JP5583816B2 - 放電灯点灯装置、及びこれを用いた車両用前照灯点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、放電灯点灯装置、及びこれを用いた車両用前照灯点灯装置に関するものであり、特に出力端子が地絡状態にある場合の保護制御に関するものである。

バッテリや交流電源を整流平滑して得られる直流電源を放電灯が必要とする電力に変換し、放電灯を安定に点灯させるための電力制御手法として、特開平０８−００８０８７（特許文献１）では、ランプ電圧検出値より放電灯に供給するランプ電流指令値を設定し、ランプ電流検出値との誤差演算量から放電灯点灯回路を構成する電力変換回路の制御量を調整する技術が開示されている。

図１５に示す特開平０７−２９８６１３（特許文献２）では、放電灯へ供給する電力を調整する機能を有する電力変換回路であるＤＣ−ＤＣ変換回路１１からの直流出力をインバータ回路１２にて交番させ交流電力を放電灯に供給させる構成となっており、ランプ電流はＤＣ−ＤＣ変換回路１１の出力端の一端とインバータ回路１２の入力端の一端との接続間に挿入された電流検出抵抗Ｒにて検出を行っている。さらに、電流検出抵抗Ｒの一端が接続されたインバータ回路１２の入力の一端は回路グラウンド（接地）端とし、電流検出抵抗Ｒの他端に生じた電圧信号を電流検出信号とし、指令値との比較を行い、フィードバック回路を介し、ＤＣ−ＤＣ変換回路１１を構成するスイッチング素子Ｑ１のＰＷＭ信号を調整する。このため、放電灯点灯装置の出力端が図１５の破線のように地絡したとしても、地絡電流は地絡点から電源の接地側の端子を介し、必ず電流検出抵抗Ｒを通過してＤＣ−ＤＣ変換回路１１の出力端に至る閉回路を形成するため、地絡電流も含めて制御でき、地絡電流を抑制できる。

さらに、特開平０７−２９８６１３（特許文献２）では図１６のように電流検出抵抗としてＲ１、Ｒ２の２抵抗を接続し、放電灯に供給する電流を、抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列回路で検出し、地絡電流は抵抗Ｒ１を流れるように接続されている。通常点灯時は抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列回路の両端の電圧降下量がランプ電流検出値となるため、差動アンプＡによって検出し、指令信号Ｖｋとの誤差演算を行い、スイッチング素子Ｑ１のＰＷＭ信号を調整する。地絡電流は抵抗Ｒ１のみ流れるが、地絡電流による抵抗Ｒ１での電圧降下は抵抗Ｒ２を介し差動アンプＡに入力されるため、地絡電流を制限できる。しかし、検出抵抗が小さくなるため地絡電流が点灯時のランプ電流より大きくなる欠点がある。

また、特開平０９−０５０８９３（特許文献３）では、電流検出抵抗を図１５と同様の構成で接続し、放電灯点灯装置が始動後、所定時間が経過しても過電流が流れていると、地絡による過電流が流れているものと判断し、放電灯点灯装置を停止させ保護している。

さらに、特開平０８−２５０２８９（特許文献４）では、放電灯点灯装置が動作開始直後、放電灯が未点灯状態にあるときに生じる放電灯点灯装置の出力電圧ないし出力電流が想定範囲を逸脱した場合、すなわち未点灯状態では負荷電流は流れないため、出力電圧は定常点灯状態より高い所定の無負荷２次電圧まで上昇するが、無負荷電圧に上昇すると想定される所定期間内に負荷電流が所定値以上流れる場合や、無負荷電圧に上昇すると想定される所定期間内に所定電圧に上昇しない場合などは出力端が地絡しているものとみなし、停止することで放電灯点灯装置を保護するものである。

特開平０８−００８０８７号公報 特開平０７−２９８６１３号公報 特開平０９−０５０８９３号公報 特開平０８−２５０２８９号公報

特開平０７−２９８６１３（特許文献２）、特開平０９−０５０８９３（特許文献３）の例では、地絡してもその電流がランプ電流検出回路にて検出できる。このとき、地絡部分のインピーダンスが低い状態の地絡であれば、過電流が流れて地絡が発生したと判断できるが、地絡部の炭化などによりある程度のインピーダンスを有している場合、過電流が流れず保護できない。また、流れている電流が、負荷に流れている電流なのか地絡電流なのかが判別できない。このため、過電流が流れていても地絡電流か短絡電流か、あるいは放電灯が冷えている状態で低ランプ電圧であることでランプ電流が多い状態なのか区別がつきにくい欠点がある。

また、特開平０８−２５０２８９（特許文献４）の例では、動作開始直後の放電灯が消灯状態における、出力電圧や出力電流の挙動が通常状態から逸脱していれば地絡していると判断する。このため、動作開始直後の放電灯が消灯状態における無負荷電圧の出力極性が一方の極性に固定されている場合、出力の一方の極性での地絡は検出できても他方の極性の地絡は検出できない。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、点灯装置の出力端がある程度のインピーダンスを有して地絡したとしても、確実に検出し、停止などの保護動作を行い、点灯装置の破損を防止することを課題とする。さらに、出力端子のどちらが短絡したとしても確実に地絡検出して保護を可能とすることを課題とする。

