专利名称：高压放电灯点亮装置和装备有高压放电灯点亮装置的灯具的制作方法
技术领域：
本发明涉及高压放电灯的点亮装置，和装备有点亮装置的灯具，更具体地讲，涉及可以连接到窄小空间中电力线路或类似物的高压放电点亮装置和装备有这种高压放电点亮装置的灯具。
背景技术：
有一种在连接到布置在天花板或类似物上的电力线路之后使用的惯用灯具。这种灯具包括一个灯和一个起到点亮灯的作用的降压变压器部分。但是，由于降压变压器的尺寸没有小到使得降压变压器能够存放在电力线路中，所以将降压变压器存放在独立于灯布置的外壳中，并且把降压变压器布置在电力线路下方。因此，灯和外壳不利地外露悬垂在电力线路的下方。作为减小降压变压器部分的电路以限制外壳的下垂的方法，已知有以下两种方法，即，一种是减小降压变压器部分的电路的方法，和一种是设计安装降压变压器部分的电子部件的印刷电路板的结构以减小降压变压器部分的尺寸的方法。
在这两种解决方法中，在JP11-111040A中提出了一种灯具，这种灯具包括减小了尺寸以在连接到电力线路时具有良好外观的降压变压器。但是，这种灯具使用由降压变压器点亮的白炽灯和卤素灯作为灯。另一方面，使用诸如HID(高密度放电)灯之类的高压放电灯的灯具存在着由于(如下面要说明的)点亮高压放电灯的装置的复杂电路配置造成的部件数量大和电子部件的温度增高，而不能大大减小尺寸的问题。
图28示出了一种惯用的高压放电灯点亮装置的基本电路。该装置包括一个包含升压斩波器的整流电路92，一个包含降压斩波器的功率控制电路97，一个包含全桥接电路的极性反转电路93，一个高压脉冲产生电路Ig，一个执行升压斩波器的开关元件Q95的驱动控制的控制电路96，和一个执行降压斩波器的开关元件Q96的驱动控制的控制电路98。以下说明每个电路。
整流电路92包括一个包含电感器L93，二极管D95，电容器C95，诸如MOSFET(金属氧化物硅场效应晶体管)之类的开关元件Q95，和桥式整流器DB的所谓的升压斩波电路。桥式整流器DB全整流来自商用AC电源AC的AC电压，以产生脉动流电压。升压斩波电路将桥式整流器DB产生的脉动流电压转换成DC电压，以输出DC电压。
功率控制电路97包含以数十KHz开/关的诸如MOSFET之类的开关元件Q96，二极管D96，电感器L94，和电容器C96，其输出电流是斩波波形的。在电感器L94的次级绕组上感应依赖于从功率控制电路97输出的输出电流的感生电压。感生电压通过串联连接的电阻器R94输入到控制电路98。控制电路98根据从电感器L94的次级绕组输入的电压，执行开关元件Q96的过零翻转控制。电容器C96用于从电感器L94的初级绕组的输出电流除去谐波分量。
极性反转电路93通过包括诸如MOSFET之类的开关元件Q91至Q94的全桥电路，将来自功率控制电路97的DC电压转换成具有数百Hz的低频的矩形波AC电压，并将矩形波AC电压提供到高压放电灯DL。
高压脉冲产生电路Ig用于产生高压脉冲，以造成高压放电灯DL电极之间的介电击穿，并且用于启动高压放电灯DL。在高压放电灯DL启动之后，高压脉冲产生电路Ig的操作暂停。
JP14-75045A中披露了包括通过点亮装置点亮的高压放电灯DL的灯具。希望将点亮装置的电路变得更小，以便减小灯具的尺寸。
另一方面，JP5-327161A中披露了一种设计安装电子部件的印刷电路板的结构以减小电子电路模块的尺寸的方法，作为另一种解决方法。它具有一种辅助电路板垂直于主电路板布置的结构。辅助电路板具有一对从纵向两侧向主电路板突出的基片支撑部分，并且主电路板具有固定孔，辅助电路板的基片支撑部分穿过固定孔。当把辅助电路板安装到主电路板时，基片支撑部分插入到固定孔中，从而可以把辅助电路板垂直固定到主电路板。以这种方式，可以把要安装到印刷电路板的电子部件三维安装到主电路板和辅助电路板上，因此可以减小电子电路模块的尺寸。
但是，在这种安装结构中，把沿辅助电路板的长边排列的多个焊盘(terminal pads)和在主电路板的上表面排列的多个焊盘焊接在主电路板的部件表面一侧。为此，例如，在把辅助电路板安装到主电路板的部件表面上的同时，将主电路板的焊接表面浸入焊料槽，以焊接主电路板的部件引线的情况下，不能与部件同时将辅助电路板连接到主电路板。自然，即使在这种安装结构中，如果把主电路板上的所有部件全都与辅助电路板同时安装在主电路板的上表，那么可以同时进行主电路板上部件的焊接和辅助电路板与主电路板的焊接。
但是，如参考文献中指出的，当完成了表面安装时，进行回流焊接，因此回流焊接的加热造成另一个问题，例如，安装在辅助电路板上的部件的定位错误。为了防止定位错误，需要另一个将部件保持在辅助电路板上以防止部件的定位错误的构件，这致使成本提高。辅助电路板的基片支撑部分很容易断裂。如果基片支撑部分断裂，那么所有基片都不能使用。此外，由于辅助电路板安装在主电路板的上表面(安装电子部件的表面)，所以辅助电路板的焊盘位于主电路板的上表面的上方。因此，要安装在辅助电路板上的电子部件安装在焊盘上方和远离主电路板上表面的位置上，从而辅助电路板从主电路板的上表面突出的高度很难变小。为此，不能容易地减小电子部件所在的电子电路模块的尺寸。
本发明是考虑到上述问题作出的，其目的是要提供一种紧凑的高压放电灯点亮装置和装备有高压放电灯点亮装置的灯具。
发明内容
为了达到上述目的，根据本发明的点亮高压放电灯的装置包括DC电源；具有一个连接到DC电源的高压侧的接线端的第一开关元件；具有一个连接到DC电源的低压侧的接线端的第二开关元件；具有一个连接到DC电源的高压侧的接线端的第三开关元件；具有一个连接到DC电源的低压侧的接线端的第四开关元件；具有一个连接到第一和第二开关元件的另一个接线端的接线端，和连接到高压放电灯的一端的另一个接线端的第一电感器；连接在第一电感器的一个绕组的中间部分与DC电源的电压侧之间、并且与第一电感器一起构成一个第一串联联谐振电路的第一电容器；具有一个连接到第一电感器的一个接线端的接线端，和连接到高压放电灯的另一个接线端的另一个接线端的第二电容器；具有一个连接到第三和第四开关元件的另一个接线端的接线端，和连接到第二电容器的另一接线端的接线端的第二电感器；和一个用于控制第一至第四开关元件的开和关的控制电路。在这种配置中，在高压放电灯启动之前，控制电路以第一控制模式进行控制，第一控制模式是以一种预定转换频率，在第一和第四开关元件接通并且第二和第三开关元件断开的状态与第一和第四开关元件断开并且第二和第三开关元件接通的状态之间交替转换的模式。在第一控制模式中，第一串联谐振电路以转换频率的整数倍的频率谐振，以产生启动高压放电灯的高压。
在高压放电灯启动之后，控制电路可以用第二控制模式执行控制，第二控制模式是以低的频率在一种操作与另一种操作之间交替转换的模式，所述一种操作是以高频率在第一和第四开关元件同时接通的状态与第一和第四开关元件中至少一个断开的状态之间交替转换的操作，所述另一种操作是以高频率在第二和第三开关元件同时接通的状态与第二和第三开关元件中至少一个断开的状态之间交替转换的操作。
作为选择，根据本发明的点亮高压放电灯的装置，包括DC电源；具有一个连接到DC电源的高压侧的接线端第一开关元件；具有一个连接到DC电源的低压侧的接线端的第二开关元件；具有一个连接到第一和第二开关元件的另一接线端的接线端，和连接到高压放电灯的一个接线端的另一个接线端的第一电感器；连接在第一电感器的一个绕组的中间部分与DC电源的低压侧之间，并且与第一电感器一起构成了一个第一串联谐振电路的第一电容器；具有一个连接到第一电感器的一个接线端的接线端，和连接到高压放电灯的另一个接线端的另一个接线端的第二电容器；具有一个连接到第二电容器的另一个接线端的接线端的第二电感器；连接在DC电源的高压侧与第二电感器的另一个接线端之间的第三电容器；连接在DC电源的低压侧与第二电感器的另一个接线端之间的第四电容器；和控制第一和第二开关元件的开和关的控制电路。在高压放电灯启动之前，控制电路以第一控制模式进行控制，第一控制模式是以预定转换频率，在第一开关元件接通和第二开关元件断开的状态与第一开关元件断开和第二开关元件接通状态之间交替转换的模式。在第一控制模式中，第一串联谐振电路以转换频率的整数倍的频率谐振，以产生启动高压放电灯的高电压。
在高压放电灯启动之后，控制电路可以用第二控制模式执行控制，第二控制模式是以第一低频在以高频控制第一开关元件的开和关的操作与用高频控制第二开关元件的开和关的操作之间交替转换的模式。
