CN1665367A - 放电灯点灯装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的放电灯点灯装置中，以用第1开关元件MOSFETQ1的导通截止进行斩波动作从而得到升压电压的电感器作为变压器112的次级，能按变压器112的匝数比从低压Vin的直流电源111得到稳定点灯时的高压电压。此外，通过使构成逆变器电路的第1、第2开关元件MOSFETQ1、Q2的导通占空比大致相同，可使作用于灯114的两端的功率的时刻相同，从而能提高灯的寿命。

Description

放电灯点灯装置
相关申请的交叉参考
本申请以2004年3月1日申请的日本专利申请2004-55819的优先权利益和2004年6月10日申请的日本专利申请2004-172188的优先权利益为基础。这里引用这些日本申请的内容并与本申请成为一体。
技术领域
本发明涉及可用低电压的直流电压点灯的放电灯点灯装置。
背景技术
从来的放电灯用的电源装置，例如日本特许公开公报(特开2001-128461公报的第7-8页、图1-3)中所揭示，公用构成使放电灯点灯用的桥式电路和斩波电路的开关元件。
然而，上述所揭示的技术存在的问题是，在用电池等低电压的直流电源时，为在灯的稳定点灯期间得到点灯用的电压，必须改变斩波用的开关元件的导通截止的占空比，对灯电极的消耗产生差异，降低灯的寿命。
发明内容
本发明的目的之一在于提供即便电源为低电压直流电源时也能得到充分的起动电压、并延长灯的寿命的放电灯点灯装置。
根据本发明的一个观点，以通过第1开关元件MOSFETQ1的导通截止进行斩波动作从而得到升压电压的电感器作为变压器112的次级，能按变压器112的匝数比从低压Vin的直流电源111得到稳定点灯时的高压电压。此外，通过使构成逆变器电路的第1、第2开关元件MOSFETQ1、Q2的导通占空比大致相同，可使作用于灯114的两端的功率的时刻相同，从而能提高灯的寿命。
附图说明
图1为说明本发明第1实施例用的电路图。
图2为说明图1所示的实施例的动作波形图。
图3为说明本发明第2实施例用的电路图。
图4为说明图3所示的实施例的动作波形图。
图5为本发明第3实施例的放电灯点灯装置的构成例电路图。
图6为示出图5所示的本发明一实施例的放电灯点灯装置各部分波形图。
图7为说明图5所示的本发明一实施例的放电灯点灯装置的动作过程图。
图8为本发明第4实施例的放电灯点灯装置的构成例电路图。
图9为本发明第5实施例的放电灯点灯装置的构成例电路图。
具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明实施例的放电灯点灯装置。
第1实施例
图1为说明本发明的一实施例用的电路图。11为功率变换电路，由直流电源111、变压器112、整流用二极管113、成为第1开关元件的MOS型场效应晶体管(以下称MOSFET)Q1构成。负极接地的直流电源111的正极连接到变压器112的初级线圈的一端，初级线圈的另一端经MOSFETQ1接地。变压器112的次级线圈的一端接地，另一端按图示的极性连接，经整流用二极管113、滤波电容器12接地。
该功率变换电路11具有通过MOSFETQ1的导通截止动作按变压器112的匝数比将直流电源111供给的直流功率Vin经斩波升压后的电压供给滤波电容器12的功能。
13是逆变器电路，由第1开关元件MOSFETQ1与第2开关元件MOSFETQ2构成。第2开关元件MOSFETQ2的漏极连接到功率变换电路11的整流用二极管113与滤波用电容器12的连接点，源极连接到第1开关元件MOSFETQ1的漏极。MOSFETQ1兼用作功率变换电路11，第1开关元件MOSFETQ1、第2开关元件MOSFETQ2由控制部15输出的控制信号进行控制。
14是负载电路，由隔直流用的电容器141、电容器142与线圈143的谐振电路、热阴极或冷阴极放电灯或金属卤化物灯等的灯管144所构成。电容器141的一端连接变压器112的另一端，电容器141的另一端经线圈143连接到并联有电容器142的灯144的一端。该灯144的另一端接地。
负载电路14包含由电容器142、电感器143组成的谐振电路，特别如图所示，当逆变器电路13为半桥电路时，还包含隔直流电容器141。
以下，与图2的波形一起说明图1所示的放电灯点灯装置的动作。首先说明功率变换电路11。
