JP5491781B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、放電灯点灯装置に関するものである。

従来から、メタルハライドランプなどの放電灯を点灯させる放電灯点灯装置が提供されている（例えば、特許文献１参照）。この種の放電灯点灯装置では、放電灯が消灯した状態から放電灯の点灯を開始させる際に、放電灯において放電を開始させるような電力を放電灯に出力する始動動作が行われる。

放電灯は自動車の前照灯としても用いられ、このような放電灯を点灯させる車載用の放電灯点灯装置は、自動車のバッテリーを電源とすることになる。

特開平８−２５５６９０号公報

放電灯点灯装置では、電源電圧が低下した場合に、放電灯への出力電圧の低下による立ち消えが発生することがある。

特に、上記のような車載用の放電灯点灯装置では、エンジンの始動時に、セルモーターによって電力が消費されることによる電源電圧の低下が発生しやすく、従って、上記のような放電灯の立ち消えが発生しやすい。また、近年では、燃料の節約や二酸化炭素排出量の削減の観点から、信号待ち等の一時停止中にもエンジンを停止させること（いわゆるアイドリングストップ）が推奨されており、自動車に搭載され停車を検出して自動的にエンジンを停止させるアイドリングストップ装置も提供されている。そして、このようなアイドリングストップを実践する場合には上記のような立ち消えが発生する頻度が高くなる。

そこで、放電灯点灯装置には、立ち消えが発生した場合であっても再点灯が可能なように、放電灯が点灯状態か消灯状態かを判定する点灯判定回路を備え、放電灯が立ち消えて消灯状態となったことが点灯判定回路によって検出されたときには再度の始動動作を行うものがある。

しかしながら、放電灯が寿命末期であって且つ電源電圧が低下している場合、始動動作が行われても点灯が維持できないので、上記のような始動動作の繰り返しにより、放電灯が点滅することになる。このような点滅が自動車の前照灯において発生すると、対向車を幻惑してしまう。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、放電灯の寿命末期時の点滅が避けられる放電灯点灯装置を提供することにある。

請求項１の発明は、外部から入力された直流電力を交流電力に変換して放電灯に出力する電源部と、電源部の出力電圧と出力電流との少なくとも一方を検出する出力検出回路と、出力検出回路によって検出された出力電圧と出力電流との少なくとも一方に基いて電源部に接続された放電灯が寿命末期か否かを判定する寿命判定回路と、出力検出回路によって検出された出力電圧と出力電流との少なくとも一方に基いて電源部に接続された放電灯の立ち消えを検出する立ち消え検出回路と、電源部への入力電圧が低下した電源電圧低下状態か否かを判定する入力低下判定回路と、立ち消え検出回路によって立ち消えが検出されたときに放電灯の始動用の電力を出力するように電源部を制御する始動動作を行う制御回路とを備え、制御回路は、寿命判定回路によって放電灯が寿命末期であると判定されていて、且つ、入力低下判定回路によって電源電圧低下状態が判定されている期間内に、立ち消え検出回路によって立ち消えが検出された場合、始動動作を行うことなく電源部から放電灯への電力の出力を停止させる。

この発明によれば、放電灯の寿命末期時の電源電圧低下状態では始動動作が開始されないことにより、放電灯の点滅の発生が抑えられる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、制御回路は、寿命判定回路によって放電灯が寿命末期であると判定されていて、且つ、入力低下判定回路によって電源電圧低下状態が判定されている期間には、電源部から放電灯に出力される電力の周波数を低下させることを特徴とする。

この発明によれば、電源部の出力の周波数の低下により電源部の出力電圧のゼロクロスが減少し、放電灯への出力電力が増加することで、立ち消えの発生が抑えられる。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、入力低下判定回路は、電源部への入力電圧の低下速度が所定の判定速度を上回ったタイミングから所定の判定時間が経過するまでの期間には電源電圧低下状態であると判定し、その他の期間には電源電圧低下状態ではないと判定するものであって、判定時間は０．１秒以下であることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、制御回路は、寿命判定回路によって放電灯が寿命末期であると判定されていて、且つ、入力低下判定回路によって電源電圧低下状態が判定されている期間内に、立ち消え検出回路によって立ち消えが検出された場合、始動動作を行うことなく電源部から放電灯への電力の出力を停止させるので、放電灯の寿命末期時の電源電圧低下状態では始動動作が開始されないことにより、放電灯の点滅の発生が抑えられる。

請求項２の発明によれば、制御回路は、寿命判定回路によって放電灯が寿命末期であると判定されていて、且つ、入力低下判定回路によって電源電圧低下状態が判定されている期間には、電源部から放電灯に出力される電力の周波数を低下させるので、電源部の出力の周波数の低下により電源部の出力電圧のゼロクロスが減少し、放電灯への出力電力が増加することで、立ち消えの発生が抑えられる。

