JP4281362B2 - 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、交流電流を例えば高圧放電灯に供給してこれを点灯させる放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１７は従来の放電灯点灯装置の構成図、図１８は同放電灯点灯装置の動作波形図、図１９，図２０は同放電灯点灯装置の共振電圧設定の説明図である。
【０００３】
図１７に示す従来の放電灯点灯装置は、交流電流を高圧放電灯Ｌａに供給してこれを点灯させるものであり、高圧放電灯Ｌａによりなる負荷回路と、ＤＣ−ＤＣ変換回路１と、ＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２と、ＬＣ直列共振回路３と、ＤＣ−ＡＣ変換回路４と、ＤＣ−ＡＣ変換用制御回路５と、高電圧発生回路６とにより構成されている。
【０００４】
ＤＣ−ＤＣ変換回路１は、トランジスタなどのスイッチング素子Ｑ１と、ダイオードＤ１と、インダクタンス素子Ｌ１と、キャパシタンス素子（平滑コンデンサ）Ｃ１とにより構成され、入力に直流電源Ｅが接続されるいわゆる降圧チョッパ回路となっている。
【０００５】
ＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２は、抵抗Ｒ２１〜Ｒ２５と、オペアンプ２１と、例えば新日本無線社製のＮＪＭ４２００などの乗算回路２２と、例えばＮＥＣ製のμＰＣ１０９４などの制御回路２３とにより構成され、ＤＣ−ＤＣ変換回路１の出力を監視しながら、スイッチング素子Ｑ１のオン，オフ制御を行うものである。
【０００６】
すなわち、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２により構成される電圧検出回路で高圧放電灯Ｌａの電圧を検出し、抵抗Ｒ２３〜Ｒ２５およびオペアンプ２１により構成される電流検出回路で高圧放電灯Ｌａの電流を検出し、それら電圧および電流を乗算回路２２に入力して高圧放電灯Ｌａへの供給電力を演算し、制御回路２３における一般的なＰＷＭ制御回路を介してＤＣ−ＤＣ変換回路１の入力にフィードバックすることにより、ＤＣ−ＤＣ変換回路１のパルス幅や周波数を制御しながら、直流電力を高圧放電灯Ｌａに供給する制御が実行される。
【０００７】
ＬＣ直列共振回路３は、インダクタンス素子（チョークコイル）Ｌ３と、キャパシタンス素子（コンデンサ）Ｃ３との直列回路により構成され、インダクタンス素子Ｌ３のインダクタンス値を大小に切り替えるためのスイッチング素子Ｑ３が設けられている。
【０００８】
ＤＣ−ＡＣ変換回路４は、フルブリッジ回路構成のスイッチング素子Ｑ４１〜Ｑ４４により構成され、ＤＣ−ＤＣ変換回路１からの直流電圧を方形波の交流電圧に変換して負荷回路およびＬＣ直列共振回路３に印加するものである。スイッチング素子Ｑ４１〜Ｑ４４の各々には、トランジスタおよび逆並列接続されたダイオードか、あるいは寄生ダイオードを有するＭＯＳＦＥＴなどが使用される。
【０００９】
ＤＣ−ＡＣ変換用制御回路５は、制御回路５０と、例えばＩＲ製のＩＲ２１１１などのドライブ回路５１，５２とにより構成され、スイッチング素子Ｑ４１〜Ｑ４４のオン，オフ制御を行うものである。
【００１０】
例えば、図１８に示すように、「点灯信号ＯＮ」時点から「フルブリッジ周波数切替」時点までの始動期間では、スイッチング素子Ｑ３をオフにした状態で、スイッチング素子Ｑ４１，４４とスイッチング素子Ｑ４２，Ｑ４３とを高周波で交互にオン，オフする制御が実行される。ここで、上記高周波は、図１９，図２０に示すように、ＬＣ直列共振回路３による共振電圧（キャパシタンス素子Ｃ３の両端電圧）が後述の所定電圧以上の電圧Ｖｐになるように、ＬＣ直列共振回路３の共振周波数ｆ0 近傍の周波数ｆ0 'に設定される。また、「ランプ点灯」時点から「フルブリッジ周波数切替」時点までの期間は、例えば予め所定時間に設定されている。
【００１１】
一方、始動期間後の定常時には、スイッチング素子Ｑ３をオンにした状態で、スイッチング素子Ｑ４１，４４とスイッチング素子Ｑ４２，Ｑ４３とを低周波で交互にオン，オフする制御が実行される。
【００１２】
高電圧発生回路６は、負荷回路に高圧放電灯Ｌａ点灯用の高圧パルス電圧を印加するためのものであり、１次巻線ｎ１を有するとともに、キャパシタンス素子Ｃ３の両端間において高圧放電灯Ｌａの両端にそれぞれ直列に介設される一対の２次巻線ｎ２１，ｎ２２を有するパルストランスＰＴと、駆動回路６１とにより構成されている。駆動回路６１は、キャパシタンス素子Ｃ３の両端間に入力が接続されてＤＣ−ＡＣ変換回路４からＬＣ直列共振回路３を介してその共振電圧を受け、これが所定電圧以上になると、電圧をパルストランスＰＴの１次巻線ｎ１に印加することにより、その２次巻線ｎ２１，ｎ２２を介して高圧パルス電圧を高圧放電灯Ｌａに印加するためのものである。駆動回路６１は、例えば、上記所定電圧がブレークオーバ電圧となるギャップ（スイッチング素子）などにより構成される。
【００１３】
上記構成の放電灯点灯装置では、図１８に示すように、「点灯信号ＯＮ」により起動すると、ＤＣ−ＤＣ変換回路１において、スイッチング素子Ｑ１がＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２のオン，オフ制御に従って動作する。一方、ＬＣ直列共振回路３およびＤＣ−ＡＣ変換回路４において、スイッチング素子Ｑ３がオフ状態で、スイッチング素子Ｑ４１，４４とスイッチング素子Ｑ４２，Ｑ４３とが高周波で交互にオン，オフする。
【００１４】
そして、ＬＣ直列共振回路３で共振電圧（Ｖｐ）が発生すると、高電圧発生回路６から負荷回路に高圧パルス電圧が印加することにより、高圧放電灯Ｌａが点灯し（「ランプ点灯」時点）、高周波のランプ電流ＩLaが流れる。ここで、高圧放電灯Ｌａが点灯しても、スイッチング素子Ｑ３のオフによりインダクタンス素子Ｌ３が高インピーダンス状態にあるため、キャパシタンス素子Ｃ１の出力電流がその入力電流よりも少なくなる。これにより、始動期間のほぼ全期間に亘り、キャパシタンス素子Ｃ１の両端電圧ＶC1が直流電源Ｅの直流電圧ＶE に保持されるので、キャパシタンス素子Ｃ１を定電源と見ることができる。
【００１５】
この後、所定時間が経過した定常時には、ＤＣ−ＤＣ変換回路１において、スイッチング素子Ｑ１がＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２のオン，オフ制御に従って動作する。一方、ＬＣ直列共振回路３およびＤＣ−ＡＣ変換回路４において、スイッチング素子Ｑ３がオン状態で、スイッチング素子Ｑ４１，４４とスイッチング素子Ｑ４２，Ｑ４３とが低周波で交互にオン，オフする。これにより、方形波状で低周波のランプ電流ＩLaが流れ、ＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２の供給電力の制御によって高圧放電灯Ｌａが安定に点灯する。
【００１６】
なお、特開２００１−３１９７９４号公報（特許文献１）には、ＤＣフェーズ区間において、直流電源の入力に接続された電源の電圧が低下した場合、直流電源を制御してランプ電流を制限するとともに、発振周波数を定常時よりも低周波にする放電ランプ点灯装置が開示されている。
【００１７】
【特許文献１】
特開２００１−３１９７９４号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１７等に示した従来の放電灯点灯装置では、始動期間でＬＣ直列共振回路３の共振を可能にするためには、ＤＣ−ＡＣ変換回路４の周波数設定とキャパシタンス素子Ｃ３の容量との関係で、設計的に数百μＨ以上のインダクタンス値のインダクタンス素子Ｌ３が必要となる。
【００１９】
また、そのような大きなインダクタンス値の状態で、定常時の低周波動作に移行したとすれば、極性反転時間が遅くなってしまい、高圧放電灯Ｌａの寿命に悪影響を及ぼす。
【００２０】
さらに、インダクタンス素子Ｌ３のインダクタンス値が大きいため、その部品サイズが大きくなり、装置が大型となる。
