JP2007173130A - 放電点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のハーフブリッジ型の回路構成を用いた放電点灯装置は、電源電圧の１／２の電圧しか放電ランプに印加されないので、放電ランプに所定の電圧を印加するには２倍の電源電圧を有する装置が必要となるという課題を解決し、素子に要求される電圧定格を下げ、コストを低減することを目的とする。
【解決手段】第１、第２の電源部につながるイグナイタと放電ランプを有するハーフブリッジ型インバータ部と制御部とを備え、第２の電源部で放電ランプの放電開始を行い、次にコンデンサ及び第１の電源部の印加電圧で放電成長、さらに第１の電源部の動作で放電ランプに極性が反転する電圧を印加する。
【選択図】図１

Description

この発明は、放電点灯装置に関するものであり、特に自動車のヘッドライト等の光源として用いられるメタルハライドランプ等のＨＩＤランプ（高輝度放電ランプ，High Intensity Discharge Lamp）用の点灯装置に係るものである。

従来のＨＩＤランプ用点灯装置の一種に、ハーフブリッジ型の回路構成を用いたものが示されている（例えば、特許文献１）。
この回路構成においては、直流電源１と、直列のトランジスタＱ１，Ｑ２と、直列のコンデンサＣ１，Ｃ２とを互いに並列に接続して備えるとともに、トランジスタＱ１，Ｑ２の接続点とコンデンサＣ１，Ｃ２の接続点との間に放電ランプＤＬおよびイグナイタ２が接続されている。
ここで、Ｑ１とＱ２を交互にオンすることにより、放電ランプＤＬに交互に極性の反転する矩形波が印加される。
このようなハーフブリッジ型の回路構成を用いると、２個のスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ２）のみで交互に極性の反転する出力が取り出せるので回路構成が簡易になる。また、フルブリッジ型の回路構成を用いた場合には、放電ランプに流れる電流の経路上に放電ランプに直列に挿入されるスイッチ素子は常に２個となるのに対し、ハーフブリッジ型の回路構成においては電流経路上にあれわれるスイッチ素子は１個のみとなるので、スイッチ素子における電力損失が低減するという利点がある。

特開２００４−３０３６８９号公報

しかしながら前記特許文献１に示されたようなハーフブリッジ型の回路構成を用いた放電点灯装置においては、直流電源１の電源電圧の１／２の電圧しか放電ランプＤＬに印加されないので、放電ランプＤＬに所定の電圧を印加するには、その２倍の電圧を有する電源電圧が必要となる、という問題があった。
特に放電ランプがグロー放電を開始する直前には、４００Ｖ程度の電圧を印加しておき、放電開始後に確実にアーク放電に移行させる必要があるが、この場合上記理由から電源電圧としては約８００Ｖが必要となり、この電圧に耐えるような回路を構成すると、高耐圧でコストの高い回路が必要となる。

前記特許文献１においては、例えばＣ１とＣ２との静電容量を異ならせることによりＣ１とＣ２との両端電圧を異ならせ、前記問題を解決しようとしているが、それでもランプに印加される電圧の例えば１．５倍程度の電源電圧が必要となってしまう。
この発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであって、低い耐圧の回路構成で小型な低コストの放電点灯装置を得ることを目的としている。

この発明に係る放電点灯装置は、第１の電源部と、第２の電源部と、該第１、第２の電源部につながりイグナイタと放電ランプを有するハーフブリッジ型インバータ部と、制御部とを備え、
制御部が、第２の電源部を動作させてハーフブリッジ型インバータ部に設けられたコンデンサを介して放電ランプに所定の電圧を印加し、次にイグナイタによるパルス高電圧を印加して放電ランプの放電を開始し、その後、コンデンサおよび第２の電源部から電流を供給することによって放電を成長させ、引き続き第２の電源部の動作を停止させるとともに、第１の電源部のスイッチ素子の動作によって、放電ランプに極性が反転する電圧が印加されるようにするものである。

この発明に係る放電点灯装置は、第２の電源部がハーフブリッジ型インバータ部のコンデンサを介して放電ランプに所定電圧を印加し、次にイグナイタによる放電ランプの放電を開始し、その後コンデンサと第２の電源部から電流を供給することによって放電を成長させ、引き続き第２の電源部の動作停止、第１の電源部のスイッチ素子の動作によって極性が反転する電圧を放電ランプに印加する構成であるので、コンデンサの外端に印加される電源部電圧のすべてが放電ランプに印加されることになり、電源部電圧を低くすることが可能で、耐圧の低い回路となり、小型で低コストの放電点灯装置が得られる。

実施の形態１．
以下、この実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は実施の形態１による高輝度放電ランプの放電点灯装置１００を示す回路図である。
この放電点灯装置１００は、第１の電源部１０、第２の電源部２０、ハーフブリッジ型インバータ部３０の３つの回路ブロックおよびこれらを制御する制御部５０により構成されている。

