JP2009129873A

JP2009129873A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP2009129873A
Application number: JP2007306775A
Authority: JP
Inventors: Akio Ishizuka; 明朗石塚
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2009-06-11

Abstract

【課題】通常点灯による検査時間の短縮化と通常使用時の誤動作防止を図ることのできる放電灯点灯装置を実現する。
【解決手段】電源部１１の直流電圧をコンバータ１３で昇圧させ、インバータ１９で交流電圧に変換して高圧放電灯２１の点灯に必要な電力を供給する。始動時に、コンバータ１３から出力される直流電圧に基づき高圧パルス電圧を高圧発生回路２０で生成し、高圧放電灯２１を始動させる。コンバータ１３の出力量およびインバータ１９の動作タイミングを制御回路２３で制御する。さらに、この制御回路２３では高圧放電灯２１が始動する前に始動可能入力電圧よりも高い電圧が印加され、この入力電圧が始動可能入力電圧に低下した場合には、高圧放電灯２１を定格ランプ電力で始動させる。これにより、通常点灯による検査時間を短縮して生産性の向上と通常使用時の誤動作の抑制することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両前照灯用の高圧放電灯を点灯検査する場合に好適な放電灯点灯装置に関する。

従来の高圧放電灯を点灯させる点灯装置では、始動時に定格ランプ電力よりも大きな電力を出力させ、始動からの点灯時間に基づいてランプ電力を減衰させ定格ランプ電力で点灯させる制御を行う必要から、生産現場で検査を行う場合には、１分程度の動作時間を経なければ定格電力の検査ができず生産効率上の問題があった。このため、ランプ電圧およびランプ電流検出回路に基づき、ランプ電圧が所定値以上で、かつランプ電流が所定値以上であると判断すると、制御回路では疑似抵抗が接続されている判断し、疑似抵抗検出信号を出力させている。時間計測回路ではその疑似抵抗検出信号により計測時間を短縮し、放電灯を点灯制御する制御回路を検査時の制御状態にしている。（例えば、特許文献１）
特開平１１−３０７２８３号公報

上記した特許文献１の技術は、前回の放電灯消灯時に、例えば非常に強い振動によりランプが立ち消えするような異常な状態で消えた場合、内包される薬品が発光容器内に飛散した状態となる可能性がある。この状態において放電灯を始動させると、短時間ではあるが、点灯初期に非常に高いランプ電圧となる。このような場合、ランプが冷えた状態にも拘わらず、時間計測回路が計測時間を短縮してしまい、ランプからの光量が著しく低下してしまう可能性があり、車両使用者は、危険な状態となる可能性がある。

この発明の目的は、検査時間の短縮化と検査の誤動作防止を図ることのできる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では、直流電圧を昇圧または降圧するコンバータと、前記コンバータから出力される直流電圧を交流電圧に変換して放電灯の点灯に必要なランプ電力を供給するインバータと、始動時に、前記コンバータから出力される直流電圧に基づき高圧パルス電圧を生成し、前記放電灯を始動させる高圧発生回路と、前記コンバータの出力量および前記インバータの動作タイミングを制御し、始動時には定格ランプ電力よりも大きな電力を出力させ、始動からの点灯時間に基づいてランプ電力を減衰させ定格ランプ電力で点灯させる制御を行う制御回路と、を具備し、前記制御回路は、始動前に始動可能入力電圧よりも高い電圧が印加され、該入力電圧が始動可能入力電圧に低下した場合には、前記放電灯を定格ランプ電力で始動させることを特徴する。

この発明によれば、通常点灯による検査時間を短縮して生産性の向上を図るとともに、誤検査の抑制を図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に関する一実施形態について説明するための回路構成図である。
図１において、電源部１１からの直流電圧は、スイッチ１２を介して平滑コンデンサＣ１に供給される。コンデンサＣ１の正極性端子と負極性端子との間に現れる直流電圧を降圧させるコンバータ１３およびＰＷＭ制御回路１４、それに直列接続の抵抗Ｒ１，Ｒ２から構成される入力電圧検出回路１５に供給される。抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点はＡ／Ｄ変換器１６の入力端に接続されており、抵抗Ｒ１，Ｒ２によって電源部１１からの入力電圧が分圧されてＡ／Ｄ変換器１６に供給されるようになっている。Ａ／Ｄ変換器１６は入力電圧をデジタル信号に変換して制御回路２３に供給する。

