JP2003031385A

JP2003031385A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP2003031385A
Application number: JP2001215722A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kanbara; 隆神原; Yoji Konishi; 洋史小西; Miki Kotani; 幹小谷; Hisafumi Tanaka; 寿文田中
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2003-01-31
Anticipated expiration: 2021-07-16
Also published as: JP3820931B2

Abstract

(57)【要約】【課題】回路構成を複雑化することなしに始動直後の放
電灯の立ち消えを防止する。【解決手段】直流電源１と、スイッチング素子２２を有
し、このスイッチング素子２２を周期的にオン／オフす
ることによって直流電源１の出力を放電灯５の点灯に必
要な所望の直流電圧及び直流電流に変換する直流−直流
変換回路２と、直流−直流変換回路２の出力が放電灯５
の始動並びに点灯に必要な値となるようにスイッチング
素子２２のオン／オフ動作を制御する出力制御回路７と
を備える。出力制御回路７がフィードバック制御を行わ
ずに直流−直流変換回路２の出力を放電灯５が立ち消え
を起こさない程度のレベルに制御する始動補助期間を設
けている。而して、電流指令値Ｉp0に応じて直流−直流
変換回路２の出力が調整されるため、始動直後における
直流−直流変換回路２の出力低下による放電灯５の立ち
消えが防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放電灯点灯装置に
関し、特にメタルハライドランプなどの高輝度放電灯
（ＨＩＤ）を点灯する放電灯点灯装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】メタルハライドランプなどの高輝度放電
灯を点灯させるには高い始動電圧を印加する必要があ
り、点灯後は音響共鳴現象を防止するために数１００Ｈ
ｚ程度の周波数で交流点灯させる。このような高輝度放
電灯を点灯するための放電灯点灯装置は、一般的に電力
変換制御を行うための直流−直流変換回路と、直流−直
流変換回路の出力電圧を極性反転して矩形波の交流を放
電灯に供給するインバータ回路と、始動時に高電圧パル
スを発生して放電灯に印加するイグナイタ回路を備えて
おり、放電灯の電圧（ランプ電圧）及び電流（ランプ電
流）を検出して所定の電力を放電灯に供給するように直
流−直流変換回路が定電力制御されることが多い。但
し、始動直後から所定時間（例えば、アーク放電に移行
してからインバータ回路による極性反転が２回行われる
までの時間）のみ直流−直流変換回路を電流制御する場
合もある（特開平１１−２６０５８４号公報参照）。

【０００３】而して、始動直後にはランプ電圧が急激に
低下するため、このような急激な負荷変動に対して直流
−直流変換回路のフィードバック制御系の応答が遅れて
適切な電力を放電灯に供給することができなくなり、放
電灯の光出力が過小となり、最悪の場合には立ち消えし
てしまう虞があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】放電灯の始動直後から
ランプ電圧及びランプ電流を検出して所定の電力を放電
灯に供給する定電力制御や電流制御を行う上記従来例で
は、フィードバック制御系をある程度高速化して応答時
間を短くすることで立ち消えを防止しているが、フィー
ドバック制御を行う制御回路の構成が複雑且つ高価にな
るという問題があった。また、フィードバック制御を行
うためには出力に含まれるノイズやリプルを低減するた
めにフィルタが必要であり、応答を早くしようとすると
放電灯と組み合わせたときの整合性が低下し、発振現象
などによって出力が不安定になる虞があった。

【０００５】本発明は上記問題に鑑みて為されたもので
あり、その目的とするところは、回路構成を複雑化する
ことなしに始動直後の放電灯の立ち消えが防止できる放
電灯点灯装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、直流電源と、スイッチング素子
を有し該スイッチング素子を周期的にオン／オフするこ
とによって直流電源からの入力電圧を所望の直流電圧に
変換する直流−直流変換回路と、直流−直流変換回路の
出力を検出するとともに検出した出力が放電灯の始動並
びに点灯に必要な値となるようにスイッチング素子のオ
ン／オフ動作を制御する出力制御回路とを備え、出力制
御回路は、放電灯が放電を開始してから定格点灯に至る
までに直流−直流変換回路の検出出力に基づいたフィー
ドバック制御を行わない始動補助期間を有することを特
徴とし、始動補助期間には出力制御回路がフィードバッ
ク制御を行わないことで回路構成を複雑化することなし
に始動直後の放電灯の立ち消えが防止できる。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、直流−直流変換回路の出力の瞬時値に基づいて放電
灯の放電開始を検出する放電開始検出手段を出力制御回
路に設けたことを特徴とし、始動補助期間への移行のタ
イミングを決定する放電開始検出を遅滞なく行うことが
でき、始動直後の放電灯の立ち消えをさらに確実に防止
できる。

【０００８】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、出力制御回路における始動補助期間をフィードバッ
ク制御時の応答時間よりも短くない時間に設定したこと
を特徴とし、始動直後の放電灯の立ち消えをさらに確実
に防止できる。

【０００９】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、出力制御回路は始動補助期間においてスイッチング
素子を所定のスイッチング周波数及び所定のオンデュー
ティ比でオン／オフさせることを特徴とし、請求項１の
発明と同様の作用を奏する。

【００１０】請求項５の発明は、請求項４の発明におい
て、直流電源からの入力電圧を検出する入力電圧検出手
段を備え、出力制御回路は入力電圧検出手段で検出する
入力電圧に応じてスイッチング素子のスイッチング周波
数又はオンデューティ比の少なくとも何れか一方を可変
することを特徴とし、直流電源の電源電圧変動の影響を
抑制して始動直後の立ち消えを確実に防止できる。

【００１１】請求項６の発明は、請求項５の発明におい
て、出力制御回路は始動補助期間における直流電源から
の入力電圧が高くなるほどスイッチング素子のオンデュ
ーティ比を低下させることを特徴とし、放電灯に過剰な
電力が供給されるのを防いで放電灯並びに回路素子の劣
化を抑制することができる。

