JP2000030883A

JP2000030883A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP2000030883A
Application number: JP19161698A
Authority: JP
Inventors: Shinji Fukuwa; 伸治福和; Katsutoshi Fukazawa; 勝利深沢; Hisao Hirata; 久生平田
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 1998-07-07
Filing date: 1998-07-07
Publication date: 2000-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】直流−直流コンバータを有した放電灯点灯装
置において、入力電流検出用の抵抗あるいはカレントト
ランスを不要とし、小型化、低価格化を実現するととも
に、始動時と安定時とで適正な制御ができるようにす
る。【解決手段】直流電源１からの直流入力電圧をコンバ
ータトランスＴ１により昇圧し、後段のインバータによ
り交流に変換して放電灯に供給する。また、コンバータ
トランスＴ１の１次巻線に流れる入力電流をオン，オフ
するスイッチング素子Ｑ１をＰＷＭ制御回路６により制
御する。その際、入力電圧と検出部７で検出したランプ
電流とに基づき、入力電圧−デッドタイム電圧変換回路
８によりスイッチング素子Ｑ１の最大オンデューティを
制限する信号を可変し、低入力電圧時に過度の入力電流
が流れるのを抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に車両用に適し
た放電灯点灯装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は主に自動車のヘッドランプ用で瞬
時点灯及び再点灯可能な従来の放電灯点灯装置の回路構
成を示すブロック図である。

【０００３】図６において、１はバッテリ等の直流電
源、２は直流電源１から入力された直流電圧を昇圧する
ＤＣ−ＤＣコンバータから成る直流昇圧回路、３は昇圧
された直流を交流に変換するＤＣ−ＡＣインバータ、４
は放電ランプ５の点灯時に放電を開始させるための起動
用高電圧パルスを出力する起動回路である。

【０００４】上記のように構成された点灯装置において
は、直流昇圧回路２内の制御部により、放電ランプ５の
始動から安定時までのランプ電力の制御が行われる。そ
して、このようなバッテリ等を入力電源とする点灯回路
においては、入力電圧変動が大きいので、動作電圧範囲
を広くする必要から、低電圧時の点灯維持可能な入力電
圧は定格電圧の１／２〜１／３程度まで低下しても放電
ランプ５が立消えしないようになっている。

【０００５】このため、入力電圧が低下するに従って入
力電流が大きくなり、また始動時のウォームアップ動作
では定格電力の２倍以上必要であるので、入力電流とし
ては安定時の電流に比べて６倍程度の大きな値となる。
この６倍の電流は放電ランプ５の最大定格で制限されて
いるランプ始動電流の上限であり、これを越えると電極
等が劣化してランプ寿命に影響を及ぼす。なおこのと
き、回路電流も増大するが、放電ランプ５のウォームア
ップ期間は冷えた状態から定常時の温度状態になるまで
の期間で、通常３０秒程度で徐々に電流が定格まで低減
するので、回路発熱については大きな問題とはならな
い。

【０００６】しかし、上記の入力電流増大時における回
路発熱の防止、回路部品の電流容量の制限、またあるレ
ベル以上の入力電流の制限の目的で、入力電流制限手段
を付加する必要がある。

【０００７】図７は上記入力電流制限手段を備えた従来
の直流昇圧回路２の構成を示す図である。図７中、６は
コンバータトランスＴ１の１次巻線に接続されたスイッ
チング素子Ｑ１をＰＷＭ（パルス幅変調）制御するＰＷ
Ｍ制御回路、Ｑ２はピーク電流の設定値と検出値とを比
較するピーク電流検出アンプ（演算増幅器）、Ｒ１は電
流検出用の抵抗、Ｃ１，Ｃ２は平滑用のコンデンサ、Ｄ
１は整流用のダイオードである。

【０００８】この回路は、スイッチング電源等で広く用
いられている一般的なものである。すなわち、トランス
Ｔ１の１次巻線とこれに流れる電流をオン（ＯＮ），オ
フ（ＯＦＦ）するスイッチング素子Ｑ１と直列に検出用
抵抗Ｒ１を接続して１次電流を検出し、そのピーク値に
基づいたある設定値を越える電流値を検出した場合に
は、ピーク電流検出アンプＱ２の出力によりＰＷＭ制御
回路６から出力されるＰＷＭパルスのオンパルス幅（オ
ンデューティ）が抑制されるようにしている。

