JP5895212B2 - 放電灯点灯装置、この放電灯点灯装置を搭載した車両の前照灯及び車両 - Google Patents

Description

本発明は、メタルハライドランプ等の高輝度放電灯（ＨＩＤランプ）を含む放電灯を点灯させる放電灯点灯装置、該装置を用いた車両の前照灯及び車両に関する。

ＨＩＤランプは、その輝度の高さから車載用途に用いられている。車載用途では特に視認性の早期確保を実現するため、放電灯は、始動時に光束を急速に立ち上げることが求められる。従来の放電灯の点灯装置は、例えば、点灯直後に放電灯の定格電力より過大な電力（以下、最大電力という）を放電灯に供給し、その後、電力を定常電力まで指数関数的な電力カーブで減少させることで光束の急速な立ち上りを実現している（特許文献１、２参照）。ここで、定常電力は、放電灯を安全に使用できる最大値である定格電力以下の電力であって、放電灯が安定して点灯する電力を言う。

特許第２９４６３８４号公報 特許第３２８０５６３号公報

従来の放電灯の点灯装置では、定電力制御の下、電源電圧が低下した場合、回路に流れる電流量を増加することによって最大電力値を得ようとする。この場合、回路内の発熱量が増加し、回路が熱暴走する虞がある。また、電源電圧の低下に応じて最大電力値を低下させ、最大電力値の印加を長時間行う場合にも同様の問題が生じ得る。そして、最大電力値の印加を長時間行う場合に熱暴走を防ぐには、最大電力値を大幅に低減する必要があるが、この場合、放電灯の点灯が不安定になる虞がある。

本発明は、上記課題を解決するものであり、電源電圧の低下、周囲温度又は装置温度の上昇があった場合でも、回路を熱暴走又はチャッタリングさせずに放電灯を安定的に点灯する放電灯点灯装置、該装置を用いた車両の前照灯及び車両を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、直流電源から電力の供給を受け、前記直流電源の電圧を放電灯が必要とする電圧に変換して前記放電灯に供給する電力変換回路と、前記電力変換回路を制御して前記放電灯の点灯を制御する制御部と、を備えた放電灯点灯装置において、前記制御部は、放電灯への供給電力を、所定の最大電力値から所定の定常電力値まで点灯時間に応じて指数関数的に減衰させる所定の電力カーブに沿うように制御し、かつ、前記直流電源電圧又は周囲温度若しくは装置温度又は放電灯電圧に応じて、前記電力カーブを変化させるように制御し、少なくとも放電灯の温度が基準温度以下の状態で点灯を行うコールドスタート時、前記周囲温度若しくは装置温度が所定の第１温度以上の場合に、前記電力カーブの最大電力値又は前記最大電力の維持期間のうち、少なくとも前記最大電力の維持期間を低減し、前記供給される電圧の低下に伴い、前記電力カーブの最大電力値を低減することを特徴とする。

前記制御部は、前記直流電源の電圧が所定の第１電圧値以下の場合に、前記最大電力値及び前記最大電力の維持期間の何れか一方を低減することが好ましい。

前記制御部は、前記直流電源の電圧の低下に伴い、前記電力カーブの最大電力値を低減することが好ましい。

前記制御部は、前記最大電力値の下限値を所定の第１電力値以上とすることが好ましい。

前記制御部は、前記最大電力の維持期間の下限値を所定の第１時間以上とすることが好ましい。

前記制御部は、前記直流電源の電圧が所定の第２電圧値以上の場合に、前記最大電力値の下限値を所定の第１電力値以上とし、かつ、前記最大電力の維持期間の下限値を所定の第１時間以上とすることが好ましい。

前記制御部は、前記周囲温度又は装置温度が所定の第２温度以下の場合に、前記最大電力値の下限値を所定の第１電力値以上とし、かつ、前記最大電力の維持期間の下限値を所定の第１時間以上とすることが好ましい。

前記何れかに記載の放電灯点灯装置を搭載した車両又は車両の前照灯が好ましい。

本発明によれば、放電灯の点灯時、放電灯へ供給する電力カーブの最大電力値及び該最大電力値の維持期間の内の一方を周囲温度若しくは装置温度の上昇に伴い減少し、他方を電源電圧から供給される電圧の低下に伴い減少させることによって、回路の熱暴走又はチャッタリングは抑制され、放電灯はちらつき少なく安定的に点灯される。

