説明

放電灯点灯装置

【課題】低温状態における放電灯を常温と同様な始動時間で点灯する。
【解決手段】トランスTRの一次コイルTR1の一端に直流電源Vbを他端と接地間にトランジスタQ2を接続する。トランジスタQ2をスイッチングさせて二次コイルTR2から交流電圧、三次コイルTR3から二次コイルTR2の出力より高い交流電圧を生成する。始動時三次コイルTR3の交流電圧を整流して得られたイグナイタ電圧IVをイグナイタ15に供給し放電灯16をグロー放電させる。次に二次コイルTR2の交流電圧を整流して得られた電圧をフルブリッジ回路14で高低の電圧を生成しイグナイタ16に供給し、放電灯16のアーク放電を行う。トランジスタQ2を定電圧電源11の定電圧出力に基づきスイッチング制御するとき低温度時の立ち上がり時間を短くするため定電圧を出力する定電圧電源11のトランジスタのベースに接続されるバイアス抵抗値が温度により変更するものとした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、低温の場合でも短時間に放電灯の点灯開始時間を短縮させる放電灯点灯装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来の放電灯を点灯させる放電灯点灯装置は、入力電圧が低い場合に制御回路用電源に定電圧を出力させるトランジスタのバイアス抵抗を設定時間低くしてベース電流を多く流し次段のDC/DCコンバータが正常に動作するのに必要な動作電圧まで上昇させている。(例えば、特許文献1)
【特許文献1】特開2002−136151公報(第4〜5頁、図1)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
上記した特許文献1の技術は、入力電圧が低い場合、定電圧を出力させるトランジスタのベース電流を変化させるだけのため、使用環境温度が低温の場合は、速やかに電圧が立ち上がらない、という問題があった。このため、一般的には、定電圧を出力させるトランジスタの使用環境を考慮して低温で設定の電圧出力を得るためベース抵抗は予め低抵抗とするか、直流増幅率の高いトランジスタを選定する方法が取られている。しかし、予め定電圧出力用トランジスタのベース抵抗を小さくすることは、電圧が一定であることから電力損失が大きくなり、また増幅率の高いトランジスタを使用することは高コストになる等の問題があった。
【0004】
この発明の目的は、低温下における定電圧出力用トランジスタの電流増幅率の低下を抑えて点灯開始時間の立ち上がりを早くした放電灯点灯装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記した課題を解決するために、この発明の放電灯点灯装置は、直流電源と、前記直流電源の直流電圧をトランスの一次側の一端に供給し、該トランスの一次側の他端に接続されるスイッチング素子をスイッチングさせて前記トランスの二次側の第1のコイルから交流の第1の電圧および前記トランスの二次側の第2のコイルから前記第1の電圧より高い交流の第2の電圧を生成する電圧発生手段と、前記第2の直流電圧を供給し、該第2の直流電圧に基づき放電灯の点灯を始動させる高圧パルスを発生するイグナイタと、前記放電灯が始動された後に前記第1の直流電圧を前記放電灯に供給する供給手段と、前記トランスの一次側の中間タップに接続し、該中間タップから得られる交流電圧を直流に変換するとともに、定電圧を出力するトランジスタのバイアス抵抗の値を温度に基づき変更することで、温度差による前記定電圧の出力の立ち上がり時間差を抑えて前記スイッチング素子を制御するための定電圧電源とを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
この発明によれば、低温状態における放電灯が、常温と同様な始動時間で点灯可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
以下、この発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0008】