本発明の一局面に係る放電灯点灯装置は、上記の課題を解決するために、図１に示すように、電源Ｅが接続される入力端と少なくともランプＬａを含む負荷回路が接続される出力端とが直流的に絶縁された構成を有し、ランプＬａが必要とする電力調整機能を有する電力変換回路１１と、該電力変換回路１１の出力端に設けられた出力検出手段と、該出力検出手段の検出結果に基づき前記電力変換回路１１の出力を調整する制御回路Ｓとを備える照明点灯装置であって、前記電力変換回路１１の出力の一端は第一の電流検出手段１を介してランプＬａを含む負荷回路の一端に接続され、前記電力変換回路１１の入力の一端は第二の電流検出手段２を介して前記負荷回路の一端に接続され、前記出力検出手段は、前記第一の電流検出手段１と第二の電流検出手段２の検出出力の合成信号を出力電流検出結果とし、負荷端が地絡した際に、前記入力の一端から前記第一の電流検出手段１と第二の電流検出手段２を介して前記出力の一端に地絡電流が流れる電流経路を形成し、前記地絡電流による前記第一の電流検出手段１の検出信号と第二の電流検出手段２の検出信号が加極性であり、図９に示すように、前記電力変換回路１１は直流電圧を出力し、前記負荷回路は、少なくとも前記電力変換回路１１から出力される直流電圧を交番電圧出力に変換するインバータ回路１２と、該インバータ回路１２から出力される交番電圧によって点灯する放電灯負荷Ｌａを有し、前記出力検出手段は、該インバータ回路１２の出力電圧を直接的あるいは間接的に検出したインバータ出力電圧検出値Ｖ２を出力し、前記制御回路Ｓは、図１０に示すように、前記インバータ回路１２の出力極性のうち一方の極性のインバータ出力電圧検出値Ｖ２のレベルが第一の所定値Ｖｆ以上である状態が所定時間Ｔｓ１にわたり維持された場合、保護動作を行うことを特徴とする。

上記構成において、第二の電流検出手段２の検出ゲインは、第一の電流検出手段１の検出ゲインの少なくとも３倍としたことを特徴とする。

上記構成において、前記制御回路Ｓは、図１１、図１２に示すように、放電灯Ｌａが放電状態から意図しない放電停止に至ったとき、インバータ出力電圧検出値Ｖ２のレベルが第二の所定値Ｖｏｐを超えないように前記電力変換回路１１を制御し、前記第二の所定値Ｖｏｐは前記第一の所定値Ｖｆより大きく、前記インバータ出力電圧検出値Ｖ２のレベルが両極性で第一の所定値Ｖｆ以上である状態が少なくとも一周期の期間Ｔｆにわたり維持していることを検出または等価的に判定した場合、インバータ出力電圧検出値Ｖ２のレベルが第二の所定値Ｖｏｐを超える第三の所定値Ｖｏｖを超えない制御へと切換える機能を有することを特徴とする。

上記構成において、前記制御回路Ｓは、図１２に示すように、放電灯Ｌａを放電開始させる場合は放電開始前の消灯時のインバータ出力電圧検出値Ｖ２のレベルが前記第三の所定値Ｖｏｖを超えないように前記電力変換回路１１を制御することを特徴とする。

上記構成において、前記電力変換回路１１の出力の一端が他端に比較して電位が高いことを特徴とする（図６、図７、図９）。

上記構成において、前記電力変換回路１１の出力の一端が他端に比較して電位が低いことを特徴とする（図４）。

上記構成において、保護動作は前記電力変換回路１１の動作を停止させることを特徴とする。

本発明の他の局面に係る車両用前照灯点灯装置は、前記放電灯点灯装置を用いた車両用前照灯点灯装置である（図１３）。

本発明によれば、ランプを含む負荷回路が接続される出力端子のどちらが地絡しても、地絡状態がある程度のインピーダンスを有していたとしても、地絡電流による第一の電流検出手段の検出信号と第二の電流検出手段の検出信号が加極性であることにより、ランプへの供給電力を確実に低減することが出来る。特に、ランプが放電灯である場合には、地絡によるランプへの供給電力の不足で放電灯が消灯する条件であれば確実に地絡検出と保護停止を可能とすることができる。

本発明の実施形態１の基本構成を示すブロック回路図である。 本発明の実施形態１の一変形例を示すブロック回路図である。 本発明の実施形態１の他の変形例を示すブロック回路図である。 本発明の実施形態２の具体的な回路構成を示す回路図である。 本発明の実施形態２の動作波形図である。 本発明の実施形態３の具体的な回路構成を示す回路図である。 本発明の実施形態３の一変形例を示す回路図である。 本発明の実施形態３の動作波形図である。 本発明の実施形態４の具体的な回路構成を示す回路図である。 本発明の実施形態４の動作波形図である。 本発明の実施形態４の動作波形図である。 本発明の実施形態４の動作説明のためのフローチャートである。 本発明の実施形態５の前照灯点灯装置の概略構成図である。 本発明の実施形態５の前照灯点灯装置を装着した車両を示す斜視図である。 従来例１の回路図である。 従来例２の回路図である。

