放电灯点亮装置的制作方法

专利名称：放电灯点亮装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在放电灯启动时向放电灯提供必要的启动波形，而且对装置提供减少 损耗的方法的放电灯点亮装置。
背景技术：
近年来，随着作为放电灯的电灯技术的进步，在启动时使电灯达到点亮的启动电 压越来越小。与之相伴，在放电灯装置中所必要的启动时的波形也发生了变化。以往的放电灯在启动时需要15kV左右的高电压，放电灯点亮装置也需要与此相 应地进行设计，但通过在放电灯内部封入氪等，可以将启动所需要的电压降低到3kV 5kV 左右。而且，作为新的需求，还被要求可连续发生IkV 2kV左右的脉冲电压的放电灯点亮
直ο随着这样的放电灯的启动电压的降低，点亮装置侧通过应用并发展以往的高频启 动方式，实现了上述要求。具体而言，例如专利文献1所述，不改变以往的电路方式，而逐步 改变启动时的逆变器的频率，使谐振频率配合部件偏差，来暂时获得所希望的脉冲电压，或 者通过另外附加新的电路来实现上述要求等。[专利文献1]日本特表2006-513539号公报(国际公开号W02004/064457)在上述专利文献1等所提出的技术，虽然在任何情况下都可获得与放电灯对应的 所希望的脉冲电压，但由于以70kHz 200kHz程度的高频使逆变器动作，所以存在着作为 放电灯点亮装置，内部损耗变大；在内部产生了不可预期的高电压和/或高电流的问题。而且，逆变器的输出与启动时向放电灯施加高压脉冲的电感器连接，基于构成逆 变器的开关元件的动作定时，该高压脉冲施加用的电感器有可能引起磁饱和。

发明内容
因此，本发明鉴于上述问题而提出，其目的在于，提供一种通过优化构成逆变器的 开关元件的动作定时，来抑制与逆变器的输出连接的电感器的磁饱和，并且无须追加部件， 即可将内部损耗抑制到最小程度的放电灯点亮装置。为了达到上述目的，本发明的放电灯点亮装置具有根据放电灯的管电压调整输 入电压的直流电源电路；将来自上述直流电源电路的直流输出转换成交流电力，向上述放 电灯供给电流的逆变器；控制上述直流电源电路及上述逆变器的控制电路；和与上述逆变 器的输出连接，在上述放电灯启动时对该放电灯的电极之间施加高压脉冲的电感器；上述 逆变器具备使该逆变器的输出电压成为一个极性的第1组开关元件、和成为另一个极性 的第2组开关元件，具有在上述放电灯启动时，以在使上述第1组开关元件多次导通、截止 后，使上述第2组开关元件多次导通、截止的模式，来使上述各个开关元件进行开关动作的 构成。而且，使与此前导通的组的上述开关元件不同组的上述开关元件导通的定时，被 设定在以此前所有的上述开关元件开始截止的定时为0°，由与上述逆变器的输出连接的电感器的成分、基于上述各个开关元件中包含的二极管及其外围电路的电容所决定的成 分、和上述逆变器的输入电压决定的谐振频率的周期的0° 180°的范围，使与此前导通 的组的上述开关元件相同组的上述开关元件再次导通的定时，被设定在以此前所有的上述 开关元件开始截止的定时为0°的、上述谐振频率的周期的180° 360°的范围。该情况下的上述控制电路优选按照反复进行使上述第1组开关元件导通，使所有 上述开关元件截止，使上述第1组开关元件再次导通，使所有上述开关元件截止，使上述第 2组开关元件导通，使所有上述开关元件截止，使上述第2组开关元件导通，使所有上述开 关元件截止的模式的方式，来使上述各个开关元件动作。根据本发明，当第1组或第2组开关元件导通时，虽然与逆变器的输出连接的电感 器中蓄积能量，但由于同一组的开关元件之后进行暂时截止，并再次导通的动作，所以，在 该暂时的截止期间中蓄积于电感器的能量被释放，电感器不会发生磁饱和。由此，通过使构 成逆变器的开关元件的动作定时最佳化，可抑制与逆变器的输出连接的电感器的磁饱和。根据本发明，通过在考虑了由与逆变器的输出连接的电感器的成分、根据开关元 件中包含的二极管及其外围电路的电容所决定的成分、和逆变器的输入电压所决定的谐振 频率的定时，使各个开关元件进行导通动作，能够避免流过用于对这些开关元件中包含的 电容成分进行充放电的大的电流。因此，通过使构成逆变器的开关元件的动作定时最佳化， 无须特意追加部件即可将内部损耗抑制到最小程度。根据本发明，与以往相比，由于即使是相同的开关次数，使逆变器的输出电压极性 不同的开关次数也成为一半，所以能够将放电灯点亮装置的内部损耗减半。