当控制部15供给使MOSFETQ1导通的高电平的控制信号时，直流电源111的直流电压Vin就加到变压器112的初级，在MOSFETQ1→直流电源111的通路上流过电流Ip。这时，在变压器112的次级发生按匝数比的电压，但由于整流二极管113的作用，而在变压器112的次级不流过电流。即，能量被积蓄于变压器112内。
接着，当控制部15供给使MOSFETQ1截止的低电平的控制信号时，在直至从控制部15供给使MOSFETQ2导通的高电平的控制信号之间，发生MOSFETQ1、MOSFETQ2都成截止的期间。这时，沿变压器112的次级→二极管113→滤波电容器12→变压器112的次级的顺序流过电流Is，变压器112所积蓄的能量供给滤波电容器12，积蓄电荷Vdc。功率变换电路11作为所谓的回扫变换器在工作。
接着，说明逆变器电路13。
MOSFETQ2导通，沿滤波电容器12→负载电路14→滤波电容器12流过电流，对灯144供给功率。此外，第1、第2开关元件MOSFETQ1、Q2各自在截止期间未泄放干净的变压器112的残留能量，在此期间中供给负载电路14，并在此消耗。
接着，当第2开关元件MOSFETQ2截止，第1开关元件MOSFETQ1再次导通时，利用负载电路14的再生电流，沿负载电路14→MOSFETQ1→负载电路14流过电流。通过重复这个过程，在负载电路14的灯144中生成交流功率VL，用该交流功率VL点亮灯144。
本实施例中，通过以斩波升压用的电感器作为变压器，可得到以变压器的匝数比升压的电压。因此，即便MOSFETQ1，Q2的导通占空比大致相同，也能得到高的电压。此外，由于大致相同的导通占空比的电压供给灯电极，故也有助于灯寿命的提高。
负载电路14的与灯管114串联连接的电容器141不接也可以。但通过设置该电容器，能隔断直流，可使加到灯114的波形为正负对称波形，能更加延长灯的寿命。
第2实施例
图3为说明本发明另一实施例的电路构成图。与上述第1实施例相同的构成部分标注相同的标号来说明。本实施例是将逆变器电路作为全桥电路构成的情况。
即，逆变器电路13由4个开关元件MOSFETQ3-Q6构成。第4开关元件MOSFETQ4、第5开关元件MOSFETQ5的漏极之间相连，第5开关元件MOSFETQ5的源极与第6开关元件MOSFETQ6的漏极相连，第6开关元件MOSFETQ6、第3开关元件MOSFETQ3的源极之间相连。
负载电路14由隔直流电容器141与灯144构成。与灯144相连的电容器141的另一端连接到第4开关元件MOSFETQ4的源极和第3开关元件MOSFETQ3的漏极的连接点上。灯144的另一端连接到第5开关元件MOSFETQ5的源极和第6开关元件MOSFETQ6的漏极的连接点上。
以下，与图4所示的波形图一起，说明图3所示的放电灯点灯装置的动作。
当控制部15供给使第3开关元件MOSFETQ3、第5开关元件MOSFETQ5导通的高电平的控制信号时，直流电源111的直流电压Vin就加到变压器112的初级，在MOSFETQ3、Q5→直流电源111的通路上流过电流Ip。这时，在变压器112的次级发生按匝数比的电压，但由于整流二极管113的作用，而在变压器112的次级不流过电流。即，能量被积蓄于变压器112内。
接着，当控制部15供给使第3开关元件MOSFETQ3、第5开关元件MOSFETQ5截止的低电平的控制信号时，在直至从控制部15供给使第4开关元件MOSFETQ4、第6开关元件MOSFETQ6导通的高电平的控制信号之间，发生第3开关元件MOSFETQ3、第4开关元件MOSFETQ4都成为截止的期间。
这时，从变压器112的次级→二极管113→滤波电容器12→变压器112的次级流过电流Is，变压器112所积蓄的能量供给滤波电容器12，在该电容器中积蓄电荷Vdc。功率变换电路11作为所谓的回扫变换器在工作。
接着，说明逆变器电路131。
第4开关元件MOSFETQ4、第6开关元件MOSFETQ6导通，从滤波电容器12→MOSFETQ4→灯144→MOSFETQ6→滤波电容器12流过电流，对灯144供给功率。此外，第3开关元件MOSFETQ3、第4开关元件MOSFETQ4在双方都截止期间未泄放干净的变压器112的残留能量，在此期间中供给负载电路14，并在此消耗。