電圧発生部としてのコンバータ１３は正極性端子と負極性端子との間に、トランスＴの１次コイル、スイッチングトランジスタＱ１が直列接続されて構成される。トランスＴの２次コイルには、ダイオードＤ１およびコンデンサＣ２の直列回路が並列接続される。

ＰＷＭ制御回路１４は、後述する差動増幅回路２６によって制御されて、スイッチングトランジスタＱ１をオン，オフ制御する。スイッチングトランジスタＱ１がＰＷＭ制御回路１４から出力される制御信号に基づきＰＷＭ制御されることで、トランスＴの２次コイルに現れる直流電圧のレベルを制御することができる。トランスＴの２次コイルに現れる電圧は、ダイオードＤ１およびコンデンサＣ２によって平滑される。コンデンサＣ２の正極性端子と負極性端子との間に現れる電圧が、コンバータ１３の出力直流電圧を交流電力に変換するインバータ１９に供給される。

インバータ１９は、供給された直流電圧を例えば矩形波に変換するブリッジ回路を有する。すなわち、コンバータ１３の正極性出力端にはブリッジ回路を構成するトランジスタＱ２，Ｑ４のドレインが接続され、負極性出力端にはトランジスタＱ３，Ｑ５のソースが接続される。

トランジスタＱ２のソースとトランジスタＱ３のドレインとは共通に接続され、この接続点は高圧発生回路２０の一方の入力端に接続される。高圧発生回路２０の他方入力端は、トランジスタＱ４のソースとトランジスタＱ５のドレインとの共通接続点に接続される。高圧発生回路２０の出力端には高圧放電灯２１が接続される。トランジスタＱ２〜Ｑ５によって構成されるブリッジ回路および高圧発生回路２０によって、高圧放電灯２１に電力が供給される。

トランジスタＱ２〜Ｑ５は、制御回路２３から出力される駆動信号によってオン，オフ制御される。制御回路２３で発生された駆動信号は、アンプＢ１を介してトランジスタＱ３，Ｑ４のゲートに供給するとともに、反転アンプＢ２を介してトランジスタＱ２，Ｑ５のゲートに供給する。例えば、制御回路２１には、図示しない矩形低周波発振手段を有しており、矩形低周波の駆動信号を生成し出力することができる。アンプＢ１、反転アンプＢ２によって、トランジスタＱ２，Ｑ５のゲートとトランジスタＱ３，Ｑ４のゲートとには相互に反転した駆動信号が与えられる。

これにより、ブリッジ回路を構成するトランジスタＱ２，Ｑ５は同時にオン，オフ制御され、トランジスタＱ３，Ｑ４も同時にオン，オフ制御される。トランジスタＱ２，Ｑ５がオンのときは、トランジスタＱ３，Ｑ４はオフであり、トランジスタＱ２，Ｑ５がオフのときは、トランジスタＱ３，Ｑ４はオンである。

トランジスタＱ２，Ｑ５がオンの場合には、コンバータ１３の正極性出力端から、トランジスタＱ２、高圧発生回路２０、高圧放電灯２１、トランジスタＱ５を介して負極性出力端にランプ電流が流れる。逆に、トランジスタＱ３，Ｑ４がオンの場合には、コンバータ１３の正極性出力端から、トランジスタＱ４、高圧放電灯２１、高圧発生回路２０、トランジスタＱ３を介して負極性出力端にランプ電流が流れる。トランジスタＱ２，Ｑ５とトランジスタＱ３，Ｑ４とのオンオフを、制御回路２３からの矩形低周波の駆動信号によって切換え、高圧放電灯２１を矩形波電圧によって駆動させることができる。

なお、図２（ａ）に示す入力電圧が立ち上がる始動時には、高圧発生回路２０によって高圧パルスを発生させることで、図２（ｂ）に示す高い出力電力で高圧放電灯２１の点灯を可能にしている。また、コンバータ１３によって、供給電力を制御することで、図２（ｂ）の始動時間ｔ１を経過した以降は、高圧放電灯２１を安定して駆動させることができる。

