(57)【要約】【課題】  イグナイタトランスを用いずにＨＩＤランプの放電始動を可能にし、かつ点灯動作において直流電源にかかる負担を軽減する。【解決手段】  直流電源と、この直流電源の電圧を一次側巻線の中間点に供給されるトランスと、この一次側巻線の両端にそれぞれ設けられ、直流電源から当該一次側巻線に流す電流をスイッチングする複数のスイッチング素子と、トランスの二次側巻線と並列なキャパシタを含む共振回路と、放電始動の初期時に共振回路の共振周波数と異なる任意の一定周波数で複数のスイッチング素子を駆動し、その後、共振周波数と当該共振周波数と異なる一定周波数で時分割して複数のスイッチング素子を駆動する制御回路と、二次側巻線と並列なキャパシタの両端に発生する直流電圧を昇圧して放電灯に印加する昇圧回路を備える。【選択図】        図１
2006324192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、
この直流電源の電圧を一次側巻線の中間点に供給されるトランスと、
このトランスの一次側巻線の両端にそれぞれ設けられ、前記直流電源から当該一次側巻線に流す電流をスイッチングする複数のスイッチング素子と、
前記トランスの二次側に二次側巻線と並列なキャパシタを含むインダクタとキャパシタで構成された共振回路と、
放電始動の初期時に前記共振回路の共振周波数と異なる任意の一定周波数で前記複数のスイッチング素子をオン・オフ駆動し、その後、前記共振周波数と当該共振周波数と異なる一定周波数で時分割して前記複数のスイッチング素子をオン・オフ駆動する制御回路と、
前記二次側巻線と並列なキャパシタの両端に発生する直流電圧を昇圧して前記放電灯に印加する昇圧回路を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
共振周波数と当該共振周波数と異なる一定周波数の時分割の割合は、任意の値としたことを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
【請求項３】
制御回路は、放電灯の放電開始後には共振周波数または当該共振周波数と異なる一定周波数により複数のスイッチング素子をオン・オフ駆動することを特徴とする請求項１または請求項２記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
放電灯の放電開始を検知する放電検知手段を備え、
制御回路は、この放電検知手段からの放電開始の検知信号に応答して複数スイッチング素子をオン・オフ駆動する周波数を切り替えることを特徴とする請求項３記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
放電灯の放電開始を検知する放電検知手段を備え、
制御回路は、放電始動の開始から所定時間経過前に前記放電検知手段が放電開始を検知しなかった場合には共振回路の共振周波数のみに切り替えて複数のスイッチング素子をオン・オフ駆動することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の放電灯点灯装置。
【請求項６】
放電検知手段は、共振回路の電流変化により放電開始を検知することを特徴とする請求項４または請求項５記載の放電灯点灯装置。
【請求項７】
直流電源電圧より高い電圧を保持する電圧保持回路と、
トランスの一次側巻線に供給する電圧を、直流電源の電圧または前記電圧保持回路の保持電圧に切り替えるスイッチ手段を備え、
制御回路は、放電始動時において、放電検知手段が放電開始を検知しない状態で所定時間が経過した場合で、かつ放電灯電圧が未だ所定電圧以内にある場合には、前記スイッチ手段を制御して前記一次側巻線に供給する電圧を前記直流電源の電圧から前記電圧保持回路の保持電圧に切り替えることを特徴とする請求項４記載の放電灯点灯装置。
【請求項８】
直流電源からトランスの一次側巻線に投入する電力をオン・オフする電力投入用スイッチング素子を備え、
