JP3384323B2

JP3384323B2 - 放電灯装置

Info

Publication number: JP3384323B2
Application number: JP12629398A
Authority: JP
Inventors: 昇山本; 悟市小田; 友幸舟山
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd; Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd; Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-05-08
Filing date: 1998-05-08
Publication date: 2003-03-10
Anticipated expiration: 2018-05-08
Also published as: JPH11329777A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高圧放電灯を点灯
する放電灯装置に関し、特に車両前照灯に用いて好適な
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、高圧放電灯（以下、ランプとい
う）を車両用前照灯に適用し、車載バッテリの電圧をト
ランスにて高電圧化したのち、この高電圧の極性をイン
バータ回路にて切り換えて、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９−１８０
８８８号公報、特開平８−３２１３８９号公報など）。

【０００３】ここで、トランスの一次側には一次電流を
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、ランプに供給する電
力を制御するようにしている。このようなＰＷＭ制御に
おいては、デューティー比とトランスの二次側出力との
間に図６の特性ａで示す関係があるため、ランプの電力
を急激に増加させようとして、デューティー比を大きく
すると、逆にトランスの二次側出力が低下してしまうこ
とになる。

【０００４】このため、従来では、最大デューティー比
（図６中のＸで示す）を設定し、これ以上デューティー
比が大きくならないように制御を行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように最大デューティー比を設定した場合、ランプ点灯
始動時にランプ電流が低くなって立ち消えが生じるよう
なときには、ランプに十分な電力を供給することができ
ず、ランプの点灯性という点で問題が生じる。本発明は
上記問題に鑑みたもので、ランプの点灯性を良好にする
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１乃至３に記載の発明においては、トランス
（４１）の一次側に接続されたスイッチング素子（４
２）をデューティー制御する電力制御手段（１００、３
００）において、ランプ（２）に流れる電流に応じて、
その電流が小さいときには大きいときよりもデューティ
ー比の上限値を大きくするように、上限値を変化させる
手段（１２４）を備えたことを特徴としている。

【０００７】このことによってトランス（４１）の二次
側出力を十分高くすることができ、ランプの点灯性を良
好にすることができる。なお、上記した括弧内の符号
は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を
示すものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１に、本発明にかかる放電灯装
置を車両用前照灯に適用した実施形態の全体構成を示
す。１は直流電源としての車載バッテリ、２は車両用前
照灯であるメタルハライドランプ等のランプ、３はラン
プ２の点灯スイッチである。

【０００９】放電灯装置は、直流電源回路（ＤＣ／ＤＣ
コンバータ）４、テークオーバー回路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側に配された一次巻線
４１ａとランプ２側に配された二次巻線４１ｂを有する
フライバックトランス４１と、一次巻線４１ａに接続さ
れたＭＯＳトランジスタ４２と、二次巻線４１ｂに接続
された整流用のダイオード４３および平滑用コンデンサ
４４から構成され、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、一次巻線４１ａに一次電流が流れて一次巻線
４１ａにエネルギーが蓄えられ、ＭＯＳトランジスタ４
２がオフすると、一次巻線４１ａのエネルギーが二次巻
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と平滑用コンデンサ４
４の接続点から高電圧を出力する。

【００１０】なお、フライバックトランス４１は、図に
示すように一次巻線４１ａと二次巻線４１ｂとが電気的
に導通するように構成されている。テークオーバー回路
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。

【００１１】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ブリッジ用半導体スイッ
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からの制御信号によって、ＭＯＳ
トランジスタ６１ａ、６１ｄとＭＯＳトランジスタ６１
ｂ、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換わり、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。

【００１２】なお、コンデンサ６１ｅ、６１ｆは、点灯
始動時に発生する高圧パルスからＨブリッジ回路６１を
保護する保護用のコンデンサである。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、一次巻線７１ａと二次巻線７１ｂを
有するトランス７１、ダイオード７２、７３、抵抗７
４、コンデンサ７５、および一方向性半導体素子である
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。

【００１３】上記したＭＯＳトランジスタ４２、ブリッ
ジ回路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）ＶＬ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Ｉ
Ｌは電流検出用抵抗８により電圧として検出される。

【００１４】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ＶＬをサンプルホールドするサンプルホール
ド回路２００と、サンプルホールドされたランプ電圧Ｖ
Ｌとランプ電流ＩＬに基づいて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から構成されている。

【００１５】上記構成において、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１０
０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。

【００１６】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の切換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。

【００１７】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
換えることで、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は、ランプ電流ＩＬとランプ電
圧ＶＬ（サンプルホールド回路２００によってサンプル
ホールドされたもの）とに基づいて、ランプ電力が所望
値となるように制御し、ランプ２を安定点灯させる。