图1是表示本发明的一个实施例的放电灯点亮装置的结构的框图。图2是表示上述实施例中的逆变器及点火器(igniter)的一部分结构的等效电路 图。图3是表示上述实施例中的各个开关元件的动作状态的时序图。图4是对上述实施例的动作状态进行说明的各部的波形图。图5是表示在上述实施例中使所有开关元件截止(off)时的逆变器的动作状态的 等效电路图。图6是在上述实施例中使所有开关元件截止时的电感电流和电感电压的波形图。图7是作为比较例而表示各个开关元件的其他动作状态的时序图。图8是对上述比较例的动作状态进行说明的各部的波形图。图9是对上述比较例的动作状态进行说明的各部的波形图。图中11-降压斩波器(直流电源电路)；12-逆变器；15-控制电路；20-灯(放电 灯)；31-开关元件(第2组开关元件)；32-开关元件(第1组开关元件)；33-开关元件 (第1组开关元件)；34-开关元件(第2组开关元件)；31a、32a、33a、34a- 二极管；37-电 感器。
具体实施例方式下面，参照附图，对本发明的优选实施例进行说明。CN 102143641 A
说明书
3/10 页在图1中，本实施例的放电灯点亮装置由降压斩波器(downchopper) 11、逆变器 12、点火器13和控制电路15构成，在与点火器13连接的输出端子17、18上连接有作为放 电灯的灯20。降压斩波器11相当于本发明的直流电流电路，为了对应灯20的管电压来提 供规定的恒定电力，可调整被施加在输入端子22、23之间的直流输入电压Vin，在本例中， 通过斩波处理使输入电压Vin降低，进行用于向灯20提供一定电力的电流控制。该降压斩 波器11的输出电流被输出到逆变器12。电阻25、26的串联电路连接在降压斩波器11的输出端之间，在电阻25与沈的连 接点所产生的电位被作为降压斩波器11的输出电压提供给控制电路15。而且，降压斩波器 11的负电位侧的线与作为电流检测器的电阻27插入连接，流过电阻27的电流被作为灯电 流检测出，并被供给到控制电路15。逆变器12由多个开关元件构成，通过使这些开关元件 进行开关切换，将来自降压斩波器11的直流电压转换成交流电压，并输出到点火器13。另 外，相当于脉冲发生电路的点火器13例如由触发变压器及其驱动电路等构成，在开始点亮 灯20的启动时产生高压脉冲，将其从触发变压器施加到灯20的电极之间。控制上述降压斩波器11、逆变器12和点火器13的控制电路15例如由包含微处理 器的电路构成。这里的控制电路15例如分别取入降压斩波器11的输出电压和灯电流，按 照向灯20供给的电力为恒定的方式，控制降压斩波器11的输出电流。而且，控制电路15 恰当控制逆变器12的输出频率，并且在启动时控制点火器13，产生高电压。图2是表示上述逆变器12的等效电路的图，图中还图示了点火器13的一部分结 构。在该图中，逆变器12由全桥(full bridge)连接的4个开关元件31 34构成，在降 压斩波器11的输出端之间，除了输入电容30以外，还分别连接有由第1开关元件31及第2 开关元件32构成的第1串联电路、和由第3开关元件33及第4开关元件34构成的第2串 联电路。而且，作为点火器13的高电压发生电路部，由相当于上述触发变压器的电感成分 的电感器37、和包含触发高电压发生时的消除噪声用电容的电容器38构成的倒L型电路， 被连接在逆变器12的输出端与放电灯点亮装置的输出端子17、18之间。由此，构成为开关 元件33、34的连接点与电感器37的一端和电容器38的一端连接，电感器37的另一端通过 输入端子17与灯20的一个电极连接，开关元件31、32的连接点与电容器32的另一端和灯 20的另一个电极连接。构成上述逆变器12的开关元件31 34都是具有相同特性的N沟道MOS型FET， 在漏极与源极之间逆并联连接有开关元件31 34中包含的二极管31a 34a。这些二极 管31a 3 具有在电流向正方向流过而导通时，只要电流不向反方向流过，则不截止的特 性，各个二极管31a 3 作为在截止之前流过反方向的电流的容量成分，分别存在反向 恢复电荷量。其中，二极管31a 34a的反向恢复电荷量充分大于开关元件31 34的漏 极-源极间的寄生电容。另外，这里所说的反向恢复电荷量不限于由开关元件31 34中 内置的二极管31a 3 决定的成分，还包括由作为二极管31a 3 的外围电路，例如在 漏极与源极之间连接的外带电容器等、在二极管31a 34a的外围连接的所有元件的电容 所决定的成分。控制电路15在启动时周期性反复生成共同提供给开关元件32、33的栅极的第1 驱动信号的导通脉冲、和共同提供给开关元件31、34的栅极的第2驱动信号的导通脉冲，并 且双方的导通脉冲具有不重叠的死区时间。由此，从逆变器12通过点火器13向灯20的两端之间施加正负的输出电压Vout。其中，图2表示灯20启动时的等效电路，这里，假设是刚 点亮后的灯20，在输出端子17、18之间连接了等效的例如30V的恒定电压负载40。