JP2003264095A

JP2003264095A - 放電灯点灯回路

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Publication number: JP2003264095A
Application number: JP2002063065A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Ito; 昌康伊藤; Hitoshi Takeda; 仁志武田
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2003-09-19
Also published as: US20030222599A1; FR2837060B1; DE10310360A1; US6768275B2; FR2837060A1; CN1444430A; CN100551194C

Abstract

(57)【要約】【課題】フライバック型構成の直流−交流変換回路を
備えた放電灯点灯回路において、高効率化とビートノイ
ズの抑制とを両立させる。【解決手段】放電灯点灯回路１において、直流−直流
変換回路３が、トランス及びその一次巻線に接続される
スイッチング素子を有し、制御回路７からの信号により
スイッチング素子がオン状態である間にトランスがエネ
ルギーを蓄え、スイッチング素子がオフ状態の間に当該
エネルギーをトランスの二次巻線から出力するととも
に、放電灯６の安定点灯状態では当該エネルギーを二次
巻線から全て出力し終わった時点でスイッチング素子が
オン状態となるように制御する。そして、スイッチング
素子のオン期間において行われる、放電灯に係る出力電
流又は電力の制御について揺らぎを与えてスイッチング
周波数を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放電灯点灯回路に
おけるノイズ対策の技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】メタルハライドランプ等の放電灯の点灯
回路には、直流−直流変換回路、直流−交流変換回路、
起動回路を備えた構成が知られている。

【０００３】直流−直流変換回路が発生するノイズの影
響を抑制するために、スイッチング周波数に揺らぎを持
たせる方法が挙げられ、当該ノイズをホワイトノイズ化
して分散させることにより、ラジオ波等の電波を受信す
る機器への影響を低減することができる。

【０００４】例えば、直流−直流変換回路においてＰＷ
Ｍ（パルス幅変調）制御を行う場合に、スイッチング周
波数に関して、ある幅の揺らぎを付与するとともに、こ
の揺らぎを所定の周波数に規定することによってビート
ノイズの発生を防止することができる（つまり、スイッ
チング周波数が固定値をもつ場合には、その高調波の周
波数でノイズが発生する。）。

【０００５】図１４及び図１５は、スイッチング周波数
に係る揺らぎ付与について説明するための図であり、図
１４が制御回路の要部（鋸歯状波発生部）を示し、図１
５が概略的な波形図を示している。

【０００６】この場合、直流−直流変換回路のスイッチ
ング制御についてはＰＷＭ制御を想定しており、図１４
に示す鋸歯状波発生回路ａの端子「ＲＴ／ＣＴ」に対し
て抵抗ｂ及びコンデンサｃが接続されている。この端子
「ＲＴ／ＣＴ」は鋸歯状波の周波数を決定するために設
けられたものであり、当該端子は、抵抗ｂとコンデンサ
ｃとの接続点に接続されている。つまり、基準電圧「Ｖ
ref」を表す定電圧源の一端が抵抗ｂの一端に接続され
ており、当該抵抗ｂの他端が端子「ＲＴ／ＣＴ」に接続
されるとともにコンデンサｃを介して接地されている。

【０００７】スイッチング周波数を変化させるには、端
子「ＲＴ／ＣＴ」に接続される抵抗ｂの抵抗値を変化さ
せるか（図には、抵抗ｂを可変抵抗として示してい
る。）、あるいは、コンデンサｃへの電流（ソース電
流）を変化させれば良く、これにより、鋸歯状波の傾き
を変えることができる。

【０００８】図１５において、「ＳＡＷ」が鋸歯状波を
示し、「ＣＶ」は制御電圧を示しており、両者間のレベ
ル比較によって決まる信号「Ｓｃ」（ＣＶの方がＳＡＷ
よりも大きいときにＨレベルとなる。）に基いて直流−
直流変換回路のスイッチング制御が行われる。

【０００９】上側の図では、鋸歯状波ＳＡＷの傾きが小
さいため、Ｓｃの周波数が低いが、下側の図では、鋸歯
状波ＳＡＷの傾きが急峻であるため、Ｓｃの周波数が高
くなっていることが分かる。

【００１０】Ｓｃの周波数によってスイッチング周波数
が決まるので、例えば、当該周波数に揺らぎを付与する
ことで、「Ｘ」ｋＨｚ（キロヘルツ）〜「Ｙ」ｋＨｚの
間で周波数がスイングするように制御し、かつ、この揺
らぎの周波数として「Ｚ」Ｈｚを設定すれば良い（上記
コンデンサｃへの供給電流に係る変化の周波数を「Ｚ」
Ｈｚに規定し、その変化の度合いを、（Ｙ−Ｘ）／Ｘに
規定する。）。

