JP5406681B2 - 点灯装置、高輝度放電灯点灯装置、半導体光源点灯装置及びそれを搭載した前照灯並びに車輌 - Google Patents

Description

本発明は高輝度放電灯（ＨＩＤランプ）や半導体光源（ＬＥＤ）のような光源を点灯させる点灯装置の電源電圧低下時の制御に関するものである。

従来、車載用前照灯の分野では、視認性向上（明るさ向上）のため、ハロゲンランプからＨＩＤランプへ変更する車輌が増加していた。また、近年では、ＬＥＤの発光効率向上を受け、ＬＥＤの前照灯を搭載した車輌の量産が始まっている。

図２７に従来の車載用のＨＩＤ前照灯点灯装置の構成を示す。ＬＯＷビームスイッチに連動して供給される電源Ｅ１からの直流電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１で昇降圧してランプＬａを点灯させることの出来る電圧に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧であるＤＣ電圧をフルブリッジインバータ３１によりＡＣ電圧（矩形波）に変換し、ランプＬａに印加することでランプＬａを交流点灯させる。フルブリッジインバータ３１とランプＬａの間に設けているイグナイタ３２は始動時にランプＬａをブレークダウンさせるための高電圧を発生させるためのものである。ランプＬａは高輝度放電灯（ＨＩＤランプ）である。

前照灯点灯装置２０’はランプＬａを定電力制御により点灯させており、その制御にマイコン１０を用いている。ランプＬａのランプ電圧とランプ電流の値を抵抗Ｒ１〜Ｒ３により検出し、電圧検出回路３及び電流検出回路４を介してマイコン１０に入力する。マイコン１０はそれらを平均化処理部１１、１２により平均化する。また、電源検出回路７により検出した電源電圧を平均化処理部１３により平均化する。ランプ電力指令値演算部１４’は、ＲＯＭ部分に有する電力指令値データ（例えば図２１参照）を電源電圧により制限したランプ電力指令値（図２９参照）を演算出力する。このランプ電力指令値を平均化電圧値Ｖａを用いて除算することによりランプ電流指令値を算出する。比較演算部１５によりランプ電流指令値と平均化電流値Ｉａを比較し、同一の値となるように、一次側電流指令値Ｉｃを演算出力する。この１次側電流指令値Ｉｃと１次側電流検出値ＩｄをコンパレータＣＰで比較することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１のスイッチング素子Ｑ１を駆動する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１のスイッチング素子Ｑ１はドライブ回路としてのフリップフロップＦＦの出力によりオン／オフ駆動される。高周波のＯＮ信号ＨＦによりフリップフロップＦＦがセットされると、スイッチング素子Ｑ１がオンとなり、トランスＴ１の１次巻線を介して漸増する電流が流れて、トランスＴ１にエネルギーが蓄積される。スイッチング素子Ｑ１がＦＥＴである場合、そのオン抵抗は略オーミック抵抗となるので、オペアンプ等で構成される１次側電流検出回路２によりドレイン電圧を増幅することで、１次側電流検出値Ｉｄを検出できる。この１次側電流検出値Ｉｄが１次側電流指令値Ｉｃに達すると、コンパレータＣＰの出力が反転し、フリップフロップＦＦをリセットすることで、スイッチング素子Ｑ１がオフされる。スイッチング素子Ｑ１がオフされると、トランスＴ１の蓄積エネルギーによる逆起電力が２次巻線に発生し、ダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１に充電される。

以上の回路構成により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１のスイッチング素子Ｑ１のオン時間をＰＷＭ制御することにより、ＨＩＤランプの定電力制御を実現している。

なお、マイコン１０への電源は制御電源生成部６にて生成され、制御電源生成部６への電源は、ＬＯＷビームスイッチ電源Ｅ１から得ている。
ランプＬａの定電力制御を行うマイコン１０の制御フローを図２８に示す。＃０３〜＃１７でランプＬａの定電力制御を実現している。図中の各フローの説明を以下に示す。

＃０１では、電源ＯＮし、ＲＥＳＥＴが解除される。ＲＥＳＥＴ入力は図２７では図示を省略している。
＃０２では、使用する変数・フラグ等の初期化を行う。

＃０３では、ＬＯＷビームスイッチがＯＮかどうかを判断し、ＯＮでない場合は＃０４以降のランプを点灯させるループへ移行しない。
＃０４では、ランプが点灯する前の無負荷時の制御を行う。
＃０５では、ランプが点灯しているかどうかを判断し、点灯していない場合は＃０４に戻る。点灯していた場合は、以下の定電力制御を行うループへと進む。

＃０６では、Ａ／Ｄ変換により電源電圧を読込む。
＃０７では、Ａ／Ｄ変換によりランプ電圧を読込む。
＃０８では、読込み値に過去値を合わせて平均化を行う。平均化の一例を挙げると、検出値を最新値から３値記憶しておき（読込み時更新）次の最新値を読込んだとき、上記３値と足し合わせて４で割る。

＃０９では、マイコン内に持っているテーブルからその時のランプ電力指令値を読み出し、電源電圧による電力制限カーブ（図２９参照）により制限をかける。
＃１０では、ランプ電力指令値÷平均化電圧値の計算式により、ランプ電流指令値を演算する。