制御回路は、過渡放電期間時において放電灯の放電がコールドスタートである場合に、前記直流電源から前記トランスへの電力投入を間欠的にし、前記直流電源から前記トランスへの電力投入がないときでも、トランス一次側で電流を環流させるよう前記電力投入用スイッチング素子と一次側巻線の両端に設けられた複数のスイッチング素子のオン・オフ駆動を制御することを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車の前照灯や移動可能な照明灯などに用いるＨＩＤランプを点灯させるための放電灯点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＨＩＤランプ（High Intensity Discharge：高輝度放電灯）は、近年自動車のヘッドライトへの使用が高まっているが、その点灯には、電源を自動車のバッテリとし、ＨＩＤランプの点灯を始動し維持する放電灯点灯装置を用いている（例えば特許文献１参照）。この放電灯点灯装置では、バッテリ（直流電源）の電圧をＤＣ−ＤＣ昇圧回路で昇圧し、ＤＣ−ＡＣインバータ回路で変換して４００Ｈｚ程度の低周波の交流を得て点灯を行うようにしている。ＨＩＤランプへの電力供給は、このように二段構成となっている。また、放電始動時には、イグナイタトランスとギャップスイッチを使用したイグニッション部により２０ｋＶ程度の高電圧パルスを発生させ、このパルスを印加してＨＩＤランプの点灯を行うようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３５２９８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のＨＩＤランプに対する放電灯点灯装置は、以上のように構成されているが、自動車のヘッドライト用の点灯装置としては容積が大型であり、またコスト高となっていた。したがって、車載用として、小型化と低コスト化を図る構成にすることが課題となっていた。そのため、特に、放電始動に用いるイグナイタトランスの削減が必要となっていた。
【０００５】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、イグナイタトランスを用いずにＨＩＤランプの放電始動を可能にし、かつ点灯動作において直流電源にかかる負担を軽減する放電灯点灯装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る放電灯点灯装置は、直流電源と、この直流電源の電圧を一次側巻線の中間点に供給されるトランスと、このトランスの一次側巻線の両端にそれぞれ設けられ、直流電源から当該一次側巻線に流す電流をスイッチングする複数のスイッチング素子と、トランスの二次側に二次側巻線と並列なキャパシタを含むインダクタとキャパシタで構成された共振回路と、放電始動の初期時に共振回路の共振周波数と異なる任意の一定周波数で複数のスイッチング素子をオン・オフ駆動し、その後、共振周波数と当該共振周波数と異なる一定周波数で時分割して複数のスイッチング素子をオン・オフ駆動する制御回路と、二次側巻線と並列なキャパシタの両端に発生する直流電圧を昇圧して放電灯に印加する昇圧回路を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、放電灯の放電始動時において、トランスの一次側のスイッチング周波数を、共振回路の共振周波数とこれとは異なる一定周波数の複数の周波数で交互に駆動するようにしたので、その間に直流電源から供給される電流あるいは電力を低減できると共に、放電灯の始動を確実に行うことができる効果がある。また、直流電圧で放電始動を行えるのでギャップスイッチとイグナイタトランスを用いず放電灯点灯装置を構成することができ、その分、小型化と低コスト化が図れる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
まず、ＨＩＤランプの点灯動作について説明すると、その動作は放電始動、放電開始、過渡放電期間、定常放電の順序で展開される。それぞれの動作状態におけるＨＩＤランプの負荷抵抗値は異なっているため、動作状態に合わせて電力を効率よく供給する必要がある。放電始動は、この発明の場合、放電開始となるまでＨＩＤランプにかける直流電圧を昇圧している期間のことを指す。従来の放電点灯装置では、イグナイタトランスを用いて発生させた２０ｋＶ程度のインパルス電圧で放電始動しているが、代わりに１０ｋＶ程度の直流電圧を印加することによっても、絶縁破壊して放電を開始することができる。ＨＩＤランプでは、放電を開始してからランプ内の状態が安定するまでの過渡放電期間が存在する。車載用ヘッドランプに使用する場合には、放電を持続し、短時間で急速に光束を立ち上げることが要求され、そのため過渡放電期間では十分に大きな電力を供給する必要がある。定常放電は、ＨＩＤランプの内部で安定した放電が行われて点灯している状態である。この期間には、一定の電力（例えば３５Ｗ）を効率よく供給する必要がある。
【０００９】