【００１１】図１５から分かるように、ＰＷＭ制御での
揺らぎについては、鋸歯状波ＳＡＷの傾き変化に伴って
スイッチング周波数が変化するが、ＣＶのレベルを一定
とした場合にＳｃのデューティーサイクル（あるいはデ
ューティー比）はほぼ一定となり、鋸歯状波ＳＡＷの立
下りが急峻である程、デューティーサイクルの安定性が
増す。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
回路構成においてビートノイズを抑制することは、回路
効率の犠牲の上に成り立つ事項であり、よって、電力損
失の発生が問題となる。つまり、効率を良くすることと
ビートノイズの抑制とが互いに相反することになる。

【００１３】そこで、本発明は、放電灯点灯回路におい
て、高効率化とビートノイズの抑制とを両立させること
を課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、直流電源から
の入力電圧を所望の直流電圧に変換するための直流−直
流変換回路と、当該回路の後段に配置される直流−交流
変換回路と、放電灯の点灯制御を行う制御回路を備えた
放電灯点灯回路において、下記に示す構成を備えたもの
である。

【００１５】（イ）直流−直流変換回路が、トランス及
びその一次巻線に接続されるスイッチング素子を有し、
上記制御回路からの信号によりスイッチング素子がオン
状態である間にトランスがエネルギーを蓄え、制御回路
からの信号により当該スイッチング素子がオフ状態の間
に当該エネルギーをトランスの二次巻線から出力すると
ともに、放電灯の安定点灯状態では当該エネルギーを二
次巻線から全て出力し終わった時点でスイッチング素子
がオン状態となるように制御されること。

【００１６】（ロ）放電灯に係る出力電流又は電力の制
御が、制御回路からの信号による上記スイッチング素子
のオン期間において行われること。

【００１７】（ハ）上記（ロ）の出力電流又は電力の制
御について揺らぎを与えるための揺らぎ発生手段が設け
られていること。

【００１８】従って、本発明によれば、放電灯に係る出
力電流又は電力の制御において揺らぎを付与することに
より、スイッチング周波数を変化させてビートノイズを
抑制することができ、しかも、直流−交流変換回路を構
成するトランスに蓄えられるエネルギーを二次巻線から
全て出力し終わった時点でスイッチング素子が常にオン
状態となるように制御されることで、当該スイッチング
素子のターンオン時の電力損失等を低減し、回路の効率
低下を防止することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る点灯回路の基
本構成を示すものであり、放電灯点灯回路１は、直流電
源２、直流−直流変換回路３、直流−交流変換回路４、
起動回路５、制御回路７を備えている。

【００２０】直流−直流変換回路３は、直流電源２から
の直流入力電圧（これを「Ｖin」と記す。）を受けて所
望の直流電圧に変換するものであり、フライバック型Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータが用いられる。

【００２１】直流−交流変換回路４は、直流−直流変換
回路３の出力電圧を交流電圧に変換した後で起動回路５
を介して放電灯６に供給するために設けられている。例
えば、４つの半導体スイッチング素子を用いたフルブリ
ッジ型回路とその駆動回路を備えており、２組のスイッ
チング素子対を相反的にオン／オフ制御することによっ
て、交流電圧を出力するものである。

【００２２】起動回路（所謂スタータ）５は、放電灯６
に対する起動用の高電圧パルス信号（起動用パルス）を
発生させて、当該放電灯を起動させるために設けられて
おり、当該信号は直流−交流変換回路４の出力する交流
電圧に重畳されて放電灯６に印加される。

【００２３】制御回路７は、放電灯６にかかる電圧や当
該放電灯に流れる電流又はそれらに相当する電圧や電流
についての検出信号を受けて放電灯６に投入する電力を
制御するとともに直流−直流変換回路３の出力を制御す
るものである。つまり、制御回路７は、放電灯６の状態
に応じた供給電力を制御するために設けられており、例
えば、直流−直流変換回路３の出力電圧や電流を検出す
る検出部８からの検出信号を受けて、直流−直流変換回
路３に対して制御信号を送出することでその出力電圧を
制御する。また、直流−交流変換回路４に対して制御信
号を送出してその制御を行う。尚、放電灯の点灯前には
当該放電灯への供給電圧をあるレベルまで高めること
で、放電灯の点灯を確実にするための出力制御を行うこ
とも制御回路７の役目である。また、スイッチング制御
方式としては、例えば、ＰＷＭ（パルス幅変調）方式、
ＰＦＭ（パルス周波数変調）方式が知られている。

【００２４】図２は、直流−直流変換回路３の構成例９
を示すものであり、下記の要素を備えている（括弧内の
数字は符号を示す）。

【００２５】・トランス（１０）・スイッチング素子（１１）・整流ダイオード（１２）・平滑コンデンサ（１３）。

【００２６】図中に示す端子、「Ｔi+」、「Ｔi-」は入
力端子であり、上記した直流入力電圧「Ｖin」が供給さ
れ、両端子間にはコンデンサ１４が設けられている。ま
た、「Ｔo+」、「Ｔo-」は出力端子であり、電圧変換後
の出力電圧（これを「Ｖout」と記す。）が後段回路
（直流−交流変換回路４）に送出される。尚、トランス
１０の各巻線については、黒丸印を付すことで巻き始め
を示す。

