JP4427836B2 - 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（高圧放電灯、ＨＩＤランプ）用であって、高輝度放電灯の半波放電、非対称放電時に回路動作を停止する機能を有する放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１はこの種の従来の放電灯点灯装置を示す構成図、図１２，図１３は図１１に示す放電灯点灯装置の動作波形図、図１４は図１１に示す放電灯点灯装置の無負荷時におけるＬＣ共振の特性図である。
【０００３】
図１１に示す放電灯点灯装置は、例えばバッテリなどにより構成される直流電源ＢＴと、２つのＦＥＴＱ１，Ｑ２の直列回路および２つの平滑用のコンデンサＣｅ１，Ｃｅ２の直列回路を直流電源ＢＴと並列に接続して成るハーフブリッジ型のインバータ回路１１と、放電灯（高輝度放電灯）ＤＬ、この放電灯ＤＬと並列に接続されて並列回路を構成するコンデンサＣ１、およびその並列回路に直列に接続されるインダクタＬ１を有して成り、ＦＥＴＱ１，Ｑ２の接続点とコンデンサＣｅ１，Ｃｅ２の接続点との間に接続される負荷回路１２とを備え、ＦＥＴＱ１，Ｑ２を動作させて、点灯時には負荷回路１２に低周波矩形波電流を供給するように構成される。
【０００４】
ＦＥＴＱ１，Ｑ２は、逆並列にダイオードを備えるＭＯＳＦＥＴなどであり、例えば、点灯時および非点灯時にはそれぞれ図１２および図１３に示すように駆動される。すなわち、図１２に示す点灯時には、ＦＥＴＱ２がオフになってＦＥＴＱ１が数１０ｋＨｚの高周波でオン／オフする動作と、ＦＥＴＱ１がオフになってＦＥＴＱ２が数１０ｋＨｚの高周波でオン／オフする動作とがそれぞれ期間ＴＭ１１，ＴＭ１２で交互に繰り返し行われる。このとき、期間ＴＭ１１，ＴＭ１２の交番周波数は数１０〜数１００Ｈｚに設定される。これにより、期間ＴＭ１１では、コンデンサＣｅ１からＦＥＴＱ１およびインダクタＬ１を介して放電灯ＤＬに対して、図１１中のランプ電流Ｉlaの矢印の向きに電流が供給される。また、期間ＴＭ１２では、コンデンサＣｅ２から放電灯ＤＬに対して、図１１中のランプ電流Ｉlaの矢印の逆向きに電流が供給される。このため、放電灯ＤＬには、期間ＴＭ１１，ＴＭ１２の交番周波数に応じた低周波矩形波電圧Ｖlaが印加することになる。
【０００５】
これに対して、非点灯時には、放電灯ＤＬを始動（放電開始）させるために数ｋＶの高電圧を印加する必要があるが、その手段として、放電灯ＤＬが始動するまでの期間、ＦＥＴＱ１，Ｑ２を交互に数１０ｋＨｚの高周波で駆動し、図１４に示すように、インダクタＬ１およびコンデンサＣ１による共振を利用して高電圧を発生させる構成になっている。この場合、図１３，図１４に示すように、動作周波数ｆswをスイープすると（矩形波の半周期内で連続的に変化させると）、極大となる高電圧が得られるので効果的である。また、図１３では、ＦＥＴＱ１のオン期間がＦＥＴＱ２のそれよりも長くなるようにＦＥＴＱ１，Ｑ２がオン／オフする動作と、ＦＥＴＱ２のオン期間がＦＥＴＱ１のそれよりも長くなるようにＦＥＴＱ１，Ｑ２がオン／オフする動作とが、それぞれ期間ＴＭ２１，ＴＭ２２で交互に繰り返し行われる。このように、ＦＥＴＱ１，Ｑ２の導通幅を期間ＴＭ２１，ＴＭ２２の各期間で非対称にすると、図１３に示すように、期間ＴＭ２１，ＴＭ２２の交番周波数に応じた低周波矩形波電圧Ｖlaが発生して、上記共振による高電圧に直流成分が重畳することになるので、始動性能を効果的に高めることができる。
【０００６】
図１５に別の放電灯点灯装置の構成図を示す。この図の放電灯点灯装置は、図１１に示した回路構成に加えて、パルストランスＰＴおよびイグナイタＩＧＮを備え、パルストランスＰＴを用いたイグナイタＩＧＮで、図１６に示すような高電圧パルスを発生させて放電灯ＤＬに印加する構成になっている。
【０００７】
図１７にさらに別の放電灯点灯装置の構成図を示す。この図の放電灯点灯装置は、図１１に示した回路構成に加えて、インダクタＬ２およびコンデンサＣ２を備えている。ここで、インダクタＬ２およびコンデンサＣ２を備えることで得られる効果を説明する。放電灯が高輝度放電灯である場合、通常、蛍光灯のように数１０ｋＨｚの高周波点灯方式は採用されない。これはその周波数領域で音響的共鳴現象が生じる可能性があるからである。ところが、図１１〜図１４を用いて説明したような駆動制御がＦＥＴＱ１，Ｑ２に対して実行されると、ランプ電流Ｉlaやランプ電圧Ｖlaに数１０ｋＨｚの高周波成分が重畳する。このため、インダクタＬ２およびコンデンサＣ２でローパスフィルタを構成して放電灯ＤＬに接続すれば、そのような高周波成分を除去することができるので、音響的共鳴現象の発生防止が可能になる。
【０００８】
また、ＦＥＴＱ１，Ｑ２は、安定な点灯を行うために、ランプ電圧Ｖla、ランプ電流Ｉlaおよびランプ電力Ｗlaが図１８に示すような特性になるように制御される。図１８に示す「始動過程」では、ランプ電流Ｉlaを大きくして放電灯ＤＬの温度を上昇させ、「定常点灯」では、安定な光出力を得るべく、ランプ電力をほぼ一定にするようにランプ電流Ｉlaおよびランプ電圧Ｖlaの調整が行われる。
【０００９】
図１９にこのような制御を行う場合の構成例を示す。この図の例では、図１１に示す回路構成に加えて、ＦＥＴＱ１，Ｑ２を駆動する駆動回路１３と、ランプ電流Ｉlaおよびランプ電圧Ｖlaの両検出を行い、これら検出結果に応じてＦＥＴＱ１，Ｑ２に対するオン／オフ制御を行う制御回路１０ａとが具備されている。そして、その制御回路１０ａが、図１８の放電灯ＤＬに対する出力特性を得るべく、上記検出結果に応じてＦＥＴＱ１，Ｑ２に対するオンデューティおよび動作周波数の少なくとも一方を調整するように構成されるのである。
【００１０】
図２０に高輝度放電灯の寿命末期などで発生し得る非対称放電時の波形図を示す。放電灯が高輝度放電灯である場合には、寿命末期などで、図２０の「Ｉla」に示すように、ランプ電流Ｉlaにおける正負両極性のレベルがアンバランスになる現象が生じる場合がある。この現象は、一般に半波点灯、非対称放電または整流現象などと呼ばれる。以下便宜上、この現象を異常非対称放電と呼ぶことにする。
【００１１】
図２１に異常非対称放電を起こす放電灯の等価回路を示す。放電灯ＤＬが異常非対称放電を起こした場合、図２１に示すように、その放電灯ＤＬをダイオードＤｈおよび抵抗Ｒｈ１，Ｒｈ２（≫Ｒｈ１）で等価的に表すことができる。図２１の例には、右方へはダイオードＤｈおよび抵抗Ｒｈを通ってランプ電流が正常に流れる一方、左方へはＲｈ１より大きい抵抗Ｒｈ２を通ってランプ電流が流れる場合の等価回路が示されており、この場合、図２０に示すようなランプ電流Ｉlaの波形になる。つまり、図１１において、右方へのランプ電流に比べて、左方へのランプ電流が小さくなる状態になるのである。ここで、１５０Ｗ級の高輝度放電灯では、抵抗Ｒｈ１の値は数Ω〜数１０Ωであり、Ｒｈ２の値は数１０Ωより大きく、最大は等価的に無限大となる。
【００１２】
図２２に図２１の等価回路で表すことができる異常非対称放電発生時に回路内を流れる電流の様子を示す。ただし、図２２に示す回路構成は図１１に示した回路構成と同じものである。
【００１３】
ここで、コンデンサＣｅ１，Ｃｅ２に無限大の容量を有するものを使用することができれば良いのであるが、実際の放電灯点灯装置では、その形状および価格などを考慮して、低周波矩形波周波数での動作で安定電圧をほぼ保てる程度の容量を有するコンデンサが使用される。例えば、１５０Ｗ級の高輝度放電灯では、数１０μＦ〜数１００μＦの容量を有するコンデンサが使用される。このため、異常非対称放電が発生すると、図２０に示すように、コンデンサＣｅ１，Ｃｅ２の電圧Ｖｅ１，Ｖｅ２が変動する。
【００１４】
この状況を踏まえて回路動作を説明する。期間ＴＭ１１の場合、図２２（ａ）に示すように、ＦＥＴＱ１がオンになると、コンデンサＣｅ１からインダクタＬ１を介して放電灯ＤＬに通常の電流が流れる。このとき、インダクタＬ１にエネルギーが蓄積され、電圧Ｖｅ１のレベルが下がる。この後、図２２（ｂ）に示すように、ＦＥＴＱ１がオフになると、インダクタＬ１が放電灯ＤＬを介してコンデンサＣｅ２に蓄積エネルギーを放出する。このようなＦＥＴＱ１のオン／オフ動作は、期間ＴＭ１１の間、繰り返し実行される。
【００１５】
これに対して期間ＴＭ１２の場合、図２２（ｃ）に示すように、ＦＥＴＱ２がオンになると、コンデンサＣｅ２から放電灯ＤＬおよびインダクタＬ１に電流が流れ、インダクタＬ１にエネルギーが蓄積され、電圧Ｖｅ２のレベルが下がる。このとき、放電灯ＤＬのインピーダンスが大きく、放電灯ＤＬおよびインダクタＬ１に流れる電流が図２２（ａ）の回路動作時に比べて小さくなるので、インダクタＬ１に蓄積されるエネルギーが少なくなるとともに、電圧Ｖｅ２のレベル降下幅も短くなる。この後、図２２（ｄ）に示すように、ＦＥＴＱ２がオフになると、インダクタＬ１がコンデンサＣｅ１に放電灯ＤＬを介して蓄積エネルギーを放出する。このとき、インダクタＬ１の蓄積エネルギーが期間ＴＭ１１の場合よりも少ないので、コンデンサＣｅ１に放出されるエネルギーが少なくなり、コンデンサＣｅ１のレベル上昇幅が短くなる。このようなＦＥＴＱ２のオン／オフ動作は、期間ＴＭ１２の間、繰り返し実行される。
【００１６】
以上の回路動作から分かるように、異常非対称放電が発生すると、例えばその異常非対称放電が図２１の等価回路で表すことができるものであれば、その異常非対称放電が発生している間、電圧Ｖｅ２は上昇し、電圧Ｖｅ１は減少するのである。
【００１７】
このような場合に敢えて図１８に示した「定常点灯」の出力特性にするには、例えば異常非対称放電が発生しない場合の正常放電での電圧Ｖｅ１から所定のランプ電流に調整する場合に比べて、電圧Ｖｅ１のレベルが低いので、所定のランプ電流に調整するために、ＦＥＴＱ１のオンデューティを大幅に増やしたり、スイッチング周波数ｆswを相当低下させる必要がある。これでは、ＦＥＴＱ１の電流ストレスが大きくなり、またインダクタＬ１が磁気飽和し易くなるなどの不具合が発生してしまう。さらに、電圧Ｖｅ２が上昇することから、電圧Ｖｅ１が上昇する異常非対称放電も想定して、コンデンサＣｅ１，Ｃｅ２の双方を高耐圧にする必要がある。
【００１８】
従って、異常非対称放電が発生した場合には、放電灯を点灯させるためにＦＥＴＱ１，Ｑ２に対する駆動制御を敢行するよりも駆動制御を停止するのが望ましい。
【００１９】
