CN100466875C - 放电灯点灯电路 - Google Patents

Abstract

提供一种放电灯点灯电路，在作为发光物质不包含汞或降低汞量的放电灯的过渡功率控制中，使光束迅速上升。点灯电路(1)包括发光促进控制部件(7a)，该部件检测与放电灯(6)有关的灯电压，同时在放电灯的点灯初始输入超过额定值的功率后，使输入功率缓慢降低并转移到稳定状态。将放电灯(6)的点灯开始时的功率值作为最大值，进行灯电压越高，向稳定状态的过渡期中的输入功率的降低速度越大的放电灯的功率控制。

Description

放电灯点灯电路

技术领域

本发明涉及在将作为发光物质的不包含汞的或降低汞量的放电灯点灯的点灯电路中，用于加速光束上升的技术。

背景技术

作为放电灯点灯电路，已知备有直流电源电路、直流-交流变换电路、起动电路(所谓启动电路)的结构，在放电灯的稳定状态下向该放电灯供给额定功率。

而且，为了尽快提高放电灯的光束，在放电灯的点灯开始之后的过渡期中向放电灯输入超过额定功率的功率，进行促进发光的控制(例如，参照专利文献1)。

例如，在点灯加入汞的放电灯的电路中，从该点灯开始之后至转移到稳定状态的过渡期中，根据规定与灯电压对应的灯电流(或输入功率)的所谓‘控制线’来进行控制。

再有，就使放电灯的起动性良好来说，例如在对车辆光源等的使用中有来自安全方面等要求的事项，最好是将光束尽可能快地上升到稳定值。

专利文献1

特开平9-330795号公报(日本)

但是，依照目前已知的加入汞的放电灯的点灯控制，在进行不包含汞或汞量少的放电灯的点灯控制时，产生以下所示的不适合情况。

图7是概略地例示光束的时间性变化的曲线图，横轴为时间‘t’，纵轴为光束‘L’。

图中的曲线ga表示将加入汞的放电灯点灯时的光束变化。例示使用这种情况下的点灯电路，点灯不含汞的放电灯的情况下的光束变化的曲线是曲线gb、gc。在曲线gb中可看出过冲(overshoot)，而在曲线gc中可看出下冲(undershoot)，无论是哪种情况，都造成光束的上升特性的恶化。

如果简单地归纳其理由，则如下述。

(1)在将某个一定的功率输入到放电灯的情况下，在加入汞的放电灯中，在其点灯开始后灯电压的上升先开始，光束延迟上升，而在不含汞的放电灯中，点灯开始后的灯电压上升和光束的上升的关系不确定。

即，在加入汞的放电灯的情况下，可一边观测先开始的灯电压的上升，一边进行与该电压对应的输入功率的控制，而在不含汞的放电灯的情况下，这样的控制不一定总能通用。

(2)对于不含汞的放电灯，在根据现有的控制线进行功率控制中，在输入功率的降低开始的定时和光束的上升点之间产生偏差的情况下，这种偏差成为上述过冲和下冲的产生原因。

这是因为在作为发光物质不包含汞的情况下，在放电灯的点灯开始之后没有发光的材料，光束与金属碘化物的发光开始同时急速上升，其上升点相对于自点灯开始时刻起的经过时间和灯电压不固定，具有偏差。例如，在图8的表示灯电压(VL)-功率(P)特性的曲线gd中，在比较点PA为光束的上升点的放电灯A和与其相比灯电压高的点PB为光束上升点的放电灯B的情况下(点P0表示作为光束上升点的期望基准点)，在放电灯A中经过点PA后被输入最大功率的结果，产生过冲，而在放电灯B中，从点PB以前降低输入功率的结果，产生下冲。

(3)在不含汞的放电灯中，必须增大其初始输入功率，稳定时的灯电压低，所以在上述控制线中可进行发光促进控制的范围窄，关于灯电压的偏差对光束产生的影响，其影响比加入汞的放电灯的情况大。

图9是以横轴为灯电压‘VL’，纵轴为灯电流‘IL’，例示灯电压-灯电流特性的图，功率控制线‘C1’表示加入汞的放电灯的控制线，功率控制线‘C2’表示不含汞的放电灯的控制线。从比较过渡状态的控制线的倾斜(dIL/dVL)可知，由于C2一方的曲线的斜率大，所以发光促进控制的范围(参照双向箭头‘R’)窄。因此，对于灯电压的推移有所不同的两个放电灯，在根据控制线从相同的灯电压起开始输入功率的降低时，在光束的时间性变化上产生极大的差异。例如，即使在灯电压达到相同的电压时，对于在某一放电灯A中该时刻在灯电压的上升之后，从该时刻起使输入功率降低来说，在另一放电灯B中从灯电压的上升时刻起经过一段时间的情况下，由于输入到放电灯B的功率量大，所以会产生过冲(或相反地，如果以放电灯B的灯电压推移作为基准进行输入功率控制，则产生与放电灯A的光束有关的下冲)。

