照明用光源的點亮裝置的制作方法

專利名稱：照明用光源的點亮裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及利用了回掃型結構的直流電壓變換部件的點亮裝置中的噪聲對策技術。
背景技術：
在汽車照明中使用放電燈(HID燈等)和發光元件(LED等)光源的情況下，已知在該光源的功率控制中具有了開關電源電路(DC-DC變換器)的結構方式，例如，在利用了變壓器、設置在該變壓器的一側的FET(場效應晶體管)等半導體開關元件的回掃方式中，與動作模式有關，被分類為以下所示的三種模式。
·電流連續模式·電流邊界模式·電流不連續模式相對于在電流連續模式中，在將變壓器中積蓄的能量向次級側完全放出之前，開關元件為導通狀態，在電流邊界模式中，在將變壓器中積蓄的能量向次級側完全放出的時刻，開關元件成為導通的狀態。而且，在電流不連續模式中，在被積蓄在變壓器中的能量向次級側完全放出的時刻起，經過某期間(不連續期間)后，開關元件成為導通狀態。
在使開關元件以高頻動作的情況下，在電流邊界模式中，雖然具有次級側的整流二極管的逆恢復損失減少，具有在電路效率方面有利的特征，但是，在對放電燈的投入功率固定的情況下，開關頻率被唯一地確定，該開關頻率的高次諧波對無線廣播頻帶的影響(無線噪聲)成為問題。
因此，例如采用了有意產生頻率波動而使頻譜分散，使噪聲的時間平均值降低的方法。
在放電燈的輸出電流和功率的控制中提供波動，使開關頻率改變的結構方式(例如參照專利文獻1)中，例如已知使構成控制電路的誤差放大器的基準電壓以規定的頻率變化，或者使該誤差放大器的輸出電壓以規定的頻率改變的方法。
〔專利文獻1〕特開2003-264095號公報但是，在以往的電路結構中，存在對設計上的目標功率難以正確地設定波動幅度，或者為了進行該工作的結構復雜和成本上升等的問題。
無線廣播頻帶被劃分為LW帶、AM帶、SW帶、FM帶等，但是例如在汽車的照明用途中，為了通過高頻開關方式實現電路裝置的小型化等，需要位于LW和AM帶之間的頻帶(約300至500KHz)中的頻率設定。這時，如果波動幅度的設定不合適，則不能充分降低噪聲電平，不得不進行附加噪聲濾波器等的對策(關系到部件數量的增加和成本上升)。

發明內容
因此，本發明的課題是在具有回掃型結構的直流-直流變換電路的點亮裝置中，適當進行與開關頻率有關的波動的賦予，充分抑制高次諧波噪聲。
本發明為了解決上述課題，提供一種照明用光源的點亮裝置，包括構成為具有變壓器和開關元件的回掃型結構的直流-直流變換電路，以便將直流輸入電壓變換為希望的直流電壓；以及用于控制對照明用光源的供給功率的控制電路，通過從該控制電路發送到所述開關元件的控制信號，進行電流邊界模式下的動作控制，該裝置還設置波動發生電路，用于通過將與所述照明用光源的功率控制有關的目標功率值作為基準，使對該照明用光源的供給功率變化，對所述開關元件的驅動頻率賦予波動。
因此，在本發明中，通過以將照明用光源的功率控制有關的目標功率值作為中心，允許上下變動為前提來操作供給功率值，作為結果，對開關頻率賦予波動，同時可以在設計上正確地設定其波動幅度。
按照本發明，可以適當地進行與開關頻率有關的波動賦予，充分抑制高次諧波噪聲，防止電磁干擾等。
而且，在上述控制電路具有誤差運算部和生成對所述開關元件的控制信號的控制信號生成部的結構中，如果提供規定的基準信號作為所述誤差運算部的一方的輸入信號，提供對根據與所述照明用光源有關的電壓或者電流的檢測信息計算的功率控制信號重疊所述波動發生電路的生成信號后的信號，作為另一方的輸入信號，則可以不隨著電路的結構和控制的復雜化、顯著的成本上升等地采取噪聲對策。而且，與在誤差運算部的基準信號中重疊波動發生電路的輸出信號的方式相比，對于誤差運算部的制造或者特性的離散和溫度變化等的原因，可以進行穩定的頻率波動的控制。


圖1是表示本發明的基本結構例的圖。
圖2是表示本發明的主要部分的電路結構例的圖。
圖3是表示本發明的波動發生電路的結構例的圖。
圖4是表示電路邊界模式控制部的電路結構例的圖。
具體實施例方式
