放電灯点灯回路
【課題】点灯補助回路のキャパシタの影響で、再点弧しにくくなる。
【解決手段】駆動電圧生成部１２は、駆動対象の放電灯４に交流の駆動電圧ＶＬを供給する。点灯補助回路１０は、放電灯４の一端Ｐ１側に設けられる。点灯補助キャパシタＣ２、点灯補助抵抗Ｒ２およびスイッチＳＷ３は、放電灯４の一端Ｐ１と固定電圧端子ＧＮＤの間に直列に設けられる。制御回路３０は、スイッチＳＷ３の導通状態を制御する。スイッチＳＷ３は、放電灯４の点灯前においてオン状態に、点灯後にオフされる。
【解決手段】駆動電圧生成部１２は、駆動対象の放電灯４に交流の駆動電圧ＶＬを供給する。点灯補助回路１０は、放電灯４の一端Ｐ１側に設けられる。点灯補助キャパシタＣ２、点灯補助抵抗Ｒ２およびスイッチＳＷ３は、放電灯４の一端Ｐ１と固定電圧端子ＧＮＤの間に直列に設けられる。制御回路３０は、スイッチＳＷ３の導通状態を制御する。スイッチＳＷ３は、放電灯４の点灯前においてオン状態に、点灯後にオフされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯点灯回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両用灯具（前照灯）として、従来のフィラメントを有するハロゲンランプに代えて、メタルハライドランプ（以下、放電灯と称する）が利用されている。放電灯は、ハロゲンランプに比べて発光効率、長寿命が得られる反面、駆動電圧として数十〜数百Ｖが必要であるため、１２Ｖ（もしくは２４Ｖ）の車載バッテリでは直接駆動することができず、放電灯点灯回路（バラストとも称される）が必要となる。
【０００３】
放電灯を点灯する方式は、直流駆動と高周波駆動に分類されるが、直流駆動すると放電のアークが非対称となり、発光プロファイルが不均一となるため、車両用灯具としての利用には適さず、車両用灯具では交流駆動するのが一般的である。放電灯を１０ｋＨｚ以上の高周波で交流駆動すると、放電管内の気流と点灯周波数が共振する現象（音響共鳴などと呼ばれる）が発生し、放電アークが不安定になるという問題が発生する。そこで現在では、直流駆動と高周波交流駆動の双方のデメリットを解消するために、１０ｋＨｚ以下の低周波で駆動する方式（低周波駆動方式）が主流となっている。
【０００４】
放電灯点灯回路は、バッテリ電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を交流変換するＨブリッジ回路などのスイッチング回路と、点灯補助回路およびスタータ回路を備えている（たとえば特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１の図１に開示されるように、点灯補助回路（テイクオーバー回路とも称される）は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力平滑キャパシタと並列に設けられており、直列に接続された点灯補助キャパシタと点灯補助抵抗から構成される。放電灯の点灯開始時においては以下のシーケンスが実行される。
【０００６】
１． 電源投入
２． ブレイクダウン
ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させ、バッテリ電圧を４００Ｖ程度まで昇圧する。スタータ回路により４００Ｖの電圧をさらに２０ｋＶ以上に昇圧して、高電圧パルスを発生し、放電灯をブレイクダウンさせて、放電を開始する。
３． アーク成長
ブレイクダウン直後、予めＤＣ／ＤＣコンバータの出力平滑キャパシタおよび点灯補助回路のキャパシタに蓄えられたエネルギーを用いて放電灯に数Ａの過電流を供給し、立ち消えを防止しつつグロー放電からアーク放電へと移行させる。
４． ランナップ
アーク放電が開始すると、放電灯の光出力が上昇していく。光出力の立ち上がりは規格で定められており、規格にマッチした光出力（電力）が得られるように、放電灯点灯回路は、放電灯に流れるランプ電流および放電灯に印加されるランプ電圧をモニタし、フィードバックによって、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子のオン・オフのデューティ比を調節する。ランナップ期間において放電灯には、一時的に定格電力より高い過電力が供給される。
５． 定常点灯
その後、放電灯に供給される電力が定格値に安定化され、放電灯の光出力が安定化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３２９７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
点灯補助回路の点灯補助キャパシタはアーク成長時において、放電灯に供給すべきエネルギー（電荷）を蓄えるものであるから、その容量値は大きければ大きいほど、放電灯は点灯しやすくなる。その反面、点灯補助回路の容量値が大きくなると、定常点灯時において、以下の問題をもたらす。
【０００９】
すなわち放電灯を交流駆動する際、ランプ電流の向き（極性）は点灯周波数で反転するところ、極性の反転タイミングにおいて放電灯は一瞬消灯する。極性の切り替えのタイミングでは、放電灯と直列に設けられた高圧コイル（スタータ回路の一部）に生ずる逆起電力によって、放電灯に過渡電圧が印加され、極性切り替え後に安定した電流を流すようにしている（以下、再点弧と称する）。
【００１０】
しかしながら、点灯補助キャパシタの容量値が大きくなると、再点灯時に高圧コイルが発生した逆起電力が点灯補助キャパシタに吸収されてしまうため、再点弧しにくくなり、放電灯が立ち消えを起こす慮がある。立ち消えを防止するために点灯補助キャパシタの容量値を小さくすると、アーク放電への移行に支障を来すおそれがある。同様に、点灯補助キャパシタの容量値が大きい場合の他、点灯補助抵抗の抵抗値が小さい場合にもかかる問題は発生しうる。さらに上述の問題は、車両用の放電灯点灯回路のみでなく、その他の放電灯点灯回路においても発生しうる。
【００１１】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的は、再点弧時の立ち消えを防止可能な放電灯点灯回路の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のある態様は、放電灯点灯回路に関する。この放電灯点灯回路は、駆動対象の放電灯に交流の駆動電圧を供給する駆動電圧生成部と、放電灯の一端側に設けられた点灯補助回路と、を備える。点灯補助回路は、放電灯の一端と固定電圧端子の間に直列に設けられたキャパシタおよびスイッチ素子および抵抗要素と、スイッチ素子の導通状態を制御する制御部と、を含む。
【００１３】
この態様によると、放電灯の点灯前においてはスイッチ素子をオンすることにより、点灯補助回路が有効に機能し、グロー放電からアーク放電への成長を促すことができ、点灯後においては、スイッチ素子をオフすることにより、点灯補助回路のキャパシタおよび抵抗が放電灯の駆動経路から切り離されるため、再点弧時の立ち消えを防止することができる。
「抵抗要素」とは、明示的に設けられた抵抗素子のほか、配線の寄生抵抗成分やスイッチ素子のオン抵抗、キャパシタのシリーズ寄生抵抗などを含む。
【００１４】
点灯補助回路は、スイッチ素子と並列に、そのアノードが、前記一端と前記固定電圧端子のうち電位の低い端子側となる向きで配置されたダイオードをさらに含んでもよい。
この態様によると、アーク成長期間における点灯補助回路から放電灯に対する大電流は、ダイオードを介して供給することができるため、最大定格電流の小さなスイッチ素子を用いることができ、低コスト化、小面積化に資することとなる。
【００１５】
制御部は、放電灯に流れるランプ電流が所定のしきい値電流より低いときスイッチ素子をオンし、ランプ電流がしきい値電流より高いときスイッチ素子をオフしてもよい。
この態様によれば、ランプ電流を監視することにより、放電灯の点灯の有無を検出し、スイッチ素子を適切に制御できる。
【００１６】
制御部は、放電灯の一端に印加されるランプ電圧が所定のしきい値電圧より高いときスイッチ素子をオンし、ランプ電圧がしきい値電圧より低いときスイッチ素子をオフしてもよい。
この態様によれば、ランプ電圧を監視することにより、放電灯の点灯の有無を検出し、スイッチ素子を適切に制御できる。
【００１７】
制御部は、放電灯の駆動開始から所定時間の経過前にスイッチ素子をオンし、所定時間の経過後にスイッチ素子をオフしてもよい。
放電灯の光出力の時間波形は規格で定められているため、時間を監視することにより、放電灯の点灯の有無を推定し、スイッチ素子を適切に制御できる。
【００１８】
ある態様において、駆動電圧生成部は、放電灯の一端に第１駆動電圧を供給する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、放電灯の他端に第２駆動電圧を供給する第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、放電灯の一端側に設けられ、オン状態において、放電灯の一端と固定電圧端子の間を電気的に導通させる第１スイッチと、放電灯の他端側に設けられ、オン状態において、放電灯の他端と固定電圧端子の間を電気的に導通させる第２スイッチと、を含んでもよい。第１ＤＣ／ＤＣコンバータと第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、所定の周期で相補的にアクティブ状態、非アクティブ状態を繰り返し、第１スイッチは第２ＤＣ／ＤＣコンバータがアクティブのときオン、第２スイッチは第１ＤＣ／ＤＣコンバータがアクティブのときオンしてもよい。
この態様では、第１ＤＣ／ＤＣコンバータと第２コンバータそれぞれの出力電圧は、所定の点灯周期で相補的にハイレベル（昇圧電圧）と接地電圧（０Ｖ）を繰り返す。したがって点灯補助回路のキャパシタが常時接続されていると、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力平滑キャパシタに加えて点灯補助回路のキャパシタが、周期ごとに充放電を繰り返すため、点灯補助回路のキャパシタの劣化が早められ、あるいはＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の遷移に遅延が生じ、放電灯が立ち消えし易くなる。かかる回路トポロジーにおいて、点灯補助回路にスイッチ素子を設けることにより、キャパシタの劣化を抑制し、あるいは立ち消えを防止することができる。また大容量である点灯補助回路のキャパシタが点灯周期ごとに大電流で充放電を繰り返すことから、充放電経路の抵抗成分により大きな電力損失（発熱）が生じるところ、この態様によれば、電力損失を低減できる。
【００１９】
ある態様において駆動電圧生成部は、放電灯の一端に第１駆動電圧を供給する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、放電灯の他端に第２駆動電圧を供給する第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、放電灯の一端側に設けられ、オン状態において放電灯の一端と固定電圧端子の間を電気的に導通させる第１スイッチと、放電灯の他端側に設けられ、オン状態において放電灯の他端と固定電圧端子の間を電気的に導通させる第２スイッチと、第１スイッチがオンのとき放電灯に流れる電流の経路上と、第２スイッチがオンのとき放電灯に流れる電流の経路上と、に設けられた少なくともひとつの電流検出抵抗と、を含んでもよい。第１ＤＣ／ＤＣコンバータと第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、所定の周波数で相補的にアクティブ状態、非アクティブ状態を繰り返し、第１スイッチは第２ＤＣ／ＤＣコンバータがアクティブのときオン、第２スイッチは第１ＤＣ／ＤＣコンバータがアクティブのときオンするとともに、第１ＤＣ／ＤＣコンバータおよび第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、少なくともひとつの電流検出抵抗の電圧降下にもとづいて制御されてもよい。少なくともひとつの電流検出抵抗はいずれも、第１スイッチおよびダイオードが形成するループに含まれない箇所に配置される。
【００２０】
この態様によれば、第２ＤＣ／ＤＣコンバータの地絡時に、電流検出抵抗に対して、点灯補助キャパシタからの電流が流れないため、第２ＤＣ／ＤＣコンバータの地絡を確実に検出できる。
【００２１】
第１スイッチの固定電圧端子側の端子と第２スイッチの固定電圧端子側の端子は共通に接続されてもよい。電流検出抵抗は、第１スイッチと第２スイッチの共通に接続された端子と固定電圧端子の間に設けられてもよい。ダイオードのアノードは、第１スイッチと電流検出抵抗の接続経路に接続されてもよい。
【００２２】
電流検出抵抗は、第１スイッチの固定電圧端子側の端子と、第２スイッチの固定電圧端子側の端子との間に設けられてもよい。ダイオードのアノードは、第１スイッチと電流検出抵抗の接続経路に接続されてもよい。
【００２３】
少なくともひとつの電流検出抵抗は、２つであってもよい。第１の電流検出抵抗は、第１スイッチと前記固定電圧端子の間に設けられてもよい。第２の電流検出抵抗は、第２スイッチと固定電圧端子の間に設けられてもよい。ダイオードのアノードは、第１スイッチと第１の電流検出抵抗の接続経路に接続されてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のある態様によれば、放電灯の再点弧時の立ち消えを防止でき、加えて、または、電力損失を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１の実施の形態に係る車両用灯具の構成を示す回路図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｄ）は、放電灯点灯回路の動作状態を示すタイムチャートである。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、変形例に係る点灯補助回路の構成を示す回路図である。
【図４】第１の変形例に係る放電灯点灯回路の構成を示す回路図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、第２、第３の変形例に係る放電灯点灯回路の構成の一部を示す回路図である。
【図６】第２の実施の形態に係る車両用灯具の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２７】
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る車両用灯具２の構成を示す回路図である。車両用灯具２は、メタルハライドランプである放電灯４と、それを駆動する放電灯点灯回路１００、および車載バッテリ（以下、単にバッテリと称する）６、電源スイッチ８を備える。
【００２９】