トランス２とスイッチング素子３，４からＤＣ／ＡＣ昇圧回路を構成している。トランス２の一次側巻線の中間点に直流電源１の電源電圧を印加し、トランス２の一次側巻線の両端と接地間に設けられたスイッチング素子３，４によって直流電源１から一次側巻線に電流を流すことにより、二次巻線側に昇圧した交流電圧を取り出す。この場合、スイッチング素子３，４は制御回路１１によりオン・オフ駆動される。直流電源１が車載用バッテリなどの場合には、その電源電圧にリップルが混入して変動しやすいため、その電流リプルを抑えるための平滑キャパシタ５が直流電源１とトランス２の間に設けられている。トランス２の巻線比は、例えば１：１：１７程度で、定常放電時に放電灯１０に必要な電圧を得ることができる値としているが、その他の巻線比としてもよい。また、このトランス２はプッシュプルトランスで、昇圧のための電圧供給を簡単な構成で行うことができる。スイッチング素子３，４には、ＭＯＳＦＥＴ、パワートランジスタ、ＩＧＢＴなどの電力用半導体パワーデバイスが用いられるが、ＳｉＣ、ＧａＮなどのワイドギャップ半導体で作成された電力用半導体パワーデバイスを用いてもよい。
【００１０】
トランス２の二次側巻線から放電灯１０の間には、インダクタ（インダクタンスＬｓ）６とキャパシタ（容量Ｃｓ）７が直列に設けられ、二次側巻線と並列にキャパシタ（容量Ｃｐ）８が設けられている。これらのインダクタ６とキャパシタ７，８で共振回路１２を構成している。共振回路１２を構成する受動素子の値は、例としてＬｓ＝０．３ｍＨ、Ｃｓ＝３ｎＦ、Ｃｐ＝３ｎＦが挙げられるが、その共振周波数が放電灯１０に供給する電力の駆動周波数に対応できれば他の値としてもよい。共振周波数の入力電圧が与えられた場合、共振回路１２はこれを最大に昇圧しキャパシタ８の両端から取り出すことができる。昇圧回路９は、キャパシタ８の両端に発生する交流電圧を入力とし、これを昇圧した直流電圧を放電灯１０の両端に供給するようにしている。この昇圧回路９は、例えば逓倍昇圧回路の一種である、所謂コッククロフト・ウォルトン回路（Cockcroft-Walton circuit）で構成されている。コッククロフト・ウォルトン回路では、コンデンサとダイオードの組み合わせを一段とし、その複数段を直列に構成して直流電圧を昇圧する。５段の組み合わせで入力電圧を約５倍の直流電圧に昇圧することができるため、キャパシタ８の電圧として、例えば２ｋＶ程度の電圧が得られれば、約１０ｋＶの電圧を放電灯１０に印加することができることになる。
【００１１】
次に、放電始動時の電圧昇圧に関して説明する。図２は実施の形態１に係る放電始動の動作手順を示すフローチャートである。
始動スイッチ（図示せず）をオンすることにより点灯指示を受けると（ステップＳＴ１）、制御回路１１は、ある一定周波数、例えば定常放電時の駆動周波数である８０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲でトランス２の一次側のスイッチング素子３，４のオン・オフ駆動を開始する（ステップＳＴ２）。放電灯１０が未だ消灯している段階では、放電灯１０のインピーダンスは数ＭΩ程度と高いので、トランス２の二次側はインダクタ６とキャパシタ８からなる直列共振回路とみなせる。この共振周波数は、インダクタ６とキャパシタ８の定数から規定され、例えば１５０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚとなる。制御回路１１から与えられる一定周波数は、この直列共振回路および共振回路１２の共振周波数とは周波数領域が異ならしめてある。そのため、一定周波数でスイッチング素子３，４をオン・オフ駆動してトランス２の二次側に交流電圧を発生させたとしても共振点から外れているため、キャパシタ８の両端電圧は共振回路１２によってたいして昇圧されない。
【００１２】
点灯指示から所定時間が経過したのち、制御回路１１は昇圧モードに移行する（ステップＳＴ３）。この場合、制御回路１１は所定時間をかけて一次側のスイッチング素子３，４をオン・オフ駆動するパルス周波数を後述するように変化させ、トランス２の二次側に共振回路１２の共振周波数（あるいは共振周波数の周波数でもよいが、この発明では、近傍の周波数を含め「共振周波数」として扱うものとする。）で電力が供給されるようにする。この時間は、点灯指示後、共振回路１２に電流が流れ始める期間であり、例えば数百μｓｅｃであれば十分である。ここで、トランス２の二次側に共振回路１２の電流を検知する回路を設け、制御回路１１が、その検知信号に基づいて、トランス２の二次側で共振回路１２の共振周波数が得られるまで一次側のスイッチング素子３，４をオン・オフ駆動するパルス周波数を変化させるようにしてもよい。
