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CN102047765B - 高压放电灯点亮装置及照明器具 - Google Patents

高压放电灯点亮装置及照明器具 Download PDF

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CN102047765B CN2009801189728A CN200980118972A CN102047765B CN 102047765 B CN102047765 B CN 102047765B CN 2009801189728 A CN2009801189728 A CN 2009801189728A CN 200980118972 A CN200980118972 A CN 200980118972A CN 102047765 B CN102047765 B CN 102047765B
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Abstract

本发明提供高压放电灯点亮装置及照明器具。升压断路控制电路(2)在将升压断路电路(1)的直流输出电压Vbus从第一直流输出电压V1切换到第二直流输出电压V2时使升压断路电路(1)间歇性地动作。因此，与不进行间歇性动作的情形相比，升压断路电路(1)的停止时间变短，其结果，能够避免提供控制电源Vcc的控制电路(5)的大型化和成本升高，并且在启动高压放电灯(LA)时的升压断路电路(1)的直流输出电压Vbus的切换时也能够提供控制电源Vcc。

Description

高压放电灯点亮装置及照明器具
技术领域
本发明涉及点亮高压放电灯的高压放电灯点亮装置和具有高压放电灯点亮装置的照明器具。
背景技术
以往，作为高亮度放电灯(HID灯)这种点亮高压放电灯的高压放电灯点亮装置，提出了专利文献1中记载的装置。专利文献1所记载的现有例代替在启动时从点火装置(启动电路)向高压放电灯施加高压脉冲，通过使启动时的升压断路器(chopper)电路的输出电压比稳定点亮时的输出电压还高，从而启动高压放电灯。
在上述现有例中，从感应电压获得用于调整升压断路器电路的输出电压的控制电路的电源(控制电源)，所述感应电压是由与构成升压断路器电路的电感器磁耦合的绕组所感应。
专利文献1：专利3846619号公报
但是，如上述的现有例那样，在高压放电灯的启动前后增减升压断路器电路的输出电压的情况下，由于启动之后的高压放电灯所消耗的功率少，所以在升压断路器电路的输出级设置的平滑电容器的两端电压不会立即降低，因此，为了使输出电压与目标值一致，有时进行反馈控制的控制单元使升压断路器电路暂时停止。并且，若升压断路器电路停止，则与升压断路器电路的电感器磁耦合的绕组上不会感应出感应电压，所以存在对控制单元的控制电源的提供也会停止的隐患。相对于此，若通过增大用于使感应电压平滑的电容器的静电容量，则在升压断路器电路停止的期间也能够提供控制电源，但是上述电容器的容量增大会引起提供控制电源的电源电路的大型化和成本升高的问题。
发明内容
本发明鉴于上述情形而做出，其目的在于提供一种避免提供控制电源的电源电路的大型化和成本升高，同时，在启动高压放电灯时的升压断路器电路的直流输出电压的切换时也能够提供控制电源的高压放电灯点亮装置和照明器具。
