放电灯点亮电路的制作方法

xiaoxiao2020-09-10  1

专利名称:放电灯点亮电路的制作方法
技术领域
本发明涉及放电灯点亮电路。
技术背景为了使在车辆的前照灯等中使用的金属卣化物灯等的放电灯点亮,就需 要稳定地提供电力的点亮电路(镇流器)。例如,专利文献l中公开的放电灯 点亮电路具有包含串联谐振电路的直流-交流转换电路,从该直流-交流转换电 路向放电灯提供交流电力。而且,通过改变串联谐振电路的驱动频率来控制 提供电力的大小。此外,放电灯点亮电路还进行放电灯的点亮控制。即,放电灯点亮电路在放电灯点亮之前,控制无负载时输出电压(OCV: Open Circuit Voltage ), 对放电灯施加高压脉冲,使放电灯点亮后, 一面减少过渡4殳入电力, 一面向 正常点亮状态移行。'在此,图ll是概念地表示串联谐振电路的驱动频率和提供电力(或OCV) 的大小的关系的曲线图。在图11中,曲线Ga表示点亮前的驱动频率和OCV 的关系,曲线Gb表示点亮后的驱动频率和提供电力的关系。如图ll所示, 在驱动频率与串联谐振频率(点亮前fa、点亮后fb)相等时,对放电灯的 提供电力(或OCV)的大小成为最大值;随着驱动频率变得比串联谐振频率 大(或变小),对放电灯的提供电力(或OCV)的大小减少。在驱动频率比 串联谐振频率小的区域中,由于开关损失变大、电力效率下降,所以在驱动 频率比串联谐振频率大的区域中,其大小被控制。在放电灯的点亮控制中,将点亮前的动作点设定为与比串联谐振频率fa 大的驱动频率化对应的点Pa,将点亮后的动作点设定在比串联谐振频率fb 大的区域X内。在现有的放电灯点亮电路中,例如按如下进行从点Pa向区 域X的移行。即,在动作点Pa点亮放电灯后,仅某一固定的时间维持点亮 前的驱动频率fc。此时,由于驱动频率及提供电力的相关性向曲线Gb变化,所以动作点向点Pc移行。此后,强制地使驱动频率变化规定的变化部分Af(=fd-fc ),使动作点向区域X内的点Pb移行。 专利文献1:日本特开2005-63821号公报发明内容但是,在考虑电源电压的变动或动作温度的偏差、电子元件的电气特性 的误差等的基础上,设定频率变化部分Af极其困难。在放电灯点亮电路中使 用的电子元件的特性中存在偏差,点亮前及点亮后的谐振频率的差(ft)-fa) 在每个放电灯点亮电路的个体中不同。此外,即使在每一个体中调整Af,但 由于时效变化而导致电路的特性变化时,存在初始的Af不变时点亮性能劣化 的顾虑。此外,为了在点亮开始之后使放电灯的电弧放电成长,使点亮状态稳定 化,需要从电源对串联谐振电路提供某种程度的电力,但是在预先设定上述 那样的频率变化部分的方法中,存在不能确保足以保证点亮稳定性的电力的 情况。因此,本发明是鉴于上述课题而完成,其目的在于,提供一种放电灯点 亮电路,在放电灯的点亮控制中,对应电源电压变动、动作温度偏差等的环 境特性和电路元件特性,能够充分维持点亮性能。为了解决上述课题,本发明的放电灯点亮电路是向该放电灯提供用于点 亮放电灯的交流电力的放电灯点亮电路,其包括电力提供单元,具有包含开关元件的反相器电路,包含电感器及变压器 中至少一个以及电容器的串联谐振电路,驱动开关元件的驱动电路,该电力 提供单元通过转换直流电源的输出来向放电灯提供交流电力;以及控制单元, 生成用于控制从驱动电路输出的驱动信号的频率的频率控制信号,控制单元 具有相位差检测单元,检测从反相器电路向串联谐振电路输入的输入电压 和输入电流的相位差;以及控制信号生成单元,生成频率控制信号,使得能 够根据相位差来增减驱动信号的频率。根据这样的放电灯点亮电路,通过检测从反相器电路向串联谐振电路的 输入电压和输入电流的相位差,从而判定从反相器电路看到的串联谐振电路 的电感性的深度及电容性的深度,根据该相位差来增减反相器电路的驱动频 率。由此,由于能够追随串联谐振电路的谐振频率来调整反相器电路的驱动频率,所以即使电路特性和环境特性变动,也能够向放电灯提供充足的电力, 最大限度地确保放电灯的点亮稳定性。