放電灯点灯装置
【課題】バッテリから放電灯に流れる電流を制限することが可能な、小型で廉価な放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】バッテリの電圧と生成した付加電圧とを加算した電圧をＤＣ／ＤＣコンバータから出力し、出力した電圧をインバータにより交流電圧に変換した上で放電灯に印加する放電灯点灯装置において、バッテリ電圧検出手段によりバッテリの電圧を検出し、出力電圧検出手段によりＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を検出し、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧がバッテリの電圧付近まで低下しているか否かを判定する。ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧がバッテリの電圧付近まで低下している場合には、インバータの変換周波数を増加させることにより、放電灯に直列接続されたイグナイタの2次巻線のインピーダンスを増加させ、放電灯に流れる電流を制限する。
【解決手段】バッテリの電圧と生成した付加電圧とを加算した電圧をＤＣ／ＤＣコンバータから出力し、出力した電圧をインバータにより交流電圧に変換した上で放電灯に印加する放電灯点灯装置において、バッテリ電圧検出手段によりバッテリの電圧を検出し、出力電圧検出手段によりＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を検出し、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧がバッテリの電圧付近まで低下しているか否かを判定する。ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧がバッテリの電圧付近まで低下している場合には、インバータの変換周波数を増加させることにより、放電灯に直列接続されたイグナイタの2次巻線のインピーダンスを増加させ、放電灯に流れる電流を制限する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放電灯を点灯制御する放電灯点灯装置に関し、特に、自動車に搭載される車載ヘッドランプ用放電灯を点灯する放電灯点灯装置を小型で廉価にするものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の車両においては、明るい視界が得られる高輝度光源の放電灯を組み込んだヘッドランプが普及しているが、その高品質化と低廉化は留まることのない常に要求される課題である。放電灯点灯装置を低廉化するためには、往々にして小型化が必要となり、ＤＣ／ＤＣコンバータの小型化も課題となる。
【０００３】
ＤＣ／ＤＣコンバータを小型化する方法として、ＤＣ／ＤＣコンバータに使用するフライバックトランスの１次巻線と２次巻線の一端を接続し、スイッチング素子がＯＮのときに１次巻線に通電することにより蓄えた電磁エネルギーを、スイッチング素子がＯＦＦのときに２次巻線に放出し出力電圧とする構成とするものがある。この構成では、スイッチング素子がＯＮのときに１次巻線に通電することにより蓄えた電磁エネルギーをバッテリ電圧に重畳して出力するため、フライバックトランスのコアに蓄える電力を少なくすることができ、それによりコアの断面積を縮小することができる。コアの断面積を縮小すると、ボビン及びトランスも小型化できるため、以ってＤＣ／ＤＣコンバータも小型化することが可能となる。
【０００４】
しかしながら、このＤＣ／ＤＣコンバータでは、フライバックトランスの１次巻線の巻終端子と２次巻線の巻始端子を接続しているため、２４Ｖのバッテリを電源として使用するヘッドランプ用の放電灯点灯装置においては、ＤＣ／ＤＣコンバータは２４Ｖ以下の電圧を出力できない。その一方で、放電灯は点灯直後に非常に小さい抵抗値を呈する特性があるため、上記構成のＤＣ／ＤＣコンバータを採用するためには、バッテリからＤＣ／Ｃコンバータを介して放電灯に流入する電流を制限し、適切な電力に制御する手段を設ける必要がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−２９５７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の放電灯点灯装置は、当スイッチング素子を高速にチョッピング動作させることで、放電灯に流れる電流を制御するため、チョッピング動作のために高周波で駆動可能な高価なスイッチング素子を用いる必要があり、装置が高価になるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリから放電灯に流れる電流を制限することが可能な、小型で廉価な放電灯点灯装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る放電灯点灯装置は、