本発明の第１実施形態に係る放電灯点灯装置を自動車に搭載した照明システムを示す図。 同放電灯点灯装置の回路図。 同放電灯点灯装置が放電灯に供給する電力カーブを示すグラフ。 （ａ）は周囲温度に対する最大電力値の維持期間を示すグラフ、（ｂ）は理解の容易化のため（ａ）のグラフのみに基づいて電力カーブの制御を行った場合を示すグラフ。 （ａ）は電源電圧に対する最大電力値を示すグラフ、（ｂ）は理解の容易化のため（ａ）のグラフのみに基づいて電力カーブの制御を行った場合を示すグラフ。 放電灯への電力供給時の放電灯の電圧及び電流を示すタイムチャート。 電力カーブと相対照度カーブとの関係を示すグラフ。 （ａ）は電源の出力電力のグラフ、（ｂ）は前記出力電力に対する放電灯点灯装置への入力電流のグラフ、（ｃ）は前記出力電力に対するコンデンサの両端電圧の変化を示すグラフ。 スイッチ素子に使用されるパワーＭＯＳＦＥＴのｃｈ−ａ間（チャネル-エア間）熱抵抗値θｃｈ―ａ(℃/W)の測定結果を示すグラフ。 （ａ）〜（ｄ）は変形例に係る放電灯点灯装置が用いる周囲温度に対する最大電力値の維持期間の関係を示すグラフ。 最大電力値の維持期間が短くなった時の電力カーブを示すグラフ。 （ａ）〜（ｄ）は変形例に係る放電灯点灯値が用いる電源電圧に対する最大電力値の関係を示すグラフ。 （ａ）は点灯開始後の経過時間に対して電源電圧が急激に低下した場合のグラフ、（ｂ）はその時の入力電流を示すグラフ、（ｃ）はその時の出力電圧を示すグラフ。 （ａ）は周囲温度に対して設定する最大電力値の維持期間を示すグラフ、（ｂ）は電源電圧の値に対して設定する最大電力値を示すグラフ。 （ａ）はその他の変形例に係る放電灯点灯装置が用いる電源電圧に対する最大電力値を示すグラフ、（ｂ）は理解の容易化のため（ａ）のグラフのみに基づいて電力カーブの制御を行った場合を示すグラフ、（ｃ）は同放電灯点灯装置が放電灯に供給する電力カーブを示すグラフ。 （ａ）はその他の変形例に係る放電灯点灯装置が放電灯に供給する電力カーブを示すグラフ、（ｂ）は電源電圧に対する最大電力値の維持期間を示すグラフ、（ｃ）は周囲温度に対する最大電力値を示すグラフ。 電源に商用交流電源を用いる他の変形例に係る放電灯点灯装置の回路図

本発明の放電灯点灯装置は、例えばＨＩＤランプを用いる自動車の前照灯に実装される。放電灯点灯装置は、放電灯に出力する電力を、所定の最大電力値から所定の定常電力値まで点灯時間に応じて指数関数的に減衰させる所定の電力カーブに沿うように制御する。放電灯点灯装置は、少なくとも放電灯の温度が基準温度以下の状態で点灯を行うコールドスタート時、放電灯へ供給する電力カーブの最大電力値及び該最大電力値の維持期間の内の一方を周囲温度若しくは装置温度に応じて制限し、他方を電源電圧から供給される電圧に応じて制限することによって、回路の熱暴走又はチャッタリングは抑制され、放電灯はちらつき少なく安定的に点灯される。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る放電灯点灯装置１を前照灯に搭載した車両３の照明システム４の構成を示す。この照明システム４は、前照灯を成す放電灯２と、放電灯２を点灯駆動する放電灯点灯装置１と、放電灯点灯装置１にスイッチ５を介して接続されている１２Ｖ直流電源６と、で構成される。

図２は、照明システム４の回路図である。放電灯点灯装置１は、直流電源６の電源電圧（Ｖ）を放電灯２が必要とする電圧に電力変換する電力変換回路７と、電力変換回路７を制御して放電灯２の点灯を制御する制御部８と、制御部８に必要な検出値を出力する検出部９と、を備える。直流電源６は、スイッチ５及び回路抵抗Ｒｉｎを介して電力変換回路７に接続されている。回路抵抗Ｒｉｎは、直流電源６の内部インピーダンス及び配線の内部インピーダンスを合算したものである。

電力変換回路７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７ａと、ＤＣ／ＤＣコンバータ７ａの出力する直流電圧を矩形波の低周波交流電圧に変換するフルブリッジ型インバータ７ｂと、交流電圧を高電圧パルスに変換して放電灯２に出力するイグナイタ７ｃと、を備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ７ａは、スイッチングトランジスタ（以下スイッチ素子）Ｑ１のＯＮ時間や駆動周波数を変更することにより直流電源６からの電圧を放電灯２が必要とする電圧に昇降圧するフライバック型のものである。

検出部９は、直流電源６の出力する電源電圧を検出して制御部８に出力する電源電圧検出部９ａと、周囲温度、装置温度又は放電灯温度を検出して制御部８に出力する温度検出部９ｂと、を備える。

制御部８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７ａの出力電流検出値に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ７ａの出力電力を最大電力値から定常電力値まで、放電灯２への供給電力を、点灯時間に応じて指数関数的に減衰させる所定の電力カーブに沿うように制御する。制御部８は、検出部９による検出値に応じて、電力カーブを変化させるように制御する。詳しくは、少なくとも放電灯の温度が基準温度以下の状態で点灯を行うコールドスタート時、制御部８は、電力カーブの最大電力値を電源電圧に基づいて低減し、最大電力値の維持期間を周囲温度に基づいて低減する。

制御部８は、所定の最大電力値、定常電圧値及び所定の電力カーブを記憶している電力目標記憶部８ａと、電力目標記憶部８ａの出力を検出部９の出力に基づいて補正する最大電力制限部８ｂとを備える。