第１の電源部１０は、直流入力電源１１（Ｖｉｎ）、ＦＥＴなどの第１のスイッチ素子１２（Ｑ１）、トランス１３（Ｔ１）、ダイオードなどの第１の整流素子１４（Ｄ１）および第２の整流素子１５（Ｄ２）によって構成されるフライバックコンバータなどのスイッチング電源である。
この第１の電源部１０は２回路で出力が行えるように、前記トランス１３（Ｔ１）には一次巻線１３ａを共有して、第１の二次巻線１３ｂ、および第２の二次巻線１３ｃを備えている。前記第１の整流素子１４（Ｄ１）のアノード側が第１の二次巻線１３ｂに接続され、第２の整流素子１５（Ｄ２）のカソード側が第２の二次巻線１３ｃに接続されている。すなわち、第１の整流素子１４（Ｄ１）の一方の極性が前記第１の二次巻線１３ｂに接続され、第２の整流素子１５（Ｄ２）の前記第１の整流素子１４（Ｄ１）の一方の極性とは逆となる極性が前記第２の二次巻線１３ｃに接続されている。
トランス１３（Ｔ１）の一次巻線１３ａは、直流入力電源１１（Ｖｉｎ）および第１のスイッチ素子１２（Ｑ１）に接続されており、第１のスイッチ素子１２（Ｑ１）をオン・オフすることにより、トランス１３（Ｔ１）の第１、第２の二次巻線１３ｂ、１３ｃに電圧が誘起される。
トランス１３（Ｔ１）の第１、第２の二次巻線１３ｂおよび１３ｃは、巻数が同じであり、いずれも一次巻線１３ａと磁束によって結合されている。これは、トランス１３（Ｔ１）の二次巻線から中間タップが引き出されているのと等価である。この第１、第２の二次巻線１３ｂおよび１３ｃの出力は、それぞれ第１、第２の整流素子１４（Ｄ１）、１５（Ｄ２）によって整流され、それぞれ後述するハーフブリッジ型インバータ部３０の第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）に供給される。

すなわち第１の電源部１０においては、出力電圧が１／２ずつに分圧され、それぞれが第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）とに印加される。見方を変えれば、第１の電源部１０は第１のコンデンサ３１（Ｃ１）の両端と第２のコンデンサ３２（Ｃ２）の両端にそれぞれ出力する２回路の出力を有する電源となっている。
第１の電源部１０より、第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）に出力される電圧は、それぞれ例えば２０Ｖ〜７０Ｖ程度の範囲で可変とする。

第２の電源部２０は、インダクタ２１（Ｌ１）、ＦＥＴなどよりなる第２のスイッチ素子２２（Ｑ２）、ダイオードなどの第３の整流素子２３（Ｄ３）によって構成される昇圧チョッパ型コンバータによって構成される。この第２の電源部２０の出力は、第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）との直列回路の両端に供給される。
後述のように、この第２の電源部２０から出力される期間は、第２のコンデンサ３２（Ｃ２）に並列に設けられた第５のスイッチ素子３５（Ｑ５）が閉じているので、出力電圧は第１のコンデンサ３１（Ｃ１）にのみ印加される。
この第２の電源部２０の出力電圧は、第１の電源部１０の最大出力電圧よりも高い値、例えば最大４００Ｖに設定される。
また、第１の電源部１０の出力電流は、第２の電源部２０より大きい。つまり第１の電源部１０は低電圧、高電流、第２の電源部２０は高電圧、低電流を出力するものである。

ハーフブリッジ型インバータ３０は、直列に接続された第１のコンデンサ３１（Ｃ１）と第２のコンデンサ３２（Ｃ２）、および、直列に接続された第３のスイッチ素子３３（Ｑ３）および第４のスイッチ素子３４（Ｑ４）によって構成される。第１、第２のスイッチ素子３３、３４としては、ＦＥＴなどを用いることができる。ＦＥＴを用いた場合、ＦＥＴのドレインおよびソースがスイッチ素子の両端となる。
第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）の直列接続回路と、第３のスイッチ素子３３（Ｑ３）と第４のスイッチ素子３４（Ｑ４）の直列接続回路は、互いに並列に接続され、ハーフブリッジ型インバータを構成している。
それぞれの直列回路の接続点ｐ１とｐ２との間に、ハーフブリッジ回路の出力電圧が供給される。ｐ１とｐ２との間に、高輝度の放電ランプ３７（ＤＬ）とイグナイタ３６（Ｉｇ）が直列に接続され放電回路をなす。
第２のコンデンサ３２（Ｃ２）には、並列に第５のスイッチ素子３５（Ｑ５）が接続されており、放電ランプ３７（ＤＬ）が放電を開始する前後、第２の電源部２０から電圧を供給している期間には、第５のスイッチ素子３５（Ｑ５）が閉じられる（低インピーダンス状態となる）。
第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）は同じ静電容量値に設定されており、第５のスイッチ素子３５（Ｑ５）が開かれ第１の電源部１０から電力が供給される間は第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）の電位は略同じとなり、接続点ｐ１に中間電位を与える。