本発明の実施形態における制御回路の動作を示す流れ図である。 同上を示す回路ブロック図である。 同上において寿命判定回路によって寿命末期ではないと判定されている場合の直流電源部への入力電圧Ｖｉｎと交流電源部の出力電流ＩＬＡと直流電源部の出力電圧との時間変化の一例を示す説明図である。 同上において寿命判定回路によって寿命末期であると判定されている場合の直流電源部への入力電圧Ｖｉｎと交流電源部の出力電流ＩＬＡと直流電源部の出力電圧との時間変化の一例を示す説明図である。 同上の変更例における制御回路の動作を示す流れ図である。 図５の例において直流電源部への入力電圧Ｖｉｎと交流電源部の出力電流ＩＬＡとの時間変化の一例を示す説明図である。 図５の例において直流電源部への入力電圧Ｖｉｎと交流電源部の出力電流ＩＬＡとの時間変化の別の例を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

本実施形態は、図２に示すように、前照灯として用いられる放電灯Ｌａを点灯させる車載用の放電灯点灯装置１であって、外部の電源であるバッテリーＥから入力された直流電力を変換した直流電力を出力する直流電源部２と、直流電源部２が出力した直流電力を交流電力に変換して放電灯ＦＬに出力する交流電源部３と、直流電源部２と交流電源部３とをそれぞれ制御する制御部４と、交流電源部３と放電灯ＦＬとの間に介在して放電灯ＦＬの始動時に必要な高電圧を発生させる始動部５とを備える。すなわち、直流電源部２と交流電源部３とが請求項における電源部を構成している。

さらに、本実施形態には、ノイズ対策として、いわゆるアクロスザラインコンデンサ（Ｘキャパシタ）Ｃｘが複数個所に適宜設けられているほか、バッテリーＥと直流電源部２との間にはインダクタＬ０とコンデンサＣ０とで構成されたＬＣフィルタからなる入力フィルタ部６が設けられている。入力フィルタ部６においてコンデンサＣ０の一端であってインダクタＬ０に接続されていない一端は、バッテリーＥの低電圧側の出力端とともにグランドに接続されている。

直流電源部２は、それぞれ一端が入力フィルタ部６のインダクタＬ０を介してバッテリーＥの高電圧側の出力端に接続されるとともに他端がスイッチング素子Ｑ０を介してグランドに接続された２本の一次巻線を有するトランスＴ１と、カソードが検出用抵抗Ｒｄを介してグランドに接続されるとともにアノードがトランスＴ１の二次巻線の一端に接続された第１ダイオードＤ１と、トランスＴ１の二次巻線の他端に一端が接続された出力コンデンサＣ１と、出力コンデンサＣ１の他端にアノードが接続されるとともに抵抗Ｒ１が並列に接続された第２ダイオードＤ２と、一端が第２ダイオードＤ２のカソードに接続されるとともに他端がグランドに接続された抵抗Ｒ２，Ｒ３とを備え、出力コンデンサＣ１と第２ダイオードＤ２と２個の抵抗Ｒ１〜Ｒ３との回路の両端間を出力端とする、周知のいわゆるフライバックコンバータである。制御部４は、直流電源部２のスイッチング素子Ｑ０を周期的にオンオフ制御するＤＣ駆動回路４２を備える。ＤＣ駆動回路４２は、例えば後述する電圧検出回路４４ａの出力と電流検出回路４４ｂの出力とに基いて、直流電源部２の出力電圧を所定の目標電圧とするようなフィードバック制御により、スイッチング素子Ｑ０のオンデューティを決定する。

交流電源部３は、２個ずつのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の直列回路が直流電源部２の出力端間に互いに並列に接続されてなり各直列回路のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の接続点を出力端とする、周知のいわゆるフルブリッジ形のインバータ回路である。制御部４は、交流電源部３において互いに対角に位置するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４同士が同時にオンされ且つ互いに直列に接続されたスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４同士が交互にオンオフされるように交流電源部３の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をそれぞれ周期的にオンオフ駆動するＡＣ駆動回路４３を備え、これによって放電灯ＦＬへの出力電流ＩＬＡは図３に示すように矩形波状の交流電流となる。

