放电灯点灯电路的制作方法

专利名称：放电灯点灯电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有用于使放电灯发生击穿(breakdown)的起动电路的放电灯点灯电路。
背景技术：
近年来作为车辆用灯具(前照灯)，正使用金属卤化物灯(以下称放电灯)来取代 以往的具有灯丝的卤素灯。放电灯与卤素灯相比，虽然具有发光效率高、寿命长的优点，但 由于需要数十至数百伏的驱动电压，所以无法用12V(或者24V)的车载电池直接驱动，需要 有放电灯点灯电路(也称作镇流器)。放电灯点灯电路具有使电池电压升压的DC/DC转换器、对DC/DC转换器的输出电 压进行交流变换的H桥电路等开关电路、起动电路、以及控制这些电路块的控制电路(例如 参考专利文献1)。起动电路是用于对放电灯施加高压脉冲而使点灯开始的电路，具有次级绕组连接 于放电灯的变压器。起动电路将DC/DC转换器的输出电压放大后脉冲式地施加到变压器的 初级绕组。由此，在变压器的次级绕组上产生高压脉冲。〔专利文献1〕日本特开平11-329777号公报

发明内容
〔发明所要解决的课题〕为产生高压脉冲，要对起动电路短时间内供给大功率。因此，由于起动电路的元 件、例如整流用的二极管中瞬间会流过大电流，所以需要使用额定电流大的二极管。这样的 二极管尺寸较大且价格高，所以会导致起动电路的尺寸变大、成本增加。本发明是鉴于这样的状况而设计的，其目的在于提供一种缩小了起动电路的尺寸 的放电灯点灯电路。或者提供一种削减了成本的放电灯点灯电路。〔用于解决课题的手段〕本发明的一个方案涉及一种放电灯点灯电路。该放电灯点灯电路包括DC/DC转 换器，输出用于提供给驱动对象放电灯的驱动电压；起动电路，为使放电灯发生击穿而产生 高压脉冲。DC/DC转换器包括输出电容器，输出驱动电压；输出二极管，一端被施加变动的 电压，另一端与输出电容器的一端相连。起动电路包括高压变压器，其次级绕组连接于放 电灯；电压放大电路，具有与输出二极管的一端相连的第一输入端子和与输出二极管的另 一端相连的第二输入端子，对驱动电压进行放大，生成用于提供给高压变压器的初级绕组 的充电电压。该放电灯点灯电路还包括用于限制电流的电流限制元件，设置于输出二极管 的一端与第一输入端子之间和输出二极管的另一端与第二输入端子之间的至少一者。所谓“电流限制元件”，例如可以是电阻或晶体管。根据该方案，对电压放大电路的输入端子设置电流限制元件，所以能限制输入到 起动电路的电流。
放电灯点灯电路可以还包括用于限制电流的第一电流限制元件，设置在输出二 极管的一端与第一输入端子之间；用于限制电流的第二电流限制元件，设置在输出二极管 的另一端与第二输入端子之间。此时，由于在电压放大电路的两个输入端子都设置电流限 制元件，所以能更加有效地限制所输入的电流。本发明的另一方案也是一种放电灯点灯电路。该放电灯点灯电路包括DC/DC转 换器，输出用于提供给驱动对象放电灯的驱动电压；起动电路，为使放电灯发生击穿而产生 高压脉冲。DC/DC转换器包括输出电容器，输出驱动电压；输出二极管，一端被施加变动的 电压，另一端与输出电容器的一端相连。起动电路包括高压变压器，其次级绕组连接于放 电灯；电压放大电路， 对驱动电压进行放大，生成用于提供给高压变压器的初级绕组的充电 电压。电压放大电路包括充电电容器，一端与输出二极管的一端相连；用于限制电流的电 流限制元件，设置在从输出二极管的另一端至充电电容器的另一端的电流路径上。根据该方案，电压放大电路具有电流限制元件。该电流限制元件设置在从输出二 极管的另一端至充电电容器的另一端的电流路径上。因此，能够限制输入到起动电路的电 流。放电灯点灯电路可以还包括串联连接在输出电容器的两端间的电阻和旁路开关。 旁路开关可以在放电灯点灯后断开。此时，在放电灯发生击穿前，输出电容器易于放电。DC/DC转换器可以包括输入变压器和与输入变压器的初级绕组串联连接的控制开 关。输出二极管和输出电容器与输入变压器的次级绕组串联连接，驱动电压由控制开关的 接通、断开所控制；该放电灯点灯电路可以还包括控制部，控制控制开关的接通和断开，在 至起动电路产生高压脉冲的期间，从外部电源供给到输入变压器的初级绕组的输入电压越 高，就使控制开关接通的期间越短。此时，能够抑制为产生高压脉冲所需要的期间因从外部 电源供给来的输入电压而变动的情况。〔发明效果〕基于本发明，能够缩小起动电路的尺寸。或者能削减成本。


图1是表示实施方式的放电灯点灯电路及其所连接的部件的结构的电路图。图2是表示图1的导通期间限制电路的结构的电路图。图3是表示图1的放电灯点灯电路的动作状态的时序图。图4的(a)和(b)是表示放电灯点灯电路的DC期间后的动作状态的时序图。图5是表示对比技术的放电灯点灯电路的电压放大电路外围情况的电路图。图6的(a)和(b)是表示变形例的电压放大电路及其外围情况的电路图。〔标号说明〕4...放电灯，6...车载电池，8...电源开关，10...共用电路，20...起动电路，
