(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、放電灯と、この放電灯に対する電圧および電流を検出する検出部と、この検出部によって検出された電圧および電流を利用して制御信号を出力する制御部と、この制御部からの制御信号に従ってオン／オフするスイッチング素子を有し、このスイッチング素子のオン／オフにより前記直流電源からの電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記制御部からの制御信号に従ってオン／オフするフルブリッジ回路のスイッチング素子により構成され、これらのスイッチング素子のオン／オフにより前記ＤＣ−ＤＣコンバータによって昇圧された電圧を矩形波電圧に変換して前記放電灯に印加するＤＣ−ＡＣコンバータと、前記放電灯を放電させるためのイグナイタとを備える車両用の放電灯点灯装置であって、前記制御部が、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力を前記検出部を介して短絡するように、前記フルブリッジ回路のスイッチング素子のうち２つのスイッチング素子をオンにする制御信号を出力することにより地絡を検出することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記地絡を始動時に検出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】
前記地絡を立ち消え時に検出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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯点灯装置、特に車両に搭載して使用される放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば自動車などの車両では、バッテリなどの直流電源からの電圧をＤＣ−ＤＣコンバータで昇圧し、その昇圧した電圧をフルブリッジ回路のスイッチング素子で矩形波電圧に変換して放電灯に印加し、イグナイタで高圧パルスを発生させてその放電灯を短絡し、そして矩形波電圧で適切な交流電力を放電灯に供給してその点灯を維持する放電灯点灯装置が使用されている。
【０００３】
なお、特開平５−３２８７３９号公報には、地絡検出用の電流検出器を追加することなく、地絡を検出できる電力変換装置及びその地絡検出方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記車両用の放電灯点灯装置において、放電灯の異常時、例えば地絡時などでは、放電灯は点灯しないだけでなく、地絡の状態によっては、出力が継続する場合もある。しかし、そのような地絡を検出することは、通常点灯時の放電灯の負荷状態が無限大から短絡に近い状態まで変動すること、点灯制御に各種モードが用意されていることなどにより、容易なことではない。
【０００５】
従来の地絡の検出に関する方法としては、通常動作の状態で検出する方法が取られることが多く、積極的に検出する方法がとられていない場合が多い。
【０００６】
通常の動作では、放電灯点灯装置の制御部は、入力電源から点灯可能な電圧が入力されたとき、それを検知してＤＣ−ＤＣコンバータを始動し、回路的にフルブリッジ回路の中心にある放電灯の２入力に対して、矩形波電圧（極性が逆の出力電圧）を印加するようにＤＣ−ＡＣコンバータを作動する。
【０００７】
また、制御部は、放電灯の点灯中にそれが不灯になったとき、放電灯を再点灯させてその点灯を再び維持する機能が要求される場合がある。この場合、放電灯が異常であるかどうかの検出は行われない。このような通常の動作では、不灯の原因が地絡であるとき、その地絡を起こした放電灯に電力が供給され続けることになる。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、積極的に地絡を検出する安全性の高い放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１記載の発明は、直流電源と、放電灯と、この放電灯に対する電圧および電流を検出する検出部と、この検出部によって検出された電圧および電流を利用して制御信号を出力する制御部と、この制御部からの制御信号に従ってオン／オフするスイッチング素子を有し、このスイッチング素子のオン／オフにより前記直流電源からの電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記制御部からの制御信号に従ってオン／オフするフルブリッジ回路のスイッチング素子により構成され、これらのスイッチング素子のオン／オフにより前記ＤＣ−ＤＣコンバータによって昇圧された電圧を矩形波電圧に変換して前記放電灯に印加するＤＣ−ＡＣコンバータと、前記放電灯を放電させるためのイグナイタとを備える車両用の放電灯点灯装置であって、前記制御部が、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力を前記検出部を介して短絡するように、前記フルブリッジ回路のスイッチング素子のうち２つのスイッチング素子をオンにする制御信号を出力することにより地絡を検出することを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記地絡を始動時に検出することを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記地絡を立消え時に検出することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１参考例）