【００２１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型化を可能とし、始動性を改善することができ、長寿命化を可能とする放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１記載の発明は、放電灯によりなる負荷回路と、共振回路と、直流電圧を方形波の交流電圧に変換して前記負荷回路および前記共振回路に印加するＤＣ−ＡＣ変換回路と、前記負荷回路に前記放電灯点灯用の高電圧を印加するための高電圧発生回路とにより構成される放電灯点灯装置であって、始動期間において、前記方形波の周波数を段階的に低減するとともに、第１段階における周波数を前記共振回路の共振周波数の約奇数分の１の高周波側に設定し、第２段階における周波数を前記共振回路の共振周波数の約奇数分の１の高周波側かつ第１段階における周波数より低い値に設定する制御手段を備えることを特徴とする。
【００２３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記高電圧発生回路は、前記ＤＣ−ＡＣ変換回路から交流電圧を受け、その交流電圧が所定電圧以上になると前記高電圧を前記負荷回路に印加し、前記制御手段は、少なくとも前記第１段階における周波数を、前記交流電圧が前記所定電圧以上になるように前記共振周波数の約奇数分の１の高周波側に設定することを特徴とする。
【００２５】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、前記制御手段は、前記始動期間内の第３段階以降における周波数を、前記第２段階における周波数以下または前記共振周波数の約奇数分の１に設定することを特徴とする。
【００２６】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のうちいずれか１項記載の放電灯点灯装置において、前記直流電圧を前記ＤＣ−ＡＣ変換回路に出力するＤＣ−ＤＣ変換回路を含み、このＤＣ−ＤＣ変換回路は、前記始動期間では一定電圧制御で動作することを特徴とする。
【００３７】
【発明の実施の形態】
（基本形態１）
図１は本発明による基本形態１の放電灯点灯装置の構成図、図２は同放電灯点灯装置の動作波形図、図３は同放電灯点灯装置のＤＣ−ＡＣ変換用制御回路に関する設定の説明図、図４は同放電灯点灯装置のＬＣ直列共振回路で発生する共振電圧の波形例を示す図である。
【００３８】
基本形態１の放電灯点灯装置は、図１に示すように、高圧放電灯Ｌａによりなる負荷回路と、直流電力を供給するＤＣ−ＤＣ変換回路１と、これを制御するＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２と、ＬＣ直列共振回路３Ａと、ＤＣ−ＤＣ変換回路１からの直流電圧を方形波の交流電圧に変換して負荷回路およびＬＣ直列共振回路３Ａに印加するＤＣ−ＡＣ変換回路４と、これを制御するＤＣ−ＡＣ変換用制御回路５Ａと、負荷回路に高圧放電灯Ｌａ点灯用の高圧パルス電圧を印加するための高電圧発生回路６とにより構成され、これら各回路のうち、ＬＣ直列共振回路３ＡおよびＤＣ−ＡＣ変換用制御回路５Ａが図１７等に示した従来の放電灯点灯装置と相違している。
【００３９】
ＬＣ直列共振回路３Ａは、インダクタンス素子Ｌ３と、キャパシタンス素子Ｃ３との直列回路により構成され、スイッチング素子Ｑ３が設けられていない点で上記従来の放電灯点灯装置と相違している。また、インダクタンス素子Ｌ３のインダクタンス値は、図１７に示したインダクタンス素子Ｌ３の値よりも小さく、小型化のものを使用することができるようになっている。
【００４０】
ＤＣ−ＡＣ変換用制御回路５Ａは、制御回路５０Ａと、例えばＩＲ製のＩＲ２１１１などのドライブ回路５１，５２と、通称「５５５」の一般的なＩＣなどによりなるタイマ回路５３とにより構成され、始動期間におけるタイマ回路５３を用いた制御回路５０Ａによるスイッチング素子Ｑ４１〜Ｑ４４のオン，オフ制御が図１７に示したＤＣ−ＡＣ変換用制御回路５による制御と相違している。
【００４１】
すなわち、図２に示すように、「点灯信号ＯＮ」時点ｔ0 から定常時前のｔz 時点までの始動期間において、スイッチング素子Ｑ４１，４４とスイッチング素子Ｑ４２，Ｑ４３とを高周波で交互にオン，オフすることにより、方形波の交流電圧を負荷回路およびＬＣ直列共振回路３Ａに印加しながら、その方形波の周波数を段階的に低減するとともに、少なくともその段階的に低減する過程の最初の第１段階における方形波の周波数（例えば方形波のフーリエ展開による基本波の周波数）を、ＬＣ直列共振回路３Ａの共振周波数の約奇数分の１に（切替）設定する制御が実行される。
【００４２】
第１段階〜第ｎ段階の各期間は、「点灯信号」に応じて起動するタイマ回路５３によって設定され、各期間の経過毎にタイマ回路５３から制御回路５０Ａに信号が出力され、その信号を受けた制御回路５０Ａが方形波の周波数を段階的に低減していく。ただし、ｎは複数とする。
【００４３】
そして、基本形態１では、図３に示すように、ＬＣ直列共振回路３Ａの共振周波数をｆ０としたとき、第１段階における周波数ｆ１は、共振周波数ｆ０の約３分の１に設定される。このように、第１段階における周波数ｆ１を約ｆ０／３に設定することにより、共振周波数ｆ０近傍の共振カーブとほぼ同様のカーブを利用することができる。
【００４４】
また、周波数ｆ1 は、図３，図４に示すように、前述した電圧ＶｐがＬＣ直列共振回路３Ａで発生するように、ｆ0 ／３の高周波側近傍に設定されている。
【００４５】
このような構成の放電灯点灯装置では、始動期間において、第１段階、第２段階、…、第ｎ段階の順に、方形波の周波数が段階的に低減する。このとき、図２に示すように、高圧放電灯Ｌａのランプ特性によって、ランプ電流ＩLaが段階的に増大していく。また、始動期間のほぼ全期間に亘り、キャパシタンス素子Ｃ１の両端電圧ＶC1が直流電源Ｅの直流電圧ＶE に保持される。このような制御により高圧放電灯Ｌａの始動性が改善される。
【００４６】
基本形態１によれば、始動期間において、方形波の周波数を段階的に低減するので、高圧放電灯Ｌａの始動性を改善することができ、高圧放電灯Ｌａの電極劣化を抑制し、その長寿命化が可能になる。
【００４７】
また、第１段階における周波数ｆ1 が、ＬＣ直列共振回路３Ａの共振周波数ｆ0 の約３分の１に設定されるので、共振周波数ｆ0 近傍の共振カーブとほぼ同様のカーブを利用することができ、高圧放電灯Ｌａに印加する二次電圧を確保することができる。また、インダクタンス素子Ｌ３のインダクタンス値を小さくすることができ、その小型化が可能となる。
【００４８】
さらに、ＬＣ直列共振回路３Ａで電圧Ｖｐが発生するように、第１段階における周波数ｆ1 がｆ0 ／３の高周波側近傍に設定されているので、高電圧発生回路６から負荷回路に高圧放電灯Ｌａ点灯用の高圧パルス電圧を印加することが可能となる。
【００４９】
（第１実施形態）
図５は本発明による第１実施形態の放電灯点灯装置におけるＤＣ−ＡＣ変換用制御回路に関する設定の説明図、図６は同放電灯点灯装置のＬＣ直列共振回路で発生する共振電圧の波形例を示す図である。
【００５０】
第１実施形態の放電灯点灯装置は、基本形態１の放電灯点灯装置において、図５，図６に示すように、制御回路５０Ａが始動期間内の第２段階における周波数ｆ２をＬＣ直列共振回路３Ａの約５分の１に設定することを特徴とする。
【００５１】
また、図５の例では、周波数ｆ2 は、前述した電圧ＶｐがＬＣ直列共振回路３Ａで発生するように、ｆ0 ／５の高周波側近傍に設定されている。
【００５２】
第１実施形態によれば、第２段階における周波数ｆ２が、ＬＣ直列共振回路３Ａの共振周波数ｆ０の約５分の１に設定されるので、共振周波数ｆ０近傍の共振カーブとほぼ同様のカーブを利用することができ、高圧放電灯Ｌａに印加する二次電圧を確保することができる。
【００５３】
（第２実施形態）
図７は本発明による第２実施形態の放電灯点灯装置におけるＤＣ−ＡＣ変換用制御回路に関する設定の説明図、図８は同放電灯点灯装置のＬＣ直列共振回路で発生する共振電圧の波形例を示す図である。
【００５４】
第２実施形態の放電灯点灯装置は、第１実施形態の放電灯点灯装置において、図７，図８に示すように、制御回路５０Ａが始動期間内の第３段階における周波数ｆ３をＬＣ直列共振回路３Ａの約７分の１に設定することを特徴とする。
【００５５】
また、図７の例では、周波数ｆ3 は、前述した電圧ＶｐがＬＣ直列共振回路３Ａで発生するように、ｆ0 ／７の高周波側近傍に設定されている。