优选地,相位差检测单元包含第l相位差检测电路,在输入电压的相 位比输入电流的相位超前的情况下,生成具有与相位差成比例的脉冲宽度的电感性检测信号;以及第2相位差检测电路,在输入电压的相位比输入电流 的相位滞后的情况下,生成具有与相位差成比例的脉沖宽度的电容性检测信 号,控制信号生成单元包含检测用电容器, 一端被设定为第1电压;充电 电路,连接到检测用电容器的另一端,根据电感性检测信号及电容性检测信 号中的一个信号,对检测用电容器的另一端提供电流;放电电路,连接到检 测用电容器的另 一连,根据电感性检测信号及电容性检测信号中的另 一个信 号,从检测用电容器的另一端吸收电流;以及信号生成电路,检测出检测用 电容器的两端电压,生成频率控制信号,使得能够根据两端电压来增减驱动 信号的频率,第1电压被设定为对充电电路提供的电源电压和对放电电路提 供的电源电压之间的值。这种情况下,利用相位差检测单元生成具有与电感性的深度对应的脉沖 宽度的信号,另一方面,生成具有与电容性的深度对应的脉沖宽度的信号, 在控制信号生成单元中,根据两个信号的各自的脉沖,检测用电容器被充电 或放电,根据该检测用电容器的两端电压,反相器电路的驱动信号的驱动频 率被调整。由此,利用简单的电路结构就能够使反相器电路的驱动频率追随 串联谐振电路的谐振频率。此外,通过将检测用电容器的一端设定在充电电 路的电源电压和放电电路的电源电压之间,从而能够根据串联谐振电路的电 感性及电容性的两个的状态,准确地追随频率。此外,还具备对放电灯施加高压脉沖来促进点亮的起动单元,控制信号 生成单元根据起动单元的高压脉沖的检测,使检测用电容器放电。如果采用 这种结构,则在电路(的常数)被设定为驱动频率在高压脉沖施加后急剧变 化的情况下,通过在点亮起动时将过去检测的串联谐振电路的状态复位,可 根据点亮起动时的状态,立即稳定并追随串联谐振电路的谐振频率。优选地,还具备对放电灯施加高压脉沖来促进点亮的起动单元,相位差 检测单元包括第1相位差检测电路,在输入电压的相位比输入电流的相位 超前的情况下,生成具有与相位差成比例的脉沖宽度的电感性检测信号;以 及第2相位差检测电路,在输入电压的相位比输入电流的相位滞后的情况下,生成具有与此相位差成比例的脉冲宽度的电容性检测信号,控制信号生成单
元包含检测用电容器;充电电路,连接到检测用电容器,根据电感性检测 信号及电容性检测信号中的一个信号,对检测用电容器提供电流;放电电路, 连接到检测用电容器,根据电感性检测信号及电容性检测信号中的另 一个信 号,从检测用电容器吸收电流;信号生成电路,被输入检测用电容器的两端 电压,从而生成频率控制信号,使得能够根据两端电压来增减驱动信号的频 率的;以及开关单元,根据起动单元中的高压脉沖的检测,对信号生成电路 输入检测用电容器的两端电压,在高压脉沖的检测前,对检测用电容器施加 与驱动信号的现有频率相对应的电压。
这种情况下,利用相位差检测单元生成具有与电感性对应的深度的脉沖 宽度的信号,另一方面,生成具有与电容性对应的深度的脉冲宽度的信号, 在控制信号生成单元,根据两个信号的各自的脉沖,检测用电容器被充电或 放电,根据该检测用电容器的两端电压,反相器电路的驱动信号的驱动频率 被调整。由此,利用简单的电路结构就能够使反相器电路的驱动频率追随串 联谐振电路的谐振频率。此外,通过从点亮起动时以前的频率连续地变化点 亮起动后的驱动频率,就能使起动前后稳定,使放电灯向电弧放电移行。
此外,优选地,控制信号生成单元通过生成频率控制信号,控制串联谐 振电路中的工作频率以使其接近谐振频率。如果具备这样的控制信号生成单 元,就会使对点亮控制电路提供的电力接近最大值,从而能够进一步提高点 亮稳定性。
发明效果
根据本发明,能够在放电灯的点亮控制下,对应电源电压变动、动作温 度偏差等环境特性和电路元件的特性,充分地维持点亮性能。


图1是表示本发明优选的一实施方式的放电灯点亮电路1的结构的方框图。
图2是概念地表示图1的半桥反相器的驱动频率和提供电力的大小的关 系的曲线图。
图3是表示处于电感性区域时的图1的串联谐振电路的信号波形的图, (a)是输入电压的信号波形,(b)是输入电流的信号波形,(c)是将输入电流整形为矩形波的信号波形。
图4是表示处于电容性区域时的图1的串联谐振电路的信号波形的图,