まず、この実施の形態１による放電ランプ３７の初期放電であるグロー放電から定常放電のアーク放電に到るまでの期間の放電ランプ３７に印加される電圧波形を説明する。
図２は、放電ランプ３７の点灯を開始するとき、放電ランプ３７に印加する電圧の一例を示す波形図である。以下、順を追って説明する。
（１）（放電電圧確保期間）放電開始の前には、あらかじめ放電ランプ３７に約４００Ｖの電圧を印加しておく。これは、放電開始後の電圧を確保するための準備となる。
（２）（パルス放電期間）高圧である２０〜３０ｋＶのパルス状の電圧を印加することによりグロー放電を開始する。
（３）（放電持続期間）グロー放電が開始した直後、上記（１）の期間においてあらかじめ放電ランプ３７に印加されていた約４００Ｖの電圧を初期値とし、放電インピーダンスが低下するのに伴い、徐々低下する電圧が印加される。
（４）（定常放電期間）その後は±２０Ｖ〜±８０Ｖ程度の電圧範囲で、極性が交互に反転するパルスを印加することにより定常放電（アーク放電）に移行する。印加する電圧は、以下に挙げるようなさまざまな要因に対応して可変される。
・定常放電開始後に放電が途絶えることなく、確実に定常点灯に移行すること。
・定常放電開始後、放電ランプ３７より出力される光束が、速やかに所定の値となること。
・定常的に放電ランプ３７が点灯している間、放電ランプ３７に供給される電力が所定の範囲内になること。

次に、前述した図１に示した回路を用いて、図２の各（１）〜（４）期間において一連の電圧波形を放電ランプ３７に与える動作について説明する。
（１）第１の期間（放電電圧確保期間）
制御部５０の出力する制御信号によって第５のスイッチ素子３５（Ｑ５）および第３のスイッチ素子３３（Ｑ３）を閉じ、第４のスイッチ素子３４（Ｑ４）を開いた状態で、第２のスイッチ素子２２（Ｑ２）をオン・オフすることにより、第２の電源部２０を動作させる。すると、第２のコンデンサ３２（Ｃ２）の両端には電位差が発生しないので、第２の電源部２０の出力電圧は第１のコンデンサ３１（Ｃ１）にのみ印加される。このとき、第３のスイッチ素子３３（Ｑ３）が閉じているので、第１のコンデンサ３１（Ｃ１）の両端に発生した電圧は、そのままインバータの出力（図１におけるｐ１とｐ２の間）にあらわれ、放電ランプ３７（ＤＬ）に印加される。この状態を図３に示す。
第１のコンデンサ３１（Ｃ１）の両端には、約４００Ｖの電圧が印加されるように、第２の電源部２０は制御される。また、図示省略の電源よりイグナイタ３６（Ｉｇ）の内部に備えられたコンデンサに充電を行う。

（２）第２の期間（パルス放電期間）
イグナイタ３６（Ｉｇ）は、内部に備えられたコンデンサに蓄えられたエネルギを放出することにより高電圧パルスを発生させ、放電ランプ３７（ＤＬ）に印加することにより、グロー放電を開始させる。

（３）第３の期間（放電持続期間）
放電ランプ３７（ＤＬ）が放電を開始しイグナイタ３６（Ｉｇ）から発生する高電圧パルス電圧が消えた直後には、放電ランプ３７（ＤＬ）には第１のコンデンサ３１（Ｃ１）にあらかじめ蓄積されていた約４００Ｖの電圧が印加されることにより放電が継続する。その後放電電流が流れることによって次第に第１のコンデンサ３１（Ｃ１）の電圧は低下するが、同時に放電が成長することにより、放電を維持するのに必要な電圧も低下するので、放電は持続し続ける。
第１のコンデンサ３１（Ｃ１）の両端の電位差が８０Ｖ程度に低下する頃、第５のスイッチ素子３５（Ｑ５）を開くとともに、第２の電源部２０の動作を停止し、第１の電源部１０の動作を開始する。この状態を図４に示す。
第１の電源部１０の出力は第１のコンデンサ３１（Ｃ１）および第２のコンデンサ３２（Ｃ２）に印加され、第１のコンデンサ３１（Ｃ１）から放電ランプ３７に供給される電流を補うことにより、さらに放電の成長を促す。

（４）第４の期間（定常放電期間）
その後、第３のスイッチ素子３３（Ｑ３）と第４のスイッチ素子３４（Ｑ４）を交互にオン、オフすると、放電ランプ３７に、第１のコンデンサ３１（Ｃ１）の両端の電圧と第２のコンデンサ３２（Ｃ２）の両端の電圧の極性が交互に反転するように印加される。
第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）に印加される電圧、すなわち放電ランプ３７に印加される電圧が上述の諸要因に応じて適切な値（ＶＬ）に設定されるように、第１の電源部１０の出力電圧が制御される。この状態を図５に示す。

さて、通常ハーフブリッジ回路を用いた場合、出力電圧は電源電圧（すなわちＣ１とＣ２の直列電圧）の１／２になってしまうので、電源電圧としては出力電圧の２倍の電圧が必要となる。
この実施の形態１においては、前記（１）から（３）の期間、すなわち、ハーフブリッジ回路から最も高い電圧を出力する期間においては、第５のスイッチ素子３５（Ｑ５）を閉じることにより、第２の電源部２０による電圧がそのまま出力されるようにしたので、電源電圧は出力電圧と同じでよく、ハーフブリッジ型インバータ部３０の耐圧は従来のハーフブリッジ回路の１／２で済む。