【００５６】
第２実施形態によれば、第３段階における周波数ｆ３が、ＬＣ直列共振回路３Ａの共振周波数ｆ０の約７分の１に設定されるので、共振周波数ｆ０近傍の共振カーブとほぼ同様のカーブを利用することができ、高圧放電灯Ｌａに印加する二次電圧を確保することができる。
【００５７】
なお、始動期間において、高圧放電灯Ｌａが点灯した後は、高圧放電灯Ｌａに最適な高周波電流を流す周波数を設定するようにしてもよい。
【００５８】
（第３実施形態）
図９は本発明による第３実施形態の放電灯点灯装置の構成図、図１０は同放電灯点灯装置の動作波形図である。
【００５９】
第３実施形態の放電灯点灯装置は、図９に示すように、高圧放電灯Ｌａによりなる負荷回路と、直流電力を供給するＤＣ−ＤＣ変換回路１と、これを制御するＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２Ａと、ＬＣ直列共振回路３Ａと、ＤＣ−ＤＣ変換回路１からの直流電圧を方形波の交流電圧に変換して負荷回路およびＬＣ直列共振回路３Ａに印加するＤＣ−ＡＣ変換回路４と、これを制御するＤＣ−ＡＣ変換用制御回路５Ａと、負荷回路に高圧放電灯Ｌａ点灯用の高圧パルス電圧を印加するための高電圧発生回路６とにより構成され、これら各回路のうち、ＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２Ａが基本形態１および第１，２実施形態の放電灯点灯装置と相違している。
【００６０】
ＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２Ａは、抵抗Ｒ２６〜Ｒ２９およびコンパレータ２４により構成される過出力制御回路をさらに含む点で、基本形態１および第１，２実施形態のＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２と相違している。上記過出力制御回路は、図１０に示すように、始動期間においてＤＣ−ＤＣ変換回路１の出力電圧ＶＣ１が直流電源Ｅの電圧ＶＥよりも低い電圧ＶＬとなるように一定電圧制御を行う。なお、始動期間後の定常時にはＰＷＭ制御（電力制御）が実行される。
【００６１】
第３実施形態によれば、始動期間において、ＤＣ−ＤＣ変換回路１の出力電圧ＶＣ１が直流電源Ｅの電圧ＶＥよりも低い電圧ＶＬとなるように一定電圧制御が実行されるので、高圧放電灯Ｌａの始動性を改善することができ、その長寿命化が可能になる。
【００６２】
（基本形態２）
図１１は本発明による基本形態２の放電灯点灯装置におけるＤＣ−ＤＣ変換用制御回路の動作説明図である。
【００６３】
基本形態２の放電灯点灯装置は、例えば第３実施形態の放電灯点灯装置において、図１１に示すように、ＤＣ−ＤＣ変換回路１が、始動期間において、ＬＣ直列共振回路３Ａの共振状態の強弱に応じて出力の直流電圧ＶＣ１を変動することにより、共振周波数のばらつきによる共振電圧のばらつきを抑えることを特徴とする。
【００６４】
ＬＣ直列共振回路３ＡのＬＣ部品のばらつきによる共振周波数が周波数ｆA からｆB の範囲内にあり、この範囲内の許容共振電圧がＶPAからＶPB（＜ＶPA）となるとき、ＬＣ直列共振回路３Ａでの共振電圧が許容共振電圧ＶPA〜ＶPBの範囲内に収まるように、直流電圧ＶC1をＶA からＶB の範囲内で変動させる制御が行われる。
【００６５】
周波数ｆA においては、ＬＣ直列共振回路３Ａでの共振電圧が上限の許容共振電圧ＶPAになるように、直流電圧ＶC1をＶA に変動させる制御が行われる。周波数ｆB においては、ＬＣ直列共振回路３Ａでの共振電圧が下限の許容共振電圧ＶPBになるように、直流電圧ＶC1をＶB に変動させる制御が行われる。
【００６６】
このような制御は、過出力制御回路で一定のしきい値を設定し、ＤＣ−ＤＣ変換回路１の周波数とデューティを調整することにより実行される。
【００６７】
基本形態２によれば、ＬＣ直列共振回路３ＡのＬＣ部品の特性がばらついても、ばらつきなく高圧放電灯Ｌａの始動性を改善することができる。
【００６８】
（第４実施形態）
図１２は本発明による第４実施形態の放電灯点灯装置の構成図、図１３は同放電灯点灯装置の動作波形図である。
【００６９】
第４実施形態の放電灯点灯装置は、図１２に示すように、高圧放電灯Ｌａによりなる負荷回路と、直流電力を供給するＤＣ−ＤＣ変換回路１と、これを制御するＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２Ｂと、ＬＣ直列共振回路３Ａと、ＤＣ−ＤＣ変換回路１からの直流電圧を方形波の交流電圧に変換して負荷回路およびＬＣ直列共振回路３Ａに印加するＤＣ−ＡＣ変換回路４と、これを制御するＤＣ−ＡＣ変換用制御回路５Ａと、負荷回路に高圧放電灯Ｌａ点灯用の高圧パルス電圧を印加するための高電圧発生回路６とにより構成され、これら各回路のうち、ＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２Ｂが基本形態１，２および第１，２実施形態の放電灯点灯装置と相違している。なお、便宜上、タイマ回路５３をＤＣ−ＡＣ変換用制御回路５Ａに含めたが、ＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２Ｂに含めても良いことは言うまでもない。
【００７０】
ＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２Ｂは、抵抗Ｒ２６〜Ｒ３０、コンパレータ２４およびトランジスタ２４により構成される過出力制御回路を含む点で、第３実施形態または基本形態２のＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２と相違し、過出力制御回路により、始動期間内の各段階に入る前の所定時間、負荷回路およびＬＣ直列共振回路３Ａに印加する電圧を上げることを特徴とする。
【００７１】
すなわち、第４実施形態の過出力制御回路は、始動期間内の各段階に入る前の所定時間、しきい値を切り替え、ＤＣ−ＤＣ変換回路１に対し間欠動作またはデューティを広げさせる信号を制御回路２３に送るように構成される。図１３の例では、第１段階以降の各段階に入る前の所定時間、次の段階の電圧になるようにＤＣ−ＤＣ変換回路１の出力電圧ＶＣ１を上げる制御になっている。例えば、第２段階に入る前の所定時間、第１段階でのＤＣ−ＤＣ変換回路１の出力電圧ＶＣ１をＶ１から次の段階の電圧になるようにＶ２に上昇している。
【００７２】
第４実施形態によれば、始動期間内の各段階に入る前の所定時間、負荷回路およびＬＣ直列共振回路３Ａに印加する電圧を上げるので、周波数切替え時での高圧放電灯Ｌａの立消え防止が可能になる。
【００７３】
（第５実施形態）
図１４は本発明による第５実施形態の放電灯点灯装置における高圧発生回路の具体構成図、図１５は同高圧発生回路の動作説明図である。
【００７４】
第５実施形態の放電灯点灯装置は、第１〜第４実施形態のいずれかにおいて、図１４に示すように、パルストランスＰＴと、駆動回路６１Ａとにより高圧発生回路６Ａを構成したことを特徴とする。駆動回路６１Ａは、ダイオードＤ６、抵抗Ｒ６、キャパシタンス素子（コンデンサ）Ｃ６およびスパークギャップ（スイッチング素子）６０により構成されている。
【００７５】
このような構成の高圧発生回路６Ａにおいて、Ａ点に発生した共振電圧がダイオードＤ６および抵抗Ｒ６を介してキャパシタンス素子Ｃ６に印加することにより、キャパシタンス素子Ｃ６が充電され、その両端電圧ＶC6が図１５に示すように上昇する。そして、両端電圧ＶC6がスパークギャップ６０のブレークオーバ電圧Ｖ60に達すると、スパークギャップ６０がオンになって、キャパシタンス素子Ｃ６の両端電圧ＶC6がパルストランスＰＴの１次巻線ｎ１に印加する。これにより、パルストランスＰＴの２次巻線ｎ２１，ｎ２２に高圧パルス電圧が発生して高圧放電灯Ｌａに印加し、高圧放電灯Ｌａが点灯することになる。
【００７６】
第５実施形態によれば、駆動回路６１Ａが、ダイオードＤ６、抵抗Ｒ６、キャパシタンス素子Ｃ６およびスパークギャップ６０により構成されるので、
なお、図１６に示すように、高圧発生回路６Ｂとして、パルストランスＰＴ’の２次巻線ｎ２をインダクタンス素子Ｌ３と高圧放電灯Ｌａとの間のみに介設して、回路グランドに対して正の高圧パルス電圧のみを負荷回路に印加するように構成してもよい。
