JP3769993B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば高輝度放電灯（ＨＩＤランプ）用の放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は高輝度放電灯用である従来の放電灯点灯装置の一例を示す構成図、図６は図５に示す放電灯に印加する電圧波形図で、図５に示す放電灯点灯装置は、負荷となる放電灯（高輝度放電灯）ＤＬと、イグナイタ回路ＩＧと、このイグナイタ回路ＩＧを介した放電灯ＤＬへの電力供給用の高周波電源ＰＳと、この高周波電源ＰＳ用の制御回路３とにより構成されている。
【０００３】
イグナイタ回路ＩＧは、パルス電圧発生回路ＰＧと、このパルス電圧発生回路ＰＧの出力に接続される一次巻線ｎ１を有するとともに高周波電源ＰＳおよび放電灯ＤＬ間に介設される二次巻線ｎ２を有するパルストランスＰＴとを備え、図６に示すように、放電灯ＤＬが点灯を開始する前の非点灯期間に駆動して、高周波電源ＰＳから放電灯ＤＬへの矩形波交流電圧に始動パルスを重畳するように構成される。
【０００４】
高周波電源ＰＳは、例えばバッテリなどにより成る直流電源ＢＴと、この直流電源ＢＴの両端に接続される降圧チョッパ回路１と、この降圧チョッパ回路１の両出力端子間に接続される平滑用のコンデンサＣＥ１０と、このコンデンサＣＥ１０の両端に接続される極性反転回路２とを備えている。
【０００５】
降圧チョッパ回路１は、ＦＥＴＱ１０、ダイオードＤ１０およびインダクタＬ１０により構成されている一方、極性反転回路（インバータ回路）２は、ＦＥＴＱ１１〜Ｑ１４によりフルブリッジ回路に構成されている。
【０００６】
制御回路３は、高周波電源ＰＳの各ＦＥＴのオン／オフ制御を行うもので、例えばＦＥＴＱ１０に対して、直流電源ＢＴの電圧Ｖ１のレベルをコンデンサＣＥ１０に直流電圧Ｖ２（０≦Ｖ２≦Ｖ１）が発生するレベルに変換させるように、高周波制御信号を用いてオン／オフ制御を行う。なお、その直流電圧Ｖ２は、ＦＥＴＱ１０に対するスイッチング周波数、デューティおよびコンデンサＣＥ１０に加わる負荷状態によって変化する。
【０００７】
また、制御回路３は、コンデンサＣＥ１０の直流電圧が数１０〜数１００Ｈｚ程度の周波数で正負の両極性を有する矩形波交流電圧となるように、ＦＥＴＱ１１〜Ｑ１４のオン／オフ制御を行う。
【０００８】
このように構成される放電灯点灯装置の動作を説明する。まず、電源が投入されると、制御回路３からの制御信号に従ってＦＥＴＱ１０がオン／オフする。この動作で、直流電源ＢＴの電圧Ｖ１のレベル変換が行われ、コンデンサＣＥ１０に直流電圧Ｖ２が発生する。このとき、放電灯ＤＬが実質的に開放状態であるので、通常、直流電圧Ｖ２は電圧Ｖ１にほぼ等しくなる。一方、制御回路３からの制御信号に従って、ＦＥＴＱ１１〜Ｑ１４がオン／オフするとともに、イグナイタ回路ＩＧが駆動する。そうすると、図６に示すように、コンデンサＣＥ１０の直流電圧が数１０〜数１００Ｈｚ程度の周波数で正負の両極性を有する矩形波交流電圧に変換されるとともに、この矩形波交流電圧に始動パルスが重畳することになる。これにより、放電灯ＤＬが放電を開始して点灯期間に移行する。
【０００９】
点灯期間に移行すると、放電灯ＤＬを安定に動作させるための直流電圧Ｖ２がコンデンサＣＥ１０に発生するように、制御回路３からの制御信号に従ってＦＥＴＱ１０がオン／オフする。一方、コンデンサＣＥ１０の直流電圧が放電灯ＤＬを安定に点灯させるための矩形波電圧になるように、制御回路３からの制御信号に従ってＦＥＴＱ１１〜Ｑ１４がオン／オフする。これにより、放電灯ＤＬの点灯が安定に維持されることになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示す放電灯点灯装置では、始動用のパルス電圧を発生させるためのイグナイタ回路ＩＧなどが必要になるため、部品点数の増大、コストアップおよび装置の大型化などの課題が生じる。
【００１１】
図７にこの課題を解決し得る放電灯点灯装置の構成例を示し、図８，図９に図７の各部の信号波形図を示す。
【００１２】
図７における放電灯点灯装置は、負荷回路（負荷共振回路）１１、高周波電源回路１２、およびこの高周波電源回路１２用の制御回路１３ａにより構成され、イグナイタを具備しない構成となっている。
【００１３】
負荷回路１１は、インダクタＬ１と、このインダクタＬ１に直列に接続されるコンデンサＣ１と、このコンデンサＣ１と並列に接続されるインダクタＬ２およびコンデンサＣ２の直列回路と、コンデンサＣ２と並列に接続される放電灯ＤＬとにより構成されている。
【００１４】
高周波電源回路１２は、負荷回路１１への電力供給用であって、直流電源１２１と、この直流電源１２１の出力に対して、２つのＦＥＴＱ１，Ｑ２の直列回路と２つの平滑用のコンデンサＣＥ１，ＣＥ２の直列回路とを並列に接続することにより構成され、ＦＥＴＱ１，Ｑ２の接続点とコンデンサＣＥ１，ＣＥ２の接続点との間に負荷回路１１が接続されるインバータ回路１２２とにより構成されている。
【００１５】
制御回路１３ａは、ＦＥＴＱ１，Ｑ２のオン／オフ制御を行うもので、例えば図８に示すように、ＦＥＴＱ２をオフ状態にしてＦＥＴＱ１を高周波制御信号でオン／オフする制御とＦＥＴＱ１をオフ状態にしてＦＥＴＱ２を高周波制御信号でオン／オフする制御とを数１０〜数１００Ｈｚの低周波動作で交互に切り替えて実行する。これにより、点灯用の低周波の矩形波電圧Ｖlaが放電灯ＤＬに印加することになる。
【００１６】
また、制御回路１３ａは、放電灯ＤＬの少なくとも非放電期間および放電開始後の所定期間には、図９に示すように、ＦＥＴＱ１のオン期間がＦＥＴＱ２のそれよりも長くなるようにＦＥＴＱ１，Ｑ２をオン／オフする制御と、ＦＥＴＱ２のオン期間がＦＥＴＱ１のそれよりも長くなるようにＦＥＴＱ１，Ｑ２をオン／オフする制御とをそれぞれ期間Ａ，Ｂで交互に繰り返し行う。また、このとき、ＦＥＴＱ１，Ｑ２のスイッチング周波数ｆswをスイープ、つまり連続的に変化させる制御が行われる。
【００１７】
ここで、放電灯ＤＬが点灯に至るまでの動作を説明する。ＦＥＴＱ１，Ｑ２が高周波制御信号に従って交互にオン／オフすると、高周波電圧が発生する。この高周波電圧が負荷回路１１に印加すると、負荷回路１１の共振によって高電圧が発生し、この高電圧が放電灯ＤＬに印加する。これにより、放電灯ＤＬはイグナイタがなくても放電を開始して点灯に至る。
【００１８】
このとき、共振ピークを使用すればより高い電圧を発生させることができる。また、部品定数のばらつきなどによる共振ピークのずれも考慮に入れて、負荷回路１１のＬＣ共振のピークを含む所定範囲内でＦＥＴＱ１，Ｑ２をスイープするようにすれば、部品定数がばらついてもＬＣ共振のピークを利用することが可能になるので、より高い電圧を確実に発生させることが可能になる。
【００１９】
さらに、スイッチング周波数ｆswのスイープに加えて、図９に示すように、ＦＥＴＱ１のオン期間がＦＥＴＱ２のそれよりも長くなるようにＦＥＴＱ１，Ｑ２をオン／オフする制御と、ＦＥＴＱ２のオン期間がＦＥＴＱ１のそれよりも長くなるようにＦＥＴＱ１，Ｑ２をオン／オフする制御とをそれぞれ期間Ａ，Ｂで交互に繰り返し行うようにすれば、期間Ａ，Ｂで交番する低周波の矩形波電圧が発生して、共振ピークを含む高電圧パルス列に直流成分が重畳することになる。