＃１１では、Ａ／Ｄ変換によりランプ電流を読込む。
＃１２では、読込み値に過去値を合わせて、上述のような平均化を行うことで平均化電流値Ｉａを得る。

＃１３では、ランプ電流指令値と平均化電流値Ｉａを比較演算する。
＃１４では、比較結果により、１次側電流指令値Ｉｃを変更する。

＃１５では、前回のフルブリッジインバータ３１の反転から半周期の時間が経過しているかにより分岐し、半周期の時間が経過していた場合、フルブリッジインバータ３１の出力を極性反転させる。
＃１６では、半周期の時間が経過しているとき、フルブリッジインバータ３１に極性反転命令を出す。

＃１７では、その他の制御（負荷異常や電源異常の判断による停止等）を行う。
以上により、ＨＩＤランプの定電力制御を実現している。

また、従来の車載用のＬＥＤ前照灯点灯装置の構成を図３０に示す。ＬＥＤ前照灯点灯装置では、ＨＩＤ前照灯点灯装置におけるフルブリッジインバータ３１とイグナイタ３２を削除する。また、ＨＩＤランプＬａでは定電力制御を行うが、ＬＥＤ５では定電流制御を行う。ランプ電流指令値演算部１４にて、マイコン１０のＲＯＭ部分に記憶したランプ電流指令値に対して、電源電圧により制限を加えて（図３２）、ランプ電流指令値Ｉｂとして出力する。比較演算部１５では、ランプ電流指令値Ｉｂと平均化電流値Ｉａを比較し、１次側電流指令値Ｉｃを制御することで定電流制御を実現している。

車載用のＬＥＤ前照灯点灯装置の制御フローを図３１に示す。ＨＩＤ前照灯点灯装置の制御フローより、無負荷制御用のフロー（＃０４，＃０５）と極性反転用のフロー（＃１５，＃１６）を削除している。また、定電力制御を定電流制御に切り替えるため、ランプ電力指令値演算（＃０９）も削除して、ランプ電流指令値演算（＃１０）を同様のランプ電流指令値演算（＃１８）に変更し、マイコン内のＲＯＭよりランプ電流指令値を読出し、電源電圧による電流制限カーブ（図３２）により制限をかけている。本制御により、定電流制御を実現している。

ＬＥＤ前照灯点灯装置を本制御フローにて制御したときの、電源電圧による出力電流の変化を図３３に示す。電源電圧が低下し、８Ｖを下回ると、出力電流を低減し始める。その後は電源電圧の変化に応じて出力電流の低減を行い、電源電圧が８Ｖ以上となると、定格電流を保持する制御を行う。本制御により、低電源電圧時の回路ロス増加を低減し、点灯装置の破壊防止を実現している。

特許文献１（特開２００２−２１６９８７号公報）には、車輌用前照灯のＨＩＤ点灯装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータの電源電圧を検出する電源電圧検出部を設けて、電源電圧が所定値を下回ると、出力電力を抑制するようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御する構成が開示されている。

特開２００２−２１６９８７号公報

しかし、近年、バッテリの小型化、各種ＥＣＵの消費電流の増加、ハーネス抵抗の増加等により、電源電圧の低下及び急激な変化が増加している。このため、従来の制御を実施すると、図３３に示すように、電源電圧の変動に応じて出力を変化させてしまうことになる。これにより、電源電圧の急変時には出力を急変させるため、ランプが不安定となり、ちらつきや最悪の場合、ランプが消灯するという原因となっていた。また、点灯装置の周囲温度も上昇しており、出力の低減だけでは点灯装置の破壊防止が困難となってきている。

本発明は、上述のような点に鑑みてなされたものであり、電源電圧の低下時の点灯装置の出力低減の制御を適切化することにより、点灯装置の光出力を安定化させながら点灯装置の温度ストレスを抑制することを課題とする。

請求項１の発明は、上記の課題を解決するために、図１に示すように、ＤＣ電源Ｅ１を受けて前記ＤＣ電源Ｅ１を負荷５が必要とする出力へ変換するコンバータ１と、前記出力の電圧もしくはそれに相当する値を検出する電圧検出部３と、前記出力の電流もしくはそれに相当する値を検出する電流検出部４と、前記電圧検出部３及び／又は電流検出部４の検出値により、コンバータ１を制御する制御部（マイコン１０）とから構成される点灯装置２０において、前記ＤＣ電源Ｅ１の電圧値もしくはそれに対応する値を検出する電源電圧検出部７を有し、前記制御部は電源電圧が低くなると、図２に示すように、経過時間に応じて出力を低減し、図１８〜図２０に示すように、出力低減後に電源電圧が上昇した場合、経過時間に応じて出力を上昇するものであって、図２０に示すように、出力を上昇するときの変化傾きは、出力を低減するときの変化傾き以下であることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１記載の点灯装置において、前記制御部は、図４、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、経過時間が長くなるほど出力の低減量を大きくすることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２記載の点灯装置において、前記制御部は、図１２、図１４に示すように、電源電圧に応じて低減する下限出力値を設定されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３記載の点灯装置において、前記下限出力値は、負荷が消灯する出力であることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の点灯装置において、前記制御部は、図９、図１０に示すように、電源電圧低下に応じて瞬時に出力電力を低減し、その後、経過時間に応じて出力を低減することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の点灯装置において、前記制御部は、図１６（ｃ）に示すように、電源電圧が低いほど、経過時間に応じて出力を低減する速度を速くすることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の点灯装置において、前記制御部は、図６〜図８に示すように、電源電圧が低い状態が所定時間連続すると出力を停止することを特徴とする（図６のＢ０１〜Ｂ０３参照）。

