(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源を入力として放電灯に電力を供給する放電灯点灯装置において、
前記放電灯に電力を供給する駆動回路と、
前記駆動回路を制御する制御回路と、
周囲温度または自装置の温度を検出する温度検出部と、
前記直流電源の電圧を検出する電源電圧検出部とを備え、
前記制御回路は、
前記放電灯を始動させた後、前記放電灯に供給する電力を最大電力目標値から当該最大電力目標値より低い定常電力目標値に向かって、前記放電灯の点灯時間に応じて低減させ、
前記放電灯の許容最大電力値から、前記温度検出部の検出値が所定温度より高くなるにつれて大きくなる第１の低減量、および前記電源電圧検出部の検出値が低くなるにつれて大きくなる第２の低減量を減算することで第１の目標値を算出し、
前記電源電圧検出部の検出値が所定電圧以上である場合、第２の目標値を、前記放電灯の許容最大電力値に設定し、
前記電源電圧検出部の検出値が前記所定電圧未満である場合、前記第２の目標値を、前記許容最大電力値未満、かつ前記最大電力目標値に前記第２の目標値を設定した場合における自装置の回路損失が所定値以下となる値に設定し、
前記第１の目標値と前記第２の目標値とのうち、いずれか小さい方の目標値を前記最大電力目標値に設定する
ことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記第２の低減量は、前記電源電圧検出部の検出値が所定値未満である場合、前記第１の目標値を低減させる値であり、前記電源電圧の検出値が前記所定値以上である場合、前記第１の目標値を増加させる値である
ことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記直流電源の電流を検出する電源電流検出部を備え、
前記制御回路は、前記電源電圧検出部の検出値が前記所定電圧未満である場合、前記第２の目標値を、前記最大電力目標値に前記第２の目標値を設定した場合における前記電源電流検出部の検出値が所定電流以下となる値に設定する
ことを特徴とする請求項１または２記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置と、
前記放電灯点灯装置によって点灯される放電灯とを備える
ことを特徴とする前照灯。
【請求項５】
請求項４記載の前照灯と、
前記前照灯が取り付けられる車体とを備える
ことを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯点灯装置および、これを用いた前照灯，車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
メタルハライドランプなどの高輝度放電灯は、その輝度の高さから車載用途にも用いられている。車載用途では、特に視認性の早期確保を実現するため、始動時に光束を急速に立ち上げる必要があり、放電灯の点灯直後に定格電力より過大な電力を放電灯に供給することで光束の立ち上がりを早めている放電灯点灯装置がある（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
図１に、放電灯点灯装置１の回路構成図を示す。放電灯点灯装置１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２とインバータ部３とイグナイタ部４と制御部５（制御回路）とを主構成としており、直流電源Ｅ１を入力電源として放電灯Ｌａに電力を供給することで放電灯Ｌａを点灯させる。ＤＣ／ＤＣコンバータ部２は、直流電源Ｅ１から印加される電源電圧Ｖｉｎを昇降圧し、放電灯Ｌａを点灯するのに必要な直流電圧Ｖ１を生成する。インバータ部３は、直流電圧Ｖ１を低周波の矩形波からなる交流電圧Ｖ２に変換する。イグナイタ部４は、放電灯Ｌａを始動させる数１０ｋＶの高電圧を発生させる。制御部５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２の出力電圧（直流電圧Ｖ１）および出力電流（電流Ｉ１）を検出し、この検出結果から算出された出力電力が目標値となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ部２を制御する。
【０００４】
以下に、放電灯点灯装置１の具体的な構成について説明する。
【０００５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ部２は、コンデンサＣ１，Ｃ２と、スイッチング素子Ｑ１と、トランスＴｒ１と、ダイオードＤ１と、スイッチング素子Ｑ１とでフライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータ回路を構成している。
【０００６】
直流電源Ｅ１の出力端間にスイッチＳ１を介してコンデンサＣ１が接続されており、スイッチＳ１がオンすると、コンデンサＣ１の両端間に直流電源Ｅ１から出力される直流の電源電圧Ｖｉｎが印加される。コンデンサＣ１の両端間には、トランスＴｒ１の一次巻線ｎ１１とｎチャネルＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１とが直列接続されている。また、トランスＴｒ１の二次巻線ｎ１２の両端間にダイオードＤ１とコンデンサＣ２とが直列接続されている。そして、スイッチング制御部２１がスイッチング素子Ｑ１をオンすると、トランスＴｒ１の一次巻線ｎ１１に電流が流れ、トランスＴｒ１にエネルギーが蓄積される。そして、スイッチング素子Ｑ１をオフすると、トランスＴｒ１に蓄積されたエネルギーによって、二次巻線ｎ１２→コンデンサＣ２→ダイオードＤ１の経路で電流が流れコンデンサＣ２が充電される。そして、スイッチング素子Ｑ１がオン・オフを繰り返すことで、コンデンサＣ２の両端間に直流電圧Ｖ１が生成される。
【０００７】
