(57)【要約】  ＤＣ／ＤＣコンバータ３のスイッチング素子Ｑａを操作する矩形波を、ＣＰＵ８のフリーランニングタイマ１５を使用して生成し、この矩形波を使ったＰＷＭ（デューティ）制御を実現するためのフィードバック操作を短時間（１０μｓ程度）間隔のタイマ割り込み処理の中（数μｓ以内）で実行し完了するように、割り込みによる演算処理を必要な処理に限定して処理時間を短縮する。
2010070789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子のオンオフ駆動によって直流電源から供給される電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、制御部を有する車載光源用点灯装置であって、
前記制御部には、前記光源へ出力された電流値又は電圧値と前記光源に供給すべき電流値又は電圧値とを大小比較する比較処理部と、
前記光源に印加される出力電圧と通電される出力電流をフィードバックして前記光源に供給すべき電流値又は電圧値を演算し、前記比較処理部へ出力すると共に、演算結果に応じて前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御する点灯用電力制御部と、
フリーランニングタイマの動作周期に応じて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが有するスイッチング素子に対し駆動信号となる矩形波を出力する矩形波出力部と、
所定の割り込み周期で起動し、前記比較処理部の比較結果に従って前記フリーランニングタイマの設定値を変更することにより、前記矩形波出力部から出力される矩形波のデューティ比を所定量ずつ拡大又は縮小する割り込み処理部とを備えた車載光源用点灯装置。
【請求項２】
比較処理部は、光源に出力された電流値と前記光源に供給すべき電流値とを大小比較する第１の比較器と、前記光源に印加された電圧値と前記光源に供給すべき電圧値とを大小比較する第２の比較器とを備え、
前記第１及び前記第２の比較器から割り込み処理部への出力は、ＯＲ接続によって１本の出力としたことを特徴とする請求項１記載の車載光源用点灯装置。
【請求項３】
点灯用電力制御部から比較処理部への出力を、デジタル値からアナログ値に変換するＤ／Ａコンバータを備えたことを特徴とする請求項１記載の車載光源用点灯装置。
【請求項４】
割り込み処理部は、矩形波出力部から出力される矩形波のデューティ比を所定の範囲内で拡大又は縮小することを特徴とする請求項１記載の車載光源用点灯装置。
【請求項５】
点灯用電力制御部は、フリーランニングタイマの動作周期を設定して矩形波出力部から出力される矩形波の周期を変更することを特徴とする請求項１記載の車載光源用点灯装置。
【請求項６】
点灯用電力制御部は、光源に出力される出力電圧、前記光源に通電される出力電流、及び直流電源の電源電圧に基づいて、フリーランニングタイマの動作周期を設定することにより、矩形波出力部から出力される矩形波の周期を、ＤＣ／ＤＣコンバータが臨界モードで動作する周期又はその近傍の周期とすることを特徴とする請求項５記載の車載光源用点灯装置。
【請求項７】
点灯用電力制御部は、フリーランニングタイマの動作周期を設定して矩形波出力部から出力される矩形波のデューティ分解能を変更することを特徴とする請求項１記載の車載光源用点灯装置。
【請求項８】
制御部にはトランジスタを有したレベルシフト手段を備え、
矩形波出力部は、スイッチング素子駆動信号用矩形波とその反転矩形波と共に出力し、
当レベルシフト用トランジスタのエミッタ端子に前記矩形波を出力し、当レベルシフト用トランジスタのベース端子に当該反転矩形波を出力し、前記矩形波に同期して、レベルシフトしたスイッチング素子駆動信号を出力することを特徴とする請求項１記載の車載光源用点灯装置。
【請求項９】
それぞれにスイッチング素子を有した複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記複数のスイッチング素子に対し駆動信号となる矩形波を個々に出力する複数の矩形波出力部とを備え、
前記複数の矩形波出力部は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの各スイッチング素子に対し、互いに出力位相をずらした矩形波を出力することを特徴とする請求項１記載の車載光源用点灯装置。
【請求項１０】
車載用光源はＬＥＤであることを特徴とする請求項１記載の車載光源用点灯装置。
【請求項１１】
車載用光源は放電灯であり、
ＤＣ／ＤＣコンバータからの直流電圧を交流電圧に変換して放電灯に供給するＤＣ／ＡＣインバータを備えることを特徴とする請求項１記載の車載光源用点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車載前照灯の光源等に用いる放電灯点灯装置及びＬＥＤ点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車載前照灯（ヘッドランプ）用の光源は、明るさの要望から、タングステンフィラメント電球の充填ガスとしてハロゲンガスを使用したり、フィラメントのない放電灯（ＨＩＤランプ）が使用されてきた。放電灯の明るさは、運転者の嗜好によって認知され、ヘッドランプ用等の光源として普及しているが、放電灯を点灯するには点灯装置が必要になる。  また、最近脚光を浴び始めたＬＥＤについても、同様に点灯装置が必要である。