バッテリ６は、１２Ｖ（もしくは２４Ｖ）の直流電圧Ｖｂａｔを発生する。電源スイッチ８は放電灯４の点灯のオン、オフを制御するために設けられたリレースイッチであり、バッテリ６と直列に設けられる。
【００３０】
放電灯点灯回路１００は、平滑化されたバッテリ電圧Ｖｂａｔを昇圧し、交流変換して放電灯４へと供給する。以下、放電灯点灯回路１００の詳細な構成を説明する。
【００３１】
放電灯点灯回路１００は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２、点灯補助回路１０、スタータ回路２０、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、電流検出抵抗Ｒ１、制御回路３０、入力キャパシタＣ１を備える。
【００３２】
入力キャパシタＣ１は、バッテリ６と並列に設けられ、バッテリ電圧Ｖｂａｔを平滑化する。より具体的には、入力キャパシタＣ１は第１トランスＴ１、第２トランスＴ２の近傍に設けられており、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２のスイッチング動作に対する電圧平滑化の機能を果たす。
【００３３】
制御回路３０は、放電灯点灯回路１００全体を制御する機能ＩＣ（Integrated Circuit）であり、放電灯点灯回路１００の動作シーケンスを制御するとともに、放電灯４に供給する電力を調節する。制御回路３０は、以下のシーケンスを実行することにより放電灯４を点灯させ、その光出力を安定化させる。
１． 電源投入
２． ブレイクダウン
３． アーク成長
４． ランナップ
５． 定常点灯
各シーケンスの詳細は後述する。
【００３４】
第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２および制御回路３０は、放電灯４に対する駆動電圧（ランプ電圧ともいう）ＶＬを生成する駆動電圧生成部１２を形成する。駆動電圧生成部１２は、上述のランナップ期間および定常点灯期間において、放電灯４の両端間に第１周波数（点灯周波数）ｆ１の交流の駆動電圧ＶＬを供給する。第１周波数ｆ１は１０ｋＨｚ以下、具体的には２５０Ｈｚ〜７５０Ｈｚ程度に設定される。点灯周波数ｆ１の逆数を点灯周期Ｔ１（＝１／ｆ１）という。
【００３５】
第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１は、絶縁型のスイッチングレギュレータであり、第１スイッチング素子Ｍ１、第１トランスＴ１、第１整流ダイオードＤ１、第１出力キャパシタＣｏ１を含む。第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１のトポロジーは一般的なものであるため簡潔に説明する。
【００３６】
第１トランスＴ１の１次コイルＬ１と第１スイッチング素子Ｍ１は、入力キャパシタＣ１と並列に、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１の入力端子Ｐｉｎと接地端子（ＧＮＤ）間に直列に設けられている。たとえば第１スイッチング素子Ｍ１はＮチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成される。第１トランスＴ１の２次コイルＬ２の一端は接地されており、その他端は第１整流ダイオードＤ１のアノードと接続される。第１出力キャパシタＣｏ１は第１整流ダイオードＤ１のカソードと接地端子間に設けられる。
【００３７】
第１スイッチング素子Ｍ１の制御端子（ゲート）には、上述の第１周波数ｆ１より高い第２周波数ｆ２の第１制御パルス信号Ｓ１が印加される。たとえば第２周波数ｆ２は４００ｋＨｚである。第１スイッチング素子Ｍ１は、第１制御パルス信号Ｓ１がハイレベルのときオン、ローレベルのときオフする。後述するように、制御回路３０は、放電灯４の電気的状態にもとづいてフィードバックによって第１制御パルス信号Ｓ１のハイレベルとローレベルのデューティ比を調節する。
【００３８】
第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１は、アクティブ状態と非アクティブ状態が切り換え可能であり、アクティブ状態において、放電灯４の一端Ｐ１に第１駆動電圧（以下、出力電圧とも称する）Ｖｏ１を供給する。
【００３９】
第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１と同様の回路トポロジーを有している。すなわち、第１整流ダイオードＤ１と第２整流ダイオードＤ２、第１出力キャパシタＣｏ１と第２出力キャパシタＣｏ２、第１トランスＴ１と第２トランスＴ２、第１スイッチング素子Ｍ１と第２スイッチング素子Ｍ２は対応している。第２スイッチング素子Ｍ２のオン、オフは、放電灯４の電気的状態にもとづいたフィードバックによって、制御回路３０が生成する第２制御パルス信号Ｓ２によって制御される。
【００４０】
第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２も、アクティブ状態と非アクティブ状態が切り換え可能であり、アクティブ状態において、放電灯４の他端Ｐ２に第２駆動電圧（以下、第２出力電圧とも称する）Ｖｏ２を供給する。
【００４１】
第１スイッチＳＷ１は、放電灯４の一端Ｐ１側に設けられ、オン状態において、放電灯４の一端Ｐ１と固定電圧端子（接地端子）の間を電気的に導通させる。第２スイッチＳＷ２は、放電灯４の他端Ｐ２側に設けられ、オン状態において、放電灯４の他端Ｐ２と接地端子の間を電気的に導通させる。第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）もしくはＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）が好適であるが、その他の代替デバイスを用いても構わない。第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２それぞれのオン、オフ状態は、制御回路３０からの制御信号Ｓ３、Ｓ４に応じて制御される。
【００４２】
第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１と第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２は、所定の周期Ｔ１（つまり第１周波数ｆ１）で相補的にアクティブ状態と非アクティブ状態を繰り返す。つまり第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１がアクティブな期間と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２がアクティブな期間はそれぞれ、点灯周期Ｔ１の半周期となる。以下、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１がアクティブな状態を第１状態φ１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２がアクティブな状態を第２状態φ２と称する。第１スイッチＳＷ１は第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２がアクティブのとき、つまり第２状態φ２においてオンし、第２スイッチＳＷ２は第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１がアクティブのとき、つまり第１状態φ１においてオンする。
【００４３】
第１状態φ１においては、放電灯４の一端Ｐ１に第１駆動電圧Ｖｏ１が、他端Ｐ２に接地電圧（０Ｖ）が印加され、その結果、放電灯４には、駆動電圧ＶＬ（≒Ｖｏ１）が第１極性にて印加される。第２状態φ２においては、放電灯４の他端Ｐ２に第２出力電圧Ｖｏ２が、一端Ｐ１に接地電圧が印加され、その結果、放電灯４には、駆動電圧ＶＬ（≒Ｖｏ２）が第１極性と反対の第２極性にて印加される。
【００４４】
ランナップ期間および定常点灯期間において、制御回路３０は、第１状態φ１と第２状態φ２を所定の点灯周期Ｔ１にて交互に繰り返す。その結果、放電灯４には、交流の駆動電圧ＶＬが供給される。
【００４５】
電流検出抵抗Ｒ１は、放電灯４に流れるランプ電流ＩＬの経路上に設けられる。図１の回路では、共通接続された第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２のエミッタと、接地端子の間に設けられる。第１状態φ１においては、放電灯４に第１極性（図１中の右向き）に流れるランプ電流が流れ、第２状態φ２においては、第２極性（図１中の左向き）に流れるランプ電流が流れる。電流検出抵抗Ｒ１には、第１状態φ１、第２状態φ２のそれぞれにおいて、ランプ電流ＩＬに比例した電圧降下（電流検出信号ＳＩＬと称する）が発生する。電流検出信号ＳＩＬは、制御回路３０へとフィードバックされる。
【００４６】
スタータ回路２０は、放電灯４をブレイクダウンさせるために設けられ、スタータトランス２２およびパルス発生部２８を含む。スタータ回路２０のパルス発生部２８は、スタータトランス２２の１次コイル２４に対して、振幅が４００Ｖのパルス電圧を印加する。その結果、２次コイル２６側には、スタータトランス２２の巻線比に応じた高電圧パルス（たとえば２０ｋＶ）が発生し、放電灯４に印加される。その結果、放電灯４がブレイクダウンし、放電が開始する。
【００４７】
点灯補助回路１０は、放電灯４をアーク成長させるために設けられる。点灯補助回路１０は、点灯補助キャパシタＣ２、点灯補助抵抗Ｒ２、スイッチＳＷ３を含む。
【００４８】
点灯補助回路１０は、放電灯４の一端Ｐ１と接地端子の間に、言い換えれば第１出力キャパシタＣｏ１と並列に設けられる。点灯補助キャパシタＣ２、点灯補助抵抗Ｒ２およびスイッチＳＷ３は、直列に接続されている。点灯補助キャパシタＣ２、点灯補助抵抗Ｒ２、スイッチＳＷ３の順序は特に限定されず、適宜入れ換えてもよい。スイッチＳＷ３としては、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴなど、さまざまなトランジスタ素子が利用できる。
【００４９】
一例として、点灯補助キャパシタＣ２は１．８μＦであり、点灯補助抵抗Ｒ２は１８０Ωである。なお点灯補助抵抗Ｒ２は抵抗素子として設ける必要はなく、その抵抗値によっては、スイッチＳＷ３のオン抵抗で代替することも可能である。スイッチＳＷ３のオン、オフは、制御回路３０からの制御信号Ｓ５に応じて制御される。スイッチＳＷ３の制御シーケンスは後述する。
【００５０】
以上が放電灯点灯回路１００の構成である。続いてその動作を、シーケンスに従って説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は、放電灯点灯回路１００の動作状態を示すタイムチャートである。図２（ａ）〜（ｄ）の縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化されている。図２（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、ブレイクダウン過程、アーク成長過程、ランナップ過程および定常点灯時の波形を示している。
【００５１】
１． 電源投入
ユーザが電源スイッチ８をオンすると、放電灯点灯回路１００が起動する。制御回路３０は第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１をアクティブ状態、第１スイッチＳＷ１をオフ状態とし、バッテリ電圧Ｖｂａｔを所定の高電圧（４００ｖ）に昇圧して安定化する。具体的に制御回路３０は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１の出力電圧Ｖｏ１が４００ＶとなるようにＰＷＭ(Pulse Width Modulation)、ＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）方式などを利用して第１スイッチング素子Ｍ１のデューティ比を調節する。ＰＷＭ・ＰＦＭ制御については公知の技術を用いればよい。一例として、ＰＷＭ制御は、出力電圧Ｖｏ１と基準電圧（Ｖｒｅｆ）の誤差を増幅する誤差増幅器と、三角波やのこぎり波の周期信号を誤差増幅器の出力でスライスして第１制御パルス信号Ｓ１を生成するコンパレータによって実現できる。あるいは出力電圧Ｖｏ１をＡ／Ｄコンバータによってデジタル信号に変換し、マイコン制御によって第１制御パルス信号Ｓ１を生成してもよい。つまり第１スイッチング素子Ｍ１の制御方式は限定されない。
【００５２】
この間、制御回路３０はスイッチＳＷ３をオンさせる。その結果、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１の第１出力キャパシタＣｏ１ならびに点灯補助回路１０の点灯補助キャパシタＣ２が電圧Ｖｏ１（≒４００Ｖ）で充電され、エネルギーが蓄えられる。
【００５３】
２． ブレイクダウン
スタータ回路２０は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１により生成された４００Ｖの電圧Ｖｏ１を受ける。パルス発生部２８は振幅４００Ｖのパルスをスタータトランス２２の１次コイル２４に印加する。図２（ａ）に示すように、このとき２次コイル２６の２次コイル２６には、２０ｋＶ以上の高電圧パルスが発生する。その結果、放電灯４の駆動電圧は１３〜１５ｋＶ程度まで上昇してブレイクダウンし、グロー放電が開始する。
【００５４】
３． アーク成長
アーク成長の過程では、制御回路３０はスイッチＳＷ３のオンを維持しつづける。放電灯４がブレイクダウンすると、第１出力キャパシタＣｏ１および点灯補助キャパシタＣ２から、放電灯４に対して数Ａ（具体的には１０Ａ程度）の大電流が供給される。はじめに第１出力キャパシタＣｏ１から放電灯４に電流が供給され、その後、点灯補助抵抗Ｒ２および点灯補助キャパシタＣ２で形成される時定数に応じて遅れた電流が、点灯補助キャパシタＣ２から放電灯４に供給される。放電灯４に対する大電流の供給が、第１出力キャパシタＣｏ１から点灯補助回路１０へと受け継がれる（take over）ことから、点灯補助回路１０はテイクオーバー回路とも称される。この過程を経て、立ち消えを防止しつつグロー放電からアーク放電へと移行させる（図２（ｂ））。
【００５５】
４． ランナップ
アーク成長過程が終了してアーク放電が安定すると、制御回路３０は、スイッチＳＷ３をオフするとともに、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２および第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２を制御して、所定の周期Ｔ１にて相補的に第１状態φ１と第２状態φ２を繰り返す。
【００５６】