【００２０】
このようにＦＥＴＱ１，Ｑ２のオン／オフ制御を行えば、少ない部品で高電圧を発生させることが可能となるとともに、低周波の矩形波電圧による放電灯の点灯が可能になる。
【００２１】
さらに、ＬＣ共振によって発生した高電圧で放電灯が放電を開始した後も、完全に放電が安定するまでの所定時間、非放電状態時の上記高周波スイッチング動作を継続し、放電が安定した後、図８に示すスイッチング制御に切り替えれば、放電灯ＤＬが点灯に至るまでの放電を安定にすることができる。
【００２２】
このような回路構成にすれば、少ない部品で安価な放電灯点灯装置を提供することができる。
【００２３】
しかしながら、二組の直列共振回路を構成するインダクタＬ１，Ｌ２およびコンデンサＣ１，Ｃ２を負荷回路１１に具備すると、図１０に示すランプ電圧の周波数特性図のように、ランプ電圧Ｖlaに２つの共振ピークｆ３，ｆ４が現れ、ＦＥＴに無用の電流ストレスが加わる。
【００２４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減し得る放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１記載の発明の放電灯点灯装置は、第１インダクタ、この第１インダクタに直列に接続される第１コンデンサ、この第１コンデンサと並列に接続される第２インダクタおよび第２コンデンサの直列回路、および前記第２コンデンサと並列に接続される放電灯により構成される負荷回路と、前記負荷回路への電力供給用の高周波電源回路と、前記高周波電源回路の駆動制御を行うもので、前記放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間の場合には、高周波電圧をこの周波数を連続的に変化させながら前記負荷回路に印加する駆動制御を行い、前記非放電期間の場合には、前記負荷回路および高周波電源回路で共振を起こして放電開始に必要な高電圧を前記放電灯に印加する駆動制御を行うとともに、正極性の期間と負極性の期間とが異なる高周波電圧を前記負荷回路に印加する駆動制御を行う制御回路とを備え、前記第１インダクタおよび第１コンデンサの第１直列共振周波数よりも前記第２インダクタおよび第２コンデンサの第２直列共振周波数のほうが高くなるように定数設定が行われているとともに、前記制御回路が前記高周波電圧の周波数を連続的に変化させる範囲は、前記負荷回路のリアクタンスがゼロとなる高い方の周波数を含み、前記リアクタンスがゼロとなる低い方の周波数よりも高い範囲に設定されているのである。
【００２６】
この構成によれば、共振による高電圧を放電灯に印加させることができ、放電灯が放電開始に必要でないところで共振電流が増大するのを防止することができるので、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００２７】
なお、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記範囲は、前記高い方の周波数を含み、前記第１インダクタの電流ピークが前記高い方の周波数における電流ピークを越えない範囲である構成でもよい（請求項２）。この構成によれば、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００２８】
また、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記範囲は、前記高い方の周波数を含み、前記低い方の周波数と前記高い方の周波数との範囲内における前記放電灯の両端電圧が極小となる値に対応する周波数以上に設定されている構成でもよい（請求項３）。この構成によれば、より好適に共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００２９】
また、請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記制御回路は、前記所定期間、正極性の期間と負極性の期間とが異なる高周波電圧を前記負荷回路に印加する駆動制御を行う構成でもよい（請求項４）。この構成によれば、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００３０】
また、請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、高周波電源回路は、直流電源と、この直流電源の出力に接続され、前記負荷回路に電力を供給するインバータ回路とにより構成されるものでもよい（請求項５）。この構成によれば、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００３１】
また、請求項５記載の放電灯点灯装置において、前記直流電源は、交流電源からの交流電力を直流電力に整流する整流器と、この整流器の両出力端子間に接続される昇圧チョッパ回路とにより構成されるものでもよい（請求項６）。この構成によれば、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００３２】
さらに、請求項５記載の放電灯点灯装置において、前記インバータ回路は、前記直流電源の出力に対して、２つのスイッチング素子の直列回路と２つの平滑コンデンサの直列回路とを並列に接続することにより構成され、前記負荷回路は、前記２つのスイッチング素子の接続点と前記２つの平滑コンデンサの接続点との間に接続される構成でもよい（請求項７）。この構成によれば、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図、図２はランプ電圧およびインダクタに流れる電流の周波数特性図で、これらの図を用いて以下に第１実施形態の説明を行う。ただし、図２におけるＩＬ１，ＩＬ２はそれぞれインダクタＬ１，Ｌ２に流れる電流を示す。
【００３４】
図１に示す放電灯点灯装置は、負荷回路１１、高周波電源回路１２、およびこの高周波電源回路１２用の制御回路１３により構成されている。
【００３５】
負荷回路１１は、インダクタＬ１と、このインダクタＬ１に直列に接続されるコンデンサＣ１と、このコンデンサＣ１と並列に接続されるインダクタＬ２およびコンデンサＣ２の直列回路と、コンデンサＣ２と並列に接続される放電灯ＤＬとを備え、インダクタＬ１およびコンデンサＣ１の直列共振周波数よりもインダクタＬ２およびコンデンサＣ２の直列共振周波数のほうが常に高くなるように各定数を設定して成る。また、インダクタＬ１のインダクタンス値はインダクタＬ２のインダクタンス値よりも小さな値に設定され、コンデンサＣ１の容量値はコンデンサＣ２の容量値よりも大きな値に設定されている。
【００３６】
高周波電源回路１２は、図７に示す放電灯点灯装置と実質同様、直流電源１２１およびインバータ回路１２２により構成されている。図１の例では、直流電源１２１は、交流電源ＡＣからの交流電力を直流電力に整流する整流器ＤＢと、この整流器ＤＢの両出力端子簡に接続される昇圧チョッパ回路１２１ａとにより構成されている。この昇圧チョッパ回路１２１ａは、インダクタＬ３、ＦＥＴＱ３およびダイオードＤ１により構成され、交流電源ＡＣからの入力電流の力率改善機能を有し、図７に示した直流電圧Ｖ１の供給源となる。
