經(jīng)由“非”門30被提供信號Sdrv。然后，其Q輸出被提供給后級的3輸入“與”門31。
在“與”門31中除了D觸發(fā)電路29的輸出信號，還輸入“非”門30的輸出信號、滯后比較器24的輸出信號，表示這三個信號的邏輯積運(yùn)算的結(jié)果的輸出信號被送到后級的“或”門28。
二輸入“或”門28輸出用于表示“與”門26、31的各輸出信號的或(邏輯和)運(yùn)算結(jié)果的信號。該信號是最終的驅(qū)動狀態(tài)檢測信號。
檢測在電流檢測電阻11中流過電流時的電壓降低而被運(yùn)算放大器19放大，根據(jù)在后級的滯后比較器24中與預(yù)定的閾值的比較結(jié)果來判斷是否流過燈電流，對應(yīng)于判斷結(jié)果的二值信號從該比較器24被輸出(在正電流的檢測時輸出高電平信號，在負(fù)電流的檢測時輸出低電平信號)。
在信號Sdrv從低電平向高電平上升的時刻，滯后比較器24的輸出信號電平被D觸發(fā)電路25鎖存(latch)。該D觸發(fā)電路25的Q輸出信號為高電平(參照上述條件(α1-1))，并且，在信號Sdrv為高電平時，滯后比較器24的輸出信號為低電平的情況下(參照上述條件(α1-2))，從“與”門26輸出高電平信號(即，在圖3的期間T1，檢測在低于諧振頻率的頻率區(qū)域進(jìn)行開關(guān)元件的驅(qū)動的狀態(tài)。)。
而且，在信號Sdrv從高電平向低電平下降的時刻，“非”門27的輸出信號電平被D觸發(fā)電路29鎖存。該D觸發(fā)電路29的Q輸出信號為高電平(參照上述條件(α2-1))，并且，在信號Sdrv為低電平時，滯后比較器24的輸出信號為高電平的情況下(參照上述條件(α2-2))，從“與”門31輸出高電平信號(即，在圖3的期間T2，檢測在低于諧振頻率的頻率區(qū)域進(jìn)行開關(guān)元件的驅(qū)動的狀態(tài)。)。
圖5至圖7為表示了上述電路的動作例的定時圖，圖中所示的各記號的含義如下所述。
·〔S24〕＝滯后比較器24的輸出信號·〔S25〕＝D觸發(fā)電路25的Q輸出信號·〔S26〕＝“與”門26的輸出信號·〔S29〕＝D觸發(fā)電路29的Q輸出信號·〔S31〕＝“與”門31的輸出信號·〔S28〕＝“或”門28的輸出信號而且。關(guān)于Sdrv、IL如前所述。
圖5是例示了開關(guān)元件的驅(qū)動頻率在高于諧振頻率(Fon)的電感性區(qū)域下的動作狀態(tài)的圖，信號Sdrv中的“Ta”表示周期。
信號S24在燈電流IL的正期間表示高電平，在燈電流IL的負(fù)期間表示低電平。
對于信號S25，在信號Sdrv的上升時刻取入信號S24，表示低電平信號。
而且，對于信號S29，在信號Sdrv的下降時刻取入信號S24的邏輯非信號，表示低電平信號。
因此，信號S26、S31、S28的任意一個都為低電平。即，驅(qū)動狀態(tài)檢測電路15的輸出信號在電感性區(qū)域中表示低電平。
圖6是例示了開關(guān)元件的驅(qū)動頻率在進(jìn)入低于諧振頻率(Fon)的電容器區(qū)域不久時的動作狀態(tài)的圖。
信號Sdrv的其周期(Tb)比上述“Ta”還長。
對于信號S25，由于在信號Sdrv的上升時刻取入信號S24所以表示高電平信號。
信號S26是信號S25、信號S24的邏輯非信號與Sdrv的邏輯積信號，是與S24的下降時刻同步的脈沖狀的信號。
而且，對于信號S29，由于在信號Sdrv的下降時刻取入信號S24的邏輯非信號，所以表示高電平信號。
信號S31為信號S29、信號S24、信號Sdrv的邏輯非信號的邏輯積信號，是與信號S24的上升時刻同步的脈沖狀信號。
信號S28為信號S26和信號S31的邏輯和信號，在電容性區(qū)域中表示驅(qū)動狀態(tài)檢測電路15的輸出信號(驅(qū)動狀態(tài)檢測信號)，圖中的“W”表示其脈沖寬度。
圖7是例示與圖6的狀態(tài)相比，開關(guān)元件的驅(qū)動頻率進(jìn)一步降低，深入了電容性區(qū)域時的狀態(tài)的圖。