アーク放電の成長にともない、放電灯４の光出力が上昇していく。光出力の立ち上がりは規格で定められており、規格にマッチした光出力（電力）が得られるように、制御回路３０は、第１駆動電圧Ｖｏ１、第２駆動電圧Ｖｏ２、ランプ電流ＩＬを監視し、フィードバックによって、第１スイッチング素子Ｍ１、第２スイッチング素子Ｍ２のオン・オフのデューティ比を調節する。放電灯点灯回路１００は、ランナップ期間において放電灯４の光出力を急速に上昇させるため、一時的に定格電力より高い過電力を供給し、その後、ランプ電圧を８５Ｖ、ランプ電流ＩＬを０．４Ａに安定化して定格電力（３５Ｗ）に近づけていく。
【００５７】
スイッチＳＷ３の導通状態の制御に着目すると、放電灯４の点灯前にはオン、放電灯の点灯後にはオフされる。制御回路３０がスイッチＳＷ３をオンからオフへの切り換え制御を説明する。スイッチＳＷ３の制御は、以下の方式１〜３のいずれかで実行できる。
【００５８】
方式１
制御回路３０は、放電灯４に流れるランプ電流ＩＬにもとづいてスイッチＳＷ３のオン、オフを制御する。具体的には、ランプ電流ＩＬに応じた電流検出信号ＳＩＬを、所定のしきい値電流Ｉｔｈ（たとえば０．２Ａ）に対応したしきい値信号と比較し、ＩＬ＜Ｉｔｈのとき、つまり放電灯４が消灯していると推定されるとき、スイッチＳＷ３をオンし、ＩＬ＞Ｉｔｈのとき、つまり放電灯４が点灯していると推定されるとき、スイッチＳＷ３をオフする。
【００５９】
方式２
制御回路３０は、放電灯４に供給される駆動電圧Ｖｏ１（もしくはＶｏ２）にもとづいてスイッチＳＷ３のオン、オフを制御する。具体的には、駆動電圧Ｖｏ１を、所定のしきい値電圧Ｖｔｈ（たとえば２５０Ｖ）と比較し、Ｖｏ１＞Ｖｔｈのとき、つまり放電灯４が消灯していると推定されるとき、スイッチＳＷ３をオンし、Ｖｏ１＜Ｖｔｈのとき、つまり放電灯４が点灯していると推定されるとき、スイッチＳＷ３をオフする。
【００６０】
方式３
放電灯４の駆動開始から放電灯４が点灯するまでの時間は、放電灯４の種類や第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２および点灯補助回路１０の特性から、予期することができる。そこで制御回路３０は、タイマ制御にもとづいてスイッチＳＷ３のオン、オフを制御する。具体的には、放電灯４の駆動開始（たとえば電源スイッチ８のオンを契機として）からの経過時間を開始し、所定時間の経過前にスイッチＳＷ３をオンし、所定時間の経過後にスイッチＳＷ３をオフする。
【００６１】
５． 定常点灯
ランナップ過程を経て、放電灯４に供給される電力が定格値３５Ｗに安定化され、放電灯４の光出力が安定化する（図２（ｄ））。
【００６２】
以上が実施の形態に係る放電灯点灯回路１００の動作である。この放電灯点灯回路１００は、従来の放電灯点灯回路に比べて以下の利点を有する。
【００６３】
（１） 従来の回路では、点灯補助キャパシタＣ２が常時放電灯４の駆動経路と接続されていたため、放電灯４の再点弧の際に２次コイル２６によって誘起される逆起電力が点灯補助キャパシタＣ２に吸収され、再点弧しにくくなっていた。これに対して実施の形態では、点灯補助回路１０のスイッチＳＷ３が点灯補助キャパシタＣ２と直列に設けられており、放電灯４が点灯した後においてはオフされる。つまり、点灯補助キャパシタＣ２および点灯補助抵抗Ｒ２が、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１の出力端子から、言い換えれば放電灯４の駆動経路から切り離されるため、再点弧に及ぼす影響を排除することができ、放電灯４が立ち消えるのを防止することができる。また放電灯４の両端Ｐ１、Ｐ２側の電気的状態の対称性を高めることができるため、放電灯４の放電プロファイルの対称性も改善される。
【００６４】
（２） また図１の点灯補助回路１０においてスイッチＳＷ３を設けない従来の回路構成の場合には、放電灯４を交流点灯する際に、点灯周期ごとに点灯補助キャパシタＣ２の充放電を繰り返していたため、点灯補助キャパシタＣ２および点灯補助抵抗Ｒ２が発熱し、発熱対策にコストがかかるという問題があった。また従来の回路では充放電を繰り返すことにより点灯補助キャパシタＣ２の寿命が短くなるおそれがあった。これに対して実施の形態では、放電灯４の交流点灯中は点灯補助キャパシタＣ２の充放電は行われないため点灯補助キャパシタＣ２および点灯補助抵抗Ｒ２の発熱を実質的にゼロとし、また寿命を延ばすことができる。
【００６５】
この利点（２）は、図１に示される２つのＤＣ／ＤＣコンバータを放電灯４の両端に設けたトポロジー（ダブルコンバータ型と称する）特有の効果である。言い換えれば、スイッチＳＷ３を設けることは、ダブルコンバータ型の放電灯点灯回路において非常に有用である。
【００６６】
（３） さらに、従来の回路では点灯補助キャパシタＣ２が放電灯４の点灯動作に及ぼす影響を抑制するために、点灯補助キャパシタＣ２の容量を小さくする必要があった。これに対して実施の形態では、点灯補助キャパシタＣ２が放電灯４の点灯動作に影響を及ぼさないため、その容量値は、本来の点灯補助回路１０の機能のみを考慮して設計することができるため、従来に比べて大容量なキャパシタを利用することが可能となり、アーク成長を確実に行うことが可能となる。
【００６７】
以上が放電灯点灯回路１００の動作および効果である。
【００６８】
続いて、点灯補助回路１０の変形例を説明する。図３（ａ）、（ｂ）は、変形例に係る点灯補助回路１０ａ、１０ｂの構成を示す回路図である。
【００６９】
図３（ａ）の点灯補助回路１０ａは、図１の点灯補助回路１０に加えて、さらにダイオードＤ３を備える。ダイオードＤ３は、スイッチＳＷ３と並列に、そのアノードが、放電灯４の一端Ｐ１と接地端子ＧＮＤのうち電位の低い端子側となる向きで配置される。図１の放電灯点灯回路１００では、接地端子ＧＮＤの方が一端Ｐ１よりも低電位となることから、ダイオードＤ３のアノードは接地端子ＧＮＤ側となる。
【００７０】
車両用灯具では、電源スイッチ８がオンしてから放電灯４が起動するまで（スタータ回路２０のパルス発生）までに３０ｍｓほどの時間を有する。すなわち、点灯補助キャパシタＣ２の充電は、スタータ回路２０によるブレイクダウンまでに完了すればよいため、充電電流Ｉｃは０．１Ａ程度でよいが、点灯補助回路１０が放電灯４に供給すべき放電電流Ｉｄは数Ａと大きい。
【００７１】
図１の構成では、この放電電流ＩｄがスイッチＳＷ３を経由するため、放電電流Ｉｄに対応したスイッチを用いる必要があり、コストや回路面積の観点から改善の余地がある。図３（ａ）の点灯補助回路１０ａによれば、点灯補助キャパシタＣ２の充電はスイッチＳＷ３を介して行われ、点灯補助キャパシタＣ２から放電灯４への放電電流Ｉｄの供給は主としてダイオードＤ３を介して行われる。したがってスイッチＳＷ３は、０．１Ａ程度の小さな充電電流Ｉｃを考慮すして設計すればよいため、小型化、低コスト化を図ることができる。
【００７２】
なお、図３（ａ）の点灯補助回路１０ａを用いる場合、アーク成長の期間において、スイッチＳＷ３をオフとしてもよい。
【００７３】
図３（ｂ）の点灯補助回路１０ｂは、図３（ａ）の構成に加えて、放電電流制限抵抗Ｒ３をさらに備える。放電電流制限抵抗Ｒ３は、ダイオードＤ３のアノード・カソード間に、スイッチＳＷ３と直列に設けられる。スイッチＳＷ３は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタで構成できる。たとえばＲ２＝１８０Ω、Ｒ３＝２．２ｋΩである。バイポーラトランジスタを能動領域で使用すれば、点灯補助抵抗Ｒ２をトランジスタのオン抵抗で代用することも可能である。バイポーラトランジスタに変えてＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴを用いてもよい。
【００７４】
図３（ｂ）の構成によれば、図３（ａ）と同様に放電電流Ｉｄが主としてダイオードＤ３側を流れるため、スイッチＳＷ３として小さなバイポーラトランジスタを用いることができる。
【００７５】
また図３（ｂ）のようにスイッチＳＷ３としてバイポーラトランジスタを用いた場合、放電灯の起動直後に、放電電流Ｉｄがバイポーラトランジスタ（ＳＷ３）のエミッタからコレクタに向かって流れようとするため、この電流が大きければスイッチＳＷ３の信頼性を損ねるおそれがある。
【００７６】
スイッチＳＷ３の電圧降下をゼロとすると、放電電流制限抵抗Ｒ３の電圧降下は、ダイオードＤ３の順方向電圧Ｖｆ（＝０．７Ｖ）でクランプされることになる。したがって、図３（ｂ）の点灯補助回路１０ｂによれば、スイッチＳＷ３を介して放電灯４に流れる放電電流Ｉｘを（Ｖｆ／Ｒ３）以下に制限することができる。
【００７７】
一般的な放電灯点灯回路１００には、放電灯４の両端Ｐ１、Ｐ２が地絡しているか否かを判定し、地絡発生時には所定の処理（回路のシャットダウンや点灯の一時停止など）を実行する地絡保護機能が備わっている。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、点灯補助回路にスイッチＳＷ３と並列な経路にダイオードＤ３を設けた場合、点灯補助回路１０と反対側の第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２の出力が地絡した場合に、地絡を正確に検出できないという不具合が発生するおそれがある。
【００７８】
この不具合を、図１の放電灯点灯回路１００と、図３（ｂ）の点灯補助回路１０ｂを組み合わせた回路を例に説明する。
放電灯点灯回路１００の電源が投入され、続いてブレイクダウン過程、アーク成長過程に順に遷移していく。アーク成長の過程において、点灯補助キャパシタＣ２の電荷が、放電灯４へと供給される。はじめオンしていたスイッチＳＷ３は点灯開始とともにオフされる。この時点で、キャパシタＣ２には、出力電圧Ｖｏ１に応じた電荷が残留している。
【００７９】
続いて、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１と第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２が点灯周波数にて交互にアクティブとなる交流点灯が開始される。あるいは、交流点灯の開始前の一定時間（ＤＣ期間とも称する）、ウォームアップが行われる場合もある。すなわち第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２が固定的にアクティブ、第１スイッチＳＷ１が固定的にオンとなり直流点灯が行われる。ウォームアップすることにより、放電灯４の両端の電極を均等に暖めることができる。
【００８０】
交流点灯の開始直後、あるいはウォームアップ時（ＤＣ期間）の極性切りかえにおいて、第１状態φ１から第２状態φ２への遷移が発生する。
【００８１】
第１状態φ１から第２状態φ２の遷移の際に、第１スイッチＳＷ１がオフからオンに切りかえられると、点灯補助キャパシタＣ２の残留電荷が、第１スイッチＳＷ１および電流検出抵抗Ｒ１に向かって流れる。具体的には、図３（ｂ）の接地端子ＧＮＤから、ダイオードＤ３、点灯補助抵抗Ｒ２、点灯補助キャパシタＣ２、第１スイッチＳＷ１、電流検出抵抗Ｒ１を経て接地端子ＧＮＤに戻るという閉ループに電流が流れる。
【００８２】
一方、制御回路３０は、放電灯４の端子電圧が低く、かつ放電灯４に電流が流れていない状態を地絡と判定する。具体的には、以下の２つの条件の両方を満たしたことで地絡状態と判定する。
条件１ 放電灯４の端子Ｐ１（Ｐ２）の電位が所定のしきい値より低い。
条件２ 電流検出抵抗Ｒ１に生ずる電圧降下（ＳＩＬ）がしきい値より小さい。
【００８３】
いま、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２の出力（つまり放電灯４の端子Ｐ２）が地絡しているものとする。このとき条件１は満たされる。ところが、上述の閉ループに電流が流れることにより、電流検出抵抗Ｒ１には非ゼロの電圧降下が発生するため、点灯補助回路１０は条件２が成立しないと判定する。このことは、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２の地絡を検出することができないことを意味している。地絡検出に不具合が生ずると、放電灯点灯回路１００の制御に不整合が生ずるため、好ましくない。
【００８４】
以下では、この不具合を解消するための技術を説明する。
上述の地絡検出の不具合を回避するために、電流検出抵抗Ｒ１は、第１スイッチＳＷ１およびダイオードＤ３が形成するループに含まれない箇所に配置される。つまり電流検出抵抗Ｒ１はそのループから除外されている。言い換えれば、ダイオードＤ３のアノード端子の接続先は、ダイオードＤ３それ自身と第１スイッチＳＷ１を含むループに流れるループ電流が、電流検出抵抗Ｒ１に流れ込まない位置に接続される。
【００８５】
図４は、第１の変形例に係る放電灯点灯回路１００ｃの構成を示す回路図である。制御回路３０は、電流検出抵抗Ｒ１に生ずる電圧降下（電流検出信号ＳＩＬ）にもとづいて第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２のスイッチングを制御する。さらに制御回路３０は、放電灯４の一端Ｐ１の電位Ｖｏ１と電流検出信号ＳＩＬにもとづいて、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１の出力の地絡を検出し、放電灯４の他端Ｐ２の電位Ｖｏ２と電流検出信号ＳＩＬにもとづいて、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２の出力の地絡を検出する。
【００８６】
点灯補助回路１０ｃは、図３（ｃ）の点灯補助回路１０ｂと同様の構成要素を有するが、ダイオードＤ３の接続形態が異なっている。具体的にはダイオードＤ３のアノードは、第１スイッチＳＷ１と電流検出抵抗Ｒ１を結ぶ経路上のノードと接続される。その他の構成は同様である。
【００８７】
続いて図４の放電灯点灯回路１００ｃの動作を説明する。第１状態φ１から第２状態φ２に遷移するときに第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２が地絡した状態を想定する。このとき、点灯補助キャパシタＣ２の残留電荷が第１スイッチＳＷ１に流れ込む。第１スイッチＳＷ１に流れ込んだ電流は、電流検出抵抗Ｒ１には流れずに、第２整流ダイオードＤ２を介して再び点灯補助キャパシタＣ２へと流れ込む。すなわち、第２整流ダイオードＤ２、点灯補助抵抗Ｒ２、点灯補助キャパシタＣ２、第１スイッチＳＷ１によってループ経路が形成されており、電流検出抵抗Ｒ１はこのループから除外されている。
【００８８】
つまり電流検出抵抗Ｒ１に電圧降下が発生しないため、制御回路３０は上述の地絡判定の条件２を適切に判定でき、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２が地絡状態にあることを検出することができる。
【００８９】
図５（ａ）、（ｂ）は、第２、第３の変形例に係る放電灯点灯回路１００ｄ、１００ｅの構成の一部を示す回路図である。
【００９０】
図５（ａ）の放電灯点灯回路１００ｄには、２個の電流検出抵抗Ｒ１１、Ｒ１２が設けられている。第１の電流検出抵抗Ｒ１１は、第１スイッチＳＷ１と固定電圧端子（接地端子ＧＮＤ）の間に設けられ、第２の電流検出抵抗Ｒ１２は、第２スイッチＳＷ２と接地端子ＧＮＤの間に設けられている。