下面，对上述结构的放电灯点亮装置的动作进行说明。在灯20启动时，降压斩波器11通过斩波处理，使输入的直流电压Vin下降，向逆 变器12输出其输出电流。逆变器12通过根据来自控制电路15的驱动信号，使开关元件 31 34进行开关动作，将来自降压斩波器11的直流电流转换成规定频率的交流电流，然 后输出到点火器13。在等效表示了构成点火器13的触发变压器的电感器37中，当启动时 被激励起高压脉冲，点火器13将该高压脉冲与从逆变器12供给的交流电压叠加，然后向灯 20供给。这样，当灯20被施加了高电压脉冲时，灯20在其电极之间绝缘被击穿，从而开始 放电。在放电开始后，灯20中流过电流，通过从逆变器12经由点火器13供给适当的电力， 使得灯20开始点亮。然后，控制电路15取入降压斩波器11的输出电压和灯电流，按照向 灯20供给恒定电力的方式，对降压斩波器11进行控制。图3是表示启动时的各个开关元件31 34的动作状态的时序图。在该图中，上 段表示第1组开关元件32、33的动作定时，下段表示第2组开关元件31、34的动作定时。首先，在时间(1)中，从控制电路15向开关元件32、33的栅极供给导通脉冲的驱 动信号，使这些开关元件32、33导通。此时，逆变器12由于将在降压斩波器11的输出端产 生的电压直接输出到点火器13，所以在电容器38被充电的同时，电流从电感器37的一端流 到另一端而蓄积能量，逆变器12的输出电流以由电感器37的电感值决定的斜率增加。而 且，以与输出端子18连接的负载40的另一端为基准，向与输出端子17连接的负载40的一 端施加正极性的输出电压Vout。来到时间(2)，当从控制电路15向开关元件32、33的导通脉冲的驱动信号停止时， 所有开关元件31 34截止。从时间(2)到下一次使开关元件32、33再成为导通的时间 (3)的期间，是为了防止电感器37的磁饱和而设置的期间。当开关元件31 34截止时，基于流过电感器37的电流的连续性，二极管31a 34a导通，电流从二极管31a、34a的阳极通过阴极流入开关元件31、34。此时的逆变器12 的输出电流以由电感器37的电感值决定的斜率减少。另外，负载40的一端被施加负极性 的输出电压Vout。然后，当电感器37中储存的能量所有释放，从电感器37的一端向另一端的电流成 为零时，流过电感器37的电流的极性反转。该反向的电流随着时间的经过从零逐渐增加， 电感器37再次蓄积能量，但负载40的一端被继续施加负极性的输出电压Vout，电压极性 不反转。另外，二极管31a、3^不立即截止，二极管31a、34a中流过从阴极向阳极的反向电流。这样，当经过了由二极管31a、3^的上述反向恢复电荷量决定的一定期间，这些 二极管31a、3^截止时，这次二极管32a、33a导通，电流从二极管32a、33a的阳极通过阴极 流入开关元件32、33。由此，电感器37中蓄积的能量被放出，流过电感器37的反向电流从 增加转向减少，并且，负载40的一端被施加的输出电压Vout也从负极性反转成正极性。然后，来到时间(3)，从控制电路15向开关元件32、33的栅极赋予导通脉冲的驱动 信号，这些开关元件32、33再次导通。此时的开关元件32、33在通过二极管32a、33a流过电流，且漏极-源极间的电压大致为零的状态下被切换。因此，可减少开关元件32、33导通 时的损耗。当开关元件32、33再次导通时，由于逆变器12将在降压斩波器11的输出端产生 的电压直接输出给点火器13，所以若在电容器38被充电的同时，电感器37中蓄积的能量所 有放出，则流过电感器37的电流的方向反转，从一端向另一端流过电流，电感器37再次蓄 积能量，其电流以由电感器37的电感值决定的斜率增加。另外，负载40的一端被施加正极 性的输出电压Vout。来到时间(4)，当从控制电路15向开关元件32、33的导通脉冲的驱动信号停止时， 所有的开关元件31 34截止。之后的动作与上述时间(2)的说明相同。当成为时间(5)时，从控制电路15向开关元件31、34的栅极赋予导通脉冲的驱动 信号，使这些开关元件31、34导通。开关元件31、34导通的定时是通过二极管31a、34a向 这些开关元件31、34流入电流的期间、即直到从电感器37的一端向另一端流入的电流成为 零为止的期间。由此，能够在开关元件31、34的漏极-源极间的电压大致为零的状态下，使 这些开关元件31、34导通，从而可减少损耗。当开关元件31、34导通时，由于逆变器12将在降压斩波器11的输出端产生的电 压反转输出到点火器13，所以当电感器37中蓄积的能量所有放出时，流过电感器37的电 流的方向发生反转，从另一端向一端流过电流，电感器37再次蓄积能量，其电流以由电感 器37的电感值决定的斜率增加。