放電燈點燈電路的制作方法

專利名稱：放電燈點燈電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于在適于小型化或高頻化的放電燈點燈電路中，可以可靠地進行放電燈的點燈維持的技術。
背景技術：
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燈電路中，已知包括具有DC-DC轉換器的結構的直流電源電路、直流-交流變換電路、起動電路的結構。例如，在直流電源電路中將來自電池的直流輸入電壓變換為希望的電壓的基礎上，由后級的直流-交流變換電路變換為交流輸出，對其疊加起動用信號而供給到放電燈(例如，參照專利文獻1。)。
在放電燈的點燈控制中，控制放電燈點燈前(熄燈時)的無負載時輸出電壓(以下稱作‘OCV’。)，同時對放電燈施加起動用信號，從而使該放電燈點燈之后，一邊削減過渡接通功率一邊使其轉移到穩定點燈狀態。
可以舉出直流電源電路中例如采用使用了變壓器的開關調整器，而且在直流-交流變換電路中例如使用多對開關元件的全橋式結構等。
特開平7-142182號公報另外，在現有的點燈電路中，需要直流電源電路所使用的變壓器或構成起動電路的變壓器，或者增加直流-交流變換電路所使用的開關元件的數目等，在電路規模和成本方面存在問題。例如，在對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配置點燈電路(例如，在燈具內容納點燈電路單元的情況等)。
在進行二級電壓變換(直流電壓變換和直流-交流變換)的構成方式中，電路規模增大，作為不適于小型化的對策，考慮將通過直流-交流變換電路中的一級電壓變換而升壓的輸出供給到放電燈這樣的結構。例如，舉出利用一個變壓器和諧振電路，在諧振電壓升壓的基礎上進行對放電燈的電力供給的構成方式。在該情況下，成為問題的是某種程度允許與變壓器或電容器等部件有關的特性偏差，實現點燈性能的維持，以及在放電燈的起動后可靠且迅速地使其轉移到穩定的點燈狀態。這些事項例如在對汽車用照明光源的應用中，在充分地確保夜間行駛的安全性上成為必須。

發明內容
因此，本發明以簡化放電燈點燈電路、減少部件件數和成本，同時在放電燈的起動后可靠地使其轉移到穩定的點燈狀態為課題。
本發明在包括接受直流輸入電壓并進行交流變換的直流-交流變換電路、用于對放電燈供給起動用信號的起動電路、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燈電路中，具有以下所示的結構。
(1)直流-交流變換電路具有由控制部件驅動的多個開關元件，和包含電感元件或變壓器以及電容器的串聯諧振電路。
(2)放電燈的熄燈時的上述串聯諧振電路的諧振頻率記做‘f1’，放電燈的點燈時的上述串聯諧振電路的諧振頻率記做‘f2’，放電燈的點燈前，進行驅動控制，以使上述開關元件的驅動頻率緩慢接近f1，同時將起動電路的起動用信號供給到放電燈。
(3)在放電燈開始點燈之后，以放電燈點燈之前的上述開關元件的驅動頻率作為基準，通過規定為比該驅動頻率高出預先決定的頻率位移量的驅動頻率，從而使上述開關元件的驅動頻率轉移到比f2高的頻率區域。
從而，在本發明中，在直流-交流變換電路中，使用多個開關元件控制其驅動頻率，同時使用包含電感元件或變壓器以及電容器的串聯諧振電路，從而對電路結構的簡化以及高頻化、高效率化等有效。而且，在使開關元件的驅動頻率轉移到比f2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的變動的影響。
根據本發明，可以緩和電路部件的特性偏差或周圍條件的變動等的影響，并進行點燈性能的維持以及向穩定的點燈狀態的可靠的點燈轉移。
在直流-交流變換電路包括具有與交流變換以及起動用信號有關的升壓功能的變壓器的構成方式中，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諧振電路。而且，是在該變壓器的初級側電路中發生的諧振電壓由該變壓器升壓，對與次級側電路連接的放電燈供給電力的結構。由此，電路結構被簡化，不必使用多個變壓器，有利于電路裝置的小型化和低成本化等。