发明内容

因此，本发明的课题是：在作为发光物质不含汞或汞量降低的放电灯的过渡功率控制中，使光束迅速上升。

为了解决上述课题，本发明包括以下所示的结构。

·包括发光促进控制部件，该部件检测在放电灯的点灯初始输入超过额定值的功率后，使输入功率缓慢降低并转移到稳定状态。

·通过发光促进控制部件进行放电灯的功率控制，以使灯电压越高，向稳定状态的过渡期中的输入功率的降低速度越大。

·其中，确定过渡期中的输入功率的降低比例的降低系数为1以下的正值，按灯电压越高就越小来规定，在该灯电压在第一阈值以上时，将降低系数规定为低于1的固定值。

因此，根据本发明，在对放电灯的过渡输入功率的控制中，灯电压越高，可以越快地降低输入功率。由此，即使在使用灯电压的上升点和光束的上升开始点的时间性的前后关系不固定的放电灯的情况下，通过按照灯电压来控制输入功率的时间性的降低率，就可以缩短起动时间和进行固定化。

附图说明

图1是表示本发明的放电灯点灯电路的基本结构的电路方框图。

图2是用于说明本发明的基本控制例的流程图。

图3是表示功率控制一例的流程图。

图4是表示功率推移一例的曲线图。

图5是例示输入功率最小值Pmin与灯电压VL的关系的曲线图。

图6是例示输入功率最大值Pmax与经过时间t的关系的曲线图。

图7与图8及图9一起是说明现有的问题点的图，本图是表示光束的时间性变化的图。

图8是用于说明灯电压-功率特性的图。

图9是表示灯电压-灯电流特性一例的图。

具体实施方式

图1是表示本发明的基本结构例的图，放电灯点灯电路1包括直流电源2、直流-直流变换电路3、直流-交流变换电路4、起动电路5。

直流-直流变换电路3将来自直流电源2的直流输入电压升压或降压并输出期望的直流电压，根据来自后述的控制部7的控制信号来可变控制其输出电压。在该直流-直流变换电路3中，例如使用具有开关式稳压器结构的DC-DC变换器(斩波式、回扫式等)。

设置直流-交流变换电路4，用于将直流-直流变换电路3的输出电压变换为交流电压并供给放电灯6。例如，可列举使用配有多个半导体开关元件构成的电桥型电路(全电桥电路和半电桥电路)及其驱动电路等的构成方式。

设置起动电路5，用于在放电灯6上产生高电压信号(起动脉冲)，供给放电灯6并产生起动，该信号重叠在直流-交流变换电路4输出的交流电压上后施加在放电灯6上。再有，放电灯6为不含汞或汞量降低的灯，例如在金属卤化物灯的情况下，作为放电灯中包含的物质，可列举氙(Xe)和金属碘化物等。在加入汞的放电灯的情况下，如上述那样，灯电压的上升比光束的上升超前，所以可一边监视灯电压一边控制输入功率，而在不含汞或汞量少的放电灯的情况下，由于灯电压不一定超前光束上升，所以需要进行与以往不同的控制(预测控制)。

作为用于检测放电灯6的电压和电流的检测电路，可列举以下所示的方式。

(A)为了直接检测放电灯的灯电压和灯电流，例如将电流检测元件(分流电阻和检测变压器等)连接到放电灯来检测流过该元件中的电流值的方式。

(B)检测放电灯的灯电压和灯电流的相应电压的方式。

再有，在图1中，例示了方式(B)，在直流-直流变换电路3和直流-交流变换电路4之间设置检测部8。例如，作为电压检测部件，可列举使用分压电阻等来检测输出电压的电路，作为电流检测部件，可列举使用检测电阻元件的电路，可将各检测信号输出到控制部7。

控制部7除了控制对放电灯6的输入功率的功能和直流-交流变换电路4的驱动控制功能以外，还具有判断在电路的状态和动作上是否发生异常的防止故障功能，例如，可列举下述所示的结构方式。

