JP3820931B2

JP3820931B2 - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP3820931B2
Application number: JP2001215722A
Authority: JP
Inventors: 隆神原; 洋史小西; 幹小谷; 寿文田中
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2021-07-16
Also published as: JP2003031385A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯点灯装置に関し、特にメタルハライドランプなどの高輝度放電灯（ＨＩＤ）を点灯する放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
メタルハライドランプなどの高輝度放電灯を点灯させるには高い始動電圧を印加する必要があり、点灯後は音響共鳴現象を防止するために数１００Ｈｚ程度の周波数で交流点灯させる。このような高輝度放電灯を点灯するための放電灯点灯装置は、一般的に電力変換制御を行うための直流−直流変換回路と、直流−直流変換回路の出力電圧を極性反転して矩形波の交流を放電灯に供給するインバータ回路と、始動時に高電圧パルスを発生して放電灯に印加するイグナイタ回路を備えており、放電灯の電圧（ランプ電圧）及び電流（ランプ電流）を検出して所定の電力を放電灯に供給するように直流−直流変換回路が定電力制御されることが多い。但し、始動直後から所定時間（例えば、アーク放電に移行してからインバータ回路による極性反転が２回行われるまでの時間）のみ直流−直流変換回路を電流制御する場合もある（特開平１１−２６０５８４号公報参照）。
【０００３】
而して、始動直後にはランプ電圧が急激に低下するため、このような急激な負荷変動に対して直流−直流変換回路のフィードバック制御系の応答が遅れて適切な電力を放電灯に供給することができなくなり、放電灯の光出力が過小となり、最悪の場合には立ち消えしてしまう虞があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
放電灯の始動直後からランプ電圧及びランプ電流を検出して所定の電力を放電灯に供給する定電力制御や電流制御を行う上記従来例では、フィードバック制御系をある程度高速化して応答時間を短くすることで立ち消えを防止しているが、フィードバック制御を行う制御回路の構成が複雑且つ高価になるという問題があった。また、フィードバック制御を行うためには出力に含まれるノイズやリプルを低減するためにフィルタが必要であり、応答を早くしようとすると放電灯と組み合わせたときの整合性が低下し、発振現象などによって出力が不安定になる虞があった。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、回路構成を複雑化することなしに始動直後の放電灯の立ち消えが防止できる放電灯点灯装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、直流電源と、スイッチング素子を有し該スイッチング素子を周期的にオン／オフすることによって直流電源からの入力電圧を所望の直流電圧に変換する直流−直流変換回路と、直流−直流変換回路の出力を検出するとともに検出した出力が放電灯の始動並びに点灯に必要な値となるようにスイッチング素子のオン／オフ動作を制御する出力制御回路とを備え、出力制御回路は、放電灯が放電を開始してから定格点灯に至るまでに直流−直流変換回路の検出出力に基づいたフィードバック制御を行わない始動補助期間を有し、当該始動補助期間においてスイッチング素子を所定のスイッチング周波数及び所定のオンデューティ比でオン／オフさせることを特徴とし、始動補助期間には出力制御回路がフィードバック制御を行わずにスイッチング素子を所定のスイッチング周波数及び所定のオンデューティ比でオン／オフさせることで回路構成を複雑化することなしに始動直後の放電灯の立ち消えが防止できる。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、直流−直流変換回路の出力の瞬時値に基づいて放電灯の放電開始を検出する放電開始検出手段を出力制御回路に設けたことを特徴とし、始動補助期間への移行のタイミングを決定する放電開始検出を遅滞なく行うことができ、始動直後の放電灯の立ち消えをさらに確実に防止できる。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、出力制御回路における始動補助期間をフィードバック制御時の応答時間よりも短くない時間に設定したことを特徴とし、始動直後の放電灯の立ち消えをさらに確実に防止できる。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、直流電源からの入力電圧を検出する入力電圧検出手段を備え、出力制御回路は始動補助期間において入力電圧検出手段で検出する入力電圧に応じてスイッチング素子のスイッチング周波数又はオンデューティ比の少なくとも何れか一方を可変することを特徴とし、直流電源の電源電圧変動の影響を抑制して始動直後の立ち消えを確実に防止できる。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、出力制御回路は始動補助期間における直流電源からの入力電圧が高くなるほどスイッチング素子のオンデューティ比を低下させることを特徴とし、放電灯に過剰な電力が供給されるのを防いで放電灯並びに回路素子の劣化を抑制することができる。