此外，在與上述開關元件的驅動頻率有關的控制中，具有用于得到與輸入電壓對應的頻率信號的電壓-頻率變換電路的構成方式中，根據該電壓-頻率變換電路的輸出信號的頻率來控制開關元件的驅動頻率。而且，在放電燈的點燈開始后，通過電壓-頻率變換電路的輸出量變化一定量，上述預先決定的頻率位移量被規定。由此，對于驅動頻率的精度提高等有效，而不會伴隨控制結構或控制的復雜化等。
在使放電燈起動，放電燈開始了點燈的情況下，不會使上述開關元件的驅動頻率突然變化，在點燈開始之后的預先決定的期間中將驅動頻率固定，這在提高放電燈的點燈維持的可靠性上較好。而且，在該期間中，使對電壓-頻率變換電路的輸入量變化一定量，在該期間經過后，以上述預先決定的頻率位移量提高開關元件的驅動頻率，從而使其移動到比上述f2高的頻率區域即可。


圖1是表示本發明的基本結構例的圖。
圖2是用于說明控制方式的圖。
圖3是表示控制部件的電路結構例的圖。
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的各部分的信號波形的圖。
圖6是表示V-F變換電路的結構例的圖。
圖7是用于說明控制動作的圖。
符號說明1…放電燈點燈電路，3…直流-交流變換電路，4…起動電路，5H、5L…開關元件，6…控制部件，7…變壓器，8…電容器，9…電感元件，10…放電燈具體實施方式
圖1是表示本發明的基本結構例的圖，放電燈點燈電路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(參照圖的‘+B’)并進行交流變換以及升壓而設置。在本例中，包括兩個開關元件5H、5L、進行它們的驅動控制的控制部件6。換言之，高級側的開關元件5H的一端連接到電源端子，該開關元件的另一端經由低級側的開關元件5L接地，各元件5H、5L通過控制元件6交互地導通/截止。另外，在圖中，為了簡便而以開關的記號表示部件5H、5L，但使用場效應晶體管(FET)或雙極晶體管等半導體開關元件。
在本發明的應用中，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，在其初級側使用利用了諧振用電容器8、電感器或電感分量的諧振現象的電路結構。換言之，作為構成方式，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連接到開關元件5H和5L的連接點。然后，舉出將電感元件9的另一端連接到變壓器7的初級繞組7p的結構。
此外，在上述(II)中，通過利用變壓器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的一端與開關元件5H和5L的連接點連接，將該電容器8的另一端與變壓器7的初級繞組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)的串聯諧振，將開關元件5H、5L的驅動頻率規定為串聯諧振頻率以上的值，交替地使該開關元件導通/截止，就可以進行與變壓器7的次級繞組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)的正弦波點燈。另外，在控制部件6對各開關元件的驅動控制中，為了不使開關元件都成為導通狀態而需要相反地對各個元件進行驅動(根據導通占空(onduty)的控制等。)。此外，對于串聯諧振頻率，將點燈前的諧振頻率記做‘f1’，將點燈狀態下的諧振頻率記做‘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的初級側電感記做‘Lp1’時，例如，在上述方式(III)中，在放電燈的點燈前，‘f1=1/(2·π·(Cr·(Lr+Lp1)))]]>’。例如，由于驅動頻率低于f1時，開關元件的損失增大，效率惡化，所以進行比f1高的頻率區域內的開關動作。此外，在放電燈點燈后，為‘f2 在該情況下，在比f2高的頻率區域內進行開關動作。
起動電路4為了對放電燈10供給起動用信號而設置，起動時的起動電路4的輸出電壓由變壓器7升壓后被施加到放電燈10(對交流變換的輸出疊加起動用信號后供給到放電燈10。)。在本例中，表示了將起動電路4的輸出端子的一方連接到變壓器7的初級繞組7p的中途，將另一方的輸出端子連接到初級繞組7p的一端(地側端子)的方式。不限于此，例如，可舉出得到從變壓器7的次級側向起動電路的輸入電壓的方式，或設置與電感元件9一起構成變壓器的輔助繞組(后述的繞組11)，得到從該輔助繞組對起動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進行從直流輸入向交流的變換以及升壓，并進行放電燈的功率控制的電路方式中，在檢測放電燈10中流過的電流或對放電燈10施加的電壓的情況下，例如，對諧振用電感元件9追加繞組，或對變壓器7追加繞組，從而可以得到放電燈的電流檢測值以及電壓檢測值。