转换频率可以低于第一串联谐振电路的谐振频率，和高于包括第二电感器和第二电容器的第二串联谐振电路的谐振频率。
在第一控制模式中，第一串联谐振电路产生的高压的频率可以是转换频率的(2n+1)倍(n是自然数)。
转换频率可以高于包括第二电感器和第二电容器的第二串联谐振电路的谐振频率的两倍。
根据上述高压放电灯点亮装置，由于谐振电压升高是在对应于开关元件的转换频率的整数倍的频率进行的，所以可以显著地减小谐振电感器的尺寸，并且可以使高压放电灯点亮装置的尺寸和成本小于惯用高压放电灯点亮装置。此外，由于开关元件的转换频率与惯用转换频率没有区别，所以可以防止转换损失增大。
在第一控制模式中，控制电路可以根据时间改变转换频率。因此，可以取得即使由于部件的波动造成第一串联谐振电路的阻抗的频率特性改变，也能产生稳定的高压脉冲的优点。
可以如此设置转换频率的可变范围，使得第一串联谐振电路的谐振频率包括在从可变范围的下限的整数倍到可变范围的上限的整数倍的范围内。因此，可以取得即使由于部件的波动造成串联谐振电路的阻抗的频率特性改变，也能容易地产生具有到电压的稳定的高压脉冲的优点。
此外，对应于转换频率的整数倍的频率可以是(2N+1)倍(n是自然数)的转换频率。因此，是转换频率的(2n+1)倍(n是自然数)的频率的可变范围包括第一串联谐振电路的谐振频率，并且可以相对容易地改变转换频率，使得能够产生(2n+1)倍的频率。可以获得能够稳定地产生高压脉冲的优点。
对应于转换频率的整数倍的频率可以是三倍的转换频率。因此，可以比在整数倍(三倍或更多倍)转换频率的频率产生的高压脉冲，更容易地产生具有几乎等于惯用高压脉冲的电压的高压脉冲。为此，可以保持等于惯用启动能力的水平的启动能力。
此外，控制电路可以具有一个数字算术处理电路，并且转换频率可以通过数字算术处理电路离散地改变。因此，不仅可以容易地设置频率的单向降低改变，而且可以容易地设置以恒定频率重复的次数。
控制电路可以具有模拟算术处理电路，并且可以通过模拟算术处理电路连续地改变转换频率。因此，可以连续地改变频率，并且可以获得能够可靠地产生从第一串联谐振电路的阻抗特性得到的高压脉冲的优点。
此外，第一和第二开关元件是以大约50％的占空因数PWM控制的，并且第一和第二开关元件以相等的时间间隔交替重复接通和断开操作。因此，可以通过简单的控制电路产生开关元件的控制信号，并且可以获得能够实现减小高压放电灯点亮装置的尺寸和成本的优点。
第一电感器可以具有一种带有初级绕组和次级绕组的变压器结构，初级绕组的一个接线端连接到次级绕组的一个接线端，并且可以将第一电容器连接到初级绕组与次级绕组之间的连接点。以这种方式，可以凭借一个小的电感器产生点亮灯所需的高压脉冲，并且可以获得能够减小高压放电灯点亮装置的尺寸和成本的优点。
第一电感器可以具有一种带有初级绕组和次级绕组的变压器结构，并且初级绕组和次级绕组的匝数的比率可以由1∶N(N＞1)给出。因此，用于产生高压脉冲的第一串联谐振电压可以较低，并且可以减小谐振电流。为此，可以获得能够减小构成第一串联谐振电路的第一电感器和第一电容器的尺寸的优点。
此外，第一电感器具有一种带有初级绕组和次级绕组，初级绕组由绞合线构成，次级绕组由单股线构成的变压器结构。因此，可以减小初级绕组在高频区的电阻，和减小次级绕组的DC电阻。可以利用一个小的变压器产生点亮放电灯所需的高压脉冲，并且可以获得抑制高压放电灯接通状态下变压器产生的热的优点。
点亮装置可以进一步包括一个用于检测高压放电灯的启动的启动检测器。当启动检测器检测到高压放电灯的启动时，控制电路用第三控制模式执行控制。第三控制模式以低的频率在以下操作之间交替转换一个以高的频率在第一和第四开关元件同时接通的状态、第一和第四开关元件中的一个断开的状态、和第一和第四开关元件都断开的状态之间顺序地转换的操作；和一个以高的频率在第二和第三开关元件同时接通的状态、第二和第三开关元件中的一个断开的状态、和第二和第三开关元件都断开的状态之间顺序地转换的操作。因此，可以获得能够防止紧接着高压放电灯点亮之后产生的灯电流停止的不稳定状态使得点亮状态稳定的优点。
可以在检测到高压放电灯启动之后过去了预定时间周期时，进行从第一控制模式到第三控制模式的转换操作。因此，可以获得在检测到高压放电灯的点亮状态之后，高压放电灯断开直到过去了一个预定时间周期的时候，能够再次产生高压脉冲的优点。
可以在检测到高压放电灯启动之后，过去了一个预定时间周期时，进行从第一控制模式到第三控制模式的转换操作。因此，可以降低紧接着高压放电灯点亮之后电桥之间的阻抗特性，和能够将较高的电流提供到高压放电灯，并且可以获得能够防止高压放电灯中流动的电流停止的不稳定状态的优点。
点亮装置可以进一步包括上面安装包括在高压放电灯点亮装置中的电子部件的主电路板和辅助电路板。在辅助电路板的下部的上和下表面上形成焊接连接到主电路板的焊盘。可以在主电路板中形成一个插入辅助电路板并且支撑辅助电路板的窄缝。窄缝可以具有一个具有第一宽度并且电连接到辅助电路板的部分，和一个具有几乎等于或小于辅助电路板的厚度的第二宽度的部分。第一宽度可以大于第二宽度。以这种方式，可以将辅助电路板的焊盘布置在执行焊接的表面上，而不是布置在安装主电路板的部件的表面上，有效地利用了突出到主电路板的焊接表面一侧的主电路板的部件引线的空间，使得能够减小辅助电路板从主电路板的上表面突出的高度，并且可以实现低断面的高压放电灯点亮装置。在把辅助电路板插入并且连接到主电路板的步骤中，可以防止在焊接辅助电路板之前辅助电路板跌落。可以进一步降低制造成本和部件成本。
可以在形成在辅助电路板的下部的焊盘与安装在辅助电路板上的电子部件之间的空间中，以及辅助电路板的上和下表面上，形成进一步的突起部分，当把辅助电路板插入主电路板时，这些突起部分可以接触主电路板的表面。为此，突起部分支撑辅助电路板，使得能够不用任何夹具地制造辅助电路板，并且可以进一步地降低制造成本和部件成本。
突起部分可以包括几乎垂直地穿过辅助电路板中的一个从上表面穿透到下表面的孔的杆。因此，可以形成具有简单结构的突起部分，并且再进一步地降低制造成本和部件成本。
突起部分可以包括一个布置在安装在辅助电路板的上和下表面上的其它电子部件与焊盘之间的电子部件。因此，这种电子部件也可以起到突起部分的作用，并且可以不用作为突起部分的专门构件来支撑辅助电路板。
突起部分可以包括固定到辅助电路板的纵向的至少一端的U-形夹具，使得夹具夹持在辅助电路板的上和下表面上。因此，可以制造辅助电路板而不用大规模的夹具，并且可以降低制造成本和部件成本。结果，可以减小装置的尺寸和成本。
可以将焊片形成在辅助电路板的上和下表面上的对称的位置上。因此，可以抑制焊接在辅助电路板中产生的应力的偏置，并且可以更为稳固地连接辅助电路板。
此外，形成在辅助电路板的下部的上和下表面的对称位置上的焊盘可以具有相同的电位。因此，主电路板上的布线可以非常细小，并且可以实现抵抗外部噪声能力强的电路。
点亮装置可以进一步包括串联连接到高压放电灯并且安装在辅助电路板上的用于输出控制的可变电阻。当把辅助电路板插到主电路板上时，可以将输出控制可变电阻定位在比相对于主电路板的表面的辅助电路板的最高部分的高度的中间点更靠近主电路板的表面的位置上。因此，在控制输出控制可变电阻的电阻值时，可以减小力矩的半径，和降低作用在辅助电路板与主电路板之间的焊接部分上的应力。
形成在辅助电路板上的电线布线图形可以包括一个被施加低电压的部分，和一个被施加高电压的部分，并且把被施加高电压的部分形成在辅助电路板的周围部分上。因此，即使在小的高压放电灯点亮装置中，也可以实现不容易执行由于其自身噪声造成的错误操作的控制电路。
辅助电路板可以布置在主电路板周围部分附近。因此，可以将来自安装在辅助电路板上的电子电路的热抑制到很低的水平。
根据本发明的灯具包括高压放电灯点亮装置，和通过高压放电灯点亮装置点亮的高压放电灯。因此，可以实现小尺寸的灯具，并且可以获得能够显著地提高安装自由度的优点。因此，可以实现具有优选外观和使用高压放电灯的灯具。
图1是根据本发明第一实施例的电路图；图2A是显示在启动模式中提供到开关元件Q1的驱动信号的波形的曲线图；图2B是显示在启动模式中提供到开关元件Q2的驱动信号的波形的曲线图；图2C是显示在启动模式中从电感器L2输出的电压的波形的曲线图；图3A是显示在低压点亮模式中提供到开关元件Q1的驱动信号的波形的曲线图；图3B是显示在低压点亮模式中提供到开关元件Q2的驱动信号的波形的曲线图；图3C是显示在低压点亮模式中提供到开关元件Q3的驱动信号的波形的曲线图；图3D是显示在低压点亮模式中提供到开关元件Q4的驱动信号的波形的曲线图；图3E是显示在低压点亮模式中灯DL中流动的电流的波形的曲线图；图4A是显示在稳定点亮模式中提供到开关元件Q1的驱动信号的波形的曲线图；图4B是显示在稳定点亮模式中提供到开关元件Q2的驱动信号的波形的曲线图；图4C是显示在稳定点亮模式中提供到开关元件Q3的驱动信号的波形的曲线图；图4D是显示在稳定点亮模式中提供到开关元件Q4的驱动信号的波形的曲线图；