技术方案1的发明为了解决上述技术问题，提供一种高压放电灯点亮装置，其特征在于，包括：升压断路器电路，其将直流输入电压升压到期望的直流输出电压；升压断路器控制电路，其按照升压断路器电路的直流输出电压与所述期望的直流输出电压一致的方式控制升压断路器电路；功率转换电路，其将升压断路器电路的直流输出转换为高压放电灯的启动和点亮所需的功率；功率转换控制电路，其控制功率转换电路来调整向高压放电灯提供的功率；和控制电源电路，其至少对升压断路器控制电路提供动作用的控制电源，升压断路器电路具备电感器、使流过电感器的电流成为断断续续的状态的开关元件、整流从电感器流出的电流的整流元件、对由整流元件整流后的电流进行平滑的平滑电容器，控制电源电路具有与升压断路器电路所包括的电感器磁耦合的绕组，并通过对由该绕组所感应的感应电压进行整流平滑，从而获得控制电源；升压断路器控制电路按照在启动高压放电灯时使升压断路器电路的直流输出电压与第一直流输出电压一致的方式进行控制，并且在启动高压放电灯之后，使升压断路器电路的输出电压与比第一直流输出电压还低的第二直流输出电压一致，且在将升压断路器电路的直流输出电压从第一直流输出电压切换到第二直流输出电压时，使升压断路器电路间歇性地动作。
根据技术方案1的发明，由于升压断路器控制电路在将升压断路器电路的直流输出电压从第一直流输出电压切换到第二直流输出电压时，使升压断路器电路间歇性地动作，所以与不进行间歇性动作的情形相比，升压断路器电路的停止期间变短，结果能够避免提供控制电源的电源电路的大型化和成本升高，并且在启动高压放电灯时的升压断路器电路的直流输出电压的切换时也能够提供控制电源。
技术方案2的发明在技术方案1的发明中，特征在于，升压断路器控制电路检测升压断路器电路的直流输出电压，并且按照该检测值与目标值一致的方式进行反馈控制，在将升压断路器电路的直流输出电压从第一直流输出电压切换到第二直流输出电压时，交替地切换对应于第一直流输出电压的第一目标值和对应于第二直流输出电压的第二目标值、或者对应于第一直流输出电压的第一检测值和对应于第二直流输出电压的第二检测值。
技术方案3的发明在技术方案1的发明中，特征在于：升压断路器控制电路检测升压断路器电路的直流输出电压，并且按照该检测值与目标值一致的方式进行反馈控制，且在将升压断路器电路的直流输出电压从第一直流输出电压切换到第二直流输出电压时，切换到对应于比第一直流输出电压低且比第二直流输出电压高的第三直流输出电压的第三目标值、或者对应于该第三直流输出电压的第三检测值之后，切换到对应于第二直流输出电压的第二目标值或对应于该第二直流输出电压的第二检测值。
技术方案4的发明在技术方案1～3任一项发明中，特征在于：第一直流输出电压和第二直流输出电压的电压差为30伏以上。
技术方案5的发明为了解决上述技术问题，提供一种照明器具，其特征在于，包括：技术方案权利要求1～4的任一项所述的高压放电灯点亮装置；和保持该高压放电灯点亮装置和高压放电灯的器具主体。
(发明的效果)
根据本发明，能够避免提供控制电源的电源电路的大型化和成本提高，并且在启动高压放电灯时的升压断路器电路的直流输出电压的切换时也能够提供控制电源。
附图说明
图1是表示本发明的高压放电灯点亮装置的实施方式1的电路图。
图2是同上的动作说明图。
图3是同上的另一动作说明图。
图4是表示本发明的高压放电灯点亮装置的实施方式2的电路图。
图5是同上的动作说明图。
图6是同上的另一动作说明图。
图7是表示本发明的照明器具的实施方式的外观立体图。
图中：1-升压断路器电路；2-升压断路器控制电路；2a-电压检测电路；3-功率转换电路；4-功率转换控制电路；IC1-升压断路器控制部；IC2-功率转换控制部。
具体实施方式
下面，详细说明本发明的实施方式。
(实施方式1)
如图1所示，本实施方式的高压放电灯点亮装置包括：将由整流电路DB全波整流交流电源AC而构成的直流输入电压升压为期望的直流输出电压Vbus的升压断路器电路1；开关控制构成升压断路器电路1的开关元件Q1的升压断路器控制电路2；将升压断路器电路1的直流输出转换为期望的交流输出的功率转换电路3；控制功率转换电路3来调整提供给高压放电灯LA的功率的功率转换控制电路4；向构成升压断路器控制电路2的升压断路器控制部IC1以及构成功率转换控制电路4的功率转换控制部IC2提供动作电源(控制电源Vcc)的控制电源电路5。