このようにして、トランス２の二次側に共振回路１２の共振周波数の電流が流れると、キャパシタ８にはその共振周波数のゲインに対応した電圧、例えば１〜３ｋＶが現れる。この電圧は昇圧回路９により１０ｋＶ程度の直流電圧にまで昇圧される。
【００１３】
上記のように昇圧モードに移行した場合には、制御回路１１は、共振回路１２の共振周波数とこれと異なる一定周波数で交互に、かつ任意の時間割合で時分割してスイッチング素子３，４をオン・オフ駆動する（ステップＳＴ４）。図３は昇圧モード時に観測したトランス２の一次側電流と放電灯１０の電圧を示し、制御回路１１が印加する周波数の切り替え割合による違いを表している。放電灯１０の電圧は、昇圧回路９で昇圧され成長する直流電圧分にスイッチング素子３，４によるスイッチング周波数が重畳された波形となる。図３（ａ）は、共振周波数と一定周波数の割合を１：１とした場合の波形である。時間割合にすると、０．５ｍｓと０．５ｍｓの間隔にした例である。このとき、放電灯１０に印加される直流電圧分は、スイッチング素子３，４を共振周波数で駆動したときに昇圧し、一定周波数で駆動したときにはほぼ保持されるが、このサイクルを繰り返すことで徐々に上昇していき、放電開始（図で電圧が０Ｖになった時）に至る。この期間の直流電源１からの直流電流は１１Ａ程度である。図３（ｂ）は、一定周波数と共振周波数の割合を１：４とした場合の波形であるが、その時間割合を、０．２ｍｓと０．８ｍｓの間隔にした例である。時間割合はその他の値としてもよい。この例でも、放電灯１０に印加される電圧は、共振周波数で駆動したときに昇圧し、一定周波数で駆動したときにはほぼ保持され、このサイクルを繰り返すことで徐々に上昇していき、放電開始に至っている。この期間の直流電源１からの電流は５Ａ程度と小さい値になる。また、図３（ｃ）は、共振周波数だけでイッチング素子３，４を駆動したときの波形である。放電灯１０に印加される直流電圧は単調に上昇し、放電始動に至っている。この期間の直流電源１からの電流は２０Ａ以上の値になる。このように、共振周波数と一定周波数を印加する割合を調整することにより、一次側から供給される電流の値を変えることができ、直流電源１からの電流を低減することができる。
【００１４】
放電灯１０が放電を開始すると、放電による電流が流れ、ランプインピーダンスが急激に下がる。また、放電開始直後にはトランス２の二次側回路に大きな電流が流れる。この電流変化を検出することにより、放電開始を検知する（ステップＳＴ５）。放電開始を検知すると、その検知信号を受けて、制御回路１１は放電始動の制御を終了し、過渡放電期間を経て定常放電の制御へと移行する（ステップＳＴ６）。過渡放電期間には、制御回路１１は一定周波数か共振周波数のいずれか一方の周波数でスイッチング素子３，４を駆動する。これにより、ランプ内の状態を安定させることができる。
なお、放電検知に関しては、図４に示すように放電時の多大なランプ電流を検知することで放電開始と判断すればよい。これは、トランス２の二次側の回路において、放電灯１０近傍に放電検知手段として、例えばカレントトランスのような電流センシング部を設けることで実現できる。また、放電検知の他の方法として、放電開始による放電灯１０の光を光センサで検知するようにしてもよい。
【００１５】
図３に戻ってみると、横軸は点灯指示からの時間経過を示しているが、制御回路１１からの周波数割合に応じて、昇圧にかかる時間が各図で異なっている。すなわち、共振周波数でスイッチング素子３，４をオン・オフ駆動する駆動割合を少なくすると、昇圧時間が長くなっていることが分かる。このことは、点灯指示から放電開始までの時間、すなわち放電始動を調整することが可能であることを示している。したがって、点灯指示からある時間が経過した後に、放電開始がない場合に、共振周波数での駆動割合を増やすように切り替えてやれば、速やかに放電開始に至らしめることが可能となる。この機能を取り入れた一連の動作手順を図５のフローチャートに示す。
【００１６】
図５の動作手順は図２の動作手順にステップＳＴ４１〜ＳＴ４４を追加したものあり、追加した部分の動作について主に説明する。