圖1是表示本發明的點亮裝置1的基本結構例的圖。
連接到直流電源2的直流-直流變換電路3接受來自直流電源2的直流輸入電壓后將其變換為希望的直流電壓，使用回掃型DC-DC變換器。即，如后述那樣，在具有變壓器和開關元件的電路結構中，通過來自控制電路的控制信號來驅動開關元件。
直流-交流變換電路4是被設置用來將直流-直流變換電路3的輸出電壓變換為交流電壓后提供給照明用光源5(HID燈等放電燈)。例如，在H橋(或者全橋(full bridge)型)電路結構中，利用四個半導體開關元件構成兩個臂，具有用于分別驅動各臂的開關元件的驅動電路，通過相反地對兩組的開關元件對進行導通/截止控制，輸出交流電壓。
在作為照明用光源5而使用金屬鹵化物燈等放電燈時，設置用于產生高壓脈沖信號(啟動脈沖)從而使放電燈啟動的電路(未圖示)，將該信號重疊在直流-交流變換電路4輸出的交流電壓上而施加到放電燈。而且，在本發明的應用中，直流-交流變換電路4被設為任意的結構元件(如LED等那樣，以直流驅動照明用光源5的情況下，不需要直流-交流變換電路4)。
控制電路6被設置用于控制對照明用光源5的供給功率，在本例中具有電流邊界模式控制部7和功率控制部8。
電流邊界模式控制部7被設置用于與直流-直流變換電路3有關而以電流邊界模式進行動作控制。而且，功率控制部8根據照明用光源5的狀態檢測信號來控制對該光源的投入功率。例如，通過設置用于取得對于燈電壓或者燈電流或者與它們相當的電壓或者電流的檢測信號的電路，功率控制部8接受燈狀態的檢測信號(參照電壓檢測信號‘VL’或者電流檢測信號‘IL’)，對直流-直流變換電路3發送控制信號(將其記為‘So’)來控制其輸出電壓。在生成該信號So時，參照電流邊界模式控制部7的輸出信號，生成后的So被送到構成直流-直流變換電路3的開關元件，按照該元件的導通/截止控制進行電流邊界模式下的動作控制。而且，作為開關控制方式，例如已知PWM(脈沖寬度調制)方式、PFM(脈沖頻率調制)方式。
圖2是用于對包含直流-直流變換電路3和電流邊界模式控制部7、功率控制部8的主要部分的電路結構例9進行說明的圖。
圖中所示‘Vin’表示對直流-直流變換電路3的直流輸入電壓，‘Vout’表示直流-直流變換電路3的直流輸出電壓。
在變壓器10的初級側設置電容器11，初級線圈10p的始端連接到該電容器11的一端，同時初級線圈10p的終端連接到開關元件12。而且，在本例中，在開關元件12中使用N溝道FET。
在變壓器10的次級側設置整流用的二極管13和平滑用的電容器14。次級線圈10s的始端連接到初級線圈10p和開關元件12的連接點，同時次級線圈10s的終端被連接到二極管13的陽極。然后，電容器14的一端連接到二極管13的陰極，其端子電壓作為Vout對負載(照明用光源)輸出。
電流邊界模式控制部7的輸入端子被連接到初級線圈10p和開關元件12的連接點，在本例中，檢測FET的漏極-源極間電壓。然后，電流邊界模式控制部7的輸出信號(斜波)被發送到后述的信號生成電路。
在本例中，功率控制部8具有功率運算部15、波動發生電路16、誤差運算部17、控制信號生成部18。
功率運算部15具有第一運算部15a、第二運算部15b和偏移賦予電路15c。
第一運算部15a例如生成對應于電壓檢測信號VL的輸出電流(將其記為‘i1’)，具有將VL作為輸入的規定的函數產生電路(對于函數形式，任意形式都可以)。第一運算部15a的輸出經由電阻R1被發送到誤差運算部17。
第二運算部15b例如輸出對應于電流檢測信號IL的輸出電流(將其記為‘i2’)，具有將IL作為輸入的規定的函數產生電路(對于函數形式，任意形式都可以)。第二運算部15b的輸出經由電阻R2被發送到誤差運算部17。
關于偏移賦予電路15c，如圖中用恒壓源的標號表示的那樣，規定的基準電壓‘Eref’經由電阻R3被發送到誤差運算部17(參照輸出電流‘i3’)。
波動發生電路16被設置為用于將基于上述i1、i2、i3的目標功率值作為基準，通過使對照明用光源5提供的功率變化，在開關元件12的驅動頻率中賦予波動(對于具體的電路結構，在后面詳細敘述)。然后，波動發生電路16的輸出經由電阻R4被發送到誤差運算部17(參照輸出電流‘i4’)。