その後、前記（４）の期間においては、通常のハーフブリッジ動作となるので、出力電圧は電源電圧の１／２となるが、この期間は（１）から（３）の期間に比べて出力する電圧がもともと低いので、回路の耐圧に影響を与えることはない。

以上のように、放電ランプ３７の放電開始シーケンスにおいて、高い電圧が必要な場合のみ、電源電圧が効率的に（１／２となることなく）出力されるようにすることにより、少ない数のスイッチ素子構成できかつスイッチ素子での損失が少ないというハーフブリッジ回路の特性を生かしつつ、高い耐圧が必要になるという欠点を解消することができ、小型で低コストな点灯回路を構成することが可能となる。
ところで、第２の電源部２０からは放電ランプ３７が発光するためのエネルギーを供給するので高い出力電流が必要であるが、従来のように放電開始における高い電圧も第１の電源部１０から出力しようとすると、第１の電源部１０を構成する第１のスイッチ素子１２（Ｑ１）には耐電流および耐電圧共に高い素子が必要であった。
この実施の形態１においては、高い出力電圧で出力電流の低い第２の電源部２０と、低い出力電圧で出力電流の高い第１の電源部１０とを別個に設けたので、電源の個数は増えるものの、総合的にはより低いコストを実現することが可能である。
なお、第２の電源部２０が動作し、ハーフブリッジ型インバータ部３０の回路に高い電圧が印加されている期間には、第１のスイッチ素子１２（Ｑ１）はスイッチング動作を行わせないようにしたので、高い電圧が第１のスイッチ素子１２（Ｑ１）にフライバック電圧として印加されるような問題は回避することができる。

次に、前記（４）の期間における、第１の電源部１０の動作を図６を用いてさらに詳しく説明する。図６（ａ）は、放電ランプ３７に印加される電圧波形、図６（ｂ）は、第１の電源部１０を構成するトランス１３（Ｔ１）の一次側巻線１３ａに流れる電流（すなわち、第１のスイッチ素子１２（Ｑ１）を流れる電流）、図６（ｃ）および（ｄ）は、それぞれトランス１３（Ｔ１）の第１、第２の二次側巻線１３ｂおよび１３ｃを流れる電流波形を示したものである。
放電ランプ３７に正の電圧が印加されている期間（期間ｔ１）は、第３のスイッチ素子３３（Ｑ３）が閉じられ、第４のスイッチ素子３４（Ｑ４）が開かれることによって、第１のコンデンサ３１（Ｃ１）から放電電流が放電ランプ３７に印加されている期間である。一方、放電ランプ３７に負の電圧が印加されている期間（期間ｔ２）は、第４のスイッチ素子３４（Ｑ４）が閉じられ、第３のスイッチ素子３３（Ｑ３）が開かれることによって、第２のコンデンサ３２（Ｃ２）から放電電流が放電ランプ３７に印加されている期間である。

このときの第１の二次巻線１３ｂおよび第２の二次巻線１３ｃに流れる電流を見ると、ｔ１の期間には第１の二次巻線１３ｂに電流が流れることにより、第１のコンデンサ３１（Ｃ１）に電流が供給され、ｔ２の期間には第２の二次巻線１３ｃに電流が流れることにより、第２のコンデンサ３２（Ｃ２）に電流が供給されている。このように、第１のコンデンサ３１（Ｃ１）あるいは第２のコンデンサ３２（Ｃ２）から電流が流れ出すと同時に、第１の電源部１０から第１のコンデンサ３１（Ｃ１）あるいは第２のコンデンサ３２（Ｃ２）に対して電流を供給するので、第１、第２のコンデンサ３１、３２の静電容量の値は小さい値とすることができる。
一方、この間に一次巻線１３ａに流れる電流は、第１のコンデンサ３１（Ｃ１）に電流が供給されるか第２のコンデンサ３２（Ｃ２）に電流が供給されるかに係わらず常に一定の波形となっており、第１のスイッチ素子１２（Ｑ１）は休止することなく動作していることがわかる。

このように、トランス１３（Ｔ１）の一次側回路の巻線１３ａを共通とする一方、二次側を２つに分けて第１の二次巻線１３ｂと第２の二次巻線１３ｃとし、第１のコンデンサ３１（Ｃ１）、第２のコンデンサ３２（Ｃ２）とにそれぞれ供給するようにすると、一次側回路を効率的に動作させながら第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）の静電容量を減らすことができる。通常このような動作を行わせた場合、第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）の電圧の比を動作中に任意に変更することはできないが、この実施の形態１においては、第２のコンデンサ３２（Ｃ２）を短絡するスイッチ素子３５（Ｑ５）を設けると共に高電圧を与える第２の電源部２０を別個に設けたので、第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）の電圧を必要に応じ（放電開始前後の高い電圧が必要なときのみ）異ならせ、ハーフブリッジ型インバータ部３０の回路耐圧を下げることと、定常動作時に第１の電源部１０を効率的に動作させ、かつ第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）に必要な電流を別個に供給することとを、共に実現することが可能である。