（実施形態１）
図１は本発明の基本的な実施形態を示すブロック図である。放電灯点灯装置１０を構成する電力変換回路１１は、電源Ｅを接続する入力側端子と出力側端子の間でトランスなどによって直流的に絶縁された構造であり、電力変換回路１１の出力端には出力検出手段として、電流検出手段１と電流検出手段２が設けられており、その電流検出出力に基づいて出力電流制御回路Ｓによって電力変換回路１１の出力が調整される。電力変換回路１１の出力端に設けられた出力検出手段のうち、電力変換回路１１の出力端の一端には電流検出手段１が設けられ、ランプ電流などの出力電流を検出する。

図１の構成では、実際の負荷である放電灯Ｌａを含めて、放電灯Ｌａに印加する電圧極性を交番するための極性反転用インバータ回路１２以降を負荷回路とし、入力側と出力側が直流的に絶縁された電力変換回路１１から出力される直流出力を負荷回路に供給するものである。電力変換回路１１の出力の一端は電流検出手段１を介して負荷回路の一端に接続し、電力変換回路１１の出力の他端は負荷回路の他端に接続されている。また、負荷回路の一端は電力変換回路１１の入力端の一方の端子に電流検出手段２を介して接続されている。図１では電源Ｅの二端子のうち接地された端子に接続された入力端子と負荷回路の一端が電流検出手段２を介して接続された構成となっているが、接続端は電源が接地されている方、いない方のどちらかに限るものではない。また、電源端子のうち電位の高い端子、低い端子のどちらかに限るものではない。さらに、電力変換回路１１の出力極性は図示した極性に限るものではない。

出力電流制御回路Ｓは、電流検出手段１および２にて検出した電流検出出力を合成することで得られた検出信号によって電力変換回路１１の出力調整を行う。正常状態では負荷回路に供給される電流は電流検出手段１によって検出される。電力変換回路１１は直流的に入力側と絶縁されているので、電流検出手段２に電流は流れず検出されないため、出力調整は主に電流検出手段１の検出結果によって行われる。

放電灯Ｌａの負荷端が地絡すると、地絡電流は地絡部から電源の接地端を介し電流検出手段２および電流検出手段１を通って電力変換回路１１の出力に至る電流経路を形成する。電流検出手段１、２にて検出した地絡検出信号が加極性で合成されるように構成することで、出力電流制御回路Ｓは、電流検出手段１および２にて検出した電流検出出力を合成して得られた検出信号に応じて電力変換回路１１の出力調整を行うことにより、正常点灯状態での出力電流より地絡状態での負荷電流を小さくすることが可能となる。

電流検出手段２の検出ゲインを電流検出手段１の検出ゲインより大きくすることで、地絡部の地絡抵抗が大きく地絡電流が小さくても電流検出出力信号の合成値は大きくなり、出力電流制御回路Ｓは電力変換回路１１からの出力が大きくなっているとみなし、出力を低減させることで地絡電流をより抑制することが可能となる。このように、地絡検出時には電力変換回路１１の出力を所定値に切替えることで、過大な地絡電流を抑制し、点灯装置の破損を防止することが可能となる。また、地絡時のストレスを抑制することで破損防止のための回路素子の耐量増を防止し、コストを低減できる。

図１では、電力変換回路１１の出力に極性反転用インバータ回路１２を介して放電灯Ｌａを接続しているが、インバータ回路１２は必須ではなく、図２の例では、電力変換回路１１の出力の一端は電流検出手段１を介して負荷であるランプＬａの一端に接続し、電力変換回路１１の出力の他端はランプＬａの他端に接続され、また、ランプＬａの一端は入力端の一方の端子に電流検出手段２を介して接続されている。図１では電力変換回路１１の出力は直流出力を想定していたが、図２では電力変換回路１１の出力は直流出力に限るものではなく交流出力であってもよく、正常時は電流検出手段１のみに出力電流が流れ、地絡電流は電流検出手段１、２の両方に流れ、その合成信号が加極性であれば構成を限定するものではない。

また、負荷に用いられるランプは放電灯に限るものではなく、例えば図３に示す照明点灯装置１０’のように、ランプとしての負荷にＬＥＤを用いたものであってもよい。この場合、電力変換回路１１の出力は直流出力となる。

（実施形態２）
図４に本発明の具体的な実施形態を示す。直流電源ＥからＤＣ−ＤＣ変換回路１１によって放電灯Ｌａが必要とする電圧に電力変換し、該ＤＣ−ＤＣ変換回路１１の直流出力をインバータ回路１２により交番電圧に変換し、放電灯Ｌａに供給する。放電灯Ｌａとしては高輝度放電灯（ＨＩＤランプ）を想定しているため、始動時に高電圧を印加して放電開始させるための始動回路１３がインバータ回路１２の出力と放電灯Ｌａの間に挿入されている。

電力変換回路としてのＤＣ−ＤＣ変換回路１１は、トランス１１１の１次側巻線に電源Ｅがスイッチング素子１１２を介して接続され、電源Ｅからの電流Ｉ１をスイッチング素子１１２にて高周波で断続させ、２次側巻線より昇降圧された電圧をダイオード１１３、コンデンサ１１４にて整流平滑する構成のスイッチングレギュレータを示しているが、入力側、出力側が直流的に絶縁された構成であれば、電力変換回路の回路構成を限定するものではない。