【００１８】なお、サンプルホールド回路２００は、Ｈ
ブリッジ回路６１の切換タイミングに同期しその切換時
に発生する過渡電圧をマスクし、過渡電圧発生時以外の
ランプ電圧ＶＬをサンプリングしてホールドする。次
に、上記したランプパワー制御回路３００について説明
する。図３にその具体的な構成を示す。

【００１９】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を
備えており、この誤差増幅回路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
デューティー比を大きくして、ランプ電力を増加させ
る。

【００２０】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に基づいて決定され
る。なお、電流ｉ１と電流ｉ２と電流ｉ３との和は、ラ
ンプ電流ＩＬより十分小さく設定されている。

【００２１】ここで、第１電流設定回路３０２は、図に
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、図に示すよう
に点灯スイッチ３のオン後の時間Ｔが長くなるほど電流
ｉ３を大きく設定する。そして、このランプパワー制御
回路３００は、点灯スイッチ３のオン後の時間Ｔ、ラン
プ電圧ＶＬ、ランプ電流ＩＬなどに応じた電圧を出力し
てランプ電力を制御し、点灯始動時にはランプ電力を大
きな値（例えば７５Ｗ）として電極温度を迅速に高め、
電極温度が徐々に高くなると、ランプ電力を徐々に低下
させていき、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。

【００２２】次に、ＰＷＭ制御回路１００について説明
する。図４にその具体的な構成を示す。ＰＷＭ制御回路
１００は、スレッショルドレベルを設定するスレッショ
ルドレベル設定回路１０１と、鋸歯状波を形成する鋸歯
状波形成回路１０２と、鋸歯状波とスレッショルドレベ
ルとを比較して、スッショルドレベルに応じたデューテ
ィー比のゲート信号をＭＯＳトランジスタ４２に出力す
るコンパレータ１０３から構成されている。

【００２３】スレッショルドレベル設定回路１０１は、
上述した誤差増幅回路３０１からの出力電圧（指令信
号）に応じたスレッシュルドレベルを設定するもので、
誤差増幅回路３０１からの出力電圧が大きくなるほど、
低いスレッシュルドレベルを設定するレベル反転回路１
１０と、デューティー比の上限値（リミット値）を設定
するリミット値設定回路１２０を備えている。

【００２４】レベル反転回路１１０は、カレントミラー
回路を構成するＰＮＰトランジスタ１１１、１１２と、
ＰＮＰトランジスタ１１２のコレクタ端子にベース端子
が接続されたＮＰＮトランジスタ１１３、抵抗１１４、
１１５から構成されている。誤差増幅回路３０１の出力
端子は、抵抗１１４を介してＰＮＰトランジスタ１１１
のコレクタ端子に接続されており、ＰＮＰトランジスタ
１１１、１１２のエミッタ端子は、定電圧源に接続され
ている。

【００２５】ここで、ランプ電力を小さくするために誤
差増幅回路３０１の出力電圧が低くなると、抵抗１１４
に流れる電流が増加する。その結果、カレントミラー回
路を構成するＰＮＰトランジスタ１１１、１１２により
ＰＮＰトランジスタ１１２のコレクタ電流が増加し、Ｐ
ＮＰトランジスタ１１２のコレクタ端子と抵抗１１５の
接続点の電圧ＶＭが高くなる。この電圧ＶＭは、エミッ
タフォロア回路をなすトランジスタ１１３を介してコン
パレータ１０３の反転入力端子の入力電圧ＶＮとなるた
め、入力電圧ＶＮが高くなり、スレッショルドレベルが
高くなって、デューティー比が小さくなる。

【００２６】一方、ランプ電力を大きくするために誤差
増幅回路３０１の出力電圧が大きくなると、ＰＮＰトラ
ンジスタ１１２のコレクタ電流が減少し、電圧ＶＭが低
くなるため、入力電圧ＶＮが低くなり、スレッショルド
レベルが低くなって、デューティー比が大きくなる。次
に、デューティー比の上限値を設定するリミット値設定
回路１２０について説明する。リミット値設定回路１２
０は、バッテリ電圧ＶＢに応じてリミット値を設定する
第１リミット値設定回路１２１と、ランプ電圧ＶＬに応
じてリミット値を設定する第２リミット値設定回路１２
２と、バッテリ電圧ＶＢが所定値以下になるとリミット
値を回路上設定可能な最大値に設定する第３リミット値
設定回路１２３と、ランプ電流ＩＬに応じてリミット値
を設定する第４リミット値設定回路１２４と、上記設定
回路１２１〜１２４により設定されたリミット値にデュ
ーティー比を制限するＮＰＮトランジスタ１２５から構
成されている。

