JP2006073310A - 高圧放電灯点灯装置、および高圧放電灯の点灯制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウォームアップ制御時のランプ電力を、その時のランプ温度に応じて適切に制御すること。
【解決手段】 検出部７は、高圧放電灯５のランプ電圧を検出し、制御部８は、ブレークダウン後のランプ電力の初期値を、検出部７によるブレークダウン直後のランプ電圧に応じた連続値で設定する。そして、制御部８は、設定したランプ電力の初期値に基づいてブレークダウン後のウォームアップ制御を開始して、ブレークダウン後のランプ電力を経時的に減少制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高圧放電灯点灯装置、および高圧放電灯の点灯制御方法に関するものである。

従来から高圧放電灯の点灯装置が開発されている。特に近年、車載用のランプとして、高圧放電灯の一種である高輝度放電灯（ＨＩＤランプ）が使用される機会が増えている。

このような高圧放電灯では、点灯時にランプ内で放電を発生させる必要があるため、点灯装置が必要となる。そのため、従来から高圧放電灯点灯装置が種々提案されている（例えば特許文献１参照）。ＨＩＤランプを始動させる場合、通常、点灯装置は、まず、イグナイタで高電圧（例えば２０キロボルト）を高圧放電灯に印加して絶縁破壊（ブレークダウン）させアーク放電を発生させた後、定格電力以上の電力を高圧放電灯に供給して短時間でランプ温度を上昇させるウォームアップ制御を行い、その後、定格電力制御に移行させる。

ウォームアップ制御については、高圧放電灯の状態に応じて制御方式を変えるものが提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載されている従来の点灯装置は、前回の定格電力点灯時のランプ電圧とブレークダウン直後のランプ電圧との比率に基づいて、ホットスタート、ミディアムスタートおよびコールドスタートのうちのいずれかを選択して、ランプ電圧に応じて目標ランプ電力を設定してランプ電力の制御を行い、ウォームアップ制御を実行している。

特開平７−１７６３８８号公報（要約、明細書）

高圧放電灯点灯装置では、ランプ温度は消灯後連続的に低下していく。したがって、点灯時のランプ温度は、消灯からの時間に応じて連続的に変化する。そして、それに伴い、ブレークダウン直後のランプ電圧もランプ温度に応じて連続的に変化する。

しかしながら、上述した従来の高圧放電灯点灯装置では、ホットスタート、ミディアムスタートおよびコールドスタートといった固定的な３種類の制御方式のいずれかを使用してウォームアップ制御を行うため、ウォームアップ制御時のランプ電力を、その時のランプ温度に応じて適切に制御することは困難である。例えばホットスタートとなるランプ電圧の範囲とミディアムスタートとなるランプ電圧の範囲との境界付近では、ブレークダウン直後のランプ電圧が少し変わっただけでも、ウォームアップ制御初期のランプ電力が大きく変わってしまい、ランプ温度に応じてランプ電力を正確に制御することが困難である。

ランプ電力の制御が適切ではない場合、ウォームアップ制御の期間が必要以上に長くなったり、過度のランプ電流により高圧放電灯に負担が掛かったりする可能性がある。例えば欧州統一規格ＥＣＥレギュレーション９９などの規格では、ＨＩＤランプ（Ｄ２ランプ）の光束の立ち上がり時間についての条件が規定されているため、ウォームアップ制御期間の長さは重要である。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、ウォームアップ制御時のランプ電力を、その時のランプ温度に応じて適切に制御することができる高圧放電灯点灯装置、および高圧放電灯の点灯制御方法を得ることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明では以下のようにした。

本発明に係る高圧放電灯点灯装置は、ランプ電圧を検出する電圧検出手段と、ブレークダウン後のランプ電力の初期値を電圧検出手段によるブレークダウン直後のランプ電圧に応じた連続値で設定する初期値設定手段と、初期値設定手段により設定されたランプ電流またはランプ電力の初期値に基づいてブレークダウン後のウォームアップ制御を開始して、ブレークダウン後のランプ電力を制御する制御手段とを備える。

これにより、ブレークダウン直後のランプ電圧に応じて連続的な値でランプ電力の初期値が決定されるため、ウォームアップ制御時のランプ電力を、その時のランプ温度に応じて適切に制御することができる。

また、本発明に係る高圧放電灯点灯装置は、ランプ電圧を検出する電圧検出手段と、電圧検出手段によるブレークダウン直後のランプ電圧に応じて、コールドスタートおよびホットスタートのうちのいずれのウォームアップ制御を行うかを選択する制御選択手段と、制御選択手段によりホットスタートのウォームアップ制御が選択された場合に、ブレークダウン後のランプ電力の初期値を電圧検出手段によるブレークダウン直後のランプ電圧に応じた連続値で設定する初期値設定手段と、制御選択手段によりホットスタートのウォームアップ制御が選択された場合に、初期値設定手段により設定されたランプ電力の初期値に基づいてブレークダウン後のウォームアップ制御を開始して、ブレークダウン後のランプ電力を経時的に減少させる制御手段とを備える。

これにより、ホットスタート時に、ブレークダウン直後のランプ電圧に応じて連続的な値でランプ電力の初期値が決定されるため、ホットスタート時のランプ電力を、その時のランプ温度に応じて適切に制御することができる。特にホットスタートの場合には、ブレークダウン後直ちにランプ電力の減少を開始するため、ウォームアップ制御初期のランプ電力が重要である。