バッテリの電圧に基づいて付加電圧を生成し、当該付加電圧に前記バッテリの電圧を加算した電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記バッテリの出力する電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力する電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力する電圧を交流電圧に変換し、放電灯に出力するインバータと、前記インバータと前記放電灯との間に設けられた２次巻線、及び当該２次巻線と磁気的に結合した１次巻線を有し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力により当該１次巻線に印加される電圧に基づいて、前記２次巻線に前記放電灯を始動させるための高電圧パルスを発生させるイグナイタと、前記インバータの変換周波数を変更する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力する電圧から前記バッテリの電圧を引算した値が所定の下限値以下のとき、前記交流電圧の周波数を増加させることにより、前記２次巻線のインピーダンスを増加させ、通電する電流を抑制するようにした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明はこのような構成を有することにより、小型で廉価な放電灯点灯装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置を示す回路図である。図中において、放電灯点灯装置１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、ＤＣ／ＡＣインバータ５、イグナイタ６、及び制御部８により構成されており、バッテリ１、及び放電灯７と接続している。
【００１１】
バッテリ１は、放電灯点灯装置１０に２４Ｖの直流電圧を印加する。放電灯７は、放電管内に互いに対向して配置された放電端子を有しており、これら放電端子間において、放電灯点灯装置１０から印加される電圧により放電が発生する。放電灯７の仕様は例えば、定格電力が３５Ｗ、定格電圧が８５Ｖ、最大許容電流が２．５Ａである。
【００１２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、バッテリ１により印加される２４Ｖの直流電圧を最大４００Ｖの交流電圧に変換する昇圧回路１１、及びこの昇圧回路１１から出力される交流電圧を整流し直流電圧に変換する整流回路１２から構成されており、バッテリ１から印加される直流電圧に対し生成した付加電圧を加算することにより昇圧した直流電圧を出力する。
【００１３】
昇圧の方式としては、例えばフライバック方式を用いる。ＤＣ／ＤＣコンバータ４の昇圧回路１１は、バッテリ１に接続されるインダクタとしての１次巻線９２、この１次巻線９２に接続されるＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）９１、１次巻線９２と磁気的に結合し、巻始端子が１次巻線９２の巻終端子と接続した第１の２次巻線９３、１次巻線９２と磁気的に結合し、巻始端子が第１の２次巻線９３の巻終端子と接続した第２の２次巻線９４から構成される。整流回路１２は、第１の２次巻線９３に接続されるダイオード９５及びコンデンサ９６、第２の２次巻線９４に接続されるダイオード９７及びコンデンサ９８より構成される。
【００１４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４のＦＥＴ９１は制御部８と接続しており、制御部８によって数百ＫＨｚの周波数で切り替えられている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、ＦＥＴ９１がＯＮの時に電力を蓄積し、ＦＥＴ９１がＯＦＦの時に電力を出力するため、１周期におけるＦＥＴ９１のＯＮ時間とＯＦＦ時間との割合（以下、Ｄｕｔｙ）を変化させることで、出力する電力を変化させることができる。この割合の変化は制御部８により行われる。
【００１５】
ＤＣ／ＡＣインバータ５は、フルブリッジ型に連結した４個のトランジスタ５１〜５４から構成されており、トランジスタ５１は上アーム側、トランジスタ５２は下アーム側、トランジスタ５３は上アーム側、トランジスタ５４は下アーム側にそれぞれ位置している。トランジスタ５１とトランジスタ５４からなる組と、トランジスタ５２とトランジスタ５３とからなる組が交互にＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことで、ＤＣ／ＡＣインバータ５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４により昇圧された直流電圧を交流電圧（矩形波）に変換し、放電灯７に印加する。トランジスタ５１〜５４は制御部８と接続しており、制御部８によって２００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの周波数でＯＮ／ＯＦＦを切り替えられている。
【００１６】
