JP2003168579A - 放電ランプ点灯装置、自動車用前照灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型でかつ安価な高圧放電ランプ点灯装置を
提供する。 【解決手段】 この高圧放電ランプ点灯装置は、バッテ
リ２１からの電源供給により駆動されてＭＨｚ帯の高周
波で発振する高周波インバータ２２と、この高周波イン
バータ２２に接続されたコンデンサＣ２、チョークコイ
ルＬ１、コンデンサＣ３，Ｃ４等を有し高周波インバー
タ２２を所定の共振周波数で動作させる共振回路２３
と、この共振回路２３に接続され、ダイオードＤ１、抵
抗Ｒ１、コンデンサＣ３、サイダックＳ、昇圧トランス
Ｌ２の１次側コイルなどからなり、コンデンサＣ３の充
放電を繰り返すよう発振する発振回路２４と、この発振
回路２４のコンデンサＣ３から放電された電圧を昇圧す
る昇圧トランスＬ２、ダイオードＤ２等を有する昇圧回
路２５と、この昇圧回路２５により昇圧された電圧（起
動電圧）の供給によって始動される放電ランプ１とを備
えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】例えばメタルハライドランプ
などの高圧放電ランプを始動し点灯させる放電ランプ点
灯装置、自動車用前照灯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、放電ランプを直流点灯させた
り矩形波や正弦波などの低周波交流にて放電ランプを点
灯させる点灯装置があるが、この種の点灯装置には、放
電ランプを起動するために、出力段にトランスを挿入す
ることでパルス状の高電圧を印加することが一般的に行
われている。

【０００３】このようにトランスを用いる場合、トラン
スとしては、高電圧を発生させるために非常に大きな巻
数比のものが必要であり、かつ出力電流自体も多く流す
ため巻線材の断面を大きくする必要があることから、非
常に大きな形状のものを用意する必要があった。この理
由で、ランプ電力（電流）別に専用品をラインアップし
て商品化されるトランスもある。

【０００４】また、このような点灯装置の場合、パルス
状高電圧により発生するグロー放電は、非常に短時間し
か維持されず、かつこの放電電流の極性が印加されたパ
ルスの共振振動波形に従い交互に切り替わり、これが原
因でアーク転移が誘発されるために同一起点へ電荷を集
中させることが難しいという問題がある。

【０００５】このため、単発パルスでは、放電ランプの
起動をしくじる恐れがあり、従来、このような点灯装置
には、複数のパルスを印加し始動確率をあげる手法がと
られていた。また、高電圧パルス自体や、この不安定な
グロー放電の状態が、周囲機器にノイズを放射し、誤動
作を誘発する場合があった。

【０００６】このため、パルス発生用トランスを閉磁路
にしたり、出力段全てをシールド処理したりするといっ
た対策を講じる必要があった。

【０００７】一方、放電ランプは、近年、自動車用前照
灯などにも適用され、前照灯自体の小型に伴ない放電ラ
ンプ点灯装置の内部回路も小型化する上で高周波点灯が
検討されている。

【０００８】しかし、上記トランス方式の点灯装置を高
周波点灯用として用いるためには、始動回路にトランス
を組み込むことになり、これでは、トランス自体のＬ値
を非常に小さくしなければ不可能である。

【０００９】しかし、Ｌ値の小さなトランスを用いる
と、必要な高電圧を得るのが困難であり、仮に高電圧が
得られたとしても、原理的に非常に細いパルスとなって
しまい実用的な始動性を確保できない。

【００１０】出力段の共振を利用して開放電位をあげる
ことも検討されているが、共振回路を構成する複数の素
子の性能バラツキもあり、最新の高効率ランプを起動で
きるほど安定して高い電位を確保することは難しい。