图4E是显示在稳定点亮模式中灯DL中流动的电流的波形的曲线图；图5是显示高压放电灯的基本输出特性的功率特性图；图6是本发明的第二实施中的电路图；图7A是显示在启动模式中提供到开关元件Q1的驱动信号的波形的曲线图；图7B是显示在启动模式中提供到开关元件Q2的驱动信号的波形的曲线图；图7C是显示在启动模式中从电感器L2输出的电压波形的曲线图；图8A是显示在稳定点亮模式中提供到开关元件Q1的驱动信号的波形的曲线图；图8B是显示在稳定点亮模式中提供到开关元件Q2的驱动信号的波形的曲线图；图8C是显示在稳定点亮模式中灯DL中流动的电流的波形的曲线图；图9是根据本发明的第三实施例的电路图；图10A是显示在启动模式中提供到开关元件Q1的驱动信号的波形的曲线图；图10B是显示在启动模式中提供到开关元件Q2的驱动信号的波形的曲线图；图10C是显示在启动模式中提供到开关元件Q3的驱动信号的波形的曲线图；图10D是显示在启动模式中提供到开关元件Q4的驱动信号的波形的曲线图；图10E是显示在启动模式中从电感器L2输出的电压波形的曲线图；图11是显示启动模式中的一个操作的频率特性图；图12A是显示本发明的第四实施例中，在启动模式中提供到开关元件Q1的驱动信号的波形的曲线图；图12B是显示启动模式中提供到开关元件Q2的驱动信号的波形的曲线图；图12C是显示启动模式中提供到开关元件Q3的驱动信号的波形的曲线图；
图12D是显示启动模式中提供到开关元件Q4的驱动信号的波形的曲线图；图12E是显示启动模式中电感器L2输出的电压的波形的曲线图；图13是显示在启动模式中的一个操作的频率特性图；图14是说明利用微机的频率改变操作的视图；图15是本发明的第五实施例的电路图；图16是显示谐振电路的一种修改的电路图；图17是显示修改的谐振电路中的变压器的电路图；图19是显示谐振电路的另一种修改的电路图；图20是显示本发明的第六实施例的外观的透视图；图21A是从焊接表面一侧看时的主电路板的正视图；图21B是辅助电路板的侧视图；图21C是辅助电路板的正视图；图22A是本发明的第七实施例的辅助电路板的正视图；图22B是辅助电路板插入到主电路板的状态的侧视图；图23A是显示具有其它突起部分的辅助电路板正视图；图23B是显示具有其它突起部分的辅助电路板插入到主电路板中的状态的侧视图；图24A是具有其它突起部分的辅助电路板的正视图；图24B是显示具有其它突起部分的辅助电路板插入到主电路板中的状态的侧视图；图25A是显示具有不同的突起部分的辅助电路板的正视图；图25B是显示具有不同的突起部分的辅助电路板插入到主电路板的状态的侧视图；图25C是不同突起部分的透视图；图26A是本发明第八实施例的辅助电路板的正视图；图26B是显示在辅助电路板插入到主电路板的状态下，控制可变电阻的电阻值的一种方式的侧视图；图27A是显示本发明的第九实施例的第一辅助电路板的部件表面一侧的正视图；
图27B是显示第一辅助电路板的布线图形的后视图；图27C是显示第二辅助电路板的部件表面的正视图；图27D是显示第二辅助电路板的布线图形的后视图；和图28是显示惯用高压放电灯点亮装置的基本配置的电路图。
具体实施例方式
以下参考
本发明的实施例。在附图中，具有相同参考标号的组成元件具有相同的功能。
第一实施例图1是根据本发明的高压放电灯点亮装置的第一实施例的电路图。根据本实施例的高压放电灯点亮装置包括AC电源1，整流电路2，点亮电路3，控制电路4，谐振电路5，和功率因数纠正(PFC)控制器6。
整流电路2具有一个通过噪声滤波电路和线路保护装置连接到AC电源1的桥式整流器DB。桥式整流器DB对从AC电源1提供的AC电压进行全波整流，将AC电压转换成DC电压。电感器L3的一个接线端连接到桥式整流器DB的输出端的高电位侧。一个诸如MOSFET(金属氧化物硅场效应管)之类的开关元件Q5连接在输出端的低电位侧和电感器L3的另一个接线端之间。二极管D5的正极一侧连接到电感器L3与开关元件Q5之间的连接点，和电容器C5连接在二极管D5的负极与地线之间。功率因数纠正控制器6根据从桥式整流器DB输出的DC电压的波形，将PWM(脉宽调制)信号发送到开关元件Q5，以接通/断开控制开关元件Q5，从而改进功率因数，使得在电感器L3中流动的三角形电流波形的峰值能够跟踪DC电压的波形，即，减小电压与电感器L3中流动的电流之间的相位差。
以上说明了一种其中将AC电源1和利用斩波电路方案的整流电路2用作点亮电路3的电源的情况。可以使用任何能够对点亮电路3提供DC电源的电源。例如，可以使用蓄电池或商用DC电源。
点亮电路3具有布置在全桥电路中的四个开关元件Q1至Q4，以将从整流电路2提供的DC电源转换成AC电源，从而向高压放电灯(以后称为“灯DL”)提供AC电力。可以将包括用于分配再生电流的体二极管的MOSFET用作每个开关元件。每个开关元件Q1至Q3的一个接线端连接到DC电源的高电位侧。开关元件Q1的另一个接线端与开关元件Q2的一个接线端彼此串联连接，并且开关元件Q3的另一个接线端与开关元件Q4的一个接线端彼此串联连接。开关元件Q2和Q4的另一个接线端接地。电感器L1串联连接在开关元件Q3和Q4之间的连接点与灯DL之间，以调节灯DL中流动的负载电流IDL。电容器与灯DL并联连接，以除去灯DL中流动的负载电流IDL的波动分量。
控制电路4用于控制开关元件Q1至Q4，使得开关元件Q1至Q4能够执行希望的转换操作。控制电路4包括一个控制IC(集成电路)40和两个驱动电路41和42。控制IC40是由微机之类的执行数字算术处理的装置构成的。驱动电路41和42是由根据从控制IC40输入的信号控制开关元件Q1至Q4的接通和断开的驱动IC构成的。
谐振电路5包括一个串联连接在开关元件Q1和Q2之间的连接点与灯DL之间，以产生用于启动灯DL的高压脉冲的电感器L2，具有一个连接到电感器L2的绕组的中间部分的接线端的电容器C2，和与电容器C2的另一个接线端串联连接的电阻器R1。电感器L2和电容器C2构成了一个串联谐振电路。在这个串联谐振电路中，如此设置电感器L2的感抗和电容器C2的容抗，使得能够在高频f2≈360KHz发生谐振。二极管D1和D2用于执行旁路操作，以便防止谐振电路5产生的谐振电流在用于检测灯DL中流动的负载电流IDL的电流检测电阻R2中流动。
以下参考图2至4，说明根据本实施例的高压放电灯点亮装置的点亮操作。点亮操作包括在灯DL电极之间施加高压脉冲以造成电极之间的介电击穿的启动模式，尽管电极之间发生了介电击穿但是电极之间的电压仍然很低的低压点亮模式，和一个电极端之间的电压也增高以稳定地点亮灯的稳定点亮模式。以下说明这些模式下的操作。
(启动模式)为了启动灯DL，必须在灯DL的电极之间施加高压，以造成电极之间的介电击穿。在这种高压放电灯点亮装置中，由电感器L2和电容器C2构成的串联谐振电路在f2≈360KHz的频率谐振。因此，如图2A和2B中所示，开关元件Q1和Q2以120KHz的频率交替接通/断开，120KHz的频率是图2C中所示的电感器L2的次级绕组N2的输出端电压VN2的谐振频率f2≈360KHz的1/3，其占空因数为大约50％。此时，尽管没有示出，开关元件Q4也在与开关元件Q1相同的定时接通/断开，并且开关元件Q3也在与开关元件Q2相同的定时接通/断开。更具体地讲，开关元件对Q1和Q4和开关元件对Q2和Q3交替地执行转换操作(此后称为“操作A”)。
通过操作A，在电感器L2的初级绕组N1与电容器C2之间的连接点产生相对于接地的数KV(千伏)的谐振电压。此外，电感器L2的次级绕组N2将谐振电压提高了N1∶N2倍，N1∶N2是初级绕组N1与次级绕组N2的匝数比。将升高的谐振电压作为高压脉冲提供到高压放电灯DL。当由于高压脉冲在灯DL而在电极之间发生介电击穿时，模式转移到低压点亮模式。