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為了檢測放電燈10中流過的電流的相當電流而設置，該輔助繞組11的輸出被發送到電流檢測電路12。換言之，對于放電燈的電流檢測，使用電感元件9以及輔助繞組11進行，該檢測結果被發送到控制部件6，利用于放電燈10的功率控制或點燈熄燈的判別。
此外，關于對放電燈10進行的電壓檢測，例如，根據變壓器7中設置的檢測用繞組7v的輸出進行。在本例中，檢測用繞組7v的輸出被發送到電壓檢測電路13，通過該電路得到與施加到放電燈10的電壓相當的檢測電壓。然后，該檢測電壓被發送到控制部件6，被用于放電燈10的功率控制等。
另外，關于放電燈的電流檢測法或電壓檢測法，可采用各種方式(例如，在變壓器7的次級側電路中設置電流檢測用電阻等)，不管電路結構如何。
圖2是用于說明控制方式的概略的曲線圖，在橫軸上取頻率‘f’，在縱軸上取點燈電路的輸出電壓‘Vo’，表示了放電燈的熄燈時的串聯諧振曲線‘g1’以及點燈時的串聯諧振曲線‘g2’。
另外，在放電燈的熄燈時，變壓器7的次級側為高阻抗，該變壓器的初級側的電感值高，得到諧振頻率f1的諧振曲線g1。此外，在放電燈的點燈時，變壓器7的次級側的阻抗低(數十至數百Ω程度)，初級側的電感值降低，得到諧振頻率f2的諧振曲線g2(點燈時電壓的變化量比較小，主要是電流較大變化。)。
圖中所示的各記號的意思如下所述。
·‘fa1’＝‘f＜f1’的頻率區域(位于‘f＝f1’的左側的電容性區域或相位超前區域)·‘fa2’＝‘f＞f1’的頻率區域(位于‘f＝f1’的右側的電感性區域或相位滯后區域)·‘fb’＝‘f＞f2’的頻率區域(是點燈時的頻率區域，在位于‘f＝f2’的右側的電感性區域內。)·‘focv’＝點燈前(熄燈時)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、位于f1的附近區域。)·‘Lmin’＝可進行放電燈的點燈維持的輸出電平·‘P1’＝電源接通前的動作點·‘P2’＝電源接通之后的初始動作點(區域fb內)·‘P3’＝表示熄燈時對OCV的目標值的到達時刻的動作點(focv內)·‘P4’＝點燈后的動作點(區域fb內)將有關放電燈的點燈轉移控制的流程以按項寫表示時，例如如下所示。
(1)接通電路電源(P1→P2)(2)在OCV控制范圍內接通功率(P2→P3)(3)發生起動脈沖并對放電燈施加(P3)(4)在放電燈開始點燈之后，在一定期間(以下稱作‘頻率固定期間’。)將點燈頻率(開關元件的驅動頻率)的值固定(P3)(5)轉移到fb內的功率控制(P3→P4)電源接通之后，一旦在放電燈點燈后熄滅之后，使驅動頻率移動到頻率區域fb(P1→P2)。換言之，臨時提高頻率后緩慢降低頻率而接近于f1(P2→P3)。
在focv內進行OCV的控制，發生對放電燈的起動用信號，通過該信號的施加來點亮放電燈。例如，在OCV的控制中，降低頻率而從高頻側接近諧振頻率f1時，輸出電壓不斷增大，在動作點P3達到目標值。另外，在放電燈點燈前的熄燈時進行區域fa1中的OCV的控制的方法中，需要注意開關損失變得相當大而電路效率惡化，而且，在區域fa2中進行OCV的控制的方法中，需要注意不要使在無負載時電路連續動作的期間長出必要以上。
在動作點P3中，通過起動電路4進行放電燈10的起動，在點燈開始后僅一定期間頻率被固定之后，向區域fb轉移。另外，對于從區域focv向區域fb的轉移，可以舉出一次進行該轉移的方法，和分為多次增加頻率的方法。
不是在放電燈10點燈開始之后立即使頻率向區域fb轉移，而是如上述(4)所示，通過經過頻率固定區間，可以可靠地轉移到穩定點燈狀態而不會伴隨放電燈的中斷或點燈狀態的不穩定化等。
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，再次進入上述點燈轉移控制(基本上返回P2，向P2→P3→P4推移，例如，在直流輸入電壓降低時降低頻率而向P3轉移。)。