【００９１】
電流検出抵抗Ｒ１１に生ずる電圧降下が、第２状態φ２において放電灯４に流れる電流を示す電流検出信号ＳＩＬ１として制御回路３０（不図示）にフィードバックされる。同様に、電流検出抵抗Ｒ１２に生ずる電圧降下が、第１状態φ１において放電灯４に流れる電流を示す電流検出信号ＳＩＬ２として制御回路３０（不図示）にフィードバックされる。
【００９２】
図５（ａ）の点灯補助回路１０ｄに着目すると、２つの電流検出抵抗Ｒ１１、Ｒ１２はいずれも、ダイオードＤ３および第１スイッチＳＷ１が形成するループに含まれない位置に設けられる。具体的には、ダイオードＤ３のカソードは、第１スイッチＳＷ１と電流検出抵抗Ｒ１１の接続経路上のノードと接続されている。
【００９３】
図５（ａ）の構成においても、第１スイッチＳＷ１、ダイオードＤ３、点灯補助抵抗Ｒ２、点灯補助キャパシタＣ２のループに電流が流れても、電流検出抵抗Ｒ１１に電圧降下は生じない。したがって第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２の地絡を好適に検出することができる。
【００９４】
図５（ｂ）の放電灯点灯回路１００ｅにおいて、電流検出抵抗Ｒ１は、第１スイッチＳＷ１の固定電圧端子（接地端子）側の端子と、第２スイッチＳＷ２の接地端子側の端子との間に設けられている。電流検出抵抗Ｒ１の第１スイッチＳＷ１側の端子は接地されている。
【００９５】
図５（ｂ）においても、電流検出抵抗Ｒ１は、ダイオードＤ３および第１スイッチＳＷ１が形成するループに含まれない位置に設けられる。具体的には、ダイオードＤ３のカソードは、第１スイッチＳＷ１と電流検出抵抗Ｒ１の接続経路上のノードと接続されている。
【００９６】
なお図５（ｂ）において、第１スイッチＳＷ１と電流検出抵抗Ｒ１の接続経路上のノードは、すなわち接地端子ＧＮＤである。つまり図５（ｂ）の点灯補助回路１０ｅの場合、図３（ｂ）の点灯補助回路１０ｂと実質的に同じ構成となっている。
【００９７】
図５（ｂ）の放電灯点灯回路１００ｅによっても、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２の地絡を検出できる。
【００９８】
なお、地絡検出が上述のそれと異なるアプローチによってなされる場合、あるいは地絡検出の不具合がシステム全体に悪影響を及ぼさない場合には、図３（ａ）、（ｂ）の点灯補助回路１０ａ、１０ｂをそのまま用いることが可能であることはいうまでもない。
【００９９】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、放電灯４の両端に設けられた２つのＤＣ／ＤＣコンバータを交互に動作させて、交流点灯する技術を説明した。第２の実施の形態では、単一のＤＣ／ＤＣコンバータと、スイッチング回路（Ｈブリッジ回路）を用いて交流点灯する。
【０１００】
図６は、第２の実施の形態に係る車両用灯具２ａの構成を示す回路図である。図１と共通の構成の説明は省略し、異なる点のみを説明する。
【０１０１】
放電灯点灯回路１００ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ４、点灯補助回路１０、スタータ回路２０、Ｈブリッジ回路４０、入力回路４２を含む。
【０１０２】
入力回路４２は、入力インダクタＬ６、入力キャパシタＣ１、Ｃ６、抵抗Ｒ６、入力スイッチＭ６を含む。入力キャパシタＣ６は、バッテリ６と並列に設けられ、バッテリ電圧Ｖｂａｔを平滑化する。
入力インダクタＬ６は、バッテリ６とＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ４の入力端子Ｐｉｎの間に、電源スイッチ８と直列に設けられる。入力キャパシタＣ６および入力スイッチＭ６は、入力端子Ｐｉｎと接地端子ＧＮＤ間に直列に設けられる。抵抗Ｒ６は、入力スイッチＭ６のゲートと、入力キャパシタＣ１の一端の間に設けられる。入力回路４２は、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ４に発生するノイズが、バッテリ６側に漏れるのを遮断する。また入力スイッチＭ６および抵抗Ｒ６は、回路保護のために設けられており、バッテリ６が逆極性で接続された際に、電流を遮断する機能を有する。
【０１０３】
ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ４は、バッテリ電圧Ｖｂａｔを昇圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ４は、トランスＴ４、整流ダイオードＤ４、出力キャパシタＣｏ４、スイッチング素子Ｍ４を含む。トランスＴ４の１次コイルＬ４の一端と、２次コイルＬ５の一端は、スイッチング素子Ｍ４（ＭＯＳＦＥＴ）のドレインと共通に接続されている。スイッチング素子Ｍ４がスイッチングすることにより、バッテリ電圧Ｖｂａｔが昇圧される。スイッチング素子Ｍ４のオン、オフのデューティ比の制御は、第１の実施の形態と同様である。昇圧された出力電圧Ｖｏは、後段のＨブリッジ回路４０に供給される。
【０１０４】
Ｈブリッジ回路４０は、ＩＧＢＴのハイサイドスイッチＱ１、Ｑ３とローサイドスイッチＱ２、Ｑ４を含む。スイッチＱ１、Ｑ４のペアがオンする第１状態φ１と、スイッチＱ２、Ｑ３のペアがオンする第２状態φ２を交互に繰り返すことにより、放電灯４に対して交流の駆動電圧が供給される。つまり、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ４およびＨブリッジ回路４０が、駆動電圧生成部１２として機能する。
【０１０５】
点灯補助回路１０およびスタータ回路２０は、第１の実施の形態と同様である。点灯補助回路１０は、図１もしくは図３（ａ）、（ｂ）のいずれかの構成を有する。
【０１０６】
図６の放電灯点灯回路１００ａは、以下の利点を有する。
（４） 点灯補助回路１０のスイッチＳＷ３は、放電灯４が点灯した後においてはオフされ、点灯中は点灯補助キャパシタＣ２が放電灯４の駆動経路から切り離される。したがって、第１の実施の形態の同様に、再点弧時に２次コイル２６に生ずる逆起電力が点灯補助キャパシタＣ２に吸収されないため、放電灯４が立ち消えるのを防止することができる。
【０１０７】
（５） 第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、点灯補助キャパシタＣ２が放電灯４の点灯動作に影響を及ぼさないため、その容量値は、本来の点灯補助回路１０の機能のみを考慮して設計することができるため、従来に比べて大容量なキャパシタを利用することが可能となり、アーク成長を確実に行うことが可能となる。
【０１０８】
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【０１０９】
第１の実施の形態では、正の駆動電圧Ｖｏ１、Ｖｏ２を生成して、放電灯４に印加する場合（正極点灯と称する）について説明したが、負の駆動電圧Ｖｏ１、Ｖｏ２を生成して放電灯４を駆動してもよい（負極点灯と称する）。この場合、図１における第１整流ダイオードＤ１、第２整流ダイオードＤ２の向きが反転される。
【０１１０】
負極点灯する場合においても、図３（ａ）または（ｂ）の点灯補助回路１０ａ、１０ｂを設けることができる。図３（ａ）、（ｂ）のダイオードＤ３は、放電灯４の一端Ｐ１と接地端子ＧＮＤのうち電位の低い端子側がアノードとなる向きで配置する必要がある。負極点灯する場合、放電灯４の一端Ｐ１側が低電位となることから、ダイオードＤ３はアノードが放電灯４の一端Ｐ１側となるように反転する必要がある。
【０１１１】
同様に第２の実施の形態においても、図６における整流ダイオードＤ４の向きを反転し、負極点灯を行ってもよい。この際、図３（ａ）または（ｂ）の点灯補助回路１０ａ、１０ｂを設ける場合にも、ダイオードＤ３の向きを反転すればよい。
【０１１２】
実施の形態では、車両用灯具を例に説明をしたが、本発明の用途はこれに限定されず、点灯補助回路を備える放電灯点灯回路に広く適用できる。
【０１１３】
実施の形態にもとづき、特定の語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１４】
２…車両用灯具、４…放電灯、１０…点灯補助回路、ＳＷ３…スイッチ、Ｄ３…ダイオード、Ｃ２…点灯補助キャパシタ、Ｒ２…点灯補助抵抗、１００…放電灯点灯回路、ＣＯＮＶ１…第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＣＯＮＶ２…第２ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＳＷ１…第１スイッチ、ＳＷ２…第２スイッチ、２０…スタータ回路、３０…制御回路、ＣＯＮＶ４…ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯点灯回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両用灯具（前照灯）として、従来のフィラメントを有するハロゲンランプに代えて、メタルハライドランプ（以下、放電灯と称する）が利用されている。放電灯は、ハロゲンランプに比べて発光効率、長寿命が得られる反面、駆動電圧として数十〜数百Ｖが必要であるため、１２Ｖ（もしくは２４Ｖ）の車載バッテリでは直接駆動することができず、放電灯点灯回路（バラストとも称される）が必要となる。
【０００３】
放電灯を点灯する方式は、直流駆動と高周波駆動に分類されるが、直流駆動すると放電のアークが非対称となり、発光プロファイルが不均一となるため、車両用灯具としての利用には適さず、車両用灯具では交流駆動するのが一般的である。放電灯を１０ｋＨｚ以上の高周波で交流駆動すると、放電管内の気流と点灯周波数が共振する現象（音響共鳴などと呼ばれる）が発生し、放電アークが不安定になるという問題が発生する。そこで現在では、直流駆動と高周波交流駆動の双方のデメリットを解消するために、１０ｋＨｚ以下の低周波で駆動する方式（低周波駆動方式）が主流となっている。
【０００４】
放電灯点灯回路は、バッテリ電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を交流変換するＨブリッジ回路などのスイッチング回路と、点灯補助回路およびスタータ回路を備えている（たとえば特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１の図１に開示されるように、点灯補助回路（テイクオーバー回路とも称される）は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力平滑キャパシタと並列に設けられており、直列に接続された点灯補助キャパシタと点灯補助抵抗から構成される。放電灯の点灯開始時においては以下のシーケンスが実行される。
【０００６】
１． 電源投入
２． ブレイクダウン
ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させ、バッテリ電圧を４００Ｖ程度まで昇圧する。スタータ回路により４００Ｖの電圧をさらに２０ｋＶ以上に昇圧して、高電圧パルスを発生し、放電灯をブレイクダウンさせて、放電を開始する。
３． アーク成長
ブレイクダウン直後、予めＤＣ／ＤＣコンバータの出力平滑キャパシタおよび点灯補助回路のキャパシタに蓄えられたエネルギーを用いて放電灯に数Ａの過電流を供給し、立ち消えを防止しつつグロー放電からアーク放電へと移行させる。
４． ランナップ
アーク放電が開始すると、放電灯の光出力が上昇していく。光出力の立ち上がりは規格で定められており、規格にマッチした光出力（電力）が得られるように、放電灯点灯回路は、放電灯に流れるランプ電流および放電灯に印加されるランプ電圧をモニタし、フィードバックによって、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子のオン・オフのデューティ比を調節する。ランナップ期間において放電灯には、一時的に定格電力より高い過電力が供給される。
５． 定常点灯
その後、放電灯に供給される電力が定格値に安定化され、放電灯の光出力が安定化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３２９７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
点灯補助回路の点灯補助キャパシタはアーク成長時において、放電灯に供給すべきエネルギー（電荷）を蓄えるものであるから、その容量値は大きければ大きいほど、放電灯は点灯しやすくなる。その反面、点灯補助回路の容量値が大きくなると、定常点灯時において、以下の問題をもたらす。
【０００９】
すなわち放電灯を交流駆動する際、ランプ電流の向き（極性）は点灯周波数で反転するところ、極性の反転タイミングにおいて放電灯は一瞬消灯する。極性の切り替えのタイミングでは、放電灯と直列に設けられた高圧コイル（スタータ回路の一部）に生ずる逆起電力によって、放電灯に過渡電圧が印加され、極性切り替え後に安定した電流を流すようにしている（以下、再点弧と称する）。
【００１０】
しかしながら、点灯補助キャパシタの容量値が大きくなると、再点灯時に高圧コイルが発生した逆起電力が点灯補助キャパシタに吸収されてしまうため、再点弧しにくくなり、放電灯が立ち消えを起こす慮がある。立ち消えを防止するために点灯補助キャパシタの容量値を小さくすると、アーク放電への移行に支障を来すおそれがある。同様に、点灯補助キャパシタの容量値が大きい場合の他、点灯補助抵抗の抵抗値が小さい場合にもかかる問題は発生しうる。さらに上述の問題は、車両用の放電灯点灯回路のみでなく、その他の放電灯点灯回路においても発生しうる。
【００１１】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的は、再点弧時の立ち消えを防止可能な放電灯点灯回路の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のある態様は、放電灯点灯回路に関する。この放電灯点灯回路は、駆動対象の放電灯に交流の駆動電圧を供給する駆動電圧生成部と、放電灯の一端側に設けられた点灯補助回路と、を備える。点灯補助回路は、放電灯の一端と固定電圧端子の間に直列に設けられたキャパシタおよびスイッチ素子および抵抗要素と、スイッチ素子の導通状態を制御する制御部と、を含む。
【００１３】
この態様によると、放電灯の点灯前においてはスイッチ素子をオンすることにより、点灯補助回路が有効に機能し、グロー放電からアーク放電への成長を促すことができ、点灯後においては、スイッチ素子をオフすることにより、点灯補助回路のキャパシタおよび抵抗が放電灯の駆動経路から切り離されるため、再点弧時の立ち消えを防止することができる。
「抵抗要素」とは、明示的に設けられた抵抗素子のほか、配線の寄生抵抗成分やスイッチ素子のオン抵抗、キャパシタのシリーズ寄生抵抗などを含む。