另一方面，当即使操作A重复了由控制IC40设置的次数(例如，50次)也没有发生灯DL的电极之间的介电击穿时，暂停施加高压脉冲800μsec，以冷却由于施加高压脉冲而处于高温的灯DL。在暂停800μsec之后，操作A重复50次。当即使组合操作A的重复与暂停操作得到的操作(此后称为“操作B”)重复了20秒也没有发生灯DL的电极之间的介电击穿时，暂停施加高压脉冲2分钟，以冷却处于高温的灯DL。在暂停2分钟之后，再次执行操作B。当即使重复操作B 20秒和暂停操作2分钟的组合重复了30分钟也没有发生灯DL的电极之间的介电击穿时，控制IC40暂停灯DL的点亮操作。
以下说明在启动模式下灯DL的电极之间发生介电击穿的情况。当灯DL的电极之间发生介电击穿时，谐振电路5产生的高压脉冲也通过灯DL流入电感器L1。流入电感器L1的高压脉冲在电感器L1次级绕组上感生具有基于高压脉冲的幅度的电流。通过二极管D3和D4的感生电流的全波整流提供了检测电流IDET，并且将电流IDET输入到控制IC40，从而使得控制IC40能够检测灯DL的介电击穿。当控制IC40检测到灯DL的介电击穿时，模式转移到以下要说明低电压点亮模式。
(低电压点亮模式)在介电击穿之后，控制电路4如图3A至3D中所示地控制开关元件Q1至Q4的接通和断开，以便点亮灯DL。
a)如图3B和3C中所示，控制电路4断开开关元件对Q2和Q3，与此同时，如图3A和3D中所示，接通开关元件对Q1和Q4。如图3E中所示，当电流检测电阻R2检测到灯DL中流动的负载电流IDL达到预定电流值时，控制电路4断开开关元件Q4。在控制电路4断开开关元件Q4之后的一个预定时间，控制电路4断开开关元件Q1，从而通过开关元件Q2的体二极管(未示出)→灯DL→电感器L1→开关元件Q3的体二极管(未示出)的路径，将负载电流IDL返回到电容器C5。因此，释放了电感器L1中积累的能量，使得负载电流IDL为零。当电流检测电阻R2检测到负载电流IDL是零的过零点时，控制电路4再次接通开关元件对Q1和Q4，并且重复上述相同的操作。这种操作是以大约数十KHz的高频进行的。在操作重复了预定时间周期之后，执行以下的操作b)。
b)如图3A至3D中所示，控制电路4断开开关元件对Q1和Q4，并且接通开关元件对Q2和Q3，从而倒转操作a)中灯DL中流动的负载电流IDL的方向。如图3C和3E中所示，当电流检测电阻R2通过从电流转换的电压检测到负载电流IDL达到预定电流值时，控制电路4断开开关元件Q3。如图3B中所示，当断开开关元件Q3之后过去了预定时间时，控制电路4也断开开关元件Q2，从而通过开关元件Q4的体二极管(未示出)→电感器L1→灯DL→开关元件Q1的体二极管(未示出)的路径，将负载电流IDL返回到电容器C5。因此，负载电流IDL成为零。当电流检测电阻R2检测到负载电流IDL是零的过零点时，控制电路4再次接通开关元件对Q2和Q3，并且重复上述相同的操作。这种操作是在大约数十KHz的高频下进行的。在重复操作预定的时间周期之后，再次执行下面的操作a)。
操作a)和b)可以在，例如，100Hz至200Hz的低频下交替转换。以这种方式，在0至60V的低灯电压范围中，即，直到灯DL的电极间电压达到额定点亮电压时，即，80至100V(根据灯)，执行控制以增大灯DL中流动的负载电流IDL，从而快速地加热灯DL，同时防止灯DL熄灭。
(稳定点亮模式)如图4A至4D所示，当灯DL被加热并且灯DL电极之间的电压近似达到额定点亮电压时，控制电路4在开关元件Q1至Q4的开/关状态之间转换。以下说明这种操作。
A)如图4B和4C中所示，控制电路4断开开关元件对Q2和Q3，并且，如图4A和4D中所示，接通开关元件对Q1和Q4。如图4E中所示，当电流检测电阻R2检测到负载电流IDL达到一个希望的电流值时，控制电路4断开开关元件Q4。当电流检测电阻R2检测到负载电流IDL是零的过零点时，控制电路4再次接通开关元件Q4，并且重复上述相同的操作。因此，具有图4E中所示的斩波波形的负载电流IDL流入到灯DL中。这种操作是在大约数十KHz的高频率下进行的。在重复操作预定的时间周期之后，执行以下的操作B)。
B)如图4A至4D所示，控制电路4断开开关元件对Q1和Q4，并且接通开关元件对Q2和Q3，以倒转操作A)中灯DL中流动的负载电流IDL的方向。如图4E中所示，当电流检测电阻R2检测到负载电流IDL达到希望的电流值时，控制电路4断开开关元件Q3。当电流检测电阻R2检测到负载电流IDL是零的过零点时，控制电路再次接通开关元件Q3，并且重复上述相同的操作。结果，如图4E中所示，具有与操作A)中获得极性相反极性的斩波波形的负载电流IDL流入到灯DL。这种操作是在大约数十KHz的高频下进行的。在操作重复了预定时间周期之后，再次执行操作A)。
控制电路4以，例如，100Hz至200Hz的低频，在操作A)与B)之间交替转换，将稳定的电力提供到灯DL，从而稳定地点亮灯DL。在低压点亮模式和稳定点亮模式的操作中，控制电路4控制提供到灯DL的功率，使得灯DL满足如图5中所示的灯功率W1a和灯电压V1a之间的关系。这种控制使得低压点亮模式能够转移到稳定点亮模式，同时防止了灯DL熄灭。
上述点亮操作的执行使得灯DL能够启动并导致稳定的点亮。
在这个实施例中，将谐振电路5的谐振频率f2设置在360KHz。但是，谐振频率f2并不限于该值。通过适当改变感抗和容抗，谐振电路5可以在任何频率下谐振。
根据上述高压放电灯点亮装置，由于使谐振电路5以开关元件Q1至Q4的转换频率三倍的频率谐振，所以尽管以高频执行谐振，也能减小电感器L2。因此，可以减小高压放电灯点亮装置的尺寸。由于不需要将开关元件Q1至Q4的转换频率提高到谐振电路5的谐振频率，所以可以将灯DL的介电击穿所需的高电压保持在与惯用灯相等的电平。
当灯具带有这种高压放电灯点亮装置，和通过这种高压放电灯点亮装置点亮的诸如金属卤化物灯、高压汞蒸汽灯、或高压钠蒸汽灯之类的高压放电灯时，可以提供一种能够安装在布置在天花板上的迹线之类的电线中的窄小空间内的紧凑灯具。
第二实施例图6是根据本发明的高压放电灯点亮装置的第二实施例的电路图。根据本实施例的高压放电灯点亮装置与第一实施例的不同之处在于点亮电路的配置。更具体地讲，在第二实施例中，用电容器C3和C4替代了第一实施例中的点亮电路3的开关元件Q3和Q4，并且取消了控制电路4的驱动电路42和电流检测电阻R2。
在根据本实施例的点亮电路7中，由开关元件Q1和Q2以及电容器C3和C4构成了一个半桥电路，以将从整流电路2提供的DC电力转换成AC电力，并将AC电力提供到灯DL。开关元件Q1和电容器C3每一个的一个接线端连接到DC电源的高电位侧。开关元件Q1的另一个接线端和开关元件Q2的另一个接线端彼此串联连接。电容器C3的另一个接线端与电容器C4的一个接线端彼此串联连接。开关元件Q2的一个接线端与电容器C4的另一个接线端接地。为了调节流入灯DL的负载电流IDL，将电感其L1与灯DL串联连接在电容器C3和C4之间的连接点与负载DL之间。为了消除灯DL中流动的负载电流IDL的波动分量，将电容器C1与灯DL并联连接。
谐振电路5的配置与第一实施例的相同。谐振电路5包括电感器L2，电容器C2，和电阻器R1。在本实施例中，如此地设置电感器L2的感抗和电容器C2的容抗，以使谐振频率f2能够在240KHz左右。
控制电路8控制包括在点亮电路中的开关元件Q1和Q2以完成希望的操作，并且包含一个控制IC40和一个驱动电路41。控制IC40是由一个执行数字算术处理的微机之类的装置构成的。驱动电路41是由一个根据从控制IC40输出的控制信号来控制开关元件Q1至Q2的驱动IC构成的。
以下参考图7A至7C和图8A至8C说明根据本实施例的高压放电灯点亮装置的点亮操作。在本实施例中，如前面的实施例一样，相继地执行启动模式、低压点亮模式、和稳定点亮模式，以点亮灯DL。
(启动模式)为了启动灯DL，必须将高压脉冲施加在灯DL的电极之间，以造成电极之间的介电击穿。在高压放电灯点亮装置中，如图7C中所示，谐振电路5的电感器L2和电容器C2的谐振频率f2是240KHz。如图7A和7B中所示，开关元件Q1和Q2分别以fsw1＝120KHz的频率交替接通和断开，这个频率是谐振频率f2的1/2，其占空因数是40％和60％左右。如第一实施例一样，操作被反复进行控制IC40设置的次数(50次)，以造成灯DL的电极之间的介电击穿。如第一实施例一样，当发生灯DL的介电击穿时，启动模式转移到低压点亮模式。尽管第二实施例中的低压点亮模式的操作与第一实施例中的基本相同，但是，与第一实施例的不同之处在于不执行开关元件Q3和Q4的转换操作。因此，这里省略了低压点亮模式的说明。
