JP4624137B2 - 放電灯点灯装置及び放電灯点灯方法 - Google Patents

Description

本発明は、光束の立ち上り変動を改善した自動車前照灯を含む放電灯の点灯装置及びその方法の技術に関する。

図６は、従来の放電灯点灯装置の回路構成の一例を示す図である（例えば、特許文献１参照。）。この従来の放電灯点灯装置（以下、単に点灯装置とも称する）は、自動車前照灯に放電灯を用い、該放電灯の始動時に定格電流の数倍の始動電流を流すことにより瞬時点灯を可能とする例を示している。

従来の点灯装置は、直流電源１からの直流電圧の入力を直流昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ２と、昇圧した入力を直流・交流変換するＤＣ／ＡＣインバータ３と、放電灯５の点灯時に放電を開始させるための起動用の高圧パルスを発生する起動トランス４とを備える。ランプ電力制御回路８は、ランプ電圧検出回路６とランプ電流検出回路７の検出値に従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ２による昇圧を制御する。

なお、上記の回路は交流点灯の回路であり、放電灯５を直流点灯する場合はＤＣ／ＡＣインバータ部３を省いた回路構成となる。

ところで、直流昇圧回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ２）内の点灯制御回路は、ランプ電圧に応じて放電灯５の始動から安定するまでのランプ電流またはランプ電力を制御する。

即ち、点灯制御回路は、ランプ電力の設定値を演算出力として求める。そして、点灯制御回路は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）等の電源出力コントロール方法に基づいて直流昇圧回路のランプ電力を制御する。このように、自動車照明用の放電灯点灯装置の点灯制御回路は、ランプ電力が予め定められた設定値となるようにランプ電圧を検出してフィードバック制御を実施するＰＷＭ等のコントロール回路を備えている。そして、このような放電灯点灯装置の放電灯を瞬時点灯させるための制御回路は、ランプ電圧とランプ電流を検出して、その値に基づいてフィードバック制御を行って始動直後から安定状態に向かうランプ電力を制御する。

ここで上述のような制御を行う理由としては、以下のとおりである。まず、水銀灯を始めとする一般用の放電灯では十分な明るさになるのに時間が掛かる為、これを早く明るくするには点灯初期にランプ電流を増大することで早急に立ち上げる必要がある。その後、放電灯が明るくなるにつれて点灯初期のランプ電流を定格電流へと低減することが必要である。このとき、放電灯の点灯初期の特性は、コールドスタート起動直後の放電灯のランプ電圧は２０Ｖ程度と低く、また、ランプ光束も、安定時に比べると１０〜２０％程度と低い。

一般的に放電灯は、ランプ発光管温度の上昇に応じてランプ電圧とランプ光束が上昇していく。そして、要求される発光量を急速に得るために放電灯は、起動直後のランプ電圧が低い間に定格電流の数倍に相当する、いわゆるウォームアップ電流を投入する。

放電灯は、このウォームアップ電流により、急速に発光管温度が上昇する。それに応じて、放電灯のランプ電圧及びランプ光束は、それぞれの値が急速に上昇する。この光束立ち上りでのランプ電圧とランプ光束との関係は、多少の時間差はあるものの、双方ほぼ同じような上昇の傾向を示す。即ち、ランプ電圧の低い時には光束も低い状態であり、ウォームアップ電流を最大にして流すとランプ電圧が上昇するのに従い徐々にランプ光束も上昇する。そして、点灯制御回路は、このようなランプ電圧及びランプ光束の値の上昇に合わせてランプ電流をウォームアップ時の定格より高い状態から安定時の定格状態へと低減させていく制御（ランプ電流低減制御）を実施する。

なお、図７は従来の水銀封入ＨＩＤランプの電力制御例を示す図である。

ところで、近年は環境に配慮することに鑑み、水銀を封入しなくても点灯可能なランプである、いわゆる水銀フリーＨＩＤランプの開発が進められている。

ここで、従来のＨＩＤランプと水銀フリーＨＩＤランプとの点灯制御に関する相違点を説明する。

従来のＨＩＤランプは、起動直後のランプ電圧が２０Ｖ程度に対して安定時のランプ電圧は８５Ｖ程度まで上昇するため、起動直後と安定時とのランプ電圧の値には差がある。このため、従来のＨＩＤランプは、実際のランプ電圧に多少のバラツキの幅を見込んだとしても、ランプ電圧の状態が点灯開始直後と安定時との判別が容易であり、その状態に応じて適正にランプ電流を制御することが可能であった。

