JP5576748B2 - Discharge lamp lighting device - Google Patents
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Description
本発明は、蛍光灯やHIDランプ等の放電灯を点灯させる放電灯点灯装置、特に力率改善回路または電力変換回路におけるスイッチング素子のオンオフ制御の改良に関する。 The present invention relates to a discharge lamp lighting device for lighting a discharge lamp such as a fluorescent lamp or an HID lamp, and more particularly to an improvement in on / off control of a switching element in a power factor correction circuit or a power conversion circuit.
従来、放電灯点灯装置としては、銅鉄型の安定器(いわゆる銅鉄バラスト)が用いられてきた。安定器にはランプ電流を適正に制限するという役目があるが、銅鉄型の安定器では重量が重くなるとともに安定器自体が大型化してしまうため、近年では、安定器の軽量化、小型化、高機能化を目的としてスイッチング素子やダイオード等の電子部品を用いたいわゆる電子式安定器が利用されている。 Conventionally, as a discharge lamp lighting device, a copper iron type ballast (so-called copper iron ballast) has been used. Ballasts have the role of properly limiting the lamp current, but copper iron ballasts are heavier and larger in size, so in recent years the ballasts have become lighter and smaller. So-called electronic ballasts using electronic components such as switching elements and diodes have been used for the purpose of higher functionality.
電子式安定器、いわゆる電子バラストは、交流電源ACの交流出力が入力され直流を出力する直流電源回路と、直流電源回路の両出力端に接続され放電灯Laへの供給電力を調整・制御する電力変換回路とで構成される。
直流電源回路には、交流を全波整流する全波整流器と、その両出力端に並列接続される平滑コンデンサとによって、比較的簡単に構成されたものがある。また、直流電源回路には、全波整流器と、該全波整流出力を入力して一定振幅の直流電圧を高効率で生成する力率改善回路(アクティブフィルターとも呼ばれる。)とから構成されるものもある。この力率改善回路には力率改善のために数十kHzの周波数でオンオフ切換可能なスイッチング素子が設けられ、力率改善制御回路が該スイッチング素子の駆動を制御する。
An electronic ballast, a so-called electronic ballast, adjusts and controls the power supplied to the discharge lamp La connected to both output terminals of the DC power supply circuit and the DC power supply circuit that receive the AC output of the AC power supply AC and outputs DC. It consists of a power conversion circuit.
Some DC power supply circuits are configured relatively simply by a full-wave rectifier for full-wave rectification of alternating current and a smoothing capacitor connected in parallel to both output terminals thereof. The DC power supply circuit includes a full-wave rectifier and a power factor correction circuit (also called an active filter) that inputs the full-wave rectified output and generates a DC voltage having a constant amplitude with high efficiency. There is also. This power factor correction circuit is provided with a switching element that can be switched on and off at a frequency of several tens of kHz to improve the power factor, and the power factor correction control circuit controls the driving of the switching element.
一方、電力変換回路としては、一般的に降圧チョッパ型の回路構成が用いられる。電力変換回路には、10kHz〜500kHzの周波数でオンオフ切換可能なスイッチング素子が設けられ、電力変換制御回路が該スイッチング素子の駆動を制御する。電力変換制御回路は、放電灯のランプ電圧に応じて該スイッチング素子のスイッチング周波数又はオンデューティを調整して、放電灯への供給電力を制御する。
力率改善回路や電力変換回路には、スイッチング素子のオン状態で磁場のエネルギーを蓄積し、オフ状態でエネルギーを放出するインダクタが設けられている。インダクタのエネルギーの蓄積と放出が高周波のオンオフ切換により繰り返されることで、力率改善や電力変換が達成される。
On the other hand, a step-down chopper type circuit configuration is generally used as the power conversion circuit. The power conversion circuit is provided with a switching element that can be switched on and off at a frequency of 10 kHz to 500 kHz, and the power conversion control circuit controls driving of the switching element. The power conversion control circuit controls the power supplied to the discharge lamp by adjusting the switching frequency or on-duty of the switching element according to the lamp voltage of the discharge lamp.
The power factor correction circuit and the power conversion circuit are provided with an inductor that accumulates magnetic field energy when the switching element is on and releases energy when the switching element is off. Power factor improvement and power conversion are achieved by repeatedly storing and releasing the energy of the inductor by high-frequency on / off switching.
近年、電子式安定器の小型化への要求が高まり、回路効率を高めることで部品の小型化を図ってきた。直流電源回路や電力変換回路の回路効率を高めるため、これらの回路に内蔵されるスイッチング素子の制御方法にソフトスイッチングと呼ばれる制御が採用されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1には、電力変換回路のスイッチング素子に対してゼロクロススイッチングモードの制御を実行した場合の回路効率について説明されている。ゼロクロススイッチングとは、インダクタ等の電圧または電流が零になるタイミング(このタイミングをゼロクロスと呼ぶ。)でスイッチング素子のオンオフを切り替える制御方法を言う。インダクタに流れる電流(IL)が略零になるタイミングで、スイッチング素子をオフからオンに切り換えれば、電流(IL)とスイッチング素子に印加される電圧との関係で生じるスイッチングロスを小さくできる。
In recent years, the demand for miniaturization of electronic ballasts has increased, and the miniaturization of components has been attempted by increasing circuit efficiency. In order to increase the circuit efficiency of the DC power supply circuit and the power conversion circuit, a control called soft switching is employed as a method for controlling the switching elements incorporated in these circuits (see, for example, Patent Document 1).
ゼロクロススイッチングモードを実行する上で重要なことは、オフからオンへの切換のタイミング、すなわちソフトスイッチングの一周期の終わりのタイミングを何らかの方法で正しく検知することである。一般的には、チョークコイルに追加された二次巻き線(特許文献1の図1参照)やカレントトランス(特許文献2の図2参照)を用いて、その電圧の変化をみてオンタイミングを決定していた。しかし、二次巻き線やカレントトランスで得られる信号の立ち上がり、立ち下りは緩やかで、また、扱う電力により信号の振幅が変動してしまい、一周期の終わりのタイミングが不正確になることがあった。 What is important in executing the zero-crossing switching mode is to properly detect the timing of switching from off to on, that is, the timing of the end of one cycle of soft switching. In general, a secondary winding added to the choke coil (see FIG. 1 of Patent Document 1) and a current transformer (see FIG. 2 of Patent Document 2) are used to determine the on-timing based on the change in voltage. Was. However, the rise and fall of the signal obtained by the secondary winding and current transformer are slow, and the amplitude of the signal fluctuates depending on the power handled, resulting in inaccurate timing at the end of one cycle. It was.
また、特許文献1には、直流電源回路のグランドレベル側の出力端に、抵抗器(特許文献1の図10の符号28参照)を接続し、これを検出用抵抗器として用いることで、ソフトスイッチングの一周期の終わりを検知する方法も説明されている。検出用抵抗器の電圧を検出し、この電圧に基づいてスイッチング素子をオンオフ制御する。振幅の大きい信号を検出するためには、抵抗器の抵抗値を大きくする必要がある。しかし、抵抗の増加は回路損失の増大を招くので避けたい。そうすると、特許文献1の抵抗器による検出では信号振幅を大きくすることができず、ノイズの影響を受け易くなる。
Further, in
特に、HIDランプ(高圧放電灯)のランプ特性は激しく変動するため、ソフトスイッチングの各周期でのインダクタのエネルギー放出時間が変化してしまう。従来のソフトスイッチングではこのようなランプ特性の変動にオンオフ切換えのタイミングを充分に追従させることができず、回路効率の悪化の原因となっていた。適正なオンタイミングが常に変化してしまう場合でも回路損失を低減できるように、インダクタに流れる電流が零になるタイミングをリアルタイムで正確に検出することが求められていた。 In particular, since the lamp characteristics of the HID lamp (high pressure discharge lamp) fluctuate drastically, the energy release time of the inductor in each soft switching period changes. Conventional soft switching cannot sufficiently follow the timing of on / off switching to such a change in lamp characteristics, which causes deterioration in circuit efficiency. In order to reduce the circuit loss even when the proper on-timing always changes, it has been required to accurately detect the timing when the current flowing through the inductor becomes zero in real time.
