JP2009009719A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧放電灯を始動させた直後の電流を制限させることで高圧放電灯の過発光の防止ができるようにする。
【解決手段】電源回路１００、点灯回路２００、高圧放電灯ＬＰから放電灯点灯装置が構成される。点灯回路２００は、直流電源１２をコンバータ１１で昇圧させた後、インバータ１３で矩形波の交流電圧を発生させ高圧放電灯ＬＰを点灯させる。始動時は、イグナイタ１４から高いパルス電圧を生成させて高圧放電灯ＬＰの絶縁を破壊し電極間でアーク放電を生成させて、その後はインバータ１３からの継続的な電力供給により発光を持続させる。絶縁破壊のパルス電圧が発生した直後に１００μsecの時間だけ、スイッチＳ１をオフする制御信号ｃを制御部１５から供給し、電流制限用の抵抗Ｒ１を接続するようにする。これにより、始動時の大きいランプ電流に基づく高圧放電灯ＬＰの過発光を防止させることが可能となる。
【選択図】図２

Description

この発明は、車載用前照灯用等に用いられるメタルハライドランプ等の高圧放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に関する。

従来の放電灯点灯装置は、小型化や高効率化のために、高圧放電灯の始動時において、直流電圧を交流電圧に変換するインバータを介して４００Ｖの交流電圧を高圧放電灯に出力するとともに、直流電圧を８００Ｖの直流電圧に変成するコンバータと、８００Ｖの直流電圧が入力されたとき高圧パルスを発生させ、高圧放電灯に印加するようにしている。（例えば、特許文献１）
特開２０００−２８６０８０公報

上記した特許文献１の技術は、高圧放電灯の始動性を向上させるために、始動回路が高圧放電灯を始動させるまでの間は、高圧放電灯には直流電圧が加えられている。高圧放電灯の始動直後は、高圧放電灯のインピーダンスが小さくコンバータに使用される平滑コンデンサの放電による大きな電流が流れ、使用状態にある素子に負荷がかかるばかりか、大きな電流が流れて高圧放電灯が過発光する、という問題があった。

この発明の目的は、高圧放電灯を始動させた直後のランプ電流を制限させ、高圧放電灯の始動直後に発生する過発光を防止した放電灯点灯装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明の放電灯点灯装置は、直流電源の電圧を所望の電圧に変換させるコンバータと、前記コンバータで生成された直流電圧を、交流電圧に変換するインバータと、前記インバータに基づき生成された交流電圧を供給し、高圧放電灯の始動に必要なパルス電圧を発生するとともに、前記高圧放電灯の点灯に必要な電力を供給する始動回路と、前記インバータと前記始動回路間に設置し、前記高圧放電灯始動直後に一定時間電流を制限する電流制限手段とを具備したことを特徴とする。

この発明によれば、高圧放電灯を始動させたときに、高圧放電灯の絶縁破壊直後に流れる大きなランプ電流を制限させたことで、高圧放電灯始動直後における過発光を防止させることが可能となる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、この発明の放電灯点灯装置の一実施形態について説明するための概念的な構成図である。
図１の高圧放電灯点灯装置は、電源回路１００、点灯回路２００、高圧放電灯ＬＰから構成される。点灯回路２００は、コンバータ、制御部、インバータ、イグナイタ、インバータとイグナイタ間の電流を制限させる抵抗Ｒ１、それにこの抵抗Ｒ１を接続状態にしたり、非接続状態したり制御するスイッチＳ１から構成される。ＬＰはイグナイタから発生する高いパルス電圧により始動される高圧放電灯である。

次に、図１の概念的な放電灯点灯装置の構成図を、より具体的に示した図２の構成図について説明する。

図２において、点灯回路２００のコンバータ１１は、電源回路１００の電源１２の直流電圧を昇圧し出力する回路である。コンバータ１１は、昇圧用のバラストトランスＴ１、トランスＴ１の１次コイルＬ１に対して直列に接続されたスイッチング素子Ｑ１、およびトランスＴ１の２次コイルＬ２に接続された整流回路としてのダイオードＤ１、コンデンサＣ１を有する。

なお、このスイッチング素子Ｑ１は、Ｎチャンネル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てもよい。また、トランスＴ１の２次コイルＬ２側のダイオードＤ１、コンデンサＣ１による整流回路は、ダイオードブリッジ等の他の整流回路で構成としてもよい。

電源１２は、電源装置１００を構成し、バッテリ等といった１２Ｖまたは２４Ｖの程度の直流電圧を発生する装置である。Ｓ２は、点灯回路２００のコンバータ１１と電源１２との間に設けられた点灯用のスイッチである。

