JP2008021662A - 放電灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ランプ特に水銀レスランプにおいて、ランプ個体差によるランプ電圧のバラツキを吸収でき、光束のオーバーシュート、アンダーシュートを抑制し、光束をスムーズに１００％に収束させること。
【解決手段】水銀レス（フリー）のランプに、ランプ印加電圧を供給し始めてから、ランプの点灯の直後の光束が８０％〜１００％に達したかに基づいてランプ印加電力を低減する制御を開始し始める水銀レス（フリー）の放電灯の制御に関する。
【選択図】図３

Description

本発明は、高圧放電灯を点灯する放電灯装置、特に車両用前照灯に用いるのに好適な放電灯装置に関する。

従来、高圧放電灯（以下、ランプまたはバルブという）を車両用前照灯に適用し、車載バッテリ電圧をトランスにて高電圧化した後、この高電圧の極性をインバータ回路にて切り替え、ランプを交流点灯させるようにしたものが種々提案されている（特開平９−１８０８８８号公報、特開平８−３２１３８９号公報参照）。ここで、トランスの１次側には１次電流を制御するためのスイッチング素子が設けられており、ランプ電圧とランプ電流に基づいてスイッチング素子をＰＷＭ（パルス幅変調）制御して、ランプへの供給電力を制御するようにしている。

つまり、ランプ電圧とランプ電流の関係を規定する所定の制御線に従ってランプへ所望の電力を供給するようにしている。

ところで、現在車両用前照灯に適用されるランプは、定格３５Ｗ、ランプ電圧８５Ｖ、ランプ電流０．４１Ａである。このランプには微量の水銀が封入されており、廃棄時の環境汚染の問題から水銀レス（水銀フリー）のランプが望まれている。水銀レスのランプでは、安定時のランプ電圧が従来と比べ半分程度の電圧となる。また、点灯初期のランプ電圧は、従来と比べほぼ同程度の電圧で約２７Ｖ前後となる。また、点灯初期にわずかなランプ電圧の上昇で急激に光束が立ち上がるという特徴がある。このため、従来のランプ電圧とランプ電流によるランプ電力制御では所望の電力に制御することができないという問題が生じる。

ランプを車両用前照灯に適用するには、点灯スイッチをオンした後光束を早く立ち上げる（早く明るくする）必要があり、そのために点灯初期に定格電力より大きな電力をランプに印加して光束の立ち上がりを早くしている。具体的には、現状３５Ｗランプ（Ｄ２ＳｏｒＤ２Ｒバルブ）では、点灯初期に７０Ｗ程度をランプに印加し、その後徐々に電力を減らし安定状態の３５Ｗに制御している。この制御は、図１１に示すランプ電圧とランプ電流の関係を規定する所定の制御線に従って行っており、図１１から明らかなように点灯初期のランプ電圧は約２７Ｖ、安定時電圧は約８５Ｖであり、ランプ電圧が２７Ｖから８５Ｖへ５８Ｖ変化することに応じてランプ電力を７０Ｗから３５Ｗへ減らすようにする。

水銀レスのランプでも従来の制御と同様に、点灯スイッチがオンした後光束を早く立ち上げる（早く明るくする）必要がある。そのために点灯初期は定格電力より大きな電力をランプに印加し光束の立ち上がりを早くすることが必要であり、具体的には、水銀レスの３５Ｗランプでは、点灯初期に９０Ｗ程度をランプに印加し、その後徐々に電力を減らし安定状態の３５Ｗに制御する必要がある。水銀レスのランプの点灯初期のランプ電圧は従来ランプとほぼ同じで２７Ｖ程度であるが、安定時のランプ電圧は約４２Ｖ程度と従来ランプの半分程度である。このようなランプ電圧特性をもつランプを図７に示す従来の制御線に基づく制御によって行うとすると、ランプ電圧が２７Ｖから４２Ｖへ１５Ｖ変化することに応じてランプ電力を９０Ｗから３５Ｗへ５５Ｗ減らすように制御すればよいことになる。すなわち、従来ランプでは、５８Ｖの電圧変化値に対し３５Ｗの電力減でありその比率は小さかったが、水銀レスランプでは、１５Ｖの電圧変化値に対し５５Ｗの電力減でありその比率は大きくなっている。

点灯初期のランプ電圧は、現状ランプ、水銀レスランプともに２７Ｖ程度であるが、±数Ｖはばらつく。現行の制御方法では、このバラツキはランプ電力のバラツキとなる。特に、水銀レスランプの場合、点灯初期から安定状態までのランプ電圧変化が１５Ｖ程度と小さく上記比率が大きいため、点灯初期のランプ電圧のバラツキはランプ電力の変化状況に大きく影響し、安定状態までのランプ電圧がばらつくことで点灯時の光束立ち上がり特性が大きくばらつき、自動車用の光束立ち上がり特性を規定した規格値を満足できないという問題が生じる。