インバータ部３は、４つのｎチャネルＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５でフルブリッジインバータ回路を構成している。ＤＣ／ＤＣコンバータ部２の出力端間にスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４からなる直列回路と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ５からなる直列回路が並列接続されており、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５が高圧側に接続され、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３が低圧側に接続されている。そして、インバータ部３は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４の接続点と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ５の接続点とが出力端を構成している。
【０００８】
イグナイタ部４は、コンデンサＣｓと、トランスＴｒ２と、スパークギャップＳＧ１とで構成されている。コンデンサＣｓは、インバータ部３の出力端間に接続されている。このコンデンサＣｓと並列に、トランスＴｒ２の一次巻線ｎ２１とスパークギャップＳＧ１とからなる直列回路および、トランスＴｒ２の二次巻線ｎ２２と放電灯Ｌａとからなる直列回路が接続されている。
【０００９】
制御部５は、電力目標記憶部５１と、最大電力制限部５２と、電流目標演算部５３と、誤差アンプ５４とで構成されている。電力目標記憶部５１は、放電灯Ｌａに供給する出力電力目標値を記憶しており、この出力電力目標値を最大電力制限部５２が取得する。そして最大電力制限部５２は、取得した出力電力目標値を補正して電流目標演算部５３に出力する。電流目標演算部５３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２が出力する直流電圧Ｖ１を検出しており、補正後の出力電力目標値と直流電圧Ｖ１とから目標電流を算出し、誤差アンプ５４に出力する。また、誤差アンプ５４には、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２が出力する電流Ｉ１の検出結果が入力されており、目標電流と電流Ｉ１との差が生じなくなるように出力制御信号をＤＣ／ＤＣコンバータ部２に出力する。なお、抵抗Ｒ１を電流検出部として構成しており、電流Ｉ１の検出結果を誤差アンプ５４に出力している。
【００１０】
次に、放電灯点灯装置１の動作について説明する。
【００１１】
スイッチＳ１がオンすると、直流電源Ｅ１からＤＣ／ＤＣコンバータ部２に電源電圧Ｖｉｎが印加される。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２は、スイッチング素子Ｑ１をオン・オフすることで直流電圧Ｖ１を生成する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２は、制御部５から出力される出力制御信号に基づいてスイッチング素子Ｑ１のオン時間や駆動周波数を変動することで、直流電圧Ｖ１を変動させる。
【００１２】
インバータ部３は、放電灯Ｌａの始動前は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ５をオン状態に維持し、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４をオフ状態に維持する。放電灯Ｌａの始動前は、放電灯Ｌａが開放状態であるため、コンデンサＣ２の両端間に生成される直流電圧Ｖ１が上昇すると、コンデンサＣｓの両端電圧も上昇する。そして、直流電圧Ｖ１が上昇して所定電圧以上になると、スパークギャップＳＧ１がブレークダウンし、トランスＴｒ２の一次巻線ｎ２１に瞬時に電圧が印加される。それによって、トランスＴｒ２の二次巻線ｎ２２には、一次巻線ｎ２１に印加される電圧の巻数比倍の高電圧（数１０ｋＶ程度）が印加される。この高電圧により放電灯Ｌａがブレークダウンする。その瞬間にＤＣ／ＤＣコンバータ部２からスイッチング素子Ｑ２，Ｑ５を介して電流が流れ、放電灯Ｌａがアーク放電に移行して放電灯Ｌａが始動する。
【００１３】
放電灯Ｌａの始動後は、スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５を所定時間間隔で交番させることで交流電圧Ｖ２を生成し、放電灯Ｌａに供給する。また、制御部５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２の出力電力が出力電力目標値と一致するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２のフィードバック制御を行う。それによって、放電灯Ｌａの安定点灯を実現している。
【００１４】
また、放電灯点灯装置１は、放電灯Ｌａの光束の立ち上がり性能を確保しつつ、光束のオーバーシュートやアンダーシュートを防ぐため、放電灯Ｌａの温度上昇に応じて出力電力目標値を変動させている。電力目標記憶部５１は、図１９に示す目標電力カーブＫ１を記憶している。この目標電力カーブＫ１は、放電灯Ｌａの始動後の時間に対する出力電力目標値を示している。目標電力カーブＫ１は、放電灯Ｌａが始動した時間をｔ０とした場合、時間ｔ０から時間ｔ１までの期間ＴＡの間は、放電灯Ｌａの定格電力Ｗｓ０（３５Ｗ）の倍以上の電力を出力電力目標値としている。以降、期間ＴＡにおける出力電力目標値を最大電力目標値と称し、ここでは最大電力目標値に放電灯Ｌａの許容最大電力値Ｗｐ０（７０〜９０Ｗ程度）が設定されている。放電灯Ｌａの始動直後は、放電灯Ｌａに大きな電力を供給することによって、放電灯Ｌａの光束を急速に立ち上がらせる。なお、この期間ＴＡは４秒間程度が望ましい。
【００１５】