このため、光源としての構成がハロゲン電球と比べて割高で複雑になり、常に機構的に簡素で安価な光源が求められている。【０００３】
上述の要望に対して、例えば、特許文献１には、電源のチョッパを動作させるスイッチング素子を制御用ＩＣを使用せずに、他の制御機能を兼用するＣＰＵの出力信号によって直接操作する放電灯点灯装置が開示されている。この装置では、予め用意した点灯モードに対応する動作テーブルを参照して、電源のチョッパや出力のインバータ回路をＣＰＵの出力で直接操作することにより、想定した点灯状態とする。また、当該点灯状態を適切に保つために出力電圧と出力電流をフィードバックして、チョッパやインバータ回路を制御することも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３５５８６４号公報
【発明の概要】
【０００５】
特許文献１に代表される従来の装置では、点灯モードに対応する動作テーブルを用いた制御によって概ね想定した点灯状態にすることは可能であるが、上述したフィードバック制御が必要であり、当該点灯状態を常に適切に保つことができないことが予想される。
【０００６】
また、上述したチョッパやインバータ回路のフィードバック制御を、一般的なアナログ回路で実現する場合、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）レベルの機能や演算速度が必要であり、処理能力が低く、演算速度が遅いＣＰＵを搭載した汎用的なマイクロコンピュータによる実現は困難であった。なお、特許文献１には、フィードバック制御における上記課題を解決するための具体的な方法については全く記載されていない。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、点灯状態を適切に保つ点灯制御をおこないつつ、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を操作する矩形波をＣＰＵの出力信号で操作する事に対して、処理能力が低く、演算速度が遅いＣＰＵを搭載したマイクロコンピュータによっても実現できる放電灯点灯装置及びＬＥＤ点灯装置を得ることを目的とする。
【０００８】
この発明に係る放電灯点灯装置は、スイッチング素子のオンオフ駆動によって直流電源から供給される電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータからの直流電圧を交流電圧に変換して放電灯に供給するＤＣ／ＡＣインバータと、放電灯へ出力された電流値又は電圧値と放電灯へ出力すべき目標の電流値又は電圧値とを大小比較する比較処理部と、フリーランニングタイマの動作周期に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータが有するスイッチング素子に対し駆動信号となる矩形波を出力する矩形波出力部と、放電灯に印加される出力電圧と通電される出力電流をフィードバックして目標の電流値又は電圧値を演算し比較処理部へ出力すると共に、放電灯に供給すべき電力を演算し、演算結果の電力に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ及びＤＣ／ＡＣインバータの動作を制御する点灯用電力制御部と、所定の割り込み周期で起動し、比較処理部の比較結果に従ってフリーランニングタイマの設定を変更することにより、矩形波出力部から出力される矩形波のデューティ比を所定量ずつ拡大又は縮小する割り込み処理部とを備えるものである。
【０００９】
この発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を操作する矩形波を、ＣＰＵのフリーランニングタイマ１５を使用して生成し、この矩形波を使ったＰＷＭ（デューティ）制御を実現するためのフィードバック操作を、短時間（１０μｓ程度）間隔のタイマ割り込み処理の中（数μｓ以内）で実行し完了するように、割り込み処理における演算処理を必要な処理に限定して処理時間を短縮する。このようにすることで、点灯状態を適切に保つ点灯制御をおこないつつ、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を操作する矩形波をＣＰＵの出力信号で操作する事に対して、処理能力が低く、演算速度が遅いＣＰＵを搭載したマイクロコンピュータによっても実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１による放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。
【図２】図１中のＣＰＵにより実現される機能ブロックを示す図である。
【図３】実施の形態１によるメインルーチン処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】実施の形態１による割り込みルーチン処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】実施の形態１によるフリーランニングルーチン処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】実施の形態１によるＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを示す図である。
【図７】図１中のレベルシフタ及びバッファを示す回路図である。