また、本発明に係る高圧放電灯点灯装置は、高圧放電灯へ始動電圧を印加する高圧発生装置と、直流電源の電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータにより昇圧された直流電圧から矩形波を生成し高圧放電灯に印加するインバータ回路と、ランプ電圧を検出する電圧検出手段と、高圧発生装置を制御して高圧放電灯をブレークダウンさせ、ブレークダウン後のランプ電力の初期値を電圧検出手段によるブレークダウン直後のランプ電圧に応じた連続値で設定し、そのランプ電力の初期値に基づいてブレークダウン後のウォームアップ制御を開始して、ブレークダウン後のランプ電力を経時的に制御する制御手段とを備える。

これにより、低周波矩形波点灯方式の高圧放電灯点灯装置において、ブレークダウン直後のランプ電圧に応じて連続的な値でランプ電力の初期値が決定されるため、ウォームアップ制御時のランプ電力を、その時のランプ温度に応じて適切に制御することができる。

また、本発明に係る高圧放電灯の点灯制御方法は、高圧発生装置により高圧放電灯をブレークダウンさせるステップと、ブレークダウン直後のランプ電圧を検出するステップと、ブレークダウン後のランプ電力の初期値を、ブレークダウン直後のランプ電圧に応じた連続値で設定するステップと、そのランプ電力の初期値に基づいてブレークダウン後のウォームアップ制御を開始して、ブレークダウン後のランプ電力を経時的に制御するステップとを備える。

これにより、ブレークダウン直後のランプ電圧に応じて連続的な値でランプ電力の初期値が決定されるため、ウォームアップ制御時のランプ電力を、その時のランプ温度に応じて適切に制御することができる。

本発明によれば、ウォームアップ制御時のランプ電力を、その時のランプ温度に応じて適切に制御することができる高圧放電灯点灯装置、および高圧放電灯の点灯制御方法を得ることができる。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。図１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、直流電源２の電圧を昇圧し出力する回路である。ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、昇圧用のトランス１１、トランス１１の１次巻線に対して直列に接続されたスイッチング素子１２、およびトランス１１の２次巻線に接続された整流回路としてのダイオード１３を有する。なお、このスイッチング素子１２は、Ｎ型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であるが、バイポーラトランジスタを用いるようにしてもよい。また、トランス１１の２次側の整流回路は他の整流回路としてもよいしコンデンサなどの平滑回路を設けてもよい。

また、直流電源２は、商用交流電源から直流電源を生成する電源装置、バッテリなどといった直流電圧を発生する装置である。電源スイッチ２ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１と直流電源２との間に設けられたスイッチである。

また、フルブリッジ回路３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１により昇圧された直流電圧から矩形波を生成し高圧放電灯５に印加する回路である。フルブリッジ回路３では、２つのスイッチング素子（２１，２２），（２３，２４）のソース・ドレイン（またはコレクタ・エミッタ）が直列に接続され、２組の２つのスイッチング素子（２１，２２），（２３，２４）が並列に接続されている。そして、スイッチング素子２１とスイッチング素子２２の接続点と、スイッチング素子２３とスイッチング素子２４の接続点との間に、イグナイタ４と高圧放電灯５の直列回路が接続される。なお、このスイッチング素子２１〜２４は、Ｎ型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であるが、バイポーラトランジスタを用いるようにしてもよい。

また、イグナイタ４は、高圧放電灯５へ始動電圧を印加する回路である。イグナイタ４では、昇圧トランス３１の２次巻線が高圧放電灯５に直列に接続され、昇圧トランス３１の１次巻線には高電圧パルス発生回路３２が接続される。

高圧放電灯５は、メタルハライドランプなどの放電ランプである。高圧放電灯５は、高電圧を印加されると電極間でアーク放電を生成し、その後の継続的な電力供給により発光を持続する。高圧放電灯５は、例えばＨＩＤランプなどとされる。

また、駆動回路６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１のスイッチング素子１２のゲートへ制御信号を供給してＤＣ／ＤＣコンバータ１を駆動する回路である。駆動回路６は、制御部８からの制御信号をパルス幅変調（ＰＷＭ）してスイッチング素子１２のゲート信号を生成する。つまり、駆動回路６は、制御部８からの制御信号のレベルに応じて、スイッチング素子１２へのゲート信号のデューティ比を変化させて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の２次側出力を調整する。

また、検出部７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１からフルブリッジ回路３を介して高圧放電灯５に流れるランプ電流を検出するとともに、フルブリッジ回路３（およびイグナイタ４）を介して高圧放電灯５に印加されるランプ電圧を検出する回路である。なお、検出部７によるランプ電流の検出値は、電流検出用抵抗７ａでのドロップ電圧から得られる。また、検出部７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１とフルブリッジ回路３との間でランプ電圧を検出するため、スイッチング素子２１，２４（２２，２３）のソース・ドレイン間電圧などの電圧降下分を補正した電圧値をランプ電圧の検出値とする。

また、制御部８は、始動時、ウォームアップ制御時および定常電圧状態（なお、定常電圧とは定格電力点灯時のランプ電圧とする）において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１、フルブリッジ回路３を制御する回路または装置である。例えば、制御部８は、後述の機能を記述したプログラムを不揮発性メモリに格納したＩ／Ｏポート付きのマイクロプロセッサにより実現される。制御部８は、始動から消灯までフルブリッジ回路３のスイッチング素子２１〜２４のためのゲート信号を供給する機能、ＤＣ／ＤＣコンバータ１を駆動する駆動回路６へ制御信号を供給する機能などを有する。

さらに、制御部８は、ブレークダウン後のウォームアップ制御の際に、ブレークダウン後のランプ電力の初期値をブレークダウン直後のランプ電圧から連続値で計算し、そのランプ電力の初期値に基づいてブレークダウン後のウォームアップ制御を開始して、ブレークダウン後のランプ電力を経時的に制御する機能を有する。