請求項８の発明は、請求項７記載の点灯装置において、前記所定時間は、図７に示すように、電源電圧が低いほど短いことを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の点灯装置において、前記制御部は、図１５、図１７に示すように、出力低減により負荷が消灯した場合、点灯装置の安全が確認できるまで出力停止状態を保持することを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項９記載の点灯装置において、前記点灯装置の安全が確認できるまでとは、操作者が電源スイッチをＯＦＦするまでであることを特徴とする（図１５のＥ０２）。

請求項１１の発明は、請求項９記載の点灯装置において、前記点灯装置の安全が確認できるまでとは、動作停止後、所定時間が経過するまでであることを特徴とする。

請求項１２の発明は、請求項１〜１１のいずれかに記載の点灯装置において、図１１、図２５に示すように、負荷は高輝度放電灯であり、前記制御部は、図２１に示すように、ＤＣ電源の投入後、数十秒間は定格電力の略倍以上の最大電力を投入し、図２２に示すように、前記最大電力を電源電圧に応じて低減することを特徴とする高輝度放電灯点灯装置である。

請求項１３の発明は、請求項１〜１１のいずれかに記載の点灯装置において、図１、図２６に示すように、負荷は半導体光源であることを特徴とする半導体光源点灯装置である。

請求項１４の発明は、請求項１〜１１のいずれかに記載の点灯装置、または請求項１２記載の高輝度放電灯点灯装置、または請求項１３記載の半導体光源点灯装置を搭載した前照灯である（図２３）。
請求項１５の発明は、請求項１４記載の前照灯を搭載した車輌である（図２３）。

本発明は、出力電力の変更を電源電圧が所定電圧を下回っている時間に応じて行うことにより、電源電圧の急変（急低下）が発生した場合でも、出力の変化を遅くすることができ、ランプが不安定となることを防止することが出来る。

本発明の実施形態１のＬＥＤ点灯装置のブロック回路図である。 本発明の実施形態１の動作説明図である。 本発明の実施形態１の制御フローの要部構成を示すフローチャートである。 本発明の実施形態１の電源電圧と出力電流の変化を示す動作波形図である。 本発明の実施形態１の変形例の出力電流の変化を示す動作波形図である。 本発明の実施形態２の制御フローの要部構成を示すフローチャートである。 本発明の実施形態２の動作説明図である。 本発明の実施形態２の電源電圧と出力電流の変化を示す動作波形図である。 本発明の実施形態３の動作説明図である。 本発明の実施形態３の出力電流の変化を示す動作波形図である。 本発明の実施形態４のＨＩＤ点灯装置のブロック回路図である。 本発明の実施形態４の動作説明図である。 本発明の実施形態４の制御フローの要部構成を示すフローチャートである。 本発明の実施形態４の電源電圧と出力電力の変化を示す動作波形図である。 本発明の実施形態５の制御フローの要部構成を示すフローチャートである。 本発明の実施形態５の動作説明図である。 本発明の実施形態５の電源電圧と出力電力の変化を示す動作波形図である。 本発明の実施形態６の制御フローの要部構成を示すフローチャートである。 本発明の実施形態６の電源電圧と出力電力の変化を示す動作波形図である。 本発明の実施形態６の一変形例の電源電圧と出力電力の変化を示す動作波形図である。 本発明の実施形態７のＨＩＤ点灯装置の始動時の出力電力の時間変化を示す説明図である。 本発明の実施形態７の最大電力と定格電力と電源電圧の関係を示す特性図である。 本発明の実施形態８の前照灯とそれを用いた車両を示す説明図である。 本発明の実施形態９の照明器具に用いる交直変換部の回路図である。 本発明の実施形態９の照明器具の一形態を示す概略構成図である。 本発明の実施形態９の照明器具の他の形態を示す概略構成図である。 従来例１のＨＩＤ点灯装置のブロック回路図である。 従来例１の制御フローを示すフローチャートである。 従来例１の電源電圧低下時の出力電力の制御を示す説明図である。 従来例２のＬＥＤ点灯装置のブロック回路図である。 従来例２の制御フローを示すフローチャートである。 従来例２の電源電圧低下時の出力電流の制御を示す説明図である。 従来例２の電源電圧と出力電流の変化を示す動作波形図である。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１のＬＥＤ点灯装置のブロック回路図である。従来例（図３０）と同じ構成には同一符号を付けることにより、本実施形態での説明を省略する。従来例のＬＥＤ点灯装置と異なる点は、マイコン１０の内部（外部でも良い）に時間計測部１６を設け、計測時間をランプ電流指令値演算部１４に入力した点である。

ランプ電流指令値は、従来例では、マイコン１０のＲＯＭ部分に記憶したランプ電流指令値に対して、電源電圧値に応じて制限を加えたもの（図３２参照）であった。本実施形態では、電源検出回路７で検出した電源電圧が所定の電源電圧値（８Ｖ）以下となると、時間計測部１６で時間計測を開始する。ランプ電流指令値演算部１４は、マイコン１０のＲＯＭ部分に記憶したランプ電流指令値を、時間計測結果に応じて低減する（図２）。