另外，电容器38被反极性充电，并且负载40的一端被施 加负极性的输出电压Vout。来到时间(6)，当从控制电路15向开关元件31、34的导通脉冲的驱动信号停止时， 所有开关元件31 34截止。从时间(6)到下一次使开关元件32、33再次导通的时间(7) 的期间，是为了防止电感器37的磁饱和而设置的期间。当开关元件31 34截止时，基于流过电感器37的电流的连续性，二极管32a、33a 导通，电流从二极管32a、33a的阳极通过阴极流入开关元件32、33。此时的逆变器12的输 出电流以由电感器37的电感值决定的斜率减少。另外，负载40的一端被施加正极性的输 出电压Vout。然后，当电感器37中蓄积的能量所有放出，从电感器37的另一端向一端流出的电 流成为零时，在电感器37中流动的电流的极性反转。从该电感器37的一端向另一端的电流 随着时间的经过从零逐渐增加，电感器37再次蓄积能量，但负载40的一端被继续施加正极 性的输出电压Vout，电压极性不反转。另外，二极管32a、33a不立即截止，二极管32a、33a 流过从阴极向阳极的反方向的电流。这样，当经过了由二极管32a、33a的上述反向恢复电荷量决定的一定期间，这些 二极管32a、33a截止时，这次二极管31a、3^导通，电流从二极管31a、3^的阳极通过阴极 流入开关元件31、34。由此，电感器37中蓄积的能量被放出，流过电感器37的电流从增加 转向减少，并且，负载40的一端被施加的输出电压Vout也从正极性变成负极性。然后，到了时间(7)，从控制电路15向开关元件31、34的栅极赋予导通脉冲的驱动 信号，使这些开关元件31、34再次导通。此时的开关元件31、34在通过二极管31a、3^流 过电流、漏极-源极间的电压大致为零的状态下被切换。因此，可减少开关元件31、34导通 时的损耗。
当开关元件31、34再次导通时，由于逆变器12将在降压斩波器11的输出端产生 的电压反转输出给点火器13，所以当电感器37中蓄积的能量所有放出时，流过电感器37的 电流的方向反转，从另一端向一端流过电流，电感器37再次蓄积能量，其电流以由电感器 37的电感值决定的斜率增加。另外，在电容器38被以反极性充电的同时，负载40的一端被 施加负极性的输出电压Vout。来到时间(8)，当从控制电路15向开关元件31、34的导通脉冲的驱动信号停止时， 所有开关元件31 34截止。之后的动作与上述时间(6)的说明相同。接下来，当再次成为时间(1)时，从控制电路15向开关元件32、33的栅极赋予导 通脉冲的驱动信号，使这些开关元件32、33导通。开关元件32、33导通的定时是电流通过 二极管32a、33a流向这些开关元件32、33的期间、即直到从电感器37的另一端流入一端的 电流成为零为止的期间。由此，能够在开关元件32、33的漏极-源极间的电压大致为零的 状态下，使这些开关元件32、33导通，从而可减少损耗。然后，反复上述的时间(1) 时间 (8)的动作，对灯40施加正负交替的输出电压Vout。图4表示了基于上述一系列动作的各部的波形图。在该图中，最上段的波形是开 关元件34的栅极电压，之后分别表示了开关元件32的栅极电压、逆变器12的输出电压、和 逆变器12的输出电流。其中，逆变器12的输出电压和输出电流与基于上述图3的动作说 明的极性相反。首先，在时间(5)中，虽然控制电路15使开关元件31、34导通，但此时的开关元件 31、34成为电流流向内置的二极管31a、34a，开关元件31、34的漏极-源极间的电压大致为 零的状态。当到了时间(6)时，控制电路15使开关元件31、34截止。与此同时，蓄积了能量 的电感器37成为向逆变器12持续流入电流的电源，开关元件32、33的二极管32a、33a导 通。另外，逆变器12的输出极性从负(_)反转为正(+)。然后，当到了时间(6)-a时，由电感器37供给的电流的方向反转，向二极管32a、 33a流入反向电流。由此，虽然逆变器12的输出电压的极性不变化，但输出电流的极性从负 反转为正。在时间(6)_b，当二极管32a、33a导通时，基于电感器37的电流供给，二极管31a、 3 导通。由此，逆变器12的输出电流转向减少，逆变器12的输出极性从正反转成负。在时间(7)中，控制电路15使开关元件31、34再次导通。此时的开关元件31、34 成为电流流向内置的二极管31a、34a，开关元件31、34的漏极-源极间的电压大致为零的状 态。接下来，当到达时间(8)时，控制电路15使开关元件31、34截止。与此同时，蓄积 了能量的电感器37成为向逆变器12持续供给电流的电源，二极管32a、33a导通。另外，逆 变器12的输出极性从负反转为正。在之后的时间(1)中，控制电路15使开关元件32、33导通。此时的开关元件32、 33成为电流流向内置的二极管32a、33a，开关元件32、33的漏极-源极间的电压大致为零 的状态。蠹鱼以后的时间(1) (5)的动作而言，逆变器12的输出电压和输出电流都是反 极性，成为与上述时间(5) 时间(8)相同的动作。