図２は、図１における制御部８の構成の一部を示すブロック図である。図２に示す部分は、ウォームアップ制御に係る部分である。図２において、電流指令値制御部４１は、電力目標値計算部４７によるランプ電力目標値と検出部７によるランプ電圧の検出値に基づいて電流指令値Ｉｒｅｆを計算して、タイマ４８からの時間情報に基づき所定のタイミングで設定する第１の制御モードと、タイマ４８からの時間情報に基づいて所定のタイミングで段階的に電流指令値Ｉｒｅｆを低下させていく第２の制御モードとを有する。また、比較部４２は、検出部７によるランプ電流の検出値と電流指令値Ｉｒｅｆとを比較し、その差分に応じた出力電圧を制御信号として発生する。

つまり、第１の制御モードでは、各時点でのランプ電力が制御目標（制御量）として設定され、そのランプ電力の目標値に応じたランプ電流となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１が制御されるフィードバック制御系が形成される。また、第２の制御モードでは、各時点でのランプ電流が制御目標（制御量）として設定され、そのランプ電流となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１が制御されるフィードバック制御系が形成される。

また、スタート種別判定部４３は、減少開始電圧導出部４４による電力減少開始電圧Ｖｇとブレークダウン直後のランプ電圧Ｖｂｄとを比較して、ウォームアップ制御を、コールドスタートとするかホットスタートとするかを判定する。

コールドスタートでは、制御部８は、高圧放電灯５のランプ温度を短時間で上昇させるため、定格以上の所定のランプ最大電力を供給した後、ランプ電力を徐々に減少させて定常状態に移行させる。一方、ホットスタートでは、制御部８は、ランプ最大電力の供給を行わずに、定格以上のランプ電力初期値からランプ電力を徐々に減少させて定常状態に移行させる。

なお、電力減少開始電圧Ｖｇは、コールドスタート時に、高圧放電灯５へのランプ最大電力の供給から、ランプ電力の減少へ移行させる際に基準となるランプ電圧である。

また、減少開始電圧導出部４４は、メモリ４５における定常電圧データ５１から電力減少開始電圧Ｖｇを計算する。また、メモリ４５は、不揮発性のメモリであって、前回点灯時の定常状態（定格電力駆動時）でのランプ電圧Ｖｓを示す定常電圧データ５１を記憶する記憶手段である。

また、初期値計算部４６は、ブレークダウン直後のランプ電圧Ｖｂｄからランプ電流初期値Ｉｏを計算し、そのランプ電流初期値Ｉｏとブレークダウン直後のランプ電圧Ｖｂｄからランプ電力目標初期値Ｗｏ（つまりランプ電力の初期値）を計算する。この実施の形態では、初期値計算部４６は、ホットスタート時には、ランプ電流初期値Ｉｏを、一次関数である式（１）で得られる値とする。

Ｉｏ＝α×Ｖｂｄ＋β ・・・（１）

ただし、α，βは、係数であり、その値は、定常電圧データ５１の示すランプ定常電圧Ｖｓに基づいて決定される。

また、電力目標値計算部４７は、初期値計算部４６からのランプ電力目標初期値とタイマ４８からの時間情報に基づいて、ウォームアップ制御時の各時点でのランプ電力目標値Ｗを計算する。

また、タイマ４８は、起動時あるいは所定のタイミングから経過した時間をカウントし、その値を時間情報として出力する。

また、定常電圧記録部４９は、定常（定格電力）制御時のランプ電圧Ｖｓの値を定常電圧データ５１としてメモリ４５に記録する。

なお、制御部８をマイクロプロセッサで実現する場合には、Ａ／Ｄ変換されたランプ電流およびランプ電圧の検出値Ｉ，ＶがＩ／Ｏポートを介して受信され、メモリ４５は、例えばマイクロプロセッサに内蔵または接続されるＥＥＰＲＯＭ（Electronic Erasable and Programmable Read Only Memory ）とされ、電流指令値制御部４１、比較部４２、スタート種別判定部４３、減少開始電圧導出部４４、初期値計算部４６、電力目標値計算部４７および定常電圧記録部４９は、上記ＥＥＰＲＯＭに記憶されているプログラムをＭＰＵ（Micro Processing Unit）で実行することで実現される。また、タイマ４８については、マイクロプロセッサに内蔵されたハードウェアタイマとしてもよいし、ソフトウェアタイマとしてもよい。また、その場合、制御部８では、例えば２０ミリ秒程度の周期で電流指令値Ｉｒｅｆが計算され更新される。

なお、この実施の形態において、検出部７は、ランプ電圧を検出する電圧検出手段として機能する。また、制御部８、特に初期値計算部４６は、ブレークダウン後のランプ電力の初期値を電圧検出手段によるブレークダウン直後のランプ電圧に応じた連続値で設定する初期値設定手段として機能する。

また、この実施の形態において、制御部８、特に電流指令値制御部４１は、初期値設定手段により設定されたランプ電力の初期値に基づいてブレークダウン後のウォームアップ制御を開始して、ブレークダウン後のランプ電力を経時的に制御する制御手段として機能する。

また、この実施の形態において、制御部８、特にスタート種別判定部４３は、電圧検出手段によるブレークダウン直後のランプ電圧に応じて、コールドスタートおよびホットスタートのうちのいずれのウォームアップ制御を行うかを選択する制御選択手段として機能する。

次に、上記装置の動作について説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の動作を説明するフローチャートである。