ステップＳＴ４において、共振回路１２の共振周波数とこれと異なる一定周波数で交互に、かつ任意の時間割合で時分割してスイッチング素子３，４がオン・オフ駆動されることにより、放電灯１０に与えられる電圧が徐々に上昇していく。制御回路１１では、ステップＳＴ１の始動スイッチのオン時からの経過時間が所定時間、例えば１００ｍｓ以内にあるか否かを監視する（ステップＳＴ４１）。所定時間内で放電検知手段により放電開始を検知した場合には過渡放電期間を経て、定常放電へ切り替える（ステップＳＴ６）。一方、放電開始が無く所定時間を超えた場合、制御回路１１は直ちにスイッチング素子３，４のオン・オフ駆動を共振周波数のみの駆動に切り替える（ステップＳＴ４２）。その後、直ちに放電検知手段により放電開始が検知された場合（ステップＳＴ４３）にはステップＳＴ６に移る。しかし、放電開始の検知が無い場合には、点灯始動失敗となり、警告を表示する（ステップＳＴ４４）。
【００１７】
以上のように、この実施の形態１によれば、トランス２と一次側のスイッチング素子３，４から構成されるＤＣ／ＡＣ昇圧回路により、直流電源１の電圧を放電始動を行う交流電圧まで昇圧し、トランスの二次側のインダクタとキャパシタで構成された共振回路１２により、ＤＣ／ＡＣ昇圧回路で昇圧された交流電圧の共振周波数成分を昇圧し、そのときのキャパシタに発生する直流電圧を昇圧回路９によりＤＣ／ＤＣ昇圧して放電灯に印加し、放電始動を行う。この場合、スイッチング素子３，４は、制御回路１１から共振周波数とこの周波数とは異なる一定周波数が時分割で与えられることによりオン・オフ駆動される。共振周波数と異なる一定周波数の電流が一次側に印加されたときには、共振回路１２で得られる電圧は低いが、共振周波数の電流が印加されたときには共振回路１２で得られる電圧は十分高い電圧となる。交互に得られる高い電圧と低い電圧を昇圧回路９で昇圧することで放電灯１０へ印加する直流電圧が除々に上昇していき放電開始に導くことができる。
したがって、１０ｋＶ程度の直流電圧で放電灯を放電始動できるようにしたので、従来の２０ｋＶ程度の短パルス高電圧によって放電始動させるギャップスイッチとイグナイタトランスを削減することができ、小型化と低コスト化を実現できる。また、直流電源が車載バッテリの場合、１２Ｖ電圧から、放電灯が放電開始する１０ｋＶ程度の直流電圧を発生させることになるが、スイッチング素子３，４のオン・オフ駆動の周波数を時分割で調整しているので、放電始動時に直流電源からの電流あるいは電力を低くすることができ、バッテリへの負担を抑え、またバッテリから車載機器への経路中に設置されているヒューズの定格電流以下で動作させることができる。
【００１８】
実施の形態２．
図６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。この図の回路構成は、図１の回路に対して、トランス２の一次側に直流電源１の電圧Ｖ１より高い電圧Ｖ２を保持する電圧保持回路２１と、その保持電圧の印加を制御するためのスイッチ素子（スイッチ手段）２２，２３を付加したものである。
電圧保持回路２１は、例えばこの出願人による出願である特願２００４−２６８７５９号に記載された始動補助回路などで構成すればよい。具体的には、
放電始動時に図１のトランス２の一次側巻線の両端に発生する昇圧電圧を整流してキャパシタに充電しておく構成である。また、一次側巻線にさらに巻き上げた巻線を設けて、その昇圧電圧を整流する構成としてもよい。さらに、別の構成として、直流電源１の電圧Ｖ１を単独の昇圧回路で昇圧してキャパシタに充電するようにしてもよい。このタイプの回路では、放電始動時と関係無い時に昇圧、充電しておくことで、放電始動時における直流電源１の負担を軽くすることができる。なお、直流電源１の電圧Ｖ１に対し電圧保持回路２１の保持電圧Ｖ２は、例えば２倍に設定しておく。自動車のバッテリの場合、例えばＶ１＝１２Ｖであるので、Ｖ２＝２４Ｖになる。
【００１９】
図７は実施の形態２に係る放電始動の動作手順を示すフローチャートである。図７の動作手順は図２の動作手順にステップＳＴ７１〜ＳＴ７６を追加したものあり、追加した部分の動作について主に説明する。