【０００９】そして、このような構成により、入力電流
がある設定レベル以上にはならないように制御すること
ができる。また、入力電流を抑制するために１次電流を
検出する方法としては、他にカレントトランスを用いる
方法もある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の放電灯点灯装置にあっては、コンバータト
ランスの１次側の入力電流を検出するのに検出用抵抗が
必要であり、例えば自動車の１２Ｖ系のバッテリを用い
る場合は入力電流が大きく低抵抗値としても２Ｗ程度の
ものとなり、大型化して、コストが上昇するという問題
点があった。

【００１１】また、１次側入力ラインに挿入される検出
用抵抗自身による損失のため電力ロスが発生し、発熱の
問題とともに回路効率が低下するので、不利である。

【００１２】また、カレントトランスを用いる場合は、
抵抗に比べてより大型部品を使用することになり、装置
の小型化に不利になるとともに、この種のインダクタを
用いた部品の出力特性は温度による影響が一般的に大き
く、車載用など動作温度範囲が大きい場合には出力変動
が大きく、適正な制御ができない。

【００１３】また、比較的大きな電流が流れるコンバー
タの１次側の電流ループ内に検出用抵抗やカレントトラ
ンスを挿入することは、電流ループが拡大することにな
り、ノイズ等もその分発生し易いものとなる。

【００１４】更に、従来の直流昇圧回路では入力電流を
一定にするように制御されているが、放電灯は立ち上が
り時の制御と定常状態のときの制御が異なるため、放電
灯の点灯制御としては不十分な点もあった。

【００１５】また、入力電圧が特に低いと回路発熱等が
発生し、この保護対策のため入力電流制限のピーク電流
値を下げると、出力もそれに応じて低下するので、結果
として放電灯に供給される電力が大きく低下し、放電灯
が立消えし易くなる。

【００１６】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、入力電流検出用の抵抗あるいはカレン
トトランスが不要となり、小型化、低価格化を図ること
ができ、また発熱を抑えて、回路効率を上げることがで
きるとともに、ノイズ等の発生を抑制することができ、
更に温度変化の影響がなく、適正な制御が可能な放電灯
点灯装置を提供することを目的としている。

【００１７】また、放電灯の立ち上がり時と定常状態の
ときとで十分な点灯制御を行うことができる放電灯点灯
装置を提供することを目的としている。

【００１８】また、入力電圧が低下した場合の放電灯の
点灯維持特性を改善することができる放電灯点灯装置を
提供することを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る放電灯点灯
装置は、次のように構成したものである。

【００２０】（１）直流入力電圧をコンバータトランス
を用いて昇圧する直流昇圧回路と、前記コンバータトラ
ンスの１次側に流れる直流入力電流をオン，オフするス
イッチング素子をパルス幅変調制御するパルス幅変調制
御回路とを備え、前記直流入力電圧に応じて前記スイッ
チング素子の最大オンデューティを制限する出力信号を
可変するようにした。

【００２１】（２）上記（１）の構成において、直流昇
圧回路の出力から放電灯に流れるランプ電流を検出し、
その検出値により判別した放電灯の始動時と安定時のそ
れぞれの点灯状態に対応してスイッチング素子の最大オ
ンデューティを制限するようにした。

【００２２】（３）直流入力電圧をコンバータトランス
を用いて昇圧する直流昇圧回路と、前記コンバータトラ
ンスの１次側に流れる直流入力電流をオン，オフするス
イッチング素子をパルス幅変調制御するパルス幅変調制
御回路とを備え、前記直流入力電圧を検出するとともに
直流昇圧回路の出力から放電灯に流れるランプ電流を検
出し、それらの検出値に応じて前記スイッチング素子の
スイッチング周波数を可変するようにした。

【００２３】（４）上記（３）の構成において、スイッ
チング素子のスイッチング周波数を発振器を用いて可変
するようにした。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例の回路構成
を示す図であり、自動車用放電灯点灯装置における直流
入力電流制限手段を備えた図６の直流昇圧回路２の内部
構成を示している。他の構成は図６と同様であるので、
説明は省略する。

【００２５】図１において、１は直流電源（バッテリ）
で、その直流はコンデンサＣ１により平滑されてコンバ
ータトランスＴ１の１次巻線に供給される。コンバータ
トランスＴ１の２次巻線に発生した交流は、ダイオード
Ｄ１により整流され、コンデンサＣ２により平滑され
て、次段のＤＣ−ＡＣインバータに出力される。