【００１２】請求項７の発明は、請求項５の発明におい
て、出力制御回路は始動補助期間における直流電源から
の入力電圧が高くなるほどスイッチング素子のスイッチ
ング周波数を高くすることを特徴とし、放電灯に過剰な
電力が供給されるのを防いで放電灯並びに回路素子の劣
化を抑制することができる。

【００１３】請求項８の発明は、請求項１の発明におい
て、放電灯の消灯から再始動までの時間を計時する計時
手段を備え、出力制御回路は計時手段による計時時間が
長くなるほどスイッチング素子のオンデューティ比を低
下させることを特徴とし、放電灯の消灯から再始動まで
の時間、すなわち放電灯の温度の影響を抑制して再始動
直後の放電灯の立ち消えを確実に防止できるとともに、
放電灯に過剰な電力が供給されるのを防いで放電灯並び
に回路素子の劣化を抑制することができる。

【００１４】請求項９の発明は、請求項１の発明におい
て、出力制御回路は始動補助期間においてスイッチング
素子のオンデューティ比を時間の経過とともに漸増する
ことを特徴とし、放電灯の電圧上昇に応じた適切な電力
供給が確実に行え、始動直後の立ち消えを確実に防止で
きるとともに、放電灯に過剰な電力が供給されるのを防
いで放電灯並びに回路素子の劣化を抑制することができ
る。

【００１５】請求項１０の発明は、請求項９の発明にお
いて、出力制御回路はスイッチング素子のオンデューテ
ィ比を段階的に増大することを特徴とし、請求項９の発
明と同様の作用を奏する。

【００１６】請求項１１の発明は、請求項１〜１０の何
れかの発明において、スイッチング素子に流れる電流を
検出するスイッチング電流検出手段と、フィードバック
制御のためのスイッチング電流指令値を発生するスイッ
チング電流指令値発生手段と、スイッチング電流検出手
段で検出される電流値とスイッチング電流指令値を比較
して両者を一致させるようにスイッチング素子をオン／
オフする駆動信号を生成する駆動信号生成手段とを出力
制御回路に備え、スイッチング電流指令値発生手段は始
動補助期間におけるスイッチング電流指令値を定常点灯
時より比較的に大きい所定値とすることを特徴とし、請
求項１〜１０の何れかの発明と同様の作用を奏する。

【００１７】請求項１２の発明は、請求項１１の発明に
おいて、スイッチング電流指令値発生手段はスイッチン
グ電流指令値を時間の経過とともに漸減することを特徴
とし、放電灯に過剰な電力が供給されるのを防いで放電
灯並びに回路素子の劣化を抑制することができる。

【００１８】請求項１３の発明は、請求項１１の発明に
おいて、直流電源からの入力電圧を検出する入力電圧検
出手段を備え、スイッチング電流指令値発生手段は入力
電圧検出手段で検出する入力電圧に応じてスイッチング
電流指令値を可変することを特徴とし、直流電源の電源
電圧変動の影響を抑制して始動直後の立ち消えを確実に
防止できる。

【００１９】請求項１４の発明は、請求項１３の発明に
おいて、スイッチング電流指令値発生手段は始動補助期
間における直流電源からの入力電圧が高くなるほどスイ
ッチング電流指令値を減少させることを特徴とし、放電
灯に過剰な電力が供給されるのを防いで放電灯並びに回
路素子の劣化を抑制することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は本実施形態
の回路図を示し、図２は動作説明用の波形図を示してい
る。なお、本実施形態では自動車の前照灯に用いられる
高輝度放電灯を点灯する放電灯点灯装置を例示するが、
これに限定する趣旨ではなく、放電灯を点灯する放電灯
点灯装置全般に本発明の技術思想が適用可能である。

【００２１】本実施形態の放電灯点灯装置は、自動車の
バッテリからなる直流電源１と、スイッチング素子２２
を有し、このスイッチング素子２２を周期的にオン／オ
フすることによって直流電源１の出力を放電灯５の点灯
に必要な所望の直流電圧及び直流電流に変換する直流−
直流変換回路２と、直流−直流変換回路２の直流出力を
極性反転することで矩形波の交流出力に変換してメタル
ハライドランプなどの高輝度放電灯からなる放電灯５に
供給するインバータ回路３と、高電圧パルスを印加して
放電灯５を始動するイグナイタ回路４と、直流−直流変
換回路２の直流出力を昇圧してイグナイタ回路４に高電
圧を供給する昇圧回路６と、直流−直流変換回路２の出
力を検出するとともに検出した出力が放電灯５の始動並
びに点灯に必要な値となるようにスイッチング素子２２
のオン／オフ動作を制御する出力制御回路７とを備え
る。

【００２２】直流−直流変換回路２は、１次巻線とスイ
ッチング素子２２の直列回路が点灯スイッチＳＷを介し
て直流電源１の両極間に接続されたトランス２１と、Ｍ
ＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子２２と、スイッチ
ング素子２２のドレインと１次巻線の接続点に一端が接
続されるとともに他端がトランス２１の２次巻線の一端
に接続された平滑コンデンサ２３と、２次巻線の他端に
アノードが接続されるとともにカソードがスイッチング
素子２２のソース（直流電源１の負極）に接続されたダ
イオード２４とを具備した従来周知の構成を有するもの
であって、スイッチング素子２２を周期的にオン／オフ
することで平滑コンデンサ２３の両端に所望の直流電圧
が得られる。そして、直流−直流変換回路２の出力端
間、すなわち平滑コンデンサ２３とスイッチング素子２
２の直列回路の両端にインダクタ２５１並びにコンデン
サ２５２からなるリプル除去用のフィルタ回路２５を介
してインバータ回路３が接続される。また、コンデンサ
２５２とスイッチング素子２２のソースの接続点とイン
バータ回路３との間には直流−直流変換回路２の出力電
流を検出するための検出抵抗２６が挿入されている。な
お、直流−直流変換回路２は本実施形態のものに限定す
る趣旨ではなく、バックブーストコンバータやフライバ
ックコンバータなどの昇降圧型の回路構成のものでも良
い。

