(57)【要約】【課題】ＤＣ／ＡＣインバータ２０を用いた放電ランプ点灯装置において、インバータ周波数よりも高速の乗法演算を実行することなく、平均ランプ電力値を一定に保ち、メタルハライドランプ４０から放射される光束を一定に保つように制御する。【解決手段】ＤＣ／ＡＣインバータ２０から出力される２次電圧及び２次電流にそれぞれ比例する２次電圧検出値と２次電流検出値を検出し、これらの値を加算した和の絶対値を時間平均した値である電圧電流結合値と、ＤＣ／ＡＣインバータ２０に入力されるバッテリー１０の直流電圧と２次電流に応じて設定する電圧電流結合値の目標値との誤差が小さくなるようにＤＣ／ＡＣインバータ２０を制御するようにしたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源からの直流電力を入力として放電ランプを点灯する交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータ及び、上記交流電力を入力として上記放電ランプを始動させる高電圧を出力するイグナイタ回路部を備えた放電ランプ点灯装置において、上記ＤＣ／ＡＣインバータの出力電圧である２次電圧及び出力電流である２次電流にそれぞれ比例する２次電圧検出値及び２次電流検出値を検出し、上記２次電圧検出値と上記２次電流検出値を加算した和の絶対値を時間平均した値である電圧電流結合値を算出する電圧電流結合値算出手段及び、上記直流電源の直流電圧と上記２次電流に応じて上記電圧電流結合値の目標値である目標電圧電流結合値を設定する目標電圧電流結合値設定手段を備え、上記電圧電流結合値と上記目標電圧電流結合値との誤差が小さくなるように上記ＤＣ／ＡＣインバータを制御することを特徴とする放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
直流電源からの直流電力を入力とし、トランス及び上記トランスの１次側への上記直流電源からの直流電圧の印加をオン、オフさせて放電ランプを点灯する交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータ及び、上記交流電力を入力として上記放電ランプを始動させる高電圧を出力するイグナイタ回路部を備えた放電ランプ点灯装置において、上記ＤＣ／ＡＣインバータの出力電圧である２次電圧及び出力電流である２次電流にそれぞれ比例する２次電圧検出値及び２次電流検出値を検出し、上記トランスの１次側への上記直流電圧の印加が上記オンとなっているオン期間における上記２次電圧検出値及び上記２次電流検出値のそれぞれの絶対値を、少なくとも１以上の上記オン期間に渡って時間平均したオン期間平均２次電圧検出値及びオン期間平均２次電流検出値、上記トランスの１次側への上記直流電圧の印加が上記オフとなっているオフ期間における上記２次電圧検出値及び上記２次電流検出値のそれぞれの絶対値を、少なくとも１以上の上記オフ期間に渡って時間平均したオフ期間平均２次電圧検出値及びオフ期間平均２次電流検出値を算出し、上記オン期間平均２次電圧検出値と上記オン期間平均２次電流検出値の積と上記オフ期間平均２次電圧検出値と上記オフ期間平均２次電流検出値の積の差と、あらかじめ定めた目標値との誤差が小さくなるように、上記ＤＣ／ＡＣインバータを制御することを特徴とする放電ランプ点灯装置。
【請求項３】
直流電源からの直流電力を入力として放電ランプを点灯する交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータ及び、上記交流電力を入力として上記放電ランプを始動させる高電圧を出力するイグナイタ回路部を備えた放電ランプ点灯装置において、上記ＤＣ／ＡＣインバータの出力電圧である２次電圧及び出力電流である２次電流にそれぞれ比例する２次電圧検出値及び２次電流検出値を検出し、上記２次電圧検出値と上記２次電流検出値を加算した和の絶対値を時間平均した値である電圧電流結合値を算出する電圧電流結合値算出手段及び、上記２次電圧検出値の絶対値を時間平均した値である平均２次電圧検出値を算出する平均２次電圧検出値算出手段を備え、上記電圧電流結合値と上記平均２次電圧検出値の差と、あらかじめ定めた目標値との誤差が小さくなるように、上記ＤＣ／ＡＣインバータを制御することを特徴とする放電ランプ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車のヘッドライト等の光源に用いられる放電ランプの点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放電ランプを自動車のヘッドライト等の光源として使用する場合、放電ランプから放射される光束を一定に保つように制御することが必要であり、そのために通常、放電ランプの消費電力（以下、ランプ電力、と記す。）を一定に保つように制御することが行われる。ランプ電力は、放電ランプの両端の電極間（以下、ランプ電極間、と記す。）の電圧（以下、ランプ電圧、と記す。）と放電ランプに流れる電流（以下、ランプ電流、と記す。）の積に等しい。一般的に、ランプ電流、ランプ電圧は時間的に変動するので、ランプ電圧とランプ電流の積を時間平均したランプ電力（以下、平均ランプ電力値、と記す。）を一定に保つように制御する。ランプ電圧とランプ電流を直接検出できれば、これらの検出値から平均ランプ電力値を算出することができる。
【０００３】
しかし、メタルハライドランプをはじめとする高輝度放電ランプ等では、点灯を開始する時（以下、ランプ始動時、と記す。）に、ランプ電極間に、放電ランプ内部におけるランプ電極間の絶縁破壊電圧を越える高電圧を印加する必要があり、例えば自動車のヘッドライトに用いられるメタルハライドランプにあっては、約２０ｋＶの高電圧を印加する必要がある。よって、平均ランプ電力値を算出するために、ランプ電圧を直接検出しようとすると、高耐圧の電圧計が必要になり、回路体積の増加、コストの増大等の問題点がある。
【０００４】
従来の放電ランプの点灯装置では、直流電源をＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧し、この昇圧された直流の出力電圧をスイッチング素子によって矩形波状に交流化して、放電ランプに印加しているが（例えば、特許文献１参照。）、その周波数は数百Ｈｚ程度と低周波であるため、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧と出力電流の積（以下、出力電力、と呼ぶ。）が、ランプ電力にほぼ等しい。即ち、出力電力を一定に保つように制御すれば、ランプ電力も一定に保つことができる。ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧、出力電流は、緩やかには変動するものの、それぞれ直流電圧、直流電流とみなすことができるから、出力電力の算出は応答の遅い安価なマイクロコンピュータで容易に算出できる。よって、高輝度放電ランプのようにランプ始動時に高電圧を印加する必要のある放電ランプの点灯装置においても、ランプ始動時の高電圧が印加されないＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧及び出力電流を測定し、この測定結果をもとに出力電力を求め、これを一定に保つように制御することによって、上記問題点を回避していた。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５２９８９号公報（第２−３頁、第１３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、放電ランプの点灯装置をさらに小型化、低コスト化する目的から、直流電源からの直流電力をＤＣ／ＡＣインバータを用いて高周波の交流電力に変換し、高周波で放電ランプを点灯させる方法が用いられるようになってきている。ＤＣ／ＡＣインバータを構成するトランスは、周波数が高いほど小型化できるものの、周波数が高いほどトランスにおける損失も大きくなる。従って、周波数は電源の効率、装置の大きさ、コスト等の要因を考慮して設定する必要があり、例えば、自動車のヘッドライトに用いられるメタルハライドランプの点灯装置においては、１００ｋＨｚ付近の周波数が使用されることが多い。