さらに、点灯回路２００のフルブリッジ回路で構成させるインバータ１３は、コンバータ１１により昇圧された直流電圧から矩形波の電圧を生成させる。インバータ１３では、２組のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３およびＱ４，Ｑ５のソース・ドレインが直列に接続され、２組の２つのスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３およびＱ４，Ｑ５が並列に接続されている。そして、スイッチング素子Ｑ４とＱ５の接続点は、イグナイタ１４の高電圧端子Ｔａに、スイッチング素子Ｑ２とＱ３の接続点は、電流制限用の抵抗Ｒ１を介してイグナイタ１４の低電圧供給端子Ｔｂにそれぞれ接続される。

なお、Ｑ２〜Ｑ５の各スイッチング素子は、Ｎ型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を使用しているが、バイポーラトランジスタを用いるようにしてもよい。スイッチング素子Ｑ２，Ｑ５には、同一のゲート信号が供給され、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４には同一のゲート信号であってスイッチング素子Ｑ２，Ｑ５のゲート信号とは逆相のゲート信号が供給される。

一端がトランスＴ１の２次コイルＬ２に接続された３次コイルＬ３の他端は、整流用のダイオードＤ２、コンデンサＣ４を介して接地する。ダイオードＤ２のカソードは、抵抗Ｒ２を介してイグナイタ１４の入力端子Ｔｃに接続する。３次コイルＬ３は、２次コイルＬ２を巻き足すことにより形成することができる。ダイオードＤ２、コンデンサＣ４による整流回路は、ダイオードＤ２を、複数のダイオードを用いたブリッジ構成としても構わない。

また、イグナイタ１４は、高圧放電灯ＬＰへ始動用のパルス電圧を発生させ供給する回路である。イグナイタ１４は、放電ギャップＧｄ、パルストランスＴ２、コンデンサＣ２，Ｃ３から構成される。入力端子Ｔｃは、放電ギャップＧｄを介してトランスＴ２の１次コイルｔｐ１を介して高電圧供給端子Ｔａに接続する。また、入力端子Ｔｃは、コンデンサＣ３を介して低電圧供給端子Ｔｂに接続する。低電圧供給端子Ｔｂは、高圧放電灯ＬＰの一端に接続するとともに、コンデンサＣ２を介して高電圧供給端子Ｔａに接続する。高圧放電灯ＬＰの他端はトランスＴ２の２次コイルｔｐ２を介して高電圧供給端子Ｔａに接続する。

制御部１５は、コンバータ１１のスイッチング素子Ｑ１のゲートへ制御信号を供給してコンバータ１１を駆動する回路である。また。制御部１５は制御信号をパルス幅変調（ＰＷＭ）してスイッチング素子Ｑ１のゲート信号を生成する。すなわち、制御部１５からの制御信号のレベルに応じて、スイッチング素子Ｑ１へのゲート信号のデューティ比を変化させ、コンバータ１１の２次側出力を調整する。

また、制御部１５は、インバータ１３、イグナイタ１４を介して高圧放電灯ＬＰに供給されるランプ電圧を電圧検出用の抵抗Ｒ３，Ｒ４で検出し、その結果を入力する回路である。制御部１５は、コンバータ１１とインバータ１３との間でランプ電圧を検出するため、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ５（Ｑ３，Ｑ４）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。

さらに、制御部１５は、始動時において、ウォームアップ制御時および定格電力点灯時のランプ電圧である定常電圧状態において、コンバータ１１、インバータ１３を制御する回路である。始動から消灯までインバータ１３のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５のためのゲート信号を供給する機能、コンバータ１１を駆動する制御信号を生成する機能などを有する。

インバータ１３は、例えば低周波の矩形波点灯方式で高圧放電灯ＬＰにランプ電流ＩＬを供給するとともに、ランプ電流ＩＬの向きを切り換えるランプ電流供給手段として機能する。

高圧放電灯ＬＰ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ＬＰは、高電圧が供給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させるものである。高圧放電灯ＬＰとしては、例えばメタルハライドランプが考えられる。

ここで、図２の動作について説明する。

まず、スイッチＳ２がオンされた直後の始動時について説明する。スイッチＳ２がオンされると、電源１１に基づき図示しない定電圧回路を介して定電圧化された直流電圧を制御部１５に供給するとともに、トランスＴ１の１次コイルＬ１に供給する。制御部１５では、コンバータ１１のスイッチング素子Ｑ１のゲートにゲート信号ａ（図３（ａ））を供給してオン／オフさせ、トランスＴ１の１次コイルＬ１側に流れる電流を制御し、２次コイルＬ２と３次コイルＬ３側で巻線比に応じた昇圧が実現する。

昇圧された２次コイルＬ２の交流電圧は、ダイオードＤ１とコンデンサＣ１を介して例えば４００Ｖの直流電圧を生成する。２次コイルＬ２に巻き足しにより、２次コイルＬ２に発生する交流電圧よりもさらに昇圧された３次コイルＬ３からの交流電圧は、ダイオードＤ２、コンデンサＣ４を介して例えば１ｋＶの直流電圧を生成する。