【００１１】また、出力段の共振コイルを高電圧印加用
トランスと共用することも検討されているが、上記と同
じ理由で、比較的低周波よりの大きなＬ値を必要とする
モノでしか実現が不可能である。しかし、低周波よりの
周波数帯域では、アコースティックレゾナンスの問題が
あり、ＦＭ変調等回避策は検討されているものの、近年
の小型化された高効率ランプでは、５００ｋＨｚ付近で
あってもアコースティックレゾナンス領域が広がってい
るため、実用化へは至っていない。

【００１２】高周波点灯方式へ対応する始動方式として
は、特開平５−２５８８７４号公報に、多段整流昇圧回
路を用いた直流充電方式が提案されている。

【００１３】ここで提案されている直流充電方式の場
合、高周波出力を直接多段整流昇圧し、この高電圧を抵
抗などの減流素子を介して出力段の共振用コンデンサに
充電することによりランプ起動を行っている。

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方式では、直結された多段整流昇圧回路の高電圧整流素
子の特性から、少なくともＭＨｚ帯の高周波ではロスが
大きすぎて実用にならない。このため、上記のようにア
コースティックレゾナンス回避策を吟味しなければ実用
性がない。

【００１４】また、上記従来方式では、起動後も整流素
子に電流が流れ続けることから、効率が悪く、周波数が
高い程、発熱による破損の恐れがある。

【００１５】さらに、上記従来方式の場合、共振用コン
デンサに充電することから、共振コンデンサとして耐圧
が非常に大きなものを使用する必要があり、装置の大型
化・コストアップが伴うことになる。

【００１６】また、従来方式によりランプを起動させる
場合、大容量の共振コンデンサに充電された電荷が直接
ランプに流入するため、電極へのダメージが大きくラン
プの寿命に悪影響をおよぼす恐れがある。また、大容量
の共振コンデンサへ充電することから、ランプを起動で
きる電位まで昇圧するための充電時間が非常に長くなっ
てしまうという欠点もある。

【００１７】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、小型でかつ高性能な自動車用前照灯装
置、放電ランプ点灯装置を提供することを目的としてい
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために請求項１記載の発明は、放電ランプと；この放電
ランプを点灯させるための電源を供給する電源装置と；
この電源装置からの電圧供給により駆動されて１．１Ｍ
Ｈｚ以上の高周波で前記放電ランプを点灯させる高周波
点灯安定回路と；前記放電ランプと直列に接続されたコ
ンデンサを含み、前記高周波点灯安定回路を所定の共振
周波数で動作させる共振回路と；この共振回路に接続さ
れ、発振により充放電を繰り返す発振回路と；この発振
回路の発振により発生した電圧を昇圧、整流し、前記コ
ンデンサへ充電して前記放電ランプにアーク放電を発生
させる昇圧整流回路と；を具備したことを特徴としてい
る。

【００１９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の放
電ランプ点灯装置と；前記放電ランプ点灯装置の放電ラ
ンプを収容し前記放電ランプより発光された光の照射方
向に指向性を持たせるための反射カバーおよびレンズ部
を有する自動車用前照灯本体と；を具備したことを特徴
としている。

【００２０】本発明では、高周波点灯安定回路の電源と
は別に、発振により充放電を繰り返す発振回路を設け、
この発振回路の発振により発生した電圧を昇圧整流回路
が昇圧、整流し、共振回路のコンデンサへ充電して放電
ランプにアーク放電を発生させて放電ランプを始動す
る。

【００２１】すなわち、放電ランプ始動時に、高周波点
灯安定回路の出力側に設けた発振回路が発振してパルス
状電圧を発生し、この電圧が昇圧整流回路により昇圧さ
れてコンデンサに充電される。そして、このコンデンサ
に直列接続された放電ランプの両端の直流高電位の電位
が数百ボルトに低下した瞬間に、このコンデンサを経由
して高周波電力が放電ランプヘ流入しアーク放電が発生
し、放電ランプが点灯する。その後、放電ランプの両端
の電位は低下する。この電位が発振回路の発振電圧以下
に低下した時点で、整流昇圧回路の動作は自動的に停止
するが、このときは高周波点灯安定回路側から放電ラン
プへ電力が継続的に供給されるので、放電ランプの点灯
は維持される。