【００７７】
（第６実施形態）
本発明による第６実施形態の放電灯点灯装置は、第１〜第５実施形態のいずれかにおいて、高抵抗のフェライトコアなどによりなる磁気コアと、この磁気コアにエッジワイズ巻きにして巻設される、絶縁皮膜で覆われた平角導線からなる２次巻線と、この２次巻線上に巻設される、絶縁被覆された１次巻線とにより、パルストランスを構成したことを特徴とする。
【００７８】
第６実施形態によれば、２次巻線に平角導線が使用され、またコイルボビンなどの絶縁体が不要になるので、パルストランスの小型化が可能になる。
【００７９】
（第７実施形態）
本発明による第７実施形態の放電灯点灯装置は、第６実施形態において、パルストランスを絶縁性の成形品に収納したことを特徴とする。
【００８０】
第７実施形態によれば、パルストランスが絶縁性の成形品に収納されるので、パルストランスの例えば絶縁機能を強化することができる。
【００８１】
（第８実施形態）
本発明による第８実施形態の放電灯点灯装置は、第７実施形態において、高電圧発生回路により構成されるイグナイタを備え、このイグナイタを構成するパルストランスの部分と駆動回路の部分とが、成形品により一体化されていることを特徴とする。
【００８２】
第８実施形態によれば、パルストランスの例えば絶縁機能を強化することができるほか、イグナイタの小型化が可能になる。
【００８３】
（第９実施形態）
本発明による第９実施形態の放電灯点灯装置は、第８実施形態において、上記イグナイタが、負荷回路と、ＤＣ−ＤＣ変換回路と、ＤＣ−ＤＣ変換用制御回路と、ＬＣ直列共振回路と、ＤＣ−ＡＣ変換回路と、ＤＣ−ＡＣ変換用制御回路とにより構成される点灯装置から機構的に分離されていることを特徴とする。
【００８４】
第９実施形態によれば、イグナイタが点灯装置から機構的に分離されているので、例えば車両のヘッドライトに好適に適用することが可能となる。
【００８５】
なお、本発明の放電灯点灯装置は、車両のヘッドライトに限らず、照明用またはプロジェクタ用などとしても適用可能である。
【００８６】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項１記載の発明は、放電灯によりなる負荷回路と、共振回路と、直流電圧を方形波の交流電圧に変換して前記負荷回路および前記共振回路に印加するＤＣ−ＡＣ変換回路と、前記負荷回路に前記放電灯点灯用の高電圧を印加するための高電圧発生回路とにより構成される放電灯点灯装置であって、始動期間において、前記方形波の周波数を段階的に低減するとともに、第１段階における周波数を前記共振回路の共振周波数の約奇数分の１の高周波側に設定し、第２段階における周波数を前記共振回路の共振周波数の約奇数分の１の高周波側かつ第１段階における周波数より低い値に設定する制御手段を備えるので、始動期間において、方形波の周波数が段階的に低減することになるから、放電灯の始動性を改善することができ、その長寿命化が可能になる。また、第１段階における周波数が共振回路の共振周波数の約奇数分の１の高周波側に設定されるので、共振周波数近傍の共振カーブとほぼ同様のカーブを利用することができ、放電灯に印加する電圧を確保することができる。さらに、第２段階における周波数が共振回路の共振周波数の約奇数分の１の高周波側かつ第１段階における周波数より低い値に設定されるので、第２段階においても、共振周波数近傍の共振カーブとほぼ同様のカーブを利用することができ、放電灯に印加する電圧を確保することができる。その上、共振回路を構成するインダクタンス素子のインダクタンス値を小さくすることができ、その小型化が可能となる。よって、小型化を可能とし、始動性を改善することができ、長寿命化を可能とする放電灯点灯装置を提供することができる。
【００８７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記高電圧発生回路は、前記ＤＣ−ＡＣ変換回路から交流電圧を受け、その交流電圧が所定電圧以上になると前記高電圧を前記負荷回路に印加し、前記制御手段は、少なくとも前記第１段階における周波数を、前記交流電圧が前記所定電圧以上になるように前記共振周波数の約奇数分の１の高周波側に設定するので、高電圧発生回路から負荷回路に放電灯点灯用の高電圧を印加することが可能となる。
【００８９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、前記制御手段は、前記始動期間内の第３段階以降における周波数を、前記第２段階における周波数以下または前記共振周波数の約奇数分の１に設定するので、放電灯の始動性を改善することができ、その長寿命化が可能になる。
【００９０】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のうちいずれか１項記載の放電灯点灯装置において、前記直流電圧を前記ＤＣ−ＡＣ変換回路に出力するＤＣ−ＤＣ変換回路を含み、このＤＣ−ＤＣ変換回路は、前記始動期間では一定電圧制御で動作するので、放電灯の始動性を改善することができ、その長寿命化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による基本形態１の放電灯点灯装置の構成図である。
【図２】 同放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図３】 同放電灯点灯装置のＤＣ−ＡＣ変換用制御回路に関する設定の説明図である。
【図４】 同放電灯点灯装置のＬＣ直列共振回路で発生する共振電圧の波形例を示す図である。
【図５】 本発明による第１実施形態の放電灯点灯装置におけるＤＣ−ＡＣ変換用制御回路に関する設定の説明図である。
【図６】 同放電灯点灯装置のＬＣ直列共振回路で発生する共振電圧の波形例を示す図である。
【図７】 本発明による第２実施形態の放電灯点灯装置におけるＤＣ−ＡＣ変換用制御回路に関する設定の説明図である。
【図８】 同放電灯点灯装置のＬＣ直列共振回路で発生する共振電圧の波形例を示す図である。
【図９】 本発明による第３実施形態の放電灯点灯装置の構成図である。
【図１０】 同放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図１１】 本発明による基本形態２の放電灯点灯装置におけるＤＣ−ＤＣ変換用制御回路の動作説明図である。
【図１２】 本発明による第４実施形態の放電灯点灯装置の構成図である。
【図１３】 同放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図１４】 本発明による第５実施形態の放電灯点灯装置における高圧発生回路の具体構成図である。
【図１５】 同高圧発生回路の動作説明図である。
【図１６】 回路グランドに対して正の高圧パルス電圧のみを負荷回路に印加する場合の構成図である。
【図１７】 従来の放電灯点灯装置の構成図である。
【図１８】 同放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図１９】 同放電灯点灯装置の共振電圧設定の説明図である。
【図２０】 同放電灯点灯装置の共振電圧設定の説明図である。
【符号の説明】
１ ＤＣ−ＤＣ変換回路
２，２Ａ，２Ｂ ＤＣ−ＤＣ変換用制御回路
３Ａ ＬＣ直列共振回路
４ ＤＣ−ＡＣ変換回路
５Ａ ＤＣ−ＡＣ変換用制御回路
６，６Ａ，６Ｂ 高電圧発生回路
ＰＴ，ＰＴ’ パルストランス
６１，６１Ａ 駆動回路
Ｌａ 高圧放電灯
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電流を例えば高圧放電灯に供給してこれを点灯させる放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１７は従来の放電灯点灯装置の構成図、図１８は同放電灯点灯装置の動作波形図、図１９，図２０は同放電灯点灯装置の共振電圧設定の説明図である。
【０００３】
図１７に示す従来の放電灯点灯装置は、交流電流を高圧放電灯Ｌａに供給してこれを点灯させるものであり、高圧放電灯Ｌａによりなる負荷回路と、ＤＣ−ＤＣ変換回路１と、ＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２と、ＬＣ直列共振回路３と、ＤＣ−ＡＣ変換回路４と、ＤＣ−ＡＣ変換用制御回路５と、高電圧発生回路６とにより構成されている。
