JP2000243584A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】直流電源を用いて放電灯を点灯させるインバー
タ装置において、充電回路部の容量を小さくして、小型
化、低コスト化を実現する。 【解決手段】商用交流電源１と、商用交流電源１を直流
に変換する整流部２と、充電可能な直流電源３と、商用
交流電源１により直流電源３を充電する充電回路部４
と、直流電圧を昇圧する直流昇圧部５と、直流昇圧部５
から出力される直流電圧を低周波の矩形波電圧に変換し
て放電灯８に供給するインバータ部６と、放電灯８の起
動時に高電圧パルスを印加するイグナイタ部７と、直流
電源３の電圧を検出する電圧検出部９を備え、直流電源
３の電圧に応じて、商用交流電源１から整流部２を介し
て又は直流電源３から直流昇圧部５へ放電灯点灯のため
の電力供給を行うスイッチＳＷ１，ＳＷ２を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は放電灯点灯装置に関
するものであり、特にバッテリーのような直流電源を用
いてＨＩＤランプを点灯させる携帯用ＨＩＤバラストに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２は従来の携帯用ＨＩＤバラストの
回路図である。携帯用ＨＩＤバラストは、道路工事用サ
ーチライト等に利用できるように、小型・軽量に設計さ
れており、通常は車載用のバッテリーを電源として動作
するが、商用交流電源が得られる場所では、商用交流電
源を接続して使用される。商用交流電源１の交流電圧
は、充電回路部４により降圧・整流されて、バッテリー
等の直流電源３を充電する。直流電源３の直流電圧は、
直流昇圧部５により昇圧されて、負荷である放電灯８へ
の供給電力を制御する。直流昇圧部５により昇圧された
直流電圧は、インバータ部６により矩形波の低周波交流
電圧に変換されて、負荷である放電灯８に供給される。
イグナイタ部７は、負荷である放電灯８の起動時に高圧
パルスを印加する。

【０００３】従来例の動作について説明する。負荷であ
る放電灯８の起動時に、直流昇圧部５の出力電圧は、３
００Ｖ〜４００Ｖ程度の無負荷２次電圧まで昇圧され、
負荷へその無負荷２次電圧を印加する。そのとき、イグ
ナイタ部７は２０ｋＶ程度の高圧パルスを発生し、放電
灯８に印加することにより、放電灯８の電極間で放電を
開始させ、始動させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来例の場合、１００
Ｖ又は２００Ｖ系の交流電源１から一度１２Ｖ前後のバ
ッテリー電圧へ変換した後、再度、直流昇圧部５で放電
灯８の安定点灯電圧である９０Ｖ前後まで昇圧する必要
があり、バッテリー３を充電しながら、放電灯８を点灯
させるためには、充電回路部４の容量が大きくなり、放
電灯点灯装置の形状が大きく、コストが高くなる欠点が
あった。また、バッテリー３を充電しながら、放電灯８
を点灯させるためには、回路効率が悪く、信頼性を確保
するために、大きな放熱板が必要であった。このため、
放電灯点灯装置の形状が大きく、コストが高くなるとい
う欠点があった。

【０００５】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、直流電源を用いて
放電灯をインバータにより点灯させる放電灯点灯装置に
おいて、充電回路部の容量を小さくすることにより、小
型化、低コスト化を実現することにある。

【０００６】

【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、図１に示す
ように、商用交流電源１と、商用交流電源１を直流に変
換する整流部２と、充電可能な直流電源３と、商用交流
電源１により直流電源３を充電する充電回路部４と、直
流電圧を昇圧する直流昇圧部５と、直流昇圧部５から出
力される直流電圧を低周波の矩形波電圧に変換して放電
灯８に供給するインバータ部６と、放電灯８の起動時に
高電圧パルスを印加するイグナイタ部７とを備える放電
灯点灯装置において、直流電源３の電圧を検出する電圧
検出部９を備え、直流電源３の電圧が所定値よりも低い
場合にオンされて、商用交流電源１から整流部２を介し
て直流昇圧部５へ放電灯点灯のための電力供給を行う第
１の切り替えスイッチＳＷ１と、直流電源３の電圧が所
定値よりも高い場合にオンされて、直流電源３から直流
昇圧部５へ放電灯点灯のための電力供給を行う第２の切
り替えスイッチＳＷ２を有することを特徴とするもので
ある。