【０００７】
高輝度放電ランプのようにランプ始動時に高電圧を印加する必要のある放電ランプの点灯装置には、ランプ始動時の高電圧を発生させるためのイグナイタ回路が具備されており、このイグナイタ回路を構成するイグニッションコイルは放電ランプと直列に接続される。イグニッションコイルのリアクタンス成分は、周波数が高くなるほど大きくなり、ランプ電圧、ランプ電流に及ぼす影響も大きくなる。つまり、１００ｋＨｚ付近の周波数においては、ＤＣ／ＡＣインバータの出力電流（以下、２次電流、その値を２次電流値と記す。）とランプ電流は同一と見なすことが出来るものの、ＤＣ／ＡＣインバータの出力電圧（以下、２次電圧、その値を２次電圧値と記す。）とランプ電圧は大きく異なったものとなる。従って、２次電圧及び２次電流を検出して、それぞれの値（以下それぞれ、２次電圧検出値、２次電流検出値、と記す。それぞれ２次電圧値、２次電流値に比例する値。）を２次電圧値及び２次電流値（以下それぞれ、２次電圧測定値、２次電流測定値、と記す。）に換算し、次に２次電圧測定値及び２次電流測定値のそれぞれの絶対値を時間平均した平均２次電圧値、平均２次電流値を算出し、これらの積を求めたとしても、平均ランプ電力値とは大きく異なってしまい、平均ランプ電力値を一定に保つための制御の目的には使用できない。
【０００８】
例えば、２次電圧測定値と２次電流測定値の積を算出してから１周期に渡って時間平均すれば、ＤＣ／ＡＣインバータから出力される電力のうち無効電力成分が消去されて、有効電力成分である平均ランプ電力値を求めることができるが、前記のようにＤＣ／ＡＣインバータから出力される交流電力の電源としての周波数（以下、インバータ周波数、と記す。）は１００ｋＨｚ付近の高い周波数であり、その１周期の時間を更に分割した時間単位で乗法演算をしなければならず、非常に高速の乗法演算が必要となり、安価なマイクロコンピュータや演算増幅器などでは実現できないという問題点があった。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、２次電圧検出値又は２次電圧測定値と２次電流検出値又は２次電流測定値との積を求める乗法演算をインバータ周波数よりも高速で実行することなく、他の演算方法によって２次電圧検出値及び２次電流検出値から得られる演算結果を用いて、平均ランプ電力値を一定に保ち、放電ランプから放射される光束を一定に保つように制御する放電ランプ点灯装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る放電ランプ点灯装置は、ＤＣ／ＡＣインバータから出力される２次電圧及び２次電流にそれぞれ比例する２次電圧検出値と２次電流検出値を加算した和の絶対値を時間平均した値である電圧電流結合値と、ＤＣ／ＡＣインバータに入力される直流電圧と２次電流に応じて設定する電圧電流結合値の目標値との誤差が小さくなるようにＤＣ／ＡＣインバータを制御するようにしたものである。
【００１１】
この発明に係る放電ランプ点灯装置は、ＤＣ／ＡＣインバータから出力される２次電圧及び２次電流にそれぞれ比例する２次電圧検出値及び２次電流検出値を検出し、ＤＣ／ＡＣインバータトランスの１次側への直流電圧の印加がオンとなっているオン期間における２次電圧検出値及び２次電流検出値のそれぞれの絶対値を、少なくとも１以上のオン期間に渡って時間平均したオン期間平均２次電圧検出値及びオン期間平均２次電流検出値、ＤＣ／ＡＣインバータトランスの１次側への直流電圧の印加がオフとなっているオフ期間における２次電圧検出値及び２次電流検出値のそれぞれの絶対値を、少なくとも１以上のオフ期間に渡って時間平均したオフ期間平均２次電圧検出値及びオフ期間平均２次電流検出値を算出し、オン期間平均２次電圧検出値とオン期間平均２次電流検出値の積とオフ期間平均２次電圧検出値とオフ期間平均２次電流検出値の積の差と、あらかじめ定めた目標値との誤差が小さくなるように、ＤＣ／ＡＣインバータを制御するようにしたものである。
【００１２】
この発明に係る放電ランプ点灯装置は、ＤＣ／ＡＣインバータから出力される２次電圧及び２次電流にそれぞれ比例する２次電圧検出値と２次電流検出値を加算した和の絶対値を時間平均した値である電圧電流結合値と、２次電圧検出値の絶対値を時間平均した値である平均２次電圧検出値の差と、あらかじめ定めた目標値との誤差が小さくなるように、ＤＣ／ＡＣインバータを制御するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、２次電圧検出値と２次電流検出値を加算した和の絶対値を時間平均した値である電圧電流結合値を制御パラメータとし、ＤＣ／ＡＣインバータに入力される直流電圧と２次電流に応じて設定した電圧電流結合値の目標値との誤差を小さくするようにＤＣ／ＡＣインバータを制御するようにしたので、高速の演算をする必要がなく、安価な素子を用いて、放電ランプの消費電力を一定に保つ放電ランプ点灯装置を得ることができる。
【００１４】
この発明によれば、２次電圧検出値及び２次電流検出値のそれぞれの絶対値を、オン期間とオフ期間のそれぞれにおいて時間平均したオン期間平均２次電圧検出値、オフ期間平均２次電圧検出値、オン期間平均２次電流検出値及びオフ期間平均２次電流値を算出し、オン期間平均２次電圧検出値と上記オン期間平均２次電流検出値の積と上記オフ期間平均２次電圧検出値と上記オフ期間平均２次電流検出値の積の差と、あらかじめ定めた目標値との誤差を小さくするようにＤＣ／ＡＣインバータを制御するようにしたので、高速の演算をする必要がなく、安価な素子を用いて、放電ランプの消費電力を一定に保つ放電ランプ点灯装置を得ることができる。
【００１５】
この発明によれば、２次電圧検出値と２次電流検出値を加算した和の絶対値を時間平均した値である電圧電流結合値と２次電圧検出値の絶対値を時間平均した平均２次電圧検出値の差と、あらかじめ定めた目標値との誤差を小さくするようにＤＣ／ＡＣインバータを制御するようにしたので、高速の演算をする必要がなく、安価な素子を用いて、放電ランプの消費電力を一定に保つ放電ランプ点灯装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による放電ランプ点灯装置を示す回路図であり、自動車のヘッドライトに使用するものである。直流電源である自動車に搭載されたバッテリー１０に、ＤＣ／ＡＣインバータ２０が接続されている。ＤＣ／ＡＣインバータ２０は、バッテリー１０から供給される直流電圧をスイッチングするパワートランジスタ２２及び２４、パワートランジスタ２２及び２４を駆動するゲート信号を供給するドライバ２６、スイッチングされた電圧を昇圧するためのＤＣ／ＡＣインバータトランス２７から構成されている。ＤＣ／ＡＣインバータトランス２７は、中間点に端子を有する１次側コイル２８と２次側コイル２９から構成されている。
【００１７】
ＤＣ／ＡＣインバータトランス２７の２次側コイル２９には、イグナイタ回路部３０、放電ランプであるメタルハライドランプ４０及び共振用コンデンサ４２が接続されている。イグナイタ回路部３０は、ランプ始動時の高電圧を発生させる回路部であり、イグニッショントランス３２、ギャップスイッチ３４、ダイオード３６、抵抗３７、コンデンサ３８から構成されている。共振用コンデンサ４２は、メタルハライドランプ４０を１００ｋＨｚ程度の高周波で点灯したときに、その周波数において共振用コンデンサ４２とイグニッショントランス３２のイグニッションコイルによりＬＣ共振が起こるように容量を設定して、イグニッションコイルのインダクタンスによる影響を軽減して、メタルハライドランプ４０に効率よく電力を供給するためのものである。
【００１８】