【０００４】
ＤＣ−ＤＣ変換回路１は、トランジスタなどのスイッチング素子Ｑ１と、ダイオードＤ１と、インダクタンス素子Ｌ１と、キャパシタンス素子（平滑コンデンサ）Ｃ１とにより構成され、入力に直流電源Ｅが接続されるいわゆる降圧チョッパ回路となっている。
【０００５】
ＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２は、抵抗Ｒ２１〜Ｒ２５と、オペアンプ２１と、例えば新日本無線社製のＮＪＭ４２００などの乗算回路２２と、例えばＮＥＣ製のμＰＣ１０９４などの制御回路２３とにより構成され、ＤＣ−ＤＣ変換回路１の出力を監視しながら、スイッチング素子Ｑ１のオン，オフ制御を行うものである。
【０００６】
すなわち、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２により構成される電圧検出回路で高圧放電灯Ｌａの電圧を検出し、抵抗Ｒ２３〜Ｒ２５およびオペアンプ２１により構成される電流検出回路で高圧放電灯Ｌａの電流を検出し、それら電圧および電流を乗算回路２２に入力して高圧放電灯Ｌａへの供給電力を演算し、制御回路２３における一般的なＰＷＭ制御回路を介してＤＣ−ＤＣ変換回路１の入力にフィードバックすることにより、ＤＣ−ＤＣ変換回路１のパルス幅や周波数を制御しながら、直流電力を高圧放電灯Ｌａに供給する制御が実行される。
【０００７】
ＬＣ直列共振回路３は、インダクタンス素子（チョークコイル）Ｌ３と、キャパシタンス素子（コンデンサ）Ｃ３との直列回路により構成され、インダクタンス素子Ｌ３のインダクタンス値を大小に切り替えるためのスイッチング素子Ｑ３が設けられている。
【０００８】
ＤＣ−ＡＣ変換回路４は、フルブリッジ回路構成のスイッチング素子Ｑ４１〜Ｑ４４により構成され、ＤＣ−ＤＣ変換回路１からの直流電圧を方形波の交流電圧に変換して負荷回路およびＬＣ直列共振回路３に印加するものである。スイッチング素子Ｑ４１〜Ｑ４４の各々には、トランジスタおよび逆並列接続されたダイオードか、あるいは寄生ダイオードを有するＭＯＳＦＥＴなどが使用される。
【０００９】
ＤＣ−ＡＣ変換用制御回路５は、制御回路５０と、例えばＩＲ製のＩＲ２１１１などのドライブ回路５１，５２とにより構成され、スイッチング素子Ｑ４１〜Ｑ４４のオン，オフ制御を行うものである。
【００１０】
例えば、図１８に示すように、「点灯信号ＯＮ」時点から「フルブリッジ周波数切替」時点までの始動期間では、スイッチング素子Ｑ３をオフにした状態で、スイッチング素子Ｑ４１，４４とスイッチング素子Ｑ４２，Ｑ４３とを高周波で交互にオン，オフする制御が実行される。ここで、上記高周波は、図１９，図２０に示すように、ＬＣ直列共振回路３による共振電圧（キャパシタンス素子Ｃ３の両端電圧）が後述の所定電圧以上の電圧Ｖｐになるように、ＬＣ直列共振回路３の共振周波数ｆ0 近傍の周波数ｆ0 'に設定される。また、「ランプ点灯」時点から「フルブリッジ周波数切替」時点までの期間は、例えば予め所定時間に設定されている。
【００１１】
一方、始動期間後の定常時には、スイッチング素子Ｑ３をオンにした状態で、スイッチング素子Ｑ４１，４４とスイッチング素子Ｑ４２，Ｑ４３とを低周波で交互にオン，オフする制御が実行される。
【００１２】
高電圧発生回路６は、負荷回路に高圧放電灯Ｌａ点灯用の高圧パルス電圧を印加するためのものであり、１次巻線ｎ１を有するとともに、キャパシタンス素子Ｃ３の両端間において高圧放電灯Ｌａの両端にそれぞれ直列に介設される一対の２次巻線ｎ２１，ｎ２２を有するパルストランスＰＴと、駆動回路６１とにより構成されている。駆動回路６１は、キャパシタンス素子Ｃ３の両端間に入力が接続されてＤＣ−ＡＣ変換回路４からＬＣ直列共振回路３を介してその共振電圧を受け、これが所定電圧以上になると、電圧をパルストランスＰＴの１次巻線ｎ１に印加することにより、その２次巻線ｎ２１，ｎ２２を介して高圧パルス電圧を高圧放電灯Ｌａに印加するためのものである。駆動回路６１は、例えば、上記所定電圧がブレークオーバ電圧となるギャップ（スイッチング素子）などにより構成される。
【００１３】
上記構成の放電灯点灯装置では、図１８に示すように、「点灯信号ＯＮ」により起動すると、ＤＣ−ＤＣ変換回路１において、スイッチング素子Ｑ１がＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２のオン，オフ制御に従って動作する。一方、ＬＣ直列共振回路３およびＤＣ−ＡＣ変換回路４において、スイッチング素子Ｑ３がオフ状態で、スイッチング素子Ｑ４１，４４とスイッチング素子Ｑ４２，Ｑ４３とが高周波で交互にオン，オフする。
【００１４】
そして、ＬＣ直列共振回路３で共振電圧（Ｖｐ）が発生すると、高電圧発生回路６から負荷回路に高圧パルス電圧が印加することにより、高圧放電灯Ｌａが点灯し（「ランプ点灯」時点）、高周波のランプ電流ＩLaが流れる。ここで、高圧放電灯Ｌａが点灯しても、スイッチング素子Ｑ３のオフによりインダクタンス素子Ｌ３が高インピーダンス状態にあるため、キャパシタンス素子Ｃ１の出力電流がその入力電流よりも少なくなる。これにより、始動期間のほぼ全期間に亘り、キャパシタンス素子Ｃ１の両端電圧ＶC1が直流電源Ｅの直流電圧ＶE に保持されるので、キャパシタンス素子Ｃ１を定電源と見ることができる。
【００１５】
この後、所定時間が経過した定常時には、ＤＣ−ＤＣ変換回路１において、スイッチング素子Ｑ１がＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２のオン，オフ制御に従って動作する。一方、ＬＣ直列共振回路３およびＤＣ−ＡＣ変換回路４において、スイッチング素子Ｑ３がオン状態で、スイッチング素子Ｑ４１，４４とスイッチング素子Ｑ４２，Ｑ４３とが低周波で交互にオン，オフする。これにより、方形波状で低周波のランプ電流ＩLaが流れ、ＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２の供給電力の制御によって高圧放電灯Ｌａが安定に点灯する。
【００１６】
なお、特開２００１−３１９７９４号公報（特許文献１）には、ＤＣフェーズ区間において、直流電源の入力に接続された電源の電圧が低下した場合、直流電源を制御してランプ電流を制限するとともに、発振周波数を定常時よりも低周波にする放電ランプ点灯装置が開示されている。
【００１７】
【特許文献１】
特開２００１−３１９７９４号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１７等に示した従来の放電灯点灯装置では、始動期間でＬＣ直列共振回路３の共振を可能にするためには、ＤＣ−ＡＣ変換回路４の周波数設定とキャパシタンス素子Ｃ３の容量との関係で、設計的に数百μＨ以上のインダクタンス値のインダクタンス素子Ｌ３が必要となる。
【００１９】
また、そのような大きなインダクタンス値の状態で、定常時の低周波動作に移行したとすれば、極性反転時間が遅くなってしまい、高圧放電灯Ｌａの寿命に悪影響を及ぼす。
【００２０】
さらに、インダクタンス素子Ｌ３のインダクタンス値が大きいため、その部品サイズが大きくなり、装置が大型となる。
【００２１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型化を可能とし、始動性を改善することができ、長寿命化を可能とする放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１記載の発明は、放電灯によりなる負荷回路と、共振回路と、直流電圧を方形波の交流電圧に変換して前記負荷回路および前記共振回路に印加するＤＣ−ＡＣ変換回路と、前記負荷回路に前記放電灯点灯用の高電圧を印加するための高電圧発生回路とにより構成される放電灯点灯装置であって、始動期間において、前記方形波の周波数を段階的に低減するとともに、第１段階における周波数を前記共振回路の共振周波数の約奇数分の１の高周波側に設定し、第２段階における周波数を前記共振回路の共振周波数の約奇数分の１の高周波側かつ第１段階における周波数より低い値に設定する制御手段を備えることを特徴とする。