図1は、この発明の一実施例について説明するための回路構成図である。図1において、Vbは、例えば12Vの直流電源であり、直流電源VbをトランスTRの一次コイルTR1の一端に接続する。11は定電圧電源であり、この定電圧電源11は、ダイオードD1、コンデンサC1,C2、NPNトランジスタQ1、バイアス抵抗Rb、ツェナーダイオードZDから構成する。トランスTRの一次コイルTR1の中間タップTは、定電圧電源11のダイオードD1、コンデンサC1を介して接地する。ダイオードD1とコンデンサC1の接続点は、エミッタが制御部12に接続されたトランジスタQ1のコレクタに接続するとともに、正の温度特性を有するバイアス抵抗Rbを介してトランジスタQ1のベースに接続する。トランジスタQ1のベースは、ツェナーダイオードZDを介して接地する。また、トランジスタQ1のエミッタは、コンデンサC2を介して接地する。バイアス抵抗Rbは、例えば図2に示すような1℃変化すると4500×10−6/Kの抵抗温度が変化する正の抵抗温度特性を有する。
【0009】
一次コイルTR1の他端は、トランスTRの二次コイルTR2の一端に接続されるとともに、NチャンネルMOS型FETであるトランジスタQ2のドレインに接続する。トランジスタQ2のゲートは、トランジスタQ2をオン・オフ制御する信号を供給する制御部12に接続する。トランジスタQ2のソースは、制御部12に接続するとともに、抵抗R1を介して接地する。トランスTRの二次コイルTR2の他端は、二次コイルTR2に巻き足された格好の三次コイルTR3の一端に接続するとともに整流用のダイオードD2、コンデンサC3を介して接地する。トランスTRの一次コイルTR1、二次コイルTR2、トランジスタQ2、抵抗R1、コンデンサC3によりDC/DCコンバータ13を構成している。
【0010】
ダイオードD2のカソードは、N−MOS型FETであるトランジスタQ3,Q4のドレインにそれぞれ接続する。トランジスタQ3のソースは、N−MOS型FETであるトランジスタQ5のドレインに、トランジスタQ4のソースは、N−MOS型FETであるトランジスタQ6のドレインにそれぞれ接続する。トランジスタQ5,Q6のソースは抵抗R2を介して接地する。トランジスタQ3〜Q6はフルブリッジ回路14を構成する。トランジスタQ3のソースとトランジスタQ5のドレインの接続点は、イグナイタ15の高電圧供給端子Taに接続する。トランジスタQ4のソースとトランジスタQ6のドレインの接続点は、イグナイタ15の低電圧供給端子Tbに接続する。
【0011】
ここで、フルブリッジ回路14のトランジスタQ3〜Q6のゲートは、制御部12によりオンオフ制御されるが、始動時は予めトランジスタQ3,Q6をオンし、トランジスタQ4,Q5をオフに設定する。
【0012】
トランスTRの三次コイルTR3の他端は、整流用のダイオードD3、コンデンサC4を介して接地する。ダイオードD3のカソードは、抵抗R3を介してイグナイタ15の始動時の電圧を発生させるための入力端子Tcに接続する。イグナイタ15の出力は、ランプ16に供給する。
【0013】
図3は、イグナイタ15の具体的な構成例である。イグナイタ15は、放電ギャップGd、パルストランスTP、コンデンサC5,C6から構成される。入力端子Tcは、放電ギャップGdを介してパルストランスTPの一次コイルTP1を介して低電圧供給端子Tbに接続する。また、入力端子Tcは、コンデンサC5を介して低電圧供給端子Tbに接続する。高電圧供給端子Taは、放電灯16の一端に接続するとともに、コンデンサC6を介して低電圧供給端子Tbに接続する。放電灯16の他端は、パルストランスTPの二次コイルTP2を介して低電圧供給端子Tbに接続する。
【0014】
次に、図4および図5を参照しながら図1の動作について説明する。
【0015】
図4(a)に示す電源Vbの電圧がトランスTRの一次コイルTR1に供給されると、一次コイルTR1の中間タップTの出力をダイオードD1で平滑するとともにリップルをコンデンサC1で除去する。得られた直流電圧をバイアス抵抗Rbを介してトランジスタQ1のベースに供給し、トランジスタQ1を図5のt1のタイミングでオンさせ、ツェナ−ダイオードZDのツェナ−電圧をトランジスタQ1のエミッタから定電圧電源11の定電圧出力として制御部12に供給する。コンデンサC2は、トランジスタQ1のエミッタから出力される直流電圧に含まれるリップルをより確実に除去するためのものである。
【0016】