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、直流電源回路または電力変換回路においてソフトスイッチングの一周期の終わりを正確に検出し、ゼロクロススイッチングモードにおけるオンタイミングのズレによる回路損失を最小限に押さえることである。回路効率の改善を行って、放電灯点灯装置の消費電力の削減を計り、発電所内でのCO2の発生量を低減させて、地球温暖化防止に貢献することが可能な放電灯点灯装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned reasons, and an object of the present invention is to accurately detect the end of one cycle of soft switching in a DC power supply circuit or a power conversion circuit and to detect a circuit caused by an on-timing shift in a zero cross switching mode. Minimize losses. Provides a discharge lamp lighting device that can contribute to the prevention of global warming by improving the circuit efficiency, reducing the power consumption of the discharge lamp lighting device, and reducing the amount of CO2 generated in the power plant There is to do.
前記課題を解決するために本発明にかかる放電灯点灯装置は、交流電圧を全波整流し、放電灯に対して並列接続された電解コンデンサを介して、該放電灯に点灯電流を供給するものであって、
前記電解コンデンサの正極に向けて全波整流後の整流電流を供給するインダクタおよびダイオードの直列回路、および、前記インダクタおよびダイオードの接続点と前記電解コンデンサの負極とを結んで前記電解コンデンサに対して並列に接続されたスイッチング素子を有して、該スイッチング素子のオンオフ駆動で前記電解コンデンサを充電するように構成された充電手段と、
前記スイッチング素子のオンオフ駆動を制御する制御手段と、
前記スイッチング素子の両端子間の電圧に基づいてオン切換のタイミング信号を生成して前記制御手段に送るゼロクロス検出手段と、
を備える。
そして、前記スイッチング素子のドレイン側端子が、前記インダクタおよびダイオードの接続点と結ばれ、前記スイッチング素子のソース側端子が、前記電解コンデンサの負極と結ばれており、前記ゼロクロス検出手段は、前記スイッチング素子の両端子に対して並列に接続された検出用コンデンサおよび検出用抵抗器のCR直列回路を有する。オフ状態で前記インダクタを流れる電流が零になるタイミングで、前記スイッチング素子のドレイン−ソース間の出力容量と前記インダクタとが共振を起こして、前記スイッチング素子のドレイン電圧が低下した場合に、前記検出用コンデンサが該ドレイン電圧の変化部分を取り出して、前記検出用抵抗器の電圧がオン切換のタイミング信号として前記制御手段に送られることを特徴とする。
本発明では、検出用コンデンサがリアクタンス素子であり、基本的には抵抗のような発熱が発生しない特性を有する。よって、検出用コンデンサが高いドレイン電圧(例えば数百ボルト)から制御手段の入力信号(例えば10V以下)までの大半の電圧降下機能を受け持つにも関わらず、発熱が起こらないので電力のロスが少なくて済む。
なお、本発明において、検出用コンデンサの静電容量は、スイッチング素子のドレイン−ソース間の出力容量よりも小さいことが好ましい。
In order to solve the above-mentioned problems, a discharge lamp lighting device according to the present invention supplies full current rectification of an AC voltage to the discharge lamp via an electrolytic capacitor connected in parallel to the discharge lamp. Because
A series circuit of an inductor and a diode that supplies a rectified current after full-wave rectification toward the positive electrode of the electrolytic capacitor, and a connection point of the inductor and the diode and a negative electrode of the electrolytic capacitor are connected to the electrolytic capacitor. Charging means having switching elements connected in parallel and configured to charge the electrolytic capacitor by on-off driving of the switching elements;
Control means for controlling on-off driving of the switching element;
Zero-cross detection means for generating an on-switching timing signal based on the voltage between both terminals of the switching element and sending it to the control means;
Is provided.
The drain side terminal of the switching element is connected to the connection point of the inductor and the diode, the source side terminal of the switching element is connected to the negative electrode of the electrolytic capacitor, and the zero cross detection means It has a CR series circuit of a detection capacitor and a detection resistor connected in parallel to both terminals of the element. When the current flowing through the inductor in the off state becomes zero, the output capacitance between the drain and source of the switching element and the inductor resonate, and the drain voltage of the switching element is reduced. The capacitor for taking out the change portion of the drain voltage, and the voltage of the detection resistor is sent to the control means as an ON switching timing signal .
In the present invention, the detection capacitor is a reactance element, and basically has a characteristic that heat generation such as resistance does not occur. Therefore, although the detection capacitor is responsible for most voltage drop functions from the high drain voltage (for example, several hundred volts) to the input signal (for example, 10 V or less) of the control means, heat generation does not occur, so power loss is small. I'll do it.
In the present invention, the capacitance of the detection capacitor is preferably smaller than the output capacitance between the drain and source of the switching element.
また、本発明にかかる放電灯点灯装置は、交流電圧を全波整流する整流回路と、該整流回路の両出力端に接続される電解コンデンサと、該電解コンデンサからの直流電流を放電灯の点灯電流に変換して供給する電力変換回路とを備え、前記電解コンデンサからの直流電流に基づいて放電灯へ点灯電流を供給するものであって、
前記電解コンデンサの正極には放電灯の一方の電極が接続され、
前記電力変換回路は、
前記放電灯の他方の電極と前記電解コンデンサの負極とを結ぶインダクタおよびスイッチング素子の直列回路と、オフ状態でインダクタからの電流を放電灯経由で該インダクタに回送するため、放電灯と前記インダクタの直列回路の両端を結ぶダイオードとを有して、前記スイッチング素子のオンオフ駆動で該電解コンデンサからの直流電流を放電灯の点灯電流に変換するとともに、
前記スイッチング素子のオンオフ駆動を制御する制御手段と、
前記スイッチング素子の両端子間の電圧に基づいてオン切換のタイミング信号を生成して前記制御手段に送るゼロクロス検出手段と、を備える。
そして、前記スイッチング素子のドレイン側端子が、前記インダクタおよびダイオードの接続点と結ばれ、前記スイッチング素子のソース側端子が、前記電解コンデンサの負極と結ばれており、前記ゼロクロス検出手段としては、前述と同様の手段を用いることを特徴とする。
The discharge lamp lighting device according to the present invention includes a rectifier circuit for full-wave rectification of an AC voltage, an electrolytic capacitor connected to both output terminals of the rectifier circuit, and a direct current from the electrolytic capacitor for lighting the discharge lamp. A power conversion circuit that converts and supplies the current, and supplies a lighting current to the discharge lamp based on a direct current from the electrolytic capacitor,
One electrode of a discharge lamp is connected to the positive electrode of the electrolytic capacitor,
The power conversion circuit includes:
A series circuit of an inductor and a switching element connecting the other electrode of the discharge lamp and the negative electrode of the electrolytic capacitor, and a current from the inductor in the off state is routed to the inductor via the discharge lamp. Having a diode connecting both ends of the series circuit, and converting the direct current from the electrolytic capacitor to the lighting current of the discharge lamp by the on-off drive of the switching element,
Control means for controlling on-off driving of the switching element;
And zero-cross detection means for generating an ON switching timing signal based on the voltage between both terminals of the switching element and sending the timing signal to the control means.
The drain side terminal of the switching element is connected to a connection point of the inductor and the diode, and the source side terminal of the switching element is connected to the negative electrode of the electrolytic capacitor. The same means is used.