【００２３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記高電圧発生回路は、前記ＤＣ−ＡＣ変換回路から交流電圧を受け、その交流電圧が所定電圧以上になると前記高電圧を前記負荷回路に印加し、前記制御手段は、少なくとも前記第１段階における周波数を、前記交流電圧が前記所定電圧以上になるように前記共振周波数の約奇数分の１の高周波側に設定することを特徴とする。
【００２５】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、前記制御手段は、前記始動期間内の第３段階以降における周波数を、前記第２段階における周波数以下または前記共振周波数の約奇数分の１に設定することを特徴とする。
【００２６】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のうちいずれか１項記載の放電灯点灯装置において、前記直流電圧を前記ＤＣ−ＡＣ変換回路に出力するＤＣ−ＤＣ変換回路を含み、このＤＣ−ＤＣ変換回路は、前記始動期間では一定電圧制御で動作することを特徴とする。
【００３７】
【発明の実施の形態】
（基本形態１）
図１は本発明による基本形態１の放電灯点灯装置の構成図、図２は同放電灯点灯装置の動作波形図、図３は同放電灯点灯装置のＤＣ−ＡＣ変換用制御回路に関する設定の説明図、図４は同放電灯点灯装置のＬＣ直列共振回路で発生する共振電圧の波形例を示す図である。
【００３８】
基本形態１の放電灯点灯装置は、図１に示すように、高圧放電灯Ｌａによりなる負荷回路と、直流電力を供給するＤＣ−ＤＣ変換回路１と、これを制御するＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２と、ＬＣ直列共振回路３Ａと、ＤＣ−ＤＣ変換回路１からの直流電圧を方形波の交流電圧に変換して負荷回路およびＬＣ直列共振回路３Ａに印加するＤＣ−ＡＣ変換回路４と、これを制御するＤＣ−ＡＣ変換用制御回路５Ａと、負荷回路に高圧放電灯Ｌａ点灯用の高圧パルス電圧を印加するための高電圧発生回路６とにより構成され、これら各回路のうち、ＬＣ直列共振回路３ＡおよびＤＣ−ＡＣ変換用制御回路５Ａが図１７等に示した従来の放電灯点灯装置と相違している。
【００３９】
ＬＣ直列共振回路３Ａは、インダクタンス素子Ｌ３と、キャパシタンス素子Ｃ３との直列回路により構成され、スイッチング素子Ｑ３が設けられていない点で上記従来の放電灯点灯装置と相違している。また、インダクタンス素子Ｌ３のインダクタンス値は、図１７に示したインダクタンス素子Ｌ３の値よりも小さく、小型化のものを使用することができるようになっている。
【００４０】
ＤＣ−ＡＣ変換用制御回路５Ａは、制御回路５０Ａと、例えばＩＲ製のＩＲ２１１１などのドライブ回路５１，５２と、通称「５５５」の一般的なＩＣなどによりなるタイマ回路５３とにより構成され、始動期間におけるタイマ回路５３を用いた制御回路５０Ａによるスイッチング素子Ｑ４１〜Ｑ４４のオン，オフ制御が図１７に示したＤＣ−ＡＣ変換用制御回路５による制御と相違している。
【００４１】
すなわち、図２に示すように、「点灯信号ＯＮ」時点ｔ0 から定常時前のｔz 時点までの始動期間において、スイッチング素子Ｑ４１，４４とスイッチング素子Ｑ４２，Ｑ４３とを高周波で交互にオン，オフすることにより、方形波の交流電圧を負荷回路およびＬＣ直列共振回路３Ａに印加しながら、その方形波の周波数を段階的に低減するとともに、少なくともその段階的に低減する過程の最初の第１段階における方形波の周波数（例えば方形波のフーリエ展開による基本波の周波数）を、ＬＣ直列共振回路３Ａの共振周波数の約奇数分の１に（切替）設定する制御が実行される。
【００４２】
第１段階〜第ｎ段階の各期間は、「点灯信号」に応じて起動するタイマ回路５３によって設定され、各期間の経過毎にタイマ回路５３から制御回路５０Ａに信号が出力され、その信号を受けた制御回路５０Ａが方形波の周波数を段階的に低減していく。ただし、ｎは複数とする。
【００４３】
そして、基本形態１では、図３に示すように、ＬＣ直列共振回路３Ａの共振周波数をｆ０としたとき、第１段階における周波数ｆ１は、共振周波数ｆ０の約３分の１に設定される。このように、第１段階における周波数ｆ１を約ｆ０／３に設定することにより、共振周波数ｆ０近傍の共振カーブとほぼ同様のカーブを利用することができる。
【００４４】
また、周波数ｆ1 は、図３，図４に示すように、前述した電圧ＶｐがＬＣ直列共振回路３Ａで発生するように、ｆ0 ／３の高周波側近傍に設定されている。
【００４５】
このような構成の放電灯点灯装置では、始動期間において、第１段階、第２段階、…、第ｎ段階の順に、方形波の周波数が段階的に低減する。このとき、図２に示すように、高圧放電灯Ｌａのランプ特性によって、ランプ電流ＩLaが段階的に増大していく。また、始動期間のほぼ全期間に亘り、キャパシタンス素子Ｃ１の両端電圧ＶC1が直流電源Ｅの直流電圧ＶE に保持される。このような制御により高圧放電灯Ｌａの始動性が改善される。
【００４６】
基本形態１によれば、始動期間において、方形波の周波数を段階的に低減するので、高圧放電灯Ｌａの始動性を改善することができ、高圧放電灯Ｌａの電極劣化を抑制し、その長寿命化が可能になる。
【００４７】
また、第１段階における周波数ｆ1 が、ＬＣ直列共振回路３Ａの共振周波数ｆ0 の約３分の１に設定されるので、共振周波数ｆ0 近傍の共振カーブとほぼ同様のカーブを利用することができ、高圧放電灯Ｌａに印加する二次電圧を確保することができる。また、インダクタンス素子Ｌ３のインダクタンス値を小さくすることができ、その小型化が可能となる。
【００４８】
さらに、ＬＣ直列共振回路３Ａで電圧Ｖｐが発生するように、第１段階における周波数ｆ1 がｆ0 ／３の高周波側近傍に設定されているので、高電圧発生回路６から負荷回路に高圧放電灯Ｌａ点灯用の高圧パルス電圧を印加することが可能となる。
【００４９】
（第１実施形態）
図５は本発明による第１実施形態の放電灯点灯装置におけるＤＣ−ＡＣ変換用制御回路に関する設定の説明図、図６は同放電灯点灯装置のＬＣ直列共振回路で発生する共振電圧の波形例を示す図である。
【００５０】
第１実施形態の放電灯点灯装置は、基本形態１の放電灯点灯装置において、図５，図６に示すように、制御回路５０Ａが始動期間内の第２段階における周波数ｆ２をＬＣ直列共振回路３Ａの約５分の１に設定することを特徴とする。
【００５１】
また、図５の例では、周波数ｆ2 は、前述した電圧ＶｐがＬＣ直列共振回路３Ａで発生するように、ｆ0 ／５の高周波側近傍に設定されている。
【００５２】
第１実施形態によれば、第２段階における周波数ｆ２が、ＬＣ直列共振回路３Ａの共振周波数ｆ０の約５分の１に設定されるので、共振周波数ｆ０近傍の共振カーブとほぼ同様のカーブを利用することができ、高圧放電灯Ｌａに印加する二次電圧を確保することができる。
【００５３】
（第２実施形態）
図７は本発明による第２実施形態の放電灯点灯装置におけるＤＣ−ＡＣ変換用制御回路に関する設定の説明図、図８は同放電灯点灯装置のＬＣ直列共振回路で発生する共振電圧の波形例を示す図である。
【００５４】
第２実施形態の放電灯点灯装置は、第１実施形態の放電灯点灯装置において、図７，図８に示すように、制御回路５０Ａが始動期間内の第３段階における周波数ｆ３をＬＣ直列共振回路３Ａの約７分の１に設定することを特徴とする。
【００５５】
また、図７の例では、周波数ｆ3 は、前述した電圧ＶｐがＬＣ直列共振回路３Ａで発生するように、ｆ0 ／７の高周波側近傍に設定されている。
【００５６】
第２実施形態によれば、第３段階における周波数ｆ３が、ＬＣ直列共振回路３Ａの共振周波数ｆ０の約７分の１に設定されるので、共振周波数ｆ０近傍の共振カーブとほぼ同様のカーブを利用することができ、高圧放電灯Ｌａに印加する二次電圧を確保することができる。
【００５７】
なお、始動期間において、高圧放電灯Ｌａが点灯した後は、高圧放電灯Ｌａに最適な高周波電流を流す周波数を設定するようにしてもよい。
【００５８】
（第３実施形態）
図９は本発明による第３実施形態の放電灯点灯装置の構成図、図１０は同放電灯点灯装置の動作波形図である。
【００５９】