關于上述區域fb中的控制條件，需要滿足以下兩個。
(i)fb在諧振曲線g2中的電感性區域內(ii)在fb內，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，頻率為f3以下)另外，條件(i)關系到功率控制的容易性。換言之，在點燈時的電路特性中，在輸出阻抗的電感性區域中，抑制放電燈的電流變動的方向的控制作用工作，對于使放電燈的電流穩定有效，容易功率控制(與此相對，在電容性區域(f2的左側區域)中，成為對于放電燈的電流變動敏感地隨動的控制，功率容易不穩定化。)。
此外，條件(ii)用于規定fb內的頻率上限，在fb中，使頻率高于f3時，對放電燈的接通功率降低，進而陷入熄燈。
在使頻率從focv轉移到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內的頻率，從動作點P3的頻率切換到該頻率的方法(B)判別頻率在電容性區域內還是電感性區域內，從諧振頻率f2開始點燈時的接通功率控制的方法。
首先，在方法(A)中，難以應對諧振頻率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、周圍環境變化顯著的用途下，需要考慮各種變動原因，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，在對高頻化的應用中，不能判別電容性、電感性。或者，假設該判別可能，且可以實現不使點燈時頻率在f2以下的控制，在高頻電路的情況下，由于無法忽略比較器或邏輯元件等的響應的延遲，因此實現性低或者在控制或成本方面(需要高速且高價的元件等)殘留問題。
因此，在本發明中，放電燈的點燈前的控制(OCV控制)中，通過使開關元件的驅動頻率緩慢接近f1，進行增大輸出電壓的驅動控制，對放電燈供給起動用信號。然后，在放電燈開始點燈之后，以放電燈點燈之前的驅動頻率(在圖2中相當于P3的頻率。)作為基準，通過規定為比該驅動頻率高出預先決定的頻率位移量(參照圖2的‘ΔF’。)的驅動頻率，使驅動頻率轉移到比f2高的頻率區域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’的變動的影響，同時f1值進而受到Lp1的變動的影響。
在忽略Lp1的變動的情況下，如果注意到Cr或Lr的變動對f1、f2帶來相同傾向的變動，則可知在從focv向fb的轉移時，從OCV控制時的頻率將頻率提高一定的頻率ΔF而使其轉移到fb的范圍內的控制，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系，因此例如，即使f1降低，f2也降低，因此可以將ΔF設定為不依賴于f1、f2的變化的值。但是，由于相對于Lp1值的變動，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上進行ΔF值或條件設定。
在放電燈開始了點燈之后，在將開關元件的驅動頻率比點燈前的頻率提高預先決定的頻率ΔF而使其轉移到電感性區域(‘f1＞f2’)內的區域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，可以應對高頻化(例如，驅動頻率2兆赫以上)。或者，在對高頻化的應對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，引起不滿足上述(i)、(ii)的條件的情況的不便成為問題，但根據本發明的點燈轉移控制，排斥或難以受到f1、f2的變動引起的弊端(換言之，可以防止而極力不引起在進行以ΔF的位移量從focv向fb轉移的控制時，例如，由于ΔF值的不足，頻率f進入g2的電容性區域，或由于ΔF值大，頻率f進入超過f3的區域的情況。)。
接著，根據圖3、圖4說明應用了本發明的電路結構的一例。