最大電力制限部８ｂは、検出部９の出力に基づいて最大電力値の低減量等を求める定数テーブルの情報を備えており、この情報に基づいて電力目標記憶部８ａの出力する電力カーブを補正して出力する。

更に、制御部８は、出力電流目標値を得る電流目標演算部８ｃと、電力カーブの制御誤差アンプ８ｄとを備える。電流目標演算部８ｃは、最大電力制御部８ｂの出力する電力目標値を、ＤＣ／ＤＣコンバータ７ａの出力電圧検出値で割ることによって、出力電流目標値を得る。誤差アンプ８ｄは、出力電流目標値とＤＣ／ＤＣコンバータ７ａの出力電流検出値との入力に基づいて、出力電流目標値及び出力電流検出値の差が無くなるようにＤＣ／ＤＣコンバータ７ａのスイッチ素子Ｑ１へ制御信号を出力する。上記構成によって制御部８は、電力変換回路７が放電灯２に出力する電力カーブの制御を行う。

以下に、回路動作を説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータ７ａは、平滑コンデンサＣ１後段に、出力制御用のスイッチ素子Ｑ１を備えたトランスＴ１と平滑コンデンサＣ２とダイオードＤ１を備える。インバータ７ｂは、フルブリッジ接続されたトランジスタＱ２〜Ｑ５を備える。イグナイタ７ｃは、蓄電用のコンデンサＣｓとスパークギャップＳＧ１の接続されたトランスＴ２とを備える。

スイッチ５がオンの状態で、スイッチ素子Ｑ１がオンになると、トランスＴ１の１次側コイルＰ１とスイッチ素子Ｑ１とを電流が流れる。しかし、トランスＴ１の２次側コイルＳ１にはダイオードＤ１により電流が流れないため、そのエネルギーはトランスＴ１に蓄えられる。次にスイッチ素子Ｑ１をオフすると、トランスＴ１の２次側コイルＳ１→Ｃ２→Ｄ１のルートで電流が流れ、トランスＴ１に蓄えられていたエネルギーが平滑コンデンサＣ２へと移される。点灯前、放電灯２は開放状態であるため、コンデンサＣ２の電圧は上昇し、フルブリッジ型インバータを構成するトランジスタＱ２、Ｑ５をオンにし、トランジスタＱ３、Ｑ４をオフに固定する。これにより、コンデンサＣｓの電圧は上昇する。コンデンサＣｓに印加される電圧が所定値以上になるとスパークギャップＳＧ１がブレークダウンし、トランスＴ２の１次側コイルＰ２に瞬時に電圧がかかり、トランスＴ２の２次側コイルＳ２には上記電圧を巻数比倍した高電圧（数１０ｋＶ程度）が印加される。この高電圧の印加により放電灯２がブレークダウンする。その瞬間にＤＣ／ＤＣコンバータ７ａから放電灯２に電流が流れ、放電灯２はアーク放電を始め点灯する。

放電灯２の点灯後は、フルブリッジ型インバータ７ｂの出力を所定時間間隔で交番させながら、誤差アンプ８ｄで出力電流検出値と出力電流目標値とを比較し、その誤差量に応じた制御信号をＤＣ／ＤＣコンバータ７ａのスイッチ素子Ｑ１に出力してＤＣ／ＤＣコンバータ７ａの出力する電圧を制御する。以上の回路動作によって放電灯点灯装置１は、放電灯２を安定的に点灯させることができる。

（電力カーブの制御）
図３は、電力目標記憶部８ａに記憶されている電力カーブを実線で示すグラフである。グラフの縦軸が出力電力目標値（Ｗ）で、横軸が点灯開始時刻からの経過時間（ｓ）を示す。電力カーブは、放電灯２として３５Ｗ定格電圧の無水銀ランプを用いる場合のものであり、放電灯への供給電力を、所定の最大電力値Ｗｐ０（７０〜９０Ｗ）から所定の定常電力値（例えば定格電力３５Ｗ）まで点灯時間に応じて指数関数的に減衰するものである。定常電力値とは、放電灯を安全に使用できる最大値である定格電力以下の値であって、放電灯が安定点灯する値を言う。最大電力値Ｗｐ０は、放電灯２の定格電力の２倍ほどの値に設定する。一般的な常用自動車が搭載する直流電源では、使用初期の定常電圧は１２Ｖで、定格電圧は１４Ｖである。

放電灯２を点灯する場合、放電灯の温度が基準温度（例えば２５℃）以下の状態で点灯を行うコールドスタート時と、一度消灯した後、基準温度よりも高い状態のときに再点灯するホットリスタート時とがある。図３に示す電力カーブは、コールドスタート時のものであり、最大電力値Ｗｐ０を所定の一定時間Ａ１（約４秒）だけ維持する維持期間Ａ（ｓ）が経過した後に、減衰期間Ｂ（約４０〜５０秒）の時間をかけて定常電力値へと減衰を行うように設定されている。定常電力値設定後の安定期間Ｃでは、出力電力を一定にして定常的に安定した点灯を行う。なお、図３には、最大電力値Ｗｐ０を電源電圧に基づいて定まる所定値Ｗｐ１に低減し、かつ、周囲温度に基づいて維持期間ＡをＡ１からＡ２に低減した場合の電力カーブが点線で示されている。この点線で示す電力カーブは、図４及び図５を参照しつつ説明する。