(I)为了用硬件来实现各功能，用模拟电路和逻辑电路等构成控制逻辑的方式

(II)为了用软件来实现各功能，使用微计算机等运算处理装置的方式。

再有，当然也可以进行(I)和(II)的组合，例如，可列举用专用电路来实现直流-交流变换电路4的驱动控制功能和防止故障功能，由微计算机来分担除此以外的功能的各种方式。

有关放电灯6的功率控制，控制部7包括稳定状态下的功率控制功能和过渡状态下的功率控制功能。即，控制部7包括发光促进控制部件7a，该部件根据放电灯6上施加的电压和放电灯中流过的电流的检测信号来进行放电灯的稳定状态下的功率控制(固定功率控制)，同时在向该功率控制转移前，对放电灯6控制过渡性输入的功率，控制部进行直流-直流变换电路3的输出控制(就为了将放电灯的光束在短时间内接近稳定时的光束而促进放电灯的发光而言，对于过渡性输入的功率，需要比稳定状态下的功率大的功率)。

图2是用于说明基本的控制例的流程图，例如，在上述(II)中通过由未图示的CPU(中央处理装置)解释和执行的程序，进行下述步骤S1～S5的处理。

(S1)初始设定

(S2)检测处理

(S3)FS(防止故障)处理

(S4)功率控制(设定输入功率)

(S5)控制DC、AC输出

首先，在进行对点灯电路的电源供给并产生放电灯的点灯开始指示的情况下，在步骤S1中进行初始设定后，在下一步骤S2中，检测电池电压、灯电压、灯电流等，由控制部7处理对于各检测信号进行模拟(A)-数字(D)变换后的测量数据。

在步骤S3中，判断电路状态和动作等是否正常，在确认在点灯放电灯6上没有问题后，转移到步骤S4，进行输入功率的控制。

在步骤S4中，随时设定与放电灯的状态对应的输入功率值，进行点灯初始的过渡状态和稳定状态中的功率控制。控制部7包括发光促进控制部件7a，该部件获得与放电灯的灯电压有关的检测信息，在该放电灯的点灯初始输入超过额定值的功率后，缓慢地降低输入功率并转移到稳定状态，例如，在上述方式(II)中使用CPU和程序来处理。

放电灯的光束上升特性依赖于灯电压(VL)，由于灯电压高光束上升时间短，所以有灯电压越高，越降低输入功率(P)的必要性。而且，在这种预测控制中需要与功率推移有关的时间概念，在本发明中，在转移到后述的稳定状态前的过渡期中，通过按照灯电压来控制对放电灯的输入功率的降低速度(|dP/dt|)，进行附加灯电压(VL)和时间(t)的功率控制。

在下一步骤S5中，根据从控制部7输出到直流-直流变换电路3和直流-交流变换电路4的控制信号来进行它们的控制。即，通过对直流-直流变换电路3输出控制信号，从而控制其输出电压，同时对直流-交流变换电路4输出控制信号，控制对交替输出的极性切换。再有，作为直流-直流变换电路3的转换控制方式，已知PWM(脉冲宽度调制)方式、PFM(脉冲频率调制)方式等。

在步骤S5之后，返回到步骤S2。

再有，虽然省略了图示，但在步骤S3中任何异常(例如，电池电压的下降等)造成的需要保护放电灯和电路的情况下，中断对放电灯的功率供给和报警。

图3是表示功率控制一例的流程图，根据下述步骤S11～19进行处理。

(S11)设定初始输入功率

(S12)计算降低系数(k)

(S13)计算设定功率(P)

(S14)计算最小输入功率(Pmin)

(S15)条件判定输入功率值(在‘P<Pmin’时进至S16，在‘P≥Pmin’时进至S17)

(S16)设定最小输入功率(Pmin)

(S17)计算最大输入功率(Pmax)

(S18)条件判定输入功率值(‘P>Pmax’时进至S19)

(S19)设定最大输入功率(Pmax)

首先，在步骤S11中，按照放电灯的熄灭时间(上次熄灭时起的经过时间)来设定对放电灯的输入功率的初始值。例如，在从上次起经过比较长的时间后的冷状态下点灯放电灯的情况下(所谓冷启动)，设定数倍于稳定功率的输入功率，而在从上次点灯起经过不长的时间就点灯比较热的放电灯的情况下(所谓热启动)，设定稍稍超过额定功率的输入功率。再有，有关放电灯的冷状况和熄灭时间的检测，例如，可列举在将放电灯点灯期间，将电容器充电并形成满充电状态，根据放电灯的停止指示而熄灭该放电灯时成为该电容器开始放电的方式(在下次起动时，电容器中残留的电荷越少，则意味着经过时间越长，所以检测该电容器的端子电压就可以)，或者，将上次熄灭时间的时刻信息存储在非易失性存储器中，根据本次时刻信息用差计算来求出熄灭时间的方式等。

