JP3048620B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、いわゆる自励他制式のインバータ回路を用
いて放電灯を高周波点灯させる放電灯点灯装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 第３図は従来の放電灯点灯装置（特願平02−34234
号）の回路図である。以下、その回路構成について説明
する。直流電源Ｅの両端には、第１のスイッチング素子
Q₁と第２のスイッチング素子Q₂の直列回路を接続してあ
る。スイッチング素子Q₁の両端間には、放電灯la、コン
デンサC₁、インダクタL₁の１次巻線n₁の直列回路を接続
し、インダクタL₁の２次巻線n₂の誘起出力を抵抗R₀を介
してスイッチング素子Q₁の制御端子（ベース・エミッタ
間）に入力している。放電灯laのフィラメントの非電源
側には共振及び予熱電流通電用のコンデンサC₂が並列接
続されている。スイッチング素子Q₁としては、バイポー
ラトランジスタが用いられ、そのコレクタ・エミッタ間
には還流用のダイオードD₁が逆並列に接続されている。
第２のスイッチング素子Q₂としては、パワーMOSFETが用
いられており、逆並列ダイオードは内蔵されている。ス
イッチング素子Q₂の両端間には、一対の抵抗R₁,R₂の直
列回路を並列的に接続されている。この抵抗R₁,R₂の直
列回路により、スイッチング素子Q₂の両端電圧V₂を分圧
して、スイッチング素子Q₁のオンを検出するオン期間検
出部Ａを構成している。スイッチング素子Q₁がオンのと
きには、スイッチング素子Q₂の両端電圧V₂を分圧した信
号Sbは“High"レベルであり、スイッチング素子Q₁がオ
フすると、信号Sbは“Low"レベルとなる。抵抗R₁,R₂に
より検出された信号Sbは反転回路１により反転した後、
単安定マルチバイブレータ４から出力される制御信号Sa
と共に、アンド回路２に入力され、その論理積出力Scに
よってスイッチング素子Q₂のオン期間を設定して、他励
信号発生部Ｂを構成している。単安定マルチバイブレー
タ４は、タイマー用の汎用集積回路（例えばμPD1555）
よりなり、その出力パルス幅は抵抗R₃とコンデンサC₃の
時定数回路により設定されている。他励信号発生部Ｂの
出力パルス幅は、オン期間制御部Ｃによって制御される
と共に、予熱タイマー部５により電源投入時から一定時
間だけ通常動作時よりも短くできる。

第４図及び第５図は上記回路の動作波形図である。以
下、上記回路の動作について説明する。他励信号Scが
“High"レベルになると、スイッチング素子Q₂がオンに
なり、直流電源Ｅ、放電灯la、コンデンサC₁、インダク
タL₁、スイッチング素子Q₂、直流電源Ｅという経路で電
流I₂が流れる。このとき、インダクタL₁の１次巻線n₁に
は、電流I₂と同じ振動電流I₃が流れる。一方、他励信号
Scが“Low"レベルになると、スイッチング素子Q₂はオフ
になるが、共振用のコンデンサC₂及びインダクタL₁に蓄
積されているエネルギーによって、振動電流I₃は流れ続
けようとする。このとき、インダクタL₁の２次巻線n₂の
誘起電圧V₃は、極性が反転する。ここに、他励信号発生
部Ｂから発生する他励信号Scは、振動電流I₃よりも周期
を短く設定してある。スイッチング素子Q₂がオフになっ
た直後には、インダクタL₁、ダイオードD₁、放電灯la、
コンデンサC₁、インダクタL₁という経路で電流I₁が流れ
る。また、インダクタL₁の２次巻線n₂に流れる電流によ
って、スイッチング素子Q₁がバイアスされてオンになる
から、共振電流の向きが反転すると、インダクタL₁、コ
ンデンサC₁、放電灯la、スイッチング素子Q₁、インダク
タL₁という経路で電流I₁が流れる。その後、インダクタ
L₁の１次巻線n₁に流れる振動電流I₃の変化によって、イ
ンダクタL₁の２次巻線n₂に流れるバイアス電流が減少
し、スイッチング素子Q₁はオフになる。スイッチング素
子Q₁がオンである期間には、スイッチング素子Q₂の両端
電圧V₂は直流電源Ｅの出力電圧にほぼ等しく、スイッチ
ング素子Q₁がオフになると、スイッチング素子Q₂の両端
電圧はほぼ０になる。したがって、スイッチング素子Q₂
の両端間に接続された抵抗R₁,R₂の接続点の電圧信号Sb
によって、スイッチング素子Q₁のオン・オフを検出でき
る。この検出信号Sbによって、スイッチング素子Q₁,Q₂
の同時オンを防止し、スイッチング素子Q₂のオン期間を
制御している。

