JP2012040967A - 放電灯点灯回路 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用灯具の状態の切替に対応した電力制御を実現する
【解決手段】放電灯点灯回路１００は、配光変更手段によってハイビーム状態とハイビーム状態とは配光パターンが異なるロービーム状態とを切替可能な前照灯ユニットの光源として使用される放電灯２２６に電力を供給する。放電灯点灯回路１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ、点灯制御回路１０、スタータ回路２０、インバータ回路３０、を含む。点灯制御回路１０は、前照灯ユニットにおけるロービーム状態からハイビーム状態への切替に合わせて放電灯２２６に供給する電力を増やす制御を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は放電灯点灯回路に関する。

一般に、車両の前照灯などの車両用灯具から照射される光が車両前方に形成する配光パターンには、走行ビーム（ハイビームとも称される）用の配光パターンとすれ違いビーム（ロービームとも称される）用の配光パターンとがある。前照灯には、この両配光パターンを同じ光源を使用して実現する、いわゆる２灯式と呼ばれるタイプの前照灯がある。

ここで使用される光源としては、近年、フィラメントを有するハロゲンランプに代えて、メタルハライドランプなどの放電灯が使用されている。放電灯は、ハロゲンランプに比べて発光効率、長寿命が得られる反面、駆動電圧として数十〜数百Ｖが必要であるため、１２Ｖもしくは２４Ｖの車載バッテリでは直接駆動することができず、放電灯点灯回路（バラストとも称される）が必要となる。

一方、前照灯の低コスト化を目指して光源である放電灯の低電力化が進められている。現在市場に流通している車両用の放電灯は、定常時投入電力がおよそ３５Ｗ（ワット）のものが多いが、現在入手可能な最新の低電力の放電灯の定常時投入電力は３０Ｗ以下、特に２５Ｗ程度となっている。

特許文献１には、同一定格の走行ビーム照射用放電灯及びすれ違いビーム照射用放電灯の点灯制御を行う点灯回路を備えた車輌用放電灯装置が開示されている。

特開２００１−０８０４１１号公報

２灯式の前照灯においてハイビームとロービームとを切り替える場合、例えば前照灯内部の遮光状態を機械的に変更する。一般的には、ロービームとする場合、放電灯からの光をハイビームの場合よりも多く遮光する。ここで、上記低電力の放電灯が光源として使用された場合、低電力であるが故にその放電灯から照射される光の光束も低くなる。

低電力の放電灯を使用してもハイビームに必要な光束の光を得るために、光束の低下に合わせてハイビームにおける遮光量を減らすか遮光しないこととすることが考えられる。しかしながらこのような対策にも限度があり、現状ではより低電力の放電灯を使用しにくい状況にある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両用灯具の状態の切替に対応した電力制御を実現する放電灯点灯回路の提供にある。

本発明のある態様は、放電灯点灯回路に関する。この放電灯点灯回路は、配光変更手段によって第１状態と第１状態とは配光パターンが異なる第２状態とを切替可能な車両用灯具の光源として使用される放電灯に電力を供給する放電灯点灯回路であって、車両用灯具における第１状態から第２状態への切替に合わせて放電灯に供給する電力を変える。

この態様によると、車両用灯具における状態切替に応じた供給電力の制御が可能となる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を装置、方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、車両用灯具の状態の切替に対応した電力制御を実現できる。

実施の形態に係る放電灯点灯回路を備える前照灯ユニットの内部構造を示す概略断面図である。 実施の形態に係る放電灯点灯回路およびそれに接続される部材の構成を示す回路図である。 図２の点灯制御回路の構成を示す回路図である。 放電灯の光束および放電灯に供給されるランプ電力の例示的な時間変化を示すグラフである。 図２の放電灯点灯回路を使用して実測された、光束の立ち上がり波形を示す波形図である。 変形例に係る調整回路の構成を示す回路図である。 変形例に係る調整回路を含む放電灯点灯回路を使用して実測された、光束の立ち上がり波形を示す波形図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、信号には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面において説明上重要ではない部材の一部は省略して表示する。

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂとの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図１は、本実施の形態に係る放電灯点灯回路１００を備える前照灯ユニット２１０の内部構造を示す概略断面図である。前照灯ユニット２１０は、車両に搭載される車両用灯具である。図１は、灯具の光軸Ｘを含む鉛直平面によって切断された前照灯ユニット２１０を灯具左側から見た断面を示している。前照灯ユニット２１０は、ハイビーム状態とロービーム状態とを同じ光源を使用して実現する２灯式の前照灯の一方である。

前照灯ユニット２１０は、車両前方方向に開口部を有するランプボディ２１２とこのランプボディ２１２の開口部を覆う透明カバー２１４とで形成される灯室２１６を有する。灯室２１６には、光を車両前方方向に照射する灯具ユニット２１８が収納されている。