【００１４】
点灯補助回路は、スイッチ素子と並列に、そのアノードが、前記一端と前記固定電圧端子のうち電位の低い端子側となる向きで配置されたダイオードをさらに含んでもよい。
この態様によると、アーク成長期間における点灯補助回路から放電灯に対する大電流は、ダイオードを介して供給することができるため、最大定格電流の小さなスイッチ素子を用いることができ、低コスト化、小面積化に資することとなる。
【００１５】
制御部は、放電灯に流れるランプ電流が所定のしきい値電流より低いときスイッチ素子をオンし、ランプ電流がしきい値電流より高いときスイッチ素子をオフしてもよい。
この態様によれば、ランプ電流を監視することにより、放電灯の点灯の有無を検出し、スイッチ素子を適切に制御できる。
【００１６】
制御部は、放電灯の一端に印加されるランプ電圧が所定のしきい値電圧より高いときスイッチ素子をオンし、ランプ電圧がしきい値電圧より低いときスイッチ素子をオフしてもよい。
この態様によれば、ランプ電圧を監視することにより、放電灯の点灯の有無を検出し、スイッチ素子を適切に制御できる。
【００１７】
制御部は、放電灯の駆動開始から所定時間の経過前にスイッチ素子をオンし、所定時間の経過後にスイッチ素子をオフしてもよい。
放電灯の光出力の時間波形は規格で定められているため、時間を監視することにより、放電灯の点灯の有無を推定し、スイッチ素子を適切に制御できる。
【００１８】
ある態様において、駆動電圧生成部は、放電灯の一端に第１駆動電圧を供給する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、放電灯の他端に第２駆動電圧を供給する第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、放電灯の一端側に設けられ、オン状態において、放電灯の一端と固定電圧端子の間を電気的に導通させる第１スイッチと、放電灯の他端側に設けられ、オン状態において、放電灯の他端と固定電圧端子の間を電気的に導通させる第２スイッチと、を含んでもよい。第１ＤＣ／ＤＣコンバータと第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、所定の周期で相補的にアクティブ状態、非アクティブ状態を繰り返し、第１スイッチは第２ＤＣ／ＤＣコンバータがアクティブのときオン、第２スイッチは第１ＤＣ／ＤＣコンバータがアクティブのときオンしてもよい。
この態様では、第１ＤＣ／ＤＣコンバータと第２コンバータそれぞれの出力電圧は、所定の点灯周期で相補的にハイレベル（昇圧電圧）と接地電圧（０Ｖ）を繰り返す。したがって点灯補助回路のキャパシタが常時接続されていると、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力平滑キャパシタに加えて点灯補助回路のキャパシタが、周期ごとに充放電を繰り返すため、点灯補助回路のキャパシタの劣化が早められ、あるいはＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の遷移に遅延が生じ、放電灯が立ち消えし易くなる。かかる回路トポロジーにおいて、点灯補助回路にスイッチ素子を設けることにより、キャパシタの劣化を抑制し、あるいは立ち消えを防止することができる。また大容量である点灯補助回路のキャパシタが点灯周期ごとに大電流で充放電を繰り返すことから、充放電経路の抵抗成分により大きな電力損失（発熱）が生じるところ、この態様によれば、電力損失を低減できる。
【００１９】
ある態様において駆動電圧生成部は、放電灯の一端に第１駆動電圧を供給する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、放電灯の他端に第２駆動電圧を供給する第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、放電灯の一端側に設けられ、オン状態において放電灯の一端と固定電圧端子の間を電気的に導通させる第１スイッチと、放電灯の他端側に設けられ、オン状態において放電灯の他端と固定電圧端子の間を電気的に導通させる第２スイッチと、第１スイッチがオンのとき放電灯に流れる電流の経路上と、第２スイッチがオンのとき放電灯に流れる電流の経路上と、に設けられた少なくともひとつの電流検出抵抗と、を含んでもよい。第１ＤＣ／ＤＣコンバータと第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、所定の周波数で相補的にアクティブ状態、非アクティブ状態を繰り返し、第１スイッチは第２ＤＣ／ＤＣコンバータがアクティブのときオン、第２スイッチは第１ＤＣ／ＤＣコンバータがアクティブのときオンするとともに、第１ＤＣ／ＤＣコンバータおよび第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、少なくともひとつの電流検出抵抗の電圧降下にもとづいて制御されてもよい。少なくともひとつの電流検出抵抗はいずれも、第１スイッチおよびダイオードが形成するループに含まれない箇所に配置される。
【００２０】
この態様によれば、第２ＤＣ／ＤＣコンバータの地絡時に、電流検出抵抗に対して、点灯補助キャパシタからの電流が流れないため、第２ＤＣ／ＤＣコンバータの地絡を確実に検出できる。
【００２１】
第１スイッチの固定電圧端子側の端子と第２スイッチの固定電圧端子側の端子は共通に接続されてもよい。電流検出抵抗は、第１スイッチと第２スイッチの共通に接続された端子と固定電圧端子の間に設けられてもよい。ダイオードのアノードは、第１スイッチと電流検出抵抗の接続経路に接続されてもよい。
【００２２】
電流検出抵抗は、第１スイッチの固定電圧端子側の端子と、第２スイッチの固定電圧端子側の端子との間に設けられてもよい。ダイオードのアノードは、第１スイッチと電流検出抵抗の接続経路に接続されてもよい。
【００２３】
少なくともひとつの電流検出抵抗は、２つであってもよい。第１の電流検出抵抗は、第１スイッチと前記固定電圧端子の間に設けられてもよい。第２の電流検出抵抗は、第２スイッチと固定電圧端子の間に設けられてもよい。ダイオードのアノードは、第１スイッチと第１の電流検出抵抗の接続経路に接続されてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のある態様によれば、放電灯の再点弧時の立ち消えを防止でき、加えて、または、電力損失を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１の実施の形態に係る車両用灯具の構成を示す回路図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｄ）は、放電灯点灯回路の動作状態を示すタイムチャートである。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、変形例に係る点灯補助回路の構成を示す回路図である。
【図４】第１の変形例に係る放電灯点灯回路の構成を示す回路図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、第２、第３の変形例に係る放電灯点灯回路の構成の一部を示す回路図である。
【図６】第２の実施の形態に係る車両用灯具の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２７】
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る車両用灯具２の構成を示す回路図である。車両用灯具２は、メタルハライドランプである放電灯４と、それを駆動する放電灯点灯回路１００、および車載バッテリ（以下、単にバッテリと称する）６、電源スイッチ８を備える。
【００２９】
バッテリ６は、１２Ｖ（もしくは２４Ｖ）の直流電圧Ｖｂａｔを発生する。電源スイッチ８は放電灯４の点灯のオン、オフを制御するために設けられたリレースイッチであり、バッテリ６と直列に設けられる。
【００３０】
放電灯点灯回路１００は、平滑化されたバッテリ電圧Ｖｂａｔを昇圧し、交流変換して放電灯４へと供給する。以下、放電灯点灯回路１００の詳細な構成を説明する。
【００３１】
放電灯点灯回路１００は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２、点灯補助回路１０、スタータ回路２０、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、電流検出抵抗Ｒ１、制御回路３０、入力キャパシタＣ１を備える。
【００３２】
入力キャパシタＣ１は、バッテリ６と並列に設けられ、バッテリ電圧Ｖｂａｔを平滑化する。より具体的には、入力キャパシタＣ１は第１トランスＴ１、第２トランスＴ２の近傍に設けられており、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２のスイッチング動作に対する電圧平滑化の機能を果たす。
【００３３】
制御回路３０は、放電灯点灯回路１００全体を制御する機能ＩＣ（Integrated Circuit）であり、放電灯点灯回路１００の動作シーケンスを制御するとともに、放電灯４に供給する電力を調節する。制御回路３０は、以下のシーケンスを実行することにより放電灯４を点灯させ、その光出力を安定化させる。
１． 電源投入
２． ブレイクダウン
３． アーク成長
４． ランナップ
５． 定常点灯
各シーケンスの詳細は後述する。
【００３４】
第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２および制御回路３０は、放電灯４に対する駆動電圧（ランプ電圧ともいう）ＶＬを生成する駆動電圧生成部１２を形成する。駆動電圧生成部１２は、上述のランナップ期間および定常点灯期間において、放電灯４の両端間に第１周波数（点灯周波数）ｆ１の交流の駆動電圧ＶＬを供給する。第１周波数ｆ１は１０ｋＨｚ以下、具体的には２５０Ｈｚ〜７５０Ｈｚ程度に設定される。点灯周波数ｆ１の逆数を点灯周期Ｔ１（＝１／ｆ１）という。
【００３５】
第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１は、絶縁型のスイッチングレギュレータであり、第１スイッチング素子Ｍ１、第１トランスＴ１、第１整流ダイオードＤ１、第１出力キャパシタＣｏ１を含む。第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１のトポロジーは一般的なものであるため簡潔に説明する。
【００３６】
第１トランスＴ１の１次コイルＬ１と第１スイッチング素子Ｍ１は、入力キャパシタＣ１と並列に、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１の入力端子Ｐｉｎと接地端子（ＧＮＤ）間に直列に設けられている。たとえば第１スイッチング素子Ｍ１はＮチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成される。第１トランスＴ１の２次コイルＬ２の一端は接地されており、その他端は第１整流ダイオードＤ１のアノードと接続される。第１出力キャパシタＣｏ１は第１整流ダイオードＤ１のカソードと接地端子間に設けられる。
【００３７】
第１スイッチング素子Ｍ１の制御端子（ゲート）には、上述の第１周波数ｆ１より高い第２周波数ｆ２の第１制御パルス信号Ｓ１が印加される。たとえば第２周波数ｆ２は４００ｋＨｚである。第１スイッチング素子Ｍ１は、第１制御パルス信号Ｓ１がハイレベルのときオン、ローレベルのときオフする。後述するように、制御回路３０は、放電灯４の電気的状態にもとづいてフィードバックによって第１制御パルス信号Ｓ１のハイレベルとローレベルのデューティ比を調節する。
【００３８】
第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１は、アクティブ状態と非アクティブ状態が切り換え可能であり、アクティブ状態において、放電灯４の一端Ｐ１に第１駆動電圧（以下、出力電圧とも称する）Ｖｏ１を供給する。
【００３９】
第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１と同様の回路トポロジーを有している。すなわち、第１整流ダイオードＤ１と第２整流ダイオードＤ２、第１出力キャパシタＣｏ１と第２出力キャパシタＣｏ２、第１トランスＴ１と第２トランスＴ２、第１スイッチング素子Ｍ１と第２スイッチング素子Ｍ２は対応している。第２スイッチング素子Ｍ２のオン、オフは、放電灯４の電気的状態にもとづいたフィードバックによって、制御回路３０が生成する第２制御パルス信号Ｓ２によって制御される。
【００４０】
第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２も、アクティブ状態と非アクティブ状態が切り換え可能であり、アクティブ状態において、放電灯４の他端Ｐ２に第２駆動電圧（以下、第２出力電圧とも称する）Ｖｏ２を供給する。
【００４１】
第１スイッチＳＷ１は、放電灯４の一端Ｐ１側に設けられ、オン状態において、放電灯４の一端Ｐ１と固定電圧端子（接地端子）の間を電気的に導通させる。第２スイッチＳＷ２は、放電灯４の他端Ｐ２側に設けられ、オン状態において、放電灯４の他端Ｐ２と接地端子の間を電気的に導通させる。第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）もしくはＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）が好適であるが、その他の代替デバイスを用いても構わない。第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２それぞれのオン、オフ状態は、制御回路３０からの制御信号Ｓ３、Ｓ４に応じて制御される。
【００４２】
第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１と第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２は、所定の周期Ｔ１（つまり第１周波数ｆ１）で相補的にアクティブ状態と非アクティブ状態を繰り返す。つまり第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１がアクティブな期間と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２がアクティブな期間はそれぞれ、点灯周期Ｔ１の半周期となる。以下、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１がアクティブな状態を第１状態φ１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２がアクティブな状態を第２状態φ２と称する。第１スイッチＳＷ１は第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２がアクティブのとき、つまり第２状態φ２においてオンし、第２スイッチＳＷ２は第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１がアクティブのとき、つまり第１状態φ１においてオンする。