【００２７】トランス１０の一次巻線１０ｐには、スイ
ッチング素子１１が接続されており、当該素子の制御端
子には制御回路７からの信号が供給される。図には、ス
イッチング素子１１を単にスイッチの記号により簡略化
して示すが、ＮチャンネルＭＯＳ形ＦＥＴ（電界効果ト
ランジスタ）等が用いられる（その場合には、ドレイン
がトランス１０の一次巻線１０ｐ（の巻き終わり側端
子）に接続され、ソースが入力端子「Ｔi-」に接続され
る。）。尚、図中に破線で示すコンデンサＣＣはスイッ
チング素子１１のもつ容量成分（あるいは寄生容量）を
示している。

【００２８】トランス１０の２次側には、整流ダイオー
ド１２及び平滑コンデンサ１３が設けられており、トラ
ンス１０の二次巻線１０ｓの一端（巻き終わり側端子）
が整流ダイオード１２のアノードに接続され、当該二次
巻線１０ｓの他端（巻き始め側端子）が、端子「Ｔi-」
と「Ｔo-」とを繋ぐラインに接続されている。そして、
整流ダイオード１２のカソードが端子「Ｔo+」及び平滑
コンデンサ１３の一端に接続されている。尚、平滑コン
デンサ１３は、出力端子「Ｔo+」、「Ｔo-」の間に設け
られていて、当該コンデンサの両端電圧がＶoutとして
出力される。

【００２９】尚、図中の「Ｉｐ」はトランス１０の一次
側電流、「Ｉｓ」はトランス１０の二次側電流をそれぞ
れ示しており、「ＶDS」はスイッチング素子１１の両端
電圧（ＦＥＴの場合はドレイン−ソース間電圧）を示し
ている。

【００３０】このようなフライバック型構成の回路にお
いては、制御回路７からの信号を受けてスイッチング素
子１１がオン状態に規定されている間にトランス１０が
エネルギーを蓄え、制御回路７からの信号によりスイッ
チング素子１１がオフ状態の間に当該エネルギーをトラ
ンス１０の二次巻線１０ｓから出力するが、その場合
に、３種類の動作モード（電流連続モード、電流境界モ
ード、電流不連続モード）が挙げられる。

【００３１】各モードについて簡単に説明すると、電流
連続モードでは、トランス１０に蓄えられたエネルギー
を当該トランスの２次側へ完全に放出する前にスイッチ
ング素子１１がオン状態となるように制御される。ま
た、電流境界モードでは、トランス１０に蓄えられたエ
ネルギーを当該トランスの２次側へ完全に放出した時点
でスイッチング素子１１がオン状態となるように制御さ
れる。電流不連続モードでは、トランス１０に蓄えられ
たエネルギーを当該トランスの２次側へ完全に放出した
時点から、ある期間（不連続期間）の後に、スイッチン
グ素子１１がオン状態となるように制御される。

【００３２】各モードのうち、点灯回路の効率化や小型
化の観点からは、電流境界モードが有用であり、その理
由の一つは、スイッチング素子１１がオン状態になった
瞬間の電流をゼロアンペアにすることができるので、当
該素子の損失（ターンオン時のロス）がないためであ
る。即ち、トランス１０の２次側に設けられた整流ダイ
オード１２の逆回復時間における電力損失に着目した場
合に、電流連続モードでは、当該ダイオードに電流が流
れている間にスイッチング素子１１がオン状態となり、
ダイオードが逆バイアス状態となるので、逆回復時間に
おいて電力損失が生じる。これに対して、電流境界モー
ドや電流不連続モードでは、整流ダイオード１２の電流
がゼロアンペアになってからスイッチング素子１１がオ
ン状態となるので、逆回復時間での電力損失が発生しな
い。

【００３３】図３は電流連続モードにおける各部の波形
を概略的に示したものであり、「Ｓｃ」はスイッチング
素子１１のオン／オフ状態を規定する制御信号を示し、
「Ｉｐ」、「Ｉｓ」、「ＶDS」は既述した通りである。
尚、左側の図は、スイッチング周波数が低い場合、右側
の図はスイッチング周波数が高い場合をそれぞれ示して
いる。

【００３４】この動作モードでの制御時には、Ｓｃの立
上り時点やＶDSの立下り時点において、ＩｐやＩｓがゼ
ロにならないので、ＩｐとＶDSとの積としてターンオン
時のスイッチングロスが発生し、また、Ｉｓの残留によ
り逆回復ロスが発生する。