22...高压变压器，24...放电器，26...起动电容器，28...电压放大电路，30...控制 电路，100...放电灯点灯电路，CONV1...第一 DC/DC转换器，C0NV2...第二 DC/DC转换 器，Sffl...第一开关，SW2...第二开关，Rl...电流检测电阻，R2...第一电流限制电阻， R3...第二电流限制电阻，Vch...充电电压。
具体实施方式

下面基于优选的实施方式，参照

本发明。对各附图中所示的相同或等同 的构成要素、部件、信号赋予相同的标号，并适当省略重复的说明。在本说明书中，所谓“部件A与部件B相连接的状态”，包括部件A与部件B物理地 直接连接的情形，以及部件A与部件B经由不对电连接状态产生影响的其他部件间接相连 接的情形。同样地，所谓“部件C被设置在部件A与部件B之间的状态”，除部件A与部件C、 或部件B与部件C直接相连的情形外，还包括经由不对电连接状态产生影响的其他部件间 接相连接的情形。为开始放电灯的点灯，需要在放电灯的两端施加高压脉冲。实施方式的放电灯点 灯电路具有在电源接通后使该高压脉冲产生的起动电路。从对放电灯施加驱动电压的DC/ DC转换器的输出侧向该起动电路供给电力。在从该DC/DC转换器向起动电路的输入电流的 路径上设置用于限制该输入电流的电流限制电阻。由此，能够防止起动电路内的二极管等 元件中流过过大的电流。图1是表示实施方式的放电灯点灯电路100及其所连接的部件的结构的电路图。 放电灯点灯电路100驱动作为金属卤化物灯的放电灯4。放电灯点灯电路100与车载电池 (以下简称电池)6、电源开关8相连接。电池6产生12V (或者24V)的直流电池电压Vbat。电源开关8是为控制放电灯4 点灯的开和关而设的继电器开关，与电池6串联而设。当电源开关8变成接通时，从电池6 向放电灯点灯电路100供给电池电压Vbat。放电灯点灯电路100将被平滑化了的电池电压Vbat升压，并变换成交流后提供给 放电灯4。下面说明放电灯点灯电路100的详细结构。放电灯点灯电路100包括第一 DC/DC转换器C0NV1、第二 DC/DC转换器C0NV2、共 用电路10、起动电路20、第一开关SW1、第二开关SW2、电流检测电阻R1、第一电流限制电阻 R2、第二电流限制电阻R3、控制电路30、输入电容器Cin。输入电容器Cin与电池6并联而设，对电池电压Vbat进行平滑化。具体来说，输入 电容器Cin设置在第一变压器14、第二变压器16的附近，用于对第一 DC/DC转换器C0NV1、 第二 DC/DC转换器C0NV2的开关动作进行电压平滑化。控制电路30包含控制放电灯点灯电路100整体的功能IC(IntegratedCircuit)， 控制放电灯点灯电路100的动作顺序(sequence)，并调整提供给放电灯4的功率。控制电 路30通过执行以下顺序来使放电灯4点灯，并使其光输出稳定。1.电源接通2.发生击穿(breakdown)3. DC 期间4.提升(runup)5.稳态点灯各顺序的详细情况在后面叙述。第一 DC/DC转换器CONVl、第二 DC/DC转换器C0NV2、第一开关SWl、第二开关SW2、 以及控制电路30形成用于生成给放电灯4的驱动电压(也称灯电压)VL的驱动电压生成 部。驱动电压生成部在上述提升期间和稳态点灯期间向放电灯4的两端间供给第一频率(点灯频率)fl的交流驱动电压VL。第一频率fl被设定在IOkHz以下，具体来说被设定为 250Hz 750Hz左右。将点灯频率fl的倒数称为点灯周期Tl ( = Ι/fl)。 第一DC/DC转换器CONVl是绝缘型的开关稳压器，包括第一开关元件Ml、第一变压 器14、第一整流二极管D1、第一输出电容器Col。第一变压器14的初级绕组Ll和第一开关元件Ml相串联，再与输入电容器Cin并 联地设在第一 DC/DC转换器CONVl的输入端子Pin与接地端子(GND)之间。例如第一开关 元件 Ml 由 N 沟道 MOSi7ET (Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor 金属氧 化物半导体场效应晶体管)构成。第一变压器14的次级绕组L2的一端接地，另一端与第 一整流二极管Dl的阳极相连。第一输出电容器Col设在第一整流二极管Dl的阴极与接地 端子之间。第一开关元件Ml的控制端子(栅极)上被施加比上述第一频率fl高的第二频率 f2的第一控制脉冲信号Si。例如在稳态点灯状态下，第二频率f2是400kHz。第一开关元 件Ml在第一控制脉冲信号Sl为高电平时导通，在其为低电平时截止。随着第一开关元件 Ml的导通和截止，第一变压器14的次级绕组L2的另一端的电压发生变动。通过该电压变 动和第一整流二极管Dl的整流作用，第一输出电容器Col被充电。第一 DC/DC转换器CONVl可以切换活动状态和非活动状态。在活动状态下，被充 电了的第一输出电容器Col向放电灯4的一端Pl提供第一驱动电压(以下也称输出电压) Vol。在放电灯4发生击穿前、放电灯点灯电路100的负载可视为开路时(以下称负载 开路状态)，控制第一控制脉冲信号Sl使得第一驱动电压Vol成为目标电压Vt、例如400V。 控制电路30在第一驱动电压Vol达到目标电压Vt前和后，切换第一 DC/DC转换器C0NV1的 控制的模式。