しかしながら、水銀フリーＨＩＤランプのランプ電圧は、起動直後では２５Ｖ程度、安定時では４２Ｖと低く、双方の電圧差も上記従来のＨＩＤランプより小さい。また、水銀フリーＨＩＤランプにおいて、安定時のランプ電圧のバラツキの幅は、定格ランプ電圧を基準にすると±２０％程度と大きい。このために、水銀フリーＨＩＤランプは、起動直後と安定時とのランプ電圧の違いによる判別が付き難い。

従って、水銀フリーＨＩＤランプにおいて従来の電力制御を行った場合には、その状況に応じたランプ電流の制御が困難であり、結果として光束立ち上りの適正なウォームアップ制御が困難であった。

ところで、上述のように放電灯にウォームアップ電流を投入するとき、制御回路は、始動時電力から安定時電力ヘと電力コントロールを行うためにランプ電圧を検出する。このランプ電圧は、起動時の２０ｋｖ程度の高電圧パルスが印加されるランプの両端を直接検出するのではなく、放電灯と直列に接続されている高電圧パルスを発生させる起動トランスも挟んだ形で検出する構成が一般的である。これは、起動パルスが直接印加される箇所での電圧検出が困難なためである。その際、起動トランスのインダクタンスによる誤差が考えられるが、瞬時点灯タイプの放電灯は数１００Ｈｚの低周波矩形波で点灯されるのが一般的であるため、インダクタンスによるインピーダンス誤差は直流重畳特性にもよるが影響は小さい。

しかしながら、水銀を封入しないＨＩＤランプは、始動時のウォームアップ電流による巻線抵抗と前段（ＤＣ／ＡＣインバータ３）のブリッジ式インバータＦＥＴのオン抵抗を合わせると３〜５Ω程度となる。そして、水銀を封入しないＨＩＤランプにおいては、最大始動電流３Ａ以上投入する必要がある起動直後のランプ電圧が２５Ｖ程度である。以上の点を考えると、上記抵抗による誤差は、ランプ電圧に９〜１５Ｖ上乗せしたものになる。このような状況を鑑みれば、水銀フリーＨＩＤランプのウォームアップ制御において、ランプ電圧を正確に検出するのは困難であった。その結果として、水銀フリーＨＩＤランプでは、ランプ電圧による適正な始動時制御の最適化が難しくなる。このことは、ランプ電圧の低い状態ほど電流が増えて誤差が大きくなることからもわかる。また、水銀を封入しない水銀フリーＨＩＤランプの安定時ランプ電圧は、ランプ電圧が水銀封入ＨＩＤランプの半分程度の４２Ｖと低い。

従って、水銀フリーＨＩＤランプは、上述のような特性に加え、ランプ電圧検出値に上述の抵抗による誤差を含むと、始動時と安定時でランプ電圧の検出値に殆ど変化がないため、双方の状態の判別が困難であった。そのため、水銀フリーＨＩＤランプは、ランプ電圧に基づいたランプの始動時の電力制御が非常に困難となっていた。

図８は、水銀フリーＨＩＤランプ電圧検出例を示す図である。図８によれば、起動直後のランプ電圧は２５Ｖ程度であり、ランプによるバラツキも±５Ｖ程度ある。この図８からも、上述のようにランプ電圧に応じて始動電力を制御する場合には、ランプ電圧の検出誤差とも重なり合って、適正な立ち上り制御を実施することが非常に困難であったことがわかる。

また、図９は従来の水銀フリーＨＩＤランプの電力制御例を示す図である。図９において、（ａ）はランプ電圧が低い場合、（ｂ）はランプ電圧が標準の場合、（ｃ）はランプ電圧が高い場合をそれぞれ示している。

即ち、一般に水銀フリーＨＩＤランプにおいてランプ電圧に応じて立ち上り制御をする場合には、放電開始直後のランプ電圧自体に１０Ｖ程度のバラツキ幅があり、かつ安定時ランプ電圧も４２Ｖと低い。そのため、水銀フリーＨＩＤランプにおいてバラツキを考慮せずに従来の立ち上り制御を実施しようとすると、例えば図９（ｂ）に示す起動直後のランプ電圧２５Ｖを基準にすると、図９（ａ）の起動直後２０Ｖのランプの場合では比較的長く最大電流が流れる。一方で、図９（ｃ）のように起動直後３０Ｖのランプの場合では、比較的短い最大電流印加時間となる。このように、水銀フリーＨＩＤランプにおいて、バラツキを考慮せずに立ち上り制御を行うと、光束立ち上り特性に大きなバラツキ変動を発生させてしまっていた。このように水銀フリーＨＩＤランプの場合には、バラツキがあると過剰にウォームアップされて光束がオーバーシュートするときと、ウォームアップが不足して立ち上りが遅くなるという課題があった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の課題は、ランプ電圧のバラツキを考慮してランプの光束の立ち上り変動を抑制することができる放電灯の点灯制御技術を提供することである。

