JP2003092196A - 高圧放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高圧放電灯を始動するための高電圧パルスを
発生させる高電圧パルス発生回路で、従来の高圧パルス
発生の電源となるコンデンサを不要とし、さらに電流容
量の大きなスイッチング素子を用いなくてもよい、安価
で、小型な高圧放電灯装置を得る。 【解決手段】 高圧放電灯に、該高圧放電灯を始動させ
る為の高電圧を発生させるトランスが直列に接続され、
前記トランスの低圧側巻き線にスイッチング素子を介し
て電流を流して、トランスの高圧側巻き線に高圧パルス
を発生させる高圧放電灯点灯装置において、前記スイッ
チング素子の低圧側に抵抗を接続するようにしたもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高圧放電灯点灯
装置に関し、特に高圧放電灯を始動させる為の高電圧パ
ルス発生回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は、例えば特開２０００−３０６６
８８号公報に開示された従来の高圧放電灯点灯装置の構
成を示すブロック図である。図３において、１は交流電
源、２は交流電圧を全波整流するダイオードブリッジ、
３は前記ダイオードブリッジ２の出力電圧を高力率で直
流電圧に変換するアクティブフィルタ、４は高圧放電灯
７の電力が一定になるように高圧放電灯７に流す電流を
制御する限流回路、５は前記限流回路４の出力の直流電
圧を低周波の交流電圧に変換するインバータである。６
は前記高圧放電灯７を始動するための高電圧パルスを発
生させる高電圧パルス発生回路で、パルストランス６
ｅ、外部制御信号によりオン／オフ可能な自己消弧型の
ＭＯＳ−ＦＥＴ（スイッチング素子）６ｄ、前記アクテ
ィブフィルタ３の出力電圧がダイオード６ａと抵抗６ｂ
を介して充電されるコンデンサ６ｃ、及び前記パルスト
ランス６ｅに発生した高電圧パルスが前記インバータ５
に回り込まないようにブロックするコンデンサ６ｆから
構成されている。

【０００３】１３は放電灯電圧検出回路１２で検出され
た放電灯電圧に基づいて、前記高圧放電灯７に流す目標
電流を演算するとともに、前記アクティブフィルタ３、
限流回路４、インバータ５及び高電圧パルス発生回路６
をそれぞれ制御する制御回路である。８は前記制御回路
１３の電源を生成する制御電源回路、９はアクティブフ
ィルタ出力電圧検出回路、１０は放電灯電流検出抵抗１
１にて検出された放電灯電流と前記制御回路１３から出
力される目標電流とが一致するように制御する差動増幅
器である。

【０００４】次に、図３をもとに動作を説明する。交流
電源１が投入されると、まず制御電源回路８が制御電源
を生成し、制御回路１３に印加する。制御回路１３はア
クティブフィルタ３の動作を開始して、アクティブフィ
ルタ３の出力電圧が予め定められた直流電圧になるよう
に制御する。また、制御回路１３は差動増幅器１０に目
標電流を出力する。差動増幅器１０は制御回路１３から
出力された目標電流と放電灯電流検出抵抗１１にて検出
された実際に流れる放電灯電流とを比較し、目標電流と
実際に流れる放電灯電流が一致するように限流回路４を
制御する。

【０００５】電源投入時は、高圧放電灯７は点灯してい
ないので、限流回路４の出力には、アクティブフィルタ
３の出力電圧が、そのまま出力される。この直流電圧
は、インバータ５で交流電圧に変換され高圧放電灯７に
印加させるとともに、高電圧パルス発生回路６のダイオ
ード６ａと抵抗６ｄを介してコンデンサ６ｃを充電す
る。コンデンサ６ｃの充電が完了すると制御回路１３は
スイッチング素子６ｄを駆動する。

【０００６】スイッチング素子６ｄがオンされるとコン
デンサ６ｃに充電された電荷は、パルストランス６ｅを
介してスイッチング素子６ｄに流れる。パルストランス
６ｅの高圧放電灯７側の巻線ｎ２は、スイッチング素子
６ｄ側の巻き線ｎ１の約１０倍の巻き数で構成されてい
るため、ｎ１の電圧の約１０倍の高電圧がパルストラン
ス６ｅの巻き線ｎ２側に発生し、この高電圧パルスを前
記インバータ５から出力される交流電圧に重畳させて高
圧放電灯７に印加し、高圧放電灯７の絶縁破壊を行う。

【０００７】図４は、高電圧パルス発生回路６が高電圧
パルスを発生して高圧放電灯７に印加し、高圧放電灯７
が絶縁破壊を起こすまでの各部の動作波形を示したもの
である。絶縁破壊を起こす課程は２つのケースが考えら
れ、図においてケース１が（ａ１）〜（ａ４）で示され
る波形で、ケース２が（ｂ１）〜（ｂ４）で示される波
形である。