ＤＣ／ＡＣインバータトランス２７の２次側コイル２９とイグナイタ回路部３０の間には、ＤＣ／ＡＣインバータトランス２７の２次側コイル２９から供給される２次電流を検出するカレントトランス５０が接続されている。カレントトランス５０は、１次側コイル５２と２つの２次側コイル５４及び５５から構成されている。２次側コイル５４及び５５には、それぞれ抵抗５６及び５７が並列に接続されており、抵抗５６及び５７の両端には、２次電流検出値である２次電流に比例した電圧が発生し、それぞれ２次電流を検出する２次電流検出回路を構成する。
【００１９】
ランプ始動時以外は、イグナイタ回路部３０のダイオード３６、抵抗３７、コンデンサ３８の経路では電流が流れないので、２次電流とランプ電流は等しいものとしてよい。また、ＤＣ／ＡＣインバータトランス２７の二次側には、２次側コイル２９よりも巻線数が少なく、２次電圧検出値である２次電圧に比例した電圧が発生するもう１つの２次側コイル５８が配置され、２次電圧を検出するポテンシャルトランスを構成する。
【００２０】
ダイオード７１〜７４及びダイオード７６〜７９はそれぞれ全波整流回路を構成しており、接続部７５ａ及び７５ｂ、接続部８０ａ及び８０ｂがそれぞれ入力側、接続部７５ｃ及び７５ｄ、接続部８０ｃ及び８０ｄがそれぞれ出力側である。全波整流回路は、入力側に印加された電圧の絶対値を出力側に出力する機能を有する。接続部７５ａと接続部７５ｂの間には、２次側コイル５４と抵抗５６が並列接続された２次電流検出回路（以下、２次電流検出回路Ａ、と記す。）が接続されている。接続部８０ａと接続部８０ｂの間には、２次側コイル５８と、２次側コイル５５と抵抗５７が並列接続された２次電流検出回路（以下、２次電流検出回路Ｂ、と記す。）が直列接続されている。
【００２１】
従って、ダイオード７１〜７４から構成される全波整流回路の入力側には、２次電流検出回路Ａで検出された２次電流検出値に相当する電圧が印加され、ダイオード７６〜７９から構成される全波整流回路の入力側には、２次電圧検出値と２次電流検出回路Ｂで検出された２次電流検出値とを加算した値（以下、電圧電流加算値、と記す。）に相当する電圧が印加される。なお、電圧電流加算値の絶対値を時間平均すると電圧電流結合値が得られる。
【００２２】
ここで、２次電圧検出値が２次電圧値のＰ倍、２次電流検出回路Ｂで検出された２次電流検出値が２次電流値のＱ倍であり、よって、電圧電流加算値がＰ×２次電圧値＋Ｑ×２次電流値となる場合のＰ／Ｑの値を電圧電流加算比率と定義する。電圧電流加算比率は、２次側コイル５８の巻線数、２次側コイル５５の巻線数、抵抗５７の抵抗値を変えることによって適当に設定することができる。ここでは、電圧電流加算比率はメタルハライドランプ４０の定常放電状態での抵抗値（以下、ランプ抵抗値、と記す。）の代表的な値の逆数（例えば、１／２１０）としている。
【００２３】
ダイオード７１〜７４で構成される全波整流回路の出力側においては、接続部７５ｃはアースに接続され、接続部７５ｄには抵抗８１と、抵抗８２とコンデンサ８３を直列接続した積分回路が、アースとの間に接続されている。従って、コンデンサ８３の電位は、２次電流検出回路Ａで検出される２次電流検出値の絶対値を時間平均した値に相当する。一方、ダイオード７６〜７９で構成される全波整流回路の出力側においては、接続部８０ｄはアースに接続され、接続部８０ｃには抵抗８５と、抵抗８６とコンデンサ８７を直列接続した積分回路が、アースとの間に接続されている。従って、コンデンサ８７の電位は、電圧電流加算値の絶対値を時間平均した値である電圧電流結合値に相当する。よって、２次側コイル５８により構成されるポテンシャルトランス、２次側コイル５５と抵抗５７が並列接続された２次電流検出回路Ｂ、ダイオード７６〜７９で構成される全波整流回路、抵抗８５、及び抵抗８６とコンデンサ８７からなる積分回路により構成される回路部分が、電圧電流結合値を算出する電圧電流結合値算出手段８８に相当する。
【００２４】
抵抗８２とコンデンサ８３の接続点はマイクロコンピュータ９０に接続されており、マイクロコンピュータ９０に、２次電流検出回路Ａで検出された２次電流検出値の絶対値を時間平均した値が入力され、マイクロコンピュータ９０によって平均２次電流値に換算される。抵抗８６とコンデンサ８７の接続点は演算増幅器９２の反転入力端子に接続されており、演算増幅器９２に電圧電流結合値が入力される。演算増幅器９２の反転入力端子と出力端子の間には抵抗９４とコンデンサ９６が直列接続されて、帰還回路を構成している。また演算増幅器９２の出力端子は、抵抗９８を介してアースに接続されるとともに、ダイオード１００を介して、比較演算器１０２の非反転入力端子に接続されている。演算増幅器９２の非反転入力端子はマイクロコンピュータ９０と接続されている。
【００２５】
比較演算器１０２の、非反転入力端子は、抵抗１０４を介して電源１０５に接続されるとともに、抵抗１０６を介してアースに接続されている。比較演算器１０２の反転入力端子は三角波発生部１０８の出力端子と接続されている。三角波発生部１０８の入力端子はマイクロコンピュータ９０と接続されている。三角波発生部１０８は、マイクロコンピュータ９０からの指示によって、基準三角波を発生し、比較演算器１０２に対して出力する。比較演算器１０２の出力端子は抵抗１１０を介して電源１１２に接続されるとともに、ドライバ２６と接続されている。演算増幅器９２、比較演算器１０２を含む誤差増幅部１１５は、電圧電流結合値算出手段８８から入力される電圧電流結合値とマイクロコンピュータ９０から入力される値の誤差を増幅して、この誤差に比例した長さの時間パルス信号を出力する機能を有する回路部である。電圧計１２０の測定端子はバッテリー１０の両端に接続され、出力端子はマイクロコンピュータ９０と接続されている。
【００２６】
次に、メタルハライドランプ４０が非点灯状態から、放電を開始し、定常放電状態に至るまでの動作を説明する。自動車の運転手がヘッドライトを点灯する操作を行うと、ドライバ２６に動作開始の指示が送られ、ドライバ２６が動作を開始して、パワートランジスタ２２及び２４にゲート信号を出力する。ここで、ドライバ２６、パワートランジスタ２２及び２４の動作を、図２に示す波形図をもとに説明する。図２において、波形１２１及び１２２は、それぞれパワートランジスタ２２及び２４のゲートに入力されるゲート信号をそれぞれ表している。
【００２７】
図２において、波形１２１がハイレベルとなっている矢印Ａの期間にパワートランジスタ２２がオンし、波形１２２がハイレベルとなっている矢印Ｂの期間にパワートランジスタ２４がオンとなっている。なお、図２においては、パワートランジスタ２２及びパワートランジスタ２４が同時にオフとなる期間を設けていないが、同時にオフとなる期間を設けて、バッテリー１０からＤＣ／ＡＣインバータ２０に向けて投入される電力を調整してもよい。パワートランジスタ２２及び２４は、図１に示すように、パワートランジスタ２２がオンでパワートランジスタ２４がオフの場合と、パワートランジスタ２２がオフでパワートランジスタ２４がオンの場合では、ＤＣ／ＡＣインバータトランス２７の１次側コイル２８に印加されるバッテリー１０からの直流電圧（以下、１次電圧、と記す。）の極性が反対になるように接続されている。図２のように、パワートランジスタ２２及び２４を交互にオン、オフすることによって、ＤＣ／ＡＣインバータトランス２７の１次側コイル２８には、１次電圧を振幅とする矩形波状の電圧が印加され、２次側コイル２９に、巻線数比倍の交流電圧としての２次電圧が発生する。２次電圧は１次電圧によって変動するが、自動車に搭載されるバッテリーの場合は、１次電圧として８Ｖ〜１６Ｖの範囲を想定すればよく、この範囲で２次電圧が数百ＶとなるようにＤＣ／ＡＣインバータトランス２７の巻線比を設定する。
【００２８】
