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1. JP2008521181 - 高圧放電ランプの作動用回路装置

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Description

Title of Invention 高圧放電ランプの作動用回路装置 DE 102004055976.7 20041119 DE2005002031 20051111 WO2006053529 20060526 20070518

Technical Field

0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022  

Brief Description of Drawings

0023  

Claims

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11    

Drawings

1   2   3   4   5   6    

Description

高圧放電ランプの作動用回路装置

DE 102004055976.7 20041119 DE2005002031 20051111 WO2006053529 20060526 20070518

Technical Field

[0001]
本発明は、請求項1の上位概念に記載の高圧放電ランプの作動用回路装置に関する。
[0002]
I.従来の技術
その種の回路装置は、例えば、ヨーロッパ特許公開第0868833号公報に開示されている。この刊行物には、インバータとして構成された変圧器、インバータによって給電される負荷回路、及び、高圧放電ランプ内で気体放電を点火するためのパルス点灯装置を有する高圧放電ランプの作動用の回路装置が記載されており、負荷回路には、高圧放電ランプ用の各端子及びランプ電流の制限用のチョークコイルが設けられている。回路装置は、更に、インバータを負荷回路及びパルス点灯装置から直流分離するための変成器を有している。
[0003]
II.発明の開示
本発明の課題は、高圧放電ランプの作動用の簡単な回路装置を提供することにある。
[0004]
本発明によればこの課題は、請求項1の特徴部分に記載の構成により解決される。本発明の特に有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
[0005]
本発明の、高圧放電ランプの作動用回路装置は、変圧器、該変圧器によって給電される負荷回路、パルス点灯装置を有しており、負荷回路は、高圧放電ランプ用の各端子及び高圧放電ランプを流れる電流を制限するためのチョークコイルと接続されており、パルス点灯装置は、高圧放電ランプ内で気体放電を点火するために用いられ、チョークコイルは、パルス点灯装置の点火変成器の2次巻線として構成されている。それにより、従来技術に比較して回路装置の構成が簡単になる。と言うのは、チョークコイルが2つの機能を担い、パルス点灯装置の作動停止用の半導体スイッチを必要としないからである。更に、本発明の回路装置は、別個の点火補助電極を有する高圧放電ランプの作動用に適している。
[0006]
本発明の有利な実施例によると、変圧器は、入力電圧を負荷回路内で必要な電圧に適合するため、及び、変圧器と負荷回路との間の直流分離のために設けられている。有利には、変圧器は、2つの、第1及び第2の2次巻線を有しており、第1の2次巻線は、負荷回路の電圧給電用に使われ、第2の2次巻線は、場合によっては第1の2次巻線と共にパルス点灯装置の電圧給電用に使われて、変圧器とパルス点灯装置との間の直流分離を可能にする。前述の変圧器は、直流分離用に用いられるのみならず、更に、変圧器の出力電圧を更に高い値に変圧することができる。択一的に、前述の変圧器の代わりに、変圧器と負荷回路乃至パルス点灯装置との間の直流分離を必要としない場合、単巻変圧器を用いてもよい。
[0007]
負荷回路内に設けられている変圧器の2次巻線の電圧過負荷を阻止するために、有利には、この2次巻線に対して並列に、双方向の電圧制限構成素子、例えば、サプレッサダイオード又はTVS(transient-voltage suppressors:過渡電圧抑圧器)ダイオードとも呼ばれる双方向トランシル(Transil)ダイオードが接続されている。