灯具ユニット２１８は、回転シェード２２２を含むシェード機構２２４、光源としての放電灯２２６、リフレクタ２２８を内壁に支持する灯具ハウジング２３０、投影レンズ２３２で構成される。放電灯２２６は、現在自動車用放電灯として広く普及している、水銀フリーで安定時投入電力が３５Ｗの高輝度放電灯（ＨＩＤランプ）であってもよい。あるいはまた、放電灯２２６は、上記高輝度放電灯よりも安定時投入電力が低いセラミック放電灯などの低電力放電灯であってもよい。例えば、放電灯２２６は、安定時投入電力が２５Ｗのセラミック放電灯であってもよい。

リフレクタ２２８は放電灯２２６から放射される光を反射する。そして、放電灯２２６からの光およびリフレクタ２２８で反射した光は、その一部がシェード機構２２４を構成する回転シェード２２２を経て投影レンズ２３２へと導かれる。

回転シェード２２２は、回転軸２２２ａを中心にシェード回転モータにより回転される円筒形状の部材である。また、回転シェード２２２は軸方向に一部が切り欠かれた切欠部２３４を有し、当該切欠部２３４以外の外周面上に板状のシェードプレートを複数保持している。回転シェード２２２は、その回転角度に応じて投影レンズ２３２の後方焦点を含む後方焦点面の位置に切欠部２３４または、シェードプレートのいずれか１つを移動させることができる。そして、回転シェード２２２の回転角度に対応して光軸Ｘ上に位置するシェードプレートの稜線部の形状に従う配光パターンが形成される。例えば、回転シェード２２２のシェードプレートのいずれか１つを光軸Ｘ上に移動させて放電灯２２６から照射された光の一部を遮光することで、ロービーム用配光パターンまたは一部にロービーム用配光パターンの特徴を含む配光パターンを形成する。また、光軸Ｘ上に切欠部２３４を移動させて放電灯２２６から照射された光を非遮光とすることでハイビーム用配光パターンを形成する。

回転シェード２２２は、例えばモータ駆動により回転可能であり、モータの回転量を制御することで、所望の配光パターンを形成するためのシェードプレートまたは切欠部２３４を光軸Ｘ上に移動させる。

図１に戻る。
投影レンズ２３２は光軸Ｘ上に配置され、放電灯２２６は投影レンズ２３２の後方焦点面よりも後方側に配置される。投影レンズ２３２は、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズからなり、後方焦点面上に形成される光源像を反転像として灯具ユニット２１８前方の仮想鉛直スクリーン上に投影する。

灯室２１６の内壁面、例えば、灯具ユニット２１８の下方位置には、灯具ユニット２１８の点消灯制御や配光パターンの形成制御を実行する灯具制御部２２０が配置されている。灯具制御部２２０は、実施の形態に係る放電灯点灯回路１００（後述）と、配光状態切替回路（不図示）と、を含む。

配光状態切替回路は、外部からのＨｉ／Ｌｏ切替信号に応じて、前照灯ユニット２１０の状態をハイビーム状態とロービーム状態との間で切り替える。前照灯ユニット２１０のハイビーム状態では、前照灯ユニット２１０から照射された光はハイビーム用配光パターンを形成する。前照灯ユニット２１０のロービーム状態では、前照灯ユニット２１０から照射された光はロービーム用配光パターンを形成する。

より具体的には、配光状態切替回路は、Ｈｉ／Ｌｏ切替信号がアサートされている（ハイレベルである）場合、ハイビーム用配光パターンが形成されるように、シェード機構２２４のモータを制御する。配光状態切替回路は、Ｈｉ／Ｌｏ切替信号がネゲートされている（ローレベルである）場合、ロービーム用配光パターンが形成されるように、シェード機構２２４のモータを制御する。

なお、本実施の形態ではハイビーム状態とロービーム状態とを前照灯ユニット２１０内部の機械的な動作によって切り替えているが、他の配光変更手段によってハイビーム状態とロービーム状態とを切り替えてもよい。例えば、電気信号を加えると屈折率が変化するレンズを使用して状態を切り替えてもよいし、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを使用して状態を切り替えてもよい。

図２は、実施の形態に係る放電灯点灯回路１００およびそれに接続される部材の構成を示す回路図である。放電灯点灯回路１００は、前照灯ユニット２１０の光源として使用される放電灯２２６に電力を供給する。放電灯点灯回路１００は、車載バッテリ（以下、単にバッテリと称する）６、電源スイッチ８と接続される。

バッテリ６は、１２Ｖ（もしくは２４Ｖ）の直流のバッテリ電圧（電源電圧）Ｖｂａｔを発生する。電源スイッチ８は放電灯２２６の点灯のオン、オフを制御するために設けられたリレースイッチであり、バッテリ６と直列に設けられる。電源スイッチ８がオンとなると、バッテリ６からバッテリ電圧Ｖｂａｔが放電灯点灯回路１００に供給される。

放電灯点灯回路１００は、平滑化されたバッテリ電圧Ｖｂａｔを昇圧し、交流変換して放電灯２２６へと供給する。放電灯点灯回路１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ、点灯制御回路１０、スタータ回路２０、インバータ回路３０、入力キャパシタＣｉｎ、電流検出抵抗Ｒｄ、を備える。

入力キャパシタＣｉｎは、バッテリ６と並列に設けられ、バッテリ電圧Ｖｂａｔを平滑化する。より具体的には、入力キャパシタＣｉｎは入力トランス１４の近傍に設けられており、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶのスイッチング動作に対する電圧平滑化の機能を果たす。

ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶは、バッテリ電圧Ｖｂａｔを昇圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶは、絶縁型のスイッチングレギュレータであり、入力トランス１４、出力ダイオードＤ１、出力キャパシタＣｏ、第１スイッチング素子Ｍ１、を含む。

入力トランス１４の１次巻き線Ｌ１と第１スイッチング素子Ｍ１とは、入力キャパシタＣｉｎと並列に、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶの入力端子Ｐｉｎと接地端子（ＧＮＤ）間に直列に設けられている。たとえば第１スイッチング素子Ｍ１はＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）で構成される。入力トランス１４の２次巻き線Ｌ２の一端は接地されており、その他端は出力ダイオードＤ１のアノードと接続される。出力キャパシタＣｏは出力ダイオードＤ１のカソードと接地端子間に設けられる。

第１スイッチング素子Ｍ１の制御端子（ゲート）は点灯制御回路１０の第１端子Ｐ１に接続される。第１スイッチング素子Ｍ１の制御端子には、駆動周波数ｆ１の制御パルス信号Ｓ１が印加される。たとえば定常点灯状態において駆動周波数ｆ１は４００ｋＨｚである。第１スイッチング素子Ｍ１は、制御パルス信号Ｓ１がハイレベルのときオン、ローレベルのときオフする。

インバータ回路３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶによって昇圧された直流の出力電圧Ｖｏを点灯周波数ｆ２の交流電圧に変換して放電灯２２６に供給する。インバータ回路３０としては、例えばＨブリッジ回路などの公知のインバータ回路が使用される。
点灯周波数ｆ２は駆動周波数ｆ１よりも低く設定される。点灯周波数ｆ２は１０ｋＨｚ以下、さらには２５０Ｈｚ〜７５０Ｈｚ程度に設定されることが好ましく、本実施の形態では３１２．５Ｈｚに設定される。点灯周波数ｆ２の逆数を点灯周期Ｔ２（＝１／ｆ２＝３．２ｍｓ）と称す。

電流検出抵抗Ｒｄは、放電灯２２６に流れるランプ電流ＩＬの経路上に設けられる。図２の回路では電流検出抵抗Ｒｄは、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶとインバータ回路３０とを接続する接地配線上に設けられる。電流検出抵抗Ｒｄにはランプ電流ＩＬに比例した電圧降下Ｖｄが発生する。

スタータ回路２０は、放電灯２２６をブレークダウンさせるために設けられる。スタータ回路２０は、スタータトランス２２およびパルス発生回路２８を含む。パルス発生回路２８は、スタータトランス２２の１次巻き線２４に対して、振幅が４００Ｖ〜１ｋＶのパルス電圧を印加する。その結果、２次巻き線２６側には、スタータトランス２２の巻線比に応じた高電圧パルス（たとえば２０ｋＶ）が発生し、放電灯２２６に印加される。その結果、放電灯２２６がブレークダウンし、放電が開始する。

点灯制御回路１０は、放電灯点灯回路１００を制御する機能ＩＣ（Integrated Circuit）を含む。
点灯制御回路１０は、出力電圧Ｖｏやランプ電流ＩＬを監視し、放電灯２２６に供給される電力が所望の目標電力に近づくように制御パルス信号Ｓ１のデューティ比を制御する。点灯制御回路１０には外部からＨｉ／Ｌｏ切替信号Ｓ２が供給される。点灯制御回路１０は、前照灯ユニット２１０におけるロービーム状態からハイビーム状態への切替に合わせて放電灯２２６に供給する電力を大きくする制御を行う。すなわち、点灯制御回路１０は、Ｈｉ／Ｌｏ切替信号Ｓ２に立ち上がりエッジを検出すると、制御パルス信号Ｓ１のデューティ比を調整してＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶの出力電圧Ｖｏを増やす。

また点灯制御回路１０は、ハイビーム状態において放電灯２２６に供給される電力の設計上の最大値と、ロービーム状態において放電灯２２６に供給される電力の設計上の最大値とが等しくなるように構成される。放電灯２２６に供給される電力の設計上の最大値は、放電灯２２６に供給される電力の基準値である。別の例では、この基準値として電力の平均値や極大値が使用されてもよく、または放電灯２２６に供給される電力を示すランプ電圧やランプ電流の基準値が使用されてもよい。

また、電源投入から定常点灯までの間で放電灯２２６に供給される電力が最も大きくなる期間は、放電灯２２６の点灯直後の期間、すなわち放電灯点灯回路１００が放電灯２２６に電力を供給し始めてからの所定の過渡期間である。点灯制御回路１０はハイビーム状態とロービーム状態とで電力の設計上の最大値が等しくなるよう構成されているので、上記過渡期間において前照灯ユニット２１０の状態の切替があっても放電灯２２６に供給される電力は実質的に変わらない。