與圖6的不同之處如下所述。
·信號Sdrv的周期“Tc”比上述“Tb”長。
·燈電流的相位偏移變大(對于Sdrv向超前相位方向的偏移量大)。
·關(guān)于信號S26、S31、S28，它們的脈沖寬度大。
對于各信號的相位關(guān)系，如在圖6中說明的那樣，但是由于是開關(guān)元件的驅(qū)動頻率進(jìn)一步降低而深入到電容性區(qū)域的狀態(tài)，所以信號S28的脈沖寬度變大。即，在電容器區(qū)域中，驅(qū)動狀態(tài)檢測電路15的輸出信號(驅(qū)動狀態(tài)檢測信號)包含用于表示向電容性區(qū)域進(jìn)入的程度(或者電容性的強(qiáng)度)的信息，作為脈沖寬度(參照“w”)的大小(電容性越強(qiáng)，脈沖寬度越大。)。
而且，在本例中，表示通過利用上述條件(α1)和(α2)在圖3的期間T1和T2中分別進(jìn)行驅(qū)動狀態(tài)的檢測，不產(chǎn)生時間延遲的結(jié)構(gòu)方式，但是，本發(fā)明的應(yīng)用上，也可以是根據(jù)需要僅使用了上述條件(α1)和(α2)中的一個的檢測方式。
而且，在本例所示的驅(qū)動狀態(tài)檢測電路中，構(gòu)成為檢測是否是開關(guān)元件的驅(qū)動在低于諧振頻率Fon的頻率區(qū)域中進(jìn)行的狀態(tài)，在檢測出是比Fon還低的狀態(tài)的情況下得到脈沖狀信號，但是，在本發(fā)明的應(yīng)用中，不限于此，也可以是以下結(jié)構(gòu)方式，即檢測是否是開關(guān)元件的驅(qū)動狀態(tài)比設(shè)置在Fon附近的高頻側(cè)的最低頻率還低的狀態(tài)，同時在檢測出該狀態(tài)的情況下，向提高開關(guān)元件的驅(qū)動頻率或者使對放電燈的輸入功率降低的方向進(jìn)行功率控制。
例如，可以通過用延遲電路等使圖5至圖7所示的信號Sdrv或S24的相位延遲。即，通過有意地使信號Sdrv的相位延遲，可以將最低頻率設(shè)定在接近諧振頻率的電感性區(qū)域內(nèi)，而且，通過有意識地使信號S24的相位延遲，可以將最低頻率設(shè)定在接近諧振頻率的電容性區(qū)域內(nèi)。而且，對于具體的電路結(jié)構(gòu)，例如，延遲電路具有使用了電阻和電容器的CR積分電路和在其后級的施密特觸發(fā)電路的情況下，通過由電阻值和電容器的靜電電容決定的時間常數(shù)來設(shè)定延遲時間，用施密特觸發(fā)電路對積分輸出進(jìn)行波形整形。在圖4所示的結(jié)構(gòu)中，如果使得信號Sdrv經(jīng)由該延遲電路被送到D觸發(fā)電路25、“與”門26、“非”門30，則可以對該信號賦予希望的相位延遲?；蛘?，構(gòu)成為在滯后比較器24的后級插入該延遲電路而其輸出信號被送到D觸發(fā)電路25、“非”門27、“與”門31，則可以對信號S24賦予希望的相位延遲。
而且，在本發(fā)明的應(yīng)用中，可以取代用于驅(qū)動開關(guān)元件的信號Sdrv，進(jìn)行所謂利用了直流-交流變換電路的輸出電壓的檢測信號和放電燈的燈電壓的檢測信號等與具有Sdrv同步的關(guān)系的信號的各種方式下的實(shí)施。
接著，對驅(qū)動狀態(tài)控制部分16進(jìn)行說明。
圖8是對關(guān)于上述方式(A)的電路結(jié)構(gòu)的一例32表示其主要部分的圖，表示在上述開關(guān)元件的驅(qū)動頻率降低而進(jìn)入了電容性區(qū)域的情況下，將橋接驅(qū)動信號Sdrv強(qiáng)制地極性反轉(zhuǎn)那樣的結(jié)構(gòu)方式。
在誤差放大器13中，對其負(fù)側(cè)輸入端子提供來自輸入功率運(yùn)算部分12的控制電壓(以下將其記為“V12”)，而且，對其正側(cè)輸入端子提供圖中用恒壓源的記號表示的基準(zhǔn)電壓“Eref”。即，在V12的電平高(低)時，誤差放大器13的輸出降低(上升)。該放大器的輸出信號被輸出到后級的V-F變換部分14。