【０００７】

【発明の実施の形態】（実施例１）図１は本発明の実施
例１の構成を示すブロック回路図である。図中、１は１
００Ｖ又は２００Ｖ系の商用交流電源である。２は整流
部であり、商用交流電源１の交流電圧を直流電圧に変換
して出力する。３は直流電源であり、ここでは車載用の
バッテリー（１０Ｖ〜４０Ｖ程度）よりなる。４は充電
回路部であり、上記の商用交流電源１を電源として、直
流電源３を充電する回路である。５は直流昇圧部であ
り、整流部２又は直流電源３の出力電圧を昇圧して、負
荷である放電灯８への供給電力を制御する。６はインバ
ータ部であり、直流電圧を低周波の矩形波交流電圧に変
換して放電灯８に供給する。７はイグナイタ部であり、
負荷である放電灯８の起動時に高圧パルスを印加する起
動回路である。８は放電灯であり、ここではＨＩＤラン
プよりなる。９は電圧検出部であり、直流電源３の電圧
を検出して、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御する。１０
は制御用電源であり、直流昇圧部５及びインバータ部６
のスイッチング素子を駆動するための電源となる。

【０００８】商用交流電源１と整流部２の間にはスイッ
チＳＷ１が接続されており、直流電源３と直流昇圧部５
の入力部との間には、スイッチＳＷ２が接続されてい
る。スイッチＳＷ１、ＳＷ２の切り替えタイミングを図
２に示す。スイッチＳＷ１、ＳＷ２は直流電源３の電圧
Ｖ_INに応じて、いずれか一方がオン、他方がオフとなる
ように切り替えられる。直流電源３は充電回路部４によ
り充電されることにより、その電圧Ｖ_INが徐々に上昇す
る。直流電源３の電圧Ｖ_INは電圧検出部９により監視さ
れており、直流電源３の電圧Ｖ_INが所定値Ｖｔｈ（例え
ば１４Ｖ）よりも低いときには、スイッチＳＷ１がオ
ン、スイッチＳＷ２がオフとなっており、直流電源３の
電圧Ｖ_INが所定値Ｖｔｈ以上になると、スイッチＳＷ１
がオフ、スイッチＳＷ２がオンとなる。

【０００９】放電灯８が点灯されている場合で、かつ、
交流電源１が接続されている場合は、交流電源１から直
流電源３を通さずに、整流部２を介して直流昇圧部５へ
放電灯点灯のための電力供給を行う。また、直流昇圧部
５及びインバータ部６の制御用電源１０は、少なくとも
直流電源３から供給することにより、供給電力の不要な
電圧変換を最小限にして、回路効率を大幅に改善する。
これにより、小型で低コストの放電灯点灯装置を提供で
きる。特に、放電灯８の点灯中に直流電源３を充電する
充電回路部４の小型化が可能になる。

【００１０】（実施例２）図３は本発明の実施例２の直
流昇圧部５の具体的な構成例を示す。本実施例では、直
流昇圧部５のトランスＴ１のコア及び２次側を共通化
し、１次側を分割したものである。整流部２はダイオー
ドブリッジＤＢと平滑コンデンサＣ０よりなり、ダイオ
ードブリッジＤＢの交流入力端子はスイッチＳＷ１を介
して商用交流電源１に接続されている。ダイオードブリ
ッジＤＢの直流出力端子には、平滑コンデンサＣ０が接
続されている。平滑コンデンサＣ０の両端には、スイッ
チング素子Ｑ０を介してトランスＴ１の１次巻線が接続
されている。直流電源３は充電回路部４の出力により充
電されており、直流電源３にはスイッチＳＷ２を介して
コンデンサＣ１が接続されている。コンデンサＣ１の両
端には、スイッチング素子Ｑ１を介してトランスＴ１の
別の１次巻線が接続されている。トランスＴ１の２次巻
線には、ダイオードＤ１を介してコンデンサＣ２が接続
されている。このように、トランスＴ１のコア及び２次
側を共通化することにより、さらなる小型化が可能であ
る。また、制御用電源は直流電源３より確保することに
より、より高い回路効率が得られる。これにより、放熱
板の小型化、低コスト化が可能となる。