上記の課題を解決するため、本発明の放電灯点灯装置及び放電灯点灯方法は次のように構成する。

（１）放電灯のランプ電圧を検出するランプ電圧検出回路及びランプ電流を検出するランプ電流検出回路と、前記放電灯を瞬時点灯するために定格の数倍の電流または電力を印加する始動時制御と定格の一定電力で安定点灯する安定時制御を行う制御回路を備え、前記ランプ電圧検出回路の電圧検出値に応じてランプ電流またはランプ電力を始動時から安定時まで制御するとともに、前記放電灯が点灯してからの任意の時間経過を判別するタイマを有し、始動時から安定時までの前記ランプ電圧検出回路の電圧検出値の上昇かつ前記タイマによる点灯してからの任意の時間経過により両方の条件を満たす時に始動時から安定時へ移行して、ランプ電圧が通常より高い場合でも制御動作の切換え動作の時期をタイマ回路によって任意の時間が経過するまで遅延することにより始動電流の期間が延長されることを特徴とする放電灯点灯装置。
（２）放電灯の始動時から安定時までの制御において、前記ランプ電流検出回路からのランプ電流検出信号を前記ランプ電圧検出回路に帰還させてバイアス電圧を加えることで立ち上がり制御の切り替えタイミングの適正化に加えて、始動時制御も最適化可能とすることを特徴とする前記（１）記載の放電灯点灯装置。
（３）放電灯が点灯してからの任意の時間経過を判別するタイマを有し、
前記タイマは、充電時間と放電時間が異なる時定数であり、充電時定数より放電時定数が大きい時定数を備え、放電灯のランプ電圧を検出するランプ電圧検出回路を及びランプ電流を検出するランプ電流検出回路と、前記放電灯を瞬時点灯するために定格の数倍の電流または電力を印加する始動時制御と定格の一定電力で安定点灯する安定時制御を行う制御回路を備え、前記ランプ電圧検出回路の電圧検出値に応じてランプ電流またはランプ電力を始動時から安定時まで制御するとともに、始動時から安定時までの制御において、ランプ電圧の上昇に伴って徐々に遅れて始動時のウォームアップ制御から安定時の制御に移行する電力低減制御の時間遅れは一定として光束アンダーシュート発生を防止するとともに、ランプ電圧が設定値以上となった状態且つ起動から任意の時間が経過した両方の条件を満たすときを始動時制御から安定時制御への制御領域の切換えタイミングとし、前記ランプ電流検出回路からのランプ電流検出信号を前記ランプ電圧検出回路に帰還させてバイアス電圧を加えることで立ち上がり制御の切り替えタイミングの適正化に加えて、始動時制御も最適化可能とすることを特徴とする放電灯点灯装置。
（４）放電灯に対して電圧及び電流を印加する手段と、前記放電灯に印加されるランプ電圧及びランプ電流を検出する検出手段と、前記ランプ電圧に基づいて定格値を上回る所定の値となるように電流または電力の値を制御する始動時制御、及び電流または電力の値が前記定格値となるように前記ランプ電流の値を制御する安定時制御を行う、制御手段と、前記放電灯が点灯してからの任意の時間経過を判別するタイマと、前記ランプ電圧が所定の電圧値以上かつ前記タイマの所定時間経過の両方の条件を満たすときに切り換え回路が前記始動時制御と前記安定時制御とを切り換える手段と、を備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
（５）放電灯に対して電圧及び電流を印加するステップと、前記放電灯に印加されるランプ電圧及びランプ電流を検出する検出ステップと、前記ランプ電圧に基づいて定格値を上回る所定の値となるように電流または電力の値を制御する始動時制御、及び電流または電力の値が前記定格値となるように前記ランプ電流の値を制御する安定時制御を行う、制御ステップと、前記放電灯が点灯してからの任意の時間経過をタイマにより判別するステップと、前記ランプ電圧が所定の電圧値以上かつ前記タイマの所定時間経過の両方の条件を満たすときに前記始動時制御と前記安定時制御とを切り換えるステップと、をコンピュータが実行することを特徴とする放電灯点灯装置。

本発明によれば、ランプ電圧のバラツキによる光束の立ち上り変動を改善することができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。本発明は、ランプ点灯電圧が低く、電圧バラツキが比較的大きい水銀フリーＨＩＤランプを自動車用前照灯として使用する場合でも、ランプの特性差による光束立ち上りのバラツキ変動を抑えて瞬時点灯が可能となる。