図４ではインバータ回路１２は放電灯Ｌａに供給する電圧極性を変換するためだけの矩形波インバータであるため、ＤＣ−ＤＣ変換回路１１の出力端の出力電流、出力電圧を負荷である放電灯Ｌａのランプ電流Ｉｌａ、ランプ電圧Ｖｌａと略等価として検出し、該検出信号をもとに出力フィードバック制御回路３にて得られるＰＷＭ調整信号によってＤＣ−ＤＣ変換回路１１のスイッチング素子１１２を駆動するＰＷＭ信号を調整することで出力制御し、安定点灯を実現するものである。

ＰＷＭ信号発生回路４は三角波とＰＷＭ調整信号の大小比較結果をＰＷＭ信号としデューティを調整する、いわゆるスイッチモード型のＰＷＭ信号発生回路であっても良いし、所定周期でオンし、ＰＷＭ調整信号に基づいたスイッチング素子電流に達したらオフする、いわゆるカレントモード型のＰＷＭ信号発生回路など、何でも良く、特に限定するものではない。

ＤＣ−ＤＣ変換回路１１の出力の一端（図では低圧側出力端子）は電流検出抵抗Ｒ１の一端に、抵抗Ｒ１の他端はインバータ回路１２の入力一端に接続され、また、同じくインバータ回路１２の入力一端は電流検出抵抗Ｒ２の一端に、抵抗Ｒ２の他端は入力の一端（図では電源Ｅの接地側接続端子）に接続された構成となっている。

出力電流検出は、抵抗Ｒ１とＲ２の両端電圧を検出することで行われる。図では、出力制御回路Ｓは回路グラウンド（ＧＮＤ）を基準とし、回路グラウンドは抵抗Ｒ２の他端としているため、抵抗Ｒ１の一端の電圧を検出することで、抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列回路の両端電圧を検出した構成となる。

正常に放電灯Ｌａが点灯しているとき、ＤＣ−ＤＣ変換回路１１の出力はインバータ回路１２への出力電流Ｉｄが図中のア点からイ点に向かう極性で電流検出抵抗Ｒ１にのみ流れる。ＤＣ−ＤＣ変換回路１１は入力側と出力側とが直流的に絶縁された構成となっているので、電流検出抵抗Ｒ２には電流が流れないから、抵抗Ｒ２での電圧降下はゼロとなり、抵抗Ｒ２の一端（ア点）の電位は回路グラウンド（ＧＮＤ）のレベルとなり、抵抗Ｒ１の一端（イ点）の電圧は抵抗Ｒ１の電圧降下と同じとなる、すなわち、出力電流Ｉｄと抵抗Ｒ１の抵抗値で決まる電圧がランプ電流検出信号となる。

このランプ電流検出信号とランプ電圧に相当するランプ電圧検出信号から求められた指令電流値との誤差演算増幅によりＰＷＭ調整信号を生成し、スイッチング素子１１２のオン、オフ信号を制御することで出力調整する。

ＤＣ−ＤＣ変換回路１１の出力極性が図４の場合、イ点の検出信号レベルは回路グラウンド（ＧＮＤ）のレベルに比べて低く、負電位となるため、図示された構成ではランプ電流検出信号の信号増幅器で反転（ゲイン（−Ｋ）が負表示）させているが、出力フィードバック制御回路３が正負入力可能な構成である場合は必須ではない。

いま、図４に示すように、放電灯点灯装置の出力端（Ａ点）が地絡すると、地絡電流が太矢印線のように流れる。このとき、地絡電流は電流検出抵抗Ｒ１には正常時の出力電流と同じ極性で電流が流れ、電流検出抵抗Ｒ２にはその他端すなわち回路グラウンド（ＧＮＤ）側からア点への極性で流れる。地絡電流による抵抗Ｒ２の電圧降下分だけア点電位は回路グラウンド（ＧＮＤ）のレベルより低下し、イ点電位はア点電位よりさらに地絡電流による抵抗Ｒ１の電圧降下分だけ低下する。すなわち地絡時には、電流検出抵抗Ｒ１、Ｒ２の検出信号がイ点で加極性に合成されて検出されることになる。検出抵抗は、正常時に比べると抵抗Ｒ１より抵抗Ｒ２の分大きくなるため、出力フィードバック制御回路３では出力電流が大きくなったものとみなして、出力を低下させるように動作し、地絡電流を低下させる。これによって、地絡電流による回路の破壊を防止できる。

図４の実施形態では、地絡立消え保護回路６による更なる地絡保護手段を備えている。放電灯Ｌａの一端が地絡したときの動作波形を図５に示す。図５のａ時点で地絡が発生し、判定時間Ｔｓ１を経て、ｂ時点で地絡判定により保護動作に移行している。放電灯負荷の場合、地絡電流が流れることによって出力を抑制する。それによって放電灯が消灯する。地絡時点で消灯しなくても、出力が抑制された状態で出力極性が反転すると出力を急峻に増大できず消灯する。

