(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、
スイッチング素子をオン・オフすることで前記直流電源の電圧を所望の電圧に変換する昇降圧コンバータ回路と、
前記昇降圧コンバータ回路の出力電力を極性反転して交流電力に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路の出力する交流電力を供給される放電灯と、
前記昇降圧コンバータ回路の出力電流を前記放電灯のランプ電流として検出する電流検出手段、前記昇降圧コンバータ回路の出力電圧を前記放電灯のランプ電圧として検出する電圧検出手段、所定のランプ電力を指示するランプ電力指令値と前記ランプ電圧検出値とからランプ電流指令値を演算するランプ電流指令値演算手段を有し、前記ランプ電流検出値と前記ランプ電流指令値とを比較してランプ電流検出値がランプ電流指令値に一致するように前記昇降圧コンバータの出力を制御し、さらに点灯始動時における前記ランプ電流指令値の積分値が大きいほど、前記インバータ回路が点灯始動時に予め定められた回数、極性反転する時間間隔を短くする制御回路と
を具備することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記定められた回数の極性反転時において、極性反転前の前記積分値と極性反転後の前記積分値とが等しくな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。
【請求項３】
前記制御回路は、前記ランプ電流検出値と前記ランプ電流指令値とを比較して、点灯始動時における前記ランプ電流検出値が前記ランプ電流指令値よりも大きい場合、前記ランプ電流指令値の積分値に応じて設定した前記インバータ回路が極性反転する時間間隔を短くし、点灯始動時における前記ランプ電流検出値が前記ランプ電流指令値よりも小さい場合、前記ランプ電流指令値の積分値に応じて設定した前記インバータ回路が極性反転する時間間隔を長くす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４】
前記制御回路は、前記ランプ電流指令値に下限値を設け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５】
前記制御回路は、前記放電灯が放電を開始してからオープンループ制御期間には、前記昇降圧コンバータ回路のスイッチング素子のスイッチング動作を制御するオープンループ制御を行うことを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の放電灯点灯装置。
【請求項６】
前記オープンループ制御期間は、前記制御回路が、前記昇降圧コンバータ回路の出力電力を前記ランプ電圧検出値に応じて制御する出力制御のフィードバック系の応答時間よりも長い期間であることを特徴とする請求項５記載の放電灯点灯装置。
【請求項７】
前記オープンループ制御期間において、前記昇降圧コンバータ回路のスイッチング素子のスイッチング周波数とデューティとのうちの少なくとも一方は、前記直流電源の電圧に対応した値に可変であることを特徴とする請求項５記載の放電灯点灯装置。
【請求項８】
前記制御回路はデータを記憶する記憶手段を有し、前記記憶手段は、前記オープンループ制御期間において、放電開始直前に記憶した状態検出データを放電開始後の状態検出データに変更することを特徴とする請求項５記載の放電灯点灯装置。
【請求項９】
前記制御回路は、前記オープンループ制御を開始するために前記放電灯の放電開始を検出する放電開始検出手段と、定常点灯に移行するために前記放電灯の点灯を検出する点灯判別手段とを各々有することを特徴とする請求項５記載の放電灯点灯装置。
【請求項１０】
前記放電開始検出手段は、前記放電灯の定常点灯時のランプ電圧より高い無負荷時のランプ電圧が低下したことにより前記放電灯の点灯を検出することを特徴とする請求項９記載の放電灯点灯装置。
【請求項１１】
前記点灯判別手段は、前記オープンループ制御期間の終了後、前記放電灯のランプ電圧とランプ電流とのうちの少なくとも一方の値を検出して前記放電灯の点灯判別を行うことを特徴とする請求項９記載の放電灯点灯装置。
【請求項１２】
前記制御回路は、前記放電開始検出手段が前記放電灯の放電を検出しなければ、前記放電灯に供給する交流電力を抑制することを特徴とする請求項９記載の放電灯点灯装置。
【請求項１３】
前記制御回路は、前記放電開始検出手段が前記放電灯の放電を検出しなければ、前記放電灯に供給する交流電力を素早く減衰させることを特徴とする請求項９記載の放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタルハライドなどの高輝度放電灯（ＨＩＤ）を点灯させる放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
メタルハライドなどの高輝度放電灯（ＨＩＤ）は、音響共鳴現象を起こさずに点灯させるため３００Ｈｚ程度の周波数で交流点灯させている。しかし、点灯直後に電極を十分な温度にしないとランプ電流が正または負に切り替わる極性反転時に立ち消えしやすいという課題があった。
【０００３】
そこで、特開平９−７３９９１号公報に開示されているように、点灯始動時の所定時間、放電灯に直流電力または低周波電力を供給すべく発振回路の発振周波数を制御し、電流検出手段により検出されたランプ電流の大きさに応じて前記所定時間を調整する制御手段を備える放電灯点灯装置が提供されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来例に示すように、ランプ電流の検出値の大きさによって、点灯始動時の所定時間を調整すると、点灯直後のランプ電流の変動で正確に安定してランプ電流時間積を算出することができないという問題があった。
【０００５】
点灯直後のランプ電流は変動が激しく、正確にランプ電流を検出するには電流検出回路のダイナミックレンジを大きく取る必要があり、制御回路の電源電圧を大きくするなど回路が複雑になるという問題があった。
【０００６】