圖3主要表示控制部件6的電路結構，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’。)的結構例。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，該輸出電壓被發送到后級的橋式驅動部6b，該輸出信號被分別發送到開關元件5H、5L的控制端子。例如，在上述頻率區域fb中，Vin的值越大Fout的值就越低，其結果，進行向輸出功率(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點燈前的無負載時輸出電壓的電路部，其輸出信號被發送到控制部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放電燈的接通功率的功能，例如，使用以上述電壓檢測電路13的放電燈的電壓檢測信號(將其記做‘Sv’。)作為輸入信號的運算放大器來構成。
用于對放電燈10供給的功率進行控制的功率運算部6e具有用于對放電燈點燈后轉移到上述區域fb的情況或穩定狀態下的接通功率進行控制的電路結構，其輸出信號被發送到控制部6d。另外，本發明的應用上，不管功率運算部6e的結構如何，例如，設有將對放電燈施加的電壓檢測信號Sv或上述電流檢測電路12的電流檢測信號(將其記做‘SI’。)作為輸入信號來計算功率值的運算放大器，在放電燈的點燈時用于限制控制輸出以使驅動頻率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以及功率運算部6e的輸出信號，并輸出對于V-F變換電路6a的電壓。對于其具體的電路結構后面進行敘述，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是與開關元件(5H、5L)的頻率控制有關的控制電壓，在本例中，規定為從OCV控制部6c或功率運算部6e經由控制部6d的輸出電壓。而且，通過將該輸出電壓變換而得到的頻率Fout的輸出信號在經過橋式驅動部6b之后，作為對各開關元件5H、5L的控制信號分別被發送。
如上所述，在放電燈10的點燈時以區域fb內的驅動頻率交替地驅動開關元件5H、5L，進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的結構中，通過電容器8和變壓器7的初級側漏電感或與該電容器8連接的電感元件9形成串聯諧振電路。而且，在變壓器7的初級側電路中發生的諧振電壓由該變壓器升壓，同時對連接到該變壓器的次級側電路的放電燈10供給功率。
圖4表示上述控制部6d的電路結構例，包括設置在功率運算部的后級的誤差放大器14和其后級的采樣保持電路(以下略記作‘S/H電路’。)15。
OCV控制部6c或功率運算部6e的輸出信號經由電阻16被供給到誤差放大器14的負輸入端子，對該端子和誤差放大器14的輸出端子以并聯連接的狀態插入電容器17以及電阻18。然后，對誤差放大器14的正輸入端子供給規定的基準電壓‘Vref’(圖中表示為恒壓源。)。
對S/H電路15供給來自未圖示的信號生成電路的信號(采樣保持信號)。例如，通過將放電燈的電流檢測信號SI的電平與預先決定的基準值比較而檢測出放電燈點燈的情況下，生成具有規定的脈寬的采樣保持信號而供給到S/H電路15，該采樣保持信號在H電平的期間(相當于上述頻率固定期間。)進行信號保持。
S/H電路15的輸出信號被發送到其后級的緩沖放大器19的正輸入端子，該放大器的輸出電壓作為上述‘Vin’被發送到V-F變換電路6a。
誤差放大器14的輸出信號和緩沖放大器19的輸出信號被輸入到使用運算放大器20的差動放大器21。換言之，來自誤差放大器14的信號經由電阻22被供給到負輸入端子(反相輸入端子)，來自緩沖放大器19的信號經由電阻23被供給到正輸入端子(非反相輸入端子)。另外，在運算放大器20的負輸入端子(反相輸入端子)和輸出端子之間插入電阻24。
差動放大器21的輸出信號經由電阻25被發送到差動放大器26。換言之，差動放大器26使用運算放大器27構成，對其負輸入端子輸入差動放大器21的輸出信號，對正輸入端子供給與上述ΔF對應的電壓(將其記做‘ΔV’。)(圖中作為恒壓源表示。)。另外，在運算放大器27的負輸入端子(反相輸入端子)和輸出端子之間插入電阻28。
差動放大器26的輸出端子經由模擬開關元件29以及電阻30連接到誤差放大器14的負輸入端子。另外，模擬開關元件29接受上述采樣保持信號而被導通/截止控制，在本例中，該采樣保持信號為H電平的情況下，該元件為導通狀態。