車輌用の前照灯点灯装置では、通常のバッテリ電圧は９〜１６Ｖ程度有り、電圧が低下するほど回路ロスが上昇する。そこで、本実施形態では、通常よりも低い８Ｖ以下の電源電圧では、経過時間に応じて出力電流を低減し、８Ｖより高い通常の電源電圧では、定格電流（０．７Ａ）を供給するように構成している。

本実施形態の制御は、従来のＬＥＤ点灯装置の制御フロー（図３１）におけるランプ電流指令値演算（＃１８）の内容を、図３に示した制御フローに変更することで実現できる。

Ａ０１では、ランプ電流指令値（０．７Ａ）を読出す。
Ａ０２では、電源電圧と所定電圧（８Ｖ）を比較する。電源電圧が所定電圧以下の場合は、Ａ０３以降のランプ電流指令値低減フローへ遷移する。

Ａ０３では、時間を計測する。
Ａ０４では、時間計測結果に応じた電流低減量を読み出す。例えば、２０ｍＡ×経過時間（分）を電流低減量とする。
Ａ０５では、Ａ０１のランプ電流指令値より、Ａ０４にて演算した電力低減量を減算し、Ａ０７にてランプ電流指令値とする。

Ａ０６では、Ａ０３で計測するタイマをクリアする。つまり、一旦電源が復帰すると、それまでの電流低減量をクリアする。
Ａ０７では、ランプ電流指令値を設定する。

本制御にてＬＥＤを点灯させたときの、電源電圧による出力電流の変化を図４に示す。電源電圧が低下し、所定電圧（８Ｖ）以下になると、出力電流の低減を始める。その後、電源電圧が急変したとしても、一定の割合（２０ｍＡ／分）で出力電流を低減する。また、所定電圧（８Ｖ）を上回らない限り、出力を上昇させない。これにより、電源電圧の急変によるちらつき等の発生防止と回路保護の両立を実現している。また、異常な電源電圧低下が連続した場合（０．７Ａ／０．０２＝３５分）の点灯装置の動作停止を実現し、回路破壊防止を実現している。

実際の車輌において、図４に示すように、電源電圧が連続して低下していることは異常な状態であり、点灯装置を動作停止させてもよい。このため、低電源電圧が連続した場合は、出力の低減を継続することにより、最終的にはＤＣ／ＤＣコンバータ１の動作を停止させる。これにより、異常な電源環境となった場合の回路破壊を防止することが出来る。従来例（図３３）のように、電源電圧に応じて出力を設定する場合、ノイズにより電源電圧の読み込み値が突然小さくなる可能性があるため、ランプがちらつきや消灯する可能性のある出力を設定することが出来ない（図３２参照）。これに対して、本実施形態のように、電源電圧の低下時間に応じて出力を変更することにより、十分な時間をかけて動作停止までの判断が可能であり、誤動作を防止できる。

本実施形態では時間に応じた出力の低減を一次関数にて示したが、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、指数関数、二次関数等の多項関数、もしくはステップ関数を用いても良いことは言うまでもない。

本実施形態では出力電流の値を低減したが、ＰＷＭ調光により平均電流を低減（例えば、周波数１００Ｈｚで点灯させ、そのＤＵＴＹを通常の電源電圧時には１００％とし、低電源電圧時には２％／分の割合で低減）しても同様の効果を得ることができる。

本実施形態ではＬＥＤを点灯させるのに定電流制御を行ったが、定電圧制御を行っても良い。この場合、ランプ電流指令値演算部１４をランプ電圧指令値演算部とし、平均化処理部１１で求めた平均化電圧値Ｖａと比較して一次側電流指令値Ｉｃを制御することで、定電圧制御に対しても同様の効果を実現できる。

また、負荷がＨＩＤランプであっても出力電力指令値に同様の制御を加えることにより、同様の効果を得ることができる。負荷はＨＩＤランプやＬＥＤに限定されるものではなく、他の放電灯、他の半導体光源でも良い。

本実施形態において例示した電源電圧の閾値や出力電流の低減率等は、これに限定されるものではない。以降の実施形態の全ての値についても同様である。

（実施形態２）
図６は本発明の実施形態２の制御フローを示すフローチャートである。点灯装置の構成は実施形態１と同様である。実施形態１と同じ構成には同一符号を付することにより、本実施形態での説明を省略する。制御フローにおいて、実施形態１（図３）と異なる点は、電源電圧が所定の電圧値（８Ｖ）以下となった後、所定時間が経過した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の回路動作を停止させ、出力電流を０とする点と、一旦動作停止させると電源電圧が上昇した場合も出力を上昇させない点である。

具体的には、図３の制御フローにおいて、Ａ０３の時間計測からＡ０４の電流低減量読出しまでの間に、以下の制御フロー（Ｂ０１〜Ｂ０３）を追加している。

Ｂ０１では、電源電圧による動作停止時間（図７）を読み出す。
Ｂ０２では、計測時間とＢ０１で読み出した動作停止時間を比較し、動作停止時間を経過していた場合、Ｂ０３へ遷移する。動作停止時間を経過していない場合はＡ０４へと遷移し、実施形態１と同様の動作を行う。