また、ランプ電流検出回路のフィルタの時定数を大きくすることによって、ランプ電流検出値の変動を抑えることができるが、制御回路の応答性が遅くなるので、始動性が悪くなり、点灯直後の立ち消え及び極性反転時の立ち消えが発生する問題があった。
【０００７】
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、点灯直後の立ち消え及び極性反転時の立ち消えを無くし、且つランプの劣化を抑制する放電灯点灯装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、直流電源と、スイッチング素子をオン・オフすることで前記直流電源の電圧を所望の電圧に変換する昇降圧コンバータ回路と、前記昇降圧コンバータ回路の出力電力を極性反転して交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力する交流電力を供給される放電灯と、前記昇降圧コンバータ回路の出力電流を前記放電灯のランプ電流として検出する電流検出手段、前記昇降圧コンバータ回路の出力電圧を前記放電灯のランプ電圧として検出する電圧検出手段、所定のランプ電力を指示するランプ電力指令値と前記ランプ電圧検出値とからランプ電流指令値を演算するランプ電流指令値演算手段を有し、前記ランプ電流検出値と前記ランプ電流指令値とを比較してランプ電流検出値がランプ電流指令値に一致するように前記昇降圧コンバータの出力を制御し、さらに点灯始動時における前記ランプ電流指令値の積分値が大きいほど、前記インバータ回路が点灯始動時に予め定められた回数、極性反転する時間間隔を短くする制御回路とを具備することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記制御回路は、前記定められた回数の極性反転時において、極性反転前の前記積分値と極性反転後の前記積分値とが等しくなるように制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記制御回路は、前記ランプ電流検出値と前記ランプ電流指令値とを比較して、点灯始動時における前記ランプ電流検出値が前記ランプ電流指令値よりも大きい場合、前記ランプ電流指令値の積分値に応じて設定した前記インバータ回路が極性反転する時間間隔を短くし、点灯始動時における前記ランプ電流検出値が前記ランプ電流指令値よりも小さい場合、前記ランプ電流指令値の積分値に応じて設定した前記インバータ回路が極性反転する時間間隔を長くすることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記制御回路は、前記ランプ電流指令値に下限値を設けることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１乃至４いずれかの発明において、前記制御回路は、前記放電灯が放電を開始してからオープンループ制御期間には、前記昇降圧コンバータ回路のスイッチング素子のスイッチング動作を制御するオープンループ制御を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記オープンループ制御期間は、前記制御回路が、前記昇降圧コンバータ回路の出力電力を前記ランプ電圧検出値に応じて制御する出力制御のフィードバック系の応答時間よりも長い期間であることを特徴とする。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項５の発明において、前記オープンループ制御期間において、前記昇降圧コンバータ回路のスイッチング素子のスイッチング周波数とデューティとのうちの少なくとも一方は、前記直流電源の電圧に対応した値に可変であることを特徴とする。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項５の発明において、前記制御回路はデータを記憶する記憶手段を有し、前記記憶手段は、前記オープンループ制御期間において、放電開始直前に記憶した状態検出データを放電開始後の状態検出データに変更することを特徴とする。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項５の発明において、前記制御回路は、前記オープンループ制御を開始するために前記放電灯の放電開始を検出する放電開始検出手段と、定常点灯に移行するために前記放電灯の点灯を検出する点灯判別手段とを各々有することを特徴とする。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項９の発明において、前記放電開始検出手段は、前記放電灯の定常点灯時のランプ電圧より高い無負荷時のランプ電圧が低下したことにより前記放電灯の点灯を検出することを特徴とする。
【００１８】
請求項１１の発明は、請求項９の発明において、前記点灯判別手段は、前記オープンループ制御期間の終了後、前記放電灯のランプ電圧とランプ電流とのうちの少なくとも一方の値を検出して前記放電灯の点灯判別を行うことを特徴とする。
【００１９】
請求項１２の発明は、請求項９の発明において、前記制御回路は、前記放電開始検出手段が前記放電灯の放電を検出しなければ、前記放電灯に供給する交流電力を抑制することを特徴とする。
【００２０】
請求項１３の発明は、請求項９の発明において、前記制御回路は、前記放電開始検出手段が前記放電灯の放電を検出しなければ、前記放電灯に供給する交流電力を素早く減衰させることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（実施形態１）
図１は本実施形態の放電灯点灯装置の回路ブロック図を示し、放電灯点灯装置は、入力電圧Ｖ１を出力する直流電源１と、高輝度放電灯からなる放電灯５と、入力電圧Ｖ１を放電灯５が必要とする電圧に昇降圧変換するＤＣ／ＤＣコンバータ回路２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２の直流出力を極性反転して交流に変換するインバータ回路３と、放電灯５を始動させるために必要な高電圧を放電灯５に印加するイグナイタ部４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２及びインバータ回路３を制御する制御部９と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２の出力電圧検出用の抵抗７と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２の出力電流検出用の抵抗８と、直流電源１及びＤＣ／ＤＣコンバータ回路２の間に接続されるスイッチ１０とから構成される。