定電圧電源11からの定電圧が供給された制御部12では、トランジスタQ2のゲートに制御信号として供給しトランジスタQ2をオンさせる。トランジスタQ2のオンに基づきトランスTRの一次コイルTR1に流れる電流を制御し、二次コイルTR2と三次コイルTR3側で巻線比に応じた昇圧が実現する。昇圧された二次コイルTR2の交流電圧は、ダイオードD2、コンデンサC3を介して図4(b)に示す例えば400Vの直流電圧を生成する。二次コイルに巻き足しによりさらに昇圧された三次コイルTR3からの交流電圧は、ダイオードD3、コンデンサC4を介して図4(c)に示す例えば1kVの直流電圧をそれぞれ生成する。
【0017】
このように、ダイオードD2とコンデンサC3の接続点からDC/DCコンバータ13の出力として出力された400Vの直流電圧は、トランジスタQ3,Q4のドレインに供給する。また、ダイオードD3とコンデンサC4の接続点に生成される1kvのイグナイタ電圧IVは、入力端子Tcに供給する。入力端子Tcに1kVの直流電圧が供給されたイグナイタ15では、800Vの値で絶縁破壊される放電ギャップGdの絶縁破壊が行われる。これにより、コンデンサC5から放電される電流は、放電ギャップGdを介してパルストランスTPの一次コイルTP1に供給する。
【0018】
パルストランスTPでは、巻線比に応じて図4(d)に示す例えば20kVを二次コイルTP2側に発生させる。この電圧に基づき放電灯16がグロー放電を始めると、二次コイルTP2側の電圧が急激に低下する。これに伴い放電灯16に図2(b)に示すフルブリッジ回路14の出力400Vが供給され、放電灯16に電流が流れて放電灯の定格電圧が漸次上昇し、42Vのあたりで定格点灯の状態となる。
【0019】
マイナス温度の環境下では定電圧電源11のバイアス抵抗Rbの抵抗値が下がるため、トランジスタQ1の電流増幅率が下がっても定電圧電源11の出力は瞬時に所望の電圧を出力する。高温環境下ではバイアス抵抗Rbの抵抗値は上がるが電流増幅率は高くなるので出力は瞬時に所望の電圧を出力する。低温の環境下にあっても、制御部12は瞬時に制御信号をトランジスタQ2に供給できることから、ランプ16の始動点灯動作が短時間に実現可能となる。
【0020】
図5(A)は−40℃の環境下で電源Vbを8.5Vとし、バイアス抵抗Rbを正の抵抗温度特性の抵抗としたこの発明の場合の、図5(B)は−40℃の環境下で電源Vbを8.5Vとし、バイアス抵抗Rbを通常の抵抗とした従来の場合の、それぞれトランジスタQ1の立ち上がり時間を比較したものである。
【0021】
図5の例では、(B)の従来のトランジスタQ1がオンし立ち上がるまでの時間t3が45ms程度要していたのに比べ、(A)のこの発明のトランジスタQ1がオンし立ち上がりまでの時間t2は15ms程度となる。従って、この実施例では低温度の環境下にあっても素早い放電灯16の点灯の実現が可能となる。
【0022】
図6は、この発明の他の実施例について説明するための回路構成図である。この実施例は定電圧電源111の構成部分を変更したもので、図1と同一の構成部分には同一の符号を付しその説明は省略する。
【0023】
すなわち、定電圧電源111は、アノードがトランスTRの一次側TR1の中間タップTに接続されたダイオードD1のカソードを、ベースがツェナーダイオードZDのカソードに接続されたNPN型トランジスタQ7のコレクタに接続する。ダイオードD1のカソードは、バイアス抵抗Rb1を介してPNP型トランジスタQ8のコレクタに、バイアス抵抗Rb2を介してトランジスタQ8のエミッタにそれぞれ接続する。トランジスタQ7のベースとトランジスタQ8のコレクタは、アノードが接地されたツェナ−ダイオードZDのカソードにそれぞれ接続する。
【0024】
トランジスタQ7のエミッタはコンデンサC7を介して接地するとともに、制御部12の抵抗R4、サーミスタ61を介して接地する。抵抗R4とサーミスタ61の接続点は、非反転入力が基準電源Vrefを介して接地されたオペアンプOPの反転入力に接続する。オペアンプOPの出力は、トランジスタQ8のベースに接続する。
【0025】
ここで、電源Vbの電圧がトランスTRの一次コイルTR1に供給されると、ダイオードD3で整流を行い、その電圧をバイアス抵抗Rb1を介してトランジスタQ7をオンさせるととともに、ツェナ−ダイオードZDに供給して得られるツェナ−電圧に基づく定電圧出力を、トランジスタQ7のエミッタから定電圧電源111の定電圧出力として出力する。なお、バイアス抵抗Rb2は、制御部12のオペアンプOPから出力される出力に基づきトランジスタQ8をオンすることでバイアス抵抗Rb1に並列接続可能となる。
【0026】