【００２２】また、本発明では、ランプ点灯周波数をＭ
Ｈｚ帯にすることにより、アコースティックレゾナンス
を回避できると共に、放電ランプと直列に容量の小さな
コンデンサを挿入可能になる。このコンデンサを整流昇
圧回路の充電用コンデンサとして共用することにより、
始動回路の小型化・ローコスト化、ランプ起動時間の短
縮が可能になる。また、整流昇圧回路の構成として、発
振回路で発生した電圧を昇圧する昇圧用トランスと整流
回路（抵抗、コンデンサなどからなる回路）とを別個に
設けることにより、整流昇圧回路の昇圧段の数を少なく
できる。これに伴なって放電ランプ起動後の昇圧動作停
止が容易になり、昇圧部分の発熱やロスは皆無となる。

【００２３】さらに、コンデンサ自体が低容量化できる
ことから、起動に要する時間が非常に短く、かつ放電ラ
ンプへのダメージも少なくできる。

【００２４】メインの高周波点灯安定回路の共振用コン
デンサと並列に放電抵抗を設置すれば、直流が充電され
ることもなくなり、コンデンサ耐圧を上げる必要もなく
なる。この放電抵抗は、上記昇圧トランス前段の発振回
路における整流素子経由の抵抗でも代用可能である。た
だし、この場合、放電ランプに印加される直流高電圧が
放電ランプを貫通し共振コンデンサに充電される電荷を
放電できる方向、つまり、整流ループと同一方向にする
必要がある。

【００２５】これにより、本発明では、ＭＨｚ帯の超高
周波点灯を行う高圧放電ランプ点灯装置を小型でかつ安
価に実現でき、これを用いる自動車用前照灯装置につい
ても小型でかつ安価に構成できる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一つの実施
の形態の自動車用前照灯装置の構成を示す斜視図、図２
は図１の自動車用前照灯装置に装着されている放電ラン
プ点灯装置としての高圧放電ランプ点灯装置の構成を示
す平面図、図３は図２の高圧放電ランプ点灯装置の回路
構成を示す図である。

【００２７】図１に示すように、この自動車用前照灯装
置は、反射鏡１４、前面カバー１５、反射板カバーとし
ての反射鏡１４およびレンズ部としての前面カバー１５
により形成された筐体内部に格納された放電ランプ本体
（図２参照）とその点灯回路（図３参照）を有してい
る。放電ランプ本体に内蔵する放電ランプ１としては、
例えばメタルハライドランプなどの高圧放電ランプが用
いられている。

【００２８】反射鏡１４は、プラスチックスの成形によ
って異形の回転放物面に形成され、頂部背面から、放電
ランプ本体を着脱するように構成されている。前面カバ
ー１５は、透明性のプラスチックスの成形によりプリズ
ムまたはレンズが一体に形成されており、反射鏡１４の
前面開口部に気密に装着されている。

【００２９】図２に示すように、放電ランプ本体は、放
電ランプ１を封止部２ｂで固定した外管１１、口金１
２、絶縁チューブ１３などを有している。

【００３０】外管１１は紫外線カット性能を備えてお
り、その内部に放電ランプ１が収納されている。外管１
１の両端は放電ランプ１の封止部２ｂにそれぞれ固定さ
れているが、内部は気密ではなく、外気に連通してい
る。放電ランプ１の一方の封止部２ｂは、口金１２に植
立されている。他端から導出された外部リード５は、外
管１１に平行に配置されており、先端は口金１２内に導
入されて図示しない端子に接続されている。この外部リ
ード５の周囲は絶縁チューブ１３で覆われている。