また、ハーフブリッジ方式またはフルブリッジ方式の電力変換回路では、前記ゼロクロス検出手段は、前記電解コンデンサの負極側に一端が接続されたグランドレベル側のスイッチング素子の両端子間の電圧から、オン切換のタイミング信号を生成することが好ましい。 In the half-bridge type or full-bridge type power conversion circuit, the zero-cross detection means switches on from a voltage between both terminals of a ground level side switching element having one end connected to the negative electrode side of the electrolytic capacitor. It is preferable to generate a timing signal.
ゼロクロス検出手段の具体的な構成は、前記スイッチング素子の両端子に並列に接続された検出用コンデンサおよび検出用抵抗器のCR直列回路を有することが好ましく、オフ状態で前記インダクタを流れる電流が零になるタイミングで、前記スイッチング素子のドレイン−ソース間の出力容量と前記インダクタとが共振を起こして、前記スイッチング素子のドレイン電圧が低下した場合に、前記検出用コンデンサが該ドレイン電圧の変化部分を取り出し、前記検出用抵抗器の電圧がオン切換のタイミング信号として前記制御手段に送られるようにすればよい。 The specific configuration of the zero-cross detection means preferably includes a CR series circuit of a detection capacitor and a detection resistor connected in parallel to both terminals of the switching element, and the current flowing through the inductor in the off state is zero. When the output capacitance between the drain and the source of the switching element and the inductor resonate at a timing when the drain voltage of the switching element decreases, the detection capacitor detects the change portion of the drain voltage. The voltage of the detection resistor may be taken out and sent to the control means as an ON switching timing signal.
ここで、前記ゼロクロス検出手段の検出用抵抗器は、複数の抵抗器の直列接続により構成され、該複数の抵抗器によって分圧された電圧をオン切換のタイミング信号として前記制御手段に送ってもよい。
また、ゼロクロス検出手段は、前記検出用抵抗器の両端子に並列に接続されたツェナーダイオードを有し、該ツェナーダイオードを介して前記検出用抵抗器の電圧をオン切換のタイミング信号として前記制御手段に送ることが好ましい。
Here, the detection resistor of the zero-cross detection means is constituted by a series connection of a plurality of resistors, and the voltage divided by the plurality of resistors may be sent to the control means as an ON switching timing signal. Good.
The zero-cross detection means has a Zener diode connected in parallel to both terminals of the detection resistor, and the control means uses the voltage of the detection resistor via the Zener diode as an ON switching timing signal. It is preferable to send to.
本発明において、スイッチング素子がオフ状態の時に、インダクタを流れる電流が零になると、スイッチング素子のドレイン−ソース間の出力容量とインダクタとが共振を起こし、スイッチング素子のドレイン電圧が急減する。本発明によれば、スイッチング素子の両端子に小容量の検出用コンデンサが接続されているので、検出用コンデンサがドレイン電圧の変化を取り出すことができる。しかも、小容量の検出用コンデンサをスイッチング素子の両端子に並列に接続したことで、電圧の変化部分を特に強調して取り出すことが可能となり、オン切換のタイミングを正確に捉えることができる。
また、ゼロクロス検出手段として検出用コンデンサを用いないで、抵抗のみでゼロクロスを検出しようとすると、抵抗の発熱による電力ロスを引き起こしてしまう。これに対して本発明では、検出用コンデンサがリアクタンス素子であり、基本的には抵抗のような発熱が発生しない特性を有する。よって、検出用コンデンサが大半の電圧降下機能を受け持つにも関わらず、電力のロスが少なくて済む。例えば、数百ボルトの高い電圧からエネルギーロスをほとんど伴うこと無く、制御手段への10V以下の入力信号を発生させることが可能になる。
従って、検出用コンデンサによって取り出されたスイッチング素子のドレイン電圧の変化のタイミングを用いれば、オン切換のタイミング信号を正確に生成することができる。よって本発明のゼロクロス検出手段を用いれば、直流電源回路または電力変換回路においてソフトスイッチングの一周期の終わりを正確に検出することができ、放電灯点灯装置の回路効率の大幅な改善を行うことができる。
In the present invention, when the current flowing through the inductor becomes zero when the switching element is in the OFF state, the output capacitance between the drain and source of the switching element and the inductor resonate, and the drain voltage of the switching element rapidly decreases. According to the present invention, since a small-capacitance detection capacitor is connected to both terminals of the switching element, the detection capacitor can extract a change in drain voltage. In addition, since a small-capacitance detection capacitor is connected in parallel to both terminals of the switching element, it is possible to take out the voltage change portion with particular emphasis and to accurately grasp the on-switching timing.
Further, if a zero-cross is detected only by a resistor without using a detection capacitor as the zero-cross detection means, a power loss due to heat generation of the resistor is caused. On the other hand, in the present invention, the detection capacitor is a reactance element, and basically has a characteristic that heat generation such as resistance does not occur. Therefore, although the detection capacitor is responsible for most of the voltage drop functions, power loss can be reduced. For example, it becomes possible to generate an input signal of 10 V or less to the control means with little energy loss from a high voltage of several hundred volts.
Therefore, if the timing of the change of the drain voltage of the switching element taken out by the detection capacitor is used, an ON switching timing signal can be generated accurately. Therefore, if the zero cross detection means of the present invention is used, the end of one cycle of soft switching can be accurately detected in the DC power supply circuit or the power conversion circuit, and the circuit efficiency of the discharge lamp lighting device can be greatly improved. it can.
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。
図1に本発明にかかる放電灯点灯装置の構成図を示す。
同図において、放電灯点灯装置は、直流電源回路7および電力変換回路3から構成されている。直流電源回路7は、電力変換回路3に安定供給するための直流電力を交流電源ACから作り出す処理を行う。電力変換回路3は、直流電源回路7からの直流電力を放電灯のランプ電力に変換する処理を行う。放電灯点灯装置は、電力変換回路3の両出力端に接続された放電灯へ所定の点灯電流を供給する。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration diagram of a discharge lamp lighting device according to the present invention.
In the figure, the discharge lamp lighting device is composed of a DC
直流電源回路7および電力変換回路3には、高周波スイッチング素子がそれぞれ組み込まれており、ソフトスイッチングによってオンオフ制御されるようになっている。本発明では、回路技術を用いてソフトスイッチングの一周期の終わり、すなわちオフ状態からオン状態に切り替えるタイミングを正確に検出する検出回路を提供することができる。
ここでは、第一実施形態で直流電源回路7のスイッチング素子をソフトスイッチングでオンオフ制御する場合を説明し、第二実施形態で電力変換回路3のスイッチング素子をソフトスイッチングでオンオフ制御する場合を説明する。
The DC
Here, a case will be described in which the switching element of the DC
第一実施形態
図2に本実施形態にかかる放電灯点灯装置の回路構成を示す。
<放電灯点灯装置の全体構成>
同図において、放電灯点灯装置は、商用電源ACから供給される交流電力を全波整流し直流化する全波整流器2と、該全波整流器2の出力を定電圧化、高力率化する力率改善回路8と、力率改善回路8の出力する直流電力をランプ電力に変換して放電灯Laに供給する電力変換回路3と、力率改善回路8におけるソフトスイッチングの一周期の終わりを検出するゼロクロス検出回路12と、力率改善回路8に組み込まれている高周波スイッチング素子Q1のオンオフ制御を行う力率改善制御回路1とを備える。
First Embodiment FIG. 2 shows a circuit configuration of a discharge lamp lighting device according to this embodiment.