図２３に、異常非対称放電が発生した場合にＦＥＴＱ１，Ｑ２に対する駆動制御を停止する放電灯点灯装置の構成例を示し、図２４にその動作波形図を示す。図２３の例では、図１１に示す回路構成に加えて、駆動回路１３と、電圧Ｖｅ１検出用の検出部１４１、電圧Ｖｅ２検出用の検出部１４２、およびこれら検出部１４１，１４２から得られる電圧Ｖｅ１，Ｖｅ２のいずれかのレベルが図１４に示すように所定電圧Ｖｔ１のレベルに達したとき、駆動停止命令としての信号Ｖ１４を出力する出力部１４３により構成される検出回路１４と、ランプ電流Ｉlaおよびランプ電圧Ｖlaの両検出を行い、これら検出結果に応じてＦＥＴＱ１，Ｑ２に対するオン／オフ制御を行うほか、検出回路１４から信号Ｖ１４が出力されると、異常点灯保護手段としてＦＥＴＱ１，Ｑ２に対する駆動制御を停止する制御回路１０ｂとが具備されている。このように放電灯点灯装置を構成すれば、異常非対称放電が発生した場合、ＦＥＴＱ１，Ｑ２に対する駆動制御を停止させることができる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２３の回路構成では、放電灯が高輝度放電灯である場合、異常非対称放電が発生していないにも関わらず、放電灯の始動直後に検出回路１４から信号Ｖ１４が出力される場合がある。この理由としては、高輝度放電灯の始動直後、そのランプ温度、とりわけ電極温度が低く、その間の放電が不安定となって、寿命末期でないにも関わらず、電圧Ｖｅ１，Ｖｅ２のいずれかのレベルを所定電圧Ｖｔ１のレベルに到達させ得る非対称放電現象が現れる場合があるからである。以下、この場合の非対称放電を異常非対称放電と区別するために正常非対称放電と呼ぶことにする。なお、この正常非対称放電現象は、低周波矩形波の数サイクルで散見されることが多く、また長時間継続することはなく、ランプ温度が上昇すると現れなくなる。
【００２１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、例えば放電灯の始動直後における異常点灯保護手段の誤作動を防止し得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に請求項１記載の発明の放電灯点灯装置は、直流電源と、２つのスイッチング素子の直列回路および２つの平滑コンデンサの直列回路を前記直流電源と並列に接続して成るハーフブリッジ型の点灯回路と、少なくともインダクタおよび放電灯を有して成り、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負荷回路とを備え、前記２つのスイッチング素子を動作させて前記負荷回路に低周波矩形波電流を供給するように構成される放電灯点灯装置であって、前記低周波矩形波電流の正負極性が非対称となる非対称点灯モードを検出する非対称点灯検出手段と、この非対称点灯検出手段で前記非対称点灯モードが検出されると、前記点灯回路の動作を停止させるための異常点灯保護手段とを備え、前記放電灯の始動直後に、前記負荷回路に供給した電流の正負極性が非対称になっても前記異常点灯保護手段が作動するのを禁止するとともに、非対称点灯時、前記放電灯を流れる電流の正負各極性の値が所定電流値以下となる場合には、前記低周波矩形波電流の周波数を、正常点灯時におけるその低周波矩形波電流の周波数よりも高くするのである。この構成では、放電灯の始動直後に、負荷回路に供給した電流の正負極性が非対称になっても異常点灯保護手段が作動するのを禁止するので、例えば放電灯の始動直後における異常点灯保護手段の誤作動を防止することができる。また、スイッチング素子が正常点灯時における低周波矩形波電流の周波数よりも高い周波数で動作するので、異常極性側でランプ温度が低下する時間が短くなるから、放電灯の電極が電子を放出するために十分な温度に達するまでに要する時間の短縮が可能となる。この結果、始動過程での正常非対称放電の発生期間を短縮することができる。
【００２３】
なお、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記低周波矩形波電流の周波数を高くする期間は、少なくとも前記放電灯が始動してから所定時間が経過するまでの期間に設定される構成でもよい（請求項２）。この構成によれば、スイッチング素子が正常点灯時における低周波矩形波電流の周波数よりも高い周波数で動作する期間が無用に長くなるのを回避することができる。
【００２４】
また、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、少なくとも前記放電灯が始動してからの所定期間、前記非対称点灯検出手段から前記異常点灯保護手段への信号伝達を禁止する構成でもよい（請求項３）。この構成によれば、放電灯の始動直後における少なくとも所定期間、異常点灯保護手段の誤作動を防止することができる。
【００２５】
また、請求項３記載の放電灯点灯装置において、前記非対称点灯検出手段の応答遅延時間を、前記放電灯の始動直後に、前記負荷回路に供給した電流の正負極性が非対称になることが予想される時間以上に設定して成る構成でもよい（請求項４）。この構成によれば、例えば放電灯の始動直後における異常点灯保護手段の誤作動を防止することができる。
【００２６】
また、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、前記非対称点灯検出手段は、第１しきい値および第２しきい値を有し、前記放電灯の非対称点灯で変化する電圧および電流の少なくとも一方の検出を行い、この検出から得られる値が前記第１しきい値に達すると、前記非対称点灯モードを検出して非対称点灯検出信号を発生させ、前記非対称点灯検出手段で、前記検出から得られる値が前記第１しきい値に達する前に通過する前記第２しきい値に達すると、前記負荷回路への供給電流の低減を行う構成でもよい（請求項５）。この構成によれば、例えば放電灯の始動直後における異常点灯保護手段の誤作動を防止することができるとともに、スイッチング素子などに対する電流ストレスを大幅に低減することができる。
【００２７】
また、請求項５記載の放電灯点灯装置において、前記負荷回路への供給電流の低減は、少なくとも前記放電灯の始動時から所定期間行われる構成でもよい（請求項６）。この構成によれば、例えば放電灯の始動直後における異常点灯保護手段の誤作動を防止することができる。
【００２９】
また、請求項１〜６のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記放電灯は高輝度放電灯であってもよい（請求項７）。この構成によれば、高輝度放電灯を安定に点灯させることが可能になる。
【００３０】
また、請求項１〜７のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記非対称点灯検出手段は、前記２つの平滑コンデンサの各両端電圧を検出し、いずれかの両端電圧が所定値に達した場合に前記非対称点灯モードを検出する構成でもよい（請求項８）。この構成によれば、高輝度放電灯を安定に点灯させることが可能になる。
【００３１】
さらに、請求項１〜８のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記スイッチング素子は逆並列接続のダイオードを有する構成でもよい（請求項９）。この構成によれば、高輝度放電灯を安定に点灯させることが可能になる。
【００３２】
【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は図１に示す構成の概念図、図３は図１に示す放電灯点灯装置の動作波形図で、これらの図を用いて第１実施形態の説明を行う。
【００３３】
まず、本放電灯点灯装置は、概念的に説明すると、図２に示すように、電源ＰＳと、例えばインバータなどで構成される点灯装置・主要部ＬＥと、放電灯ＤＬと、非対称放電検出部ＡＳｄｔと、この非対称放電検出部ＡＳｄｔが非対称放電現象を検出すると、放電灯ＤＬの状態からその非対称放電が正常非対称放電であるか否かを見る負荷状態検出部ＤＬｄｔと、非対称放電検出部ＡＳｄｔが非対称放電現象を検出すると、点灯装置・主要部ＬＥの動作を停止させる動作停止信号発生部Ｓｔｐと、この動作停止信号発生部Ｓｔｐと非対称放電検出部ＡＳｄｔとの間に介在し、非対称放電が正常非対称放電であれば、非対称放電検出部ＡＳｄｔから動作停止信号発生部Ｓｔｐへの信号伝達を禁止する禁止部Ｄとを備えるように構成される。
【００３４】
この具体的構成例として、本放電灯点灯装置は、図１に示すように、直流電源ＢＴ、インバータ回路１１、負荷回路１２、駆動回路１３および本来は異常非対称放電を検出すべき検出回路１４（非対称点灯検出手段）を図２３に示した放電灯点灯装置と同様に備えているほか、この放電灯点灯装置との相違点として、タイマー１５、アンド回路１６および制御回路１０を備えている。なお、第１実施形態では、スイッチング素子として、逆並列接続の帰還ダイオード（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、これに限らず、例えばトランジスタおよびこれと逆並列に接続される別体のダイオードを使用する構成でもよい。
【００３５】
タイマー１５は、制御回路１０から点灯検知信号ＬＴを受信すると、所定の待ち時間の計時を行い、この計時の間、出力のタイムアップ信号ＴＭをローレベルにし、その計時以外ではタイムアップ信号ＴＭをハイレベルにするものである。上記待ち時間は、放電灯ＤＬの始動直後から正常非対称放電が発生する可能性が実用上十分低くなるまでの時間、またはそれ以上に設定される。
【００３６】
アンド回路１６は、検出回路１４からの信号Ｖ１４とタイマー１５からのタイムアップ信号ＴＭとのアンドをとり、その結果を出力するものである。
【００３７】
制御回路１０は、例えばランプ電流Ilaなどから放電灯ＤＬの点灯を監視し、放電灯ＤＬが点灯すれば、点灯検知信号ＬＴをタイマー１５に向けて出力する以外は、図２３に示した制御回路１０ｂと同様に構成される。
【００３８】
次に、図３を用いて第１実施形態の特徴となる動作を説明する。例えば放電灯ＤＬの始動直後、放電灯ＤＬが点灯すると（ｔ１０）、ハイレベルの点灯検知信号ＬＴが制御回路１０からタイマー１５に向けて出力される。またこのとき、図３の例では、非対称放電が発生している。
【００３９】
上記点灯検知信号ＬＴがタイマー１５により受信されると（ｔ１０）、そのタイマー１５は、タイムアップ信号ＴＭをローレベルにしたまま、待ち時間の計時を行う。
【００４０】
この後、上記非対称放電によって、電圧Ｖｅ１，Ｖｅ２のいずれかのレベルが所定電圧Ｖｔ１のレベルに達すると（ｔ１１）、検出回路１４からハイレベルの信号Ｖ１４が出力される。このとき、タイムアップ信号ＴＭがローレベルであるので、アンド回路１６から出力される信号Ｖ１６がローレベルのままとなり、制御回路１０は引き続きＦＥＴＱ１，Ｑ２に対する駆動制御を行う。これにより、例えば放電灯の始動直後における正常非対称放電の発生に起因する検出回路１４の誤作動を防止することができる。
【００４１】