【００２３】インバータ回路３は、ＭＯＳＦＥＴからな
る４つのスイッチング素子３２〜３５のブリッジ回路
と、後述するように出力制御回路７から与えられる駆動
信号に応じて各スイッチング素子３２〜３５をオン／オ
フするドライバ回路３１とからなる従来周知のものであ
って、対角辺の位置にある２つのスイッチング素子３２
と３５及び３３と３４を同期して交互にオン／オフする
ことで直流−直流変換回路２の直流出力を極性反転して
矩形波の交流出力に変換する。但し、スイッチング素子
３２〜３５にはＭＯＳＦＥＴを例示したが、バイポーラ
トランジスタやＩＧＢＴを用いても良い。

【００２４】昇圧回路６は、複数のコンデンサとダイオ
ードを組み合わせた従来周知のコッククロフト回路から
なり、直流−直流変換回路２の出力電圧を昇圧してイグ
ナイタ回路４に供給する。但し、昇圧回路６の構成はコ
ッククロフト回路に限定されるものではなく、トランス
を用いたものやその他の構成のものであっても良い。

【００２５】イグナイタ回路４は、放電ギャップ４１、
パルストランス４２並びにコンデンサ４３，４４で構成
される。パルストランス４２の１次側の一端が昇圧回路
６の出力端に接続されるとともに他端が放電ギャップ４
１を介して放電灯５の一端に接続され、さらにパルスト
ランス４２の２次側の一端が放電灯５の他端に接続され
るとともに２次側の他端がインバータ回路３の出力端に
接続される。また、コンデンサ４３はパルストランス４
２の１次側と放電ギャップ４１に並列に接続され、コン
デンサ４４はインバータ回路３の出力端間に接続され
る。而して、昇圧回路６の出力によってコンデンサ４３
の両端電圧が放電ギャップ４１の放電開始電圧まで上昇
すると、放電ギャップ４１が導通してコンデンサ４３の
充電電荷が放出され、パルストランス４２の２次側には
その巻数比に応じた高電圧パルスが発生し、この高電圧
パルスによって放電灯５が絶縁破壊を起こして放電を開
始する。

【００２６】出力制御回路７は、マイクロコンピュータ
からなる制御処理部８と、アンプからなり直流−直流変
換回路２の出力電圧を検出する電圧検出回路７０１と、
同じくアンプからなり検出抵抗２６の電圧降下から直流
−直流変換回路２の出力電流を検出する電流検出回路７
０２と、電圧検出回路７０１の検出電圧を閾値電圧Ｖr1
（定常点灯時のランプ電圧よりも高く且つ無負荷電圧よ
りも低い電圧）と比較するコンパレータからなり、検出
電圧が閾値電圧Ｖr1を超えたときに放電灯５の放電開始
を検出して放電開始検出信号ＬＧＴを制御処理部８に出
力する放電開始検出回路７０４と、後述するように制御
処理部８から与えられるＰＷＭ信号に基づいて直流−直
流変換回路２のスイッチング素子２２を駆動するための
駆動信号を生成する駆動信号生成回路７０３と、駆動信
号生成回路７０３からの駆動信号を受けてスイッチング
素子２２をオン／オフさせるドライバ回路７１４と、直
流−直流変換回路２のトランス２１の１次巻線に設けた
中間タップから取り出した電圧でドライバ回路７１４等
の動作電圧Ｖccを作成する第１の電源回路７１２と、動
作電圧Ｖccから制御処理部８の動作電圧ＶＤＤを作成す
る第２の電源回路７１３と、放電灯５の消灯から再始動
までの時間を計時する計時手段たる消灯時間検出回路７
０９と、スイッチング素子２２に流れる電流（以下、ス
イッチング電流と呼ぶ）を検出するスイッチング電流検
出回路７０８と、後述するように制御処理部８から出力
され、スイッチング電流の目標値を決める電流指令値を
デジタル信号からアナログ信号に変換する指令値生成回
路７０７と、指令値生成回路７０７から出力されるアナ
ログの電流指令値をスイッチング電流検出回路７０８で
検出されたスイッチング電流の検出値と比較して比較結
果を駆動信号生成回路７０３に出力するコンパレータ７
０６と、電圧検出回路７０１の検出電圧（放電灯５のラ
ンプ電圧に対応した電圧）を所定の閾値電圧Ｖthと比較
することで出力電圧の過電圧状態を検出する過電圧検出
回路７０５とを備える。