将第一驱动电压Vol达到目标电压Vt前的控制模式称为第一控制模式，将第 一驱动电压Vol达到目标电压Vt后的控制模式称为第二控制模式。在第二控制模式下，进 行以目标电压Vt为分界反复执行第一 DC/DC转换器C0NV1的起动/停止的间歇控制。因 此，第一控制模式下的第一控制脉冲信号Sl的第二频率f2比第二控制模式下的第二频率 f 2尚。第二 DC/DC转换器C0NV2具有同第一 DC/DC转换器C0NV1 —样的电路布局。艮口， 第一整流二极管Dl与第二整流二极管D2、第一输出电容器Col与第二输出电容器Co2、第 一变压器14与第二变压器16、第一开关元件Ml与第二开关元件M2分别相互对应。第二开 关元件M2的导通和截止是通过基于放电灯4的电状态的反馈，由控制电路30生成的第二 控制脉冲信号S2控制的。 第二 DC/DC转换器C0NV2也能够切换活动状态和非活动状态，在活动状态下，向放 电灯4的另一端P2提供第二驱动电压(以下也称第二输出电压)Vo2。 第一开关SWl设在放电灯4的一端Pl侧，在导通状态下使放电灯4的一端Pl与 固定电压端子(接地端子)之间电导通。第二开关SW2设在放电灯4的另一端P2侧，在导 通状态下使放电灯4的另一端P2与接地端子之间电导通。第一开关SWl和第二开关SW2 优选使用IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor 绝缘栅双极型晶体管)或M0SFET，但 也可以使用其它替代器件。第一开关SW1、第二开关SW2各自的导通、截止状态分别由来自 控制电路30的控制信号S3、S4控制。
第一 DC/DC转换器CONVl和第二 DC/DC转换器C0NV2按点灯周期Tl (即按第一频 率fl)交替反复活动状态和非活动状态。即，第一 DC/DC转换器CONVl活动的期间和第二 DC/DC转换器C0NV2活动的期间分别为点灯周期Tl的半周期。下面将第一 DC/DC转换器 CONVl活动的状态称为第一状态Φ 1，将第二 DC/DC转换器C0NV2活动的状态称为第二状态 Φ 2。第一开关SWl在第二 DC/DC转换器C0NV2活动时、即第二状态Φ 2下导通，第二开关 SW2在第一 DC/DC转换器CONVl活动时、即第一状态Φ 1下导通。在第一状态Φ 1下，放电灯4的一端Pl被施加第一驱动电压Vol，另一端P2被施加接地电压(0V)，其结果，放电灯4被以第一极性施加驱动电压VL( Vol)。在第二状态 Φ 2下，放电灯4的另一端Ρ2被施加第二输出电压Vo2，一端Pl被施加接地电压，其结果， 放电灯4被以与第一极性相反的第二极性施加驱动电压VL( ^ Vo2)。在DC期间和稳态点灯期间，控制电路30按点灯周期Tl交替反复第一状态Φ 1和 第二状态Φ2。其结果，放电灯4被提供交流的驱动电压VL。电流检测电阻Rl被设在流向放电灯4的灯电流IL的路径上。在图1的电路中， 是被设置在第一开关SWl和第二开关SW2的被共连在一起的射极与接地端子之间。在第一 状态Φ 1下，以第一极性(图中向右)流动的灯电流流向放电灯4，在第二状态下，以第二极 性(图中向左)流动的灯电流流向放电灯4。在第一状态Φ 1和第二状态Φ 2下，电流检测 电阻Rl上分别产生与灯电流IL成正比的电压降(称作电流检测信号S1J。电流检测信号 Stt被输入到控制电路30。起动电路20为使放电灯4发生击穿而产生高压脉冲，施加到放电灯4的一端Pl。 起动电路20包括高压变压器22、放电器(spark-gap) 24、起动电容器26、电压放大电路28。高压变压器22的次级绕组L4连接于放电灯4的一端P1。高压变压器22的初级 绕组L3的一端接地，另一端连接于放电器24的一端。放电器24是当其两端间被施加绝缘 击穿电压、例如800V的电压时导通的公知的放电隙型开关。一端被接地的起动电容器26 的另一端与放电器24的另一端相连接。由此，当起动电容器26的电压超过绝缘击穿电压 时，放电器24导通，初级绕组L3中流过脉冲电流。基于该脉冲电流而次级绕组L4上产生 的高压脉冲被施加到放电灯4的一端P1。电压放大电路28对第一驱动电压Vol进行放大，生成用于对起动电容器26充电 的充电电压Vch。充电电压Vch被施加到起动电容器26与放电器24之间的第一连接节点 Ni。由于在起动电容器26超过绝缘击穿电压时放电器24导通，高压变压器22的初级绕组 L3中流过电流，所以充电电压Vch可以说是用于提供给高压变压器22的初级绕组L3的电压。电压放大电路28包括第一电容器Cl、第二电容器C2、第三电容器C3、第三整流二 极管D3、第四整流二极管D4、第五整流二极管D5、第六整流二极管D6。第二电容器C2的一端经由后述的第一电流限制电阻R2而与第一整流二极管Dl 的阳极相连。将该阳极的电压称作阳极电压Van。也可以将第二电容器C2的一端称作对起 动电路20的第一输入端子P3。第三整流二极管D3的阳极和第一电容器Cl的一端经由后 述的第二电流限制电阻R3而与第一整流二极管Dl的阴极相连。将该阴极的电压称作阴极 电压Vca。也可以将第三整流二极管D3的阳极与第一电容器C 1的一端之间的第二连接节 点N2称作对起动电路20的第二输入端子P4。