<Overall configuration of discharge lamp lighting device>
In the figure, the discharge lamp lighting device full-wave rectifies the full-wave rectified AC power supplied from the commercial power supply AC, and converts the output of the full-
ゼロクロス検出回路12には、スイッチング素子Q1の電圧が入力され、検出回路12の出力電圧が力率改善制御回路1に送られる。力率改善制御回路1は検出回路12の出力電圧から最適なオンタイミングを識別し、力率改善回路8のスイッチング素子Q1へオンオフ切換信号を送るようになっている。
The zero-
全波整流器2は、全波整流ダイオードブリッジで構成され、低周波( 例えば50Hz )の電源である商用交流電源ACの出力端の両端に接続されている。
The full-
力率改善回路8は、全波整流器2の後段に接続され、アクティブ平滑フィルタとも呼ばれる。この力率改善回路8は、全波整流器2の一方の出力端( 図では+電圧出力端 )に一端部が接続されたインダクタL1(チョークコイル)と、このインダクタL1の他端部と全波整流器2のもう一方の出力端( 図では−電圧出力端 )の間にドレインおよびソースが接続された高周波スイッチング素子Q1と、該スイッチング素子Q1のスイッチングに伴う高周波成分通流用フィルタとしての平滑コンデンサC1と、前記インダクタL1とスイッチング素子Q1間の接続点にアノードが接続された転流ダイオードD1と、この転流ダイオードD1のカソードと全波整流器2の−電圧出力端との間に接続された電解コンデンサC2を備えている。
The power
そして、力率改善回路8は、全波整流回路2に入力される交流電流を歪みのない正弦波に整形し、振幅一定の安定化した直流電流を高効率で生成し、電解コンデンサC2に静電エネルギーを充電する。力率改善回路8に組み込まれているインダクタL1、高周波スイッチング素子Q1、転流ダイオードD1は、電解コンデンサC2にエネルギーを充電する充電回路9を構成する。電解コンデンサC2は、該コンデンサの両端子間に電力変換回路3を介して接続された放電灯Laへ点灯電流を供給する。
The power
言い換えると、充電回路9は、電解コンデンサC2の正極に向けて全波整流後の整流電流を供給するインダクタL1とダイオードD1との直列回路、および、インダクタL1とダイオードD1間の接続点と電解コンデンサC2の負極とを結ぶスイッチング素子Q1を有する。スイッチング素子Q1は、ダイオードD1と電解コンデンサC2に対して並列に接続されていると言える。
In other words, the charging
スイッチング素子Q1は、インダクタL1とダイオードD1の中間点にスイッチング素子Q1のドレイン側端子を接続し、電解コンデンサC2の負極端子が接続されるグランドラインにスイッチング素子Q1のソース側端子を接続する。スイッチング素子Q1にはNチャネルのエンハンスメント形のMOSFETを使用する。スイッチング素子Q1のゲートに力率改善制御回路1からの駆動電流が供給されてゲート電圧が生じると、ドレイン−ソース間に電流が流れる。この状態をスイッチング素子Q1のオン状態という。一方、ゲートに駆動電流が供給されず、ドレイン電流が流れない状態をオフ状態という。
The switching element Q 1 has a drain side terminal of the switching element Q 1 connected to an intermediate point between the inductor L 1 and the diode D 1 , and a source side of the switching element Q 1 connected to a ground line to which a negative electrode terminal of the electrolytic capacitor C 2 is connected. Connect the terminals. The switching element Q 1 using the enhancement type N-channel MOSFET. When the gate voltage drive current is supplied from the power factor
なお、平滑コンデンサC1は、全波整流回路2からの整流電流の部分平滑およびスイッチング素子Q1のオフ時にインダクタL1で発生した電流を該インダクタL1に戻すためにも用いられる。
Incidentally, smoothing capacitor C 1 is also used for returning the partial smoothing and the current generated in the inductor L 1 when off the switching element to Q 1 rectified current from the full-
ゼロクロス検出回路12は、スイッチング素子Q1の両端子間電圧を取り込むため、2箇所の入力端1a、1bに接続される。一方の入力端1aは、インダクタL1とダイオードD1間の接続点からスイッチング素子Q1のドレインまでの間に設けられ、もう一方の入力端1bは、全波整流器2の−電圧出力端から延びるグランドレベルの電力線上に設けられる。
Zero-
力率改善制御回路1は、力率改善回路(昇圧チョッパ回路)8の出力側の電解コンデンサC2の出力電圧に応じて高周波スイッチング用スイッチング素子Q1のオン期間を制御することで、その出力電圧が一定値となるようにフィードバック制御する。同時に、制御回路1は全波整流器2の全波整流電圧の振幅レベルの監視( 整流器の+電圧出力端の検出電圧 )と、グランドレベルを流れる電流レベルの監視とに基づいて全波整流電圧の振幅レベルに応じてスイッチング素子Q1のオン期間を制御することで、入力交流電流を入力交流電圧の位相に一致させる力率改善の制御も行っている。これによって、力率改善回路8は、全波整流電圧を高力率で安定化直流電圧に変換する。なお、スイッチング素子Q1のスイッチング周波数は通常数十kHzである。
The power factor
次に、力率改善回路8の動作を説明する。
スイッチング素子Q1のオン状態では、インダクタL1とダイオードD1の中間点の電位は、グランドレベル(ゼロ)となり、インダクタL1の端子間電圧は整流後の直流電圧と等しくなる。すると、インダクタL1に磁場のエネルギーが蓄積され、インダクタL1を流れる電流は増加する。全波整流器2からの直流電流は、インダクタL1からスイッチング素子Q1を通ってグランドラインへ流れる。言い換えると、スイッチング素子Q1のオン状態では、ダイオードD1と電解コンデンサC2がバイパスされることになる。
Next, the operation of the power
In the on-state switching element Q 1, the potential of the midpoint of the inductor L 1 and the diode D 1 is the ground level (zero), and the voltage between the terminals of the inductor L 1 becomes equal to the DC voltage after rectification. Then, the energy of the magnetic field in the inductor L 1 is accumulated, the current flowing through the inductor L 1 is increased. Direct current from the full-
スイッチング素子Q1のオフ状態では、インダクタL1とダイオードD1の中間点の電位は、電解コンデンサC2の電圧(>整流後の直流電圧)と等しくなる。すると、インダクタL1から磁場のエネルギーが放出され、インダクタL1を流れる電流は徐々に減少する。インダクタL1からの電流は、ダイオードD1を通って電解コンデンサC2を充電し、平滑コンデンサC1を通過してインダクタL1へ戻る。 In the off state of the switching element Q 1, the potential of the midpoint of the inductor L 1 and the diode D 1 is equal to the electrolytic capacitor C 2 of the voltage (> DC voltage after rectification). Then, the energy of the magnetic field from the inductor L 1 is discharged, the current flowing through the inductor L 1 is gradually decreased. Current from the inductor L 1 passes through the diode D 1 to charge the electrolytic capacitor C 2, back through the smoothing capacitor C 1 to the inductor L 1.