這樣，第一運算電路15a、第二運算電路15b、偏移賦予電路15c、波動發生電路16被并聯配置，根據通過電阻R1至R4的各電阻值決定的加權系數來進行加權加法，從而各部分的控制信號(各輸出電流的總和)被發送到誤差運算部17。在本例中，在構成誤差運算部17的誤差放大器的負輸入端子中輸入該控制信號，在誤差放大器的正輸入端子中提供用恒壓源的標號表示的規定的基準電壓‘Vref’。
誤差運算部17的輸出信號被發送到后級的控制信號生成部18從而生成上述控制信號So。例如，在PWM方式的情況下，在控制信號生成部18中包含PWM比較器等，來自誤差運算部17的誤差信號被提供給該比較器的正輸入端子。然后，電流邊界模式控制部7的輸出信號被提供給該比較器的負輸入端子，根據兩者的電平比較結果，生成變化的占空比的輸出信號，將其提供給前述開關元件12。另外，在PFM方式中，根據來自誤差運算部17的誤差信號生成頻率變化的輸出信號，將其提供給前述開關元件12。
圖3表示波動發生電路16的結構例。
通過串聯電阻21、22將來自供電線20的電源電壓(Vcc)或者規定的基準電壓分壓后的電壓輸入到運算放大器19的非反轉輸入端子。而且，運算放大器19的反轉輸入端子經由電容器23接地。
運算放大器19的輸出端子上連接電阻24、25，并且經由其中一個電阻24連接到運算放大器26的非反轉輸入端子和電容器23。而且，運算放大器26構成電壓緩沖器，其反轉輸入端子被連接到輸出端子，同時被連接到上述電阻R4。
另一方面，關于電阻25，被連接到發射極接地的NPN晶體管27的基極，該晶體管的集電極經由電阻28被連接到供電線20，同時被連接到發射極接地的NPN晶體管29的基極。
然后，NPN晶體管29的集電極經由電阻30被連接到運算放大器19的非反轉輸入端子。
在本結構中，利用運算放大器19和NPN晶體管27、29等構成滯后比較器，通過在其中附加反饋電阻24和電容器23形成振蕩器。即，在將滯后比較器的上限閾值記為‘V+’，下限閾值記為‘V-’時，電容器23的端子電壓成為具有規定的頻率(例如數十至數百赫茲左右)，在V+和V-之間連續變化的波動波。然后，該信號經由電壓緩沖器從電阻R4提供給誤差運算部17。
如圖2所示，對于功率運算部15的輸出電流，根據電阻R4的電阻值重疊波動波，提供功率的目標功率變動。即，通過該電阻值的設定或者調制，可以變更波動幅度(電阻R4的電阻值越小，波動波的影響越大，在功率運算結果中所占的比例越高)。
圖4表示電流邊界模式控制部7的電路結構的一例，具有電流邊界檢測電路31和斜波發生電路32。
圖中的‘VDS’表示開關元件12中使用的FET的漏極-源極間電壓，在電流邊界檢測電路31中，經由串聯連接的電容器33和電阻34、電阻35提供給NPN晶體管36的基極。
兩個二極管37、38構成限幅電路，其中一個二極管37的陰極連接到規定電壓的電源線39，其陽極連接到電阻34和35的連接點。然后，二極管38的陰極被連接到二極管37的陽極，二極管38的陽極接地。
發射極接地的NPN晶體管36，其基極經由電阻35、40連接到電源線39。然后，該晶體管的集電極經由電阻41連接到電源線39，同時，連接到次級的NPN晶體管42的基極。
斜波發生電路32用恒流源43、電容器44、運算放大器45、晶體管46、47構成。
電容器44的一端，經由電阻48連接到NPN晶體管42的集電極，同時，連接到恒流源43。在NPN晶體管42為截止狀態的情況下，由恒流源43進行電容器44的充電動作。
運算放大器45在其反轉輸入端子被提供電容器44的端子電壓，而且，在其非反轉輸入端子中被提供用電阻49、50分壓的基準電壓。而且，電阻51是被連接到運算放大器45的非反轉輸入端子和輸出端子的反饋電阻。
發射極接地的晶體管46的基極，經由電阻52連接到運算放大器45的輸出端子，該晶體管46的集電極經由電阻53被連接到電源線39。
然后，次級的晶體管47的基極被連接到晶體管46的集電極，晶體管47的集電極經由電阻54被連接到運算放大器45的反轉輸入端子。