而且，輸入功率運(yùn)算部分12例如具有用于進(jìn)行在放電燈開始點(diǎn)燈后的過渡期輸入的功率的控制和在穩(wěn)定的恒定狀態(tài)下的功率控制等的電路結(jié)構(gòu)，其輸出值相當(dāng)于放電燈的輸入功率的目標(biāo)值和指令值(例如，在電感性區(qū)域下的驅(qū)動狀態(tài)中，在輸出值小時要輸入的功率值大。)，但是，在本發(fā)明的應(yīng)用中，不管輸入功率運(yùn)算部分12的結(jié)構(gòu)如何。
V-F變換部分14在本例中具有相對其輸入電壓的增加(減少)輸出頻率降低(上升)的控制特性，具有利用了電流鏡的電流源33和斜坡波發(fā)生部分34。
構(gòu)成電流鏡的PNP晶體管35、36，它們的發(fā)射極被連接到電源端子38，基極之間被連接。然后，晶體管35的集電極被連接到該晶體管的基極，同時經(jīng)由電阻37連接到誤差放大器13的輸出端子。
晶體管36，其集電極連接到二極管39的陽極，該二極管的陰極經(jīng)由電容器40接地。
電阻41其一端被連接到電源端子38，另一端被連接到電容器40。
電容器40的一端(非接地側(cè)端子)被連接到滯后比較器42的輸入端子，該滯后比較器42的輸出信號經(jīng)由“非”門43和電阻44被提供給晶體管45的基極，同時被輸入到“或”門47。
發(fā)射極接地的NPN晶體管45，其集電極經(jīng)由電阻46連接到二極管39和電容器40之間。
二輸入“或”門47與電阻48、晶體管49、電阻50一起構(gòu)成用于驅(qū)動狀態(tài)控制的電路部分(對斜坡波發(fā)生部分34的附加電路)51。即，該電路部分51是在檢測出在低于最低頻率(在本例中為諧振頻率)的頻率區(qū)域驅(qū)動開關(guān)元件的情況時，使在該開關(guān)元件的驅(qū)動中使用的矩形波狀信號的相位被強(qiáng)制地反轉(zhuǎn)的電路。在本例中，來自上升驅(qū)動狀態(tài)檢測電路15的檢測信號(驅(qū)動狀態(tài)檢測信號S28)被提供給二輸入“或”門47的一個輸入端子，同時經(jīng)由電阻48提供給晶體管49的基極。
發(fā)射極接地的NPN晶體管49，其集電極經(jīng)由電阻50連接到滯后比較器42的輸入端子。
滯后比較器42的輸出信號和來自上述驅(qū)動狀態(tài)檢測電路15的檢測信號的邏輯和信號，從“或”門47被提供給D觸發(fā)電路52的時鐘信號輸入端子(CK)。
D觸發(fā)電路52，通過其D端子被連接到Q端子成為T(計(jì)數(shù)觸發(fā)器)型結(jié)構(gòu)，Q輸出信號作為信號Sdrv被送到前述的驅(qū)動電路6。
圖9是例示了假設(shè)在圖8中沒有上述電路部分51時(即，滯后比較器42的輸出信號被提供給D觸發(fā)電路52的時鐘信號輸入端子。)的各部分的波形的圖，各記號的含義如下所述。
·“Srmp”＝表示二極管39和電容器40的連接點(diǎn)的電位(表示PFM斜坡波。“PFM”＝脈沖頻率調(diào)制。)·“S42”＝滯后比較器42的輸出信號而且，信號Sdrv為D觸發(fā)電路52的Q輸出。
在本例中，對應(yīng)于誤差放大器13的輸出的電流經(jīng)由晶體管35、36被返回，以對應(yīng)于該輸出的電位的斜率(為時間變化率，參照圖的角度“θ”)對電容器40充電(誤差放大器13的輸出電壓電平越高，電容器40的充電電流越小。)。然后，該電容器的端子電壓在滯后比較器42中與規(guī)定的閾值(參照圖示的上限閾值“U”)比較。即，電容器40的電位上升而在達(dá)到了該閾值的時刻晶體管45成為導(dǎo)通狀態(tài)。
由此，開始電容器40的放電，該電容器的端子電壓在滯后比較器42中與規(guī)定的閾值(參照圖示的下限閾值“D”)比較。即，在電容器40的電位降低而達(dá)到了該閾值的時刻晶體管45成為截止?fàn)顟B(tài)，再次開始電容器40的充電。