升压断路器电路1是现有技术中公知的电路，具备一端与整流电路DB的高电位侧的输出端相连的电感器L1、在电感器L1的另一端与整流电路DB的低电位侧的输出端之间与电阻R7一起插入的由场效应晶体管构成的开关元件Q1、阳极连接在电感器L1和开关元件Q1的连接点的二级管D1、插入到二级管D1的阴极和整流电路DB的低电位侧的输出端之间的平滑电容器C4。另外，二次绕组N2与电感器L1磁耦合。
升压断路器控制电路2具备开关控制(PWM控制)开关元件Q1的升压断路器控制部IC1、对从整流电路DB输入至升压断路器电路1的直流输入电压进行分压的分压电阻R1，R2，R3、在电源接通时为提供升压断路器控制部IC1的动作电源而连接在整流电路DB的输出端间的电阻R4，R5和电容器C1的串联电路、用于检测升压断路器电路1的直流输出电压Vbus的电压检测电路2a。升压断路器控制部IC1例如由安森美半导体公司(ON Semiconductor)制的功率因素改善用控制器IC(型号：MC33262)构成，按照使电压检测电路2a的检测值(对应于升压断路器电路1的直流输出电压Vbus的电压值)与期望的目标值一致的方式，进行调整开关元件Q1的接通占空比的反馈控制(PWM控制)。进一步，升压断路器控制部IC1检测通过电阻R1，R2，R3的串联电路输入给升压断路器电路1的直流输入电压，并且通过由二次绕组N2所感应的感应电压检测流过电感器L1的输入电流，并按照输入电流和直流输入电压的相位不偏移的方式，进行使电路具有电阻性的功率因素改善控制。
电压检测电路2a由与构成升压断路器电路1的平滑电容器C4并联连接的四个分压电阻R8、R9、R10、R11的串联电路、与一端连接于地的分压电阻R11并联连接且可使分压电阻R11的两端间自由开关地短路的开关元件Q2构成。另外，开关元件Q2如后所述那样通过从功率转换控制电路4输出的控制信号Vten来进行接通/关断。
功率转换电路3是所谓的全桥式电路，构成为将由场效应晶体管构成的两个开关元件Q3、Q4的串联电路和同样由场效应晶体管构成的两个开关元件Q5、Q6的串联电路并联连接在升压断路器电路1的输出端之间，并且在两个串联电路的中点(开关元件Q3、Q4的连接点和开关元件Q5、Q6的连接点)之间连接包括高压放电灯LA的负载电路6。负载电路6具有两个电感器L2、L3和高压放电灯LA的串联电路、并联连接电感器L3与高压放电灯LA的电容器C6，且由电感器L2和电容器C6构成了谐振电路。
功率转换控制部IC2例如由微计算机构成，检测施加给高压放电灯LA的电压(灯电压)，并根据该检测结果来检测高压放电灯LA的状态(点亮、灭灯等)。从功率转换控制部IC2输出驱动功率转换电路3的开关元件Q3～Q6的驱动信号a～d。
控制电源电路5由阳极与二次绕组N2和电阻R6的连接点相连的二级管D2、一端与二级管D2的阴极相连的电阻R12、插入在电阻R12的另一端和地之间的平滑电容器C5、与平滑电容器C5并联连接的齐纳二级管D4构成，将二次绕组N2所感应的感应电压在二级管D2中进行整流且利用平滑电容器C5加以平滑，并且通过利用齐纳二级管D4进行钳位而生成大致固定的控制电源Vcc。另外，将由控制电源电路5生成的控制电源Vcc经由二级管D3提供给升压断路器控制部IC1，并且提供给功率转换控制部IC2。
下面，说明本实施方式的高压放电灯点亮装置的基本动作。其中，下面的基本动作是一例，还可在不脱离本发明的宗旨的范围内进行其他动作。
(启动模式)
首先，为了启动高压放电灯LA，需要向电极间施加高电压来破坏电极间的绝缘。在本实施方式中，通过功率转换控制部IC2以接近于与由电感器L2和电容器C6构成的谐振电路的谐振频率的频率交替地对功率转换电路3的两个开关元件Q3、Q6和Q4、Q5的对进行开关控制，从而向电极间施加比升压断路器电路1的直流输出电压Vbus充分还高的(例如，数千伏的)高电压(谐振电压)，来启动高压放电灯LA。其中，也可以设置由一端与电感器L2的绕组的一部分连接的电容器和串联连接在电容器的另一端上的电阻构成的谐振电路，且通过该谐振电路来产生启动用的高电压。另外，在该启动模式中，从功率转换控制部IC2输出高电平的控制信号Vten，并接通电压检测电路2a的开关元件Q2，通过由开关元件Q2短路分压电阻R11的两端而使检测值变为相对较小的值(下面称作第一检测值)。这时，对于升压断路器电路1的目标值而言，由于从电压检测电路2a向升压断路器控制部IC1输入的第一检测值比开关元件Q2的关断时还低，所以为了使第一检测值在目标值附近，升压断路器控制部IC1使升压断路器电路1的直流输出电压升高。这时的直流输出电压Vbus是第一直流输出电压V1，例如，是300伏左右。