以上のように、この実施の形態１においては、ハーフブリッジ型インバータ部３０回路の耐圧、第２の電源部２０の耐圧および効率、第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）の静電容量といった、ハーフブリッジ型インバータ部３０回路を用いた放電点灯装置のコストおよびサイズに係わる重要な要因を、いずれも改善することが可能となり、総合的にみて低コストで小型な放電点灯装置１００を得ることができる。

なお、以上の説明において、第２の電源部２０は昇圧チョッパ型コンバータによって構成することとしたが、これはフライバックコンバータ、フォワードコンバータなど、他の方式のスイッチング電源でもよい。あるいは、第２の電源部２０は出力電圧は高いものの出力電力は比較的小さいので、圧電トランスを用いた昇圧回路やコッククロフト方式昇圧回路など、他の方式を用いた昇圧回路を用いたり、あるいはそれら複数の電源方式、昇圧方式を組み合わせてもよい。
また、第２の電源部２０の出力は第１、第２のコンデンサ３１、３２の直列回路の両端に出力するとしたが、前述のように、第１の電源部１０が出力される期間は第５のスイッチ素子３５（Ｑ５）が閉じているので、これは第１のコンデンサ３１（Ｃ１）の両端に出力しても同じである。すなわち、第２の電源部１０の出力が第１のコンデンサ３１（Ｃ１）に出力電圧を与えるように接続されていればよい。これを図７に示す。

また第１の電源部１０は、フライバックコンバータにより構成するものとしたが、これもフォワード型コンバータ、プッシュプルコンバータなど、他の方式のスイッチング電源、あるいはシリーズ電源を用いてもよい。
また、第１〜第５のスイッチ素子としてＦＥＴを用いる例を示したが、他にバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴなどを用いてもよい。
さらに、第１〜第３の整流素子としてはダイオードを用いる例を示したが、ＦＥＴなどのスイッチ素子を用い、整流電流が流れるタイミングに合わせてスイッチ素子のオン・オフ制御を行う、いわゆる同期整流方式を用いてもよい。またさらに、入力電源を直流入力電源１１としたが必ずしも直流である必要はない。

実施の形態２．
図８に実施の形態２における、放電ランプ点灯装置１００の回路図を示す。実施の形態１における回路との違いは、以下の点にある。
（１）第２の電源部を省略し、第１の電源部のトランスＴ１の二次巻線の中間タップを無くした。
（２）第１、第２のコンデンサＣ１、Ｃ２に並列に第１、第２の抵抗Ｒ１およびＲ２を設けた。
（３）第２の整流素子Ｄ２をなくした。
つまり、この実施の形態２は、図８に示すように電源部１０ａは直流入力電源１１に接続されトランス１３の二次巻線１３ｄにつながる整流素子１４ａと、この整流素子１４ａにつながり直列に接続された第１、第２の抵抗１６、１７がトランスの二次巻線１３ｄと並列に接続されている構成を備え、ハーフブリッジ型インバータ部３０が前記電源部１０ａにつながる点は前記実施の形態1の図１と同様であり、かつ、第２の電源部を省略した点が相違する。このように実施の形態２においては、第２の電源部を省略することにより、更なる低コスト化を図ったものである。
図８に示す回路において、電源部１０ａは第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）の直列接続回路に対して出力される。

このような図８に示す回路構成を用い、以下のような動作を行う。動作の説明は実施の形態１にて説明した、図２の第１の期間から第４の期間について、前述の実施の形態１との相異を中心に行う。
なお、図８に示す第２〜第４のスイッチ素子３３ａ〜３５ａ（Ｑ２〜Ｑ４）は、前述の図１の第３〜第５のスイッチ素子３３〜３５（Ｑ３〜Ｑ５）に相当する。
（１）第１の期間
第４のスイッチ素子３５ａ（Ｑ４）および第２のスイッチ素子３３ａ（Ｑ２）を閉じ、第３のスイッチ素子３４ａ（Ｑ３）を開いた状態で、第１のスイッチ素子１２（Ｑ１）をオン・オフすることにより、電源部１０ａを動作させ、第１のコンデンサ３１（Ｃ１）を充電する。すなわち、電源部１０ａを用いて第１のコンデンサ３１（Ｃ１）を充電する。
電源部１０ａの出力は第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）の両端に、約４００Ｖの電圧が印加されるように制御される。

（２）第２の期間
実施の形態１と同様である。

（３）第３の期間
実施の形態１と、ほぼ同じである。ただし、この実施の形態２では電源部１０ａは前述した第１の期間から動作しているので、第２の電源部を停止し第１の電源部の動作を開始する手続きは不要となる。

（４）第４の期間
第２のスイッチ素子３３ａ（Ｑ２）と第３のスイッチ素子３４ａ（Ｑ３）を交互にオン、オフすると、放電ランプ３７に第１のコンデンサ３１（Ｃ１）の両端の電圧と第２のコンデンサ３２（Ｃ２）の両端の電圧の極性が交互に反転するように印加される。このとき、電源部１０ａは第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）の直列接続回路に対して出力される。第１の抵抗１６（Ｒ１）と第２の抵抗１７（Ｒ２）との分圧回路は、第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）の両端の電位を、同じ電圧に近づけるように働く（すなわち、ノードｐ１の電位を、ノードｐ０の１／２の電位に近づけるように働く）。