在下一步骤S12中，计算确定放电灯的过渡期中的输入功率的降低比例的降低系数(k)的值。该降低系数为1以下的正值，以灯电压越高，其值越小来规定。即，k是灯电压VL的函数，其值在没有功率降低时为‘1’，值越小，功率降低率越大。

下表1表示其一例(‘～MAX’表示‘VL>37’)。

表1

 

灯电压(单位：V)	0～33	33～34	34～35	35～36	36～37	～MAX
							降低系数值	1	1～0.999	0.999～0.998	0.998～0.997	0.997～0.995	0.995

在本例中，在灯电压不足0～33时k＝1，降低系数随着灯电压上升而逐渐减小，如果灯电压超过37V，则降低系数值固定。即，相对于灯电压来规定第一阈值和比该第一阈值小的第二阈值，同时将灯电压和各阈值进行比较，在该灯电压为第一阈值以上的情况下，将降低系数规定为低于1的固定值。而在灯电压低于第二阈值的情况下，将降低系数规定为1。通过进行这样的设定，例如，可以考虑灯特性的偏差(稳定状态中的灯电压的差异、初始灯电压的高低等)来进行功率控制，可以使光束的上升时间大致一定。

再有，第一阈值的设定目的是防止光束的下冲，在不进行这样的设定的情况下，在稳定状态下的灯电压高的放电灯中，输入功率的降低速度会过快。因此，关于第一阈值，期望选择这样的点来设定：对于稳定状态下的灯电压低的放电灯不会引起光束的过冲，而对于稳定状态下的灯电压高的放电灯，不引起光束的下冲。

此外，第二阈值的设定目的是规定从点灯开始起继续初始功率输入的时间，在不进行这样的设定的情况下，初始功率的输入功率仅根据经过时间而被唯一地规定。其结果，在点灯初始的灯电压高的放电灯中容易产生过冲，而在放电灯熄灭后，立即再点灯的情况下(热启动)，尽管不需要大的初始功率输入，但在经过规定时间前，会进行过剩的功率供给。因此，为了避免这样的不适情况，关于第二阈值，期望选择这样的点来设定：通过在初始的灯电压低的放电灯中输入足够的初始功率而不引起光束的下冲，而在初始的灯电压高的放电灯和热启动时通过输入必要以上的功率而不引起光束的过冲。

在下一步骤S13中，使用上述降低系数k来计算设定功率P的值。例如，使用下式。

P＝S(Pa-Pb)×k+Pb

再有，这里‘Pa’表示输入功率的当前值，‘Pb’表示基准值。而函数S(X)在X≥0时S(X)＝X、X<0时S(X)＝0，上式表示‘Pa≥Pb’的情况。

例如，在额定功率35W的放电灯上，作为初始输入功率，在输入约90W后缓慢降低输入功率的情况下，在达到35W前存在45W的过渡状态(这种情况下，上述Pb值为45W)。在输入功率接近35W时，如果输入功率的降低率过大，则在光束的时间变化中产生下冲，所以在输入功率达到45W后缓慢下降降低率并转移到稳定点灯就可以。即，Pb是在对放电灯的输入功率接近额定功率值的情况下，作为用于使该输入功率的降低率在其后缓和的基准值而设定的，根据放电灯的特性等来确定其值。

再有，如上述那样，要注意的是：降低系数值根据灯电压而变化，根据灯电压的检测结果，将输入功率缓慢降低并从过渡状态转移到稳定状态。

这样，将放电灯的点灯开始时的功率值作为最大值，进行放电灯的功率控制，以便灯电压越高，达到稳定状态的过渡期的输入功率的降低速度越大。

关于按上式计算的功率值，设定其上限和下限就可以。

在下一步骤S14中，根据灯电压VL计算输入功率的最小值Pmin。例如，如下表2那样(‘MAX’表示‘VL>36’)，灯电压越高，Pmin值越小，以减小输入功率的下限值来限制。

表2

 

灯电压(单位：V)	30	31	32	33	34	35	36	MAX
									最小功率(单位：W)	85	80	80	75	70	70	33	33

然后，在下一步骤S15中，比较按上式计算出的功率P和基于表2的Pmin，在P低于Pmin时进至步骤S16，将P设定为Pmin。而在P为Pmin以上的情况下，进至步骤S17。