(低灯电压模式)
在启动高压放电灯LA之后，功率转换控制部IC2切换开关元件Q3～Q6的开关模式，在灯电压大致达到额定点亮电压即90～110伏为止的0～60伏左右的低灯电压区域中，控制为：按照防止高压放电灯LA的中断和使高压放电灯LA快速发热的方式，在高压放电灯LA中流过大量的灯电流。另外，在从启动模式切换到低灯电压模式时，将从功率转换控制部IC2输出的控制信号Vten从高电平切换到低电平，且通过关断电压检测电路2a的开关元件Q2，从而使检测值成为相对较大的值(下面称作第二检测值)。这时，对于升压断路器电路1的目标值而言，从电压检测电路2a向升压断路器控制部IC1输入的第二检测值比第一检测值还高，所以为了使第二检测值位于目标值附近，升压断路器控制部IC1使升压断路器电路1停止。另外，将对应于第二检测值的直流输出电压Vbus作为第二直流输出电压V2。
(稳定点亮模式)
若高压放电灯LA发热，从而管电压达到额定灯电压附近，则功率转换控制部IC2进一步切换开关元件Q3～Q6的开关模式，使得在高压放电灯LA中流过三角波状的灯电流。另外，在稳定点亮模式中，将额定灯电压的2～2.5倍左右(例如，160～270伏左右)的直流输出电压Vbus从升压断路器电路1提供给功率转换电路3。因此，第一直流输出电压V1和第二直流输出电压V2的电压差为30伏(＝300-270)以上。
接着，说明作为本发明的宗旨的从启动模式切换到低灯电压模式时的动作。
如图2(b)所示，在功率转换控制部IC2从启动模式转移到低灯电压模式时，在启动模式的终止时刻t1下将控制信号Vten从高电平切换到低电平之后，经过了非常短的时间(例如，几百微秒)时，将控制信号Vten再次从低电平切换到高电平，并且以后，从启动模式的终止时刻t1到经过预定时间的时刻t2为止，以非常短的周期(例如，几百微秒)将控制信号Vten交替地替换到低电平和高电平。这样，若以短的周期将控制信号Vten切换为高电平和低电平，则升压断路器控制部IC1控制升压断路器电路1，使得将直流输出电压Vbus交替地切换为第一直流输出电压V1和第二直流输出电压V2。因此，从启动模式的终止时刻t1到经过预定时间的时刻t2为止的期间(例如，几百毫秒)的升压断路器电路1的直流输出电压Vbus看上去变为第一直流输出电压V1和第二直流输出电压V2之间的电压V3(参考图2(a))。在预定时间的经过时刻t2下，功率转换控制部IC2将控制信号Vten固定为低电平。若将控制信号Vten固定为低电平，则由于升压断路器控制部IC1按照直流输出电压Vbus成为第二直流输出电压V2的方式控制升压断路器电路1，所以暂时停止升压断路器电路1，但是在该时刻，由于升压断路器电路1的直流输出电压Vbus降低到比第一直流输出电压V1还低的电压V3，所以在从预定时间的经过时刻t2经过极短时间后的时刻t3中直流输出电压Vbus降低到第二直流输出电压V2(参考图2(a))。
并且，若在启动模式的终止时刻t1将控制信号Vten从高电平切换为低电平而固定在低电平中，则在直流输出电压Vbus从第一直流输出电压V1降低到第二直流输出电压V2的期间(t1～t3)内升压断路器电路1会停止，并且由于与升压断路器电路1的电感器L1磁耦合的二次绕组N2中不会感应出感应电压，所以控制电源电路5不能生成控制电源Vcc。相对于此，在本实施方式中，通过在终止时刻t1～t2期间将控制信号Vten交替地切换为低电平和高电平，从而使升压断路器电路1间歇性地动作，所以如上所述那样，在t1～t2期间，由于在二次绕组N2中会断断续续地感应出感应电压，因此控制电源电路5能够生成控制电源Vcc。而且，还能够缩短升压断路器电路1暂时停止的期间(t2～t3)。