【００３５】Ｉｓの電流値がゼロとならないままの状態
で、例えば、図１４、図１５で説明したように、スイッ
チング周波数に揺らぎを与えて当該周波数を高くする
と、図３の右側に示すように、Ｓｃの周波数が高くなる
が、Ｓｃのデューティーサイクルはそのままである（但
し、制御レベルは一定とする。）。即ち、ＩｐやＩｓの
傾斜（時間軸に対する傾き）はスイッチング周波数の変
化には無関係であって一定のまま変わらず、Ｉｓの時間
積分値も変わらない。従って、損失についても左側に示
す場合と同じで大きいままである。

【００３６】図４は電流境界モードにおける各部の波形
を概略的に示したものであり、出力電力及び電流（Ｉｓ
の時間積分値）を変えずに、図１４、図１５で説明した
ように、スイッチング周波数に揺らぎを与えたときの状
況を示す。尚、「Ｓｃ」、「Ｉｐ」、「Ｉｓ」、「ＶD
S」は既述した通りであり、左側の図は、スイッチング
周波数が低い場合、右側の図はスイッチング周波数が高
い場合をそれぞれ示している。

【００３７】左側の図では、Ｓｃの立上り時点やＶDSの
立下り時点において、ＩｐやＩｓがゼロとなっているた
め、スイッチング素子１１のターンオン時のロスが無
く、また、Ｉｓの残留による逆回復ロスも無い。

【００３８】但し、右側の図に示すように、スイッチン
グ周波数を高くすると、再びそれらのロスが発生してし
まう。即ち、電流連続モードと同じであって、Ｉｓがゼ
ロにならない状態のままスイッチング制御が行われる結
果、上記の損失が発生する（何故なら、Ｉｓの時間積分
値が変わらないので、左側の図においてＩｓに係る三角
形（斜線部）の面積と、右側の図においてＩｓに係る台
形（斜線部）の面積とが同じであるため。）。

【００３９】尚、ダイオードの逆回復時間における損失
の総量は、スイッチング周波数に比例するので、電流連
続モードにおいては、当該周波数が高くなる程、電力損
失が多くなってしまう。また、回路全体としての効率に
ついて各モードを比較した場合には、スイッチング周波
数が比較的高い（数百キロヘルツ以上）の場合には、電
流境界モードにおいて電気効率が良いことが判明してい
る（電流不連続モードでは、上記不連続期間での共振動
作の影響によって、電流境界モードよりも電気効率が低
い。）。

【００４０】従って、スイッチング素子１１が持つ容量
成分や整流ダイオード１２の逆回復時間により発生する
電力損失を無くすことを目的とし、また、比較的高いス
イッチング周波数をもってフライバック型の回路（ＤＣ
−ＤＣコンバータ）を駆動する場合には、電流境界モー
ドで動作させることが、点灯回路全体での損失を低減し
て、装置を小型化するのに好適である。

【００４１】但し、図４の右側の図に示すように、出力
電流及び電力を変化させずにスイッチング周波数を高く
すると、再び損失が発生してしまう。

【００４２】そこで、本発明では、放電灯に係る出力電
力及び電流の制御において、それらの揺らぎを許容する
ことにより、スイッチング周波数の如何には関係なく、
電流境界モードでの制御が行われるようにする。即ち、
制御電流や電力についての揺らぎを容認し、上記スイッ
チング素子１１のターンオン時にトランス１０に蓄えら
れたエネルギーを当該トランスの二次巻線から全て出力
し終わった瞬間にスイッチング素子１１をオン状態にさ
せるべく制御を行う。

【００４３】放電灯への出力電流や電力の制御について
は、制御回路からの信号による上記スイッチング素子の
オン期間において行われるが、出力電流又は電力の制御
について揺らぎを与えるための回路として初めから制御
回路を設計する方法と、既存の制御回路に対して揺らぎ
発生手段（あるいは揺らぎ付与手段）を付設する方法が
挙げられる。いずれの方法においても、揺らぎ付与につ
いては、少なくとも、放電灯の安定点灯状態において行
うことが好ましい。つまり、「安定点灯状態」とは、放
電灯を点灯直後のように不安定な状態や、定常点灯に至
るまでの過渡状態を除く趣旨であり、これは制御電流等
の揺らぎによって放電灯の点灯状態がさらに不安定とな
ってしまう結果、立ち消え等が発生するのを防止するた
めである。勿論、揺らぎ付与の度合いが小さく、不安定
化の原因に結びつかない程度であれば、「安定点灯状
態」に限る必要はない。

【００４４】図５は、本発明に係る制御を行った場合に
おいて、直流−直流変換回路の各部の波形を概略的に示
したものである。尚、「Ｓｃ」、「Ｉｐ」、「Ｉｓ」、
「ＶDS」は既述した通りであり、左側の図は、スイッチ
ング周波数が低い場合、右側の図はスイッチング周波数
が高い場合をそれぞれ示している。