這樣，通過重復(fù)電容器40的充電動作和電容器40的放電動作，作為Srmp，得到對應(yīng)于誤差放大器13的輸出的斜坡波(PFM斜坡波)。然后，其經(jīng)過D觸發(fā)電路52成為占空比50％的矩形波狀信號(PFM輸出信號)。
通過根據(jù)誤差放大器13的輸出決定電容器40的充電電流，斜坡波的傾斜變化來可變控制頻率(PFM頻率)。即，通過誤差放大器13的輸出降低(上升)充電電流增加(減少)，從而頻率變高(變低)。
圖10是在考慮了上述電路部分51時例示了各部分的波形的圖，表示上述Srmp、S28、Sdrv。
在本例中，表示Srmp的電位變化的傾斜(充電周期下的傾斜)平緩，頻率低，表示在電容性區(qū)域下的驅(qū)動狀態(tài)。
驅(qū)動狀態(tài)檢測信號S28被輸入電路部分51，在某時刻表示高電平時，即使Srmp的電平?jīng)]有達(dá)到滯后比較器42的上限閾值，晶體管49也成為導(dǎo)通狀態(tài)而強(qiáng)制地使電容器40放電。其結(jié)果，自動地進(jìn)行頻率的下限限制，以使斜坡波的頻率變高。而且，S28通過“或”門47被送到D觸發(fā)電路52，Sdrv的極性強(qiáng)制地反轉(zhuǎn)。
這樣，電路部分51具有根據(jù)驅(qū)動狀態(tài)檢測信號S28進(jìn)行頻率的下限限制的任務(wù)。
接著，對上述方式(B)的電路結(jié)構(gòu)例53進(jìn)行說明。
圖11是在開關(guān)元件的驅(qū)動頻率降低而低于了最低頻率的情況下，對于根據(jù)脫離諧振狀態(tài)的程度降低輸入功率的控制目標(biāo)那樣的結(jié)構(gòu)方式，表示電路結(jié)構(gòu)的主要部分的圖。
與圖8所示的結(jié)構(gòu)例的不同之處如下所述。
·在斜坡波發(fā)生部分34中沒有電路部分51。
·設(shè)置有與誤差放大器13并聯(lián)連接的電路部分54。
被輸入驅(qū)動狀態(tài)檢測信號的電路部分54是為進(jìn)行開關(guān)元件的驅(qū)動狀態(tài)控制而附加的電路，被設(shè)置用于在檢測出在低于最低頻率的頻率區(qū)域驅(qū)動開關(guān)元件的情況下，根據(jù)與最低頻率的偏移量使對放電燈的輸入功率的目標(biāo)值降低。在本例中，電路部分54具有低通濾波器55和放大器56。
低通濾波器55由包含電阻57和電容器58的積分電路、二極管59和電阻60的串聯(lián)電路構(gòu)成，二極管59的陽極被連接到電阻57的一端，同時該二極管的陰極經(jīng)由電阻60被連接到電阻57和電容器58的連接點(diǎn)。
就放大器56來說，例如使用運(yùn)算放大器，其反轉(zhuǎn)輸入端子連接到電容器58的一端(非接地側(cè)端子)，運(yùn)算放大器的非反轉(zhuǎn)輸入端子被接地。然后，放大器56的輸出端子連接到二極管61的陰極，該二極管的陽極被連接到晶體管35的集電極。
如前所述，驅(qū)動狀態(tài)檢測信號S28的脈沖寬度表示從諧振狀態(tài)偏移的程度(即，電容性的強(qiáng)度)，在本例中，在該檢測信號被輸入電路部分54時，經(jīng)由低通濾波器55成為鈍的波形。低通濾波器55的輸出電壓反映從諧振狀態(tài)向電容性區(qū)域的偏移的程度，在用放大器56放大該電容器58的電壓信號后，經(jīng)由二極管61施加到與PFM斜坡波的產(chǎn)生有關(guān)的上述電流源33的基準(zhǔn)側(cè)(作為電流灌入(sink)型連接。)。
通過低通濾波器55的輸出電壓的增加，從電流源33向電容器40的充電電流增加，從而PFM斜坡波的頻率變高，從而使得驅(qū)動頻率從電容性區(qū)域抽出。即，在低于諧振頻率的區(qū)域中，通過從諧振狀態(tài)的偏移越顯著，越提高頻率的作用起效，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動頻率的下限限制。