接着，当第4开关元件MOSFETQ4、第6开关元件MOSFETQ6截止，第3开关元件MOSFETQ3、第5开关元件MOSFETQ5再次导通时，利用负载电路141的再生电流，从负载电路14→MOSFETQ3→负载电路14流过电流。通过重复这个过程，在负载电路14的灯144中生成交流功率VL，用该交流功率VL点亮灯144。
这样，逆变器电路为全桥的构成时，也能达到与上述实施例相同的效果。此外，也可以不用电容器141。但连接该电容器141时，防止了点灯波形上下的不平衡。存在不平衡时，就集中于一侧电极，会缩短灯的寿命，通过设置该电容器141，具有能使灯寿命延长的优点。
又，本实施例中交流功率VL为矩形波，但根据灯144的种类用正弦波较好时，通过在第4开关元件MOSFETQ4的源极与第3开关元件MOSFETQ3的漏极的连接点与电容器141的一端之间接入线圈，与灯并联连接电容器，也能用正弦波驱动灯144。
本发明不限于上述的实施例。例如第3和第4开关元件不限于MOSFET，用IGBT(绝缘栅双极型晶体管)也无妨。此外，逆变器电路13只要具有将滤波电容器12供给的直流功率通过第3开关元件MOSFETQ3、第4开关元件MOSFETQ4交替导通截止来变换成交流功率并供给后级的负载电路14的功能，并与功率变换电路11共有至少一个开关即可。
又，在对于起动时要求高电压的灯144进行点灯时，根据需要可连接点火极。这时，可以对功率变换电路11的变压器112增加绕组，作为对点火极的功率供给源。
第3实施例
图5示出本发明第3实施例的放电灯点灯装置的电路构成图。该放电灯点灯电路由下列各部分构成：功率变换电路51，滤波电容器52，与功率变换电路51公用一部分元器件的逆变器电路53，使灯点亮的负载电路54，用高频互相导通截止控制后述的第7开关元件MOSFETQ7和第8开关元件Q8的高频驱动电路55，及以低频互相导通截止控制后述的第9开关元件MOSFETQ9和第10开关元件MOSFETQ10的低频驱动电路56。
高频驱动电路55的控制信号的频率例如是45kHz，低频驱动电路56的控制信号的频率例如是1OOHz至500Hz。
功率变换电路51由下列各部分构成：直流电源511，将该直流电源511的输出功率供给其初级侧的变压器512，与该变压器512的次级侧连接的、将感应的交流功率整流的整流用二极管513，与上述直流电源511及变压器512连接的、成为第7开关元件的MOSFETQ7。直流电源511例如为12V。
负极接地的直流电源511的正极连接变压器512的初级线圈的一端，初级线圈的另一端经第7开关元件MOSFETQ7接地。变压器512的次级线圈的一端接地，另一端接整流用二极管513的阳极端，其阴极端接滤波电容器52的一端，滤波电容器52的另一端接地。
功率变换电路51具备将直流电源511供给的直流功率通过第7开关元件MOSFETQ7的导通截止动作按变压器512的匝数比进行斩波升压的电压供给滤波电容器52的功能。
逆变器电路53由上述的第1开关元件MOSFETQ1与各个第8、第9、第10的开关元件即MOSFETQ8、MOSFETQ9、MOSFETQ10构成。
第7开关元件MOSFETQ7与第8开关元件MOSFETQ8串联连接，第9开关元件MOSFETQ9与第10开关元件MOSFETQ10串联连接。即，第7开关元件MOSFETQ7的漏极接到第8开关元件MOSFETQ8的源极，第1O开关元件MOSFETQ10的漏极接到第9开关元件MOSFETQ9的源极。
第8开关元件MOSFETQ8的漏极与功率变换电路51的整流用二极管513的阴极和滤波电容器52的连接点相连，第7开关元件MOSFETQ7的源极接地。第9开关元件MOSFETQ9的源极连接第10开关元件MOSFETQ10的漏极，第9开关元件MOSFETQ9的漏极连接第8开关元件MOSFETQ8的漏极，第10开关元件MOSFETQ1O的源极接地。
在第7开关元件MOSFETQ7的漏极与第8开关元件MOSFETQ8的源极的连接点、及第10开关元件MOSFETQ10的漏极与第9开关元件MOSFETQ9的源极的连接点之间，连接负载电路54。负载电路54由热阴极或冷阴极放电灯或金属卤化物灯等灯管与线圈的谐振电路等构成。
利用图6所示的波形图与图7A-图7D所示的电流流动图，说明上述放电灯点灯装置的动作。