出力極性がインバータ回路１２によって反転すると、今まで地絡していた極性（図４のＡ点）が、回路グラウンド（ＧＮＤ）のレベルと同等になって地絡電流が流れなくなるが、消灯しているためＤＣ−ＤＣ変換回路１１の出力は無負荷状態になり、ＤＣ−ＤＣ変換回路１１の出力電圧Ｖ２は無負荷開放電圧として設定された上限電圧Ｖｏｖを限度に上昇する。さらに極性反転して地絡側の極性（図４のＡ点）の電圧が上昇すると再び地絡電流が流れる。このとき、ＤＣ−ＤＣ変換回路１１の出力電圧Ｖ２は地絡抵抗Ｒｅに応じた出力電圧Ｖｅ１となる。したがって、図５に示すように、ＤＣ−ＤＣ変換回路１１の出力電圧Ｖ２は、地絡抵抗Ｒｅによる地絡状態の出力電圧Ｖｅ１と無負荷状態のため消灯判定電圧Ｖｆ以上に上昇する状態とがインバータ回路１２の極性反転のたび交互に生じる脈動が大きな波形になる。すなわち、インバータ出力極性の一方が無負荷状態のため消灯していると判定する電圧Ｖｆ以上である状態になった場合、地絡である可能性があると判断することができる。

なお、放電灯負荷の場合、半波放電の状態での出力電圧極性も、図５のような出力電圧波形となる。このため、通常、正常な放電灯において半波放電が解消されると想定される時間Ｔｓ１を超えても一方の出力極性が消灯判定電圧Ｖｆを超えている状態が連続している場合は、地絡しているものとみなし、図５のｂ時点のように停止することでより安全な保護が可能となる。判定時間Ｔｓ１は通常概ね１分以下とする。

図４の地絡立消え保護回路６では、出力半波検出回路６１によって半波状態を検出すると、その半波状態の持続時間をタイマ回路６２により計測し、判定時間Ｔｓ１を越えると、保護信号を出力する。出力半波検出回路６１は、ＤＣ−ＤＣ変換回路１１の出力電圧が消灯判定電圧Ｖｆを超えているか否かをコンパレータＣＭＰ２で判定し、その判定結果を各極性でラッチ回路Ｄ−ＦＦ１、Ｄ−ＦＦ２に保持している。ラッチ回路Ｄ−ＦＦ１、Ｄ−ＦＦ２がコンパレータＣＭＰ２の判定出力をラッチするタイミングは、極性反転直前のタイミングとする。そのために、インバータ回路１２の極性反転指令を出力する低周波駆動信号発生回路５からの極性反転指令信号の立ち上がりと立ち下がりのタイミングでラッチ回路Ｄ−ＦＦ１、Ｄ−ＦＦ２を動作させている。各極性の反転直前の出力電圧が消灯判定電圧Ｖｆを超えているか否かの判定結果をラッチ回路Ｄ−ＦＦ１およびＤ−ＦＦ２に記憶し、ラッチ回路Ｄ−ＦＦ１、Ｄ−ＦＦ２の出力の排他的論理和出力がＨレベルとなったら、出力電圧が一方の極性で無負荷であると判断し、タイマ回路６２を構成するカウンタを動作させる。カウンタは所定の設定値Ｔｓ１を超えるとＯｖｅｒＦｌｏｗ信号を出力し、ラッチ回路ＲＳ−ＦＦ２をリセットし、ＰＷＭ信号出力をＡＮＤゲート４１で停止させることで出力停止し、地絡を保護する。

地絡点（図４のＡ点）が、ある地絡抵抗Ｒｅを有して地絡した場合、その地絡電流が小さくなる。この場合でも確実に地絡を検出するために、抵抗Ｒ２の抵抗値を高く設定することで検出ゲインを大きくし、地絡電流が小さくなっても出力電流を小さくすることで地絡電流そのものを小さくするとともに、放電灯を確実に消灯させることで、地絡状態の検出を確実にする。

地絡の検出を確実にするため、また、地絡時には放電灯を消灯させるために、正常点灯状態のランプ電圧の最低値と想定最大地絡抵抗から想定される地絡保護する最小地絡電流をＩｅ＿ｍｉｎ、放電灯の点灯維持に必要な最小電流をＩｌａ＿ｍｉｎとした場合、抵抗Ｒ２の抵抗値は、Ｒ２≧Ｒ１・｛（Ｉｌａ＿ｍｉｎ／Ｉｅ＿ｍｉｎ）−１｝とするのが望ましい。

通常、高輝度放電灯（ＨＩＤランプ）の場合、定常点灯時のランプ電流の１／３〜１／４で放電灯は消灯してしまうため、抵抗Ｒ２は抵抗Ｒ１の３倍程度以上に設定すると良い。

図４の実施形態で、消灯判別は極性反転直前の出力電圧を判定する手段を用いているが、各極性の電圧が消灯判定電圧を超えているか否かを判定できれば、手段はこれに限るものではない。たとえば、各極性の出力をサンプル／ホールド回路を用いてホールドするものでもよく、インバータ回路１２の極性反転周期より長いカットオフ周期を有するローパスフィルタを用いて、その出力がＶｆ／２を超えた場合、少なくとも一方が消灯していると判断するなどの方法を用いてもよい。また、インバータ回路１２の出力端でランプ電圧を検出してもよい。