Ｂ０３では、ＤＣ／ＤＣコンバータを動作停止させ、そこで無限ループに入る。その後は電源が再投入されてマイコンがＲＥＳＥＴされるまで再動作はしない。

本実施形態により、低電源電圧時には電源電圧に応じた時間で動作停止させることを実現できる。実施形態１において、計測時間に応じた出力の低減量を大きくする（傾きを大きくする）と、ちらつき等の原因となることが考えられるため、出力電流を時間に応じて少しずつ低減している。このため、実施形態１では動作停止までに時間がかかり、バッテリを消耗させてしまうこととなる。そこで、本実施形態では、所定時間を計測して点灯装置の動作を停止させることで、実施形態１の効果に加えて、バッテリの消耗を防止することが出来る。

本制御にてＬＥＤを点灯させたときの、電源電圧による出力電流の変化を図８に示す。電源電圧が低下し、所定電圧（８Ｖ）以下になると、出力電流の低減を始める。その後、電源電圧が急変したとしても、一定の割合（２０ｍＡ／分）で出力電流を低減する。また、所定電圧（８Ｖ）を上回らない限り、出力を上昇させない。これにより、電源電圧の急変によるちらつき等の発生防止と回路保護の両立を実現している。また、異常な電源電圧低下が連続した場合（３０分が経過した場合）、点灯装置の動作を停止し、回路破壊防止を実現している。

この動作停止時間は、図７に示すように、電源電圧に応じて可変とすることで、バッテリの容量が小さく消耗が早く低電源電圧となった場合は、早く動作を停止させることが可能となり、バッテリの容量に合わせて、消耗の防止を実現することが出来る。また、電源電圧が低下すればするほど回路ロスは増加し、回路が破壊する可能性が高くなる。そこで、電源電圧が小さくなるほど、動作停止までの時間を短くすることにより、より細やかな回路保護を実現することが可能となる。

低電源電圧となった理由が、電源ハーネスが接触不良等の原因により高インピーダンスとなったためであるとすると、回路動作を停止すると電源電圧が上昇する。このときに再度動作を開始すると点滅を繰り返す動作をしてしまい、回路が破壊する原因となる。そこで、本実施形態では電源電圧の低下により出力を停止した場合（もしくは所定時間（３０分）後の動作停止の場合）は、電源電圧が再上昇した場合も動作を再開することを防ぐことで、明滅を防止している。

また、一旦電源がＲＥＳＥＴされた（人の操作により電源がＯＦＦ→ＯＮされた）場合は、再度動作することが出来るため、接触不良等の異常を解消した後は、通常動作に戻すことが出来る。しかし、電源電圧の低下が、点灯装置のロス増加による消費電流増加が原因の場合もある。この場合は、点灯装置への負荷は始動時がもっとも大きいため、電源がＲＥＳＥＴされたとしても、再動作させると回路破壊の危険がある。そこで、点灯装置のＯＦＦ時間が所定時間となるまで動作停止させたり、温度検出部を設けて所定温度以下となるまで動作停止させたりすることで、安全に回路動作させ得ることを確認する。この後に動作開始させることで、さらなる安全性の向上を図ることが出来る。

本実施形態では、出力電流の低減を開始する電源電圧と動作停止時間を設定する電源電圧を同一としているが、異なる値としても同様の効果を得ることができることは言うまでもない。動作停止時間を設定する電源電圧値を、出力電流の低減を開始する電源電圧値より小さくすることで、出力は低減するが動作停止はせずに出力電流を絞り続ける電圧値を設定でき、より細やかな制御を実現することが出来る。

負荷がＨＩＤランプであっても出力電力指令値に同様の制御を加えることにより、同様の効果を得ることができることは言うまでもない。負荷はＨＩＤランプやＬＥＤに限定されるものではなく、他の放電灯、他の半導体光源でも良い。

（実施形態３）
本発明の実施形態３を図９、図１０により説明する。図９は本発明の実施形態３の制御特性を示す図である。点灯装置の構成は実施形態１（図１）と同じで良い。先の実施形態と同じ構成には同一符号を付することにより、本実施形態での説明を省略する。

本実施形態において、実施形態２と異なる点は、従来例（図３２）にある電源電圧に応じた出力電流の低減を行った後に、電源電圧が所定電圧（７Ｖ）以下に低下した場合は出力電流を経過時間に応じて低減している点である。

本実施形態の制御フローは、実施形態２の制御フロー（図６）において、Ａ０１の出力電流指令値の読出しを、図９に示した電源電圧に応じた出力電流のカーブにより設定することで実現できる。

図１０に電源電圧が９Ｖから７Ｖまで急変した際の出力電流の変化の一例を図示する。７Ｖとなったときに、出力電流を０．６Ａまで即座に絞り、その後、時間に応じて低減する。

本実施形態により、電源電圧低下時の早急な出力電流の低減と、低電源電圧の経過時間に応じた出力電流低減の両方を実現することが可能となり、より細やかな回路保護が実現できる。

負荷がＨＩＤランプであっても出力電力指令値に同様の制御を加えることにより、同様の効果を得ることができることは言うまでもない。負荷はＨＩＤランプやＬＥＤに限定されるものではなく、他の放電灯、他の半導体光源でも良い。以下の各実施形態でも同様である。

（実施形態４）
本発明の実施形態４を図１１〜図１４により説明する。図１１は本発明の実施形態４のＨＩＤ点灯装置のブロック回路図である。従来例（図２７）と同じ構成には、同一符号を付けることにより、本実施形態での説明を省略する。