【００２７】第１リミット値設定回路１２１は、抵抗１
２１ａ〜１２１ｃにて構成されており、車載バッテリ１
とフライバックトランス４１の一次巻線４１ａの間の接
続点から得られるバッテリ電圧ＶＢを抵抗１２１ａ〜１
２１ｃで分圧し、電圧Ｖ０を形成する。この電圧Ｖ０
は、デューティー比を制限するために用いられる。今、
ランプ電力を増加させるために誤差増幅回路３０１の出
力電圧が大きくなり、電圧ＶＭが低くなったとする。こ
のとき、電圧ＶＭが電圧Ｖ０より高いと、ＮＰＮトラン
ジスタ１２５はオフし、コンパレータ１０３への入力電
圧ＶＮは、電圧ＶＭにより設定され、誤差増幅回路３０
１の出力電圧に応じたスレッショルドレベルが設定され
る。しかし、ランプ電力を大幅に増加させるために、電
圧ＶＭが電圧Ｖ０より低くなると、ＮＰＮトランジスタ
１２５がオンし、入力電圧ＶＮは、電圧Ｖ０に制限され
る。すなわち、この電圧Ｖ０によって、スレッショルド
レベルはそれ以上大きくならないように制限される。な
お、電圧Ｖ０は、上記したリミット値に対応しており、
電圧Ｖ０が小さいほど、リミット値は大きくなる、言い
換えれば最大デューティー比が大きくなる。

【００２８】第１リミット値設定回路１２１において
は、バッテリ電圧ＶＢが低下するほど電圧Ｖ０を小さく
し、リミット値を大きくする。これは、バッテリ電圧Ｖ
Ｂが低くなると、図６の特性ｂのように、特性ａが右側
に若干ずれ、山の高さが小さくなる関係になるため、こ
の特性ｂに適合させるためである。第２リミット値設定
回路１２２は、抵抗１２２ａ、カレントミラー回路を構
成するＮＰＮトランジスタ１２２ｂ、１２２ｃを有し、
ランプ２の供給電力を示すランプ電圧ＶＬに応じて電圧
Ｖ０を変化させる。すなわち、ランプ電圧ＶＬが高くな
ると、カレントミラー回路を構成するＮＰＮトランジス
タ１２２ｃのコレクタ電流が増加し、電圧Ｖ０を低下さ
せて、リミット値を大きくする。これは、ランプ２の供
給電力が大きくなると、図６の特性ｃのように、特性ａ
が右側にずれた関係になり、この特性ｃに適合させるた
めである。

【００２９】なお、上記したリミット値は、フライバッ
クトランス４１の二次側に十分なエネルギーが供給され
るようにするために設けられている。すなわち、大幅に
ランプ電力を増加しようとして、ランプパワー制御回路
３００がデューティー比を大きくするように機能したと
きに、逆にフライバックトランス４１の二次側出力が低
下するのを防止するために設定されている。

【００３０】しかしながら、バッテリ電圧ＶＢが大きく
低下して、例えば７Ｖより小さくなると、上記したリミ
ット値では適切でなく、リミット値をさらに大きくする
必要がある。つまり、バッテリ電圧ＶＢがさらに大幅に
低下した場合には、フライバックトランス４１の二次側
出力も大きく低下するので、これに応じて上記リミット
値を大きくしないと、十分な二次側出力が得られない。

【００３１】そこで、第３リミット値設定回路１２３に
よりリミット値を回路上設定可能な最大値に設定してい
る。この第３リミット値設定回路１２３は、ＮＰＮトラ
ンジスタ１２３ａと、このＮＰＮトランジスタ１２３ａ
をオンオフするコンパレータ１２３ｂから構成されてい
る。コンパレータ１２３ｂは、非反転入力端子に所定電
圧（例えば７Ｖ）ＶＫが入力され、反転入力端子にバッ
テリ電圧ＶＢが入力されている。そして、バッテリ電圧
ＶＢが電圧ＶＫより低下すると、ＮＰＮトランジスタ１
２３ａがオンし、電圧Ｖ０をほぼ０Ｖにする。この結
果、リミット値は、デューティー比をほぼ１００％にで
きる値にまで大きくなり、二次側の出力を十分得ること
ができるようになる。

【００３２】また、ランプ点灯始動時の点灯性を良好に
するために、第４リミット値設定回路１２４が設けられ
ている。この第４リミット値設定回路１２４は、ランプ
電流ＩＬが所定値以下のときにリミット値を大きくする
もので、コンパレータ１２４ａと、抵抗１２４ｂおよび
コンデンサ１２４ｃからなるフィルタ回路と、ＮＰＮト
ランジタ１２４ｄなどから構成されている。