【０００８】上記絶縁破壊の２つのケースは、高圧放電
灯７の状態、つまり、消灯してから十分な時間が経過し
ていない時などランプ自体の温度が比較的高く、絶縁破
壊が起きにくい場合は、ケース１のように高い電圧パル
スで絶縁破壊が発生し、ランプ自体の温度が低く絶縁破
壊を起こしやすい場合は、ケース２のように比較的低い
高電圧パルスで絶縁破壊が発生する。

【０００９】高電圧パルスを発生させる高電圧パルス発
生回路６は、前述したようにパルストランス６ｅ、スイ
ッチング素子６ｄ、ダイオード６ａと抵抗６ｂを介して
充電されるコンデンサ６ｃ、コンデンサ６ｆから構成さ
れているが、上記絶縁破壊する課程の中で前記抵抗６ｂ
とコンデンサ６ｃの必要性を上記２つのケースについ
て、図４をもとに以下に説明する。

【００１０】図において、（ａ１）、（ｂ１）はスイッ
チング素子６ｄの駆動信号、（ａ２）、（ｂ２）はコン
デンサ６ｃの端子電圧、（ａ３）、（ｂ３）はスイッチ
ング素子６ｄに流れる電流、（ａ４）、（ｂ４）はパル
ストランス６ｅの高圧放電灯７に直列に接続された巻き
線側（ｎ２巻き線）に発生する高電圧パルスを表してい
る。

【００１１】まず、ケース１の（ａ１）〜（ａ４）の動
作波形について説明する。（ａ１）に示す駆動信号でス
イッチング素子６ｄが駆動すると、パルストランス６ｅ
のスイッチング素子６ｄに直列に接続された側の巻き線
（ｎ１巻き線）のインダクタンス値で決定される傾きで
電流が増加する。電流はコンデンサ６ｃから供給される
ので、コンデンサ６ｃが放電して端子電圧は（ａ２）の
様に下がる。端子電圧の降下にともない、電流も減少す
るので、スイッチング素子６ｄに流れる電流は、（ａ
３）の様に弧を描く。この電流は、パルストランス６ｅ
にも流れて、パルストランス６ｅのｎ１巻き線に電圧を
発生させる。パルストランス６ｅのｎ２巻き線は、前記
ｎ１巻き線の１０倍程度の巻き数であるので、ｎ１巻き
線の１０倍程度の高電圧パルスがｎ２巻き線に現れる。

【００１２】スイッチング素子６ｄがオフ後、パルスト
ランス６ｅの巻き線ｎ１に蓄積されたエネルギーが巻き
線ｎ２側に放出され、更に、高い電圧パルスがｎ２巻き
線に現れる。ケース１では、このスイッチング素子６ｄ
のオフ後に生じる（ａ４）に示すように逆方向の高電圧
パルスで高圧放電灯７が絶縁破壊する。

【００１３】次に、ケース２の（ｂ１）〜（ｂ４）の動
作波形について説明する。（ｂ１）に示す駆動信号でス
イッチング素子６ｄが駆動すると、（ｂ４）に示すよう
に、高圧放電灯７は、スイッチング素子６ｄの駆動を開
始した直後の比較的に低いパルスで絶縁破壊を引き起こ
す。この場合、絶縁破壊により、ｎ２巻き線が短絡状態
になり、相互インダクタンス値が小さくなり、ｎ１巻き
線のインダクタンスが小さくなる。この結果、（ｂ３）
に示すように、スイッチング素子６ｄに上記ケース１の
場合よりも大きな電流が流れる。

【００１４】したがって、スイッチング素子６ｄの電流
容量は、ケース２の過大電流に対して余裕を持ったもの
でなければならい。また、コンデンサ６ｃと抵抗６ｂを
無くして、高電圧パルス発生回路６の電源をアクティブ
フィルタ３から直接取った場合で、ケース２が起こった
場合、アクティブフィルタ３から電流が供給され続ける
ので、更に、過大な電流がスイッチング素子６ｄに流れ
てしまうので、コンデンサ６ｃと抵抗６ｂが必要とな
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】以上のことから、従来
の高圧放電灯装置は、高圧放電灯７を始動するための高
電圧パルスを発生させる高電圧パルス発生回路６中に、
高耐圧のコンデンサ６ｃや電流容量の大きなスイッチン
グ素子６ｄが必要なため、点灯装置が大きくなり価格も
高くなるという問題があった。

