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CN102316655A - 放电灯起动电路及放电灯点亮装置 - Google Patents

放电灯起动电路及放电灯点亮装置 Download PDF

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CN102316655A CN2011101459586A CN201110145958A CN102316655A CN 102316655 A CN102316655 A CN 102316655A CN 2011101459586 A CN2011101459586 A CN 2011101459586A CN 201110145958 A CN201110145958 A CN 201110145958A CN 102316655 A CN102316655 A CN 102316655A
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堀川工
大平昌彦
笹山辉久郎
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Abstract

本发明涉及放电灯起动电路及放电灯点亮装置，能以极简单的电路结构对放电灯连续地施加最佳的起动波形。起动电路（12）连接于逆变器（11）的输出端，在起动时接受来自逆变器（11）的高频的交流电，并将能起动作为负载的放电灯（16）那样的输出电压Vout输出至该放电灯（16）。起动电路（12）构成为包括：2个线圈（31、32），分别连接于逆变器（11）的输出端，和放电灯（16）串联连接；以及2个电容器（41）、（42），以该各线圈（31、32）的输出侧的极性相对于输入侧的极性分别变为相反的方式相互交叉连接。

Description

放电灯起动电路及放电灯点亮装置
技术领域
本发明涉及在放电灯的起动时，能以极简单的电路结构对该放电灯提供最佳的起动波形的放电灯起动电路及放电灯点亮装置。
背景技术
近年来，由于作为放电灯的灯技术的进步，在起动时使灯点亮的起动电压变小。与此伴随地，在包含放电灯起动电路的放电灯点亮装置中，放电灯需要的起动时的波形也发生变化。
历来的放电灯在起动时需要15kV左右的高电压，放电灯点亮装置也需要配合其进行设计，但通过在放电灯内部封入氪等，能使起动需要的电压下降至3kV～5kV左右。此外，作为新的需要也要求连续地产生1kV～2kV左右的脉冲电压的放电灯点亮装置。
伴随着这样的放电灯的起动电压的下降，点亮装置侧通过应用、发展现有的高频起动方式的形式来实现该要求。具体地例如如专利文献1那样，是一种不改变现有的电路方式，使起动时的逆变器的频率逐次变化，使谐振频率配合部件偏差从而暂时地得到期望的脉冲电压的装置或另外附加新的电路来谋求其实现的装置等。
专利文献
专利文献1：日本特表2006－513539号公报。
在上述专利文献1等提出的技术中，虽然在所有的情况下均能得到与放电灯对应的期望的脉冲电压，但是不能连续地得到期望的电压。此外，由于以70kHz～200kHz左右的高频率使逆变器工作，且使高电压产生，所以当考虑起因于部件偏差的谐振频率的偏差时，有在安全面上的担忧。进而，在附加新的电路的情况下，存在价格相应地变高的问题点。
发明内容
因此本发明鉴于上述问题点，其目的在于提供一种能以极简单的电路结构对放电灯连续地施加最佳的起动波形的放电灯起动电路及放电灯点亮装置。
本发明的放电灯起动电路，为了达到上述目的，连接于输出交流电的输出电路，接受来自该输出电路的交流电，将能起动放电灯的输出电压输出至该放电灯，其中，构成为包括：2个线圈，分别连接于所述输出电路的输出端，和所述放电灯串联连接；以及至少2个电容器，以所述2个线圈的输出侧的极性相对于输入侧的极性变为相反的方式进行连接。