【００４５】左側に示す図において、出力電力及び電流
（Ｉｓの時間積分値）を「１」とし、これに対して、右
側に示す図では、出力電力等を半分にすると、Ｓｃの周
波数が２倍になる。つまり、制御電力及び電流に対して
スイッチング周波数は反比例の関係となるので、制御電
力等に揺らぎを与えることで、スイッチング周波数を変
化させることができる。

【００４６】しかも、両図において、Ｓｃの立上り時点
やＶDSの立下り時点で、ＩｐやＩｓがゼロとなっている
ため、スイッチング素子１１のターンオン時のロスが無
く、また、Ｉｓの残留による逆回復ロスも無い。即ち、
図４の場合には、左右両図でＩｓの時間積分値を不変と
した制御を行ったため、周波数が高くなった場合に損失
の問題が起きたが、本例では、制御電力等に応じてＩｓ
の時間積分値が変わるので、電流境界モードでの制御を
守ることができる（例えば、電力及び電流を半分にする
と、スイッチング周波数が２倍となって、Ｉｓの幅（時
間幅）が半分となり、Ｉｓの高さが半分になる。）。こ
れにより、効率を落とさずに、ビートノイズを抑制する
ことが可能になる。

【００４７】図６は、本発明に係る制御回路の要部の構
成例１５を示すものであり、下記の要素を備えている
（括弧内の数字は符号を示す。）。

【００４８】・演算部（１６）・比較部（１７）・制御部（１８）・揺らぎ発生手段（１９）。

【００４９】図中に示す「Ｓdet」は、放電灯６の点灯
制御に必要な検出信号であり、例えば、上記検出部８に
より検出されて演算部１６に送られる。

【００５０】演算部（あるいは電力制御部）１６は、放
電灯６の電力制御を行うために設けられており、検出信
号Ｓdetに応じて制御値（指令値）を計算して、後段の
比較部１７に送出する。例えば、放電灯を冷えた状態か
ら点灯させる場合（所謂コールドスタート）と、放電灯
が未だ暖まっている状態から点灯させる場合とでは、放
電灯の状態が異なるため、各状態にとって適切な点灯制
御を行うために設けられる（演算処理については既知の
形態で良いので、その説明は省略する。）。

【００５１】比較部１７には、例えば、エラーアンプが
用いられ、その一方の入力として、演算部１６からの出
力が供給され、他方には所定の基準電圧が供給される。
そして、両者の差を示す制御電圧（エラー信号）が後段
の制御部１８に送られる。

【００５２】この制御部１８は、比較部１７からの信号
に対して鋸歯状波をレベル比較することにより、比較結
果に応じた信号を生成する部分であり、ＰＷＭ制御用Ｉ
ＣやＰＦＭ制御用ＩＣを用いて構成される。例えば、Ｐ
ＷＭ制御では、当該レベル比較の結果に応じて制御信号
に係るデューティーサイクルが規定され、当該信号が図
示しない駆動回路を介して直流−直流変換回路３のスイ
ッチング素子１１への駆動用信号として送出される。

【００５３】このように、フィードバックループが形成
されて放電灯の点灯制御が行われるが、当該放電灯に係
る出力電流又は電力の制御について揺らぎを与えるため
に、揺らぎ発生手段１９が設けられている。つまり、上
記したように、本発明では、一定条件下で制御電力や電
流を不変としてスイッチング周波数に揺らぎを持たせる
のではなく、制御電力や電流について、所定の周波数や
変動幅を設定して揺らぎを与える役割を当該手段１９が
担っている。

【００５４】図７は揺らぎ発生手段に係る基本部分の回
路構成例２０を示している。

【００５５】コンパレータ２１はヒステリシス特性を有
しており、その負入力端子がコンデンサ２２を介して接
地されている。当該コンパレータの正入力端子には、定
電圧源の記号で示す基準電圧「Ｅref」が抵抗２３を介
して供給され、コンパレータ２１の出力信号は、抵抗２
４からＮＯＴ（論理否定）ゲート２５を介してスイッチ
素子２６（ＦＥＴ等が用いられるが、図には簡略記号で
示す。）の制御端子に送られ、当該ゲート２５の出力信
号のレベル（Ｈ又はＬ）に応じてオン／オフ状態とな
る。

【００５６】尚、スイッチ素子２６の非制御端子（接地
側でない方の端子）は、抵抗２７を介してコンパレータ
２１の正入力端子に接続されている。

【００５７】また、ＮＯＴゲート２５の出力信号は、Ｎ
ＯＴゲート２８に送られるとともに、当該ＮＯＴゲート
の出力端子が抵抗２９を介してコンデンサ２２の一端
（コンパレータ２１の負入力端子に接続される端子）に
接続されている。