[0008]
負荷回路は、有利には、チョークコイルに対して直列に接続された、少なくとも1つのコンデンサを有しており、該コンデンサの容量は、少なくとも1つのコンデンサが、点火期間の終了後、ランプ作動期間中、チョークコイルのインダクタンスを部分的に補償するように回路定数が選定されている。パルス変圧器を比較的小さな2次インダクタンスにすることができる場合、チョークコイルのインダクタンスを部分的に補償する必要はない。変圧器の入力電圧を負荷回路に適合するために(このために、相応の大きさの2次漂遊インダクタンスを有する必要がある)変圧器によって安定化されない限り、どんな場合でも、パルストランスの所定の大きさの2次インダクタンスを設ける必要がある。両方の構成素子を含めて放電を安定化することも同様に可能である。
[0009]
変圧器は、回路装置を更に簡単にするために、有利には、単一のトランジスタからなる変圧器として構成されている。これは、高周波スイッチングする単一のトランジスタのことである。このスイッチングは、非常に小さなスイッチング損失によって特徴付けられる。と言うのは、スイッチング周波数並びにデューティレシオの選択によって、スイッチングトランジスタが電圧のない状態でのみスイッチオン/オフされるように(ゼロボルテージスイッチング:(zerovoltage switching, ZVS)、スイッチングトランジスタを制御することができるからである。
[0010]
有利には、本発明の回路装置の変圧器は、少なくとも1つの、周期的に繰り返される時間間隔でスイッチングするスイッチング手段を有しており、気体放電の点火がうまく行なわれた後、少なくとも1つのスイッチング手段のスイッチング周波数を変えるための手段が、高圧放電ランプ内に設けられていて、簡単に、気体放電の点火がうまく行なわれた後、高圧放電ランプを電力制御することができるようになる。殊に、少なくとも1つのスイッチング手段のスイッチング周波数を変えるための手段は、高圧放電ランプ内で気体放電がうまく点火した直ぐ後、少なくとも1つのスイッチング手段のスイッチング周波数が急速に変化し、それに続いて、高圧放電ランプの立ち上がり期間又は始動期間中、スイッチング周波数が連続的又はほぼ連続的に変化するように構成されている。スイッチング周波数を急速に変化することによって、点火装置は作動停止され、連続的に、乃至、デジタル制御装置の場合、ほぼ連続的に、変圧器の少なくとも1つのスイッチング手段のスイッチング周波数を変化することによって、高圧放電ランプを電力制御するこができるようになる。従って、高圧放電ランプの立ち上がり期間又は始動期間中、即ち、放電媒体の構成成分が蒸発する間、スイッチング周波数を、始動期間を短縮するために、高圧放電ランプが当該高圧放電ランプの定格出力と比較して高い電力で作動されるように調整することができる。続いて、高圧放電ランプを、当該高圧放電ランプのほぼ定格出力に相応する電力で作動するために、スイッチング周波数を、高圧放電ランプの定常作動中、そのスイッチング周波数に対する最終値に達する迄、連続的又はほぼ連続的に変えることができる。
[0011]
III.有利な実施例の説明
以下では有利な実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
[0012]
図面の簡単な説明:
図1は、第1の実施例の回路装置の回路略図、
図2は、第2の実施例の回路装置の回路略図、
図3は、第1の実施例の回路装置の詳細な回路図、
図4は、第3の実施例の回路装置の回路略図、
図5は、第4の実施例の回路装置の回路略図、
図6は、第5の実施例の回路装置の回路略図を示す。
[0013]
図1には、本発明の回路装置の第1の実施例が略示されている。この回路装置は、単一トランジスタ変圧器、及び負荷回路、並びに、パルス点灯装置IZ,T2を有しており、この単一トランジスタ変圧器は、直流電圧源U0に接続されていて、変圧器T1の1次巻線Lia並びにダイオードDが逆極性で並列接続された半導体スイッチS、及び、この半導体スイッチSに対して並列に接続されたコンデンサC1によって構成されており、負荷回路は、変圧器T1を介して変圧器に接続されており、パルス点灯装置IZ,T2は、高圧放電ランプLa内で気体放電を点火するために設けられている。負荷回路には、変圧器T1の2次巻線Lib、チョークコイルL2b、コンデンサC2及び高圧放電ランプLa乃至高圧放電ランプLa用の各端子が設けられている。チョークコイルL2bは、更に、パルス点灯源の点火変圧器T2の2次巻線として構成されている。