点灯を開始する際には電源スイッチ２ａがオン状態とされる。また、制御部８の減少開始電圧導出部４４は、メモリ４５から定常電圧データ５１を読み出し、前回点灯時のランプ定常電圧Ｖｓに基づいて電力減少開始電圧Ｖｇを導出する（ステップＳ１）。その際、減少開始電圧導出部４４は、前回のランプ定常電圧Ｖｓを変数として電力減少開始電圧Ｖｇを計算してもよいし、図示せぬ変換テーブルを使用してランプ定常電圧Ｖｓから電力減少開始電圧Ｖｇを取得してもよい。例えば電力減少開始電圧Ｖｇは、式（２）に従って導出される。

Ｖｇ＝ａ×（Ｖｓ＋ｂ） ・・・（２）

ここで、ａ，ｂは、定数である。

次に、制御部８は、フルブリッジ回路３のスイッチング素子２１，２４（またはスイッチング素子２２，２３）をオンさせた後、イグナイタ４の高電圧パルス発生回路３２を動作させる（ステップＳ２）。これにより、イグナイタ４の昇圧トランス３１の２次側に誘起した高圧パルスが高圧放電灯５に印加され、高圧放電灯５にブレークダウン（絶縁破壊）が発生する。

そして、制御部８は、ウォームアップ制御に移行し、ブレークダウン直後のランプ電圧Ｖｂｄを検出部７から取得し（ステップＳ３）、ブレークダウン直後のランプ電圧Ｖｂｄが電力減少開始電圧Ｖｇより低いか否かを判定する（ステップＳ４）。このとき、制御部８では、スタート種別判定部４３が、ブレークダウン直後のランプ電圧Ｖｂｄと電力減少開始電圧Ｖｇとを比較する。

なお、ウォームアップ制御では、制御部８は、フルブリッジ回路３のスイッチング素子２１〜２４に数百ヘルツの矩形波をゲート信号として供給する。その際、スイッチング素子２１およびスイッチング素子２４のゲート信号は同相であり、スイッチング素子２２およびスイッチング素子２３のゲート信号は同相であり、スイッチング素子２１，２４のゲート信号とスイッチング素子２２，２３のゲート信号は逆相である。これにより、高圧放電灯５の電極間の電圧の向きが一定周期で逆転する。

制御部８は、ブレークダウン直後のランプ電圧Ｖｂｄが電力減少開始電圧Ｖｇより低い場合には、高圧放電灯５が十分に温まっていないため、ウォームアップ制御として、コールドスタート制御を実行し（ステップＳ５）、ブレークダウン直後のランプ電圧Ｖｂｄが電力減少開始電圧Ｖｇ以上である場合には、高圧放電灯５が温まっているため、ホットスタート制御を実行する（ステップＳ６）。

コールドスタート制御（ステップＳ５）では、制御部８は、まず、ＤＣ／ＤＣコンバータ１を制御して所定のランプ最大電力を高圧放電灯５に供給し、ランプ電圧Ｖが電力減少開始電圧Ｖｇに到達した後、ランプ電圧Ｖおよびランプ電流Ｉの検出値に応じて、ランプ電力を定格電力まで徐々に降下させる。例えば、欧州統一規格ＥＣＥレギュレーション９９のＨＩＤランプ（Ｄ２ランプ）では、ランプ定格電力が３５ワット、ランプ定格電圧が８５ボルト、ランプ最大電力が７５ワット、ランプ最大電流が２．６アンペア以下に規定されているので、この規格に準拠した高圧放電灯５を使用する場合には、本実施の形態におけるランプ定格電力、ランプ最大電力などは、この規格に従って決定すればよい。

一方、ホットスタート制御（ステップＳ６）では、高圧放電灯５を短時間で温める必要がないため、制御部８は、ランプ最大電力の供給を行わずに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１を制御して、ランプ電圧Ｖおよびランプ電流Ｉの検出値に応じて、定格電力より高い初期値から定格電力までランプ電力を徐々に降下させる。

その後、第１の制御モードであるコールドスタート制御またはホットスタート制御により、ランプ電力が、ランプ定格電力Ｗｓより高い所定の電力値Ｗ２まで低下すると、制御部８は、第２の制御モードへ移行し、ランプ電力が定格電力になるまでランプ電流減少制御を行う（ステップＳ７）。例えば、高圧放電灯５の定格電力が３５ワットである場合、制御部８は、定格電力の１割程度高い３８ワット（Ｗ２＝３８ワット）までコールドスタート制御またはホットスタート制御を行い、その後、定格電力３５ワットまでランプ電流減少制御を行う。

ランプ電流減少制御では、制御部８は、ランプ電流を制御するための電流指令値Ｉｒｅｆを次第に長くなる時間間隔で一定量Δｉずつ低くしていくことで、ランプ電流を低下させていきランプ電力を定格電力へ収束させる。

その後、ランプ電力が定格電力になると、制御部８は、駆動回路６を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１を制御して、高圧放電灯５への電力供給の状態を維持する（ステップＳ８）。このようにして定格電力制御が開始される。そして、定格電力制御が開始されると、制御部８は、その状態でのランプ電圧（つまりランプ定常電圧Ｖｓ）の検出値をメモリ４５に定常電圧データ５１として記録する（ステップＳ９）。

このようにして、ウォームアップ制御（コールドスタート制御またはホットスタート制御とランプ電流減少制御）が実行されることで、始動後、短時間で定格電力制御に移行して、高圧放電灯５の持続的な発光を開始することができる。

ここで、上述のコールドスタート制御（ステップＳ５）の詳細について説明する。図４は、図３におけるコールドスタート制御の詳細を説明するフローチャートである。また、図５は、本発明の実施の形態におけるコールドスタート制御時のランプ電力の経時的変化を示す図である。なお、図５では、ブレークダウン直後のウォームアップ制御開始時刻を時間０としている。