而且，在本例中，雖然在誤差放大器13和電流源33之間插入電阻37，但是，通過在電路部分54和電流源33之間不設(shè)置電阻或者插入具有比電阻37小得多的電阻值的電阻，可以構(gòu)成為優(yōu)選地進(jìn)行電路部分54的頻率下限限制。
接著，對以下電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，即該電路結(jié)構(gòu)在通過驅(qū)動狀態(tài)檢測電路15檢測出開關(guān)元件的驅(qū)動頻率降低，已從諧振狀態(tài)轉(zhuǎn)移到電容性區(qū)域的情況下，以預(yù)定的時間常數(shù)來緩慢地提高驅(qū)動頻率。
圖12是表示了電路結(jié)構(gòu)例62的主要部分的圖，在用虛線框表示的電路部分63中與圖11所示的結(jié)構(gòu)有所不同。
被輸入驅(qū)動狀態(tài)檢測信號S28的電路部分63是為了開關(guān)元件的驅(qū)動狀態(tài)控制而被附加的電路，具有第一低通濾波器64、RS觸發(fā)器65、第二低通濾波器66。
第一低通濾波器64被設(shè)置作為用于保證動作穩(wěn)定性的延遲電路，具有包含電阻67、電容器68的積分電路，以及對該電阻67并聯(lián)連接的二極管69。該二極管其陽極被連接在電阻67和電容器68之間。
驅(qū)動狀態(tài)檢測信號S28被送到RS觸發(fā)器65的設(shè)置(S)端子，同時經(jīng)由“非”門70被送到第一低通濾波器64。該第一低通濾波器64的輸出信號經(jīng)由施密特觸發(fā)電路71被送到第一低通濾波器64的復(fù)位(R)端子。
RS觸發(fā)器65的Q輸出經(jīng)由被設(shè)置在后級的第二低通濾波器66，即電阻72和電容器73構(gòu)成的積分電路被輸入緩沖放大器74。該第二低通濾波器66決定使驅(qū)動頻率變化時的時間常數(shù)。
緩沖放大器74例如用運(yùn)算放大器構(gòu)成，對其非反轉(zhuǎn)輸入端子提供第二低通濾波器66的輸出。然后，其輸出端子被連接到二極管75的陰極，該二極管的陽極被連接到運(yùn)算放大器的反轉(zhuǎn)輸入端子，同時被連接到PNP晶體管35的集電極。
圖13是例示了上述電路部分63中的各部的波形的圖，各記號的含義如下所述。
·“S64”＝第一低通濾波器64的輸出電壓·“S65”＝RS觸發(fā)器65的輸出信號(Q輸出)·“S66”＝第二低通濾波器66的輸出電壓而且，對于S28如已經(jīng)敘述的那樣。
接受驅(qū)動狀態(tài)檢測信號而設(shè)置RS觸發(fā)器65，在信號S65為低電平時，第二低通濾波器66的電容器73以由該電容器的靜電電容量和電阻72的電阻值決定的時間常數(shù)來放電。S66的電壓降低經(jīng)由緩沖放大器74使電流源33的基準(zhǔn)電流增加，至電容器40的充電電流增加，從而斜坡波的頻率、進(jìn)而PFM輸出頻率上升。
S64在S28中在低電平期間(表示脈沖間隔。)上升，但是由于下一個到來的脈沖電容器68放電，從而電壓每次降低。于是，在S28的脈沖間隔長的情況下，S64的電平在超過了規(guī)定值(參照施密特觸發(fā)電路71的閾值“Ush”)的時刻(參照圖的“tu”)，RS觸發(fā)器65的輸出反轉(zhuǎn)，S65從低電平變?yōu)楦唠娖健?br> 在S28的下一個脈沖到來之前的期間，S65表示高電平，S66逐漸上升。即，該電壓上升經(jīng)由緩沖放大器74使電流源33的基準(zhǔn)電流降低，至電容器40的充電電流減少，斜坡波的頻率，進(jìn)而PFM輸出頻率降低。
如上所述，在低于諧振頻率的電容性區(qū)域中，驅(qū)動頻率以第二低通濾波器66的時間常數(shù)上升，與其相隨，S28的脈沖間隔逐漸變長。這樣，此次S66上升，驅(qū)動頻率緩慢降低。然后，在驅(qū)動頻率過于降低時，檢測電容器區(qū)域下的驅(qū)動狀態(tài)，S28的脈沖間隔變短而向提高驅(qū)動頻率的控制轉(zhuǎn)移。