【００４３】
第１状態φ１においては、放電灯４の一端Ｐ１に第１駆動電圧Ｖｏ１が、他端Ｐ２に接地電圧（０Ｖ）が印加され、その結果、放電灯４には、駆動電圧ＶＬ（≒Ｖｏ１）が第１極性にて印加される。第２状態φ２においては、放電灯４の他端Ｐ２に第２出力電圧Ｖｏ２が、一端Ｐ１に接地電圧が印加され、その結果、放電灯４には、駆動電圧ＶＬ（≒Ｖｏ２）が第１極性と反対の第２極性にて印加される。
【００４４】
ランナップ期間および定常点灯期間において、制御回路３０は、第１状態φ１と第２状態φ２を所定の点灯周期Ｔ１にて交互に繰り返す。その結果、放電灯４には、交流の駆動電圧ＶＬが供給される。
【００４５】
電流検出抵抗Ｒ１は、放電灯４に流れるランプ電流ＩＬの経路上に設けられる。図１の回路では、共通接続された第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２のエミッタと、接地端子の間に設けられる。第１状態φ１においては、放電灯４に第１極性（図１中の右向き）に流れるランプ電流が流れ、第２状態φ２においては、第２極性（図１中の左向き）に流れるランプ電流が流れる。電流検出抵抗Ｒ１には、第１状態φ１、第２状態φ２のそれぞれにおいて、ランプ電流ＩＬに比例した電圧降下（電流検出信号ＳＩＬと称する）が発生する。電流検出信号ＳＩＬは、制御回路３０へとフィードバックされる。
【００４６】
スタータ回路２０は、放電灯４をブレイクダウンさせるために設けられ、スタータトランス２２およびパルス発生部２８を含む。スタータ回路２０のパルス発生部２８は、スタータトランス２２の１次コイル２４に対して、振幅が４００Ｖのパルス電圧を印加する。その結果、２次コイル２６側には、スタータトランス２２の巻線比に応じた高電圧パルス（たとえば２０ｋＶ）が発生し、放電灯４に印加される。その結果、放電灯４がブレイクダウンし、放電が開始する。
【００４７】
点灯補助回路１０は、放電灯４をアーク成長させるために設けられる。点灯補助回路１０は、点灯補助キャパシタＣ２、点灯補助抵抗Ｒ２、スイッチＳＷ３を含む。
【００４８】
点灯補助回路１０は、放電灯４の一端Ｐ１と接地端子の間に、言い換えれば第１出力キャパシタＣｏ１と並列に設けられる。点灯補助キャパシタＣ２、点灯補助抵抗Ｒ２およびスイッチＳＷ３は、直列に接続されている。点灯補助キャパシタＣ２、点灯補助抵抗Ｒ２、スイッチＳＷ３の順序は特に限定されず、適宜入れ換えてもよい。スイッチＳＷ３としては、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴなど、さまざまなトランジスタ素子が利用できる。
【００４９】
一例として、点灯補助キャパシタＣ２は１．８μＦであり、点灯補助抵抗Ｒ２は１８０Ωである。なお点灯補助抵抗Ｒ２は抵抗素子として設ける必要はなく、その抵抗値によっては、スイッチＳＷ３のオン抵抗で代替することも可能である。スイッチＳＷ３のオン、オフは、制御回路３０からの制御信号Ｓ５に応じて制御される。スイッチＳＷ３の制御シーケンスは後述する。
【００５０】
以上が放電灯点灯回路１００の構成である。続いてその動作を、シーケンスに従って説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は、放電灯点灯回路１００の動作状態を示すタイムチャートである。図２（ａ）〜（ｄ）の縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化されている。図２（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、ブレイクダウン過程、アーク成長過程、ランナップ過程および定常点灯時の波形を示している。
【００５１】
１． 電源投入
ユーザが電源スイッチ８をオンすると、放電灯点灯回路１００が起動する。制御回路３０は第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１をアクティブ状態、第１スイッチＳＷ１をオフ状態とし、バッテリ電圧Ｖｂａｔを所定の高電圧（４００ｖ）に昇圧して安定化する。具体的に制御回路３０は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１の出力電圧Ｖｏ１が４００ＶとなるようにＰＷＭ(Pulse Width Modulation)、ＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）方式などを利用して第１スイッチング素子Ｍ１のデューティ比を調節する。ＰＷＭ・ＰＦＭ制御については公知の技術を用いればよい。一例として、ＰＷＭ制御は、出力電圧Ｖｏ１と基準電圧（Ｖｒｅｆ）の誤差を増幅する誤差増幅器と、三角波やのこぎり波の周期信号を誤差増幅器の出力でスライスして第１制御パルス信号Ｓ１を生成するコンパレータによって実現できる。あるいは出力電圧Ｖｏ１をＡ／Ｄコンバータによってデジタル信号に変換し、マイコン制御によって第１制御パルス信号Ｓ１を生成してもよい。つまり第１スイッチング素子Ｍ１の制御方式は限定されない。
【００５２】
この間、制御回路３０はスイッチＳＷ３をオンさせる。その結果、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１の第１出力キャパシタＣｏ１ならびに点灯補助回路１０の点灯補助キャパシタＣ２が電圧Ｖｏ１（≒４００Ｖ）で充電され、エネルギーが蓄えられる。
【００５３】
２． ブレイクダウン
スタータ回路２０は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１により生成された４００Ｖの電圧Ｖｏ１を受ける。パルス発生部２８は振幅４００Ｖのパルスをスタータトランス２２の１次コイル２４に印加する。図２（ａ）に示すように、このとき２次コイル２６の２次コイル２６には、２０ｋＶ以上の高電圧パルスが発生する。その結果、放電灯４の駆動電圧は１３〜１５ｋＶ程度まで上昇してブレイクダウンし、グロー放電が開始する。
【００５４】
３． アーク成長
アーク成長の過程では、制御回路３０はスイッチＳＷ３のオンを維持しつづける。放電灯４がブレイクダウンすると、第１出力キャパシタＣｏ１および点灯補助キャパシタＣ２から、放電灯４に対して数Ａ（具体的には１０Ａ程度）の大電流が供給される。はじめに第１出力キャパシタＣｏ１から放電灯４に電流が供給され、その後、点灯補助抵抗Ｒ２および点灯補助キャパシタＣ２で形成される時定数に応じて遅れた電流が、点灯補助キャパシタＣ２から放電灯４に供給される。放電灯４に対する大電流の供給が、第１出力キャパシタＣｏ１から点灯補助回路１０へと受け継がれる（take over）ことから、点灯補助回路１０はテイクオーバー回路とも称される。この過程を経て、立ち消えを防止しつつグロー放電からアーク放電へと移行させる（図２（ｂ））。
【００５５】
４． ランナップ
アーク成長過程が終了してアーク放電が安定すると、制御回路３０は、スイッチＳＷ３をオフするとともに、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２および第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２を制御して、所定の周期Ｔ１にて相補的に第１状態φ１と第２状態φ２を繰り返す。
【００５６】
アーク放電の成長にともない、放電灯４の光出力が上昇していく。光出力の立ち上がりは規格で定められており、規格にマッチした光出力（電力）が得られるように、制御回路３０は、第１駆動電圧Ｖｏ１、第２駆動電圧Ｖｏ２、ランプ電流ＩＬを監視し、フィードバックによって、第１スイッチング素子Ｍ１、第２スイッチング素子Ｍ２のオン・オフのデューティ比を調節する。放電灯点灯回路１００は、ランナップ期間において放電灯４の光出力を急速に上昇させるため、一時的に定格電力より高い過電力を供給し、その後、ランプ電圧を８５Ｖ、ランプ電流ＩＬを０．４Ａに安定化して定格電力（３５Ｗ）に近づけていく。
【００５７】
スイッチＳＷ３の導通状態の制御に着目すると、放電灯４の点灯前にはオン、放電灯の点灯後にはオフされる。制御回路３０がスイッチＳＷ３をオンからオフへの切り換え制御を説明する。スイッチＳＷ３の制御は、以下の方式１〜３のいずれかで実行できる。
【００５８】
方式１
制御回路３０は、放電灯４に流れるランプ電流ＩＬにもとづいてスイッチＳＷ３のオン、オフを制御する。具体的には、ランプ電流ＩＬに応じた電流検出信号ＳＩＬを、所定のしきい値電流Ｉｔｈ（たとえば０．２Ａ）に対応したしきい値信号と比較し、ＩＬ＜Ｉｔｈのとき、つまり放電灯４が消灯していると推定されるとき、スイッチＳＷ３をオンし、ＩＬ＞Ｉｔｈのとき、つまり放電灯４が点灯していると推定されるとき、スイッチＳＷ３をオフする。
【００５９】
方式２
制御回路３０は、放電灯４に供給される駆動電圧Ｖｏ１（もしくはＶｏ２）にもとづいてスイッチＳＷ３のオン、オフを制御する。具体的には、駆動電圧Ｖｏ１を、所定のしきい値電圧Ｖｔｈ（たとえば２５０Ｖ）と比較し、Ｖｏ１＞Ｖｔｈのとき、つまり放電灯４が消灯していると推定されるとき、スイッチＳＷ３をオンし、Ｖｏ１＜Ｖｔｈのとき、つまり放電灯４が点灯していると推定されるとき、スイッチＳＷ３をオフする。
【００６０】
方式３
放電灯４の駆動開始から放電灯４が点灯するまでの時間は、放電灯４の種類や第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２および点灯補助回路１０の特性から、予期することができる。そこで制御回路３０は、タイマ制御にもとづいてスイッチＳＷ３のオン、オフを制御する。具体的には、放電灯４の駆動開始（たとえば電源スイッチ８のオンを契機として）からの経過時間を開始し、所定時間の経過前にスイッチＳＷ３をオンし、所定時間の経過後にスイッチＳＷ３をオフする。
【００６１】
５． 定常点灯
ランナップ過程を経て、放電灯４に供給される電力が定格値３５Ｗに安定化され、放電灯４の光出力が安定化する（図２（ｄ））。
【００６２】
以上が実施の形態に係る放電灯点灯回路１００の動作である。この放電灯点灯回路１００は、従来の放電灯点灯回路に比べて以下の利点を有する。
【００６３】
（１） 従来の回路では、点灯補助キャパシタＣ２が常時放電灯４の駆動経路と接続されていたため、放電灯４の再点弧の際に２次コイル２６によって誘起される逆起電力が点灯補助キャパシタＣ２に吸収され、再点弧しにくくなっていた。これに対して実施の形態では、点灯補助回路１０のスイッチＳＷ３が点灯補助キャパシタＣ２と直列に設けられており、放電灯４が点灯した後においてはオフされる。つまり、点灯補助キャパシタＣ２および点灯補助抵抗Ｒ２が、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１の出力端子から、言い換えれば放電灯４の駆動経路から切り離されるため、再点弧に及ぼす影響を排除することができ、放電灯４が立ち消えるのを防止することができる。また放電灯４の両端Ｐ１、Ｐ２側の電気的状態の対称性を高めることができるため、放電灯４の放電プロファイルの対称性も改善される。
【００６４】
（２） また図１の点灯補助回路１０においてスイッチＳＷ３を設けない従来の回路構成の場合には、放電灯４を交流点灯する際に、点灯周期ごとに点灯補助キャパシタＣ２の充放電を繰り返していたため、点灯補助キャパシタＣ２および点灯補助抵抗Ｒ２が発熱し、発熱対策にコストがかかるという問題があった。また従来の回路では充放電を繰り返すことにより点灯補助キャパシタＣ２の寿命が短くなるおそれがあった。これに対して実施の形態では、放電灯４の交流点灯中は点灯補助キャパシタＣ２の充放電は行われないため点灯補助キャパシタＣ２および点灯補助抵抗Ｒ２の発熱を実質的にゼロとし、また寿命を延ばすことができる。
【００６５】
この利点（２）は、図１に示される２つのＤＣ／ＤＣコンバータを放電灯４の両端に設けたトポロジー（ダブルコンバータ型と称する）特有の効果である。言い換えれば、スイッチＳＷ３を設けることは、ダブルコンバータ型の放電灯点灯回路において非常に有用である。
【００６６】
（３） さらに、従来の回路では点灯補助キャパシタＣ２が放電灯４の点灯動作に及ぼす影響を抑制するために、点灯補助キャパシタＣ２の容量を小さくする必要があった。これに対して実施の形態では、点灯補助キャパシタＣ２が放電灯４の点灯動作に影響を及ぼさないため、その容量値は、本来の点灯補助回路１０の機能のみを考慮して設計することができるため、従来に比べて大容量なキャパシタを利用することが可能となり、アーク成長を確実に行うことが可能となる。
【００６７】
以上が放電灯点灯回路１００の動作および効果である。
【００６８】
続いて、点灯補助回路１０の変形例を説明する。図３（ａ）、（ｂ）は、変形例に係る点灯補助回路１０ａ、１０ｂの構成を示す回路図である。
【００６９】
図３（ａ）の点灯補助回路１０ａは、図１の点灯補助回路１０に加えて、さらにダイオードＤ３を備える。ダイオードＤ３は、スイッチＳＷ３と並列に、そのアノードが、放電灯４の一端Ｐ１と接地端子ＧＮＤのうち電位の低い端子側となる向きで配置される。図１の放電灯点灯回路１００では、接地端子ＧＮＤの方が一端Ｐ１よりも低電位となることから、ダイオードＤ３のアノードは接地端子ＧＮＤ側となる。
【００７０】
車両用灯具では、電源スイッチ８がオンしてから放電灯４が起動するまで（スタータ回路２０のパルス発生）までに３０ｍｓほどの時間を有する。すなわち、点灯補助キャパシタＣ２の充電は、スタータ回路２０によるブレイクダウンまでに完了すればよいため、充電電流Ｉｃは０．１Ａ程度でよいが、点灯補助回路１０が放電灯４に供給すべき放電電流Ｉｄは数Ａと大きい。
【００７１】
図１の構成では、この放電電流ＩｄがスイッチＳＷ３を経由するため、放電電流Ｉｄに対応したスイッチを用いる必要があり、コストや回路面積の観点から改善の余地がある。図３（ａ）の点灯補助回路１０ａによれば、点灯補助キャパシタＣ２の充電はスイッチＳＷ３を介して行われ、点灯補助キャパシタＣ２から放電灯４への放電電流Ｉｄの供給は主としてダイオードＤ３を介して行われる。したがってスイッチＳＷ３は、０．１Ａ程度の小さな充電電流Ｉｃを考慮すして設計すればよいため、小型化、低コスト化を図ることができる。
【００７２】
なお、図３（ａ）の点灯補助回路１０ａを用いる場合、アーク成長の期間において、スイッチＳＷ３をオフとしてもよい。
【００７３】