本発明は、上記の如き水銀レスランプの問題点に対し鋭意検討をした結果なされたものであり、以下、図１２に基づいて本発明をなすに至った経緯を説明する。

図１２（Ａ）は、点灯開始からの経過時間に対応した光束の変化を示している。

また、図１２（Ｂ）は、点灯開始からの経過時間に対応したランプ電圧の変化を示しており、ランプのバラツキをバルブａ、バルブｂ、バルブｃの３個のバルブ（ランプ）で代表させている。なお、図１２（Ａ）と図１２（Ｂ）の時間軸は一致させてある。

点灯開始後、光束を早く立ち上げるために、ランプに約９０Ｗの定電力を印加すると、図１２（Ａ）に示すように、点灯直後に約５０％程度であった光束は、時間経過とともに徐々に増加し、数秒後に急速に増加し始め、その後も上記定電力を印加し続けると図示破線のようにオーバーシュートに至る。また、各バルブａ，ｂ，ｃの点灯初期のランプ電圧は、それぞれ図１２（Ｂ）に示すように異なる電圧値をもちながら増加する。本発明者らは、このような点灯初期のバルブのランプ電圧の変化において、光束が８０％〜１００％程度に到達した時点（図１２（Ｂ）図示のタイミングＥ）でのランプ電圧の変化値ΔＶＬ（第１の変化値ΔＶＬ１）が、点灯初期のランプ電圧が異なるバルブａ，ｂ，ｃにおいてほぼ一定値になる、つまり、ΔＶＬａ１≒ΔＶＬｂ１≒ΔＶＬｃ１となることを見出した。そして、どのバルブを使用する場合であっても、ランプ電圧の変化値ΔＶＬが第１の変化値ΔＶＬ１まで増大した時点でランプ印加電力を減らす制御を開始することによって、光束のオーバーシュートを防止することができることを見出した。

さらに、本発明者らは、ランプ電圧の変化値ΔＶＬが第１の変化値ΔＶＬ１（ΔＶＬａ１、ΔＶＬｂ１、ΔＶＬｃ１）まで増大した時点以降の電力制御について、ΔＶＬが第１の変化値ΔＶＬ１（ΔＶＬａ１、ΔＶＬｂ１、ΔＶＬｃ１）から第２の変化値ΔＶＬ２（ΔＶＬａ２、ΔＶＬｂ２、ΔＶＬｃ２）に達する間、ΔＶＬの変化に応じてランプ印加電力を制御することにより、ランプの個体差によるランプ電圧のバラツキを吸収でき、ランプ電圧がばらついても光束のオーバーシュート、アンダーシュートを抑制でき、光束をスムーズに１００％に収束させることができることを見出した。なお、図１２において、Ａはランプに９０Ｗを印加している期間、Ｂ，Ｃ，Ｄは、それぞれのバルブａ，ｂ，ｃにおいてΔＶＬに応じてランプ電力が制御される期間を表している。

請求項１によると、水銀レスランプの点灯制御装置であって、前記水銀レスランプの点灯初期において光束が８０％〜１００％に達したかを判断し、ランプ印加電力を低減する制御を開始するようにした。すなわち、点灯初期のランプ電圧が異なるバルブであっても光束が８０％〜１００％程度に到達した時点では点灯初期からの電圧の変化値がほぼ一定値になることを見出し、この現象を用いて光束のオーバシュートを防止することができるようにした。

請求項２は、前記光束が８０％〜１００％に達したかを、現在のランプ電圧または相当信号電圧を検出する現在ランプ電圧検出手段と、ランプ点灯初期のランプ電圧または相当信号電圧を検出し、記憶する記憶手段と、前記記憶手段で記憶したランプ電圧または相当信号電圧から前記現在のランプ電圧または相当信号電圧への変化値であるランプ電圧変化値（ΔＶＬ）を求めるΔＶＬ検出手段と、による前記ΔＶＬが第１の変化値ΔＶＬ１まで増大したことにより判断されるようにしたものである。

請求項３は、前記記憶手段によって記憶されるランプ電圧または相当信号電圧は、前記所定時間内における最低電圧値としたものである。

請求項４は、ランプ印加電力を低減する制御として、点灯後の経過時間に応じてランプ印加電力を制御するとともに、前記ΔＶＬ検出手段で求めたΔＶＬが所定値以上に達した時点からの経過時間に応じてランプ印加電力を徐々に低減し安定時のランプ印加電力制御に移行するようにしたものである
ランプ消灯後ランプ電極が冷え切らない状態で再び点灯した場合（以後、ホットスタート時という。）、点灯直後のランプ電圧はランプが冷え切った状態での点灯直後のランプ電圧に比べて高くなる。したがって、ΔＶＬは低い値となり、ΔＶＬが所定値に達するまでの時間が長くなるので電力低減が遅れ、その結果光束のオーバーシュートが発生する。

請求項６によると、ランプ点灯前の消灯時間に応じて設定される所定時間後に、ΔＶＬに関わらずランプの印加電力を低減するようにした。これにより、ランプの電極温度に左右されること無く再点灯時の正確な電力制御ができるようになる。