図３は、点灯制御回路１０の構成を示す回路図である。点灯制御回路１０は図３に示される部材以外にも放電灯点灯回路１００を機能させるための他の部材を含むが、説明を明瞭とするため、それらの部材は図３では省略される。
点灯制御回路１０は、状態検出回路１０２、計時回路１０４、調整回路１０６、基準電圧源１０８、誤差増幅器１１０、鋸波生成回路１１２、ＰＷＭコンパレータ１１４、タイマキャパシタ１１６、第１端子Ｐ１、Ｈｉ／Ｌｏ切替信号Ｓ２が入力される第２端子Ｐ２、出力電圧Ｖｏが印加される第３端子Ｐ３、電流検出抵抗Ｒｄの一端の電圧が印加される第４端子Ｐ４、電流検出抵抗Ｒｄの他端の電圧が印加される第５端子Ｐ５、を含む。

状態検出回路１０２は、放電灯２２６の電気的状態を検出する。状態検出回路１０２は第３端子Ｐ３と接続され、出力電圧Ｖｏを監視する。状態検出回路１０２は第４端子Ｐ４および第５端子Ｐ５と接続され、電流検出抵抗Ｒｄに生じる電圧降下Ｖｄを計測しランプ電流ＩＬを演算する。状態検出回路１０２は、調整回路１０６を介して、誤差増幅器１１０の反転入力端子に放電灯２２６に供給されている電力に応じた電圧を有する電力信号Ｓ３を入力する。

誤差増幅器１１０は、電力信号Ｓ３の電圧と基準電圧源１０８によって生成される基準電圧Ｖｒｅｆとの誤差を増幅し、増幅された誤差に応じた電圧を有する誤差信号Ｓ４を生成する。基準電圧Ｖｒｅｆの値は所望の目標電力を基に設定される。誤差増幅器１１０は、誤差信号Ｓ４をＰＷＭコンパレータ１１４の非反転入力端子に入力する。
鋸波生成回路１１２は、駆動周波数ｆ１の三角波状あるいはのこぎり波状の周期電圧を有する周期信号Ｓ５を生成し、ＰＷＭコンパレータ１１４の反転入力端子に入力する。
ＰＷＭコンパレータ１１４は、誤差信号Ｓ４の電圧を周期信号Ｓ５の電圧と比較することにより制御パルス信号Ｓ１を生成する。ＰＷＭコンパレータ１１４は、制御パルス信号Ｓ１を第１端子Ｐ１に供給する。

計時回路１０４は第３端子Ｐ３と接続され、出力電圧Ｖｏもしくはそれに応じた電圧をタイマキャパシタ１１６の一端に印加する。タイマキャパシタ１１６の他端は接地される。

電源スイッチ８がオンされて放電灯点灯回路１００に電源が投入されると、それまで実質的にゼロであった出力電圧Ｖｏが上昇する。するとタイマキャパシタ１１６は、計時回路１０４を通じて、所定の充電電圧に達するまで充電されてゆく。タイマキャパシタ１１６が満充電された状態で電源スイッチ８がオフされると、出力電圧Ｖｏはすぐに下降し実質的にゼロとなる。計時回路１０４はタイマキャパシタ１１６の放電の時定数を決定する抵抗を有しており、タイマキャパシタ１１６はその時定数にしたがって放電される。ここで放電の時定数は予め定められており、そのように定められた時定数を実現するように計時回路１０４の抵抗の抵抗値が決定される。したがって、電源スイッチ８をオフして放電灯２２６への電力の供給を止めた後のタイマキャパシタ１１６の一端の電圧（両端電圧）から、放電灯２２６への電力の供給を止めてから経過した経過時間を計測することができる。
計時回路１０４は、例えば放電灯２２６のホット／コールドの判別のために、タイマキャパシタ１１６の一端の電圧に応じた信号またはその電圧から導出される経過時間に応じた信号を生成する。

特に計時回路１０４は、タイマキャパシタ１１６の一端の電圧に応じた電圧を有するＴＣ信号Ｓ６を生成し、調整回路１０６に供給する。なお、調整回路１０６は、放電灯２２６への電力の供給を止めてから経過した経過時間による調整を行うためにＴＣ信号Ｓ６を使用するのではなく、放電灯点灯回路１００に電源を投入してからのＴＣ信号Ｓ６の変化を利用する。すなわち、調整回路１０６は、過渡期間において放電灯２２６に供給する電力を増やすためにＴＣ信号Ｓ６を使用する。

状態検出回路１０２は、所定の制御線設計にしたがい、ランプ電流信号Ｓ７と第１ランプ電圧信号Ｓ８と第２ランプ電圧信号Ｓ９とを生成し、調整回路１０６に入力する。ランプ電流信号Ｓ７は、ランプ電流ＩＬに応じた電圧、例えばランプ電流ＩＬに比例した電圧を有する信号である。第１ランプ電圧信号Ｓ８および第２ランプ電圧信号Ｓ９は共に放電灯２２６の両端電圧であるランプ電圧に応じた電圧を有する信号であり、第１ランプ電圧信号Ｓ８と第２ランプ電圧信号Ｓ９とではランプ電圧への依存の仕方が異なる。