(a)是输入电压的信号波形,(b)是输入电流的信号波形,(c)是将输入电 流整形为矩形波的信号波形。
图5是表示图1的相位差检测单元的结构的电路图。
图6是表示图1的串联谐振电路处于电感性区域时的各信号波形的图, (a)是输入电压的波形,(b)是将输入电流整形为矩形波的信号波形,(c) 是电感性检测信号的波形,(d)是电容性检测信号的波形。
图7是表示图1的串联谐振电路处于电容性区域时的各信号波形的图, (a)是输入电压的波形,(b)是将输入电流整形为矩形波的信号波形,(c) 是电感性检测信号的波形,(d)是电容性检测信号的波形。
图8是表示图1的信号生成电路及V-F转换单元的详细结构的电路图。
图9是表示本发明的变形例的放电灯点亮电路的信号生成电路及V-F转 换单元的详细结构的电路图。
图10是表示本发明的变形例的放电灯点亮电路的充电电路及放电电路 的详细结构的电路图。
图11是概念地表示串联谐振电路的驱动频率和提供电力(或OCV)的 大小的关系的曲线图。
标号说明
1…放电灯点亮电路,2…电力提供单元,3…控制单元,5…起动单元,6… 半桥反相器(反相器电路),6a、 6b…晶体管(开关元件)、7…桥式驱动器(驱 动电路),8…变压器,9…电容器,10…电感器,17…相位差检测单元,17a… 电感性检测电路(第1相位差检测电路),17b…电容性检测电路(第2相位 差检测电路),19…第2控制信号生成单元,28、 228…充电电路,29、 229... 放电电路,30…检测用电容器,32、 132…信号生成电路,133、 134、 135... 开关元件(开关单元)。
优选实施方式
下面,参照附图,详细地说明本发明的放电灯点亮电路的优选实施方式。 另外,在附图的说明中,对相同或相当的部分赋予相同的标号,省略重复的 说明。图1是表示本发明优选的一实施方式的放电灯点亮电路1的结构的方框 图。在图1中示出的放电灯点亮电路1是对放电灯L提供用于使放电灯L点
亮的交流电力的电路,将来自直流电源B的直流电压转换成交流电压提供给 放电灯L。放电灯点亮电路1主要用于车辆用的、特别是前照灯等的灯具中。 另外,作为放电灯L,例如优选使用无水银的金属卣化物灯,但也可以是其 它种类的放电灯。
放电灯点亮电路l包括电力提供单元2,从直流电源B接受电源供给, 并将交流电力提供给放电灯L;控制单元3,控制对放电灯L的提供电力的 大小;以及V-F转换单元4,对从控制单元3输出的模拟信号即频率控制信 号Sc'进行电压-频率转换(V-F转换),生成控制信号Sc2。
电力提供单元2对放电灯L提供基于来自V-F转换单元4的控制信号Sc2 的大小的电力。电力提供单元2连接到直流电池等的直流电源B,从直流电 源B接受直流电压,进行交流转换及升压。本实施方式的电力提供单元2包 括起动单元5,在点亮开始时对放电灯L施加高压脉冲来促进点亮;半桥 反相器(反相器电路)6,作为开关元件的2个晶体管6a及6b串联连接;以 及桥式驱动器(驱动电路)7,交替转换地驱动晶体管6a及6b。作为晶体管 6a、 6b,例如如图1所示优选使用N沟道MOSFET, j旦也可以j吏用其它的FET 或双极晶体管。在本实施方式中,晶体管6a的漏极端子通过用于搡作点亮动 作的开始的开关SW,连接到直流电源B的正侧端子,晶体管6a的源极端子 连接到晶体管6b的漏极端子,晶体管6a的栅极端子连接到桥式驱动器7。此 外,晶体管6b的源极端子连接到接地电位线GND (即直流电源B的负侧端 子),晶体管6b的栅极端子连接到桥式驱动器7。桥式驱动器7通过基于脉 沖信号即控制信号Sa向晶体管6a及6b的栅极端子提供彼此反相的驱动信号 Sd,、 Sd2,从而使晶体管6a、 6b交替地导通。
此外,电力提供单元2还具有变压器8、电容器9及电感器10。为了向 放电灯L施加高压脉沖,并在传输电力的同时对该电力进行升压而设置变压 器8。此外,变压器8、电容器9及电感器IO构成串联谐振电路。即,变压 器8的初级线圏8a、电感器10及电容器9彼此串联连接。而且,该串联电路 的一端连接到晶体管6a的源极端子及晶体管6b的漏极端子,另一端连接到 接地电位线GND。在该结构中,由变压器8的初级线圈8a的漏损(漏) (leakage)电感及电感器10的电感构成的合成电抗、以及电容器9的电容,决定谐振频率。再有,也可以仅由初级线圈8a及电容器9构成串联谐振电路, 省略电感器IO。此外,与电感器10的电感相比,将初级线圈8a的电感设定 地非常小,谐振频率可以几乎由电感器10和电容器9的电容决定。