図１は本発明の実施例１による放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック図であり、図６と同一符号は同一構成要素を示している。

放電灯点灯装置１００は、バッテリー１の電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力側に、ランプ電圧検出回路６とランプ電流検出回路７とを備える。また、放電灯点灯装置１は、目標ランプ電流値を設定して、検出した検出ランプ電流値が目標ランプ電流値と一致するように、ランプ電圧に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力を始動してから安定時までの間制御する、既存のランプ電力制御回路８を備える。また、放電灯点灯装置１００は、起動トランス４による点灯後のランプ（放電灯５）の電流の制御を、ランプをウォームアップするのに必要な定格以上（例えば定格の数倍）の電流または電力をランプ電圧の値に応じてランプに与える、いわゆる始動電流の制御（以下、ウォームアップ制御とも称する）から安定時における定格電力を一定に維持する制御（以下、安定時制御とも称する）に切換える、切換え回路９を備える。そして、放電灯点灯装置１００は、この切換え回路９の切換えタイミングを、点灯後の時間経過の判別に基づいて制御する、タイマ回路１０を備える。

上記タイマ回路１０は、ランプ電圧に応じて行うランプのウォームアップ制御における、ランプ起動直後から安定時までのランプ電圧のバラツキによって発生する、光束の立ち上り特性の変動を改善することを目的としている。

まず、ランプ電力制御回路８は、光束の立ち上り制御の動作としては、起動直後からランプが安定するまでの間、ランプ電圧に応じて始動時ランプ電流を制御する、ウォームアップ動作を行っている。そのため、ランプ固有のランプ電圧にバラツキがある場合、例えば起動後のランプ電圧が通常より高い電圧の場合は、ランプ電圧が低い場合と比較すると起動直後から既にある程度ランプ電圧が上昇した状態から始動時制御が始まることになってしまう。すなわち、ランプ電圧のみに基づいてウォームアップ制御を行うと、ランプ電圧が高い電圧で起動した場合には、ウォームアップ制御の初期からランプ電流の低減の時期が早まり、本来ウォームアップ時の始動時制御に必要な電流及び電力が不足する。

そこで、本実施例では、このようなランプ電圧のバラツキ（特性などの差によってランプ電圧に上下幅を有すること）によりウォームアップに必要な始動時制御電流及び電力が不足するという問題を解決するために、始動時における定格を上回る電流または電力を印加する始動時制御から、ランプ電圧の上昇と共に電力を低減していく低減制御動作を経て、安定時における定格電力を一定に維持する安定時制御動作への切換え動作の時期を、タイマ回路１０によって任意の時間が経過するまで遅延する。

上記の放電灯５が点灯してからの任意の時間経過を判別するタイマ回路１０の時定数は、充電時間と放電時間とが異なる時定数としている。このとき、充電時定数より放電時定数が大きい。

従来から、瞬時点灯可能な放電灯の立ち上り制御回路は、始動時に必要なウォームアップ最大電流及び電力をランプ電圧の上昇に応じて低減していく始動電力の低減制御動作領域と、低減制御後の安定時における定格電力を維持する安定時制御領域との２種類の制御領域を備えている。この制御の移行時における急速な電力低下は光束のアンダーシュートを発生する。このとき、放電灯点灯装置１００は、このアンダーシュートを防止する目的でランプ電圧の上昇に伴って徐々に遅れてウォームアップ時の制御から安定時の制御に移行するために、電力低減制御に時間遅れを持たせる。しかし、電力低減制御の時間遅れを用いて、水銀フリーＨＩＤランプの高いランプ電圧の光束立ち上り時の電力不足も補おうとすると、水銀フリーＨＩＤランプの低いランプ電圧の立ち上り時も高いランプ電圧のときの電力低減制御の時間遅れと同様に動作する。このため、電力低減制御の時間遅れを用いると、低いランプ電圧のランプでは光束がオーバーシュートするようになる。従って、従来の低減制御の遅れだけでは、根本的にランプ電圧の特性差による光束の立ち上りの変動を改善することは困難である。

そこで本実施例の放電灯点灯装置では、制御移行時の遅れは一定とすることでアンダーシュート発生を防止するとともに、ランプ電圧が設定値以上となった状態且つ起動から任意の時間が経過したときを、始動時制御から安定時制御への制御領域の切換えタイミングとする。そして、放電灯点灯装置は、このタイミングによって切換えることによって、ランプ電圧バラツキによる光束の立ち上り変動を抑えることができるように対応している。

