(57)【要約】【課題】放電灯に流れる電流の極性が反転する時に発生することが多いアーク放電の途絶えによる放電灯の立ち消えを抑制し、放電灯を安定に点灯させる。【解決手段】トランス１２，１３の１次巻線Ｐ１，Ｐ２をスイッチングし、直列接続した２次巻線Ｓ１，Ｓ２に放電灯１８へ印加するフライバック電圧を発生させるスイッチング素子１４，１５のオンオフ制御において、制御手段２０は電流検出抵抗２０ａにより放電灯１８の放電灯電流を検出し、この放電灯電流の極性が反転し、電流がゼロまたは略ゼロとなるタイミングでスイッチング素子１４，１５をオンからオフに設定するようにスイッチング制御信号Ｓａ，Ｓｂでオンオフ制御する。【選択図】図５
2007134238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次巻線の一端を直流電源に接続した２個のトランスと、
前記２個のトランスの１次巻線と各々直列に接続し、前記直流電源からの電源供給を各々独立してオンオフする２個のスイッチング素子と、
前記２個のトランスの２次巻線から出力される出力電圧の極性が互いに異なるように該２次巻線が直列接続されると共に、前記２次巻線と直列に接続された高電圧パルスを発生するイグナイタとこのイグナイタに直列に接続されたコンデンサとを介して前記２次巻線の出力電圧が放電灯に印加される放電灯点灯装置において、
前記放電灯に流れる電流の極性が反転し、負から正となるタイミングで前記２個のスイッチング素子の一方をオンからオフに制御し、正から負となるタイミングで他方のスイッチング素子をオンからオフに制御する制御手段を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
制御手段は、放電灯に流れる電流を検出し、該電流の極性が反転し、電流がゼロになるタイミングの位相を検出する電流位相検出回路を備えた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】
制御手段は、放電灯の点灯電力をスイッチング素子のオン期間により制御するとともに、該オン期間を終了し前記スイッチング素子をオフするタイミングを、前記放電灯に流れる電流の極性が反転し、電流がゼロとなるタイミングに同期させるように制御することを特徴とする請求項１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、フライバック電圧を発生する２個のトランスの２次側出力を直列に接続した２次側出力電圧をイグナイタトランス等のコイルとコンデンサ等の共振要素を介在させて放電灯に印加し、放電灯を点灯する放電灯点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の放電灯点灯装置として例えば以下のものがある。
従来例１は冷陰極放電管を高周波で点灯するために、１個のプッシュプル形ＤＣ／ＡＣ変換コンバータトランスの電源入力端子に逆流を阻止するダイオードを配置し、スイッチング素子がオフするときのフライバック電流を電源に戻さず、トランスの２次巻線に発生する昇圧されたフライバック電圧を冷陰極放電管に印加することで冷陰極放電管の点灯に十分な電圧を得て、当冷陰極放電管を点灯している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来例２は放電灯を点灯するために、フライバック電圧を発生するトランスを放電灯に接続し、そのフライバック電圧によって放電灯の電極間を絶縁破壊している（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
上記の他、放電灯の点灯に関連する従来技術として下記の特許文献３乃至特許文献９がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１３３４８４号公報
【特許文献２】特開２００５−５０７０１号公報
【特許文献３】特開平１０−１６２９７４号公報
【特許文献４】特開平１０−３２１３９３号公報
【特許文献５】特開２０００−３４０３８３号公報
【特許文献６】特開２００２−１１７９９５号公報
【特許文献７】特開２００３−１００４７６号公報
【特許文献８】特開２００３−２６４０９５号公報
【特許文献９】特開２００５−００４９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の放電灯点灯装置は以上のように構成されているので、アーク放電による発光を利用する放電灯においては、アーク・電極の温度および発光輝点を均一にしてガラス球に加わるストレスを緩和し、電極が均等に消耗するように電流の極性を交互に切り換えて交流点灯することが多い。
例えば高輝度放電灯（ＨＩＤランプ）用の放電灯点灯装置のように、点灯を開始する時に、先ず放電灯の両電極間をイグナイタの高電圧パルスによって絶縁破壊させてから電流を通電し、アーク放電を形成してからアーク放電によって発光させる放電灯点灯装置においては、高電圧発生用パルストランスであるイグナイタのインダクタンス（Ｌ）成分と、このインダクタンス（Ｌ）成分を打ち消し、力率を改善するコンデンサ（Ｃ）とによる共振動作を伴った特定の周波数を含んだ電流が放電灯に流れ、トランス（フライバックトランス）に電流を流すスイッチング素子のオフタイミングが、放電灯に流れる電流の極性が反転し、通電電流が「ゼロ」となるポイントと同じになるとは限らないことにより、放電灯に流れる電流の極性反転時にアーク放電が途絶え、立ち消えに至る可能性がある。
【０００７】
上記に対し、従来例１は点灯電力の小さな冷陰極放電管の点灯を対象とした技術であり、放電灯に流れる電流の位相とスイッチング素子の動作タイミングについては考慮されてなく、アーク放電の途絶えによる立ち消えを防止し、放電灯を安定に点灯させるために必要となる適切な電圧印加タイミングについては工夫されていない。