２次電圧は、図１に示すイグナイタ回路３０のダイオード３６によって整流され、コンデンサ３８が、ギャップスイッチ３４と接続された端子側が正極性になるように充電され、コンデンサ３８の両端電圧は次第に高くなっていく。コンデンサ３８の両端電圧が、ギャップスイッチ３４の絶縁破壊電圧を越えると、ギャップスイッチ３４がオンする。ギャップスイッチ３４がオンすると、イグニッショントランス３２の１次側（図１において、コンデンサ３８とギャップスイッチ３４の間）にパルス電流が流れ、イグニッショントランス３２の２次側（図１において、メタルハライドランプ４０とギャップスイッチ３４の間）に約２０ｋＶの高電圧が発生する。この約２０ｋＶの高電圧がメタルハライドランプ４０のランプ電極間に印加され、メタルハライドランプ４０の内部においてランプ電極間での絶縁破壊が生じ、ランプ電極間において放電が開始する。
【００２９】
メタルハライドランプ４０は、放電開始から放電が安定した定常放電状態に至るまでの間に、ランプ内圧力、ランプ内ガス温度等が変化することによって放電が不安定な過渡放電状態を生じる。図１には記載していないが、過渡放電状態において放電が途中で立ち消えないようにして、短時間で定常放電状態にするための回路が付加されている。よって、メタルハライドランプ４０は放電開始後、数秒程度の短時間で定常放電状態に至る。
【００３０】
次に、メタルハライドランプ４０が定常放電状態に至った後の、ドライバ２６、パワートランジスタ２２及び２４の動作について、図３に示す波形図をもとに説明する。図３において、図２と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。図３において、波形１２５及び１２６は、それぞれパワートランジスタ２２及び２４のゲートに入力されるゲート信号を表している。
【００３１】
図２においてパワートランジスタ２２をオンさせていた矢印Ａの期間（以下、負極性期間、と記す。）を、パワートランジスタ２２をオンさせる矢印Ｃの期間とパワートランジスタ２２をオフさせる矢印Ｄの期間とに分割する。同様に、図２においてパワートランジスタ２４をオンさせていた矢印Ｂの期間（以下、正極性期間、と記す。）を、パワートランジスタ２４をオンさせる矢印Ｅの期間とパワートランジスタ２２をオフさせる矢印Ｆの期間とに分割する。なお、正極性期間と負極性期間は同じ長さ、矢印Ｃの期間と矢印Ｅの期間も同じ長さとし、これらの比（矢印Ｃの期間／正極性期間、及び矢印Ｅの期間／正極性期間）をデューティー比と定義する。矢印Ｄの期間と矢印Ｆの期間においては、パワートランジスタ２２及び２４が同時にオフとなり、この期間はバッテリー１０とＤＣ／ＡＣインバータ２０は切り離された状態となるため、バッテリー１０からの電力の供給は行われない。このバッテリー１０とＤＣ／ＡＣインバータ２０が切り離された状態となる期間を変化させること、即ちデューティー比を変化させることによって、バッテリー１０からＤＣ／ＡＣインバータ２０に向けて投入される電力が変化するので、ランプ電力を制御することができる。
【００３２】
なお、正極性期間と負極性期間を加算した期間が、２次電圧の１周期に相当し、その逆数がインバータ周波数となる。インバータ周波数は、前述のように約１００ｋＨｚに設定する。正極性期間、負極性期間はＤＣ／ＡＣインバータトランス２７の１次側コイル２８に印加される１次電圧の極性が異なるのみなので、定常放電状態における回路動作は半周期ごとに極性のみが反転した電圧波形、電流波形が繰り返される。よって、以下では、半周期に相当する１つの負極性期間について説明する。
【００３３】
図３に示すように、パワートランジスタ２２及び２４が同時にオフとなる期間を設けた場合、つまりデューティー比が１よりも小さい場合の２次電圧と２次電流の波形を図４に示す回路シミュレーションによる波形図をもとに説明する。図４において、図３と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。図４において、波形１３１が２次電圧を表し、波形１３２が２次電流を表している。パワートランジスタ２２がオンしている矢印Ｃの期間（以下、オン期間、と記す。）においては、１次電圧をＤＣ／ＡＣインバータ２０で昇圧した負極性の２次電圧が発生し、２次電流は２次電圧と同位相、つまり負極性で徐々に増加していく。
【００３４】
パワートランジスタ２２がオフしている矢印Ｄの期間（以下、オフ期間、と記す。）においては、バッテリー１０からの１次電圧は印加されないが、ＤＣ／ＡＣインバータトランス２７の逆起電力、コンデンサ３８の充電電圧、イグニッショントランス３２の磁束リセット現象による電圧等の影響によって、オン期間とは異なった２次電圧と２次電流が発生する。矢印Ｄ１で示したオフ期間の前半の期間（以下、オフ期間前期、と記す。）においては、オン期間の２次電圧とほぼ同じ大きさで逆位相、つまり正極性の２次電圧が発生し、この２次電圧と逆位相、つまり負極性の２次電流が発生する。矢印Ｄ２で示したオフ期間の後半の期間（以下、オフ期間後期、と記す。）においては、オン期間の２次電圧とほぼ同じ大きさで同位相、つまり負極性の２次電圧が発生し、この２次電圧と逆位相、つまり正極性の２次電流が発生する。
【００３５】
次に、電圧電流結合値と、平均ランプ電力値との関係を、図５〜図８に示した波形図をもとに説明する。図５〜図８において、図４と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。図５において、波形１４１及び１４２は、図４に示した２次電圧の波形１３１及び２次電流の波形１３２の特徴を抽出して、それぞれ単純化し、無次元化したものである。２次電圧に相当する波形１４１はオン期間（矢印Ａの期間）、オフ期間（矢印Ｄの期間）において、ともに振幅が１となる完全な矩形波としている。また、２次電流に相当する波形１４２は、常に２次電圧に相当する波形１４１よりも小さな振幅値となっている。
【００３６】
図６は、図５に示した波形１４１と波形１４２の積の波形１４５を示したものである。波形１４１の大きさは常に１であるため、積の大きさには影響せず、積の符号（極性）のみに影響を及ぼす。従って、波形１４５は波形１４２を、オン期間（矢印Ａの期間）には正極性、オフ期間（矢印Ｄの期間）には負極性としたものとなる。波形１４５は、２次電圧と２次電流の積に相当する波形であり、これを半周期（矢印Ａの期間）に渡って平均すれば、平均ランプ電力値に相当する値（以下、平均ランプ電力相当値、と記す。）が得られる。
【００３７】
図７は、電圧電流結合値の算出過程を示したものである。波形１５１は図５に示した波形１４１（図７においては破線で表示。）と波形１４２（図７においては表示せず。）の和（加算の結果）、即ち電圧電流加算値に相当する波形である。波形１５２は波形１５１の絶対値をとったものであり、波形１５２の時間平均をした値が、電圧電流結合値に相当する。なお、破線で示した波形１５３は、波形１４１の絶対値を示している。
【００３８】
波形１５２は、波形１５３を示す破線の位置（図７においてＳＴ間）を基準にすると、２次電流に相当する波形１４２を、オン期間（矢印Ａの期間）には正極性（破線よりも上の部分）、オフ期間（矢印Ｄの期間）には負極性（破線よりも下の部分）としたものとなり、これは図６に示す波形１４５と等しいものとなる。つまり、図７に示す波形１５２は、図８に示すように、２次電圧に相当する波形１４１の絶対値の波形１５３と図６に示す２次電圧と２次電流の積に相当する波形１４５と等しい波形１５５を加えたものになっている。波形１５２を半周期（矢印Ａの期間）に渡って平均した値である電圧電流結合値は、波形１５３及び波形１５５をそれぞれ半周期（矢印Ａの期間）に渡って平均した値（以下それぞれ、平均２次電圧検出値及び平均実効２次電流検出値、と記す。）の和となる。ここで、波形１５５と図６の波形１４５は等しいので、これらを時間平均した平均実効２次電流検出値と平均ランプ電力相当値も互いに等しいので、電圧電流結合値は、平均２次電圧検出値と平均ランプ電力相当値の和となる。
【００３９】
ここで、波形１４１が２次電圧をＰ倍した波形、波形１４２が２次電流をＱ倍した波形にそれぞれ相当するものとすると、図６の波形１４５は２次電圧と２次電流の積をＰＱ倍した波形に相当するので、この波形１４５を時間平均した平均ランプ電力相当値は平均ランプ電力値のＰＱ倍に相当する。
【００４０】
