专利名称：放电灯点灯装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种放电灯点灯装置，特别涉及在高压7jOl艮灯、高压钠光灯、金属卣化物灯(metal halide lamp )等的高亮度放电灯的点灯起动时， 防止流经高亮度放电灯的过大电流的放电灯点灯装置。
背景技术：
以往，作为对高压水银灯、高压钠光灯、金属卣化物灯等的高亮度 放电灯进行点灯的点灯装置，已知有图5所示的放电灯点灯装置。在图 5中，放电灯点灯装置100具有输入电源Vi，向放电灯电灯装置100 提供直流电压；电源电路l，将输入电源Vi的输出电压降压并输出；桥 电路4，对电源电路l的输出电压Vo, —边切换极性一边将其向放电灯 (例如，金属卣化物灯等的高亮度放电灯)5施加而使放电灯5进行交 流动作；点灯电路6，使放电灯5起动；控制电路102,控制电源电路l; 驱动电路103，驱动桥电路4。在放电灯点灯装置100中，电源电路1由开关元件Q5、 二极管D5、 扼流线圏L1、以及电容器C1构成，是一种斩波电路，其通过基于控制 电路102的输出信号，使开关元件Q5导通/截止，来将输入电压Vi降 压至规定的电压并输出。此时，控制电路102检测电源电路1的输出电 压Vo以及管电流Io，并基于这些值，为了向放电灯5提供必要的功率， 对电源电路1进行反馈控制。另外，桥电路4是由4个开关元件Q1、 Q2、 Q3、 Q4和与各开关 元件并联连接的二极管Dl、 D2、 D3、 D4所构成的全桥电路，通过基 于驱动电路103的输出信号，使一对开关元件Q1、 Q4和另一对开关元 件Q2、 Q3交替地导通/截止，来以交流低频矩形波的方式向放电灯5 提供功率，并稳定地维持放电灯5的点灯。另外，点灯电路6是产生用 于使放电灯5起动的高压脉冲的点火器，虽然在图示中予以省略，但点 灯电路6是由作为脉冲发生器的触发电路和用于使脉冲升压的脉冲变压 器构成。
一般情况下，在放电灯(例如，高压水银灯、高压钠光灯、金属卣 化物灯等的高亮度放电灯)的点灯时，若将高压脉冲施加于放电灯，则 在放电灯的内部会产生绝缘破坏，经过辉光放电后转向电弧放电。此时，由于放电灯的灯阻抗急速降低，所以蓄积于电源电路l的电容器C1的 电荷快速地放电，成为瞬间的过大电流而流入放电灯5中。在如图5所 示的放电灯点灯装置100那样的以往的放电灯点灯装置中，存在以下的 问题，即，由于该过大电流而产生放电灯电极的磨损，使放电灯的寿命 减短。因此，提出有如图6以及图7中所示的、对流经放电灯的过大电 流进行抑制的放电灯点灯装置。图6所示的放电灯点灯装置200，除具有与图5所示的放电灯点灯 装置100大致相同的构成外，还具有过电流控制电路207，该过电流控 制电路207，在检测流经放电灯5的管电流Io并将其与特定的基准值进 行比较，仅在确定所检测出的电流Io为过大电流期间，对驱动电路203 进行控制，以使桥电路4进行通常的低频动作的同时，还以高频进行斩 波动作。由此，谋求抑制放电灯在起动时的过大电流(例如，参照专利 文献l)。另外，图7所示的放电灯点灯装置300，除具有与图5所示的放电 灯点灯装置100大致相同的构成外，还具有点灯检测电路307，该点灯 检测电路307，监视电源电路1的输出电压Vo而检测放电灯5的点灯， 驱动电路303，在点灯检测电路307对放电灯5的点灯进行检测之前， 通过较低地设定桥电路4的开关元件Ql ~ Q4的栅极电压或基极电流， 来限制流经开关元件Ql ~ Q4的电流，并在点灯检测电路307检测到放 电灯5的点灯之后进行动作，以使栅极电压或基极电流上升至正常值。 