(57)【要約】【課題】  高周波信号のピーク検出を精度良く行う。【解決手段】  ピーク検出回路１において、演算増幅器２と、その出力信号を受けて動作する複数のトランジスタ３、４と、ホールド用のコンデンサ５を設ける。トランジスタ３、４をエミッタホロワ又はソースホロワとして用いるとともに、トランジスタ３の出力信号を演算増幅器２に入力して負帰還とし、トランジスタ３の出力信号をコンデンサ５に供給する。また、コンデンサ５に対して並列に放電用抵抗を設けて意図的にドループを与えることで、時々刻々と変化する入力信号のピーク変化を捉えることができる。【選択図】  図１
2006072817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
演算増幅器と、その出力信号を受けて動作する複数のトランジスタと、ホールド用のコンデンサを備えたピーク検出回路であって、
上記複数のトランジスタをエミッタホロワ又はソースホロワとして用いるとともに、第１のトランジスタの出力信号を上記演算増幅器に入力して負帰還とし、また、第２のトランジスタの出力信号を上記コンデンサに供給する構成にした
ことを特徴とするピーク検出回路。
【請求項２】
請求項１に記載したピーク検出回路において、
上記複数のトランジスタとしてＮＰＮトランジスタを用いるとともに、該トランジスタのベースを上記演算増幅器の出力端子に接続し、
上記第１のトランジスタのエミッタ出力を上記演算増幅器の反転入力端子に供給し、上記第２のトランジスタのエミッタを上記コンデンサに接続して該コンデンサを接地した
ことを特徴とするピーク検出回路。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載したピーク検出回路において、
上記コンデンサに対して並列に放電用の抵抗を接続した
ことを特徴とするピーク検出回路。
【請求項４】
請求項２に記載したピーク検出回路において、
上記第１のトランジスタのエミッタに対して第１の抵抗を接続するとともに、上記コンデンサに対して並列に放電用の第２の抵抗を接続し、該第１及び第２の抵抗の各抵抗値を同じ値に規定した
ことを特徴とするピーク検出回路。
【請求項５】
直流入力電圧を受けて交流変換を行う直流−交流変換部と、放電灯に係るランプ電圧又はランプ電流の検出回路を有する放電灯点灯装置において、
上記検出回路が、演算増幅器と、その出力信号を受けて動作する複数のトランジスタと、ホールド用のコンデンサと、該コンデンサに対して並列に接続された抵抗とを備えており、
上記複数のトランジスタをエミッタホロワ又はソースホロワとして用いるとともに、第１のトランジスタの出力信号を上記演算増幅器に入力して負帰還とし、また、第２のトランジスタの出力信号を上記コンデンサに供給する
ことを特徴とする放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波化に適したピーク検出回路及び該回路を用いた放電灯点灯装置において、検出精度を高めるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種信号検出に用いられるピーク検出回路には、例えば、図５に示すように、演算増幅器ａ及びダイオードｂを用いた吐き出しバッファと、ホールド用コンデンサｃによって構成される、ピークホールド回路が知られている。つまり、入力信号（「Ｖin」と記す。）が演算増幅器ａの非反転入力端子に供給され、該演算増幅器ａの出力信号が順方向のダイオードｂを経てコンデンサｃに供給されるとともに、演算増幅器ａの反転入力端子に供給される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、従来の回路構成では、高周波信号のピーク検出を行う場合の精度に問題がある。
【０００４】
例えば、図５の回路では、数十キロヘルツ程度までの低周波信号を取り扱う範囲であれば、精度の良いピーク保持が可能であるが、それ以上の高周波域（例えば、１００ｋＨｚ以上）では、演算増幅器の遅れによって、検出精度が悪化してしまう。
【０００５】
そこで、高速の演算増幅器を使用することが必要になってくるが、せいぜい２００乃至３００ｋＨｚ程度の領域への対応が可能であるに過ぎず、メガヘルツオーダーへの対応は困難である。
【０００６】
尚、ピークホールド回路の周波数上限に関して、演算増幅器の高速性が要求される理由は、ピーク時以外の時間では演算増幅器の出力が負側に飽和した状態にあり、ピークを検知してから所定の出力電圧（後述する「Ｖout＋ＶＦ」の電圧値）に到達するまで電位差が大きいため時間がかかり、ホールド用コンデンサを充電しなければならないためである。つまり、演算増幅器の特性については、入力信号（源信号）の周波数に対してかなりの高速性が必要とされる。