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項４の発明において、出力制御回路は始動補助期間における直流電源からの入力電圧が高くなるほどスイッチング素子のスイッチング周波数を高くすることを特徴とし、放電灯に過剰な電力が供給されるのを防いで放電灯並びに回路素子の劣化を抑制することができる。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項１の発明において、放電灯の消灯から再始動までの時間を計時する計時手段を備え、出力制御回路は始動補助期間において計時手段による計時時間が長くなるほどスイッチング素子のオンデューティ比を低下させることを特徴とし、放電灯の消灯から再始動までの時間、すなわち放電灯の温度の影響を抑制して再始動直後の放電灯の立ち消えを確実に防止できるとともに、放電灯に過剰な電力が供給されるのを防いで放電灯並びに回路素子の劣化を抑制することができる。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項１の発明において、出力制御回路は始動補助期間においてスイッチング素子のオンデューティ比を時間の経過とともに漸増することを特徴とし、放電灯の電圧上昇に応じた適切な電力供給が確実に行え、始動直後の立ち消えを確実に防止できるとともに、放電灯に過剰な電力が供給されるのを防いで放電灯並びに回路素子の劣化を抑制することができる。
【００１５】
請求項９の発明は、請求項８の発明において、出力制御回路はスイッチング素子のオンデューティ比を段階的に増大することを特徴とし、請求項８の発明と同様の作用を奏する。
【００１６】
請求項１０の発明は、請求項１〜９の何れかの発明において、スイッチング素子に流れる電流を検出するスイッチング電流検出手段と、フィードバック制御のためのスイッチング電流指令値を発生するスイッチング電流指令値発生手段と、スイッチング電流検出手段で検出される電流値とスイッチング電流指令値を比較して両者を一致させるようにスイッチング素子をオン／オフする駆動信号を生成する駆動信号生成手段とを出力制御回路に備え、スイッチング電流指令値発生手段は始動補助期間におけるスイッチング電流指令値を定常点灯時より比較的に大きい所定値とすることを特徴とし、請求項１〜９の何れかの発明と同様の作用を奏する。
【００１７】
請求項１１の発明は、請求項１０の発明において、スイッチング電流指令値発生手段は始動補助期間においてスイッチング電流指令値を時間の経過とともに漸減することを特徴とし、放電灯に過剰な電力が供給されるのを防いで放電灯並びに回路素子の劣化を抑制することができる。
【００１８】
請求項１２の発明は、請求項１０の発明において、直流電源からの入力電圧を検出する入力電圧検出手段を備え、スイッチング電流指令値発生手段は始動補助期間において入力電圧検出手段で検出する入力電圧に応じてスイッチング電流指令値を可変することを特徴とし、直流電源の電源電圧変動の影響を抑制して始動直後の立ち消えを確実に防止できる。
【００１９】
請求項１３の発明は、請求項１２の発明において、スイッチング電流指令値発生手段は始動補助期間における直流電源からの入力電圧が高くなるほどスイッチング電流指令値を減少させることを特徴とし、放電灯に過剰な電力が供給されるのを防いで放電灯並びに回路素子の劣化を抑制することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本実施形態の回路図を示し、図２は動作説明用の波形図を示している。なお、本実施形態では自動車の前照灯に用いられる高輝度放電灯を点灯する放電灯点灯装置を例示するが、これに限定する趣旨ではなく、放電灯を点灯する放電灯点灯装置全般に本発明の技術思想が適用可能である。
【００２１】
本実施形態の放電灯点灯装置は、自動車のバッテリからなる直流電源１と、スイッチング素子２２を有し、このスイッチング素子２２を周期的にオン／オフすることによって直流電源１の出力を放電灯５の点灯に必要な所望の直流電圧及び直流電流に変換する直流−直流変換回路２と、直流−直流変換回路２の直流出力を極性反転することで矩形波の交流出力に変換してメタルハライドランプなどの高輝度放電灯からなる放電灯５に供給するインバータ回路３と、高電圧パルスを印加して放電灯５を始動するイグナイタ回路４と、直流−直流変換回路２の直流出力を昇圧してイグナイタ回路４に高電圧を供給する昇圧回路６と、直流−直流変換回路２の出力を検出するとともに検出した出力が放電灯５の始動並びに点灯に必要な値となるようにスイッチング素子２２のオン／オフ動作を制御する出力制御回路７とを備える。
【００２２】