上述のように、スイッチング素子Q₁,Q₂を交互にオン
・オフさせることにより、インダクタL₁には振動電流I₃
が流れ、放電灯laは高周波で点灯される。予熱タイマー
部５は電源投入時より予熱タイマー部５で設定された一
定時間だけ他励信号発生部Ｂから出力される他励信号の
オン期間が短くなるようにして、放電灯laへの供給エネ
ルギーを小さくして放電灯laを点灯させずにフィラメン
トの予熱を行うものである。予熱タイマー部５で設定さ
れた時間が経過すると、他励信号のオン期間が次第に増
加し、放電灯laが点灯する。

スイッチング素子Q₁,Q₂の同時オン防止は、前述のよ
うに、スイッチング素子Q₂に並列接続された抵抗R₁,R₂
の接続点からの出力信号Sbを反転回路１により反転した
後、単安定マルチバイブレータ４から出力される制御信
号Saと共に、アンド回路２に入力し、この論理積信号Sc
によってスイッチング素子Q₂のオン期間を設定すること
で達成される。つまり、この構成では、単安定マルチバ
イブレータ４から出力される制御信号Saに拘わらず、ス
イッチング素子Q₁がオフになるまでは、アンド回路２の
出力信号Scは“High"レベルにならないから、両スイッ
チング素子Q₁,Q₂が同時にオンとなることが防止され
る。

単安定マルチバイブレータ４は、抵抗R₃とコンデンサ
C₃の時定数により出力信号Saのパルス幅を設定されてい
る。そして、コンデンサC₃の充電速度、すなわちコンデ
ンサC₃への充電電流i₂によって、そのパルス幅が変化す
る。オン期間制御部Ｃにおけるスイッチングトランジス
タQ₃がオンであるとき、コンデンサC₃への充電電流i₂は
カレントミラーCM₁からの定電流i₁と等しく、i₂＝i₁と
なる。スイッチングトランジスタQ₃がオフであるときに
は、コンデンサC₃への充電電流i₂は、カレントミラーCM
₁からの定電流i₁よりカレントミラーCM₂への定電流i₃を
差し引いて、i₂＝i₁−i₃となる。したがって、スイッチ
ングトランジスタQ₃がオフであるとき、単安定マルチバ
イブレータ４の出力信号Saのパルス幅は長くなる。スイ
ッチングトランジスタQ₃のオン・オフは、スイッチング
素子Q₂に並列接続された抵抗R₁,R₂の接続点の出力信号S
bと、単安定マルチバイブレータ４の出力信号Saとを入
力するナンド回路３の出力信号Sbによって制御される。
前述したように、抵抗R₁,R₂の接続点から出力信号Sb
は、スイッチング素子Q₁がオンのときには“High"レベ
ルとなり、オフのときには“Low"レベルとなる。スイッ
チング素子Q₁がオンのときに、単安定マルチバイブレー
タ４から出力される制御信号Saが立ち上がると、ナンド
回路３の出力はスイッチング素子Q₁がオフになるまで
“Low"レベルになる。ナンド回路３の出力が“Low"レベ
ルであると、スイッチングトランジスタQ₃はオフになる
から、制御信号Saのオン期間が引き延ばされることにな
る。すなわち、スイッチング素子Q₁のオン期間が長くな
ると、他励信号発生部Ｂから出力される他励信号Scのオ
ン期間も長くなる。