そして、時間ｔ１から時間ｔ２までの期間ＴＢの間は、放電灯Ｌａの光束がオーバーシュートやアンダーシュートを起さないように、出力電力目標値を最大電力目標値Ｗｐ０から滑らかに低減して定常電力目標値に漸近させる。ここでは、定常電力目標値に放電灯Ｌａの定格電力Ｗｓ０が設定されている。なお、この期間ＴＢは約４０〜５０秒程度が望ましい。そして、時間ｔ２以降の期間ＴＣは、出力電力目標値を定常電力目標値Ｗｓ０に維持することで、放電灯Ｌａを安定点灯させる。
【００１６】
なお、上述した制御は、放電灯Ｌａが冷えた状態から始動（以降、初始動と称す）させる場合のみ行う。放電灯Ｌａを短期間消灯した直後における放電灯Ｌａの温度が高い状態で、初始動（コールドスタート）時の制御を行うと、期間ＴＡ，ＴＢにおいて放電灯Ｌａが過剰発光する。そこで、点灯していた放電灯Ｌａを短期間消灯した直後の始動（以降、再始動と称す）を行う場合は、以下の制御を行う。
【００１７】
図２０に示すように、放電灯Ｌａの消灯時間に応じて、目標電力カーブＫ１における期間ＴＡ，ＴＢ中の時間ｔａ，ｔｂから出力電力目標値の変動をスタートする。それによって、再始動後に放電灯Ｌａに供給される電力が抑えられ、再始動時の過剰発光を抑制している。
【００１８】
すなわち、図２０に示すように、再点灯前の消灯期間が比較的長い場合、目標電力カーブＫ１の時間ｔａにおける出力電力目標値Ｗａから開始し、再点灯前の消灯期間が比較的短い場合、目標電力カーブＫ１の時間ｔｂ（＞ｔａ）における出力電力目標値Ｗｂ（＜Ｗａ）から開始する。それによって、再点灯前の消灯期間が短い、つまり、放電灯Ｌａの温度が高いほど放電灯Ｌａに供給される電力が抑制される。
【００１９】
なお、再始動時は、例えばコンデンサの充放電回路で構成されるタイマ回路を用いて、再始動時のコンデンサの両端電圧（充電電荷量）に応じて放電灯Ｌａに供給する電力を決定する。
【００２０】
また、放電灯点灯装置１を車載用途等の高温環境下で使用し、放電灯点灯装置１の周囲温度が高い場合や電源電圧Ｖｉｎが低下した場合は、回路損失および構成部品の熱ストレス増加による回路破壊を起すおそれがある。これを防止するために、電源電圧Ｖｉｎおよび周囲温度Ｔａを検出し、この検出結果に基づいて最大電力目標値を低減させる制御を行う（例えば、特許文献３，４，５参照）。
【００２１】
図１に示す放電灯点灯装置１は、電源電圧検出部６と温度検出部７とを備えている。電源電圧検出部６は、直流電源Ｅ１からＤＣ／ＤＣコンバータ部２に印加される電源電圧Ｖｉｎを検出し、最大電力制限部５２に出力している。また、温度検出部７は、放電灯点灯装置１の周囲温度Ｔａを検出し、最大電力制限部５２に出力している。なお、温度検出部７は、放電灯点灯装置１の温度を検出するように構成してもよい。
【００２２】
そして、最大電力制限部５２は、電源電圧検出部６と温度検出部７との検出結果とに基づいて最大電力目標値を許容最大電力値Ｗｐ０から低減させる。
【００２３】
例えば、図２１に示すように、周囲温度ＴａがＴａ０（常温）の場合における目標電力カーブをＫ１とし、周囲温度ＴａがＴａ０からＴａ１に上昇した場合における目標電力カーブをＫ１ａとする。最大電力制限部５２は、周囲温度ＴａがＴａ０からＴａ１に上昇した場合、最大電力目標値をＷｐ０よりも低いＷｐｃに補正し、時間ｔｃまでＷｐｃを維持する。そして、時間ｔｃ以降は、目標電力カーブＫ１に沿って出力電力目標値を変動させる。また、周囲温度ＴａがＴａ２（＞Ｔａ１）に上昇した場合における目標電力カーブをＫ１ｂとする。この場合、最大電力制限部５２は、最大電力目標値をＷｐ０よりも低いＷｐｄ（＜Ｗｐｃ）に補正し、時間ｔｄまでＷｐｄを維持する。そして、時間ｔｄ以降は、目標電力カーブＫ１に沿って出力電力目標値を変動させる。
【００２４】
上記制御を行うために、最大電力制限部５２は、図２２に示す最大電力目標値の制限特性を記憶している。図２２に示す制限特性は、周囲温度Ｔａに対する最大電力目標値の低減量（以降、第１の低減量と称す）を示している。周囲温度Ｔａが温度Ｔｔｈ１以下では第１の低減量は０であり、周囲温度Ｔａが温度Ｔｔｈ１より高くなるにつれて第１の低減量が増加し、周囲温度Ｔａが温度Ｔａ１（＞Ｔｔｈ１）である場合、第１の低減量がＷｔａ１となる。したがって、周囲温度Ｔａが温度Ｔａ１である場合、最大電力目標値は、許容最大電力値Ｗｐ０から第１の低減量Ｗｔａ１を減算した値（Ｗｐ０−Ｗｔａ１）となる。
【００２５】
同様に、最大電力制限部５２は、図２３に示す最大電力目標値の制限特性を記憶している。図２３に示す制限特性は、電源電圧Ｖｉｎに対する最大電力目標値の低減量（以降、第２の低減量と称す）を示している。電源電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｔｈ１以上では第２の低減量は０であり、電源電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｔｈ１より低くなるにつれて第２の低減量が増加し、電源電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｉｎ１（＜Ｖｔｈ１）である場合、第２の低減量がＷｖ１となる。
【００２６】
そして、周囲温度Ｔａが温度Ｔａ１かつ電源電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｉｎ１である場合、最大電力目標値は、許容最大電力値Ｗｐ０から第１の低減量Ｗｔａ１および第２の低減量Ｗｖ１を減算した値（Ｗｐ０−Ｗｔａ１−Ｗｖ１）となる。
【００２７】
以上により、電源電圧Ｖｉｎが低下した場合や、放電灯点灯装置１の周囲温度Ｔａが上昇した場合などにおいて、最大電力目標値を低減することにより、回路損失および構成部品のストレスが抑制され、回路破壊の防止や放電灯点灯装置１の小型化が実現可能となる。
【００２８】
また、上記では最大電力目標値のみ低減するように制御しているが、電源電圧検出部６および温度検出部７の各検出結果に基づいて、図２４に示すように全ての期間（ＴＡ〜ＴＣ）にわたって出力電力目標値を目標電力カーブＫ１から低減した目標電力カーブＫ２を生成し、この目標電力カーブＫ２に沿って制御してもよい。なお、目標電力カーブＫ２において、最大電力目標値はＷｐ１（＜Ｗｐ０）に設定され、定常電力目標値はＷｓ１（＜Ｗｓ０）に設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】特許第２９４６３８４号