【００１６】本発明は上記の問題点を解消するためにな
されたもので、電流容量の大きなスイッチング素子６ｄ
を用いることなく、さらにコンデンサ６ｃを不要とする
高圧パルス発生回路構成により安価で、小型な高圧放電
灯装置を得ることを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる請求項１
記載の高圧放電灯点灯装置は、高圧放電灯に、該高圧放
電灯を始動させる為の高電圧を発生させるトランスが直
列に接続され、前記トランスの低圧側巻き線にスイッチ
ング素子を介して電流を流して、該トランスの高圧側巻
き線に高圧パルスを発生させる高圧放電灯点灯装置にお
いて、前記スイッチング素子の低圧側に抵抗を接続する
ようにしたものである。

【００１８】また、請求項２記載の高圧放電灯点灯装置
は、前記スイッチング素子に接続される抵抗を０．５Ω
以上としたものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態１における高圧放電灯点灯装置の構成示す
ブロック図である。尚、図１において従来例と同一また
は相当部分には同一符号を付し説明を省略する。６´は
前記高圧放電灯７を始動するための高電圧パルスを発生
させる高電圧パルス発生回路で、パルストランス６ｅ、
例えばゲート端子、ドレイン端子、ソース端子を有し、
外部制御信号によりオン／オフ可能な自己消弧型のＭＯ
Ｓ−ＦＥＴのスイッチング素子６ｄ、前記パルストラン
ス６ｅに発生した高電圧パルスがインバータ５に回り込
まないようにブロックするコンデンサ６ｆ、前記スイッ
チング素子６ｄの低圧側に接続される抵抗６ｇから構成
されている。

【００２０】次に、図１をもとに動作を説明する。交流
電源１が投入されると、まず制御電源回路８が制御電源
を生成し、制御回路１３に印加する。制御回路１３はア
クティブフィルタ３の動作を開始して、アクティブフィ
ルタ３の出力電圧が予め定められた直流電圧になるよう
に制御する。また、制御回路１３は目標電流を差動増幅
器１０に出力する。差動増幅器１０は、前記制御回路１
３から出力された目標電流と放電灯電流検出抵抗１１に
て検出された実際に流れる放電灯電流とを比較し、目標
電流と実際に流れる放電灯電流とが一致するように限流
回路４を制御する。

【００２１】電源投入時は、高圧放電灯７は点灯してい
ないので、限流回路４の出力には、アクティブフィルタ
３の出力電圧が、そのまま出力される。この出力された
直流電圧は、インバータ５で交流電圧に変換され高圧放
電灯７に印加させる。また、前記制御回路１３はスイッ
チング素子６ｄに駆動信号を出力し、スイッチング素子
６ｄを駆動する。

【００２２】スイッチング素子６ｄがオンされるとアク
ティブフィルタ３より、パルストランス６ｅを介してス
イッチング素子６ｄに電流が流れる。このときパルスト
ランス６ｅの高圧放電灯７側の巻き線ｎ２は、スイッチ
ング素子６ｄ側の巻き線ｎ１の約１０倍の巻き数で構成
されているため、巻き線ｎ１の電圧の約１０倍の高電圧
パルスがパルストランス６ｅのｎ２側巻き線に発生し、
この高電圧パルスを前記インバータ５から出力される交
流電圧に重畳させて高圧放電灯７に印加し、高圧放電灯
７の絶縁破壊を行う。

【００２３】図２は、高電圧パルス発生回路６´が高電
圧パルスを発生して高圧放電灯７に印加し、高圧放電灯
７が絶縁破壊を起こすまでの各部の動作波形を示したも
のである。図２において、（Ａ）はスイッチング素子６
ｄの駆動信号、（Ｂ）はスイッチング素子６ｄに流れる
電流、（Ｃ）はパルストランス６ｅの高圧放電灯７に直
列に接続された巻き線側（ｎ２巻き線）に発生する高電
圧パルスを表している。

【００２４】次に図２の動作波形について、図１を用い
て説明する。図２の（Ｃ）で示すように、スイッチング
素子６ｄの駆動直後のパルストランス６ｅのｎ２巻き線
に発生する比較的低い高圧パルスで高圧放電灯７が絶縁
破壊して、ｎ１側巻き線のインダクタンス値が小さくな
り、（Ｂ）で示すように、スイッチング素子６ｄに流れ
る電流が増大した場合、該スイッチング素子６ｄに接続
されている抵抗６ｇにも同じ電流が流れ、該抵抗６ｇに
電圧降下が生じる。したがって、スイッチング素子６ｄ
のソース端子電圧は、グランド電位（ゼロ電位）に対し
て電圧降下分だけ上がる。その結果、（Ａ）で示すよう
に、スイッチング素子６ｄのゲート−ソース間電圧の駆
動信号は、前記電圧降下分だけ下がる。そして、流れる
電流が多くなればなるほど、ゲート−ソース間電圧は下
がる。スイッチング素子６ｄは、ゲート−ソース間の電
圧が下がると、ドレイン−ソース間の電流を制限するよ
うに動作する。