(稳定点亮模式)在稳定点亮模式中，如图8A和8B中所示，控制电路8执行开关元件Q1和Q2的转换控制。以下说明这种操作。
A)如图8A和8B中所示，控制电路8断开开关元件Q2，和接通开关元件Q1。在控制电路8接通开关元件Q1之后，当通过被转换成电压的检测电流IDET检测到负载电流IDL达到希望的电流值时，控制电路8断开开关元件Q1。此外，检测到负载电流IDL衰减到零，控制电路8再次接通开关元件Q1。因此，如图8C中所示的斩波波形的负载电流IDL流入到灯DL中。重复操作预定的时间周期之后，执行以下的操作B)。
B)如图8A和8B中所示，控制电路8断开开关元件Q1，和接通开关元件Q2。在接通开关元件Q2之后，并且在通过检测电流IDET检测到负载电流IDL达到希望的电流值之后，控制电路8断开开关元件Q2。在检测到负载电流IDL衰减到零时，控制电路8再次接通开关元件Q2。因此，如图8C中所示，具有与操作A中的极性相反极性的斩波波形的负载电流IDL流入到灯DL中。在操作重复进行预定的时间周期之后，再次执行操作A)。
控制电路8以100Hz至200Hz的低频交替执行操作A)和B)，以将稳定的功率提供到灯DL。这种点亮操作使得灯DL能够可靠地点亮。
如图6中的电路图所示，本实施例带有由电感器L2和电容器C2构成的串联谐振电路，和电感器L1和电容器C1构成的串联谐振电路。电感器L1具有在数百μH至数mH范围内的感抗，以防止在灯的点亮过程中过大的电流流入灯DL。电容器C1具有数百nF至数μF范围的容抗，以消除灯的点亮过程中在灯DL中流动的负载电流IDL的波动分量。为此，电感器L1和电容器C1构成的串联谐振电路的谐振频率是数KHz。由于谐振频率显著低于开关元件Q1和Q2的启动模式中的转换频率fsw1，所以，谐振频率不受转换频率的影响。例如，当把L1设置为700μH，并且把C1设置为220nF时，可以防止过大的电流流入灯DL，也可以消除波动分量。此外，电感器L1和电容器C1构成的串联谐振电路的谐振频率f1是12KHz，因此，可以使得谐振频率f1大大小于启动模式中的转换频率fsw1＝120KHz。为了在无负载操作中，消除电感器L1和电容器C1构成的串联谐振电路的波动，优选使得串联谐振电路的谐振频率f1是启动模式中转换频率fsw1的1/2或更低。
根据上述高压放电灯点亮装置，可以减小谐振电路5的、惯用技术中难于显著减小尺寸的、电感器L2的尺寸。此外，由于不需要使得开关元件Q1至Q4的转换频率很高，所以灯DL的介电击穿所需的高电压可以保持在惯用灯的相同水平。
第三实施例图9是根据本发明的高压放电灯点亮装置的第三实施例的电路图。本实施例的电路配置基本上与第一实施例的相同。不同点在于把电感器L1与灯DL之间的连接点的电压输入到控制电路4的控制IC，以便能够检测电压。
以下参考图10A至10E和图11说明本实施例的操作。
图10A至10D示出了当开关元件对Q1和Q4以占空因数为40％的转换频率fsw1交替接通/断开时，从驱动电路41和42输出到开关元件Q1和Q4的驱动信号Q1和Q4。图10B和10C示出了当开关元件对Q2和Q3以占空因数为60％的转换频率fsw1交替接通/断开时，从驱动电路41和42输出到开关元件Q2和Q3的驱动信号Q2和Q3。图10E示出了从电感器L2的次级绕组N2输出的终端电压VN2。即使在本实施例中，输出终端电压VN2也是驱动信号Q1，Q2，Q3，和Q4的转换频率fsw1的整数倍。
图11是转换频率在其中变化的可变范围(fsw11至fsw12)，四倍于转换频率的频率在其中根据转换频率fsw1的改变而改变的可变范围，和根据变化的频率画出的谐振电路中流动的电流的曲线图。
当开关元件对Q1和Q4以40％的占空因数的转换频率fsw1交替接通/断开时，和当开关元件对Q2和Q3以60％的占空因数的转换频率fsw1交替接通/断开时，在开关元件Q1和Q2之间的连接点，产生具有40％的占空因数和等于DC电源电压(即，整流电路2的电容器C5的电压)的幅度的矩形波电压。矩形波包括是转换频率fsw1的2、3、4、6、…倍的频率分量。图11示出了具有是转换频率fsw1的4倍的频率的矩形波。
将转换频率fsw1的可变范围的下限fsw11设置为谐振电路5的谐振频率f2的1/4或更大，并且在可变范围中，将转换频率fsw1从上限fsw12变化到下限fsw11。在这种情况下，从电感器L2提供到灯DL的高压脉冲的频率从4xfsw12变化到4xfsw11。当转换频率fsw1通过谐振电路5的阻抗的频率特性降低时，谐振电流根据转换频率fsw1的降低而增大。可以获得具有根据谐振电流的增大而逐渐提高的电压的高压脉冲。在本实施例中，尽管转换频率是从高频改变到低频，但是，转换频率也可以相反地改变。
第四实施例以下参考图12和13说明根据本发明的高压放电灯点亮装置的第四实施例的操作。图12A至12E示出了当在图1或9中示出的电路的启动模式下，开关元件对Q1和Q4以及开关元件对Q2和Q3以转换频率fsw1和50％的占空因数交替接通/断开时，开关元件Q1至Q4的驱动信号和电感器L2的次级绕组N2的输出端电压VN2。
图13是转换频率fsw1在其中改变的可变范围(fsw11至fsw12)，转换频率三倍的频率可以在其中根据转换频率fsw1的变化而改变的可变范围，和根据频率变化画出的谐振电路5中流动的电流的曲线图。
当开关元件对Q1和Q4以及开关元件对Q2和Q3以50％的占空因数交替接通/断开时，在开关元件Q1和Q2之间的连接点，产生具有50％的占空因数和等于DC电源电压(即，整流电路2的电容器C5的电压)的幅度的幅度的矩形波电压。矩形波包括是频率fsw1的奇数倍的频率分量。本实施例示出了具有转换频率fsw1三倍的频率的矩形波。
如图13中所示，当转换频率fsw1从上限fsw12改变到下限fsw11，从而使转换频率fsw1包括谐振电路5的谐振频率f2的1/3时，谐振电路5中流动的谐振电流的电流值，随三倍于转换频率的频率(3xfsw1)从频率(3xfsw12)趋近谐振频率f2而增大。随着三倍于转换频率的频率通过谐振频率f2和接近3xfsw11，谐振电路5中流动的谐振电流的电压降低。可以获得电压随着谐振电流的电压的降低而降低的高压脉冲。可以将转换频率fsw1的可变范围的两端的下限fsw11和上限fsw12设置在一个即使在谐振电路的谐振频率由于组成谐振电路5的部件的特性的浮动或从高压放电灯点亮装置延伸到灯的输出线路的寄生电容而发生改变，也能获得稳定的高压脉冲的值。在本实施例中，以上说明了在三倍于转换频率fsw1的频率产生高压脉冲的情况。但是，可以在转换频率fsw1的奇数倍(五倍或更高)的频率产生高压脉冲。
可以使用一个可以操作以执行数字算术处理的微机或诸如ASIC(专用集成电路)之类的可以操作以执行模拟算术处理的模拟IC作为改变转换频率fsw1的装置。例如，如图14中所示，当使用微计算机时，可以离散或台阶式地改变转换频率fsw1。不仅可以从高频到低频的方向改变转换频率fsw1，也可以从中间点再提高转换频率fsw1，并且可以自由地控制频率改变的时间。另一方面，当利用模拟IC改变转换频率fsw1时，不仅可以台阶式地而且可以连续地改变频率，从而提供频率的更为精确的控制。
第五实施例以下说明根据本发明的高压放电灯点亮装置的第五实施例。如图15中所示，在本实施例中，设计控制IC40以便能够根据来自提供在电感器L1的次级绕组的检测电流IDET改变从启动模式到低压点亮模式的转换时间。
当来自电感器L1的次级绕组的检测电流IDET超过预定值时，比较器43输出一个代表灯DL被点亮的信号。当过去了预定的时间周期时，输出信号通过连接到比较器43的输出部分的低压点亮模式转换电路44发送到控制IC40。当控制IC40接收到从比较器43输出的信号时，控制IC40将操作模式从启动模式转换到低压点亮模式。转换时间可以通过改变低压点亮模式转换电路44中的电阻的电阻值和/或电容器的电容值来进行控制。以这种方式，当灯DL启动之后过去了预定的时间周期时，可以将模式转换到低压点亮模式。
稳定点亮模式转换电路45连接到比较器43的输出部分，以便在灯DL的电极之间的电压升高到几乎等于额定点亮电压的值之后过去了一个预定的时间周期时，模式转移到稳定点亮模式。到稳定点亮模式的转移时间也可以通过改变稳定点亮模式转换电路45中的电阻的电阻值和/或电容器的电容值来控制。检测灯DL的点亮状态的装置不限于电感器L1的次级绕组的检测电流IDET，而是可以使用能够检测灯DL的点亮状态的任何装置。