由此，谋求抑制放电灯在起动时的过大电流(例如，参照专利文献2)。专利文献l:日本专利第3， 258， 758号说明书(权利要求l、权 利要求2、图1)专利文献2:日本特开2005 - 5185号公报(权利要求3、图7 )然而，在这种以往的放电灯点灯装置中，存在以下问题。例如，在 图6所示的放电灯点灯装置200中，为了有效地实施基于斩波动作的过 电流抑制，需要增大存在于放电路径中的电感(例如，点灯电路6的脉 冲变压器的次极电感)，这样将很难实现放电灯点灯装置的小型化，低 价格化。另外，对于高周波的斩波动作来说，当在被导通/截止驱动的一对开关元件(例如Q1、 Q4)中流经的电流和在开关元件Q1-Q4全 部截止时的死区时间时流经二极管(例如D2、 D3)的电流，为不连续 模式的情况下，流向放电灯5的电流会降低至可以维持电弧放电的电流 以下，导致放电灯断灭。另一方面，在使这些电流设为连续模式的情况 时，当在死区时间流经二极管(例如D2、 D3)的电流截止时，由于有 过大的恢复电流流过，所以功率损耗增大。另外，还存在如下问题，即， 由于需要以低频和高频两个方式来驱动开关元件Q1~Q4，所以一使得过 电流控制电路207以及驱动电路203非常复杂的同时，由于在放电灯起 动时以高频方式驱动开关元件(例如Ql、 Q4)，所以增大了周边电路 因噪音而进行误动作的可能性。另外，在图7所示的放电灯点灯装置300中，还存在如下的问题， 即，在由MOSFET构成开关元件Q1~Q4的情况下，由于MOSFET 的栅极源极间电压的阀值存在温度特性，且当温度上升时，阀值下降， 所以，即使在放电灯5的点灯之前将各开关元件Ql ~ Q4的栅极源极间 电压设定为较低值，来限制流经MOSFET的电流值，由于随着温度上 升而引起的阀值的下降，已经进行了抑制的电流值与低温时相比变得非 常大，无法高精度地抑制过大电流。另外，还存在如下问题，即，在放 电灯5起动时，在不能维持电孤放电而转向辉光放电的情况下，由于不 能向放电灯5施加能够维持辉光放电的足够的电压，导致放电灯5断灭。 并且，还存在如下问题，即，如开关元件Q1、 Q3那样，在源极电压高 于接地电位的情况下，用于控制该栅极源极之间电压的驱动电路303变 得非常复杂。发明内容本发明是鉴于上述课题完成的，目的在于提供一种抑制流经放电灯 的过大电流，防止放电灯的电极磨损，从而实现长寿命的同时，廉价且 小型的放电灯点灯装置。为了达成上述目的，本发明所涉及的放电灯点灯装置，具有输入 电源；电源电路，将该输入电源的输出电压升压或降压并输出；桥电路， 对该电源电路的输出电压， 一边切换极性一边将其向放电灯施加而使该
放电灯进行交流动作；点灯电路，使上述放电灯起动；控制电路，控制 上述电源电路；驱动电路，驱动上述桥电路，其特征在于，上述桥电路 由两个串联电路构成，它们分别是由与上述电源电路的正极侧连接的第 一开关元件以及与上述电源电路的负极侧连接的第二开关元件构成的 串联电路，和由与上述电源电路的正极侧连接的第三开关元件以及与上 述电源电路的负极侧连接的笫四开关元件构成的串联电路，在上述第二 开关元件与上述笫四开关元件的连接点，和上述电源电路的负极侧之 间，连接有过电流抑制电路，该过电流抑制电路由电阻元件和与该电阻 元件并联连接的开关元件构成。