【００３７】
制御回路１３は、インダクタＬ１に対する２次巻線として設けられた巻線Ｌ１２と、検出回路１３１と、ＦＥＴＱ３用の制御回路１３２と、ＦＥＴＱ１，Ｑ２用の制御回路１３３とにより構成されている。
【００３８】
検出回路１３１は、放電灯ＤＬが放電を開始する前の非放電期間に、巻線Ｌ１２から、ＬＣ共振動作により高電圧を発生する際のインダクタＬ１に流れる共振電流Ｉl1の検出を行う電流検出回路１３１ａと、ランプ電圧Ｖlaの検出を行い、この検出結果から、非放電期間の負荷回路１１のリアクタンスがゼロとなる高い方の周波数ｆ４（図２参照）の検出を行う周波数検出回路１３１ｂと、この周波数検出回路１３１ｂの検出結果を用いて、電流検出回路１３１ａの検出結果から、スイッチング周波数ｆswが周波数ｆ４となる時にインダクタＬ１に流れる電流のピーク値Ｐ２１を保持する電流値保持回路１３１ｃとにより構成されている。ただし、上記周波数検出回路１３１ｂは、ランプ電圧Ｖlaの検出結果から、周波数ｆ４に対応するランプ電圧Ｖlaのピーク値Ｐ２２を検出することにより周波数ｆ４の検出を行うように構成される。
【００３９】
制御回路１３２は、昇圧チョッパ回路１２１ａのＦＥＴＱ３のオン／オフ制御を行うもので、例えば整流器ＤＢの出力電圧のレベルを所定レベルに変換させるようにＦＥＴＱ３のオン／オフ制御を行う。
【００４０】
制御回路１３３は、インバータ回路１２２のＦＥＴＱ１，Ｑ２のオン／オフ制御を行うもので、例えば、図７に示した制御回路１３ａと同様に、ＦＥＴＱ２をオフ状態にしてＦＥＴＱ１を高周波制御信号でオン／オフする制御とＦＥＴＱ１をオフ状態にしてＦＥＴＱ２を高周波制御信号でオン／オフする制御とを数１０〜数１００Ｈｚの低周波動作で交互に切り替えて実行する。これにより、点灯用の低周波の矩形波電圧Ｖlaが放電灯ＤＬに印加することになる。
【００４１】
また、制御回路１３３は、非放電期間、周波数ｆ４を含む所定範囲内でＦＥＴＱ１，Ｑ２に対するスイッチング周波数ｆswをスイープして高電圧を発生させ、その高電圧を負荷回路１１に印加する制御を行う。具体的には、上記スイープは、周波数ｆ４より高い所定の周波数ｆ５から、周波数ｆ４よりも低く、インダクタＬ１に流れる電流値が電流値保持回路１３１ｃで保持されている電流のピーク値Ｐ２１になる周波数ｆｃまで行われる（図２参照）。
【００４２】
さらに、制御回路１３３は、上記高電圧を発生させる場合、ＦＥＴＱ１のオン期間がＦＥＴＱ２のそれよりも長くなるようにＦＥＴＱ１，Ｑ２をオン／オフする制御と、ＦＥＴＱ２のオン期間がＦＥＴＱ１のそれよりも長くなるようにＦＥＴＱ１，Ｑ２をオン／オフする制御とをそれぞれ期間Ａ，Ｂで交互に繰り返し行う。ＦＥＴＱ１，Ｑ２は、図９と同様に、ＬＣ共振で高電圧を発生するのに十分な値に調整されるアンバランスなデューティでオン／オフ制御される。つまり、制御回路１３３は、所望の高電圧が発生するようにＦＥＴＱ１，Ｑ２のデューティの差を調整する。
【００４３】
次に、第１実施形態の特徴となるスイッチング周波数ｆswのスイープ制御について説明する。非放電期間の場合、電流検出回路１３１ａで、インダクタＬ１に流れる共振電流Ｉl1が検出される。一方、周波数検出回路１３１ｂで、周波数ｆ４が検出される。この後、電流値保持回路１３１ｃで、ピーク値Ｐ２１が保持される。この後、制御回路１３３により、周波数ｆ５から、インダクタＬ１に流れる電流値が電流値保持回路１３１ｃで保持されている電流のピーク値Ｐ２１になる周波数ｆｃまでスイッチング周波数ｆswをスイープする制御が行われる。またこのとき、図９と同様のアンバランスなデューティ制御が行われる。
【００４４】
以上により、共振による高電圧を放電灯に印加させることができ、放電灯ＤＬが放電開始に必要でないところで共振電流が増大するのを防止することができるので、ＦＥＴ、インダクタおよびコンデンサに加わるストレスを低減することが可能になる。
【００４５】
図３は本発明の第２実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図、図３はランプ電圧およびインダクタに流れる電流の周波数特性図で、これらの図を用いて以下に第２実施形態の説明を行う。
【００４６】
図３に示す放電灯点灯装置は、負荷回路１１および高周波電源回路１２を第１実施形態と同様に備えているほか、第１実施形態と同様の制御回路１３２に加えて、検出回路２３１および制御回路２３３により構成される制御回路２３を備えている。
【００４７】
検出回路２３１は、ランプ電圧の検出を行うランプ電圧検出回路２３１ａと、負荷回路１１のリアクタンスがゼロとなる低い方の周波数ｆ３と高い方の周波数ｆ４との間の範囲内におけるランプ電圧検出回路２３１ａの検出結果の極小値を検出する極小値検出回路２３１ｂとにより構成されている。つまり、極小値検出回路２３１ｂでは、図４に示す極小値Ｄでのランプ電圧Ｖlaが検出されるのであり、このランプ電圧Ｖlaは、図４の例では周波数ｆｄに対応するランプ電圧となる。
【００４８】
制御回路２３３は、周波数ｆ４より高い所定の周波数ｆ５から、極小値Ｄに対応する周波数ｆｄまで行うように構成される以外は、第１実施形態の制御回路１３３と同様に構成される。
【００４９】
次に、第２実施形態の特徴となるスイッチング周波数ｆswのスイープ制御について説明する。非放電期間の場合、ランプ電圧検出回路２３１ａで、ランプ電圧が検出される。そして、極小値検出回路２３１ｂで、周波数ｆ３，ｆ４間の範囲内におけるランプ電圧検出回路２３１ａの検出結果の極小値が検出（抽出）される。この後、制御回路２３３により、周波数ｆ５から、周波数ｆ４以下でランプ電圧Ｖlaが極小値検出回路２３１ｂで検出された極小値Ｄとなる周波数ｆｄまでスイッチング周波数ｆswをスイープする制御が行われる。また、このとき、図９と同様のアンバランスなデューティ制御が行われる。
【００５０】
以上により、共振による高電圧を放電灯に印加させることができ、放電灯ＤＬが放電開始に必要でないところで共振電流が増大するのを防止することができるので、ＦＥＴ、インダクタおよびコンデンサに加わるストレスを低減することが可能になる。また、図２の周波数ｆｃに対応する電流ＩＬ１と図４の周波数ｆｄに対応する電流ＩＬ１との比較からも分かるように、第１実施形態よりも好適に上記ストレスの低減が可能になる。
【００５１】
なお、第１および第２実施形態では、周波数のスイープ制御とデューティのアンバランス制御とが非放電期間に行われる構成になっているが、さらに放電が開始してからアーク放電に移行するまでの間実行される構成でもよい。また、放電開始時点から所定時間経過後に、図８に示した制御に切り替える構成でもよい。
【００５２】
また、インバータ回路１２２は回路構成がハーフブリッジになっているが、図５と同様のフルブリッジでもよい。この場合、例えば放電灯ＤＬの非放電期間および放電開始後の所定期間には、ＦＥＴＱ１１，Ｑ１４のオン期間がＦＥＴＱ１２，Ｑ１３のそれよりも長くなるようにＦＥＴＱ１１〜Ｑ１４をオン／オフする制御と、ＦＥＴＱ１２，Ｑ１３のオン期間がＦＥＴＱ１１，Ｑ１４のそれよりも長くなるようにＦＥＴＱ１１〜Ｑ１４をオン／オフする制御とをそれぞれ図９で示した期間Ａ，Ｂで交互に繰り返し行う構成にすれば、期間Ａ，Ｂで交番する低周波の矩形波電圧が発生して、高電圧パルス列に直流成分が重畳する。