第六实施例图16示出了根据图16中所示的上述实施例的高压放电灯点亮装置中使用的谐振电路5的一种改进。图17和18分别是谐振电路5的结构图和示意图。在谐振电路5中，电感器12使用了如图17中所示的变压器结构，并且电容器C2连接到具有匝数N1的初级绕组N1，和具有匝数N2的次级绕组N2之间的中间点。通过使用谐振电路5，可以使得启动灯DL的高压脉冲具有(N1+N2)/N1倍于变压器L2中的初级绕组N1和次级绕组N2之间的连接点产生电压的电压，并且可以产生具有更高电压的高压脉冲。
在这里考虑变压器L2中的初级绕组和次级绕组的匝数比是1∶N(N＞1)的情况。为了将具有电压Vo的高压脉冲提供到灯DL，作为谐振电路5的谐振电压，在匝数比是1∶1时必然产生电压Vo/2，或当匝数比是1∶N(N＞1)时，必然产生电压Vo/(N+1)。在这种情况下，由于满足了N＞1，所以当匝数比是1∶N时，要产生的谐振电压可以低，并且如同谐振电压一样降低谐振电流。因此，谐振电路5中流动的电流值可以很小，并且可以使用具有小的电容值的小型电容器。
图17中示出了变压器L2的结构，并且包括用作初级绕组的铜线113，用作次级绕组的铜线114，一个缠绕着铜线113和铜线114的芯111，支撑芯111的线轴112，保护带110，使缠绕的铜线层相互绝缘的线圈隔层带115，线圈带116，芯带117，漏电表面带118，和保护带119。
图19示出了谐振电路5的另一种改进。设计谐振电路5以便能够将初级绕组N1与次级绕组N2之间的连接点连接到开关元件Q1与Q2之间的连接点。利用这种结构，例如，当把具有电压Vo的高压脉冲提供到变压器L2的次级绕组N2的输出端时，足以使谐振电路5仅仅产生是高压脉冲的电压Vo的1/N倍的谐振电压。
谐振电路5的谐振频率是由变压器L2中的初级绕组N1、电容器C2，和电阻器R1构成的串联谐振电路确定的。由于实际上在连接变压器L2和灯DL的连接线路上产生了寄生电容，所以由于寄生电容的影响，可能改变谐振频率。此外，在谐振电路5中，电容器C2的一个接线端连接到在变压器L2中的初级绕组N1与次级绕组N2之间的连接点，并且电阻R1连接到电容器C2的另一个接线端。但是，即使电容器C2和电阻器R1颠倒连接，电特性也不改变。因此，电容器C2和电阻器R1可以颠倒连接。
第七实施例以下说明根据本发明的高压放电灯点亮装置的第七实施例。在图1中所示的电路构成的高压放电灯点亮装置中，将谐振电路5的谐振频率设置在400KHz，并且与此同时将变压器L2的初级绕组一侧的电感设置在430μH。变压器L2的初级绕组N1是由绞合线构成的，并且次级绕组N2是由单股线构成的。在变压器芯是由EE-19.4给出的，并且将初级绕组N1是由单股线构成时的特性与初级绕组N1是由绞合线构成时的特性相互比较的情况下，得到表1至3中所示的比较结果。
表1变压器的电感
表2初级绕组的电阻值
表3初级绕组和次级绕组的电阻值
在施加DC偏压时，使用单股线的初级绕组N1的电阻值小于使用绞合线的电阻值。但是，在谐振频率，使用绞合线的初级绕组N1的电阻值小于使用单股线的电阻值。用于点亮灯DL的高压脉冲必须具有1KV以上的高电压，因此必须将谐振频率的电阻分量设置得尽可能的低。与此相反，灯DL点亮时变压器L2中流动的电流具有通过将高频波动叠加在具有数百Hz以下的频率的矩形波上形成的波形。因此，如果施加偏压时的电阻分量不小，那么变压器L2产生的热增大。
在一般情况下，当比较直径相同的单股线和绞合线时，单股线的导电截面积大于绞合线的，而绞合线的表面积大于单股线的。由于谐振电路包括变压器L2的初级绕组N1，在谐振过程中仅需要只减小初级绕组N1中的电阻值。在点亮了灯DL之后，仅需要电流在其中流动的次级绕组N2在低频下具有小的电阻值。因此，利用这种配置，可以同时实现具有高电压的高压脉冲的稳定产生和高压放电灯的点亮状态中热产生的抑制。
第八实施例以下参考图20说明根据本发明的高压放电灯点亮装置的第八实施例。
在这个和随后的实施例中，对实现将构成前面实施例中所述的高压放电灯点亮装置的电子部件安装到印刷电路板上的小型化的技术进行说明。第一至第七实施例中所述的技术，和这个以及随后实施例中的技术的组合，可以实现点亮装置的进一步小型化。
图20示出了构成图1，6等中所示的电路的电子部件的安装的一个例子。电子部件分散地安装在主电路板10、第一辅助电路板11、和第二辅助电路板12上。如图20中所示，第一辅助电路板11和第二辅助电路板12垂直于主电路板10以预定的间隔垂直布置。在图1等所示的电路的电子部件中，电感器L1、电容器C1、电感器L2、电感器L3、电容器C5、和电容器C2(未示出)安装在主电路板10上，控制IC40、功率因数纠正控制器6、和桥式整流器DB安装在第一辅助电路板11上，开关元件Q1至Q4以及驱动电路41和42安装在第二辅助电路板12上。
实行这种布置是考虑到电子部件产生的热之间的相互影响，其中将应当避免热的影响的开关元件Q1至Q4之类的半导体部件分散地安装在第一辅助电路板11和第二辅助电路板12上，而把具有相对较大的热值的寄存器、扼流线圈等等安装在主电路板10上。此外，当必须考虑噪声时，可以通过适当地改变电子部件的布置来安装电子部件。
点亮装置可以优选点亮一个具有大约20至40W的功率消耗的灯DL，其中高压放电灯点亮装置的所有电子部件安装在具有宽度W＝70mm和长度L＝77mm的主电路板10上。
本实施例特别地具有一种结构，在这种结构中可以将作为调节小尺寸安装中的高度和不良效果的元件的辅助电路板11和12直接插入和连接到主电路板10的部件表面。因此，可以减小点亮装置的高度。在这种安装结构中，把从主电路板10的下焊接表面突出的部件引线控制在从基底的下表面延伸的D＝3mm的空间中。使得从最高部件到具有离开基底的下表面的距离(D＝3mm)的水平的高度H小于26mm。
以这种方式，将必须避免热影响的半导体部件安装在辅助电路板11和12上。辅助电路板11和12布置在主电路板10的周边，以避开诸如电阻和扼流线圈之类的产生大量热的热辐射部件，从而可以防止半导体部件受到热影响。
图21A至21C是显示辅助电路板11和主电路板10之间的连接部分的示意图。如图21A中所示，在主电路板10中形成了一个在厚度方向上完全穿透主电路板10并且将辅助电路板插入其中的窄缝S。在窄缝S中，形成了一个具有几乎等于图21中所示的辅助电路板11的厚度的第二窄缝宽度B的部分，和一个具有大于第二窄缝宽度B的第一窄缝宽度A的部分。形成两个每个都具有宽度B的部分，将具有第一窄缝宽度A、并位于窄缝S中间的部分夹在中间。当把辅助电路板11插入窄缝S时，可以将辅助电路板11垂直地固定到主电路板10。在主电路板10的焊接表面(不是布置部件的表面)上，靠近具有第一窄缝宽度A的部分，形成多个要与辅助电路板11上的焊盘P焊接的焊盘P。以这种方式，不是靠近具有第二窄缝宽度B的部分，而是靠近具有第一窄缝宽度A形成多个焊盘P，因此，在把辅助电路板11插入到主电路板10中时，可以防止辅助电路板11侧面上的焊盘P被主电路板10损伤。
图21C示出了形成在辅助电路板11的一个表面上的焊盘P。但是，多个焊盘在相反的表面上对准。焊盘P布置在要插入到主电路板10中的下端。
在把辅助电路板连接到主电路板10时，将辅助电路板11插入窄缝S，使得辅助电路板11下部的焊盘P向主电路板10的焊接表面突出。以这种方式，每个都具有第二窄缝宽度B的部分将插入的辅助电路板11紧紧地保持在其间，以固定辅助电路板11。在辅助电路板11保持在每个都具有第二窄缝宽度B的部件之间的同时，把主电路板10沾浸入焊接槽时，辅助电路板11焊接在主电路板10上，将辅助电路板11和主电路板10相互连接。
在主电路板10上形成具有图21A中所示的形状的窄缝S。这种布置允许将辅助电路板11直接插入到主电路板10中，将主电路板10与辅助电路板11相互连接。由于辅助电路板11和主电路板10之间的焊接形成在主电路板的焊接表面，所以这进一步使得能够防止将焊料向上吸入到主电路板10的部件表面上。因此，可以将安装在辅助电路板11上的电子部件布置在几乎紧靠主电路板10的部件表面的位置上，从而可以进一步减小高压放电灯点亮装置的尺寸。此外，在焊接步骤中，通过将辅助电路板11固定到主电路板10得到的结构可以直接在焊料槽中流动，而不需要大规模的夹具来保持辅助电路板11垂直于主电路板10。因此，可以取得能够简化制造步骤和帮助降低成本的优点。此外，主电路板10与辅助电路板11之间的焊接和安装在主电路板10上的电子部件的引线端的焊接可以在焊料槽中漂流结构的步骤中同时进行。因此，可以进一步简化焊接步骤。