根据本发明，通过将由电阻元件、和与该电阻元件并联连接的开关 元件构成的过电流抑制电路，连接到第二开关元件与第四开关元件的连 接点，和直流电源的负极侧之间，可以与流经放电灯的电流的增大相应， 降低第二开关元件以及第四开关元件的栅极电压或基极电流，限制流经 这些开关元件的电流，所以可以实现抑制流经放电灯的过大电流。另外， 这样的过电流抑制不需使用特殊的驱动电路即可自动地实施，而且，不 需要使用具有较大电感值的电感，所以有利于放电灯点灯装置的小型 化、低成本化。并且，在流有过大电流时，上述第二开关元件以及上述第四开关元 件，在不饱和区域进行动作，由此，可有效地抑制过大电流。另外，由上述控制电路来控制上述过电流抑制电路的开关元件，以 使其在上述过大电流在上述放电灯中流动时截止，在上述过大电流流动 结束后导通，由此，可以将没有过大电流流动时的由于过电流抑制电路 而引起的损耗抑制在最小限度。本发明由于如上构成，所以可以提供一种可抑制流经放电灯的过大 电流，并防止放电灯的电极磨损，从而实现长寿命的同时，廉价且小型 的放电灯点灯装置。
图l是表示本发明所涉及的放电灯点灯装置的一实施方式的电路结 构图。
图2是表示图l所示的放电灯点灯装置在起动时的动作的动作状态图。图3表示典型的MOSFET的特性的曲线图，(a)是以栅极源极间 电压为参数表示与漏极源极间电压相对的漏极电流的输出特性图，(b ) 是以温度为参数表示与栅极源极间电压相对的漏极电流的特性图。图4是表示放电灯点灯装置在起动时，发生了不能维持电弧放电， 而转向辉光放电的现象的情况下的动作的动作状态图。图5是表示以往的放电灯点灯装置的一例的电路结构图。图6是表示具有过电流抑制功能的以往的放电灯点灯装置的一例的 电路结构图。图7是表示具有过电流抑制功能的以往的放电灯点灯装置的另外的 例子的电路结构图。图中l-电源电路；2-控制电路；3-驱动电路；4-桥电路；5 -放电灯；6-点灯电路；7-过电流抑制电路；Ql-第一开关元件； Q2-第二开关元件；Q3-笫三开关元件；Q4-第四开关元件；Q6 -开 关元件(过电流抑制电路)；Rl-电阻元件。
具体实施方式
下面，基于附图，对本发明的实施方式进行说明。图l是表示本发 明的一实施方式中的放电灯点灯装置10的电路结构图.在图1中，放 电灯点灯装置IO具有输入电源Vi，向放电灯点灯装置IO提供直流电 压；电源电路l，将输入电源Vi的输出电压进行降压并输出；桥电路4， 将电源电路l的输出电压， 一边切换极性一边将其向放电灯5施加，以 使放电灯5进行交流动作；点灯电路6，使放电灯5起动；控制电路2， 对电源电路l以及后述的过电流抑制电路7进行控制；驱动电路3，驱 动桥电路4，且，将过电流抑制电路7连接在桥电路4的负极侧和电源 电路l的负极侧之间。在放电灯点灯装置10中，电源电路l由开关元件Q5、 二极管D5、 扼流线圏L1、以及电容器C1构成，是一种斩波电路，其基于控制电路 2的输出信号VQ5,使开关元件Q5以适当的频率以及占空比(on duty) 进行导通/截止动作，将输入电压Vi降压至规定的电压Vo并输出。控 制电路2检测电源电路1的输出电压Vo以及管电流Io，并基于这些值， 为了向放电灯5提供必要的功率，来对电源电路l进行反馈控制。