上記のタイマの切換えを行う設定時間としては、低いランプ電圧で始動するときは、適正な始動時制御が実施可能な回路設定の場合に、高いランプ電圧によって始動してウォームアップ電力が不足する分を補うことができる程度の遅延となるような時間とする。このように適正な切換えタイミングを設定すれば、低いランプ電圧の場合には、本来のウォームアップ制御期間中にタイマ設定時間が経過するが、ランプ電圧が設定電圧に達するまで制御切換え動作が実施されないため、規定の低いランプ電圧の制御として、適正な立ち上り特性となる。そして、このようなタイマの切換えを行うことによって、制御切換え動作が通常のランプより遅れるため、既定の低いランプ電圧の立ち上り特性が改善される。

また、高いランプ電圧の始動時の場合には、タイマ回路１０により始動電流の期間が延長されるので、電力が不足することなく立ち上り電力が適正となる。従って、本実施例では、ランプ電圧のみで制御される従来制御に比べて始動時制御がランプ電圧のバラツキ変動に関わらず立ち上り電力が図２に示すように適正となる。

図４は、放電灯点灯装置による制御フロー図である。放電灯点灯装置１は、以下のフローチャートに従い、ランプ始動から安定時に入るまでの間ランプ電圧に応じてランプ電力を最大電力にする始動時制御から、定格電力を一定に維持する安定時制御へと切換える。

放電灯点灯装置は、ランプを始動するとウォームアップ始動時制御として、最大電流をランプに与える（Ｓ１０１）。ランプ始動と共に、タイマ回路１０は、点灯後の経過時間との測定を開始する。

始動時制御から安定時制御の切換えにあたり、切換え回路９は、ランプ電圧が上昇して設定電圧に達したか否かを判断する（Ｓ１０２）。ランプ電圧が設定電圧以下であれば、ランプ電力制御回路８は、始動時制御を続ける。

ランプ電圧が設定電圧以上であれば、切換え回路９は、点灯してから所定時間が経過したか否かを判断する（Ｓ１０３）。点灯後の経過時間が所定時間以下であれば、ランプ電力制御回路８は、始動時制御を続ける。

そして、Ｓ１０２及びＳ１０３両方の条件を満たすとき、切換え回路９は、始動時制御から安定時制御へと切換える（Ｓ１０４）。

また、ランプ電力制御回路８は、始動電力から安定時電力への切換えを行う際のランプ電力低減時に、光束が過度に低下（アンダーシュート）しないように徐々に電力低減するよう低減制御を時間的に遅らせる、遅れ制御を行う（Ｓ１０５）。そして、安定時制御への切換え及びアンダーシュート防止の電力低減の遅れ制御完了後、ランプ電力制御は、定格電力（３５Ｗ）を維持する安定時制御となる（Ｓ１０６）。

図５は、タイマ回路１０を有する放電灯点灯装置による、比較的ランプ電圧が低いランプと比較的ランプ電圧が高い水銀フリーＨＩＤランプとの立ち上り光束について、コールド時の始動時制御の実施前と実施後の特性の変化を比較するグラフである。図５Ａは、本実施例の制御を行わない（改善前の）一般的なランプ電圧バラツキによる始動時の光束特性の一例を示す。また、図５Ｂは、本実施例の制御を行った（改善後の）ランプ電圧バラツキによる始動時の光束特性の一例を示す。

図５Ａを参照すると、従来の始動時制御は、ランプ電圧が低いＨＩＤランプａ１とランプ電圧が高いＨＩＤランプａ２との立ち上り時の光束を比較すると、ランプ電圧の高いＨＩＤランプａ２の方が十分な始動時制御が行われないために低い光束となっていた。

これに対して、本実施例の始動時制御は、従来の技術と比較してランプ電圧の低いＨＩＤランプｂ１とランプ電圧の高いＨＩＤランプｂ２との光束立ち上りのバラツキ（差）が軽減している。

図５によれば、始動時制御の実施後では、ランプ電圧の差による始動時光束特性の大きなバラツキが改善される効果があることがわかる。

以上の動作は、ランプが冷えているいわゆるコールドスタートの場合であるが、消灯後のランプが未だ冷えていない状態で再点灯するいわゆるホット〜ウォームスタート時に、タイマ回路１０による始動時制御を行う際には以下のようにすることが望ましい。すなわち、ホット〜ウォームスタート時には、コールド時より高い温度で始動し始めるため、コールド時と同様の制御を行った場合には本来安定時制御を行ってもよいランプの温度に到達してもそのままウォームアップ制御が行われる。そして、安定時制御への切換えが遅れ、ランプに対して過剰にウォームアップ時の高い電力が与えられることで、ホット〜ウォームスタート時では、光束がオーバーシュートしてしまう。