在上述电力供给单元2中,使晶体管6a、 6b交替地导通/截止,在变压 器8的初级线圈8a中产生交流电力。该交流电力升压后被传递到变压器8的 次级线圈8b,并提供到与次级线圈8b连接的放电灯L。再有,用于驱动晶体 管6a、 6b的桥式驱动器7相反地驱动各晶体管6a、 6b,以使晶体管6a、 6b 不成为同时导通状态。
在此,说明电力提供单元2的串联谐振电路的驱动频率和对放电灯L供 给的电力的关系。图2是概念地表示晶体管6a、 6b的驱动频率和提供电力的 大小的关系的曲线图。如图所示,在驱动频率与串联谐振电路的谐振频率fon 相等时,提供给放电灯L的电力的大小成为最大值Pmax,随着驱动频率变得 比串联谐振电路的谐振频率fon大(或变小)而减少。这是因为串联谐振电 路的阻抗根据桥式驱动器7对晶体管6a、 6b的驱动频率而变化。因此,通过 改变驱动频率,能够控制提供给放电灯L的交流电力的大小。但是,在驱动 频率比谐振频率fon小的情况下,开关损失变大,电力效率下降。因此,期 望控制桥式驱动器7的驱动频率的大小,以使其收容在比谐振频率fon大的 区域(图中区域A)。再有,将比谐振频率fon小的频率区域称为电容性区域, 将比谐振频率fon大的频率区域称为电感性区域。
在图3及图4中示出了在处于图2的电感性区域或电容性区域的情况下, 从半桥反相器6向串联谐振电路的输入电压和输入电流的关系。图3是表示 处于电感性区域时的信号波形的图,(a)是输入电压V,的信号波形,(b)是 输入电流I,的信号波形,(c)是将输入电流整形为矩形波的信号波形12。此 外,图4是表示处于电容性区域时的信号波形的图,(a)是输入电压V一勺信 号波形,(b)是输入电流I,的信号波形,(c)是将输入电流I,整形为矩形波 的信号波形12。如这些图所示可知,在处于电感性区域的情况下,输入电压 V,的相位与输入电流I,相比超前,在处于电容性区域的情况下,输入电压 V,的相位与输入电流L相比滞后。
返回图1,起动单元5是用于对放电灯L施加起动用的高压脉沖的电路, 通过将触发电压及电流(高压脉沖)施加在变压器8的初级线圈8a,能使高 压脉沖重叠在变压器8的次级线圈8b中生成的交流电压上。具体地,起动单元5包含积蓄用于生成高压脉冲的电力的起动用电容器、及火化隙(spark gap ) 或气体放电器(gas arrester)等自击穿型开关元件(未图示)等。该起动单元 5通过在点亮起动时对起动用电容器充电,在两端电压达到放电开始电压时, 使自击穿型开关元件瞬间成为导通状态来输出触发电压及电流。此外,起动 单元5在产生了触发电压及电流的瞬间生成脉沖检测信号Sp,将该脉沖检测 信号Sp发送到后迷的控制单元3。
控制单元3是用于通过控制从桥式驱动器7输出的驱动信号Sd,、 SA的 频率来调整串联谐振电路的驱动频率的电路,具有电压检测单元15、电流检 测单元16、相位差检测单元17、第1控制信号生成单元18及第2控制信号 生成单元19。
电压检测单元15检测从半桥反相器6向串联谐振电路输入的输入电压 V,,并对相位差检测单元17输出整形为矩形波的输入电压V,的检测信号。 同样地,电流检测单元16检测从半桥反相器6向串联谐振电路输入的输入电 流Ip并对相位差检测单元17输出整形为矩形波的输入电流I,的检测信号12。 电流才企测单元16冲全测输入电流I,的方法考虑多种多样的方法,例如由于电容 器9的电容值已知,所以能够通过检测电容器9两端的各个电压来求出输入 电流L的波形。
相位差一企测单元17是通过检测输入电压V,和输入电流I,的相位差来取
电路,其由电感性检测电路(第1相位差检测电路)17a和电容性检测电路(第 2相位差检测电路)17b构成。