【００２６】上記コンバータトランスＴ１の１次巻線に
は、該１次巻線に流れる直流入力電流をオン，オフする
スイッチング素子Ｑ１が接続されており、このスイッチ
ング素子Ｑ１は、ＰＷＭ制御回路６の出力によりＰＷＭ
制御される。また、コンバータトランスＴ１の出力電流
から放電ランプに流れるランプ電流が検出部７にて検出
され、その検出値が入力電圧−デッドタイム電圧変換回
路８に入力される。

【００２７】また上記ＰＷＭ制御回路６は、鋸歯状波形
信号を出力する発振器（ＯＳＣ）９、ランプ電流の検出
値とランプ電力制御のための設定値との差を増幅するエ
ラーアンプＱ３、スイッチング素子Ｑ１の最大パルス幅
（オンデューティ）を制限するためのデッドタイムコン
パレータＱ４、ＰＷＭ制御のためのＰＷＭコンパレータ
Ｑ５、及び出力段のアンド（ＡＮＤ）ゲートＱ６から構
成されている。

【００２８】上記のように構成された直流昇圧回路にお
いては、直流入力電圧に応じてスイッチング素子Ｑ１の
最大パルス幅が制限され、直流入力電流が制限される。
また、ランプ電流の検出値から放電ランプの始動時と安
定時の制御モードを判別し、それらの点灯状態に対応し
た電力変換量の抑制を行うようにしている。

【００２９】すなわち、入力電圧及びランプ電流の検出
値に応じて入力電圧−デッドタイム電圧変換回路８から
出力されたデッドタイム電圧と発振器９の鋸歯状の出力
電圧とを比較することにより、ＰＷＭ出力の最大パルス
幅を決定している。図２はそのデッドタイム電圧
（１），（２）と最大パルス幅（１），（２）の関係を
示したものである。

【００３０】一方、ＰＷＭ制御の動作については、検出
値と設定値の差をＰＷＭコンパレータＱ５にて発振器９
の鋸歯状波と比較することにより、誤差の大小に伴った
ＰＷＭ出力のパルス幅のデューティ可変制御を行うもの
である。

【００３１】その際、スイッチングコンバータの出力電
圧は一般にオンデューティの大きさに比例するので、出
力の検出値が設定値より低いときはパルス幅は拡大傾向
になり、高いときは縮小傾向になり、最終的に設定値付
近に安定化される。そして、本実施例の回路ではＰＷＭ
コンパレータＱ５の出力とデッドタイムコンパレータＱ
４の出力は出力段でアンド条件がとられるため、出力の
最大パルス幅はデッドタイムコンパレータＱ４によるパ
ルス幅で制限されることになる。

【００３２】したがって、図１のＰＷＭ制御回路６の出
力の最大パルス幅は、入力電圧−デッドタイム電圧変換
回路８の出力の任意のデッドタイム電圧と発振器９の鋸
歯状波形出力とデッドタイムコンパレータＱ４により比
較して出力されたパルス幅により制限される。図２で
は、任意のデッドタイム電圧と発振器９の鋸歯状波信号
を比較することにより、パルス幅がリニアに可変される
ことが示されている。

【００３３】図３は本実施例の入力電圧とデッドタイム
電圧の関係及びそのときのオンデューティ（％）を示す
図であり、ある入力電流制限下での始動時と安定時のラ
ンプ電力に対する出力例を示している。

【００３４】安定時はランプ電圧８５Ｖ、ランプ電流
０．４１Ａとし、始動時はランプ電力７５Ｗ、ランプ電
流２．６Ａとしているが、これはランプ電力一定で入力
電圧が下がると入力電流が過大になるのを防止するため
で、ある程度以下に入力電圧が下がったら（例えば９Ｖ
以下）ランプ電流も下げるようにしている。また、デッ
ドタイム電圧により出力を下げながら入力電流を制限す
るものである。そして、始動時においては最大ランプ電
力は７５Ｗ以下で、最大ランプ電流は２．６Ａ以下とい
う制約があり、またランプ電圧としては温まっていく過
程で例えば２０Ｖから定格の８５Ｖまで変化していくも
のであり、始動時といってもランプ電圧及びランプ電流
は変化するものなので、一つの組合せでは決められな
い。