在上述一系列动作中，通过将时间(7)的动作放在时间(6) _b之后进行，可减少开 关元件31、34的导通损耗。其中，从上述时间(6)-a到时间(6)_b的动作是根据电感器37、 二极管32a、33a的反向恢复电荷量、和逆变器12的输入电压的动作，需要根据其动作期间 来设定时间⑵。如上所述，在使灯20点亮的启动时，控制电路15以一定的模式使4个开关元件 31 34进行开关动作。此时的开关频率比较高(30kHz IOOkHz是优选的范围)，图3所 示的开关周期T是20 μ kc = 50kHz。尤其在本实施例中，具有使逆变器12的输出电压成 为一个极性的第1组开关元件32、33、和成为另一个极性的第2组开关元件31、34，由控制 电路15控制逆变器12的动作，使其反复进行下述模式的动作使第1组开关元件32、33导 通，使所有开关元件31 34截止，使第1组开关元件32、33导通，使所有开关元件31 34 截止，使第2组开关元件31、34导通，使所有开关元件31 34截止，使第2组开关元件31、 34导通，使所有开关元件31 ；34截止。在图3中，从时间(1)到时间(2)的期间Tl是与从时间(5)到时间(6)的期间T5 相同的长度，在实施例中被设定为2. 3 μ Sec0期间Tl相当于开关元件32、33第1次导通 的时间宽度，而期间Τ5相当于开关元件31、34第1次导通的时间宽度，这些期间Tl、Τ5越 长，逆变器12的输出电流越多。从时间⑵到时间(3)的期间Τ2是与从时间(6)到时间(7)的期间Τ6相同的长 度，比上述期间Tl、期间Τ5长，在实施例中被设定为4 μ kc。期间T2或期间T6相当于在 同一组的开关元件32、33或开关元件31、34再次导通为止的期间，使所有开关元件31 34 截止的极性非反转的死区时间(dead time)，这些期间T2、T6越长，越能可靠降低下一次使 开关元件32、33或开关元件31、34导通时的损耗。从时间(3)到时间(4)的期间Τ3是与从时间(7)到时间⑶的期间Τ7相同的长 度，比上述期间Tl、期间Τ5短，在实施例中被设定为1. 9μ kc。期间T3相当于开关元件32、 33第2次导通的时间宽度，而期间Τ7相当于开关元件31、34第2次导通的时间宽度，这些 期间Τ3、Τ7越长，逆变器12的输出电流越多。从时间⑷到时间(5)的期间Τ4是与从时间⑶到时间(1)的期间Τ8相同的 长度，比上述期间Τ2、期间Τ6短，而且也比上述期间Τ3、期间Τ7短，在实施例中被设定为 LSySec0期间Τ4相当于在与刚进行了导通动作的开关元件32、33不同组的开关元件31、 34导通之前的期间，使所有开关元件31 34截止的极性反转的死区时间，而期间Τ8相当 于在与刚进行了导通动作的开关元件31、34不同组的开关元件32、33导通之前的期间，使 所有开关元件31 34截止的极性反转的死区时间，这些期间Τ4、Τ8越长，越能可靠降低下 一次使开关元件32、33或开关元件31、34导通时的损耗。上述期间Tl Τ8可通过改变控制电路15的软件结构而容易地变更，所设定的时 间宽度不限于上述实施例的情况。而且，在实施例中，为了使电感器37不发生偏激励，将期 间Tl Τ4分别设定为与期间Τ5 Τ8相同，但不需要将它们设定为相同，也可以使各个开 关元件31 34以图3、图4所示那样的模式以外的模式进行开关动作。下面，结合图5和图6，对使上述所有开关元件31 34截止时的逆变器12的动 作进行说明。图5是表示逆变器12的动作状态的等效电路图，图6分别图示了流过电感器 37的电流(电感电流)IL、和施加给电感器37的电压(电感电压)VL。
在期间(A)中，通过使二极管32a、33a导通，电感器37放出能量，从其一端向另一 端流出电感电流IL。此时，二极管31a、3^导通，电流向正方向流过，电感电流IL直线性减 少。当电感器37的能量所有放出时，迁移到期间(B)。在期间(B)中，电感器37蓄积能量，从其另一端向一端流过电感电流IL。此时，二 极管31^3 持续导通，向反方向流过电流，电感电流IL直线性增加。当期间(B)的长度 与电感电流IL的积达到二极管31a、34a的反向恢复电荷量时，迁移到之后的期间C。在期间C中，通过使二极管31a、3^截止，电感器37放出能量，从其另一端向一端 流过电感电流IL。此时，二极管32a、33a导通，向正方向流过电流，电感电流IL直线性减 少。当电感器37的能量所有放出后，迁移到期间(D)。在期间(D)中，电感器37蓄积能量，从其一端向另一端流过电感电流IL。此时，二 极管32a、33a持续导通，向反方向流过电流，电感电流IL直线性增加。当期间(D)的长度 与电感电流IL的积达到二极管32a、33a的反向恢复电荷量时，迁移到之后的期间(A)。这样，期间㈧ 期间⑶的动作被反复进行，此时的基于电感器37和二极管 31a 34a的反向恢复电荷量的谐振频率f可用下式表示。[式1]/=丄