また、従来例２は、フライバック電圧によって放電灯の電極間を絶縁破壊するが、多くの高輝度放電灯（ＨＩＤランプ）の絶縁破壊電圧は高く、トランスのフライバック電圧だけでブレークダウンさせることは困難であり、このような場合にはトランスと放電灯との間に高電圧を発生するイグナイタの接続が必須となり、この場合には前記同様、放電灯に流れる電流の極性反転時にアーク放電が途絶え、立ち消えに至る可能性が生ずることとなるが、この従来例２はイグナイタを不要とした構成のため、イグナイタ接続時の前記立ち消えを防止して放電灯を安定に点灯させるために必要となる適切な電圧印加タイミングについては工夫されていない。
【０００８】
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、放電灯に流れる電流の極性反転時にアーク放電が途絶えることによる放電灯の立ち消えを抑制し、またはアーク放電が途絶えた場合にも、直ちに再度ブレークダウンさせてアーク放電を継続させ、放電灯を安定に点灯させるようにした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】
【０００９】
この発明に係る放電灯点灯装置は、１次巻線の一端を直流電源に接続した２個のトランスの１次巻線と各々直列に接続し、直流電源からの電源供給を各々独立してオンオフする２個のスイッチング素子と、２個のトランスの２次巻線と直列に接続された高電圧パルスを発生するイグナイタとを備え、このイグナイタに接続されたコンデンサを介して２次巻線の出力電圧を放電灯に印加し、放電灯に流れる電流の極性が反転し、負から正となるタイミングで前記２個のスイッチング素子の一方をオンからオフに制御し、正から負となるタイミングで他方のスイッチング素子をオンからオフに制御する制御手段を備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、放電灯に流れる電流の極性が反転し、負から正となるタイミングで前記２個のスイッチング素子の一方をオンからオフに制御し、正から負となるタイミングで他方のスイッチング素子をオンからオフに制御する制御手段を備えた構成としたので、トランスの２次巻線側に高いフライバック電圧が発生するとともに、この高いフライバック電圧が放電灯電流ゼロ（放電灯電流が負から正、正から負）になるタイミングで放電灯に印加されるので、アーク放電が途絶え、放電灯が立ち消えに至る可能性を抑制し、または、放電灯が立ち消えに至ったときであっても再び放電灯の電極間をブレークダウンさせ、アーク放電を継続することができ、放電灯を安定に点灯させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
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原理を説明するための構成図である。
図１において、直流電源１の負電位側はスイッチング素子（ＦＥＴ（電解効果トランジスタ））２のソース（Ｓ）に接続し、このスイッチング素子２のドレイン（Ｄ）はトランス３の１次巻線Ｐｏに接続する。このスイッチング素子２とトランス３の１次巻線Ｐｏとは直列接続を形成する。また、トランス３の１次巻線Ｐｏの他方の側は直流電源１の正電位側と接続する。
【００１２】
スイッチング素子２のゲート（Ｇ）にはこのスイッチング素子２のドレイン（Ｄ）とソース（Ｓ）間の導通をオンオフする所要周波数のスイッチング制御信号Ｓｗが入力する。
また、トランス３の２次巻線Ｓｏの一端側にはイグナイタ４の一端が接続され、他端側にはコンデンサ５の一端が接続される。このイグナイタ４の他端およびコンデンサ５の他端間に例えば高輝度放電灯（ＨＩＤバルブ）等の放電灯６を接続する。
【００１３】
上記構成において、スイッチング素子２はゲート（Ｇ）に入力される所要周波数のスイッチング制御信号Ｓｗに従いオンオフし、トランス３の１次巻線Ｐｏに対する直流電源１からの電圧供給をオンオフする。
トランス３は上記スイッチング素子２のオン状態時に直流電源１からの電力エネルギを蓄積し、このスイッチング素子２がオン状態からオフ状態へ遷移するときに前記蓄積した電力エネルギに基づいたフライバック電圧をトランス３の２次巻線Ｓｏの両端に発生する。
イグナイタ４は高電圧パルスを発生し、この高電圧パルスにより放電灯６の電極間をブレークダウン（絶縁破壊）して放電灯６を起動させる。このイグナイタ４はインダクタンス（Ｌ）成分を有している。
コンデンサ５はイグナイタ４のインダクタンス（Ｌ）成分を打ち消し、放電灯６に対する力率を改善するものであるが、イグナイタ４のインダクタンス（Ｌ）成分とコンデンサ５の容量（Ｃ）成分とで共振回路が形成され、共振周波数が存在することとなる。この共振周波数の存在により、トランス３の１次巻線Ｐｏ側のスイッチング素子２によるオンオフのスイッチングタイミングの位相と、放電灯６に流れる電流の位相とは一致しないこととなる（後述）。
【００１４】
次に、図１の動作について図２を用いて説明する。
図２はこの発明の実施の形態１による放電灯点灯装置の原理を説明するためのタイミング図であり、図２（ａ）はスイッチング制御信号Ｓｗによるスイッチング素子２のスイッチングタイミング図、図２（ｂ）は放電灯６に流れる放電灯電流波形図である。
スイッチング素子２がそのゲート（Ｇ）に入力するスイッチング制御信号Ｓｗにより図２（ａ）に示すようなスイッチングタイミングでオン（ＯＮ）またはオフ（ＯＦＦ）した場合、トランス３の１次巻線Ｐｏに対し直流電源１から電圧供給がオンオフされ、トランス３の２次巻線Ｓｏの両端にフライバック電圧が発生する。
【００１５】