コールドスタート制御では、まず、制御部８は、所定のランプ最大電力を高圧放電灯５に供給させる（ステップＳ２１）。その際、制御部８では、電流指令値制御部４１は、所定のランプ最大電力Ｗｍａｘを各時点でのランプ電圧Ｖで除算して電流指令値Ｉｒｅｆを計算する。ただし、電流指令値Ｉｒｅｆは、所定の電流最大値Ｉｍａｘ以下に限定される。そして、ランプ電流Ｉが電流指令値Ｉｒｅｆとなるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１が制御される。

その後、制御部８は、ランプ電圧Ｖが電力減少開始電圧Ｖｇ以上であるか否かを監視する（ステップＳ２２）。高圧放電灯５が温まり、ランプ電圧Ｖが電力減少開始電圧Ｖｇ以上となると、制御部８は、ランプ電力を制御目標として、ランプ電力を降下させる制御を開始する（図５の時刻Ｔ０）。

制御部８は、第１の期間（図５の時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間）では、減衰係数Ｋの値を所定値Ｋ１として指数関数的にランプ電力を降下させ（ステップＳ２３）、ランプ電力（あるいはランプ電力目標値）が所定の閾値Ｗ１になったら（ステップＳ２４）、その後の第２の期間（図５の時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間）では、減衰係数Ｋの値を所定値Ｋ２（Ｋ１＞Ｋ２）として指数関数的にランプ電力を閾値Ｗ２まで降下させる（ステップＳ２５，Ｓ２６）。ランプ電力（あるいはランプ電力目標値）が閾値Ｗ２以下となったら、ウォームアップ制御がコールドスタート制御からランプ電流減少制御へ移行する。

第１の期間、制御部８では、初期値計算部４６が、例えば電力減少開始電圧Ｖｇおよびｔ＝０での電流指令値Ｉｒｅｆから、ランプ電力目標初期値Ｗｏを計算し、電力目標値計算部４７は、ランプ電圧Ｖが電力減少開始電圧Ｖｇ以上となった時点からの経過時間ｔに応じてランプ電力目標値Ｗを計算する。ランプ電力目標値Ｗは、例えば式（３）に基づいて導出される。

Ｗ＝（Ｗｏ−Ｗｓ）×ｅｘｐ（−Ｋ×ｔ）＋Ｗｓ ・・・（３）

ここで、ｅｘｐ（）は指数関数であり、Ｗｓは、ランプの定格電力である。Ｋは、所定の減衰係数である。なお、第１の期間では、Ｋ＝Ｋ１とされる。

あるいは、ランプ電力目標値Ｗを離散的に計算する場合には、電力目標値計算部４７は、式（４）の漸化式により、各時点でのランプ電力目標値Ｗを計算してもよい。なお、式（４）は、式（３）の微分式ｄＷ／ｄｔ＝−Ｋ×（Ｗ−Ｗｓ）より導出される。

Ｗ（ｉ＋１）＝Ｗ（ｉ）−Ｋ×Δｔ×（Ｗ（ｉ）−Ｗｓ） ・・・（４）

ただし、Ｗ（０）＝Ｗｏ

ここで、Δｔは、ランプ電力目標値Ｗの更新時間間隔（例えば２０ミリ秒）である。なお、Δｔが一定値である場合、（Ｋ×Δｔ）を１つの定数としてもよい。また、Ｗ（ｉ）は、時刻（Δｔ×ｉ）でのランプ電力目標値Ｗである。

そして、電流指令値制御部４１は、電力目標値計算部４７によるランプ電力目標値Ｗから検出部７によるランプ電圧の検出値Ｖを除算して、電流指令値Ｉｒｅｆを導出する。

これにより、ランプ電力目標値Ｗが、時間とともに指数関数的に減衰するように設定され、ランプ電力がそのランプ電力目標値Ｗとなるようにランプ電流Ｉが電流指令値Ｉｒｅｆに基づいて制御される。

電力目標値計算部４７は、ランプ電力（またはランプ電力目標値）が所定の閾値Ｗ１以下になると、第２の期間に移行し、ランプ電力目標値の計算に使用する減衰係数Ｋの値をＫ１からＫ２へ変更し、式（３）または式（４）に従ってランプ電力目標値を計算する。ただし、第２の期間では、第１の期間と第２の期間との切り換え時点（時刻Ｔ１）をｔ＝０として、ランプ電力目標値Ｗが計算される。

このようにして、コールドスタート制御が実行される。

次に、上述のホットスタート制御（ステップＳ６）の詳細について説明する。図６は、図３におけるホットスタート制御の詳細を説明するフローチャートである。また、図７は、本発明の実施の形態におけるホットスタート制御時のランプ電力の経時的変化を示す図である。なお、図７では、ブレークダウン直後のウォームアップ制御開始時刻を時間０としている。

ホットスタート制御では、まず、制御部８は、ブレークダウン直後のランプ電圧Ｖｂｄからランプ電流初期値Ｉｏを導出し（ステップＳ４１）、そのランプ電流初期値Ｉｏおよびそのランプ電圧Ｖｂｄからランプ電力目標初期値Ｗｏを計算する（ステップＳ４２）。そして、制御部８は、減衰係数Ｋの値を所定値Ｋ３として指数関数的にランプ電力を所定の閾値Ｗ２まで降下させる（ステップＳ４３，Ｓ４４）。ランプ電力（あるいはランプ電力目標値）が閾値Ｗ２以下となったら、ウォームアップ制御がホットスタート制御からランプ電流減少制御へ移行する。