J 4V 2-Qrr-L在上述式中，L表示电感器37的电感值，Qrr表示二极管3Ia 3 的反向恢复电 荷量，V表示逆变器12的输入电压。因此，只要上述的使开关元件32、33导通的时间(1)、 (3)、和使开关元件31、34导通的时间(5)、(7)，都根据由电感器37的电感值L、开关元件 31 34中内置的二极管31a 34a的反向恢复电荷量Qrr、和逆变器12的输入电压V唯 一决定的谐振频率f设定即可。本实施例的放电点亮装置具有根据灯20的管电压来调整输入电压Vin的作为直 流电源电路的降压斩波器11 ；将来自降压斩波器11的直流输出转换成交流电力，向灯20 供给输出电流的逆变器12 ；控制这些降压斩波器11、逆变器12的控制电路15 ；和与逆变器 12的输出连接，在灯20启动时，向该灯20的电极之间施加高压脉冲的电感器37 ；逆变器 12具有由使逆变器12的输出电压成为一方的正极性的第1组开关元件32、33、和成为另 一方的负极性的第2组开关元件31、34构成的优选4个开关元件31 34，控制电路15具 有在灯20启动时，以一定的模式使各个开关元件31 34进行开关动作的结构。而且，特别重要的是，这里在灯20启动时，以在使第1组开关元件32、33进行了 多次导通、截止后，使第2组开关元件31、34进行多次导通、截止的模式，使各个开关元件 31 34进行开关动作。该情况下，当开关元件32、33或开关元件31、34导通时，在与逆变器12的输出连 接的电感器37中蓄积能量，但由于同一组的开关元件32、33或开关元件31、34之后进行暂 时截止，然后再次导通的动作，所以在该暂时的截止期间T2或期间T6中，电感器37中蓄积 的能量被放出，电感器37不会发生磁饱和。由此，通过使构成逆变器12的开关元件31 34的动作定时最佳化，可抑制与逆变器12的输出连接的电感器37的磁饱和。并且，在本实施例中，使与之前导通的组的开关元件32、33或开关元件31、34不同 组的开关元件31、34或开关元件32、33导通的时间(5)、时间(1)，被设定在将此前使所有开关元件31 34开始截止的时间、时间(8)作为0°起算，基于与逆变器12的输出连 接的电感器37的成分、由开关元件31 34中包含的二极管31a 3 与其外围电路的电 容决定的成分、和逆变器12的输入电压唯一决定的谐振频率的周期的0° 180°的范围， 另一方面，使与之前导通的组的开关元件32、33或开关元件31、34相同组的开关元件32、33 或开关元件31、34再次导通的时间(3)、时间(7)，被设定在将此前使所有开关元件31 34 开始截止的时间O)、时间(6)作为0°起算的、上述谐振频率的周期的180° 360°的范 围。这里所说的180°是相当于谐振频率的半周期的时间，图4的时间(2)_b、时间 (6)-b与此对应。而360°是相当于谐振频率的一个周期的时间。这样，如果在考虑了由与逆变器12的输出连接的电感器37的成分、基于开关元件 31 34中包含的二极管31a 3 及其外围电路的电容决定的成分、和逆变器12的输入 电压所决定的谐振频率的定时，使各个开关元件31 34进行导通动作，则不会流过为了使 这些开关元件31 34中包含的电容成分进行充放电的大电流。因此，通过使构成逆变器 12的开关元件31 34的动作定时最佳化，无需特意追加部件，即可将内部损耗抑制到最小 程度。而且，特别优选上述时间(5)、时间(1)被设定在将时间、时间⑶作为 0°起算的谐振频率的周期的90° 士20° (70°以上、110°以下)的范围，优选上述 时间(3)、时间(7)被设定在将时间O)、时间(6)作为0°起算的谐振频率的周期的 270° 士20° (250°以上、290°以下)的范围。这样，能够更可靠地将构成逆变器12的开 关元件31 34的动作定时最佳化。并且，本实施例的控制电路15对逆变器12的动作进行控制，以便反复进行下述模 式的动作使第1组开关元件32、33导通，使所有开关元件31 34截止，使第1组开关元件 32,33导通，使所有开关元件31 34截止，使第2组开关元件导通，使所有开关元件31 34截止，使第2组开关元件31、34导通，使所有开关元件31 34截止。