ここで、直流電源部２のトランスＴ１には一端がグランドに接続された３次巻線が設けられており、始動部５は、直流電源部２のトランスＴ１の３次巻線の他端に接続されていて、この３次巻線に誘導された電力を電源とする。詳しく説明すると、始動部５は、一端が第３ダイオードＤ３と抵抗Ｒ４，Ｒ５とを介して直流電源部２のトランスＴ１の３次巻線の上記他端に接続されるとともに他端が放電灯ＦＬの一端に接続された始動用コンデンサＣ２と、一次巻線とスパークギャップＳＧとの直列回路が始動用コンデンサＣ２に並列に接続され、二次巻線と放電灯ＦＬとの直列回路が交流電源部３の出力端間に接続されたパルストランスＰＴとを備える。始動時の始動部５の動作を説明する。トランスＴ１の各一次巻線にそれぞれ電流が流れ始めると、トランスＴ１の３次巻線に誘導された電圧により始動用コンデンサＣ２が充電され、始動用コンデンサＣ２の両端電圧が上昇してスパークギャップＳＧに放電が発生する。すると、パルストランスＰＴの１次巻線に電流が流れ、パルストランスＰＴの２次巻線に誘導された電圧が交流電源部３の出力電圧に重畳された高電圧が放電灯ＦＬに出力され、この高電圧によって放電灯ＦＬが始動する。また、放電灯ＦＬの始動時には、ＤＣ駆動回路４２は一時的に直流電源部２の出力電圧の目標値を高くするという始動動作を行う。

なお、回路構成および始動動作の内容はそれぞれ適宜変更可能である。例えば、直流電源部２はブーストコンバータやバックコンバータといた他の周知の直流電源回路に変更可能である。また、始動部５を設ける代わりに、交流電源部３を、直流電源部２の出力端間に接続された２個のスイッチング素子の直列回路からなるスイッチング部（図示せず）と、この２個のスイッチング素子の一方の両端間に接続されて放電灯ＦＬとともに共振回路を構成する共振部とからなる、周知のいわゆるハーフブリッジ形のインバータ回路としてもよい。この場合、始動動作は、スイッチング部のスイッチング素子を交互にオンオフする周波数を上記共振回路の共振周波数に近い周波数とすることで放電灯ＦＬに始動用の高電圧を印加するといった動作になる。

また、制御部４は、バッテリＥから直流電源部２への入力電圧Ｖｉｎ（つまりバッテリＥの出力電圧）が低下した電源電圧低下状態か否かを判定する入力低下判定回路４１を備える。入力低下判定回路４１は、電源電圧低下状態ではないと判定されている期間には入力電圧Ｖｉｎを正常時の入力電圧（以下、「正常電圧」と呼ぶ。）Ｖ１よりも低い所定の低下電圧Ｖ３（図３参照）と比較し、入力電圧Ｖｉｎが低下電圧Ｖ３以下となったときに、判定結果を電源電圧低下状態であるとする。また、入力低下判定回路４１は、電源電圧低下状態であると判定されている期間には入力電圧Ｖｉｎを低下電圧Ｖ３よりも高く正常電圧Ｖ１よりも低い所定の復帰電圧Ｖ４（図３参照）と比較し、入力電圧Ｖｉｎが復帰電圧Ｖ４以上となったときに、判定結果を電源電圧低下状態ではないとする。つまり、入力低下判定回路４１は、電源電圧低下状態ではないと判定されている状態で入力電圧Ｖｉｎが低下電圧Ｖ３まで低下したタイミングｔ１（図３参照）から入力電圧Ｖｉｎが復帰電圧Ｖ４まで上昇するタイミングｔ６（図３参照）までの期間には電源電圧低下状態であると判定し、それ以外の期間には電源電圧低下状態ではないと判定する。

さらに、制御部４は、直流電源部２の出力電圧（つまり交流電源部３から放電灯ＦＬへの出力電圧の絶対値）Ｖｄｃを検出する電圧検出回路４４ａと、検出用抵抗Ｒｄの両端電圧に基いて直流電源部２の出力電流（つまり交流電源部３から放電灯ＦＬへの出力電流ＩＬＡの絶対値）を検出する電流検出回路４４ｂとを備える。すなわち、電圧検出回路４４ａと電流検出回路４４ｂとが請求項における出力検出回路を構成している。また、制御部４は、放電灯ＦＬの立ち消えを検出する立ち消え検出回路４５と、放電灯ＦＬが寿命末期か否かを判定する寿命判定回路４６と、入力低下判定回路４１による判定結果と立ち消え検出回路４５による立ち消えの検出と寿命判定回路４６による判定結果とに基いてＤＣ駆動回路４２とＡＣ駆動回路４３とをそれぞれ制御する制御回路４７とを有する。