【００３５】また、図３に示す特性は回路上許容できる
入力電流に基づいたものであり、要はこのような特性が
得られるように入力電圧とオンデューティのテーブルを
参照して制御すれば良い。

【００３６】また、図３に示す安定時で３５Ｗ出力を一
定に保持しているのは、入力電圧が１０Ｖ以上のときで
あり、これより低い入力電圧ではコンバータ出力容量
（一般的には入力電圧が低くなると出力はでにくくな
る）や入力電流の増加による回路部品の温度上昇（電流
増加による損失増加）の問題から、入力電圧１０Ｖ以下
では３５Ｗ出力を放電ランプが立消えしない範囲で低下
させた方が回路の小型化及び発熱の抑制の点から得策で
ある。

【００３７】この点については始動時についても同じこ
とが言えるので、始動時においても１０Ｖ程度以下では
ランプ電力７５Ｗ、ランプ電流２．６Ａと低下させてい
るのが現実である。図３における特性においても、これ
らを考慮して低電圧時では出力をディレーティングして
いる。

【００３８】ここで、放電ランプの点灯モードとして
は、ランプ電圧及び出力光が定常状態のときの安定時
と、点灯直後のランプ電圧及び出力光が低い状態で急速
に立ち上げる場合に定格電力以上を必要とするときの始
動時とがある。

【００３９】安定時においては、例えば定格入力電圧が
１２．８Ｖでは入力電流は３Ａ程度の値であり、これを
６Ｖ点灯維持させるにはオンデューティ３９％（１２Ｖ
時）を２倍程度に大きくした略８０％にする必要があ
る。このときの入力電流は、回路効率の低下もあって倍
以上の８〜１０Ａ程度となる。そして、この状態で長時
間連続して点灯し続けると、入力電流増大により異常発
熱の恐れがあるが、短時間の場合は回路動作に影響はな
く、点灯維持が優先される。

【００４０】また安定時の点灯維持特性として、入力電
圧が徐々に低下し、それに伴ってランプ電力が低下し、
ランプ電流があるレベルまで下がると、点灯が不安定に
なり、立消えが発生し易くなる。これを防ぐには、ラン
プ電力を定格のまま維持すれば良いが、入力電流の増加
による発熱状況からある程度下げた方が都合が良いこと
がある。

【００４１】これは、ランプ電力を定格３５Ｗのまま入
力電圧を下げた場合、逆に入力電流は増加していくこと
になるためで、例えば定格入力１３．５Ｖで３．１Ａ程
度であったのが、効率低下も重なって６Ｖで１０Ａ以上
というようなことになる。この入力電流が増加したこと
で更に損失が増え、効率も低下していくので、回路発熱
は相当なものになる。このとき、ランプ電力自体を減少
（定格３５Ｗのランプでも２５Ｗ程度への低減なら通常
点灯可能）させると、入力電流はそれに応じて低減でき
るので、入力６Ｖで１０Ａ以上なのが６〜７Ａ程度に下
がり、ある程度の時間（例えば１時間位）は連続動作で
き、発熱で壊れることはなくなる。

【００４２】そして、上記のランプ電力が低下したとき
の点灯維持改善策として、直流昇圧回路のスイッチング
周波数を下げる方法がある。これは、高電圧パルスを発
生する起動回路では、一般的に高電圧発生用のコイルが
放電ランプと直列に接続されており、このコイルのイン
ダクタンスが直流昇圧回路の高周波スイッチングによる
リップル成分に対してインピーダンスとして働き、ラン
プ電流の流れを妨げる動きをするためである。よって、
リップル成分周波数を下げればコイルのインピーダンス
が下がり、ランプ電流が流れ易くなり、点灯維持特性が
改善する。

【００４３】これに対して、始動時においては、定格入
力１２．８Ｖのときでもランプ始動電力は７５Ｗ、ラン
プ始動電流は２．６Ａを投入するため、入力電流は１０
Ａ程度と大きく、６Ｖ入力のときに必要なオンデューテ
ィを拡大した場合は、入力電流の急激な増加によってト
ランスＴ１の飽和やスイッチング素子Ｑ１の損失が増大
する。このため、短時間でも回路の破損を招く恐れがあ
り、よって低入力電圧時は安定時よりオンデューティを
制限する必要がある。