あるいは、出力電圧ではなく、出力電流を用いて消灯判別してもよく、地絡により消灯したとき、地絡極性でない極性では無負荷状態となり、電流が流れていないことを検出してもよい。また、地絡により消灯したとき、地絡極性でない極性では無負荷状態となり、出力電圧が高い状態になり、極性反転して地絡極性に遷移したときに急峻で比較的大きなパルス的電流が流れる。このパルス的電流が所定期間連続した場合、地絡したものと判定する手法でもよい。

さらに、地絡判定の確実性を上げるために、上述の出力電圧と出力電流の両方で判定してもよい。また、地絡立消え保護回路６は放電灯寿命末期などにおける半波放電停止機能と兼用化を図ったものであってもよい。

（実施形態３）
図６に第３の実施形態を示す。図６では主回路構成は図４の実施形態と同様な構成となっているが、ＤＣ−ＤＣ変換回路１１の出力端のうち、電流検出抵抗Ｒ１に接続された一端に比べ、他端の電位が低い負電位出力となっている点が、図４との相違点であるが、発明の意図する点は同じである。ＤＣ−ＤＣ変換回路１１の出力電位が変わった場合、出力電流検出抵抗Ｒ１、Ｒ２を流れる電流の極性が図４の実施形態と逆になるため、必然的に検出信号の極性も逆になるが、動作は同様となる。

すなわち、正常点灯時は抵抗Ｒ１のみに電流が流れ、ア点の電位は回路グラウンド（ＧＮＤ）と同電位となる。イ点電位は出力電流による抵抗Ｒ２の電圧降下分だけ高くなる。その電位をランプ電流検出信号として出力制御に利用する。

地絡時は、地絡電流が太矢印線のように流れる。ア点電位は地絡電流による抵抗Ｒ２の電圧降下分だけ高くなり、抵抗Ｒ１には正常時と同極性の地絡電流が流れるため、イ点電位はア点電位よりさらに抵抗Ｒ１の電圧降下分だけ高くなり、ランプ電流検出信号は正常時より大きくなり、出力フィードバック制御回路３は出力を抑制するように動作する。

図６の実施形態では、図４の地絡立消え保護回路６に加え、更なる地絡保護回路７を有している。図４に示す地絡立消え保護回路６はインバータ回路１２の出力の一方の極性が消灯していると、地絡である可能性があると判定して、その状態が所定時間Ｔｓ１にわたり継続したら、停止する保護手法を示していた。

地絡抵抗がごく低い状態で地絡すると、図４の実施形態と同様に放電灯は消灯する。出力極性が反転し、出力電圧Ｖ２が消灯状態判定電圧を超えて上昇し、さらに極性反転するとＤＣ−ＤＣ変換回路１１の平滑コンデンサ１１４に蓄えられた高い電圧の電荷が、地絡点を通って放電する。地絡抵抗が大きい場合は放電電流はある程度抑制できるが、地絡抵抗がごく小さいと、放電電流が非常に大きくなり、回路へのストレスが大きくなる。

そのため、図６の実施形態では、地絡発生時には地絡保護回路７により極性反転動作を停止させる。図８で示す波形のように、ｃ時点で地絡抵抗がごく小さい状態で地絡したとする。地絡電流は検出抵抗Ｒ１、Ｒ２の合成信号によって抑制され、また地絡抵抗が低いため出力電圧も低くなる。出力電圧Ｖ２のレベル（絶対値）が所定電圧Ｖｃより低くなったことをコンパレータＣＭＰ１で判定すると、インバータ回路１２の極性反転指令を出力する低周波駆動信号発生回路５に極性反転停止信号を与えて、低周波駆動信号の極性反転動作を停止させる。同時に、タイマ回路７２を構成するカウンタを動作させる。カウンタは所定の設定値Ｔｓ２を超えるとＯｖｅｒｆｌｏｗ信号を出力し、ラッチ回路ＲＳ−ＦＦ１をリセットし、ＰＷＭ信号出力をＡＮＤゲート４１で停止させることで出力停止し、地絡を保護する。本実施形態では、極性反転動作を停止させることで、地絡状態を維持し、検出を容易にするとともに、地絡していない極性で出力電圧が上昇したのち、出力極性反転した直後に生じる過大な電流を防止できる。

出力電圧Ｖ２が所定電圧Ｖｃ以下となってから所定の判定時間Ｔｓ２の経過後に停止するのは、放電灯が冷却状態で放電開始した直後におけるランプ電圧Ｖｌａはごく低いため、これによる誤停止を防止するためである。通常、判定時間Ｔｓ２は概ね１秒以下とする。

なお、電圧検出レベルである所定電圧Ｖｃは、出力短絡判定電圧と同一レベルとし、出力短絡保護停止機能と兼用化してもよい。

また、地絡電流検出用抵抗Ｒ２の代わりに他のインピーダンス素子を用いてもよい。例えば、図７では、抵抗Ｒ２の代わりにダイオードＤ２を用いた実施形態を示している。この場合、ダイオードＤ２の極性は地絡電流を妨げない極性で接続する。地絡電流が流れると、地絡電流による抵抗Ｒ１の電圧降下分と、ダイオードＤ２の順方向電圧が加極性で重畳された信号が出力電流検出信号としてイ点から検出され、地絡電流を抑制する。