調整回路１０６は、ランプ電流信号Ｓ７、第１ランプ電圧信号Ｓ８、第２ランプ電圧信号Ｓ９を合成して電力信号Ｓ３を生成する。調整回路１０６は第２端子Ｐ２と接続され、Ｈｉ／Ｌｏ切替信号Ｓ２に基づき合成の際の各信号の重みを切り替える。調整回路１０６は、切替回路１１８、第１抵抗切替回路１２０、第２抵抗切替回路１２２、第１抵抗１２４、第２抵抗１２６、第３抵抗１２８、を含む。

第２抵抗１２６の一端にはランプ電流信号Ｓ７が入力され、他端は誤差増幅器１１０の反転入力端子と接続される。
第１抵抗１２４の一端にはＴＣ信号Ｓ６が入力され、他端は誤差増幅器１１０の反転入力端子と接続される。
第３抵抗１２８は可変抵抗であり、その一端は誤差増幅器１１０の反転入力端子と接続され、他端は接地される。

第１抵抗切替回路１２０は、状態検出回路１０２の第１ランプ電圧信号Ｓ８を出力する端子と誤差増幅器１１０の反転入力端子との間に設けられ、第１切替信号Ｓ１０に基づき抵抗値を切替可能に構成される。第１抵抗切替回路１２０は、第４スイッチング素子１４４、第８抵抗１４６、第９抵抗１４８、を有する。第８抵抗１４６の一端には第１ランプ電圧信号Ｓ８が入力され、他端は第９抵抗１４８の一端と接続される。第８抵抗１４６の他端と第９抵抗１４８の一端との接続ノードには、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴである第４スイッチング素子１４４のドレインが接続される。第４スイッチング素子１４４のゲートには第１切替信号Ｓ１０が入力される。第４スイッチング素子１４４のソースと第９抵抗１４８の他端とは共に誤差増幅器１１０の反転入力端子と接続される。

第２抵抗切替回路１２２は、状態検出回路１０２の第２ランプ電圧信号Ｓ９を出力する端子と誤差増幅器１１０の反転入力端子との間に設けられ、第２切替信号Ｓ１１に基づき抵抗値を切替可能に構成される。第２抵抗切替回路１２２は、第５スイッチング素子１５０、第１０抵抗１５２、第１１抵抗１５４、を有する。第１０抵抗１５２の一端と第１１抵抗１５４の一端とは接続され、その接続ノードに第２ランプ電圧信号Ｓ９が入力される。第１０抵抗１５２の他端は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴである第５スイッチング素子１５０のドレインと接続される。第５スイッチング素子１５０のゲートには第２切替信号Ｓ１１が入力される。第５スイッチング素子１５０のソースと第１１抵抗１５４の他端とは共に誤差増幅器１１０の反転入力端子と接続される。

切替回路１１８は、Ｈｉ／Ｌｏ切替信号Ｓ２に立ち上がりエッジが現れると、第１抵抗切替回路１２０および第２抵抗切替回路１２２のそれぞれの抵抗値をロービーム状態用の抵抗値からハイビーム状態用の抵抗値に切り替える。切替回路１１８は、第１キャパシタ１３０、第４抵抗１３２、第２スイッチング素子１３４、第５抵抗１３６、第６抵抗１３８、第７抵抗１４０、第３スイッチング素子１４２、を有する。

第４抵抗１３２の一端および第１キャパシタ１３０の一端は共に第２端子Ｐ２と接続される。第１キャパシタ１３０の他端は接地される。第４抵抗１３２の他端はｎｐｎ型バイポーラトランジスタである第２スイッチング素子１３４のベースと接続される。第２スイッチング素子１３４のエミッタは接地される。第２スイッチング素子１３４のコレクタは第５抵抗１３６の一端および第６抵抗１３８の一端と接続される。第２スイッチング素子１３４のコレクタの電圧が第１切替信号Ｓ１０として第４スイッチング素子１４４のゲートに供給される。第５抵抗１３６の他端には固定電源電圧Ｖｃｃが印加される。第６抵抗１３８の他端はｎｐｎ型バイポーラトランジスタである第３スイッチング素子１４２のベースと接続される。第３スイッチング素子１４２のエミッタは接地される。第３スイッチング素子１４２のコレクタは第７抵抗１４０の一端と接続される。第７抵抗１４０の他端には固定電源電圧Ｖｃｃが印加される。第３スイッチング素子１４２のコレクタの電圧が第２切替信号Ｓ１１として第５スイッチング素子１５０のゲートに供給される。

Ｈｉ／Ｌｏ切替信号Ｓ２がハイレベルである場合、第１切替信号Ｓ１０はローレベル、第２切替信号Ｓ１１はハイレベルとなる。したがって、第４スイッチング素子１４４はオフ、第５スイッチング素子１５０はオンとなり、第１抵抗切替回路１２０の抵抗値は第８抵抗１４６と第９抵抗１４８との直列合成抵抗値となり、第２抵抗切替回路１２２の抵抗値は第１０抵抗１５２と第１１抵抗１５４との並列合成抵抗値となる。
Ｈｉ／Ｌｏ切替信号Ｓ２がローレベルである場合、第１切替信号Ｓ１０はハイレベル、第２切替信号Ｓ１１はローレベルとなる。したがって、第４スイッチング素子１４４はオン、第５スイッチング素子１５０はオフとなり、第１抵抗切替回路１２０の抵抗値は第８抵抗１４６の抵抗値となり、第２抵抗切替回路１２２の抵抗値は第１１抵抗１５４の抵抗値となる。