一方、トランス３の２次巻線Ｓｏと直列に接続されたイグナイタ４は高電圧パルスを発生し、この高電圧パルスはトランス３の２次巻線Ｓｏからの出力電圧に重畳し、この高電圧パルスにより放電灯６の電極間をブレークダウンして放電灯６を起動させる。放電灯６の起動後は、トランス３の２次巻線Ｓｏからの出力電圧がイグナイタ４およびコンデンサ５を介し放電灯６の両電極に印加されて定常点灯へ移行し、放電灯６には図２（ｂ）に示す波形の放電灯電流が流れる。この図２（ｂ）に示す定常点灯時の放電灯電流は、イグナイタ４のインダクタンス（Ｌ）成分とコンデンサ５の容量（Ｃ）成分とによる共振動作を伴った特定の周波数を含んだ電流となる。この共振動作により、電流の極性が反転し、放電灯６の電流がゼロとなる例えばタイミングＴｒａ，Ｔｒｂ，Ｔｒｃ等の各ポイントの位相はイグナイタ４のインダクタンス（Ｌ）成分とコンデンサ５の容量（Ｃ）成分とで定まる共振周波数に従った位相となる。また、図２（ｂ）の放電灯６の電流がゼロとなるＴｒｂ，Ｔｒｃの各タイミングポイントに示すように、図２（ａ）のスイッチング素子２のオンタイミングまたはオフタイミングとタイミングＴｒｂ，Ｔｒｃ間にはθｒａまたはθｒｂの位相差が生じており、Ｔｒｂ，Ｔｒｃの各タイミングポイントの位相はスイッチング素子２のオンタイミングまたはオフタイミングの位相に対し遅れている。
【００１６】
以上説明のように、図２（ａ）のスイッチング素子２のスイッチングタイミングの位相と、図２（ｂ）の放電灯６の電流がゼロとなる位相とは上記共振動作のために一致しないこととなる。この位相不一致に起因して、イグナイタ４で発生した高電圧パルスによって放電灯６の電極間がブレークダウンしアーク放電へ至った直後であっても、放電灯６に流れる電流の極性が反転するときにはアーク放電が途絶え、立ち消えに至る可能性があるという弊害が生じる。この立ち消えに至る理由は以下の通りである。
前述のように、トランス３はスイッチング素子２のオン状態時に直流電源１からの電力エネルギを蓄積し、このスイッチング素子２がオン状態からオフ状態へ遷移するときに蓄積した電力エネルギに基づいたフライバック電圧をトランス３の２次巻線Ｓの両端に発生する。この場合、電力エネルギは定まっていることにより、スイッチング素子２がオン状態からオフ状態へ遷移するときに発生するフライバック電圧はトランス３の２次巻線Ｓｏ側に流れる放電灯電流との関係で異なり、放電灯電流が流れていないときが最も高いフライバック電圧となり、放電灯電流が大きくなるに連れて発生するフライバック電圧は低くなる。
【００１７】
従って、図２（ａ）および図２（ｂ）のように、スイッチング素子２がオン状態からオフ状態へ遷移するときに放電灯電流が流れている状態下では発生するフライバック電圧は低くなる。
また、図２（ｂ）に示す放電灯６の電流の極性が反転するタイミング（Ｔｒａ等）においては前述のようにアーク放電が途絶え、立ち消えに至る可能性があるが、このような立ち消えに至った場合には、すかさず高いフライバック電圧を放電灯６へ印加し、再び放電灯６の電極間をブレークダウンさせ、アーク放電を継続させる必要がある。しかしながら、放電灯６の電流の極性が反転する上記Ｔｒａ等のタイミングはスイッチング素子２がオン状態からオフ状態へ遷移するタイミングから外れているためにトランス３の２次巻線Ｓの両端のフライバック電圧は低く、アーク放電が途絶え、立ち消えに至った場合には再び放電灯６の電極間をブレークダウンさせることは困難となる。
【００１８】
以上より、放電灯６の電流がゼロとなる位相に、スイッチング素子２がオン状態からオフ状態へスイッチするタイミングの位相を一致させれば、トランス３の２次巻線Ｓｏの両端には最も高いフライバック電圧が発生し、この高いフライバック電圧が放電灯６の電流がゼロとなるタイミングにおいて印加されることとなり、アーク放電が途絶え、立ち消えに至る可能性を抑制することが可能となる。
また、上記のように、放電灯６の電流がゼロとなる位相とスイッチング素子２がオン状態からオフ状態へスイッチするタイミングの位相とが完全に一致しなくても、放電灯６の電流がゼロとなるポイントを過ぎた直後にトランス３の２次巻線Ｓｏに高いフライバック電圧を発生するようにした場合にも、アーク放電が途絶え、立ち消えに至ったときであっても再び放電灯６の電極間をブレークダウンさせ、アーク放電の継続が可能となる。
【００１９】
次に、本発明の基本構成について図３で説明する。
図３はこの発明の実施の形態１による放電灯点灯装置の基本構成図である。
この図３に示す構成は前述のように、フライバック電圧を発生するトランスとしてトランス１２（Ｔ１）およびトランス１３（Ｔ２）の2つを設け、これらトランス１２およびトランス１３に対応してスイッチング素子（ＦＥＴ）１４およびスイッチング素子（ＦＥＴ）１５の２つのスイッチング素子を設けている。これらスイッチング素子１４およびスイッチング素子１５とを制御手段１９がスイッチング制御する。
上記トランス１２、トランス１３、スイッチング素子１４およびスイッチング素子１５の個々の基本機能（動作）については図１のトランス３、スイッチング素子２と同様である。
【００２０】
また、図３中その他の、直流電源１１、イグナイタ１６、コンデンサ（Ｃ）１７および放電灯１８については図１の直流電源１、イグナイタ４、コンデンサ（Ｃ）５および放電灯６と同様であり、これら個々の説明は省略する。
この図３において、フライバック電圧を発生するトランスをトランス１２およびトランス１３の２つで構成することにより、トランス２次巻線側に発生するフライバック電圧をハイサイド電圧とローサイド電圧とが対称になった交流電圧とすることができる。
なお、図３中のトランス１２およびトランス１３の各巻線部分に付した「・」印は各巻線の巻き始め側を表す。
トランス１２の１次巻線Ｐ１およびトランス１３の１次巻線Ｐ２は並列に直流電源１１へ接続し、互いに独立に動作させる。この直流電源１１の正電位側にはこれら１次巻線Ｐ１，Ｐ２の巻き始め側と接続している。１次巻線Ｐ１の巻き終わり側はスイッチング素子１４のドレイン（Ｄ）と接続し、１次巻線Ｐ２の巻き終わり側はスイッチング素子１５のドレイン（Ｄ）と接続する。
【００２１】
これらスイッチング素子１４，１５の各ソース（Ｓ）は直流電源１１の負電位側と接続し、各ゲート（Ｇ）は制御手段１９と接続され、この制御手段１９からのスイッチング制御信号Ｓａ，Ｓｂが入力する。