【００５３】
さらに、スイッチング素子として、逆並列のダイオード（寄生ダイオード）を有するＦＥＴが使用される構成になっているが、例えば、トランジスタとこれに逆並列に接続されるダイオードとを使用する構成でもよい。
【００５４】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項１記載の発明によれば、第１インダクタ、この第１インダクタに直列に接続される第１コンデンサ、この第１コンデンサと並列に接続される第２インダクタおよび第２コンデンサの直列回路、および前記第２コンデンサと並列に接続される放電灯により構成される負荷回路と、前記負荷回路への電力供給用の高周波電源回路と、前記高周波電源回路の駆動制御を行うもので、前記放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間の場合には、高周波電圧をこの周波数を連続的に変化させながら前記負荷回路に印加する駆動制御を行い、前記非放電期間の場合には、前記負荷回路および高周波電源回路で共振を起こして放電開始に必要な高電圧を前記放電灯に印加する駆動制御を行うとともに、正極性の期間と負極性の期間とが異なる高周波電圧を前記負荷回路に印加する駆動制御を行う制御回路とを備え、前記第１インダクタおよび第１コンデンサの第１直列共振周波数よりも前記第２インダクタおよび第２コンデンサの第２直列共振周波数のほうが高くなるように定数設定が行われているとともに、前記制御回路が前記高周波電圧の周波数を連続的に変化させる範囲は、前記負荷回路のリアクタンスがゼロとなる高い方の周波数を含み、前記リアクタンスがゼロとなる低い方の周波数よりも高い範囲に設定されているので、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００５５】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記範囲は、前記高い方の周波数を含み、前記第１インダクタの電流ピークが前記高い方の周波数における電流ピークを越えない範囲であるので、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００５６】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記範囲は、前記高い方の周波数を含み、前記低い方の周波数と前記高い方の周波数との範囲内における前記放電灯の両端電圧が極小となる値に対応する周波数以上に設定されているので、より好適に共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００５７】
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記制御回路は、前記所定期間、正極性の期間と負極性の期間とが異なる高周波電圧を前記負荷回路に印加する駆動制御を行うので、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００５８】
請求項５記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、高周波電源回路は、直流電源と、この直流電源の出力に接続され、前記負荷回路に電力を供給するインバータ回路とにより構成されるので、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００５９】
請求項６記載の発明によれば、請求項５記載の放電灯点灯装置において、前記直流電源は、交流電源からの交流電力を直流電力に整流する整流器と、この整流器の両出力端子間に接続される昇圧チョッパ回路とにより構成されるので、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００６０】
請求項７記載の発明によれば、請求項５記載の放電灯点灯装置において、前記インバータ回路は、前記直流電源の出力に対して、２つのスイッチング素子の直列回路と２つの平滑コンデンサの直列回路とを並列に接続することにより構成され、前記負荷回路は、前記２つのスイッチング素子の接続点と前記２つの平滑コンデンサの接続点との間に接続されるので、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図である。
【図２】ランプ電圧およびインダクタに流れる電流の周波数特性図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図である。
【図４】ランプ電圧およびインダクタに流れる電流の周波数特性図である。
【図５】高輝度放電灯用である従来の放電灯点灯装置の一例を示す構成図である。
【図６】図５に示す放電灯に印加する電圧波形図である。
【図７】別の放電灯点灯装置の構成例を示す図である。
【図８】図７の各部の信号波形図である。
【図９】図７の各部の信号波形図である。
【図１０】図７に示す放電灯点灯装置のランプ電圧の周波数特性図である。
【符号の説明】
１１ 負荷回路
１２ 高周波電源回路
１３，２３ 制御回路
Ｌ１，Ｌ２ インダクタ
Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ
ＤＬ 放電灯
Ｌ１２ 巻線
１３１，２３１ 検出回路
１３２ 制御回路
１３３，２３３ 制御回路
１３１ａ 電流検出回路
１３１ｂ 周波数検出回路
１３１ｃ 電流値保持回路
２３１ａ ランプ電圧検出回路
２３１ｂ 極小値検出回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば高輝度放電灯（ＨＩＤランプ）用の放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は高輝度放電灯用である従来の放電灯点灯装置の一例を示す構成図、図６は図５に示す放電灯に印加する電圧波形図で、図５に示す放電灯点灯装置は、負荷となる放電灯（高輝度放電灯）ＤＬと、イグナイタ回路ＩＧと、このイグナイタ回路ＩＧを介した放電灯ＤＬへの電力供給用の高周波電源ＰＳと、この高周波電源ＰＳ用の制御回路３とにより構成されている。
【０００３】
イグナイタ回路ＩＧは、パルス電圧発生回路ＰＧと、このパルス電圧発生回路ＰＧの出力に接続される一次巻線ｎ１を有するとともに高周波電源ＰＳおよび放電灯ＤＬ間に介設される二次巻線ｎ２を有するパルストランスＰＴとを備え、図６に示すように、放電灯ＤＬが点灯を開始する前の非点灯期間に駆動して、高周波電源ＰＳから放電灯ＤＬへの矩形波交流電圧に始動パルスを重畳するように構成される。
【０００４】
高周波電源ＰＳは、例えばバッテリなどにより成る直流電源ＢＴと、この直流電源ＢＴの両端に接続される降圧チョッパ回路１と、この降圧チョッパ回路１の両出力端子間に接続される平滑用のコンデンサＣＥ１０と、このコンデンサＣＥ１０の両端に接続される極性反転回路２とを備えている。
【０００５】