此外，本发明的放电灯点亮装置，具备：输出电路，输出交流电；以及放电灯起动电路，接受来自该输出电路的交流电，将能起动放电灯的输出电压输出至该放电灯，所述放电灯起动电路构成为包括：2个线圈，分别连接于所述输出电路的输出端，和所述放电灯串联连接；以及至少2个电容器，以所述2个线圈的输出侧的极性相对于输入侧的极性变为相反的方式进行连接。
优选在这些放电灯起动电路、放电灯点亮装置中，从所述输出电路输出的交流电是极性正负交替地进行切换的矩形波状的交流电压。
此外，优选在该情况下，以在所述交流电压的极性切换之后，在所述第1及第2线圈的输入侧和输出侧之间的电压差均变为0之后所述交流电压的极性再次进行切换的方式，选定所述第1及第2线圈和所述第1及第2电容器。
进而，优选以在所述放电灯的起动时输出的所述交流电的频率与在之后的稳态时输出的所述交流电的频率相比变高的方式，构成所述输出电路。
此外，优选将所述第1及第2线圈缠绕于共同的磁芯来构成加极性变压器。
根据本发明，因为在从输出电路向放电灯起动电路供给的交流电的极性反转的瞬间，电容器欲维持在此之前的充电电压，所以对来自输出电路的交流电压分别加上电容器自身具有的充电电压，能对放电灯瞬间地施加比该交流电压高的输出电压。此外，通过在规定时间从输出电路持续供给交流电，能从放电灯起动电路连续地产生能点亮放电灯那样的输出电压，放电灯的点亮性能提高。因此，通过不需要现有那样的充放电电路，而且仅附加有第1和第2电容器的极简单的电路结构，就能对放电灯连续地施加最佳的起动波形。
此外，通过使从输出电路输出的交流电成为极性正负交替地进行切换的矩形波状的交流电压，从而在交流电压的极性刚切换之后，能对放电灯瞬间地施加比该交流电压高的输出电压。
进而在该情况下，通过恰当地选定第1及第2线圈和上述第1及第2电容器，从而在交流电压的极性再次进行切换之前，能预先使第1及第2电容器充电到和交流电压相同的电压值，在每次交流电压的极性切换时，能对放电灯可靠且瞬间地施加交流电压3倍的输出电压。
此外，在放电灯起动之后的稳态时，来自输出电路的交流电的频率下降，能忽视放电灯起动电路的影响，能使放电灯稳定地持续点亮。
此外，通过将第1及第2线圈不分别缠绕于各自独立的磁芯，而是缠绕于共同的磁芯来构成加极性变压器，从而能使放电灯起动电路成为紧凑的形状。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施例的放电灯点亮装置的结构的电路图。
图2是说明本发明的一个实施例的放电灯点亮装置的起动时的工作的等效的电路图。
图3是说明本发明的一个实施例的放电灯点亮装置的起动时的工作的等效的电路图。
图4是说明本发明的一个实施例的放电灯点亮装置的起动时的工作的等效的电路图。
图5是说明本发明的一个实施例的放电灯点亮装置的起动时的工作的等效的电路图。
图6是表示在现有例子中的放电灯点亮装置的结构的电路图。
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边针对本发明的优选的实施例进行说明。
图1示出了本实施例的放电灯点亮装置的电路结构。在同图中，11是作为将直流电变换成交流电输出的输出电路的逆变器，12是连接于该逆变器的输出端的起动电路，在起动电路12进而放电灯点亮装置的输出端子14、15之间连接有作为负载的放电灯16。逆变器11构成为具备例如全桥连接的4个开关元件21～24，通过向这些开关元件21～24供给各个脉冲驱动信号，从而将从输入端子26、27向逆变器11施加输入的直流输入电压Vin变换成例如400V左右的交流电压Vac，输出至起动电路12。再有，作为开关元件21～24，除MOS型FET以外能使用IGBT等的各种半导体元件。
起动电路12接受来自上述逆变器11的交流电压Vac，将能起动放电灯16的高电压作为输出电压Vout对输出端子14、15之间生成输出，在此构成为包括：将2个大致均等的第1线圈31和第2线圈32缠绕于共同的磁芯33而形成的加极性变压器34、第1电容器41、以及第2电容器42。第1线圈31被从逆变器11的一方的输出端至输出端子14的第1极性线44插入连接，第2线圈32被从逆变器11的另一方的输出端至输出端子15的第2极性线45插入连接。此外，2个电容器41、42以起动电路12进而线圈31、32的输出侧的极性相对于输入侧的极性变为相反的方式跨越加极性变压器34交叉连接。即，在起动电路12的输入侧，在逆变器11的一方的输出端连接有线圈31的非圆点侧端子和电容器42的一端，在逆变器11的另一方的输出端连接有线圈32的圆点侧端子和电容器41的一端，并且在起动电路12的输出侧，在输出端子14连接有线圈31的圆点侧端子和电容器41的另一端，在输出端子15连接有线圈32的非圆点侧端子和电容器42的另一端。