【００２５】例えば、前記制御回路１３から１５Ｖのス
イッチング素子６ｄの駆動信号がゲート端子に与えら
れ、前記抵抗６ｇが０．５Ωの時、前記スイッチング素
子６ｄに例えば３０Ａの電流が流れた場合、前記抵抗６
ｇでの電圧降下は３０×０．５＝１５Ｖとなり、ソース
端子はグランド電位に対して、１５Ｖ上がる。この結
果、ソース端子から見たゲート電圧はゼロＶとなるので
スイッチング素子６ｄはオフとなる。すなわち、３０Ａ
以上の電流が流れようとしても、スイッチング素子６ｄ
がオフになるので、３０Ａ以上の電流は流れない。

【００２６】以上のように、高圧放電灯を始動させるた
めの高電圧パルスを発生させる高電圧パルス発生回路の
スイッチング素子の低圧側に抵抗を接続するようにした
ので、スイッチング素子に過大な電流が流れた場合、前
記抵抗の電圧降下でスイッチング素子が自動的にオフす
るので、電流容量の大きなスイッチング素子を用いなく
ても高電圧パルス発生回路が構成でき、また、従来の高
電圧パルス発生回路は、スイッチング素子に過大な電流
が流れないように、コンデンサに一旦電荷を蓄積し、こ
のコンデンサを電源として高電圧パルスを発生していた
が、このようなコンデンサを不要とした高電圧パルス発
生回路で構成するようにしたので、安価で、小型な高圧
放電灯点灯装置を得ることができる。

【００２７】尚、上記実施の形態においては、スイッチ
ング素子としてＭＯＳ−ＦＥＴを用いたが、これに限定
されるものではなく、ＩＧＢＴ素子、バイポーラトラン
ジスタ等を用いてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明に係る請求項１の高
圧放電灯点灯装置は、高圧放電灯を始動させる高電圧を
発生させるトランスの低圧側巻き線にスイッチング素子
を介して電流を流し、トランスの高圧側巻き線に高圧パ
ルスを発生させる高圧放電灯点灯装置において、前記ス
イッチング素子の低圧側に抵抗を接続するようにしたの
で、スイッチング素子に過大な電流が流れた場合、前記
抵抗の電圧降下でスイッチング素子が自動的にオフする
ので、電流容量の大きなスイッチング素子を用いなくて
も高電圧パルス発生回路が構成でき、また、従来の高電
圧パルス発生回路は、スイッチング素子に過大な電流が
流れないように、コンデンサに一旦電荷を蓄積し、この
コンデンサを電源として高圧パルスを発生していたが、
このようなコンデンサを不要とした高電圧パルス発生回
路で構成するようにしたので、安価で、小型な高圧放電
灯点灯装置が得られる。

【００２９】また、請求項２の高圧放電灯点灯装置は、
前記スイッチング素子の低圧側に接続される抵抗を０．
５Ω以上としたので、例えばスイッチング素子への駆動
信号を１５Ｖとした場合、スイッチング素子に流れる電
流を３０Ａ以下に押さえることができ、電流容量の大き
なスイッチング素子を使わなくても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１における高圧放電灯
点灯装置の構成を示すブロック図である。

【図２】 この発明の実施の形態１に係る動作波形を示
す図である。

【図３】 従来の高圧放電灯点灯装置の構成を示すブロ
ック図である。

【図４】 従来の高圧放電灯点灯装置の動作波形を示す
図である。

【符号の説明】

１ 交流電源、 ２ ダイオードブリッジ、 ３ アク
ティブフィルタ、 ４限流回路、 ５ インバータ、
６´ 高電圧パルス発生回路、 ７ 高圧放電灯、 ８
制御電源回路、 ９ アクティブフィルタ出力電圧検
出回路、 １０ 差動増幅器、 １１ 放電灯電流検出
抵抗、 １２ 放電灯電圧検出回路、１３ 制御回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅山 正臣 神奈川県横浜市西区北幸２丁目８番29号 オスラム・メルコ株式会社内 Ｆターム(参考） 3K072 AA11 AC11 DA08 DD07 GA03 GB01 3K083 AA85 AA91 BA05 BA25 BA41 BC13 BC33 BC47 EA09

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧放電灯に、該高圧放電灯を始動させ
   る為の高電圧を発生させるトランスが直列に接続され、
   前記トランスの低圧側巻き線にスイッチング素子を介し
   て電流を流して、該トランスの高圧側巻き線に高圧パル
   スを発生させる高圧放電灯点灯装置において、前記スイ
   ッチング素子の低圧側に抵抗を接続したことを特徴とす
   る高圧放電灯点灯装置。
2. 【請求項２】 前記スイッチング素子に接続される抵抗
   を０．５Ω以上としたことを特徴とする請求項１記載の
   高圧放電灯点灯装置。