つまり、制御部８では、初期値計算部４６が、ステップＳ４１において、式（１）に従ってランプ電流初期値Ｉｏを導出し、そのランプ電流初期値Ｉｏにランプ電圧Ｖｂｄを乗算してランプ電力目標初期値Ｗｏを計算する。このとき、初期値計算部４６は、ブレークダウン直後のランプ電圧Ｖｂｄの変域内で連続関数となる式（１）の一次関数に従って、ランプ電流初期値Ｉｏを導出する。このため、ランプ電力目標初期値Ｗｏは、ランプ温度を反映するブレークダウン直後の電圧Ｖｂｄに応じた連続値となる。

その後、時間ｔの経過とともに、電力目標値計算部４７は、各時点のランプ電力目標値Ｗを式（３）または式（４）に従って計算する。ただし、この場合の減衰係数Ｋの値は、Ｋ３とされる（Ｋ＝Ｋ３）。

そして、電流指令値制御部４１は、電力目標値計算部４７によるランプ電力目標値Ｗから検出部７によるランプ電圧の検出値Ｖを除算して、電流指令値Ｉｒｅｆを導出する。

これにより、ランプ電力目標値Ｗが、時間とともに指数関数的に減衰するように設定され、ランプ電力がそのランプ電力目標値Ｗとなるようにランプ電流Ｉが電流指令値Ｉｒｅｆに基づいて制御される。電力目標値計算部４７は、ランプ電力（またはランプ電力目標値）が所定の閾値Ｗ２以下になるまで、上述の制御を継続する。

このようにして、ホットスタート制御が実行される。

ここで、上述の式（１），（２）において使用される係数α，βの詳細について説明する。

図８は、本発明の実施の形態におけるランプ定常電圧Ｖｓと係数α，βとの関係の例を示す図である。図８に示すように、ランプ電流初期値Ｉｏ（ひいてはランプ電力目標初期値Ｗｏ）および電力減少開始電圧Ｖｇの計算に使用される係数α，βは、ランプ定常電圧Ｖｓに応じて変更される。係数αは、負値を有し、ランプ定常電圧Ｖｓが減少すると小さく設定される。係数βは、正値を有し、ランプ定常電圧Ｖｓが減少すると大きく設定される。

ランプ定常電圧Ｖｓは、高圧放電灯５の経年変化および製造上のばらつきに起因して変動する。このため、ランプ定常電圧Ｖｓに応じて係数α，βを変更することで、高圧放電灯５の経年変化および製造上のばらつきに対応してランプ電流初期値Ｉｏ（ひいてはランプ電力目標初期値Ｗｏ）および電力減少開始電圧Ｖｇが変更される。つまり、係数α，βは、高圧放電灯５の経年変化および製造上のばらつきを補正するためのパラメータである。

図９は、本発明の実施の形態におけるブレークダウン直後のランプ電圧Ｖｂｄとランプ電流初期値Ｉｏとの関係の例を示す図である。図９（Ａ）は、ランプ定常電圧Ｖｓが８５ボルトである高圧放電灯５についての図であり、図９（Ｂ）は、ランプ定常電圧Ｖｓが１１０ボルトである高圧放電灯５についての図である。図９に示すランプ電流初期値Ｉｏは、式（１）に従ってランプ電圧Ｖｂｄから導出されたものである。つまり、図９のグラフの傾きが係数αに相当し、切片が係数βに相当する。

例えば、高圧放電灯５の定常電圧（定格電力時）が経年変化により８５ボルトから１１０ボルトとなった場合には、ランプ電流初期値Ｉｏの特性は、図９（Ａ）から図９（Ｂ）へ変化する。図９（Ａ）と図９（Ｂ）とを比較すると、グラフの傾きおよび切片、つまり係数α，βの値が、ランプ定常電圧Ｖｓに応じて変化している。

式（１），（２）によれば、連続関数でランプ電流初期値Ｉｏ（ひいてはランプ電力目標初期値Ｗｏ）および電力減少開始電圧Ｖｇが計算されるため、ホットスタート時のブレークダウン直後のランプ電圧および経年変化による係数α，βの連続的な変化に応じて、ランプ電流初期値Ｉｏ（ひいてはランプ電力目標初期値Ｗｏ）および電力減少開始電圧Ｖｇも連続的に変化する。このため、経年変化などによって高圧放電灯５のブレークダウン直後のランプ電圧Ｖｂｄが連続的に変化した場合、ランプ電流初期値Ｉｏおよびランプ電力目標初期値Ｗｏも連続的に変化する。これにより、各時点の高圧放電灯５の経年状態に応じたランプ電力目標初期値Ｗｏが選択される。

次に、上述のランプ電流減少制御（ステップＳ７）の詳細について説明する。図１０は、図３におけるランプ電流減少制御の詳細を説明するフローチャートである。図１１は、本発明の実施の形態におけるランプ電流減少制御時のランプ電流（ランプ電流指令値）の経時的変化を示す図である。

ランプ電流減少制御では、制御部８の電流指令値制御部４１は、電流減少周期Ｔの初期値を設定し（ステップＳ６１）、時間ｔのカウントを開始し（ステップＳ６２）、経過時間が周期Ｔ以上となるまで、時間ｔ＝０での電流指令値Ｉｒｅｆを維持する（ステップＳ６３，Ｓ６４）。

そして、経過時間が周期Ｔ以上となると、電流指令値制御部４１は、電流指令値ＩｒｅｆをΔｉだけ減少させて、ランプ電流をΔｉだけ減少させる（ステップＳ６５）。この減少幅Δｉは、制御部８の最小制御単位とされる。例えば、Δｉは２．５ミリアンペア程度とされる。