在图1中，虽然在起动电路12具备1个加极性变压器34，但并不一定需要将线圈31、32缠绕于共同的磁芯33。例如，也能将线圈31、32作为各自独立的元件的电感器来构成。在该情况下，2个电容器41、42也以起动电路12的输出侧的极性相对于输入侧的极性变为相反的方式相互交叉连接。此外，电容器41、42的容量均为10pF～10000pF，在放电灯16点亮，来自逆变器11的交流电压Vac的频率比起动时下降的稳态时，选定能忽视的程度的小的容量值。
接着，针对上述结构，基于图2～图5的各图说明其工作。
在放电灯16的起动时，当从未图示的控制电路向开关元件21～24供给比稳态时高频的脉冲驱动信号时，成对的开关元件21，24和开关元件22、23交替地导通、截止，在逆变器11的输出端产生正负交替地进行切换的矩形波状的交流电压Vac。
在此如图2所示那样，设在刚起动后的初始状态下，将逆变器11的另一方的输出端作为基准，在逆变器11的一方的输出端产生+V的电压。到放电灯16点亮之前，能将该放电灯16看作开路状态，此外虽然线圈31、32在来自逆变器11的交流电压Vac的极性刚切换之后变为开路状态，但因为之后其变为短路状态，所以第1电容器41将连接于第2极性线45的一端作为基准，对连接于第1极性线44的另一端充电+V的电压，此外第2电容器42将连接于第2极性线45的另一端作为基准，对连接于第1极性线44的一端充电+V的电压。此时，在输出端子14、15之间，将连接于第2极性线45的一方的输出端子15作为基准，在另一方的输出端子14产生+V的输出电压Vout。
不久，当使来自逆变器11的交流电压Vac的极性反转时，如图3所示那样，将逆变器11的一方的输出端作为基准，在逆变器11的另一方的输出端产生+V的电压。由于电容器41、42在短时间的瞬态的条件下欲维持自身具有的电位差，所以在起动电路12的输入端，即逆变器11的输出侧，在交流电压Vac的极性反转的瞬间，通过每个电容器41、42维持的电压+V，对从逆变器11输出的交流电压Vac偏置（bias）各电容器41、42自身具有的各个电压+V。也就是说，由于瞬间地在连接于电容器41的另一端的输出端子14产生+2V的电压，在连接于电容器42的另一端的输出端子15产生-V的电压，所以从输出端子14、15之间对放电灯16施加交流电压Vac的3倍的输出电压Vout（=+3V）。
之后，在2个线圈31、32和对其附加的2个电容器41、42之间进行谐振引起的能量交换，在输出端子14、15之间产生的输出电压Vout以固定的频率一边振荡一边衰减下去。而且，最终如图4所示那样，第1电容器41将连接于第1极性线44的另一端作为基准，对连接于第2极性线45的一端充电+V的电压，此外第2电容器42将连接于第1极性线44的一端作为基准，对连接于第2极性线45的另一端充电+V的电压。
不久，当来自逆变器11的交流电压Vac的极性再次反转时，如图5所示那样，将逆变器11的另一方的输出端作为基准，在逆变器11的一方的输出端产生+V的电压。在此，在交流电压Vac的极性反转的瞬间，通过各个电容器41、42维持的电压+V，对从逆变器11输出的交流电压Vac偏置各电容器41、42自身具有的各个电压+V，因此在连接于电容器41的另一端的输出端子14产生-V的电压，在连接于电容器42的另一端的输出端子15产生+2V的电压。因此，虽然和图3的情况相比极性反转，但依然从输出端子14，15之间对放电灯16施加交流电压Vac的3倍的输出电压Vout（=+3V）。