另外，以往启动时逆变器12的驱动顺序是反复进行使第1组开关元件32、33导 通，使所有开关元件31 34截止，使第2组开关元件31、34导通，使所有开关元件31 34 截止的动作。这里，使所有开关元件31 34截止的期间一般被称为死区期间，此时在灯20 未点亮的状态下流入逆变器12的电流成为与逆变器12的输出等效连接的电容成分(电容 器38)的充放电电流，其成为放电灯点亮装置的内部损耗。对于这一点，本实施例的放电灯点亮装置利用控制电路15以与以往不同的方式 使各个开关元件31 34进行开关动作，以便反复重复使第1组开关元件32、33导通，使所 有开关元件31 34截止，使第1组开关元件32、33导通，使所有开关元件31 34截止， 使第2组开关元件31、34导通，使所有开关元件31 34截止，使第2组开关元件31、34导 通，使所有开关元件31 34截止的模式。因此，即使是相同的开关次数，由于使逆变器12 的输出电压极性不同的开关次数成为一半，所以能够将放电灯点亮装置的内部损耗减半。为了进行比较，图9表示了以与实施例相同的模式使开关元件31 34进行了 开关动作时的、启动时的另一动作定时的例子。这里的开关周期T与上述实施例相同，是 20 μ Sec = 50khzo在该图中，期间Tl与期间T5、及期间T3与期间T7是相同长度，都被设定 为2 μ kc。另外，期间T2与期间T6、及期间T4与期间T8是相同长度，都被设定为3 μ kc。
图8和图9表示了在图7所示的定时使各个开关元件31 34动作时的各部的波 形图。另外，这里的比较例除了各个开关元件31 34的动作定时以外，其他与实施例所示 的相同。图8表示逆变器12的输出电流为1. 8A的波形，图9表示逆变器12的输出电流为 2. 8A的波形。在各图中，依次表示了开关元件34的栅极电压、开关元件32的栅极电压、逆 变器12的输出电压、和逆变器12的输出电流。图8中，在时间(4)-a中，当逆变器12的输出电压的极性从负反转为正之后、即在 谐振频率的180°以后，进行时间(5)的动作。对于此时的开关元件31、34而言，内置的二 极管31a、34a中没有电流流过，漏极-源极间的寄生电容被充电。因此，当开关元件31、34 导通时，开关元件32、33中内置的二极管32a、33a的电压急速变化，流过恢复电流而产生内 部损耗。这种损耗在时间(8)-a中逆变器12的输出电压的极性从正反转为负之后，进行时 间(1)的动作时也发生。另外，在时间(7)中，使开关元件31、34再次导通的动作在实施例中的时间(6)_b 之前、即谐振频率的180°之前进行。此时，由于在开关元件32、33的二极管32a、33a中流 过电流，所以当使开关元件31、34导通时流过恢复电流，还是产生内部损耗。这种损耗在时 间(3)中使开关元件32、33再次导通的动作在实施例中的时间(2)-b之前进行时也发生。另一方面，图9中，在时间(7)中，使开关元件31、34再次导通的动作也在实施例 中的时间(6)-b之前、即谐振频率的180°之前进行，产生内部损耗。这种损耗在时间(3) 中使开关元件32、33再次导通的动作在实施例中的时间(2)-b之前进行时也发生。图8与图9中的波形差异依赖于使逆变器12的输出电压的极性反转的开关元件 31 34的导通定时。在降压斩波器11的恒定电力控制下，当逆变器12的输出电流变小， 向负载40的输出电压变大时，逆变器12的输出电流减少时的斜率增大，开关元件31 34 的导通定时相对变慢。因此，在图8所示的模式下，极性转换点变多，逆变器12的输出电流 减少。为了增加逆变器12的输出电流，只要增加作为开关元件31 34的导通时间的时间 T1、T3、T5、T7即可，但由于电流的斜率由电感器37的电感值唯一决定，所以存在限度。另外，本发明不限于本实施例，在本发明的主导思想的范围内可进行各种变形实 施。与逆变器12的输出端连接的电感器37不限于触发变压器的电感器成分，而且，电容器 38也不限于触发高电压发生时的消除噪声用的电容。并且，关于实施例中说明的各个期间 Tl Τ8的设定也只是一例。
权利要求
1.一种放电灯点亮装置，其特征在于，具有根据放电灯的管电压调整输入电压的直流电源电路；将来自上述直流电源电路的直流输出转换成交流电力，向上述放电灯供给电流的逆变器；控制上述直流电源电路及上述逆变器的控制电路；和与上述逆变器的输出连接，在上述放电灯启动时对该放电灯的电极间施加高压脉冲的 电感器；上述逆变器具有使该逆变器的输出电压转换成一个极性的第1组开关元件、和成为 另一个极性的第2组开关元件，在上述放电灯启动时，以在使上述第1组开关元件多次导通、截止后，使上述第2组开 关元件多次导通、截止的模式，来使上述各个开关元件进行开关动作。