【特許文献２】特開２０００−２３５８９９号公報
【特許文献３】特開平４−１２４９６号公報
【特許文献４】特開２００２−２１６９８９号公報
【特許文献５】特開２００１−４３９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
放電灯Ｌａに供給する電力が一定の場合、電源電圧Ｖｉｎが高くなるにつれて、直流電源Ｅ１から供給される電源電流Ｉｉｎが低減し回路損失が低下するので、より高い電力を出力することが可能となる。つまり、図２５の破線で示すように、電源電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｔｈ１よりも高い場合、回路損失や構成部品の熱ストレスで決まる回路の出力性能として、許容最大電力値Ｗｐ０よりも高い電力を出力することができる。例えば、電源電圧Ｖｉｎ（＞Ｖｔｈ１）では、最大電力目標値はＷｐ０＋Ｗｖ２とすることができる。
【００３１】
しかし、図２２，２３に示す二つの制限特性を用いて最大電力目標値を決定する場合、最大電力目標値は許容最大電力値Ｗｐ０以下となる。例えば、電源電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｉｎ２で周囲温度Ｔａが温度Ｔａ１である場合、回路の出力性能としては最大電力目標値をＷｐ０−Ｗｔａ１＋Ｗｖ２に設定可能である。しかし、図２２，図２３に示す制限と構成を用いた場合、最大電力目標値はＷｐ０−Ｗｔａ１と低い値となる。
【００３２】
これを解決するため、図２２および図２５の破線に示す制限特性で最大電力目標値を制限すれば最大電力目標値をＷｐ０−Ｗｔａ１＋Ｗｖ２に設定でき、回路の出力性能同等の電力を出力可能になる。しかし、電源電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｉｎ２で周囲温度Ｔａが温度Ｔｔｈ１以下の場合には、最大電力目標値がＷｐ０＋Ｗｖ２となり、許容最大電力値Ｗｐ０を超える電力が放電灯Ｌａに供給されることになる。
【００３３】
この結果、光束の立ち上がり時にオーバーシュートが発生する。放電灯点灯装置１を車両の前照灯に用いた場合、対向車や歩行者への幻惑の要因となる。また、短時間の使用でも放電灯Ｌａの電極が劣化し放電灯Ｌａの寿命が短くなる等の課題があるため、放電灯Ｌａに供給する電力は許容最大電力値Ｗｐ０以下に設定する必要がある。
【００３４】
また、車両の前照灯では、光源としてＨＩＤランプが主流になりつつあるが、近年、環境負荷軽減のため水銀フリーＨＩＤランプの採用が加速している。ただし、水銀を無くすことで、水銀を封入した従来のＨＩＤランプに比べて、点灯始動後の数秒間において光束の立ち上がりが遅くなっており、点灯始動後により大きな電力を供給して光束の立ち上がりを早くする必要がある。
【００３５】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、高温時および低電源電圧時における熱ストレスを低減すると共に、放電灯の始動性を向上させることができる放電灯点灯装置および、これを用いた前照灯，車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
本発明の放電灯点灯装置は、直流電源を入力として放電灯に電力を供給する放電灯点灯装置において、前記放電灯に電力を供給する駆動回路と、前記駆動回路を制御する制御回路と、周囲温度または自装置の温度を検出する温度検出部と、前記直流電源の電圧を検出する電源電圧検出部とを備え、前記制御回路は、前記放電灯を始動させた後、前記放電灯に供給する電力を最大電力目標値から当該最大電力目標値より低い定常電力目標値に向かって、前記放電灯の点灯時間に応じて低減させ、前記放電灯の許容最大電力値から、前記温度検出部の検出値が所定温度より高くなるにつれて大きくなる第１の低減量、および前記電源電圧検出部の検出値が低くなるにつれて大きくなる第２の低減量を減算することで第１の目標値を算出し、前記電源電圧検出部の検出値が所定電圧以上である場合、第２の目標値を、前記放電灯の許容最大電力値に設定し、前記電源電圧検出部の検出値が前記所定電圧未満である場合、前記第２の目標値を、前記許容最大電力値未満、かつ前記最大電力目標値に前記第２の目標値を設定した場合における自装置の回路損失が所定値以下となる値に設定し、前記第１の目標値と前記第２の目標値とのうち、いずれか小さい方の目標値を前記最大電力目標値に設定することを特徴とする。
【００３７】
この放電灯点灯装置において、前記第２の低減量は、前記電源電圧検出部の検出値が所定値未満である場合、前記第１の目標値を低減させる値であり、前記電源電圧の検出値が前記所定値以上である場合、前記第１の目標値を増加させる値であることが好ましい。
【００３９】
この放電灯点灯装置において、前記直流電源の電流を検出する電源電流検出部を備え、前記制御回路は、前記電源電圧検出部の検出値が前記所定電圧未満である場合、前記第２の目標値を、前記最大電力目標値に前記第２の目標値を設定した場合における前記電源電流検出部の検出値が所定電流以下となる値に設定することが好ましい。
【００４０】
本発明の前照灯は、上記の放電灯点灯装置と、前記放電灯点灯装置によって点灯される放電灯とを備えることを特徴とする。
【００４１】
本発明の車両は、上記の前照灯と、前記前照灯が取り付けられる車体とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４２】
以上説明したように、本発明では、高温時および低電源電圧時における熱ストレスを低減すると共に、放電灯の始動性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の放電灯点灯装置の回路構成図である。
【図２】第１の低減量を示すグラフである。
【図３】第２の低減量を示すグラフである。
【図４】第２の目標値を示すグラフである。