通過這樣的重復(fù)，驅(qū)動頻率穩(wěn)定于諧振頻率附近。即，在檢測出在低于作為最低頻率的諧振頻率的頻率區(qū)域中開關(guān)元件被驅(qū)動的狀態(tài)時，按照預(yù)定的時間常數(shù)使該元件的驅(qū)動頻率上升，之后，在檢測出在高于諧振頻率的頻率區(qū)域內(nèi)進(jìn)行該元件的驅(qū)動控制的狀態(tài)的情況下，按照預(yù)定的時間常數(shù)該元件的驅(qū)動頻率降低。
在本例中，通過使用第二低通濾波器66來保證頻率控制的穩(wěn)定性。即，在進(jìn)行以下控制，即檢測出電容性區(qū)域下的驅(qū)動狀態(tài)的情況下急劇增高驅(qū)動頻率，以及在檢測出已從該驅(qū)動狀態(tài)脫離時使驅(qū)動頻率降低的情況下，返回電容性區(qū)域下的驅(qū)動狀態(tài)，產(chǎn)生一種振蕩狀態(tài)(或者擺動(hunting))。為了抑制這種不良情況，通過第二低通濾波器66的時間常數(shù)的設(shè)定，可以使頻率控制系統(tǒng)的響應(yīng)鈍化，從而使控制穩(wěn)定。但是，通過第二低通濾波器66的截止頻率的設(shè)置值，不僅不能起到其本來的作用，而且由于其影響，放電燈的光量變化，產(chǎn)生即使用目視也可以識別該變化等不良情況。因此，對于低通濾波器66的截止頻率，為了使光量變化不被目視識別，例如最好設(shè)定為200Hz以上。
按照以上說明的結(jié)構(gòu)，得到以下所示的各種優(yōu)點(diǎn)。
·對于開關(guān)元件的驅(qū)動頻率規(guī)定其下限，并進(jìn)行在放電燈點(diǎn)燈時降低驅(qū)動頻率而增高輸出功率或者增高驅(qū)動頻率而降低輸出功率的控制就可以，而且可以防止放電燈的中斷等的產(chǎn)生。
在放電燈點(diǎn)燈的情況下，在低于諧振頻率的頻率區(qū)域中的驅(qū)動狀態(tài)下，由于輸出功率不足使驅(qū)動頻率降低，進(jìn)而使功率降低的結(jié)果，產(chǎn)生放電燈的中斷。即，由于不能將高于諧振頻率的頻率區(qū)域下的驅(qū)動控制以原有的方式應(yīng)用于低于諧振頻率的頻率區(qū)域中的驅(qū)動控制中，所以在各頻率區(qū)域下需要與其特性匹配的頻率控制(具體來說，進(jìn)行以下控制，即在低于諧振頻率的電容性區(qū)域內(nèi)，通過提高驅(qū)動頻率來提高輸入功率或者通過降低驅(qū)動頻率來降低輸入功率。)但是，在這樣的方式中，由于電路結(jié)構(gòu)和控制方法復(fù)雜化，所以通過采用上述結(jié)構(gòu)，放電燈點(diǎn)燈時，可以進(jìn)行所謂降低驅(qū)動頻率而提高輸出功率(或者提高驅(qū)動頻率而降低輸出功率)的一貫的控制。
·通過使驅(qū)動頻率的下限規(guī)定在反饋環(huán)中自動地生效，可以有效地應(yīng)對電路部件的偏差和隨時間變化、周圍環(huán)境變化等。
諧振頻率由于使用部件的制造上的離散等而不固定，因此，作為對策，增大各部件的設(shè)計(jì)余量時，成為部件成本的上升和電路裝置的大型化等的原因。而且，在所謂制造后調(diào)查電路特性而使控制電路存儲諧振條件等的各個對策中，帶來制造成本的上升，而且不能對應(yīng)隨時間變化和使用條件等的變化。因此，即使諧振頻率變化，最好是始終檢測開關(guān)元件的驅(qū)動是否在低于諧振頻率的頻率區(qū)域下進(jìn)行的狀態(tài)的方式(即，不是檢測諧振頻率本身，而是以諧振狀態(tài)為基準(zhǔn)，檢測是否為相對地頻率高的狀態(tài)或者低的狀態(tài)。)。
·將最低驅(qū)動頻率作為諧振頻率或其附近，可以發(fā)揮點(diǎn)燈電路的最大能力。