[0014]
図2に示された本発明の第2の実施例が第1の実施例と相違する点は、変圧器T1の代わりに単巻変圧器T1’を用いた点にある。したがって図1および図2においては、同じ構成素子については同じ参照符号を用いた。負荷回路及びパルス点灯装置IZ,T2の電圧入力側は、単巻変圧器T1’の1次巻線部分Lia’及び2次巻線部分Lib’によって給電される。
[0015]
図3には、第1の実施例の詳細、並びに、図1及び図2で、ブロック回路図として示したパルス点灯装置IZ,T2並びに半導体スイッチS乃至Qの詳細が図示されている。半導体スイッチSは、図3には、集積化ボディダイオードと寄生キャパシタンスを有する電界効果トランジスタQとして示されている。パルス点灯装置IZ,T2には、変圧器T1の両2次巻線Lib,Licを用いて、トランジスタ変圧器によりエネルギが供給される。高圧放電ランプLaの点火期間中、点火コンデンサC3は、整流ダイオードD3及び抵抗Rを介してスパークギャップFSの降伏電圧に蓄電される。前述の降伏電圧に達すると、点火コンデンサC3は、スパークギャップFSと、点火用変圧器T21次巻線L2aを介して放電する。そうすることによって、点火用変圧器T2の2次巻線L2b内に、高電圧パルスが形成され、この高電圧パルスが、気体放電の点火のために、高圧放電ランプLa内に供給される。負荷回路内に接続された、変圧器T1の第1の2次巻線Lib乃至単巻変圧器T1’の巻線部分Lia’,Lib’の電圧過負荷を回避するために、第1の2次巻線Lib乃至巻線部分Lia’,Lib’に対して並列に、双方向サプレッサダイオードD2が接続されている。高圧放電ランプLaの気体放電を点火するために、変圧器の電界効果トランジスタQが、当該電界効果トランジスタQの制御装置STを用いて約220kHzのスイッチング周波数で作動される。そうすることによって、表に示した、構成部品の回路定数選定に基づいて、スパークギャップFSの所要の降伏電圧を形成することができる。点火期間の終了後、トランジスタQのスイッチング周波数は、750kHzの値に切り換えられ、続いて、それに相応して、高圧放電ランプLaの放電バルブ内の充填成分を蒸発するために、820kHzに高められる。高圧放電ランプの立ち上がり期間中、高速で立ち上がるために、即ち、充填成分を高速で蒸発するために、この高圧放電ランプは、定格出力よりも明らかに大きな出力にされる。定常作動中、高圧放電ランプLaが当該高圧放電ランプLaの35ワットの定格出力で作動されるように、スイッチング周波数が選定される。その際、高圧放電ランプLaの導電性の放電ギャップに基づいて、パルス点灯装置の点火期間の終了後、後続して高圧パルスが生成されることはない。負荷回路内に設けられた、ランプ電流が流される、点火用変圧器T2の2次巻線L2bは、点火期間の終了後、ランプ電流を制限するチョークコイルとして、即ち、放電を安定化するために使われる。2次巻線乃至チョークコイルL2bに対して直列に接続されたコンデンサC2のキャパシタンスは、チョークコイルL2bでの電圧降下を、放電の安定化のために必要な程度に制限して、それにより、回路内の損失電力を低減するために、当該キャパシタンスが、チョークコイルL2bのインダクタンスを部分的に補償するように回路定数が選定される。
[0016]
図4には、本発明の第3の実施例による回路装置が略示されている。この実施例が第1の実施例から異なる点は、第3の実施例の回路装置では、コンデンサC2がなく、点火用変圧器の2次巻線L2bは、20回のターンと、32μHのインダクタンスを有している。それ以外の詳細部全ての点で、第3の実施例は、図1及び図3に示された第1の実施例と一致している。したがって同じ構成部材には同じ参照符号が付されている。
[0017]