【００３３】コンパレータ１２４ａは、端子Ｄからフィ
ルタ回路を介して入力された電圧、すなわちランプ電流
ＩＬに応じた電圧と基準電圧Ｖｒ２とを比較し、ランプ
電流ＩＬに応じた電圧が基準電圧Ｖｒ２より低いとき
に、ハイレベルの信号を出力して、ＮＰＮトランジスタ
１２４ｄをオンさせる。その結果、電圧Ｖ０が低下して
リミット値が大きくなり、フライバックトバックトラン
ス４１の二次側の出力を十分高くすることができる。

【００３４】このようにランプ電流ＩＬが所定値以下の
ときにリミット値を大きくすることによって、フライバ
ックトバックトランス４１の二次側の出力を十分高くす
ることができ、ランプ２の点灯性を良好にすることがで
きる。また、点灯スイッチ３がオンした直後でランプ２
が点灯する前においてはランプ電流が流れないので、上
記した作動によってリミット値が大きくなり、フライバ
ックトバックトランス４１の二次側出力、すなわちラン
プ電圧ＶＬの立ち上げを早くすることができるという効
果も奏する。

【００３５】なお、上記した実施形態においては、第４
リミット設定回路１２４としてランプ電流ＩＬが所定値
以下のときにリミット値を大きくするものを示したが、
ランプ電流ＩＬに応じてリミット値を連続的に変化させ
るようにしてもよい。図５にこの場合の具体的な構成を
示す。図５において、端子Ｄからフィルタ回路を介して
ランプ電流ＩＬに応じた電圧がオペアンプ１２４ｅの非
反転入力端子に入力され、その電圧が抵抗１２４ｆ、１
２４ｇによって決まるゲインにて増幅され、電圧Ｖ₀₁と
して出力される。そして、オペアンプ１２４ｈとダイオ
ード１２４ｉからなる回路によって、電圧Ｖ０が電圧Ｖ
₀₁より大きいとき、出力電圧Ｖ₀₂を電圧Ｖ₀₁と等しくし
て、電圧Ｖ０を低下させ、リミット値を大きくする。こ
の場合、ランプ電流ＩＬが小さいほどリミット値を大き
くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す放電灯装置の全体構
成図である。

【図２】図１中の制御回路１０を示すブロック構成図で
ある。

【図３】図２中のランプパワー制御回路３００の具体的
な構成を示す図である。

【図４】図２中のＰＷＭ制御回路１００の具体的な構成
を示す図である。

【図５】図４中の第４リミット設定回路１２４の他の構
成を示す図である。

【図６】トランス４１の二次側出力とデューティー比と
の関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１…車載バッテリ、２…ランプ、３…ランプ、４…ＤＣ
−ＤＣコンバータ、５…テークオーバー回路、６…イン
バータ回路、７…始動回路、４１…フライバックトラン
ス、４２…ＭＯＳトランジスタ、６１…Ｈブリッジ回
路、１００…ＰＷＭ制御回路、１０１…スレッショルド
レベル設定回路、１１０…レベル反転回路、１２０…リ
ミット値設定回路、２００…サンプルホールド回路、３
００…ＰＷＭ制御回路、４００…Ｈブリッジ制御回路、
５００…高電圧発生制御回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小田悟市静岡県清水市北脇500番地株式会社小糸製作所静岡工場内 (72)発明者舟山友幸愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (56)参考文献特開平７−272880（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 41/282

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電圧源（１）の電圧をトランス（４
１）を用いて昇圧し、この昇圧された電圧に基づいて放
電灯（２）を交流点灯させる放電灯装置において、前記トランス（４１）の一次側に接続されたスイッチン
グ素子（４２）と、前記放電灯（２）の点灯状態を示す信号に基づいて前記
スイッチング素子（４２）をデューティー制御する電力
制御手段（１００、３００）とを備え、前記電力制御手段（１００、３００）は、前記デューテ
ィー制御におけるデューティー比の上限値を設定するよ
うになっており、さらに、前記放電灯（２）に流れる電流に応じて、その
電流が小さいときには大きいときよりも前記上限値を大
きくするように前記上限値を変化させる手段（１２４）
を備えていることを特徴とする放電灯装置。
【請求項２】前記上限値を変化させる手段（１２４）
は、前記放電灯（２）に流れる電流を所定値と比較する
手段（１２４ａ）を有し、前記放電灯（２）に流れる電
流が所定値以下のときに前記上限値を大きくするもので
あることを特徴とする請求項１に記載の放電灯装置。
【請求項３】前記上限値を変化させる手段（１２４）
は、前記放電灯（２）に流れる電流に応じて前記上限値
を連続的に変化させるものであることを特徴とする請求
項１に記載の放電灯装置。