調整回路１０６の各回路定数は以下の設計思想により決定される。
（１）放電灯点灯回路１００は、定常点灯時に前照灯ユニット２１０の状態がロービーム状態からハイビーム状態に切り替えられた場合、放電灯２２６に供給する電力を増やす制御を行う必要がある。より具体的には２５Ｗから３５Ｗへ増やす制御を行う必要がある。
（２）放電灯点灯回路１００は、ハイビーム状態であってもロービーム状態であっても過渡期間における最大投入電力を同じにする必要がある。より具体的には、両状態共通で、放電灯２２６へ供給される電力の設計上の最大値を６０Ｗ程度にする必要がある。
（３）放電灯点灯回路１００は、過渡期間から定常点灯時のどのタイミングで前照灯ユニット２１０の状態が切り替えられても、安定した電力制御を実現する、すなわち電力の切替をスムーズにすることが必要である。

各回路定数を決定するための設計手順は以下の通りである。
（Ａ）ハイビーム状態に対応する電力制御（電力の最大値／定常時の電力＝６０Ｗ／３５Ｗ）を実現する制御線の定数を計算する。ロービーム状態に対応する電力制御（電力の最大値／定常時の電力＝６０Ｗ／２５Ｗ）を実現する制御線の定数を計算する。
（Ｂ）計算した２種類の定数を比較し、２種類の制御線を切り替える際に、抵抗値の切替が必要となる抵抗の数をなるべく少なくするように各抵抗値を調整する。特に調整回路１０６の形の回路では、各抵抗値の比が同じであれば特性も同じになる。また、調整回路１０６のうち第１抵抗１２４は、過渡期間において放電灯２２６に供給される電力を決める主要な要素である。したがって、上記（２）を考慮し、第１抵抗１２４の抵抗値はＨｉ／Ｌｏ切替信号Ｓ２によらない固定値とする。次に、ハイビーム状態およびロービーム状態のそれぞれについて、固定された第１抵抗１２４の抵抗値を基点として第１抵抗切替回路１２０、第２抵抗切替回路１２２、第２抵抗１２６、第３抵抗１２８のそれぞれの抵抗値を決定する。その際、定常点灯時のハイビーム状態で３５Ｗの電力が、ロービーム状態で２５Ｗの電力が、放電灯２２６に供給されるように抵抗値を決定する。また本実施の形態では、前照灯ユニット２１０の両状態間で、第２抵抗１２６の抵抗値の共通化および第３抵抗１２８の抵抗値の共通化が図られた。
（Ｃ）ハイビーム状態に対して決定された第１抵抗切替回路１２０の抵抗値とロービーム状態に対して決定された第１抵抗切替回路１２０の抵抗値とは、Ｈｉ／Ｌｏ切替信号Ｓ２の遷移に応じてスイッチング素子で切り替えることとする。第２抵抗切替回路１２２についても同様である。

以上が放電灯点灯回路１００の構成である。続いてその動作を説明する。図４は、放電灯２２６の光束ＬＦおよび放電灯２２６に供給されるランプ電力ＷＬの例示的な時間変化を示すグラフである。図４において、縦軸は光束ＬＦおよびランプ電力ＷＬの大きさを示し、横軸は時間を示す。図４は、前照灯ユニット２１０の状態がいずれか一方に固定されている場合に対応する。

時刻ｔ０において電源スイッチ８がオンされると、スタータ回路２０によって生成される高電圧パルスによって放電灯２２６がブレークダウンし、放電灯２２６が点灯する。その後、光束ＬＦが安定するまでの過渡期間ＴＰ１においては、素早い光束の立ち上がりを実現するため、定常点灯期間ＴＰ２よりも大きなランプ電力ＷＬが放電灯２２６に供給される。特に過渡期間ＴＰ１において、ランプ電力ＷＬは、放電灯２２６に供給される電力の設計上の最大値ＷＭ、ここでは６０Ｗに達する。
放電灯２２６から安定した光束ＬＦの光が出力される定常点灯期間ＴＰ２では、ランプ電力ＷＬは前照灯ユニット２１０の状態に応じた値となる。特にランプ電力ＷＬは、前照灯ユニット２１０がハイビーム状態であれば３５Ｗ、ロービーム状態であれば２５Ｗとなる。

本実施の形態に係る放電灯点灯回路１００は、配光パターンの異なる２つの状態を切り替える配光変更手段を有する前照灯ユニット２１０の光源として使用される放電灯２２６に電力を供給する。この放電灯点灯回路１００は、前照灯ユニット２１０における状態の切替に合わせて放電灯２２６に供給する電力を変える。したがって、切り替えることのできる配光パターンの種類の幅が拡がる。例えば、前照灯ユニット２１０自体の配光変更手段だけでは実現できないような大きな配光パターンの変化を実現できる。