【００３１】放電ランプ１による光照射方向は、絶縁チ
ューブ１３と反対側の方向になる。この際、絶縁チュー
ブ１３をセラミックスチューブで構成し、このセラミッ
クスチューブを黒色などに着色することも有効である。
黒色のセラミックスチューブによれば、放電ランプ１か
らの光が反射しにくいため、光の乱反射によるグレアを
抑制することができる。グレアの抑制は自動車用前照灯
装置に対して特に有効である。セラミックスチューブの
黒色化は、金属酸化物の塗布、焼成などにより実施可能
である。

【００３２】この高圧放電ランプ点灯装置の放電ランプ
点灯回路は、図３に示すように、回路各部に電源を供給
する電源装置としてのバッテリ２１と、このバッテリ２
１からの電源供給により駆動されて１．１ＭＨｚ以上、
例えば２ＭＨｚ〜３ＭＨｚ程度の高周波で発振する高周
波インバータ２２と、この高周波インバータ２２の出力
端に接続され、高周波インバータ２２を所定の共振周波
数で動作させる共振回路２３と、共振回路２３に接続さ
れ、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ３、サイ
ダックＳ、昇圧トランスＬ２の１次側コイルなどからな
り、発振によりコンデンサＣ３の充放電を繰り返すよう
構成された発振回路２４と、この発振回路２４の発振に
より発生した電圧を昇圧する昇圧回路２５と、この昇圧
回路２５により昇圧された電圧（起動電圧）の供給によ
ってアーク放電を発生し起動および点灯する放電ランプ
１と、高周波インバータ２２へ正弦波信号を出力するこ
とで高周波インバータ２２を駆動する駆動回路２６とを
備えている。

【００３３】自動車には、一般に電源装置として直流１
２Ｖあるいは２４Ｖの電圧を各部に供給するバッテリー
２１が用いられており、自動車用前照灯にはこの電源装
置が利用される。この他、電源装置として、交流電流を
整流した整流化直流電源を用いてもよい。バッテリ２１
と並列に接続された電解コンデンサＣ１は、直流電圧の
平滑化を行うためのものである。

【００３４】高周波インバータ２２は、主スイッチング
としての２つのＦＥＴＱ１，Ｑ２を交互に駆動するハー
フブリッジ型インバータである。

【００３５】共振回路２３は、コンデンサＣ２、チョー
クコイルＬ１、コンデンサＣ３、Ｃ４などから構成さ
れ、ランプ安定点灯時のインピーダンスにマッチングす
る共振回路である。この共振回路２３と制御回路２６と
高周波インバータ２２等で高周波点灯安定回路が構成さ
れている。

【００３６】発振回路２４の抵抗Ｒ１は、メインの高周
波点灯安定回路の共振用のコンデンサＣ３と並列に接続
され、放電抵抗として機能する。これにより、コンデン
サＣ３に直流が充電されることがなくなり、コンデンサ
Ｃ３に低耐圧のものが使用できるようになった。

【００３７】昇圧回路２５は、発振回路２４により駆動
される昇圧トランスＬ２とダイオードＤ２からなり、昇
圧トランスＬ２により約２０ｋＶｏ−ｐ程度までに昇圧
されたパルス状電圧が直流電位として組み上げられてコ
ンデンサＣ４に充電されて放電ランプ１に印加されて放
電ランプ１を始動する。つまり、この昇圧回路２５と発
振回路２４にてランプ起動回路が構成される。これら発
振回路２４と昇圧回路２５の昇圧トランスＬ２を含む高
電圧充電回路としては、大豆大の小型なもので実現でき
る。