降圧チョッパ回路１は、ＦＥＴＱ１０、ダイオードＤ１０およびインダクタＬ１０により構成されている一方、極性反転回路（インバータ回路）２は、ＦＥＴＱ１１〜Ｑ１４によりフルブリッジ回路に構成されている。
【０００６】
制御回路３は、高周波電源ＰＳの各ＦＥＴのオン／オフ制御を行うもので、例えばＦＥＴＱ１０に対して、直流電源ＢＴの電圧Ｖ１のレベルをコンデンサＣＥ１０に直流電圧Ｖ２（０≦Ｖ２≦Ｖ１）が発生するレベルに変換させるように、高周波制御信号を用いてオン／オフ制御を行う。なお、その直流電圧Ｖ２は、ＦＥＴＱ１０に対するスイッチング周波数、デューティおよびコンデンサＣＥ１０に加わる負荷状態によって変化する。
【０００７】
また、制御回路３は、コンデンサＣＥ１０の直流電圧が数１０〜数１００Ｈｚ程度の周波数で正負の両極性を有する矩形波交流電圧となるように、ＦＥＴＱ１１〜Ｑ１４のオン／オフ制御を行う。
【０００８】
このように構成される放電灯点灯装置の動作を説明する。まず、電源が投入されると、制御回路３からの制御信号に従ってＦＥＴＱ１０がオン／オフする。この動作で、直流電源ＢＴの電圧Ｖ１のレベル変換が行われ、コンデンサＣＥ１０に直流電圧Ｖ２が発生する。このとき、放電灯ＤＬが実質的に開放状態であるので、通常、直流電圧Ｖ２は電圧Ｖ１にほぼ等しくなる。一方、制御回路３からの制御信号に従って、ＦＥＴＱ１１〜Ｑ１４がオン／オフするとともに、イグナイタ回路ＩＧが駆動する。そうすると、図６に示すように、コンデンサＣＥ１０の直流電圧が数１０〜数１００Ｈｚ程度の周波数で正負の両極性を有する矩形波交流電圧に変換されるとともに、この矩形波交流電圧に始動パルスが重畳することになる。これにより、放電灯ＤＬが放電を開始して点灯期間に移行する。
【０００９】
点灯期間に移行すると、放電灯ＤＬを安定に動作させるための直流電圧Ｖ２がコンデンサＣＥ１０に発生するように、制御回路３からの制御信号に従ってＦＥＴＱ１０がオン／オフする。一方、コンデンサＣＥ１０の直流電圧が放電灯ＤＬを安定に点灯させるための矩形波電圧になるように、制御回路３からの制御信号に従ってＦＥＴＱ１１〜Ｑ１４がオン／オフする。これにより、放電灯ＤＬの点灯が安定に維持されることになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示す放電灯点灯装置では、始動用のパルス電圧を発生させるためのイグナイタ回路ＩＧなどが必要になるため、部品点数の増大、コストアップおよび装置の大型化などの課題が生じる。
【００１１】
図７にこの課題を解決し得る放電灯点灯装置の構成例を示し、図８，図９に図７の各部の信号波形図を示す。
【００１２】
図７における放電灯点灯装置は、負荷回路（負荷共振回路）１１、高周波電源回路１２、およびこの高周波電源回路１２用の制御回路１３ａにより構成され、イグナイタを具備しない構成となっている。
【００１３】
負荷回路１１は、インダクタＬ１と、このインダクタＬ１に直列に接続されるコンデンサＣ１と、このコンデンサＣ１と並列に接続されるインダクタＬ２およびコンデンサＣ２の直列回路と、コンデンサＣ２と並列に接続される放電灯ＤＬとにより構成されている。
【００１４】
高周波電源回路１２は、負荷回路１１への電力供給用であって、直流電源１２１と、この直流電源１２１の出力に対して、２つのＦＥＴＱ１，Ｑ２の直列回路と２つの平滑用のコンデンサＣＥ１，ＣＥ２の直列回路とを並列に接続することにより構成され、ＦＥＴＱ１，Ｑ２の接続点とコンデンサＣＥ１，ＣＥ２の接続点との間に負荷回路１１が接続されるインバータ回路１２２とにより構成されている。
【００１５】
制御回路１３ａは、ＦＥＴＱ１，Ｑ２のオン／オフ制御を行うもので、例えば図８に示すように、ＦＥＴＱ２をオフ状態にしてＦＥＴＱ１を高周波制御信号でオン／オフする制御とＦＥＴＱ１をオフ状態にしてＦＥＴＱ２を高周波制御信号でオン／オフする制御とを数１０〜数１００Ｈｚの低周波動作で交互に切り替えて実行する。これにより、点灯用の低周波の矩形波電圧Ｖlaが放電灯ＤＬに印加することになる。
【００１６】
また、制御回路１３ａは、放電灯ＤＬの少なくとも非放電期間および放電開始後の所定期間には、図９に示すように、ＦＥＴＱ１のオン期間がＦＥＴＱ２のそれよりも長くなるようにＦＥＴＱ１，Ｑ２をオン／オフする制御と、ＦＥＴＱ２のオン期間がＦＥＴＱ１のそれよりも長くなるようにＦＥＴＱ１，Ｑ２をオン／オフする制御とをそれぞれ期間Ａ，Ｂで交互に繰り返し行う。また、このとき、ＦＥＴＱ１，Ｑ２のスイッチング周波数ｆswをスイープ、つまり連続的に変化させる制御が行われる。
【００１７】
ここで、放電灯ＤＬが点灯に至るまでの動作を説明する。ＦＥＴＱ１，Ｑ２が高周波制御信号に従って交互にオン／オフすると、高周波電圧が発生する。この高周波電圧が負荷回路１１に印加すると、負荷回路１１の共振によって高電圧が発生し、この高電圧が放電灯ＤＬに印加する。これにより、放電灯ＤＬはイグナイタがなくても放電を開始して点灯に至る。
【００１８】
このとき、共振ピークを使用すればより高い電圧を発生させることができる。また、部品定数のばらつきなどによる共振ピークのずれも考慮に入れて、負荷回路１１のＬＣ共振のピークを含む所定範囲内でＦＥＴＱ１，Ｑ２をスイープするようにすれば、部品定数がばらついてもＬＣ共振のピークを利用することが可能になるので、より高い電圧を確実に発生させることが可能になる。
【００１９】
さらに、スイッチング周波数ｆswのスイープに加えて、図９に示すように、ＦＥＴＱ１のオン期間がＦＥＴＱ２のそれよりも長くなるようにＦＥＴＱ１，Ｑ２をオン／オフする制御と、ＦＥＴＱ２のオン期間がＦＥＴＱ１のそれよりも長くなるようにＦＥＴＱ１，Ｑ２をオン／オフする制御とをそれぞれ期間Ａ，Ｂで交互に繰り返し行うようにすれば、期間Ａ，Ｂで交番する低周波の矩形波電圧が発生して、共振ピークを含む高電圧パルス列に直流成分が重畳することになる。
【００２０】
このようにＦＥＴＱ１，Ｑ２のオン／オフ制御を行えば、少ない部品で高電圧を発生させることが可能となるとともに、低周波の矩形波電圧による放電灯の点灯が可能になる。
【００２１】
さらに、ＬＣ共振によって発生した高電圧で放電灯が放電を開始した後も、完全に放電が安定するまでの所定時間、非放電状態時の上記高周波スイッチング動作を継続し、放電が安定した後、図８に示すスイッチング制御に切り替えれば、放電灯ＤＬが点灯に至るまでの放電を安定にすることができる。
【００２２】
このような回路構成にすれば、少ない部品で安価な放電灯点灯装置を提供することができる。
【００２３】
しかしながら、二組の直列共振回路を構成するインダクタＬ１，Ｌ２およびコンデンサＣ１，Ｃ２を負荷回路１１に具備すると、図１０に示すランプ電圧の周波数特性図のように、ランプ電圧Ｖlaに２つの共振ピークｆ３，ｆ４が現れ、ＦＥＴに無用の電流ストレスが加わる。