<ゼロクロス検出回路>
以下、本発明において特徴的な高い回路効率でソフトスイッチングを可能とするゼロクロス検出回路12について説明する。
ゼロクロス検出回路12は、力率改善回路1による高力率で安定化直流電圧の生成を、高い回路効率で実行できるように、ソフトスイッチングの一周期の終わりを正確に検出する回路である。図2に示すように、ゼロクロス検出回路12の1組の入力端1a、1bはスイッチング素子の両端子に接続され、1組の出力端2a、2bは力率改善制御回路1に接続されている。
<Zero cross detection circuit>
Hereinafter, the zero-
The zero
図3にゼロクロス検出回路12の詳しい回路構成を示す。
同図において、ゼロクロス検出回路12は、入力端1a、1b間に並列に接続されるCR直列回路10と、このCR直列回路10の抵抗成分に対して並列に接続されたツェナーダイオードZD1とを有し、ツェナーダイオードZD1の両端子に出力端2a、2bが設けられている。
FIG. 3 shows a detailed circuit configuration of the zero
In the figure, the zero-
CR直列回路10は、容量成分と抵抗成分が直列接続されている。比較的小さい容量成分である検出用コンデンサC11の一端(正の電荷側)は入力端1aとなり、検出用コンデンサC11の他端(負の電荷側)と出力端1b間に2つの検出用抵抗器R2、R1の直列接続である抵抗成分が接続されている。検出用コンデンサC11の他端に接続される検出用抵抗器R2の一端を端子3aとし、検出用抵抗器R2、R1間の中間点を端子3bとし、出力端1bに接続される検出用抵抗器R1の他端を端子3cとする。
ツェナーダイオードZD1は、検出用抵抗器R1の両端子3b、3cに並列に接続されている。
ゼロクロス検出回路12への入力電圧V1は、力率改善回路8のスイッチング素子Q1のドレインとグランド間の電圧である。この入力電圧V1がCR直列回路10に印加された際の抵抗成分(R2、R1)に生じる電圧は、2つの検出用抵抗器R2、R1によって分圧されて、ツェナーダイオードZD1を介して出力電圧になる。
The
Zener diode ZD 1 is both
An input voltage V 1 to the zero
<ゼロクロスの検出方法>
ゼロクロスとは、スイッチング損失の原因となる電流値または電圧値がちょうど零になるタイミングを示す。検出回路に生じる信号波形図に基づいて、ゼロクロスの検出方法を説明する。
図4にゼロクロス検出回路12中の要部の信号波形を示す。
同図(A)はスイッチング素子Q1の状態を示し、
同図(B)はインダクタ電流ILの変化を示す。
同図(C)は、スイッチング素子Q1の両端子間電圧(V1)の波形である。
同図(D)は、グランド側の入力端1bを基準とする、検出用抵抗器R2の検出用コンデンサ側の端子3aの電位、つまり、検出用抵抗器R1、R2の直列回路の両端電圧の波形である。
同図(E)は、ツェナーダイオードZD1の両端子間電圧(V2)の波形である。
<Zero cross detection method>
The zero cross indicates a timing at which the current value or voltage value causing the switching loss becomes exactly zero. Based on signal waveform diagrams generated in the detection circuit, a zero cross detection method will be described.
FIG. 4 shows a signal waveform of a main part in the zero-
Fig (A) shows a state of the switching element Q 1,
FIG (B) shows a change in inductor current I L.
FIG. 4C shows the waveform of the voltage (V 1 ) between both terminals of the switching element Q 1 .
FIG (D) are based on the
FIG. 4E shows the waveform of the voltage (V 2 ) between both terminals of the Zener diode ZD 1 .
スイッチング素子Q1のオンオフ駆動に応じて、両端子間の電圧(V1)は同図(C)のように零ボルト(オン状態)と電解コンデンサC2の電圧に等しい電圧値(オフ状態)とを交互に示す。入力電圧V1がゼロクロス検出回路12のCR直列回路10に印加された場合、つまり、入力端1bを基準(グランドレベル)として、入力端1aの電位がV1であるとすると、検出用コンデンサC11により入力信号V1の変化成分のみが検出用抵抗器R1、R2の直列回路に伝達され、グランドレベル(入力端1b)を基準とする検出用コンデンサC11と検出用抵抗器R2との中点(端子3a)の電位V3aは、同図(D)のような両極性の信号になる。
検出用コンデンサC11と検出用抵抗器R2との中点の電位V3aは、検出用抵抗器R1、R2により分圧され、分圧された電位が検出用抵抗器R2、R1の中点(端子3b)に表れる。この中点(端子3b)における電位は、検出用抵抗器R1の両端に並列接続されたツェナーダイオードZD1を介して出力電圧(V2)になる。
Depending on and off driving of the switching element Q 1, between the two terminals of the voltage (V 1) the figure zero volts (ON state) and the voltage equal to the voltage value of the electrolytic capacitor C 2 as shown in (C) (off-state) Are shown alternately. If the input voltage V 1 is applied to the
The potential V 3a at the midpoint between the detection capacitor C 11 and the detection resistor R 2 is divided by the detection resistors R 1 and R 2 , and the divided potential is detected by the detection resistors R 2 and R 2 . 1 appears at the midpoint (terminal 3b). In this mid-point (
<オン状態>
図2〜4に基づいて説明する。
スイッチング素子のオン状態では、インダクタLに整流後電圧が印加され、インダクタLに磁場のエネルギーが蓄積する。この間、図4(B)のようにインダクタ電流(IL)は増加する。
オン状態では、スイッチング素子Q1の端子間電圧V1は零ボルトであり(同図C)、端子3aにおける電位V3aは負の極性を示す(同図D)。この負電圧成分は、検出用抵抗器R2、R1により分圧されるが、ツェナーダイオードZD1の順方向と端子3cから端子3bへの向きとが一致するから、端子3bの電位はツェナーダイオードZD1によって零ボルトを示す。従って、出力電圧V2は零ボルトを示す(同図E)。
<On state>
This will be described with reference to FIGS.
In the ON state of the switching element, the rectified voltage is applied to the inductor L, and magnetic field energy is accumulated in the inductor L. During this time, the inductor current (I L ) increases as shown in FIG.
In the on state, the voltage between the terminals V 1 of the switching element Q 1 is zero volts (FIG. C), the potential V 3a at the terminal 3a indicates a negative polarity (FIG D). Although this negative voltage component is divided by the detection resistors R 2 and R 1 , the forward direction of the Zener diode ZD 1 coincides with the direction from the terminal 3c to the terminal 3b. Diode ZD 1 indicates zero volts. Therefore, the output voltage V 2 denotes the zero voltage (Fig E).
<オフ状態>
スイッチング素子のオフ状態では、インダクタLから磁場のエネルギーが放出し、電解コンデンサC2を充電する。この間、図4(B)のようにインダクタ電流(IL)は減少する。
オフ状態では、スイッチング素子Q1の端子間電圧V1は、電解コンデンサC2の電圧と等しく、例えば200Vを示す(同図C)。この電圧V1はゼロクロス検出回路12のCR直列回路に印加されるので、ターン・オフで端子3aにおける電位V3aは正極に反転し、例えば100Vになる。
<Off state>
In the off state of the switching device, the energy of the magnetic field from the inductor L is discharged to charge the electrolytic capacitor C 2. During this time, the inductor current (I L ) decreases as shown in FIG.