その後、電流指令値制御部４１は、電流減少周期ＴをΔＴだけ増加させる（ステップＳ６６）。この実施の形態では、ΔＴは、電流減少周期Ｔの初期値Ｔｏと同一に設定される。したがって、電流減少周期Ｔは、Ｔｏ、２Ｔｏ、３Ｔｏ、・・・とＴｏずつ増加していく。また、電流減少周期Ｔの初期値Ｔｏは、例えば２００ミリ秒に設定される。

そして、電流指令値制御部４１は、ランプ電力が所定の閾値Ｗ３（Ｗ３＝ＷｓあるいはＷ３≒Ｗｓ）以下となるまで（ステップＳ６７）、ステップＳ６２〜Ｓ６６の処理を繰り返し実行する。これにより、図１１に示すように、ランプ電流が緩やかに減少していくとともに、ランプ電流減少制御では、ランプ電力目標値を使用せずにランプ電流のみを制御するため、微小電流ずつ確実にランプ電流を減少させていく。これにより、ランプ温度が緩やかに定常温度に収束する際にも、光束の変動を抑制できる。

以上のように、上記実施の形態によれば、検出部７は、ランプ電圧を検出し、制御部８の初期値計算部４６は、ブレークダウン後のランプ電力の初期値を検出部７によるブレークダウン直後のランプ電圧に応じた連続値で設定する。制御部８の電流指令値制御部４１は、初期値計算部４６により設定されたランプ電力の初期値に基づいてブレークダウン後のウォームアップ制御を開始して、ブレークダウン後のランプ電力を経時的に減少制御する。

これにより、ブレークダウン直後のランプ電圧に応じて連続的な値でランプ電力の初期値が決定されるため、ウォームアップ制御時のランプ電力を、その時のランプ温度に応じて適切に制御することができる。

また、上記実施の形態では、同一規格内の高圧放電灯５の個体差に起因するランプ電圧の差異があっても、ランプ電力を制御目標として制御を行っているため、どの個体についてもランプ電力を正確に制御することができる。

特に、上記実施の形態によれば、制御部８のスタート種別判定部４３は、検出部７によるブレークダウン直後のランプ電圧に応じて、コールドスタートおよびホットスタートのうちのいずれのウォームアップ制御を行うかを選択し、ホットスタートの際にこの制御を行う。これにより、ホットスタート時に、ブレークダウン直後のランプ電圧に応じて連続的な値でランプ電力の初期値が設定されるため、ホットスタート時のランプ電力を、その時のランプ温度に応じて適切に制御することができる。

また、上記実施の形態によれば、制御部８の初期値計算部４６は、検出部７によるブレークダウン直後のランプ電圧Ｖｂｄが小さいとブレークダウン後のランプ電流の初期値Ｉｏが大きくなる所定の関数または変換テーブルに基づいて、ブレークダウン直後のランプ電圧Ｖｂｄからブレークダウン後のランプ電流の初期値Ｉｏを導出する。

これにより、ブレークダウン直後のランプ電圧の低下に対応してランプ電流の初期値が大きく設定されるため、ウォームアップ制御のランプ電力初期値が適切な大きさになる。

また、上記実施の形態によれば、制御部８の電流指令値制御部４１は、定格電力Ｗｓより高い所定の電力値Ｗ２まで、ランプ電力を制御目標（制御量）として、ランプ電力を経時的に低下させていく電力減少制御モード（第１のモード）で制御を行い、その後、ランプ電力が定常電力Ｗｓになるまで、ランプ電流を制御目標（制御量）として、ランプ電流Ｉを段階的に低下させていくランプ電流減少制御モード（第２のモード）で制御を行う。

これにより、オーバーシュートやアンダーシュートを抑制しつつ確実にウォームアップ制御から定常（定格）制御へ移行させることができる。

また、上記実施の形態によれば、制御部８の初期値計算部４６は、定常電圧状態でのランプ電圧Ｖｓに応じて、ブレークダウン後のランプ電力の初期値Ｗｏを変更する。特に、上記実施の形態では、メモリ４５に、前回点灯時の定常状態でのランプ電圧Ｖｓが記憶される。そして、制御部８の初期値計算部４６は、メモリ４５に記憶されているランプ電圧Ｖｓに応じて、係数α，βを変更することで、ランプ電流初期値Ｉｏひいてはブレークダウン後のランプ電力の初期値Ｗｏを変更する。

これにより、定常状態でのランプ電圧Ｖｓに基づき、高圧放電灯５各個体の製造上のばらつきや各時点での経年変化に応じたウォームアップ制御を行うことができる。つまり、高圧放電灯５各個体の製造上のばらつきや各時点での経年変化に応じてランプ電力の初期値が設定されるため、緩やかに経年変化する高圧放電灯の各時点での特性に適合したウォームアップ制御が実行される。

また、経年変化を反映する係数α，βと、ランプ温度を反映するブレークダウン直後のランプ電圧Ｖｂｄを変数に含む連続関数で、ランプ電流初期値、ひいてはランプ電力初期値（ランプ電力目標初期値）が設定されるため、高圧放電灯５の経年変化およびランプ温度の両方の状態を正確に反映したランプ電力初期値（ランプ電力目標初期値）が設定される。

なお、上述の各実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。

例えば、上記実施の形態では、ブレークダウン直後のランプ電圧Ｖｂｄとランプ電流初期値Ｉｏとの関係式は式（１）のように１次関数となっているが、２次以上の連続関数でもよい。