【００２４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減し得る放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１記載の発明の放電灯点灯装置は、第１インダクタ、この第１インダクタに直列に接続される第１コンデンサ、この第１コンデンサと並列に接続される第２インダクタおよび第２コンデンサの直列回路、および前記第２コンデンサと並列に接続される放電灯により構成される負荷回路と、前記負荷回路への電力供給用の高周波電源回路と、前記高周波電源回路の駆動制御を行うもので、前記放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間の場合には、高周波電圧をこの周波数を連続的に変化させながら前記負荷回路に印加する駆動制御を行い、前記非放電期間の場合には、前記負荷回路および高周波電源回路で共振を起こして放電開始に必要な高電圧を前記放電灯に印加する駆動制御を行うとともに、正極性の期間と負極性の期間とが異なる高周波電圧を前記負荷回路に印加する駆動制御を行う制御回路とを備え、前記第１インダクタおよび第１コンデンサの第１直列共振周波数よりも前記第２インダクタおよび第２コンデンサの第２直列共振周波数のほうが高くなるように定数設定が行われているとともに、前記制御回路が前記高周波電圧の周波数を連続的に変化させる範囲は、前記負荷回路のリアクタンスがゼロとなる高い方の周波数を含み、前記リアクタンスがゼロとなる低い方の周波数よりも高い範囲に設定されているのである。
【００２６】
この構成によれば、共振による高電圧を放電灯に印加させることができ、放電灯が放電開始に必要でないところで共振電流が増大するのを防止することができるので、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００２７】
なお、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記範囲は、前記高い方の周波数を含み、前記第１インダクタの電流ピークが前記高い方の周波数における電流ピークを越えない範囲である構成でもよい（請求項２）。この構成によれば、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００２８】
また、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記範囲は、前記高い方の周波数を含み、前記低い方の周波数と前記高い方の周波数との範囲内における前記放電灯の両端電圧が極小となる値に対応する周波数以上に設定されている構成でもよい（請求項３）。この構成によれば、より好適に共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００２９】
また、請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記制御回路は、前記所定期間、正極性の期間と負極性の期間とが異なる高周波電圧を前記負荷回路に印加する駆動制御を行う構成でもよい（請求項４）。この構成によれば、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００３０】
また、請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、高周波電源回路は、直流電源と、この直流電源の出力に接続され、前記負荷回路に電力を供給するインバータ回路とにより構成されるものでもよい（請求項５）。この構成によれば、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００３１】
また、請求項５記載の放電灯点灯装置において、前記直流電源は、交流電源からの交流電力を直流電力に整流する整流器と、この整流器の両出力端子間に接続される昇圧チョッパ回路とにより構成されるものでもよい（請求項６）。この構成によれば、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００３２】
さらに、請求項５記載の放電灯点灯装置において、前記インバータ回路は、前記直流電源の出力に対して、２つのスイッチング素子の直列回路と２つの平滑コンデンサの直列回路とを並列に接続することにより構成され、前記負荷回路は、前記２つのスイッチング素子の接続点と前記２つの平滑コンデンサの接続点との間に接続される構成でもよい（請求項７）。この構成によれば、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図、図２はランプ電圧およびインダクタに流れる電流の周波数特性図で、これらの図を用いて以下に第１実施形態の説明を行う。ただし、図２におけるＩＬ１，ＩＬ２はそれぞれインダクタＬ１，Ｌ２に流れる電流を示す。
【００３４】
図１に示す放電灯点灯装置は、負荷回路１１、高周波電源回路１２、およびこの高周波電源回路１２用の制御回路１３により構成されている。
【００３５】
負荷回路１１は、インダクタＬ１と、このインダクタＬ１に直列に接続されるコンデンサＣ１と、このコンデンサＣ１と並列に接続されるインダクタＬ２およびコンデンサＣ２の直列回路と、コンデンサＣ２と並列に接続される放電灯ＤＬとを備え、インダクタＬ１およびコンデンサＣ１の直列共振周波数よりもインダクタＬ２およびコンデンサＣ２の直列共振周波数のほうが常に高くなるように各定数を設定して成る。また、インダクタＬ１のインダクタンス値はインダクタＬ２のインダクタンス値よりも小さな値に設定され、コンデンサＣ１の容量値はコンデンサＣ２の容量値よりも大きな値に設定されている。
【００３６】
高周波電源回路１２は、図７に示す放電灯点灯装置と実質同様、直流電源１２１およびインバータ回路１２２により構成されている。図１の例では、直流電源１２１は、交流電源ＡＣからの交流電力を直流電力に整流する整流器ＤＢと、この整流器ＤＢの両出力端子簡に接続される昇圧チョッパ回路１２１ａとにより構成されている。この昇圧チョッパ回路１２１ａは、インダクタＬ３、ＦＥＴＱ３およびダイオードＤ１により構成され、交流電源ＡＣからの入力電流の力率改善機能を有し、図７に示した直流電圧Ｖ１の供給源となる。
【００３７】
制御回路１３は、インダクタＬ１に対する２次巻線として設けられた巻線Ｌ１２と、検出回路１３１と、ＦＥＴＱ３用の制御回路１３２と、ＦＥＴＱ１，Ｑ２用の制御回路１３３とにより構成されている。
【００３８】
検出回路１３１は、放電灯ＤＬが放電を開始する前の非放電期間に、巻線Ｌ１２から、ＬＣ共振動作により高電圧を発生する際のインダクタＬ１に流れる共振電流Ｉl1の検出を行う電流検出回路１３１ａと、ランプ電圧Ｖlaの検出を行い、この検出結果から、非放電期間の負荷回路１１のリアクタンスがゼロとなる高い方の周波数ｆ４（図２参照）の検出を行う周波数検出回路１３１ｂと、この周波数検出回路１３１ｂの検出結果を用いて、電流検出回路１３１ａの検出結果から、スイッチング周波数ｆswが周波数ｆ４となる時にインダクタＬ１に流れる電流のピーク値Ｐ２１を保持する電流値保持回路１３１ｃとにより構成されている。ただし、上記周波数検出回路１３１ｂは、ランプ電圧Ｖlaの検出結果から、周波数ｆ４に対応するランプ電圧Ｖlaのピーク値Ｐ２２を検出することにより周波数ｆ４の検出を行うように構成される。
【００３９】
制御回路１３２は、昇圧チョッパ回路１２１ａのＦＥＴＱ３のオン／オフ制御を行うもので、例えば整流器ＤＢの出力電圧のレベルを所定レベルに変換させるようにＦＥＴＱ３のオン／オフ制御を行う。
【００４０】