また、トランス１２の２次巻線Ｓ１およびトランス１３の２次巻線Ｓ２はこれら双方の巻線の巻き方向を対称にして直列接続している。即ち、２次巻線Ｓ１の巻き終わり側と２次巻線Ｓ２の巻き終わり側とを接続し直列接続を形成する。この直列接続により、トランス１２，１３の各２次巻線Ｓ１，Ｓ２に発生する電圧の極性が正負対称となり、２次巻線Ｓ１の巻き始め側端と２次巻線Ｓ２の巻き始め側端との間に発生するフライバック電圧はハイサイド電圧とローサイド電圧とが対称になった交流電圧となる。これにより、直列接続した２次巻線Ｓ１および２次巻線Ｓ２側は放電灯１８を交流点灯するフライバック電圧を発生することとなり、放電灯１８のガラス球に加わるストレスを緩和し、電極が均等に消耗する等の利点を得ることが可能となる。
【００２２】
トランス１２の２次巻線Ｓ１の巻き始め側はコンデンサ１７の一端と接続し、トランス１３の２次巻線Ｓ２の巻き始め側はイグナイタ１６の一端と接続している。イグナイタ１６の他端およびコンデンサ１７の他端間に放電灯１８を接続している点については図１と同様である。
制御手段１９はスイッチング制御信号Ｓａ，Ｓｂを発生し、この信号Ｓａ，Ｓｂによりスイッチング素子１４，１５のゲート（Ｇ）を介しスイッチング制御する。このスイッチング制御信号Ｓａとスイッチング制御信号Ｓｂとは、スイッチング素子１４，１５を交互にオンオフする位相関係にしている。
また、この制御手段１９はトランス１２，１３の２次巻線Ｓ１，Ｓ２側に流れる放電灯１８の電流を検出し、この電流の極性が反転し、電流がゼロとなるタイミングの位相を検出する電流位相検出回路１９ａを備えている。
【００２３】
次に、図３の動作について図４を用いて説明する。
図４はこの発明の実施の形態１による放電灯点灯装置の基本構成説明用のタイミング図であり、図４（ａ）はスイッチング制御信号Ｓａによるスイッチング素子１４のスイッチングタイミング図、図４（ｂ）はスイッチング制御信号Ｓｂによるスイッチング素子１５のスイッチングタイミング図、図４（ｃ）は放電灯１８に流れる放電灯電流波形図である。
スイッチング素子１４のスイッチングにより直流電源１１からの電圧供給をオンオフし、トランス１２の２次巻線Ｓ１の両端にフライバック電圧を発生する動作、および、スイッチング素子１５のスイッチングにより直流電源１１からの電圧供給をオンオフし、トランス１３の２次巻線Ｓ２の両端にフライバック電圧を発生する動作のそれぞれについては図１で説明したスイッチング素子２とトランス３とによる動作と同様である。
【００２４】
上記スイッチング素子１４のスイッチングおよびスイッチング素子１５のスイッチングは、制御手段１９が発生し、スイッチング素子１４，１５それぞれのゲート（Ｇ）へ送出するスイッチング制御信号Ｓａ，Ｓｂにより行われる。このスイッチング制御信号Ｓａとスイッチング制御信号Ｓｂとは、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すようにスイッチング素子１４，１５それぞれを交互オン（ＯＮ）またはオフ（ＯＦＦ）する位相関係にしている。
この位相関係により、スイッチング素子１４，１５それぞれがオン状態からオフ状態へ遷移するときに、トランス１２の２次巻線Ｓ１とトランス１３の２次巻線Ｓ２とには交互にフライバック電圧を発生する。また、前述のように、トランス１２，１３の各２次巻線Ｓ１，Ｓ２に発生する電圧の極性は正負対称となるように２次巻線Ｓ１，Ｓ２を直列接続しているので、この直列接続された２次巻線Ｓ１の巻き始め端と２次巻線Ｓ２の巻き始め端との間に発生するフライバック電圧はハイサイド電圧とローサイド電圧とが対称になった交流電圧となる。
【００２５】
一方、トランス１３の２次巻線Ｓ２と直列に接続されたイグナイタ１６は高電圧パルスを発生し、この高電圧パルスは直列接続された２次巻線Ｓ１，Ｓ２からの出力電圧に重畳し、この高電圧パルスにより放電灯１８の電極間をブレークダウンして放電灯１８を起動させる。放電灯１８の起動後は、直列接続された２次巻線Ｓ１，Ｓ２からの出力電圧がイグナイタ１６およびコンデンサ１７を介し放電灯１８の両電極に印加されて定常点灯へ移行し、放電灯１８には図４（ｃ）に示す波形の放電灯電流が流れる。この図４（ｃ）に示す定常点灯時の放電灯電流は、図１の説明と同様に、イグナイタ１６のインダクタンス（Ｌ）成分とコンデンサ１７の容量（Ｃ）成分とによる共振動作を伴った特定の周波数を含んだ電流となる。
制御手段１９は内蔵の電流位相検出回路１９ａにより図４（ｃ）に示す放電灯電流を検出し、この放電灯電流の極性が正から負または負から正へ反転し、電流がゼロとなるタイミングを検出する。
【００２６】
制御手段１９は図４（ａ）乃至図４（ｃ）に示すように、上記検出した放電灯電流が極性反転し、電流がゼロとなるタイミングに合せてスイッチング素子１４およびスイッチング素子１５それぞれを交互にオンからオフに設定する。または、制御手段１９は放電灯電流がゼロとなるポイントを過ぎた直後のタイミングに合せてスイッチング素子１４およびスイッチング素子１５それぞれを交互にオンからオフに設定する。
これにより、放電灯１８の電流がゼロとなる位相と、スイッチング素子１４，１５それぞれがオン状態からオフ状態へスイッチするタイミングの位相とが一致し、トランス１２，１３の各２次巻線Ｓ１，Ｓ２には最も高いフライバック電圧が発生し、この高いフライバック電圧が放電灯１８の電流がゼロとなるタイミングにおいて印加されることとなり、アーク放電が途絶え、立ち消えに至る可能性が抑制される。
【００２７】
また、放電灯１８の電流がゼロとなる位相とスイッチング素子１４，１５それぞれがオン状態からオフ状態へスイッチするタイミングの位相とが完全に一致しない場合にも、放電灯１８の電流がゼロとなるポイントを過ぎた直後にトランス１２，１３の各２次巻線Ｓ１，Ｓ２に高いフライバック電圧を発生し印加されるので、アーク放電が途絶え、立ち消えに至ったときであっても再び放電灯１８の電極間をブレークダウンさせ、アーク放電が継続される。