また、上記実施の形態では、初期値計算部４６がランプ電流初期値Ｉｏを計算し、そのランプ電流初期値Ｉｏからランプ電力目標初期値Ｗｏを計算し、電流指令値制御部４１が、ランプ電力目標初期値Ｗｏからホットスタート開始時の電流指令値Ｉｒｅｆを計算しているが、電流指令値制御部４１は、初期値計算部４６によるランプ電流初期値Ｉｏをホットスタート開始時の電流指令値Ｉｒｅｆとしてもよい。

また、上記実施の形態では、メモリ４５には、前回点灯時のランプ定常電圧Ｖｓを示す定常電圧データ５１が記憶され、ウォームアップ制御時に、前回点灯時のランプ定常電圧Ｖｓから係数α，βおよび電力減少開始電圧Ｖｇが計算されているが、前回点灯時にランプ定常電圧Ｖｓから係数α，βを導出して定常電圧データ５１の代わりに係数α，βを示すデータをメモリ４５に記憶しておき、ウォームアップ制御時にはそのデータに基づいて、ランプ電流初期値Ｉｏなどを計算するようにしてもよい。同様に、前回点灯時にランプ定常電圧Ｖｓから電力減少開始電圧Ｖｇを導出して電力減少開始電圧Ｖｇを示すデータをメモリ４５に記憶しておき、ウォームアップ制御時にはそのデータの示す電圧を電力減少開始電圧Ｖｇとするようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、メモリ４５には、前回点灯時のランプ定常電圧Ｖｓを示す定常電圧データ５１が記憶されるが、最近の所定点灯回数分のランプ定常電圧Ｖｓを記憶し、記憶されている複数のランプ定常電圧Ｖｓの平均値を、係数α，βを計算する際に使用するランプ定常電圧Ｖｓとしてもよい。

本発明は、例えば、車載用ＨＩＤランプの点灯装置に適用可能である。

図１は、本発明の実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。 図２は、図１における制御部の構成の一部を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の動作を説明するフローチャートである。 図４は、図３におけるコールドスタート制御の詳細を説明するフローチャートである。 図５は、本発明の実施の形態におけるコールドスタート制御時のランプ電力の経時的変化を示す図である。 図６は、図３におけるホットスタート制御の詳細を説明するフローチャートである。 図７は、本発明の実施の形態におけるホットスタート制御時のランプ電力の経時的変化を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態におけるランプ定常電圧Ｖｓと係数α，βとの関係の例を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態におけるブレークダウン直後のランプ電圧Ｖｂｄとランプ電流初期値Ｉｏとの関係の例を示す図である。 図１０は、図３におけるランプ電流減少制御の詳細を説明するフローチャートである。 図１１は、本発明の実施の形態におけるランプ電流減少制御時のランプ電流（ランプ電流指令値）の経時的変化を示す図である。

符号の説明

１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３ フルブリッジ回路（インバータ回路）
４ イグナイタ（高圧発生装置）
７ 検出部（電圧検出手段）
８ 制御部（初期値設定手段、制御手段、制御選択手段）
４１ 電流指令値制御部（制御手段）
４３ スタート種別判定部（制御選択手段）
４５ メモリ（記憶手段）
４６ 初期値計算部（初期値設定手段）

Claims (4)

1. ランプ電圧を検出する電圧検出手段と、
   ブレークダウン後のランプ電力の初期値を上記電圧検出手段によるブレークダウン直後のランプ電圧に応じた連続値で設定する初期値設定手段と、
   上記初期値設定手段により設定されたランプ電力の初期値に基づいてブレークダウン後のウォームアップ制御を開始して、ブレークダウン後のランプ電力を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
2. ランプ電圧を検出する電圧検出手段と、
   上記電圧検出手段によるブレークダウン直後のランプ電圧に応じて、コールドスタートおよびホットスタートのうちのいずれのウォームアップ制御を行うかを選択する制御選択手段と、
   上記制御選択手段によりホットスタートのウォームアップ制御が選択された場合に、ブレークダウン後のランプ電力の初期値を上記電圧検出手段によるブレークダウン直後のランプ電圧に応じた連続値で設定する初期値設定手段と、
   上記制御選択手段によりホットスタートのウォームアップ制御が選択された場合に、上記初期値設定手段により設定されたランプ電力の初期値に基づいてブレークダウン後のウォームアップ制御を開始して、ブレークダウン後のランプ電力を経時的に減少させる制御手段と、
   を備えることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
3. 高圧放電灯へ始動電圧を印加する高圧発生装置と、
   直流電源の電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   上記ＤＣ／ＤＣコンバータにより昇圧された直流電圧から矩形波を生成し高圧放電灯に印加するインバータ回路と、
   ランプ電圧を検出する電圧検出手段と、
   上記高圧発生装置を制御して高圧放電灯をブレークダウンさせ、ブレークダウン後のランプ電力の初期値を上記電圧検出手段によるブレークダウン直後のランプ電圧に応じた連続値で設定し、そのランプ電力の初期値に基づいてブレークダウン後のウォームアップ制御を開始して、ブレークダウン後のランプ電力を経時的に制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
4. 高圧発生装置により高圧放電灯をブレークダウンさせるステップと、
   ブレークダウン直後のランプ電圧を検出するステップと、
   ブレークダウン後のランプ電力の初期値をブレークダウン直後のランプ電圧に応じた連続値で設定するステップと、
   そのランプ電力の初期値に基づいてブレークダウン後のウォームアップ制御を開始して、ブレークダウン後のランプ電力を経時的に制御するステップと、
   を備えることを特徴とする高圧放電灯の点灯制御方法。

Images