図１における放電灯を定電力で通常点灯させる制御例について説明する。ここでは、電力制御のための主要演算にデジタル回路を、フィードバック系にはアナログ回路を用いた場合の例を挙げている。

コンバータ１３の定電力制御は、ランプ電圧およびランプ電流の検出結果をフィードバックさせることで行う。コンバータ１３の正極性出力端と負極性出力端との間には、出力電圧検出回路１７を構成する抵抗Ｒ３，Ｒ４が直列接続されている。抵抗Ｒ３，Ｒ４の接続点はＡ／Ｄ変換器２２の入力端に接続されており、抵抗Ｒ３，Ｒ４によってコンバータ１３の出力電圧が分圧されてＡ／Ｄ変換器２２に供給されるようになっている。Ａ／Ｄ変換器２２は入力電圧をデジタル信号に変換して制御回路２３に供給する。

制御回路２３はＡ／Ｄ変換器２２の出力、すなわち、ランプ電圧に応じたデジタル値を出力する。例えば、制御回路２３は、検出されたランプ電圧に対して、高圧放電灯２１を定電力制御するために必要な適正ランプ電流を算出する。制御回路２３は、算出した適正ランプ電流値をＤ／Ａ変換器２５を介して差動増幅回路２６の反転入力端子にアナログ電圧として送出する。

一方、コンバータ１３の負極性出力端には出力電流検出回路１８を構成する抵抗Ｒ５が接続されており、出力電流検出回路１８は、抵抗Ｒ５に流れるランプ電流に比例した電圧を差動増幅回路２６の非反転端子に送出する。

差動増幅回路２６は適正ランプ電流値に相当した電圧と、実際に流れているランプ電流に相当した出力電流検出回路１８の出力電圧とが差分増幅され、その出力電圧がＰＷＭ制御回路１４に送出される。これによって、適正ランプ電流よりも実際に流れているランプ電流が少ない場合にはＰＷＭのＤｕｔｙ比が増大し、逆にランプ電流が適正ランプ電流よりも多い場合には、Ｄｕｔｙ比が減少する。この結果、トランジスタＱ１のオン，オフを制御して、トランスＴの２次コイルに発生する電力量を制御するフィードバックループを形成する。

このフィードバックループによって、適正ランプ電流と検出ランプ電流との差が０となるように制御が行われる。すなわち、適正ランプ電流波形に応じて実際のランプ電流が制御されることになり、制御回路２３は、所望の定電力で高圧放電灯２１を点灯制御することができる。例えば、高圧放電灯２１の寿命末期において、ランプ電圧が上昇する場合でも、制御回路２３において検出したランプ電圧に応じた適正ランプ電流波形を生成することで、高圧放電灯２１を定電力制御することができる。

制御回路２３は、矩形の適正ランプ電流波形が極性反転する直前のタイミングにおいて、他の部分よりもレベルが高い突起状の波形部分を適正ランプ電流波形に発生させるようになっている。これにより、特開２００５−３４００６４公報に記載されているように、フリッカの発生を抑制することができる。

制御回路２３は、適正ランプ電流波形に突起状の波形の突起部分を重畳する突起状期間におけるレベルと、突起状期間以外の平坦状期間における波形の平坦部分のレベルとを、例えば、ランプの劣化度合いに応じて制御するようになっている。この場合には、制御回路２３は、ランプの劣化度合いが進行する程、例えばランプ寿命の末期になる程、適正ランプ電流波形の突起状期間のレベルを高くするとともに平坦状期間のレベルを低下させる。すなわち、突起部分のレベルと平坦部分のレベルとの比を、ランプ寿命の末期になるほど大きくする。また、制御回路２３は、適正ランプ電流波形によって囲まれた面積で表される電力が、ランプ寿命の全期間に渡って一定となるように、突起状期間のレベルと平坦状期間のレベルとを制御するようになっている。なお、突起状期間としては、例えば、適正ランプ電流波形の周期よりも十分に短い期間が設定される。

高圧放電灯２１の使用時間を求めるために、時計回路２４が設けられている。時計回路２４は高圧放電灯２１が点灯している時間を計測し、点灯時間の情報を制御回路２３に出力する。制御回路２３は、図示しないメモリを有しており、時計回路２４からの使用時間の情報を蓄積して、高圧放電灯２１の累積点灯時間を求める。そして、制御回路２３求めた累積点灯時間に応じて、突起状期間のレベルと平坦状期間のレベルとを制御する。例えば、制御回路２３は、累積点灯時間に応じて、突起状期間のレベルと平坦状期間のレベルとを連続的に変化させてもよく、また、累積点灯時間に応じて、突起状期間のレベルと平坦状期間のレベルとを段階的に変化させてもよい。