【図８】この発明の実施の形態２による放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。図１において、放電灯点灯装置１は、直流電源２からの直流電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ３、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧を矩形波交流に変換するＤＣ／ＡＣインバータ４、ＨＩＤバルブ（放電灯）６を放電起動させるイグナイタ５、ＤＣ／ＤＣコンバータ３とＤＣ／ＡＣインバータ４とを制御するＣＰＵ８、比較器９ａ，９ｂ、Ｄ／Ａコンバータ１０、レベルシフタ１１、及びバッファ１２を備える。
【００１２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、フライバックトランス３ａ、ＭＯＳ形の電界効果トランジスタからなるスイッチング素子Ｑａ、整流用ダイオードＤ１，Ｄ２及び平滑用コンデンサＣ２から構成される。このＤＣ／ＤＣコンバータ３では、レベルシフタ１１及びバッファ１２を介して入力されたＣＰＵ８からの出力信号によってスイッチング素子Ｑａをスイッチング制御することで、フライバックトランス３ａに磁気エネルギを貯え、放出することによってフライバックトランス３ａで発生した電圧を、整流用ダイオードＤ１，Ｄ２で整流し、平滑用コンデンサＣ１，Ｃ２で平滑して直流電圧を生成する。
【００１３】
ＤＣ／ＡＣインバータ４は、ＭＯＳ形の電界効果トランジスタを用いたスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、Ｈ／Ｂ（Ｈブリッジ）ドライバ４ａとを備える。ＤＣ／ＡＣインバータ４において、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、Ｈ形に接続され、Ｈブリッジ形インバータを構成する。なお、この構成において、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３は高電位を出力し、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４は低電位を出力する。Ｈ／Ｂドライバ４ａは、ＣＰＵ８からの出力信号に応じてスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動させる。
【００１４】
イグナイタ５は、起動用の高電圧パルス（イグナイタパルス）をＤＣ／ＡＣインバータ４の出力電圧に重畳させてＨＩＤバルブ６に印加する回路であり、８００Ｖ程度の高電圧で導通するギャップスイッチ５ａ、パルストランス５ｂ、及び放電開始のエネルギーを蓄えるコンデンサＣ３を備える。なお、コンデンサＣ３の一端は、抵抗Ｒ１を介してフライバックトランス３ａに接続するとともに、ギャップスイッチ５ａの一端も接続している。また、コンデンサＣ３の他端には、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４からなるＨブリッジ及びパルストランス５ｂが接続する。ＨＩＤバルブ６は、イグナイタパルスが印加されると、内部に充填したガスが絶縁破壊して放電を開始する。
【００１５】
制御部７は、ＣＰＵ８を有し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３のスイッチング素子ＱａとＨ／Ｂドライバ４ａの駆動を制御する。ＣＰＵ８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３及びＤＣ／ＡＣインバータ４を制御するための各制御用プログラムと、少なくともＨＩＤバルブ６に印加される出力電圧Ｖｏをフィードバックして、ＨＩＤバルブ６に対し適切な点灯状態を与える出力電力演算（点灯用電力制御）プログラムと、この点灯用電力制御の進行とは無関係にＤＣ／ＤＣコンバータ３のスイッチング素子Ｑａに対して連続的に矩形波を出力する（矩形波出力）プログラムと、比較器９ａ，９ｂの出力値に応じて定期的に上記連続的な矩形波のオンデューティを所定量ずつ拡大又は縮小する（割り込み処理）プログラムとを実行する。
【００１６】
比較器（比較処理部、第２の比較器）９ａは、ＨＩＤバルブ６に印加される出力電圧Ｖｏの値とＣＰＵ８で算出されたＨＩＤバルブ６に印加すべき電圧のアナログ値（目標電圧値）とを大小比較し、その結果に応じたデジタル信号（ハイレベル又はロウレベル）を出力する。出力電圧Ｖｏは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力経路間に直列接続した抵抗Ｒ２，Ｒ３の接続点に繋がる経路から比較器９ａ及び制御部７へ供給される。なお、制御部７において、出力電圧Ｖｏは、ＣＰＵ内のＡ／Ｄコンバータによってデジタル値に変換されてＣＰＵ８に取り込まれる。出力電圧Ｖｏの上記供給経路と上記Ａ／Ｄコンバータが出力電圧検出部を構成する。
【００１７】
比較器（比較処理部、第１の比較器）９ｂは、ＨＩＤバルブ６に通電される出力電流Ｉｏの値とＣＰＵ８で算出されたＨＩＤバルブ６に通電すべき電流のアナログ値（目標電流値）とを大小比較し、その結果に応じたデジタル信号（ハイレベル又はロウレベル）を出力する。出力電流Ｉｏは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３とＤＣ／ＡＣインバータ４との間に設けられた電流検出用の抵抗Ｒ４を通る経路から比較器９ｂへ入力される。この電流検出用の抵抗Ｒ４及びその供給経路が出力電流検出部を構成する。なお、比較器９ａ，９ｂの出力は、ワイヤードＯＲ接続により１本化している。