【００３８】駆動回路２６は、例えば１０Ｖ〜２０Ｖ程
度の振幅の正弦波信号を高周波インバータ２２へ出力し
高周波インバータ２２を駆動する。

【００３９】続いて、この高圧放電ランプ点灯装置の動
作を説明する。この高圧放電ランプ点灯装置では、放電
ランプ始動時に、高周波点灯安定回路の出力側におい
て、サイダックＳ等からなる発振回路２４が発振してパ
ルス状電圧が昇圧トランスＬ２の１次側コイルに発生す
る。これにより、昇圧トランスＬ２が駆動されて、昇圧
トランスＬ２の２次側のコイルに約２０ｋＶｏ−ｐ程度
に昇圧されたパルス状電圧が発生し、ダイオードＤ２を
通じてコンデンサＣ４に充電される。そして、このコン
デンサＣ４に直列接続された放電ランプ１の両端の直流
高電位の電位が数百ボルトに低下した瞬間に、このコン
デンサＣ４を経由して高周波電力が放電ランプ１ヘ流入
しアーク放電が発生し、放電ランプ１が点灯し、その瞬
間、放電ランプ１の両端の電位は低下する。

【００４０】この電位が上記サイダックＳの発振電圧以
下に低下した時点で、昇圧回路２５の動作は自動的に停
止するが、このときは高周波点灯安定回路側から放電ラ
ンプ１へ電力が継続的に供給されるので、放電ランプ１
の点灯は維持される。

【００４１】このようにこの実施形態の自動車用前照灯
装置および高圧放電ランプ点灯装置によれば、放電ラン
プ１を高周波点灯させるにあたり、ランプ点灯用主電源
としての共振回路２３とは別に単独で発振する発振回路
２４とその発振電圧を昇圧する昇圧回路２５とを設けた
ことで直流高電圧重畳回路のロスをなくし、１．１ＭＨ
ｚ以上、例えば２ＭＨｚ〜３ＭＨｚの超高周波領域で高
圧放電ランプ１を点灯させることができる。

【００４２】また、昇圧回路２５の昇圧トランスＬ２と
して約２０ＫＶｏ−ｐを発生するようなカスタム製品を
使用することで整流段を１段（ダイオードＤ１とコンデ
ンサＣ４のみ）にでき、装置の小型化を実現することが
できる。また、超高周波点灯を行うことで放電ランプ１
と直列接続される充電用コンデンサＣ４も小型なものを
使用でき、装置の小型化を実現できる。

【００４３】すなわち、本実施形態によれば、放電ラン
プ点灯回路の小型化・ローコスト化、ランプ起動時間の
短縮、ランプダメージの低減および超高周波点灯を実現
することができる。

【００４４】この結果、小型でかつ安価な高圧放電ラン
プ点灯装置および自動車用前照灯を提供することができ
る。

【００４５】なお、上記実施形態では、昇圧トランスＬ
２での昇圧比を大きくし放電ランプ１の起動電圧まで昇
圧するような昇圧トランスＬ２を用いたことでダイオー
ドＤ１を通じて１個のコンデンサＣ４だけに直接充電し
放電ランプ１を起動するよう構成したが、装置の汎用化
を考え、数ｋＶｏ−ｐ程度の昇圧能力のある汎用の昇圧
トランスＬ２を用いて、不足分の電圧を多段構成の整流
回路（ダイオード、コンデンサ等）で補うような昇圧回
路を構成してもよい。

【００４６】すなわち、この場合、図２に示すように、
放電ランプ点灯回路の昇圧回路２８を、汎用の昇圧トラ
ンスＬ２の後端にダイオードＤ２〜Ｄ５とコンデンサＣ
４，Ｃ６〜Ｃ９等を多段接続したコッククロフト式の多
段昇圧回路として構成する。なお、コンデンサＣ４，Ｃ
６〜Ｃ９等は、共振回路２３の一部としても機能する。

【００４７】この高圧放電ランプ点灯回路では、高周波
点灯安定回路の出力側に、サイダックＳ等からなる発振
回路２４により駆動される昇圧トランスＬ２により、例
えば約２ｋＶｏ−ｐ程度までに昇圧されたパルス状電圧
が、コッククロフト式の多段昇圧回路２８にて直流電位
としてほぼ２０ｋＶ程度まで組み上げられる。