イグナイタ６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４に抵抗９９を介して接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ４により充電されるコンデンサ６１、コンデンサ６１に接続されたＧＡＰ６２と、コンデンサ６１及びＧＡＰ６２に接続された１次巻線６３、１次巻線６３と磁気的に結合し、インバータ５の出力の一端と放電灯７との間に接続された２次巻線６４から構成される。１次巻線６３と２次巻線６４との巻き数比は、例えば１対５０とする。コンデンサ６１の電圧がＧＡＰ６２の絶縁破壊電圧以上になると１次巻線６３に電流が流れ、２次巻線６４に２５ｋＶ程の高圧パルスが発生する。この高圧パルスが放電灯７に印加されることで、放電灯７の放電が開始する。なお、２次巻線６４のインダクタンスは、概ね１ｍＨ、直流抵抗は概ね２．５Ωであるとする。当該２次巻線６４は、放電灯７に流れる電流を低減するコイルとしても用いられる。
【００１７】
制御部８は、バッテリ１の電圧ＶＩＮ、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電流ＡＤＣ、及びＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電圧ＶＤＣを検出し、それら検出結果に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ４、及びＤＣ／ＡＣインバータ５を制御することで放電灯７を点灯制御する。放電灯７を自動車に搭載する場合、運転者が放電灯７を点灯させるライティングスイッチ（図示せず）を点灯に切り替えてから短時間で、放電灯７の点灯輝度を高輝度にする必要がある。そこで、制御部８は、放電灯７点灯直後に、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を制御し、放電灯７に大電力を供給することで、放電灯７を高輝度で点灯させる。
【００１８】
制御部８の電圧入力端子ａはバッテリ１の正側と接続しており、これにより制御部８はバッテリ１の電圧ＶＩＮを検出する。また、制御部８の電圧入力端子ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力の負側に接続されたシャント抵抗１００に接続しており、制御部８はシャント抵抗１００に印加された電圧を検出することによってＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電流ＡＤＣを検出する。また、制御部８の電圧入力端子ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力の正側と接続しており、これにより制御部８は出力電圧ＶＤＣを検出する。また、制御部８のＧＮＤ端子は、コンデンサ９６の負側と接続しており、これにより制御部８はＤＣ／ＤＣコンバータ４の負側の電位をアース電位としている。
【００１９】
図２は、図１に示した制御部８の内部構成を示す構成図である。図中において制御部８は、ＶＩＮ検出部１０１（バッテリ電圧検出手段）、ＡＤＣ検出部１０２、ＶＤＣ検出部１０３（出力電圧検出手段）、周波数決定部１０４、周波数記憶部１０５、インピーダンス算出部１０６、放電灯電圧算出部１０７、電流指令値算出部１０８、Ｄｕｔｙ決定部１０９、インバータ駆動部１１０、メモリ１１１、コンバータ駆動部１１２により構成されている。
【００２０】
周波数決定部１０４は、ＶＩＮ検出部１０１にて検出した電圧入力端子ａの電圧ＶＩＮ、及びＶＤＣ検出部１０３にて検出した電圧入力端子ｃの電圧ＶＤＣにより、ＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数を決定する。動作周波数の決定方法については後述する。インバータ駆動部１１０は、周波数決定部１０４で決定された動作周波数で、ＤＣ／ＡＣインバータ５内における、トランジスタ５１とトランジスタ５４からなる組と、トランジスタ５２とトランジスタ５３とからなる組のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。周波数決定部１０４とインバータ駆動部１１０は、ＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数を変更する変更制御手段を構成する。周波数記憶部１０５は、周波数決定部１０４で決定された動作周波数を記憶し、周波数決定部１０４において動作周波数を決定する場合に、周波数決定部１０４に記憶した動作周波数を出力する。
【００２１】
インピーダンス算出部１０６は、周波数記憶部１０５に記憶した動作周波数から、イグナイタ６の２次巻線６４のインピーダンスを算出する。例えばインピーダンス算出部１０６は、内部に２次巻線６４の通電周波数とインピーダンスとの関係を示す対応曲線を記憶しており、この対応曲線を用いてインピーダンスを算出する。
【００２２】