在此,在图5中示出了相位差检测单元17的电路结构。如图所示,电感 性检测电路17a包含2个D触发器20、 21及"或"电路22。电容性检测电 路17b包含2个D触发器23、 24及"或"电路25。各个D触发器20、 21、 23、 24的数据(D)端子通过被偏置为正电压而被固定在高电平。而且,在 D触发器20的时钟(CK )端子中输入输入电压V,的检测信号,在D触发器 21的CK端子中输入使输入电压V,的检测信号反转的电压,在D触发器23 的时钟(CK)端子中输入使输入电流I,整形为矩形波的信号波形12,在D触 发器24的CK端子中输入使信号波形12反转的电压。而且,触发器20的Q 输出和触发器21的Q输出被输入到"或"电路22,"或"电路22的输出成 为电感性检测电路17a的电感性检测信号此外,触发器23的Q输出和触发器24的Q输出被输入到"或"电路25,"或"电路25的输出成为电容 性检测电路17b的电容性检测信号Sc。
图6是表示电力提供单元2的串联谐振电路处于电感性区域时的各信号 波形的图,(a)表示输入电压V,的波形,(b)是将输入电流I,整形为矩形波 的信号12的波形,(c )是电感性检测信号SL的波形,(d )是电容性检测信号 Sc的波形。如此,在12为低电平时从V,的上升沿到12的上升沿的时间和在 12为高电平时从V,的下降沿到12的下降沿的时间之间,由电感性;险测电路17a 生成的电感性检测信号St成为高电平。因此,在输入电压V,的相位比输入 电流I,的相位超前时,电感性检测电路17a生成具有与该相位差成比例的脉 冲宽度的电感性检测信号SL。即,电感性检测信号SL的脉冲宽度表示串联谐 振电路的驱动状态的电感性的深度。
另一方面,图7是表示电力提供单元2的串联谐振电路处于电容性区域 时的各信号波形的图,(a)是输入电压V,的波形,(b)是信号l2的波形,(c) 是电感性检测信号S^的波形,(d)是电容性检测信号Sc的波形。如此,在 V,为低电平时从12的上升沿到V,的上升沿的时间和在V,为高电平时从12的 下降沿到V,的下降沿的时间之间,由电容性检测电路17b生成的电容性检测 信号Sc成为高电平。因此,在输入电压V,的相位比输入电流I,的相位滞后 时,电容性检测电路17b生成具有与该相位差成比例的脉沖宽度的电容性检 测信号Sc。即,电容性检测信号Sc的脉沖宽度表示串联谐振电路的驱动状态 的电容性的深度。 '
再次回到图1,第1控制信号生成单元18根据放电灯L的灯电压V^及 灯电流L,控制桥式驱动器7的驱动频率(即,对放电灯L的提供电力的大 小)。第1控制信号生成单元18是生成频率控制信号Scl的电路,使得应提 供给放电灯L的无负载时输出电压(OCV)或功率的大小接近规定值,其由 运算单元26及误差放大器27构成。运算单元26根据在变压器8的次级线圈 8b端检测出的灯电压Vl及灯屯流IL的值,计算施加在放电灯L上的电压或 提供电力,并生成电压信号,以使计算的电压或提供电力接近规定值或规定 的时间函数。误差放大器27对从运算单元26输入的电压信号进行反转放大, 并作为频率控制信号Sc,输出。根据该频率控制信号Sc,,进行对应于其电压 电平的桥式驱动器7的驱动频率的控制。
第2控制信号生成单元19根据由相位差检测单元17生成的电感性检测信号S^及电容性检测信号Sc,控制桥式驱动器7的驱动频率。第2控制信号生成单元19包含充电电路28、放电电路29、检测用电容器30、开关元件31 及信号生成电路32。充电电路28的结构为电流源28a及开关元件28b串联连接,因电流源 28a的一端连接到电源,所以被设定为正电压Vcc,电流源28a的另一端连接 到开关元件28b。另一方面,放电电路29的结构为电流源29a及开关元件29b 串联连接,电流源29a的一端接地,电流源29a的另 一端连接到开关元件2%。 通过连接开关元件28b和开关元件29b,该充电电路28和放电电路29形成 串联电路。再有,电流源28a通过开关元件28b对与放电电路29的连接点提 供电流,电流源29a通过开关元件29b从与放电电路29的连接点吸收电流。 这里,开关元件29b根据来自电感性检测电路17a的电感性;险测信号SL而被 导通/截止,开关元件28b根据来自电容性检测电路17b的电容性检测信号Sc 而#皮导通/截止。