第二电容器C2的另一端和第三整流二极管D3的阴极连接于第四整流二极管D4的阳极，第四整流二极管D4的阴极连接于第一电容器Cl的另一端。第三电容器C3的一端与第二电容器C2的另一端相连。第一电容器Cl的另一端 与第五整流二极管D5的阳极相连，第五整流二极管D5的阴极连接于第三电容器C3的另一 端。第三电容器C3的另一端与第六整流二极管D6的阳极相连。第六整流二极管D6的阴 极与第一连接节点W相连接，第一连接节点W被供给充电电压Vch。考虑负载开路状态。当基于第一开关元件Ml的导通和截止，第一整流二极管Dl 的阳极电压Van在例如OV 400V间变动时，通过第一整流二极管Dl的整流作用，第一输 出电容器Col被充电到约400V。另外，通过第三整流二极管D3的整流作用，第二电容器C2 的另一端的电压也随着第一整流二极管Dl的阳极电压Van的变动而在约400V 800V间 变动。由于第一电容器Cl的一端被施加第一输出电容器Col的充电电压、即400V，所以通 过第四整流二极管D4的整流作用，第一电容器Cl的另一端成为约800V。在第二电容器C2的另一端的电压在约400V 800V间变动时，第三电容器C3的 另一端的电压通过第五整流二极管D5的整流作用而在约800V 1200V间变动。该第三电 容器C3的另一端的电压被作为充电电压Vch经由第六整流二极管D6而施加到第一连接节 点m上，对起动电容器26进行充电。第一电流限制电阻R2被设置在第一整流二极管Dl的阳极与作为起动电路20的 第一输入端子P3的第二电容器C2的一端之间。第二电流限制电阻R3被设置在第一整流 二极管Dl的阴极与作为起动电路20的第二输入端子P4的第二连接节点N2之间。第一电流限制电阻R2和第二电流限制电阻R3对提供给起动电路20的电流量进 行限制，规定起动电容器26的充电速度。被施加在第一电流限制电阻R2和第二电流限制电阻R3的端子上的电压最高也只 是第一驱动电压Vol的目标值程度、即400V左右。因此，对于第一电流限制电阻R2和第二 电流限制电阻R3无需要求太高的耐压性能。特别是在放电灯点灯电路100被形成于陶瓷 衬底的情况下，可以将第一电流限制电阻R2和第二电流限制电阻R3作为印刷电阻形成在 陶瓷衬底上。此时，能够使放电灯点灯电路100小型化，还能削减成本。共用电路10在放电灯4点灯前、即发生击穿前，使第一输出电容器Col的两端间 经由电阻相连接，提高第一输出电容器Col的放电速度。此外，共用电路10在放电灯4点 灯后、即发生击穿后，辅助放电灯4的电弧成长。共用电路10包括旁路电阻R4、点灯辅助电容器C4、点灯辅助电阻R5、第三开关 SW3、第七整流二极管D7。点灯辅助电容器C4、点灯辅助电阻R5及第三开关SW3串联连接在第一输出电容器 Col的两端间。第七整流二极管D7与第三开关SW3并联，其阳极配置在接地端子GND侧。 第三开关SW3在放电灯4点灯前导通，在点灯后截止。因此，在放电灯4点灯前，点灯辅助 电容器C4通过第一 DC/DC转换器CONVl而被充电，在放电灯4点灯后，蓄积在点灯辅助电 容器C4中的电力被提供给放电灯4，促使电弧成长。第三开关SW3的导通和截止由来自控制电路30的旁路信号S5控制。旁路电阻R4与第三开关SW3串联连接在第一输出电容器Col的两端间。旁路电 阻R4与点灯辅助电容器C4并联设置。在放电灯4点灯前、进行对起动电容器26充电的期间内，旁路电阻R4和点灯辅助电阻R5上流过旁路电流，第一输出电容器Col和点灯辅助电 容器C4放电这部分电量。在放电灯4发生击穿而点灯后，流过旁路电阻R4的旁路电流变得不再流通，旁路 电阻R4所引起的第一 DC/DC转换器CONVl的输出的损失被降低。 在此说明设置旁路电阻R4和第三开关SW3的目的。即使高压脉冲被施加到放电灯4，有时放电灯4也不发生击穿。此时，控制电路30 再次对起动电容器26充电，使之产生高压脉冲。然后，控制电路30继续高压脉冲的产生， 直到放电灯4发生击穿。将电压放大电路28开始对起动电容器26的充电至产生高压脉冲的期间称作脉冲 间隔(pulse interval)。在最初产生高压脉冲时，第一输出电容器Col和点灯辅助电容器C4从OV起被充 电。因此，控制电路30以第一控制模式控制第一 DC/DC转换器CONVl，直到第一输出电容器 Col和点灯辅助电容器C4被充电到目标电压Vt。在第一控制模式下，以更高的第二频率f2 使第一开关元件Ml导通、截止。其结果，最初产生高压脉冲时的起动电容器26的充电速度 较快，脉冲间隔较短。第二次及以后产生高压脉冲时，第一输出电容器Col和点灯辅助电容器C4已被充 电到目标电压Vt。因此，控制电路30以第二控制模式控制第一 DC/DC转换器C0NV1。在此，考虑假如没有旁路电阻R4的情况，此时控制电路30以比第一控制模式的第 二频率f2低的频率使第一开关元件Ml导通和截止。因此，起动电容器26的充电速度变慢， 脉冲间隔变长。但在本实施方式中，当在负载开路状态下产生高压脉冲时，旁路电阻R4上流过使 第一输出电容器Col和点灯辅助电容器C4放电的旁路电流。