直流−直流変換回路２は、１次巻線とスイッチング素子２２の直列回路が点灯スイッチＳＷを介して直流電源１の両極間に接続されたトランス２１と、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子２２と、スイッチング素子２２のドレインと１次巻線の接続点に一端が接続されるとともに他端がトランス２１の２次巻線の一端に接続された平滑コンデンサ２３と、２次巻線の他端にアノードが接続されるとともにカソードがスイッチング素子２２のソース（直流電源１の負極）に接続されたダイオード２４とを具備した従来周知の構成を有するものであって、スイッチング素子２２を周期的にオン／オフすることで平滑コンデンサ２３の両端に所望の直流電圧が得られる。そして、直流−直流変換回路２の出力端間、すなわち平滑コンデンサ２３とスイッチング素子２２の直列回路の両端にインダクタ２５１並びにコンデンサ２５２からなるリプル除去用のフィルタ回路２５を介してインバータ回路３が接続される。また、コンデンサ２５２とスイッチング素子２２のソースの接続点とインバータ回路３との間には直流−直流変換回路２の出力電流を検出するための検出抵抗２６が挿入されている。なお、直流−直流変換回路２は本実施形態のものに限定する趣旨ではなく、バックブーストコンバータやフライバックコンバータなどの昇降圧型の回路構成のものでも良い。
【００２３】
インバータ回路３は、ＭＯＳＦＥＴからなる４つのスイッチング素子３２〜３５のブリッジ回路と、後述するように出力制御回路７から与えられる駆動信号に応じて各スイッチング素子３２〜３５をオン／オフするドライバ回路３１とからなる従来周知のものであって、対角辺の位置にある２つのスイッチング素子３２と３５及び３３と３４を同期して交互にオン／オフすることで直流−直流変換回路２の直流出力を極性反転して矩形波の交流出力に変換する。但し、スイッチング素子３２〜３５にはＭＯＳＦＥＴを例示したが、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴを用いても良い。
【００２４】
昇圧回路６は、複数のコンデンサとダイオードを組み合わせた従来周知のコッククロフト回路からなり、直流−直流変換回路２の出力電圧を昇圧してイグナイタ回路４に供給する。但し、昇圧回路６の構成はコッククロフト回路に限定されるものではなく、トランスを用いたものやその他の構成のものであっても良い。
【００２５】
イグナイタ回路４は、放電ギャップ４１、パルストランス４２並びにコンデンサ４３，４４で構成される。パルストランス４２の１次側の一端が昇圧回路６の出力端に接続されるとともに他端が放電ギャップ４１を介して放電灯５の一端に接続され、さらにパルストランス４２の２次側の一端が放電灯５の他端に接続されるとともに２次側の他端がインバータ回路３の出力端に接続される。また、コンデンサ４３はパルストランス４２の１次側と放電ギャップ４１に並列に接続され、コンデンサ４４はインバータ回路３の出力端間に接続される。而して、昇圧回路６の出力によってコンデンサ４３の両端電圧が放電ギャップ４１の放電開始電圧まで上昇すると、放電ギャップ４１が導通してコンデンサ４３の充電電荷が放出され、パルストランス４２の２次側にはその巻数比に応じた高電圧パルスが発生し、この高電圧パルスによって放電灯５が絶縁破壊を起こして放電を開始する。
【００２６】
出力制御回路７は、マイクロコンピュータからなる制御処理部８と、アンプからなり直流−直流変換回路２の出力電圧を検出する電圧検出回路７０１と、同じくアンプからなり検出抵抗２６の電圧降下から直流−直流変換回路２の出力電流を検出する電流検出回路７０２と、電圧検出回路７０１の検出電圧を閾値電圧Ｖr1（定常点灯時のランプ電圧よりも高く且つ無負荷電圧よりも低い電圧）と比較するコンパレータからなり、検出電圧が閾値電圧Ｖr1を超えたときに放電灯５の放電開始を検出して放電開始検出信号ＬＧＴを制御処理部８に出力する放電開始検出回路７０４と、後述するように制御処理部８から与えられるＰＷＭ信号に基づいて直流−直流変換回路２のスイッチング素子２２を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成回路７０３と、駆動信号生成回路７０３からの駆動信号を受けてスイッチング素子２２をオン／オフさせるドライバ回路７１４と、直流−直流変換回路２のトランス２１の１次巻線に設けた中間タップから取り出した電圧でドライバ回路７１４等の動作電圧Ｖccを作成する第１の電源回路７１２と、動作電圧Ｖccから制御処理部８の動作電圧ＶＤＤを作成する第２の電源回路７１３と、放電灯５の消灯から再始動までの時間を計時する計時手段たる消灯時間検出回路７０９と、スイッチング素子２２に流れる電流（以下、スイッチング電流と呼ぶ）を検出するスイッチング電流検出回路７０８と、後述するように制御処理部８から出力され、スイッチング電流の目標値を決める電流指令値をデジタル信号からアナログ信号に変換する指令値生成回路７０７と、指令値生成回路７０７から出力されるアナログの電流指令値をスイッチング電流検出回路７０８で検出されたスイッチング電流の検出値と比較して比較結果を駆動信号生成回路７０３に出力するコンパレータ７０６と、電圧検出回路７０１の検出電圧（放電灯５のランプ電圧に対応した電圧）を所定の閾値電圧Ｖthと比較することで出力電圧の過電圧状態を検出する過電圧検出回路７０５とを備える。
【００２７】