之后，在2个线圈31、32和对其附加的2个电容器41、42之间进行谐振引起的能量交换，在输出端子14、15之间产生的输出电压Vout以固定的频率一边振荡一边衰减下去。而且，最终如图2所示那样，第1电容器41将连接于第2极性线45的一端作为基准，对连接于第1极性线44的另一端充电+V的电压，此外第2电容器42将连接于第2极性线45的另一端作为基准，对连接于第1极性线44的一端充电+V的电压。
以后反复进行上述的图2～图5的各工作，只要从逆变器11持续输出高频的交流电压Vac，就能连续输出放电灯16的点亮所需要的高的电压。作为一个例子，在起动时的来自逆变器11的交流电压Vac为400V的情况下，在放电灯16的两端间施加其3倍、即1.2kV的输出电压Vout，由此如果是起动电压为1kV左右的放电灯16的话，能充分地使该放电灯16开始放电。
当像这样使放电灯16开始放电时，向稳态状态转移，向各开关元件21～24供给的脉冲驱动信号的频率下降，从逆变器11产生比在此之前的频率低的交流电压Vac。在稳态时，起动电路12成为电路上能忽视的部分，来自逆变器11的交流电压Vac大致原样地通过输出端子14、15供给到放电灯16的两端间，使该放电灯16的点亮持续。
图6是作为比较来表示包含现有的起动电路12’的放电灯点亮装置的一个例子的图。在此，在起动电路12’的输入侧，以和线圈31、32形成串联电路的方式连接有电容器51。此外，包含与加极性变压器34电磁耦合的起动线圈52的充放电电路53作为起动电路12’进一步被附加。充放电电路53除了上述起动线圈52以外，还由电阻54、触发用的电容器55、以及晶闸管或者MOS型FET等的开关元件56构成，在放电灯16的起动时，当在使开关元件56截止的状态下从外部供给充电信号CHG时，通过电阻54对电容器55进行充电，当在之后使开关元件56导通并形成根据起动线圈52和电容器55的闭合电路时，利用电容器55的积蓄能量对起动线圈52施加触发脉冲，通过电容器51在串联连接于放电灯16的两端间的线圈31、32中感应出电压，向放电灯16供给期望的输出电压Vout。
在此，当比较图1和图6的电路时，本实施例的起动电路12具备构成加极性变压器34或电感的2个线圈31、32，和以与该线圈31、32交叉的方式具备2个电容器41、42即可，完全不需要相当于现有的充放电电路53的结构。此外，如果在起动时使各开关元件21～24高频地进行开关工作，并在固定时间从逆变器11持续供给规定的交流电压Vac的话，能对放电灯16连续地输出需要的电压，能预计放电灯16的点亮性能的上升。
如以上那样，在本实施例中的作为连接于逆变器11的放电灯起动电路的起动电路12，在起动时接受来自逆变器11的高频的交流电，将能起动作为负载的放电灯16那样的输出电压Vout输出至该放电灯16，特别在此构成为包括：第1及第2线圈31、32，分别连接于逆变器11的输出端，和放电灯16串联连接；以及第1及第2电容器41、42，以该各线圈31、32的输出侧的极性相对于输入侧的极性分别变为相反的方式相互交叉连接。此外，即使涉及包含有逆变器11和起动电路12的放电灯点亮装置，也具有同样的结构。
这样的话，由于在从逆变器11向起动电路12供给的交流电的极性反转的瞬间，构成起动电路12的电容器41、42欲维持在此之前的充电电压，所以对来自逆变器11的交流电压Vac分别加上电容器41、42自身具有的充电电压+V，能对放电灯16瞬间地施加比交流电压Vac高的输出电压Vout。此外，通过在规定时间从逆变器11持续供给上述交流电Vac，能连续地从起动电路12产生能点亮放电灯16那样的输出电压Vac，放电灯16的点亮性能提高。因此，通过不需要现有那样的充放电电路53，而且仅附加有电容器41、42的极简单的电路结构，就能对放电灯16连续地施加最佳的起动波形。
此外，在本实施例中，从逆变器11输出的交流电特别地变为极性正负交替地进行切换的矩形波状的交流电压Vac。这样的话，在交流电压Vac的极性刚切换之后，能对放电灯16瞬间地施加比该交流电压Vac高的输出电压Vout。