一般的に、１度途絶えたアーク放電を復活するブレークダウン電圧は、時間の経過に従って高くなるため、アーク放電が途絶えた直後にできるだけ短時間内に電圧を印加する方がより低い電圧でブレークダウンが発生し、放電灯１８への電流の通電を再開できるので、上記のように放電灯１８の電流がゼロとなるポイントを過ぎた直後に高いフライバック電圧を発生し放電灯１８へ印加することにより、好ましいアーク放電の継続ができることとなる。
【００２８】
次に、前記図３の基本構成に基づいた具体的構成例について図５で説明する。
図５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図である。なお、図３と同一のものについては同一符号を付してある。
この図５に示す構成は図３の制御手段１９の構成を具体化して制御手段２０としたものである。この制御手段２０以外のその他の構成要素については図３と同様であり、これら図３と同一符号を付したものについての個々の説明は省略する。
制御手段２０は電流検出抵抗２０ａ、バッファ回路２０ｂ、反転回路２０ｃ、制御回路２０ｄおよび制御回路２０ｅとで構成される。
この制御手段２０の構成において、電流検出抵抗２０ａはトランス１３の２次巻線Ｓ２の巻き始め端と接地間に接続し、定常点灯時の放電灯１８に流れる電流をこの電流検出抵抗２０ａにおける電圧降下として検出する。
【００２９】
バッファ回路２０ｂは電流検出抵抗２０ａで検出した放電灯１８の電流に相当する電圧信号を増幅し矩形波の信号にして出力する。
反転回路２０ｃはバッファ回路２０ｂの出力を位相反転した矩形波信号を出力する。
制御回路２０ｄは反転回路２０ｃからの矩形波信号をもとにスイッチング素子１４に対するスイッチング制御信号Ｓａを生成する。このスイッチング制御信号Ｓａはスイッチングのオン・デューティファクタを可変にした信号にする。このため、この制御回路２０ｄはパルス幅を可変設定可能な単安定マルチバイブレータ（図示せず）を備えている。
制御回路２０ｅはバッファ回路２０ｂからの矩形波信号をもとにスイッチング素子１５に対するスイッチング制御信号Ｓｂを生成する。このスイッチング制御信号Ｓｂについてもスイッチング制御信号Ｓａと同様にスイッチングのオン・デューティファクタを可変にした信号である。このため、この制御回路２０ｅについてもパルス幅を可変設定可能な単安定マルチバイブレータ（図示せず）を備えている。
【００３０】
次に、図５の動作について制御手段２０の動作を中心に説明する。なお、この制御手段２０の動作を除く図３と重複する動作についての説明は省略する。
放電灯１８がブレークダウンし、定常点灯へ移行した後の放電灯１８に流れる電流は電流検出抵抗２０ａの両端の電圧降下として検出され、この放電灯電流に相当する電圧信号がバッファ回路２０ｂへ入力する。この電圧信号はイグナイタ１６のインダクタンス（Ｌ）成分とコンデンサ１７の容量（Ｃ）成分とによる共振周波数の影響を受けた放電灯電流に相当する。
上記電圧信号はバッファ回路２０ｂにおいて増幅し矩形波信号に波形整形され、反転回路２０ｃおよび制御回路２０ｅへ分岐して送出される。
反転回路２０ｃはバッファ回路２０ｂからの矩形波信号を位相反転し、この位相反転した矩形波信号を制御回路２０ｄへ送出する。
【００３１】
この制御回路２０ｄは１つの機能として、反転回路２０ｃより送出された矩形波信号の立ち上がりまたは立ち下がりを、放電灯１８に流れる電流の極性が反転し、電流がゼロとなるタイミングとして検出する。ここで、矩形波信号の立ち上がりまたは立ち下がり部分はその立ち上がりまたは立ち下がりの時間がゼロではなく、僅かながらでも時間を要している。従って、立ち上がりまたは立ち下がりの検出タイミングにより電流がゼロに相当することとなる。
制御回路２０ｄは上記検出した電流がゼロとなるタイミングに合せてスイッチング素子１４をオンからオフに設定する。または、制御回路２０ｄは放電灯電流がゼロとなるポイントを過ぎた直後の放電灯電流がゼロとなるタイミングに合せてスイッチング素子１４をオンからオフに設定する。
【００３２】
また、制御回路２０ｄは他の機能として、スイッチング制御信号Ｓａのオン期間を表すオン・デューティファクタを設定する。このオン・デューティファクタの設定により放電灯１８の点灯電力をパルス幅制御（ＰＷＭ制御）し、この点灯電力を適正な電力に設定することができる。
上記オン・デューティファクタはＰＷＭ制御信号（図示せず）に従い内蔵の単安定マルチバイブレータにより設定する。
以上のように、制御回路２０ｄからは、放電灯１８の電流がゼロとなるタイミングに合せてスイッチング素子１４をオンからオフに設定する一方、スイッチング素子１４のオン期間を表すオン・デューティファクタが設定されたスイッチング制御信号Ｓａが出力される。
【００３３】
制御回路２０ｅについても、バッファ回路２０ｂから送出された矩形波信号を基に上記制御回路２０ｄと同様に動作し、放電灯１８の電流がゼロとなるタイミングに合せてスイッチング素子１５をオンからオフに設定する一方、スイッチング素子１５のオン期間を表すオン・デューティファクタが設定されたスイッチング制御信号Ｓｂが出力される。
また、上述のように、制御回路２０ｄへ入力する矩形波信号の位相は制御回路２０ｅへ入力する矩形波信号の位相に対し反転しているので、制御回路２０ｄが出力するスイッチング制御信号Ｓａと、制御回路２０ｅが出力するスイッチング制御信号Ｓｂとはオンオフのタイミングが交互の関係の信号となる。
【００３４】
次に、図５の制御手段２０の詳細について図６で説明する。
図６はこの発明の実施の形態１による放電灯点灯装置の制御手段２０の詳細構成図である。
なお、図５と同一のものについては同一符号を付して重複説明を省略する。