このように、スイッチング素子Q₁のオン期間に基づい
てスイッチング素子Q₂のオン期間を変化させることによ
り、スイッチング素子のばらつきや温度変化によるラン
プ電流の変化を抑制することができる。特に、スイッチ
ング素子Q₁のオン期間が長いほど、スイッチング素子Q₂
のオン期間を減少させると共に、スイッチング素子Q₁と
スイッチング素子Q₂のオン期間の合計時間を増加させる
ように制御すれば、ランプ電流の変化を抑制する効果が
高くなる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述の従来例においては、スイッチング素子のばらつ
きに対してランプ電流の変化を抑制する効果はあるもの
の、電源変動に対するランプ電流の変化を抑制する効果
はない。例えば、電源電圧が上昇すると、スイッチング
素子Q₁へのバイアス電流が増えて、スイッチング素子Q₁
のオン期間が長くなる。このため、スイッチング周波数
が低くなり、ランプ電流は増加する。上記の制御では、
スイッチング素子Q₁のオン期間が長くなると、スイッチ
ング素子Q₁とスイッチング素子Q₂のオン期間の合計時間
は増加するが、これによりスイッチング周波数は更に低
くなり、ランプ電流は増加する。逆に電源電圧が下がる
と、スイッチング素子Q₁のバイアス電流が減少して、ス
イッチング素子Q₁のオン期間が短くなり、スイッチング
周波数が高くなり、ランプ電流は減少する。上記の制御
では、スイッチング素子Q₁のオン期間が短くなると、ス
イッチング素子Q₁とスイッチング素子Q₂のオン期間の合
計時間は減少するので、スイッチング周波数は更に高く
なり、ランプ電流は減少する。つまり、上記従来例での
制御を行うと、電源変動に対するスイッチング周波数の
変動が大きく、ランプ電流の変動も大きくなる。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、一対のスイッチング素子の一
方を他励制御し、他方を自励制御して放電灯を高周波で
点灯させ、自励制御されているスイッチング素子のオン
期間の変化に伴い、他励制御されているスイッチング素
子のオン期間を制御している放電灯点灯装置において、
電源変動に対するランプ電流の変動を抑制可能とするこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の放電灯点灯装置にあっては、上記の課題を解
決するために、第１図に示すように、直流電源Ｅの両端
間に第１のスイッチング素子Q₁と第２のスイッチング素
子Q₂との直列回路を接続し、第１のスイッチング素子Q₁
に放電灯laとコンデンサC₁とインダクタL₁との直列回路
を並列接続し、第２のスイッチング素子Q₂を他励信号に
よってオン・オフ制御すると共に、インダクタL₁に設け
た２次巻線n₂の誘起出力により第１のスイッチング素子
Q₁をオン・オフさせることにより、第１のスイッチング
素子Q₁と第２のスイッチング素子Q₂とを交互にオン・オ
フさせて放電灯laを高周波で点灯させるようにした放電
灯点灯装置において、第１のスイッチング素子Q₁のオン
期間を検出するオン期間検出部Ａと、第１のスイッチン
グ素子Q₁のオフ期間に第２のスイッチング素子Q₂をオン
にする他励信号を発生させる他励信号発生部Ｂと、第１
のスイッチング素子Q₁のオン期間に基づいて第２のスイ
ッチング素子Q₂のオン期間を変化させるオン期間制御部
Ｃと、前記第２のスイッチング素子Q₂のオン期間の変化
率を電源電圧の変動に応じて変化させる電源変動補償部
Ｄとを備えることを特徴とするものである。

［作用］ 本発明にあっては、このように、一方のスイッチング
素子Q₁のオン期間の変化に伴う他方のスイッチング素子
Q₂のオン期間の変化率を電源電圧の変動に応じて変化さ
せる電源変動補償部Ｄを設けたので、電源変動に対する
ランプ電流の変動を抑制することができるものである。

［実施例１］ 第１図は本発明の第１実施例の回路図である。本実施
例にあっては、第３図に示す従来例に対して、第１のカ
レントミラーCM₁の一方のトランジスタのエミッタを電
源Ｅに接続し、第２のカレントミラーCM₂の電流決定用
の抵抗R₆と並列に抵抗R₇をスイッチング素子Q₄を介して
接続したものである。第１のカレントミラーCM₁からの
電流i₁は、直流電源Ｅの電圧レベルに伴って変化する。
直流電源Ｅの電圧レベルが増加すれば、電流i₁は増加
し、逆に直流電源Ｅの電圧レベルが減少すれば、電流i₁
は減少するため、スイッチング素子Q₂のオン期間を設定
しているコンデンサC₃の充電電流i₂を制御できる。

また、本実施例では、第２のカレントミラーCM₂の電
流i₃はスイッチング素子Q₄がオフのときは抵抗R₆で決ま
り、スイッチング素子Q₄がオンのときは抵抗R₆と抵抗R₇
の合成抵抗で決まる。この構成であれば、スイッチング
素子Q₄がオンしているときは、従来例に示したオン期間
の補正作用が顕著になり、スイッチング素子Q₄がオフし
ているときには従来例に示したオン期間の補正作用は弱
まる。したがって、第１のカレントミラーCM₁からの電
流i₁により電源変動に対する変動を抑制すると共に、カ
レントミラーCM₂の電流i₃を切り替えることにより、従
来例に示したオン期間の補正作用を制御することが可能
となる。なお、本実施例では、スイッチング素子Q₄のオ
ン・オフは放電灯laの点灯を検出して切換制御してお
り、始動時の補正作用を点灯時の補正作用よりも大きく
している。