図４（ａ）は周囲温度Ｔ（℃）に対する最大電力値の維持期間Ａ（ｓ）を示すグラフ、図４（ｂ）は理解の容易化のため図４（ａ）に示したグラフのみに基づいて電力カーブの制御を行った場合を示すグラフを示す。また、図５（ａ）は電源電圧（Ｖ）に対する最大電力値（Ｗ）を示すグラフ、図５（ｂ）は理解の容易化のため図５（ａ）に示したグラフのみに基づいて電力カーブの制御を行った場合を示すグラフを示す。最大電力制限部８ｂは、図４（ａ）、図５（ａ）に示されている定数テーブルの情報を備えている。図３に示す電力カーブは、図４（ａ）、図５（ａ）に示すグラフに基づいて定められる。

図４（ａ）に示すように、周囲温度がコールドスタート時のＴｔｈ０からＴｔｈ１に上昇した時、最大電力値の維持期間Ａは、Ａ１からＡ２に低減される。図４（ｂ）はコールドスタート時の電力カーブを実線で示し、理解の容易化のため周囲温度のみを考慮した場合に周囲温度がＴｔｈ０からＴｔｈ１に増加した時の電力カーブを点線で示す。

図５（ａ）に示すように、電源電圧がコールドスタート時のＶｔｈ０からＶｔｈ１に減少した時、最大電力値は初期値Ｗｐ０からＷｐ１に低減される。図５（ｂ）はコールドスタート時の電力カーブを実線で示し、理解の容易化のため電源電圧のみを考慮した場合に電源電圧がＶｔｈ０からＶｔｈ１に減少した時の電力カーブを点線で示す。

周囲温度がＴｔｈ１で電源電圧がＶｔｈ１の場合、図４（ｂ）、図５（ｂ）の電力カーブを合成した図３に示す維持期間Ａ２で最大電力値がＷｐ１の電力カーブが定められる。

最大電力値の維持期間Ａの設定基準について説明する。図６（ａ）〜（ｄ）は、放電灯の点灯開始から定常電力での安定した点灯に至るまでの時間経過に対する放電灯の電圧及び電流を示す。図６（ａ）は直流電源電圧を示し、図６（ｂ）は放電灯電圧を示し、図６（ｃ）は放電灯電流を示し、図６（ｄ）は、各状態の期間名と、電力カーブの期間Ａ〜Ｃを示す。放電灯２は、点灯前の無負荷期間の経過後、イグナイタ７ｃから出力される高電圧（始動）パルスによって放電を開始する。この放電開始直後には、安定点灯時の点灯周波数よりも長い周期を有する電極加熱期間が設けられる。電極加熱期間中、放電灯２の端子電圧は安定点灯期間に比べて低く、放電灯２への供給電力は高い。このため、放電灯２に流れる電流は最大となり、放電灯２での発熱量が高くなり、結果、電極温度は短期間で上昇し、放電は早期に安定する。

電極加熱期間に放電灯２への供給電力を変化させると、放電灯２が立ち消える虞がある。このため、電極加熱期間中、放電灯２への供給電力は一定であることが望ましい。電極加熱期間の長さは、放電灯２の状態(温度等)によって変わるが、一般的には、最大値は１００ｍｓ前後に設定される。例えば、放電灯２の寿命(電極の劣化・黒化、ランプの白濁)の観点から、一般に電極加熱期間の電流時間積は６０〜７０ｍＡｓｅｃ程度以下に設定される。放電灯２の再始動時も含めると、放電灯電流は１Ａ以下になる場合があり、例えば０．８Ａ程度を考えると、電極加熱期間は７０ｍＡｓｅｃ／０．８Ａ＝８７．５ｍｓｅｃとなる。従って、多少の製造誤差等を考慮して、最大電力値を維持する一定時間Ａ１は、少なくとも１００ｍｓｅｃ以上に設定することが好ましい。

図７は、放電灯２へ印加される電力カーブと、この電力印加に応じて生じる光束立ち上げカーブとの例を示す。グラフ中、放電灯２へ電力カーブＣＡ１で電力を印加した場合の相対照度を相対照度カーブＣＡ２、電力カーブＣＢ１で電力を印加した場合の相対照度を相対照度カーブＣＢ２と表す。電力カーブＣＡ１のように、１０ｓｅｃより長く最大電力値を出力し続けると、光束が急峻に立ち上がり、ランプ安定点灯時の照度を１００％とするときに１３０％以上の照度の閃光となる。このため、車載前照灯の場合、歩行者への眩惑が発生するという虞がある。また、放電灯２への供給電力が過剰となり電極の早期摩耗を引き起こす結果、放電灯の寿命が短くなる。また、点灯装置内の回路に大電流が流れる結果、熱ストレスが大きく熱暴走の危険性も高まる等の虞がある。従って、これらの問題を防止するために、最大電力値の維持期間は、本図に基づいて１０ｓｅｃ以下に抑えるのが望ましい。以上より、最大電力値を維持する一定時間Ａ１は１００ｍｓｅｃ以上、１０ｓｅｃ以下に設定することが好ましい。