【００５８】尚、コンパレータ２１の出力端子に設けら
れた抵抗３０はプルアップ抵抗であり、基準電圧Ｅref
の定電圧源に接続されている。

【００５９】本回路において、コンデンサ２２の両端電
圧（これを、「Ｖ２２」と記す。）が、コンパレータ２
１における第一の閾値よりも低い場合には、当該コンパ
レータ２１の出力信号がＨ（ハイ）レベルとなって、ス
イッチ素子２６がオフ状態となり、抵抗２９を介してコ
ンデンサ２２が充電される。また、Ｖ２２がコンパレー
タ２１における第二の閾値よりも高い場合には、当該コ
ンパンパレータ２１の出力信号がＬ（ロー）レベルとな
って、スイッチ素子２６がオン状態とされ（Ｅrefの抵
抗分圧値がコンパレータ２１の正入力として供給され
る。）、抵抗２９を介してコンデンサ２２が放電され
る。このようなサイクルが繰り返されて、Ｖ２２が変化
する。つまり、コンパレータ２１のヒステリシス特性に
関してその閾値で決まる電圧範囲並びにコンデンサ２２
の静電容量及び抵抗２９の抵抗値による充放電の時定数
で規定される周波数をもって、Ｖ２２が変化することに
なる。

【００６０】このような回路を用いて、周波数揺らぎを
発生させるには、例えば、下記の構成形態が挙げられ
る。

【００６１】（Ｉ）揺らぎ発生手段１９による信号を上
記比較部１７に対して作用させる形態（ＩＩ）揺らぎ発生手段１９による信号を上記制御部１
８に対して作用させる形態。

【００６２】図８及び図９は、（Ｉ）の構成例を示すも
のである。

【００６３】図８では、上記電圧Ｖ２２がエラーアンプ
３１の正入力端子に供給され、当該エラーアンプの負入
力端子に供給される上記演算部１６からの信号電圧（こ
れを「Ｖ１６」と記す。）と比較される。つまり、エラ
ーアンプ３１の正入力端子については、当該端子に一定
の基準電圧を与える場合には、当該基準電圧と信号電圧
Ｖ１６との差が制御電圧「Ｖｓ」として得られるに過ぎ
ないが、当該基準電圧の代わりに、所定の周波数をもっ
て変化するＶ２２を用いることによって、制御電圧に揺
らぎを与えることができる（従って、上記演算部１６か
らの信号電圧が仮に一定であったとしても、エラーアン
プ３１の出力する制御電圧Ｖｓは時間的に変化す
る。）。

【００６４】図９では、上記電圧Ｖ２２がＮＰＮトラン
ジスタ３２のベースに供給され、当該トランジスタのエ
ミッタに接続された抵抗３３を介してエラーアンプ３１
の出力に影響を及ぼすように構成している。即ち、エラ
ーアンプ３１については、その正入力端子に一定の基準
電圧「Ｅref」が供給され、その正入力端子に上記演算
部１６からの信号電圧Ｖ１６が供給されるので、このま
までは両者の差が制御電圧Ｖｓとして得られるだけであ
るが、エミッタフォロアとされるトランジスタ３２から
抵抗３３を介してＶ２２が当該制御電圧に作用する。即
ち、該トランジスタ３２のコレクタには基準電圧「Ｖre
f」が供給され、そのエミッタが抵抗３３を介してエラ
ーアンプ３１の出力端子に接続されていて、時間的に変
化するＶ２２がベースに供給されるので、エラーアンプ
３１の出力電圧に対して揺らぎが与えられる。

【００６５】いずれにしても、揺らぎの付与によって、
比較部１７による制御電圧Ｖｓのレベルが高くなれば、
スイッチング周波数が低くなる（あるいは、逆に制御電
圧Ｖｓのレベルが低くなれば、スイッチング周波数が高
くなる。）。

【００６６】図１０は制御電圧Ｖｓ、Ｉｐ及びＩｓ、信
号Ｓｃの関係について概略的に示したものである。

【００６７】図８や図９の構成では、Ｖ２２によってＶ
ｓのレベル変動が生じるため、図１０において左側の図
に示すように、Ｖｓのレベルが比較的高い状態では、Ｓ
ｃの周波数が低く、右側の図に示すように、Ｖｓのレベ
ルが比較的低い状態では、Ｓｃの周波数が高くなること
が分かる。

【００６８】図１１及び図１２は、（ＩＩ）の構成例を
示すものである。尚、これらの図において、鋸歯状波発
生回路３４は、図１４の回路ａと同じものであって、そ
の端子「ＲＴ／ＣＴ」に接続する抵抗やコンデンサの設
定により周波数が決定される、既知の構成を有する。