図３（ｂ）の点灯補助回路１０ｂは、図３（ａ）の構成に加えて、放電電流制限抵抗Ｒ３をさらに備える。放電電流制限抵抗Ｒ３は、ダイオードＤ３のアノード・カソード間に、スイッチＳＷ３と直列に設けられる。スイッチＳＷ３は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタで構成できる。たとえばＲ２＝１８０Ω、Ｒ３＝２．２ｋΩである。バイポーラトランジスタを能動領域で使用すれば、点灯補助抵抗Ｒ２をトランジスタのオン抵抗で代用することも可能である。バイポーラトランジスタに変えてＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴを用いてもよい。
【００７４】
図３（ｂ）の構成によれば、図３（ａ）と同様に放電電流Ｉｄが主としてダイオードＤ３側を流れるため、スイッチＳＷ３として小さなバイポーラトランジスタを用いることができる。
【００７５】
また図３（ｂ）のようにスイッチＳＷ３としてバイポーラトランジスタを用いた場合、放電灯の起動直後に、放電電流Ｉｄがバイポーラトランジスタ（ＳＷ３）のエミッタからコレクタに向かって流れようとするため、この電流が大きければスイッチＳＷ３の信頼性を損ねるおそれがある。
【００７６】
スイッチＳＷ３の電圧降下をゼロとすると、放電電流制限抵抗Ｒ３の電圧降下は、ダイオードＤ３の順方向電圧Ｖｆ（＝０．７Ｖ）でクランプされることになる。したがって、図３（ｂ）の点灯補助回路１０ｂによれば、スイッチＳＷ３を介して放電灯４に流れる放電電流Ｉｘを（Ｖｆ／Ｒ３）以下に制限することができる。
【００７７】
一般的な放電灯点灯回路１００には、放電灯４の両端Ｐ１、Ｐ２が地絡しているか否かを判定し、地絡発生時には所定の処理（回路のシャットダウンや点灯の一時停止など）を実行する地絡保護機能が備わっている。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、点灯補助回路にスイッチＳＷ３と並列な経路にダイオードＤ３を設けた場合、点灯補助回路１０と反対側の第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２の出力が地絡した場合に、地絡を正確に検出できないという不具合が発生するおそれがある。
【００７８】
この不具合を、図１の放電灯点灯回路１００と、図３（ｂ）の点灯補助回路１０ｂを組み合わせた回路を例に説明する。
放電灯点灯回路１００の電源が投入され、続いてブレイクダウン過程、アーク成長過程に順に遷移していく。アーク成長の過程において、点灯補助キャパシタＣ２の電荷が、放電灯４へと供給される。はじめオンしていたスイッチＳＷ３は点灯開始とともにオフされる。この時点で、キャパシタＣ２には、出力電圧Ｖｏ１に応じた電荷が残留している。
【００７９】
続いて、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１と第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２が点灯周波数にて交互にアクティブとなる交流点灯が開始される。あるいは、交流点灯の開始前の一定時間（ＤＣ期間とも称する）、ウォームアップが行われる場合もある。すなわち第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２が固定的にアクティブ、第１スイッチＳＷ１が固定的にオンとなり直流点灯が行われる。ウォームアップすることにより、放電灯４の両端の電極を均等に暖めることができる。
【００８０】
交流点灯の開始直後、あるいはウォームアップ時（ＤＣ期間）の極性切りかえにおいて、第１状態φ１から第２状態φ２への遷移が発生する。
【００８１】
第１状態φ１から第２状態φ２の遷移の際に、第１スイッチＳＷ１がオフからオンに切りかえられると、点灯補助キャパシタＣ２の残留電荷が、第１スイッチＳＷ１および電流検出抵抗Ｒ１に向かって流れる。具体的には、図３（ｂ）の接地端子ＧＮＤから、ダイオードＤ３、点灯補助抵抗Ｒ２、点灯補助キャパシタＣ２、第１スイッチＳＷ１、電流検出抵抗Ｒ１を経て接地端子ＧＮＤに戻るという閉ループに電流が流れる。
【００８２】
一方、制御回路３０は、放電灯４の端子電圧が低く、かつ放電灯４に電流が流れていない状態を地絡と判定する。具体的には、以下の２つの条件の両方を満たしたことで地絡状態と判定する。
条件１ 放電灯４の端子Ｐ１（Ｐ２）の電位が所定のしきい値より低い。
条件２ 電流検出抵抗Ｒ１に生ずる電圧降下（ＳＩＬ）がしきい値より小さい。
【００８３】
いま、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２の出力（つまり放電灯４の端子Ｐ２）が地絡しているものとする。このとき条件１は満たされる。ところが、上述の閉ループに電流が流れることにより、電流検出抵抗Ｒ１には非ゼロの電圧降下が発生するため、点灯補助回路１０は条件２が成立しないと判定する。このことは、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２の地絡を検出することができないことを意味している。地絡検出に不具合が生ずると、放電灯点灯回路１００の制御に不整合が生ずるため、好ましくない。
【００８４】
以下では、この不具合を解消するための技術を説明する。
上述の地絡検出の不具合を回避するために、電流検出抵抗Ｒ１は、第１スイッチＳＷ１およびダイオードＤ３が形成するループに含まれない箇所に配置される。つまり電流検出抵抗Ｒ１はそのループから除外されている。言い換えれば、ダイオードＤ３のアノード端子の接続先は、ダイオードＤ３それ自身と第１スイッチＳＷ１を含むループに流れるループ電流が、電流検出抵抗Ｒ１に流れ込まない位置に接続される。
【００８５】
図４は、第１の変形例に係る放電灯点灯回路１００ｃの構成を示す回路図である。制御回路３０は、電流検出抵抗Ｒ１に生ずる電圧降下（電流検出信号ＳＩＬ）にもとづいて第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２のスイッチングを制御する。さらに制御回路３０は、放電灯４の一端Ｐ１の電位Ｖｏ１と電流検出信号ＳＩＬにもとづいて、第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ１の出力の地絡を検出し、放電灯４の他端Ｐ２の電位Ｖｏ２と電流検出信号ＳＩＬにもとづいて、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２の出力の地絡を検出する。
【００８６】
点灯補助回路１０ｃは、図３（ｃ）の点灯補助回路１０ｂと同様の構成要素を有するが、ダイオードＤ３の接続形態が異なっている。具体的にはダイオードＤ３のアノードは、第１スイッチＳＷ１と電流検出抵抗Ｒ１を結ぶ経路上のノードと接続される。その他の構成は同様である。
【００８７】
続いて図４の放電灯点灯回路１００ｃの動作を説明する。第１状態φ１から第２状態φ２に遷移するときに第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２が地絡した状態を想定する。このとき、点灯補助キャパシタＣ２の残留電荷が第１スイッチＳＷ１に流れ込む。第１スイッチＳＷ１に流れ込んだ電流は、電流検出抵抗Ｒ１には流れずに、第２整流ダイオードＤ２を介して再び点灯補助キャパシタＣ２へと流れ込む。すなわち、第２整流ダイオードＤ２、点灯補助抵抗Ｒ２、点灯補助キャパシタＣ２、第１スイッチＳＷ１によってループ経路が形成されており、電流検出抵抗Ｒ１はこのループから除外されている。
【００８８】
つまり電流検出抵抗Ｒ１に電圧降下が発生しないため、制御回路３０は上述の地絡判定の条件２を適切に判定でき、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２が地絡状態にあることを検出することができる。
【００８９】
図５（ａ）、（ｂ）は、第２、第３の変形例に係る放電灯点灯回路１００ｄ、１００ｅの構成の一部を示す回路図である。
【００９０】
図５（ａ）の放電灯点灯回路１００ｄには、２個の電流検出抵抗Ｒ１１、Ｒ１２が設けられている。第１の電流検出抵抗Ｒ１１は、第１スイッチＳＷ１と固定電圧端子（接地端子ＧＮＤ）の間に設けられ、第２の電流検出抵抗Ｒ１２は、第２スイッチＳＷ２と接地端子ＧＮＤの間に設けられている。
【００９１】
電流検出抵抗Ｒ１１に生ずる電圧降下が、第２状態φ２において放電灯４に流れる電流を示す電流検出信号ＳＩＬ１として制御回路３０（不図示）にフィードバックされる。同様に、電流検出抵抗Ｒ１２に生ずる電圧降下が、第１状態φ１において放電灯４に流れる電流を示す電流検出信号ＳＩＬ２として制御回路３０（不図示）にフィードバックされる。
【００９２】
図５（ａ）の点灯補助回路１０ｄに着目すると、２つの電流検出抵抗Ｒ１１、Ｒ１２はいずれも、ダイオードＤ３および第１スイッチＳＷ１が形成するループに含まれない位置に設けられる。具体的には、ダイオードＤ３のカソードは、第１スイッチＳＷ１と電流検出抵抗Ｒ１１の接続経路上のノードと接続されている。
【００９３】
図５（ａ）の構成においても、第１スイッチＳＷ１、ダイオードＤ３、点灯補助抵抗Ｒ２、点灯補助キャパシタＣ２のループに電流が流れても、電流検出抵抗Ｒ１１に電圧降下は生じない。したがって第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２の地絡を好適に検出することができる。
【００９４】
図５（ｂ）の放電灯点灯回路１００ｅにおいて、電流検出抵抗Ｒ１は、第１スイッチＳＷ１の固定電圧端子（接地端子）側の端子と、第２スイッチＳＷ２の接地端子側の端子との間に設けられている。電流検出抵抗Ｒ１の第１スイッチＳＷ１側の端子は接地されている。
【００９５】
図５（ｂ）においても、電流検出抵抗Ｒ１は、ダイオードＤ３および第１スイッチＳＷ１が形成するループに含まれない位置に設けられる。具体的には、ダイオードＤ３のカソードは、第１スイッチＳＷ１と電流検出抵抗Ｒ１の接続経路上のノードと接続されている。
【００９６】
なお図５（ｂ）において、第１スイッチＳＷ１と電流検出抵抗Ｒ１の接続経路上のノードは、すなわち接地端子ＧＮＤである。つまり図５（ｂ）の点灯補助回路１０ｅの場合、図３（ｂ）の点灯補助回路１０ｂと実質的に同じ構成となっている。
【００９７】
図５（ｂ）の放電灯点灯回路１００ｅによっても、第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ２の地絡を検出できる。
【００９８】
なお、地絡検出が上述のそれと異なるアプローチによってなされる場合、あるいは地絡検出の不具合がシステム全体に悪影響を及ぼさない場合には、図３（ａ）、（ｂ）の点灯補助回路１０ａ、１０ｂをそのまま用いることが可能であることはいうまでもない。
【００９９】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、放電灯４の両端に設けられた２つのＤＣ／ＤＣコンバータを交互に動作させて、交流点灯する技術を説明した。第２の実施の形態では、単一のＤＣ／ＤＣコンバータと、スイッチング回路（Ｈブリッジ回路）を用いて交流点灯する。
【０１００】
図６は、第２の実施の形態に係る車両用灯具２ａの構成を示す回路図である。図１と共通の構成の説明は省略し、異なる点のみを説明する。
【０１０１】
放電灯点灯回路１００ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ４、点灯補助回路１０、スタータ回路２０、Ｈブリッジ回路４０、入力回路４２を含む。
【０１０２】
入力回路４２は、入力インダクタＬ６、入力キャパシタＣ１、Ｃ６、抵抗Ｒ６、入力スイッチＭ６を含む。入力キャパシタＣ６は、バッテリ６と並列に設けられ、バッテリ電圧Ｖｂａｔを平滑化する。
入力インダクタＬ６は、バッテリ６とＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ４の入力端子Ｐｉｎの間に、電源スイッチ８と直列に設けられる。入力キャパシタＣ６および入力スイッチＭ６は、入力端子Ｐｉｎと接地端子ＧＮＤ間に直列に設けられる。抵抗Ｒ６は、入力スイッチＭ６のゲートと、入力キャパシタＣ１の一端の間に設けられる。入力回路４２は、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ４に発生するノイズが、バッテリ６側に漏れるのを遮断する。また入力スイッチＭ６および抵抗Ｒ６は、回路保護のために設けられており、バッテリ６が逆極性で接続された際に、電流を遮断する機能を有する。
【０１０３】
ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ４は、バッテリ電圧Ｖｂａｔを昇圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ４は、トランスＴ４、整流ダイオードＤ４、出力キャパシタＣｏ４、スイッチング素子Ｍ４を含む。トランスＴ４の１次コイルＬ４の一端と、２次コイルＬ５の一端は、スイッチング素子Ｍ４（ＭＯＳＦＥＴ）のドレインと共通に接続されている。スイッチング素子Ｍ４がスイッチングすることにより、バッテリ電圧Ｖｂａｔが昇圧される。スイッチング素子Ｍ４のオン、オフのデューティ比の制御は、第１の実施の形態と同様である。昇圧された出力電圧Ｖｏは、後段のＨブリッジ回路４０に供給される。
【０１０４】
Ｈブリッジ回路４０は、ＩＧＢＴのハイサイドスイッチＱ１、Ｑ３とローサイドスイッチＱ２、Ｑ４を含む。スイッチＱ１、Ｑ４のペアがオンする第１状態φ１と、スイッチＱ２、Ｑ３のペアがオンする第２状態φ２を交互に繰り返すことにより、放電灯４に対して交流の駆動電圧が供給される。つまり、ＤＣ／ＤＣコンバータＣＯＮＶ４およびＨブリッジ回路４０が、駆動電圧生成部１２として機能する。
【０１０５】
点灯補助回路１０およびスタータ回路２０は、第１の実施の形態と同様である。点灯補助回路１０は、図１もしくは図３（ａ）、（ｂ）のいずれかの構成を有する。
【０１０６】
図６の放電灯点灯回路１００ａは、以下の利点を有する。
（４） 点灯補助回路１０のスイッチＳＷ３は、放電灯４が点灯した後においてはオフされ、点灯中は点灯補助キャパシタＣ２が放電灯４の駆動経路から切り離される。したがって、第１の実施の形態の同様に、再点弧時に２次コイル２６に生ずる逆起電力が点灯補助キャパシタＣ２に吸収されないため、放電灯４が立ち消えるのを防止することができる。
【０１０７】
（５） 第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、点灯補助キャパシタＣ２が放電灯４の点灯動作に影響を及ぼさないため、その容量値は、本来の点灯補助回路１０の機能のみを考慮して設計することができるため、従来に比べて大容量なキャパシタを利用することが可能となり、アーク成長を確実に行うことが可能となる。
【０１０８】
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【０１０９】
第１の実施の形態では、正の駆動電圧Ｖｏ１、Ｖｏ２を生成して、放電灯４に印加する場合（正極点灯と称する）について説明したが、負の駆動電圧Ｖｏ１、Ｖｏ２を生成して放電灯４を駆動してもよい（負極点灯と称する）。この場合、図１における第１整流ダイオードＤ１、第２整流ダイオードＤ２の向きが反転される。