図６において、電流検出抵抗２０ａ、コンデンサ２０１、抵抗２０２、反転回路２０３、反転回路２０４、コンデンサ２０５、反転回路２０６および抵抗２０７とで電流位相検出回路２０ｆを形成している。この電流位相検出回路２０ｆの出力端には２つの結合用コンデンサ２０８，２０９が設けられている。
また、制御回路２０ｄはトランジスタ２１０、抵抗２１２、コンデンサ２１４および比較器（コンパレータ）２１６とで形成した単安定マルチバイブレータを備え、制御回路２０ｅはトランジスタ２１１、抵抗２１３、コンデンサ２１５および比較器（コンパレータ）２１７とで形成した単安定マルチバイブレータを備えている。
なお、上記構成の制御手段２０と、図５のスイッチング素子１４，１５、トランス１２，１３（１次巻線Ｐ１，Ｐ２、２次巻線Ｓ１，Ｓ２）とで正帰還ループが形成され、自己発振する無安定マルチバイブレータを形成している。上記電流位相検出回路２０ｆはこの無安定マルチバイブレータの入力アンプに相当する。
【００３５】
次に、図６の動作について図７を用いて説明する。
図７はこの発明の実施の形態１による放電灯点灯装置における制御手段２０の動作説明図であり、図７（ａ）は電流検出抵抗２０ａの両端に発生する放電灯１８の電流に相当する電圧信号Ｓｒの波形図、図７（ｂ）はトランジスタ２１０のコレクタ（Ｃ）の電圧信号Ｓｃ１の波形図、図７（ｃ）は比較器２１６の出力であって制御回路２０ｄの出力であるスイッチング制御信号Ｓａの波形図、図７（ｄ）はトランジスタ２１１のコレクタ（Ｃ）の電圧信号Ｓｃ２の波形図、図７（ｅ）は比較器２１７の出力であって制御回路２０ｅの出力であるスイッチング制御信号Ｓｂの波形図である。
放電灯１８が定常点灯へ移行した後の放電灯電流に相当する図７（ａ）に示す電圧信号Ｓｒが電流位相検出回路２０ｆを形成する電流検出抵抗２０ａの両端に発生し、この電圧信号Ｓｒはコンデンサ２０１を経て反転回路２０３へ入力する。このコンデンサ２０１以降の、反転回路２０３，２０４、抵抗２０２およびコンデンサ２０５等で形成される回路は電圧信号Ｓｒを増幅し矩形波の信号に波形整形する。反転回路２０４から出力された矩形波信号は反転回路２０６へ送出される一方、結合用コンデンサ２０８を介し、制御回路２０ｄを形成するトランジスタ２１０のベース（Ｂ）へ送出される。
【００３６】
反転回路２０６は反転回路２０４からの矩形波信号を位相反転し、この位相反転した矩形波信号を結合用コンデンサ２０９を介し、制御回路２０ｅを形成するトランジスタ２１１のベース（Ｂ）へ送出する。
制御回路２０ｄを形成し、かつ、単安定マルチバイブレータを形成するトランジスタ２１０のコレクタ（Ｃ）には抵抗２１２を介し直流電源Ｖｃｃより電圧が印加され、ベース（Ｂ）に入力する前記矩形波信号によりコレクタ（Ｃ）と接地されたエミッタ（Ｅ）間をオンオフする。また、このトランジスタ２１０のコレクタ（Ｃ）と接地間には充放電用のコンデンサ２１４が設けられ、このコンデンサ２１４は抵抗２１２を介し充電される。
コンデンサ２１４に充電された電圧はトランジスタ２１０のベース（Ｂ）の矩形波信号によるオン時にトランジスタ２１０のコレクタ（Ｃ）からエミッタ（Ｅ）を経て放電される。このコンデンサ２１４の充放電により、トランジスタ２１０のコレクタ（Ｃ）には図７（ｂ）に示す三角波の電圧信号Ｓｃ１が発生する。
【００３７】
上記発生した図７（ｂ）に示す三角波の電圧信号Ｓｃ１と前記図７（ａ）に示した放電灯電流に相当する電圧信号Ｓｒとの位相関係は図示のように、電圧信号Ｓｒが負から正へ極性が切り換わる電圧ゼロのポイントと、電圧信号Ｓｃ１の三角波が正のピークから負のピークへ戻るポイントとが一致する位相関係となる。
発生した三角波の電圧信号Ｓｃ１は比較器２１６の正相入力端（＋）へ入力する。この比較器２１６の逆相入力端（−）には直流レベル（電圧）を表すパルス幅制御（ＰＷＭ）信号Ｓｐが入力設定される。これにより、比較器２１６における正相入力端（＋）の電圧信号Ｓｃ１と逆相入力端（−）のパルス幅制御信号Ｓｐとの関係は図７（ｂ）に示すようになり、三角波の電圧信号Ｓｃ１は直流レベルを表すパルス幅制御信号Ｓｐを境にして正側および負側に変化する信号となる。
【００３８】
このように、その正相入力端（＋）に電圧信号Ｓｃ１が入力し、逆相入力端（−）には直流レベルを表すパルス幅制御信号Ｓｐが設定され、比較器２１６からは図７（ｃ）に示す矩形波となったスイッチング制御信号Ｓａが出力される。この図７（ｃ）に示すスイッチング制御信号Ｓａの期間Ｔｆでスイッチング素子１４をオフにし、期間Ｔｎでスイッチング素子１４をオンする。このオンからオフにするタイミングが図７（ｂ）に示す電圧信号Ｓｃ１が正のピークから負のピークへ戻るポイントと一致し、かつ、図７（ａ）に示す電圧信号Ｓｒが負から正へ極性が切り換わる電圧ゼロのポイントと一致する。この電圧信号Ｓｒの電圧ゼロポイントは放電灯１８に流れる電流の極性が反転し、電流がゼロとなるポイントである。これにより、放電灯電流がゼロとなるタイミングでスイッチング素子１４をオンからオフに設定するスイッチング制御信号Ｓａが制御回路２０ｄからスイッチング素子１４へ出力されることとなる。
また、パルス幅制御信号Ｓｐのレベルを正方向または負方向へ変化（シフト）することによりスイッチング制御信号Ｓａの期間Ｔｆおよび期間Ｔｎの幅が変化し、パルス幅制御信号Ｓｐのレベルを負方向へシフトするほどスイッチング素子１４をオンする期間Ｔｎの幅が広くなり、オン・デューティファクタが増大する。
【００３９】
このように、スイッチング制御信号Ｓａはパルス幅制御信号Ｓｐによりオン・デューティファクタが設定され、パルス幅制御する。
以上の説明において、反転回路２０３，２０４等で形成される電流位相検出回路２０ｆにおいて波形整形して得た放電灯電流を表す矩形波信号の立ち上がりまたは立ち下がり部分、図７（ｂ）の電圧信号Ｓｃ１の正のピークから負のピークへ戻る部分、さらには図７（ｃ）のスイッチング制御信号Ｓａのオンからオフになる部分等については理想的な状態として扱ったが、実際にはこれら部分の所用時間はゼロではなく、僅かながらでも時間を要している。従って、放電灯電流がゼロとなるタイミングでスイッチング素子１４が必ずしもオンからオフに設定されない場合が生じる。この場合、放電灯電流が略ゼロのタイミングでスイッチング素子１４がオンからオフに設定されることとなる。