図５〜図８においては、２次電圧に相当する波形１４１の振幅が１である場合を示したが、波形１４１及び波形１４２の振幅がそれぞれａ倍、ｂ倍になった場合（ただし、波形１４２のｂ倍は、常に波形１４１のａ倍よりも小さな振幅値をとる関係は満足しているものとする。）には、図６の波形１４５の振幅はａｂ倍となり、この振幅がａｂ倍となった波形を時間平均した平均ランプ電力相当値もａｂ倍となる。一方、図８の波形１５５の振幅はｂ倍となり、この振幅がｂ倍となった波形を時間平均した平均実効２次電流検出値もｂ倍となる。よって、２次電圧に相当する波形の振幅をａ倍とした場合、つまり２次電圧に相当する波形の振幅の値をａに設定した場合の平均実効２次電流検出値は、平均ランプ電力相当値の１／ａ倍となる。（なお、波形１４２のｂ倍は、常に波形１４１のａ倍よりも小さな振幅値をとる関係を満足していれば、平均実効２次電流検出値と平均ランプ電力相当値の関係にｂの値は影響しない。）
【００４１】
図１に示す実際の放電ランプ点灯装置の回路において、２次電圧に相当する波形は、２次側コイル５８で検出される２次電圧検出値の波形に相当する。この２次電圧検出値の波形が、振幅がａの矩形波と仮定し、かつ振幅ａが２次電圧値をＰ倍した値であり、２次側コイル５５及び抵抗５７から構成される２次電流検出回路Ｂで検出される２次電流検出値が２次電流値をＱ倍した値に相当する場合、平均実効２次電流検出値は、平均ランプ電力値のＰＱ／ａ倍となる。この場合、図１に示す実際の放電ランプ点灯装置の回路において算出される電圧電流結合値は、平均２次電圧検出値と平均ランプ電力値のＰＱ／ａ倍の和となる。従って、電圧電流結合値は平均ランプ電力値の変化に従って変化するパラメータであり、ランプ電力の制御の目的に使用することに適する。
【００４２】
なお、図７に示す電圧電流結合値の算出過程において、波形１４２の振幅が、波形１４１の振幅よりも大きな値となるときがあると、その領域において波形１５５は波形１４５とは異なったものとなり、平均実効２次電流検出値と平均ランプ電力相当値との間に誤差が発生する。これは、図１に示す実際の放電ランプ点灯装置の回路においても同様であり、平均実効２次電流検出値と平均ランプ電力相当値のＰＱ／ａ倍との間にも誤差が発生する。
【００４３】
よって、電圧電流結合値を算出する場合には、２次電流に相当する波形１４２は、常に２次電圧に相当する波形１４１よりも小さな値となること、図１の実際の放電ランプ点灯装置の回路では、２次側コイル５８で検出される２次電圧検出値が、２次側コイル５５及び抵抗５７から構成される２次電流検出回路Ｂで検出される２次電流検出値よりも常に大きな絶対値を取るように電圧電流加算比率を設定することが望ましい。図１の放電ランプ点灯装置の回路においては、電圧電流加算比率をランプ抵抗値の代表値の逆数に設定することで、ほぼ全時間領域に渡って、２次電圧検出値が２次電流検出値よりも大きな絶対値を取る。なお、回路シミュレーションまたは実測によって得られる２次電流、２次電圧の波形から、ほぼ全時間領域に渡って、２次電圧検出値が２次電流検出値よりも大きな絶対値を取るように電圧電流加算比率を設定してもよい。
【００４４】
なお、波形１４２の振幅が、波形１４１の振幅よりも大きな値となるときがある場合、即ち、図１の２次側コイル５５及び抵抗５７から構成される２次電流検出回路Ｂで検出された２次電流検出値が、２次側コイル５８で検出される２次電圧検出値よりも大きな絶対値となるときがある場合であっても、誤差は含むものの、電圧電流結合値は平均ランプ電力値の変化に従って変化するパラメータであり、ランプ電力の制御の目的に使用することに適する。
【００４５】
２次電流、２次電圧が図５に示すように単純な波形である場合は、図１の２次側コイル５８で検出される２次電圧検出値が、２次側コイル５５及び抵抗５７から構成される２次電流検出回路Ｂで検出された２次電流検出値よりも常に大きな絶対値を取るように電圧電流加算比率を設定することにより、電圧電流結合値は平均ランプ電力値を正確に反映する値となるが、実際の放電ランプ点灯装置の回路における２次電流及び２次電圧の波形は、図４に示すように図５に示す２次電流及び２次電圧の波形からの差異がある。主な差異は、実際の放電ランプ点灯装置の回路においては、オン期間（矢印Ｃの期間）とオフ期間（矢印Ｄの期間）における２次電圧の振幅が同一ではないこと、オフ期間内での２次電圧及び２次電流の位相反転（矢印Ｄ１の期間と矢印Ｄ１の期間への移行）に時間を要すること、等である。つまり、２次電圧の波形は、完全な矩形波とはなっていない。
【００４６】
図１に示す放電ランプ点灯装置の回路において、ランプ電力に影響を及ぼす主たる変動要因は、バッテリー１０の直流電圧である１次電圧の値（以下、１次電圧値、と記す。）及びメタルハライドランプ４０のランプ抵抗値である。１次電圧値、ランプ抵抗値が変化すると、平均ランプ電力値を一定に保つための２次電圧及び２次電流の波形がそれぞれ変化し、結果的に２次電圧検出値及び２次電流検出値から算出される電圧電流結合値も変化することになる。よって、ランプ電力の制御の目的に電圧電流結合値を使用するには、１次電圧値及びランプ抵抗値に対応した電圧電流結合値の目標値（以下、目標電圧電流結合値、と記す。）を設定して、図１の電圧電流結合値算出手段８８により算出される電圧電流結合値と、あらかじめ設定した目標電圧電流結合値を比較することによって、ランプ電力を制御することが効果的である。
【００４７】
１次電圧値とランプ抵抗値が変化したときの電圧電流結合値の変化を、図９に示すグラフをもとに説明する。ここでは、１次電圧値が８Ｖ〜１６Ｖの範囲、ランプ抵抗値が１３０Ω〜２９０Ωの範囲で変動するものとして、この範囲において平均ランプ電力値を一定に保つ制御をすることとする。図９に示すグラフは、図１の放電ランプ点灯装置の回路図の主要部分をモデル化し、平均ランプ電力値を３４Ｗにする条件のもとで回路シミュレーションを行った結果を示すものであり、１次電圧値とランプ抵抗値を変えながら電圧電流結合値と平均２次電流値を求め、電圧電流結合値を縦軸に、平均２次電流を横軸としてプロットしたものである。また、直線１６１〜１６５はそれぞれ１次電圧値が８Ｖ、１０Ｖ、１２Ｖ、１４Ｖ、１６Ｖのときのプロットした点を内挿した直線である。
【００４８】
次に、図１０に示すフローチャートをもとに、図１の電圧電流結合値算出手段８８により２次電流検出値及び２次電圧検出値から算出される電圧電流結合値と、図９に示した回路シミュレーションによって得られた目標電圧電流結合値を用いて平均ランプ電力値を一定に保つ制御方法について説明する。なお、図１０において、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。図１０において、主回路１７１は図１に示すバッテリー１０、ＤＣ／ＡＣインバータ２０、イグナイタ回路部３０、メタルハライドランプ４０及び共振用コンデンサ４２、カレントトランス５０の１次側コイル５２からなる回路部分を示している。２次電流検出手段１７３は、図１において２次側コイル５４及び抵抗５６から構成される２次電流検出回路Ａに相当する。平均化手段１７５は、図１のダイオード７１〜７４で構成される全波整流回路、抵抗８１、及び抵抗８２とコンデンサ８３を直列接続した積分回路から構成される回路部分に相当する。
【００４９】
主回路１７１のバッテリー１０からの１次電圧は電圧計１２０により検出され、１次電圧値としてマイクロコンピュータ９０に入力される。２次電流は、２次電流検出手段１７３により検出され、次に平均化手段１７５により絶対値をとって時間平均されてマイクロコンピュータ９０に入力され、マイクロコンピュータ９０によって平均２次電流値に換算される。２次電圧及び２次電流は電圧電流結合値算出手段８８により検出され、電圧電流加算比率で加算され、更に絶対値をとって時間平均され、電圧電流結合値として誤差増幅部１１５に入力される。
【００５０】