【００２３】
制御部９は、抵抗８の一端と接続されて、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２の出力電流をランプ電流Ｉ５として検出し、ランプ電流検出値ａを出力する電流検出部９１と、抵抗７の一端と接続されて、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２の出力電圧をランプ電圧Ｖ５として検出し、ランプ電圧検出値ｂを出力する電圧検出部９２と、所定のランプ電力にするためのランプ電力指令値ｄを出力する電力指令値発生部９４と、ランプ電力指令値ｄ及びランプ電圧検出値ｂからランプ電流Ｉ５のランプ電流指令値ｃを演算する電流指令値演算部９３と、ランプ電流指令値ｃを積分する指令値積分部９７と、指令値積分部９７の出力をインバータ回路３の駆動信号に変換する駆動信号発生部９６と、ランプ電流指令値ｃ及びランプ電流検出値ａに応じてＤＣ／ＤＣコンバータ回路２に出力制御信号を出力する誤差アンプ９５とから構成される。
【００２４】
図２は、車載用定格３５Ｗの放電灯５の点灯モードの例を示し、図２（ａ）は、入力電圧Ｖ１、図２（ｂ）はランプ電圧Ｖ５、図２（ｃ）はランプ電流Ｉ５の各波形を各々示す。
【００２５】
入力電圧Ｖ１は略１２Ｖの直流電圧であり、時間ｔ０にて点灯開始すると、ランプ電圧Ｖ５が略−３８０Ｖに達した時間ｔ１にて放電灯５は放電を開始し、点灯する。点灯してからのモードは４つに分けられ、点灯してから数１００μｓｅｃ程度の始動モードＷ１と、点灯してからインバータ回路３にてランプ電圧Ｖ５、ランプ電流Ｉ５が２回極性反転するまで（１５〜７５ｍｓｅｃ程度）の点灯初期モードＷ２と、点灯から６０ｓｅｃ程度以内（ランプ温度によって変わる）の光出力立上りモードＷ３と、定格出力で制御される定常モードＷ４とからなり、光出力立上りモードＷ３及び定常モードＷ４においては、インバータ回路３は数１００Ｈｚ程度の矩形波を出力して放電灯５を点灯させている。
【００２６】
本発明は、点灯直後の始動モードＷ１及び点灯初期モードＷ２についてのものであり、点灯初期モードＷ２における２回の極性反転の時間間隔を決めており、電流指令値演算部９３が出力するランプ電流指令値ｃを指令値積分部９７にて積分し、その積分値が所定のしきい値に達することによって極性反転する時間間隔を決めている。
【００２７】
ランプ電流指令値ｃ、ランプ電力指令値ｄ、ランプ電圧検出値ｂには、
ｃ＝ｄ／ｂ  （ｄ＝ｃ×ｂ）
という関係がある。ここで、点灯直後のランプ電力指令値ｄはその値を固定しているので、ランプ電圧検出値ｂの逆数を積分した値と、ランプ電流指令値ｃを積分した値とは同様に考えることができるが、本実施形態においては、ランプ電流指令値ｃを用いる場合について説明する。
【００２８】
図３に、指令値積分部９７の回路構成を示す。指令値積分部９７は、電流指令値演算部９３が出力するランプ電流指令値ｃを積分する積分回路９１０と、積分回路９１０の積分出力と電圧源９０９のしきい値電圧Ｖｒｅｆ１とを比較するコンパレータ９０６と、コンパレータ９０６の出力の立下りエッジを検出してパルス電圧を出力するエッジ検出ＩＣ９０７とから構成され、積分回路９１０は、反転入力端子に抵抗９００を接続し、反転入力端子と出力端子間にコンデンサ９０１とスイッチ９０８との並列回路を接続したオペアンプ９０２からなる積分器と、オペアンプ９０２の出力端子と抵抗９０３を介して反転入力端子を接続し、反転入力端子と出力端子間に抵抗９０４を接続したオペアンプ９０５からなる反転増幅器とから構成される。
【００２９】
次に、上記指令値積分部９７の動作について説明する。電流指令値演算部９３の出力するランプ電流指令値ｃは、コンデンサ９０１の電位として積分され、オペアンプ９０５にて反転されて、積分出力Ｖｏ１として出力される。コンパレータ９０６は、積分出力Ｖｏ１としきい値電圧Ｖｒｅｆ１とを比較し、積分出力Ｖｏ１がしきい値電圧Ｖｒｅｆ１以上になれば、出力Ｖｏ２がＨレベルからＬレベルになる。その出力Ｖｏ２の立下りエッジを検出したエッジ検出ＩＣ９０７は、パルス波形の出力Ｖｏ３を駆動信号発生部９６に出力し、パルス波形の出力Ｖｏ３を入力された駆動信号発生部９６は、インバータ駆動信号の極性を反転し、インバータ回路３の出力を極性反転させる。また、パルス波形の出力Ｖｏ３はスイッチ９０８をオンにしてコンデンサ９０１を放電させ、積分出力Ｖｏ１を０Ｖにして、前記動作を繰り返す。出力Ｖｏ３のパルス波形の長さは、コンデンサ９０１を十分放電させることができる時間とする。このときの積分出力Ｖｏ１、出力Ｖｏ２、出力Ｖｏ３の各波形を、図４に示す。
【００３０】
駆動信号発生部９６は、点灯後２回のみ指令値積分部９７の出力したパルス波形の出力Ｖｏ３を受け取り、点灯後３回目以降は受け付けない。このパルス波形の出力Ｖｏ３を受け取った回数を計数するカウンタは、放電灯５が点灯したかどうかを判別する点灯判別回路（図示なし）が点灯したと判別すればリセットされる。
【００３１】
しきい値電圧Ｖｒｅｆ１は、放電灯５の種類及び放電灯点灯回路と整合をとって設定し、しきい値電圧Ｖｒｅｆ１の下限値は放電灯５の始動性によって設定して、上限値は放電灯の寿命特性によって設定される。また、しきい値電圧Ｖｒｅｆ１を一定とすることによって、点灯初期モードＷ２における１回目と２回目の極性反転時の各積分出力Ｖｏ１を同等に制御することができる。
【００３２】
なお、積分回路９１０は、電圧−電流変換回路とコンデンサとでも容易に構成することができ、指令値積分部９７は、アナログＡＳＩＣやアナログデジタルＡＳＩＣやマイコンを用いても容易に構成することができる。
【００３３】