【００２７】一方、制御処理部８は、予め与えられたデ
ータに基づいて始動から点灯までの各状況に応じた放電
灯５への供給電力の指令値（電力指令値）を演算する電
力指令値演算部８０１と、電力指令値演算部８０１から
与えられる電力指令値と電圧検出回路７０１で検出され
た検出電圧とから電力指令値に対応した電流指令値を演
算する電流指令値演算部８０２と、電流指令値演算部８
０２から与えられる電流指令値と電流検出回路７０２で
検出された検出電流の誤差増幅演算を行うとともに両者
の誤差を減らすようにスイッチング素子２２のオン／オ
フ動作をＰＩ制御するための電流指令値を出力する誤差
増幅演算部８０３と、スイッチング素子２２のスイッチ
ング周波数を設定するスイッチング周波数設定部８０６
と、スイッチング周波数設定部８０６で設定されたスイ
ッチング周波数でスイッチング素子２２をオンさせるた
めのＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生部８０８と、
スイッチング素子２２のオン時間が必要以上に長くなっ
て過大な電流が流れないようにＰＷＭ信号発生部８０８
に対して最大オンデューティを設定する最大オンデュー
ティ設定部８０７と、後述する始動補助期間の割り込み
処理を実行する始動補助期間割込処理部８０４と、始動
補助期間割込処理部８０４による割り込み処理に応じて
誤差増幅演算部８０３から出力される電流指令値Ｉp2を
始動補助期間用の電流指令値Ｉp0に設定する電流指令値
設定部８０５と、後述するように消灯時間検出回路７０
９に対してタイマオン信号並びにタイマオフ信号を出力
するタイマオン／オフ部８１１と、後述するように消灯
時間検出回路７０９の具備するコンデンサ（図示せず）
の両端電圧から消灯時間を演算する消灯時間演算部８１
０と、直流電源１からの入力電圧Ｖinを検出する入力電
圧検出部８０９と、インバータ回路３の極性反転時間を
生成する極性反転時間生成部８１３と、極性反転時間生
成部８１３で生成された極性反転時間に応じてスイッチ
ング素子３２〜３５をオン／オフするための駆動信号を
生成してドライブ回路３１に出力する駆動信号生成部８
１４とを具備する。なお、上記各部の機能は予め与えら
れたプログラムをマイクロコンピュータで実行すること
により実現される。但し、マイクロコンピュータを用い
る代わりに、制御処理部８の各部を回路部品によりハー
ドウェアで構成しても構わない。

【００２８】次に、図２を参照して本実施形態の動作を
説明する。ここで、図２（ａ）は直流電源１からの入力
電圧Ｖin、同図（ｂ）は放電灯５に印加されるランプ電
圧Ｖla、同図（ｃ）は放電灯５に流れるランプ電流Ｉla
を示しており、それぞれの検出値が制御処理部８に入力
されている。

【００２９】まず、定常点灯時における定電力制御（後
述する定常モード）について説明する。電力指令値演算
部８０１から与えられる電力指令値と電圧検出回路７０
１で検出された検出電圧とから電力指令値に対応した電
流指令値を電流指令値演算部８０２で演算し、誤差増幅
演算部８０３が電流指令値演算部８０２から与えられる
電流指令値と電流検出回路７０２で検出された検出電流
の誤差増幅演算を行うとともに両者の誤差を減らすよう
にスイッチング素子２２のオン／オフ動作をＰＩ制御す
るための電流指令値を出力する。この電流指令値が指令
値生成回路７０７においてデジタル信号からアナログ信
号に変換されてコンパレータ７０６の＋端子に入力され
る。コンパレータ７０６の−端子にはスイッチング電流
検出回路７０８で検出されたスイッチング電流の検出値
が入力され、検出値が電流指令値を超えたときにコンパ
レータ７０６の出力がＨレベルからＬレベルに変化す
る。

【００３０】駆動信号生成回路７０３は、ＰＷＭ信号発
生部８０８から出力されるＰＷＭ信号の立ち上がりに同
期してスイッチング素子２２をオンするための駆動信号
を生成してドライバ回路７１４に出力し、この駆動信号
を受けたドライバ回路７１４によってスイッチング素子
２２がオンされる。また、コンパレータ７０６の出力が
駆動信号生成回路７０３に与えられており、コンパレー
タ７０６の出力がＨレベルからＬレベルに変化すると駆
動信号生成回路７０３がスイッチング素子２２をオフす
るための駆動信号を生成してドライバ回路７１４に出力
し、この駆動信号を受けたドライバ回路７１４によって
スイッチング素子２２がオフされる。すなわち、スイッ
チング素子２２に流れるスイッチング電流が電流指令値
に一致するように出力制御回路７によってスイッチング
素子２２のオンデューティ比がフィードバック制御さ
れ、放電灯５に定電力が供給されるように直流−直流変
換回路２の出力が調整される。なお、駆動信号生成回路
７０３には過電圧検出回路７０５の出力が与えられてお
り、電圧検出回路７０１の検出電圧が所定の閾値電圧Ｖ
thを超えて過電圧検出回路７０５の出力がＨレベルから
Ｌレベルに変化すると駆動信号生成回路７０３がスイッ
チング素子２２をオンするための駆動信号を生成しない
ようになっており、放電灯５の消灯時のような無負荷時
における直流−直流変換回路２の出力電圧が過昇圧する
のを防止している。

【００３１】続いて、消灯している放電灯５を始動して
定格点灯に至るまでの動作について説明する。点灯スイ
ッチＳＷが投入されて直流電源１から電源が供給される
と第１の電源回路７１２が動作して動作電圧Ｖccを作成
し、さらに第２の電源回路７１３が動作電圧Ｖccから動
作電圧ＶＤＤを作成して制御処理部８に供給することで
制御処理部８が起動する。ここで、制御処理部８では放
電灯５の始動から定格点灯するまでの間に下記の４つの
動作モードで直流−直流変換回路２を制御する。

【００３２】１．始動モード：放電灯５の放電開始時点
から点灯（アーク放電）に至るまでの期間Ｔ１（数１０
０μ秒程度）の動作２．点灯初期モード：点灯からランプ電圧を２回極性反
転する動作（期間Ｔ２＝１５〜７５ｍ秒程度）３．光出力立ち上がりモード：放電灯５の光出力を立ち
上げる動作（期間Ｔ３＝６０秒程度以内）４．定常モード：放電灯５に定格電力を供給する定電力
制御動作（期間Ｔ４）始動モードにおいては、放電灯５が消灯状態であるので
無負荷動作となり、出力制御回路７は直流−直流変換回
路２の出力電圧を所定の無負荷電圧となるように制御
し、昇圧回路６並びにイグナイタ回路４が動作して放電
灯５に高電圧パルスが印加される。この高電圧パルスの
印加によってランプ電圧Ｖlaが約３８０Ｖ程度まで上昇
し（図２（ｂ）参照）、放電灯５が絶縁破壊を起こして
放電（グロー放電）を開始する。放電灯５が放電を開始
すると直流−直流変換回路２の出力電圧が急激に低下す
るとともに出力電流が急激に増大する。ところが従来例
で説明したように、このような急激な負荷変動に対して
は出力制御回路７によるフィードバック制御の応答遅れ
によって直流−直流変換回路２の出力調整が追随でき
ず、放電灯５に適切な電力を供給できない虞がある。