【図５】電源電圧に対する電源電流の変動を示すグラフである。
【図６】電源電圧に対する第２の目標値の変動を示すグラフである。
【図７】電源電圧に対する電源電流の変動を示すグラフである。
【図８】電源電圧に対する第２の目標値の変動を示すグラフである。
【図９】電源電圧に対する第２の目標値の変動を示すグラフである。
【図１０】放電灯点灯装置の回路構成図である。
【図１１】（ａ）時間に対する出力電力目標値を示すグラフである。（ｂ）時間に対する電源電流を示すグラフである。（ｃ）時間に対するコンデンサ電圧を示すグラフである。
【図１２】電源電圧に対する第２の目標値の変動を示すグラフである。
【図１３】電源電圧に対する電源電流の変動を示すグラフである。
【図１４】電源電圧に対する回路損失の変動を示すグラフである。
【図１５】電源電圧に対する第２の目標値の変動を示すグラフである。
【図１６】電源電圧に対する回路損失の変動を示すグラフである。
【図１７】放電灯点灯装置の回路構成図である。
【図１８】前照灯および車両の概略構成図である。
【図１９】時間に対する出力電力目標値の変動を示すグラフである。
【図２０】時間に対する出力電力目標値の変動を示すグラフである。
【図２１】時間に対する出力電力目標値の変動を示すグラフである。
【図２２】第１の低減量を示すグラフである。
【図２３】第２の低減量を示すグラフである。
【図２４】時間に対する出力電力目標値の変動を示すグラフである。
【図２５】第２の低減量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００４５】
（実施形態１）
本実施形態の放電灯点灯装置１の回路構成図を図１に示す。本実施形態の放電灯点灯装置１は、最大電力制限部５２が電流目標演算部に出力する最大電力目標値を決定するための制御方法が従来の放電灯点灯装置１と異なり、他の構成および制御は従来の放電灯点灯装置１と同一であるので説明は省略する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２とインバータ部３とイグナイタ部４とが本願発明の駆動回路に相当する。
【００４６】
本実施形態の最大電力制限部５２は、図２，図３に示す最大電力目標値の制限特性を記憶している。図２に示す制限特性は、周囲温度Ｔａに対する最大目標値の低減量（第１の低減量）を示している。図２に示すように、周囲温度Ｔａが温度Ｔｔｈ１以下では第１の低減量は０であり、周囲温度Ｔａが温度Ｔｔｈ１より高くなるにつれて第１の低減量が増加し、周囲温度Ｔａが温度Ｔａ１（＞Ｔｔｈ１）である場合、第１の低減量がＷｔａ１となる。
【００４７】
図３に示す制限特性は、電源電圧Ｖｉｎに対する最大目標値の低減量（第２の低減量）を示している。図３に示すように、電源電圧Ｖｉｎが低くなるにつれて第２の低減量が大きくなり、電源電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｔｈ１である場合、第２の低減量は０となる。また、図３は、電源電圧Ｖｉｎに応じたＤＣ／ＤＣコンバータ部２の出力可能電力の上限も示している。一例として、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２の出力上限値は以下の方法で設定され、最大電力制限部５２に事前に記憶している。
【００４８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ部２が出力する電流Ｉ１が一定であるならば、電源電圧Ｖｉｎが低いほど、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２の一次側（入力側）電流（電源電流Ｉｉｎ）が増加するため、主に電力制御用のスイッチング素子Ｑ１での損失が増加する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２はフライバックコンバータで構成されている場合、トランスＴｒ１の一次側と二次側との巻数比が大きい場合は、電源電圧Ｖｉｎに関わらずスイッチング素子Ｑ１に流れる電流が大きく発熱量が大きい。
【００４９】
したがって、スイッチング素子Ｑ１の発熱量が所定値以下となるようなＤＣ／ＤＣコンバータ部２の出力電力の測定結果を用いて図３に示す制限特性を生成すればよい。例えば、スイッチング素子Ｑ１にＭＯＳＦＥＴを用いる場合、ドレイン電流，ドレイン−ソース間電圧，ゲート電圧，ゲート電流，素子のオン抵抗値からスイッチング素子Ｑ１のジャンクション温度は容易に算出することができる。
【００５０】
以上より、電源電圧Ｖｉｎが高いほどＤＣ／ＤＣコンバータ部２の出力可能電圧が増加し、電源電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｔｈ１以上の領域では、最大電力目標値に許容最大電力値Ｗｐ０を超える値に設定することができる。すなわち、電源電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｔｈ１以上の領域では、第２の低減量の符号がマイナスとなる。
【００５１】
図４に示すグラフは、最大電力目標値の上限値である第２の目標値を示している。第２の目標値は最大電力制限部５２に記憶されており、電源電圧Ｖｉｎに関わらず放電灯Ｌａの許容最大電力値Ｗｐ０を示している。
【００５２】
本実施形態では、最大電力制限部５２は、許容最大電力値Ｗｐ０から第１の低減量および第２の低減量を減算することで第１の目標値を算出し、第１の目標値と第２の目標値とのうち、いずれか小さい目標値を最大電力目標値として設定する。
【００５３】
以下に、第１の目標値の具体的な計算方法を示す。なお、以下の計算例では低減量を、許容最大電力値Ｗｐ０に対して低減する量と定義する。したがって、電源電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｔｈ１以上である場合における第２の低減量の符号はマイナスとなる。
【００５４】