また、例えば、制御回路２３は、累積点灯時間が所定の閾値を超えた場合に、突起状期間のレベルを高くし、平坦状期間のレベルを低くするように制御してもよい。さらに、累積点灯時間が所定の閾値を超えた場合に、以後、累積点灯時間に応じて突起状期間および平坦状期間のレベルを制御するようにしてもよい。この場合でも、ランプ電流の実効値が一定となるように制御が行われているので、所定の点灯期間内で定電力制御が行われるだけでなく、ランプ寿命の全期間に渡って定電力制御が可能である。

次に、図１の検査時における通常点灯について図２、図３を用いて説明するが、図２（ｃ），（ｄ）は動作について説明するための説明図、図３は図２の制御について説明するためのフローチャートである。この例では、通常点灯時の出力電力は、始動時の出力電力を７５Ｗとし、通常点灯時の定格出力電力を３５Ｗとしている。

図２（ｃ）のＰの位置でスイッチ１２をオンさせると、電源部１１からの入力電圧が分圧されてＡ／Ｄ変換器１６に供給される。Ａ／Ｄ変換器１６は入力電圧をデジタル信号に変換して制御回路２３に供給し、入力電圧を測定する（Ｓ１）。

入力電圧が図２に示す始動可能範囲の下限以上かを判断し（Ｓ２）、下限以上であれば、始動可能範囲が上限以下かを判断する（Ｓ３）。入力電圧が始動範囲上限以下であれば、制御回路２３はＰＷＭ制御回路１４を制御し、定格電力以上の出力電力７５Ｗを出力する（Ｓ４）。制御回路２３は放電灯２１の点灯時間に応じて電力を低減させ（Ｓ５）、定格電力である３５Ｗで点灯させる（Ｓ６）。

ステップＳ３において、入力電圧が始動範囲上限以下ではない場合は、再度入力電圧を測定する（Ｓ７）。測定した結果、制御回路２３は入力電圧が所定値以上かを判断し（Ｓ８）、次いで再度入力電圧を測定する（Ｓ９）。入力電圧が始動範囲上限以下かを判断し（Ｓ１０）し、上限以下であれば、定格電力の３５Ｗで点灯させる（Ｓ６）。

図２（ｂ），（ｄ）に示すように、ステップＳ１〜Ｓ６までの処理に必要な始動時間ｔ２は、７５Ｗから３５Ｗに徐々に低減させる時間を必要としない分だけ、ｔ１の時間を短くできる。

従って、通常使用の放電灯を点灯させる場合の時間ｔ１と検査のために放電灯を通常点灯させる場合の時間ｔ２の関係を、ｔ１＞ｔ２にできることから、通常点灯の検査時に必要な時間の短縮化が可能となり、量産性の向上を図ることができる。

図４、図５は、この発明の放電灯点灯装置に関する他の実施形態について説明するためのもので、図４は検査時における通常点灯動作について説明するための説明図、図５は図４の制御について説明するためのフローチャートである。この例でも、通常点灯時の出力電力は、始動時の出力電力を７５Ｗとし、通常点灯時の定格出力電力を３５Ｗとして説明する。

この実施形態は、検査時に入力電圧に予め所定パターンを持たせておき、入力電圧検出回路１５を所定の電圧パターンを検出し、この結果を制御回路２３に供給し、所定パターンに基づいた制御を行うものである。

先ず、図４（ａ）のＰの位置でスイッチ１２をオンさせると、電源部１１からの入力電圧が分圧されてＡ／Ｄ変換器１６に供給される。Ａ／Ｄ変換器１６は入力電圧をデジタル信号に変換して制御回路２３に供給し、入力電圧を測定する（Ｓ１）。