立ち消え検出回路４５による立ち消えの検出と、寿命判定回路４６による判定とは、それぞれ、電圧検出回路４４ａによって検出された出力電圧と電流検出回路４４ｂによって検出された出力電流との少なくとも一方に基いて行われる。例えば、立ち消え検出回路４５による立ち消えの検出は、電圧検出回路４４ａによって検出された出力電圧が所定の立ち消え電圧Ｖｔｈ（図３参照）以上となったときに行ってもよいし、電流検出回路４４ｂによって検出された出力電流が所定の閾値未満となったときに行ってもよいし、出力電流による検出と出力電圧による検出との論理積または論理和によって行ってもよい。また、寿命判定回路４６は、電圧検出回路４４ａによって検出された出力電圧が所定の閾値を上回ったときに寿命末期を判定するものであってもよいし、電流検出回路４４ｂによって検出された出力電流が所定の閾値を下回ったときに寿命末期を判定するものであってもよいし、出力電流による判定と出力電圧による判定との論理積または論理和によって寿命末期を判定するものであってもよい。また、放電灯ＦＬの寿命末期時にはフィラメント間でエミッタ量等に差が生じることで交流電源部３の出力の極性毎の電流値の差（いわゆる非対称電流）が発生するので、この非対称電流が所定の閾値を上回ったときに寿命判定回路４６が寿命末期を判定するような構成としてもよい。

以下、制御回路４７の動作を、図１を用いて説明する。制御回路４７は、電源が投入されて始動すると（Ｓ１）、まず、動作に用いる各パラメータを初期化し（Ｓ２）、その後、放電灯ＦＬを始動させる始動動作を開始する（Ｓ３）。本実施形態における始動動作は、図３においてｔ６〜ｔ７に示すように、ＤＣ駆動回路４２における直流電源部２の出力電圧の目標値を所定時間にわたって高くするものである。この期間内に、始動部５が発生させる高電圧により放電灯ＦＬが始動する。次に、制御回路４７は、ＤＣ駆動回路４１における直流電源部２の出力電圧の目標値を始動動作中よりも低下させた定常動作に移行する（Ｓ４）。制御回路４７は定常動作中には入力低下判定回路４１の判定結果と立ち消え検出回路４５の出力と寿命判定回路４６の判定結果とを監視し（Ｓ５〜Ｓ８）、立ち消え検出回路４５によって立ち消えが検出されるまでは定常動作を継続する（Ｓ７又はＳ８でＮ）。そして、入力低下判定回路４１による判定結果が電源電圧低下状態ではない、又は、寿命判定回路４６による判定結果が寿命末期ではない状態で、立ち消え検出回路４５によって立ち消えが検出されると（Ｓ７でＹ）、ステップＳ２に戻って放電灯ＦＬの再度の始動を試みる。

一方、入力低下判定回路４１による判定結果が電源電圧低下状態であって、且つ、寿命判定回路４６による判定結果が寿命末期である状態で、立ち消え検出回路４５によって立ち消えが検出されると（Ｓ８でＹ）、上記のような再度の始動を試みることなく、直流電源部２の出力と交流電源部３の出力とをそれぞれ停止させるように（例えば各スイッチング素子Ｑ０〜Ｑ４をそれぞれオフ状態に維持するように）ＤＣ駆動回路４２とＡＣ駆動回路４３とをそれぞれ制御する（Ｓ９）。

寿命判定回路４６によって寿命末期ではないと判定されている場合における動作を図３に示す。図３の例では、入力電圧Ｖｉｎが低下電圧Ｖ３に低下した時点ｔ１から復帰電圧Ｖ４まで上昇した時点ｔ６まで、入力低下判定回路４１により電源電圧低下状態であると判定されている。この期間ｔ１〜ｔ６内において、放電灯ＦＬの電極の温度の低下による出力電流ＩＬＡの低下およびこれに伴う直流電源部２の出力電圧Ｖｄｃの上昇ｔ２〜ｔ３，ｔ４〜ｔ５が２回発生している。そして、直流電源部２の出力電圧Ｖｄｃが立ち消え電圧Ｖｔｈに達したタイミングｔ５に、立ち消え検出回路４５によって立ち消えが検出され、これにより初期化ｔ５〜ｔ６と始動動作ｔ６〜ｔ７とが行われている。初期化ｔ５〜ｔ６中には、ＤＣ駆動回路４２による直流電源部２の駆動とＡＣ駆動回路４３による交流電源部３の駆動とがそれぞれ停止されている。そして、始動動作の終了時ｔ７に放電灯ＦＬの再点灯により出力電流ＩＬＡが再び流れ始めている。