（周囲温度によって維持期間を変えることの優位性）
図２に示した回路図において、点灯用スイッチＳＷ１をＯＮに切り替えて放電灯２を点灯すると、直流電源６からの入力電流Ｉｉｎと回路抵抗Ｒｉｎとの乗算で求められる電圧降下が発生し、放電灯点灯装置１の入力端に印加される電圧（コンデンサＣ１の両端電圧）ＶＣ１は、直流電源６の出力電圧からＩｉｎ×Ｒｉｎ分だけ低下する。なお、実際の自動車において、例えばＲｉｎは１００〜２００ｍΩの値である。

図８（ａ）は電源の出力電力のグラフ、（ｂ）は出力電力に対する放電灯点灯装置への入力電流Ｉｉｎのグラフ、（ｃ）は出力電力に対するコンデンサの両端電圧の変化を示すグラフを示す。図８（ａ）に示す実線で示す電力カーブは、回路動作開始から最大電力値Ｗｐ０に達するまでの期間を拡大して示している。出力電力目標値をＷｐ０に設定した場合、図８（ａ）に示すように出力電力が０から目標値Ｗｐ０に達するまでの間、入力電流Ｉｉｎは図８（ｂ）に示すように出力電力の増加と共に増加し、電圧ＶＣ１は回路抵抗Ｒｉｎによる電圧降下量が増加するため図８（ｃ）に示すように低下する。即ち、出力電力がＷｐ０に達するまでは「出力電力増加指令→Ｉｉｎ増加→電圧降下量増加→ＶＣ１の低下」が繰り返される。

直流電源６の出力電圧が、例えば１２Ｖから９Ｖに低くなっている時に、出力電力目標値を初期値Ｗｐ０に設定すると、出力電力がＷｐ０に到達した時点(Ｉｉｎ=Ｉｉｎ０、ＶＣ１＝ＶＣ１＿１)から維持期間Ａ（＝Ａ１）の間も入力電流Ｉｉｎは増加し続けると同時に、ＶＣ１が減少し続け、この結果、回路損失の増大による熱暴走や、電源チャタリングによる放電灯２が消灯する虞がある。また、これらの問題は直流電源６の出力電圧と設定される最大電力値次第では瞬時に発生する。このため、直流電源６の電源電圧が低いときは、最大電力値をＷｐ１に下げ、出力が最大電力に達した時点の入力電流Ｉｉｎをより低い値Ｉｉｎ１とし、電圧ＶＣ１をより高い値ＶＣ１＿０に設定する。

図９は、印加期間（ｓ）に対するスイッチ素子Ｑ１に使用されるパワーＭＯＳＦＥＴのｃｈ−ａ間（チャネル-エア間）熱抵抗値θｃｈ−ａ(℃／Ｗ)の測定結果を示す。スイッチ素子Ｑ１に一定の損失を印加し続け、印加期間に対するθｃｈ−ａの変化比率をプロットしたものである。スイッチ素子Ｑ１は電力制御用のスイッチ素子であり、スイッチ素子Ｑ１の損失は回路全体の損失の中で大きな割合を占めているため、スイッチ素子Ｑ１のジャンクション温度Ｔｊを十分考慮して回路の出力電力を決定する必要がある。ジャンクション温度Ｔｊは、スイッチ素子Ｑ１の発生損失（導通損失+スイッチング損失）をＷｌｏｓｓ_Ｑ１と表す場合、「周囲温度 + θｃｈ−ａ×Ｗｌｏｓｓ_Ｑ１」で求められる。

自動車前照灯点灯装置の場合、周囲温度の最大条件は８５〜１０５℃であり、スイッチ素子Ｑ１のＴｊ保証値の上限は１５０〜１７５℃程度である。例えば、周囲温度Ｔｊが１０５℃、Ｗｌｏｓｓ_Ｑ１が１Ｗとする。Ｗｌｏｓｓ_Ｑ１発生期間０．００１秒の場合、Ｔｊ＝１０５(℃)+１(Ｗ)×３(℃/Ｗ)=１０８（℃）となる。Ｗｌｏｓｓ_Ｑ１発生期間が１０秒の場合、Ｔｊは、１０５(℃)+１(Ｗ)×４０〜５０(℃／Ｗ)＝１４５〜１５５（℃）となる。スイッチ素子Ｑ１に瞬時的に損失が発生した場合、θｃｈ−ａが十分小さいためＴｊはそれほど上昇しない。しかしながら、損失発生期間が長くなるとθｃｈ−ａが徐々に上昇し、結果、Ｔｊが大幅に増加することが想定される。なお、Ｗｌｏｓｓ_Ｑ１値の変化に対してθｃｈ−ａは一定である。

以上のことから、周囲温度が上昇に応じて、出力電力の最大値を低減するよりも、最大電力値の維持期間を短い時間に低減する方が、スイッチ素子Ｑ１の熱暴走防止には好ましい。

（第１実施形態の変形例１）
図１０（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ図２に示した最大電力制限部８ｂが定数テーブルとして記憶している、周囲温度（℃）に対する最大電力値の維持期間Ａ（ｓ）の関係を示すグラフ（図４（ａ））の変形例である。