【００３３】そこで、本実施形態においては、放電開始
検出回路７０４より放電開始検出信号ＬＧＴが制御処理
部８に入力されてから放電灯５が点灯（アーク放電）に
至るまでの始動モードと同等の期間を始動補助期間と
し、この始動補助期間では出力制御回路７が上記フィー
ドバック制御を行わず、所定のスイッチング周波数並び
にオンデューティ比でスイッチング素子２２をオン／オ
フさせて直流−直流変換回路２の出力を放電灯５が立ち
消えを起こさない程度のレベルに制御している。すなわ
ち、放電開始検出信号ＬＧＴが入力されると始動補助期
間割込処理部８０４が始動補助期間の割り込み処理を実
行し、電流指令値設定部８０５を制御して指令値生成回
路７０７に出力する電流指令値を誤差増幅演算部８０３
から出力される電流指令値Ｉp2から始動補助期間用の電
流指令値Ｉp0に変更するとともに、スイッチング周波数
設定部８０６並びに最大オンデューティ設定部８０７を
制御してＰＷＭ信号の周波数並びに最大オンデューティ
比を始動補助期間用の所定値に設定する。このとき、電
流指令値Ｉp0は許容可能な範囲で比較的大きな値に設定
されている。

【００３４】而して、始動補助期間割込処理部８０４に
よる割り込み処理の実行中には誤差増幅演算部８０３で
演算された電流指令値Ｉp2に応じたフィードバック制御
が行われず、電流指令値Ｉp0に応じて直流−直流変換回
路２の出力が調整されるため、始動直後における直流−
直流変換回路２の出力低下による放電灯５の立ち消えが
防止できる。しかも、フィードバック制御を行わない始
動補助期間を設けるだけで済むから回路構成が複雑化す
ることがないという利点がある。なお、始動補助期間は
少なくともフォードバック制御における応答時間よりも
短くない期間とすることが望ましい。

【００３５】そして、図示しない点灯判別回路により、
電圧検出回路７０１の検出電圧の平均値と所定値との比
較結果に基づいて放電灯５がグロー放電からアーク放電
に移行したこと（放電灯５の点灯）を判別すれば、始動
補助期間割込処理部８０４が割り込み処理が終了し、電
流指令値設定部８０５を制御して指令値生成回路７０７
に出力する電流指令値を始動補助期間用の電流指令値Ｉ
p0から誤差増幅演算部８０３から出力される電流指令値
Ｉp2に変更し、誤差増幅演算部８０３で演算された電流
指令値Ｉp2に応じたフィードバック制御が行われる。

【００３６】また、本実施形態では、点灯判別回路によ
らずに放電開始検出回路７０４によって直流−直流変換
回路２の出力の瞬時値に基づいて放電灯５の放電開始を
検出して始動補助期間割込処理部８０４の割り込み処理
を実行しているので、始動補助期間への移行のタイミン
グを決定する放電開始検出を遅滞なく行うことができ、
始動直後の放電灯５の立ち消えをさらに確実に防止でき
るものである。なお、閾値電圧Ｖr1は定常点灯時のラン
プ電圧よりも高く且つ無負荷電圧よりも低い電圧に設定
される。

【００３７】ところで、点灯している放電灯５を一旦消
灯してから再度点灯させる再始動時には放電灯５の温度
が高いために初始動時（放電灯５の始動特性に影響を与
えない程度まで放電灯５が周囲温度に充分なじんだ状態
からの始動時）に比べて大きな電力を供給する必要があ
り、通常は再始動時における最大オンデューティの設定
値を大きくしている。しかしながら、最大オンデューテ
ィの設定値を単純に大きくした場合、放電灯５の温度に
よっては必要以上に大きな電流が流れて放電灯５や回路
部品に過大なストレスをかけて劣化させてしまう虞があ
る。

【００３８】そこで本実施形態においては、放電灯５の
温度の代用として消灯時間を計時し、消灯時間が長い
（つまり、放電灯５の温度が低い）ほど最大オンデュー
ティの設定値を低下させている。

【００３９】既に説明した消灯時間検出回路７０９は、
直流電源１からの入力電圧によってコンデンサを充放電
する回路構成を有し、放電灯５が点灯してから制御処理
部８のタイマオン／オフ部８１１によりタイマオン信号
を受けるとコンデンサを充電し、点灯スイッチＳＷがオ
フされるとタイマオン／オフ部８１１によりタイマオフ
信号を受けてコンデンサを放電する。そして、再度点灯
スイッチＳＷがオンされたときに制御処理部８の消灯時
間演算部８１０が消灯時間検出回路７０９のコンデンサ
の両端電圧から消灯時間を演算し、演算により求まった
消灯時間Ｔｋが始動補助期間割込処理部８０４に入力さ
れる。始動補助期間割込処理部８０４では、最大オンデ
ューティ設定部８０７を制御して消灯時間Ｔｋに応じて
最大オンデューティの設定値を調整する。例えば、初始
動時の設定値をＤ２、消灯時間がほぼゼロに近い状況で
の設定値をＤ１としたとき、図３に示すように消灯時間
Ｔｋに応じて設定値をＤ１からＤ２の範囲で単調減少さ
せる。而して、本実施形態においては、放電灯５の消灯
から再始動までの時間（消灯時間）、すなわち放電灯５
の温度の影響を抑制して再始動直後の放電灯５の立ち消
えを確実に防止できるとともに、過大な電流が流れるの
を防いで放電灯５並びに回路素子の劣化を抑制すること
ができる。