这里,电流源28a和开关元件28b的组合、以及电流源29a 和开关元件2%的组合,可以分别置换为根据电容性检测信号Sc以及电感性 检测信号SL而使各电流源工作或设为高阻抗的转换动作的电路。检测用电容器30的一端设定为向充电电路28提供的正电压Vcc和向放 电电路29提供的接地电压之间的中间电压Vo,另 一端连接到充电电路28和 放电电^各29的连接点。如果是正电压Vcc和接地电压之间的值,该中间电压 Vo可以设定为任意的值。器30的另 一端提供电流,根据电感性检测信号SJ人放电电路29吸收来自检 测用电容器30的另一端的电流。即,通过包含电流源的充放电电路,检测用 电容器30的两端电压的时间变化与电容器电压无关,成为恒定。由此,检测 用电容器30根据输入电压V,和输入电流I,的相位差,即串联谐振电路的电 容性及电感性的深度来增减两端电压。开关元件31是连接到检测用电容器30的两端,用于复位由检测用电容 器30检测出的驱动状态的开关元件。开关元件31中,从起动单元5输入脉 沖检测信号Sp,与脉沖检测信号Sp的发生时同步地导通,由此使蓄积在检 测用电容器30的电荷放电。信号生成电路32根据检测用电容器30的两端电压,生成对应于该电压 的频率控制信号Sc,,通过开关33输出到V-F转换单元4。图8是表示信号生成电路32及V-F转换单元4的详细结构的电路图。如图所示,信号生成电 路32内置用于设定为高输入阻抗的2个差动放大器32a、 32b,检测出检测用 电容器30的两端电压,作为频率控制信号Sc,而输入到开关33。开关33是 用于切换第1控制信号生成单元18的误差放大器27与信号生成电路32和 V-F转换单元4之间的连接的开关元件,开关33被控制为在放电灯L起动 前,使误差放大器27和V-F转换单元4之间导通;在放电灯L起动之后'使 信号生成电路32和V-F转换单元4之间导通。由此,在放电灯L起动前,驱 动频率被灯电压vl及灯电流Il所控制,在放电灯L起动之后,驱动频率被 串联谐振电^各的输入电压V,及输入电流I,所控制。V-F转换单元4包括电流镜电路单元34、迟滞比较器35、电容器36 以及晶体管37。电流镜电路单元34产生并输出与从信号生成电路输入的频 率控制信号Sc,对应的电流。在电流镜电路单元34的输出连接电容器36的 一端,电容器36的另一端接地。而且,在电容器36的一端连接晶体管37的 集电极端子,晶体管37的发射极端子接地。迟滞比较器35的输入连接到电 容器36的一端,其输出连接到晶体管37的基极端子。利用这样的结构,从 V—F转换单元4的输出被生成具有与频率控制信号Sc,的电平对应的频率的脉冲波的控制信号SC2。下面,说明放电灯点亮电^各1的作用效果。根据放电灯点亮电路1,通过检测从半桥反相器6向串联谐振电路的输 入电压V,和输入电流I,的相位差,从而判定从半桥反相器6看到的串联谐振 电路的电感性的深度及电容性的深度,并基于该相位差来增减半桥反相器6 的驱动频率。由此,由于能够追随调整半桥反相器6的驱动频率使其接近串 联谐振频率的谐振频率,所以即使电源电压变动、动作温度偏差等环境特性 和电路元件的特性变动,也能够对放电灯提供足够的电力,能够最大限度地 确保放电灯的点亮稳定性。此外,通过相位差检测单元17,生成具有对应于电感性的深度的脉沖宽 度的电感性检测信号S^另一方面,生成具有对应于电容性的深度的脉沖宽 度的电容性检测信号Sc,在第2控制信号生成单元19中,根据两个信号的 各自的脉沖,检测用电容器30被充电或放电,根据该检测用电容器30的两 端电压,半桥反相器6的控制信号Sc2的驱动频率被调整。由此,能够利用 简易的电路结构使半桥反相器的驱动频率追随串联谐振电路的谐振频率。此外,检测用电容器30的一端被设定为充电电路28的电源电压和放大电路29的电源电压之间的中间电压,所以如果即使稍微偏离谐振频率,则在 经过某种程度的时间后,检测用电容器30的两端电压也在上限值或下限值饱 和。即,如果去除电路的追随速度,则追随谐振频率的速度由电流源28a、 29a 的电流值及后级的V-F转换单元4的增益而唯一地决定,所以可通过较少的 电路参数来实现高速的谐振追随控制。