始動スイッチのオン時にはスイッチ素子２２はオフ、スイッチ素子２３はオン状態におかれる。やがて、ステップＳＴ４において、共振回路１２の共振周波数とこれと異なる一定周波数で交互に、かつ任意の時間割合で時分割してスイッチング素子３，４がオン・オフ駆動されることにより、放電灯１０に与えられる電圧が徐々に上昇していく。制御回路１１では、ステップＳＴ１の始動スイッチのオン時からの経過時間が所定時間、例えば１００ｍｓ以内にあるか否かを監視する（ステップＳＴ７１）。放電検知手段が放電開始を検知しない状態で所定時間が経過した場合、このときの放電灯電圧ＶＬが所定電圧（例えば５ｋＶ）以内かどうかを調べる（ステップＳＴ７２）。所定電圧以内に無い場合、点灯始動失敗となり、警告を表示する（ステップＳＴ７３）。一方、所定電圧以内にある場合、制御回路１１はスイッチ素子２２をオンにすると共に、スイッチ素子２３をオフに切り替え、トランス２の一次側巻線に供給していた直流電源１の電圧Ｖ１を電圧保持回路２１の保持電圧Ｖ２に切り替える（ステップＳＴ７４）。電圧Ｖ１より高い保持電圧Ｖ２で一次側に電流を流すことにより二次側の昇圧電圧がこれまで以上に上昇し、しいては放電灯電圧も上昇することになる。その後、直ちに放電検知手段により放電開始が検知された場合（ステップＳＴ７５）には、ステップＳＴ６に移る。しかし、放電開始の検知が無い場合には、点灯始動失敗となり、警告を表示する（ステップＳＴ４４）。なお、放電開始後一定時間経過後、制御回路１１はスイッチ素子２２をオフにすると共に、スイッチ素子２３をオンに戻し、直流電源１の電圧Ｖ１で放電灯を点灯維持する。これにより放電始動が遅い放電灯に対しても容易に放電開始に導くことが可能となる。
【００２０】
以上のように、この実施の形態２によれば、直流電源電圧より高い電圧を保持する電圧保持回路２１と、電圧を切り替えるスイッチ手段２２，２３を備え、制御回路１１により、放電始動時において、放電検知手段が放電開始を検知しない状態で所定時間が経過した場合で、かつ放電灯電圧が未だ所定電圧以内にある場合には、スイッチ手段２２，２３を制御して、一次側巻線に供給する電圧を直流電源１の電圧Ｖ１から、これよりも高い電圧保持回路２１の保持電圧Ｖ２に切り替えるようにしている。したがって、放電開始電圧が規格の若干高めの放電灯を使用した場合、あるいは自動車のバッテリ電圧が低下した場合などにおいても放電始動を確実に行うことができるようになる。
【００２１】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３による放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。この図の回路構成は、図１の回路の直流電源１とトランス２の一次側との間にスイッチング素子（電源投入用スイッチング素子）１４を付加したものである。また、図９に動作時の電流の形成状態を等価回路で示す。
ＨＩＤランプは、消灯後からの経過時間の長さによって、放電始動開始直後の抵抗値が異なっており、必要とされる供給電力が異なる。消灯後、短時間経過で点灯始動する場合をホットスタートといい、点灯始動直後のＨＩＤランプの抵抗値は数百Ωである。一方、消灯後長時間経過してから点灯始動する場合をコールドスタートといい、放電始動開始直後のＨＩＤランプの抵抗値は数十Ωと低い値である。この実施の形態３では、コールドスタート時の過渡放電期間における電力供給を効率よく行うことについて提案する。
【００２２】
電力を効率よく負荷に供給するためには、トランス２の一次側において、スイッチング損失とスイッチの導通損失を低減する必要がある。具体的には、図９（ａ）に示すように、まずスイッチング素子１４をオンにする。このとき、スイッチング素子３、あるいはスイッチング素子４のいずれかをオンにして直流電源１からの電力を供給する。一定時間スイッチング素子１４をオンにした後に、図９（ｂ）に示すように、スイッチング素子１４をオフにする。その後、スイッチング素子３，４を同時にオンにして、トランス２の一次側巻線に蓄積された電荷による電流を一次側巻線、スイッチング素子３，４を通して環流させる。このことにより、いずれの場合にもトランス２の一次側回路に電流が流れるため、トランス２の二次側においても二次側巻線、インダクタ６、キャパシタ７，８および放電灯１０を含む全ての回路部分に電流が流れる。以上の動作を繰り返すことにより、スイッチング素子１４がオフとなって、直流電源１からの電力供給が途絶えている期間においてもトランス２の二次側には電流を流し続けることができる。
なお、スイッチング素子１４のオン・オフ駆動する周波数は、共振回路１２の共振周波数と合うように設定する。また、スイッチング素子１４のオン・オフ動作を行う期間とオン状態のままとする期間を設けて交互に行うようにしてもよい。このオン状態のままとするときには、共振回路１２の共振周波数と異なる一定周波数で駆動してもよいし、あるいは共振周波数と一定周波数とで交互に駆動するようにしてもよい。
【００２３】
図１０は過渡放電期間における動作手順を示すフローチャートで、例えば図２のステップＳＴ６の詳細動作例に相当する。