この後、非対称放電が発生しなくなり（ｔ１２）、電圧Ｖｅ１，Ｖｅ２の両レベルが所定電圧Ｖｔ１のレベル以下になると（ｔ１３）、検出回路１４の出力信号Ｖ１４がローレベルになる。
【００４２】
この後、時点ｔ１０から上記待ち時間が経過すると（ｔ１４）、タイムアップ信号ＴＭがタイマー１５によってハイレベルに切り替えられる。
【００４３】
この後、異常非対称放電が発生して（ｔ１５）、電圧Ｖｅ１，Ｖｅ２のいずれかのレベルが所定電圧Ｖｔ１のレベルに達すると（ｔ１６）、検出回路１４からハイレベルの信号Ｖ１４が出力される。このとき、タイムアップ信号ＴＭがハイレベルであるので、アンド回路１６の出力信号Ｖ１６がハイレベルとなり、制御回路１０はＦＥＴＱ１，Ｑ２に対する駆動制御を停止する。
【００４４】
図４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で、この図を用いて第２実施形態の説明を行う。
【００４５】
図４に示す放電灯点灯装置は、直流電源ＢＴ、インバータ回路１１、負荷回路１２および駆動回路１３を第１実施形態と同様に備えているほか、第１実施形態との相違点として、検出回路２４と、図２３に示した制御回路１０ｂと同様に構成される制御回路２０とを備えている。
【００４６】
検出回路２４は、電圧Ｖｅ１検出用の検出部２４１、電圧Ｖｅ２検出用の検出部２４２、およびこれら検出部２４１，２４２から得られる電圧Ｖｅ１，Ｖｅ２のいずれかのレベルが所定電圧Ｖｔ１のレベルに達したとき、駆動停止命令としての信号Ｖ２４を出力する出力部２４３により構成されている。また、検出部２４１，２４２の各々は、抵抗Ｒ１，Ｒ２、コンデンサＣｔ、所定電圧Ｖｔ１出力用の直流電源ＤＣ、およびコンパレータＣｍｐにより構成される。
【００４７】
ここで、上記各検出部内に、抵抗Ｒ２と並列にコンデンサＣｔを接続することにより、コンデンサＣｅ１，Ｃｅ２の電圧レベルの検出が遅延するから、その遅延時間を第１実施形態の待ち時間と同程度に設定すれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
図５は本発明の第３実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図、図６は図５に示す放電灯点灯装置の動作波形図で、これらの図を用いて第３実施形態の説明を行う。
【００４９】
図５に示す放電灯点灯装置は、直流電源ＢＴ、インバータ回路１１、負荷回路１２および駆動回路１３を第１実施形態と同様に備えているほか、第１実施形態との相違点として、検出回路３４および制御回路３０を備えている。
【００５０】
検出回路３４は、電圧Ｖｅ１または電圧Ｖｅ２を２つのしきい値Ｖｔ１，Ｖｔ２で比較を行い、この比較結果を出力するものである。図６の例では、電圧Ｖｅ２を２つのしきい値Ｖｔ１，Ｖｔ２で比較を行い、電圧Ｖｅ２のレベルがしきい値Ｖｔ２のレベルに達すると、信号Ｖ３４１をハイレベルにして、達しなければローレベルにする一方、電圧Ｖｅ２のレベルがしきい値Ｖｔ１のレベルに達すると、信号Ｖ３４２をハイレベルにして、達しなければローレベルにする構成になっている。ただし、しきい値Ｖｔ２は、非対称放電が発生していない場合の正常動作時にコンデンサＣｅ２が帯びる電圧よりも高く、第１および第２実施形態と同レベルのしきい値Ｖｔ１よりも低いレベルに設定される。
【００５１】
制御回路３０の要部は、ランプ電圧の検出を行う検出部３０１と、ランプ電流の検出を行う検出部３０２と、検出部３０１の検出結果を利用して、目標となるランプ電流値を発生する目標ランプ電流発生部３０３と、この目標ランプ電流発生部３０３で得られるランプ電流値に対する検出部３０２の検出結果の誤差を求める誤差増幅器３０４と、この誤差増幅器３０４と目標ランプ電流発生部３０３との間に介在し、検出回路３４からの信号Ｖ３４１がハイレベルになると目標ランプ電流発生部３０３で得られるランプ電流値（レベル）を減衰する減衰器３０５と、誤差増幅器３０４で求められた誤差に応じて、ＰＷＭ方式で高周波信号のオン／デューティの調整を行い、この調整後の高周波信号を出力するとともに、検出回路３４からの信号Ｖ３４２がハイレベルになると、高周波信号の出力を停止するＰＷＭ部３０５と、このＰＷＭ部３０５からの高周波信号を利用して、図１２および図１３に示した駆動信号をＦＥＴＱ１，Ｑ２に分配出力する分周器３０６とを備えている。
【００５２】
次に、図６を用いて第３実施形態の特徴となる動作を説明する。例えば放電灯ＤＬの始動直後、放電灯ＤＬが点灯して非対称放電が発生すると（ｔ３１）、電圧Ｖｅ２が上昇する。
【００５３】
この後、電圧Ｖｅ２がしきい値Ｖｔ２のレベルに達すると（ｔ３２）、しきい値Ｖｔ２のレベルより低くなるまで（ｔ３３）、検出回路３４の出力信号Ｖ３４１がハイレベルになる。出力信号Ｖ３４１がハイレベルになると、減衰器３０５が作動し、目標ランプ電流発生部３０３で得られるランプ電流のレベルが減衰する。この結果、放電灯ＤＬへの供給電流は低下するので、これ以降の電圧Ｖｅ２の上昇が緩やかになる。ここで、正常非対称放電はすぐに発生しなくなるので、正常非対称放電の場合には電圧Ｖｅ２がしきい値Ｖｔ１に達しないように、電圧Ｖｔ２の値と減衰器３０５の減衰量とを適宜調整すれば、ＦＥＴなどに対する電流ストレスを大幅に低減することができるとともに、正常非対称放電時の駆動停止を回避することができる。
【００５４】
上記非対称放電の現象が消えた後、異常非対称放電が発生すると（ｔ３４）、電圧Ｖｅ２が上昇する。この後、電圧Ｖｅ２がしきい値Ｖｔ２のレベルに達すると（ｔ３５）、検出回路３４の出力信号Ｖ３４１がハイレベルになる。そうすると、減衰器３０５が作動し、目標ランプ電流発生部３０３で得られるランプ電流のレベルが減衰する。この後、異常非対称放電によって、電圧Ｖｅ２がしきい値Ｖｔ１のレベルに達すると（ｔ３６）、ＰＷＭ部３０５からの高周波信号の出力が停止する。これにより、インバータ回路１１の動作が停止する。
【００５５】
図７は本発明の第４実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図で、この図を用いて第４実施形態の説明を行う。
【００５６】
図７に示す放電灯点灯装置は、第１実施形態と第３実施形態とを組み合わせたもので、直流電源ＢＴ、インバータ回路１１、負荷回路１２、駆動回路１３、タイマー１５およびアンド回路１６を第１実施形態と同様に備えているとともに、検出回路３４および制御回路３０を第３実施形態と同様に備えている。ただし、アンド回路１６には、タイマー回路１５からのタイムアップ信号ＴＭと検出回路３４からの信号Ｖ３４１とが入力される。また、制御回路３０内の減衰器３０５にはアンド回路１６の出力信号が入力される。
【００５７】
この構成では、点灯検知信号ＬＴの受信時点から所定の待ち時間内に発生し、電圧Ｖｅ２がしきい値Ｖｔ２に達するがしきい値Ｖｔ１に達しない正常非対称放電の場合には、第３実施形態と同様に電流が低減するが、動作停止機能は禁止される。また、点灯検知信号ＬＴの受信時点から所定の待ち時間経過後に発生する異常非対称放電の場合には、第３実施形態の電流低減が行われないので、速やかにインバータ回路１１の動作が停止することになる。
【００５８】
図８は本発明の第５実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図、図９は図８に示す放電灯点灯装置の動作波形図で、これらの図を用いて第５実施形態の説明を行う。
【００５９】
図８に示す放電灯点灯装置は、直流電源ＢＴ、インバータ回路１１および負荷回路１２を第１実施形態と同様に備えているほか、第１実施形態との相違点として、ＦＥＴＱ１用の駆動回路５３１およびＦＥＴＱ２用の駆動回路５３２により成る駆動回路５３と、この駆動回路５３を介してＦＥＴＱ１，Ｑ２をオン／オフする制御回路５０を備えている。
【００６０】
この制御回路５０は、ランプ電流の検出を行う検出部５０１と、この検出部５０１の検出結果を利用して、ランプ電流の正負各極性のレベルが所定レベルに達したか否かの検出を行い、正極性側の比較結果を信号／ＤＴｐで出力する一方、負極性側の比較結果を信号／ＤＴｎで出力する比較部５０２と、信号／ＤＴｐを一方の入力端子に入力する２入力のアンド回路５０３と、信号／ＤＴｎを一方の入力端子に入力する２入力のアンド回路５０４と、これらアンド回路５０３，５０４の両出力信号のＯＲをとって信号ｃｈｇを出力するＯＲ回路５０５と、このＯＲ回路５０５からの信号ｃｈｇがローレベルであれば、放電灯ＤＬの点灯周波数である低周波矩形波周波数の２倍の周波数でパルス列を発生する一方、信号ｃｈｇがハイレベルであれば、その周波数よりも高い周波数のパルス列を出力する発振器（マルチバイブレータ）５０６と、この発振器５０６からの信号Ｃｌｋに応じて、交互にハイおよびローとなる信号／Ｑ，Ｑを出力するＴ型のフリップフロップ５０７と、ランプ電流Ｉlaが例えば目標電流値になるようにデューティおよび周波数が調整された数１０ｋＨｚの高周波信号ｆswを出力する高周波信号発生回路５０８と、信号Ｑと高周波信号ｆswとのＡＮＤをとって駆動回路５３１に出力するアンド回路５０９と、信号／Ｑと高周波信号ｆswとのＡＮＤをとって駆動回路５３２に出力するアンド回路５０９とを備えている。ただし、アンド回路５０３の他方の入力端子には信号Ｑが入力され、アンド回路５０４の他方の入力端子には信号／Ｑが入力される。
【００６１】
このように構成される放電灯点灯装置では、点灯時の基本動作として、図９に示すように、発振器５０６で発生した信号Ｃｌｋがフリップフロップ５０７に入力すると、交互にハイおよびローとなる信号Ｑ，／Ｑが出力される。そして、これら信号Ｑ，／Ｑは、それぞれ、アンド回路５０９，５１０で高周波信号ｆswとＡＮＤ演算された上で、駆動回路５３１，５３２を介してＦＥＴＱ１，Ｑ２に分配される。これにより、図９に示すような低周波矩形波電流Ｉlaによって放電灯ＤＬが点灯する。
【００６２】
ここで、図１０に、非対称放電時におけるランプ温度Ｔの変化の様子を模式的に示す。半波放電の場合、異常極性側でランプ温度Ｔが低下するので、放電灯ＤＬの電極が電子を放出するために十分な温度に達するまでに比較的長い時間を要する。そこで、検出部５０１、比較部５０２、アンド回路５０３，５０４、ＯＲ回路５０５および発振器５０６を設け、図９に示すように、ランプ電流Ｉlaの異常極性側で、信号ｃｈｇをハイレベルにして発振器５０６から出力される信号Ｃｌｋのパルス周波数を高くし、これにより、その異常極性の期間を短くするのである。
【００６３】