図5には、本発明の第4の実施例による回路装置が略示されている。この実施例が第3の実施例と異なる点は、コンデンサC1が2つのコンデンサCla及びClbによって代替されている点にあり、その際、コンデンサClaは、スイッチングトランジスタSのスイッチング区間及びそのボディダイオードDに対して並列に接続されており、コンデンサClbは、変圧器T1の2次巻線Libに対して並列に接続されている。この実施例では、双方向サプレッサダイオードD2は設けられていない。と言うのは、コンデンサClbは、その機能の他に、Claと共働して付加的に電圧制限回路素子として作動し、点火用変圧器によって形成された電圧を高圧放電ランプに印加することができるようになる。各コンデンサCla,Clb及びClの各キャパシタンスに対して、以下の条件が充足される:
k1a+k1b・(n1b/n1a) =k1
その際、k1、k1a、k1bは、コンデンサC1、C1a、C1bのキャパシタンスを示し、n1aは、変圧器T1の1次巻線L1aのターン回数を示し、n1bは、変圧器T1の2次巻線L1bのターン回数を示す。
[0018]
コンデンサC1乃至C1aは、スイッチングトランジスタSに対して並列に接続する代わりに、変圧器T1の1次巻線L1aに対して並列に接続してもよい。
[0019]
キャパシタンスC1は、種々異なる負荷状況に適合するために、乃至、制限された周波数領域の場合にスイッチング機能を行えるようにするために変えてもよい。有利には、これは段階的に行われ、その際、スイッチは、MOSFETトランジスタとして使用されている。MOSFETトランジスタにより、スイッチオン状態で双方向の電流が可能であり、スイッチオフ状態で形成されているボディダイオードは、この用途の場合、何等障害とならない。と言うのは、回路内に設けられたダイオードDのために、コンデンサC1に負の電圧は形成されず、従って、コンデンサC1を変えるために使用されたスイッチは、逆方向遮断を行う必要はない。実施例が図6に示されている。その際、例えば、Cla’及びClb’は、ランプの点火後、第1の実施例の場合に説明したように、周波数切換回路の代わりに、MOSFET Q2が制御回路STを用いて行われて制御されるように回路定数が選定され、コンデンサClb’を作動乃至非作動状態にすることができ、上述の実施例とは異なり、スイッチング周波数を切換なくてよい。Q2の制御は、例えば、マイクロコントローラの出力側によって直接行うことができ、その際、Q1の場合のような、相応の高速のゲート制御は必要としない。極端な場合、Cla’はまったくなくすことができ、その機能は、専ら、MOSFET Q1の寄生キャパシタンスが担うことができる。その際、C1の切換乃至変化は、C1の選択と同様に、スイッチS乃至Qが常時、即ち、点火期間中も後続の作動期間中も、スイッチの電圧非印加状態で(ゼロボルテージスイッチング: zero-voltage switching, ZVS)スイッチングを行うように実行される必要がある。
[0020]
図6に略示された、本発明の第5の実施例の回路装置が、第1の実施例と異なる点は、コンデンサC1が2つのコンデンサC1a’及びC1b’によって代替されており、その際、コンデンサC1a’は、スイッチングトランジスタQ1と当該スイッチングトランジスタQ1のスイッチング区間及びボディダイオードに対して並列に接続されており、コンデンサC1b’と第2のスイッチングトランジスタQ2とからなる直列回路が、コンデンサC1a’に対して並列に接続されている。したがって、図3及び図6においても、同一の構成素子については同じ参照符号を用いた。
[0021]
高圧放電ランプLaは、定常作動時及び45ボルトの定格ランプ電圧で、定格電力35ワットの、自動車の前照灯で使用するための、水銀を含有しないハロゲン−金属蒸気−高圧放電ランプである。点火用変圧器L2a,L2bは、小さな空隙を除いて、軟磁性材料(例えば、フェライト)内に密閉された磁気回路を有している。
[0022]
表:図1及び3に示した、第1の実施例の回路装置の各コンポーネントの回路定数
C1 3.7nF
C2 1.3nF
C3 10nF, 2000ボルト
D2 直列接続された2つのP6KE520C
D3 BY505
FS 1600ボルト
Q IRJF740LC
R 20kΩ
T1 EFD25,N49、但し、空隙あり
L1a 13ターン、16μH
L1b 46ターン
Lic 46ターン
L2a 1ターン
L2b 19ターン、63μH、但し、空隙(1mm)があるリングコア
U0 42ボルト