このように本実施形態によると、ランプ電流指令値ｃを積分することによって、放電灯５のランプ電圧Ｖ５、ランプ電流Ｉ５が点灯直後２回まで極性反転する時間間隔を制御することができ、点灯直後の立ち消え、および極性反転時の立ち消えを無くすことができる。
【００３４】
また、点灯直後において、ランプ電流指令値ｃの１回目と２回目との積分値を同等に制御することができるので、放電灯５の片側の電極のみが劣化し、寿命が短くなるという問題も解決することができる。
【００３５】
（実施形態２）
図５は本実施形態の放電灯点灯装置の回路ブロック図を示し、実施形態１を示す図１の回路ブロック図とは、誤差アンプ９５の出力を指令値積分部９７に入力した点が異なり、実施形態１と同様の要素、構成には同一の符号を付して説明は省略する。
【００３６】
図６は指令値積分部９７の回路構成を示し、誤差アンプ９５の出力に応じて、可変電圧源９１１のしきい値電圧Ｖｒｅｆ１を可変する点が実施形態１と異なり、実施形態１と同様の要素、構成には同一の符号を付して説明は省略する。
【００３７】
次に、指令値積分部９７の動作について説明する。ランプ電流検出値ａとランプ電流指令値ｃとを入力された誤差アンプ９５の出力に応じて、可変電圧源９１１のしきい値電圧Ｖｒｅｆ１を可変するもので、すなわち、ランプ電流検出値ａがランプ電流指令値ｃよりも大きい場合、しきい値電圧Ｖｒｅｆ１を減少させてインバータ回路３が点灯始動時に極性反転するまでの時間間隔を短くし、ランプ電流検出値ａがランプ電流指令値ｃよりも小さい場合、しきい値電圧Ｖｒｅｆ１を増加させてインバータ回路３が点灯始動時に極性反転するまでの時間間隔を長くする。このときの積分出力Ｖｏ１、出力Ｖｏ２、出力Ｖｏ３の各波形を、図７に示す。
【００３８】
なお、しきい値電圧Ｖｒｅｆ１の上限、下限を予め設定して、電流検出部９１、電圧検出部９２の劣化、故障などによる異常電圧、電流からの保護を図っている。
【００３９】
このように本実施形態によると、ランプ電流検出値ａとランプ電流指令値ｃとを比較することによって、インバータ回路３が点灯始動時に極性反転する時間間隔を補正するので、点灯直後の立ち消え、および極性反転時の立ち消えをなくすことができ、且つ放電灯５の劣化を抑制することができる。
【００４０】
（実施形態３）
図８は本実施形態の放電灯点灯装置における電流指令値演算部９３の回路ブロック図を示し、他の構成は実施形態１または２と同様であり説明は省略する。
【００４１】
電流指令値演算部９３は、電圧検出部９２からの出力であるランプ電圧検出値ｂの逆数１／ｂを演算する逆数回路９２０と、逆数回路９２０の出力１／ｂと電力指令値発生部９４の出力であるランプ電力指令値ｄとを乗算する乗算回路９２１と、ランプ電流の最小電流制限値の設定回路９２３と、乗算回路９２１の出力１／ｂ×ｄとランプ電流の最小電流制限値ｅとを比較し、いずれか大きい値を有するほうを誤差アンプ９５へランプ電流指令値ｃとして出力する比較回路９２２とから構成される。
【００４２】
比較回路９２２は、乗算回路９２１の出力１／ｂ×ｄが、最小電流制限値ｅより大きい場合、出力１／ｂ×ｄをランプ電流指令値ｃとして出力し、最小電流制限値ｅが、乗算回路９２１の出力１／ｂ×ｄより大きい場合、最小電流制限値ｅをランプ電流指令値ｃとして出力する。ここで、最小電流制限値ｅは、放電灯５が点灯を維持できる値とする。
【００４３】
また、電流指令演算部９３は、アナログＡＳＩＣやアナログデジタルＡＳＩＣやマイコンを用いても容易に構成することができる。
【００４４】
このように本実施形態によると、ランプ電流指令値ｃが、最小電流制限値ｅを有して、最低限の点灯電流を確保することによって、点灯初期の立ち消えをなくして、始動性を向上させることができる。
【００４５】
（実施形態４）
図９は本実施形態の放電灯点灯装置の回路図を示し、放電灯点灯装置は、入力電圧Ｖ１を出力する直流電源１と、高輝度放電灯からなる放電灯５と、入力電圧Ｖ１を放電灯５が必要とする電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ回路２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２の直流出力を低周波矩形波に変換するインバータ回路３と、放電灯５を始動させるために必要な高電圧を放電灯５に印加する始動回路４０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２を制御する制御部６（インバータ回路３の制御回路は省略している）とから構成される。
【００４６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２は、トランス２１の１次側とスイッチング素子２２との直列回路が、直流電源１に接続され、トランス２１の２次側に整流用のダイオード２３と平滑用のコンデンサ２４とが接続されて構成され、1次側には1次電流Ｉ１、２次側には２次電流Ｉ２が各々流れる。
【００４７】
インバータ回路３は、コンデンサ２４に並列に接続されたスイッチング素子３２，３３の直列回路及びスイッチング素子３４，３５の直列回路と、スイッチング素子３２〜３５を駆動するドライブ回路３１とから構成される。
【００４８】
制御回路６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２の出力電流、出力電圧を検出するためのアンプ６０６，６０７と、アンプ６０７の出力電圧より起動検出（放電検出）を行うコンパレータ６１６と、アンプ６０６，６０７及びコンパレータ６１６の出力を入力されるマイコン６２０と、マイコン６２０に内蔵された周波数設定部６１３と最大オンデューティ設定部６１４とによって周波数と最大オンデューティを設定されたＰＷＭ発生器６１５が出力するＰＷＭ信号をパルス変換するパルス発生器６０８と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２の出力過昇圧を検出するコンパレータ６１７と、パルス発生器６０８及びコンパレータ６１７の各出力を入力される論理積ＩＣ６０９と、トランス２１の１次電流Ｉ１の検出値とマイコン６２０から出力される１次電流Ｉ１のピーク電流指令値とを比較するコンパレータ６１０と、セット端子に論理積ＩＣ６０９の出力が接続され、リセット端子にコンパレータ６１０の出力が接続されるＲＳフリップフロップＩＣ６１１と、ＲＳフリップフロップＩＣ６１１の出力及びマイコン６２０に内蔵しているＰＷＭ発生器６１５が出力するＰＷＭ信号が入力される論理積ＩＣ６１２とから構成され、論理積ＩＣ６１２の出力によりスイッチング素子２２をオン・オフ駆動して、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２の出力に所望の電圧を発生させる。