在本結構中，利用電容器33進行開關元件12的VDS的邊沿檢測，根據其結果來規定晶體管36、42的導通/截止狀態。即，VDS在變壓器10的次級電流的輸出結束的時刻開始共振，在檢測到其下降沿(負沿(negative goingedge))時，晶體管36成為暫時截止狀態，伴隨這種狀態，晶體管42成為導通狀態。
利用運算放大器45和晶體管46、47等構成滯后比較器，通過在其中附加電阻51和電容器44來形成振蕩器，從電容器44取出的斜波‘Vramp’被發送到前述控制信號生成部18。而且，在上述邊沿檢測時晶體管42暫時成為的導通狀態時，電容器44被放電，從而Vramp的電平降低，之后，從NPN晶體管42成為截止狀態的時刻開始，重復Vramp的電平上升的動作。
通過上述電流邊界模式控制部7生成的Vramp和誤差運算部17的輸出信號進行電平比較的結果，生成控制信號So，從而驅動控制開關元件12，實現與直流-直流變換電路3有關在電流邊界模式下的動作。即，得到以下循環在開關元件12為導通狀態期間，變壓器10積蓄能量，在該開關元件12為截止狀態期間將該能量從次級線圈10s輸出，同時在將該能量完全放出的時刻開始，開關元件12再次成為導通狀態。
在變壓器10中，流過初級電流的時間和輸出功率之間相關聯，通過使輸出功率變化，流過初級電流的時間變化，結果開關頻率變動。即，輸出功率將其目標值或者平均值作為基準而上升(降低)時，開關頻率降低(上升)的關系成立。
當使輸出功率變化時，在圖2的結構中，在誤差運算部17中，作為其一方的輸入信號，提供對根據照明用光源的電壓或者電流的檢測信息計算的功率控制信號(i1至i3)重疊了波動發生電路16的輸出信號(i4)所得的信號。即，在波動波形的電壓上升(下降)時，增大(減小)提供給照明用電源的目標功率值，由此變壓器10中流過初級電流的時間變長(變短)，降低(提高)開關元件的驅動頻率。
按照上述說明的結構，在照明用光源的功率控制中，通過將其目標功率值作為基準(例如將變動量設為額定功率值的5％至30％左右，并設為目視不能識別光量的變化的程度)，作為結果，可以實現對開關頻率賦予波動。由此，可以得到比較簡單地電路結構而不依賴附加設置噪聲濾波器等，從而采取噪聲對策。
權利要求
1.一種照明用光源的點亮裝置，包括構成為具有變壓器和開關元件的回掃型結構的直流-直流變換電路，以便將直流輸入電壓變換為期望的直流電壓；以及用于控制對照明用光源的供給功率的控制電路，可通過從該控制電路傳送到所述開關元件的控制信號，進行電流邊界模式下的動作控制，其特征在于，該裝置還設置波動發生電路，用于通過將與所述照明用光源的功率控制有關的目標功率值作為基準，使對該照明用光源的供給功率變化，從而對所述開關元件的驅動頻率賦予波動。
2.如權利要求1所述的照明用光源的點亮裝置，其特征在于，所述控制電路具有誤差運算部，和生成對所述開關元件的控制信號的控制信號生成部，提供規定的基準信號作為所述誤差運算部的一個輸入信號，提供對根據與所述照明用光源有關的電壓或者電流的檢測信息計算的功率控制信號重疊了所述波動發生電路的生成信號所得的信號，作為另一個輸入信號。
全文摘要
本發明的目的是在具有回掃型結構的直流－直流變換電路的點亮裝置中適當地進行與開關頻率有關的波動的賦予，抑制高頻噪聲。在本發明的照明用光源(放電燈等)的點亮裝置中，回掃型結構的直流－直流變換電路(3)具有晶體管(10)和開關元件(12)。具有用于控制對照明用光源的供給功率的控制電路，通過從該控制電路向開關元件(12)發送的控制信號進行電流邊界模式下的動作控制。設置了用于將照明用光源的功率控制的目標功率值作為基準，通過使對該照明用光源的供給功率變化，對開關元件的驅動頻率賦予波動的波動發生電路(16)。
文檔編號H05B33/02GK1731910SQ20051008786
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月1日 優先權日2004年8月5日
發明者市川知幸, 鈴木友和 申請人:株式會社小糸制作所