請求項７は、前記ランプ印加電力を低減する制御は、前記ΔＶＬ検出手段で求めたΔＶＬに基づいてランプ印加電力を制御するとともに、前記ΔＶＬ検出手段で求めたΔＶＬが所定値以上に達した時点、又は、ランプ電圧ＶＬが所定値以上に達した時点のどちらか先に所定値以上に達した時点からの経過時間に応じてランプ印加電力を徐々に低減し安定時のランプ印加電力制御に移行するようにした。

このため、たとえばランプが冷え切った状態で点灯開始した場合（以下、コールドスタート時という。）は、ΔＶＬが先に所定値に達することで電力低減を行ない、一方、ホットスタート時は、ランプ電圧が先に所定値に達しタイマー回路により電力低減を行なう。これは、コールドスタート時での点灯初期のランプ電圧はホットスタート時での点灯初期のランプ電圧と比べて低いためΔＶＬは高い値となり、一方、ホットスタート時での点灯直後のランプ電圧はコールドスタート時での点灯直後のランプ電圧に比べ高く、時間経過とともにランプ電圧はさらに上昇してゆくからである。ΔＶＬが所定値以上に達した時点、又は、ランプ電圧が所定値以上に達した時点のどちらか先に所定値に達した時点からの経過時間に応じランプ印加電力を徐々に低減し安定時のランプ電力制御に移行するようにしたため、ランプの個体差によるランプ電圧のバラツキを吸収でき、光束のオーバーシュート、アンダーシュートを抑制し、光束をスムーズに１００％に収束させることができる。

本発明の放電灯装置によると、ランプ特に水銀レスランプの個体差によるランプ電圧のバラツキを吸収でき、光束のオーバーシュート、アンダーシュートを抑制し、光束をスムーズに１００％に収束させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、一実施形態に係る放電灯装置を車両用前照灯に適用した場合の全体構成を示す。

図１において、１は直流電源としての車載バッテリ、２は車両用前照灯であるランプ（高圧放電灯）、３はランプ２の点灯スイッチをそれぞれ表す。

放電灯装置は、直流電源回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）４、テークオーバ回路５、インバータ回路６、始動回路７等の回路機能部を有している。

ＤＣ−ＤＣコンバータ４は、バッテリ１側に配された１次巻線４１ａとランプ２側に配された２次巻線４１ｂを有するフライバックトランス４１と、１次巻線４１ａに接続されたＭＯＳトランジスタ４２と、２次巻線４１ｂに接続された整流用ダイオード４３と、平滑用コンデンサ４４とによって構成され、バッテリ電圧ＶＢを昇圧した昇圧電圧を出力する。すなわち、ＭＯＳトランジスタ４２がオンすると、１次巻線４１ａに電流が流れて１次巻線４１ａにエネルギーが蓄えられ、ＭＯＳトランジスタ４２がオフすると、１次巻線４１ａのエネルギーが２次巻線４１ｂに供給される。そして、このような動作を繰り返すことにより、ダイオード４３とコンデンサ４４の接続点から高電圧が出力される。

テークオーバ回路５は、コンデンサ５１と抵抗５２から構成され、点灯スイッチ３がオンした後にコンデンサ５１が充電されることによって、ランプ２を電極間での絶縁破壊から速やかにアーク放電に移行させる。

インバータ回路６は、ランプ２を交流点灯させるもので、Ｈブリッジ回路６１とブリッジ駆動回路６２，６３から構成されている。Ｈブリッジ回路６１は、Ｈブリッジ状に配置された半導体スイッチング素子をなすＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｄからなる。ブリッジ駆動回路６２，６３は、後述するＨブリッジ制御回路４００からの信号によって、ＭＯＳトランジスタ６１ａ，６１ｄとＭＯＳトランジスタ６１ｂ，６１ｃを交互にオンオフ駆動する。この結果、ランプ２の放電電流の向きが交互に切り替わり、ランプ２の印加電圧（放電電圧）の極性が反転してランプ２が交流点灯する。始動回路７は、Ｈブリッジ回路６１の中点電位点とバッテリ１の負極端子との間に設置され、１次巻線７１ａと２次巻線７１ｂを有するトランス７１、ダイオード７２，７３、抵抗７４、コンデンサ７５およびサイリスタ７６から構成されており、ランプ２を点灯始動させる。すなわち、点灯スイッチ３がオンすると、コンデンサ７５が充電を開始し、この後、サイリスタ７６がオンすると、コンデンサ７５が放電を開始し、トランス７１を通じてランプ２に高電圧を印加する。その結果、ランプ２が電極間で絶縁破壊し点灯する。

上述したＭＯＳトランジスタ４２、ブリッジ駆動回路６２，６３、サイリスタ７６は、制御回路１０によって制御される。この制御回路１０には、ＤＣ−ＤＣコンバータ４とインバータ回路６の間のランプ電圧（すなわちインバータ回路６に印加される電圧）およびインバータ回路６からバッテリ１の負極側に流れるランプ電流ＩＬなどが入力されている。なお、ランプ電流ＩＬは電流検出用抵抗８により電圧として検出される。