【００４０】ところで、スイッチング素子２２のスイッ
チング周波数並びにオンデューティ比が一定であるなら
ば、直流−直流変換回路２の出力は直流電源１からの入
力電圧に応じて変動し、入力電圧が比較的高い状態で良
好な始動性能が得られる条件では入力電圧の低下によっ
て立ち消えが生じる可能性があり、その反対に入力電圧
が比較的低い状態で良好な始動性能が得られる条件では
入力電圧の上昇によって必要以上に過大な電力が供給さ
れて放電灯５や回路素子にストレスをかける可能性があ
る。

【００４１】そこで本実施形態では、直流電源１からの
入力電圧Ｖinを検出する入力電圧検出部８０９を制御処
理部８に設け、始動補助期間割込処理部８０４がスイッ
チング周波数設定部８０６並びに最大オンデューティ設
定部８０７を制御し、入力電圧Ｖinに応じてスイッチン
グ周波数及び最大オンデューティの少なくとも何れか一
方を調整することで直流電源１の電源電圧変動による影
響を抑制している。例えば、入力電圧Ｖinが使用範囲の
下限値Ｖin1のときの最大オンデューティの設定値をＤ
１、入力電圧Ｖinが使用範囲の上限値Ｖin2（＞Ｖin1）
のときの設定値をＤ２としたとき、図４に示すように入
力電圧Ｖinが高くなるにつれて設定値をＤ１からＤ２の
範囲で直線的に減少させればよい。あるいは、入力電圧
Ｖinが下限値Ｖin1のときのスイッチング周波数の設定
値をＦ２、入力電圧Ｖinが上限値Ｖin2のときの設定値
をＦ１としたとき、図５に示すように入力電圧Ｖinが高
くなるにつれて設定値をＦ２からＦ１の範囲で指数関数
的に増加させればよい。

【００４２】而して、本実施形態では直流電源１からの
入力電圧Ｖinに応じてスイッチング周波数又は最大オン
デューティの少なくとも何れか一方の設定値を調整して
いるため、直流電源１の電源電圧変動の影響を抑制して
始動直後の立ち消えを確実に防止できるとともに、放電
灯５に過剰な電力が供給されるのを防いで放電灯５並び
に回路素子の劣化を抑制することができる。

【００４３】（実施形態２）本実施形態の回路構成は実
施形態１と同一であるから図示並びに説明は省略する。
本実施形態は、出力制御回路７が始動補助期間において
スイッチング素子２２の最大オンデューティの設定値を
時間の経過とともに漸増させる点に特徴がある。

【００４４】すなわち、図６に示すように放電開始時点
ｔ１からアーク放電に移行して定電力制御に移行する時
点ｔ２までの始動補助期間においては、ランプ電圧Ｖla
が徐々に上昇することから、最大オンデューティの設定
値を固定している場合には放電灯５に対して適切な電
力、電流の供給が確実に行えない可能性がある。そこで
本実施形態においては、始動補助期間割込処理部８０４
が最大オンデューティ設定部８０７を制御して最大オン
デューティの設定値Ｄを始動補助期間の時間経過ととも
に漸増させることによって、ランプ電圧Ｖlaの上昇に応
じた適切な電力、電流を放電灯５に確実に供給すること
ができるようになり、始動直後の立ち消えを確実に防止
できるとともに、放電灯５に過剰な電力が供給されるの
を防いで放電灯５並びに回路素子の劣化を抑制すること
ができる。なお、最大オンデューティの設定値を漸増す
る場合、図７に示すように最小値Ｄ２から最大値Ｄ１の
範囲で段階的に増加させても良いし、図８に示すように
最小値Ｄ２から最大値Ｄ１に直線的に連続して増加させ
ても良い。

【００４５】（実施形態３）本実施形態の回路構成は実
施形態１と同一であるから図示並びに説明は省略する。

【００４６】ところで実施形態１においては、始動補助
期間における電流指令値Ｉp0が許容可能な範囲で比較的
大きな値に固定されており、放電灯５や回路の異常発生
時にスイッチング電流を制限して直流−直流変換回路２
を保護する役割を担っている。しかしながら、図９に示
すようにランプ電流Ｉlaは始動直後に急激に増加した後
に一旦大きく減少し、それから徐々に増加するものであ
るから、始動直後こそは電流指令値Ｉp0を比較的大きな
値に設定する必要があるものの、始動補助期間内であっ
ても始動直後以後はむしろランプ電流Ｉlaのレベルに応
じて電流指令値Ｉp0を小さくすることが上記異常発生時
の保護の点から望ましい。

【００４７】そこで本実施形態では、始動補助期間にお
ける電流指令値を時間の経過とともに漸減させ、ランプ
電流Ｉlaのレベルに応じた適切な電流指令値を設定する
ことにより、過大な電流が流れるのを防いで放電灯５並
びに回路素子の劣化を抑制している。

【００４８】すなわち、無負荷期間（放電開始が検出さ
れる時点ｔ１までの期間）には電流指令値設定部８０５
における電流指令値が始動補助期間用の電流指令値の最
大値Ｉp0に設定され、放電開始が検出されて始動補助期
間割込処理部８０４による割り込み処理が実行された時
点ｔ１から始動補助期間の終了時点ｔ２までは、図９に
示すように始動補助期間割込処理部８０４が電流指令値
設定部８０５を制御して最大値Ｉp0から最小値Ｉp1（＝
Ｉp2）の範囲で単調減少させるのである。