在本实施例中，具有第二窄缝宽度B的部分具有几乎等于辅助电路板11的厚度d的宽度。但是，这个部分可以具有小于辅助电路板11的厚度d的宽度。尽管这两个每个具有第二窄缝宽度B的部分形成在窄缝S中，但是，可以形成仅有一个具有第二窄缝宽度B的部分，或三个或更多的每个都具有第二窄缝宽度B的部分。形成多个部分时，辅助电路板11保持在主电路板10的多个部分中。因此，可以更稳定地保持辅助电路板11，并且可以分散辅助电路板11与主电路板10之间的焊接部分上的应力。此外，每个都具有第二窄缝宽度B的部分的位置不限于窄缝S的中央，并且这些部分可以仅形成在窄缝S的两端或一端。但是，优选将每个都具有第二窄缝宽度B的部分形成在把辅助电路板支撑在辅助电路板的长度方向上的中间部分的位置上。当在这种位置上形成这些部分时，这些抵抗振动之类的应力支撑辅助电路板的部分可以使保持力(应力分布)在辅助电路板的长度方向上均匀，并且可以均匀地吸收振动之类的应力。因此，可以仅在主电路板的下表面(一个表面)上形成焊料连接部分。
第九实施例以下参考图22A至24B说明根据本发明的高压放电灯点亮装置的第九在本实施例中，在辅助电路板11的下部形成的焊盘与安装在辅助电路板11上的电子部件(未示出)之间的空间中形成突起部分。突起部分形成在辅助电路板11的上和下表面。当把辅助电路板11插入到主电路板10中时，使得突起部分与主电路板10的安装表面接触，从而当把辅助电路板11插入到主电路板10中时，可以将辅助电路板11以预定高度固定。由于突起部分形成在上和下表面上，当把辅助电路板11插入主电路板10从而使上和下表面上的突起部分与主电路板10接触的时候，可把辅助电路板11几乎垂直于主电路板10地固定到主电路板10。
在图22A中所示的结构中，在辅助电路板11的下部形成的焊盘P与安装在辅助电路板上的电子部件之间的空间中形成穿透辅助电路板11的上和下表面的孔13。插入到孔13中的垂直保持杆14(垂直保持杆14具有使得杆14不能与主电路板10上的与辅助电路板11相邻的部件接触的长度)构成了突起部分。垂直保持杆14的形状不限于特定的形状。但是，当把垂直保持杆14松弛地装配在孔13中时，可以将垂直保持杆14从孔13中取出。为此，孔13和垂直保持杆14优选具有相同的截面形状，并且几乎相等的截面积。在图22A所示的结构中，孔13的截面是正方形，并且垂直保持杆14是一个具有与孔13相同截面积的矩形固体。但是，要插入方形孔13中的垂直保持杆14可以是一个具有等于孔13的一个侧面的长度的直径的圆柱体。当把孔13和垂直保持杆14相互组合时，仅需要在辅助电路板11上形成孔13和制备与孔13匹配的垂直保持杆14的简单装置。为此，如图22B所示，可以将辅助电路板11垂直地固定到主电路板10，而不需要麻烦的劳动。
如图23A中所示，作为突起部分的另一个修改，在辅助电路板11的下部形成与主电路板10的上表面接触的突起部分15。突起部分15是由一个具有小的厚度和粘结在辅助电路板11的上表面的构件形成的。突起部分15布置在安装在辅助电路板11的两个表面上的任何电子部件之下和焊盘P之上。如图23B中所示，突出部分15可以将辅助电路板11垂直于主电路板10地固定到主电路板10，直到焊接处理完成。突起部分15不限于具有厚度小的、粘结在辅助电路板11的上表面的构件构成的结构。例如，突起部分15可以用将辅助电路板11的上表面的除了突起部分15之外的部分掘低的方式形成。简单地讲，可以用相对于其它部分从辅助电路板11的上表面突出的方式形成突起部分15。
如图24A和24B中所示，作为突起部分的又一种改进，使用了在安装在辅助电路板11上的其它电子元件下方安装电子部件16的结构。以这种方式，可以通过安装在辅助电路板11上的电子部件16将辅助电路板11垂直于主电路板10地固定到主电路板10，而无需准备垂直保持辅助电路板11的附加构件，从而可以进一步降低成本。
如图25A和25B中所示，作为突起部分的一个不同的修改，使用了一种结构，在这种结构中，一个具有几乎是U-形截面并且围绕辅助电路板的上和下表面的夹具17附接在辅助电路板11的长度方向上的至少一端。以这种方式，可以将辅助电路板11垂直于主电路板10地固定到主电路板10，而无需对主电路板10进行任何专门处理。根据这种结构，仅需要一个夹具17来保持辅助电路板11垂直于主电路板10。当在辅助电路板11的两端使用两个夹具17时，可以更稳定地保持辅助电路板11。在夹具17中，夹持辅助电路板11的部分优选具有几乎等于辅助电路板的宽度。以这种方式，能够通过夹具17可靠地夹持辅助电路板11，并且可以把辅助电路板11更稳定地固定到主电路板10。
第十实施例以下参考图26A和26B说明根据本发明的高压放电灯点亮装置的第十本实施例涉及一种用作控制提供给灯DL的功率的稳定器的可变电阻18的布置。可变电阻18布置在比插入并固定到主电路板10的辅助电路板11相对于主电路板10的表面的几乎一半的高度更靠近主电路板10的上表面的位置上。
在安装了电子部件之后，当利用另一个输出控制杆19调节安装在辅助电路板11上的可变电阻18以控制提供到灯DL的功率时，由于用输出控制杆19推动而调节可变电阻18，如图26B中所示的力F[N]作用在主电路板10与辅助电路板11之间的焊接结合部分上。因此，在本实施例中，将可变电阻18焊接在用黑色圆圈指示的部分，并且安装可变电阻18使得可变电阻18的中心能够位于距离主电路板10为R＝7mm的位置上，即，在具有辅助电路板11的高度的一半以下的部分上，辅助电路板11设置在主电路板10的上表面(部件表面)上，具有，例如，21mm的高度。以这种方式，可以减小由作用在辅助电路板11上的力矩造成的扭矩T[N·m]＝F[N]×R[m]，并且可以减小辅助电路板11与主电路板10之间的焊接部分上的应力。在这个公式中，参考符号“R”代表从焊接部分到可变电阻18的距离[m]。
第十一实施例以下参考图27A至27D说明根据本发明的高压放电灯点亮装置的第十一实施例。
图27A示出了辅助电路板11的部件表面，图27B示出了辅助电路板11上的布线图，图27C示出了第二辅助电路板12的部件表面，和图27D示出了辅助电路板12上的布线图。
本实施例涉及在把高压布线和用于控制的小功率布线布置在辅助电路板上以减小电路的尺寸时的布线的形状。具体地讲，在小尺寸设计的印刷电路板上，多个电子部件密布在印刷电路板上，因此，电路最好使用一种抗自身噪声强的结构。因此，如图27B中所示，围绕安装在辅助电路板11上的电子部件提供高压布线W。高压布线W起到保护电子部件组免受噪声影响的保护环的作用，从而防止了控制电路之类的部件错误地操作。
在第八至第十一实施例中，形成在辅助电路板11的下部的上和下表面上的焊盘优选布置在辅助电路板11的两个表面的对称位置上。这样可以在焊接电路板10和11的处理中，减小主电路板10与辅助电路板11之间焊接产生的应力偏置。此外，在这种情况下，形成在辅助电路板11的下部的上和下表面的对称位置上的焊盘优选具有相同的电位。
工业可用性如上所述，根据本发明的高压放电灯点亮装置和装配了高压放电灯点亮装置的灯具优选可以用于点亮带有小的空间的高压放电灯。
本发明是参考特定实施例说明的。但是，熟悉本领域的人员应当知道，可以实施许多其它的修改、修正、和使用。因此，本发明并不限于这里所述的特定披露，而是仅受附属权利要求的限制。本说明书涉及日本专利申请No.2002-312484(2002年10月28日申请)和2002-318934(2002年10月31日申请)，这些专利申请的内容结合在此作为参考。
权利要求
1.一种点亮高压放电灯的装置，包括直流电源；具有一个连接到直流电源的高压侧的接线端的第一开关元件；具有一个连接到直流电源的低压侧的接线端的第二开关元件；具有一个连接到直流电源的高压侧的接线端的第三开关元件；具有一个连接到直流电源的低压侧的接线端的第四开关元件；具有一个连接到第一和第二开关元件的另一个接线端的接线端，和连接到高压放电灯的一个接线端的另一个接线端的第一电感器；连接在第一电感器的绕组的中间部分和直流电源的低压侧之间，并且与第一电感器一起构成了第一串联谐振电路的第一电容器；具有一个连接到第一电感器的一个接线端的接线端，和连接到高压放电灯的另一个接线端的另一个接线端的第二电容器；具有一个连接到第三和第四开关元件的另一个接线端的接线端，和连接到第二电容器的另一个接线端的另一个接线端的第二电感器；用于控制第一至第四开关元件的接通和断开的控制电路，其中在高压放电灯被启动之前，控制电路以预定的转换频率，在第一和第四开关元件接通以及第二和第三开关元件断开的状态，与第一和第四开关元件断开以及第二和第三开关元件接通的状态之间交替转换的第一控制模式下执行控制，和在第一控制模式中，第一串联谐振电路以转换频率的整数倍的频率谐振以产生用于启动高压放电灯的高压。