【００１８】
Ｄ／Ａコンバータ１０は、ＣＰＵ８で演算されたＨＩＤバルブ６に印加すべき電圧（目標電圧）及びＨＩＤバルブ６に通電すべき電流（目標電流）をデジタル値からアナログ値に変換して比較器９ａ，９ｂにそれぞれ出力する。レベルシフト手段となるレベルシフタ１１及びバッファ１２は、スイッチング素子Ｑａを駆動するのに必要な電圧の矩形波にＣＰＵ８の出力矩形波を変換する。
【００１９】
図２は、図１中のＣＰＵにより実現される機能ブロックを示す図である。点灯用電力制御部１４は、Ａ／Ｄコンバータ１３によりデジタル値に変換されたＨＩＤバルブ６に印加される出力電圧Ｖｏ及び電源電圧Ｖｉを入力し、これらの値に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を駆動させてＨＩＤバルブ６を点灯するための点灯用電力制御を行うとともに、Ｈ／Ｂドライバ４ａを駆動させてＤＣ／ＡＣインバータ４の出力を制御する。
【００２０】
また、矩形波出力部１６は、点灯用電力制御部１４の制御動作の進行に影響を受けることなく、フリーランニングタイマ（以下、ＦＲＴと略称する）１５のカウント周期に従ってＰＷＭ（Pulse Width Modulation）用にオンデューティが変化する矩形波を連続的に発生してレベルシフタ１１へ出力する。割り込み処理部１７は、割り込みタイマ１７ａに設定された所定周期で起動し、点灯用電力制御部１４の制御動作の進行を妨げることなく、比較器９ａ，９ｂの出力値に応じてＦＲＴ１５の設定を変更することにより、矩形波出力部１６が出力する連続的な矩形波のオンデューティを所定量ずつ拡大又は縮小する。
【００２１】
モードテーブル１８は、点灯動作中の各タイミングにおける電源電圧Ｖｉ、ＨＩＤバルブ６に印加する出力電圧Ｖｏ、出力電流Ｉｏに対応する適切なＦＲＴ１５の周波数（周期）を登録したテーブルデータである。ここで、適切なＦＲＴ１５の周波数とは、当該周波数で矩形波出力部１６が出力する矩形波により、図６を用いて後述する臨界モードでＤＣ／ＤＣコンバータ３のトランス３ａが動作する周波数である。点灯用電力制御部１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の動作制御において、モードテーブル１８を参照してＦＲＴ１５の周波数を変更する。
【００２２】
なお、点灯用電力制御部１４、矩形波出力部１６及び割り込み処理部１７等は、ＣＰＵ８が実行するこの発明の趣旨に従う点灯制御用プログラムをブロック的に表現した物である。
【００２３】
ここで、点灯用電力制御部１４は、上記点灯制御用プログラムのうち、ＤＣ／ＤＣコンバータ３及びＤＣ／ＡＣインバータ４の制御を行うメインルーチン処理のプログラム（メインプログラム）をＣＰＵ８が実行することにより実現される。また、割り込み処理部１７は、上記点灯制御用プログラムのうち、タイマ割り込みによるフィードバック制御を行う割り込みルーチンのプログラム（割り込みプログラム）をＣＰＵ８が実行することにより実現される。さらに、矩形波出力部１６は、上記点灯制御用プログラムのうち、メインルーチン処理の進行に影響を受けず、ＦＲＴ１５のカウント周期に従って矩形波を出力するフリーランニングルーチンのプログラム（自走プログラム）をＣＰＵ８が実行することにより実現される。
【００２４】
次に動作について説明する。
図３は、実施の形態１によるメインルーチン処理の流れを示すフローチャートであり、図４は、実施の形態１による割り込みルーチン処理の流れを示すフローチャートであり、図５は、実施の形態１によるフリーランニングルーチン処理の流れを示すフローチャートである。ＣＰＵ８が点灯制御用プログラムを実行することにより、点灯用電力制御部１４が、図３に示すメインルーチン処理が実行されるとともに、矩形波出力部１６が、ＦＲＴ１５のカウント周期に従って図５に示すフリーランニングルーチン処理が実行され、割り込み処理部１７が、割り込みタイマ１７ａの所定周期で図４に示す割り込みルーチン処理が実行される。
【００２５】
点灯用電力制御部１４は、ＨＩＤバルブ６の点灯動作のメインルーチン処理として、電源電圧Ｖｉを入力し（ステップＳＴ１）、ＨＩＤバルブ６に印加される出力電圧Ｖｏを入力して（ステップＳＴ２）、出力電力値及び出力電流値を演算する（ステップＳＴ３、ステップＳＴ４）。次に、点灯用電力制御部１４は、ステップＳＴ３で演算した出力電力／ステップＳＴ２でフィードバックした出力電圧Ｖｏから、出力すべき電流値を演算して、Ｄ／Ａコンバータ１０へ出力する（ステップＳＴ５）。
【００２６】
点灯用電力制御部１４で算出された出力すべき電流値は、Ｄ／Ａコンバータ１０によりアナログ信号に変換された後、比較器９ｂに入力される。なお、このＣＰＵ８からのデジタル信号は、ＰＷＭによるシリアル出力であっても、ラダー抵抗によるパラレル出力であっても構わない。
【００２７】
次に、点灯用電力制御部１４は、ＦＲＴ１５の周期（周波数）及び分解能を設定する（ステップＳＴ６、ステップＳＴ７）。ここでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を構成するトランス３ａの仕様及びＨＩＤバルブ６の点灯状態によって変化する動作周波数に対して、ＦＲＴ１５に適切な周期（周波数）（１〜１０μｓ）を設定する。
【００２８】