ダイオードＤ１とコンデンサＣ１の接続点からコンバータ１１の出力として出力された４００Ｖの直流電圧は、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４のドレインに供給される。また、ダイオードＤ２とコンデンサＣ４の接続点に生成された１ｋＶのイグナイタ電圧は、入力端子Ｔｃに供給する。入力端子Ｔｃに１ｋＶの直流電圧が供給されたイグナイタ１４では、８００Ｖの値で絶縁破壊させる放電ギャップＧｄの絶縁破壊が行われる。これにより、コンデンサＣ３から放電される電流は、放電ギャップＧｄを介してトランスＴ２の１次コイルｔｐ１に供給する。

トランスＴ２では巻線比に応じて例えば２０ｋＶのパルス電圧を２次コイルｔｐ２側に発生させる。この電圧に基づき高圧放電灯ＬＰにインバータ１３の出力４００Ｖが供給され、高圧放電灯ＬＰにランプ電流ＩＬが流れ、高圧放電灯ＬＰの定格ランプ電圧ＶＬが漸次上昇し、例えば４０Ｖの付近での定格点灯状態となる。

ここで、始動時における高圧放電灯ＬＰに印加されるランプ電流ＩＬおよびランプ電圧ＶＬの関係とそれにスイッチＳ１の動作の関係について図３〜図５を参照しながら説明する。

スイッチＳ２がオンされた始動直後は、図３（ａ）に示すように、始動性を向上させるために高圧放電灯ＬＰには、直流電圧が印加された状態でイグナイタ１４から始動用の２０ｋＶのパルス電圧が印加させ高圧放電灯ＬＰの絶縁破壊を行っている。絶縁破壊後の高圧放電灯ＬＰの電極間のインピーダンスは小さくなる。このため、高圧放電灯ＬＰに流れるランプ電流ＩＬは、図３の破線で示す（ｂ’）のようにパルス電圧発生後に、図４の破線で示す波形のような１０Ａ程度の大きな値となる。大きなランプ電流ＩＬは、高圧放電灯ＬＰを過発光させることになる。この発光量は、図５の破線で示すような８０００ルックスを超える照度となる。

このため、図３（ａ）に示すパルス電圧が発生した直後の例えば１００μsecの期間、スイッチＳ１をオフする制御信号（ｃ）を制御部１５から供給し、電流制限用の抵抗Ｒ１を接続するようにする。これにより、高圧放電灯ＬＰには図３（ｂ）や図４の実線で示す波形のように制限されたランプ電流ＩＬを高圧放電灯ＬＰに流すことができるようになる。

このため、高圧放電灯の始動時に発生していた大きなランプ電流を制限することで過発光の発生を防止することができる。このときの発光量は、図５の実線で示すような２０００ルックス程度とすることが可能となる。

この実施形態では、始動時に印加されるパルス電圧で高圧放電灯が絶縁破壊される直後に流れる大きなランプ電流を抑えることで始動直後の高圧放電灯の過発光を防止させることができる。

この発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、例えば、制御部１５をマイクロコンピュータプログラムの処理によって実現することが可能である。この場合のスイッチＳ１をオフするタイミングは、イグナイタ１４から発生されるパルス電圧の発生の状態をマイクロコンピュータである制御部が監視するようにしておき、パルス電圧が発生したと判断すればスイッチＳ１をオフする制御信号を出力するようにすればよい。スイッチＳ１をオフする動作も制御部に内蔵されたタイマーを用いることで制御信号発生時間を管理することができる。

さらに、始動時にイグナイタ１４の入力端子Ｔｃにバラスト用のトランスＴ１の３次コイルから高電圧を発生させるようにしているが、始動時にインバータ１３のブリッジ回路を駆動する周波数を高くして出力の交流電圧を通常点灯よりも上げるようにしても構わない。インバータ１３は、ハーフブリッジ回路で構成しても構わない。

この発明の放電灯点灯装置に関する一実施形態について説明するための概念図。 図１の具体的な回路構成図。 図２の動作について説明するための説明図。 図２のランプ電流について説明するための説明図。 図２の放電灯の照度について説明するための説明図。

符号の説明

１００ 電源回路
２００ 点灯回路
１１ コンバータ
１２ 電源１２
１３ インバータ
１４ イグナイタ
１５ 制御部
Ｓ１，Ｓ２ スイッチ
Ｒ１ 抵抗（電流制限用）
ＬＰ 高圧放電灯
ＩＬ ランプ電流
ＶＬ ランプ電圧

Claims (2)

1. 直流電源の電圧を所望の電圧に変換させるコンバータと、
   前記コンバータで生成された直流電圧を、交流電圧に変換するインバータと、
   前記インバータに基づき生成された交流電圧を供給し、高圧放電灯の始動に必要なパルス電圧を発生するとともに、前記高圧放電灯の点灯に必要な電力を供給する始動回路と、
   前記インバータと前記始動回路間に設置し、前記高圧放電灯始動直後に一定時間電流を制限する電流制限手段とを具備したことを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記電流制限手段は、インバータと始動回路間に介在させた抵抗と、該抵抗を短絡させるスイッチであることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。

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