特に本実施の形態に係る放電灯点灯回路１００は、前照灯ユニット２１０におけるロービーム状態からハイビーム状態への切替に合わせて放電灯２２６に供給する電力を増やす。したがって、より低電力・低光束の放電灯２２６を使用しても、ハイビーム状態において十分な量の光束を供給することができ、ハイビーム状態の要求スペックを満足することができる。

また、本実施の形態に係る放電灯点灯回路１００は、放電灯２２６に供給する電力の設計上の最大値が、ハイビーム状態とロービーム状態とで等しくなるように構成される。したがって、放電灯２２６に供給される電力が設計上の最大値に達する過渡期間ＴＰ１においては、放電灯２２６に供給される電力がハイビーム状態とロービーム状態とでほぼ等しくなる。そこでこの両状態共通の設計上の最大値を放電灯２２６の寿命や耐久性や必要とされる光束立ち上がり特性を考慮して決定することにより、状態の切替による放電灯２２６の寿命への影響を低減できる。

また、本実施の形態に係る放電灯点灯回路１００は、ロービーム状態において、定常点灯時に放電灯２２６に３０Ｗより小さな２５Ｗの電力を供給する。現在製品化されている一般的な自動車用放電灯の安定時投入電力はおよそ３５Ｗである。３５Ｗで点灯させた場合、供給する電力を変えなくてもハイビーム状態の要求スペックを満足することができる。ここで、現状の自動車用放電灯の発光効率を１００ｌｍ／Ｗ前後とした場合、ハイビーム状態では３０００ｌｍ程度の光束が必要であるから、放電灯２２６に供給される電力が３０Ｗ以下となるとハイビーム状態の要求スペックを満足できない可能性が高い。そこで、本実施の形態に係る放電灯点灯回路１００ではハイビーム状態への切替に合わせて供給する電力を増やすので、安定時投入電力が３０Ｗ以下の放電灯でもハイビーム状態の要求スペックを満足できる。

図５は、放電灯点灯回路１００を使用して実測された、光束の立ち上がり波形を示す波形図である。図５の横軸は時間、縦軸は光束を示す。放電灯２２６としては低電力放電灯が使用された。波形３０２は前照灯ユニット２１０の状態をハイビーム状態に固定したときの光束の立ち上がり波形を示す。波形３０４は、電源投入直後から１秒周期でハイビーム状態とロービーム状態とを切り替えた場合の光束の立ち上がり波形を示す。波形３０６は、前照灯ユニット２１０の状態をロービーム状態に固定したときの光束の立ち上がり波形を示す。時刻ｔ１で電源スイッチ８がオンされた。

図５から、過渡期間においては状態の切替によって５Ｗ前後の電力変動、光束に変換すると１００ｌｍ前後の変動が見られた。定常点灯期間においては設計思想の通り、２５Ｗ／３５Ｗの切替が安定してスムーズに行われていることが確認された。

以上、実施の形態に係る放電灯点灯回路１００の構成と動作について説明した。この実施の形態は例示であり、その各構成要素や各処理の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上記の通り実施の形態に係る放電灯点灯回路１００では、過渡期間内に前照灯ユニット２１０の状態を切り替えると数Ｗ程度の電力変動が見られる。この変動を抑えるための対策を施した変形例に係る調整回路１５６を以下に説明する。

変形例に係る調整回路１５６は、過渡期間においてＨｉ／Ｌｏ切替信号Ｓ２をマスクする。したがって、過渡期間においては、前照灯ユニット２１０の状態の切替に合わせて放電灯２２６に供給される電力は変わらない。

また、変形例に係る調整回路１５６は、ＴＣ信号Ｓ６の電圧と所定のしきい値電圧とを比較することで、過渡期間にあるか定常点灯期間にあるかを判別する。ＴＣ信号Ｓ６の電圧は放電灯２２６の点灯開始から徐々に上昇する。調整回路１５６は、このＴＣ信号Ｓ６の電圧がしきい値電圧より低い場合は過渡期間、高い場合は定常点灯期間と判断する。
この場合、消灯後の経過時間を計測するためのタイマキャパシタ１１６の電圧を、過渡期間の判別にも利用することで、別途過渡期間判別のための回路や素子を設けなくてもよくなる。

図６は、変形例に係る調整回路１５６の構成を示す回路図である。変形例に係る調整回路１５６は、実施の形態に係る調整回路１０６にマスク回路１６２が追加された構成を有する。
マスク回路１６２は、過渡期間中はＨｉ／Ｌｏ切替信号Ｓ２をマスクし、調整回路１５６の回路定数をロービーム状態のそれに固定する。マスク回路１６２は、第６スイッチング素子１６４、第１２抵抗１６６、第１３抵抗１６８、第１４抵抗１７０、第７スイッチング素子１７２、第８スイッチング素子１７４、第１５抵抗１７６、を有する。