【００４９】
次に、本実施形態の動作について説明する。
【００５０】
マイコン６２０は、アンプ６０７を介して入力されたＤＣ／ＤＣコンバータ回路２の出力電圧検出値、及びランプ電力指令値の演算部６０１の演算結果から、電流指令値演算部６０２で電流指令値を演算し、誤差増幅演算部６０３は、この電流指令値と、アンプ６０６を介して入力されたＤＣ／ＤＣコンバータ回路２の出力電流検出値とを誤差増幅演算して得られた１次電流Ｉ１のピーク電流指令値をコンパレータ６１０に出力する。
【００５１】
スイッチング素子２２のオン動作は、カウンタ用システムクロック６１８を接続されたＰＷＭ発生器６１５が出力するＰＷＭ信号をパルス変換するパルス発生器６０８の出力の立上りで行い、オフ動作は、コンパレータ６１０にて、マイコン６２０から出力された１次電流Ｉ１のピーク電流指令値とトランス２１の１次側で検出した１次電流Ｉ１の検出値とを比較して、検出値がピーク電流指令値を超えたときに行う。このように、スイッチング素子２２を、必要なオン時間が経過した後オフさせるようなフィードバック系を形成して、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２の出力は調整される。
【００５２】
また、スイッチング素子２２のオン時間が必要以上に長くなって過大な電流が流れないように、最大オンデューティ設定部６１４では、ＰＷＭ発生器６１５に対して最大オンデューティを設定しており、図９においてはパルス発生器６０８の出力のＨレベルデューティが、オンデューティの上限となる。
【００５３】
さらに、放電灯５が消灯しているときなどの無負荷条件で動作した場合に発生する過昇圧防止のために、アンプ６０７を介して検出した出力電圧検出値と所定のしきい値とをコンパレータ６１７で比較して、出力電圧検出値が所定のしきい値を超えると、コンパレータ６１７の出力がＬレベルとなることによって、スイッチング素子２２が再度オンしないようにしている。
【００５４】
ところで、電源投入後、動作を開始すると、放電灯５は消灯状態であるので無負荷動作となり、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２の出力電圧は所定の無負荷電圧で出力され、回路が動作して放電灯５が放電を開始した直後、出力電圧は急激に低下する。
【００５５】
この急激な負荷変動に対して、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２の出力を調整するフィードバック系の遅れから、図１０（ａ）に示すランプ電圧Ｖ５、図１０（ｂ）に示すランプ電流Ｉ５の各波形のように適切な出力を放電灯５に供給できないことがある。すなわち、時間ｔ１０において電源投入し、時間ｔ１１において放電灯５が放電を開始した直後、ランプ電流Ｉ５は一旦過少となっており、その後時間ｔ１２，ｔ１３において、極性反転しているが、最悪の場合、立ち消えしてしまう場合がある。
【００５６】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２の出力を調整するフィードバック系には、出力のノイズやリプル低減のためにフィルタが設けられており、制御自体の応答性を早くすると、点灯回路と負荷とを合わせたときのマッチングが悪く、発振現象などによって出力が不安定となるため負荷変動に対する応答性はあまり速くできない。
【００５７】
そこで、本実施形態においては、ランプ電圧Ｖ５が定常時の点灯電圧より高い所定の無負荷電圧から所定の電圧以下に低下したことを検出することで放電開始を検出し、その後、所定の期間、所定のスイッチング周波数、デューティでスイッチング素子２２をスイッチングさせる、いわゆるオープンループ制御を行うことによって、放電灯５が立ち消えを起こさない出力が確保できる起動補助動作を行う。このときのランプ電圧Ｖ５とランプ電流Ｉ５との各波形を図１１（ａ），（ｂ）に示す。時間ｔ２０において電源投入して、ランプ電圧Ｖ５が無負荷電圧に達し、時間ｔ２１において放電灯５が放電を開始し、ランプ電圧Ｖ５が低下してランプ放電の開始を検出する電圧Ｖｒｅｆ２より下がった時間ｔ２２から起動補助動作期間Ａの間、上記オープンループ制御を行う。したがって、ランプ電流Ｉ５は落ち込みがない波形となり、その後時間ｔ２３，ｔ２４において、極性反転している。起動補助動作期間Ａは、少なくともフィードバック系の応答時間よりも長くすることで放電開始直後の出力低下による立ち消えを防止することができる。
【００５８】
図９に示す放電灯点灯装置においては、スイッチング素子２２のオン時間を調整するために１次電流Ｉ１のピーク電流指令値を演算する誤差増幅演算部６０３、及びＰＷＭ発生器６１５はマイコン６２０内に備えており、コンパレータ６１６で検出される放電開始時の電圧低下信号によって起動時割り込み処理部６０５にて起動時割り込み処理が発生すると、スイッチ６０４が切り替わって上記放電開始時のオープンループ制御に移行する。
【００５９】
起動時割り込み処理では、ＰＷＭ発生器６１５から出力するＰＷＭ信号の周波数と最大オンデューティを、放電開始後に対応した所定値に設定する。このときのコンパレータ６１０の反転入力端子に入力される１次電流Ｉ１のピーク電流指令値は、許容できる最大値に設定しておき、最大オンデューティは、この１次電流Ｉ１のピーク電流の最大許容値に対応したオンデューティとなる。
【００６０】
そして、この割り込み処理の状態を起動補助動作期間Ａの間続けることによって、立ち消えを防止することができる。
【００６１】