In the off state, the voltage V 1 between the terminals of the switching element Q 1 is equal to the voltage of the electrolytic capacitor C 2 , and shows 200 V, for example (FIG. C). Since the voltages V 1 is applied to the CR series circuit of the zero-crossing
200Vのスイッチング素子Q1の端子間電圧V1は、CR直列回路10に印加されて、その容量成分に電荷を蓄積させる。つまり、入力端1aから正電荷が検出用コンデンサC11へ流れる。検出用コンデンサC11への電荷の蓄積速度は、CR直列回路の容量値と抵抗値で決まる時定数により左右される。ここでは、時定数がインダクタLの放出時間よりも充分長くなるように、容量値と抵抗値が設定されている。従って、端子3aにおける電位V3aは時間の経過に従って減少する(同図D)。また、端子3aにおける正電圧成分は、検出用抵抗器R2、R1によって分圧されるが、この分圧値よりもツェナー電圧の方が小さくなるように各抵抗値が設定されているため、端子3bの電圧はツェナー電圧でカットされる。従って、出力電圧V2はツェナー電圧値を示す(同図E)。
A voltage V 1 between terminals of the switching element Q 1 of 200 V is applied to the
<検出用コンデンサに蓄積された電荷の放出>
インダクタL1の磁場のエネルギー放出が終了すると、インダクタ電流ILが零になる。インダクタL1と電解コンデンサC2間にはダイオードD1があって、電解コンデンサC2の電荷が逆流することはないから、インダクタ電流ILが零になると、スイッチング素子Q1のドレイン−ソース間の出力容量とインダクタL1との間で共振が発生し、入力電圧V1が急激に低下してほぼゼロ電位となる(同図C)。すると、検出用コンデンサC11に蓄積された静電エネルギー(電荷)がスイッチング素子Q1のドレイン−ソース間の出力容量を通過し、さらに端子1bから端子3c、検出用抵抗器R1、R2を順に通過し、スイッチング素子Q1へ戻る。このことにより、図4(D)のように、端子3aに負電圧が発生する。この負電圧は検出用抵抗器R2、R1により分圧されて、端子3bにも負電圧が発生するはずであるが、ツェナーダイオードZD1の順方向の導通により短絡されて、出力電圧V2が零ボルトを示す。なお、出力容量とは、オフ状態のスイッチング素子Q1において、そのドレイン−ソース端子間に存在する静電容量を示す。
<Discharge of charge accumulated in detection capacitor>
When the energy release of the magnetic field of the inductor L 1 is completed, the inductor current I L becomes zero. Between the inductor L 1 and the electrolytic capacitor C 2 and a diode D 1, because the charge of the electrolytic capacitor C 2 is never flow back, the inductor current I L is zero, the drain of the switching element Q 1 - between the source the resonance occurs between the output capacitance and the inductor L 1, the input voltages V 1 becomes substantially zero potential rapidly decreases (FIG C). Then, the drain of the accumulated in the detecting capacitor C 11 electrostatic energy (charge) the switching element Q 1 - through the output capacitance between the source, further terminal 3c from the terminal 1b, the detecting resistor R 1, R 2 a pass in order, return to the switching element Q 1. As a result, a negative voltage is generated at the terminal 3a as shown in FIG. This negative voltage is divided by the detection resistors R 2 and R 1 and should also generate a negative voltage at the terminal 3b, but is short-circuited by the forward conduction of the Zener diode ZD 1 to generate an output voltage V 2 indicates zero volts. Note that the output capacitance, the switching element to Q 1 off state, its drain - shows the capacitance existing between the source terminal.
本発明で特徴的なことは、インダクタ電流ILが零になるタイミングと略同時に、上記のゼロクロス検出回路12の動作によって、出力電圧V2が零ボルトに急減することにある。このようなゼロクロス検出回路12の信号波形の変化、すなわちインダクタ電流が零になると、ゼロクロス検出回路12の出力信号V2が瞬時に零ボルトまで減少するという信号波形の変化を利用して、インダクタ電流が零になるゼロクロスのタイミングを正確に検出することができる。
It present invention characteristic of the inductor current I L roughly the timing becomes zero at the same time, by the operation of the zero-crossing
力率改善制御回路1は、ゼロクロス検出回路12の出力電圧(V2)の変化によって、インダクタ電流ILが丁度零になるタイミングを検知でき、その情報をもとにスイッチング素子Q1をターン・オンさせて次のスイッチング周期を開始させる。
The power factor
本実施形態によれば、急峻な立ち上がり、および、立ち下りの信号源(入力電圧V1)から、その変化成分を強調する容量性結合(検出用コンデンサC11と検出用抵抗器R1、R2の直列接続をスイッチング素子に対して並列に接続すること)により、検出用抵抗器R1、R2の電圧信号を出力電圧V2として取り出しているので、ソフトスイッチングにおけるゼロクロスのタイミングを精度良く検出することができる。
また、HIDランプのようにランプ特性が激しく変動する場合には、ソフトスイッチングの各周期でのインダクタL1のエネルギー放出時間が変化してしまうが、本実施形態によれば、インダクタL1に流れる電流が零になるタイミングをリアルタイムで正確に検出することができるため、回路効率の悪化を避けることができる。
According to the present embodiment, steep rise, and, falling signal source from (input voltage V 1), detecting resistor R 1 and emphasizes capacitive coupling (detection capacitor C 11 and the change component, R Since the voltage signals of the detection resistors R 1 and R 2 are taken out as the output voltage V 2 by connecting the serial connection of 2 in parallel with the switching element), the timing of zero crossing in soft switching can be accurately performed Can be detected.
Further, when varying the lamp characteristics are vigorous as HID lamps, the energy release time of the inductor L 1 in each cycle of the soft switching is changed, according to the present embodiment, flows through the inductor L 1 Since the timing when the current becomes zero can be accurately detected in real time, deterioration of circuit efficiency can be avoided.
なお、負電圧成分はツェナーダイオードZD1の順方向の電圧でカットされ、正電圧成分はツェナー電圧でカットされるから、中点(端子3b)における電位は制御回路にとって安全な10V以下の電圧値に変換されることになる。 The negative voltage component is cut by the forward voltage of the Zener diode ZD 1, since a positive voltage component is cut by the Zener voltage, the midpoint potential in (terminal 3b) safe 10V below the voltage value for the control circuit Will be converted to.
また、ゼロクロス検出回路12に検出用コンデンサC11を用いないで、抵抗のみでゼロクロスを検出しようとすると、抵抗の発熱による電力ロスを引き起こす。これに対して本発明に用いる小容量の検出用コンデンサC11は、リアクタンス素子であり、基本的には、抵抗のような発熱が発生しない特性を有する。よって、検出用コンデンサC11は、大半の電圧降下分を受け持つにも関わらず、電力のロスを少なくすることができる。例えば、数百ボルトの高い電圧からエネルギーロスをほとんど伴うことなしに、制御回路への入力信号(10V以下)を発生させることが可能になる。
なお、スイッチング回路の部品定数およびスイッチング周波数の違いによっては、本発明のゼロクロス検出回路の後段に信号のディレー回路を追加し、ゼロボルトスイッチングのタイミングを調整する場合もある。
Further, without using the detecting capacitor C 11 to the zero-crossing
Depending on the difference in the component constants and switching frequency of the switching circuit, a signal delay circuit may be added after the zero cross detection circuit of the present invention to adjust the timing of zero volt switching.
第二実施形態
図5は、本実施形態にかかる放電灯点灯装置の回路構成を示す。
同図において、放電灯点灯装置は、商用電源ACから供給される交流電力から直流電力を生成する直流電源回路7と、直流電源回路7からの直流電力を放電灯のランプ電力に変換する処理を行う電力変換回路3と、電力変換回路3におけるソフトスイッチングの一周期の終わりを検出するゼロクロス検出回路12と、電力変換回路3に組み込まれている複数の高周波スイッチング素子Q2〜Q5のオンオフ制御を行うフルブリッジ型の電力変換制御回路11とを備えて構成される。
Second Embodiment FIG. 5 shows a circuit configuration of a discharge lamp lighting device according to the present embodiment.
In the figure, the discharge lamp lighting device generates a DC power from an AC power supplied from a commercial power source AC, and a process of converting the DC power from the
ゼロクロス検出回路12には、複数のスイッチング素子Q2〜Q5のうちでグランドラインにソースが接続され、高周波スイッチングを行うスイッチング素子Q5の電圧が入力される。検出回路12の出力電圧は電力変換制御回路11に送られ、電力変換制御回路11は出力電圧から最適なオンタイミングを識別し、電力変換回路3の各スイッチング素子Q2〜Q5へ切換信号を送るようになっている。
The zero-
電力変換回路3は、フルブリッジ型のインバータ回路である。電力変換回路3は、直流電源回路7の両出力端に並列に接続されたスイッチング素子Q2、Q3の直列回路と、同様に直流電源回路7の両出力端に並列に接続された高周波スイッチング素子Q4、Q5の直列回路と、スイッチング素子Q2〜Q5のそれぞれに並列に且つ各素子Q2〜Q5の電流の向きとは反対方向に接続されたダイオードD2〜D5と、スイッチング素子Q2、Q3の直列回路の接続点と高周波スイッチング素子Q4、Q5の直列回路の接続点との間に接続された放電灯LaおよびインダクタL2の直列回路と、放電灯Laに対して並列に接続されて放電灯Laを流れる電流から、スイッチング素子Q4、Q5の高周波スイッチングによる高周波成分を側路( バイパス )させるためのコンデンサC4と、電力変換回路3への入力電流を検出するための電流検出用抵抗R3と、この抵抗R3に高周波電流が流れるのを防ぐための高周波成分のバイパス用で小容量のコンデンサC3と、を備えている。スイッチング素子Q5は、その一端が直流電源回路7の負極側に接続されたグランドレベル側のスイッチング素子である。
The
なお、スイッチング素子Q2〜Q5としてMOSFETを用いた場合は、MOSFETがその構成上内蔵している寄生ダイオードが逆電流通流用ダイオードD2〜D5に利用されるので、特別にダイオードを接続する必要はない。 When MOSFETs are used as the switching elements Q 2 to Q 5 , parasitic diodes built in the MOSFETs are used for the reverse current carrying diodes D 2 to D 5. do not have to.