以上のように、この実施の形態２においては、実施の形態１と同様、高い電圧が必要な場合のみ第４のスイッチ素子３５ａ（Ｑ４）を閉じることにより、ハーフブリッジを用いつつ２倍の素子耐圧を不要としている。さらに、実施の形態１に比較して第２の電源部および第３の整流素子であるダイオードＤ２を省略することにより、更なる低コスト化を図ることができる。
ただし、第４の期間において、電源部１０ａの出力は、第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）との直列回路に対して供給される、すなわち第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）に個別に供給されないので、ノードｐ１の電位は、必ずしもノードｐ０の中間電位にはならず、放電ランプ３７に電流を流すとともに、第１のコンデンサ３１（Ｃ１）あるいは第２のコンデンサ３２（Ｃ２）の電圧が低下し、駆動電圧にいわゆるサグが発生することがある。
サグを減らすためには、第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）の静電容量を十分に増やす必要があり、実施の形態１と比べた場合、コストアップの要因となる。
実施の形態１と実施の形態２の何れを選択するかは、以上のような得失を考慮して判断する必要がある。

実施の形態３．
図９に、実施の形態３の放電ランプ点灯装置１００の回路図を示す。実施の形態１における回路との違いは、以下の点である。
（１）第２の電源部２０の出力を、第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）の接続点と、トランス１３（Ｔ１）の第１、第２の二次巻線１３ｂ、１３ｃの直列接続回路の中間点つまり接地に出力するようにした。
（２）第１の電源部１０のトランス１３（Ｔ１）の第１、第２の二次巻線１３ｂ、１３ｃの出力タップを第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）の接続点につながないこととした。
（３）第１の整流素子１４（Ｄ１）に並列に、抵抗１８を接続した。
（４）第２のコンデンサ３２（Ｃ２）に並列に接続していたスイッチ素子Ｑ５を削除した。
（５）イグナイタの構成を異なるものとした。すなわち図９において、イグナイタ３６ａを構成するパルストランスＴＩｇ３８の一次側巻線３８ａを、ギャップスイッチなどの高電圧スイッチ素子３９（ＳＷ）を介して第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）の直列接続の接続点（ノードｐ１）に接続し、パルストランスＴｉｇ３８の二次側巻線３８ｂを放電ランプ３７につながるように接続した。

さて、従来一般的に用いられているイグナイタ３６（Ｉｇ）の内部は、図１０に示すような回路となっている。すなわち、パルストランスＴＩｇとコンデンサＣＩｇと、ギャップスイッチなどの高電圧スイッチ素子ＳＷより構成されている。コンデンサＣＩｇに数百〜１ｋＶの電圧を充電し、ギャップスイッチＳＷを閉じることにより、パルストランスＴｉｇの二次側に数十ｋＶのパルス電圧を発生させ（すなわち、コンデンサＣＩｇのエネルギーをパルストランスＴＩｇによって高電圧パルスに変換）、放電を開始している。この実施の形態３においては、図９のような回路構成とすることにより、イグナイタ３６ａに用いるコンデンサＣＩｇを省略し、代わりにハーフブリッジを構成する第２のコンデンサ３２（Ｃ２）を用いることにより、更なる低コスト化を図るものである。

以下、動作について説明する。
まず、第２の電源部２０を動作させ、第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）に充電する。このときの充電電流経路を図９に基づいて以下に示す。
２３（Ｄ３）→３１（Ｃ１）→１８（Ｒ１）→１３ｂ（トランス１３の第１の二次側巻線）→ＧＮＤ
という経路と、
２３（Ｄ３）→３２（Ｃ２）→１５（Ｄ２）→１３ｃ（トランス１３の第２の二次側巻線）→ＧＮＤ
という、二つの経路であり、第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）に並列に、ノードｐ１（Ｃ１とＣ２の接続点）が正となる極性にて充電が行われる。
第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）の両端の電圧が５００Ｖから１ｋＶに達すると、ギャップスイッチ３９（ＳＷ）が閉じ、第２のコンデンサ３２（Ｃ２）に蓄えられたエネルギーがパルストランス３８（ＴＩｇ）によって高電圧パルスに変換され、放電ランプ３７（ＤＬ）にて放電が開始する。

放電に先立って、第３のスイッチ素子３３（Ｑ３）を閉じ、第４のスイッチ素子３４（Ｑ４）を開いておけば、第１のコンデンサ３１（Ｃ１）に蓄積されていた電圧が放電開始後にも放電ランプ３７（ＤＬ）に印加され、放電が継続する。第１のコンデンサ３１（Ｃ１）から放電ランプ３７（ＤＬ）に放電電流を流すことにより、第１のコンデンサ３１（Ｃ１）に、ｐ１が正となる極性で蓄積された電圧は、急激に減衰する。
その後、第１の電源１０を動作させ、第１、第２のコンデンサ３１（Ｃ１）、３２（Ｃ２）に充電するとともに、第３のスイッチ素子３３（Ｑ３）および第４のスイッチ素子３４（Ｑ４）を交互にオン、オフすることにより、放電ランプ３７（ＤＬ）に交互に極性の反転する電圧を印加する。
以上のように、この実施の形態３においては、ハーフブリッジを構成する第２のコンデンサ３２（Ｃ２）を、イグナイタ３６ａの高電圧発生用に用いることにより、イグナイタ専用のコンデンサを省略することができ、更なる低コスト化が可能となる。