一方、制御処理部８は、予め与えられたデータに基づいて始動から点灯までの各状況に応じた放電灯５への供給電力の指令値（電力指令値）を演算する電力指令値演算部８０１と、電力指令値演算部８０１から与えられる電力指令値と電圧検出回路７０１で検出された検出電圧とから電力指令値に対応した電流指令値を演算する電流指令値演算部８０２と、電流指令値演算部８０２から与えられる電流指令値と電流検出回路７０２で検出された検出電流の誤差増幅演算を行うとともに両者の誤差を減らすようにスイッチング素子２２のオン／オフ動作をＰＩ制御するための電流指令値を出力する誤差増幅演算部８０３と、スイッチング素子２２のスイッチング周波数を設定するスイッチング周波数設定部８０６と、スイッチング周波数設定部８０６で設定されたスイッチング周波数でスイッチング素子２２をオンさせるためのＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生部８０８と、スイッチング素子２２のオン時間が必要以上に長くなって過大な電流が流れないようにＰＷＭ信号発生部８０８に対して最大オンデューティを設定する最大オンデューティ設定部８０７と、後述する始動補助期間の割り込み処理を実行する始動補助期間割込処理部８０４と、始動補助期間割込処理部８０４による割り込み処理に応じて誤差増幅演算部８０３から出力される電流指令値Ｉp2を始動補助期間用の電流指令値Ｉp0に設定する電流指令値設定部８０５と、後述するように消灯時間検出回路７０９に対してタイマオン信号並びにタイマオフ信号を出力するタイマオン／オフ部８１１と、後述するように消灯時間検出回路７０９の具備するコンデンサ（図示せず）の両端電圧から消灯時間を演算する消灯時間演算部８１０と、直流電源１からの入力電圧Ｖinを検出する入力電圧検出部８０９と、インバータ回路３の極性反転時間を生成する極性反転時間生成部８１３と、極性反転時間生成部８１３で生成された極性反転時間に応じてスイッチング素子３２〜３５をオン／オフするための駆動信号を生成してドライブ回路３１に出力する駆動信号生成部８１４とを具備する。なお、上記各部の機能は予め与えられたプログラムをマイクロコンピュータで実行することにより実現される。但し、マイクロコンピュータを用いる代わりに、制御処理部８の各部を回路部品によりハードウェアで構成しても構わない。
【００２８】
次に、図２を参照して本実施形態の動作を説明する。ここで、図２（ａ）は直流電源１からの入力電圧Ｖin、同図（ｂ）は放電灯５に印加されるランプ電圧Ｖla、同図（ｃ）は放電灯５に流れるランプ電流Ｉlaを示しており、それぞれの検出値が制御処理部８に入力されている。
【００２９】
まず、定常点灯時における定電力制御（後述する定常モード）について説明する。電力指令値演算部８０１から与えられる電力指令値と電圧検出回路７０１で検出された検出電圧とから電力指令値に対応した電流指令値を電流指令値演算部８０２で演算し、誤差増幅演算部８０３が電流指令値演算部８０２から与えられる電流指令値と電流検出回路７０２で検出された検出電流の誤差増幅演算を行うとともに両者の誤差を減らすようにスイッチング素子２２のオン／オフ動作をＰＩ制御するための電流指令値を出力する。この電流指令値が指令値生成回路７０７においてデジタル信号からアナログ信号に変換されてコンパレータ７０６の＋端子に入力される。コンパレータ７０６の−端子にはスイッチング電流検出回路７０８で検出されたスイッチング電流の検出値が入力され、検出値が電流指令値を超えたときにコンパレータ７０６の出力がＨレベルからＬレベルに変化する。
【００３０】
駆動信号生成回路７０３は、ＰＷＭ信号発生部８０８から出力されるＰＷＭ信号の立ち上がりに同期してスイッチング素子２２をオンするための駆動信号を生成してドライバ回路７１４に出力し、この駆動信号を受けたドライバ回路７１４によってスイッチング素子２２がオンされる。また、コンパレータ７０６の出力が駆動信号生成回路７０３に与えられており、コンパレータ７０６の出力がＨレベルからＬレベルに変化すると駆動信号生成回路７０３がスイッチング素子２２をオフするための駆動信号を生成してドライバ回路７１４に出力し、この駆動信号を受けたドライバ回路７１４によってスイッチング素子２２がオフされる。すなわち、スイッチング素子２２に流れるスイッチング電流が電流指令値に一致するように出力制御回路７によってスイッチング素子２２のオンデューティ比がフィードバック制御され、放電灯５に定電力が供給されるように直流−直流変換回路２の出力が調整される。なお、駆動信号生成回路７０３には過電圧検出回路７０５の出力が与えられており、電圧検出回路７０１の検出電圧が所定の閾値電圧Ｖthを超えて過電圧検出回路７０５の出力がＨレベルからＬレベルに変化すると駆動信号生成回路７０３がスイッチング素子２２をオンするための駆動信号を生成しないようになっており、放電灯５の消灯時のような無負荷時における直流−直流変換回路２の出力電圧が過昇圧するのを防止している。
【００３１】
続いて、消灯している放電灯５を始動して定格点灯に至るまでの動作について説明する。点灯スイッチＳＷが投入されて直流電源１から電源が供給されると第１の電源回路７１２が動作して動作電圧Ｖccを作成し、さらに第２の電源回路７１３が動作電圧Ｖccから動作電圧ＶＤＤを作成して制御処理部８に供給することで制御処理部８が起動する。ここで、制御処理部８では放電灯５の始動から定格点灯するまでの間に下記の４つの動作モードで直流−直流変換回路２を制御する。
【００３２】
１．始動モード：放電灯５の放電開始時点から点灯（アーク放電）に至るまでの期間Ｔ１（数１００μ秒程度）の動作
２．点灯初期モード：点灯からランプ電圧を２回極性反転する動作（期間Ｔ２＝１５〜７５ｍ秒程度）
３．光出力立ち上がりモード：放電灯５の光出力を立ち上げる動作（期間Ｔ３＝６０秒程度以内）
４．定常モード：放電灯５に定格電力を供給する定電力制御動作（期間Ｔ４）
始動モードにおいては、放電灯５が消灯状態であるので無負荷動作となり、出力制御回路７は直流−直流変換回路２の出力電圧を所定の無負荷電圧となるように制御し、昇圧回路６並びにイグナイタ回路４が動作して放電灯５に高電圧パルスが印加される。この高電圧パルスの印加によってランプ電圧Ｖlaが約３８０Ｖ程度まで上昇し（図２（ｂ）参照）、放電灯５が絶縁破壊を起こして放電（グロー放電）を開始する。放電灯５が放電を開始すると直流−直流変換回路２の出力電圧が急激に低下するとともに出力電流が急激に増大する。ところが従来例で説明したように、このような急激な負荷変動に対しては出力制御回路７によるフィードバック制御の応答遅れによって直流−直流変換回路２の出力調整が追随できず、放電灯５に適切な電力を供給できない虞がある。