図３は、イグナイタ６における２次巻線６４のインピーダンスと通電周波数との関係を表した対応曲線を示す図である。縦軸にインピーダンス、横軸に通電周波数をとっており、通電周波数の増加に伴いインピーダンスが増加する様子が示されている。例えば、ＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数が４００Ｈｚの場合、２次巻線６４への通電周波数も４００Ｈｚとなるため、インピーダンスが３．５［Ω］であることがわかる。なお、図３におけるインピーダンスの値は、正弦波交流を通電した場合の値である。
【００２３】
放電灯電圧算出部１０７は、インピーダンス算出部１０６にて算出したイグナイタ６の２次巻線６４のインピーダンスとＡＤＣ検出部１０２が検出した電流ＡＤＣを用いて２次巻線６４の電圧降下を算出し、当該２次巻線６４の電圧降下とＶＤＣ検出部１０３にて検出した電圧ＶＤＣとから放電灯７の電圧を算出する。電圧ＶＤＣは、ＤＣ／ＡＣインバータ５の電圧降下と、２次巻線６４の電圧降下と、放電灯７の電圧とを加算した値になる。例えば、ＤＣ／ＡＣインバータ５の電圧降下を２Ｖ、ＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数を４００Ｈｚ、ＡＤＣ検出部１０２が検出した電流ＡＤＣを２．５Ａ、ＶＤＣ検出部１０３にて検出した電圧ＶＤＣを３０．８Ｖとした場合の放電灯７の電圧は、２０Ｖであると算出できる。
【００２４】
メモリ１１１は、放電灯の光出力を一定に保つための電圧−電流曲線を記憶する。電流指令値算出部１０８は、放電灯電圧算出部１０７にて算出した放電灯７の電圧に対応する電流指令値を電圧−電流曲線に基づいて算出する。Ｄｕｔｙ決定部１０９は、ＡＤＣ検出部１０２にて検出した電流ＡＤＣが電流指令値に一致するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ４のＦＥＴ９１のＤｕｔｙを決定する。コンバータ駆動部１１２は、Ｄｕｔｙ決定部１０９にて決定したＤｕｔｙに基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ４のＦＥＴ９１を駆動する。このようにして、放電灯７の光出力は略一定になるよう点灯制御される。なお、電流指令値算出部１０８、Ｄｕｔｙ決定部１０９、コンバータ駆動部１１２はコンバータ制御手段を構成する。
【００２５】
次に、放電灯点灯装置１０の動作について説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置の制御方法を示すフローチャートである。
【００２６】
車輌の運転者により、放電灯を点灯させるスイッチ（図１には図示せず）が点灯状態に切り替えられると、バッテリ１は放電灯点灯装置１０に対し直流電圧の印加を開始する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、印加された直流電圧を４００Ｖまで昇圧し、放電灯７の電圧も約４００Ｖとなる。コンデンサ６１の充電圧がＧＡＰ６２のスイッチング電圧に達すると、当ＧＡＰ６２が導通してコンデンサ６１の電荷を放出することによってイグナイタ６が略２５ｋＶの高圧パルスを放電灯７に印加し、放電灯７が点灯する。
【００２７】
放電灯７が点灯すると、図４に示すフローチャートの処理が開始する（Ｓ１）。ＶＩＮ検出部１０１は、バッテリ１の電圧電圧ＶＩＮを検出し（Ｓ２）、ＶＤＣ検出部１０３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力する電圧ＶＤＣを検出する（Ｓ３）。周波数決定部１０４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力する電圧ＶＤＣからバッテリ１の電圧ＶＩＮを除算することで電圧差を求め、当該電圧差が、５Ｖ以下か５Ｖより大きいかによって処理の切り替えを行う（Ｓ４）。
【００２８】
電圧差が５Ｖ以下の場合、周波数決定部１０４は、周波数記憶部１０５に記憶されている現在のＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数が１０００Ｈｚであるか判定する（Ｓ５）。Ｓ５における判定の結果、ＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数が１０００Ｈｚである場合は、動作周波数の変更は行わず、そのまま動作周波数を１０００Ｈｚとする。
【００２９】
Ｓ５における判定の結果、動作周波数が４００〜９００Ｈｚである場合は、周波数決定部１０４は、現在の動作周波数を１００Ｈｚ増加させた周波数をＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数とし（Ｓ６）、インバータ駆動部１１０は、当該動作周波数でＤＣ／ＡＣインバータ５を駆動させる信号をＤＣ／ＡＣインバータ５に出力する。周波数記憶部１０５は、新たに変更された動作周波数を記憶する。
【００３０】
Ｓ４において求められた電圧差が５Ｖより大きい場合、当該電圧差が１０Ｖ以上か１０Ｖより小さいかを判定する（Ｓ７）。Ｓ７における判定の結果、電圧差が１０Ｖ以上である場合は、更に、周波数記憶部１０５に記憶されている現在のＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数が４００Ｈｚであるかの判定を行う（Ｓ８）。動作周波数が４００Ｈｚである場合は、動作周波数の変更は行わず、そのまま動作周波数を４００Ｈｚとする。