【０１１０】
負極点灯する場合においても、図３（ａ）または（ｂ）の点灯補助回路１０ａ、１０ｂを設けることができる。図３（ａ）、（ｂ）のダイオードＤ３は、放電灯４の一端Ｐ１と接地端子ＧＮＤのうち電位の低い端子側がアノードとなる向きで配置する必要がある。負極点灯する場合、放電灯４の一端Ｐ１側が低電位となることから、ダイオードＤ３はアノードが放電灯４の一端Ｐ１側となるように反転する必要がある。
【０１１１】
同様に第２の実施の形態においても、図６における整流ダイオードＤ４の向きを反転し、負極点灯を行ってもよい。この際、図３（ａ）または（ｂ）の点灯補助回路１０ａ、１０ｂを設ける場合にも、ダイオードＤ３の向きを反転すればよい。
【０１１２】
実施の形態では、車両用灯具を例に説明をしたが、本発明の用途はこれに限定されず、点灯補助回路を備える放電灯点灯回路に広く適用できる。
【０１１３】
実施の形態にもとづき、特定の語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１４】
２…車両用灯具、４…放電灯、１０…点灯補助回路、ＳＷ３…スイッチ、Ｄ３…ダイオード、Ｃ２…点灯補助キャパシタ、Ｒ２…点灯補助抵抗、１００…放電灯点灯回路、ＣＯＮＶ１…第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＣＯＮＶ２…第２ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＳＷ１…第１スイッチ、ＳＷ２…第２スイッチ、２０…スタータ回路、３０…制御回路、ＣＯＮＶ４…ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動対象の放電灯に交流の駆動電圧を供給する駆動電圧生成部と、
前記放電灯の一端側に設けられた点灯補助回路と、
を備え、
前記点灯補助回路は、
前記放電灯の前記一端と固定電圧端子の間に直列に設けられたキャパシタおよびスイッチ素子および抵抗要素と、
前記スイッチ素子の導通状態を制御する制御部と、
を含むことを特徴とする放電灯点灯回路。
【請求項２】
前記点灯補助回路は、
前記スイッチ素子と並列な経路上に、そのアノードが前記固定電圧端子側となる向きで配置されたダイオードをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯回路。
【請求項３】
前記制御部は、
前記放電灯に流れるランプ電流が所定のしきい値電流より低いとき前記スイッチ素子をオンし、前記ランプ電流が前記しきい値電流より高いとき前記スイッチ素子をオフすることを特徴とする請求項１または２に記載の放電灯点灯回路。
【請求項４】
前記制御部は、
前記放電灯の前記一端に印加されるランプ電圧が所定のしきい値電圧より高いとき前記スイッチ素子をオンし、前記ランプ電圧が前記しきい値電圧より低いとき前記スイッチ素子をオフすることを特徴とする請求項１または２に記載の放電灯点灯回路。
【請求項５】
前記制御部は、前記放電灯の駆動開始から所定時間の経過前に前記スイッチ素子をオンし、前記所定時間の経過後に前記スイッチ素子をオフすることを特徴とする請求項１または２に記載の放電灯点灯回路。
【請求項６】
前記駆動電圧生成部は、
前記放電灯の前記一端に第１駆動電圧を供給する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記放電灯の他端に第２駆動電圧を供給する第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記放電灯の前記一端側に設けられ、オン状態において、前記放電灯の前記一端と前記固定電圧端子の間を電気的に導通させる第１スイッチと、
前記放電灯の前記他端側に設けられ、オン状態において、前記放電灯の前記他端と前記固定電圧端子の間を電気的に導通させる第２スイッチと、
を含み、
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータと前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、所定の周波数で相補的にアクティブ状態、非アクティブ状態を繰り返し、前記第１スイッチは前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータがアクティブのときオン、前記第２スイッチは前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータがアクティブのときオンすることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の放電灯点灯回路。
【請求項７】
前記駆動電圧生成部は、
前記放電灯の前記一端に第１駆動電圧を供給する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記放電灯の他端に第２駆動電圧を供給する第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記放電灯の前記一端側に設けられ、オン状態において、前記放電灯の前記一端と前記固定電圧端子の間を電気的に導通させる第１スイッチと、
前記放電灯の前記他端側に設けられ、オン状態において、前記放電灯の前記他端と前記固定電圧端子の間を電気的に導通させる第２スイッチと、
前記第１スイッチがオンのとき前記放電灯に流れる電流の経路上と、前記第２スイッチがオンのとき前記放電灯に流れる電流の経路上と、に設けられた少なくともひとつの電流検出抵抗と、
を含み、
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータと前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、所定の周波数で相補的にアクティブ状態、非アクティブ状態を繰り返し、前記第１スイッチは前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータがアクティブのときオン、前記第２スイッチは前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータがアクティブのときオンするとともに、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータおよび前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記少なくともひとつの電流検出抵抗の電圧降下にもとづいて制御され、
前記少なくともひとつの電流検出抵抗はいずれも、前記第１スイッチおよび前記ダイオードが形成するループに含まれない箇所に配置されることを特徴とする請求項２に記載の放電灯点灯回路。
【請求項８】
前記第１スイッチの前記固定電圧端子側の端子と前記第２スイッチの前記固定電圧端子側の端子は共通に接続され、
前記電流検出抵抗は、前記第１スイッチと前記第２スイッチの共通に接続された端子と前記固定電圧端子の間に設けられ、
前記ダイオードのアノードは、前記第１スイッチと前記電流検出抵抗の接続経路に接続されることを特徴とする請求項７に記載の放電灯点灯回路。
【請求項９】
前記電流検出抵抗は、前記第１スイッチの前記固定電圧端子側の端子と、前記第２スイッチの前記固定電圧端子側の端子との間に設けられ、
前記ダイオードのアノードは、前記第１スイッチと前記電流検出抵抗の接続経路に接続されることを特徴とする請求項７に記載の放電灯点灯回路。
【請求項１０】
前記少なくともひとつの電流検出抵抗は、２つであり、
第１の前記電流検出抵抗が、前記第１スイッチと前記固定電圧端子の間に設けられ、
第２の前記電流検出抵抗が、前記第２スイッチと前記固定電圧端子の間に設けられ、
前記ダイオードのアノードは、前記第１スイッチと第１の前記電流検出抵抗の接続経路に接続されることを特徴とする請求項７に記載の放電灯点灯回路。
【請求項１】
駆動対象の放電灯に交流の駆動電圧を供給する駆動電圧生成部と、
前記放電灯の一端側に設けられた点灯補助回路と、
を備え、
前記点灯補助回路は、
前記放電灯の前記一端と固定電圧端子の間に直列に設けられたキャパシタおよびスイッチ素子および抵抗要素と、
前記スイッチ素子の導通状態を制御する制御部と、
を含むことを特徴とする放電灯点灯回路。
【請求項２】
前記点灯補助回路は、
前記スイッチ素子と並列な経路上に、そのアノードが前記固定電圧端子側となる向きで配置されたダイオードをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯回路。
【請求項３】
前記制御部は、
前記放電灯に流れるランプ電流が所定のしきい値電流より低いとき前記スイッチ素子をオンし、前記ランプ電流が前記しきい値電流より高いとき前記スイッチ素子をオフすることを特徴とする請求項１または２に記載の放電灯点灯回路。
【請求項４】
前記制御部は、
前記放電灯の前記一端に印加されるランプ電圧が所定のしきい値電圧より高いとき前記スイッチ素子をオンし、前記ランプ電圧が前記しきい値電圧より低いとき前記スイッチ素子をオフすることを特徴とする請求項１または２に記載の放電灯点灯回路。
【請求項５】
前記制御部は、前記放電灯の駆動開始から所定時間の経過前に前記スイッチ素子をオンし、前記所定時間の経過後に前記スイッチ素子をオフすることを特徴とする請求項１または２に記載の放電灯点灯回路。
【請求項６】
前記駆動電圧生成部は、
前記放電灯の前記一端に第１駆動電圧を供給する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記放電灯の他端に第２駆動電圧を供給する第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記放電灯の前記一端側に設けられ、オン状態において、前記放電灯の前記一端と前記固定電圧端子の間を電気的に導通させる第１スイッチと、
前記放電灯の前記他端側に設けられ、オン状態において、前記放電灯の前記他端と前記固定電圧端子の間を電気的に導通させる第２スイッチと、
を含み、
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータと前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、所定の周波数で相補的にアクティブ状態、非アクティブ状態を繰り返し、前記第１スイッチは前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータがアクティブのときオン、前記第２スイッチは前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータがアクティブのときオンすることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の放電灯点灯回路。
【請求項７】
前記駆動電圧生成部は、
前記放電灯の前記一端に第１駆動電圧を供給する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記放電灯の他端に第２駆動電圧を供給する第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記放電灯の前記一端側に設けられ、オン状態において、前記放電灯の前記一端と前記固定電圧端子の間を電気的に導通させる第１スイッチと、
前記放電灯の前記他端側に設けられ、オン状態において、前記放電灯の前記他端と前記固定電圧端子の間を電気的に導通させる第２スイッチと、
前記第１スイッチがオンのとき前記放電灯に流れる電流の経路上と、前記第２スイッチがオンのとき前記放電灯に流れる電流の経路上と、に設けられた少なくともひとつの電流検出抵抗と、
を含み、
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータと前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、所定の周波数で相補的にアクティブ状態、非アクティブ状態を繰り返し、前記第１スイッチは前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータがアクティブのときオン、前記第２スイッチは前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータがアクティブのときオンするとともに、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータおよび前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記少なくともひとつの電流検出抵抗の電圧降下にもとづいて制御され、
前記少なくともひとつの電流検出抵抗はいずれも、前記第１スイッチおよび前記ダイオードが形成するループに含まれない箇所に配置されることを特徴とする請求項２に記載の放電灯点灯回路。
【請求項８】
前記第１スイッチの前記固定電圧端子側の端子と前記第２スイッチの前記固定電圧端子側の端子は共通に接続され、
前記電流検出抵抗は、前記第１スイッチと前記第２スイッチの共通に接続された端子と前記固定電圧端子の間に設けられ、
前記ダイオードのアノードは、前記第１スイッチと前記電流検出抵抗の接続経路に接続されることを特徴とする請求項７に記載の放電灯点灯回路。
【請求項９】
前記電流検出抵抗は、前記第１スイッチの前記固定電圧端子側の端子と、前記第２スイッチの前記固定電圧端子側の端子との間に設けられ、
前記ダイオードのアノードは、前記第１スイッチと前記電流検出抵抗の接続経路に接続されることを特徴とする請求項７に記載の放電灯点灯回路。
【請求項１０】
前記少なくともひとつの電流検出抵抗は、２つであり、
第１の前記電流検出抵抗が、前記第１スイッチと前記固定電圧端子の間に設けられ、
第２の前記電流検出抵抗が、前記第２スイッチと前記固定電圧端子の間に設けられ、
前記ダイオードのアノードは、前記第１スイッチと第１の前記電流検出抵抗の接続経路に接続されることを特徴とする請求項７に記載の放電灯点灯回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１３５２７６（Ｐ２０１０−１３５２７６Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１７９７（Ｐ２００９−２１７９７）
【出願日】平成２１年２月２日（２００９．２．２）
【出願人】（０００００１１３３）株式会社小糸製作所 (1,575)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２日（２００９．２．２）
【出願人】（０００００１１３３）株式会社小糸製作所 (1,575)
【Ｆターム（参考）】
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