予熱タイマー部５では、電源投入時に抵抗R₁₀を介し
てコンデンサC₅が充電され、その充電電圧が制御用の電
源電圧の抵抗R₁₁,R₁₂により分圧した基準電圧を越える
までは、コンパレータCPの出力端子が“High"レベルと
なり、電源投入時から一定時間が経過してコンデンサC₅
の充電電圧が前記基準電圧を越えると、コンパレータCP
の出力端子は“Low"レベルとなる。コンパレータCPの出
力端子が“High"レベルであるときには、抵抗R₈を介し
てトランジスタQ₅のベースにバイアス電流が流れて、ト
ランジスタQ₅がオンとなる。このため、カレントミラー
CM₁に流れる電流は抵抗R₄と抵抗R₅の並列抵抗で決定さ
れ、カレントミラーCM₁の電流i₁が増加して、コンデン
サC₃の充電電流i₂が増加する。したがって、コンデンサ
C₃の充電速度は速くなり、単安定マルチバイブレータ４
の出力パルス幅は短くなる。これにより、インバータ装
置に流れる共振電圧が制限され、放電灯laは点灯に至る
ことなく予熱される。その後、コンパレータCPの出力端
子が“Low"レベルになると、トランジスタQ₅がオフとな
り、コンデンサC₅が抵抗R₅を介して充電されて、最終的
には、カレントミラーCM₁に流れる電流は抵抗R₄に流れ
る電流のみとなる。これにより、カレントミラーCM₁の
電流i₁が減少して、コンデンサC₃の充電電流i₂が減少す
る。したがって、コンデンサC₃の充電速度は遅くなり、
単安定マルチバイブレータ４の出力パルス幅は長くな
る。これにより、インバータ装置に流れる共振電流が増
大し、放電灯laは点灯する。

［実施例２］ 第２図は本発明の第２実施例の回路図である。本実施
例では、カレントミラーCM₂に流れる電流i₃を決定して
いる抵抗R₆の他端を直流電源Ｅに接続することにより、
直流電源Ｅの変動に応じて電流i₃の大きさを変化させる
ことができる。直流電源Ｅの電圧レベルが増加すれば、
電流i₃は増加し、逆に直流電源Ｅの電圧レベルが減少す
れば、電流i₃は減少するため、スイッチング素子Q₂のオ
ン期間を設定しているコンデンサC₃の充電電流i₂を制御
できる。

なお、直流電源Ｅの電圧変動に応じて、オン期間の変
化率を制御するために、電源電圧の変動の絶対値を検出
し、それに応じてオン期間を設定しても良い。

［発明の効果］ 本発明にあっては、上述のように、直流電源の両端間
に第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の
直列回路を接続し、第１のスイッチング素子に放電灯と
コンデンサとインダクタの直列回路を並列接続し、第２
のスイッチング素子を他励信号によってオン・オフ制御
すると共に、インダクタに設けた２次巻線の誘起出力に
より第１のスイッチング素子をオン・オフさせることに
より、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素
子とを交互にオン・オフさせて、放電灯を高周波で点灯
させるようにした放電灯点灯装置において、第１のスイ
ッチング素子のオン期間を検出するオン期間検出部と、
第１のスイッチング素子のオフ期間に第２のスイッチン
グ素子をオンにする他励信号を発生させる他励信号発生
部と、第１のスイッチング素子のオン期間に基づいて第
２のスイッチング素子のオン期間を変化させるオン期間
制御部と、前記第２のスイッチング素子のオン期間の変
化率を電源変動に対して放電灯のランプ電流の変動が小
さくなるように制御する電源変動補償部とを備えるもの
であるから、スイッチング素子の特性のばらつきや温度
特性の変化に加えて、電源電圧変動に対するランプ電流
の変化をも抑制することができるという効果がある。

特に、電源電圧変動幅に応じて前記オン期間の変化率
を小さくする方向に制御すれば、ランプ電流の変化を抑
制する効果が高くなるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の回路図、第２図は本発明
の第２実施例の回路図、第３図は従来例の回路図、第４
図及び第５図は同上の動作波形図である。 Ｅは直流電源、Q₁,Q₂はスイッチング素子、laは放電
灯、C₁はコンデンサ、L₁はインダクタ、n₁は１次巻線、
n₂は２次巻線、Ａはオン期間検出部、Ｂは他励信号発生
部、Ｃはオン期間制御部、Ｄは電源変動補償部である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源の両端間に第１のスイッチング素
   子と第２のスイッチング素子との直列回路を接続し、第
   １のスイッチング素子に放電灯とコンデンサとインダク
   タとの直列回路を並列接続し、第２のスイッチング素子
   を他励信号によってオン・オフ制御すると共に、インダ
   クタに設けた２次巻線の誘起出力により第１のスイッチ
   ング素子をオン・オフさせることにより、第１のスイッ
   チング素子と第２のスイッチング素子とを交互にオン・
   オフさせて放電灯を高周波で点灯させるようにした放電
   灯点灯装置において、第１のスイッチング素子のオン期
   間を検出するオン期間検出部と、第１のスイッチング素
   子のオフ期間に第２のスイッチング素子をオンにする他
   励信号を発生させる他励信号発生部と、第１のスイッチ
   ング素子のオン期間に基づいて第２のスイッチング素子
   のオン期間を変化させるオン期間制御部と、前記第２の
   スイッチング素子のオン期間の変化率を電源電圧の変動
   に応じて変化させる電源変動補償部とを備えることを特
   徴とする放電灯点灯装置。