因此,能够根据串联谐振电路的电感 性以及电容性的两个状态,准确地追随频率。此外,第2控制信号生成单元19根据起动单元5中的高频脉沖的检测, 使检测用电容器30放电,在点亮起动时复位过去检测出的串联谐振电路的状 态。由此,在电路(的常数)被设定为施加高压脉沖后驱动频率急剧变化的 情况下,能够根据点亮起动时的状态使起动频率立即稳定,追随串联谐振电 路的谐振频率。再有,本发明不限于上述的实施方式。例如,控制单元3进行工作,使 得在检测出电容性的情况下使检测用电容器30充电,在检测出电感性的情况 下使检测用电容器30放电,但也可以相反。在这种情况下,只要控制为在检 测用电容器30的两端电压越高时,越降低驱动频率即可。此外,也可以是,在放电灯L的起动前后,检测用电容器30的两端电 压连续地改变对V-F转换器4输出的频率控制信号Sc,。图9是表示这种情况 的本发明的变形例的信号生成电路132的电路图。信号生成电路132包括在 一端接地的检测用电容器30的另一端互相并联连接的3个开关元件(开关单 元)133、 134、 135。这些开关元件134、 135通过排出专用緩沖器而连接到 V-F转换单元4的输入,开关元件133从V-F转换单元4的输入通过緩冲器 连接。开关元件133、 134、 135分别根据来自起动单元5的脉沖检测信号Sp 而被导通/截止。具体地说,在放电灯L起动前,开关元件133、 135导通, 开关元件134截止。与此相反,在放电灯L起动后,开关元件133、 135截止, 开关元件134导通。利用这样的结构,在向放电灯L施加高压脉沖前,从第 1控制信号生成单元18向V-F转换单元4输入频率控制信号Sc,,根据该频 率控制信号Sc,所产生的电压通过开关元件133而被施加在^r测用电容器30。 由此,检测用电容器30中,被施加与半桥反相器6的当前的驱动频率对应的 电压来对其进行充电。另一方面,在对放电灯L施加高压脉沖后,对V-F转 换单元4输入与第2控制信号生成单元19的^f企测用电容器30的两端电压对应的频率控制信号Sq。根据这样的信号生成电路132,在串联谐振电路中, 通过从点亮起动时以前的频率连续地改变点亮起动后的驱动频率,从而能够 在起动前后稳定,使放电灯向电弧放电移行。此外,作为充电电路及放电电路的结构,不限于包含电流源的结构,由 于成本和电流源的性能等任何理由而无法使用电流源的情况下,也可以为如图IO所示的结构。图10是作为本发明的变形例的包含充电电路228及放电 电路229和检测用电容器30的电路图。如同图所示,充电电路228是由电阻 228a和开关元件28b所构成的串联电路,放电电路229是由电阻229a和开关 元件29b所构成的串联电路。充电电路228从一端侧被施加正电压Vcc,放 电电路229从一端侧被施加接地电压VEE,充电电路228和放电电路229在 彼此的另 一端串联连接。在该2个电路的连接点连接检测用电容器30的一端, 检测用电容器30的另一端通过电容器230被接地。并且,在该检测用电容器 30的另一端,被施加由电阻231、 232分压的电压(Vcc+VEE)/2。在此,为 了使施加在检测用电容器30上的电压(电流)平滑化而设置电容器230。据电感性及电容性的深度使检测用电容器30充电或放电。但是,在由电容器 和电阻构成的充放电电路中,在某 一 时刻的电容器电压的时间变化由该时刻的电容器电压所决定(因电容器电压按照指数函数变化)。如果向电感性的频 率的偏移程度和电容器的电压变化的关系,和向电容性的频率的偏移程度和 电容器的电压变化的关系不同,会对谐振频率的收敛产生影响。因此,通过 将检测用电容器30的基准电压设定为作为中间电压的(Vcc+VEE) /2,从而 相对于从谐振频率的偏移程度的电容器电压的变化,在电感性/电容性的任一 个中都相同,可提高谐振频率追随的稳定性。
权利要求
1、一种放电灯点亮电路,对该放电灯提供用于点亮放电灯的交流电力,其特征在于,包括电力提供单元,具有包含开关元件的反相器电路;包含电感器及变压器中至少一个、以及电容器的串联谐振电路;以及驱动上述开关元件的驱动电路,该电力提供单元通过转换直流电源的输出,对上述放电灯提供上述交流电力;以及控制单元,生成控制从上述驱动电路输出的驱动信号的频率的频率控制信号;上述控制单元具有相位差检测单元,检测从上述反相器电路向上述串联谐振电路输入的输入电压和输入电流的相位差;控制信号生成单元,生成上述频率控制信号,使得能够根据上述相位差来增减上述驱动信号的频率。