进而优选在该情况下，以在交流电压Vac的极性切换之后，如图2、图4所示那样，各线圈31、32的输入侧端子和输出侧端子之间的电压差均变为0之后交流电压Vac的极性再次进行切换的方式，选定线圈31、32和电容器41、42。通过恰当地选定线圈31、32和电容器41、42，从而在交流电压Vac的极性再次切换之前，能预先使电容器41、42充电到与交流电压Vac相同的电压值（充电电压+V），在每次交流电压Vac的极性切换时，能对放电灯16可靠且瞬间地施加交流电压Vac的3倍的输出电压Vout。
此外在本实施例中，以在放电灯16的起动时输出的交流电压Vac的频率与在之后的稳态时输出的交流电压Vac的频率相比变高的方式，构成逆变器11。这样的话，在放电灯16起动之后的稳态时，来自逆变器11的交流电压Vac的频率下降，能忽视起动电路12的影响，能使放电灯16稳定地持续点亮。
进而在本实施例中，将线圈31、32缠绕于共同的磁芯33来构成加极性变压器34。通过将线圈31、32不分别缠绕于各自独立的磁芯，而是缠绕于共同的磁芯33来构成加极性变压器34，从而能使起动电路12成为紧凑的形状。
再有本发明并不限定于本实施例，在本发明的主旨的范围内能实施各种变形。例如作为输出电路的逆变器11并不限定为实施例中那样的桥连接有4个开关21～24的全桥结构。此外如上述那样，线圈31、32缠绕于共同的磁芯33来构成1个加极性变压器34的结构、或者缠绕于各自独立的磁芯来构成2个电感器的结构都能得到同样的效果。此外，2个电容器41、42获得期望的容量即可，例如使用2个电容器41、2个电容器42也可。同样地，使用2个线圈31、2个线圈32也可。
附图标记的说明
11   逆变器（输出电路）；
12   起动电路（放电灯起动电路）；
16   放电灯；
31，32   线圈；
41，42   电容器。

Claims (10)

1. 一种放电灯起动电路，连接于输出交流电的输出电路，接受来自该输出电路的交流电，将能起动放电灯的输出电压输出至该放电灯，其特征在于，构成为包括：
第1及第2线圈，分别连接于所述输出电路的输出端，和所述放电灯串联连接；以及
至少第1及第2电容器，以所述第1及第2线圈的输出侧的极性相对于输入侧的极性变为相反的方式进行连接。
2. 根据权利要求1所述的放电灯起动电路，其特征在于，从所述输出电路输出的交流电是极性正负交替地进行切换的矩形波状的交流电压。
3. 根据权利要求2所述的放电灯起动电路，其特征在于，以在所述交流电压的极性切换之后，所述第1及第2线圈的输入侧和输出侧之间的电压差均变为0之后所述交流电压的极性再次进行切换的方式，选定所述第1及第2线圈和所述第1及第2电容器。
4. 根据权利要求1所述的放电灯起动电路，其特征在于，以在所述放电灯的起动时输出的所述交流电的频率与在之后的稳态时输出的所述交流电的频率相比变高的方式，构成所述输出电路。
5. 根据权利要求1所述的放电灯起动电路，其特征在于，将所述第1及第2线圈缠绕于共同的磁芯来构成加极性变压器。
6. 一种放电灯点亮装置，其特征在于，具备：
输出电路，输出交流电；以及
放电灯起动电路，接受来自该输出电路的交流电，将能起动放电灯的输出电压输出至该放电灯，
所述放电灯起动电路构成为包括：
第1及第2线圈，分别连接于所述输出电路的输出端，和所述放电灯串联连接；以及
至少第1及第2电容器，以所述第1及第2线圈的输出侧的极性相对于输入侧的极性变为相反的方式进行连接。
7. 根据权利要求6所述的放电灯点亮装置，其特征在于，从所述输出电路输出的交流电是极性正负交替地进行切换的矩形波状的交流电压。
8. 根据权利要求7所述的放电灯点亮装置，其特征在于，以在所述交流电压的极性切换之后，在所述第1及第2线圈的输入侧和输出侧之间的电压差均变为0之后所述交流电压的极性再次进行切换的方式，选定所述第1及第2线圈和所述第1及第2电容器。
9. 根据权利要求6所述的放电灯点亮装置，其特征在于，以在所述放电灯的起动时输出的所述交流电的频率与在之后的稳态时输出的所述交流电的频率相比变高的方式，构成所述输出电路。
10. 根据权利要求6所述的放电灯点亮装置，其特征在于，将所述第1及第2线圈缠绕于共同的磁芯来构成加极性变压器。
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