これによって、ア点の電位は回路グラウンド（ＧＮＤ）に対し、最大でもダイオードＤ２の順方向電圧以下となり、出力電圧が高い状態から地絡した瞬間に電流検出部におけるア点電位、電流信号検出点のイ点電位が過大に大きくなりすぎるのを防止し、検出回路など制御回路へのストレスを防止できる。

また、ダイオードＤ２と並列に抵抗を接続し、ア点電位が回路グラウンド（ＧＮＤ）のレベルに対して不用意に浮いてしまわないよう（絶縁状態にならないよう）に電位的により安定化させた構成としてもよい。

本実施形態の保護手法はＤＣ−ＤＣ変換回路１１の出力電位に影響されず、図４の場合も適用可能である。
（実施形態４）
図４、図６の実施形態では、ハードウェアにより本保護制御を実現しているが、図９に示すように出力制御回路Ｓにマイコン８等を用い、その制御ソフトウェアの一部に本発明の地絡保護制御ソフトウェアを組込むことで実現したものでもよい。

また、図９の出力制御回路Ｓでは、ＤＣ−ＤＣ変換回路１１の出力電圧信号を検出し、コンパレータＣＭＰ３により出力電圧が過電圧指令信号電圧を超えると、コンパレータＣＭＰ３から過電圧スイッチング停止信号を出力し、ＰＷＭ信号をＡＮＤゲート４１で停止し、出力電圧がそれ以上上昇しないように制御される機能を付加している。

この機能は図示はしないが、図４、図６の出力制御回路Ｓにも設けられている。通常、過電圧指令信号電圧は無負荷開放電圧の上限電圧Ｖｏｖに設定される。この電圧は、放電灯点灯装置の動作開始直後の消灯時において放電開始を容易にするため点灯時のランプ電圧（たとえば８５Ｖや４０Ｖ）の数倍〜十数倍の電圧（たとえば４００Ｖ）とする。

そのため、図４のような地絡保護手段で図５のような地絡保護動作を行った場合、無負荷状態となる出力極性の電圧は最大Ｖｏｖまで上昇する。実際にはＤＣ−ＤＣ変換回路１１の出力能力により無負荷極性の電圧上昇は図５のような上昇特性となる。さらにインバータ周波数にもよって、無負荷極性から地絡極性に反転する際の電圧が決まる。回路へのストレスを抑制するためには、無負荷極性から地絡極性に反転する際の出力電圧は低い方が良い。そこで、放電灯を始動させる場合の無負荷開放電圧における過電圧指令信号電圧は始動を良くするための電圧Ｖｏｖとし、地絡時はＶｏｖより低い過電圧指令信号電圧に切換える制御を付加する。

具体的には図１０のように点灯後は過電圧指令信号電圧はＶｏｖより低いＶｏｐに設定される。ただし、消灯状態を判定可能とするためにＶｏｐは消灯判定電圧Ｖｆを超える電圧に設定する。これによって、点灯状態から地絡した場合、無負荷極性の電圧が必要以上に上昇するのを防ぎ、地絡時のストレスを抑制できる。

何らかの理由（振動や電源電圧変動などの理由）で放電灯が立ち消えた場合に再放電開始させる場合、出力電圧がＶｏｐレベルでは低く、このままでは始動できない。地絡による立消えでないことを確認するため、図１１に示すようにｇ時点で消灯の後、消灯判定電圧Ｖｆを超えてから、少なくともインバータ回路１２の出力周期Ｔｆ以上の出力電圧が消灯判定電圧Ｖｆ以上であれば、インバータ回路１２の出力極性の両方で無負荷状態と判断され、地絡状態が起きていないとし、立消えが生じたものと判定し、ｈ時点にて過電圧指令信号電圧を放電開始時の無負荷開放電圧の上限指令Ｖｏｖに切換える。

立消え判定手法としてはこれに限るものではなく、一周期の出力電圧が消灯判定電圧Ｖｆを超えれば立消え判定し、過電圧指令信号電圧を切換えてもよい。判定箇所はインバータ回路１２の出力極性反転直前電圧を使用するなど、一周期の状態が無負荷状態であると判別できればよく、また、出力電流検出を利用してもよい。

なお、電源投入時など、最初に放電灯点灯装置を動作開始する場合は最初から過電圧指令信号電圧を放電開始時の無負荷開放電圧の上限指令Ｖｏｖとすることで、放電開始までの時間を短縮できる。

図１２に本実施形態による保護制御を実現する処理のフローチャートを例示する。通常、マイコンなどによる制御は一連の処理ルーチンをループ化して繰返す処理を行っているが、本処理を該ループ内に組込むことで、本実施形態による保護制御を実現することができる。

最初に、出力電圧（Ｖ２）が出力短絡判定電圧Ｖｃ以下であるかを確認し、条件が成立すれば、インバータ回路１２の反転を停止する保護停止タイマＴ２を動作させ、保護停止タイマＴ１は停止、クリア状態とする。タイマＴ２が保護停止判定時間Ｔｓ２を超えたら点灯装置の動作を停止し、停止状態を維持することで保護停止させる。タイマＴ２がＴｓ２以下なら地絡判定処理を終了し、他の処理ループを継続する。