さらに詳述すると、例えば、信号Ｑがハイで信号／Ｑがローのとき、ＦＥＴＱ１がオンになる。このとき、正極性としての電流Ｉlaが正常に流れていると、信号／ＤＴｐがローになるので、信号Ｑがハイであっても、アンド回路５０３の出力レベルはローになる。また、信号／Ｑがローであるので、アンド回路５０４の出力レベルもローになる。従って、ＯＲ回路５０５の出力信号ｃｈｇはローになって、ＦＥＴＱ１，Ｑ２は、通常の低周波周波数で動作することになる。これに対して、異常な電流Ｉlaが流れていると（つまり、この場合、正常時よりもレベルが低くなるので、比較部５０２における所定レベルのしきい値よりも低くなると）、信号／ＤＴｐがハイになり、信号Ｑがハイであるから、アンド回路５０３の出力レベルはハイになる。また、信号／Ｑがローであるので、アンド回路５０４の出力レベルはローになる。従って、ＯＲ回路５０５の出力信号ｃｈｇはハイになり、ＦＥＴＱ１，Ｑ２は、通常の低周波周波数よりも高い周波数で動作することになる。
【００６４】
負極性としてのランプ電流Ｉlaが流れる場合も上記動作と同様である。これにより、図９に示すように、異常極性側でランプ温度Ｔが低下する時間が短くなるから、放電灯ＤＬの電極が電子を放出するために十分な温度に達するまでに要する時間を短くすることが可能になる。よって、始動過程での正常非対称放電の発生期間を短縮することができる。また、結果的に、電圧Ｖｅ１，Ｖｅ２の電圧検知による比較部５０２のしきい値に到達する確率を大幅に低減できる。さらに、第５実施形態の上記方式を第１〜第４実施形態に適用すれば、より好適な放電灯点灯装置を得ることができる。
【００６５】
以上により、平滑用のコンデンサの容量を大幅に増大させたり、部品ストレスや価格の上昇を来すことなく、高輝度放電灯の寿命末期などで見られる異常な半波放電、非対称放電で回路を確実に保護するとともに、高輝度放電灯の始動過程で通常発生し得る半波放電、非対称放電で起こる回路保護の誤作動を防止し、実用上問題が発生することのないようにできる。
【００６６】
【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、直流電源と、２つのスイッチング素子の直列回路および２つの平滑コンデンサの直列回路を前記直流電源と並列に接続して成るハーフブリッジ型の点灯回路と、少なくともインダクタおよび放電灯を有して成り、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負荷回路とを備え、前記２つのスイッチング素子を動作させて前記負荷回路に低周波矩形波電流を供給するように構成される放電灯点灯装置であって、前記低周波矩形波電流の正負極性が非対称となる非対称点灯モードを検出する非対称点灯検出手段と、この非対称点灯検出手段で前記非対称点灯モードが検出されると、前記点灯回路の動作を停止させるための異常点灯保護手段とを備え、前記放電灯の始動直後に、前記負荷回路に供給した電流の正負極性が非対称になっても前記異常点灯保護手段が作動するのを禁止するとともに、非対称点灯時、前記放電灯を流れる電流の正負各極性の値が所定電流値以下となる場合には、前記低周波矩形波電流の周波数を、正常点灯時におけるその低周波矩形波電流の周波数よりも高くするので、例えば放電灯の始動直後における異常点灯保護手段の誤作動を防止することができ、また始動過程での正常非対称放電の発生期間を短縮することができる。
【００６７】
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、前記低周波矩形波電流の周波数を高くする期間は、少なくとも前記放電灯が始動してから所定時間が経過するまでの期間に設定されるので、スイッチング素子が正常点灯時における低周波矩形波電流の周波数よりも高い周波数で動作する期間が無用に長くなるのを回避することができる。
【００６８】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、少なくとも前記放電灯が始動してからの所定期間、前記非対称点灯検出手段から前記異常点灯保護手段への信号伝達を禁止するので、放電灯の始動直後における少なくとも所定期間、異常点灯保護手段の誤作動を防止することができる。
【００６９】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の放電灯点灯装置において、前記非対称点灯検出手段の応答遅延時間を、前記放電灯の始動直後に、前記負荷回路に供給した電流の正負極性が非対称になることが予想される時間以上に設定して成るので、例えば放電灯の始動直後における異常点灯保護手段の誤作動を防止することができる。
【００７０】
請求項５記載の発明によれば、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、前記非対称点灯検出手段は、第１しきい値および第２しきい値を有し、前記放電灯の非対称点灯で変化する電圧および電流の少なくとも一方の検出を行い、この検出から得られる値が前記第１しきい値に達すると、前記非対称点灯モードを検出して非対称点灯検出信号を発生させ、前記非対称点灯検出手段で、前記検出から得られる値が前記第１しきい値に達する前に通過する前記第２しきい値に達すると、前記負荷回路への供給電流の低減を行うので、例えば放電灯の始動直後における異常点灯保護手段の誤作動を防止することができるとともに、スイッチング素子などに対する電流ストレスを大幅に低減することができる。
【００７１】
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、前記負荷回路への供給電流の低減は、少なくとも前記放電灯の始動時から所定期間行われるので、例えば放電灯の始動直後における異常点灯保護手段の誤作動を防止することができる。
【００７３】
請求項７記載の発明によれば、請求項１〜６のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記放電灯は高輝度放電灯であるので、高輝度放電灯を安定に点灯させることが可能になる。
【００７４】
請求項８記載の発明によれば、請求項１〜７のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記非対称点灯検出手段は、前記２つの平滑コンデンサの各両端電圧を検出し、いずれかの両端電圧が所定値に達した場合に前記非対称点灯モードを検出するので、高輝度放電灯を安定に点灯させることが可能になる。
【００７５】
請求項９記載の発明によれば、請求項１〜８のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記スイッチング素子は逆並列接続のダイオードを有するので、高輝度放電灯を安定に点灯させることが可能になる。
【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】図１に示す構成の概念図である。
【図３】図１に示す放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図４】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５】本発明の第３実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図である。
【図６】図５に示す放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図である。
【図９】図８に示す放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図１０】非対称放電時におけるランプ温度の変化の様子を示す図である。
【図１１】従来の放電灯点灯装置を示す構成図である。
【図１２】図１１に示す放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図１３】図１１に示す放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図１４】図１１に示す放電灯点灯装置の無負荷時におけるＬＣ共振の特性図である。
【図１５】別の放電灯点灯装置の構成図である。
【図１６】図１５に示す放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図１７】別の放電灯点灯装置の構成図である。
【図１８】インバータ回路内のＦＥＴに対する駆動制御の説明図である。
【図１９】図１８に示す駆動制御を実行する放電灯点灯装置の構成例を示す図である。
【図２０】高輝度放電灯の寿命末期などで発生し得る非対称放電時の波形図である。
【図２１】異常非対称放電を起こす放電灯の等価回路である。
【図２２】図２１の等価回路で表すことができる異常非対称放電発生時に回路内を流れる電流の様子を示す図である。
【図２３】異常非対称放電が発生した場合に各ＦＥＴに対する駆動制御を停止する放電灯点灯装置の構成例を示す図である。
【図２４】図２３に示す放電灯点灯装置の動作波形図である。
【符号の説明】
ＢＴ 直流電源
１０，２０，３０，５０ 制御回路
１１ インバータ回路
１２ 負荷回路
１３，５３ 駆動回路
１４，２４，３４ 検出回路
１５ タイマー
１６ アンド回路
１４１，１４２，２４１，２４２ 検出部
１４３，２４３ 出力部
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば高輝度放電灯（高圧放電灯、ＨＩＤランプ）用であって、高輝度放電灯の半波放電、非対称放電時に回路動作を停止する機能を有する放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１はこの種の従来の放電灯点灯装置を示す構成図、図１２，図１３は図１１に示す放電灯点灯装置の動作波形図、図１４は図１１に示す放電灯点灯装置の無負荷時におけるＬＣ共振の特性図である。
【０００３】
図１１に示す放電灯点灯装置は、例えばバッテリなどにより構成される直流電源ＢＴと、２つのＦＥＴＱ１，Ｑ２の直列回路および２つの平滑用のコンデンサＣｅ１，Ｃｅ２の直列回路を直流電源ＢＴと並列に接続して成るハーフブリッジ型のインバータ回路１１と、放電灯（高輝度放電灯）ＤＬ、この放電灯ＤＬと並列に接続されて並列回路を構成するコンデンサＣ１、およびその並列回路に直列に接続されるインダクタＬ１を有して成り、ＦＥＴＱ１，Ｑ２の接続点とコンデンサＣｅ１，Ｃｅ２の接続点との間に接続される負荷回路１２とを備え、ＦＥＴＱ１，Ｑ２を動作させて、点灯時には負荷回路１２に低周波矩形波電流を供給するように構成される。
【０００４】