各スイッチング素子Q2〜Q5は、電力変換制御回路11からの制御信号によって、スイッチング素子Q2がオン、Q5が高周波スイッチングされ、スイッチング素子Q3、Q4がオフの状態と、スイッチング素子Q2、Q5がオフでスイッチング素子Q3がオン、Q4が高周波スイッチングされる状態とを交互に低周波(数十Hz〜数百Hz)で繰り返す。 Each of the switching elements Q 2 to Q 5 is in a state in which the switching element Q 2 is turned on, the Q 5 is high-frequency switched, and the switching elements Q 3 and Q 4 are turned off by the control signal from the power conversion control circuit 11. The state in which Q 2 and Q 5 are off, the switching element Q 3 is on, and Q 4 is high-frequency switched alternately repeats at low frequencies (several tens to several hundreds of Hz).
スイッチング素子Q2がオンで、Q5が高周波スイッチングしている期間においては、スイッチング素子Q5のオン時、直流電源回路7からの直流電流が、スイッチング素子Q2→放電灯La→インダクタL2→スイッチング素子Q5の順番で直流電源回路7の負極の端子に流れて、インダクタL1に磁場のエネルギーが蓄積される。そして、スイッチング素子Q5のオフ時、インダクタL2に蓄積されているエネルギーが放出され、インダクタL2→ダイオードD4→スイッチング素子Q2→放電灯La→インダクタL2の経路で電流が流れる。
The switching element Q 2 is on, in a period in which Q 5 is high-frequency switching, when the switching element Q 5, a DC current from the DC
一方、スイッチング素子Q3がオンで、Q4が高周波スイッチングしている期間においては、スイッチング素子Q4のオン時、直流電源回路7からの直流電流が、スイッチング素子Q4→インダクタL2→放電灯La→スイッチング素子Q3の順番で直流電源回路7の負極の端子に流れて、インダクタL1に磁場のエネルギーが蓄積される。そして、スイッチング素子Q4のオフ時、インダクタL2に蓄積されているエネルギーが放出され、インダクタL2→放電灯La→スイッチング素子Q3→ダイオードD5→インダクタL2の経路で電流が流れる。
On the other hand, the switching element Q 3 is turned on, in a period in which Q 4 is a high-frequency switching, when the switching element Q 4, direct current from the DC
このような動作を行う本実施形態の電力変換回路3は、以下の回路を基本構成とするフルブリッジ型の電力変換回路と言うことができる。すなわち、直流電源回路3の電解コンデンサC2の正極に、放電灯Laの一方の電極が接続されており、基本構成となる電力変換回路は、放電灯Laの他方の電極と電解コンデンサC2の負極とを結ぶインダクタL2およびスイッチング素子Q5(またはQ4)の直列回路と、オフ状態でインダクタL2からの電流を放電灯La経由で該インダクタL2に回送するため、放電灯LaとインダクタL2の直列回路の両端を結ぶダイオードD4(またはD5)とを有する。そして、スイッチング素子Q5(またはQ4)のオンオフ駆動で該電解コンデンサC2からの直流電流を放電灯Laの点灯電流に変換する。
The
本実施形態におけるゼロクロス検出回路12は前述の実施形態と同じ構成のものを用いている。図5に示すように、ゼロクロス検出回路12の1組の入力端1a、1bはスイッチング素子Q5の両端子に接続されている。
スイッチング素子Q5が高周波でオンオフするモードでは、前述の実施形態と同様に、インダクタL2の電流が零になるタイミングと略同時に、ゼロクロス検出回路12の動作によって、出力電圧V2が零ボルトに急減するので、インダクタ電流が零になるゼロクロスのタイミングを正確に検出することができる。
The zero
In a mode in which the switching element Q 5 is turned on and off at a high frequency, similar to the embodiment described above, the current in the inductor L 2 is at the same time a timing substantially becomes zero, the operation of the zero-crossing
また、スイッチング素子Q4が高周波でオンオフするモードでは、インダクタL2の電流が零になるタイミングと略同時に、ゼロクロス検出回路12の動作によって、出力電圧V2が零ボルトからツェナー電圧まで急増する。出力電圧V2の変化によって、インダクタ電流が零になるゼロクロスのタイミングを正確に検出することができる。
The switching element Q 4 is in the mode to turn on and off at a high frequency, the current in inductor L 2 is substantially the timing becomes zero at the same time, by the operation of the zero-crossing
本実施形態では、フルブリッジ型の電力変換回路3について説明したが、ハーブブリッジ型の電力変換回路にも同様に本発明の放電灯点灯装置を適用できる。また、1つのスイッチング素子を用いた降圧チョッパ回路と4つのスイッチング素子を用いた極性反転回路とを組み合わせて、放電灯に交番する点灯電流を供給するようにした電力変換回路にも本発明の放電灯点灯装置を適用できる。
In the present embodiment, the full bridge type
ゼロクロス検出回路12を力率改善回路に使用した実施例について説明する。
図3に示すゼロクロス検出回路を用いて、各素子の特性値を以下のように設定した。
検出用コンデンサC11 :100pF、
抵抗器R1 :10kΩ、
抵抗器R2 :51kΩ、
ツェナーダイオードZD1:4.3V
その結果、従来のチョークコイルに二次巻き線を追加して信号を検出する方式に比べて、力率改善回路の回路効率を93%から95%へ向上させることができた。
また、同様に、上記ゼロクロス検出回路を電力変換回路に使用した実施例においては、従来のカレントトランスを使用して信号を検出する方式に比べて、電力変換回路の回路効率を90%から93%へ向上させることができた。
An embodiment in which the zero
Using the zero cross detection circuit shown in FIG. 3, the characteristic values of the respective elements were set as follows.
Detection capacitor C 11 : 100 pF,
Resistor R 1 : 10 kΩ,
Resistor R 2 : 51 kΩ,
Zener diode ZD 1 : 4.3V
As a result, the circuit efficiency of the power factor correction circuit can be improved from 93% to 95%, compared with the conventional method of detecting a signal by adding a secondary winding to the choke coil.
Similarly, in the embodiment in which the zero cross detection circuit is used for the power conversion circuit, the circuit efficiency of the power conversion circuit is 90% to 93% compared to the conventional method of detecting a signal using a current transformer. Could be improved.
本発明は、水銀ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプなどのHIDランプのほか、キセノンランプを含む高圧放電灯の点灯装置に適用できる。また、蛍光灯等の低圧放電灯の点灯装置にも応用できる。 The present invention can be applied to lighting devices for high pressure discharge lamps including xenon lamps in addition to HID lamps such as mercury lamps, metal halide lamps, and high pressure sodium lamps. It can also be applied to a lighting device for a low pressure discharge lamp such as a fluorescent lamp.