【００３３】
そこで、本実施形態においては、放電開始検出回路７０４より放電開始検出信号ＬＧＴが制御処理部８に入力されてから放電灯５が点灯（アーク放電）に至るまでの始動モードと同等の期間を始動補助期間とし、この始動補助期間では出力制御回路７が上記フィードバック制御を行わず、所定のスイッチング周波数並びにオンデューティ比でスイッチング素子２２をオン／オフさせて直流−直流変換回路２の出力を放電灯５が立ち消えを起こさない程度のレベルに制御している。すなわち、放電開始検出信号ＬＧＴが入力されると始動補助期間割込処理部８０４が始動補助期間の割り込み処理を実行し、電流指令値設定部８０５を制御して指令値生成回路７０７に出力する電流指令値を誤差増幅演算部８０３から出力される電流指令値Ｉp2から始動補助期間用の電流指令値Ｉp0に変更するとともに、スイッチング周波数設定部８０６並びに最大オンデューティ設定部８０７を制御してＰＷＭ信号の周波数並びに最大オンデューティ比を始動補助期間用の所定値に設定する。このとき、電流指令値Ｉp0は許容可能な範囲で比較的大きな値に設定されている。
【００３４】
而して、始動補助期間割込処理部８０４による割り込み処理の実行中には誤差増幅演算部８０３で演算された電流指令値Ｉp2に応じたフィードバック制御が行われず、電流指令値Ｉp0に応じて直流−直流変換回路２の出力が調整されるため、始動直後における直流−直流変換回路２の出力低下による放電灯５の立ち消えが防止できる。しかも、フィードバック制御を行わない始動補助期間を設けるだけで済むから回路構成が複雑化することがないという利点がある。なお、始動補助期間は少なくともフォードバック制御における応答時間よりも短くない期間とすることが望ましい。
【００３５】
そして、図示しない点灯判別回路により、電圧検出回路７０１の検出電圧の平均値と所定値との比較結果に基づいて放電灯５がグロー放電からアーク放電に移行したこと（放電灯５の点灯）を判別すれば、始動補助期間割込処理部８０４が割り込み処理が終了し、電流指令値設定部８０５を制御して指令値生成回路７０７に出力する電流指令値を始動補助期間用の電流指令値Ｉp0から誤差増幅演算部８０３から出力される電流指令値Ｉp2に変更し、誤差増幅演算部８０３で演算された電流指令値Ｉp2に応じたフィードバック制御が行われる。
【００３６】
また、本実施形態では、点灯判別回路によらずに放電開始検出回路７０４によって直流−直流変換回路２の出力の瞬時値に基づいて放電灯５の放電開始を検出して始動補助期間割込処理部８０４の割り込み処理を実行しているので、始動補助期間への移行のタイミングを決定する放電開始検出を遅滞なく行うことができ、始動直後の放電灯５の立ち消えをさらに確実に防止できるものである。なお、閾値電圧Ｖr1は定常点灯時のランプ電圧よりも高く且つ無負荷電圧よりも低い電圧に設定される。
【００３７】
ところで、点灯している放電灯５を一旦消灯してから再度点灯させる再始動時には放電灯５の温度が高いために初始動時（放電灯５の始動特性に影響を与えない程度まで放電灯５が周囲温度に充分なじんだ状態からの始動時）に比べて大きな電力を供給する必要があり、通常は再始動時における最大オンデューティの設定値を大きくしている。しかしながら、最大オンデューティの設定値を単純に大きくした場合、放電灯５の温度によっては必要以上に大きな電流が流れて放電灯５や回路部品に過大なストレスをかけて劣化させてしまう虞がある。
【００３８】
そこで本実施形態においては、放電灯５の温度の代用として消灯時間を計時し、消灯時間が長い（つまり、放電灯５の温度が低い）ほど最大オンデューティの設定値を低下させている。
【００３９】
既に説明した消灯時間検出回路７０９は、直流電源１からの入力電圧によってコンデンサを充放電する回路構成を有し、放電灯５が点灯してから制御処理部８のタイマオン／オフ部８１１によりタイマオン信号を受けるとコンデンサを充電し、点灯スイッチＳＷがオフされるとタイマオン／オフ部８１１によりタイマオフ信号を受けてコンデンサを放電する。そして、再度点灯スイッチＳＷがオンされたときに制御処理部８の消灯時間演算部８１０が消灯時間検出回路７０９のコンデンサの両端電圧から消灯時間を演算し、演算により求まった消灯時間Ｔｋが始動補助期間割込処理部８０４に入力される。始動補助期間割込処理部８０４では、最大オンデューティ設定部８０７を制御して消灯時間Ｔｋに応じて最大オンデューティの設定値を調整する。例えば、初始動時の設定値をＤ２、消灯時間がほぼゼロに近い状況での設定値をＤ１としたとき、図３に示すように消灯時間Ｔｋに応じて設定値をＤ１からＤ２の範囲で単調減少させる。而して、本実施形態においては、放電灯５の消灯から再始動までの時間（消灯時間）、すなわち放電灯５の温度の影響を抑制して再始動直後の放電灯５の立ち消えを確実に防止できるとともに、過大な電流が流れるのを防いで放電灯５並びに回路素子の劣化を抑制することができる。
【００４０】