ＦＥＴＱ１，Ｑ２は、逆並列にダイオードを備えるＭＯＳＦＥＴなどであり、例えば、点灯時および非点灯時にはそれぞれ図１２および図１３に示すように駆動される。すなわち、図１２に示す点灯時には、ＦＥＴＱ２がオフになってＦＥＴＱ１が数１０ｋＨｚの高周波でオン／オフする動作と、ＦＥＴＱ１がオフになってＦＥＴＱ２が数１０ｋＨｚの高周波でオン／オフする動作とがそれぞれ期間ＴＭ１１，ＴＭ１２で交互に繰り返し行われる。このとき、期間ＴＭ１１，ＴＭ１２の交番周波数は数１０〜数１００Ｈｚに設定される。これにより、期間ＴＭ１１では、コンデンサＣｅ１からＦＥＴＱ１およびインダクタＬ１を介して放電灯ＤＬに対して、図１１中のランプ電流Ｉlaの矢印の向きに電流が供給される。また、期間ＴＭ１２では、コンデンサＣｅ２から放電灯ＤＬに対して、図１１中のランプ電流Ｉlaの矢印の逆向きに電流が供給される。このため、放電灯ＤＬには、期間ＴＭ１１，ＴＭ１２の交番周波数に応じた低周波矩形波電圧Ｖlaが印加することになる。
【０００５】
これに対して、非点灯時には、放電灯ＤＬを始動（放電開始）させるために数ｋＶの高電圧を印加する必要があるが、その手段として、放電灯ＤＬが始動するまでの期間、ＦＥＴＱ１，Ｑ２を交互に数１０ｋＨｚの高周波で駆動し、図１４に示すように、インダクタＬ１およびコンデンサＣ１による共振を利用して高電圧を発生させる構成になっている。この場合、図１３，図１４に示すように、動作周波数ｆswをスイープすると（矩形波の半周期内で連続的に変化させると）、極大となる高電圧が得られるので効果的である。また、図１３では、ＦＥＴＱ１のオン期間がＦＥＴＱ２のそれよりも長くなるようにＦＥＴＱ１，Ｑ２がオン／オフする動作と、ＦＥＴＱ２のオン期間がＦＥＴＱ１のそれよりも長くなるようにＦＥＴＱ１，Ｑ２がオン／オフする動作とが、それぞれ期間ＴＭ２１，ＴＭ２２で交互に繰り返し行われる。このように、ＦＥＴＱ１，Ｑ２の導通幅を期間ＴＭ２１，ＴＭ２２の各期間で非対称にすると、図１３に示すように、期間ＴＭ２１，ＴＭ２２の交番周波数に応じた低周波矩形波電圧Ｖlaが発生して、上記共振による高電圧に直流成分が重畳することになるので、始動性能を効果的に高めることができる。
【０００６】
図１５に別の放電灯点灯装置の構成図を示す。この図の放電灯点灯装置は、図１１に示した回路構成に加えて、パルストランスＰＴおよびイグナイタＩＧＮを備え、パルストランスＰＴを用いたイグナイタＩＧＮで、図１６に示すような高電圧パルスを発生させて放電灯ＤＬに印加する構成になっている。
【０００７】
図１７にさらに別の放電灯点灯装置の構成図を示す。この図の放電灯点灯装置は、図１１に示した回路構成に加えて、インダクタＬ２およびコンデンサＣ２を備えている。ここで、インダクタＬ２およびコンデンサＣ２を備えることで得られる効果を説明する。放電灯が高輝度放電灯である場合、通常、蛍光灯のように数１０ｋＨｚの高周波点灯方式は採用されない。これはその周波数領域で音響的共鳴現象が生じる可能性があるからである。ところが、図１１〜図１４を用いて説明したような駆動制御がＦＥＴＱ１，Ｑ２に対して実行されると、ランプ電流Ｉlaやランプ電圧Ｖlaに数１０ｋＨｚの高周波成分が重畳する。このため、インダクタＬ２およびコンデンサＣ２でローパスフィルタを構成して放電灯ＤＬに接続すれば、そのような高周波成分を除去することができるので、音響的共鳴現象の発生防止が可能になる。
【０００８】
また、ＦＥＴＱ１，Ｑ２は、安定な点灯を行うために、ランプ電圧Ｖla、ランプ電流Ｉlaおよびランプ電力Ｗlaが図１８に示すような特性になるように制御される。図１８に示す「始動過程」では、ランプ電流Ｉlaを大きくして放電灯ＤＬの温度を上昇させ、「定常点灯」では、安定な光出力を得るべく、ランプ電力をほぼ一定にするようにランプ電流Ｉlaおよびランプ電圧Ｖlaの調整が行われる。
【０００９】
図１９にこのような制御を行う場合の構成例を示す。この図の例では、図１１に示す回路構成に加えて、ＦＥＴＱ１，Ｑ２を駆動する駆動回路１３と、ランプ電流Ｉlaおよびランプ電圧Ｖlaの両検出を行い、これら検出結果に応じてＦＥＴＱ１，Ｑ２に対するオン／オフ制御を行う制御回路１０ａとが具備されている。そして、その制御回路１０ａが、図１８の放電灯ＤＬに対する出力特性を得るべく、上記検出結果に応じてＦＥＴＱ１，Ｑ２に対するオンデューティおよび動作周波数の少なくとも一方を調整するように構成されるのである。
【００１０】
図２０に高輝度放電灯の寿命末期などで発生し得る非対称放電時の波形図を示す。放電灯が高輝度放電灯である場合には、寿命末期などで、図２０の「Ｉla」に示すように、ランプ電流Ｉlaにおける正負両極性のレベルがアンバランスになる現象が生じる場合がある。この現象は、一般に半波点灯、非対称放電または整流現象などと呼ばれる。以下便宜上、この現象を異常非対称放電と呼ぶことにする。
【００１１】
図２１に異常非対称放電を起こす放電灯の等価回路を示す。放電灯ＤＬが異常非対称放電を起こした場合、図２１に示すように、その放電灯ＤＬをダイオードＤｈおよび抵抗Ｒｈ１，Ｒｈ２（≫Ｒｈ１）で等価的に表すことができる。図２１の例には、右方へはダイオードＤｈおよび抵抗Ｒｈを通ってランプ電流が正常に流れる一方、左方へはＲｈ１より大きい抵抗Ｒｈ２を通ってランプ電流が流れる場合の等価回路が示されており、この場合、図２０に示すようなランプ電流Ｉlaの波形になる。つまり、図１１において、右方へのランプ電流に比べて、左方へのランプ電流が小さくなる状態になるのである。ここで、１５０Ｗ級の高輝度放電灯では、抵抗Ｒｈ１の値は数Ω〜数１０Ωであり、Ｒｈ２の値は数１０Ωより大きく、最大は等価的に無限大となる。
【００１２】
図２２に図２１の等価回路で表すことができる異常非対称放電発生時に回路内を流れる電流の様子を示す。ただし、図２２に示す回路構成は図１１に示した回路構成と同じものである。
【００１３】
ここで、コンデンサＣｅ１，Ｃｅ２に無限大の容量を有するものを使用することができれば良いのであるが、実際の放電灯点灯装置では、その形状および価格などを考慮して、低周波矩形波周波数での動作で安定電圧をほぼ保てる程度の容量を有するコンデンサが使用される。例えば、１５０Ｗ級の高輝度放電灯では、数１０μＦ〜数１００μＦの容量を有するコンデンサが使用される。このため、異常非対称放電が発生すると、図２０に示すように、コンデンサＣｅ１，Ｃｅ２の電圧Ｖｅ１，Ｖｅ２が変動する。
【００１４】
この状況を踏まえて回路動作を説明する。期間ＴＭ１１の場合、図２２（ａ）に示すように、ＦＥＴＱ１がオンになると、コンデンサＣｅ１からインダクタＬ１を介して放電灯ＤＬに通常の電流が流れる。このとき、インダクタＬ１にエネルギーが蓄積され、電圧Ｖｅ１のレベルが下がる。この後、図２２（ｂ）に示すように、ＦＥＴＱ１がオフになると、インダクタＬ１が放電灯ＤＬを介してコンデンサＣｅ２に蓄積エネルギーを放出する。このようなＦＥＴＱ１のオン／オフ動作は、期間ＴＭ１１の間、繰り返し実行される。
【００１５】
これに対して期間ＴＭ１２の場合、図２２（ｃ）に示すように、ＦＥＴＱ２がオンになると、コンデンサＣｅ２から放電灯ＤＬおよびインダクタＬ１に電流が流れ、インダクタＬ１にエネルギーが蓄積され、電圧Ｖｅ２のレベルが下がる。このとき、放電灯ＤＬのインピーダンスが大きく、放電灯ＤＬおよびインダクタＬ１に流れる電流が図２２（ａ）の回路動作時に比べて小さくなるので、インダクタＬ１に蓄積されるエネルギーが少なくなるとともに、電圧Ｖｅ２のレベル降下幅も短くなる。この後、図２２（ｄ）に示すように、ＦＥＴＱ２がオフになると、インダクタＬ１がコンデンサＣｅ１に放電灯ＤＬを介して蓄積エネルギーを放出する。このとき、インダクタＬ１の蓄積エネルギーが期間ＴＭ１１の場合よりも少ないので、コンデンサＣｅ１に放出されるエネルギーが少なくなり、コンデンサＣｅ１のレベル上昇幅が短くなる。このようなＦＥＴＱ２のオン／オフ動作は、期間ＴＭ１２の間、繰り返し実行される。
【００１６】
以上の回路動作から分かるように、異常非対称放電が発生すると、例えばその異常非対称放電が図２１の等価回路で表すことができるものであれば、その異常非対称放電が発生している間、電圧Ｖｅ２は上昇し、電圧Ｖｅ１は減少するのである。
【００１７】
このような場合に敢えて図１８に示した「定常点灯」の出力特性にするには、例えば異常非対称放電が発生しない場合の正常放電での電圧Ｖｅ１から所定のランプ電流に調整する場合に比べて、電圧Ｖｅ１のレベルが低いので、所定のランプ電流に調整するために、ＦＥＴＱ１のオンデューティを大幅に増やしたり、スイッチング周波数ｆswを相当低下させる必要がある。これでは、ＦＥＴＱ１の電流ストレスが大きくなり、またインダクタＬ１が磁気飽和し易くなるなどの不具合が発生してしまう。さらに、電圧Ｖｅ２が上昇することから、電圧Ｖｅ１が上昇する異常非対称放電も想定して、コンデンサＣｅ１，Ｃｅ２の双方を高耐圧にする必要がある。
【００１８】
従って、異常非対称放電が発生した場合には、放電灯を点灯させるためにＦＥＴＱ１，Ｑ２に対する駆動制御を敢行するよりも駆動制御を停止するのが望ましい。
【００１９】
図２３に、異常非対称放電が発生した場合にＦＥＴＱ１，Ｑ２に対する駆動制御を停止する放電灯点灯装置の構成例を示し、図２４にその動作波形図を示す。図２３の例では、図１１に示す回路構成に加えて、駆動回路１３と、電圧Ｖｅ１検出用の検出部１４１、電圧Ｖｅ２検出用の検出部１４２、およびこれら検出部１４１，１４２から得られる電圧Ｖｅ１，Ｖｅ２のいずれかのレベルが図１４に示すように所定電圧Ｖｔ１のレベルに達したとき、駆動停止命令としての信号Ｖ１４を出力する出力部１４３により構成される検出回路１４と、ランプ電流Ｉlaおよびランプ電圧Ｖlaの両検出を行い、これら検出結果に応じてＦＥＴＱ１，Ｑ２に対するオン／オフ制御を行うほか、検出回路１４から信号Ｖ１４が出力されると、異常点灯保護手段としてＦＥＴＱ１，Ｑ２に対する駆動制御を停止する制御回路１０ｂとが具備されている。このように放電灯点灯装置を構成すれば、異常非対称放電が発生した場合、ＦＥＴＱ１，Ｑ２に対する駆動制御を停止させることができる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２３の回路構成では、放電灯が高輝度放電灯である場合、異常非対称放電が発生していないにも関わらず、放電灯の始動直後に検出回路１４から信号Ｖ１４が出力される場合がある。この理由としては、高輝度放電灯の始動直後、そのランプ温度、とりわけ電極温度が低く、その間の放電が不安定となって、寿命末期でないにも関わらず、電圧Ｖｅ１，Ｖｅ２のいずれかのレベルを所定電圧Ｖｔ１のレベルに到達させ得る非対称放電現象が現れる場合があるからである。以下、この場合の非対称放電を異常非対称放電と区別するために正常非対称放電と呼ぶことにする。なお、この正常非対称放電現象は、低周波矩形波の数サイクルで散見されることが多く、また長時間継続することはなく、ランプ温度が上昇すると現れなくなる。