2、 根据权利要求1所述的放电灯点亮电路,其特征在于, 上述相位差检测单元包含第l相位差检测电路,在上述输入电压的相位比上述输入电流的相位超 前的情况下,生成具有与上述相位差成比例的脉沖宽度的电感性检测信号; 以及第2相位差检测电路,在上述输入电压的相位比上述输入电流的相位滞 后的情况下,生成具有与上述相位差成比例的脉冲宽度的电容性检测信号, 上述控制信号生成单元包含 检测用电容器, 一端被设定为第1电压;充电电路,连接到上述检测用电容器的另一端,根据上述电感性检测信 号及上述电容性检测信号中的一个信号,对上述检测用电容器的另一端提供 电流;放电电路,连接到上述检测用电容器的另一端,根据上述电感性检测信 号及上述电容性检测信号中的另 一个信号,从上述检测用电容器的另 一端吸 收电流;以及信号生成电路,检测上述检测用电容器的两端电压,生成上述频率控制 信号,使得能够根据上述两端电压来增减所述驱动信号的频率,上述第1电压被设定为对上述充电电路提供的电源电压和对上述放电电 路提供的电源电压之间的值。
3、 根据权利要求2所述的放电灯点亮电路,其特征在于,还包括 起动单元,对上述放电灯施加高压脉沖来促进点亮; 上述控制信号生成单元根据上述起动单元的上述高压脉沖的检测,使上述检测用电容器放电。
4、 根据权利要求1所述的放电灯点亮电路,其特征在于,还包括 起动单元,对上述放电灯施加高压脉沖来促进点亮,上述相位差^r测单元包括第l相位差检测电路,在上述输入电压的相位比上述输入电流的相位超 前的情况下,生成具有与上述相位差成比例的脉沖宽度的电感性检测信号; 以及第2相位差检测电路,在上述输入电压的相位比上述输入电流的相位滞 后的情况下,生成具有与上述相位差成比例的脉沖宽度的电容性检测信号, 上述控制信号生成单元包含 检测用电容器;充电电路,连接到上述检测用电容器,根据上述电感性检测信号及上述 电容性检测信号中的一个信号,对上述检测用电容器提供电流;放电电路,连接到上述检测用电容器,根据上述电感性检测信号及上述 电容性检测信号中的另一个信号,从上述检测用电容器吸收电流;信号生成电路,被输入上述检测用电容器的两端电压,从而生成上述频 率控制信号,使得能够根据上述两端电压来增减上述驱动信号的频率;以及开关单元,根据上述起动单元中的上述高压脉沖的检测,对上述信号生 成电路输入上述检测用电容器的两端电压,在上述高压脉沖的检测前,对上 述检测用电容器施加与上述驱动信号的现有频率相对应的电压。
5、 根据权利要求1 - 4的任一项所述的放电灯点亮电路,其特征在于, 上述控制信号生成单元通过生成上述频率控制信号,控制上述串联谐振电路中的工作频率以使其接近谐振频率。
全文摘要
提供一种放电灯点亮电路,该电路在放电灯的点亮控制中,对应电源电压变动、动作温度偏差等的环境特性和电路元件特性,能够充分维持点亮性能。该放电灯点亮电路(1)包括电力提供单元(2),具有包含晶体管(6a、6b)的半桥反相器(6),包含电感器(10)、变压器(8)及电容器(9)的串联谐振电路,以及用于驱动晶体管的桥式驱动器(7),该电力提供单元通过转换直流电源B的输出,对放电灯L提供交流电力;控制单元(3),生成控制从桥式驱动器输出的驱动信号的频率的频率控制信号Sc<sub>1</sub>,控制单元具有相位差检测单元(17),检测对串联谐振电路的输入电压和输入电流的相位差;控制信号生成单元(19),生成频率控制信号Sc<sub>1</sub>,使得能够根据相位差来增减驱动信号的频率。
文档编号H05B41/28GK101222809SQ200710307758
公开日2008年7月16日 申请日期2007年12月24日 优先权日2006年12月22日
发明者市川知幸, 村松隆雄 申请人:株式会社小糸制作所

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