【００１１】（実施例３）図４は本発明の実施例３の構
成図を示す。本実施例は、放電灯点灯装置を２つのユニ
ットに分割する場合に、直流昇圧部５とインバータ部６
の間で分割することを特徴とするものである。図１２の
従来例では、通常、制御用電源を共通化する直流昇圧部
５とインバータ部６を同じユニットにしていた。しか
し、この場合、車載用などのように放射ノイズなどの制
限が非常に厳しい場合、ユニットＵ１、Ｕ２間の渡り線
から出る放射ノイズを低減するために、ユニットＵ１の
側に非常に大きな交流回路用のフィルタ回路が必要にな
る。ところが、図４のように、機能ブロックの分割を行
うと、２つのユニット１１，１２間の渡り線には直流電
圧のみが印加されるので、フィルタ回路を小型化できる
メリットがある。特に、車載用では、へッドランプ内部
に、図４のユニット１２を配置し、ヘッドライトの外部
又は室内にユニット１１を置くことが望ましい。

【００１２】図５はイグナイタ部７の回路構成を示して
いる。インバータ部６の出力端には、コンデンサＣ３が
並列接続されると共に、パルストランスＰＴ２の２次巻
線Ｎ２を介して放電灯８が接続されている。コンデンサ
Ｃ３の両端には、抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ４が接
続されている。コンデンサＣ４の充電電圧が所定電圧に
達すると、電圧応答スイッチ素子Ｓ１が導通して、パル
ストランスＰＴ１の１次巻線ｎ１に電流が流れて、パル
ストランスＰＴ１の２次巻線ｎ２に昇圧された電圧が発
生し、ダイオードＤ２を介してコンデンサＣ５に充電さ
れる。この動作を繰り返すことにより、コンデンサＣ５
の電圧が段階的に昇圧されて行き、放電ギャップＧのブ
レークオーバー電圧を越えると、コンデンサＣ５の電圧
がパルストランスＰＴ２の１次巻線Ｎ１を介して放電
し、パルストランスＰＴ２の２次巻線Ｎ２に２０ｋＶ程
度の高電圧パルスが発生する。この高電圧パルスがコン
デンサＣ３を介して放電灯８の両端に印加されて、放電
灯８の電極間で放電が開始され、放電灯８が始動する。

【００１３】負荷である放電灯８の起動時に、イグナイ
タ部７の入力端には、直流昇圧部５により３００Ｖ〜４
００Ｖ程度に昇圧された無負荷２次電圧がインバータ部
６を介して印加されているが、この電圧を２０ｋＶ程度
まで昇圧するには、パルストランスＰＴ１とＰＴ２によ
る２段階の昇圧が必要となる。しかし、この方式では、
昇圧トランス（１段目のコンデンサＣ５を充電するため
のトランスＰＴ１と２段目の高圧パルストランスＰＴ
２）が２個必要になり、形状が大きく、コストも高くな
り、車載用放電灯点灯装置のように、車のへッドランプ
内に装着するための小型化、薄型化などの要求に対して
対応が難しい。そこで、これらの昇圧用のトランスを小
型化する実施例を以下に示す。

【００１４】（実施例４）図６は本発明の実施例４の回
路図である。本実施例では、イグナイタ部７の１段目の
充電用トランスと２段目の高圧パルストランスのコス
ト、体積の大部分を占めるコア部分１４を一体成形し、
充電側巻線ｎ１，ｎ２と高圧パルス巻線Ｎ１，Ｎ２との
間の磁気結合を弱くすることにより、２段の昇圧トラン
スのコア部分を共有化しつつ、高圧パルス発生時の１段
目の充電側回路へのストレスも低減し、イグナイタ部７
を小型で、低コストに提供できる。