另外，桥电路4由4个开关元件Ql、 Q2、 Q3、 Q4和与各开关元 件并联连接的二极管Dl、 D2、 D3、 D4构成，是具有两个串联电路的 全桥电路，它们分别是由与电源电路1的正极侧连接的第一开关元件 Ql以及与电源电路1的负极侧连接的第二开关元件Q2构成的串联电 路，和由与电源电路l的正极侧连接的第三开关元件Q3以及与电源电 路l的负极侧连接的第四开关元件Q4构成的串联电路。桥电路4基于 驱动电路3的输出信号VQ1~VQ4,通过使一对开关元件Ql、 Q4和另 一对开关元件Q2、 Q3交替进行导通/截止动作，来以交流低频矩形波 的方式向放电灯5供给功率，稳定地维持放电灯5的点灯。这些开关元 件Ql ~ Q4优选为由MOSFET构成，这种情况下，可以将各二极管Dl ~ D4设为内置于各开关元件Q1 Q4中的寄生二极管。另外，点灯电路6 是产生用于使放电灯5起动的高压脉冲的点火器，虽然省略图示，但是， 由作为脉冲发生器的触发电路和用于使脉冲升压的脉冲变压器构成。另外，如上所述，在桥电路4的负极侧(即第二开关元件Q2和第 四开关元件Q4的连接点)和电源电路l的负极侧之间，还连接有过电 流抑制电路7，过电流抑制电路7由电阻元件Rl和与电阻元件Rl并联 地连接的开关元件Q6构成。在本实施方式中，开关元件Q6优选为由 MOSFET构成，并基于控制电路2的输出信号VQ6而被导通/截止控制。本实施方式中的放电灯点灯装置10,其在放电灯5的电弧放电被稳 定地维持的稳态状态下的动作，由于与以往的放电灯点灯装置相同，所 以省略其说明，以下参照图2的动作状态图，对放电灯点灯装置10起 动时的动作进行详细说明。首先，在初始状态，设桥电路4为，开关元件Ql、 Q4导通(即 VQ1以及VQ4为规定的高电位)，开关元件Q3、 Q4截止(即VQ2以 及VQ3为低电位)的状态。另外，将过电流抑制电路7的开关元件Q6 设定为截止(即VQ6为低电位)。之后，在时刻tl若通过点灯电路6 向放电灯5施加高压脉冲，则在放电灯的内部会产生绝缘破坏，经过辉
光放电后转向电弧放电。此时，由于放电灯的灯阻抗急速降低，所以蓄积于电源电路l的电容器Cl的电荷，作为流经开关元件Ql、点灯电路 6、放电灯5、开关元件Q4、电阻元件R1的路径的管电流Io，而快速 地开始放电。在时间tl~t2内，管电流Io增大。此时，若分别将电阻元件Rl 的两端间电压设为VR1、开关元件Q4的栅极源极间电压设为VGS、以 及从驱动电路3输出的开关元件Q4的驱动电压设为VQ4，则得到VGS = VQ4 — VR1 = VQ4 - Rl x 10(1 )因此，随着管电流Io的增加，开关元件Q4的栅极源极间电压VGS减 少，在时刻t2，根据所使用的开关元件的特性而达到一定的平衡值。关于这一点，基于图3所示的MOSFET的典型的输出特性图，进 行具体地说明。其中，图3中(a)是以栅极源极间电压为参数表示与 漏极源极间电压相对的漏极电流的输出特性图，图3中(b)是以温度 为参数表示与栅极源极间电压相对的漏极电流的特性图。作为开关元件 Q4使用具有图3所示的特性的MOSFET，例如当将VQ4设为12V、 电阻元件Rl的电阻值设为1Q、管电流Io设为7A时，开关元件Q4 的栅极源极间电压VGS下降至5V，开关元件Q4在不饱和区域进行动 作。并且，在25° C的环境下，由于可流过达到8A的漏极电流，所以 虽然Io从7A开始上升，但如果考虑到图3(b)所示的特性和上述U) 式，在Io约为7.1A、 VGS约为4.9V的程度达到平衡，因此Io就被限 制在7.1A。