従来例のＨＩＤ点灯装置と異なる点は、マイコン１０の内部（外部でも良い）に時間計測部１６を設け、その計測時間をランプ電力指令値演算部１４’に入力した点である。

ランプ電力指令値は、従来例では、マイコン１０のＲＯＭ部分に記憶したランプ電力指令値（図２１参照）に対して、電源電圧値に応じて制限を加えたもの（図２９参照）であった。本実施形態では、電源検出回路７で検出した電源電圧が所定の電源電圧値（８Ｖ）以下となると、時間計測部１６で時間計測を開始する。ランプ電力指令値は、マイコン１０のＲＯＭ部分に記憶したランプ電力指令値（例えば、定格電力：３５Ｗ）を、時間計測部１６での時間計測結果に応じて低減して算出する。ただし、ランプ電力指令値の低減は、図１２に示したように電源電圧に依存した出力電力値を下限とする。

本実施形態の制御は、従来のＨＩＤ点灯装置の制御フロー（図２８）において、ランプ電力指令値演算（＃０９）を、図１３に示した制御フローに変更することで実現できる。

Ｄ０１では、ランプ電力指令値（３５Ｗ）を読出す。
Ｄ０２では、電源電圧と所定電圧（８Ｖ）を比較する。電源電圧が所定電圧以下の場合は、Ｄ０３以降のランプ電力指令値低減フローへ遷移する。

Ｄ０３では、時間を計測する。
Ｄ０４では、時間計測に応じた電力低減量を読み出す。例えば、０．２Ｗ×経過時間（分）を電力低減量とする。

Ｄ０５では、電源電圧に応じた電力低減量最大値（図１２（ｂ））を読出す。
Ｄ０６では、電力低減量が電力低減量最大値より大きい場合は、電力低減量を電力低減量最大値に制限する。

Ｄ０７では、Ｄ０１のランプ電力指令値よりＤ０６にて演算した電力低減量を減算し、Ｄ０９にてランプ電力指令値とする。

Ｄ０８では、Ｄ０３で計測するタイマをクリアする。したがって、電源電圧が一旦復帰すると、それまでの電力低減量はクリアされる。
Ｄ０９では、ランプ電力指令値を設定する。

本制御にてＨＩＤランプを点灯させたときの、電源電圧による出力電力の変化を図１４に示す。電源電圧が低下し、所定電圧（８Ｖ）以下になると、出力電力の低減を始める。その後、電源電圧が急変したとしても、一定の割合（０．２Ｗ／分）で出力電力を低減する。しかし、図１４に示すように、電源電圧に応じた電力低減量の下限となった場合は、その電力よりは低減しない。

これにより、電源電圧の急変によるちらつき等の発生防止と出力低減による回路保護の両立を実現している。また、電力低減量の下限をＨＩＤランプが点灯を維持するレべル（略５Ｗ程度：３０Ｗより下回ると、フルブリッジインバータ３１の反転時に再点弧電圧が発生し始め、ＨＩＤランプが不安定となる）とすることで、ＨＩＤランプの安定点灯も同時に実現することが可能となる。

負荷がＬＥＤであっても出力電流指令値に同様の制御を加えることにより、同様の効果を得ることができることは言うまでもない。

（実施形態５）
本発明の実施形態５を図１５〜図１７により説明する。本実施形態と実施形態４の異なる点は、出力電力の低減をＨＩＤランプが点灯を維持することの出来る電力値よりもさらに低減している点と（図１６）、点灯を維持できずに立ち消えた場合は動作停止させ、電源電圧が復帰しても再度出力は行わない点（図１５）である。

点灯装置の回路構成は、実施形態４に示したＨＩＤ点灯装置（図１１）と同じで良い。実施形態４と同じ構成には、同一符号を付けることにより、本実施形態での説明を省略する。

実施形態４と異なる点は、以下の２点である。
Ｄ０５の電源電圧に応じた電力低減量最大値読出しの際のグラフを、図１６（ｂ）に示すグラフに変更し、点灯維持可能な低減電力値（５Ｗ）よりも大きな電力（１０Ｗ）まで低減可能とした。

また、ランプの立消え発生をランプ電圧が上昇することで判断し、点灯装置の動作を停止させ、マイコンがリセットされるまで無限ループに入る。この動作停止は、実施形態４のランプ電圧平均化（図２８の＃０８）の後に、以下のフローを追加することで実現できる。

Ｅ０１では、ランプ電圧が所定電圧（例えば２５０Ｖ）以下かどうかでランプの立消えを判断する。立消えと判断された場合は動作停止し、無限ループ処理を行うＥ０２へ遷移する。立消えと判断されない場合は、実施形態４と同様のフロー（図２８の＃０９以降）を通る。

Ｅ０２では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の動作を停止させ、無限ループ処理を行う。

本実施形態により、図１７に示すように、点灯装置の破壊につながる過度な電源電圧低下時にはランプを立消えさせ、さらに電源復帰後も再動作開始させないことにより、実施形態４の効果と回路保護の効果の両立を実現している。

また、図１６（ｂ）に示すように、電源電圧が低くなるほど、電力指令値低減量の最大値を大きくすることで、回路ロスが大きくなる低電源電圧側で出力低減量の増大による回路保護と、ランプ立消え検出後の回路動作停止による回路保護の効果を大きくしている。

さらに、図１６（ｃ）に示すように、出力低減速度を電源電圧により可変とし、電源電圧が小さいほど出力の低減速度を速くすることにより、低電源電圧となればなるほど、回路保護の効果を大きくすることが出来ることは言うまでもない。