そこで、このような場合は、タイマ回路１０は、充放電時定数を別々に設ける。つまり、タイマ回路１０は、ホット〜ウォームスタート時に適正な時間だけウォームアップ制御を行うために、消灯後の経過時間に応じてウォームアップ制御の時間（始動開始時のランプ電圧）を定められるようにする。このようにすれば、タイマ回路１０は、ホット〜ウォームスタート時に制御切換えタイミングの遅延が生じないようにすることができる。

充放電時定数を個別に設けることについて、具体的には、タイマ切り換えタイミングの放電時定数を充電時定数より大きくすることが考えられる。このように充電時と放電時との時定数をそれぞれ設定することで、タイマ回路１０は、消灯期間が短く完全な冷間状態ではないホット〜ウォームスタートでは完全にタイマ用コンデンサが放電していない状態にする。そして、このようにすることで、タイマ回路１０は、上述のようにホット〜ウォームスタート時に適正な時間だけウォームアップ制御を行うために、消灯後の経過時間に応じて始動開始時の切換え時間を定めることができる。従って、タイマ回路１０は、始動時制御から安定時へのタイマ回路による切換えの時間を短縮し、かつ光束のオーバーシュートを抑制することができる。

以上のように、本実施例ではランプ電圧に基づいて光束立ち上り制御を行う場合に起きる、ランプ電圧のバラツキによる光束立ち上り変動を改善（抑制）することが可能となる。

図２は本発明による電力制御の基本的な例を示す図であり、（ａ）はランプ電圧が低い場合、（ｂ）はランプ電圧が標準の場合、（ｃ）はランプ電圧が高い場合をそれぞれ示している。

従来の制御例ではランプ電圧のバラツキで起動後のランプ電圧が高くなるに従い、始動電流の印加する期間が短くなっていたが、本実施例によれば、始動電流の印加期間の違いが改善されて、いずれの電圧でも電流または電力の始動時制御の時間が均一化する。従って、本実施例によれば、始動電流及び電力の安定化により光束の立ち上り変動を改善することができる。

次に、第１実施例のタイマ回路１０を備える放電灯点灯装置に、ランプ電圧検出誤差を補正する回路を備えた第２の実施例について説明を行う。

図３は、図１に係る第１実施例の回路に、ランプ電圧補正回路を組み込んだ第２実施例の回路構成を示す。図３中、１１は電圧検出アンプ、１２は電流検出アンプである。この電圧検出アンプ１１及び電流検出アンプ１２によって検出した値に基づいてランプ電圧の大きさを反映してランプ電圧の誤差を抑制する、ランプ電圧補正回路の処理を行う。

水銀フリーＨＩＤランプの点灯回路では、始動時及び安定時におけるランプ電流の増大による検出誤差の拡大が光束立ち上り制御に影響する。そこで、本実施例では、放電灯点灯装置に、放電灯の始動時におけるランプ電流の増大によるランプ電圧検出誤差を低減するランプ電圧の補正回路を追加する。

ランプ電圧補正回路を追加することで、放電灯点灯装置は、第１実施例で説明した立ち上り制御の切換えタイミングの適正化に加えて、本来の始動時制御も最適化を可能としている。このとき用いるランプ電圧検出の誤差は、ランプ電流に比例している。このため、ランプ電圧補正回路がランプ電圧検出値を補正すれば、ランプ電力制御回路８は、始動時から安定時まで誤差を含んだランプ電圧検出値ではなく、補正後の実際のランプ電圧によってランプ電力を制御することができる。

ランプ電圧補正回路は、ランプ電力制御回路８におけるランプ電流検出値を用いて、始動時のウォームアップするために始動電流が増大した時の誤差拡大を打ち消すような値として、ランプ電流検出回路７の出力をランプ電圧検出回路６にバイアス電圧を加えることで帰還を掛け、ランプ電圧検出値を補正する。

ランプ電圧の補正量は、ランプ電流の検出値に比例するため、始動時の最大ランプ電流の時に最大となり、その後はランプ電流が低下するに従って補正量も減少するようにする。つまり、放電灯の起動前はランプ電流ゼロなので、補正量もゼロとなる。このように、第２実施例に係るランプ電圧補正回路を備えることで、放電灯点灯装置は、インバータＦＥＴと起動トランス４を挟んだコンバータ出力でランプ電圧を検出しても、本発明の補正方法により始動時のランプ電圧を正確に検出することができる。