另外，即使在100。 C的环境下，情况也相同，即以Io约 为7.5A、 VGS约为4.5V达到平衡，Io被限制在7.5A。与此点相关，在图7所示的以往的放电灯点灯装置300中，作为其 开关元件Q1~Q4使用相同的MOSFET，当将放电灯起动前的栅极源 极间电压设定为5V的情况下，虽然在25。 C的环境下的Io可被抑制 在8A，但是在100° C的环境下，该限制值将达到12A这样非常大的 值。与此相比较，本实施方式中的放电灯点灯装置10，如上所述，利用 具有简单的结构的过电流抑制电路7，针对温度变动而实现了稳定的过 电流抑制。另外，为了实施过电流抑制所进行的开关元件Q4的栅极源 极间电压VGS的调整，是通过电阻元件Rl的两端间电压VR1来自动 地实施的，不用使驱动电路3的输出电压VQ4从规定的高电位开始变 动，因此为了驱动桥电路4，可以按原样地使用以往的驱动电路。之后，在时间t2 ~ t3期间，开关元件Q4的栅极源极间电压被维持 在时刻t2所达到的平衡值(例如，约为4.9V)，管电流Io也被抑制为 与该值相应的限制值(例如，上述约为7.1A),没有产生在表示Io的图 中用虚线表示的那样的过大电流的波形。之后，在时刻t4，过大电流的 放电结束，放电灯5成为温度上升电弧放电稳定后的状态(稳态状态)。 此时，控制电路2，检测出电源电路1的输出电压Vo已充分降低，在 时刻t5使过电流抑制电路7的开关元件Q6导通。由此，开关元件Q4 的栅极源极间电压VGS大致恢复至来自驱动电路3的驱动电压VQ4， 之后，实施基于桥电路4的通常的交流点灯。在过大电流流动结束后，若将开关元件Q6保持为截止状态不变， 则稳态电流Io会持续流过电阻元件Rl。例如，当稳态电流Io为2A、 电阻元件Rl为lO时，其消耗功率将达到4W，产生非常大的损耗。因 此，在放电灯点灯装置10中，在过大电流流动结束后，通过4吏开关元 件Q6导通，可以使过电流抑制电路7的实际的电阻值降至电阻元件Rl 和开关元件Q6的导通电阻的合成电阻值，其中开关元件Q6的导通电 阻值优选为比电阻元件R1的电阻值充分地小，从而将过电流抑制电路 7中产生的损耗抑制在最小限度。这里，用于判别使开关元件Q6导通的时刻(t5)的方法，不局限 于对电源电路l的输出电压Vo的检测，也可以通过控制电路2监视管 电流Io来进行判别，或者通过使控制电路2具备计时电路，并对一定 时间的经过进行计测来进行判别。另外，开关元件Q6也并不局限于 MOSFET，也可以使用如双极型晶体管、IGBT、晶闸管、双向可控珪、 继电器等开关元件。另外，作为电阻元件Rl，也可以使用热敏电阻或 带有温度熔断器的电阻。下面，参照图4所示的动作状态图，对在放电灯点灯装置10起动 时，发生了不能维持电弧放电，而转向辉光放电的现象的情况下的动作 进行说明。此外，在以下的说明中，省略了与参照图2所述的动作相同 的动作的i^明。