高频驱动电路55使第7开关元件MOSFETQ7导通。于是，当从高频驱动电路55供给使第7开关元件MOSFETQ7导通的高电平控制信号时，直流电源511的直流电压Vin就加在变压器512的初级侧，在MOSFETQ7→直流电源511的路径上流过电流Ip。这时，按变压器512的次级线圈在发生匝数比的电压，但因整流二极管513的作用，在变压器512的次级侧不流过电流，能量便积蓄在变压器512内。
当第7开关元件MOSFETQ7、第9开关元件MOSFETQ9也截止时，该能量就供给滤波电容器52，积蓄电荷Vdc。即是说，功率变换电路51作为所谓的回扫变换器在工作。
下面说明逆变器电路53。当低频驱动电路56将高电平的控制信号供给第9开关元件MOSFETQ9而使其导通时，由于第7开关元件MOSFETQ7为导通，因此存储于滤波电容器52的能量如图7所示那样成为流过负载电路54的电流而流通。
接着，第7开关元件MOSFETQ7、第8开关元件MOSFETQ8因由高频驱动电路55进行互相导通截止控制，因此存在第7开关元件MOSFETQ7为截止状态、而第8开关元件MOSFETQ8为不导通占空比的期间。这种状态下，如图7B所示电流不流通。
接着，当第8开关元件MOSFETQ8导通时，就如图7C所示，从滤波电容器52→MOSFETQ8→负载电路54流过电流，将功率供给负载电路54。第7开关元件MOSFETQ7、第8开关元件MOSFETQ8两者在都为截止时而未泄放干净的变压器512的剩余能量在该期间中供给负载电路54，并在此消耗。
由于对第7开关元件MOSFETQ7、第8开关元件MOSFETQ8比第9开关元件MOSFETQ9、第10开关元件MOSFETQ1O更高速地进行导通截止控制，因此，从图7B所示状态起，第7开关元件MOSFETQ7、第8开关元件MOSFETQ8一起经截止状态，成为如图7A所示那样第7开关元件MOSFETQ7截止、第8开关元件MOSFETQ8导通的状态。
这时，在负载电路54中流过与图7B所示电流方向相反方向的电流。这样，图7A、图7B的状态反复几次后，第9开关元件MOSFETQ9为截止状态，第10开关元件MOSFETQ10为导通占空比，而当第8开关元件MOSFETQ8为导通时，就如图7C所示，沿滤波电容器52→MOSFETQ8→负载电路54→MOSFETQ10流过电流。
又，即便第8开关元件MOSFETQ8导通，若第9开关元件MOSFETQ9、第10开关元件MOSFETQ10为截止，当然也不流过电流。
这样在所示波形图的图6中，如各开关元件Q7、Q8、Q9、Q10、电压VL、电流Ip、电流Is、电压Vdc所示，例如相对于第7开关元件MOSFETQ7的导通时刻，由于直流电压Vin而流过电流Ip，变压器512的次级侧的电流为Is，滤波电容器52的电压为Vdc，电压VL便加到负载电路54上。
根据本发明第3实施例，一旦利用直流变换电路将直流电压的功率存储到滤波电容器中并升压，逆变器电路就将其变换为交流，加到含有灯管的负载电路上。然后以高频导通截止驱动控制构成逆变器电路的两对MOSFET的一方，以低频导通截止驱动控制另一方。
这样一来，通过将放电灯点灯用的桥式电路与在低电压也能得到足够的起动电压用的斩波电路做成一体，具有可得到不要特别的斩波电路而用简单的构成可以在短时间内点亮放电灯的放电灯点灯装置的优点。
第4实施例
上述图5所示的实施例中，在第7开关元件MOSFETQ7的漏极与第8开关元件MOSFETQ8的源极的连接点和第10开关元件MOSFETQ10的漏极与第9开关元件MOSFETQ9的源极的连接点处，直接连接负载电路。
然而，也可如图8所示，在负载电路84与第7开关元件MOSFETQ7的漏极和第8开关元件MOSFETQ8源极的连接点之间，与负载电路84串联连接电容器87。图8中各个编号811-86与图5的各个编号511-56相对应。
若接上电容器87，可防止点灯波形上下的不平衡。存在不平衡时，就集中于一侧电极，会缩短灯管的寿命，通过设置该电容器87，具有能延长灯管寿命的优点。
第5实施例
图5所示的实施例中，变压器512的初级侧线圈连接第7开关元件MOSFETQ7，它具有斩波电路的功能。然而，也可以如图9所示，将第8开关元件MOSFETQ8接到变压器912的初级侧线圈，借此使其具有斩波电路的功能。图9中各个编号911-96与图5的各个编号511-56相对应。