在點(diǎn)燈時的諧振曲線中，由于諧振頻率到達(dá)邊界從而頻率對功率的控制特性逆轉(zhuǎn)(參照圖2)，所以通過將驅(qū)動頻率的下限值設(shè)定為諧振頻率或者其附近值，可以確實(shí)地進(jìn)行充分發(fā)揮電路能力的動作。而且，在對點(diǎn)燈電路的輸入電源電壓已降低的情況下，以及在放電燈起動之后要輸入最大限度的功率的情況下，可以容易地以低于正常狀態(tài)下的頻率的頻率進(jìn)行開環(huán)控制，因此，有利于控制電路的簡化和小型化、低成本。
·通過跟蹤從放電燈起動之后開始時刻變化的諧振頻率的驅(qū)動控制，有助于提高放電燈的點(diǎn)燈起動性。
放電管在其起動之后的數(shù)秒期間，阻抗從數(shù)千Ω變化至10Ω左右。串聯(lián)諧振電路的電感，例如為諧振線圈和變壓器的初級線圈的合成電感，在起動之后的放電管的阻抗變化作為諧振電路的電感變化表現(xiàn)出來。
圖14是概略地表示了起動之后的諧振曲線和諧振頻率的變化的圖，諧振曲線g2逐漸向頻率f的增加方向移動，同時其峰值降低。
在放電管起動后不久(例如，1秒左右)，希望對放電管輸入點(diǎn)燈電路中被允許的最大限度下的功率從而促使放電電弧的成長，為此，如果由隨時間變化的諧振頻率進(jìn)行驅(qū)動控制，則可以得到諧振曲線下的峰值功率。即，在將驅(qū)動頻率的下限設(shè)為諧振頻率的情況下，起動之后最好進(jìn)行始終追隨諧振點(diǎn)的控制，以便得到諧振狀態(tài)或者諧振頻率的附近區(qū)域下的驅(qū)動狀態(tài)。
·通過檢測開關(guān)元件的驅(qū)動信號(Sdrv)或者與該信號等同的直流-交流變換電路的輸出的檢測信號或者燈電壓(VL)的檢測信號，和放電燈的燈電流(IL)的檢測信號之間的相位差，可以判斷是否以低于諧振狀態(tài)或者諧振狀態(tài)附近的頻率區(qū)域的頻率進(jìn)行著開關(guān)元件的驅(qū)動控制，或者檢測離開諧振狀態(tài)的程度。
在關(guān)于諧振狀態(tài)下的驅(qū)動狀態(tài)的判斷方法中，舉出用于調(diào)查對放電燈的輸出在其驅(qū)動頻率中是否為最大的方法，但是，這時需要一邊使頻率有意地變化，一邊調(diào)查功率的變化，所以不能在放電燈的點(diǎn)燈狀態(tài)中采用(因?yàn)榘殡S光量變化。)。
因此，希望如上所述那樣檢測各信號間的相位差而調(diào)查從諧振狀態(tài)的偏移的方法，這時，例如最好對放電燈串聯(lián)地連接電流檢測用電阻，以地電位為基準(zhǔn)來檢測燈電流。在放電燈的功率控制中，由于燈電流的檢測信號的使用是必需的，所以得到可以兼用該檢測信號的優(yōu)點(diǎn)。
而且，關(guān)于與燈電流的檢測信號的相位關(guān)系，在成為比較對象的信號中，與燈電壓的檢測信號相比，使用上述的信號Sdrv或者與該信號等同的與直流-交流變換電路的輸出有關(guān)的檢測信號在精度保證方面更好(放電燈的燈電壓波形VL，如前所述那樣重疊橋接的極性切換時的再起弧電壓，并成為失真的正弦波，所以使用Sdrv那樣穩(wěn)定的波形，以高精度進(jìn)行相位檢測。)。
·在前述方式(A)中，在檢測出低于諧振頻率的頻率區(qū)域下的驅(qū)動狀態(tài)的情況下，通過強(qiáng)制地使橋接驅(qū)動信號的相位反轉(zhuǎn)，可以比放電燈的功率控制(反饋控制)更優(yōu)先并且確實(shí)地使頻率的下限限制起效。
在前述方式(B)中，在檢測出低于諧振頻率的頻率區(qū)域下的驅(qū)動狀態(tài)的情況下，可以對應(yīng)于從諧振狀態(tài)脫離的程度來操作輸入功率的控制目標(biāo)，可以根據(jù)驅(qū)動狀態(tài)檢測信號精確地控制驅(qū)動頻率。
·在檢測出低于諧振頻率的頻率區(qū)域下的驅(qū)動狀態(tài)的情況下，按照規(guī)定的時間常數(shù)緩慢地提高驅(qū)動頻率在保證驅(qū)動控制的穩(wěn)定性上較好。
權(quán)利要求