図１０（ａ）に示すグラフにおいて、周囲温度が初期値Ｔｔｈ０からＴｔｈ３（第１温度）までの範囲にあるとき、最大電力値の維持期間Ａは初期値Ａ１に設定される。周囲温度が装置回路の熱暴走が懸念されるＴｔｈ３以上に上昇した場合、最大電力値の維持期間は温度上昇量に比例して初期値のＡ１から低下される。これにより、広い温度範囲で放電灯２の光束を速やかに立ち上げ、回路の熱暴走又はチャッタリングは抑制され、放電灯２はちらつき少なく安定的に点灯される。Ｔｔｈ３の値は、装置の回路の出力性能によって決定されるが、車載前照灯用に用いる定格電圧１４Ｖの蓄電池の場合、回路の構成部品の熱ストレス(例えばスイッチ素子Ｑ１のジャンクション温度)が課題となる８０〜１００℃程度に設定される。

図１０（ｂ）に示すグラフにおいて、周囲温度が初期値Ｔｔｈ０からＴｔｈ４の範囲にあるとき、最大電力値の維持期間Ａは初期値Ａ１に設定される。周囲温度がＴｔｈ４から、例えば８０〜１００℃のＴｔｈ５の間にあるとき、最大電力値の維持期間Ａは比較的傾きの緩やかな低い減少率でＡ５へと減少される。周囲温度がＴｔｈ５以上のとき、最大電力値の維持期間Ａは装置の回路の熱暴走又はチャッタリングをより確実に防ぐため、比較的傾きの急な高い減少率で減少される。これにより放電灯２はちらつき少なく安定的に点灯される。

図１０（ｃ）に示すグラフにおいて、周囲温度がＴｔｈ０からＴｔｈ６の範囲にある時、最大電力値の維持期間Ａは初期値Ａ１に設定される。周囲温度がＴｔｈ６以上になると、維持期間Ａは、周囲温度の増加に対して指数関数的に低減される。低電源電圧、高温条件でも、回路の熱暴走又はチャッタリングは確実に抑制され、放電灯２はちらつき少なく安定的に点灯される。

図１０（ｄ）に示すグラフにおいて、周囲温度が初期値Ｔｔｈ０からＴｔｈ７までの範囲にあるとき、最大電力値の維持期間Ａは初期値Ａ１に設定される。周囲温度がＴｔｈ７からＴｔｈ８（第２温度）の範囲で上昇する場合、最大電力値の維持期間は温度上昇量に比例して初期値のＡ１から低下される。周囲温度がＴｔｈ８よりも高くなると、最大電力値の維持期間Ａは下限値Ａｍｉn１（第１時間）に設定される。Ａｍｉｎ１は、数百ｍｓｅｃ以上に設定する。この設定値は、例えば点灯時間が数千時間（一般的にランプ寿命は点灯時間１０００〜３０００時間に設定されている）経過した放電灯でも安定して点灯始動（数百回の始動試験で１００％点灯始動）する値である。

図１１は、最大電力値が低い値Ｗｐｓに設定されており、かつ、最大電力値の維持期間が非常に短いＡｓに設定される場合の電力カーブを示す。この場合、放電灯２が点灯しない虞がある。図１０（ｄ）のグラフに示したように、放電灯２を安定的に点灯できる下限値Ａｍｉｎ１（＞Ａｓ）よりも短い値に維持期間を設定しないようにすることで、回路の熱暴走又はチャッタリングは抑制され、放電灯２はちらつき少なく安定的に点灯される。

（第１実施形態の変形例２）
図１２（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ図２に示した最大電力制限部８ｂが定数テーブルとして記憶している、電源電圧（Ｖ）に対する最大電力値（Ｗ）の関係を示すグラフ（図５（ａ））の変形例である。

図１２（ａ）に示すグラフにおいて、電源電圧が初期値Ｖｔｈ０からＶｔｈ３（第１電圧値）までの範囲にあるとき、最大電力値は初期値Ｗｐ０に設定される。電源電圧が装置回路の熱暴走が懸念されるＶｔｈ３以下に低下した場合、最大電力値は電源電圧の低下量に比例して初期値Ｗｐ０から低下される。これにより、広い温度範囲で放電灯２の光束は速やかに立ち上げられ、回路の熱暴走又はチャッタリングは抑制され、放電灯２はちらつき少なく安定的に点灯される。Ｖｔｈ３の値は、装置の回路の出力性能によって決定されるが、車載前照灯に用いる定格電圧１４Ｖの蓄電池の場合、回路での電圧降下分を考慮して１０〜１３Ｖ程度に設定する。

図１２（ｂ）に示すグラフにおいて、電源電圧が初期値Ｖｔｈ０からＶｔｈ４の範囲にあるとき、最大電力値は初期値Ｗｐ０に設定される。電源電圧がＶｔｈ４から、例えば１０〜１３ＶのＶｔｈ５の間にあるとき、最大電力値の維持期間Ａは比較的傾きの緩やかな低い減少率でＷｐ５へと低下される。電源電圧がＶｔｈ５以下のとき、最大電力値は装置の回路の熱暴走又はチャッタリングをより確実に防ぐため、比較的傾きの急な高い減少率で減少される。これにより放電灯２はちらつき少なく安定的に点灯される。