【００２１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、例えば放電灯の始動直後における異常点灯保護手段の誤作動を防止し得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に請求項１記載の発明の放電灯点灯装置は、直流電源と、２つのスイッチング素子の直列回路および２つの平滑コンデンサの直列回路を前記直流電源と並列に接続して成るハーフブリッジ型の点灯回路と、少なくともインダクタおよび放電灯を有して成り、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負荷回路とを備え、前記２つのスイッチング素子を動作させて前記負荷回路に低周波矩形波電流を供給するように構成される放電灯点灯装置であって、前記低周波矩形波電流の正負極性が非対称となる非対称点灯モードを検出する非対称点灯検出手段と、この非対称点灯検出手段で前記非対称点灯モードが検出されると、前記点灯回路の動作を停止させるための異常点灯保護手段とを備え、前記放電灯の始動直後に、前記負荷回路に供給した電流の正負極性が非対称になっても前記異常点灯保護手段が作動するのを禁止するとともに、非対称点灯時、前記放電灯を流れる電流の正負各極性の値が所定電流値以下となる場合には、前記低周波矩形波電流の周波数を、正常点灯時におけるその低周波矩形波電流の周波数よりも高くするのである。この構成では、放電灯の始動直後に、負荷回路に供給した電流の正負極性が非対称になっても異常点灯保護手段が作動するのを禁止するので、例えば放電灯の始動直後における異常点灯保護手段の誤作動を防止することができる。また、スイッチング素子が正常点灯時における低周波矩形波電流の周波数よりも高い周波数で動作するので、異常極性側でランプ温度が低下する時間が短くなるから、放電灯の電極が電子を放出するために十分な温度に達するまでに要する時間の短縮が可能となる。この結果、始動過程での正常非対称放電の発生期間を短縮することができる。
【００２３】
なお、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記低周波矩形波電流の周波数を高くする期間は、少なくとも前記放電灯が始動してから所定時間が経過するまでの期間に設定される構成でもよい（請求項２）。この構成によれば、スイッチング素子が正常点灯時における低周波矩形波電流の周波数よりも高い周波数で動作する期間が無用に長くなるのを回避することができる。
【００２４】
また、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、少なくとも前記放電灯が始動してからの所定期間、前記非対称点灯検出手段から前記異常点灯保護手段への信号伝達を禁止する構成でもよい（請求項３）。この構成によれば、放電灯の始動直後における少なくとも所定期間、異常点灯保護手段の誤作動を防止することができる。
【００２５】
また、請求項３記載の放電灯点灯装置において、前記非対称点灯検出手段の応答遅延時間を、前記放電灯の始動直後に、前記負荷回路に供給した電流の正負極性が非対称になることが予想される時間以上に設定して成る構成でもよい（請求項４）。この構成によれば、例えば放電灯の始動直後における異常点灯保護手段の誤作動を防止することができる。
【００２６】
また、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、前記非対称点灯検出手段は、第１しきい値および第２しきい値を有し、前記放電灯の非対称点灯で変化する電圧および電流の少なくとも一方の検出を行い、この検出から得られる値が前記第１しきい値に達すると、前記非対称点灯モードを検出して非対称点灯検出信号を発生させ、前記非対称点灯検出手段で、前記検出から得られる値が前記第１しきい値に達する前に通過する前記第２しきい値に達すると、前記負荷回路への供給電流の低減を行う構成でもよい（請求項５）。この構成によれば、例えば放電灯の始動直後における異常点灯保護手段の誤作動を防止することができるとともに、スイッチング素子などに対する電流ストレスを大幅に低減することができる。
【００２７】
また、請求項５記載の放電灯点灯装置において、前記負荷回路への供給電流の低減は、少なくとも前記放電灯の始動時から所定期間行われる構成でもよい（請求項６）。この構成によれば、例えば放電灯の始動直後における異常点灯保護手段の誤作動を防止することができる。
【００２９】
また、請求項１〜６のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記放電灯は高輝度放電灯であってもよい（請求項７）。この構成によれば、高輝度放電灯を安定に点灯させることが可能になる。
【００３０】
また、請求項１〜７のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記非対称点灯検出手段は、前記２つの平滑コンデンサの各両端電圧を検出し、いずれかの両端電圧が所定値に達した場合に前記非対称点灯モードを検出する構成でもよい（請求項８）。この構成によれば、高輝度放電灯を安定に点灯させることが可能になる。
【００３１】
さらに、請求項１〜８のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記スイッチング素子は逆並列接続のダイオードを有する構成でもよい（請求項９）。この構成によれば、高輝度放電灯を安定に点灯させることが可能になる。
【００３２】
【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は図１に示す構成の概念図、図３は図１に示す放電灯点灯装置の動作波形図で、これらの図を用いて第１実施形態の説明を行う。
【００３３】
まず、本放電灯点灯装置は、概念的に説明すると、図２に示すように、電源ＰＳと、例えばインバータなどで構成される点灯装置・主要部ＬＥと、放電灯ＤＬと、非対称放電検出部ＡＳｄｔと、この非対称放電検出部ＡＳｄｔが非対称放電現象を検出すると、放電灯ＤＬの状態からその非対称放電が正常非対称放電であるか否かを見る負荷状態検出部ＤＬｄｔと、非対称放電検出部ＡＳｄｔが非対称放電現象を検出すると、点灯装置・主要部ＬＥの動作を停止させる動作停止信号発生部Ｓｔｐと、この動作停止信号発生部Ｓｔｐと非対称放電検出部ＡＳｄｔとの間に介在し、非対称放電が正常非対称放電であれば、非対称放電検出部ＡＳｄｔから動作停止信号発生部Ｓｔｐへの信号伝達を禁止する禁止部Ｄとを備えるように構成される。
【００３４】
この具体的構成例として、本放電灯点灯装置は、図１に示すように、直流電源ＢＴ、インバータ回路１１、負荷回路１２、駆動回路１３および本来は異常非対称放電を検出すべき検出回路１４（非対称点灯検出手段）を図２３に示した放電灯点灯装置と同様に備えているほか、この放電灯点灯装置との相違点として、タイマー１５、アンド回路１６および制御回路１０を備えている。なお、第１実施形態では、スイッチング素子として、逆並列接続の帰還ダイオード（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、これに限らず、例えばトランジスタおよびこれと逆並列に接続される別体のダイオードを使用する構成でもよい。
【００３５】
タイマー１５は、制御回路１０から点灯検知信号ＬＴを受信すると、所定の待ち時間の計時を行い、この計時の間、出力のタイムアップ信号ＴＭをローレベルにし、その計時以外ではタイムアップ信号ＴＭをハイレベルにするものである。上記待ち時間は、放電灯ＤＬの始動直後から正常非対称放電が発生する可能性が実用上十分低くなるまでの時間、またはそれ以上に設定される。
【００３６】
アンド回路１６は、検出回路１４からの信号Ｖ１４とタイマー１５からのタイムアップ信号ＴＭとのアンドをとり、その結果を出力するものである。
【００３７】
制御回路１０は、例えばランプ電流Ilaなどから放電灯ＤＬの点灯を監視し、放電灯ＤＬが点灯すれば、点灯検知信号ＬＴをタイマー１５に向けて出力する以外は、図２３に示した制御回路１０ｂと同様に構成される。
【００３８】
次に、図３を用いて第１実施形態の特徴となる動作を説明する。例えば放電灯ＤＬの始動直後、放電灯ＤＬが点灯すると（ｔ１０）、ハイレベルの点灯検知信号ＬＴが制御回路１０からタイマー１５に向けて出力される。またこのとき、図３の例では、非対称放電が発生している。
【００３９】
上記点灯検知信号ＬＴがタイマー１５により受信されると（ｔ１０）、そのタイマー１５は、タイムアップ信号ＴＭをローレベルにしたまま、待ち時間の計時を行う。
【００４０】
この後、上記非対称放電によって、電圧Ｖｅ１，Ｖｅ２のいずれかのレベルが所定電圧Ｖｔ１のレベルに達すると（ｔ１１）、検出回路１４からハイレベルの信号Ｖ１４が出力される。このとき、タイムアップ信号ＴＭがローレベルであるので、アンド回路１６から出力される信号Ｖ１６がローレベルのままとなり、制御回路１０は引き続きＦＥＴＱ１，Ｑ２に対する駆動制御を行う。これにより、例えば放電灯の始動直後における正常非対称放電の発生に起因する検出回路１４の誤作動を防止することができる。
【００４１】
この後、非対称放電が発生しなくなり（ｔ１２）、電圧Ｖｅ１，Ｖｅ２の両レベルが所定電圧Ｖｔ１のレベル以下になると（ｔ１３）、検出回路１４の出力信号Ｖ１４がローレベルになる。
【００４２】
この後、時点ｔ１０から上記待ち時間が経過すると（ｔ１４）、タイムアップ信号ＴＭがタイマー１５によってハイレベルに切り替えられる。
【００４３】
この後、異常非対称放電が発生して（ｔ１５）、電圧Ｖｅ１，Ｖｅ２のいずれかのレベルが所定電圧Ｖｔ１のレベルに達すると（ｔ１６）、検出回路１４からハイレベルの信号Ｖ１４が出力される。このとき、タイムアップ信号ＴＭがハイレベルであるので、アンド回路１６の出力信号Ｖ１６がハイレベルとなり、制御回路１０はＦＥＴＱ１，Ｑ２に対する駆動制御を停止する。
【００４４】
図４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で、この図を用いて第２実施形態の説明を行う。
【００４５】
図４に示す放電灯点灯装置は、直流電源ＢＴ、インバータ回路１１、負荷回路１２および駆動回路１３を第１実施形態と同様に備えているほか、第１実施形態との相違点として、検出回路２４と、図２３に示した制御回路１０ｂと同様に構成される制御回路２０とを備えている。
【００４６】
検出回路２４は、電圧Ｖｅ１検出用の検出部２４１、電圧Ｖｅ２検出用の検出部２４２、およびこれら検出部２４１，２４２から得られる電圧Ｖｅ１，Ｖｅ２のいずれかのレベルが所定電圧Ｖｔ１のレベルに達したとき、駆動停止命令としての信号Ｖ２４を出力する出力部２４３により構成されている。また、検出部２４１，２４２の各々は、抵抗Ｒ１，Ｒ２、コンデンサＣｔ、所定電圧Ｖｔ１出力用の直流電源ＤＣ、およびコンパレータＣｍｐにより構成される。