図２に、制御回路１０のブロック構成を示す。制御回路１０は、ＭＯＳトランジスタ４２をＰＷＭ信号によってオンオフさせるＰＷＭ制御回路１００と、ランプ電圧を信号用ランプ電圧ＶＬに変換するランプ電圧検出回路２００と、ランプ電圧ＶＬとランプ電流ＩＬが入力されランプ電力を所望値に制御するランプパワー制御回路３００と、Ｈブリッジ回路６１を制御するＨブリッジ制御回路４００と、サイリスタ７６をオンさせてランプ２に高電圧を発生させる高電圧発生制御回路５００とから構成されている。

次に、上記構成の放電灯装置の点灯動作を説明する。

点灯スイッチ３がオンすると、図１に示す各部に電源が供給される。そして、ＰＷＭ制御回路１００は、ＭＯＳトランジスタ４２をＰＷＭ制御する。その結果、フライバックトランス４１の作動によって、バッテリ電圧ＶＢを昇圧した電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ４から出力される。また、Ｈブリッジ制御回路４００は、Ｈブリッジ回路６１におけるＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｄを対角線の関係で交互にオンオフさせる。このことにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ４から出力された高電圧が、Ｈブリッジ回路６１を介して始動回路７のコンデンサ７５に供給され、コンデンサ７５が充電される。

この後、高電圧発生制御回路５００は、Ｈブリッジ制御回路４００から出力されるＭＯＳトランジスタ６１ａ〜６１ｄの切り替えタイミングを知らせる信号に基づいて、サイリスタ７６にゲート駆動信号を出力し、サイリスタ７６をオンさせる。そして、サイリスタ７６がオンすると、コンデンサ７５が放電し、トランス７１を通じてランプ２に高電圧が印加される。その結果、ランプ２が電極間で絶縁破壊し、点灯始動する。

この後、Ｈブリッジ回路６１によりランプ２への放電電圧の極性（放電電流の向き）を交互に切り替えることで、ランプ２が交流点灯される。また、ランプパワー制御回路３００によって、ランプ電力が所望値となるように制御し、ランプ２の点灯を維持する。なお、ランプ電圧検出回路２００は、インバータ回路６に印加される電圧をランプ電圧として入力し、これを信号電圧となるランプ電圧ＶＬに変換する。

次に、ランプパワー制御回路３００について、その具体的構成を示す図３に基づいて説明する。

ランプパワー制御回路３００は、ランプ２の点灯状態を示す信号であるランプ電圧ＶＬやランプ電流ＩＬ等に応じた出力を発生する誤差増幅回路３０１の出力がＰＷＭ制御回路１００に入力されるようになっている。ＰＷＭ制御回路１００は、誤差増幅回路３０１の出力電圧が大きくなるほど、ＭＯＳトランジスタ４２をオンオフさせるデューティ比を大きくして、ランプ電力を増加させる。

点灯初期電圧記憶回路（点灯初期電圧記憶手段）３２０は、ランプ点灯開始直後のランプ電圧ＶＬを記憶し、記憶したランプ電圧ＶＬｓを出力する。

ΔＶＬ検出回路（ΔＶＬ検出手段）３５０は、ランプ電圧ＶＬから点灯初期電圧記憶回路３２０にて記憶したランプ電圧ＶＬｓを減算し、ランプ電圧の点灯初期電圧（ＶＬｓ）からの変化電圧値（ランプ電圧変化値）ΔＶＬを求め、ランプ電圧変化値ΔＶＬを出力する。

誤差増幅回路３０１の非反転入力端子には、基準電圧Ｖｒ１が入力され、反転入力端子には、ランプ電力を制御するためのパラメータとなる電圧Ｖ１が入力されており、誤差増幅回路３０１は、基準電圧Ｖｒ１と電圧Ｖ１の差に応じた電圧を出力する。この電圧Ｖ１は、ランプ電流ＩＬと、一定電流ｉ１と、第１電流設定回路３０２にて設定される電流ｉ２と、第２電流設定回路３０３にて設定される電流ｉ３と、第３電流設定回路３０４にて設定される電流ｉ４と、第４電流設定回路３０５にて設定される電流ｉ５に基づいて決定される。なお、電流ｉ１と電流ｉ２と電流ｉ３と電流ｉ４と電流ｉ５の和は、ランプ電流ＩＬより十分小さく設定される。

ここで、第１電流設定回路３０２は、図３に示すように、ランプ電圧ＶＬが高くなるほど電流ｉ２を大きく設定し、第２電流設定回路３０３は、図３に示すように、ランプ電圧ＶＬが第１の所定値以下では電流ｉ３を零、ＶＬが第２の所定値以上ではｉ３を一定値、ＶＬが第１の所定値以上かつ第２の所定値以下ではＶＬが高くなるほどｉ３を大きく設定し、第３電流設定回路３０４は、点灯初期のランプ電圧値に対するランプ電圧ＶＬの変化値つまりランプ電圧変化値ΔＶＬが第１の所定値以下では電流ｉ４を一定値、第２の所定値以下ではｉ４を一定値、第１の所定値以上かつ第２の所定値以下ではΔＶＬが大きくなるほどｉ４を大きく設定する。第４電流設定回路３０４は、図３に示すように、点灯後の経過時間Ｔが長くなるほど電流ｉ５を大きく設定し、点灯開始から数十秒経過後はｉ５を一定値に設定する。