低電源電圧となった理由が、電源ハーネスが接触不良等の原因により高インピーダンスとなったためである場合、回路動作を停止すると電源電圧が上昇する。このときに再度動作を開始すると、点滅を繰り返す動作をしてしまい、回路が破壊する原因となる。そこで、本実施形態では電源電圧の低下により出力を停止した場合（もしくは所定時間（３０分）経過後の動作停止の場合）は、電源電圧が再上昇した場合でも回路動作を再開することを防ぐことで、ランプの明滅を防止している。

一旦電源がＲＥＳＥＴされた（人の操作により電源がＯＦＦ→ＯＮされた）場合は、再度動作することが出来るため、接触不良等の異常を解消した後は、通常動作に戻すことが出来る。しかし、電源電圧の低下が、点灯装置のロス増加による消費電流増加が原因の場合もある。この場合は、点灯装置へのストレスは、始動時が最も大きいため、電源ＲＥＳＥＴされたとしても、再動作させると回路破壊の危険がある。そこで、点灯装置のＯＦＦ時間が所定時間となるまで動作停止させたり、温度検出部を設けて所定温度以下となるまで動作停止させたりすることで、安全に回路動作させ得ることを確認する。その後に動作開始させることで、さらなる安全性の向上を図ることが出来る。

負荷がＬＥＤであっても出力電流指令値に同様の制御を加えることにより、同様の効果を得ることができることは言うまでもない。

（実施形態６）
本発明の実施形態６を図１８〜図２０により説明する。実施形態４では、出力電力の低減後、電源電圧が復帰した場合は、出力電力を即座に低減前の状態に戻していたものを、本実施形態では、出力低減時と同様に時間経過に応じて出力電力を上昇させるように変更した点が異なる。

実施形態４と同じ構成には、同一符号を付けることにより、本実施形態での説明を省略する。点灯装置の構成は、実施形態４のＨＩＤ点灯装置（図１１）と同じで良い。ただし、図１３の制御フローに代えて、図１８の制御フローを用いる。

実施形態４と制御フローにおいて異なる点は、電源電圧が所定電圧（８Ｖ）より高く、低電圧状態ではないと判断された場合、実施形態４（図１３）では時間計測をクリアしていた（Ｄ０８）が、本実施形態では、これをクリアするのではなく計測していた時間を減算するように変更し（Ｆ０１）、処理後に元のフロー（Ｄ０４）へと遷移させる点である（図１８）。

これにより、電源電圧の変化による出力電力の変化は図１９に示すように、電源電圧が上昇した場合も出力電力を徐々に上昇させるようになる。図１４に示すように、出力電力を急激に上昇させると、出力上昇とそれによる回路損失の上昇により、再度電源電圧が低下するといった繰り返しが発生してしまう。そこで、図１９に示すように、出力電力の上昇も時間経過に応じて徐々に上昇させることにより、電源と出力電力と回路ロスが安定した状態を作り出すことが可能となり、電源の上昇⇔下降の繰り返しによるランプの明暗といった異常状態を防止することが可能となる。

本実施形態では出力電力の上昇速度を出力電力の低減速度と同等としたが、同等でなくとも同じ効果を得ることができることは言うまでもない。出力電力の上昇は、点灯装置にストレスを与えるため、図２０に示すように、出力電力の上昇を遅くすることにより、回路の破壊防止の効果を上げることが出来ることは言うまでもない。

（実施形態７）
本発明の実施形態７を図２１、図２２により説明する。実施形態４〜６と同じ構成には、同一符号を付けることにより、本実施形態での説明を省略する。点灯装置の構成は、実施形態４のＨＩＤ点灯装置（図１１）と同じで良い。制御フローは、図１３または図１８と同じで良い。

本実施形態において、実施形態４〜６と異なる点は、マイコンがＲＥＳＥＴから動作開始をした場合、Ｄ０１のランプ電力指令値読出しを、図２１に示すように、ＲＥＳＥＴから１０秒間程度は定格電力（３５Ｗ）の倍以上の電力（７８Ｗ）を読出し、その後、数十秒間で定格電力へ徐々に低減していくことである。これにより、ＨＩＤランプの光の立ち上がりを早めている。

また、実施形態４〜６では、定常点灯時の定格電力について、低電源電圧（８Ｖ以下）のときにその経過時間に応じて出力を低減している。本実施形態では、図２２に示すように、始動時の最大電力については、低電源電圧（１０Ｖ以下）の場合に経過時間に応じて徐々に低減するのではなく、電源電圧に応じて即座に低減している。

最大電力の出力は点灯装置へのストレスが大きく、経過時間に応じて低減するとチャタリング等の原因となる。本実施形態の制御により、チャタリング等を防止した安定な始動と、定格点灯時の安定性の両立と、回路保護を実現することが出来る。