【００６９】図１１では、上記電圧Ｖ２２がＮＰＮトラ
ンジスタ３５のベースに供給され、当該トランジスタの
エミッタが抵抗３６を介して端子「ＲＴ／ＣＴ」及びコ
ンデンサ３７の一端（接地側でない方の端子）に接続さ
れている。即ち、エミッタフォロアとされるトランジス
タ３５から抵抗３６を介してＶ２２が端子「ＲＴ／Ｃ
Ｔ」に作用する。尚、トランジスタ３５のコレクタには
所定電圧Ｖrefが供給されている。

【００７０】図１２では、トランジスタ３５のコレクタ
と端子「ＲＴ／ＣＴ」との間に抵抗３８が介挿されてい
ることが図１１との相違点であり、基本的な作用は変わ
らない。

【００７１】いずれにしても、上記したように制御電力
及び電流と、スイッチング周波数とが反比例の関係にあ
るので、それらの一方を変えれば他方も変化する。つま
り、スイッチング周波数を変化させれば、制御電力及び
電流が変化するので、端子「ＲＴ／ＣＴ」に接続される
コンデンサ３７へのソース電流を変化させれば良い。

【００７２】図１３は制御電圧Ｖｓ、鋸歯状波ＳＡＷ、
信号Ｓｃの関係について概略的に示したものである。

【００７３】図１１や図１２の構成では、比較部１７に
おける基準電圧Ｅrefが一定であり、演算部１６の出力
が一定である限りＶｓのレベルに変動はないが、Ｖ２２
によって鋸歯状波の傾きが変化する。よって、図１３に
おいて左側の図に示すように、ＳＡＷの傾斜が比較的小
さい状態では、Ｓｃの周波数が低く、右側の図に示すよ
うに、ＳＡＷの傾斜が比較的大きい状態では、Ｓｃの周
波数が高くなることが分かる。

【００７４】この他には、上記Ｖ２２を演算部１６に対
して作用させる構成形態も挙げられ、この場合には、当
該演算部で使用する基準電圧や演算出力に対して、Ｖ２
２による揺らぎを与えることができるが、実際の回路設
計では、構成の複雑化や部品点数等の増加を伴わないよ
うにすべきである。

【００７５】尚、揺らぎ発生手段１９によって、制御電
力や電流を意図的に変化させるに際しては、放電灯の点
灯制御に悪影響を及ぼさないように配慮する必要があ
る。

【００７６】即ち、揺らぎの周波数（上記Ｖ２２の変化
周波数）の下限値については、制御電力によって決ま
り、電力の変化が放電灯の光量変化となって直接的に現
れるので、当該放電灯の使用目的に応じた周波数値に規
定すべきである。例えば、対人照明用途（車両用灯具
等）では、人間の視覚への影響（チラツキ等）を考慮し
て３０Ｈｚ程度が好ましい。また、揺らぎの周波数を必
要以上に高くし過ぎると、ビートノイズ抑制の効果が薄
れるとともに、当該周波数自身に起因する高調波が発生
してラジオ周波数帯域に入り易くなるので（受信装置へ
の影響が出る）、上限値としては、１ｋＨｚ程度が好ま
しい。従って、放電灯に係る出力電流又は電力の周波数
範囲として、実用上は、３０乃至１０００Ｈｚの範囲が
好適である。

【００７７】また、揺らぎの振幅（上記Ｖ２２の変化
幅）の下限値については、当該揺らぎの効果が充分に得
られる値として規定すべきであり、また、その上限値に
ついては、出力電力等の変動や低下によって放電灯の点
灯状態を維持できなくなるような事態が発生しない幅を
もって規定すべきある。実用上では、放電灯に係る出力
電流又は電力に関して、定格電流値又は定格電力値を中
心としてその上下に５％乃至３０％の範囲で変化するよ
うにとどめるべきである。例えば、定格電力３５Ｗの放
電灯において、−５％乃至＋５％の設定幅にした場合に
は、３３．２５〜３６．７５Ｗの範囲で揺らぎが起き、
また、−３０％乃至１０％の設定幅にした場合には、２
４．５〜３８．５Ｗの範囲で揺らぎが起こる（２４．５
Ｗは点灯維持が可能な限界の電力に近い。）。あるい
は、スイッチング周波数が高い場合には、下限値が５％
より小さくても必然的に電力等の変動幅が大きくなって
ノイズ抑制の効果が現れるので、例えば、スイッチング
周波数に係る変動幅を１０ｋＨｚ以上（基準周波数に対
して±５ｋＨｚ以上の変動を含む。）にすることが好ま
しい。

【００７８】しかして、上記した構成を、例えば、自動
車用灯具等の放電灯点灯回路に適用することにより、ビ
ートノイズを抑制することができ、しかも、電力損失の
低減との両立化が可能となるので、装置の小型化等に寄
与することができる。