【０００７】
図６は、入力信号「Ｖin」、演算増幅器ａの出力信号「Ｖop」、ピークホールド出力信号「Ｖout」の関係を例示した概略的な波形図であり、（Ａ）図は低周波の場合を示し、（Ｂ）図は高周波の場合を示す。
【０００８】
（Ａ）図において、入力信号Ｖinがピーク値付近以外を示すときには、Ｖopが負方向において飽和状態とされているが、ピーク値付近ではＶopが幅狭のパルス状電圧を示す。尚。「ＶＦ」はダイオードｂの順方向電圧降下を示し、ＶoutはＶopのピーク値からＶＦだけ下がったレベルを示し、Ｖinのピーク値に一致している。
【０００９】
（Ｂ）図においても、入力信号Ｖinがピーク値付近以外を示すときには、Ｖopが負方向において飽和状態とされているが、入力信号Ｖinのピーク値への上昇に対して、遅れ時間「τ」をもってＶopが立ち上がる。その際に急峻な立ち上がり特性が要求される。高スルーレートが保証されない場合には、ＶopがＶinの変化に対して追随できなくなり、Ｖoutは、Ｖinのピーク値よりも低い位置でＶopからＶＦだけ下がったレベルを示し、「ε」で示す検出誤差が生じることになる。
【００１０】
そこで、本発明は、高周波信号のピーク検出を精度良く行うことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るピーク検出回路は、演算増幅器と、その出力信号を受けて動作する複数のトランジスタと、ホールド用のコンデンサを備えたピーク検出回路であって、複数のトランジスタをエミッタホロワ又はソースホロワとして用いるとともに、第１のトランジスタの出力信号を演算増幅器に入力して負帰還とし、また、第２のトランジスタの出力信号をコンデンサに供給する構成にしたものである。
【００１２】
また、本発明に係る放電灯点灯装置は、直流入力電圧を受けて交流変換を行う直流−交流変換部と、放電灯に係るランプ電圧又はランプ電流の検出回路を有する放電灯点灯装置において、該検出回路が、演算増幅器と、その出力信号を受けて動作する複数のトランジスタと、ホールド用のコンデンサと、該コンデンサに対して並列に接続された抵抗とを備えており、複数のトランジスタをエミッタホロワ又はソースホロワとして用いるとともに、第１のトランジスタの出力信号を上記演算増幅器に入力して負帰還とし、また、第２のトランジスタの出力信号を上記コンデンサに供給する構成としている。
【００１３】
従って、本発明では、第１のトランジスタを帰還用とし、第２のトランジスタをコンデンサの充電用とし、演算増幅器の出力を飽和させることなく、入力信号の周波数と同じ周波数をもってスイングさせる。また、第１及び第２のトランジスタをエミッタホロワ又はソースホロワとして高周波化に対応できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、演算増幅器の周波数帯域までの高周波信号に対して正確なピーク検出が可能である。
【００１５】
例えば、第１及び第２のトランジスタとしてＮＰＮトランジスタを用いるとともに、各トランジスタのベースを演算増幅器の出力端子に接続した構成において、第１のトランジスタのエミッタ出力を上記演算増幅器の反転入力端子に供給し、第２のトランジスタのエミッタをコンデンサに接続して該コンデンサを接地することで、高周波信号のピークホールドに有効な回路が得られる。
【００１６】
また、上記コンデンサに対して並列に放電用抵抗を接続した構成によれば、放電用抵抗の抵抗値とコンデンサの静電容量から決まる時定数により、意図的なドループを与えることで、時々刻々と変化する入力信号のピーク変化を捉えることができる。
【００１７】
そして、上記第１のトランジスタのエミッタに対して第１の抵抗を接続するとともに、上記コンデンサに対して並列に放電用の第２の抵抗を接続して、該第１及び第２の抵抗の各抵抗値を同じ値に規定することにより、第１及び第２のトランジスタに流れる負荷電流を揃えて検出精度を高めることができる。
【００１８】
直流−交流変換部を備えた放電灯点灯装置において、放電灯に係るランプ電圧又はランプ電流の検出回路に本発明を適用した場合に、正確性な検出結果に基づく点灯制御や回路保護対策等に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本発明に係るピーク検出回路の基本構成例を示す図である。
【００２０】
ピーク検出回路１は、演算増幅器２と、該演算増幅器２の出力信号を受けて動作する複数のトランジスタ３、４と、ホールド用のコンデンサ５を備えている。
【００２１】