昇圧された直流電圧が印加されて放電灯１０が点灯されると、数百マイクロ秒の過渡放電期間に入る（ステップＳＴ６１）。この場合、放電灯１０の状態がコールドスタートに相当するか否かを判断する（ステップＳＴ６２）。具体的には、放電灯１０のインピーダンスが低いと判断すると、上述してきた低負荷時電力供給動作を行う（ステップＳＴ６３）。そして、この過渡放電期間後、定常放電に移行する。一方、ステップＳＴ６２でホットスタートと判断された場合には、そのまま定常放電に移る。
【００２４】
以上のように、直流電源１からの電力供給を間欠的にしながら、トランス２の二次側回路に電力を供給し続けることができるので、コールドスタートの過渡放電期間における低負荷時において、効率のよい電力供給を行うことができる。具体的には、コールドスタート時の過渡放電期間に、放電灯１０に７０Ｗ程度の電力を供給して放電を持続し、光束を迅速に立ち上げる。また、スイッチング素子１４のゲート信号がオフのとき、トランス２の一次側に流れる電流が小さくなり、導通損失が少なくなる。さらに、スイッチング素子３，４で電流が環流する期間があるので、スイッチング素子１４，３，４のスイッチング回数が減るため、スイッチング損失も少なくなる。
【００２５】
以上のように、この実施の形態３によれば、直流電源１からトランス２の一次側巻線に投入する電力をオン・オフする電力投入用スイッチング素子１４を設け、制御回路１１により、過渡放電期間時において放電灯１０の放電がコールドスタートである場合に、直流電源１からトランス２への電力投入を間欠的にし、直流電源１からトランス２への電力投入がないときでも、トランス２の一次側で電流を環流させるよう電力投入用スイッチング素子１４と一次側巻線の両端に設けられた複数のスイッチング素子３，４のオン・オフ駆動を制御するようにしている。したがって、消灯後、長時間経過したＨＩＤランプに対して、再点灯させる際、放電始動後の過度放電期間にＨＩＤランプに効率よく電力供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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】この発明の実施の形態１に係る放電始動の動作手順を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１に係る昇圧時における一次側電流と放電灯の電圧を示すタイムチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１に係る放電始動時のランプ電流と始動検知信号を示すタイムチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１に係る放電始動の他の動作手順を示すフローチャートである。
【図６】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７】この発明の実施の形態２に係る放電始動の動作手順を示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態３による放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係る動作時の電流形成状態を等価回路で示す回路図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係る過渡放電期間の動作手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２７】
１  直流電源、２  トランス、３，４  スイッチング素子、５  平滑キャパシタ、６  インダクタ、７，８  キャパシタ、９  昇圧回路、１０  放電灯、１１  制御回路、１２  共振回路、１４  スイッチング素子（電源投入用スイッチング素子）、２１  昇圧電圧保持回路、２２，２３  スイッチ素子（スイッチ手段）。
【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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【図９】
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【図１０】
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