【００７９】

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、請求項１に係る発明によれば、放電灯に係る出力電
流又は電力の制御において揺らぎを付与することによ
り、スイッチング周波数を変化させてビートノイズを抑
制することができる。しかも、直流−交流変換回路を構
成するトランスに蓄えられるエネルギーを二次巻線から
全て出力し終わった時点でスイッチング素子が常にオン
状態となるように制御することで、当該スイッチング素
子のターンオン時の電力損失等を低減し、回路の効率低
下を防止することができるので、回路装置の小型化や省
電力化等にとって有効である。

【００８０】請求項２に係る発明によれば、放電灯の光
量変化への影響やラジオ周波数帯域への影響について問
題のない範囲で、ビートノイズの低減効果を充分に得る
ことができる。

【００８１】請求項３に係る発明によれば、放電灯の点
灯状態を維持し得る範囲で、ビートノイズの低減効果を
充分に得ることができる。

【００８２】請求項４に係る発明によれば、放電灯に係
る出力電流又は電力に対する揺らぎ付与の幅が比較的小
さい場合であっても、スイッチング周波数の変動幅を１
０キロヘルツ以上に設定することで、ビートノイズの低
減効果を充分に得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る放電灯点灯回路の基本構成例を示
す回路ブロック図である。

【図２】直流−直流変換回路の構成例について説明する
ための図である。

【図３】電流連続モードの動作について説明するための
図である。

【図４】電流境界モードの動作について説明するための
図である。

【図５】本発明に係る動作について説明するための図で
ある。

【図６】本発明に係る制御回路について要部の構成例を
示す図である。

【図７】本発明に係る揺らぎ発生手段に係る基本部分の
構成例を示す回路図である。

【図８】図９、図１０とともに、エラーアンプに対して
揺らぎを与える構成形態について説明するものであり、
本図は当該エラーアンプの基準電圧を変化させる例を示
す回路図である。

【図９】エラーアンプの出力電圧を変化させる例を示す
回路図である。

【図１０】動作説明のための概略的な波形図である。

【図１１】図１２、図１３とともに、揺らぎ付与に係る
別の構成形態について説明するものであり、本図は鋸歯
状波発生回路の周波数を変化させる例を示す回路図であ
る。

【図１２】図１１の構成の変形例を示す回路図である。

【図１３】動作説明のための概略的な波形図である。

【図１４】図１５とともに、スイッチング周波数に係る
揺らぎ付与について説明するための図であり、本図は制
御回路の要部を示す図である。

【図１５】動作説明のための概略的な波形図である。

【符号の説明】

１…放電灯点灯回路、３…直流−直流変換回路、４…直
流−交流変換回路、６…放電灯、７…制御回路、１０…
トランス、１０ｐ…一次巻線、１０ｓ…二次巻線、１１
…スイッチング素子、１９…揺らぎ発生手段

フロントページの続きＦターム(参考） 3K072 AA13 AC11 BA03 BA05 BB01 CA11 DC08 DD03 DD06 DE05 FA04 FA06 GB02 GB18 HA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源からの入力電圧を所望の直流電
圧に変換するための直流−直流変換回路と、当該回路の
後段に配置される直流−交流変換回路と、放電灯の点灯
制御を行う制御回路を備えた放電灯点灯回路において、（イ）上記直流−直流変換回路が、トランス及びその一
次巻線に接続されるスイッチング素子を有し、上記制御
回路からの信号によりスイッチング素子がオン状態であ
る間にトランスがエネルギーを蓄え、上記制御回路から
の信号により当該スイッチング素子がオフ状態の間に当
該エネルギーをトランスの二次巻線から出力するととも
に、放電灯の安定点灯状態では当該エネルギーを二次巻
線から全て出力し終わった時点でスイッチング素子がオ
ン状態となるように制御されること、（ロ）放電灯に係る出力電流又は電力の制御が、上記制
御回路からの信号による上記スイッチング素子のオン期
間において行われること、（ハ）上記（ロ）の出力電流又は電力の制御について揺
らぎを与えるための揺らぎ発生手段が設けられているこ
とを特徴とする放電灯点灯回路。
【請求項２】請求項１に記載の放電灯点灯回路におい
て、制御回路に対して設けられた揺らぎ発生手段によって、
放電灯に係る出力電流又は電力が３０乃至１０００ヘル
ツの範囲で変化することを特徴とする放電灯点灯回路。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の放電灯点
灯回路において、放電灯に係る出力電流又は電力が、定格電流値又は定格
電力値を中心としてその上方又は下方に５乃至３０％の
範囲で変化することを特徴とする放電灯点灯回路。
【請求項４】請求項１又は請求項２に記載の放電灯点
灯回路において、上記スイッチング素子に係るスイッチング周波数につい
て、その変動幅が１０キロヘルツ以上であることを特徴
とする放電灯点灯回路。