【００４０】
一方、トランジスタ２１１、抵抗２１３、コンデンサ２１５および比較器２１７とで形成する単安定マルチバイブレータを備えた制御回路２０ｅは構成を同じくする前述の制御回路２０ｄと位相関係を除き同じ動作となる。従って、以下においてはこの位相関係について説明し、制御回路２０ｄと重複する動作説明は省略する。なお、制御回路２０ｅのトランジスタ２１１、抵抗２１３、コンデンサ２１５および比較器２１７それぞれの回路素子は制御回路２０ｄのトランジスタ２１０、抵抗２１２、コンデンサ２１４および比較器２１６それぞれの回路素子に対応し、これら対応する回路素子それぞれの基本動作は同じである。
【００４１】
制御回路２０ｅを形成し、かつ、単安定マルチバイブレータを形成するトランジスタ２１１のベース（Ｂ）には、コンデンサ２０９を介し反転回路２０６からの放電灯電流に相当する矩形波信号が入力するが、この矩形波信号は制御回路２０ｄのトランジスタ２１０のベース（Ｂ）へ入力する矩形波信号に対し位相が反転している。このため、トランジスタ２１１のコレクタ（Ｃ）には図７（ｄ）に示す三角波の電圧信号Ｓｃ２が発生する。
この図７（ｄ）に示す三角波の電圧信号Ｓｃ２は、図７（ｂ）に示す三角波の電圧信号Ｓｃ１に対し１８０度の位相差が生じている。従って、この図７（ｄ）に示す三角波の電圧信号Ｓｃ２が入力される比較器２１７からは図７（ｅ）に示す波形のスイッチング制御信号Ｓｂが出力される。このスイッチング制御信号Ｓｂの位相は図７（ｃ）に示すスイッチング制御信号Ｓａに対し１８０度の位相差が生じている。
以上説明のように、制御回路２０ｄおよび制御回路２０ｅからはスイッチング素子１４およびスイッチング素子１５を交互にオンオフするようにしたスイッチング制御信号Ｓａおよびスイッチング制御信号Ｓｂが出力されることとなる。
【００４２】
次に、前記図５および図６の構成における放電灯１８がブレークダウンする前後の状態について図８で説明する。なお、この説明には図５および図６を併用する。
図８はこの発明の実施の形態１による放電灯点灯装置における放電灯１８のブレークダウン前後の状態説明用のタイミング図であり、図８（ａ）は放電灯１８に流れる放電灯電流の波形図、図８（ｂ）は反転回路２０３，２０４等で形成される電流位相検出回路２０ｆ（図６）において矩形波に波形整形した電流位相検出信号の波形図、図８（ｃ）はスイッチング素子１４に対するスイッチング制御信号Ｓａの波形図、図８（ｄ）はスイッチング素子１５に対するスイッチング制御信号Ｓｂの波形図、図８（ｅ）は放電灯１８に印加される電圧の波形図である。なお、図８（ｂ）に示す電流位相検出信号の波形図は図８（ｄ）に対応し、図８（ｃ）に対応する電流位相検出信号の波形図は省略してある。
前記図５または図６等の説明は放電灯１８の定常点灯時におけるものであった。
放電灯１８はイグナイタ１６が発生する高電圧パルスにより放電灯１８の電極間がブレークダウンされて起動し、その後に定常点灯へ移行することは前述の通りである。
【００４３】
図８（ａ）において、放電灯１８に放電灯電流が流れていない間（Ｔａ）においては、電流検出抵抗２０ａ（図６）に電圧は発生しないので、反転回路２０３，２０４等で形成される電流位相検出回路２０ｆにおいては電流検出抵抗２０ａの検出に基づく電流位相の検出信号は出力されない。
前述のように、図５の構成においては制御手段２０、スイッチング素子１４，１５、トランス１２，１３とで自己発振する無安定マルチバイブレータを形成している。
従って、放電灯電流が流れていない間（Ｔａ）においては、この無安定マルチバイブレータによる自己発振により図８（ｂ）に示す矩形波の放電灯電流位相検出信号（Ｗ１，Ｗ２等）が発生し、これら発生信号をもとに制御回路２０ｄおよび制御回路２０ｅを動作させる。
これにより、制御回路２０ｄからは図８（ｃ）に示すスイッチング制御信号Ｓａが出力され（Ｗ３〜Ｗ５等）、制御回路２０ｅからは図８（ｄ）に示すスイッチング制御信号Ｓ２が出力される（Ｗ６〜Ｗ８等）。
【００４４】
また、放電灯電流が流れていない間（Ｔａ）においては、前述のように、トランス１２，１３の２次巻線Ｓ１，Ｓ２側に発生する交流形態のフライバック電圧は高電圧となり、図８（ｅ）に示すように、高電圧の交流フライバック電圧（ｅ１，ｅ２，ｅ３等）が放電灯１８へ印加される。
次いで、図８（ｅ）に示すように、イグナイタ１６より高電圧パルス（ｅｉ）が発生し、この高電圧パルス（ｅｉ）が放電灯１８へ印加されてブレークダウンした場合、このブレークダウン直後は、図８（ａ）に示すように放電灯１８に電流が流れ始め（ｉ１）、何度かの電流の途絶え（Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄ等）の過渡期間を経て、電流の途絶えのない定常点灯時の電流（ｉ２）へ至る。
【００４５】
このように放電灯１８に電流が流れ始めた場合、電流検出抵抗２０ａに基づく電流位相検出が作動し、この検出に基づき制御回路２０ｄおよび制御回路２０ｅは作動することとなる。これにより、電流位相検出回路２０ｆより出力される電流位相検出信号は図８（ｂ）に示すように、自己発振に基づく信号から放電灯電流に同期した信号へ移行し（Ｗ９〜Ｗ１０等）、従って、制御回路２０ｄが出力するスイッチング制御信号Ｓａおよび制御回路２０ｅが出力するスイッチング制御信号Ｓｂについても自己発振に基づく信号から放電灯電流に同期した信号へ移行する（Ｗ１１〜Ｗ１４等）。この結果、放電灯電流の極性が反転する電流ゼロの適切なタイミングでスイッチング素子１４，１５がオンからオフに設定され、放電灯１８の立ち消えを抑制する。