ところで、スイッチング素子２２のスイッチング周波数並びにオンデューティ比が一定であるならば、直流−直流変換回路２の出力は直流電源１からの入力電圧に応じて変動し、入力電圧が比較的高い状態で良好な始動性能が得られる条件では入力電圧の低下によって立ち消えが生じる可能性があり、その反対に入力電圧が比較的低い状態で良好な始動性能が得られる条件では入力電圧の上昇によって必要以上に過大な電力が供給されて放電灯５や回路素子にストレスをかける可能性がある。
【００４１】
そこで本実施形態では、直流電源１からの入力電圧Ｖinを検出する入力電圧検出部８０９を制御処理部８に設け、始動補助期間割込処理部８０４がスイッチング周波数設定部８０６並びに最大オンデューティ設定部８０７を制御し、入力電圧Ｖinに応じてスイッチング周波数及び最大オンデューティの少なくとも何れか一方を調整することで直流電源１の電源電圧変動による影響を抑制している。例えば、入力電圧Ｖinが使用範囲の下限値Ｖin1のときの最大オンデューティの設定値をＤ１、入力電圧Ｖinが使用範囲の上限値Ｖin2（＞Ｖin1）のときの設定値をＤ２としたとき、図４に示すように入力電圧Ｖinが高くなるにつれて設定値をＤ１からＤ２の範囲で直線的に減少させればよい。あるいは、入力電圧Ｖinが下限値Ｖin1のときのスイッチング周波数の設定値をＦ２、入力電圧Ｖinが上限値Ｖin2のときの設定値をＦ１としたとき、図５に示すように入力電圧Ｖinが高くなるにつれて設定値をＦ２からＦ１の範囲で指数関数的に増加させればよい。
【００４２】
而して、本実施形態では直流電源１からの入力電圧Ｖinに応じてスイッチング周波数又は最大オンデューティの少なくとも何れか一方の設定値を調整しているため、直流電源１の電源電圧変動の影響を抑制して始動直後の立ち消えを確実に防止できるとともに、放電灯５に過剰な電力が供給されるのを防いで放電灯５並びに回路素子の劣化を抑制することができる。
【００４３】
（実施形態２）
本実施形態の回路構成は実施形態１と同一であるから図示並びに説明は省略する。本実施形態は、出力制御回路７が始動補助期間においてスイッチング素子２２の最大オンデューティの設定値を時間の経過とともに漸増させる点に特徴がある。
【００４４】
すなわち、図６に示すように放電開始時点ｔ１からアーク放電に移行して定電力制御に移行する時点ｔ２までの始動補助期間においては、ランプ電圧Ｖlaが徐々に上昇することから、最大オンデューティの設定値を固定している場合には放電灯５に対して適切な電力、電流の供給が確実に行えない可能性がある。そこで本実施形態においては、始動補助期間割込処理部８０４が最大オンデューティ設定部８０７を制御して最大オンデューティの設定値Ｄを始動補助期間の時間経過とともに漸増させることによって、ランプ電圧Ｖlaの上昇に応じた適切な電力、電流を放電灯５に確実に供給することができるようになり、始動直後の立ち消えを確実に防止できるとともに、放電灯５に過剰な電力が供給されるのを防いで放電灯５並びに回路素子の劣化を抑制することができる。なお、最大オンデューティの設定値を漸増する場合、図７に示すように最小値Ｄ２から最大値Ｄ１の範囲で段階的に増加させても良いし、図８に示すように最小値Ｄ２から最大値Ｄ１に直線的に連続して増加させても良い。
【００４５】
（実施形態３）
本実施形態の回路構成は実施形態１と同一であるから図示並びに説明は省略する。
【００４６】
ところで実施形態１においては、始動補助期間における電流指令値Ｉp0が許容可能な範囲で比較的大きな値に固定されており、放電灯５や回路の異常発生時にスイッチング電流を制限して直流−直流変換回路２を保護する役割を担っている。しかしながら、図９に示すようにランプ電流Ｉlaは始動直後に急激に増加した後に一旦大きく減少し、それから徐々に増加するものであるから、始動直後こそは電流指令値Ｉp0を比較的大きな値に設定する必要があるものの、始動補助期間内であっても始動直後以後はむしろランプ電流Ｉlaのレベルに応じて電流指令値Ｉp0を小さくすることが上記異常発生時の保護の点から望ましい。
【００４７】
そこで本実施形態では、始動補助期間における電流指令値を時間の経過とともに漸減させ、ランプ電流Ｉlaのレベルに応じた適切な電流指令値を設定することにより、過大な電流が流れるのを防いで放電灯５並びに回路素子の劣化を抑制している。
【００４８】
すなわち、無負荷期間（放電開始が検出される時点ｔ１までの期間）には電流指令値設定部８０５における電流指令値が始動補助期間用の電流指令値の最大値Ｉp0に設定され、放電開始が検出されて始動補助期間割込処理部８０４による割り込み処理が実行された時点ｔ１から始動補助期間の終了時点ｔ２までは、図９に示すように始動補助期間割込処理部８０４が電流指令値設定部８０５を制御して最大値Ｉp0から最小値Ｉp1（＝Ｉp2）の範囲で単調減少させるのである。
【００４９】
また、実施形態１で説明したようにスイッチング素子２２のスイッチング周波数並びにオンデューティ比が一定であるならば、直流−直流変換回路２の出力は直流電源１からの入力電圧に応じて変動し、入力電圧が比較的高い状態で良好な始動性能が得られる条件では入力電圧の低下によって立ち消えが生じる可能性があり、その反対に入力電圧が比較的低い状態で良好な始動性能が得られる条件では入力電圧の上昇によって必要以上に過大な電力が供給されて放電灯５や回路素子にストレスをかける可能性があるから、本実施形態においても、始動補助期間割込処理部８０４が電流指令値演算部８０２を制御して入力電圧Ｖinが高くなるにつれて電流指令値を減少させるようにしている。例えば、入力電圧Ｖinが使用範囲の下限値Ｖin1のときの電流指令値をＩp11、入力電圧Ｖinが使用範囲の上限値Ｖin2（＞Ｖin1）のときの電流指令値をＩp12（＜Ｉp11）としたとき、図１０に示すように入力電圧Ｖinが高くなるにつれて電流指令値をＩp11からＩp12の範囲で直線的に減少させる。