図１は本発明に係る第１参考例の放電灯点灯装置の構成図、図２は図１の放電灯点灯装置による地絡検出の説明図である。
【００１３】
図１に示す放電灯点灯装置は、車両に搭載して使用されるものであり、バッテリなどの直流電源１と、高輝度放電灯などの放電灯２と、始動時に高圧パルスを放電灯２に印加してこれを放電（始動）させるためのイグナイタ３とを備えているほか、検出部４と、制御部５と、ＤＣ−ＤＣコンバータ６と、ＤＣ−ＡＣコンバータ７とを備えている。なお、イグナイタ３は、図１では回路を図示省略してあるが、無負荷電圧によって二段階昇圧し、無負荷で極性反転する構成になっている。また、図１では、直流電源１の負極性端子側が回路ＧＮＤになっている。
【００１４】
検出部４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６とＤＣ−ＡＣコンバータ７との間に介設され、放電灯２に対する電圧（ランプ電圧）および電流（ランプ電流）を検出するものであり、図１の回路では、ランプ電流検出用の抵抗Ｒ４１と、ランプ電圧検出用であって、抵抗Ｒ４１を介してＤＣ−ＤＣコンバータ６の両出力端子間に直列に接続される抵抗Ｒ４２，Ｒ４３とにより構成されている。
【００１５】
制御部５は、放電灯点灯装置の全般の制御を行うものであり、例えば、無負荷モードおよび点灯モードなどで、検出部４によって検出された電圧および電流を利用して、ＤＣ−ＤＣコンバータ６およびＤＣ−ＡＣコンバータ７に対する制御信号を生成して出力する制御を従来と同様に行うほか、第１参考例の特徴として、地絡検出モードで積極的に地絡を検出する制御を行う。なお、地絡を検出する制御については後述する。
【００１６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ６は、スイッチング素子（図１ではＦＥＴ）Ｑ６、トランスＴ６、ダイオードＤ６およびコンデンサＣ６によりいわゆるフライバックタイプの回路で構成され、制御部５からの制御信号に従って、スイッチング素子Ｑ６がオン／オフすることにより、直流電源１からの電圧を昇圧してＤＣ−ＡＣコンバータ７側に出力するものである。例えば（図２参照）、放電灯２が点灯を開始するまでの無負荷モードでは、制御部５からの制御信号に従って、当該ＤＣ−ＤＣコンバータ６の出力電圧Ｖ６が約３６０Ｖ以上の電圧に昇圧するようにスイッチング素子Ｑ６がオン／オフする。また、点灯モードでは、制御部５からの制御信号に従って、出力電圧Ｖ６が無負荷モードのそれよりも低い所定レベルの電圧に昇圧するようにスイッチング素子Ｑ６がオン／オフする。
【００１７】
ＤＣ−ＡＣコンバータ７は、検出部４を介してＤＣ−ＤＣコンバータ６の出力に接続されるフルブリッジ回路のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、この出力側で放電灯２と直列に接続されるインダクタＬ１と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４用のドライバ７１，７２とにより構成され、これらドライバ７１，７２を通じ、制御部５からの制御信号に従ってスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン／オフを切り替えて、各種モードで動作するものである。例えば（図２参照）、無負荷モードでは、制御部５からの制御信号に従って、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオフのまま、スイッチングＱ２，Ｑ３がオンになり、これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ６によって昇圧された電圧（約３６０Ｖ以上）が放電灯２に印加することになる。また、点灯モードでは、制御部５からの制御信号に従って、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４とスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３とが交互にオン／オフし、これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ６によって昇圧された電圧が矩形波電圧に変換されて放電灯２に印加することになる。
【００１８】