寿命判定回路４６によって寿命末期であると判定されている場合における動作を図４に示す。図３の動作との違いとして、立ち消え検出回路４５によって立ち消えが検出されたタイミングｔ５以降は直流電源部２の動作と交流電源部３の動作とがそれぞれ停止されており、初期化も始動動作も行われていない。

上記構成によれば、放電灯ＦＬの寿命末期時の電源電圧低下状態では始動動作が開始されないことにより、放電灯ＦＬの点滅の発生が抑えられる。

なお、図５にステップＳ１０として示すように、寿命判定回路４６によって寿命末期であると判定されていて、且つ、入力低下判定回路４１によって電源電圧低下状態であると判定されている期間には、交流電源部３の出力の周波数（以下、「動作周波数」と呼ぶ。）ｆを、上記以外の期間での動作周波数ｆ１よりも低い周波数ｆ２としてもよい。例えば、図６に示す期間ｔ１〜ｔ８のように、交流電源部３において互いに対角に位置する一方の組のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４をオンし他方の組のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をオフした状態を維持して放電灯ＦＬに直流電力が出力されるように（すなわち動作周波数ｆを０Ｈｚにするように）制御回路４７がＡＣ駆動回路４３を制御する。この構成を採用すれば、動作周波数を低くしない場合に比べ、上記期間には出力電流ＩＬＡのゼロクロスが減少することにより、放電灯ＦＬに出力される電力が増加し、従って立ち消えが発生しにくくなる。

また、入力低下判定回路４１は、図７に示すように、検出された入力電圧Ｖｉｎの低下速度（単位時間当たりの低下幅）が所定の判定速度を上回ったタイミングｔ１から所定の判定時間（例えば０．１秒）が経過するタイミングｔ９に至るまでの期間（以下、「低下判定期間」と呼ぶ。）Ｔ１に電源電圧低下状態であると判定し、その他の期間には電源電圧低下状態ではないと判定するものであってもよい。図７の例では、入力電圧Ｖｉｎが、正常電圧Ｖ１から低下した後、所定の上側電圧Ｖ２と低下電圧Ｖ３との間で細かな変動を繰り返しているが、このように発生しうる細かな変動によっては低下判定期間Ｔ１が開始されてしまうことがないように、且つ、数十マイクロ秒程度で入力電圧Ｖｉｎが正常電圧Ｖ１（例えば１６Ｖ）から低下電圧Ｖ３（例えば６Ｖ）に低下した場合には低下判定期間Ｔ１が開始されるように、入力低下判定回路４１における入力電圧Ｖｉｎの低下速度の演算に用いられる単位期間の長さや判定速度はそれぞれ設定されている。上記の判定時間は０．１秒未満であってもよい。

１ 放電灯点灯装置
２ 直流電源部（請求項における電源部）
３ 交流電源部（請求項における電源部）
４１ 入力低下判定回路
４４ａ 電圧検出回路（請求項における出力検出回路）
４４ｂ 電流検出回路（請求項における出力検出回路）
４５ 立ち消え検出回路
４６ 寿命判定回路
４７ 制御回路

Claims (3)

1. 外部から入力された直流電力を交流電力に変換して放電灯に出力する電源部と、
   電源部の出力電圧と出力電流との少なくとも一方を検出する出力検出回路と、
   出力検出回路によって検出された出力電圧と出力電流との少なくとも一方に基いて電源部に接続された放電灯が寿命末期か否かを判定する寿命判定回路と、
   出力検出回路によって検出された出力電圧と出力電流との少なくとも一方に基いて電源部に接続された放電灯の立ち消えを検出する立ち消え検出回路と、
   電源部への入力電圧が低下した電源電圧低下状態か否かを判定する入力低下判定回路と、
   立ち消え検出回路によって立ち消えが検出されたときに放電灯の始動用の電力を出力するように電源部を制御する始動動作を行う制御回路とを備え、
   制御回路は、寿命判定回路によって放電灯が寿命末期であると判定されていて、且つ、入力低下判定回路によって電源電圧低下状態が判定されている期間内に、立ち消え検出回路によって立ち消えが検出された場合、始動動作を行うことなく電源部から放電灯への電力の出力を停止させることを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 制御回路は、寿命判定回路によって放電灯が寿命末期であると判定されていて、且つ、入力低下判定回路によって電源電圧低下状態が判定されている期間には、電源部から放電灯に出力される電力の周波数を低下させることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 入力低下判定回路は、電源部への入力電圧の低下速度が所定の判定速度を上回ったタイミングから所定の判定時間が経過するまでの期間には電源電圧低下状態であると判定し、その他の期間には電源電圧低下状態ではないと判定するものであって、
   判定時間は０．１秒以下であることを特徴とする請求項２記載の放電灯点灯装置。

Images