【００５０】
而して、直流電源１からの入力電圧Ｖinの上昇に伴って電流指令値を漸減することにより、直流電源１の電源電圧変動の影響を抑制して始動直後の立ち消えを確実に防止できるとともに、放電灯５に過剰な電力が供給されるのを防いで放電灯５並びに回路素子の劣化を抑制することができる。
【００５１】
【発明の効果】
請求項１の発明は、
直流電源と、スイッチング素子を有し該スイッチング素子を周期的にオン／オフすることによって直流電源からの入力電圧を所望の直流電圧に変換する直流−直流変換回路と、直流−直流変換回路の出力を検出するとともに検出した出力が放電灯の始動並びに点灯に必要な値となるようにスイッチング素子のオン／オフ動作を制御する出力制御回路とを備え、出力制御回路は、放電灯が放電を開始してから定格点灯に至るまでに直流−直流変換回路の検出出力に基づいたフィードバック制御を行わない始動補助期間を有し、当該始動補助期間においてスイッチング素子を所定のスイッチング周波数及び所定のオンデューティ比でオン／オフさせるので、始動補助期間には出力制御回路がフィードバック制御を行わずにスイッチング素子を所定のスイッチング周波数及び所定のオンデューティ比でオン／オフさせることで回路構成を複雑化することなしに始動直後の放電灯の立ち消えが防止できるという効果がある。
【００５２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、直流−直流変換回路の出力の瞬時値に基づいて放電灯の放電開始を検出する放電開始検出手段を出力制御回路に設けたので、始動補助期間への移行のタイミングを決定する放電開始検出を遅滞なく行うことができ、始動直後の放電灯の立ち消えをさらに確実に防止できるという効果がある。
【００５３】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、出力制御回路における始動補助期間をフィードバック制御時の応答時間よりも短くない時間に設定したので、始動直後の放電灯の立ち消えをさらに確実に防止できるという効果がある。
【００５５】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、直流電源からの入力電圧を検出する入力電圧検出手段を備え、出力制御回路は始動補助期間において入力電圧検出手段で検出する入力電圧に応じてスイッチング素子のスイッチング周波数又はオンデューティ比の少なくとも何れか一方を可変するので、直流電源の電源電圧変動の影響を抑制して始動直後の立ち消えを確実に防止できるという効果がある。
【００５６】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、出力制御回路は始動補助期間における直流電源からの入力電圧が高くなるほどスイッチング素子のオンデューティ比を低下させるので、放電灯に過剰な電力が供給されるのを防いで放電灯並びに回路素子の劣化を抑制することができるという効果がある。
【００５７】
請求項６の発明は、請求項４の発明において、出力制御回路は始動補助期間における直流電源からの入力電圧が高くなるほどスイッチング素子のスイッチング周波数を高くするので、放電灯に過剰な電力が供給されるのを防いで放電灯並びに回路素子の劣化を抑制することができるという効果がある。
【００５８】
請求項７の発明は、請求項１の発明において、放電灯の消灯から再始動までの時間を計時する計時手段を備え、出力制御回路は始動補助期間において計時手段による計時時間が長くなるほどスイッチング素子のオンデューティ比を低下させるので、放電灯の消灯から再始動までの時間、すなわち放電灯の温度の影響を抑制して再始動直後の放電灯の立ち消えを確実に防止できるとともに、放電灯に過剰な電力が供給されるのを防いで放電灯並びに回路素子の劣化を抑制することができるという効果がある。
【００５９】
請求項８の発明は、請求項１の発明において、出力制御回路は始動補助期間においてスイッチング素子のオンデューティ比を時間の経過とともに漸増するので、放電灯の電圧上昇に応じた適切な電力供給が確実に行え、始動直後の立ち消えを確実に防止できるとともに、放電灯に過剰な電力が供給されるのを防いで放電灯並びに回路素子の劣化を抑制することができるという効果がある。
【００６０】
請求項９の発明は、請求項８の発明において、出力制御回路はスイッチング素子のオンデューティ比を段階的に増大するので、請求項８の発明と同様の効果を奏する。
【００６１】
請求項１０の発明は、請求項１〜９の何れかの発明において、スイッチング素子に流れる電流を検出するスイッチング電流検出手段と、フィードバック制御のためのスイッチング電流指令値を発生するスイッチング電流指令値発生手段と、スイッチング電流検出手段で検出される電流値とスイッチング電流指令値を比較して両者を一致させるようにスイッチング素子をオン／オフする駆動信号を生成する駆動信号生成手段とを出力制御回路に備え、スイッチング電流指令値発生手段は始動補助期間におけるスイッチング電流指令値を定常点灯時より比較的に大きい所定値とするので、請求項１〜９の何れかの発明と同様の効果を奏する。
【００６２】
請求項１１の発明は、請求項１０の発明において、スイッチング電流指令値発生手段は始動補助期間においてスイッチング電流指令値を時間の経過とともに漸減するので、放電灯に過剰な電力が供給されるのを防いで放電灯並びに回路素子の劣化を抑制することができるという効果がある。