ここで、地絡を検出する制御について説明すると、制御部５が、ＤＣ−ＡＣコンバータ７の出力を任意の値（例えば１００Ｖ程度）に変化させ、フルブリッジ回路のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のうち、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３をオンにする制御信号を出力することにより、地絡を検出する。
【００１９】
図２の例では、直流電源１から電力が供給されると（ｔ１）、それを検出して動作を開始した制御部５によって、無負荷モードの制御前に、スイッチング素子Ｑ６をオン／オフして、ＤＣ−ＤＣコンバータ６の出力電圧Ｖ６を任意の値（例えば１００Ｖ程度）に昇圧し、出力電圧Ｖ６が任意の値に昇圧した時点ｔ２で、地絡検出モードに移行して地絡の検出をする制御が実行されている。
【００２０】
地絡検出モードに移行すると（ｔ２）、スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ４をオフにしたまま、スイッチング素子Ｑ１を当該地絡検出モード中オンにし、所定期間Ｔ１が経過すると（ｔ３）、スイッチング素子Ｑ３を所定期間Ｔ２オンにする制御が実行される。
【００２１】
所定期間Ｔ１において、図１に示す放電灯２の両端Ａ，Ｂのうち、Ａ端側で地絡が発生しているとすれば、ランプ電圧検出用の分圧回路の抵抗Ｒ４２，Ｒ４３における正極側がスイッチング素子Ｑ１を介して地絡が発生している放電灯２のＡ端側に接続されることになるから、ＤＣ−ＤＣコンバータ６の出力電圧Ｖ６をも示す抵抗Ｒ４２，Ｒ４３による分圧値が上記任意の値を示す分圧値よりも低下することになる。したがって、ランプ電圧検出用の抵抗Ｒ４２，Ｒ４３による分圧値を監視し、所定期間Ｔ１に入ったときに抵抗Ｒ４２，Ｒ４３による分圧値が上記任意の値を示す分圧値よりも低下すれば、放電灯２のＡ端側で地絡が発生していることを検出することができる。
【００２２】
所定期間Ｔ２においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ６の出力電圧Ｖ６がスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３を介してＡ，Ｂ端に印加することになるので、Ａ，Ｂ端で地絡が発生しているとすれば、抵抗Ｒ４２，Ｒ４３による分圧値が上記任意の値を示す分圧値よりも低下する。したがって、ランプ電圧検出用の抵抗Ｒ４２，Ｒ４３による分圧値を監視し、所定期間Ｔ２に入ったときに抵抗Ｒ４２，Ｒ４３による分圧値が上記任意の値を示す分圧値よりも低下すれば、放電灯２のＡ端側で地絡が発生していることを検出することができるとともに、放電灯２のＢ端側で地絡が発生していることを検出することができる。例えば、Ａ端側では地絡が発生しておらず、Ｂ端側で地絡が発生しているとすれば、この所定期間Ｔ２でＢ端側の地絡が検出されることになる。
【００２３】
以上の如く、第１参考例によれば、無負荷モードの制御前に地絡検出モードを積極的に設けて地絡を検出するので、地絡を検出した場合、例えば、その旨の報知、動作の停止、または動作を停止した上での報知など、種々の対応をとることにより、安全性の高い放電灯点灯装置を実現することができる。この場合、地絡検出用の素子を別途設けることなく、従来から使用されている検出部４を利用して地絡を検出することができる。
【００２４】
また、無負荷モードで放電灯２に印加される約３６０Ｖ以上の電圧に連動してイグナイタが高圧パルスを発生させる回路構成の場合、地絡検出モードでＤＣ−ＤＣコンバータ６の出力電圧Ｖ６を約３６０Ｖ以上の電圧に昇圧したとすると、イグナイタが高圧パルスを発生してしまうことになるが、第１参考例では、地絡検出モードでのＤＣ−ＤＣコンバータ６の出力電圧Ｖ６がイグナイタを連動させない例えば１００Ｖ程度の電圧であるから、地絡検出モードにおいてイグナイタが動作するのを防止することができる。要は、イグナイタがパルスを発生するまで、地絡検出モードを維持すればよい。
【００２５】
さらに、フルブリッジ回路の出力が無負荷電圧を出力したときに、イグナイタが始動時のパルス（高圧パルス）のエネルギーを蓄える構造であるなら、初期２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３がオンのとき、放電灯１の両端Ａ，Ｂには同電位の高電圧が印加するので、高圧パルスが発生しない構造になる。
【００２６】
（第１実施形態）
図３は本発明に係る第１実施形態の放電灯点灯装置の構成図、図４は図３の放電灯点灯装置による地絡検出の説明図である。
【００２７】
図１に示す放電灯点灯装置は、直流電源１と、放電灯２と、イグナイタ３と、検出部４と、ＤＣ−ＤＣコンバータ６と、ＤＣ−ＡＣコンバータ７とを第１参考例と同様に備えているほか、地絡検出モードでの制御のみが第１参考例のそれと相違する構成の制御部５ａを備えている。
【００２８】