例えば、トランス３ａの仕様とＦＲＴ１５の周波数に関しては、トランス巻線のインダクタンスが大きければ（大きなサイズのトランスが使用できるとき）、効率が良好な低い動作周波数を選定し、インダクタンスが小さければ（トランスを小形にする必要があるとき）、トランス３ａのコアが飽和しない高い動作周波数を選定する。
【００２９】
また、ＨＩＤバルブ６の点灯状態とＦＲＴ１５の周波数に関しては、点灯直後の大電力（例えば、７５Ｗ）出力時であれば、低周波数として図６を用いて後述する連続モードで動作させ、安定点灯時の定格電力（例えば、３５Ｗ）出力時には、図６を用いて後述する臨界モードになる周波数によって動作させる。
【００３０】
上記設定内容でＦＲＴ１５がカウントアップを行い、このカウント周期に従って、矩形波出力部１６は、矩形波を連続的に発生してレベルシフタ１１へ出力する（図５のステップＳＴ１ｂ）。これにより、レベルシフタ１１及びバッファ１２を介して矩形波出力部１６で発生した矩形波に基づく駆動信号でスイッチング素子Ｑａがスイッチング制御され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が操作される。
【００３１】
このように、点灯用電力制御部１４が、矩形波出力部１６が出力する矩形波の周期及び分解能を、ＨＩＤバルブ６の点灯状態の変化に応じてメインルーチン処理中に比較的長い時間をかけて変更する。これにより、クロック周波数の低い安価なＣＰＵであっても、当該処理を実行することができる。
【００３２】
また、点灯用電力制御部１４は、Ｈ／Ｂドライブ信号をＨ／Ｂドライバ４ａに出力してＤＣ／ＡＣインバータ４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動させ、ＤＣ／ＡＣインバータ４の出力を切換え制御する（ステップＳＴ８）。この後、再びステップＳＴ１に戻り、上述した操作が繰り返される。
【００３３】
一方、メインルーチン処理とは別に、割り込みタイマ１７ａに設定された所定周期で、割り込み処理部１７によって図４に示す割り込みルーチン処理が実行される。
ＣＰＵ８によってアナログ回路によるＤＣ／ＤＣコンバータ３と同様なフィードバック制御を行うには、フィードバックを頻繁に行う必要がある。具体的には、割り込みタイマ１７ａに短い周期（例えば１０μｓ程度）を設定し、この短いタイマ割り込みの周期の間に、点灯用電力制御部１４が使用する処理時間を残すため、割り込みルーチンの演算処理を短い時間で完了しなければならない。クロック周波数の低いＣＰＵでは、タイマ割込みの処理時間を数μｓ程度と仮定すると、割り込みルーチン処理時間内において数個の命令しか実行できない。
【００３４】
そこで、この実施の形態１では、割り込みルーチン中の処理時間を少なくするために、図４に示すように実行する命令数を限定することにより、割り込み処理部１７において数μｓ程度の処理時間で下記の操作がなされる。
【００３５】
割り込みルーチンが起動すると、割り込み処理部１７は、比較器９ａ，９ｂの出力レベル（ハイレベル又はロウレベル）によって、出力電流Ｉｏ又は出力電圧Ｖｏと目標値との大小比較結果を判定する（ステップＳＴ１ａ）。出力電流Ｉｏ又は出力電圧Ｖｏが出力すべき値に対して大きければ、割り込み処理部１７は、直前のＦＲＴ１５の設定値から、矩形波出力部１６によって出力される矩形波のオンデューティが所定の最小値以下であるか否かを判定する（ステップＳＴ２ａ）。
【００３６】
ステップＳＴ２ａにおいて、矩形波のオンデューティが所定の最小値以下であると（ＹＥＳ）、割り込み処理部１７は、この周期の割り込み処理を終了する。また、矩形波のオンデューティが上記最小値以下でない場合（ＮＯ）、割り込み処理部１７は、矩形波出力部１６から出力される矩形波のオンデューティを所定の値縮小（デクリメント）する設定をおこない、メインルーチン処理へ戻る（リターン）（ステップＳＴ３ａ）。
【００３７】
また、ステップＳＴ１ａにおいて、出力電流Ｉｏ又は出力電圧Ｖｏが出力すべき値に対して小さければ、割り込み処理部１７は、直前のＦＲＴ１５の設定値から、矩形波出力部１６によって出力される矩形波のオンデューティが所定の最大値以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ４ａ）。
【００３８】
ここで、矩形波のオンデューティが所定の最大値以上であると（ＹＥＳ）、割り込み処理部１７は、この周期の割り込み処理を完了してメインルーチン処理へ戻る（リターン）。また、矩形波のオンデューティが上記最大値以上でない場合（ＮＯ）、割り込み処理部１７は、矩形波出力部１６から出力される矩形波のオンデューティを所定の値拡大（インクリメント）する設定をおこない、メインルーチン処理へ戻る（リターン）（ステップＳＴ５ａ）。
【００３９】
このように、単純な比較処理やＦＲＴ１５の設定値変更で実現される、出力の比較結果の判定、矩形波のオンデューティと最小値／最大値との比較判定、矩形波のオンデューティの縮小又は拡大を実行する命令とすることにより、クロック周波数の低いＣＰＵであっても、数μｓ程度の処理時間で割り込みルーチンを完了することができる。よって点灯用電力制御部１４が行う処理を妨げることなく、割り込み処理部１７の演算を行うことができる。
【００４０】
なお、矩形波の過大又は過小なオンデューティは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を異常動作させる可能性がある。特に、過大なオンデューティ（例えば、オンデューティ１００％）は、トランス３ａに蓄えた磁気エネルギを吐き出すタイミングが少なく、トランス３ａのコアを磁気飽和に至らしめ、過大な１次電流が通電される。このため、構成素子にストレスを与え、破壊に至る危険性がある。