【００４８】この多段昇圧回路２８の奇数段側のコンデ
ンサ（コンデンサＣ４，Ｃ７，Ｃ９）を放電ランプ１と
直列接続になるように挿入したことで、放電ランプ１の
両端の直流高電位の電位が数百ボルトに低下した瞬間
に、これらコンデンサＣ４，Ｃ７，Ｃ９を経由して高周
波電力が放電ランプ１ヘ流入しアーク放電が発生し、そ
の瞬間、放電ランプ１両端の電位は低下する。

【００４９】この電位が上記サイダックＳの発振電圧以
下に低下した時点で、昇圧回路２８の動作は自動的に停
止するが、このときは高周波点灯安定回路側から放電ラ
ンプ１へ電力が継続的に供給される状態にあり、放電ラ
ンプ１の点灯状態は維持される。

【００５０】このように昇圧回路２８を汎用の昇圧トラ
ンスＬ２とコッククロフト式の多段昇圧回路との組み合
わせで構成したことで、汎用の昇圧トランスＬ２を用い
て少ない整流段数で整流昇圧回路を安価に構成できる。

【００５１】また、超高周波点灯を行うことで直列接続
される充電用コンデンサＣ４，Ｃ６〜Ｃ９に小型なもの
を利用でき、装置を小型化することができる。すなわ
ち、放電ランプ点灯回路を小型でかつ安価に実現するこ
とができる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、ＭＨｚ帯の超高周波で放電ランプを点灯さ
せる放電ランプ点灯装置を小型でかつ安価に提供するこ
とができる。

【００５３】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の放電ランプ点灯装置を用いることで小型でかつ安価
な自動車用前照灯装置を提供することができる。

【００５４】すなわち、本発明によれば、小型でかつ安
価な放電ランプ点灯装置および自動車用前照灯装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動車用前照灯装置の一構成例を示す
斜視図である。

【図２】図１の自動車用前照灯装置に用いられる放電ラ
ンプ本体を示す図である。

【図３】図１の自動車用前照灯装置に用いられる放電ラ
ンプ点灯装置の回路構成を示す図である。

【図４】図３の高圧放電ランプ点灯装置の他の実施形態
を示す図である。

【符号の説明】

１……放電ランプ １４……反射鏡 １５……前面カバー ２１……バッテリ ２２……高周波インバータ ２３……共振回路 ２４……発振回路 ２５……昇圧回路 ２６……駆動回路 ２８……コッククロフト式多段昇圧回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K072 AA13 AC02 AC11 BA03 BB09 CA05 CA16 DD02 DD04 GA02 GA05 GB12 GC04 3K083 AA04 AA15 AA45 AA76 AA77 AA91 BA05 BC16 BC33 BC42 BC47 CA33

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放電ランプと；この放電ランプを点灯さ
   せるための電源を供給する電源装置と；この電源装置か
   らの電圧供給により駆動されて１．１ＭＨｚ以上の高周
   波で前記放電ランプを点灯させる高周波点灯安定回路
   と；前記放電ランプと直列に接続されたコンデンサを含
   み、前記高周波点灯安定回路を所定の共振周波数で動作
   させる共振回路と；この共振回路に接続され、発振によ
   り充放電を繰り返す発振回路と；この発振回路の発振に
   より発生した電圧を昇圧、整流し、前記コンデンサへ充
   電して前記放電ランプにアーク放電を発生させる昇圧整
   流回路と；を具備した放電ランプ点灯装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の放電ランプ点灯装置と；前
   記放電ランプ点灯装置の放電ランプを収容し前記放電ラ
   ンプより発光された光の照射方向に指向性を持たせるた
   めの反射カバーおよびレンズ部を有する自動車用前照灯
   本体と；を具備したことを特徴とする自動車用前照灯装
   置。