【００４９】また、実施形態１で説明したようにスイッ
チング素子２２のスイッチング周波数並びにオンデュー
ティ比が一定であるならば、直流−直流変換回路２の出
力は直流電源１からの入力電圧に応じて変動し、入力電
圧が比較的高い状態で良好な始動性能が得られる条件で
は入力電圧の低下によって立ち消えが生じる可能性があ
り、その反対に入力電圧が比較的低い状態で良好な始動
性能が得られる条件では入力電圧の上昇によって必要以
上に過大な電力が供給されて放電灯５や回路素子にスト
レスをかける可能性があるから、本実施形態において
も、始動補助期間割込処理部８０４が電流指令値演算部
８０２を制御して入力電圧Ｖinが高くなるにつれて電流
指令値を減少させるようにしている。例えば、入力電圧
Ｖinが使用範囲の下限値Ｖin1のときの電流指令値をＩp
11、入力電圧Ｖinが使用範囲の上限値Ｖin2（＞Ｖin1）
のときの電流指令値をＩp12（＜Ｉp11）としたとき、図
１０に示すように入力電圧Ｖinが高くなるにつれて電流
指令値をＩp11からＩp12の範囲で直線的に減少させる。

【００５０】而して、直流電源１からの入力電圧Ｖinの
上昇に伴って電流指令値を漸減することにより、直流電
源１の電源電圧変動の影響を抑制して始動直後の立ち消
えを確実に防止できるとともに、放電灯５に過剰な電力
が供給されるのを防いで放電灯５並びに回路素子の劣化
を抑制することができる。

【００５１】

【発明の効果】請求項１の発明は、直流電源と、スイッ
チング素子を有し該スイッチング素子を周期的にオン／
オフすることによって直流電源からの入力電圧を所望の
直流電圧に変換する直流−直流変換回路と、直流−直流
変換回路の出力を検出するとともに検出した出力が放電
灯の始動並びに点灯に必要な値となるようにスイッチン
グ素子のオン／オフ動作を制御する出力制御回路とを備
え、出力制御回路は、放電灯が放電を開始してから定格
点灯に至るまでに直流−直流変換回路の検出出力に基づ
いたフィードバック制御を行わない始動補助期間を有す
るので、始動補助期間には出力制御回路がフィードバッ
ク制御を行わないことで回路構成を複雑化することなし
に始動直後の放電灯の立ち消えが防止できるという効果
がある。

【００５２】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、直流−直流変換回路の出力の瞬時値に基づいて放電
灯の放電開始を検出する放電開始検出手段を出力制御回
路に設けたので、始動補助期間への移行のタイミングを
決定する放電開始検出を遅滞なく行うことができ、始動
直後の放電灯の立ち消えをさらに確実に防止できるとい
う効果がある。

【００５３】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、出力制御回路における始動補助期間をフィードバッ
ク制御時の応答時間よりも短くない時間に設定したの
で、始動直後の放電灯の立ち消えをさらに確実に防止で
きるという効果がある。

【００５４】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、出力制御回路は始動補助期間においてスイッチング
素子を所定のスイッチング周波数及び所定のオンデュー
ティ比でオン／オフさせるので、請求項１の発明と同様
の効果を奏する。

【００５５】請求項５の発明は、請求項４の発明におい
て、直流電源からの入力電圧を検出する入力電圧検出手
段を備え、出力制御回路は入力電圧検出手段で検出する
入力電圧に応じてスイッチング素子のスイッチング周波
数又はオンデューティ比の少なくとも何れか一方を可変
するので、直流電源の電源電圧変動の影響を抑制して始
動直後の立ち消えを確実に防止できるという効果があ
る。

【００５６】請求項６の発明は、請求項５の発明におい
て、出力制御回路は始動補助期間における直流電源から
の入力電圧が高くなるほどスイッチング素子のオンデュ
ーティ比を低下させるので、放電灯に過剰な電力が供給
されるのを防いで放電灯並びに回路素子の劣化を抑制す
ることができるという効果がある。

【００５７】請求項７の発明は、請求項５の発明におい
て、出力制御回路は始動補助期間における直流電源から
の入力電圧が高くなるほどスイッチング素子のスイッチ
ング周波数を高くするので、放電灯に過剰な電力が供給
されるのを防いで放電灯並びに回路素子の劣化を抑制す
ることができるという効果がある。

【００５８】請求項８の発明は、請求項１の発明におい
て、放電灯の消灯から再始動までの時間を計時する計時
手段を備え、出力制御回路は計時手段による計時時間が
長くなるほどスイッチング素子のオンデューティ比を低
下させるので、放電灯の消灯から再始動までの時間、す
なわち放電灯の温度の影響を抑制して再始動直後の放電
灯の立ち消えを確実に防止できるとともに、放電灯に過
剰な電力が供給されるのを防いで放電灯並びに回路素子
の劣化を抑制することができるという効果がある。

【００５９】請求項９の発明は、請求項１の発明におい
て、出力制御回路は始動補助期間においてスイッチング
素子のオンデューティ比を時間の経過とともに漸増する
ので、放電灯の電圧上昇に応じた適切な電力供給が確実
に行え、始動直後の立ち消えを確実に防止できるととも
に、放電灯に過剰な電力が供給されるのを防いで放電灯
並びに回路素子の劣化を抑制することができるという効
果がある。

【００６０】請求項１０の発明は、請求項９の発明にお
いて、出力制御回路はスイッチング素子のオンデューテ
ィ比を段階的に増大するので、請求項９の発明と同様の
効果を奏する。

【００６１】請求項１１の発明は、請求項１〜１０の何
れかの発明において、スイッチング素子に流れる電流を
検出するスイッチング電流検出手段と、フィードバック
制御のためのスイッチング電流指令値を発生するスイッ
チング電流指令値発生手段と、スイッチング電流検出手
段で検出される電流値とスイッチング電流指令値を比較
して両者を一致させるようにスイッチング素子をオン／
オフする駆動信号を生成する駆動信号生成手段とを出力
制御回路に備え、スイッチング電流指令値発生手段は始
動補助期間におけるスイッチング電流指令値を定常点灯
時より比較的に大きい所定値とするので、請求項１〜１
０の何れかの発明と同様の効果を奏する。