1 力率改善制御回路
2 全波整流器
3 電力変換回路
7 直流電源回路
11 電力変換制御回路
12 ゼロクロス検出回路
AC 交流電源
La 放電灯
ZD1 ツェナーダイオード
L1、L2 インダクタ
C1、C3、C4 平滑コンデンサ
C2 電解コンデンサ
C11 検出用コンデンサ
1 power factor
Claims (5)
前記電解コンデンサの正極に向けて全波整流後の整流電流を供給するインダクタおよびダイオードの直列回路、および、前記インダクタおよびダイオードの接続点と前記電解コンデンサの負極とを結んで前記電解コンデンサに対して並列に接続されたスイッチング素子を有して、該スイッチング素子のオンオフ駆動で前記電解コンデンサを充電するように構成された充電手段と、
前記スイッチング素子のオンオフ駆動を制御する制御手段と、
前記スイッチング素子の両端子間の電圧に基づいてオン切換のタイミング信号を生成して前記制御手段に送るゼロクロス検出手段と、を備え、
前記スイッチング素子のドレイン側端子が、前記インダクタおよびダイオードの接続点と結ばれ、前記スイッチング素子のソース側端子が、前記電解コンデンサの負極と結ばれており、
前記ゼロクロス検出手段は、前記スイッチング素子の両端子に対して並列に接続された検出用コンデンサおよび検出用抵抗器のCR直列回路を有し、
オフ状態で前記インダクタを流れる電流が零になるタイミングで、前記スイッチング素子のドレイン−ソース間の出力容量と前記インダクタとが共振を起こして、前記スイッチング素子のドレイン電圧が低下した場合に、
前記検出用コンデンサが該ドレイン電圧の変化部分を取り出して、前記検出用抵抗器の電圧がオン切換のタイミング信号として前記制御手段に送られることを特徴とする放電灯点灯装置。 In a discharge lamp lighting device that rectifies an AC voltage in full wave and supplies a lighting current to the discharge lamp via an electrolytic capacitor connected in parallel to the discharge lamp.
A series circuit of an inductor and a diode that supplies a rectified current after full-wave rectification toward the positive electrode of the electrolytic capacitor, and a connection point of the inductor and the diode and a negative electrode of the electrolytic capacitor are connected to the electrolytic capacitor. Charging means having switching elements connected in parallel and configured to charge the electrolytic capacitor by on-off driving of the switching elements;
Control means for controlling on-off driving of the switching element;
Zero cross detection means that generates an ON switching timing signal based on a voltage between both terminals of the switching element and sends the timing signal to the control means,
The drain side terminal of the switching element is connected to the connection point of the inductor and the diode, and the source side terminal of the switching element is connected to the negative electrode of the electrolytic capacitor,
The zero-cross detection means has a CR series circuit of a detection capacitor and a detection resistor connected in parallel to both terminals of the switching element,
When the current flowing through the inductor in the off state becomes zero, the output capacitance between the drain and source of the switching element and the inductor resonate, and the drain voltage of the switching element decreases.
The discharge lamp lighting device according to claim 1, wherein the detection capacitor takes out the change portion of the drain voltage, and the voltage of the detection resistor is sent to the control means as an ON switching timing signal .
前記電解コンデンサの正極には放電灯の一方の電極が接続され、
前記電力変換回路は、
前記放電灯の他方の電極と前記電解コンデンサの負極とを結ぶインダクタおよびスイッチング素子の直列回路と、オフ状態でインダクタからの電流を放電灯経由で該インダクタに回送するため、放電灯と前記インダクタの直列回路の両端を結ぶダイオードとを有して、前記スイッチング素子のオンオフ駆動で該電解コンデンサからの直流電流を放電灯の点灯電流に変換するとともに、
前記スイッチング素子のオンオフ駆動を制御する制御手段と、
前記スイッチング素子の両端子間の電圧に基づいてオン切換のタイミング信号を生成して前記制御手段に送るゼロクロス検出手段と、を備え、
前記スイッチング素子のドレイン側端子が、前記インダクタおよびダイオードの接続点と結ばれ、前記スイッチング素子のソース側端子が、前記電解コンデンサの負極と結ばれており、
前記ゼロクロス検出手段は、前記スイッチング素子の両端子に対して並列に接続された検出用コンデンサおよび検出用抵抗器のCR直列回路を有し、
オフ状態で前記インダクタを流れる電流が零になるタイミングで、前記スイッチング素子のドレイン−ソース間の出力容量と前記インダクタとが共振を起こして、前記スイッチング素子のドレイン電圧が低下した場合に、
前記検出用コンデンサが該ドレイン電圧の変化部分を取り出して、前記検出用抵抗器の電圧がオン切換のタイミング信号として前記制御手段に送られることを特徴とする放電灯点灯装置。 A rectifier circuit for full-wave rectification of an AC voltage, an electrolytic capacitor connected to both output terminals of the rectifier circuit, and a power converter circuit for converting a DC current from the electrolytic capacitor into a lighting current for a discharge lamp and supplying the converted current In the discharge lamp lighting device provided,
One electrode of a discharge lamp is connected to the positive electrode of the electrolytic capacitor,
The power conversion circuit includes:
A series circuit of an inductor and a switching element connecting the other electrode of the discharge lamp and the negative electrode of the electrolytic capacitor, and a current from the inductor in the off state is routed to the inductor via the discharge lamp. Having a diode connecting both ends of the series circuit, and converting the direct current from the electrolytic capacitor to the lighting current of the discharge lamp by the on-off drive of the switching element,
Control means for controlling on-off driving of the switching element;
Zero cross detection means that generates an ON switching timing signal based on a voltage between both terminals of the switching element and sends the timing signal to the control means,
The drain side terminal of the switching element is connected to the connection point of the inductor and the diode, and the source side terminal of the switching element is connected to the negative electrode of the electrolytic capacitor,
The zero-cross detection means has a CR series circuit of a detection capacitor and a detection resistor connected in parallel to both terminals of the switching element,
When the current flowing through the inductor in the off state becomes zero, the output capacitance between the drain and source of the switching element and the inductor resonate, and the drain voltage of the switching element decreases.
The discharge lamp lighting device according to claim 1, wherein the detection capacitor takes out the change portion of the drain voltage, and the voltage of the detection resistor is sent to the control means as an ON switching timing signal .
前記電力変換回路は、ハーフブリッジ方式またはフルブリッジ方式でスイッチング動作するように構成され、
前記ゼロクロス検出手段は、前記電解コンデンサの負極側に一端が接続されたグランドレベル側のスイッチング素子の両端子間の電圧から、オン切換のタイミング信号を生成することを特徴とする放電灯点灯装置。 In the discharge lamp lighting device according to claim 2,
The power conversion circuit is configured to perform a switching operation in a half-bridge method or a full-bridge method,
The discharge lamp lighting device, wherein the zero-cross detection means generates an ON switching timing signal from a voltage between both terminals of a ground level side switching element having one end connected to the negative electrode side of the electrolytic capacitor.
前記ゼロクロス検出手段の検出用抵抗器は、複数の抵抗器の直列接続により構成され、該複数の抵抗器によって分圧された電圧をオン切換のタイミング信号として前記制御手段に送ることを特徴とする放電灯点灯装置。 In the discharge lamp lighting device according to any one of claims 1 to 3 ,
The detection resistor of the zero-cross detection means is constituted by a series connection of a plurality of resistors, and sends the voltage divided by the plurality of resistors to the control means as an ON switching timing signal. Discharge lamp lighting device.
前記ゼロクロス検出手段は、前記検出用抵抗器の両端子に並列に接続されたツェナーダイオードを有し、該ツェナーダイオードを介して前記検出用抵抗器の電圧をオン切換のタイミング信号として前記制御手段に送ることを特徴とする放電灯点灯装置。 In the discharge lamp lighting device according to any one of claims 1 to 4 ,
The zero-cross detection means has a Zener diode connected in parallel to both terminals of the detection resistor, and the voltage of the detection resistor is passed through the Zener diode to the control means as an ON switching timing signal. A discharge lamp lighting device characterized by being sent.
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