インバータ出力の一方の極性の出力電圧が消灯判定電圧Ｖｆを超えた場合、過電圧指令をＶｏｐに設定し、保護停止タイマＴ１を動作させ、保護停止タイマＴ２は停止、クリア状態とする。タイマＴ１が保護停止判定時間Ｔｓ１を超えたら点灯装置の動作を停止し、停止状態を維持することで保護停止させる。タイマＴ１がＴｓ１以下なら地絡判定処理を終了し、他の処理ループを継続する。

インバータ出力の両極性の出力電圧（Ｖ２）が消灯判定電圧Ｖｆを超えた場合、過電圧指令をＶｏｖに設定し、始動時無負荷制御モードへ移行する。

出力電圧（Ｖ２）が出力短絡判定電圧Ｖｃを超え、消灯判定電圧Ｖｆ以下である場合、正常状態と判断して過電圧指令をＶｏｐに設定し、保護停止タイマＴ１およびＴ２を停止、クリア状態とし、他の処理ループを継続する。

本実施形態による保護制御を実現する処理のフローチャートは図１２に限るものではなく、同様の概念を実現するものであれば何でもよい。

前記過電圧指令ＶｏｐとＶｏｖの切換え機能は、ソフトウェアによる切換え制御に限らず、ハードウェアによって実現したものであってもよい。

なお、本発明は図示された回路に限定するものではなく、その概念を実現する方式であれば何でもよい。さらに、マイコン等による数値演算機能によって同様の制御を実現したものであってもよい。

（実施形態５）
図１３は図１４に示す自動車１７の前照灯１６として本発明の放電灯点灯装置を適用したものである。

図中、Ｌａは高輝度放電灯（ＨＩＤランプ）、１０は放電灯点灯装置、１４はランプソケット、１５はリフレクタ、１６は前照灯灯具である。ランプソケット１４は上述の始動回路１３を含んでいる。放電灯点灯装置１０は、上述の電力変換回路１１や極性反転用インバータ回路１２、制御回路Ｓを含んでいる。Ｅｂは直流電源としてのバッテリ、Ｆｓはヒューズ、Ｓｗは点灯スイッチである。

自動車の場合、その安全性確保の点から速やかな地絡検出と確実な保護停止、およびすばやい点灯性能が必要となり、本発明は好適である。

１ 第一の電流検出手段
２ 第二の電流検出手段
１０ 放電灯点灯装置
１１ 電力変換回路
１２ インバータ回路
Ｓ 出力電流制御回路
Ｌａ 放電灯
Ｅ 電源

Claims (6)

1. 電源が接続される入力端と少なくともランプを含む負荷回路が接続される出力端とが直流的に絶縁された構成を有し、ランプが必要とする電力調整機能を有する電力変換回路と、
   該電力変換回路の出力端に設けられた出力検出手段と、
   該出力検出手段の検出結果に基づき前記電力変換回路の出力を調整する制御回路とを備える放電灯点灯装置であって、
   前記電力変換回路の出力の一端は第一の電流検出手段を介してランプを含む負荷回路の一端に接続され、
   前記電力変換回路の入力の一端は第二の電流検出手段を介して前記負荷回路の一端に接続され、
   前記出力検出手段は、前記第一の電流検出手段と第二の電流検出手段の検出出力の合成信号を出力電流検出結果とし、負荷端が地絡した際に、前記入力の一端から前記第一の電流検出手段と第二の電流検出手段を介して前記出力の一端に地絡電流が流れる電流経路を形成し、前記地絡電流による前記第一の電流検出手段の検出信号と第二の電流検出手段の検出信号が加極性であり、
   前記電力変換回路は直流電圧を出力し、
   前記負荷回路は、少なくとも前記電力変換回路から出力される直流電圧を交番電圧出力に変換するインバータ回路と、該インバータ回路から出力される交番電圧によって点灯する放電灯負荷を有し、
   前記出力検出手段は、該インバータ回路の出力電圧を直接的あるいは間接的に検出したインバータ出力電圧検出値を出力し、
   前記制御回路は、前記インバータ回路の出力極性のうち一方の極性のインバータ出力電圧検出値のレベルが第一の所定値以上である状態が所定時間維持された場合、保護動作を行い、
   前記制御回路は、放電灯が放電状態から意図しない放電停止に至ったとき、インバータ出力電圧検出値のレベルが第二の所定値を超えないように前記電力変換回路を制御し、前記第二の所定値は前記第一の所定値より大きく、前記インバータ出力電圧検出値のレベルが両極性で第一の所定値以上である状態が少なくとも一周期の期間維持していることを検出または等価的に判定した場合、インバータ出力電圧検出値のレベルが第二の所定値を超える第三の所定値を超えない制御へと切換える機能を有することを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記第二の電流検出手段の検出ゲインは、前記第一の電流検出手段の検出ゲインの少なくとも３倍としたことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 前記制御回路は、放電灯を放電開始させる場合は放電開始前の消灯時のインバータ出力電圧検出値のレベルが前記第三の所定値を超えないように前記電力変換回路を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の放電灯点灯装置。
4. 前記電力変換回路の出力の一端が他端に比較して電位が高いことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
5. 前記電力変換回路の出力の一端が他端に比較して電位が低いことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の放電灯点灯装置を用いた車両用前照灯点灯装置。