まず、周囲温度Ｔａが温度Ｔｔｈ１以下で、電源電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｔｈ１よりも大きい電圧Ｖｉｎ２である場合について説明する。
【００５５】
図２に示すように、周囲温度Ｔａが温度Ｔｔｈ１以下であるので、第１の低減量は０となる。また、図３に示すように、電源電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｔｈ１よりも大きい電圧Ｖｉｎ２であるので、第２の低減量は−Ｗｖ２となる。したがって、第１の目標値は、許容最大電力値Ｗｐ０から第１，第２の低減量を減算した値であるので、Ｗｐ０−０−（−Ｗｖ２）＝Ｗｐ０＋Ｗｖ２となる。
【００５６】
また、図４に示すように、第２の目標値は電源電圧Ｖｉｎに関わらず一定であるので、Ｗｐ０となる。
【００５７】
したがって、最大電力制限部５２は、第１の目標値（Ｗｐ０＋Ｗｖ２）と第２の目標値（Ｗｐ０）とを比較し、小さい第２の目標値であるＷｐ０を最大電力目標値に設定する。
【００５８】
次に、周囲温度Ｔａが温度Ｔｔｈ１を超える温度Ｔａ１で、電源電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｔｈ１よりも大きい電圧Ｖｉｎ２である場合について説明する。
【００５９】
図２に示すように、周囲温度Ｔａが温度Ｔｔｈ１を超える温度Ｔａ１であるので、第１の低減量はＷｔａ１となる。また、図３に示すように、電源電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｔｈ１よりも大きい電圧Ｖｉｎ２であるので、第２の低減量は−Ｗｖ２となる。したがって、第１の目標値は、Ｗｐ０−Ｗｔａ１−（−Ｗｖ２）＝Ｗｐ０−Ｗｔａ１＋Ｗｖ２となる。
【００６０】
また、第２の目標値は、上述したようにＷｐ０となる。
【００６１】
ここで、−Ｗｔａ１＋Ｗｖ２＜０である場合、すなわち第１の目標値が第２の目標値よりも小さい場合、最大電力制限部は第１の目標値（Ｗｐ０−Ｗｔａ１＋Ｗｖ２）を最大目標値に設定する。
【００６２】
一方、−Ｗｔａ１＋Ｗｖ２≧０である場合、すなわち第２の目標値が第１の目標値よりも小さい場合、最大電力制限部は第２の目標値（Ｗｐ０）を最大目標値に設定する。
【００６３】
上記のように制御することによって、放電灯Ｌａに許容最大電力値Ｗｐ０を超える電力を供給することなく、かつ高温時，高電源電圧時には、より高い最大電力目標値を設定することができる。それによって、放電灯Ｌａの寿命を低下させることなく、高電源電圧時には、高温度環境下においても従来よりも大きな電力を放電灯Ｌａに供給するので、速やかに放電灯Ｌａの光束を立ち上げることが可能となる。
【００６４】
なお、例えば車両の前照灯に本実施形態の放電灯点灯装置１を用いる場合、放電灯Ｌａの許容最大電力値Ｗｐ０は７０〜９０Ｗ，温度Ｔｔｈ１は８０〜１００℃，電圧Ｖｔｈ１は９〜１２Ｖに設定される。
【００６５】
（実施形態２）
実施形態１では、電源電圧Ｖｉｎに関わらず第２の目標値は許容最大電力値Ｗｐ０で一定であったが、本実施形態では電源電圧Ｖｉｎに応じて変動させることに特徴を有する。なお、実施形態１と同一構成には同一符号を付して説明は省略する。
【００６６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ部２の出力電力が一定の場合、電源電圧Ｖｉｎが低下すると電源電流Ｉｉｎは増加する。
【００６７】
また、スイッチング素子Ｑ１にＭＯＳＦＥＴを用いる場合、電源電圧Ｖｉｎが低下し、電源電流Ｉｉｎが増加した状態が維持されると、部品温度の上昇によりオン抵抗（導通抵抗）が高くなり、スイッチング素子Ｑ１での損失が増加する。それによって、電源電流Ｉｉｎがさらに増加する傾向となり、電源電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｉｎ３以上では電源電流Ｉｉｎは電流Ｉｉｎ０で略一定であるが、図５の破線で示すように、電源電圧Ｖｉｎの低下に対して電源電流Ｉｉｎは指数関数的に増加する傾向にある。
【００６８】
したがって、放電灯点灯装置１が正常に動作する電源電圧Ｖｉｎの範囲の下限値である電圧Ｖｉｎ４周辺では、電源電圧Ｖｉｎの微小な減少に対しても電源電流Ｉｉｎが急増する。それによって、放電灯点灯装置１の前段に設置されるヒューズを溶断したり、放電灯点灯装置１の熱暴走による破壊が危惧される。
【００６９】
そこで本実施形態では、電源電圧Ｖｉｎが低下した場合でも、電源電流Ｉｉｎが所定の電流Ｉｉｎ１以下となるように、図６の実線に示すように電源電圧Ｖｉｎが所定の電圧Ｖｉｎ３より低くなるにつれて、第２の目標値を許容最大電力値Ｗｐ０から低減させる。それによって、図５の実線に示すように電源電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｉｎ４付近でも電流Ｉｉｎ１以下にすることができる。
【００７０】
なお、事前に電源電圧Ｖｉｎを様々な値に変動させ、各条件での出力電力値に対する電源電流Ｉｉｎの実測データを蓄積しておけば、第２の目標値の低減度合いを設定することは容易で、これを最大電力制限部に記憶しておけばよい。例えば、少なくとも電源電圧Ｖｉｎを３水準、周囲温度Ｔａを３水準程度のデータを蓄積すれば、図６に示す制限特性の設定は可能である。
【００７１】
また、図７に示すように、電源電圧Ｖｉｎがより低く電圧Ｖｉｎ５（＜Ｖｉｎ３）以下である場合、電源電流Ｉｉｎの増加度合いがより高くなる。この場合、図８に示すように、電源電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｉｎ５を下回ると第２の目標値の低減度合いを大きくし、第２の目標値をＷｐ４以下に設定する。それによって、図７の実線に示すように電源電圧Ｖｉｎの低下に対する電源電流Ｉｉｎの増加の傾きが緩やかになり、放電灯点灯装置１の熱暴走を確実に抑制することが可能となる。
【００７２】
なお、電源電圧Ｖｉｎに対する第２の目標値の低減度合いの傾きは、図８に示すような直線に限らず、曲線的に低減するように設定してもよい。
【００７３】