2.根据权利要求1所述的放电灯点亮装置，其特征在于，使与此前导通的组的上述开关元件不同组的上述开关元件导通的定时，被设定在以此 前所有的上述开关元件开始截止的定时为0°，由与上述逆变器的输出连接的电感器的成 分、根据上述各个开关元件中包含的二极管及其外围电路的电容决定的成分、和上述逆变 器的输入电压决定的谐振频率的周期的0° 180°的范围，使与此前导通的组的上述开关元件相同组的上述开关元件再次导通的定时，被设定 在以此前所有的上述开关元件开始截止的定时为0°的、上述谐振频率的周期的180° 360°的范围。
3.根据权利要求2所述的放电灯点亮装置，其特征在于，在将上述电感器的电感值设为L、将作为由上述各个开关元件中包含的二极管及其外 围电路的电容决定的成分的反向恢复电荷量设为Qrr、将上述逆变器的输入电压设为V时， 上述谐振频率f由下式表现，2-Qrr-L根据计算出的上述谐振频率f，来设定使与上述此前导通的组的上述开关元件不同组 的上述开关元件导通的定时、和与上述此前导通的组的上述开关元件相同组的上述开关元 件再次导通的定时。
4.根据权利要求2所述的放电灯点亮装置，其特征在于，使与上述此前导通的组的上述开关元件不同组的上述开关元件导通的定时，被设定在 上述谐振频率的周期的90° 士20°的范围。
5.根据权利要求2所述的放电灯点亮装置，其特征在于，使与上述此前导通的组的上述开关元件相同组的上述开关元件再次导通的定时，被设 定在上述谐振频率的周期的270° 士20°的范围。
6.根据权利要求2所述的放电灯点亮装置，其特征在于，上述各个开关元件都是MOS型FET，上述二极管是上述MOS型FET的体二极管。
7.根据权利要求2所述的放电灯点亮装置，其特征在于，上述控制电路按照反复进行下述模式的方式使上述各个开关元件动作，所述模式是指 依次出现使上述第1组开关元件导通的第1时间、使所有的上述开关元件截止的第2时间、使上述第1组开关元件再次导通的第3时间、使所有的上述开关元件截止的第4时间、使上 述第2组开关元件导通的第5时间、使所有的上述开关元件截止的第6时间、使上述第2组 开关元件导通的第7时间、和使所有的上述开关元件截止的第8时间。
8.根据权利要求7所述的放电灯点亮装置，其特征在于，从上述第1时间到上述第2时间的期间、与从上述第5时间到上述第6时间的期间被 设定为相同的长度，从上述第2时间到上述第3时间的期间、与从上述第6时间到上述第7 时间的期间被设定为相同的长度，从上述第3时间到上述第4时间的期间、与从上述第7时 间到上述第8时间的期间被设定为相同的长度，从上述第4时间到上述第5时间的期间、与 从上述第8时间到上述第1时间的期间被设定为相同的长度。
9.根据权利要求8所述的放电灯点亮装置，其特征在于，从上述第1时间到上述第2时间的期间被设定为比从上述第3时间到上述第4时间的 期间长，从上述第2时间到上述第3时间的期间被设定为比从上述第4时间到上述第5时 间的期间长。
10.根据权利要求9所述的放电灯点亮装置，其特征在于，从上述第1时间到上述第2时间的期间被设定为比从上述第2时间到上述第3时间的 期间短，从上述第3时间到上述第4时间的期间被设定为比从上述第4时间到上述第5时 间的期间长。
11.根据权利要求7所述的放电灯点亮装置，其特征在于，上述控制电路能够分别可变地设定从上述第1时间到上述第2时间的期间、从上述第 2时间到上述第3时间的期间、从上述第3时间到上述第4时间的期间、从上述第4时间到 上述第5时间的期间、从上述第5时间到上述第6时间的期间、从上述第6时间到上述第7 时间的期间、从上述第7时间到上述第8时间的期间、和从上述第8时间到上述第1时间的 期间。
全文摘要
本发明提供一种放电灯点亮装置，可抑制与逆变器的输出连接的电感器的磁饱和。逆变器(12)具有使其输出电压成为正极性的第1组开关元件(32、33)、和成为负极性的第2组开关元件(31、34)。在灯(20)启动时，通过使各个开关元件(31～34)以在第1组开关元件(32、33)多次导通、截止后，使第2组开关元件(31、34)多次导通、截止的模式进行开关动作，由此使在暂时的截止期间中蓄积于电感器(37)的能量释放，从而不会发生电感器(37)的磁饱和。
文档编号H05B41/282GK102143641SQ201110009559
公开日2011年8月3日 申请日期2011年1月12日 优先权日2010年1月29日
发明者北河宪一, 堀川工, 笹山辉久郎 申请人:Tdk兰达有限公司, 精工爱普生株式会社