マイクロコンピュータ９０には、図９で示した１次電圧値と平均２次電流値に対応した目標電圧電流結合値が表形式で記憶されており、電圧計１２０から入力された１次電圧値及び２次電流検出値の絶対値を時間平均した値から換算して得た平均２次電流値に最も近い１次電圧値及び平均２次電流値に対応する目標電圧電流結合値を選択、設定し、誤差増幅部１１５に出力する。つまり、マイクロコンピュータ９０は、１次電圧値及び２次電流値に応じて目標電圧電流結合値を設定する目標電圧電流結合値設定手段に相当する。誤差増幅部１１５は、電圧電流結合値算出手段８８から入力された電圧電流結合値及び目標電圧電流結合値設定手段であるマイクロコンピュータ９０から入力された目標電圧電流結合値の誤差を増幅して、この誤差に比例した長さの時間パルス信号を発生させ、ドライバ２６に入力する。ドライバ２６は、この時間パルス信号に応じて、デューティー比を変化させることによって、電圧電流結合値と目標電圧電流結合値の誤差が少なくなるようにパワートランジスタ２２及び２４をオン、オフさせ、平均ランプ電力値を一定に保つように制御する。
【００５１】
なお、この実施の形態１においては、目標電圧電流結合値を回路シミュレーションによって求めたが、実測によって求めて、その結果をマイクロコンピュータ９０に記憶させておいてもよい。また、１次電圧値及び平均２次電流値をパラメータとして、目標電圧電流結合値を算出する補間式（近似式）を作成して、マイクロコンピュータ９０に入力される１次電圧値及び２次電流検出値の絶対値を時間平均した値から換算して得られる平均２次電流値に対応した目標電圧電流結合値を、マイクロコンピュータ９０で算出、設定するようにしてもよい。また、実施の形態１においては、１次電圧値を電圧計によって測定して求めるようにしたが、２次電圧検出値から換算して求めるようにしてもよい。また、自動車の他の装置において、１次電圧値の情報を有している場合には、当該装置から１次電圧値の情報を得るようにしてもよい。
【００５２】
このように構成された放電ランプ点灯装置においては、２次電圧検出値と２次電流検出値を加算した和の絶対値を時間平均した値である電圧電流結合値を制御パラメータとし、１次電圧値及び２次電流値に応じて、回路シミュレーション又は実測によってあらかじめ求めた電圧電流結合値の目標値との誤差を小さくするようにＤＣ／ＡＣインバータを制御するようにしたので、高速の演算をする必要がなく、安価な素子を用いて、放電ランプの消費電力を一定に保つ放電ランプ点灯装置を得ることができる。
【００５３】
実施の形態２．
図１１はこの発明の実施の形態２による放電ランプ点灯装置を示す回路図であり、実施の形態１と同様、自動車のヘッドライトに使用するものである。図１１において、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。図１１において、バッテリー１０、ＤＣ／ＡＣインバータ２０、イグナイタ回路部３０、メタルハライドランプ４０及び共振用コンデンサ４２は図１と同様に接続されている。カレントトランス２００は、１次側コイル２０２と２次側コイル２０４から構成されている。２次側コイル２０４には、抵抗２０６が並列に接続されており、抵抗２０６の両端には、２次電流検出値である２次電流に比例した電圧が発生し、２次電流を検出する２次電流検出回路（以下、２次電流検出回路Ｃ、と記す。）を構成する。
【００５４】
ダイオード７１〜７４から構成される全波整流回路の入力側である接続部７５ａと接続部７５ｂの間には、２次側コイル２０４と抵抗２０６が並列接続された２次電流検出回路Ｃが接続されている。ダイオード７６〜７９から構成される全波整流回路の入力側である接続部８０ａと接続部８０ｂの間には、２次側コイル５８が接続されている。従って、ダイオード７１〜７４から構成される全波整流回路の入力側には、２次電流検出回路Ｃで検出された２次電流検出値に相当する電圧が印加され、ダイオード７６〜７９から構成される全波整流回路の入力側には、２次側コイル５８により構成されるポテンシャルトランスで検出された２次電圧検出値に相当する電圧が印加される。
【００５５】
ダイオード７１〜７４で構成される全波整流回路の出力側においては、接続部７５ｃはアースに接続され、接続部７５ｄには抵抗８１がアースとの間に接続され、さらに抵抗８２を介して第１の切替部２１０が接続されている。第１の切替部２１０は、ドライバ２６に接続され、ドライバ２６からのゲート信号に応じて、オン期間にはコンデンサ２１２を、オフ期間にはコンデンサ２１４を抵抗８２に接続するように切り替える。コンデンサ２１２及び２１４のそれぞれの他端はアースに接続されている。一方、ダイオード７６〜７９で構成される全波整流回路の出力側においては、接続部８０ｄはアースに接続され、接続部８０ｃには抵抗８５がアースとの間に接続され、さらに抵抗８６を介して第２の切替部２２０が接続されている。第２の切替部２２０は、ドライバ２６に接続され、ドライバ２６からのゲート信号に応じて、オン期間にはコンデンサ２２２を、オフ期間にはコンデンサ２２４を抵抗８６に接続するように切り替える。コンデンサ２２２及び２２４のそれぞれの他端はアースに接続されている。
【００５６】
２次電流検出回路Ｃ、ダイオード７１〜７４で構成される全波整流回路、抵抗８１及び８２からなる回路部は、２次電流検出回路Ｃで検出された２次電流検出値の絶対値に相当する電圧を第１の切替部２１０を介して、コンデンサ２１２又は２１４に印加する電流絶対値算出回路部２３０を構成する。また、２次側コイル５８、ダイオード７６〜７９から構成される全波整流回路、抵抗８５及び８６からなる回路部は、２次側コイル５８により構成されるポテンシャルトランスで検出された２次電圧検出値の絶対値に相当する電圧を第２の切替部２２０を介して、コンデンサ２２２または２２４に印加する電圧絶対値算出回路部２３２を構成する。
【００５７】
コンデンサ２１２及び２１４の第１の切替部２１０と接続されている側の端子及びコンデンサ２２２及び２２４の第２の切替部２２０と接続されている側の端子は、それぞれマイクロコンピュータ９０に接続されている。コンデンサ２１２と抵抗８２、コンデンサ２１４と抵抗８２から構成される積分回路は、少なくとも１以上のオン期間又はオフ期間に渡って入力された電圧を時間平均するように設定する。よって、コンデンサ２１２及び２１４の電位は、電流絶対値算出回路部２３０によって算出された２次電流検出値の絶対値を、少なくとも１以上のオン期間又はオフ期間に渡って時間平均した値であるオン期間平均２次電流検出値及びオフ期間平均２次電流検出値にそれぞれ相当する。
【００５８】
また、コンデンサ２２２及び２２４の第２の切替部２２０と接続されている側の端子は、それぞれマイクロコンピュータ９０に接続されている。コンデンサ２２２と抵抗８６、コンデンサ２２４と抵抗８６から構成される積分回路は、少なくとも１以上のオン期間又はオフ期間に渡って入力された電圧を時間平均するように設定する。よって、コンデンサ２２２及び２２４の電位は、電圧絶対値算出回路部２３２によって算出された２次電圧検出値の絶対値を、少なくとも１以上のオン期間又はオフ期間に渡って時間平均した値であるオン期間平均２次電圧検出値及びオフ期間平均２次電圧検出値にそれぞれ相当する。
【００５９】
比較演算器１０２の、非反転入力端子はマイクロコンピュータ９０と接続され、反転入力端子は三角波発生部１０８の出力端子と接続されている。三角波発生部１０８の入力端子はマイクロコンピュータ９０と接続されている。三角波発生部１０８は、マイクロコンピュータ９０からの指示によって、基準三角波を発生し、比較演算器１０２に対して出力する。比較演算器１０２の出力端子は抵抗１１０を介して電源１１２に接続されるとともに、ドライバ２６と接続している。比較演算器１０２は、非反転入力端子にマイクロコンピュータ９０から入力される値に比例した長さの時間パルス信号を、ドライバ２６に対して出力する。
【００６０】