在本電路結構中，包含差動放大器21、26的電路部僅在與上述頻率固定期間相當的采樣保持信號的H電平期間對誤差放大器14的輸入進行操作。換言之，通過形成對于誤差放大器14的輸入的反饋環，以使誤差放大器14的輸出和S/H電路15的輸出的差信號為一定值‘ΔV’，在放電燈的點燈開始之后的一定期間(頻率固定期間)變化對V-F變換電路6a的輸入量。通過在頻率固定期間經過后Vin的電平降低ΔV，驅動頻率上升頻率位移量ΔF，其結果，如前所述，從focv向fb的轉移控制，即進行控制，以便在放電燈的點燈后，驅動頻率可靠地進入諧振頻率f2的右側區域(電感性區域)。
圖5是例示各部分的信號波形的圖，圖中所示的信號或記號的意思如下。
·‘S/H信號’＝對S/H電路15以及模擬開關元件29供給的采樣保持信號·‘S/H輸出’＝S/H電路15的輸出信號·‘EA輸出’＝誤差放大器14的輸出信號·‘T1’＝點燈前的OCV控制范圍內的期間·‘T2’＝頻率固定期間·‘T3’＝頻率固定期間后的上述區域fb內的功率控制期間·‘ts’＝放電燈的點燈開始時刻如圖所示，S/H輸出的電平在從ts起一定期間(T2)被固定，在該期間經過后，S/H信號從H電平向L電平變化時，下降‘ΔV’。換言之，Vin降低該電壓，作為其結果，驅動頻率上升ΔF的頻率而被轉移到期間T3的功率控制。
在V-F變換電路6a的輸出頻率Fout根據誤差放大器14的輸出而變化的構成方式中，在臨時調整放大器19后的輸出電壓或在V-F變換電路6a中加上與上述ΔF相當的頻率位移量的方法中，無法與其后的通過誤差放大器14的反饋控制來連接(例如，在短暫的調整等中，可能對控制上的穩定化帶來障礙。)。因此，如本例這樣，優選使用差動放大器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，在該期間經過后，從被提高了ΔF的頻率的所述fb內的頻率開始功率控制。
圖6是表示V-F變換電路6a的結構例的主要部分的圖。
來自控制部6d的電壓Vin經由電阻31被供給到運算放大器32的反相輸入端子。對運算放大器32的非反相輸入端子供給規定的基準電壓‘EREF’，運算放大器32的輸出信號經由電阻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，其陽極接地。而且，施密特觸發型的“非”門38的輸入端子經由電容器37連接到電壓可變電容二極管34的陰極，對于“非”門38并聯連接有電阻39。通過這些元件形成頻率可變的諧振電路，“非”門38的輸出脈沖被發送到后級的橋式驅動部6b。
在本例中，Vin的電平升高(降低)時，運算放大器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是用于說明上述控制動作的概略的曲線圖。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的高頻的動作點P表示點燈前的狀態，在g2上位于區域fb內的動作點Q表示點燈后的狀態。
ΔF是動作點P、Q的各頻率的差，取相當于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，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，則經過該期間后，V-F變換電路6a的輸出信號頻率Fout上升ΔF，可以轉移到區域fb內的控制。
另外，在本發明的應用中，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V-F變換電路的輸入量變化一定量，在該期間經過后，以預先決定的頻率位移量ΔF轉移到比上述f2高的頻率區域(fb)即可。
在以上說明的點燈方法、即使用變壓器和多個開關元件以及電容器進行直流-交流變換時，利用包含該變壓器或電感元件以及電容器的串聯諧振的情況下的放電燈點燈方法中，按照下述的順序進行點燈轉移控制。
(1)放電燈的點燈前＝＞進行該元件的驅動控制，以使構成直流-交流變換電路的開關元件的驅動頻率緩慢接近上述‘f1’(熄燈時的上述串聯諧振電路的諧振頻率)。然后，在到達可點燈的OCV值后，對放電燈供給起動用信號而使其起動。