【００４７】
ここで、上記各検出部内に、抵抗Ｒ２と並列にコンデンサＣｔを接続することにより、コンデンサＣｅ１，Ｃｅ２の電圧レベルの検出が遅延するから、その遅延時間を第１実施形態の待ち時間と同程度に設定すれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
図５は本発明の第３実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図、図６は図５に示す放電灯点灯装置の動作波形図で、これらの図を用いて第３実施形態の説明を行う。
【００４９】
図５に示す放電灯点灯装置は、直流電源ＢＴ、インバータ回路１１、負荷回路１２および駆動回路１３を第１実施形態と同様に備えているほか、第１実施形態との相違点として、検出回路３４および制御回路３０を備えている。
【００５０】
検出回路３４は、電圧Ｖｅ１または電圧Ｖｅ２を２つのしきい値Ｖｔ１，Ｖｔ２で比較を行い、この比較結果を出力するものである。図６の例では、電圧Ｖｅ２を２つのしきい値Ｖｔ１，Ｖｔ２で比較を行い、電圧Ｖｅ２のレベルがしきい値Ｖｔ２のレベルに達すると、信号Ｖ３４１をハイレベルにして、達しなければローレベルにする一方、電圧Ｖｅ２のレベルがしきい値Ｖｔ１のレベルに達すると、信号Ｖ３４２をハイレベルにして、達しなければローレベルにする構成になっている。ただし、しきい値Ｖｔ２は、非対称放電が発生していない場合の正常動作時にコンデンサＣｅ２が帯びる電圧よりも高く、第１および第２実施形態と同レベルのしきい値Ｖｔ１よりも低いレベルに設定される。
【００５１】
制御回路３０の要部は、ランプ電圧の検出を行う検出部３０１と、ランプ電流の検出を行う検出部３０２と、検出部３０１の検出結果を利用して、目標となるランプ電流値を発生する目標ランプ電流発生部３０３と、この目標ランプ電流発生部３０３で得られるランプ電流値に対する検出部３０２の検出結果の誤差を求める誤差増幅器３０４と、この誤差増幅器３０４と目標ランプ電流発生部３０３との間に介在し、検出回路３４からの信号Ｖ３４１がハイレベルになると目標ランプ電流発生部３０３で得られるランプ電流値（レベル）を減衰する減衰器３０５と、誤差増幅器３０４で求められた誤差に応じて、ＰＷＭ方式で高周波信号のオン／デューティの調整を行い、この調整後の高周波信号を出力するとともに、検出回路３４からの信号Ｖ３４２がハイレベルになると、高周波信号の出力を停止するＰＷＭ部３０５と、このＰＷＭ部３０５からの高周波信号を利用して、図１２および図１３に示した駆動信号をＦＥＴＱ１，Ｑ２に分配出力する分周器３０６とを備えている。
【００５２】
次に、図６を用いて第３実施形態の特徴となる動作を説明する。例えば放電灯ＤＬの始動直後、放電灯ＤＬが点灯して非対称放電が発生すると（ｔ３１）、電圧Ｖｅ２が上昇する。
【００５３】
この後、電圧Ｖｅ２がしきい値Ｖｔ２のレベルに達すると（ｔ３２）、しきい値Ｖｔ２のレベルより低くなるまで（ｔ３３）、検出回路３４の出力信号Ｖ３４１がハイレベルになる。出力信号Ｖ３４１がハイレベルになると、減衰器３０５が作動し、目標ランプ電流発生部３０３で得られるランプ電流のレベルが減衰する。この結果、放電灯ＤＬへの供給電流は低下するので、これ以降の電圧Ｖｅ２の上昇が緩やかになる。ここで、正常非対称放電はすぐに発生しなくなるので、正常非対称放電の場合には電圧Ｖｅ２がしきい値Ｖｔ１に達しないように、電圧Ｖｔ２の値と減衰器３０５の減衰量とを適宜調整すれば、ＦＥＴなどに対する電流ストレスを大幅に低減することができるとともに、正常非対称放電時の駆動停止を回避することができる。
【００５４】
上記非対称放電の現象が消えた後、異常非対称放電が発生すると（ｔ３４）、電圧Ｖｅ２が上昇する。この後、電圧Ｖｅ２がしきい値Ｖｔ２のレベルに達すると（ｔ３５）、検出回路３４の出力信号Ｖ３４１がハイレベルになる。そうすると、減衰器３０５が作動し、目標ランプ電流発生部３０３で得られるランプ電流のレベルが減衰する。この後、異常非対称放電によって、電圧Ｖｅ２がしきい値Ｖｔ１のレベルに達すると（ｔ３６）、ＰＷＭ部３０５からの高周波信号の出力が停止する。これにより、インバータ回路１１の動作が停止する。
【００５５】
図７は本発明の第４実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図で、この図を用いて第４実施形態の説明を行う。
【００５６】
図７に示す放電灯点灯装置は、第１実施形態と第３実施形態とを組み合わせたもので、直流電源ＢＴ、インバータ回路１１、負荷回路１２、駆動回路１３、タイマー１５およびアンド回路１６を第１実施形態と同様に備えているとともに、検出回路３４および制御回路３０を第３実施形態と同様に備えている。ただし、アンド回路１６には、タイマー回路１５からのタイムアップ信号ＴＭと検出回路３４からの信号Ｖ３４１とが入力される。また、制御回路３０内の減衰器３０５にはアンド回路１６の出力信号が入力される。
【００５７】
この構成では、点灯検知信号ＬＴの受信時点から所定の待ち時間内に発生し、電圧Ｖｅ２がしきい値Ｖｔ２に達するがしきい値Ｖｔ１に達しない正常非対称放電の場合には、第３実施形態と同様に電流が低減するが、動作停止機能は禁止される。また、点灯検知信号ＬＴの受信時点から所定の待ち時間経過後に発生する異常非対称放電の場合には、第３実施形態の電流低減が行われないので、速やかにインバータ回路１１の動作が停止することになる。
【００５８】
図８は本発明の第５実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図、図９は図８に示す放電灯点灯装置の動作波形図で、これらの図を用いて第５実施形態の説明を行う。
【００５９】
図８に示す放電灯点灯装置は、直流電源ＢＴ、インバータ回路１１および負荷回路１２を第１実施形態と同様に備えているほか、第１実施形態との相違点として、ＦＥＴＱ１用の駆動回路５３１およびＦＥＴＱ２用の駆動回路５３２により成る駆動回路５３と、この駆動回路５３を介してＦＥＴＱ１，Ｑ２をオン／オフする制御回路５０を備えている。
【００６０】
この制御回路５０は、ランプ電流の検出を行う検出部５０１と、この検出部５０１の検出結果を利用して、ランプ電流の正負各極性のレベルが所定レベルに達したか否かの検出を行い、正極性側の比較結果を信号／ＤＴｐで出力する一方、負極性側の比較結果を信号／ＤＴｎで出力する比較部５０２と、信号／ＤＴｐを一方の入力端子に入力する２入力のアンド回路５０３と、信号／ＤＴｎを一方の入力端子に入力する２入力のアンド回路５０４と、これらアンド回路５０３，５０４の両出力信号のＯＲをとって信号ｃｈｇを出力するＯＲ回路５０５と、このＯＲ回路５０５からの信号ｃｈｇがローレベルであれば、放電灯ＤＬの点灯周波数である低周波矩形波周波数の２倍の周波数でパルス列を発生する一方、信号ｃｈｇがハイレベルであれば、その周波数よりも高い周波数のパルス列を出力する発振器（マルチバイブレータ）５０６と、この発振器５０６からの信号Ｃｌｋに応じて、交互にハイおよびローとなる信号／Ｑ，Ｑを出力するＴ型のフリップフロップ５０７と、ランプ電流Ｉlaが例えば目標電流値になるようにデューティおよび周波数が調整された数１０ｋＨｚの高周波信号ｆswを出力する高周波信号発生回路５０８と、信号Ｑと高周波信号ｆswとのＡＮＤをとって駆動回路５３１に出力するアンド回路５０９と、信号／Ｑと高周波信号ｆswとのＡＮＤをとって駆動回路５３２に出力するアンド回路５０９とを備えている。ただし、アンド回路５０３の他方の入力端子には信号Ｑが入力され、アンド回路５０４の他方の入力端子には信号／Ｑが入力される。
【００６１】
このように構成される放電灯点灯装置では、点灯時の基本動作として、図９に示すように、発振器５０６で発生した信号Ｃｌｋがフリップフロップ５０７に入力すると、交互にハイおよびローとなる信号Ｑ，／Ｑが出力される。そして、これら信号Ｑ，／Ｑは、それぞれ、アンド回路５０９，５１０で高周波信号ｆswとＡＮＤ演算された上で、駆動回路５３１，５３２を介してＦＥＴＱ１，Ｑ２に分配される。これにより、図９に示すような低周波矩形波電流Ｉlaによって放電灯ＤＬが点灯する。
【００６２】
ここで、図１０に、非対称放電時におけるランプ温度Ｔの変化の様子を模式的に示す。半波放電の場合、異常極性側でランプ温度Ｔが低下するので、放電灯ＤＬの電極が電子を放出するために十分な温度に達するまでに比較的長い時間を要する。そこで、検出部５０１、比較部５０２、アンド回路５０３，５０４、ＯＲ回路５０５および発振器５０６を設け、図９に示すように、ランプ電流Ｉlaの異常極性側で、信号ｃｈｇをハイレベルにして発振器５０６から出力される信号Ｃｌｋのパルス周波数を高くし、これにより、その異常極性の期間を短くするのである。
【００６３】
さらに詳述すると、例えば、信号Ｑがハイで信号／Ｑがローのとき、ＦＥＴＱ１がオンになる。このとき、正極性としての電流Ｉlaが正常に流れていると、信号／ＤＴｐがローになるので、信号Ｑがハイであっても、アンド回路５０３の出力レベルはローになる。また、信号／Ｑがローであるので、アンド回路５０４の出力レベルもローになる。従って、ＯＲ回路５０５の出力信号ｃｈｇはローになって、ＦＥＴＱ１，Ｑ２は、通常の低周波周波数で動作することになる。これに対して、異常な電流Ｉlaが流れていると（つまり、この場合、正常時よりもレベルが低くなるので、比較部５０２における所定レベルのしきい値よりも低くなると）、信号／ＤＴｐがハイになり、信号Ｑがハイであるから、アンド回路５０３の出力レベルはハイになる。また、信号／Ｑがローであるので、アンド回路５０４の出力レベルはローになる。従って、ＯＲ回路５０５の出力信号ｃｈｇはハイになり、ＦＥＴＱ１，Ｑ２は、通常の低周波周波数よりも高い周波数で動作することになる。
【００６４】
負極性としてのランプ電流Ｉlaが流れる場合も上記動作と同様である。これにより、図９に示すように、異常極性側でランプ温度Ｔが低下する時間が短くなるから、放電灯ＤＬの電極が電子を放出するために十分な温度に達するまでに要する時間を短くすることが可能になる。よって、始動過程での正常非対称放電の発生期間を短縮することができる。また、結果的に、電圧Ｖｅ１，Ｖｅ２の電圧検知による比較部５０２のしきい値に到達する確率を大幅に低減できる。さらに、第５実施形態の上記方式を第１〜第４実施形態に適用すれば、より好適な放電灯点灯装置を得ることができる。
【００６５】