また、上記では、電源電流Ｉｉｎが所定の電流Ｉｉｎ１以下となるように、電源電圧Ｖｉｎの低下に応じて放電灯Ｌａに供給する電力を低減する制御を行っている。しかし、放電灯Ｌａに供給する電力を低減し過ぎると、放電灯Ｌａを安定して点灯始動させるのに必要な電力の確保が難しくなり、不点や立ち消え等の要因となる。
【００７４】
そこで、図９に示すように、放電灯Ｌａを安定点灯させるのに必要な電力の下限値をＷｐ３とした場合、電源電圧Ｖｉｎがより低下した電圧Ｖｉｎ６以下でも第２の目標値が電力Ｗｐ３を下回らないように、第２の目標値を設定する。それによって、放電灯Ｌａをより安定して点灯始動することが可能となる。なお、車両の前照灯に本実施形態の放電灯点灯装置１を用いる場合、放電灯Ｌａ（ＨＩＤ）の定格電力が３５Ｗである場合、Ｗｐ３を４０〜５０Ｗに設定する。
【００７５】
また、図１０に示すように、電源電流Ｉｉｎを検出する電源電流検出部８を設けて、回路動作時の電源電流Ｉｉｎを検出し、第２の目標値を補正する制御を行ってもよい。なお、図１０では、直流電源Ｅ１の代わりに交流電源Ｅ２とＡＣ／ＤＣコンバータ部９とで直流電源を構成している。なお、ＡＣ／ＤＣコンバータ部９は、フィルタ回路と整流平滑回路とブーストコンバータとが組み合わされた周知の回路であるので、詳細な説明は省略する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２ａは、昇圧チョッパ回路を構成しており、周知の回路であるので、詳細な説明は省略する。
【００７６】
図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、放電灯Ｌａの出力電力が最大値を維持している期間ＴＡは電源電流Ｉｉｎが増加し続け、電源電圧Ｖｉｎは低下し続ける傾向になる。ここで、放電灯点灯装置１が接続される電源側の線路インピーダンスが想定以上に大きい場合は、より大きい電圧降下が発生する。したがって、放電灯点灯装置１を図１のように構成した場合、図１１（ｃ）に示すように、入力端のコンデンサＣ１に印加されるコンデンサ電圧Ｖｃ１は電源電圧Ｖｉｎよりも低い値となる。それによって、電源電流Ｉｉｎはさらに増大してしまう。
【００７７】
また、放電灯点灯装置１の設置環境によっては、周囲温度Ｔａが異常上昇し、回路損失の増加によって電源電流Ｉｉｎが増大する場合も考えられる。この場合、電源電流Ｉｉｎの増加とともに回路損失も増加する。
【００７８】
このように、第２の目標値で設定された最大目標値に対する電源電流Ｉｉｎが事前の想定以上に高くなる場合が考えられ、放電灯点灯装置１の熱暴走による破壊などが懸念される。
【００７９】
そこで、電源電流Ｉｉｎが所定の電流Ｉｉｎ２以下となるように、図１２の破線に示すように第２の目標値を低減させたものの、電源電流検出部で検出された検出結果が電流Ｉｉｎ２を超えた場合、図１２の実線に示すように第２の目標値をさらに低減させる。それによって、図１３の実線に示すように、電源電流Ｉｉｎが電流Ｉｉｎ２以下とする出力電力補正制御が可能となる。
【００８０】
以上の構成によって、電源環境や周囲温度環境によらず、電源電流Ｉｉｎの増大による回路の熱暴走をより確実に防止することが可能となる。
【００８１】
なお、図１０では、交流電源とＡＣ／ＤＣコンバータ回路を用いて直流電源を構成しているが、いかなる構成の直流電源でも適用可能である。また、図１０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２ａを昇圧チョッパ回路で構成しているが、本実施形態はＤＣ／ＤＣコンバータの回路方式によらず適用可能である。
【００８２】
（実施形態３）
実施形態２では、電源電流Ｉｉｎが所定値（電流Ｉｉｎ１またはＩｉｎ２）以下となるように第２の目標値を設定したが、本実施形態では放電灯点灯装置１の回路損失が所定値以下となるように第２の目標値を設定することに特徴を有する。なお、実施形態２と同一構成には同一符号を付して説明は省略する。
【００８３】
電源電圧Ｖｉｎの低下によって電源電流Ｉｉｎは略指数関数的に増加することを実施形態２で述べたが、図１３に示すように回路損失に関しても同様の増加傾向を示す。図１３において、Ｌ１は周囲温度ＴａがＴａ３の場合における電源電圧Ｖｉｎに対する回路損失の特性を示している。Ｌ２は周囲温度ＴａがＴａ４（＞Ｔａ３）の場合における電源電圧Ｖｉｎに対する回路損失の特性を示している。Ｌ３は周囲温度ＴａがＴａ５（＞Ｔａ４）の場合における電源電圧Ｖｉｎに対する回路損失の特性を示している。図１３に示すように、電源電圧Ｖｉｎが低下するにつれて、かつ周囲温度Ｔａが上昇するにつれて、回路損失が増加する傾向にある。
【００８４】
電源電流Ｉｉｎは、電源電圧Ｖｉｎの変動以外にも、周囲温度Ｔａの変動や放電灯Ｌａに供給する電力によっても変動するため、必ずしも「電源電流Ｉｉｎが大きい＝回路損失が大きい」とは限らない。したがって、実施形態２では、回路損失の増加による放電灯点灯装置１の熱暴走による破壊を検出しきれない場合がある。なお、電源電流Ｉｉｎが増加した場合は回路損失が増加したと判断できる。
【００８５】
これに対応して、電源電流Ｉｉｎの閾値を電源電圧Ｖｉｎや周囲温度Ｔａの変化に合わせて複数設定することも考えられるが、第２の目標値を設定するために膨大な測定データが必要であり、かつ制御仕様が複雑化するため回路の応答性が遅くなるなどの課題がある。
【００８６】
一方、実施形態２では、電源電流Ｉｉｎが電流Ｉｉｎ２を超えたが、実際の回路損失は増加していない場合でも、放電灯Ｌａに供給する電力を低減してしまうおそれがある。それによって、光束を速やかに立ち上げることができないまたは、電源電流Ｉｉｎが電流Ｉｉｎ２を超えない限り回路損失が増大しても放電灯Ｌａに供給する電力を変化させないため、熱暴走によって放電灯点灯装置１が破壊するなどの課題がある。
【００８７】
そこで、本実施形態では、電源電流Ｉｉｎではなく回路損失によって第２の目標値を設定することで、より確実に回路の熱暴走による放電灯点灯装置１の破壊を防止することを可能としたものである。
【００８８】