演算増幅器２の非反転入力端子には入力信号が供給され、演算増幅器２の出力信号がトランジスタ３、４の制御端子（ベースやゲート）に供給される。尚、各トランジスタには、バイポーラ・トランジスタやユニポーラ・トランジスタが用いられ、エミッタホロワ又はソースホロワとして使用される。
【００２２】
一方のトランジスタ３の非制御端子には抵抗６が接続されており、該トランジスタ３の出力信号が演算増幅器２の反転入力端子に供給されて、負帰還ループが形成される。
【００２３】
他方のトランジスタ４の非制御端子にはコンデンサ５が接続されている。尚、用途によっては、後述のように、コンデンサ５に対して並列に放電用抵抗が接続される場合がある。
【００２４】
本例において、トランジスタ３を帰還用とし、トランジスタ４をコンデンサ５の充電用としてそれぞれに割り当て、演算増幅器２の出力を飽和させることなく、入力信号の周波数と同じ周波数をもってスイングさせる。これにより、演算増幅器２の周波数帯域までの源信号に対する追随が可能である。
【００２５】
尚、検出対象となる入力信号に対して、その逆相信号を演算増幅器２に入力すれば、ボトム検出を行うことができる（実質的にはピーク検出と同じである。）。
【００２６】
図２は、上記トランジスタ３、４として、バイポーラ・トランジスタを用いた場合の構成例１Ａを示したものである。
【００２７】
本例では、ＮＰＮトランジスタ７、８を用いるとともに、両トランジスタのベースが演算増幅器２の出力端子に接続されている。
【００２８】
トランジスタ７については、そのコレクタを所定電圧「Ｖｃｃ」の電源端子９に接続するとともに、そのエミッタに抵抗６を接続して接地し、エミッタ出力を演算増幅器２の反転入力端子に供給する。
【００２９】
他方、トランジスタ８については、そのコレクタを所定電圧「Ｖｃｃ」の電源端子９に接続して、そのエミッタをコンデンサ５に接続して該コンデンサを接地するとともに、該コンデンサに対して抵抗１０を並列に設けている。尚、この抵抗１０は、その抵抗値が上記抵抗６の抵抗値と等しい。
【００３０】
コンデンサ５及び抵抗１０に接続された出力端子から検出信号が得られる。
【００３１】
２つのトランジスタ７、８には、それらの特性が同じであるか又は特性のほぼ等しい素子を使用することが好ましく、各トランジスタは吐き出し型のエミッタホロワとして動作する。
【００３２】
演算増幅器２の反転入力端子には、トランジスタ７のエミッタ出力がフィードバックされており、吐き出し型ボルテージホロワとして動作する。尚、演算増幅器２の出力電圧を「Ｖop」とし、入力電圧を「Ｖin」とし、トランジスタ７のベース−エミッタ間電圧降下を「ＶBE」とするとき、演算増幅器２でのイマジナリ・ショートを考慮して「Ｖin＝Ｖop−ＶBE」から、「Ｖop＝Ｖin＋ＶBE」の関係が得られる。
【００３３】
トランジスタ８のベースはトランジスタ３のベースとともに演算増幅器２の出力端子に接続されており、トランジスタ８のエミッタに接続されたコンデンサ５には、抵抗６にかかる電圧と同じ電圧が出力される。
【００３４】
演算増幅器２の入力信号がピーク値付近を示す場合に、コンデンサ５への充電が行われなくなったときには、各トランジスタのエミッタ電流が同じとなる（抵抗６、１０が同じ抵抗値をもつ。）。
【００３５】
また、トランジスタ７、８の特性が揃っていれば、入力信号のピーク値付近にて各トランジスタのＶBEが同じ値となり、コンデンサ５での入力信号のピーク保持を精度良く行うことができる。
【００３６】
図３は、Ｖin、Ｖopと、ピーク検出信号電圧「Ｖout」の関係を例示した概略的な波形図である。
【００３７】
演算増幅器２の出力電圧Ｖopは入力電圧Ｖinに対してＶBEだけ高いレベルをもってスイングしており、ＶoutのレベルはＶinのピーク値を示す。
【００３８】
本例では、コンデンサ５に対して並列に放電用の抵抗１０を接続し、意図的なドループを付与した構成とされる。つまり、コンデンサ５が抵抗１０を介して放電され、コンデンサ５の静電容量と抵抗１０の抵抗値との積で決まる時定数のフィルタの役目を果たしており、入力信号のピーク値が検出されなかった場合に該時定数をもってコンデンサ５の端子電圧が低下していく。例えば、単なるピークホールドでは入力信号の最大レベルが検出されるだけであるが、時々刻々と変化するピーク値を検出する必要がある場合において、放電用抵抗１０をコンデンサ５に対して並列に接続し、その時定数を制御の反応時間程度に設定した回路構成を採用することが好ましい（時定数の値は、入力信号の周期よりも遥かに長い値である。）。
【００３９】
尚、純粋なピークホールド機能の実現においては、抵抗１０は不要である。
【００４０】