因此，在第二控制模式下变成 Vol > Vt时的放电速度上升，间歇控制的周期变短。由此，因第二控制模式下的第二频率 f2变高，所以能够更加缩短第二次及以后的产生高压脉冲时的脉冲间隔。其结果，即使在需 要施加多次高压脉冲来使放电灯击穿的情况下，也能更快地使放电灯4点灯。另外，由于第二次及以后的产生高压脉冲时的脉冲间隔变短，所以总体上脉冲间 隔的长度较稳定。若脉冲间隔过短，则可能出现控制电路30及其外围电路来不及准备的情 况，点灯的起动会变得不稳定，点灯性能可能下降。而如果脉冲间隔过长，则当反复出现数 次点灯错误时，用户可能会感觉到点灯的延迟，从而会使用户感觉到不顺畅或不安。因此， 优选脉冲间隔的长度稳定在合适的长度。控制电路30包括图1中未图示的导通期间限制电路32。图2是表示导通期间限 制电路32的结构的电路图。导通期间限制电路32输出用于确定第一控制脉冲信号Sl的导通期间长度的最大 值的导通期间限制信号Son。控制电路30在负载开路状态下使第一控制脉冲信号Sl的导 通期间的长度成为由导通期间限制信号Son所定的最大值。因此，导通期间限制电路32决 定负载开路状态下的第一控制脉冲信号Sl的导通期间的长度。 导通期间限制电路32在负载开路状态下接收表示电池电压Vbat的信息的电源信 息信号Sb，电池电压Vbat越高，就使第一控制脉冲信号Sl的导通期间越短。 导通期间限制电路32包括PWM比较器C0MP、振荡器38、分压电路40、吸/源电路(sink/source circuit)42。振荡器38生成第二频率f2的三角波状或锯齿波状的周期电压Vosc。PWM比较器COMP通过接收分压电路40所输出的阈值电压Vth，并将之与周期电压Vosc进行比较，来生成导通期间限制信号Son。PWM比较器COMP被构成使得阈值电压Vth 越低，就使导通期间限制信号Son所定的导通期间的最大值越小。分压电路40设定输入到PWM比较器COMP的阈值电压Vth。分压电路40包含第一 分压电阻R8和第二分压电阻R9。第一分压电阻R8和第二分压电阻R9被串联设置在预定 的基准电压Vref与接地电位之间。第一分压电阻R8与第二分压电阻R9之间的第三连接 节点N3的电压被作为阈值电压Vth输入到PWM比较器C0MP。在负载开路状态下，第三连接 节点N3被从吸/源电路42供给电流13，由该电流13的值来调节阈值电压Vth。以下将从第三连接节点N3向吸/源电路42吸入时的电流13的方向定义为正方 向。吸/源电路42接受电源信息信号Sb，电池电压Vbat越高，就使从分压电路40的 第三连接节点N3吸入的电流13的值越大。吸/源电路42包括缓冲器BUF、第一基准电阻 R6、第二基准电阻R7、第一基准侧晶体管M3、第一输出侧晶体管M4、第二基准侧晶体管M5、 第二输出侧晶体管M6、第一开关晶体管M7、第二开关晶体管M8、第八整流二极管D8。缓冲器BUF对电源信息信号Sb进行缓冲输出。缓冲器BUF、第一基准电阻R6、第 一基准侧晶体管M3、第一输出侧晶体管M4形成第一电流镜电路34，从第一输出侧晶体管M4 的集电极输出与流过第一基准电阻R6的第一基准电流Il相同的电流。作为第一基准侧晶 体管M3和第一输出侧晶体管M4，使用PNP型的双极型晶体管。第一基准侧晶体管M3和第 一输出侧晶体管M4的射极被共连于电源电压Vcc。第一电流镜电路34的输出端子、即第一 输出侧晶体管M4的集电极与第八整流二极管D8的阳极相连接。第八整流二极管D8的阴 极与第三连接节点N3相连接。以下，将从第一输出侧晶体管M4的集电极流向第八整流二极管D8的阳极的第一 基准电流Il的方向定义为正方向。第二基准电阻R7、第二基准侧晶体管M5、第二输出侧晶体管M6形成第二电流镜电 路36，使得从第二输出侧晶体管M6的集电极吸入与流过第二基准电阻R7的第二基准电流 12相同的电流。作为第二基准侧晶体管M5和第二输出侧晶体管M6，使用NPN型的双极型 晶体管。第二基准电阻R7的一端被施加电源电压Vcc，另一端连接于第二基准侧晶体管M5 的集电极。第二基准侧晶体管M5和第二输出侧晶体管M6的射极接地。第二电流镜电路36 的输出端子、即第二输出侧晶体管M6的集电极与第三连接节点N3相连接。以下将从第二输出侧晶体管M6的集电极流向第三连接节点N3的第二基准电流12 的方向定义为正方向。第一基准电流II、第二基准电流12、电流13之间成立下述式1的关系。<formula>formula see original document page 11</formula>
考虑可将第一基准侧晶体管M3、第一输出侧晶体管M4、第二基准侧晶体管M5、第 二输出侧晶体管M6的正向电压Vbe视为全都相等的情况。由第一电流镜电路34输出的第 一基准电流Il成为<formula>formula see original document page 11</formula>