制御回路１３３は、インバータ回路１２２のＦＥＴＱ１，Ｑ２のオン／オフ制御を行うもので、例えば、図７に示した制御回路１３ａと同様に、ＦＥＴＱ２をオフ状態にしてＦＥＴＱ１を高周波制御信号でオン／オフする制御とＦＥＴＱ１をオフ状態にしてＦＥＴＱ２を高周波制御信号でオン／オフする制御とを数１０〜数１００Ｈｚの低周波動作で交互に切り替えて実行する。これにより、点灯用の低周波の矩形波電圧Ｖlaが放電灯ＤＬに印加することになる。
【００４１】
また、制御回路１３３は、非放電期間、周波数ｆ４を含む所定範囲内でＦＥＴＱ１，Ｑ２に対するスイッチング周波数ｆswをスイープして高電圧を発生させ、その高電圧を負荷回路１１に印加する制御を行う。具体的には、上記スイープは、周波数ｆ４より高い所定の周波数ｆ５から、周波数ｆ４よりも低く、インダクタＬ１に流れる電流値が電流値保持回路１３１ｃで保持されている電流のピーク値Ｐ２１になる周波数ｆｃまで行われる（図２参照）。
【００４２】
さらに、制御回路１３３は、上記高電圧を発生させる場合、ＦＥＴＱ１のオン期間がＦＥＴＱ２のそれよりも長くなるようにＦＥＴＱ１，Ｑ２をオン／オフする制御と、ＦＥＴＱ２のオン期間がＦＥＴＱ１のそれよりも長くなるようにＦＥＴＱ１，Ｑ２をオン／オフする制御とをそれぞれ期間Ａ，Ｂで交互に繰り返し行う。ＦＥＴＱ１，Ｑ２は、図９と同様に、ＬＣ共振で高電圧を発生するのに十分な値に調整されるアンバランスなデューティでオン／オフ制御される。つまり、制御回路１３３は、所望の高電圧が発生するようにＦＥＴＱ１，Ｑ２のデューティの差を調整する。
【００４３】
次に、第１実施形態の特徴となるスイッチング周波数ｆswのスイープ制御について説明する。非放電期間の場合、電流検出回路１３１ａで、インダクタＬ１に流れる共振電流Ｉl1が検出される。一方、周波数検出回路１３１ｂで、周波数ｆ４が検出される。この後、電流値保持回路１３１ｃで、ピーク値Ｐ２１が保持される。この後、制御回路１３３により、周波数ｆ５から、インダクタＬ１に流れる電流値が電流値保持回路１３１ｃで保持されている電流のピーク値Ｐ２１になる周波数ｆｃまでスイッチング周波数ｆswをスイープする制御が行われる。またこのとき、図９と同様のアンバランスなデューティ制御が行われる。
【００４４】
以上により、共振による高電圧を放電灯に印加させることができ、放電灯ＤＬが放電開始に必要でないところで共振電流が増大するのを防止することができるので、ＦＥＴ、インダクタおよびコンデンサに加わるストレスを低減することが可能になる。
【００４５】
図３は本発明の第２実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図、図３はランプ電圧およびインダクタに流れる電流の周波数特性図で、これらの図を用いて以下に第２実施形態の説明を行う。
【００４６】
図３に示す放電灯点灯装置は、負荷回路１１および高周波電源回路１２を第１実施形態と同様に備えているほか、第１実施形態と同様の制御回路１３２に加えて、検出回路２３１および制御回路２３３により構成される制御回路２３を備えている。
【００４７】
検出回路２３１は、ランプ電圧の検出を行うランプ電圧検出回路２３１ａと、負荷回路１１のリアクタンスがゼロとなる低い方の周波数ｆ３と高い方の周波数ｆ４との間の範囲内におけるランプ電圧検出回路２３１ａの検出結果の極小値を検出する極小値検出回路２３１ｂとにより構成されている。つまり、極小値検出回路２３１ｂでは、図４に示す極小値Ｄでのランプ電圧Ｖlaが検出されるのであり、このランプ電圧Ｖlaは、図４の例では周波数ｆｄに対応するランプ電圧となる。
【００４８】
制御回路２３３は、周波数ｆ４より高い所定の周波数ｆ５から、極小値Ｄに対応する周波数ｆｄまで行うように構成される以外は、第１実施形態の制御回路１３３と同様に構成される。
【００４９】
次に、第２実施形態の特徴となるスイッチング周波数ｆswのスイープ制御について説明する。非放電期間の場合、ランプ電圧検出回路２３１ａで、ランプ電圧が検出される。そして、極小値検出回路２３１ｂで、周波数ｆ３，ｆ４間の範囲内におけるランプ電圧検出回路２３１ａの検出結果の極小値が検出（抽出）される。この後、制御回路２３３により、周波数ｆ５から、周波数ｆ４以下でランプ電圧Ｖlaが極小値検出回路２３１ｂで検出された極小値Ｄとなる周波数ｆｄまでスイッチング周波数ｆswをスイープする制御が行われる。また、このとき、図９と同様のアンバランスなデューティ制御が行われる。
【００５０】
以上により、共振による高電圧を放電灯に印加させることができ、放電灯ＤＬが放電開始に必要でないところで共振電流が増大するのを防止することができるので、ＦＥＴ、インダクタおよびコンデンサに加わるストレスを低減することが可能になる。また、図２の周波数ｆｃに対応する電流ＩＬ１と図４の周波数ｆｄに対応する電流ＩＬ１との比較からも分かるように、第１実施形態よりも好適に上記ストレスの低減が可能になる。
【００５１】
なお、第１および第２実施形態では、周波数のスイープ制御とデューティのアンバランス制御とが非放電期間に行われる構成になっているが、さらに放電が開始してからアーク放電に移行するまでの間実行される構成でもよい。また、放電開始時点から所定時間経過後に、図８に示した制御に切り替える構成でもよい。
【００５２】
また、インバータ回路１２２は回路構成がハーフブリッジになっているが、図５と同様のフルブリッジでもよい。この場合、例えば放電灯ＤＬの非放電期間および放電開始後の所定期間には、ＦＥＴＱ１１，Ｑ１４のオン期間がＦＥＴＱ１２，Ｑ１３のそれよりも長くなるようにＦＥＴＱ１１〜Ｑ１４をオン／オフする制御と、ＦＥＴＱ１２，Ｑ１３のオン期間がＦＥＴＱ１１，Ｑ１４のそれよりも長くなるようにＦＥＴＱ１１〜Ｑ１４をオン／オフする制御とをそれぞれ図９で示した期間Ａ，Ｂで交互に繰り返し行う構成にすれば、期間Ａ，Ｂで交番する低周波の矩形波電圧が発生して、高電圧パルス列に直流成分が重畳する。
【００５３】
さらに、スイッチング素子として、逆並列のダイオード（寄生ダイオード）を有するＦＥＴが使用される構成になっているが、例えば、トランジスタとこれに逆並列に接続されるダイオードとを使用する構成でもよい。
【００５４】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項１記載の発明によれば、第１インダクタ、この第１インダクタに直列に接続される第１コンデンサ、この第１コンデンサと並列に接続される第２インダクタおよび第２コンデンサの直列回路、および前記第２コンデンサと並列に接続される放電灯により構成される負荷回路と、前記負荷回路への電力供給用の高周波電源回路と、前記高周波電源回路の駆動制御を行うもので、前記放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間の場合には、高周波電圧をこの周波数を連続的に変化させながら前記負荷回路に印加する駆動制御を行い、前記非放電期間の場合には、前記負荷回路および高周波電源回路で共振を起こして放電開始に必要な高電圧を前記放電灯に印加する駆動制御を行うとともに、正極性の期間と負極性の期間とが異なる高周波電圧を前記負荷回路に印加する駆動制御を行う制御回路とを備え、前記第１インダクタおよび第１コンデンサの第１直列共振周波数よりも前記第２インダクタおよび第２コンデンサの第２直列共振周波数のほうが高くなるように定数設定が行われているとともに、前記制御回路が前記高周波電圧の周波数を連続的に変化させる範囲は、前記負荷回路のリアクタンスがゼロとなる高い方の周波数を含み、前記リアクタンスがゼロとなる低い方の周波数よりも高い範囲に設定されているので、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００５５】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記範囲は、前記高い方の周波数を含み、前記第１インダクタの電流ピークが前記高い方の周波数における電流ピークを越えない範囲であるので、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００５６】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記範囲は、前記高い方の周波数を含み、前記低い方の周波数と前記高い方の周波数との範囲内における前記放電灯の両端電圧が極小となる値に対応する周波数以上に設定されているので、より好適に共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００５７】
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記制御回路は、前記所定期間、正極性の期間と負極性の期間とが異なる高周波電圧を前記負荷回路に印加する駆動制御を行うので、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００５８】
請求項５記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、高周波電源回路は、直流電源と、この直流電源の出力に接続され、前記負荷回路に電力を供給するインバータ回路とにより構成されるので、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００５９】
請求項６記載の発明によれば、請求項５記載の放電灯点灯装置において、前記直流電源は、交流電源からの交流電力を直流電力に整流する整流器と、この整流器の両出力端子間に接続される昇圧チョッパ回路とにより構成されるので、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【００６０】
請求項７記載の発明によれば、請求項５記載の放電灯点灯装置において、前記インバータ回路は、前記直流電源の出力に対して、２つのスイッチング素子の直列回路と２つの平滑コンデンサの直列回路とを並列に接続することにより構成され、前記負荷回路は、前記２つのスイッチング素子の接続点と前記２つの平滑コンデンサの接続点との間に接続されるので、放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間における高電圧発生時の共振電流の増大による部品のストレスを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図である。
【図２】ランプ電圧およびインダクタに流れる電流の周波数特性図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図である。
【図４】ランプ電圧およびインダクタに流れる電流の周波数特性図である。
【図５】高輝度放電灯用である従来の放電灯点灯装置の一例を示す構成図である。
【図６】図５に示す放電灯に印加する電圧波形図である。
【図７】別の放電灯点灯装置の構成例を示す図である。
【図８】図７の各部の信号波形図である。
【図９】図７の各部の信号波形図である。
【図１０】図７に示す放電灯点灯装置のランプ電圧の周波数特性図である。
【符号の説明】
１１ 負荷回路
１２ 高周波電源回路
１３，２３ 制御回路
Ｌ１，Ｌ２ インダクタ
Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ
ＤＬ 放電灯
Ｌ１２ 巻線
１３１，２３１ 検出回路
１３２ 制御回路
１３３，２３３ 制御回路
１３１ａ 電流検出回路
１３１ｂ 周波数検出回路
１３１ｃ 電流値保持回路
２３１ａ ランプ電圧検出回路
２３１ｂ 極小値検出回路
Claims (7)
- 第１インダクタ、この第１インダクタに直列に接続される第１コンデンサ、この第１コンデンサと並列に接続される第２インダクタおよび第２コンデンサの直列回路、および前記第２コンデンサと並列に接続される放電灯により構成される負荷回路と、
前記負荷回路への電力供給用の高周波電源回路と、
前記高周波電源回路の駆動制御を行うもので、前記放電灯の放電開始前の非放電期間および放電開始後の所定期間の場合には、高周波電圧をこの周波数を連続的に変化させながら前記負荷回路に印加する駆動制御を行い、前記非放電期間の場合には、前記負荷回路および高周波電源回路で共振を起こして放電開始に必要な高電圧を前記放電灯に印加する駆動制御を行うとともに、正極性の期間と負極性の期間とが異なる高周波電圧を前記負荷回路に印加する駆動制御を行う制御回路と
を備え、
前記第１インダクタおよび第１コンデンサの第１直列共振周波数よりも前記第２インダクタおよび第２コンデンサの第２直列共振周波数のほうが高くなるように定数設定が行われているとともに、
前記制御回路が前記高周波電圧の周波数を連続的に変化させる範囲は、前記負荷回路のリアクタンスがゼロとなる高い方の周波数を含み、前記リアクタンスがゼロとなる低い方の周波数よりも高い範囲に設定されている
放電灯点灯装置。 - 前記範囲は、前記高い方の周波数を含み、前記第１インダクタの電流ピークが前記高い方の周波数における電流ピークを越えない範囲である請求項１記載の放電灯点灯装置。
- 前記範囲は、前記高い方の周波数を含み、前記低い方の周波数と前記高い方の周波数との範囲内における前記放電灯の両端電圧が極小となる値に対応する周波数以上に設定されている請求項１記載の放電灯点灯装置。
- 前記制御回路は、前記所定期間、正極性の期間と負極性の期間とが異なる高周波電圧を前記負荷回路に印加する駆動制御を行う請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
- 高周波電源回路は、直流電源と、この直流電源の出力に接続され、前記負荷回路に電力を供給するインバータ回路とにより構成される請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
- 前記直流電源は、交流電源からの交流電力を直流電力に整流する整流器と、この整流器の両出力端子間に接続される昇圧チョッパ回路とにより構成される請求項５記載の放電灯点灯装置。
- 前記インバータ回路は、前記直流電源の出力に対して、２つのスイッチング素子の直列回路と２つの平滑コンデンサの直列回路とを並列に接続することにより構成され、前記負荷回路は、前記２つのスイッチング素子の接続点と前記２つの平滑コンデンサの接続点との間に接続される請求項５記載の放電灯点灯装置。
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