2.根据权利要求1所述的高压放电灯点亮装置，其中，在高压放电灯被启动之后，控制电路在第二控制模式执行控制，在第二控制模式中，以低频在以高频在第一和第四开关元件同时接通的状态，与第一和第四开关元件中至少一个断开的状态之间交替转换的操作，和以高频在第二和第三开关元件同时接通的状态，与第二和第三开关元件中至少一个断开的状态之间交替转换的操作，之间交替转换。
3.一种点亮高压放电灯的装置，包括直流电源；具有连接到直流电源的高压侧的接线端的第一开关元件；具有连接到直流电源的低压侧的接线端的第二开关元件；具有连接到第一和第二开关元件的另一个接线端的接线端，和连接到高压放电灯的一个接线端的另一个接线端的第一电感器；连接在第一电感器的绕组的中间部分与直流电源的低压侧的中间部分，并且与第一电感器一起构成了第一串联谐振电路的第一电容器；具有连接到第一电感器的一个接线端的接线端，和连接到高压放电灯的另一个接线端的另一个接线端的第二电容器；具有连接到第二电容器的另一个接线端的接线端的第二电感器；连接在直流电源的高压侧与第二电感器的另一个接线端之间的第三电容器；连接在直流电源的低压测与第二电感器的另一个接线端之间的第四电容器；和用于控制第一和第二开关元件的接通和断开的控制电路，其中，在高压放电灯被启动之前，控制电路以预定的转换频率，在第一开关元件接通和第二开关元件断开的状态，与第一开关元件断开和第二开关元件接通的状态之间交替转换的第一控制模式下执行控制，和在第一控制模式中，第一串联谐振电路以转换频率的整数倍的频率谐振以产生用于启动高压放电灯的高压。
4.根据权利要求3所述的高压放电灯点亮装置，其中，在高压放电灯被启动之后，控制电路在以第一低频，在以高频控制第一开关元件的接通和断开的操作，与以高频控制第二开关元件的接通和断开的操作之间交替转换的第二控制模式下，执行控制。
5.根据权利要求1或3所述的高压放电灯点亮装置，其中转换频率低于第一串联谐振电路的谐振频率，并且高于包括第二电感器和第二电容器的第二串联谐振电路的谐振频率。
6.根据权利要求1或3所述的高压放电灯点亮装置，其中，在第一控制模式，第一串联谐振电路产生的高压的频率是转换频率的(2n+1)倍，其中n是自然数。
7.根据权利要求1或3所述的高压放电灯点亮装置，其中转换频率高于包括第二电感器和第二电容器的第二串联谐振电路的谐振频率的两倍。
8.根据权利要求1或3所述的高压放电灯点亮装置，其中在第一控制模式中，控制电路根据时间来改变转换频率。
9.根据权利要求8所述的高压放电灯点亮装置，其中设置转换频率的可变范围，使得第一串联谐振电路的谐振频率被包括在从可变范围的下限的整数倍到可变范围的上限的整数倍的范围内。
10.根据权利要求9所述的高压放电灯点亮装置，其中对应于转换频率的整数倍的频率是转换频率的(2n+1)倍，其中n是自然数。
11.根据权利要求10所述的高压放电灯点亮装置，其中对应于转换频率的整数倍的频率是转换频率的三倍。
12.根据权利要求8所述的高压放电灯点亮装置，其中控制电路具有数字算术处理电路，和由数字算术处理电路离散地改变转换频率。
13.根据权利要求8所述的高压放电灯点亮装置，其中控制电路具有模拟算术处理电路，和由模拟算术处理电路连续地改变转换频率。
14.根据权利要求1或3所述的高压放电灯点亮装置，其中第一和第二开关元件是在50％左右的占空因数脉宽调制控制的，并且第一和第二开关元件以相等的时间间隔交替重复进行接通和断开操作。
15.根据权利要求1或3所述的高压放电灯点亮装置，其中第一电感器具有一种带有初级绕组和次级绕组的变压器结构，初级绕组的一个接线端连接到次级绕组的一个接线端，和第一电容器连接在初级绕组与次级绕组之间的连接点。
16.根据权利要求1或3所述的高压放电灯点亮装置，其中第一电感器具有一种带有初级绕组和次级绕组的变压器结构，和初级绕组与次级绕组的匝数比是1∶N，其中N＞1。
17.根据权利要求1或3所述的高压放电灯点亮装置，其中第一电感器具有一种带有初级绕组和次级绕组的变压器结构，初级绕组是由绞合线构成的，次级绕组是由单股线构成的。
18.根据权利要求1或3所述的高压放电灯点亮装置，进一步包括用于检测高压放电灯的启动的启动检测器，其中，当启动检测器检测到高压放电灯的启动时，控制电路在以低频在一个以高频顺序地在第一和第四开关元件同时接通的状态，第一和第四开关元件中的一个断开的状态，和第一和第四开关元件都断开的状态之间转换的操作，和一个以高频顺序地在第二和第三开关元件同时接通的状态，第二和第三开关元件中的一个断开的状态，和第二和第三开关元件都断开的状态之间转换的操作，之间交替转换的第三控制模式下，执行控制。
19.根据权利要求18所述的高压放电灯点亮装置，其中当检测到高压放电灯的启动之后过去了预定的时间周期时，进行从第一控制模式向第三控制模式的转换操作。
20.根据权利要求18所述的高压放电灯点亮装置，其中第一控制模式的转换频率高于在第三控制模式中转换开关元件的高频。
21.根据权利要求1或3所述的高压放电灯点亮装置，进一步包括可以安装包括在高压放电灯点亮装置中的电子部件的主电路板和辅助电路板，其中用于对主电路板的焊接连接的焊盘形成在辅助电路板的下部的上和下表面上，在主电路板上形成将辅助电路板插入其中并且支撑辅助电路板的窄缝，和窄缝具有一个带有第一宽度并且电连接到辅助电路板的部分，和一个具有几乎等于或小于辅助电路板的厚度的第二宽度的部分，并且第一宽度大于第二宽度。
22.根据权利要求21所述的高压放电灯点亮装置，其中，在形成在辅助电路板的下部上的焊盘与安装在辅助电路板的电子部件之间的空间中，并且在辅助电路板的上和下表面上，形成在把辅助电路板插入到主电路板中时能够与主电路板的表面接触的突起部分。
23.根据权利要求22所述的高压放电灯点亮装置，其中突起部分包括一个杆，所述的杆几乎垂直地穿透一个从辅助电路板的上表面通到下表面的孔。
24.根据权利要求22所述的高压放电灯点亮装置，其中突起部分包括布置在安装在辅助电路板的上和下表面上的其它电子部件与焊盘之间的电子部件。
25.根据权利要求22所述的高压放电灯点亮装置，其中突起部分包括固定在辅助电路板的长度方向上的至少一端的U-形夹具，使得夹具夹持辅助电路板的上和下表面。
26.根据权利要求21所述的高压放电灯点亮装置，其中在辅助电路板的上和下表面上的对称位置上形成焊盘。
27.根据权利要求26所述的高压放电灯点亮装置，其中形成在辅助电路板的下部的上和下表面的对称位置的焊盘具有相同的电位。
28.根据权利要求21所述的高压放电灯点亮装置，进一步包括串联连接到高压放电灯并且安装在辅助电路板上的用于输出控制的可变电阻，其中，当把辅助电路板插入主电路板时，输出控制可变电阻定位在比辅助电路板相对于主电路板表面的最高部件的高度的中点更靠近主电路板的表面的位置上。
29.根据权利要求21所述的高压放电灯点亮装置，其中形成在辅助电路板上的电布线图形包括一个被施加低压的部分，和一个被其施加高压的部分，并且被施加高压的部分形成在辅助电路板的周边部分。
30.根据权利要求21所述的高压放电灯点亮装置，其中辅助电路板布置在主电路板的周边部分附近。
31.一种包括根据权利要求1或3所述的高压放电灯点亮装置，和由高压放电灯点亮装置点亮的高压放电灯的灯具。
全文摘要
使包括四个开关元件(Q1至Q4)的全桥电路以高的转换频率交替转换，和使得包括一个电感器(L2)和一个电容器(C2)的串联连接谐振电路以全桥电路的转换频率乘以整数(例如，乘以3的频率)的频率谐振，从而产生用于启动的高压。在高压放电灯被启动之后，全桥电路以低的转换频率交替转换，以便作为一个用于颠倒输出极性的下降斩波器操作，从而经过包括一个电感器(L1)和一个电容器(C1)的滤波电路向高压放电灯(DL)稳定地提供低频的矩形波电压。
文档编号H05B41/24GK1695404SQ0382472
公开日2005年11月9日 申请日期2003年9月26日 优先权日2002年10月28日
发明者熊谷润, 岸本晃弘, 小西洋史 申请人:松下电工株式会社