そして、このランプパワー制御回路３００は、点灯後の経過時間Ｔ、ランプ電圧ＶＬ、ランプ電流ＩＬ、ランプ電圧変化値ΔＶＬなどに応じた電圧を出力してランプ電力を制御し、点灯初期にはランプ電力を大きな値（例えば９０Ｗ）として、ランプからの光束を早く立ち上げ（早く明るくし）、光束の立ち上がりとともにランプ電力を徐々に低下させてゆき、ランプ２が安定状態になるとランプ電力を所定値（例えば３５Ｗ）に制御する。

次に、点灯初期電圧記憶回路３２０とΔＶＬ検出回路３５０について、その具体的構成を示す図４に基づいて説明する。

点灯初期電圧記憶回路３２０は、演算増幅器３２１とスイッチ３２２とコンデンサ３２３とで構成されるサンプルホールド回路と、スイッチ３２２の開閉を制御するスイッチコントロール回路３２５と、上記サンプルホールド回路の出力電圧をインピーダンス変換するボルテージフォロワ回路を構成する演算増幅器３２４とで構成される。

ランプ電圧ＶＬは、演算増幅器３２１の非反転入力端子に入力され、スイッチ３２２がオン状態においてコンデンサ３２３はランプ電圧ＶＬと同じ電圧になるよう制御される。スイッチ３２２がオフすると、コンデンサ３２３の充電電圧は、オフ時点のコンデンサ３２３に充電されている電圧にホールド（記憶）され、その後スイッチ３２２がオンするまでその電圧を維持する。

スイッチコントロール回路３２５は、点灯開始したことを検出し、点灯開始時点から所定時間経過するまでスイッチ３２２をオン状態に保ち、所定時間経過後オフ状態に制御するスイッチ制御信号を生成する。

次に、タイマー回路である電流設定回路３０５について、その具体的構成を示す図５、図７及び作動を示す図６、図８に基づいて説明する。

（１）第１実施例（図５、図６）について
図５において、コンパレータ５０３は、端子５０１のランプ電圧変化値ΔＶＬと基準電圧源５０４の基準電圧ＶＲ１とを比較し、ΔＶＬがＶＲ１以上のときハイレベルの出力となる。端子５０２には、点灯開始から所定時間後にローレベルからハイレベルに反転する信号ＴＳが入力される。上記所定時間は点灯前の消灯時間に応じて設定されており、消灯時間が長い場合つまりコールドスタート時には長い時間に、短い場合つまりホットスタート時には短い時間に設定されている。

ＮＯＲゲート５０５は、コンパレータ５０３の出力と信号ＴＳとの論理をとり、トランジスタ５０６を駆動する。端子５１７には定電圧が印加される。オペアンプ５０９の非反転入力には電圧Ｖａが入力される。Ｖａは、トランジスタ５０６の遮断時には、上記定電圧を抵抗５０７と５０８で分圧した分圧電圧となり、一方、トランジスタ５０６の導通時には、トランジスタ５０６のコレクタ・エミッタ間の電圧降下が小さいためほぼ０Ｖとなる。オペアンプ５０９とダイオード５１０は、一方向性のバッファ回路を構成しており、ダイオード５１０のカソード側の電圧がＶａより低い場合にのみ、出力電圧をＶａと同じ電圧値となるよう制御する。

トランジスタ５０６が遮断状態のときは、上記のようにＶａは分圧電圧となり、この分圧電圧Ｖａがオペアンプ５０９及びダイオード５１０を介して抵抗５１２とコンデンサ５１３と抵抗５１４とで構成される時定数回路に印加され、コンデンサ５１３は抵抗５１２を介して充電される。コンデンサ５１３の充電電圧Ｖｃは、充電開始から、コンデンサ５１３の静電容量Ｃと抵抗５１２の抵抗値Ｒをパラメータとする時定数ＣＲによって決まる所定時間が経過したとき、Ｖａと同じ電圧値になる。

一方、トランジスタ５０６が導通状態のときは、上記のようにＶａはほぼ０Ｖとなり、コンデンサ５１３に充電されていた電荷は、抵抗５１２，５１４を介して放電される。

このように、トランジスタ５０６の導通、遮断に応じてコンデンサ５１３の充電、放電が行なわれ、コンデンサ５１３の充電はダイオード５１０及び抵抗５１２を介して行なわれ、一方、コンデンサ５１３の放電は抵抗５１２，５１４を介して行なわれる。

充電電圧ＶｃはＶ−Ｉ変換回路５１５に入力され、Ｖ−Ｉ変換回路５１５はＶｃをその電圧値に比例した電流値の電流ｉ５に変換し、ｉ５は端子５１６から出力される。なお、端子５１８は、タイマー回路３０５の電源供給端子である。