这里Vb是电源信息信号Sb的电压，R6是第一基准电阻R6的电阻值。由第二电流镜电路36输出的第二基准电流12成为<formula>formula see original document page 12</formula>......(式 3)。这里R7是第二基准电阻R7的电阻值。考虑第一基准电阻R6和第二基准电阻R7 使用相同电阻值R6的电阻的情况。于是由式1、式2、式3得出13 = Vb/R6......(式 4)。这样，吸/源电路42提供的电流13就变得同正向电压Vbe无关。因此，即使正向 电压Vbe因温度变化等发生变动，电流13难以受到其影响，从而能够在较宽的温度范围内进 行更稳定的动作。第一开关晶体管M7和第二开关晶体管M8由控制电路30所生成的负载开路信号 Soc控制，该负载开路信号Soc在负载开路状态下为低电平，在这以外的状态下成为高电平。第一开关晶体管M7在负载开路信号Soc成为高电平时从第八整流二极管D8的阳 极侧将第一基准电流Il旁路到接地。第二开关晶体管M8在负载开路信号Soc成为高电平 时使第二电流镜电路36的被共连的基极成为接地电位。因此，负载开路信号Soc成为高电 平时，电流13不再供给到第三连接节点N3，阈值电压Vth被固定在由第一分压电阻R8和第 二分压电阻R9的比所决定的值。由此，在放电灯4点灯时，能够固定由导通期间限制信号 Son所决定的第一控制脉冲信号Sl的导通期间长度的最大值。以上是放电灯点灯电路100的结构。下面按照顺序说明其动作。图3是表示放电 灯点灯电路100的动作状态的时序图。图3的纵轴和横轴为理解方便而适当扩大、缩小了， 其所示的各波形也为便于理解而简化了。1.电源接通在时刻tl用户接通电源开关8后，放电灯点灯电路100起动。控制电路30使第 一 DC/DC转换器CONVl成为活动状态，使第一开关SWl成为截止状态(第一状态Φ 1)，将电 池电压Vbat升压到预定的目标电压Vt (400V)。这期间，第一 DC/DC转换器CONVl的第一输出电容器Col以及点灯辅助电容器C4 被以电压Vol ( 400V)充电，积蓄能量。2.发生击穿电压放大电路28将第一 DC/DC转换器CONVl的第一驱动电压Vol升压，对起动电 容器26充电。当起动电容器26的电压超过放电器24的绝缘击穿电压时，起动电容器26 导通，高压变压器22的初级绕组L3被供给脉冲状的电流。于是在高压变压器22的次级绕 组L4上产生与高压变压器22的匝数比相应的20kV以上的高压脉冲。其结果，放电灯4的 驱动电压上升到13 15kV程度，在时刻t2发生击穿，开始辉光(glow)放电。若最初的高压脉冲没能使得发生击穿，则再次对起动电容器26充电，对放电灯4 施加高压脉冲。放电灯4发生击穿后，为使放电灯4不立刻熄灭，从第一输出电容器Col和点灯辅 助电容器C2向放电灯4供给数安(具体来说是IOA程度)的大电流。3. DC 期间发生击穿后，控制电路30首先在第一状态Φ 1下进行控制使得向第一极性方向流约IOms时间的灯电流IL。接下来控制电路30进行控制使得切换到第二状态Φ2，向第二极性方向流约IOms时间的灯电流IL。将该期间称作DC期间ΦΒ。。在该DC期间内，使 得从辉光放电转变为电弧放电。图4的(a)、(b)是表示放电灯点灯电路100的DC期间后的动作状态的时序图。 图4的(a)、(b)中纵轴和横轴为理解方便而适当扩大、缩小了，其所示的各波形也为便于理 解而简化了。图4的(a)、(b)分别表示提升(runup)过程和稳态点灯时的波形。4.提升随着电弧放电的成长，放电灯4的光输出也提升。光输出的提升是由规格所定的， 为能得到符合规格的光输出(功率)，控制电路30监视第一输出电压Vol、第二输出电压 Vo2、灯电流IL，并通过反馈来调节第一开关元件Ml、第二开关元件M2的导通截止的占空 比。放电灯点灯电路100在提升期间使放电灯4的光输出急速提升，所以会暂时供给高于额 定功率的过功率，之后使灯电压稳定在45V，使灯电流IL稳定在0. 8A，接近额定功率(35W)。5.稳态点灯经过提升过程，放电灯4的光输出稳定后，提供给放电灯4的功率被稳定在额定值 35W(图4的(b))。图4的(a)、(b)中所示的驱动电压VL和灯电流IL的波形为便于观看 而简略了，实际上具有250Hz 750Hz的频率。以上是实施方式的放电灯点灯电路100的动作。该放电灯点灯电路100与以往的 放电灯点灯电路相比具有以下优点。(1)在电压放大电路28为使放电灯4发生击穿而对起动电容器26充电时，连接于 起动电路20的输入级的第一电流限制电阻R2和第二电流限制电阻R3限制输入到电压放 大电路28的电流的值。因此，能防止在电压放大电路28的电压放大过程中，第三整流二极 管D3、第四整流二极管D4、第五整流二极管D5、第六整流二极管D6等元件中脉冲式地流过 大电流。由此，作为这些二极管，可以使用更小型、更便宜的器件，从而能使起动电路20小 型化，并削减成本。(2)第三开关SW3除作为用于使点灯辅助电容器C4充电的开关外，还被兼用作放 电灯4点灯后使流过旁路电阻R4的旁路电流截止的开关。因此，在实现点灯辅助功能和降 低损耗功能时能削减一个开关，所以有利于电路规模的缩小和成本的削减。(3)导通期间限制电路32在起动电容器26被充电时，电池电压Vbat越高就使第 一控制脉冲信号Sl的导通期间越短。因此，经由第一变压器14送往次级绕组L2侧的能量 对电池电压Vbat的依赖程度减小。