【００１５】図７は本実施例で用いるトランスの断面図
である。１段目の充電用トランスの巻線ｎ１，ｎ２と２
段目の高圧パルストランスの巻線Ｎ１，Ｎ２を一体成形
コア１４に巻線する。そして、一体成形コア１４のう
ち、１段目の充電用トランスと２段目の高圧パルストラ
ンスの絶縁距離を確保しつつ、磁気結合を弱くするため
に、巻線ｎ１，ｎ２と巻線Ｎ１，Ｎ２との間のコアの磁
路面積を細くした、くびれを設ける。これにより、高圧
パルス発生時には、１段目の充電用回路が動作するとき
よりも大電流が流れるため、コアの磁路面積を細くし
た、くびれ部が磁気飽和して、高圧パルストランス側の
パルス発生の影響を充電用トランス側が受けにくくな
る。例えば、充電用回路に流れる電流は１０数Ａ程度、
高圧パルストランス用回路に流れる電流は数１００Ａ程
度と、１桁異なる電流が流れる。

【００１６】このとき、充電用トランスの巻線ｎ１，ｎ
２と高圧パルストランスの巻線Ｎ１，Ｎ２との間の磁気
結合は、完全に結合した場合の結合係数を１とすると、
図８に示すように、０．５以下、好ましくは０．２〜
０．５にすることにより、高圧パルストランス側のパル
ス発生の影響（電圧ストレス）を充電用トランス側が受
けにくくなる。

【００１７】（実施例５）図９は本発明の実施例５のイ
グナイタ部の回路図である。本実施例では、図１０に示
すように、コンデンサＣ４の電圧Ｖ_C4が所定値を越えた
ときに、電圧応答スイッチ素子Ｓ１がオンされて、コン
デンサＣ５が充電される。そして、コンデンサＣ５の電
圧Ｖ_C5が所定値を越えたときに、トリガ回路１３により
サイリスタ等の高圧スイッチ素子Ｓ２がオンされる。こ
のとき、サイリスタＳ２には共振電流が流れるが、その
共振電流が充電側巻線ｎ２、ダイオードＤ２にも流れ
る。この充電側巻線ｎ２に流れる共振電流を低減し、パ
ルス発生用のコンデンサＣ５に充電された電荷が極力パ
ルス電圧の発生エネルギーに使用されるように、限流抵
抗Ｒ２を充電側巻線ｎ２に直列に挿入した回路構成にな
っている。本実施例では、限流抵抗Ｒ２を個別に設けて
いるが、充電側巻線ｎ２の抵抗分を利用しても良い。

【００１８】（実施例６）図１１に本発明の実施例６の
回路図を示す。本実施例では、コンデンサＣ５の充電用
トランスと高圧パルストランスのコア部１４の共有化に
加えて、制御用電源のトランスも共有化することによ
り、コンデンサＣ５の充電用トランスの１次側回路と制
御用電源のトランスの１次側回路も共有化したものであ
る。トランスＰＴの１次巻線ｎ１はスイッチング素子Ｑ
６を介して直流電源３に接続されており、駆動部１５に
よりスイッチング素子Ｑ６をオン・オフすることによ
り、２次巻線ｎ２からダイオードＤ２を介してコンデン
サＣ５を充電すると共に、他の２次巻線ｎ３からダイオ
ードＤ４を介して制御用電源１０に電力を供給できる。
制御用電源１０は、直流昇圧部５とインバータ部６の制
御部１６の電源となっている。また、高圧パルストラン
スの１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２は一体成形されたコア
部１４に巻装されているが、他の巻線ｎ１，ｎ２，ｎ３
との磁気結合を弱くしていることにより、高圧パルス発
生時のストレスが他の巻線ｎ１，ｎ２，ｎ３に及ぼす影
響は低減されている。

【００１９】また、本実施例では、制御用電源１０に電
力を供給するための２次側回路はフォワード回路方式、
コンデンサＣ５を充電するための２次側回路はフライバ
ック回路方式を採用することにより、パルス発生が必要
なときは、制御用電源１０の負荷は比較的軽いため、コ
ンデンサＣ５を充電用するための２次側回路へ電力が供
給され、パルス発生後、放電灯８が点灯すると、安定点
灯制御のために制御用電源１０の負荷が比較的重くなる
ため、コンデンサＣ５を充電するための２次側回路には
電力が供給されなくなる。これにより、トランスのコス
ト、体積の大部分を占めるコア部分を共有化して、小型
で低コストに提供できる。