図１５の実線に示すように、電源電圧Ｖｉｎが所定の電圧Ｖｉｎ７以下の場合には、第２の目標値を低減するように設定する。それによって、図１６の実線に示すように、放電灯点灯装置１が正常に動作する電源電圧範囲の下限値である電圧Ｖｉｎ８周辺においても回路損失が所定のＷｌｏｓｓ１以下とすることができる。なお、図１５に示すように、電源電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｉｎ７以上の領域では、回路損失があまり増加せず、Ｗｌｏｓｓ０で略一定である。
【００８９】
なお、実施形態２において第２の目標値を設定した場合と同様に、事前に電源電圧Ｖｉｎを変動させ各条件での出力電力値に対する回路損失値の実測データを蓄積しておけば、第２の目標値の低減度合いを算出することは容易であり、これを記憶しておけばよい。
【００９０】
また、回路損失値Ｗｌｏｓｓ１は放電灯点灯装置１が破壊しない程度の値に設定され、電源電圧Ｖｉｎの低下に対する第２の目標値の低減傾きは曲線的に設定してもよい。
【００９１】
また、図１７に示すように、入力電力演算部５６と出力電力演算部５７と回路損失演算部５８とを備えるように構成してもよい。
【００９２】
入力電力演算部５６は、電源電圧検出部６および電源電流検出部８の各検出結果から入力電力を算出する。
【００９３】
出力電力演算部５７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２の出力電力（電圧Ｖ１）および出力電流（電流Ｉ１）から出力電力を算出する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２の出力を放電灯Ｌａへの投入電力とみなす。
【００９４】
そして、回路損失演算部５８は、入力電力演算部５６の算出結果から出力電力演算部５７の算出結果を除算することで回路損失値を算出し、最大電力制限部５２に出力する。
【００９５】
最大電力制限部５２は、回路損失演算部５８が算出した回路損失値に応じて第２の目標値を補正することで、放電灯点灯装置１の回路損失値を所定値以下とすることができる。例えば、第２の目標値で設定された出力電力値に対する回路損失値が想定以上に高い場合には、第２の目標値の低減度合いを増資、放電灯Ｌａへの投入電力をさらに低減することで回路損失を低減させる。それによって、放電灯点灯装置１の熱暴走による破壊等を確実に防止することができる。
【００９６】
（実施形態４）
本実施形態の前照灯１０および車両１１は、実施形態１〜３のうちいずれか１つの放電灯点灯装置１を備えている。
【００９７】
図１８は、実施形態１〜３のうちいずれかの放電灯点灯装置１と、この放電灯点灯装置１によって点灯される放電灯Ｌａとで構成される前照灯１０および、この前照灯１０を備える車両１１の概略外観図である。Ｌｏｗビームスイッチ電源１２から車両１１の左右両側に設けられた放電灯点灯装置１に電源が供給されると、放電灯点灯装置１から放電灯Ｌａに電力が供給され、放電灯Ｌａが点灯する。
【００９８】
近年、自動車内の居住空間の極力確保や、燃費の改善のための軽量化により、エンジンルームは小スペース化の傾向にある。したがって、エンジンルーム内の温度が高温になるのに加え、放電灯点灯装置１は発熱量の大きいエンジンのより近傍に配置されることとなり、より小型でかつ、より高温環境下でも放電灯Ｌａを安定点灯可能な放電灯点灯装置１が求められている。
【００９９】
また、前照灯１０に用いる放電灯点灯装置１の電源はバッテリーであるが、近年、数百Ｖもしくはそれ以上の電圧を使用するハイブリッド車や電気自動車が市場に投入され始め、バッテリーを含む数十Ｖ程度の低圧電源部は低容量化による小型化が加速する傾向にある。
【０１００】
したがって、放電灯点灯装置１においても、バッテリーの消費電流を低減することが重要な課題となっている。
【０１０１】
しかし、前照灯１０は、実施形態１〜３のうちいずれかの放電灯点灯装置１を備えているので、高温環境下での使用においても、電源電流Ｉｉｎの抑制し、放電灯点灯装置１や構成部品の熱ストレスによる破壊を防止しつつ、放電灯Ｌａの光束をより速やかに立ち上げることが可能となる。
【符号の説明】
【０１０２】
１    放電灯点灯装置
２    ＤＣ／ＤＣコンバータ部
３    インバータ部
４    イグナイタ部
５    制御部
６    電源電圧検出部
７    温度検出部
５１  電力目標記憶部
５２  最大電力制限部
５３  電流目標演算部
５４  誤差アンプ
Ｅ１  直流電源
Ｌａ  放電灯
【図１】
0005842131.tif 000002
【図２】
0005842131.tif 000003
【図３】
0005842131.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005842131.tif 000008
【図８】
0005842131.tif 000009
【図９】
0005842131.tif 000010
【図１０】
0005842131.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0005842131.tif 000013
【図１３】
0005842131.tif 000014
【図１４】
0005842131.tif 000015
【図１５】
0005842131.tif 000016
【図１６】
0005842131.tif 000017
【図１７】
0005842131.tif 000018
【図１８】
0005842131.tif 000019
【図１９】
0005842131.tif 000020
【図２０】
0005842131.tif 000021
【図２１】
0005842131.tif 000022
【図２２】
0005842131.tif 000023
【図２３】
0005842131.tif 000024
【図２４】
0005842131.tif 000025
【図２５】
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