【００４１】
そこで、上述のように、矩形波のオンデューティを最小値又は最大値と比較して、過大又は過小な矩形波のオンデューティが設定されないようにする。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の異常動作を回避しながら、放電灯点灯装置１の点灯制御にクロック周波数の低い安価なＣＰＵを使用することができる。
【００４２】
ステップＳＴ１ａにおいて、ＨＩＤバルブ６の点灯前（ブレークダウンする前）では、比較器９ａが出力電圧Ｖｏをフィードバックして目標値と比較することにより、上述の手順で無負荷状態の最大出力電圧（例えば、４００Ｖ定電圧）に制御される。また、点灯後（ブレークダウンした後）であれば、比較器９ｂが出力電流Ｉｏをフィードバックして目標値と比較することにより、上述の手順でＨＩＤバルブ６の点灯に必要な出力電力（例えば、点灯直後の７５Ｗ〜定常点灯の３５Ｗに相当する定電流）に制御される。
【００４３】
図１に示すように、比較器９ａ，９ｂの出力は、ワイヤードＯＲ接続により１本化しているので、ＣＰＵ８の入力及び上記割り込みルーチンにおける比較処理の数が低減され、放電灯点灯装置１の点灯制御にクロック周波数の低い安価なＣＰＵを使用することが可能である。
【００４４】
図６は、実施の形態１によるＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを示す図である。図６（ａ）に示す連続モードとは、駆動信号（ＣＰＵ８からの矩形波）におけるスイッチング素子Ｑａのオン期間にトランス３ａを流れる一次電流として蓄積されたエネルギが、オフ期間に二次電流として全て放出されず、トランス３ａ内部に磁気エネルギとして蓄積された状態のモードである。
【００４５】
図６（ｂ）に示す臨界モードとは、スイッチング素子Ｑａのオン期間に一次電流としてトランス３ａに蓄積されたエネルギがオフ期間に二次電流として全て放出され、蓄積されるエネルギと放出されるエネルギとが一致し、かつ、一次側と二次側どちらにも電流が流れない期間が存在しない状態のモードである。図６（ｃ）に示す非連続モードとは、スイッチング素子Ｑａのオフ期間に一次電流としてトランス３ａに蓄積された磁気エネルギが二次電流として全て放出され、その後にスイッチング素子Ｑａがオンするまでに符号Ａで示すような電流が流れない期間が生じるモードである。
【００４６】
点灯用電力制御部１４は、図３に示すメインルーチン処理のステップＳＴ６において、ＨＩＤバルブ６の点灯直後の大電力（例えば、７５Ｗ）の出力時であると、モードテーブル１８を参照して、このタイミングでの電源電圧Ｖｉ、出力電圧Ｖｏ又は出力電流Ｉｏに対応するＦＲＴ１５の動作周波数として、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を連続モードで動作させる低周波数を選択し、ＦＲＴ１５の周期を設定する。また、ＨＩＤバルブ６の安定点灯時の定格電力（例えば、３５Ｗ）の出力時であると、モードテーブル１８を参照してＤＣ／ＤＣコンバータ３を臨界モードで動作させる周波数（周期）又はその近傍の周期となるＦＲＴ１５の周期を設定する。
【００４７】
なお、点灯用電力制御部１４が、メインルーチン処理において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の動作効率を高めるためにＤＣ／ＤＣコンバータ３のトランス３ａを後述する臨界モードで使用すべく、点灯中のそれぞれのタイミングにおける電源電圧Ｖｉ、出力電圧Ｖｏ又は出力電流Ｉｏを使用して矩形波の適切な周波数（周期）を演算し、演算結果の適切な周波数（周期）にＦＲＴ１５の周期を適宜切り換えてＤＣ／ＤＣコンバータ３を操作するようにしてもよい。
【００４８】
このように、電源電圧の変動やＨＩＤバルブ６の点灯状態によって変化する臨界動作周波数への対応は、メインルーチン処理において比較的長い時間をかけて処理することにより、放電灯点灯装置１の制御にクロック周波数の低い安価なＣＰＵを使用することができる。
【００４９】
また、ＨＩＤバルブ６の点灯状態に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ３の応答性を可変とする場合、点灯用電力制御部１４が、メインルーチン処理のステップＳＴ７において、オンデューティの分解能に相当するＦＲＴ１５のカウント分解能を変更し、矩形波出力部１６で生成される矩形波のオンデューティ分解能を適切な量に変更する。当操作により１回の割り込み処理によって操作されるオンデューティの拡大あるいは縮小の幅を変えることができ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の応答性を変更することができる。
【００５０】
例えば、オンデューティ分解能が１周期あたり「１２８」の場合におけるデューティの増減値「１」は、オンデューティ分解能が１周期あたり「２５６」のときの「２」の増減値に相当する。従って、増減値を「１」に固定しても、オンデューティ分解能を粗く設定すれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力をすばやく変化させるときの増減値を大きく変化させることができる。反対に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の微細な出力制御が必要な場合、オンデューティ分解能を細かく設定すれば対応できる。