図６は、コールドスタート時及びホットスタート時の各部の波形を示す。

コールドスタート時に、タイミングｔ０で放電灯装置に電源が入ると、放電灯装置は作動を開始し、タイミングｔ１０で点灯が開始され、ランプ電圧ＶＬは瞬時に大幅に低下する。点灯開始後、ランプ電圧変化値ΔＶＬは時間の経過とともに徐々に増大してゆき、タイミングｔ１でΔＶＬが基準電圧ＶＲ１に達すると、コンパレータ５０３の出力はハイレベルに反転し、トランジスタ５０６は導通状態から遮断状態へとスイッチングし、分圧電圧Ｖａが時定数回路に印加され、コンデンサ５１３は充電を開始する。充電開始後、充電電圧Ｖｃは、上記時定数ＣＲに基づき徐々に増大してゆく。なお、充電開始後、タイミングｔ０から時間ＴＤ１が経過したタイミングｔ２で信号ＴＳがハイレベルに反転するが、トランジスタ５０６は依然として遮断状態を保ち、コンデンサ５１３の充電は継続される。そして、Ｖｃは、充電開始から上記時定数ＣＲにより決定される所定時間が経過したときＶａと同じ電圧値になり、以後、この電圧値を保つ。

このように、充電電圧Ｖｃは、ランプ電圧変化値ΔＶＬが基準電圧ＶＲ１つまり所定値まで増大したタイミングｔ１から、時定数ＣＲに基づいて徐々に増大し、この時定数ＣＲで定まる所定時間が経過したときからＶａと同じ電圧値になり一定値となる。そして、このＶｃに比例した電流ｉ５が端子５１６から出力され、ランプ印加電力は時間経過にともない徐々に低減してゆく。

その後、タイミングｔ３で電源が切られると、放電灯装置は消灯する。また、電源が切られると、コンデンサ５１３は抵抗５１２と５１４を介して放電を開始する。このコンデンサ５１３の放電は、コンデンサ５１３の静電容量Ｃと抵抗５１２と５１４の直列抵抗値Ｒ´とで定まる時定数ＣＲ´に基づいて行なわれる。

このコンデンサ５１３の放電が完了する前のタイミングｔ４で電源が入ると、コールドスタート時と同様、放電灯装置は点灯を開始する。

このホットスタート時には、点灯直後のランプ電圧ＶＬはコールドスタート時と比べて高く、ＶＬはその状態から時間経過とともに徐々に上昇し安定時の電圧に至る。すなわち、ＶＬの上昇がコールドスタート時と比べて緩やかとなり、ランプ電圧変化値ΔＶＬの上昇も緩やかとなる。そのため、点灯開始からΔＶＬが所定値ＶＲ１に達するタイミングｔ６までの時間は、コールドスタート時より長くなる。一方、信号ＴＳがハイレベルに反転するまでの時間は、Ｔｏｆｆ時間に応じて設定されており、コールドスタート時には長い時間ＴＤ１に設定され、ホットスタート時には短い時間ＴＤ２に設定されているため、ΔＶＬが所定値ＶＲ１に達する前のタイミングｔ５で信号ＴＳはハイレベルに反転するようになる。このため、タイミングｔ５でＮＯＲゲート５０５の出力はローレベルに反転し、トランジスタ５０６は導通状態から遮断状態へとスイッチングし、分圧電圧Ｖａが時定数回路に印加され、コンデンサ５１３は放電動作から充電動作へと切り替わる。充電開始後、充電電圧Ｖｃは、上記時定数ＣＲに基づき徐々に増大してゆく。そして、Ｖｃは、充電開始から上記時定数ＣＲにより決定される所定時間が経過したときＶａと同じ電圧値になり、以後、この電圧値を保つ。

このように、充電電圧Ｖｃは、信号ＴＳがハイレベルに反転したタイミングｔ５での電圧値から時定数ＣＲに基づいて徐々に増大し、この時定数ＣＲで定まる所定時間が経過したときからＶａと同じ電圧値になり一定値となる。そして、このＶｃに比例した電流ｉ５が端子５１６から出力され、ランプ印加電力は時間経過にともない徐々に低減してゆく。

さらに、タイミングｔ７で電源が切られて消灯した後、タイミングｔ８で電源が再び入り再点灯したホットスタート時には、Ｔｏｆｆ時間がさらに短くランプの電極温度が殆ど低下していない状態で再点灯するため、点灯直後のランプ電圧ＶＬは安定時の電圧値に近い電圧値となり、ランプ電圧変化値ΔＶＬは所定値ＶＲ１に達することにはならないが、信号ＴＳが再点灯直後のタイミングｔ９でハイレベルに反転することから、コンデンサ５１３は充電を開始する。コンデンサ５１３の充電電圧Ｖｃはタイミングｔ９のとき一定値に近い電圧値であるため、Ｖｃは短時間で一定値まで上昇する。