すなわち、図４の例では、直流電源１から電力が供給されると（ｔ１１）、それを検出して動作を開始した制御部５ａによって、無負荷モードの制御前に、検出部４（抵抗Ｒ４１）を介してＤＣ−ＤＣコンバータ６の出力を短絡（スイッチング素子のオン抵抗を考慮）した場合にその出力電流Ｉ６が例えば０．５Ａ程度となるように、スイッチング素子Ｑ６をオン／オフし、出力電圧Ｖ６がそのレベルに昇圧した時点ｔ１２で、地絡検出モードに移行して地絡の検出をする制御が実行されている。
【００２９】
地絡検出モードに移行すると（ｔ１２）、所定期間Ｔ１、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４をオフにしたまま、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオンにする制御が実行される。これにより、Ａ端側で地絡が発生しているとすれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ６の正極性出力端子から流出する電流の全部または一部がスイッチング素子Ｑ１を介して地絡が発生しているＡ端側へ流出することになり、抵抗Ｒ４１を流れる電流が変化するので、地絡検出モードの移行時点でランプ電流検出用の抵抗Ｒ４１による電流値を監視していれば、放電灯２のＡ端側で地絡が発生していることを検出することができる。
【００３０】
この後、所定期間Ｔ１が経過すれば（ｔ１３）、所定期間Ｔ２、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフにしたまま、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４をオンにする制御が実行される。これにより、問題なければ抵抗Ｒ４１に電流０．５Ａが流れる一方、Ｂ端側で地絡が発生しているとすれば、抵抗Ｒ４１を流れる電流が変化するので、所定期間Ｔ１の経過時点でランプ電流検出用の抵抗Ｒ４１による電流値を監視していれば、放電灯２のＢ端側で地絡が発生していることを検出することができる。また、この所定期間Ｔ２で、Ａ，Ｂ端の双方で地絡が発生しているかどうかを検出することができる。
【００３１】
ところで、検出時間は無負荷時の立ち上がりについては数ｍＳあれば十分判断可能である。ＤＣ−ＤＣコンバータ６の出力は、通常の電力以下で出力することになる。フルブリッジ回路のスイッチング素子がＦＥＴである場合、１つのスイッチング素子のオン抵抗がおよそ１Ω前後であるため、０．５Ａを出力したとすれば、数Ｗ以下の出力で十分である。これであれば、２００Ω以下の地絡を検出することが可能である。
【００３２】
以上の如く、第１実施形態によれば、無負荷モードの制御前に地絡検出モードを積極的に設けて地絡を検出するので、地絡を検出した場合、例えば、その旨の報知、動作の停止、または動作を停止した上での報知など、種々の対応をとることにより、安全性の高い放電灯点灯装置を実現することができる。この場合、地絡検出用の素子を別途設けることなく、従来から使用されている検出部４を利用して地絡を検出することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
図５は本発明に係る第２実施形態の放電灯点灯装置の構成図、図６は図５の放電灯点灯装置における制御部の構成図である。
【００３４】
図５に示す放電灯点灯装置は、直流電源１と、放電灯２と、イグナイタ３と、検出部４と、ＤＣ−ＤＣコンバータ６とを第１参考例と同様に備えているほか、第１参考例との相違点として、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４およびインダクタＬ１により構成されるＤＣ−ＡＣコンバータ７ａと、制御部５ｂとを備えている。
【００３５】
制御部５ｂは、地絡検出モードの制御を始動時に実行するにあたり、図６に示すように初期制御５１の機能を取り入れる構成になっている。初期制御には、３つのモードがあり、図６ではＬＦ制御５２に、地絡検出、無負荷（制御）、点灯の各モードが含まれている。所定の回路で地絡検出部および点灯判別部が設けられる。なお、図６中の５０は電源監視、５３は電力制御の機能を示す。
【００３６】
直流電源１から電力が供給されると、それを電源監視５０の機能により検出して動作を開始した制御部５ｂが、地絡検出モード→無負荷（制御）モード→点灯モードの順で動作する。地絡検出モードでは、ＬＦ制御５２によってフルブリッジ回路のスイッチング素子を１つまたは２つオンにする。ＤＣ−ＤＣコンバータ６の出力レベルは、検出部４によって検出された電圧Ｖ６および電流Ｉ６を利用する電力制御５３の機能によって調整される。
【００３７】
初期制御５１から電力制御５３へは、ＤＣ−ＤＣコンバータ６の電力指令値のリミットが渡される。これはＤＣ−ＤＣコンバータ６の制御方法によるが、負荷がほとんどないような状態では、通常の出力指令より指令値の制限を与える。例えばＰＷＭ制御であれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ６の出力は大きくなくても地絡制御に対応できるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ６に負担をかけない値（デューティ５０％以下ぐらい）を目標にすることが可能になる。