1.一種放電燈點(diǎn)燈電路，包括具有多個開關(guān)元件和串聯(lián)諧振電路的直流-交流變換電路；以及用于不使該開關(guān)元件的驅(qū)動頻率低于其最低頻率的狀態(tài)持續(xù)的控制部件，其特征在于，在上述放電燈點(diǎn)燈時，在比上述串聯(lián)諧振電路的諧振頻率高的頻率區(qū)域進(jìn)行控制以驅(qū)動上述開關(guān)元件，同時根據(jù)與流過上述放電燈的燈電流的相位的關(guān)系來監(jiān)視該開關(guān)元件的驅(qū)動狀態(tài)，并在檢測出該開關(guān)元件的驅(qū)動頻率已低于上述最低頻率的狀態(tài)時提高該驅(qū)動頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的放電燈點(diǎn)燈電路，其特征在于，上述最低頻率設(shè)為上述諧振頻率或者其近旁的頻率，設(shè)置了驅(qū)動狀態(tài)檢測電路，該電路用于檢測上述開關(guān)元件是否為在低于上述諧振頻率或其近旁的頻率的頻率區(qū)域中被驅(qū)動的狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求2所述的放電燈點(diǎn)燈電路，其特征在于，上述驅(qū)動狀態(tài)檢測電路檢測用于驅(qū)動上述開關(guān)元件的信號或上述直流-交流變換電路的輸出或上述放電燈的燈電壓的檢測信號、以及與上述燈電流的檢測信號之間的相位差，判斷在低于上述諧振頻率或者其近旁的頻率的頻率區(qū)域中上述開關(guān)元件是否被驅(qū)動，或者檢測從諧振狀態(tài)偏離的程度。
4.如權(quán)利要求1或2所述的放電燈點(diǎn)燈電路，其特征在于，在檢測出上述開關(guān)元件在低于上述最低頻率的頻率區(qū)域中被驅(qū)動的情況下，使用于驅(qū)動上述開關(guān)元件的信號的極性被強(qiáng)制地反轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的放電燈點(diǎn)燈電路，其特征在于，在檢測出上述開關(guān)元件在低于上述最低頻率的頻率區(qū)域中被驅(qū)動的情況下，根據(jù)與上述最低頻率的偏移量而使對上述放電燈的輸入功率的目標(biāo)值降低。
6.如權(quán)利要求1或2所述的放電燈點(diǎn)燈電路，其特征在于，在檢測出上述開關(guān)元件在低于上述最低頻率的頻率區(qū)域中被驅(qū)動的情況下，按照預(yù)定的時間常數(shù)使上述開關(guān)元件的驅(qū)動頻率上升。
全文摘要
本發(fā)明提供一種放電燈點(diǎn)燈電路，在放電燈的高頻點(diǎn)燈電路中，通過對應(yīng)于點(diǎn)燈時的諧振頻率的變化而自動地進(jìn)行開關(guān)元件的驅(qū)動頻率的下限限制，從而使驅(qū)動頻率低于其最低值的狀態(tài)不長時間持續(xù)。放電燈點(diǎn)燈電路(1)包括具有多個開關(guān)元件(5H、5L)和串聯(lián)諧振電路(8、9、7p)的直流－交流變換電路(3)；以及用于不使該開關(guān)元件的驅(qū)動頻率低于其最低頻率的狀態(tài)持續(xù)的控制部件(17)。放電燈點(diǎn)燈時，在高于串聯(lián)諧振頻率的頻率區(qū)域內(nèi)進(jìn)行開關(guān)元件的驅(qū)動控制，同時根據(jù)與流過放電燈的燈電流的相位的關(guān)系，監(jiān)視開關(guān)元件的驅(qū)動狀態(tài)。然后，構(gòu)成為在檢測出開關(guān)元件驅(qū)動頻率低于驅(qū)動頻率的狀態(tài)的情況下，通過提高該驅(qū)動頻率，自然地限制驅(qū)動頻率的下限。
文檔編號H05B41/288GK1897783SQ20061010561
公開日2007年1月17日 申請日期2006年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月11日
發(fā)明者市川知幸, 村松隆雄 申請人:株式會社小糸制作所