JP4281633B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents
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Description
図1は本発明の実施形態1の回路図である。電源入力コネクタ31には、車載用のバッテリー等よりなる直流電源1が接続されている。放電灯10としては、車両用前照灯となるHIDランプ等が接続されている。電源入力コネクタ31と放電灯10の間には、直流電源1の電圧を昇降圧させるDC−DCコンバータ2と、昇降圧された直流電圧を矩形波に変換するDC−ACコンバータ3と、始動時に放電灯をブレイクダウンさせるためのパルスを発生させるために高電圧を発生させる高電圧回路4と、高電圧を受けて放電灯をブレイクダウンさせるためのパルスを発生させると共にDC−ACコンバータ3の出力電力を放電灯に与えるイグナイタ部5が設けられている。制御回路6は、直流電源1の電圧を検出する入力電圧検出部6aと、DC−DCコンバータ2の出力電圧検出部6b及び出力電流検出部6cと、これらの検出信号を受けてマイコン7の制御下でDC−DCコンバータ2のスイッチング素子2aを制御するためのPWM制御回路6eと、DC−ACコンバータ3のフルブリッジ回路を構成する各スイッチング素子を制御するためのドライバ6dなどを備えている。
図8は本発明の実施形態2の回路図である。図8の回路では、図1に示した回路構成において、マイコン7の電源電圧監視ポート7aの出力をDC−DCコンバータ高周波信号制御回路7gに送る経路を設けてある。マイコン7のソフトウェア上では、実施形態1で説明した点灯ブロックの処理20a16において、電源電圧監視ポート7aで検出された直流電源1からの入力電源電圧に応じて、DC−DCコンバータ2の高周波駆動信号の周波数を変更するように設定してある。具体的には、図9(b)に示したように、電源電圧に応じてDC−DCコンバータ2の高周波駆動信号の周波数を変更するものである。
図11は本発明の実施形態3の動作説明のためのフローチャートである。図11のフローチャートでは、図2に示したフローチャートにおいて、点灯ブロックに高周波切換判定の処理20a16Aを追加したものである。この高周波切換判定の処理20a16Aは、低周波反転20a15と高周波周波数再設定20a16の間に挿入され、DC−ACコンバータ3の極性反転時にDC−DCコンバータ2の高周波駆動信号の周波数を切り替えるか否かを判定するものである。例えば、低周波反転20a15の処理でDC−ACコンバータ3の極性が反転する毎に、その極性反転が奇数回目か偶数回目かを確認して、それに応じてDC−ACコンバータ2の高周波駆動信号の周波数を変更するかしないかを決めれば、DC−ACコンバータ3の出力極性が切り換わる毎にでなく、2回に一回の割合でDC−DCコンバータ2の高周波駆動信号の周波数が変更されることになる。こうすることによって、例えば、点灯直後の過渡時において、放電灯が不安定なときなど、周波数の固定時間を若干長くして安定状態を維持しながら、ゆっくり変動させることが可能になる。
本発明の実施形態4を図12により説明する。図9(a)において、連続モードと不連続モードの周波数と電源電圧の関係について説明した。直流電源1の電源電圧が低くなったときに、不連続モードまたは境界モードを維持するには、DC−DCコンバータ2の駆動周波数を低くする必要がある。しかし、図12の破線で示すように、無制限に駆動周波数を下げて連続モードを回避しようとした場合、DC−DCコンバータ2のオン時間が長くなる傾向にある。その場合、図13(b)の破線で示すように、DC−DCコンバータ2の1次側スイッチング素子2aの電流ピーク値が高くなり、スイッチング素子2aとしてのFETに過大な電流ストレスを与えることになる。よって、DC−DCコンバータ2の駆動周波数を無制限に下げるのは得策ではない。
本発明の実施形態5を図14により説明する。本実施形態は実施形態4とは反対で、DC−DCコンバータ2の駆動周波数を可変にする場合に、ある程度の上限を設定することを特徴とする。DC−DCコンバータ2の駆動周波数が高くなった場合、DC−DCコンバータ2のスイッチング素子2aのスイッチングロスも駆動周波数に応じて高くなるため、ある程度の上限値を設けることが好ましい。そこで、本実施形態では、実施形態4とは反対に、電源電圧が高い場合に周波数を固定するように設定する。