入力電圧が始動可能範囲内かを判断し（Ｓ２）、範囲内であれば、点灯装置の初期化を開始する（Ｓ３）とともに、入力電圧の測定を行い（Ｓ４）。制御回路２３では、入力電圧が点灯可能範囲かを判断し（Ｓ５）、点灯可能範囲であれば、点灯装置の初期化を終了させる（Ｓ６）。制御回路２３はＰＷＭ制御回路１４を制御し、定格電圧３５Ｗ以上の電力を出力する（Ｓ７）。制御回路２３は放電灯２１の点灯時間に応じて電力を低減させ（Ｓ８）、定格電力である３５Ｗで点灯させる（Ｓ９）。

ステップＳ５において、入力電圧が点灯可能範囲ではない場合は、再度入力電圧を測定する（Ｓ１０）。制御回路２３では、時間変化に基づいた入力電圧をメモリに記録する（Ｓ１１）。この記録された入力電圧パターンが、予め記録された所定パターンどおりに変化しているかを判断する（Ｓ１２）。ステップＳ１２において、所定パターンどおりでなければステップＳ６に移行して処理を行い、所定パターンどおりであれば、所定時間経過したかを判断し（Ｓ１３）、ステップＳ９に移行する。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、ステップＳ１〜Ｓ６までの処理に必要な始動時間ｔ３は、予め制御回路２３のメモリに記録された所定パターンと入力電圧検出回路１５で検出された電圧パターンとが一致するか否かを判断する時間しか必要とないために、図２（ｂ）に示すｔ１の時間よりも短くすることができる。

入力電圧を検出し、点灯可能範囲であると判断した場合は、通常どおりに放電灯を点灯させる。ところで、例えばＤＣ／ＤＣコンバータのソフトスタートに要する時間等の初期化時間内に特定の電源電圧変動パターンを検出した場合、一時待機状態とし、待機中も入力電圧の検出を続行して、電源電圧の変動パターンが所定のものであることを検証する。所定パターンであると判断された場合、制御回路では放電灯または負荷の状態や前回の点灯終了時点からの時間などにかかわらず、定格ランプ電力での動作を行うように制御するようにした。

所定の電源電圧変動パターンには、点灯維持可能な電圧範囲以外の電圧を含ませることで、より誤動作することが少なくすることができる。ここでの誤動作とは、負荷として正規の高圧放電灯が接続されているにも拘わらず、検査モードすなわち定格ランプ電力での始動モードになることである。

なお、この発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、制御回路はマイコンとした場合の処理動作について説明したが、特にマイコンに限定するものではなく、ＡＳＩＣ等のロジック回路やアナログ回路で構成しても同様の処理を実現することが可能である。

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回路構成図。図１の検査時における通常点灯の動作について説明するための説明図。図２（ｃ），（ｄ）の制御について説明するためのフローチャート。この発明の放電灯点灯装置に関する他の実施形態について説明するための説明図。図４の制御について説明するためのフローチャート。

符号の説明

１１電源部
１３コンバータ
１４ＰＷＭ制御回路
１５入力電圧検出回路
１６Ａ／Ｄ変換器
１７出力電圧検出回路
１８出力電流検出回路
１９インバータ
２０高圧発生回路
２１高圧放電灯
２３制御回路

Claims

直流電圧を昇圧または降圧するコンバータと、
前記コンバータから出力される直流電圧を交流電圧に変換して放電灯の点灯に必要なランプ電力を供給するインバータと、
始動時に、前記コンバータから出力される直流電圧に基づき高圧パルス電圧を生成し、前記放電灯を始動させる高圧発生回路と、
前記コンバータの出力量および前記インバータの動作タイミングを制御し、始動時には定格ランプ電力よりも大きな電力を出力させ、始動からの点灯時間に基づいてランプ電力を減衰させ定格ランプ電力で点灯させる制御を行う制御回路と、を具備し、
前記制御回路は、始動前に始動可能入力電圧よりも高い電圧が印加され、該入力電圧が始動可能入力電圧に低下した場合には、前記放電灯を定格ランプ電力で始動させることを特徴する放電灯点灯装置。
前記制御回路は、始動前または始動後に所定のパターンの入力電圧変動を検出した場合には、該放電灯を定格ランプ電力で始動させることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
前記制御回路は、始動前または始動後に所定のパターンの入力電圧変動を検出し、通常の前記放電灯が接続された場合の電圧よりも負荷電圧が高い場合には、前記放電灯を定格ランプ電力で始動させることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。