図１２（ｃ）に示すグラフにおいて、電源電圧がＶｔｈ０からＶｔｈ６の範囲にある時、最大電力値は初期値Ｗｐ０に設定される。電源電圧がＶｔｈ６以下になると、最大電力値は、電源電圧の低下に対して指数関数的に低減される。低電源電圧、高温条件でも、回路の熱暴走又はチャッタリングは確実に抑制され、放電灯２はちらつき少なく安定的に点灯されることができる。

図１２（ｄ）に示すグラフにおいて、電源電圧が初期値Ｖｔｈ０からＶｔｈ７までの範囲にあるとき、最大電力値は初期値Ｗｐ０に設定される。電源電圧がＶｔｈ７からＶｔｈ８（第２電圧値）の範囲で低下する場合、最大電力値は電源電圧の減少量に比例して初期値Ｗｐ０から低下される。電源電圧がＶｔｈ８以下になると、最大電力値は下限値Ｗｍｉn１（第１電力値）に設定される。例えば、放電灯２として定格電力３５Ｗの車載前照灯用水銀フリーＨＩＤランプを用いる場合、Ｗｍｉｎ１は、放電灯２が定常点灯し得る定格電力の１．２倍以上、つまり４２Ｗ以上に設定する。図１１に示したように、最大電力値の維持期間が短い時間Ａｓに設定されており、かつ、最大電力値が低い値Ｗｐｓに設定される場合、放電灯２が点灯しない虞がある。図１２（ｄ）のグラフに示したように、放電灯２を安定的に点灯できる下限値Ｗｍｉｎ１（＞Ｗｐｓ）よりも低い値に最大電力値を設定しないようにすることで、回路の熱暴走又はチャッタリングは抑制され、放電灯２はちらつき少なく安定的に点灯される。

（第１実施形態の変形例３）
第１実施形態の変形例３に係る放電灯点灯装置では、回路動作を維持できない程度まで電源電圧が低下した場合や周囲温度が上昇した場合に最大電力値をＷｍｉｎ１以下に低減する、もしくは最大電力の維持時間をＡｍｉｎ１以下に低減することで、電源電圧異常、周囲温度異常時でも回路の熱暴走を防止する。図１３（ａ）は点灯開始後の経過時間に対して電源電圧（Ｖ）が急激に低下した場合を示し、図１３（ｂ）はその時の入力電流（Ａ）を示し、図１３（ｃ）はその時の出力電圧（Ｗ）を示すグラフである。

図１４（ａ）は周囲温度（℃）に対して設定する最大電力値の維持期間（ｓ）を示すグラフである。周囲温度がＴｔｈ８からＴｔｈ９の範囲内にある時、最大電力値の維持期間はＡｍｉｎ１に設定するが、周囲温度がＴｔｈ９より高くなった場合には、最大電力値の維持期間はＡｍｉｎ２にまで低減する。これにより、放電灯２は、点灯しないが、図１３（ａ）に実線で示すように電源電圧はＶｔｈ９以下には下がらず、入力電流の増加も抑制され回路の熱暴走を防止する。電源電圧の異常低下時及び周囲温度の異常上昇時の維持期間Ａｍｉｎ２は、電力目標記憶部８ａ又は最大電力制限部８ｂに予め記憶されている。

図１４（ｂ）は電源電圧（Ｖ）の値に対して設定する最大電力値（Ｗ）を示すグラフである。電源電圧がＶｔｈ８からＶｔｈ９までの範囲内にあるとき、最大電力値はＷｍｉｎ１に設定するが、電源電圧がＶｔｈａ９以下になった場合には、最大電力値はＷｍｉｎ２にまで低減する。１２Ｖの直流電源６の場合、Ｖｔｈ９は例えば、４Ｖ〜７Ｖである。これにより、放電灯２は、消灯するが、図１３（ａ）に実線で示すように電源電圧はＶｔｈ９以下に下がらない。これにより、入力電流の増加も抑制され、本変形例に係る放電灯点灯装置は、装置の回路の熱暴走を抑制する。電源電圧の異常低下時及び周囲温度の異常上昇時の電源電圧値Ｗｍｉｎ２は、電力目標記憶部８ａ又は最大電力制限部８ｂに予め記憶されている。

（その他の変形例１）
図１５（ａ）はその他の変形例に係る放電灯点灯装置が用いる電源電圧に対する最大電力値を示すグラフ、（ｂ）は理解の容易化のため図１５（ａ）のグラフのみに基づいて電力カーブの制御を行った場合を示すグラフ、（ｃ）は同放電灯点灯装置が放電灯に供給する電力カーブを示すグラフである。図１５（ａ）に示すように、直流電源６の電源電圧が初期値Ｖｔｈ０からＶｔｈ１０に低下し、最大電力値をＷｐ０からＷｐ１０に変える場合、図１５（ｂ）に示すように定常電力の値をＷａ１０（＜３５Ｗ）に変える。例えば図４（ａ）に示したように、周囲温度Ｔｔｈ１の場合、最大電力値の維持期間はＡ２に設定される。この結果、電力カーブは、図１５（ｃ）に点線で示す形状になる。この電力カーブの設定方法は、第１実施形態の放電灯点灯装置１と同様であり、ここでの重複説明は省く。上記構成を採用することによって、放電灯点灯装置１は、回路の熱暴走を抑制し、放電灯２を安定的に点灯させることができる。