本発明の実施形態6を図15により説明する。図15には、放電灯の点灯後の経過時間(立上り時間)に対して、DC−ACコンバータ3の低周波駆動信号(矩形波周波数)をどのように決定すべきかを示した。横軸は点灯後の経過時間、縦軸は低周波駆動信号の周波数であり、破線は周波数を固定した場合、実線は周波数を可変とした場合である。点灯直後は、最大電力に達する約4秒後まで低い周波数(250Hz)を維持して点灯維持性能を上げる。徐々に点灯維持能力が回復してきたら、それに応じて低周波駆動信号の周波数を高く設定する。低周波駆動信号の周波数については、バルブメーカの一般的なレコメンデーション(推奨値)である250〜1000Hzの範囲に設定すれば問題はない。
本発明の実施形態7を図16により説明する。図16には、放電灯のランプ電圧(放電灯電圧)に対して、DC−ACコンバータ3の低周波駆動信号(矩形波周波数)をどのように決定すべきかを示した。横軸は放電灯のランプ電圧、縦軸は低周波駆動信号の周波数であり、破線は周波数を固定した場合、実線は周波数を可変とした場合である。この実線で示したように、ランプ電圧に応じてDC−ACコンバータ3の低周波駆動信号の周波数を変更することにより、放電しにくい点灯初期(つまりランプ電圧が低い状態)では、DC−ACコンバータ3の低周波駆動周波数を低くすることで放電灯の電極を高温にして電子を放出させやすくすることによって点灯維持性能を高くすることが可能になる。また、安定時はランプ電圧が高くなるので、低周波駆動周波数も高くして、電極の磨耗を低減することができ、寿命を長くすることができる。
本発明の実施形態8を図17により説明する。図17には、放電灯のランプ電流(放電灯電流)に対して、DC−ACコンバータ3の低周波駆動信号(矩形波周波数)をどのように決定すべきかを示した。横軸は放電灯のランプ電流、縦軸は低周波駆動信号の周波数であり、破線は周波数を固定した場合、実線は周波数を可変とした場合である。ランプ電流は点灯直後には高く、2〜2.6A以上あり、その後、次第に下がっていく。点灯直後はアークが安定しにくく、最悪の場合は極性反転時に立消えする可能性がある。しかし、直流点灯区間に立消えすることはない。よって、図17の実線で示したように、ランプ電流に応じてDC−ACコンバータ3の低周波駆動周波数を変更し、放電しにくい点灯初期(つまりランプ電流が大きい状態)では、DC−ACコンバータ3の低周波駆動周波数を低く設定するで放電灯の電極を高温にして電子を放出させやすくすることによって点灯維持性能を高くすることが可能になる。また、点灯直後の数秒以内は2A以上から一気に1A以下に変化するため、急激にバルブの状態が変化するのに対して点灯維持をするために、大電流を流して点灯維持したい場合は、低周波駆動周波数を低くして点灯しやすく設定する。周波数は、バルブメーカの一般的なレコメンデーションである250〜1000Hzに設定すれば問題はない。
本発明の実施形態9の回路構成を図18に示す。図1に示した基本構成において、制御回路6に温度検出回路6kと温度監視用のA/D変換入力ポート7kを追加したものである。温度検出回路6kは、基準電圧を抵抗とサーミスタで分圧して、分圧点の電圧をマイコン7の温度監視用のA/D変換入力ポート7kを用いて検出している。温度検出回路6kは、温度を検出することが目的なので、回路方式は特に限定しなくても、要はマイコン7のA/D変換入力ポート7kにて温度検出が可能であれば問題ない。
本発明の実施形態10を図20により説明する。図20(a)には、放電灯のランプ電圧に対し、DC−DCコンバータ2の高周波駆動信号の周波数をどのように決定すべきかを示した。横軸は放電灯のランプ電圧、縦軸は高周波駆動信号の周波数であり、破線は周波数を固定した場合、実線は周波数を可変とした場合である。
本発明の実施形態11を図21により説明する。図21(a)には、放電灯のランプ電流に対し、DC−DCコンバータ2の高周波駆動信号の周波数をどのように決定すべきかを示した。横軸は放電灯のランプ電流、縦軸は高周波駆動信号の周波数であり、破線は周波数を固定した場合、実線は周波数を可変とした場合である。
本発明の実施形態12を図22(a)により説明する。図22(a)には、放電灯のランプ電力に対し、DC−DCコンバータ2の高周波駆動信号の周波数をどのように決定すべきかを示した。横軸は放電灯のランプ電力、縦軸は高周波駆動信号の周波数であり、破線は周波数を固定した場合、実線は周波数を可変とした場合である。