【００５１】
従って、図４に示す割り込み処理のステップＳＴ３ａ及びステップＳＴ５ａにおいて、割り込み処理部１７が、矩形波のオンデューティを所定量ずつ拡大又は縮小する際、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の応答性を当割り込み処理の中で考慮する必要は無く増減値「１」に固定することができる。これにより、割り込みルーチンの演算負荷を軽減することができ、クロック周波数の低いＣＰＵでも対応することが可能である。
【００５２】
なお、矩形波のオンデューティを所定量ずつ拡大又は縮小する処理は、当該所定量を設定するステップと、設定した所定量を加算する複数のステップとが必要になるが、上述のように増減値が「１」であれば、インクリメント又はデクリメントの１ステップで対応できる。例えば、入力クロックとカウント最大値を対にして変化させることで、ＦＲＴ１５の周期を変えることなく、点灯直後のＨＩＤバルブ６の点灯状態の変化が激しい状態においては、ＦＲＴ１５の入力クロックを低速にして、カウント最大値を小さくすることでＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力をすばやく応答させ、安定している定常点灯時においては、ＦＲＴ１５の入力クロックを高速にして、カウント最大値を大きくすることで緩慢に応答させることができる。
【００５３】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３のスイッチング素子Ｑａを駆動させるゲート電圧がＣＰＵ８の電源電圧より高い場合、ＣＰＵ８からの出力信号（矩形波）をゲート電圧に変換する必要がある。この実施の形態１では、簡易な構成のレベルシフタ１１やバッファ１２を設けることにより、矩形波出力部１６から出力される連続的な矩形波をゲート電圧に変換している。
【００５４】
図７は、図１中のレベルシフタ及びバッファを示す回路図である。図７では、スイッチング素子Ｑａのゲート電圧が１０Ｖ程度であり、ＣＰＵ８の電源電圧が５Ｖである場合を例に挙げる。図７に示すように、ＣＰＵ８の矩形波出力部１６から出力される連続的な矩形波は、インバータ１９を介した出力経路と、インバータ１９を介さない出力経路とを通ることにより、当該矩形波と反転矩形波と合わせて１対で出力される。
【００５５】
レベルシフタ１１は、レベルシフト用トランジスタ２０を備え、このレベルシフト用トランジスタ２０は、インバータ１９の出力端子と抵抗Ｒａを介してベース端子が接続し、上述したインバータ１９を介さない矩形波の出力経路とエミッタ端子が接続し、抵抗Ｒｂを介して電源（１０Ｖ）にコレクタ端子が接続している。また、バッファ１２は、エミッタ端子同士及びベース端子同士が互いに接続された１対のトランジスタ２１，２２を備える。
【００５６】
トランジスタ２１は、コレクタ端子が上記電源（１０Ｖ）に接続しており、トランジスタ２２のコレクタ端子は接地されている。また、トランジスタ２１，２２のエミッタ端子同士の接続点は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３のスイッチング素子Ｑａのゲート端子に接続しており、ベース端子同士の接続点は、レベルシフト用トランジスタ２０のコレクタ端子と抵抗Ｒｂとの接続点に接続している。
【００５７】
ＣＰＵ８の矩形波出力部１６では、電源電圧が５Ｖであり、ロウレベルが０Ｖ、ハイレベルが５Ｖとなる矩形波がその反転矩形波とともにレベルシフタ１１へ出力される。レベルシフタ１１では、レベルシフト用トランジスタ２０をオンする場合、ベース電圧をハイレベルとし、エミッタ電圧をロウレベルとする。また、レベルシフト用トランジスタ２０をオフする場合には、ベース電圧をロウレベルとし、エミッタ電圧をハイレベルとすることにより、ベース端子に逆バイアスをかけて高速にキャリアを消滅させてオフ時間を短縮する。
【００５８】
バッファ１２では、レベルシフト用トランジスタ２０のオンオフに応じた矩形波が、１対のトランジスタ２１，２２によって電流増幅されてスイッチング素子Ｑａのゲート端子へ供給が制御される。これにより、ＣＰＵ８から出力される矩形波（ロウレベルが０Ｖ、ハイレベルが５Ｖ）に同期した、充分な電流容量を持つ駆動用の矩形波（ロウレベルが０Ｖ、ハイレベルが１０Ｖ）によって、スイッチング素子Ｑａが駆動される。
【００５９】
以上のように、この実施の形態１によれば、図１，２のように構成し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３のスイッチング素子Ｑａを操作する矩形波を、ＣＰＵ８のフリーランニングタイマ１５を使用して生成して、この矩形波を使ったＰＷＭ（デューティ）制御を実現するためのフィードバック操作を短時間（１０μｓ程度）間隔のタイマ割り込み処理の中（数μｓ以内）で実行し完了するように、割り込み処理における演算処理を必要な処理に限定して処理時間を短縮する。このようにすることで、点灯状態を適切に保つ点灯制御をおこないつつ、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を操作する矩形波をＣＰＵの出力信号で操作する事に対して、処理能力が低く、演算速度が遅いＣＰＵを搭載したマイクロコンピュータによっても実現できる。
【００６０】