なお、本実施形態においては、制御部６にマイコン６２０を用いているが、放電開始検出後、ＰＷＭ信号の周波数とデューティとをタイマーによって所定期間、所定値に設定する機能をハードウェアで構成してもよい。
【００６２】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２にフライバックコンバータを用いているが、この回路方式に限ったものではなく、他の回路方式を用いてもよい。
【００６３】
（実施形態５）
図１２は本実施形態の放電灯点灯装置の回路図を示し、実施形態４を示す図９の回路図とは、放電開始後のオープンループ制御において、スイッチング素子２２のスイッチング周波数及びデューティのうち少なくとも一方を直流電源１の入力電圧Ｖ１に応じて調整する点が異なり、実施形態４と同様の要素、構成には同一の符号を付して説明は省略する。
【００６４】
スイッチング素子２２のスイッチング周波数及びデューティが同一ならば、出力されるエネルギーは入力電圧Ｖ１に応じて変動し、入力電圧Ｖ１が高い場合に良好な始動性能を得ることができる諸条件では、入力電圧Ｖ１が低下すると立ち消えが発生する可能性があり、逆に入力電圧Ｖ１が低い場合に良好な始動性能を得ることができる諸条件では、入力電圧Ｖ１が上昇すると必要以上の出力となり、放電灯や電力変換回路に過負荷をかけてしまう可能性がある。
【００６５】
そこで本実施形態は、入力電圧Ｖ１に応じて、起動時割り込み処理部６０５において、オープンループ制御時のスイッチング素子２２のスイッチング周波数、またはデューティ、またはその両方を調整することによって、入力電圧Ｖ１に応じた適切な出力を行うものであり、例えば、スイッチング周波数を調整するのであれば、入力電圧Ｖ１が高いほど、スイッチング周波数を高くし、デューティを調整するのであれば、入力電圧Ｖ１が高いほど、デューティを小さくする。
【００６６】
（実施形態６）
図１３は本実施形態の放電灯点灯装置の回路図を示し、実施形態４を示す図９の回路図とは、アンプ６０６，６０７の後段に、デジタルフィルタや、デジタル的な平均化処理など数サンプル前までの状態検出データをメモリに記憶してフィルタリング処理を行うフィルタ回路６２１，６２２を接続した点が異なり、実施形態４と同様の要素、構成には同一の符号を付して説明は省略する。
【００６７】
放電灯５の放電開始後の一定期間、所定の周波数、及びデューティでオープンループ制御を行って立ち消えを防止しても、オープンループ制御が終了した時点でフィルタ回路６２１，６２２のメモリ内に放電開始前の状態、検出値等の状態検出データが残っていると、正確な出力判断ができない。
【００６８】
そのため、放電開始を検出した後、所定の周波数、及びデューティでオープンループ制御を一定期間行っている間に、フィルタ回路６２１，６２２のメモリに放電開始後の状態、検出値等の状態検出データを記憶させることによって、無負荷状態から点灯状態へと安定して制御を移行させることができる。
【００６９】
図１３に示す放電灯点灯装置においては、マイコン６２０の起動時割り込み処理部６０５によって、上記動作を行う。
【００７０】
また、出力フィードバック系において、積分演算を行っている場合には、その積分値を所定値に設定しなおしてもよい。
【００７１】
（実施形態７）
実施形態４〜６においては、マイコン６２０を用いてソフトウェアによる制御を行い、放電灯５の起動（放電開始）を検出して、割り込み処理で所定期間オープンループ制御を行う起動補助動作を行った後、フィードバック制御による点灯制御へと連続的に制御モードを移行しており、図１４にその動作フローチャートを示す。
【００７２】
図１４に示す動作フローチャートは、動作開始し（ステップＳ１）、無負荷モードを設定し（ステップＳ２）、放電灯５が消灯している時の無負荷出力制御を行う（ステップＳ３）。そして、起動検出（放電開始検出）及び点灯判別を同一ステップで行い（ステップＳ４）、消灯状態（無負荷）の場合には、ステップＳ３に再び戻り、起動して放電を開始した場合には、放電開始後の一定期間、所定の周波数、及びデューティでオープンループ制御を行う起動補助動作を行い（ステップＳ５）、点灯モードを設定し（ステップＳ６）、点灯出力制御を行う（ステップＳ７）。次に、消灯したかどうかを検出し（ステップＳ８）、点灯しておればステップＳ７に戻り、消灯しておれば、点灯失敗のために再起動が必要かどうかを判断し（ステップＳ９）、再起動が必要と判断した場合には、ルートＢ１を介してステップＳ２まで戻り、上記動作を再び行う。再起動は必要ないと判断した場合には、動作を停止する（ステップＳ１０）。
【００７３】
上記動作フローチャートにおいては、起動補助動作へ移行するための起動検出と、定常点灯動作へ移行するための点灯判別とを同一ステップＳ４で行っており、起動補助動作（ステップＳ５）を行っても立ち消えを起こした場合には、点灯失敗と判断し、再起動動作を開始するまでに、再起動判断（ステップＳ９）にまで進み、ルートＢ１を戻らなければならず、時間が掛かってしまう。
【００７４】
そこで、本実施形態においては、起動補助動作へ移行するための起動検出（放電開始検出）と、定常点灯動作へ移行するための点灯判別は、分離した検出機能として設けており、その動作フローチャートを図１６に示す。
【００７５】
図１６に示す動作フローチャートは、動作開始し（ステップＳ１１）、無負荷モードを設定し（ステップＳ１２）、放電灯５が消灯している時の無負荷出力制御を行う（ステップＳ１３）。そして、起動検出（放電開始検出）を行い（ステップＳ１４）、消灯状態（無負荷）の場合には、ステップＳ１５をとばしてステップＳ１６に進み、起動して放電を開始した場合には、放電開始後の一定期間、所定の周波数、及びデューティでオープンループ制御を行う起動補助動作を行い（ステップＳ１５）、次に点灯したかどうかの点灯判別を行う（ステップＳ１６）。消灯状態（無負荷）であれば、ルートＢ２を介してステップＳ１３まで戻り、上記動作を再び行う。点灯しておれば、点灯モードを設定し（ステップＳ１７）、点灯出力制御を行う（ステップＳ１８）。次に、消灯したかどうかを検出し（ステップＳ１９）、点灯しておればステップＳ１８に戻り、消灯しておれば、点灯失敗のために再起動が必要かどうかを判断し（ステップＳ２０）、再起動が必要と判断した場合には、ステップＳ１２まで戻り、上記動作を再び行う。再起動は必要ないと判断した場合には、動作を停止する（ステップＳ２１）。