本発明の実施形態9の回路構成を図23に示す。図1に示した基本構成において、制御回路6に入力電流検出回路6pと入力電流検出用のA/D変換入力ポート7pを追加したものである。入力電流と入力電圧を同時に検出できることにより、直流電源1からの入力電力を演算することができる。上述のように、電源電圧によって効率が変わることで入力電力が変動することがある。直流電源1からの入力電力が大きい場合などは、DC−DCコンバータ2のスイッチング素子2aのオン時間が長くなり、連続モードになる傾向がある。例えば、高温などの状況下において、DC−DCコンバータ2のスイッチング素子2aのオン抵抗が上昇し、変換ロスが増えるなどの状況が考えられる。それを回避するために、入力電力が大きい場合については、図24(a)のように、DC−DCコンバータ2の駆動周波数を低くし、DC−DCコンバータ2の動作を連続モードから境界モードや不連続モードに変更する。また、たとえ連続モードを回避できなくても、少なくとも無効電流を低く抑えることによって半導体素子の電力ストレスを低減することが可能になる。つまり、電源電圧によって1次側の電流波形が変化しても、高周波駆動信号の駆動周波数を調整し、連続モードを低減することによって効率を良くすることが可能になる。
2 DC−DCコンバータ
3 DC−ACコンバータ
4 高電圧回路
5 イグナイタ部
6 制御回路
10 放電灯
Claims (11)
- 直流電源からの入力電圧を昇降圧させるDC−DCコンバータと、前記昇降圧された直流電圧を矩形波に変換するDC−ACコンバータと、DC−ACコンバータから電力供給を受けて動作する放電灯に対して始動時にブレイクダウンさせるための高電圧パルスを発生させるイグナイタ部と、前記DC−DCコンバータの出力電圧を検出する出力電圧検出部と、前記DC−DCコンバータの出力電流を検出する出力電流検出部と、直流電源の電圧を検出する入力電圧検出部と、各検出部の検出信号を受けて前記DC−DCコンバータを動作させる制御手段とを備えた放電灯点灯装置であって、制御手段からDC−DCコンバータを駆動する信号の周波数が二つ以上設けられ、それらの周波数をDC−ACコンバータの極性反転に同期して切り換えることを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項1において、入力電圧検出部により検出された直流電源からの入力電圧に応じてDC−DCコンバータを駆動する信号の周波数を決定することを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項1又は2において、DC−ACコンバータの駆動周期の整数倍の周期でDC−DCコンバータの駆動信号の周波数を切り換えることを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項1〜3のいずれかにおいて、DC−DCコンバータの可変する駆動信号周波数に下限値を設けたことを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項1〜4のいずれかにおいて、DC−DCコンバータの可変する駆動信号周波数に上限値を設けたことを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項1〜5のいずれかにおいて、DC−ACコンバータの極性反転周期を可変としたことを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項6において、DC−DCコンバータから出力される電圧、電流または電力などの電気特性に応じて、DC−ACコンバータの極性反転周期を可変としたことを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項1〜7のいずれかにおいて、温度を検出する回路を設け、検出された温度に応じてDC−DCコンバータの駆動信号周波数を可変としたことを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項1〜8のいずれかにおいて、DC−DCコンバータから出力される電圧、電流または電力などの電気特性に応じて、DC−DCコンバータの駆動信号周波数を可変としたことを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項1〜9のいずれかにおいて、放電灯への出力電力に応じてDC−DCコンバータの駆動信号周波数を可変としたことを特徴とする放電灯点灯装置。
- 請求項1〜10のいずれかにおいて、直流電源からの入力電力に応じてDC−DCコンバータの駆動信号周波数を可変としたことを特徴とする放電灯点灯装置。
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