以上、第１実施例の立ち上り制御回路に第２実施例のランプ電圧検出値に基づくランプ電圧補正を組み合わせることにより、放電灯点灯装置は、水銀フリーＨＩＤランプの光束立ち上り特性において、更に最適なウォームアップ制御を実施することが可能となる。

なお、本実施例において、制御回路構成はアナログ回路で実施しているが、マイコン制御の回路でも同様に適用可能である。

この場合、制御切換えタイミングのタイマとしては、コンデンサと抵抗によるＣＲ時定数、またはマイコン等の制御ではクロックによるタイマ出力などが利用できる。また、検出値の補正に関しては、ランプ電流検出回路７の出力からランプ電圧検出回路６にバイアス電圧を加えることで、帰還を掛けて実施することができる。

制御動作としては、ランプ電圧制御回路８は、ランプ電圧補正回路によって補正されたランプ電圧を基にして目標ランプ電流を設定する。つまり、目標ランプ電流値と電流検出値が一致するようにコンバータ出力が制御される基本制御に、本発明では補正のためにランプ電流検出値の出力によって、基となるランプ電圧検出値が変化することになる。補正を行わない場合と比べて、動作が少し複雑になるが、帰還制御としては安定的に動作して、ランプ点灯制御が不安定になることはない。

マイコン制御の場合は、ＡＤコンバータ入力前の検出部回路で補正を行っても良いが、ＡＤコンバータ入力後のマイコンにデータを取り込んだ後に、検出ランプ電流値により検出ランプ電圧値を補正する処理を行っても可能である。

＜実施例の効果＞
次に、上述の第１及び第２の実施例の放電灯点灯装置に係る効果を説明する。

通常、水銀フリーＨＩＤランプは、既に自動車前照灯で利用されている水銀封入ＨＩＤランプの８５Ｖと比べ、安定時ランプ電圧が水銀封入ＨＩＤランプの半分程度の４２Ｖと低い。このため、水銀フリーＨＩＤランプは、ランプ電圧検出値に誤差を含むと始動時と安定時のランプ電圧の検出値に差が小さく、始動電力の制御が非常に困難となっていた。

また、安定時のランプ電圧のバラツキは４２Ｖ±９Ｖ程度であり、ランプ電圧に応じて始動電力を制御する場合には、ランプ電圧の検出誤差とも重なり、適正な立ち上り制御を実施することが困難であった。

また、ランプ電圧に基づいて急速な光束立ち上りを制御する場合、安定時ランプ電圧が４２Ｖと低く、放電開始直後のランプ電圧は２５Ｖに対して±５Ｖ程度のバラツキ幅があり、同じ制御で実施しようとすると、起動直後のランプ電圧２５Ｖに対して、起動直後２０Ｖのランプでは比較的長く最大電流が流れ、起動直後３０Ｖのランプでは逆に比較的短い最大電流の印加時間となり、ランプによって光束立ち上り特性に大きなバラツキ変動が生じる。

そこで、本発明の水銀フリーＨＩＤランプは、第１実施例のようにランプ電圧による制御領域の切換えタイミングを任意の点灯時間経過の条件を追加することにより、ランプ電圧に応じてのみ光束立ち上り制御を行う場合に起きるランプ電圧バラツキによる光束の立ち上り変動を改善することが可能となる。

また、従来の放電灯点灯装置は、ランプ電圧はコンバータ出力で検出するので始動時にランプ電流が増大すると、検出フンプ電圧は起動トランス巻線抵抗及びインバータＦＥＴオン抵抗による検出誤差が増大して光束立ち上り制御を困難にしていた。

また、水銀フリーＨＩＤランプは元々ランプ電圧が低いため、ランプ電圧を検出しても始動時と安定時のランプ電圧差が小さく、ランプ電圧による始動時制御が困難であった。

そこで、第２実施例に係るランプ電圧補正回路は、放電灯５の始動時から安定時までの制御において、ランプ電流検出回路７からのランプ電流検出信号をランプ電圧検出回路６に帰還させてバイアス電圧を加えること、即ち、立ち上り制御回路にランプ電圧検出の補正を組み合わせる。これにより、ランプ電力制御回路８は、始動時と安定時のランプ電圧が正確に検出できるので、水銀フリーＨＩＤにおいて更に最適なウォームアップ制御をすることが可能となる。

本発明の実施例１の回路構成を示すブロック図 実施例の電力制御例を示す図 本発明の実施例２の回路構成を示すブロック図 本実施例の制御を示すフローチャート タイマ回路を有する放電灯点灯装置による、水銀フリーＨＩＤランプとの立ち上り光束について、始動時制御の実施前と実施後の特性の変化を比較するグラフ 従来の放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック図 従来の水銀封入ＨＩＤランプの電力制御例を示す図 水銀フリーＨＩＤランプの電圧検出例を示す説明図 従来の水銀フリーＨＩＤランプの電力制御例を示す図