【００７６】
上記のように、起動検出（ステップＳ１４）と点灯判別（ステップＳ１６）とを分離して行うので、起動補助動作（ステップＳ１５）を行っても立ち消えを起こした場合には、点灯判別（ステップＳ１６）からルートＢ２を介してステップ１３に戻って、再起動動作を行うことができる。
【００７７】
次に、図１６に示す動作フローチャート時のランプ電圧Ｖ５、及びランプ電流Ｉ５の各波形を図１５に示す。時間ｔ３０において電源投入して、ランプ電圧Ｖ５が無負荷電圧に達し、時間ｔ３１において放電灯５が起動して、放電を開始し、ランプ電圧Ｖ５が低下して起動、即ち放電の開始を検出するしきい値電圧Ｖｒｅｆ２より下がった時間ｔ３１から起動補助動作期間Ａを開始する。点灯失敗した場合には、ランプ電圧Ｖ５は再び無負荷電圧にまで上昇し、起動補助動作期間Ａが終了した時点でランプ点灯判別しきい値Ｖｒｅｆ３よりも高ければ点灯失敗と判断して、無負荷動作Ｃを再開する。
【００７８】
このように本実施形態によると、点灯失敗の判断をスムーズに行うことができ、最終的な点灯までの時間を短くすることができる。
【００７９】
（実施形態８）
図１７は本実施形態の放電灯点灯装置の回路図を示し、実施形態４とは、略同様の構成を有し、実施形態４と同様の要素、構成には同一の符号を付して説明は省略する。
【００８０】
ＨＩＤランプのような放電灯５の場合、ランプが冷えた状態では光出力が低いという特性がある。そこで、光出力をすばやく立ち上げるため、始動時に定常電力より大きい電力を供給する場合があり、本実施形態において、マイコン６２０が行う電力指令値演算部６０１は、図１８に示すように、始動経過時間に応じて最大出力Ｗｍから定常出力Ｗｓまで変化するランプ電力指令値を出力し、電流指令値演算部６０２は、このランプ電力指令値に応じて電流指令値の演算を行う。
【００８１】
また、故障などによって回路の一部が短絡、地絡した場合には、出力電圧が低下し、その出力電圧が所定値以下であると、短絡、地絡したと判断して、動作を停止する。
【００８２】
しかし、回路インピーダンス等のために、出力にある程度の電圧が発生してしまう場合があり、特に始動時のランプ電力指令値が大きいときには、短絡、地絡時に発生する電圧が高くなり、検出が難しくなってしまう。
【００８３】
そこで、さらに、ランプ電力指令値を演算する基準となる経過タイマーを初期条件では、ランプ電力指令値が定常出力となるような飽和状態としておいて、無負荷出力制御を行い、放電開始後の一定期間、所定の周波数、及びデューティでオープンループ制御を行う起動補助動作が開始したときに回路が正常であると判断し、あらためて、電力指令値演算部６０１にて用いる経過タイマーをリセットする。
【００８４】
そして、点灯判別した後、経過タイマーを動作させ、図１８に示すような最大出力Ｗｍから定常出力Ｗｓまで変化するランプ電力指令値を出力する。
【００８５】
このように本実施形態によると、点灯始動時に起動補助動作を行わなければ、定常出力で動作するので、地絡、短絡時の出力電圧が低くなり、異常検出が容易となる。
【００８６】
また、起動補助動作を行うまでは、図１９に示すように、オープンループ制御を行う起動補助動作が開始しなければ、電力指令値演算部６０１にて用いる経過タイマーのカウント速度を速くすることで、ランプ電力指令値が大きな期間を短くして、地絡、短絡時の異常検出を容易にすることもできる。
【００８７】
【発明の効果】
請求項１の発明は、直流電源と、スイッチング素子をオン・オフすることで前記直流電源の電圧を所望の電圧に変換する昇降圧コンバータ回路と、前記昇降圧コンバータ回路の出力電力を極性反転して交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力する交流電力を供給される放電灯と、前記昇降圧コンバータ回路の出力電流を前記放電灯のランプ電流として検出する電流検出手段、前記昇降圧コンバータ回路の出力電圧を前記放電灯のランプ電圧として検出する電圧検出手段、所定のランプ電力を指示するランプ電力指令値と前記ランプ電圧検出値とからランプ電流指令値を演算するランプ電流指令値演算手段を有し、前記ランプ電流検出値と前記ランプ電流指令値とを比較してランプ電流検出値がランプ電流指令値に一致するように前記昇降圧コンバータの出力を制御し、さらに点灯始動時における前記ランプ電流指令値の積分値が大きいほど、前記インバータ回路が点灯始動時に予め定められた回数、極性反転する時間間隔を短くする制御回路とを具備するので、点灯直後の立ち消え、および極性反転時の立ち消えを無くすことができるという効果がある。
【００８８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記制御回路は、前記定められた回数の極性反転時において、極性反転前の前記積分値と極性反転後の前記積分値とが等しくなるように制御するので、放電灯の電極が片側のみ劣化し、寿命が短くなることを防ぐことができるという効果がある。
【００８９】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記制御回路は、前記ランプ電流検出値と前記ランプ電流指令値とを比較して、点灯始動時における前記ランプ電流検出値が前記ランプ電流指令値よりも大きい場合、前記ランプ電流指令値の積分値に応じて設定した前記インバータ回路が極性反転する時間間隔を短くし、点灯始動時における前記ランプ電流検出値が前記ランプ電流指令値よりも小さい場合、前記ランプ電流指令値の積分値に応じて設定した前記インバータ回路が極性反転する時間間隔を長くするので、極性反転する時間をより正確に制御して、点灯直後の立ち消え、および極性反転時の立ち消えを無くすことができ、また放電灯の劣化を防ぐことができるという効果がある。
【００９０】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記制御回路は、前記ランプ電流指令値に下限値を設けるので、放電灯が点灯を維持できるランプ電流を保って、点灯初期の立ち消えを無くすことができるという効果がある。