この発明の実施の形態１〜３は、自動車のヘッドライト等の光源として用いられるメタルハラルドランプ等のＨＩＤランプ用の放電点灯装置に利用できる。

この発明の実施の形態１の放電点灯装置の回路図である。 この発明の実施の形態１〜実施の形態３の放電ランプに与える電圧の一例を示す波形図である。 この発明の実施の形態１の第１の期間における動作を示す模式図である。 この発明の実施の形態１の第２の期間における動作を示す模式図である。 この発明の実施の形態１の第３の期間における動作を示す模式図である。 この発明の実施の形態１の動作中における各部の電圧、電流、波形を示す図である。 この発明の実施の形態１の他の実施例による放電点灯装置の回路図である。 この発明の実施の形態２の放電点灯装置の回路図である。 この発明の実施の形態３の放電点灯装置の回路図である。 従来から用いられている一般的なイグナイタの内部回路図である。

符号の説明

１０ 第１の電源部、１０ａ 電源部、１１ 直流入力電源、
１２ 第１のスイッチ素子、１３ トランス、１３ａ 一次巻線、
１３ｂ 第１の二次巻線、１３ｃ 第２の二次巻線、１３ｄ 二次巻線、
１４ 第１の整流素子、１５ 第２の整流素子、１６ 第１の抵抗、１７ 第２の抵抗、
１８ 抵抗、２０ 第２の電源部、２２，３３ａ 第２のスイッチ素子、
３０ ハーフブリッジ型インバータ部、３１ 第１のコンデンサ、
３２ 第２のコンデンサ、３３，３４ａ 第３のスイッチ素子、
３４，３５ａ 第４のスイッチ素子、３５ 第５のスイッチ素子、
３６，３６ａ イグナイタ、３７ 放電ランプ、３８ パルストランス、
３９ 高圧スイッチ素子、Ｒ 抵抗、５０ 制御部、１００ 放電点灯装置。

Claims (7)