【００３８】
初期制御には、マイコンで周波数カウンタによって各制御時間を設定し、各モードを切り替えていけばよい。
【００３９】
（第３実施形態）
本発明に係る第３実施形態の放電灯点灯装置は、立消え検出時の状態によって、初期制御（地絡検出、無負荷、点灯）に移行するリトライ機能を第２実施形態の構成に追加したものである。
【００４０】
第３実施形態の特徴として、地絡検出モードを設けることにより、立消え状態によって判別することなく、地絡検出モードによって地絡を検出するので、立消え後に放電灯２が始動するかどうかの判断をしなくてもよくなる。これは、立消え状態が、放電管の振動によって立ち消えることが車両の場合にたまに発生するが、その場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ６の出力電圧Ｖ６が高くなり、異常と検知されて放電灯点灯装置が停止する。よって、リトライ機能がある場合、リトライを何回行うかを設定するのみでよい。初期制御に電源電圧が点灯可能電圧のまま初期始動制御が何回行われるかを明確に設定しておけばよい。例えば、電源投入後の初期制御の回数を２回に設定しておけば、リトライは１回行われることになる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項１記載の発明は、直流電源と、放電灯と、この放電灯に対する電圧および電流を検出する検出部と、この検出部によって検出された電圧および電流を利用して制御信号を出力する制御部と、この制御部からの制御信号に従ってオン／オフするスイッチング素子を有し、このスイッチング素子のオン／オフにより前記直流電源からの電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記制御部からの制御信号に従ってオン／オフするフルブリッジ回路のスイッチング素子により構成され、これらのスイッチング素子のオン／オフにより前記ＤＣ−ＤＣコンバータによって昇圧された電圧を矩形波電圧に変換して前記放電灯に印加するＤＣ−ＡＣコンバータと、前記放電灯を放電させるためのイグナイタとを備える車両用の放電灯点灯装置であって、前記制御部が、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力を前記検出部を介して短絡するように、前記フルブリッジ回路のスイッチング素子のうち２つのスイッチング素子をオンにする制御信号を出力することにより地絡を検出するので、積極的に地絡を検出する安全性の高い放電灯点灯装置を提供することができる。ここで、通常動作においても無負荷の電圧が例えば３６０Ｖ以上の所定の電圧になったときでも、フルブリッジ回路の動作を、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力を検出部を介して短絡するモードに変更し、その電圧を検出することによって地絡の異常を検出可能となる。そして、請求項２記載の発明によれば、地絡を検出するための手段を別に設けることなく、上記検出部を通じて地絡を検出することができる。
【００４２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記地絡を始動時に検出するので、無負荷モードで地絡を検出し、例えば動作を停止することが可能になる。
【００４３】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記地絡を立消え時に検出するので、点灯状態においても入力条件が点灯の場合でも、放電灯の異常で消灯し再始動をする場合においても、当然無負荷の状態から放電灯の始動が始まるため、無負荷モードによって地絡を検出し、例えば動作を停止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る第１参考例の放電灯点灯装置の構成図である。
【図２】  図１の放電灯点灯装置による地絡検出の説明図である。
【図３】  本発明に係る第１実施形態の放電灯点灯装置の構成図である。
【図４】  図３の放電灯点灯装置による地絡検出の説明図である。
【図５】  本発明に係る第２実施形態の放電灯点灯装置の構成図である。
【図６】  図５の放電灯点灯装置における制御部の構成図である。
【符号の説明】
１  直流電源
２  放電灯
３  イグナイタ
４  検出部
５，５ａ，５ｂ  制御部
６  ＤＣ−ＤＣコンバータ
７，７ａ  ＤＣ−ＡＣコンバータ
【図１】
0004023114.tif 000002
【図２】
0004023114.tif 000003
【図３】
0004023114.tif 000004
【図４】
0004023114.tif 000005
【図５】
0004023114.tif 000006
【図６】
0004023114.tif 000007