次に、この実施の形態２において、ランプ電力の制御の目的に使用する制御パラメータについて説明する。図４において、オフ期間前期（矢印Ｄ１の期間）、オフ期間後期（矢印Ｄ２の期間）はともに２次電圧と２次電流が互いに逆位相となっているため、この期間の２次電圧と２次電流の積から求められる電力はメタルハライドランプ４０で実際に消費される有効電力ではなく、回路に蓄えたれた無効電力に相当する。平均ランプ電力値は、オン期間の電力の平均値からオフ期間の電力の平均値の絶対値を差し引いたものに相当する。ここで、オン期間及びオフ期間の電力の平均値は、それぞれの期間の２次電圧の平均値及び２次電圧の平均値の積によって近似することができ、特に図４に示すようにそれぞれの期間において２次電圧の値がほぼ一定の値となる場合は、この近似の精度は高い。ここで、オン期間における平均２次電圧値と平均２次電流値の積からオフ期間における平均２次電圧値と平均２次電流値の積を減算した差を、みなしランプ電力値と定義する。みなしランプ電力値と平均ランプ電力値の目標値の誤差が少なくなるように制御することにより、ランプ電力を一定に保つことができる。
【００６１】
次に、図１１に示す放電ランプ点灯装置の回路において、みなしランプ電力値を算出する動作について、図１２に示すブロック図により説明する。図１２において、図１１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。図１２において、主回路２５０は図１１に示すバッテリー１０、ＤＣ／ＡＣインバータ２０、イグナイタ回路部３０、メタルハライドランプ４０及び共振用コンデンサ４２、カレントトランス２００の１次側コイル２０２からなる回路部分を示している。
【００６２】
電流絶対値算出回路部２３０は、主回路２５０から２次電流を検出し、２次電流検出値の絶対値に相当する電圧を第１の切替部２１０によって、オン期間にはコンデンサ２１２に、オフ期間にはコンデンサ２１４に印加する。コンデンサ２１２及び２１４の電位は、それぞれオン期間平均２次電流検出値及びオフ期間平均２次電流検出値となる。電圧絶対値算出回路部２３２は、主回路２５０から２次電圧を検出し、２次電圧検出値の絶対値に相当する電圧を第２の切替部２２０によって、オン期間にはコンデンサ２２２に、オフ期間にはコンデンサ２２４に印加する。コンデンサ２２２及び２２４の電位は、それぞれオン期間平均２次電圧検出値及びオフ期間平均２次電圧検出値となる。
【００６３】
マイクロコンピュータ９０は、１以上のオフ期間又はオン期間に相当する時間間隔をあけて一定の周期、あるいは必要時にコンデンサ２１２、２１４、２２２及び２２４の電位を読み込み、これらの値をオン期間の平均２次電流値、オフ期間の平均２次電流値、オン期間の平均２次電圧値及びオフ期間の平均２次電圧値に換算する。次に、オン期間の平均２次電流値とオン期間の平均２次電圧値の積及びオフ期間の平均２次電流値とオフ期間の平均２次電圧値の積を算出し、続いてオン期間の積からオフ期間の積を減算することによってみなしランプ電力値を算出する。次に、算出したみなしランプ電力値と、あらかじめマイクロコンピュータ９０に記憶しておいた平均ランプ電力値の目標値とを比較し、その誤差に相当する値を比較演算器１０２に対して出力する。
【００６４】
比較演算器１０２はみなしランプ電力値と平均ランプ電力値の目標値の誤差に比例した長さの時間パルス信号を発生させ、ドライバ２６に入力する。ドライバ２６は、この時間パルス信号に応じて、デューティー比を変化させることによって、みなしランプ電力値と平均ランプ電力値の目標値の誤差が少なくなるようにパワートランジスタ２２及び２４をオン、オフさせ、平均ランプ電力値を一定に保つように制御する。
【００６５】
２次電圧検出値及び２次電流検出値は、それぞれ２次電圧値及び２次電流値に比例するので、オン期間平均２次電圧検出値とオン期間平均２次電流検出値の積からオフ期間平均２次電圧検出値とオフ期間平均２次電流検出値を減算した差（以下、みなしランプ電力検出値、と記す。）は、みなしランプ電力値に比例する。ここで、みなしランプ電力検出値がみなしランプ電力値のＸ倍であるとすれば、みなしランプ電力検出値を１／Ｘ倍した値と平均ランプ電力値の目標値の誤差が少なくなるように制御することにより、ランプ電力を一定に保つことができる。また、みなしランプ電力検出値と平均ランプ電力値の目標値をＸ倍した値の誤差が少なくなるように制御することによっても、ランプ電力を一定に保つことができる。つまり、みなしランプ電力値とその目標値の誤差が少なくなるように制御することと、みなしランプ電力検出値とその目標値の誤差が少なくなるように制御することとは等価であり、その他等価的にみなしランプ電力検出値とその目標値との誤差が小さくなるようにＤＣ／ＡＣインバータを制御すればよい。
【００６６】
このように構成された放電ランプ点灯装置においては、２次電圧検出値及び２次電流検出値のそれぞれの絶対値を、オン期間とオフ期間のそれぞれにおいて時間平均したオン期間平均２次電圧検出値、オフ期間平均２次電圧検出値、オン期間平均２次電流検出値及びオフ期間平均２次電流値を算出し、オン期間平均２次電圧検出値とオン期間平均２次電流検出値の積とオフ期間平均２次電圧検出値とオフ期間平均２次電流検出値の積の差と、あらかじめ定めた目標値との誤差を小さくするようにＤＣ／ＡＣインバータを制御するようにしたので、高速の演算をする必要がなく、安価な素子を用いて、放電ランプの消費電力を一定に保つ放電ランプ点灯装置を得ることができる。
【００６７】
実施の形態３．
図１３はこの発明の実施の形態３による放電ランプ点灯装置を示す回路図であり、実施の形態１及び実施の形態２と同様、自動車のヘッドライトに使用するものである。図１３において、図１１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。図１３において、バッテリー１０、ＤＣ／ＡＣインバータ２０、イグナイタ回路部３０、メタルハライドランプ４０及び共振用コンデンサ４２は図１１と同様に接続されている。ＤＣ／ＡＣインバータトランス２７の２次側には、２次側コイル５８に加えて、もう１つの２次側コイル２６０が配置され、ＤＣ／ＡＣインバータ２０の２次電圧を検出するポテンシャルトランスを構成する。なお、２次側コイル５８及び２次側コイル２６０で検出されるそれぞれの２次電圧検出値は、互いに同じ値となるように巻線数等を設定しておく。
【００６８】
ダイオード７１〜７４から構成される全波整流回路の入力側である接続部７５ａと接続部７５ｂの間には、２次側コイル２６０と２次側コイル２０４と抵抗２０６からなる２次電流検出回路Ｃが直列に接続されている。ダイオード７６〜７９から構成される全波整流回路の入力側である接続部８０ａと接続部８０ｂの間には、２次側コイル５８が接続されている。
【００６９】
ダイオード７１〜７４で構成される全波整流回路の出力側においては、接続部７５ｃはアースに接続され、接続部７５ｄには抵抗８１と、抵抗８２とコンデンサ２６２を直列接続した積分回路が、アースとの間に接続されている。従って、コンデンサ２６２の電位は、電圧電流加算値の絶対値を時間平均した値である電圧電流結合値に相当する。つまり、２次側コイル２６０により構成されるポテンシャルトランス、２次側コイル２０４と抵抗２０６が並列接続された２次電流検出回路Ｃ、ダイオード７６〜７９で構成される全波整流回路、抵抗８１、及び抵抗８２とコンデンサ２６２からなる積分回路によりなる回路部分が、電圧電流結合値算出手段２６４に相当する。
【００７０】
一方、ダイオード７６〜７９で構成される全波整流回路の出力側においては、接続部８０ｄはアースに接続され、接続部８０ｃには抵抗８５と、抵抗８６とコンデンサ２６８を直列接続した積分回路が、アースとの間に接続されている。従って、コンデンサ２６８の電位は、２次側コイル５８により構成されるポテンシャルトランスで検出された２次電圧検出値の絶対値を時間平均した値である平均２次電圧検出値に相当する。つまり、２次側コイル５８、ダイオード７６〜７９から構成される全波整流回路、抵抗８５及び８６、コンデンサ２６８からなる回路部分が、平均２次電圧検出値算出手段２７０に相当する。なお、前述のとおり、２次側コイル５８及び２次側コイル２６０で検出されるそれぞれの２次電圧検出値は、互いに同じ値となるように設定してあるので、平均２次電圧検出値算出手段２７０により算出される平均２次電圧検出値は、２次側コイル２６０により検出される２次電圧検出値から算出する場合の平均２次電圧検出値と同じ値となる。