其结果，能使最初产生高压脉冲时的脉冲间隔相对于电 池电压Vbat的变动稳定化。由此，能实现更高品质的点灯特性。在此，为使本实施方式的放电灯点灯电路100所具有的优点更加明确，对本发明 人所研究的对比技术进行说明。图5是表示对比技术的放电灯点灯电路200的电压放大电路50的外围情况的电 路图。对比技术的电压放大电路50的输入级没有设置电流限制电阻，而是在从电压放大电 路50的输出级向起动电容器26的电流路径上设置末级电流限制电阻R10。理论上电压放大电路50即使没有缓冲电容器C5，也能将起动电容器26充电到 设定电压、例如1200V。但实际上本发明人发现，若末级电流限制电阻RlO的电阻值较大 等，则由于整流二极管的反向恢复特性和连接电容的影响，并不能使起动电容器26充电到1200V。因此，要通过在末级电流限制电阻RlO的前级追加缓冲电容器C5，来使电压放大电 路50的输出缓冲。本发明人对图5所示的对比技术进行了研究，发现了如下问题。1.在负载开路状态下，末级电流限制电阻RlO上会被施加由电压放大电路50最终 放大后的电压、例如1200V。因此，末级电流限制电阻RlO上的损耗会变大。有时根据情况 必须使用多个具有相应耐压性能的电阻元件，这在尺寸方面、成本方面都不利。2.当末级电流限制电阻RlO的电阻值较大时，需要设置缓冲电容器C5，成本会增 加。3.用于限制电流的末级电流限制电阻RlO被设置在电压放大电路50的输出级。 因此在电压放大电路50内的元件、例如第三整流二极管D3、第四整流二极管D4、第五整流 二极管D5、第六整流二极管D6上，实测值中会出现脉冲性地流过5A程度的电流的期间。因 此，这些整流二极管必须使用大型的二极管，在尺寸方面、成本方面都不利。若采用本实施方式的放电灯点灯电路100，则无需设置末级电流限制电阻RlO和 缓冲电容器C5。因而上述问题1和问题2能够得到解决。另外，由于是在输入级设置电流 限制电阻，所以问题3也能得到解决。以上是放电灯点灯电路100的动作和效果。接下来说明关于设置电流限制电阻的位置的变形例。在实施方式中，说明了第一 电流限制电阻R2和第二电流限制电阻R3分别连接于起动电路20的第一输入端子P3和 第二输入端子P4的情况。在第一变形例和第二变形例中，将在电压放大电路的内部，在第 一整流二极管Dl的阴极至第二电容器C2的高电压侧的端子的电流路径上设置电流限制电 阻。图6的(a)、(b)是表示变形例的电压放大电路及其外围情况的电路图。图6的(a)是表示第一变形例的电压放大电路28a及其外围情况的电路图。电压 放大电路28a在其内部具有电流限制电阻R2a。电流限制电阻R2a被设置在第三整流二极 管D3同第四整流二极管D4的第四连接节点N4、与第二电容器C2同第三电容器C3的第五 连接节点N5之间。图6的(b)是表示第二变形例的电压放大电路28b及其外围情况的电路图。电压 放大电路28b在其内部具有第一电流限制电阻R2b、第二电流限制电阻R2c。第一电流限制 电阻R2b被设置在第二电容器C2与第五连接节点N5之间。第二电流限制电阻R2c被设置 在第三整流二极管D3与第四连接节点N4之间。这样，关于电流限制电阻的配置可以有各种各样的变化，可以结合使用放电灯点 灯电路100的状况适当选择。以上基于实施方式说明了本发明。这些实施方式仅是例示，本领域技术人员能够 理解可以对其各构成要素、各处理过程的组合进行各种变形，并且这些变形例也包含在本 发明的范围内。在实施方式中说明了放电灯点灯电路100具有第一电流限制电阻R2和第二电流 限制电阻R3的情况，但不限于此。例如也可以仅对起动电路20的两个输入端子的一者设 置电流限制电阻。此时也能防止电压放大电路中的元件上流过脉冲性的大电流的情况。但 从耗电和散热性能的观点来看，优选对起动电路20的两个输入端子都设置电流限制电阻。
在实施方式中说明了放电灯点灯电路100是具有第一 DC/DC转换器CONVl和第二 DC/DC转换器C0NV2的所谓双转换器型的放电灯点灯电路的情况，但不限于此。例如实施方 式的起动电路20可以被安装于通过H桥电路对第一 DC/DC转换器CONVl所提供的第一驱 动电压Vol进行交流变换后施加给放电灯4的所谓单转换器型的放电灯点灯电路。此时也 能得到与实施方式中所说明的效果相同的效果。在实施方式中说明了将用于在点灯后断开旁路电阻R4的开关和用于点灯辅助电 容器C4的开关共用的情况，但不限于此，可以分别设置不同的开关。在实施方式中说明了生成正的驱动电压Vol、Vo2施加给放电灯4的情况(称为正极点灯)，但也可以生成负的驱动电压Vol、Vo2来驱动放电灯4(称为负极点灯)。此时，只 要将图1中的第一整流二极管D1、第二整流二极管D2的方向，第一、第二变压器Tl、T2各 自的次级绕组的极性，连接于各变压器的次级绕组的开关元件Ml、M2的方向，与该开关元 件M1、M2并联连接的整流元件的方向，以及电压放大电路28中所包含的整流二极管的方向 反转即可。在实施方式中以驱动车辆用的放电灯的放电灯点灯电路为例进行了说明，但本发 明的用途不限于此，可以广泛适用于在起动电路的输入级具有电流限制电阻的放电灯点灯 电路。在实施方式中说明了以交流的驱动电压来驱动放电灯的情况，但不限于此，也可 以将本发明适用于以直流驱动电压驱动放电灯的点灯电路。基于实施方式用特定语句说明了本发明，但实施方式仅用于表示本发明的原理、 应用，在不脱离权利要求书所规定的本发明的思想的范围内，可以对实施方式进行很多变 形及配置的变更。