【００６２】請求項１２の発明は、請求項１１の発明に
おいて、スイッチング電流指令値発生手段はスイッチン
グ電流指令値を時間の経過とともに漸減するので、放電
灯に過剰な電力が供給されるのを防いで放電灯並びに回
路素子の劣化を抑制することができるという効果があ
る。

【００６３】請求項１３の発明は、請求項１１の発明に
おいて、直流電源からの入力電圧を検出する入力電圧検
出手段を備え、スイッチング電流指令値発生手段は入力
電圧検出手段で検出する入力電圧に応じてスイッチング
電流指令値を可変するので、直流電源の電源電圧変動の
影響を抑制して始動直後の立ち消えを確実に防止できる
という効果がある。

【００６４】請求項１４の発明は、請求項１３の発明に
おいて、スイッチング電流指令値発生手段は始動補助期
間における直流電源からの入力電圧が高くなるほどスイ
ッチング電流指令値を減少させるので、放電灯に過剰な
電力が供給されるのを防いで放電灯並びに回路素子の劣
化を抑制することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１を示す回路図である。

【図２】同上の動作説明用の波形図である。

【図３】同上の動作説明図である。

【図４】同上の動作説明図である。

【図５】同上の動作説明図である。

【図６】実施形態２の動作説明用の波形図である。

【図７】同上の動作説明図である。

【図８】同上の動作説明図である。

【図９】実施形態３の動作説明用の波形図である。

【図１０】同上の動作説明図である。

【符号の説明】

１直流電源２直流−直流変換回路３インバータ回路５放電灯７出力制御回路７０１電圧検出回路７０４放電開始検出回路８制御処理部８０４始動補助期間割込処理部８０５電流指令値設定部

フロントページの続き (72)発明者小谷幹大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者田中寿文大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 3K072 AA13 BA03 BB01 DA00 DD06 DD10 DE02 DE04 DE06 EA06 EA07 EB01 EB05 EB07 EB10 FA05 GA03 GB18 GC04 GC05 HA09 HA10 HB03 5H730 AA15 AS11 BB43 BB57 DD04 EE06 EE08 EE59 EE65 FD01 FD11 FD31 FG05 FG07 FG23 XC07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源と、スイッチング素子を有し該
スイッチング素子を周期的にオン／オフすることによっ
て直流電源からの入力電圧を所望の直流電圧に変換する
直流−直流変換回路と、直流−直流変換回路の出力を検
出するとともに検出した出力が放電灯の始動並びに点灯
に必要な値となるようにスイッチング素子のオン／オフ
動作を制御する出力制御回路とを備え、出力制御回路
は、放電灯が放電を開始してから定格点灯に至るまでに
直流−直流変換回路の検出出力に基づいたフィードバッ
ク制御を行わない始動補助期間を有することを特徴とす
る放電灯点灯装置。
【請求項２】直流−直流変換回路の出力の瞬時値に基
づいて放電灯の放電開始を検出する放電開始検出手段を
出力制御回路に設けたことを特徴とする請求項１記載の
放電灯点灯装置。
【請求項３】出力制御回路における始動補助期間をフ
ィードバック制御時の応答時間よりも短くない時間に設
定したことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装
置。
【請求項４】出力制御回路は始動補助期間においてス
イッチング素子を所定のスイッチング周波数及び所定の
オンデューティ比でオン／オフ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。
【請求項５】直流電源からの入力電圧を検出する入力
電圧検出手段を備え、出力制御回路は入力電圧検出手段
で検出する入力電圧に応じてスイッチング素子のスイッ
チング周波数又はオンデューティ比の少なくとも何れか
一方を可変することを特徴とする請求項４記載の放電灯
点灯装置。
【請求項６】出力制御回路は始動補助期間における直
流電源からの入力電圧が高くなるほどスイッチング素子
のオンデューティ比を低下させることを特徴とする請求
項５記載の放電灯点灯装置。
【請求項７】出力制御回路は始動補助期間における直
流電源からの入力電圧が高くなるほどスイッチング素子
のスイッチング周波数を高くすることを特徴とする請求
項５記載の放電灯点灯装置。
【請求項８】放電灯の消灯から再始動までの時間を計
時する計時手段を備え、出力制御回路は計時手段による
計時時間が長くなるほどスイッチング素子のオンデュー
ティ比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。
【請求項９】出力制御回路は始動補助期間においてス
イッチング素子のオンデューティ比を時間の経過ととも
に漸増することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯
装置。
【請求項１０】出力制御回路はスイッチング素子のオ
ンデューティ比を段階的に増大することを特徴とする請
求項９記載の放電灯点灯装置。
【請求項１１】スイッチング素子に流れる電流を検出
するスイッチング電流検出手段と、フィードバック制御
のためのスイッチング電流指令値を発生するスイッチン
グ電流指令値発生手段と、スイッチング電流検出手段で
検出される電流値とスイッチング電流指令値を比較して
両者を一致させるようにスイッチング素子をオン／オフ
する駆動信号を生成する駆動信号生成手段とを出力制御
回路に備え、スイッチング電流指令値発生手段は始動補
助期間におけるスイッチング電流指令値を定常点灯時よ
り比較的に大きい所定値とすることを特徴とする請求項
１〜１０の何れかに記載の放電灯点灯装置。
【請求項１２】スイッチング電流指令値発生手段はス
イッチング電流指令値を時間の経過とともに漸減するこ
とを特徴とする請求項１１記載の放電灯点灯装置。
【請求項１３】直流電源からの入力電圧を検出する入
力電圧検出手段を備え、スイッチング電流指令値発生手
段は入力電圧検出手段で検出する入力電圧に応じてスイ
ッチング電流指令値を可変することを特徴とする請求項
１１記載の放電灯点灯装置。
【請求項１４】スイッチング電流指令値発生手段は始
動補助期間における直流電源からの入力電圧が高くなる
ほどスイッチング電流指令値を減少させることを特徴と
する請求項１３記載の放電灯点灯装置。