这样，通过按照灯电压来规定输入功率的下限值，可以防止光束的下冲(在下限值始终固定的情况下，有时在灯电压低时产生功率不足)。

在步骤S17中，根据从放电灯的点灯开始时起的经过时间(t)来计算输入功率的最大值Pmax。例如，如下表3所示(‘～MAX’表示‘t>60’)，该经过时间越长，越减小Pmax值，以输入功率的上限值变小来限制。

表3

 

经过时间(单位：秒)	0～4	4～7	7～11	11～15	15～60	～MAX
							最大功率(单位：W)	91	91～85	85～65	65～45	45～36	36

然后，在下一步骤S18中，比较按上式计算出的功率P和基于表3的Pmax，在P超过Pmax时进至步骤S19，将P设定为Pmax。而在P为Pmax以下时返回到步骤S11。

这样，通过按照放电灯的点灯时起的经过时间来规定输入功率的上限值，可以防止光束的过冲(在上限值始终固定的情况下，有时过剩的输入功率供给放电灯)。

再有，对于上述表1～3，可列举作为表参照数据存储在存储器等中的方式、可以用函数表示的情况下将公式记述在程序中的方式等。此外，在图3中，求出P值后以下限、上限的顺序来限制，但当然也可以将Pmax和Pmin颠倒，以上限、下限的顺序来限制，可进行各种方式的实施。

除了步骤S11以外，将S12至S19的步骤作为循环处理重复进行。

图4是以横轴为循环次数、纵轴为对放电灯的输入功率来例示功率推移的曲线图，表示灯电压在34V和37V时降低的程度有所不同。再有，对于初始输入功率来说，都为90W。

在本例中，为了便于理解，假设将灯电压分别固定的情况，但与使用现有的控制线的方法不同，即使灯电压时间上固定，但可知输入功率随着循环次数的增加而下降。此外，在34V和37V的比较中，在灯电压高(37V)的情况下，如上所述，由于降低系数值相对小，所以输入功率的下降速度增大。这样的降低系数的设定具有预测控制的作用。但是，这里导入相当于经过时间的循环次数，包含上述的时间概念，所以需要注意不能与不包含时间的控制线单纯地进行比较(即，在使用灯电压-灯电流特性图上的控制线的情况下，不能读取从该控制线上的某一动作点移动到另一动作点的时间，而该转移时间不固定)。

图5是以横轴为灯电压‘VL’、纵轴为放电灯的输入功率的最小值‘Pmin’来例示两者的关系的图，表示随着灯电压的增加，Pmin台阶式地下降(参照曲线g1)或连续下降的状况(参照曲线g2)。

图6是以横轴为经过时间‘t’、纵轴为放电灯的输入功率的最大值‘Pmax’来例示两者的关系的图，如曲线g3所示，可知随着从点灯开始时起的经过时间，Pmax逐渐下降的状况。

从以上的论述可知，根据方案1的发明，在放电灯的过渡功率控制中，通过按照灯电压来控制输入功率的降低速度，从而使光束迅速上升，可以缩短起动时间并进行固定。

根据方案2的发明，通过事先规定与灯电压对应的降低系数，可以控制输入功率的降低速度。

根据方案3的发明，通过考虑灯特性的偏差等来进行功率控制，可以固定光束的上升时间。

根据方案4的发明，可以使放电灯的光束上升特性良好，并防止过冲。

根据方案5的发明，可以使放电灯的光束上升特性良好，并防止下冲。

Claims (4)

1.一种放电灯点灯电路，包括发光促进控制部件，该部件检测与作为发光物质的不包含汞的放电灯有关的灯电压，同时在该放电灯的点灯初始输入超过额定值的功率后，使输入功率缓慢降低并转移到稳定状态，其特征在于:

通过所述发光促进控制部件进行放电灯的功率控制，以使所述灯电压越高，向所述稳定状态的过渡期中的所述输入功率的降低速度越大，

其中，确定所述过渡期中的输入功率的降低比例的降低系数为1以下的正值，按所述灯电压越高就越小来规定，在该灯电压在第一阈值以上时，将所述降低系数规定为低于1的固定值。

2.如权利要求1所述的放电灯点灯电路，其特征在于:

将所述灯电压与该第一阈值和比该第一阈值小的第二阈值进行比较，在该灯电压低于所述第二阈值时，将所述降低系数规定为1。

3.如权利要求1或权利要求2所述的放电灯点灯电路，其特征在于:

以从所述放电灯的点灯开始时刻起的经过时间越长，所述输入功率的上限值越小来进行限制。

4.如权利要求1或权利要求2所述的放电灯点灯电路，其特征在于:

以所述灯电压越高，所述输入功率的下限值越小来进行限制。

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