【００７１】
抵抗８２とコンデンサ２６２の接続点はマイクロコンピュータ９０に接続されており、マイクロコンピュータ９０に対して、電圧電流結合値算出手段２６４で算出された電圧電流結合値が出力される。また、抵抗８６とコンデンサ２６８の接続点はマイクロコンピュータ９０に接続されており、マイクロコンピュータ９０に対して、平均２次電圧検出値算出手段２７０で算出される平均２次電圧検出値が出力される。
【００７２】
比較演算器１０２の、非反転入力端子はマイクロコンピュータ９０と接続され、反転入力端子は三角波発生部１０８の出力端子と接続されている。三角波発生部１０８の入力端子はマイクロコンピュータ９０と接続されている。三角波発生部１０８は、マイクロコンピュータ９０からの指示によって、基準三角波を発生し、比較演算器１０２に対して出力する。比較演算器１０２の出力端子は抵抗１１０を介して電源１１２に接続されるとともに、ドライバ２６と接続している。比較演算器１０２は、非反転入力端子にマイクロコンピュータ９０から入力される値に比例した長さの時間パルス信号を、ドライバ２６に対して出力する。
【００７３】
次に、この実施の形態３において、ランプ電力の制御の目的に使用する制御パラメータについて説明する。前述の通り、２次電圧検出値の波形が、振幅がａの矩形波であり、かつ振幅ａが２次電圧値をＰ倍した値であり、２次電流検出値が２次電流値をＱ倍した値に相当する場合、２次電圧検出値と２次電流検出値を加算した和の絶対値を時間平均した電圧電流結合値は、平均２次電圧検出値と平均ランプ電力値のＰＱ／ａ倍の和となる。よって、電圧電流結合値から平均２次電圧検出値を減算し、その差（減算の結果）をａ／ＰＱ倍することによって、平均ランプ電力値が得られる。ただし、図１３に示す実際の放電ランプ点灯装置の回路における２次電圧検出値の波形は、図５の波形１４１のような完全な矩形波ではないこと等の要因により、真の平均ランプ電力値からの誤差を含んだ値（以下、平均ランプ電力近似値、と記す。）となる。２次電圧検出値の波形が図５の波形１４１のような完全な矩形波に近く、２次電流検出値の絶対値が２次電圧検出値の絶対値よりも大きくなる期間が短いほど、平均ランプ電力近似値と真の平均ランプ電力値との誤差は小さなものとなる。
【００７４】
図１３に示す放電ランプ点灯装置の回路においては、電圧電流加算比率をランプ抵抗値の代表値の逆数に設定することで、ほぼ全時間領域に渡って、２次電圧検出値が２次電流検出値よりも大きな絶対値を取る。なお、回路シミュレーションまたは実測によって得られる２次電流、２次電圧の波形から、ほぼ全時間領域に渡って、２次電圧検出値が２次電流検出値よりも大きな絶対値を取るように電圧電流加算比率を設定してもよい。
【００７５】
次に、図１３に示す放電ランプ点灯装置の回路において、平均ランプ電力近似値を算出する動作について、図１４に示すブロック図により説明する。図１４において、図１３と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。図１４において、主回路２５０は図１３に示すバッテリー１０、ＤＣ／ＡＣインバータ２０、イグナイタ回路部３０、メタルハライドランプ４０及び共振用コンデンサ４２、カレントトランス２００の１次側コイル２０２からなる回路部分を示している。電圧電流結合値算出手段２６４は、主回路２５０から２次電圧及び２次電流を検出し、２次電圧検出値と２次電流検出値の和の絶対値を時間平均した電圧電流結合値を算出する。平均２次電圧検出値算出手段２７０は、主回路２５０から２次電圧を検出し、２次電圧検出値の絶対値を時間平均した平均２次電圧検出値を算出する。
【００７６】
マイクロコンピュータ９０は、一定の周期、あるいは必要時に電圧電流結合値算出手段２６４及び平均２次電圧検出値算出手段２７０から、電圧電流結合値及び平均２次電圧検出値を読み込み、電圧電流結合値から平均２次電圧検出値を減算する。電圧電流結合値から平均２次電圧検出値を減算した差と、あらかじめ記憶しておいた係数（ａ／ＰＱ）とを乗算し、平均ランプ電力近似値を算出する。次に、算出した平均ランプ電力近似値と、あらかじめマイクロコンピュータ９０に記憶しておいた平均ランプ電力値の目標値とを比較し、その誤差に相当する値を比較演算器１０２に対して出力する。
【００７７】
比較演算器１０２は平均ランプ電力近似値と平均ランプ電力値の目標値の誤差に比例した長さの時間パルス信号を発生させ、ドライバ２６に入力する。ドライバ２６は、この時間パルス信号に応じて、デューティー比を変化させることによって、平均ランプ電力近似値と平均ランプ電力値の目標値の誤差が少なくなるようにパワートランジスタ２２及び２４をオン、オフさせ、平均ランプ電力値を一定に保つように制御する。
【００７８】
なお、実施の形態３においては、電圧電流結合値から平均２次電圧検出値を減算した差をａ／ＰＱ倍した値と平均ランプ電力値の目標値とを比較するようにしたが、電圧電流結合値から平均２次電圧検出値を減算した差と、平均ランプ電力値の目標値をＰＱ／ａ倍した値とを比較するようにしてもよく、等価的に電圧電流結合値から平均２次電圧検出値を減算した差とその目標値との誤差が小さくなるようにＤＣ／ＡＣインバータを制御すればよい。
【００７９】
このように構成された放電ランプ点灯装置においては、２次電圧検出値と２次電流検出値を加算した和の絶対値を時間平均した値である電圧電流結合値と２次電圧検出値の絶対値を時間平均した平均２次電圧検出値の差と、あらかじめ定めた目標値との誤差を小さくするようにＤＣ／ＡＣインバータを制御するようにしたので、高速の演算をする必要がなく、安価な素子を用いて、放電ランプの消費電力を一定に保つ放電ランプ点灯装置を得ることができる。なお、実施の形態１〜３においては、放電ランプとしてメタルハライドランプを用いたが、他の放電ランプであっても、同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】この発明の実施の形態１による放電ランプ点灯装置の回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１による放電ランプ点灯装置の動作を説明する波形図である。
【図３】この発明の実施の形態１による放電ランプ点灯装置の動作を説明する波形図である。
【図４】この発明の実施の形態１による放電ランプ点灯装置の動作を説明する波形図である。
【図５】この発明の実施の形態１による放電ランプ点灯装置の動作を説明する波形図である。
【図６】この発明の実施の形態１による放電ランプ点灯装置の動作を説明する波形図である。
【図７】この発明の実施の形態１による放電ランプ点灯装置の動作を説明する波形図である。
【図８】この発明の実施の形態１による放電ランプ点灯装置の動作を説明する波形図である。
【図９】この発明の実施の形態１による放電ランプ点灯装置の動作を説明するグラフである。
【図１０】この発明の実施の形態１による放電ランプ点灯装置の動作を説明するブロック図である。
【図１１】この発明の実施の形態２による放電ランプ点灯装置の回路図である。
【図１２】この発明の実施の形態２による放電ランプ点灯装置の動作を説明するブロック図である。
【図１３】この発明の実施の形態３による放電ランプ点灯装置の回路図である。
【図１４】この発明の実施の形態３による放電ランプ点灯装置の動作を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【００８１】
２０  ＤＣ／ＡＣインバータ、３０  イグナイタ回路部、８８  電圧電流結合値算出手段、９０  目標電圧電流結合値算出手段、２６４  電圧電流結合値算出手段、２７０  平均２次電圧検出値算出手段。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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