温度が高い環境下では、サーミスタ61の抵抗値が下がりオペアンプOPはHレベルをトランジスタQ8のベースに出力してトランジスタQ8をオフにする。これにより、トランジスタQ7のコレクタ・ベース間にはバイアス抵抗Rb1が接続された状態となる。このときのトランジスタQ7の増幅率は高いことから、コンデンサC7に充電される時間も短く定電圧電源111の立ち上がりは早い。
【0027】
温度が低い環境下では、サーミスタ61の抵抗値が上がりオペアンプOPはLレベルを出力する。トランジスタQ8のベースにオペアンプOPからのLレベル出力を入力してトランジスタQ8をオンにする。このときトランジスタQ7のコレクタ・ベース間にはバイアス抵抗Rb1,Rb2が並列接続された状態となる。このときトランジスタQ7の増幅率は低くくなるが、バイアス抵抗値が下がりトランジスタQ7のベースには大きな電流が流れ、コンデンサC7に充電される時間も短く定電圧電源111の立ち上がりは早い。
【0028】
この実施例の場合でも、低温度の場合にトランジスタQ8をオンさせバイアス抵抗Rb1,Rb2を並行接続させることで、トランジスタQ7のコレクタ・ベース間のバイアス抵抗の値を小さくしてトランジスタQ7のベースに流れ込む電流を増加させることで、平滑用のコンデンサC7への充電を早める。その結果、定電圧電源111から出力される定電圧出力の素早い立ち上がりを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】この発明の一実施例について説明するための回路図。
【図2】図1のイグナイタの具体的な構成例について説明するための回路図。
【図3】図1のバイアス抵抗の温度特性について説明するための説明図。
【図4】図1の動作を説明するための主要部分の信号波形図。
【図5】この発明の効果について説明するため説明図。
【図6】この発明の他の実施例について説明するための回路図。
【符号の説明】
【0030】
11,111 定電圧電源
12 制御部
13 DC/DCコンバータ
14 フルブリッジ回路
15 イグナイタ
16 放電灯
Vb 直流電源
TR トランス
TR1 一次コイル
T 中間タップ
D1 ダイオード
C1,C2,C7
Q1,Q7,Q8 トランジスタ
ZD ツェナ−ダイオード
Rb,Rb1,Rb2 バイアス抵抗
R4 抵抗
61 サーミスタ
Vref 基準電源
OP オペアンプ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
直流電源と、
前記直流電源の直流電圧をトランスの一次側の一端に供給し、該トランスの一次側の他端に接続されるスイッチング素子をスイッチングさせて前記トランスの二次側の第1のコイルから交流の第1の電圧および前記トランスの二次側の第2のコイルから前記第1の電圧より高い交流の第2の電圧を生成する電圧発生手段と、
前記第2の直流電圧を供給し、該第2の直流電圧に基づき放電灯の点灯を始動させる高圧パルスを発生するイグナイタと、
前記放電灯が始動された後に前記第1の直流電圧を前記放電灯に供給する供給手段と、
前記トランスの一次側の中間タップに接続し、該中間タップから得られる交流電圧を直流に変換するとともに、定電圧を出力するトランジスタのバイアス抵抗の値を温度に基づき変更することで、温度差による前記定電圧の出力の立ち上がり時間差を抑えて前記スイッチング素子を制御するための定電圧電源とを具備したことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項2】
前記バイアス抵抗は、温度変化に応じて正の温度特性を有するものであることを特徴とする請求項1記載の放電灯点灯装置。
【請求項3】
前記バイアス抵抗は、前記トランジスタのバイアス抵抗を並列接続し、温度変化に応じて該並列接続された前記バイアス抵抗の接続数を変えることを特徴とする請求項1記載の放電灯点灯装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2006−12460(P2006−12460A)
【公開日】平成18年1月12日(2006.1.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−184057(P2004−184057)
【出願日】平成16年6月22日(2004.6.22)
【出願人】(000111672)ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Fターム(参考)】