在图4中，向辉光放电的转移发生在时刻t3。在时间t3~t4，管 电流Io快速地减少，与此同时，开关元件Q4的栅极源极间电压VGS 上升，因此开关元件Q4在饱和区域进行动作，而并非在不饱和区域。 此时，由于开关元件Q4的漏极源极间电压VDS，与其漏极电流(即管 电流Io)相应而变得非常小，所以向放电灯5几乎按原样地施加电源电 路l的输出电压Vo，可以充分地维持辉光放电。之后，从辉光放电再 次向电孤放电转移，在t4时刻以后，实施与参照图2所述的动作相同 的动作。这样，在放电灯点灯装置10中，开关元件Q4的栅极源极间电 压的调整，以及与此同时的动作区域的饱和区域和不饱和区域之间的变 迁，由于与管电流Io的增减相应而自动地实施，所示可以容易地防止 放电灯5的断灭。在以上的说明中，对于放电灯点灯装置10的初始状态，虽然将桥 电路4设为开关元件Ql、 Q4导通、以及开关元件Q2、 Q3截止的状态， 但是也可以与之相反地，i殳为开关元件Q2、 Q3导通、以及开关元件 Ql、 Q4截止，这种情况下，同样地，由电流抑制电路7自动调整开关 元件Q2的栅极源极间电压。另外，作为桥电路4的开关元件Q1~Q4、以及电源电路l的开关 元件Q5，也可以使用双极型晶体管和IGBT。作为桥电路4的开关元件 Q1-Q4，在使用双极型晶体管等的电流控制型元件的情况下，通过在 驱动电路3和开关元件Q2、 Q4的基极之间插入电阻，可在产生过大电 流时减少基极电流，并4吏开关元件Q2或开关元件Q4在不饱和区域动 作，来实施本发明所涉及的过电流抑制动作。此外，与各开关元件Ql~ Q4并联连接的二极管D1~D4也可以根据需要使用外接的二极管，并 且，电源电路l也并不局限于降压电路，也可以使用升压电路、升降压 电路。
权利要求
1.一种放电灯点灯装置，具有输入电源；电源电路，将该输入电源的输出进行升压或降压并输出；桥电路，对该电源电路的输出，一边切换极性一边将其向放电灯施加而使该放电灯进行交流动作；点灯电路，使上述放电灯起动；控制电路，控制上述电源电路；驱动电路，驱动上述桥电路，其特征在于，上述桥电路由两个串联电路构成，它们分别是由与上述电源电路的正极侧连接的第一开关元件以及与上述电源电路的负极侧连接的第二开关元件构成的串联电路，和由与上述电源电路的正极侧连接的第三开关元件以及与上述电源电路的负极侧连接的第四开关元件构成的串联电路，在上述第二开关元件与上述第四开关元件的连接点，与上述电源电路的负极侧之间，连接有过电流抑制电路，该过电流抑制电路由电阻元件、和与该电阻元件并联连接的开关元件构成。
2. 根据权利要求1所述的放电灯点灯装置，其特征在于，在流有 过大电流时，上述第二开关元件和上述第四开关元件，在不饱和区域进 行动作。
3. 根据权利要求1或2所述的放电灯点灯装置，其特征在于，由 上述控制电路来控制上述过电流抑制电路的开关元件，以使其在上述过 大电流在上述放电灯中流动时截止，在上述过大电流流动结束后导通。
全文摘要
本发明提供抑制流经放电灯的过大电流，防止放电灯的电极磨损，从而实现长寿命化的同时，廉价且小型的放电灯点灯装置。该放电灯点灯装置(10)具有输入电源(Vi)；电源电路(1)；由使放电灯(5)进行交流动作的开关元件(Q1～Q4)构成的桥电路(4)；点灯电路(6)；控制电源电路(1)的控制电路(2)；驱动桥电路(4)的驱动电路(3)，而且在桥电路(4)的负极侧和电源电路(1)的负极侧之间，连接有由电阻元件(R1)和与电阻元件(R1)并联连接的开关元件(Q6)所构成的过电流抑制电路(7)。利用该过电流抑制电路(7)，可自动调整流经开关元件(Q2、Q4)的电流，并可抑制起动放电灯(5)时的过电流。
文档编号H05B41/24GK101167409SQ20058004950
公开日2008年4月23日 申请日期2005年11月18日 优先权日2005年4月19日
发明者山下雅也 申请人:美蓓亚株式会社