上述したようなタイマー回路３０５では、ホットスタート時に点灯開始から信号ＴＳがハイレベルに反転するまでの時間ＴＤ２を、点灯前の消灯時間Ｔｏｆｆの長さに応じた時間として設定しているが、コンデンサ５１３は消灯時間Ｔｏｆｆ内に放電動作を行なうことから、点灯開始時のコンデンサ５１３の充電電圧Ｖｃは、消灯時間Ｔｏｆｆに対応した電圧値となる。したがって、点灯開始時のＶｃが所定値以上の場合は、ランプ電圧変化値ΔＶＬの値にかかわらずコンデンサ５１３を充電させるよう構成してもよい。この場合、コールドスタート時はΔＶＬが所定値に達した時点でコンデンサ５１３は充電を開始し、消灯時間Ｔｏｆｆの短いホットスタート時は電源投入とほぼ同時にコンデンサ５１３は充電を開始するようになる。

（２）第２実施例（図７、図８）について
第２実施例は、信号ＴＳの代わりに、コンパレータ５２０により端子５１９に入力されてくるランプ電圧ＶＬと基準電圧源５２１の基準電圧ＶＲ２（所定値）とを比較し、ＶＬが所定値以上か否かの信号を用いる点が第１実施例と異なるだけで、他の構成は第１実施例と同様である。

したがって、コールドスタート時及びホットスタート時の各部の波形は図８に示すようになり、ホットスタート時には、ランプ電圧ＶＬが所定値ＶＲ２に達したタイミングｔ５でコンデンサ５１３は放電動作から充電動作へと切り替わる。

図９に各部の波形を示す。図９において、ＶＢは、装置に印加される電源の電圧、ＶＬは、ランプ電圧、ＩＬは、ランプ電流、ＳＷは、スイッチ３２２のオンオフ状態、ＶＬｓは、点灯初期電圧記憶回路３２０の出力電圧、ΔＶＬは、ΔＶＬ検出回路３５０の出力電圧を示す。

装置に電源（ＶＢ）が印加されると、装置は動作を開始する。タイミングＡは点灯開始したことを示しており、このタイミングＡから所定時間経過後のタイミングＢで、スイッチ３２２がオン状態からオフ状態に切り替わり、このタイミングＢで点灯初期電圧としてＶＬｓをホールド（記憶）する。

ΔＶＬ検出回路３５０は、演算増幅器３５１と抵抗３５２〜３５５で構成される減算回路である。ここで、Ｒ１＝Ｒ３、Ｒ２＝Ｒ４とすると、
ΔＶＬ＝（ＶＬ−ＶＬｓ）×Ｒ２／Ｒ１
となり、ランプ電圧の点灯初期電圧ＶＬｓからの変化電圧値ΔＶＬとなる。

点灯初期電圧ＶＬｓは、光束が最も低い（暗い）時のランプ電圧とすることが理想である。したがって、上記スイッチコントロール回路３２５で決まるスイッチ３２２をオフするまでの所定時間は、光束が最も低い時を狙って設定しており、点灯開始から６秒以内である。

図１０に、点灯初期電圧記憶回路３２０の他の実施形態を示す。図４の点灯初期電圧記憶回路３２０に対し、スイッチ３２２とスイッチコントロール回路３２５を廃止し、ダイオード３２６が追加され、コンデンサ３２３の接続を変えている。コンデンサ３２３は、基準電源であるＶｒ２に接続され、ダイオード３２６によりランプ電圧ＶＬの最低値をコンデンサ３２３でホールドする。ランプ電圧ＶＬは、点灯初期に最低電圧となり、この時光束が最も低い。このようにランプ電圧ＶＬの最低電圧をホールドすることによって点灯初期電圧を設定するようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る放電灯装置は、ランプ点灯開始直後のランプ電圧または相当信号電圧を記憶する記憶手段（点灯初期電圧記憶回路３２０）と、現在のランプ電圧または相当信号電圧から記憶手段で記憶した点灯開始直後のランプ電圧または相当信号電圧を減算しランプ電圧変化値（ΔＶＬ）を求めるΔＶＬ検出手段（ΔＶＬ検出回路３５０）とを備え、ΔＶＬ検出手段で求めたΔＶＬに基づいてランプ印加電力を制御するよう構成される。このため、ランプの個体差によるランプ電圧のバラツキを吸収でき、光束のオーバーシュート、アンダーシュートを抑制し、光束をスムーズに１００％に収束させることができる。

なお、ランプ点灯開始直後のランプ電圧または相当信号電圧を記憶する記憶手段は、ランプ電圧をアナログ値からデジタル値に変換し、マイクロコンピュータ等によるデジタル値で記憶してもよい。記憶した点灯直後のランプ電圧を減算しランプ電圧の変化電圧値（ΔＶＬ）を求めるΔＶＬ検出手段もマイクロコンピュータ等によるデジタル演算によって行ってもよい。