如上所述，根据本实施方式，由于升压断路器控制电路2在将升压断路器电路1的直流输出电压Vbus从第一直流输出电压V1切换到第二直流输出电压V2时使升压断路器电路1间歇性地动作，所以与没有间歇性地动作的情形相比，升压断路器电路1的停止期间变短，其结果，可以避免提供控制电源Vcc的控制电源电路5的大型化和成本升高，并且在启动高压放电灯LA时的升压断路器电路1的直流输出电压Vbus的切换时也能够提供控制电源Vcc。在本实施方式中，为了使升压断路器电路1间歇性地动作，通过功率转换控制部IC2切换了电压检测电路2a的检测值，但是也可以通过切换升压断路器控制电路2的直流输出电压Vbus的目标值来使升压断路器电路1间歇性地动作，由此来代替切换检测值。
如图3(b)所示，若在启动模式的终止时刻t1到t2的期间内，将从功率转换控制部1c2输出的控制信号Vten设置为高电平时间(H)和低电平时间(L)的比H/L慢慢变小，则如图3(a)所示，能够使升压断路器电路1的直流输出电压Vbus暂时稳定的电压V3位于第二直流输出电压V2附近，其结果，能够进一步缩短t2～t3的升压断路器电路1的停止期间。
(实施方式2)
本实施方式的高压放电灯点亮装置如图4所示，在电压检测电路2a的结构上具有特征，其他结构与实施方式1相同。因此，对于与实施方式1相同的构成要素添加同一附图标记并省略其说明。
本实施方式的电压检测电路2a由插入在分压电阻R11和地之间的分压电阻R20、与分压电阻R20并联连接的场效应晶体管构成的开关元件Q20、电容器C20和电阻R21构成，在追加了对从功率转换控制部IC2向开关元件Q20的栅极输入的低电平的控制信号Vten进行延迟的延迟电路这一点上不同于实施方式1。
接着，说明作为本发明的宗旨的从启动模式切换为低灯电压模式时的动作。
如图5(b)所示，功率转换控制部IC2在从启动模式转移到低灯电压模式时，在启动模式的终止时刻t1下，将控制信号Vten从高电平切换到低电平。这时，如图5(c)所示，在电压检测电路2a的开关元件Q2中，栅极电压Vgs直接变为低电平而被断开(turn off)，但如图5(d)所示，开关元件Q20的栅极电压Vgs在延迟电路(电容器C20和电阻R21)的作用下慢慢降低，其结果，从终止时刻t1到经过预定时间后的时刻t3为止不会被断开。在开关元件Q2关断、开关元件Q20接通的期间(t1～t3)内，由于将比第一检测值小且比第二检测值大的检测值(第三检测值)从电压检测电路2a输出到升压断路器控制部IC1中，所以从启动模式的终止时刻t1到经过预定时间的时刻t2(＜t3)为止，升压断路器电路1会停止，但是如图5(a)所示，在从升压断路器电路1的直流输出电压Vbus降低到对应于第三检测值的第三直流输出电压V3的时刻t2到t3的期间内，升压断路器电路1连续动作。
并且，若在t3时刻断开开关元件Q20，则由于从电压检测电路2a向升压断路器控制部IC1输出的检测值从第三检测值切换到第二检测值，所以升压断路器电路1再次停止，并在升压断路器电路1的直流输出电压Vbus降低到第二直流输出电压V2的时刻t4之后，升压断路器电路1会次连续动作(参考图5(a))。
如上所述，在本实施方式中，在将升压断路器电路1的直流输出电压Vbus从第一直流输出电压V1切换到第二直流输出电压V2时，设置使升压断路器电路1停止的期间(t1～t2，t3～t4)和动作的期间(t2～t3)来进行间歇性地动作，所以与实施方式1相同，与不进行间歇性地动作的情形相比，升压断路器电路1的停止期间变短，其结果，能够避免提供控制电源Vcc的控制电源电路5的大型化和成本升高，并且在启动高压放电灯LA时的升压断路器电路1的直流输出电压Vbus的切换时也能够提供控制电源Vcc。