符号の説明

１ 直流電源
２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３ ＤＣ／ＡＣインバータ
４ 起動トランス
５ 放電灯
６ ランプ電圧検出回路
７ ランプ電流検出回路
８ ランプ電力制御回路
９ 切換え回路
１０ タイマ回路
１１ 電圧検出アンプ
１２ 電流検出アンプ

Claims (5)

1. 放電灯のランプ電圧を検出するランプ電圧検出回路及びランプ電流を検出するランプ電流検出回路と、
   前記放電灯を瞬時点灯するために定格の数倍の電流または電力を印加する始動時制御と定格の一定電力で安定点灯する安定時制御を行う制御回路を備え、
   前記ランプ電圧検出回路の電圧検出値に応じてランプ電流またはランプ電力を始動時から安定時まで制御するとともに、前記放電灯が点灯してからの任意の時間経過を判別するタイマを有し、始動時から安定時までの前記ランプ電圧検出回路の電圧検出値の上昇かつ前記タイマによる点灯してからの任意の時間経過により両方の条件を満たす時に始動時から安定時へ移行して、ランプ電圧が通常より高い場合でも制御動作の切換え動作の時期をタイマ回路によって任意の時間が経過するまで遅延することにより始動電流の期間が延長されることを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 放電灯の始動時から安定時までの制御において、
   前記ランプ電流検出回路からのランプ電流検出信号を前記ランプ電圧検出回路に帰還させてバイアス電圧を加えることで立ち上がり制御の切り替えタイミングの適正化に加えて、始動時制御も最適化可能とすることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 放電灯が点灯してからの任意の時間経過を判別するタイマを有し、
   前記タイマは、充電時間と放電時間が異なる時定数であり、充電時定数より放電時定数が大きい時定数を備え、
   放電灯のランプ電圧を検出するランプ電圧検出回路を及びランプ電流を検出するランプ電流検出回路と、
   前記放電灯を瞬時点灯するために定格の数倍の電流または電力を印加する始動時制御と定格の一定電力で安定点灯する安定時制御を行う制御回路を備え、
   前記ランプ電圧検出回路の電圧検出値に応じてランプ電流またはランプ電力を始動時から安定時まで制御するとともに、
   始動時から安定時までの制御において、ランプ電圧の上昇に伴って徐々に遅れて始動時のウォームアップ制御から安定時の制御に移行する電力低減制御の時間遅れは一定として光束アンダーシュート発生を防止するとともに、ランプ電圧が設定値以上となった状態且つ起動から任意の時間が経過した両方の条件を満たすときを始動時制御から安定時制御への制御領域の切換えタイミングとし、前記ランプ電流検出回路からのランプ電流検出信号を前記ランプ電圧検出回路に帰還させてバイアス電圧を加えることで立ち上がり制御の切り替えタイミングの適正化に加えて、始動時制御も最適化可能とすることを特徴とする放電灯点灯装置。
4. 放電灯に対して電圧及び電流を印加する手段と、
   前記放電灯に印加されるランプ電圧及びランプ電流を検出する検出手段と、
   前記ランプ電圧に基づいて定格値を上回る所定の値となるように電流または電力の値を制御する始動時制御、及び電流または電力の値が前記定格値となるように前記ランプ電流の値を制御する安定時制御を行う、制御手段と、
   前記放電灯が点灯してからの任意の時間経過を判別するタイマと、
   前記ランプ電圧が所定の電圧値以上かつ前記タイマの所定時間経過の両方の条件を満たすときに切り換え回路が前記始動時制御と前記安定時制御とを切り換える手段と、を備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
5. 放電灯に対して電圧及び電流を印加するステップと、
   前記放電灯に印加されるランプ電圧及びランプ電流を検出する検出ステップと、
   前記ランプ電圧に基づいて定格値を上回る所定の値となるように電流または電力の値を制御する始動時制御、及び電流または電力の値が前記定格値となるように前記ランプ電流の値を制御する安定時制御を行う、制御ステップと、
   前記放電灯が点灯してからの任意の時間経過をタイマにより判別するステップと、
   前記ランプ電圧が所定の電圧値以上かつ前記タイマの所定時間経過の両方の条件を満たすときに前記始動時制御と前記安定時制御とを切り換えるステップと、をコンピュータが実行することを特徴とする放電灯点灯装置。

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