第３実施形態の放電灯点灯装置は、図９に示すように、高圧放電灯Ｌａによりなる負荷回路と、直流電力を供給するＤＣ−ＤＣ変換回路１と、これを制御するＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２Ａと、ＬＣ直列共振回路３Ａと、ＤＣ−ＤＣ変換回路１からの直流電圧を方形波の交流電圧に変換して負荷回路およびＬＣ直列共振回路３Ａに印加するＤＣ−ＡＣ変換回路４と、これを制御するＤＣ−ＡＣ変換用制御回路５Ａと、負荷回路に高圧放電灯Ｌａ点灯用の高圧パルス電圧を印加するための高電圧発生回路６とにより構成され、これら各回路のうち、ＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２Ａが基本形態１および第１，２実施形態の放電灯点灯装置と相違している。
【００６０】
ＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２Ａは、抵抗Ｒ２６〜Ｒ２９およびコンパレータ２４により構成される過出力制御回路をさらに含む点で、基本形態１および第１，２実施形態のＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２と相違している。上記過出力制御回路は、図１０に示すように、始動期間においてＤＣ−ＤＣ変換回路１の出力電圧ＶＣ１が直流電源Ｅの電圧ＶＥよりも低い電圧ＶＬとなるように一定電圧制御を行う。なお、始動期間後の定常時にはＰＷＭ制御（電力制御）が実行される。
【００６１】
第３実施形態によれば、始動期間において、ＤＣ−ＤＣ変換回路１の出力電圧ＶＣ１が直流電源Ｅの電圧ＶＥよりも低い電圧ＶＬとなるように一定電圧制御が実行されるので、高圧放電灯Ｌａの始動性を改善することができ、その長寿命化が可能になる。
【００６２】
（基本形態２）
図１１は本発明による基本形態２の放電灯点灯装置におけるＤＣ−ＤＣ変換用制御回路の動作説明図である。
【００６３】
基本形態２の放電灯点灯装置は、例えば第３実施形態の放電灯点灯装置において、図１１に示すように、ＤＣ−ＤＣ変換回路１が、始動期間において、ＬＣ直列共振回路３Ａの共振状態の強弱に応じて出力の直流電圧ＶＣ１を変動することにより、共振周波数のばらつきによる共振電圧のばらつきを抑えることを特徴とする。
【００６４】
ＬＣ直列共振回路３ＡのＬＣ部品のばらつきによる共振周波数が周波数ｆA からｆB の範囲内にあり、この範囲内の許容共振電圧がＶPAからＶPB（＜ＶPA）となるとき、ＬＣ直列共振回路３Ａでの共振電圧が許容共振電圧ＶPA〜ＶPBの範囲内に収まるように、直流電圧ＶC1をＶA からＶB の範囲内で変動させる制御が行われる。
【００６５】
周波数ｆA においては、ＬＣ直列共振回路３Ａでの共振電圧が上限の許容共振電圧ＶPAになるように、直流電圧ＶC1をＶA に変動させる制御が行われる。周波数ｆB においては、ＬＣ直列共振回路３Ａでの共振電圧が下限の許容共振電圧ＶPBになるように、直流電圧ＶC1をＶB に変動させる制御が行われる。
【００６６】
このような制御は、過出力制御回路で一定のしきい値を設定し、ＤＣ−ＤＣ変換回路１の周波数とデューティを調整することにより実行される。
【００６７】
基本形態２によれば、ＬＣ直列共振回路３ＡのＬＣ部品の特性がばらついても、ばらつきなく高圧放電灯Ｌａの始動性を改善することができる。
【００６８】
（第４実施形態）
図１２は本発明による第４実施形態の放電灯点灯装置の構成図、図１３は同放電灯点灯装置の動作波形図である。
【００６９】
第４実施形態の放電灯点灯装置は、図１２に示すように、高圧放電灯Ｌａによりなる負荷回路と、直流電力を供給するＤＣ−ＤＣ変換回路１と、これを制御するＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２Ｂと、ＬＣ直列共振回路３Ａと、ＤＣ−ＤＣ変換回路１からの直流電圧を方形波の交流電圧に変換して負荷回路およびＬＣ直列共振回路３Ａに印加するＤＣ−ＡＣ変換回路４と、これを制御するＤＣ−ＡＣ変換用制御回路５Ａと、負荷回路に高圧放電灯Ｌａ点灯用の高圧パルス電圧を印加するための高電圧発生回路６とにより構成され、これら各回路のうち、ＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２Ｂが基本形態１，２および第１，２実施形態の放電灯点灯装置と相違している。なお、便宜上、タイマ回路５３をＤＣ−ＡＣ変換用制御回路５Ａに含めたが、ＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２Ｂに含めても良いことは言うまでもない。
【００７０】
ＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２Ｂは、抵抗Ｒ２６〜Ｒ３０、コンパレータ２４およびトランジスタ２４により構成される過出力制御回路を含む点で、第３実施形態または基本形態２のＤＣ−ＤＣ変換用制御回路２と相違し、過出力制御回路により、始動期間内の各段階に入る前の所定時間、負荷回路およびＬＣ直列共振回路３Ａに印加する電圧を上げることを特徴とする。
【００７１】
すなわち、第４実施形態の過出力制御回路は、始動期間内の各段階に入る前の所定時間、しきい値を切り替え、ＤＣ−ＤＣ変換回路１に対し間欠動作またはデューティを広げさせる信号を制御回路２３に送るように構成される。図１３の例では、第１段階以降の各段階に入る前の所定時間、次の段階の電圧になるようにＤＣ−ＤＣ変換回路１の出力電圧ＶＣ１を上げる制御になっている。例えば、第２段階に入る前の所定時間、第１段階でのＤＣ−ＤＣ変換回路１の出力電圧ＶＣ１をＶ１から次の段階の電圧になるようにＶ２に上昇している。
【００７２】
第４実施形態によれば、始動期間内の各段階に入る前の所定時間、負荷回路およびＬＣ直列共振回路３Ａに印加する電圧を上げるので、周波数切替え時での高圧放電灯Ｌａの立消え防止が可能になる。
【００７３】
（第５実施形態）
図１４は本発明による第５実施形態の放電灯点灯装置における高圧発生回路の具体構成図、図１５は同高圧発生回路の動作説明図である。
【００７４】
第５実施形態の放電灯点灯装置は、第１〜第４実施形態のいずれかにおいて、図１４に示すように、パルストランスＰＴと、駆動回路６１Ａとにより高圧発生回路６Ａを構成したことを特徴とする。駆動回路６１Ａは、ダイオードＤ６、抵抗Ｒ６、キャパシタンス素子（コンデンサ）Ｃ６およびスパークギャップ（スイッチング素子）６０により構成されている。
【００７５】
このような構成の高圧発生回路６Ａにおいて、Ａ点に発生した共振電圧がダイオードＤ６および抵抗Ｒ６を介してキャパシタンス素子Ｃ６に印加することにより、キャパシタンス素子Ｃ６が充電され、その両端電圧ＶC6が図１５に示すように上昇する。そして、両端電圧ＶC6がスパークギャップ６０のブレークオーバ電圧Ｖ60に達すると、スパークギャップ６０がオンになって、キャパシタンス素子Ｃ６の両端電圧ＶC6がパルストランスＰＴの１次巻線ｎ１に印加する。これにより、パルストランスＰＴの２次巻線ｎ２１，ｎ２２に高圧パルス電圧が発生して高圧放電灯Ｌａに印加し、高圧放電灯Ｌａが点灯することになる。
【００７６】
第５実施形態によれば、駆動回路６１Ａが、ダイオードＤ６、抵抗Ｒ６、キャパシタンス素子Ｃ６およびスパークギャップ６０により構成されるので、
なお、図１６に示すように、高圧発生回路６Ｂとして、パルストランスＰＴ’の２次巻線ｎ２をインダクタンス素子Ｌ３と高圧放電灯Ｌａとの間のみに介設して、回路グランドに対して正の高圧パルス電圧のみを負荷回路に印加するように構成してもよい。
【００７７】
（第６実施形態）
本発明による第６実施形態の放電灯点灯装置は、第１〜第５実施形態のいずれかにおいて、高抵抗のフェライトコアなどによりなる磁気コアと、この磁気コアにエッジワイズ巻きにして巻設される、絶縁皮膜で覆われた平角導線からなる２次巻線と、この２次巻線上に巻設される、絶縁被覆された１次巻線とにより、パルストランスを構成したことを特徴とする。
【００７８】
第６実施形態によれば、２次巻線に平角導線が使用され、またコイルボビンなどの絶縁体が不要になるので、パルストランスの小型化が可能になる。
【００７９】
（第７実施形態）
本発明による第７実施形態の放電灯点灯装置は、第６実施形態において、パルストランスを絶縁性の成形品に収納したことを特徴とする。
【００８０】
第７実施形態によれば、パルストランスが絶縁性の成形品に収納されるので、パルストランスの例えば絶縁機能を強化することができる。