上記したピーク検出回路を、例えば、放電灯点灯装置におけるランプ電圧やランプ電流の検出回路に適用する場合に、下記に示す構成形態が挙げられる。
【００４１】
（１）ＨＩＤランプを正弦波状の高周波で駆動する場合に、放電管の音響共鳴を回避するため、その周波数をメガヘルツオーダーに規定し、放電灯のランプ電流やランプ電圧を検出して放電灯への投入電力を制御する形態
（２）放電灯の負荷異常等が発生した場合の対策として、ランプ電圧やランプ電流の検出値に基づいて負荷状態を判定する形態。
【００４２】
上記（１）では、高周波駆動に対応したランプ電圧等の検出に関して正確性を高めることを目的として、例えば、高周波の正弦波状のランプ電圧やランプ電流についてピーク検出を行い、その検出結果に基づいて放電灯への投入電力を演算により算出する。
【００４３】
また、上記（２）では、異常判定等を正しく行うことで回路保護を確実に行うことを目的とし、例えば、ランプ電圧やランプ電流の検出に上記ピーク検出回路を用いて、負荷状態に異変が起きていることが判明した場合に、直ちに放電灯への電力供給を遮断し、又は警告表示等を発する。これにより、発火等の未然防止や回路保護等の安全対策を充分に講じることができる。
【００４４】
図４は放電灯点灯装置の一例１１（高周波点灯によるＨＩＤランプ点灯回路）を示すものであり、直流電源１２から電源供給を受ける直流−交流変換部１３と起動回路１４を備えている。
【００４５】
直流−交流変換部１３は、直流電源１２から直流入力電圧を受けて交流変換及び昇圧を行うために設けられている。本例では、ハーフブリッジ型構成とされ、スイッチング素子１５Ｈ、１５Ｌ（本例ではＦＥＴを用いている。）と、それらの駆動制御を行うゲート駆動部１６を備えている。高段側素子１５Ｈの一端が直流電源の正極側端子に接続され、該素子他端が低段側素子１５Ｌを介して接地されており、素子１５Ｈ、１５Ｌが、所定の休止期間をおいて交互にスイッチング制御される。
【００４６】
本例では、電力変換用トランス１７を有しており、共振用コンデンサ１８と、インダクタ１９との共振現象を利用した回路構成が用いられている。
【００４７】
起動回路１４は、放電灯２０に起動用信号を供給するために設けられており、起動時におけるその出力電圧がトランス１７にて昇圧されて放電灯２０に印加される（交流変換された出力に対して起動用信号が重畳されて放電灯２０に供給される。）。
【００４８】
トランス１７の二次側に設けられた検出回路２１は、放電灯２０のランプ電圧を検出するために、上記回路１Ａやリミッタ等を備えている。検出回路２１の入力端子はトランス１７の二次巻線の途中に接続されており、検出信号は図示しない制御回路や保護回路等に送出される。ランプ電圧の変化に追随した信号検出が必要とされ、例えば、放電灯２０への投入電力に関する演算に必要な周波数（点灯周波数よりも充分に小さい値とされる。）を遮断周波数として設定したＲＣフィルタ（コンデンサ５及び抵抗１０）がピーク検出回路において用いられる。
【００４９】
尚、本例に限らず、ランプ電流の検出回路に上記回路１Ａを用いることができる。また、図４では、素子１５Ｈ、１５Ｌを用いたハーフブリッジ型の構成を示しているが、本発明の適用においては、４つのスイッチング素子を用いたフルブリッジ型構成でも構わない。例えば、直流入力電圧を所望のレベルに変換した後で、逆変換回路（所謂インバータ）によって交流出力に変換して放電灯に供給する形態が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る基本構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る回路構成の一例を示した図である。
【図３】図２の動作説明のための波形図である。
【図４】放電灯点灯装置におけるランプ電圧検出への適用例を示す図である。
【図５】従来の構成例を示す回路図である。
【図６】従来の問題点についての説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１、１Ａ…ピーク検出回路、２…演算増幅器、３、４…トランジスタ、５…コンデンサ、６…第１の抵抗、７、８…トランジスタ、１０…第２の抵抗、１１…放電灯点灯装置、１３…直流−交流変換部、２０…放電灯、２１…検出回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006072817.tif 000006
【図５】
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【図６】
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