（その他の変形例２）
図１６（ａ）はその他の変形例に係る放電灯点灯装置が放電灯に供給する電力カーブを示すグラフ、（ｂ）は電源電圧に対する最大電力値の維持期間を示すグラフ、（ｃ）は周囲温度に対する最大電力値を示すグラフである。この変形例に係る放電灯点灯装置は、例えば第１実施形態の放電灯点灯装置１と同様の構成を採用するが、最大電力制限部８ｂにおいて、直流電源６の電源電圧の出力値に応じて最大電力値の維持期間Ａ（ｓ）を低減し、周囲温度（℃）に応じて最大電力値（Ｗ）を低減する。最大電力値だけでなく、維持期間も短くすることによって、回路の熱暴走又はチャッタリングは抑制され、放電灯２はちらつき少なく安定的に点灯される。なお、図４（ａ）、図５（ａ）、図１０（ａ）〜（ｄ）、図１２（ａ）〜（ｄ）、図１４（ａ）（ｂ）のグラフは、縦軸を維持期間から最大電力値に変え、最大電力値から維持期間に換えることによって、図１６（ｂ）（ｃ）のグラフの代わりに用いることができる。

（その他の変形例３）
図１７は、その他の変形例に係る放電灯点灯装置１０の回路図である。第１実施形態に係る放電灯点灯装置１と同じ又は同様の構成要素には同じ参照番号を付して、ここでの重複説明は省く。放電灯点灯装置１０は、商用交流電源１１を用いる。交流電源１１は、スイッチ１２を介してＡＣ／ＤＣコンバータ１３に接続されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ１３の直流電圧出力は、電源電圧として放電灯点灯装置１０に供給される。放電灯点灯装置１０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧を制御部８に供給する制御電源部１４を備える。交流電源１１を用いる場合、電源電圧の変動は少ないが、放電灯点灯装置１０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３が故障して出力が不安定にあった場合などに有効である。その他の構成及び回路動作は第１実施形態に係る放電灯点灯装置１と同じである。

なお、本発明は、上記各種実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。

本発明の放電灯点灯装置は、車両の前照灯以外に、ＨＩＤ（高輝度放電）ランプ等のアーク放電を用いて発光を行う放電灯を用いる照明システムで用いることができる。

１、１０ 放電灯点灯装置
２ 放電灯（前照灯）
３ 車両
５ スイッチ
６ 直流電源
７ 電力変換回路
８ 制御部
８ａ 電力目標記憶部
８ｂ 最大電力制限部
９ 検出部
Ｗｐ０ 最大電力値
Ａ１ 維持期間
Ｖｔｈ３ 第１電圧値
Ｖｔｈ８ 第２電圧値
Ｔｔｈ３ 第１温度
Ｔｔｈ８ 第２温度
Ｗｍｉｎ１ 第１電力値
Ａｍｉｎ１ 第１時間

Claims (9)

1. 直流電源から電力の供給を受け、前記直流電源の電圧を放電灯が必要とする電圧に変換して前記放電灯に供給する電力変換回路と、前記電力変換回路を制御して前記放電灯の点灯を制御する制御部と、を備えた放電灯点灯装置において、
   前記制御部は、放電灯への供給電力を、所定の最大電力値から所定の定常電力値まで点灯時間に応じて指数関数的に減衰させる所定の電力カーブに沿うように制御し、かつ、前記直流電源電圧又は周囲温度若しくは装置温度又は放電灯電圧に応じて、前記電力カーブを変化させるように制御し、少なくとも放電灯の温度が基準温度以下の状態で点灯を行うコールドスタート時、前記周囲温度若しくは装置温度が所定の第１温度以上の場合に、前記電力カーブの最大電力値又は前記最大電力の維持期間のうち、少なくとも前記最大電力の維持期間を低減し、前記供給される電圧の低下に伴い、前記電力カーブの最大電力値を低減することを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記制御部は、前記直流電源の電圧が所定の第１電圧値以下の場合に、前記最大電力値及び前記最大電力の維持期間の何れか一方を低減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. 前記制御部は、前記直流電源の電圧の低下に伴い、前記電力カーブの最大電力値を低減することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放電灯点灯装置。
4. 前記制御部は、前記最大電力値の下限値を所定の第１電力値以上とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の放電灯点灯装置。
5. 前記制御部は、前記最大電力の維持期間の下限値を所定の第１時間以上とすることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の放電灯点灯装置。
6. 前記制御部は、前記直流電源の電圧が所定の第２電圧値以上の場合に、前記最大電力値の下限値を所定の第１電力値以上とし、かつ、前記最大電力の維持期間の下限値を所定の第１時間以上とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の放電灯点灯装置。
7. 前記制御部は、前記周囲温度又は装置温度が所定の第２温度以下の場合に、前記最大電力値の下限値を所定の第１電力値以上とし、かつ、前記最大電力の維持期間の下限値を所定の第１時間以上とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の放電灯点灯装置。
8. 請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の放電灯点灯装置を搭載した車両の前照灯。
9. 請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の放電灯点灯装置を搭載した車両。

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