【００４４】図４は上述の入力電圧とランプ電流を検出
してデッドタイム電圧に変換する入力電圧−デッドタイ
ム電圧変換回路８の出力例を示す図である。ここでは、
図４に示す安定時及び始動時の必要なデューティに対応
したデッドタイム電圧を直線近似して設定しており、入
力電圧が１０Ｖ以上で入力電流制限が必要でない領域で
は、よりデューティの大きい始動時のラインと入力電圧
１０Ｖのときにおける始動時の必要なデッドタイム電圧
を一定にしたラインの間に設定する。

【００４５】また、入力電圧が１０Ｖ以下の領域では、
入力電圧１０Ｖのときにおける始動時のデッドタイム電
圧と６Ｖのときの始動時のデッドタイム電圧とを結んだ
ライン（線）を始動時のデッドタイム出力とし、また１
０Ｖのときの始動時のデッドタイム電圧と６Ｖのときの
安定時のデッドタイム電圧とを結んだラインを安定時の
デッドタイム出力とする。そして、コンバータ出力のラ
ンプ電流を検出することにより始動時制御か安定時制御
かを判別し、特に入力電流が過大になる１０Ｖ以下の始
動時制御においてはオンデューティが狭い方の始動時デ
ッドタイム出力を選択し、安定時制御においては低電圧
点灯維持特性のためにオンデューティが広い方の安定時
デッドタイム出力を選択する。これにより、過度の入力
電流を確実に抑制することができる。

【００４６】図５は周波数を下げるためのモード判別回
路の概略構成を示すブロック図である。入力電圧検出部
１０により入力電圧を検出し、ある電圧以下に低下した
ときは発振周波数可変回路１１によりＰＷＭ制御回路６
の発振器９の周波数を可変する。これにより、低電圧入
力時の放電ランプの点灯維持特性を改善することができ
る。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、入力電
流検出用の抵抗あるいはカレントトランスが不要とな
り、小型化、低価格化を図ることができ、また発熱を抑
えて、回路効率を上げることができるとともに、ノイズ
等の発生を抑制することができ、更に温度変化の影響が
なく、適正な制御が可能になるという効果がある。

【００４８】また、放電灯の立ち上がり時と定常状態の
ときとで十分な点灯制御を行うことができるという効果
がある。

【００４９】また、入力電圧が低下した場合の放電灯の
点灯維持特性を改善することができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の回路構成を示す図

【図２】実施例のデッドタイム電圧による最大パルス
幅を示す波形図

【図３】実施例の入力電圧とデッドタイム電圧の関係
を示す説明図

【図４】入力電圧−デッドタイム電圧変換出力例を示
す説明図

【図５】モード判別回路の構成を示すブロック図

【図６】一般的な放電灯点灯装置の構成を示すブロッ
ク図

【図７】従来の直流昇圧回路の構成を示す図

【符号の説明】

１直流電源２直流昇圧回路３ＤＣ−ＡＣインバータ４起動回路５放電ランプ６ＰＷＭ制御回路７検出部８入力電圧−デッドタイム電圧変換回路９発振器Ｔ１コンバータトランスＱ１スイッチング素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流入力電圧をコンバータトランスを用
いて昇圧する直流昇圧回路と、前記コンバータトランス
の１次側に流れる直流入力電流をオン，オフするスイッ
チング素子をパルス幅変調制御するパルス幅変調制御回
路とを備え、前記直流入力電圧に応じて前記スイッチン
グ素子の最大オンデューティを制限する出力信号を可変
することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】直流昇圧回路の出力から放電灯に流れる
ランプ電流を検出し、その検出値により判別した放電灯
の始動時と安定時のそれぞれの点灯状態に対応してスイ
ッチング素子の最大オンデューティを制限することを特
徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】直流入力電圧をコンバータトランスを用
いて昇圧する直流昇圧回路と、前記コンバータトランス
の１次側に流れる直流入力電流をオン，オフするスイッ
チング素子をパルス幅変調制御するパルス幅変調制御回
路とを備え、前記直流入力電圧を検出するとともに直流
昇圧回路の出力から放電灯に流れるランプ電流を検出
し、それらの検出値に応じて前記スイッチング素子のス
イッチング周波数を可変することを特徴とする放電灯点
灯装置。
【請求項４】スイッチング素子のスイッチング周波数
を発振器を用いて可変することを特徴とする請求項３記
載の放電灯点灯装置。