【００２０】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、バッテリーの
ような充電可能な直流電源を昇圧し、インバータ部によ
り放電灯を交流点灯させる点灯装置において、直流電源
の電圧が低い場合には、商用交流電源から充電回路部や
直流電源を介さずに、放電灯点灯のための電力を供給す
るようにしたことにより、充電回路部の大幅な小型化が
可能となり、小型で、低コストの放電灯点灯装置を提供
することができる。

【００２１】請求項２の発明によれば、直流昇圧部の電
圧変換用のトランスの２次巻線とコアを共用したことに
より、点灯装置の小型化、低コスト化が可能となる。ま
た、請求項３の発明によれば、放電灯点灯装置を２つの
ユニットに分割する場合に、直流昇圧部とインバータ部
の間で分割するようにしたので、ノイズ除去用のフィル
タを小型化でき、点灯装置の小型化、低コスト化が可能
となる。

【００２２】請求項４の発明によれば、イグナイタ部を
構成する２段の昇圧トランスのコスト、体積の大部分を
占めるコア部分を一体成形し、各トランスの巻線間の磁
気結合を弱くすることにより、昇圧トランスのコア部分
を共有化しつつ、高圧パルス発生時のストレスも低減
し、イグナイタ部を小型で低コストに提供できるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のブロック回路図である。

【図２】本発明の実施例１の動作説明図である。

【図３】本発明の実施例２の要部回路図である。

【図４】本発明の実施例３のブロック回路図である。

【図５】本発明の実施例３のイグナイタ部の詳細な構成
を示す回路図である。

【図６】本発明の実施例４の回路図である。

【図７】本発明の実施例４に用いるトランスの断面図で
ある。

【図８】本発明の実施例４に用いるトランスの結合係数
と電圧ストレスの関係を示す特性図である。

【図９】本発明の実施例５のイグナイタ部の詳細な構成
を示す回路図である。

【図１０】本発明の実施例５の動作波形図である。

【図１１】本発明の実施例６のブロック回路図である。

【図１２】従来例のブロック回路図である。

【符号の説明】

１ 商用交流電源 ２ 整流部 ３ 直流電源（バッテリー） ４ 充電回路部 ５ 直流昇圧部 ６ インバータ部 ７ イグナイタ部 ８ 放電灯 ９ 電圧検出部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用交流電源と、商用交流電源を直流
   に変換する整流部と、充電可能な直流電源と、商用交流
   電源により直流電源を充電する充電回路部と、直流電圧
   を昇圧する直流昇圧部と、直流昇圧部から出力される直
   流電圧を低周波の矩形波電圧に変換して放電灯に供給す
   るインバータ部と、放電灯の起動時に高電圧パルスを印
   加するイグナイタ部とを備える放電灯点灯装置におい
   て、直流電源の電圧を検出する電圧検出部を備え、直流
   電源の電圧が所定値よりも低い場合にオンされて、商用
   交流電源から整流部を介して直流昇圧部へ放電灯点灯の
   ための電力供給を行う第１の切り替えスイッチと、直流
   電源の電圧が所定値よりも高い場合にオンされて、直流
   電源から直流昇圧部へ放電灯点灯のための電力供給を行
   う第２の切り替えスイッチを有することを特徴とする放
   電灯点灯装置。
2. 【請求項２】 請求項１の直流昇圧部において、直流
   昇圧部は電圧変換用のトランスを備え、該トランスは２
   つの１次巻線を備え、一方の１次巻線には整流部の出力
   が接続されており、他方の１次巻線には直流電源が接続
   されていることを特徴とする放電灯点灯装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、直流昇圧部とイン
   バータ部の間で２つのユニットに分割したことを特徴と
   する放電灯点灯装置。
4. 【請求項４】 前記イグナイタ部は、前記インバータ
   部の出力電圧を昇圧してコンデンサを充電するための第
   １のトランスと、前記コンデンサの電圧を放電させて高
   圧パルスを発生するための第２のトランスを備え、第１
   のトランスと第２のトランスのコアは一体成形され、第
   １のトランスの巻線と第２のトランスの巻線との間の磁
   気結合係数を０．２〜０．５の範囲としたことを特徴と
   する請求項１記載の放電灯点灯装置。