1. 第１の電源部と、第２の電源部と、該第１、第２の電源部につながりイグナイタと放電ランプを有するハーフブリッジ型インバータ部と、制御部とを備えた放電点灯装置であって、
   前記制御部が、前記第２の電源部を動作させて前記ハーフブリッジ型インバータ部に設けられたコンデンサを介して前記放電ランプに所定の電圧を印加し、次に前記イグナイタによるパルス高電圧を印加して前記放電ランプの放電を開始し、その後、前記コンデンサおよび前記第２の電源部から電流を供給することによって前記放電を成長させ、引き続き前記第２の電源部の動作を停止させるとともに、前記第１の電源部のスイッチ素子の動作によって、前記放電ランプに極性が反転する電圧が印加されるよう制御することを特徴とする放電点灯装置。
2. 前記第１の電源部は２回路の出力回路が設けてあり、前記ハーフブリッジ型インバータ部のコンデンサは、第１、第２のコンデンサより成るものであり、前記第１の電源部の動作中における出力の一方は前記第１のコンデンサに出力され、他方の出力が前記第２のコンデンサに出力されることを特徴とする請求項１に記載の放電点灯装置。
3. 前記第１の電源部の２回路の出力回路は一次巻線を共有し、２つの二次巻線を有するトランスと、前記二次巻線からの出力をそれぞれ入力する第１、第２の整流素子が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の放電点灯装置。
4. 第１の電源部と、第２の電源部と、該第１、第２の電源部につながるハーフブリッジ型インバータ部と、制御部とを備えた放電点灯装置であって、
   前記第１の電源部には第１のスイッチ素子と、一次巻線を共有し、第１、第２の二次巻線を直列接続したトランスと、第１の整流素子と第２の整流素子が設けられており、前記第１の二次巻線には前記第１の整流素子の一方の極性が接続され、前記第２の二次巻線には、前記第１の整流素子の一方の極性とは逆極性となるように前記第２の整流素子が接続され、前記第２の電源部には第２のスイッチ素子と、第３の整流素子とが設けられており、
   前記ハーフブリッジ型インバータ部には直列接続された第１、第２のコンデンサが設けられているとともに、直列接続された第３、第４のスイッチ素子が前記第１、第２のコンデンサの直列接続回路とは並列接続となるよう設けられ、さらに前記第２のコンデンサには第５のスイッチ素子が並列に設けられており、前記第１〜第３の整流素子の出力は、前記第１、第２のコンデンサの直列接続回路の両端に供給されており、前記第１、第２のコンデンサの直列接続回路の中間点と、前記第３、第４のスイッチ素子の直列接続回路の中間点との間に接続されたイグナイタと放電ランプが設けられているとともに、前記第１、第２の二次巻線の直列接続回路の中間点と前記第１、第２のコンデンサの直列接続回路の中間点とが接続されており、前記制御部は前記第５のスイッチ素子をＯＮするとともに、前記第２のスイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦにより前記第２の電源部から、前記第１、第２のコンデンサを介して前記放電ランプに所定の電圧を印加し、次に前記イグナイタに設けられた電源より該イグナイタによるパルス高電圧を印加して前記放電ランプの放電を開始し、引き続き前記第５のスイッチ素子をＯＦＦするとともに前記第１のスイッチ素子をＯＮして前記第１の電源部を動作させ、その後前記第１、第２のコンデンサおよび前記第２の電源部から電流を供給することによって前記放電を成長させ、次に前記第２の電源部の動作停止を行い、さらに前記第３、第４のスイッチ素子を交互にＯＮ／ＯＦＦして前記放電ランプに極性が反転する電圧が印加されるよう制御することを特徴とする放電点灯装置。
5. 電源部と、該電源部につながりイグナイタと放電ランプが設けられたハーフブリッジ型インバータ部と、制御部とを備えた放電点灯装置であって、前記電源部には第１のスイッチ素子と、トランスと、前記トランスの二次巻線につながる整流素子と、該整流素子につながり直列接続された第１、第２の抵抗が前記トランスの二次巻線と並列接続されており、前記ハーフブリッジ型インバータ部には、直列接続された第１、第２のコンデンサが前記第１、第２の抵抗の直列接続回路と並列接続となるよう設けられているとともに、前記第２のコンデンサには第４のスイッチ素子が並列に設けられており、さらに直列接続された第２、第３のスイッチ素子が前記第１、第２のコンデンサの直列接続回路と並列接続となるよう設けられており、前記第１、第２のコンデンサの直列接続回路の両端に前記整流素子の出力が接続されており、前記第１、第２の抵抗の直列接続回路の中間点と、前記第１、第２のスイッチ素子の直列接続回路の中間点との間に接続されたイグナイタと放電ランプが設けられており、前記制御部は前記第２のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子をＯＮするとともに前記第３のスイッチ素子をＯＦＦとした状態で前記第１のスイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦによる前記電源部から前記第１、第２のコンデンサを介して前記放電ランプに所定の電圧を印加し、次に前記イグナイタに設けられた電源より該イグナイタによるパルス高電圧を印加して前記放電ランプの放電を開始し、その後前記第１のコンデンサと前記電源部から電流を供給することによって前記放電を成長させ、次に前記第４のスイッチ素子をＯＦＦするとともに、前記第２、第３のスイッチ素子を交互にＯＮ／ＯＦＦして前記放電ランプに極性が反転する電圧が印加されるよう制御することを特徴とする放電点灯装置。
6. 第１の電源部と、第２の電源部と、該第１、第２の電源部につながりパルストランスおよび高圧スイッチ素子とを有するイグナイタと、放電ランプとが設けられたハーフブリッジ型インバータ部と、制御部とを備えた放電点灯装置であって、
   前記第１の電源部には第１のスイッチ素子と、一次巻線を共有し、第１、第２の二次巻線を直列接続したトランスと、前記第１の二次巻線には前記第１の整流素子の一方の極性が接続され、前記第２の二次巻線には、前記第１の整流素子の一方の極性とは逆極性となるように前記第２の整流素子が接続されているとともに、前記第１の整流素子には抵抗が並列に接続されており、
   前記ハーフブリッジ型インバータ部には、直列接続された第１、第２のコンデンサが前記第１、第２の二次巻線の直列接続回路と並列接続となるよう設けられており、さらに直列接続された第３、第４のスイッチ素子が前記第１、第２のコンデンサの直列接続回路と並列接続となるよう設けられており、前記第２の電源部の出力は前記第１、第２のコンデンサの直列接続回路の中間点と、前記第１、第２の二次巻線の直列接続回路の中間点に接続されており、
   前記第１、第２のコンデンサの直列接続回路の中間点と、前記第３、第４のスイッチ素子の直列接続回路の中間点との間に接続された、前記イグナイタを構成するパルストランスの二次側巻線と放電ランプとが設けられており、前記パルストランスの一次側巻線は該パルストランス二次側の入力端と、前記第１、第２のコンデンサの直列接続回路における第２のコンデンサの前記中間点とは異なる一端に高圧スイッチ素子を介して接続されており、
   前記制御部は前記第３のスイッチ素子をＯＮ、前記第４のスイッチ素子をＯＦＦおよび前記高圧スイッチ素子をＯＦＦとした状態で、前記第２のスイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦによる前記第２の電源部から前記第１、第２のコンデンサに電圧を印加し、所定の電圧に達すると前記高圧スイッチ素子をＯＮとし前記パルストランスを介し前記コンデンサ電圧を前記放電ランプに印加して前記イグナイタによる放電とし、引き続き前記第１のスイッチ素子をＯＮして前記第１の電源部を動作させ、この第１の電源部と前記第１、第２のコンデンサから電流を供給することによって前記放電を成長させ、さらに前記第３、第４のスイッチ素子を交互にＯＮ／ＯＦＦして前記放電ランプに極性が反転する電圧が印加されるよう制御することを特徴とする放電点灯装置。
7. 前記第２の電源部から前記第１、第２のコンデンサに印加し達する所定の電圧は５００Ｖ〜１ＫＶとすることを特徴とする請求項６に記載の放電点灯装置。

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