【００８１】
（第８実施形態）
本発明による第８実施形態の放電灯点灯装置は、第７実施形態において、高電圧発生回路により構成されるイグナイタを備え、このイグナイタを構成するパルストランスの部分と駆動回路の部分とが、成形品により一体化されていることを特徴とする。
【００８２】
第８実施形態によれば、パルストランスの例えば絶縁機能を強化することができるほか、イグナイタの小型化が可能になる。
【００８３】
（第９実施形態）
本発明による第９実施形態の放電灯点灯装置は、第８実施形態において、上記イグナイタが、負荷回路と、ＤＣ−ＤＣ変換回路と、ＤＣ−ＤＣ変換用制御回路と、ＬＣ直列共振回路と、ＤＣ−ＡＣ変換回路と、ＤＣ−ＡＣ変換用制御回路とにより構成される点灯装置から機構的に分離されていることを特徴とする。
【００８４】
第９実施形態によれば、イグナイタが点灯装置から機構的に分離されているので、例えば車両のヘッドライトに好適に適用することが可能となる。
【００８５】
なお、本発明の放電灯点灯装置は、車両のヘッドライトに限らず、照明用またはプロジェクタ用などとしても適用可能である。
【００８６】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項１記載の発明は、放電灯によりなる負荷回路と、共振回路と、直流電圧を方形波の交流電圧に変換して前記負荷回路および前記共振回路に印加するＤＣ−ＡＣ変換回路と、前記負荷回路に前記放電灯点灯用の高電圧を印加するための高電圧発生回路とにより構成される放電灯点灯装置であって、始動期間において、前記方形波の周波数を段階的に低減するとともに、第１段階における周波数を前記共振回路の共振周波数の約奇数分の１の高周波側に設定し、第２段階における周波数を前記共振回路の共振周波数の約奇数分の１の高周波側かつ第１段階における周波数より低い値に設定する制御手段を備えるので、始動期間において、方形波の周波数が段階的に低減することになるから、放電灯の始動性を改善することができ、その長寿命化が可能になる。また、第１段階における周波数が共振回路の共振周波数の約奇数分の１の高周波側に設定されるので、共振周波数近傍の共振カーブとほぼ同様のカーブを利用することができ、放電灯に印加する電圧を確保することができる。さらに、第２段階における周波数が共振回路の共振周波数の約奇数分の１の高周波側かつ第１段階における周波数より低い値に設定されるので、第２段階においても、共振周波数近傍の共振カーブとほぼ同様のカーブを利用することができ、放電灯に印加する電圧を確保することができる。その上、共振回路を構成するインダクタンス素子のインダクタンス値を小さくすることができ、その小型化が可能となる。よって、小型化を可能とし、始動性を改善することができ、長寿命化を可能とする放電灯点灯装置を提供することができる。
【００８７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記高電圧発生回路は、前記ＤＣ−ＡＣ変換回路から交流電圧を受け、その交流電圧が所定電圧以上になると前記高電圧を前記負荷回路に印加し、前記制御手段は、少なくとも前記第１段階における周波数を、前記交流電圧が前記所定電圧以上になるように前記共振周波数の約奇数分の１の高周波側に設定するので、高電圧発生回路から負荷回路に放電灯点灯用の高電圧を印加することが可能となる。
【００８９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、前記制御手段は、前記始動期間内の第３段階以降における周波数を、前記第２段階における周波数以下または前記共振周波数の約奇数分の１に設定するので、放電灯の始動性を改善することができ、その長寿命化が可能になる。
【００９０】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のうちいずれか１項記載の放電灯点灯装置において、前記直流電圧を前記ＤＣ−ＡＣ変換回路に出力するＤＣ−ＤＣ変換回路を含み、このＤＣ−ＤＣ変換回路は、前記始動期間では一定電圧制御で動作するので、放電灯の始動性を改善することができ、その長寿命化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による基本形態１の放電灯点灯装置の構成図である。
【図２】 同放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図３】 同放電灯点灯装置のＤＣ−ＡＣ変換用制御回路に関する設定の説明図である。
【図４】 同放電灯点灯装置のＬＣ直列共振回路で発生する共振電圧の波形例を示す図である。
【図５】 本発明による第１実施形態の放電灯点灯装置におけるＤＣ−ＡＣ変換用制御回路に関する設定の説明図である。
【図６】 同放電灯点灯装置のＬＣ直列共振回路で発生する共振電圧の波形例を示す図である。
【図７】 本発明による第２実施形態の放電灯点灯装置におけるＤＣ−ＡＣ変換用制御回路に関する設定の説明図である。
【図８】 同放電灯点灯装置のＬＣ直列共振回路で発生する共振電圧の波形例を示す図である。
【図９】 本発明による第３実施形態の放電灯点灯装置の構成図である。
【図１０】 同放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図１１】 本発明による基本形態２の放電灯点灯装置におけるＤＣ−ＤＣ変換用制御回路の動作説明図である。
【図１２】 本発明による第４実施形態の放電灯点灯装置の構成図である。
【図１３】 同放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図１４】 本発明による第５実施形態の放電灯点灯装置における高圧発生回路の具体構成図である。
【図１５】 同高圧発生回路の動作説明図である。
【図１６】 回路グランドに対して正の高圧パルス電圧のみを負荷回路に印加する場合の構成図である。
【図１７】 従来の放電灯点灯装置の構成図である。
【図１８】 同放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図１９】 同放電灯点灯装置の共振電圧設定の説明図である。
【図２０】 同放電灯点灯装置の共振電圧設定の説明図である。
【符号の説明】
１ ＤＣ−ＤＣ変換回路
２，２Ａ，２Ｂ ＤＣ−ＤＣ変換用制御回路
３Ａ ＬＣ直列共振回路
４ ＤＣ−ＡＣ変換回路
５Ａ ＤＣ−ＡＣ変換用制御回路
６，６Ａ，６Ｂ 高電圧発生回路
ＰＴ，ＰＴ’ パルストランス
６１，６１Ａ 駆動回路
Ｌａ 高圧放電灯
Claims (4)
- 放電灯によりなる負荷回路と、共振回路と、直流電圧を方形波の交流電圧に変換して前記負荷回路および前記共振回路に印加するＤＣ−ＡＣ変換回路と、前記負荷回路に前記放電灯点灯用の高電圧を印加するための高電圧発生回路とにより構成される放電灯点灯装置であって、
始動期間において、前記方形波の周波数を段階的に低減するとともに、第１段階における周波数を前記共振回路の共振周波数の約奇数分の１の高周波側に設定し、第２段階における周波数を前記共振回路の共振周波数の約奇数分の１の高周波側かつ第１段階における周波数より低い値に設定する制御手段を備える
ことを特徴とする放電灯点灯装置。 - 前記高電圧発生回路は、前記ＤＣ−ＡＣ変換回路から交流電圧を受け、その交流電圧が所定電圧以上になると前記高電圧を前記負荷回路に印加し、
前記制御手段は、少なくとも前記第１段階における周波数を、前記交流電圧が前記所定電圧以上になるように前記共振周波数の約奇数分の１の高周波側に設定する
ことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。 - 前記制御手段は、前記始動期間内の第３段階以降における周波数を、前記第２段階における周波数以下または前記共振周波数の約奇数分の１に設定することを特徴とする請求項１または２記載の放電灯点灯装置。
- 前記直流電圧を前記ＤＣ−ＡＣ変換回路に出力するＤＣ−ＤＣ変換回路を含み、このＤＣ−ＤＣ変換回路は、前記始動期間では一定電圧制御で動作することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の放電灯点灯装置。
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