また、図２２に示すように、（最大電力の低減開始の電圧値＞定格電力の低減開始の電圧値）とすることにより、チャタリング等の回路破壊防止の効果を高めている。

（実施形態９）
図２３に本発明の点灯装置を搭載した前照灯とその前照灯を搭載した車両を示す。５ａ，５ｂは車輌の前照灯（すれ違いビーム）に用いる光源負荷であり、２０ａ，２０ｂはその点灯装置である。ＬＯＷビームスイッチ電源Ｅ１は、車載用のバッテリと前照灯スイッチの直列回路で構成されており、前照灯スイッチをＯＮすると、点灯装置２０ａ，２０ｂにＤＣ電源が供給されて光源負荷５ａ，５ｂが点灯する。本発明の点灯装置や前照灯を搭載することにより、上述の各実施形態で述べた効果を有する車両を実現することが可能となる。すなわち、電源電圧低下時にも回路破壊することなく安定に点灯可能な前照灯や車輌を実現可能となる。

（実施形態１０）
図２４に、点灯装置をＡＣ電源に接続するためのＡＣ／ＤＣ変換部２５の一例を示す。入力コンデンサＣと、フィルタコイルＴｆ、インダクタＬｆ、コンデンサＣｆはスイッチングノイズ除去用のローパスフィルタを構成している。ダイオードブリッジＤＢによりＡＣ電源Ｖｓを全波整流し、コンデンサＣ２に得られる脈流電圧をインダクタＬ１、スイッチング素子Ｑ２、ダイオードＤ２、平滑コンデンサＣ３よりなる昇圧チョッパ回路により平滑化してＤＣ電源を得ている。これにより、ＡＣ電源に接続可能な点灯装置を実現でき、かつＡＣ／ＤＣ変換部２５の出力が低下した場合にも回路破壊することなく安定に点灯可能な点灯装置を実現することが可能となる。

上述のＡＣ／ＤＣ変換部２５を用いて実現した、ＡＣ電源に接続する場合のＨＩＤ照明器具（図２５）とＬＥＤ照明器具（図２６）を示す。図２６のＬＥＤモジュール５０は、複数のＬＥＤを直列接続または並列接続したモジュールである。器具本体２７はＡＣ／ＤＣ変換部２５とＨＩＤ点灯装置２０’またはＬＥＤ点灯装置２０を内蔵している。本発明の点灯装置を用いることにより、光源及び点灯装置が破壊することなく安全な照明器具を実現することが可能となる。

本実施形態では、ＡＣ／ＤＣ変換部２５を昇圧チョッパとしたが、ダイオードブリッジとコンデンサにより構成してもよい。また、点灯装置のＤＣ／ＤＣコンバータ１をフライバック回路を用いて記載したが、昇圧チョッパや降圧チョッパもしくはオートトランスやＣｕｋｅ回路といった昇降圧チョッパ等、どのような回路構成を用いても良いことは言うまでもない。

１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３ 電圧検出回路
４ 電流検出回路
５ 負荷（半導体光源）
７ 電源検出回路
１０ マイコン（制御部）
１６ 時間計測部

Claims (15)

1. ＤＣ電源を受けて前記ＤＣ電源を負荷が必要とする出力へ変換するコンバータと、
   前記出力の電圧もしくはそれに相当する値を検出する電圧検出部と、
   前記出力の電流もしくはそれに相当する値を検出する電流検出部と、
   前記電圧検出部及び／又は電流検出部の検出値により、コンバータを制御する制御部とから構成される点灯装置において、
   前記ＤＣ電源の電圧値もしくはそれに対応する値を検出する電源電圧検出部を有し、前記制御部は電源電圧が低くなると、経過時間に応じて出力を低減し、出力低減後に電源電圧が上昇した場合、経過時間に応じて出力を上昇するものであって、出力を上昇するときの変化傾きは、出力を低減するときの変化傾き以下であることを特徴とする点灯装置。
2. 前記制御部は、経過時間が長くなるほど出力の低減量を大きくすることを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
3. 前記制御部は、電源電圧に応じて低減する下限出力値を設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の点灯装置。
4. 前記下限出力値は、負荷が消灯する出力であることを特徴とする請求項３記載の点灯装置。
5. 前記制御部は、電源電圧低下に応じて瞬時に出力電力を低減し、その後、経過時間に応じて出力を低減することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の点灯装置。
6. 前記制御部は、電源電圧が低いほど、経過時間に応じて出力を低減する速度を速くすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の点灯装置。
7. 前記制御部は、電源電圧が低い状態が所定時間連続すると出力を停止することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の点灯装置。
8. 前記所定時間は、電源電圧が低いほど短いことを特徴とする請求項７記載の点灯装置。
9. 前記制御部は、出力低減により負荷が消灯した場合、点灯装置の安全が確認できるまで出力停止状態を保持することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の点灯装置。
10. 前記点灯装置の安全が確認できるまでとは、操作者が電源スイッチをＯＦＦするまでであることを特徴とする請求項９記載の点灯装置。
11. 前記点灯装置の安全が確認できるまでとは、動作停止後、所定時間が経過するまでであることを特徴とする請求項９記載の点灯装置。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載の点灯装置において、負荷は高輝度放電灯であり、前記制御部は、ＤＣ電源の投入後、数十秒間は定格電力の略倍以上の最大電力を投入し、前記最大電力を電源電圧に応じて低減することを特徴とする高輝度放電灯点灯装置。
13. 請求項１〜１１のいずれかに記載の点灯装置において、負荷は半導体光源であることを特徴とする半導体光源点灯装置。
14. 請求項１〜１１のいずれかに記載の点灯装置、または請求項１２記載の高輝度放電灯点灯装置、または請求項１３記載の半導体光源点灯装置を搭載した前照灯。
15. 請求項１４記載の前照灯を搭載した車輌。

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