ｎｐｎ型バイポーラトランジスタである第６スイッチング素子１６４のコレクタは第２スイッチング素子１３４のベースと接続される。第６スイッチング素子１６４のエミッタは接地される。第６スイッチング素子１６４のベースはｐｎｐ型バイポーラトランジスタである第８スイッチング素子１７４のコレクタと接続される。第１２抵抗１６６の一端および第１３抵抗１６８の一端は第７抵抗１４０の他端と接続される。第１３抵抗１６８の他端は第１４抵抗１７０の一端と接続され、その接続ノードはｐｎｐ型バイポーラトランジスタである第７スイッチング素子１７２のベースと接続される。第１４抵抗１７０の他端は接地される。第１２抵抗１６６の他端は第７スイッチング素子１７２のエミッタおよび第８スイッチング素子１７４のエミッタと接続される。第７スイッチング素子１７２のコレクタは接地される。第１５抵抗１７６の一端にはＴＣ信号Ｓ６が入力され、他端は第８スイッチング素子１７４のベースと接続される。

図６に示される切替回路１６０およびマスク回路１６２では、ＴＣ信号Ｓ６の電圧が第１３抵抗１６８や第１４抵抗１７０の抵抗値で決まるしきい値電圧より低い場合、第６スイッチング素子１６４がオンされる。その結果、第２スイッチング素子１３４のベースはＨｉ／Ｌｏ切替信号Ｓ２によらずにローレベルに固定される。そしてＴＣ信号Ｓ６の電圧が上昇してしきい値電圧を超えると、上記のＨｉ／Ｌｏ切替信号Ｓ２に基づく切替制御が行われる。
なお、しきい値電圧は実験により定めてもよい。

図７は、変形例に係る調整回路１５６を含む放電灯点灯回路を使用して実測された、光束の立ち上がり波形を示す波形図である。図７の横軸は時間、縦軸は光束を示す。放電灯２２６としては低電力放電灯が使用された。波形３０８、波形３１０、波形３１２、の測定条件はそれぞれ、図５の波形３０２、波形３０４、波形３０６の測定条件に対応する。時刻ｔ２で電源スイッチ８がオンされた。

本変形例によると、図７にも見られる通り、過渡期間内における前照灯ユニット２１０の状態の切替に伴う光束の変動を抑えることができる。また、実施の形態と同様に、定常点灯期間においては設計思想の通り、２５Ｗ／３５Ｗの切替が安定してスムーズに行われる。

あるいはまた、上記マスク機能を維持しつつ回路をより簡素化するために、第１抵抗切替回路１２０および第２抵抗切替回路１２２をそれぞれ一つの抵抗で置き換え、代わりに第３抵抗１２８と並列にＨｉ／Ｌｏ切替信号Ｓ２によるオンオフ切替可能な抵抗を設けてもよい。マスク回路は過渡期間中このオンオフ切替をマスクしてもよい。

実施の形態では、放電灯２２６を交流電圧で駆動する場合について説明したが、これに限られず、放電灯２２６を直流電圧で駆動する放電灯点灯回路に実施の形態に係る技術的思想を適用してもよい。この場合、実施の形態からインバータ回路３０を除去した構成を使用してもよい。あるいはまた、実施の形態に係る技術的思想は、いわゆるダブルコンバータ型の放電灯点灯回路に適用されてもよい。

実施の形態では、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータを使用する場合について説明したが、これに限られず、非絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータが使用されてもよい。

実施の形態では、放電灯２２６と放電灯点灯回路１００とを別体として説明したが、これに限られず、放電灯が放電灯点灯回路に組み込まれてもよい。

実施の形態では、放電灯点灯回路１００は放電灯２２６に電力を供給する場合について説明したが、これに限られない。本実施の形態に係る技術的思想は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体光源に電力を供給する点灯回路にも適用できる。

６ バッテリ、 ８ 電源スイッチ、 １０ 点灯制御回路、 ２０ スタータ回路、 ３０ インバータ回路、 １００ 放電灯点灯回路、 ２１０ 前照灯ユニット、 ２２６ 放電灯、 ＣＯＮＶ ＤＣ／ＤＣコンバータ。

Claims (5)

1. 配光変更手段によって第１状態と前記第１状態とは配光パターンが異なる第２状態とを切替可能な車両用灯具の光源として使用される放電灯に電力を供給する放電灯点灯回路であって、
   前記車両用灯具における前記第１状態から前記第２状態への切替に合わせて前記放電灯に供給する電力を変えることを特徴とする放電灯点灯回路。
2. 前記放電灯に供給する電力の基準値が、前記車両用灯具における前記第１状態と前記第２状態とで等しくなるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯回路。
3. 前記放電灯に電力を供給し始めてから所定の期間は、前記車両用灯具における前記第１状態から前記第２状態への切替に合わせて前記放電灯に供給する電力を変えないことを特徴とする請求項１または２に記載の放電灯点灯回路。
4. 前記放電灯点灯回路は、前記放電灯への電力の供給を止めるための制御を行ってから経過した時間を計測するためのタイマキャパシタを備え、
   前記所定の期間は、前記タイマキャパシタの電圧に基づいて決定されることを特徴とする請求項３に記載の放電灯点灯回路。
5. 前記放電灯点灯回路は、前記車両用灯具における前記第１状態から前記第２状態への切替に合わせて前記放電灯に供給する電力を大きくし、
   前記放電灯点灯回路は、前記車両用灯具の前記第１状態において、前記放電灯から安定した光束の光が出力される定常点灯時に前記放電灯に３０ワットより小さな電力を供給することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の放電灯点灯回路。

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