这种情况中，负载电路94也可以与灯串联设置隔直流用的电容器。
又，上述实施例中都是对逆变器电路中采用MOS型场效应晶体管(MOSFET)的例子作了说明。但是本发明不限于MOSFET，一般只要用IGBT等开关元件就行。

Claims (12)

1.一种放电灯点灯装置，其特征在于，具备：
直流电源；
根据第1开关元件的导通截止动作而将供给初级侧的所述直流电源的电压按照变压器的匝数比的升压电压在次级侧输出、并将所述升压电压整流的功率变换电路；
将所述功率变换电路的输出进行滤波的电容器；
具有所述第1开关元件和配置于所述功率变换电路的输出处的第2开关元件、并通过用所述第1和第2开关元件交替地导通截止控制而将所述滤波电容器供给的直流功率变换为交流功率的逆变器电路；以及
使所述逆变器电路的输出谐振而使灯点亮的负载电路。
2.如权利要求1所述的放电灯点灯装置，其特征在于，
所述负载电路具有与所述灯串联连接的电容器。
3.如权利要求2所述的放电灯点灯装置，其特征在于，
所述第1和第2开关元件由MOS型场效应晶体管构成。
4.一种放电灯点灯装置，其特征在于，具备：
直流电源；
根据第3开关元件的导通截止动作而将供给初级侧的所述直流电源的电压按照变压器的匝数比的升压电压在次级侧输出、并将所述升压电压整流的功率变换电路；
将所述功率变换电路的输出进行滤波的电容器；
具有与所述第3开关元件串联连接的第4开关元件、所述第3开关元件、与所述第3开关元件和所述第4开关元件并联连接且各自串联连接的第5、第6开关元件、并通过用所述第3和第5开关元件与所述第4和第6开关元件交替地导通截止控制而将所述滤波电容器供给的直流功率变换为交流功率的逆变器电路；以及
连接于所述第4和第3开关元件的连接点与第5和第6开关元件的连接点之间、并使所述逆变器电路的输出谐振而使灯点亮的负载电路。
5.如权利要求4所述的放电灯点灯装置，其特征在于，
所述负载电路具有与所述灯串联连接的电容器。
6.如权利要求5所述的放电灯点灯装置，其特征在于，
所述第3至第6开关元件由MOS型场效应晶体管构成。
7.一种放电灯点灯装置，其特征在于，具备：
串联连接并以高频交替地导通截止控制的第7、第8开关元件；
与这些串联连接的第7、第8开关元件并联连接的、并以比控制所述第7、第8开关元件的频率更低的频率交替地导通截止控制的串联连接的第9、第10开关元件；
连接于这些第9、第10开关元件的连接点和所述第7、第8开关元件的连接点之间的至少含有灯的负载电路；
直流电源；
将该直流电源的电压供给初级而且根据所述第7开关元件的导通截止动作将按变压器的匝数比的升压电压在次级输出、并将所述升压电压整流的功率变换电路；
将所述功率变换电路的输出进行滤波的电容器；以及
将该滤波电容器供给的功率供给所述串联连接的第7、第8开关元件和所述串联连接的第9、第10开关元件的功率供给单元。
8.如权利要求7所述的放电灯点灯装置，其特征在于，
所述负载电路具有与所述灯串联连接的电容器。
9.如权利要求8所述的放电灯点灯装置，其特征在于，
所述第7至第10开关元件由MOS型场效应晶体管构成。
10.一种放电灯点灯装置，其特征在于，具备：
串联连接并以高频交替地导通截止控制的第7、第8开关元件；
与这些串联连接的第7、第8开关元件并联连接、并以比控制所述第7、第8开关元件的频率更低的频率交替地导通截止控制的串联连接的第9、第10开关元件；
连接于这些第9、第10开关元件的连接点和所述第7、第8开关元件的连接点之间的至少含有灯的负载电路；
直流电源；
将该直流电源的电压供给初级、而且根据所述第8开关元件的导通截止动作将按变压器的匝数比的升压电压在次级输出、并将所述升压电压整流的功率变换电路；
将所述功率变换电路的输出进行滤波的电容器；以及
将该滤波电容器供给的功率供给所述串联连接的第7、第8开关元件和所述串联连接的第9、第10开关元件的功率供给单元。
11.如权利要求10所述的放电灯点灯装置，其特征在于，
所述负载电路具有与所述灯串联连接的电容器。
12.如权利要求11所述的放电灯点灯装置，其特征在于，
所述第7至第10开关元件由MOS型场效应晶体管构成。
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