在实施方式1、2中，可以通过功率转换控制电路4调整从功率转换电路3提供给高压放电灯LA的功率(灯电流)，所以如图6(c)所示，在启动模式的终止时刻t1下，将控制信号Vten从高电平切换到低电平的同时，若功率转换控制部IC2控制开关元件Q3～Q6而使从功率转换电路3提供给高压放电灯LA的灯电流暂时增大，则因高压放电灯LA的功率消耗增加，故升压断路器电路1的直流输出电压Vbus快速降低(参考图6(a)的实线)，结果能够缩短升压断路器电路1的停止期间。其中，若暂时增大灯电流(灯功率)，则高压放电灯LA的光输出也会增加，从而会产生闪烁现象，所以优选使灯电流增大感受不到闪烁的程度，例如相对于没有增大灯电流的情形，光输出的增加比例为50％以下的程度。
图7是具有实施方式1或2的高压放电灯点亮装置和保持高压放电灯LA的器具主体12的照明器具的外观立体图。该照明器具是将器具主体12嵌入配置在天花板上设置的嵌入孔中的嵌顶灯(downlight)，将高压放电灯点亮装置容纳在箱形外壳11中，并通过电缆13来电连接外壳11内的高压放电灯点亮装置和高压放电灯LA。
(产业上的可利用性)
本发明可以作为避免提供控制电源的电源电路的大型化和成本升高的同时在启动高压放电灯时的升压断路器电路的直流输出电压的切换时也能够提供控制电源的技术来使用。

Claims (4)

1.一种高压放电灯点亮装置，其特征在于，具备：
升压断路器电路(1)，其将直流输入电压升压到期望的直流输出电压；升压断路器控制电路(2)，其按照升压断路器电路(1)的直流输出电压(Vbus)与所述期望的直流输出电压一致的方式控制升压断路器电路(1)；功率转换电路(3)，其将升压断路器电路(1)的直流输出(Vbus)转换为高压放电灯(LA)的启动和点亮所需的功率；功率转换控制电路(4)，其控制功率转换电路(3)来调整向高压放电灯(LA)提供的功率；和控制电源电路(5)，其至少对升压断路器控制电路(2)提供动作用的控制电源(Vcc)，
升压断路器电路(1)具备电感器(L1)、使流过电感器(L1)的电流成为断断续续的状态的开关元件(Q1)、整流从电感器(Q1)流出的电流的整流元件(D1)、对由整流元件(D1)整流后的电流进行平滑的平滑电容器(C4)，
控制电源电路(5)具有与升压断路器电路(1)所包括的电感器(L1)磁耦合的绕组(N2)，并通过对由该绕组(N2)所感应的感应电压进行整流平滑，从而获得控制电源(Vcc)；
升压断路器控制电路(2)
按照在启动高压放电灯(LA)时，使升压断路器电路(1)的直流输出电压(Vbus)与第一直流输出电压(V1)一致的方式进行控制，
按照在启动高压放电灯(LA)之后，使升压断路器电路(1)的直流输出电压(Vbus)与比第一直流输出电压(V1)还低的第二直流输出电压(V2)一致的方式进行控制，
在将升压断路器电路(1)的直流输出电压(Vbus)从第一直流输出电压(V1)切换到第二直流输出电压(V2)时，控制为；按照使升压断路器电路(1)的直流输出电压(Vbus)与第一直流输出电压(V1)一致的方式进行控制的时间、与按照使升压断路器电路(1)的直流输出电压(Vbus)与第二直流输出电压(V2)一致的方式进行控制的时间之比慢慢减小。
2.根据权利要求1所述的高压放电灯点亮装置，其特征在于，
升压断路器控制电路(2)在将升压断路器电路(1)的直流输出电压(Vbus)从第一直流输出电压(V1)切换到第二直流输出电压(V2)时，按照使比第一直流输出电压(V1)低且比第二直流输出电压(V2)高的第三直流输出电压(V3)经过规定时间的方式进行控制。
3.根据权利要求1所述的高压放电灯点亮装置，其特征在于，
第一直流输出电压(V1)和第二直流输出电压(V2)的电压差为30伏以上。
4.一种照明器具，其特征在于，包括：
权利要求1～3的任一项所述的高压放电灯点亮装置；和
保持该高压放电灯点亮装置和高压放电灯的器具主体。
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