また、放電灯１８に電流が流れ始めた場合、前述のように、トランス１２，１３の２次巻線Ｓ１，Ｓ２側に発生するフライバック電圧は放電灯電流に従い低下するので、放電灯１８へ印加される電圧は、図８（ｅ）に示すように順次低下しつつ（ｅ４〜ｅ７等）、定常点灯時の電圧（ｅ８）へ至る。ここで、電圧ｅ５，ｅ６，ｅ７等の跳ね上り部分は図８（ａ）に示した放電灯１８の電流の途絶え（Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄ等）に対応して高電圧のフライバック電圧が印加されていることを示す。この電圧印加により、放電灯１８の立ち消えを抑制する。
【００４６】
以上のように、この実施の形態１によれば、トランス１２，１３の１次巻線Ｐ１，Ｐ２をスイッチングし、直列接続した２次巻線Ｓ１，Ｓ２に放電灯１８へ印加するフライバック電圧を発生させるスイッチング素子１４，１５のオンオフ制御において、制御手段２０は、放電灯１８に流れる電流の極性が反転し、電流がゼロとなるタイミングでスイッチング素子１４，１５をオンからオフに設定するようにスイッチング制御信号Ｓａ，Ｓｂでオンオフ制御する構成としたので、トランスの２次巻線Ｓ１，Ｓ２に高いフライバック電圧が発生するとともに、この高いフライバック電圧が放電灯１８の電流がゼロのタイミングで放電灯１８に印加され、この電圧印加により、アーク放電が途絶え、放電灯１８が立ち消えに至る可能性を抑制し、または、放電灯が立ち消えに至ったときであっても再び放電灯の電極間をブレークダウンさせ、アーク放電を継続することができ、放電灯を安定に点灯させることができる。
【００４７】
また、制御手段２０は放電灯１８に流れる電流を検出し、この電流の極性が反転し、電流がゼロになるタイミングの位相を検出する電流位相検出回路を備えた構成としたので、放電灯１８に流れる電流の位相に合せたスイッチング制御信号Ｓａ，Ｓｂを生成でき、また、このスイッチング制御信号Ｓａ，Ｓｂによりスイッチング素子１４，１５をオンオフ制御することにより、スイッチング制御信号Ｓａ，Ｓｂの周波数はイグナイタ１６のインダクタンス（Ｌ）成分とコンデンサ１７の容量（Ｃ）成分とによる共振周波数の影響を受けて自ずと周波数決定され、回路として自励回路のように発振状態を維持することができる。
【００４８】
また、制御手段２０は、放電灯１８の点灯電力をスイッチング素子１４，１５のオン期間により制御するとともに、このオン期間を終了しスイッチング素子１４，１５をオフするタイミングを、放電灯１８に流れる電流の極性が反転し、電流がゼロとなるタイミングに同期させるように制御する構成としたので、放電灯１８の点灯電力を適正な電力に設定することができるとともに、放電灯１８に流れる電流の極性反転時にアーク放電が途絶えることがない安定な点灯を維持することができる。
【００４９】
また、図６の制御手段２０は図５の構成において無安定マルチバイブレータを形成し、放電灯１８に電流が流れていないときには自らの周波数で発振動作しており、この発振による信号でスイッチング素子１４，１５を常時オンオフ動作することができ、特殊なシーケンスを設けなくとも、放電灯１８を点灯する前の非定常動作時においてもスイッチング動作し、または放電灯１８の立ち消え後の非定常動作から回復することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明の実施の形態１による放電灯点灯装置の原理を説明するための構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による放電灯点灯装置の原理を説明するためのタイミング図であり、（ａ）はスイッチング信号によるスイッチング素子のスイッチングタイミング図、（ｂ）は放電灯に流れる放電灯電流波形図である。
【図３】この発明の実施の形態１による放電灯点灯装置の基本構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１による放電灯点灯装置の基本構成説明用のタイミング図であり、（ａ）および（ｂ）はスイッチング制御信号によるスイッチング素子のスイッチングタイミング図、（ｃ）は放電灯に流れる放電灯電流波形図である。
【図５】この発明の実施の形態１による放電灯点灯装置の構成図である。
【図６】この発明の実施の形態１による放電灯点灯装置の制御手段の詳細構成図である。
【図７】この発明の実施の形態１による放電灯点灯装置における制御手段の動作説明図であり、（ａ）は電流検出抵抗の両端に発生する放電灯電流に相当する電圧信号の波形図、（ｂ）および（ｄ）はトランジスタのコレクタ（Ｃ）の電圧信号の波形図、（ｃ）および（ｅ）は制御回路が出力するスイッチング制御信号の波形図である。
【図８】この発明の実施の形態１による放電灯点灯装置における放電灯のブレークダウン前後の状態説明用のタイミング図であり、（ａ）は放電灯に流れる放電灯電流の波形図、（ｂ）は電流位相検出回路において矩形波に波形整形した電流位相検出信号の波形図、（ｃ）および（ｄ）はスイッチング素子に対するスイッチング制御信号の波形図、（ｅ）は放電灯に印加される電圧の波形図である。
【符号の説明】
【００５１】
１，１１  直流電源、２，１４，１５  スイッチング素子、３，１２，１３  トランス、４，１６  イグナイタ、５，１７  コンデンサ、６，１８  放電灯、１９，２０  制御手段、１９ａ，２０ｆ  電流位相検出回路、２０ａ  電流検出抵抗、２０ｂ  バッファ回路、２０ｃ  反転回路、２０ｄ，２０ｅ  制御回路、２０１，２０５，２０８，２０９，２１４，２１５  コンデンサ、２０２，２０７，２１２，２１３  抵抗、２０３，２０４，２０６  反転回路、２１０，２１１  トランジスタ、２１６，２１７  比較器。
【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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