【００６３】
請求項１２の発明は、請求項１０の発明において、直流電源からの入力電圧を検出する入力電圧検出手段を備え、スイッチング電流指令値発生手段は始動補助期間において入力電圧検出手段で検出する入力電圧に応じてスイッチング電流指令値を可変するので、直流電源の電源電圧変動の影響を抑制して始動直後の立ち消えを確実に防止できるという効果がある。
【００６４】
請求項１３の発明は、請求項１２の発明において、スイッチング電流指令値発生手段は始動補助期間における直流電源からの入力電圧が高くなるほどスイッチング電流指令値を減少させるので、放電灯に過剰な電力が供給されるのを防いで放電灯並びに回路素子の劣化を抑制することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示す回路図である。
【図２】同上の動作説明用の波形図である。
【図３】同上の動作説明図である。
【図４】同上の動作説明図である。
【図５】同上の動作説明図である。
【図６】実施形態２の動作説明用の波形図である。
【図７】同上の動作説明図である。
【図８】同上の動作説明図である。
【図９】実施形態３の動作説明用の波形図である。
【図１０】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
１直流電源
２直流−直流変換回路
３インバータ回路
５放電灯
７出力制御回路
７０１電圧検出回路
７０４放電開始検出回路
８制御処理部
８０４始動補助期間割込処理部
８０５電流指令値設定部

Claims

直流電源と、スイッチング素子を有し該スイッチング素子を周期的にオン／オフすることによって直流電源からの入力電圧を所望の直流電圧に変換する直流−直流変換回路と、直流−直流変換回路の出力を検出するとともに検出した出力が放電灯の始動並びに点灯に必要な値となるようにスイッチング素子のオン／オフ動作を制御する出力制御回路とを備え、出力制御回路は、放電灯が放電を開始してから定格点灯に至るまでに直流−直流変換回路の検出出力に基づいたフィードバック制御を行わない始動補助期間を有し、当該始動補助期間においてスイッチング素子を所定のスイッチング周波数及び所定のオンデューティ比でオン／オフさせることを特徴とする放電灯点灯装置。
直流−直流変換回路の出力の瞬時値に基づいて放電灯の放電開始を検出する放電開始検出手段を出力制御回路に設けたことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
出力制御回路における始動補助期間をフィードバック制御時の応答時間よりも短くない時間に設定したことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
直流電源からの入力電圧を検出する入力電圧検出手段を備え、出力制御回路は始動補助期間において入力電圧検出手段で検出する入力電圧に応じてスイッチング素子のスイッチング周波数又はオンデューティ比の少なくとも何れか一方を可変することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
出力制御回路は始動補助期間における直流電源からの入力電圧が高くなるほどスイッチング素子のオンデューティ比を低下させることを特徴とする請求項４記載の放電灯点灯装置。
出力制御回路は始動補助期間における直流電源からの入力電圧が高くなるほどスイッチング素子のスイッチング周波数を高くすることを特徴とする請求項４記載の放電灯点灯装置。
放電灯の消灯から再始動までの時間を計時する計時手段を備え、出力制御回路は始動補助期間において計時手段による計時時間が長くなるほどスイッチング素子のオンデューティ比を低下させることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
出力制御回路は始動補助期間においてスイッチング素子のオンデューティ比を時間の経過とともに漸増することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
出力制御回路はスイッチング素子のオンデューティ比を段階的に増大することを特徴とする請求項８記載の放電灯点灯装置。
スイッチング素子に流れる電流を検出するスイッチング電流検出手段と、フィードバック制御のためのスイッチング電流指令値を発生するスイッチング電流指令値発生手段と、スイッチング電流検出手段で検出される電流値とスイッチング電流指令値を比較して両者を一致させるようにスイッチング素子をオン／オフする駆動信号を生成する駆動信号生成手段とを出力制御回路に備え、スイッチング電流指令値発生手段は始動補助期間におけるスイッチング電流指令値を定常点灯時より比較的に大きい所定値とすることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の放電灯点灯装置。
スイッチング電流指令値発生手段は始動補助期間においてスイッチング電流指令値を時間の経過とともに漸減することを特徴とする請求項１０記載の放電灯点灯装置。
直流電源からの入力電圧を検出する入力電圧検出手段を備え、スイッチング電流指令値発生手段は始動補助期間において入力電圧検出手段で検出する入力電圧に応じてスイッチング電流指令値を可変することを特徴とする請求項１０記載の放電灯点灯装置。
スイッチング電流指令値発生手段は始動補助期間における直流電源からの入力電圧が高くなるほどスイッチング電流指令値を減少させることを特徴とする請求項１２記載の放電灯点灯装置。