Brief Description of Drawings

[0023]
[fig. 1] 第1の実施例の回路装置の回路略図
[fig. 2] 第2の実施例の回路装置の回路略図
[fig. 3] 第1の実施例の回路装置の詳細な回路図
[fig. 4] 第3の実施例の回路装置の回路略図
[fig. 5] 第4の実施例の回路装置の回路略図
[fig. 6] 第5の実施例の回路装置の回路略図

Claims

[1]
高圧放電ランプの作動用回路装置であって、前記回路装置は、変圧器、該変圧器によって給電される負荷回路、パルス点灯装置を有しており、前記負荷回路は、前記高圧放電ランプ(La)用の各端子及び前記高圧放電ランプ(La)を流れる電流を制限するためのチョークコイル(L2b)と接続されており、前記パルス点灯装置は、前記高圧放電ランプ(La)内で気体放電を点火するために用いられるようにした、高圧放電ランプの作動用回路装置において、チョークコイル(L2b)は、パルス点灯装置の点火用変圧器(T2)の2次巻線として構成されていることを特徴とする回路装置。
[2]
変圧器(T1)は、入力電圧(U0)を負荷回路内で必要な電圧に適合するため、及び、変圧器と負荷回路との間の直流分離のために設けられている請求項1記載の回路装置。
[3]
変圧器(T1)は、2つの、第1及び第2の2次巻線(Lib,Lic)を有しており、前記第1の2次巻線(Lib)は、負荷回路の電圧給電用に使われ、前記第2の2次巻線(Lic)は、場合によっては前記第1の2次巻線(Lib)と共にパルス点灯装置の電圧給電用に使われる請求項2記載の回路装置。
[4]
負荷回路内に設けられた、変圧器(T1)の2次巻線(Lib)に対して並列に、電圧制限構成部品(D2)が接続されている請求項2又は3記載の回路装置。
[5]
チョークコイル(L2b)に対して直列に、少なくとも1つのコンデンサ(C2)が接続されており、該コンデンサ(C2)の容量は、前記少なくとも1つのコンデンサ(C2)が、点火期間の終了後、ランプ作動期間中、前記チョークコイル(L2b)のインダクタンスを部分的に補償するように回路定数が選定されている請求項1記載の回路装置。
[6]
変圧器は単一のトランジスタからなる変圧器として構成されている請求項1記載の回路装置。
[7]
変圧器(T1)は、入力電圧(U0)を、負荷回路内で必要な電圧に適合するため、単巻変圧器として構成された変圧器(T1’)が設けられている請求項1記載の回路装置。
[8]
単巻変圧器(T1’)の1次巻線部分(L1a’)及び2次巻線部分(L1b’)は、負荷回路及びパルス点火装置の電圧給電のために使われる請求項7記載の回路装置。
[9]
単巻変圧器(T1’)の巻線部分(Lia’,Lib’)の直列回路に対して並列に、電圧制限構成部品(D2)が接続されている請求項8記載の回路装置。
[10]
変圧器は、少なくとも1つの、周期的に繰り返される時間間隔でスイッチングするスイッチング手段(S,Q,Q1)を有しており、気体放電の点火がうまく行なわれた後、前記少なくとも1つのスイッチング手段(S,Q,Q1)のスイッチング周波数を変えるための手段(ST)が、高圧放電ランプ(La)内に設けられている請求項1記載の回路装置。
[11]
少なくとも1つのスイッチング手段(S,Q,Q1)のスイッチング周波数を変えるための手段(ST)は、高圧放電ランプ内で気体放電がうまく点火した直ぐ後、少なくとも1つのスイッチング手段(S,Q,Q1)のスイッチング周波数が急速に変化し、それに続いて、前記高圧放電ランプの立ち上がり期間又は始動期間中、スイッチング周波数が連続的又はほぼ連続的に変化するように構成されている請求項10記載の回路装置。

Drawings

[ Fig. 1]

[ Fig. 2]

[ Fig. 3]

[ Fig. 4]

[ Fig. 5]

[ Fig. 6]