以上により、平滑用のコンデンサの容量を大幅に増大させたり、部品ストレスや価格の上昇を来すことなく、高輝度放電灯の寿命末期などで見られる異常な半波放電、非対称放電で回路を確実に保護するとともに、高輝度放電灯の始動過程で通常発生し得る半波放電、非対称放電で起こる回路保護の誤作動を防止し、実用上問題が発生することのないようにできる。
【００６６】
【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、直流電源と、２つのスイッチング素子の直列回路および２つの平滑コンデンサの直列回路を前記直流電源と並列に接続して成るハーフブリッジ型の点灯回路と、少なくともインダクタおよび放電灯を有して成り、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負荷回路とを備え、前記２つのスイッチング素子を動作させて前記負荷回路に低周波矩形波電流を供給するように構成される放電灯点灯装置であって、前記低周波矩形波電流の正負極性が非対称となる非対称点灯モードを検出する非対称点灯検出手段と、この非対称点灯検出手段で前記非対称点灯モードが検出されると、前記点灯回路の動作を停止させるための異常点灯保護手段とを備え、前記放電灯の始動直後に、前記負荷回路に供給した電流の正負極性が非対称になっても前記異常点灯保護手段が作動するのを禁止するとともに、非対称点灯時、前記放電灯を流れる電流の正負各極性の値が所定電流値以下となる場合には、前記低周波矩形波電流の周波数を、正常点灯時におけるその低周波矩形波電流の周波数よりも高くするので、例えば放電灯の始動直後における異常点灯保護手段の誤作動を防止することができ、また始動過程での正常非対称放電の発生期間を短縮することができる。
【００６７】
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、前記低周波矩形波電流の周波数を高くする期間は、少なくとも前記放電灯が始動してから所定時間が経過するまでの期間に設定されるので、スイッチング素子が正常点灯時における低周波矩形波電流の周波数よりも高い周波数で動作する期間が無用に長くなるのを回避することができる。
【００６８】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、少なくとも前記放電灯が始動してからの所定期間、前記非対称点灯検出手段から前記異常点灯保護手段への信号伝達を禁止するので、放電灯の始動直後における少なくとも所定期間、異常点灯保護手段の誤作動を防止することができる。
【００６９】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の放電灯点灯装置において、前記非対称点灯検出手段の応答遅延時間を、前記放電灯の始動直後に、前記負荷回路に供給した電流の正負極性が非対称になることが予想される時間以上に設定して成るので、例えば放電灯の始動直後における異常点灯保護手段の誤作動を防止することができる。
【００７０】
請求項５記載の発明によれば、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、前記非対称点灯検出手段は、第１しきい値および第２しきい値を有し、前記放電灯の非対称点灯で変化する電圧および電流の少なくとも一方の検出を行い、この検出から得られる値が前記第１しきい値に達すると、前記非対称点灯モードを検出して非対称点灯検出信号を発生させ、前記非対称点灯検出手段で、前記検出から得られる値が前記第１しきい値に達する前に通過する前記第２しきい値に達すると、前記負荷回路への供給電流の低減を行うので、例えば放電灯の始動直後における異常点灯保護手段の誤作動を防止することができるとともに、スイッチング素子などに対する電流ストレスを大幅に低減することができる。
【００７１】
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、前記負荷回路への供給電流の低減は、少なくとも前記放電灯の始動時から所定期間行われるので、例えば放電灯の始動直後における異常点灯保護手段の誤作動を防止することができる。
【００７３】
請求項７記載の発明によれば、請求項１〜６のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記放電灯は高輝度放電灯であるので、高輝度放電灯を安定に点灯させることが可能になる。
【００７４】
請求項８記載の発明によれば、請求項１〜７のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記非対称点灯検出手段は、前記２つの平滑コンデンサの各両端電圧を検出し、いずれかの両端電圧が所定値に達した場合に前記非対称点灯モードを検出するので、高輝度放電灯を安定に点灯させることが可能になる。
【００７５】
請求項９記載の発明によれば、請求項１〜８のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記スイッチング素子は逆並列接続のダイオードを有するので、高輝度放電灯を安定に点灯させることが可能になる。
【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】図１に示す構成の概念図である。
【図３】図１に示す放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図４】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５】本発明の第３実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図である。
【図６】図５に示す放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図である。
【図９】図８に示す放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図１０】非対称放電時におけるランプ温度の変化の様子を示す図である。
【図１１】従来の放電灯点灯装置を示す構成図である。
【図１２】図１１に示す放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図１３】図１１に示す放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図１４】図１１に示す放電灯点灯装置の無負荷時におけるＬＣ共振の特性図である。
【図１５】別の放電灯点灯装置の構成図である。
【図１６】図１５に示す放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図１７】別の放電灯点灯装置の構成図である。
【図１８】インバータ回路内のＦＥＴに対する駆動制御の説明図である。
【図１９】図１８に示す駆動制御を実行する放電灯点灯装置の構成例を示す図である。
【図２０】高輝度放電灯の寿命末期などで発生し得る非対称放電時の波形図である。
【図２１】異常非対称放電を起こす放電灯の等価回路である。
【図２２】図２１の等価回路で表すことができる異常非対称放電発生時に回路内を流れる電流の様子を示す図である。
【図２３】異常非対称放電が発生した場合に各ＦＥＴに対する駆動制御を停止する放電灯点灯装置の構成例を示す図である。
【図２４】図２３に示す放電灯点灯装置の動作波形図である。
【符号の説明】
ＢＴ 直流電源
１０，２０，３０，５０ 制御回路
１１ インバータ回路
１２ 負荷回路
１３，５３ 駆動回路
１４，２４，３４ 検出回路
１５ タイマー
１６ アンド回路
１４１，１４２，２４１，２４２ 検出部
１４３，２４３ 出力部
Claims (9)
- 直流電源と、
２つのスイッチング素子の直列回路および２つの平滑コンデンサの直列回路を前記直流電源と並列に接続して成るハーフブリッジ型の点灯回路と、
少なくともインダクタおよび放電灯を有して成り、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負荷回路とを備え、
前記２つのスイッチング素子を動作させて前記負荷回路に低周波矩形波電流を供給するように構成される放電灯点灯装置であって、
前記低周波矩形波電流の正負極性が非対称となる非対称点灯モードを検出する非対称点灯検出手段と、
この非対称点灯検出手段で前記非対称点灯モードが検出されると、前記点灯回路の動作を停止させるための異常点灯保護手段とを備え、
前記放電灯の始動直後に、前記負荷回路に供給した電流の正負極性が非対称になっても前記異常点灯保護手段が作動するのを禁止するとともに、
非対称点灯時、前記放電灯を流れる電流の正負各極性の値が所定電流値以下となる場合には、前記低周波矩形波電流の周波数を、正常点灯時におけるその低周波矩形波電流の周波数よりも高くする放電灯点灯装置。 - 前記低周波矩形波電流の周波数を高くする期間は、少なくとも前記放電灯が始動してから所定時間が経過するまでの期間に設定される請求項１記載の放電灯点灯装置。
- 少なくとも前記放電灯が始動してからの所定期間、前記非対称点灯検出手段から前記異常点灯保護手段への信号伝達を禁止する請求項１または２記載の放電灯点灯装置。
- 前記非対称点灯検出手段の応答遅延時間を、前記放電灯の始動直後に、前記負荷回路に供給した電流の正負極性が非対称になることが予想される時間以上に設定して成る請求項３記載の放電灯点灯装置。
- 前記非対称点灯検出手段は、第１しきい値および第２しきい値を有し、前記放電灯の非対称点灯で変化する電圧および電流の少なくとも一方の検出を行い、この検出から得られる値が前記第１しきい値に達すると、前記非対称点灯モードを検出して非対称点灯検出信号を発生させ、
前記非対称点灯検出手段で、前記検出から得られる値が前記第１しきい値に達する前に通過する前記第２しきい値に達すると、前記負荷回路への供給電流の低減を行う請求項１または２記載の放電灯点灯装置。 - 前記負荷回路への供給電流の低減は、少なくとも前記放電灯の始動時から所定期間行われる請求項５記載の放電灯点灯装置。
- 前記放電灯は高輝度放電灯である請求項１〜６のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
- 前記非対称点灯検出手段は、前記２つの平滑コンデンサの各両端電圧を検出し、いずれかの両端電圧が所定値に達した場合に前記非対称点灯モードを検出する請求項１〜７のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
- 前記スイッチング素子は逆並列接続のダイオードを有する請求項１〜８のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
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