权利要求
一种放电灯点灯电路，其特征在于，包括DC/DC转换器，输出用于提供给驱动对象放电灯的驱动电压，和起动电路，为使上述放电灯发生击穿而产生高压脉冲；其中，上述DC/DC转换器包括输出电容器，输出上述驱动电压，和输出二极管，一端被施加变动的电压，另一端与上述输出电容器的一端相连；上述起动电路包括高压变压器，其次级绕组连接于上述放电灯，和电压放大电路，具有与上述输出二极管的上述一端相连的第一输入端子和与上述输出二极管的上述另一端相连的第二输入端子，对上述驱动电压进行放大，生成用于提供给上述高压变压器的初级绕组的充电电压；该放电灯点灯电路还包括用于限制电流的电流限制元件，设置于上述输出二极管的上述一端与上述第一输入端子之间和上述输出二极管的上述另一端与上述第二输入端子之间的至少一者。
2.如权利要求1所述的放电灯点灯电路，其特征在于，包括用于限制电流的第一电流限制元件，设置在上述输出二极管的上述一端与上述第一输 入端子之间，和用于限制电流的第二电流限制元件，设置在上述输出二极管的上述另一端与上述第二 输入端子之间。
3.如权利要求1所述的放电灯点灯电路，其特征在于还包括串联设置在上述输出电容器的两端间的电阻和旁路开关； 上述旁路开关在上述放电灯点灯后断开。
4.如权利要求1所述的放电灯点灯电路，其特征在于， 上述DC/DC转换器包括输入变压器，和与上述输入变压器的初级绕组串联连接的控制开关；上述输出二极管和上述输出电容器与上述输入变压器的次级绕组串联连接，上述驱动 电压由上述控制开关的接通、断开所控制；该放电灯点灯电路还包括控制部，控制上述控制开关的接通和断开，在至上述起动电 路产生上述高压脉冲的期间，从外部电源供给到上述输入变压器的初级绕组的输入电压越 高，就使上述控制开关接通的期间越短。
5.如权利要求1所述的放电灯点灯电路，其特征在于 上述放电灯点灯电路形成在陶瓷衬底上；上述电流限制元件作为印刷电阻形成在上述陶瓷衬底上。
6.一种放电灯点灯电路，其特征在于，包括DC/DC转换器，输出用于提供给驱动对象放电灯的驱动电压，和起动电路，为使上述放 电灯发生击穿而产生高压脉冲； 其中，上述DC/DC转换器包括 输出电容器，输出上述驱动电压，和输出二极管，一端被施加变动的电压，另一端与上述输出电容器的一端相连； 上述起动电路包括高压变压器，其次级绕组连接于上述放电灯，和电压放大电路，对上述驱动电压进行放大，生成用于提供给上述高压变压器的初级绕 组的充电电压；其中，上述电压放大电路包括充电电容器，一端与上述输出二极管的上述一端相连，和用于限制电流的电流限制元件，设置在从上述输出二极管的上述另一端至上述充电电 容器的另一端的电流路径上。
7.如权利要求6所述的放电灯点灯电路，其特征在于还包括串联连接在上述输出电容器的两端间的电阻和旁路开关； 上述旁路开关在上述放电灯点灯后被断开。
8.如权利要求6所述的放电灯点灯电路，其特征在于， 上述DC/DC转换器包括输入变压器，和与上述输入变压器的初级绕组串联连接的控制开关；上述输出二极管和上述输出电容器与上述输入变压器的次级绕组串联连接，上述驱动 电压由上述控制开关的接通、断开所控制；该放电灯点灯电路还包括控制部，控制上述控制开关的接通和断开，在至上述起动电 路产生上述高压脉冲的期间，从外部电源供给到上述输入变压器的初级绕组的输入电压越 高，就使上述控制开关接通的期间越短。
9.如权利要求6所述的放电灯点灯电路，其特征在于 上述放电灯点灯电路形成在陶瓷衬底上；上述电流限制元件作为印刷电阻形成在上述陶瓷衬底上。
10.一种放电灯点灯控制方法，其特征在于，包括使用从对放电灯施加驱动电压的DC/DC转换器的输出侧供给来的电力，在起动电路中 产生高压脉冲的步骤，为使上述放电灯的点灯开始而对上述放电灯的两端施加上述高压脉冲的步骤，以及 在上述起动电路的输入级限制输入到上述起动电路的电流的步骤。
全文摘要
本发明提供一种削减起动电路的尺寸和成本的放电灯点灯电路。在放电灯点灯电路(100)中，电压放大电路(28)具有与输出二极管(D1)的一端相连的第一输入端子(P3)和与输出二极管(D1)的另一端相连的第二输入端子(P4)，将驱动电压放大，生成用于提供给高压变压器(22)的初级绕组(L3)的充电电压(Vch)。电流限制元件(R2、R3)被设置在输出二极管(D1)的一端与第一输入端子(P3)之间、以及输出二极管(D1)的另一端与第二输入端子(P4)之间。第一DC/DC转换器(CONV1)输出用于提供给驱动对象放电灯(4)的驱动电压(Vol)。起动电路(20)为使放电灯(4)发生击穿而产生高压脉冲。
文档编号H05B41/282GK101808455SQ20101011313
公开日2010年8月18日 申请日期2010年2月4日 优先权日2009年2月12日
发明者伊藤昌康, 村松隆雄, 柳津翔平 申请人:株式会社小糸制作所