また、現在のランプ電圧又は相当信号電圧からランプ点灯開始直後のランプ電圧又は相当信号電圧を減算しランプ電圧変化値ΔＶＬを求め、このΔＶＬに基づいてランプ印加電力を制御するとともに、ΔＶＬが所定値以上に達した時点からの経過時間に応じてタイマー回路によりランプ印加電力を徐々に低減し安定時のランプ電力制御に移行するようにしたため、ランプの個体差によるランプ電圧のバラツキを吸収でき、光束のオーバーシュート、アンダーシュートを抑制し、光束をスムーズに１００％に収束させることができる。

また、ΔＶＬとは関係なく、点灯開始から所定時間後にタイマー回路によりランプ印加電力を徐々に低減し安定時のランプ印加電力制御に移行するようにしたため、ランプの再点灯時においてもランプの個体差によるランプ電圧のバラツキを吸収でき、光束のオーバーシュート、アンダーシュートを抑制し、光束をスムーズに１００％に収束させることができる。

また、ランプ点灯前の消灯時間に応じて設定される所定時間後にタイマー回路によりランプ印加電力を低減するようにしたため、ランプの電極温度に左右されることなく再点灯時の正確な電力制御ができるようになる。

また、現在のランプ電圧又は相当信号電圧からランプ点灯開始直後のランプ電圧又は相当信号電圧を減算しランプ電圧変化値ΔＶＬを求め、このΔＶＬに基づいてランプ印加電力を制御するとともに、ΔＶＬが所定値以上に達した時点、又は、ランプ電圧が所定値以上に達した時点のどちらか先に所定値以上に達した時点からの経過時間に応じてタイマー回路によりランプ印加電力を徐々に低減し安定時のランプ電力制御に移行するようにしたため、ランプの個体差によるランプ電圧のバラツキを吸収でき、光束のオーバーシュート、アンダーシュートを抑制し、光束をスムーズに１００％に収束させることができる。

本発明の一実施形態に係る放電灯装置を車両用前照灯に適用した場合の全体構成図である。 制御回路のブロック構成図である。 ランプパワー制御回路の具体的構成図である。 点灯初期電圧記憶回路とΔＶＬ検出回路の具体的構成図である。 タイマー回路である電流設定回路の第１実施例の具体的構成図である。 その作動説明図である。 タイマー回路である電流設定回路の第２実施例の具体的構成図である。 その作動説明図である。 図１における各部の波形図である。 点灯初期電圧記憶回路の他の実施形態を示す構成図である。 従来の制御方法を説明するためのランプ電圧とランプ電流の関係を規定する制御線図である。 本発明の背景を説明するための波形図である。

符号の説明

３２０ 記憶手段（点灯初期電圧記憶回路）
３５０ ΔＶＬ検出手段（ΔＶＬ検出回路）

Claims (8)

1. 水銀レスランプの点灯制御装置であって、
   前記水銀レスランプの点灯初期において光束が８０％〜１００％に達したかを判断し、ランプ印加電力を低減する制御を開始することを特徴とする放電灯装置。
2. 前記光束が８０％〜１００％に達したかは、
   現在のランプ電圧または相当信号電圧を検出する現在ランプ電圧検出手段と、
   ランプ点灯初期のランプ電圧または相当信号電圧を検出し、記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段で記憶したランプ電圧または相当信号電圧から前記現在のランプ電圧または相当信号電圧への変化値であるランプ電圧変化値（ΔＶＬ）を求めるΔＶＬ検出手段と、
   による前記ΔＶＬが第１の変化値ΔＶＬ１まで増大したことにより判断されることを特徴とする請求項１記載の放電灯装置。
3. 前記記憶手段によって記憶されるランプ電圧または相当信号電圧は、前記所定時間内における最低電圧値である請求項２記載の放電灯装置。
4. 前記ランプ印加電力を低減する制御は、点灯後の経過時間に応じてランプ印加電力を制御するとともに、前記ΔＶＬ検出手段で求めたΔＶＬが所定値以上に達した時点からの経過時間に応じてランプ印加電力を徐々に低減し安定時のランプ印加電力制御に移行するものであることを特徴とする請求項２、または請求項３に記載の放電灯装置。
5. 前記ΔＶＬが第１の変化値ΔＶＬまで増大した時点以降から前記ランプ印加電力を低減制御が開始されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の放電灯装置。
6. ランプ点灯前の消灯時間に応じて設定される所定時間後に、ΔＶＬに関わらずランプの印加電力を低減することを特徴とする請求項４または５記載の放電灯装置。
7. 前記ランプ印加電力を低減する制御は、前記ΔＶＬ検出手段で求めたΔＶＬに基づいてランプ印加電力を制御するとともに、前記ΔＶＬ検出手段で求めたΔＶＬが所定値以上に達した時点、又は、ランプ電圧ＶＬが所定値以上に達した時点のどちらか先に所定値以上に達した時点からの経過時間に応じてランプ印加電力を徐々に低減し安定時のランプ印加電力制御に移行することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の放電灯装置。
8. 前記ΔＶＬが第１の変化値ΔＶＬ１まで増大した時点以降から第２の変化値ΔＶＬ２に達するまでの間、前記ランプ印加電力を低減制御することを特徴とする請求項２記載の放電灯装置。

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