【００９１】
請求項５の発明は、請求項１乃至４いずれかの発明において、前記制御回路は、前記放電灯が放電を開始してからオープンループ制御期間には、前記昇降圧コンバータ回路のスイッチング素子のスイッチング動作を制御するオープンループ制御を行うので、放電開始直後の出力低下による立ち消えを無くすことができるという効果がある。
【００９２】
請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記オープンループ制御期間は、前記制御回路が、前記昇降圧コンバータ回路の出力電力を前記ランプ電圧検出値に応じて制御する出力制御のフィードバック系の応答時間よりも長い期間であるので、請求項５と同様の効果を奏する。
【００９３】
請求項７の発明は、請求項５の発明において、前記オープンループ制御期間において、前記昇降圧コンバータ回路のスイッチング素子のスイッチング周波数とデューティとのうちの少なくとも一方は、前記直流電源の電圧に対応した値に可変であるので、直流電源の電圧に適したスイッチング素子のスイッチング周波数、デューティとして、放電開始直後の出力低下による立ち消えを無くすことができるという効果がある。
【００９４】
請求項８の発明は、請求項５の発明において、前記制御回路はデータを記憶する記憶手段を有し、前記記憶手段は、前記オープンループ制御期間において、放電開始直前に記憶した状態検出データを放電開始後の状態検出データに変更するので、無負荷状態から、放電を開始して点灯状態へと安定して、制御の移行を行うことができるという効果がある。
【００９５】
請求項９の発明は、請求項５の発明において、前記制御回路は、前記オープンループ制御を開始するために前記放電灯の放電開始を検出する放電開始検出手段と、定常点灯に移行するために前記放電灯の点灯を検出する点灯判別手段とを各々有するので、点灯失敗の判断、及び再起動をスムーズに行うことができ、最終的な点灯までの時間を短くすることができるという効果がある。
【００９６】
請求項１０の発明は、請求項９の発明において、前記放電開始検出手段は、前記放電灯の定常点灯時のランプ電圧より高い無負荷時のランプ電圧が低下したことにより前記放電灯の点灯を検出するので、放電灯の放電開始のみを検出することができるという効果がある。
【００９７】
請求項１１の発明は、請求項９の発明において、前記点灯判別手段は、前記オープンループ制御期間の終了後、前記放電灯のランプ電圧とランプ電流とのうちの少なくとも一方の値を検出して前記放電灯の点灯判別を行うので、放電灯の点灯判別のみを行うことができるという効果がある。
【００９８】
請求項１２の発明は、請求項９の発明において、前記制御回路は、前記放電開始検出手段が前記放電灯の放電を検出しなければ、前記放電灯に供給する交流電力を抑制するので、地絡、短絡時の発生電圧を低くして、異常検出を容易に行うことができるという効果がある。
【００９９】
請求項１３の発明は、請求項９の発明において、前記制御回路は、前記放電開始検出手段が前記放電灯の放電を検出しなければ、前記放電灯に供給する交流電力を素早く減衰させるので、請求項１２と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態１を示す回路ブロック図である。
【図２】  本発明の実施形態１の動作を説明するための図である。
【図３】  本発明の実施形態１の指令値積分部を示す回路図である。
【図４】  本発明の実施形態１の指令値積分部の動作を説明するための図である。
【図５】  本発明の実施形態２を示す回路ブロック図である。
【図６】  本発明の実施形態２の指令値積分部を示す回路図である。
【図７】  本発明の実施形態２の指令値積分部の動作を説明するための図である。
【図８】  本発明の実施形態３の電流指令値演算部を示す回路ブロック図である。
【図９】  本発明の実施形態４を示す回路ブロック図である。
【図１０】  本発明の実施形態４の動作を説明するための第１の図である。
【図１１】  本発明の実施形態４の動作を説明するための第２の図である。
【図１２】  本発明の実施形態５を示す回路図である。
【図１３】  本発明の実施形態６を示す回路図である。
【図１４】  本発明の実施形態７の動作を説明するための第１の図である。
【図１５】  本発明の実施形態７の動作を説明するための第２の図である。
【図１６】  本発明の実施形態７の動作を説明するための第３の図である。
【図１７】  本発明の実施形態８を示す回路図である。
【図１８】  本発明の実施形態８の動作を説明するための第１の図である。
【図１９】  本発明の実施形態８の動作を説明するための第２の図である。
【符号の説明】
１  直流電源
２  ＤＣ／ＤＣコンバータ回路
３  インバータ回路
４  イグナイタ部
５  放電灯
７，８  抵抗
９  制御部
１０  スイッチ
９７  指令値積分部
【図１】
0003951608.tif 000002
【図２】
0003951608.tif 000003
【図３】
0003951608.tif 000004
【図４】
0003951608.tif 000005
【図５】
0003951608.tif 000006
【図６】
0003951608.tif 000007
【図７】
0003951608.tif 000008
【図８】
0003951608.tif 000009
【図９】
0003951608.tif 000010
【図１０】
0003951608.tif 000011
【図１１】
0003951608.tif 000012
【図１２】
0003951608.tif 000013
【図１３】
0003951608.tif 000014
【図１４】
0003951608.tif 000015
【図１５】
0003951608.tif 000016
【図１６】
0003951608.tif 000017
【図１７】
0003951608.tif 000018
【図１８】
0003951608.tif 000019
【図１９】
0003951608.tif 000020