なお、上記実施の形態１で示したように、放電灯点灯装置について上記簡素化したプログラムを使用できるのは、接続される負荷としての放電灯の特性が規格によって概ね一様化されていることと、放電灯の点灯制御が、点灯する前の状態からブレークダウンを経て安定点灯に至る一方通行の制御であり、突発的な状態変化や逆戻りの状態遷移が存在しないため、複雑な制御を省略できるからである。
【００６１】
実施の形態２．
図８は、この発明の実施の形態２による放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。図８（ａ）において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａでは、スイッチング素子Ｑａ１及びトランス３ａ１からなるＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、スイッチング素子Ｑａ２及びトランス３ａ２からなるＤＣ／ＤＣコンバータ回路とを並列接続して構成され、トランス３ａ１，３ａ２でそれぞれ発生した電圧を、整流用ダイオードＤ１，Ｄ２で整流し、平滑用コンデンサＣ４で平滑して直流電圧を生成する。
【００６２】
ＣＰＵ８には、２系統のＦＲＴのカウント周期に従い、連続した矩形波をそれぞれ出力する矩形波出力部（不図示）を備え、これら矩形波出力部からの矩形波が、レベルシフタ１１ａ，１１ｂ及びバッファ１２ａ，１２ｂで駆動用矩形波（図８（ａ）（ｂ）中に（Ａ）、（Ｂ）で示す）に変換された後、スイッチング素子Ｑａ１，Ｑａ２の各ゲート端子に出力される。
【００６３】
上述した構成において、ＣＰＵ８の各矩形波出力部からの矩形波は、図８（ｂ）に示すように出力位相をそれぞれずらしている。このようにすることにより、各々のＤＣ／ＤＣコンバータ回路で負担する電力が軽減され、各ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の部品を小形小容量にすることが可能である。また、各ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の動作位相をずらすことによって、電源電流、出力電流のリプルが軽減され、フィルタ用の部品を小形小容量にすることもできる。
【００６４】
以上のように、この実施の形態２によれば、図８に示す構成として２系統のＦＲＴによる矩形波出力部で互いの出力位相がずれるように矩形波をそれぞれ出力して２系統のＤＣ／ＤＣコンバータ回路を動作制御するので、リプルとノイズの少ない、（突出して大きな部品を使用することなく）各々の素子が小形のＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａを構成できる。
【００６５】
なお、上記実施の形態２では、２つのＤＣ／ＤＣコンバータ回路を並列接続し、２系統のＦＲＴによる矩形波で駆動制御する場合を示したが、３つ以上のＤＣ／ＤＣコンバータ回路及び矩形波出力部で構成しても構わない。
【００６６】
実施の形態３．
上記実施の形態１で図１を用いて説明した放電灯点灯装置の構成のうち、接続される負荷をＬＥＤとし、ＤＣ／ＡＣインバータ４やイグナイタ５を除いて、直流電源２から供給される電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ３で昇圧してＬＥＤに印加して点灯させることで、ＬＥＤ点灯装置を構成することができる。この構成において、ＣＰＵ８が点灯制御用プログラムを実行することにより、点灯用電力制御部１４が、上記実施の形態１で図３を用いて示したメインルーチン処理にてＤＣ／ＤＣコンバータ３の制御を行い、割り込み処理部１７が、上記実施の形態１で図４を用いて示したタイマ割り込みによるフィードバック制御を行い、矩形波出力部１６が、上記実施の形態１で図５を用いて示したＦＲＴ１５のカウント周期に従って矩形波を出力する。
【００６７】
なお、ＬＥＤ点灯制御では、主な機能が出力電流をフィードバックしてＬＥＤに定電流を通電することであり、放電灯の点灯制御のように出力電圧と出力電流によって点灯電力を求め、ＤＣ／ＤＣコンバータを操作することは異常な事態に備えた予備的な機能となる。
【００６８】
以上のように、この実施の形態３によれば、接続される負荷をＬＥＤとしても、ＬＥＤの特性が規格によって概ね一様化されていることと、ＬＥＤの点灯制御が、安定点灯させるだけの制御であり、突発的な状態変化が存在しないため、複雑な制御を省略できる。これにより、上記実施の形態１，２で示した構成をＬＥＤ点灯装置へ適用することが可能である。従って、上記実施の形態１，２と同様に、ＬＥＤ点灯装置の制御にクロック周波数の低い安価なＣＰＵを使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
この発明に係る車載光源用点灯装置は、点灯状態を適切に保つ点灯制御を行いつつ、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を操作する矩形波をＣＰＵの出力信号で操作する事に対して、処理能力が低く、演算速度が遅いＣＰＵを搭載したマイクロコンピュータによっても実現できるという効果がある。このため、車載前照灯の光源等に用いる放電灯点灯装置及びＬＥＤ点灯装置等に用いるのに適している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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