(2)放電燈的點燈開始后＝＞首先，在一定期間固定在點燈之前的頻率(OCV控制時的驅動頻率)。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。以放電燈的點燈之前的上述開關元件的驅動頻率為基準，通過規定為比該驅動頻率高出預先決定的頻率位移量ΔF的驅動頻率，可以使開關元件的驅動頻率轉移到比上述‘f2’(點燈時的上述串聯諧振電路的諧振頻率)高的頻率區域(fb)。這里，該區域fb是點燈時的諧振曲線中的電感性區域，是輸出電壓為上述Lmin以上的頻率區域。
另外，在上述例子中，在圖3中，采用將控制部6d的輸出對后級的V-F變換電路6a直接供給的結構，但本發明在應用上不限于此，例如，可進行在控制部6d和V-F變換電路6a之間設置時間常數電路(CR積分電路等)，通過時間常數的設定來規定對上述區域fb的轉移速度，從而可以進行更可靠的點燈控制的各種結構中的實施。
根據以上說明的結構，得到以下所示的各種優點。
·在從熄燈時的OCV控制范圍向點燈時的頻率區域fb的頻率轉移中，可以實現放電燈的可靠的點燈控制。
·不會由于決定諧振頻率的元件部件的特性偏差等對上述頻率轉移的控制產生大的影響，或者可以決定頻率位移量ΔF而幾乎不受到諧振周期f1、f2的變動的影響。
·在面向高頻化中不會伴隨電路結構的復雜化或成本的顯著的上升等。
·通過對功率運算部(6e)和OVC控制部(6c)設置公用的誤差放大器，可以簡化電路結構。
·通過使用一對開關元件(5H、5L)和兼用作交流變換以及起動用信號的升壓的變壓器(7)的電路結構，有利于小型化、低成本。
權利要求
1.一種放電燈點燈電路，包括接受直流輸入電壓并進行交流變換的直流-交流變換電路、用于對放電燈供給起動用信號的起動電路、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動的多個開關元件，和包含電感元件或變壓器以及電容器的串聯諧振電路，上述放電燈的熄燈時的上述串聯諧振電路的諧振頻率記做‘f1’，上述放電燈的點燈時的上述串聯諧振電路的諧振頻率記做‘f2’，上述放電燈的點燈前，進行驅動控制，以使上述開關元件的驅動頻率緩慢接近上述f1，同時將起動用信號供給到上述放電燈，在上述放電燈開始點燈之后，以上述放電燈點燈之前的上述開關元件的驅動頻率作為基準，通過規定為比該驅動頻率高出預先決定的頻率位移量的驅動頻率，從而使上述開關元件的驅動頻率轉移到比上述f2高的頻率區域。
2.如權利要求1所述的放電燈點燈電路，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用信號有關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諧振電路，通過在該變壓器的初級側電路中發生的諧振電壓由該變壓器升壓，對與該變壓器的次級側電路連接的上述放電燈供給電力。
3.如權利要求1或權利要求2所述的放電燈點燈電路，其特征在于，上述控制部件具有用于得到與輸入電壓對應的頻率信號的電壓-頻率變換電路，根據該電路的輸出信號的頻率來控制上述開關元件的驅動頻率，而且，在上述放電燈開始點燈后，上述電壓-頻率變換電路的輸出量變化一定量，從而上述預先決定的頻率位移量被規定。
4.如權利要求3所述的放電燈點燈電路，其特征在于，在上述放電燈的點燈開始之后的預先決定的期間中，上述開關元件的驅動頻率被固定，同時在該期間中，對上述電壓-頻率變換電路的輸入量變化一定量，在該期間經過后，上述開關元件的驅動頻率上升上述預先決定的頻率位移量，從而轉移到比上述f2高的頻率區域。
全文摘要
一種放電燈點燈電路，簡化放電燈點燈電路的結構，減少部件件數或成本，同時在放電燈的起動后可靠地使其轉移到穩定的點燈狀態。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)、開關元件(5H、5L)以及諧振用電容器(8)。驅動該開關元件，使電容器(8)和變壓器(7)的電感分量或電感元件(9)串聯諧振。在放電燈的點燈前，使開關元件的驅動頻率緩慢接近諧振頻率f1而提高無負載時輸出，對放電燈供給起動用信號。然后，在點燈開始后，通過規定為比放電燈的點燈之前的驅動頻率高出預先決定的頻率位移量ΔF的驅動頻率，從而使其轉移到比點燈時的諧振頻率f2高的頻率區域fb。
文檔編號H05B41/18GK1829406SQ200610009498
公開日2006年9月6日 申請日期2006年2月23日 優先權日2005年3月4日
發明者太田真司, 伊藤昌康 申請人:株式會社小糸制作所