【００３１】
Ｓ８における判定の結果、動作周波数が５００〜１０００Ｈｚである場合は、周波数決定部１０４は、現在の動作周波数を１００Ｈｚ減少させた周波数をＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数とし（Ｓ９）、インバータ駆動部１１０は、当該動作周波数でＤＣ／ＡＣインバータ５を駆動させる信号をＤＣ／ＡＣインバータ５に出力する。周波数記憶部１０５は、新たに変更された動作周波数を記憶する。
【００３２】
インピーダンス算出部１０６は、周波数記憶部１０５から動作周波数を読み出し、図３に示した対応曲線を用いて、読み出した動作周波数に対応するインピーダンスを算出する（Ｓ１０）。放電灯電圧算出部１０７は、ＶＤＣ検出部１０３にて検出した電圧ＶＤＣ、ＡＤＣ検出部１０２で検出した電流ＡＤＣ、及びインピーダンス算出部１０６で求めたインピーダンスから放電灯７の電圧を算出する（Ｓ１１）。電流指令算出部１０８は、メモリ１１１から読み出した電圧−電流曲線を用いて、Ｓ１１にて算出した放電灯７の電圧に対応する電流指令値を求める（Ｓ１２）。Ｄｕｔｙ決定部１０９は、Ｓ１２にて求めた電流指令値に、Ｓ３で検出した電流ＡＤＣが一致するようにＤｕｔｙを決定する（Ｓ１３）。コンバータ駆動部１１２は、Ｓ１３にて決定したＤｕｔｙでＤＣ／ＤＣコンバータ４を駆動させる信号を、ＤＣ／ＤＣコンバータ４のＦＥＴ９１に出力する（Ｓ１４）。以降、Ｓ２〜Ｓ１４のステップを繰り返すことにより、放電灯７の電圧、及び電流を、点灯直後の値（２０Ｖ、２．５Ａ）から、安定状態の値（８５Ｖ，０．４Ａ）まで制御していくことができる。
【００３３】
点灯直後の放電灯は温度が低く、放電灯の電圧は２０Ｖ程になる。また、ＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数を４００Ｈｚとした場合、イグナイタ２の２次巻線６４のインピーダンスは、図３より３．５Ωであり、最大電流の通電時には２．５Ａ×３．５Ω＝８．８Ｖの電圧降下が発生する。そのため、ＤＣ／ＡＣインバータ５の電圧降下を２Ｖとすれば、負荷側全体での電圧降下は、３０．８Ｖとなる。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の入力電圧が３０．８Ｖ以下であれば、放電灯に流れる電流は最大電流２．５Ａ以下に留めることができる。しかし、２４Ｖのバッテリ電圧は、１６Ｖ〜３２Ｖの電源電圧範囲で変動するため、バッテリ電圧が３０．８Ｖを超えた場合、ＦＥＴ９１のＤｕｔｙに寄らず放電灯７には最大電流２．５Ａ以上の電流が流れ、ＤＣ／ＤＣコンバータ４による制御ができなくなる。
【００３４】
しかし、ＤＣ／ＡＣインバータの動作周波数を上昇させ１０００Ｈｚとすれば、イグナイタ６の２次巻線６４における電圧降下は、２．５Ａ×６．８Ω＝１９．０Ｖとなる。これにより、負荷側全体での電圧降下は４１．０Ｖとなり、バッテリ電圧が３２ＶであってもＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を３２Ｖ以上に維持することができる。
【００３５】
以上のように、実施の形態１に係る放電灯点灯装置によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力する電圧がバッテリ電圧付近まで低下したことを検出すると、ＤＣ／ＡＣインバータの動作周波数を上昇させることにより、イグナイタ６の２次巻線６４における電圧降下を増加させるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の制御不能状態を回避することができる。そのため、２４Ｖのバッテリを用いる放電灯点灯装置においても、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の蓄えた電磁エネルギーをバッテリ電圧に重畳して出力する構成とすることで、放電灯点灯装置を小型で廉価にすることができる。
【００３６】
なお、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をバッテリ電圧に重畳して出力するＤＣ／ＤＣコンバータの構成においては、点灯直後の低電圧の放電灯７に、高いバッテリ電圧から大電力が供給され、放電灯７に定格電流以上の電流が流れることで、放電灯７が故障してしまう危険性があるが、本実施の形態の構成によれば、そのような場合においても、放電灯７に流れる電流を制御することができ、放電灯７の故障を防ぐことができる。このように、本実施の形態の構成によれば、過電流による放電灯７の故障を防ぎつつも、点灯直後から放電灯７の発光輝度を高輝度にできる。
【００３７】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ４が放電灯の電流を制御可能な状態にあることから、放電灯に過電流が発生することを防ぎ、放電灯の電極の磨耗を防ぐことができる。
【００３８】
また、イグナイタ６における２次巻線６４のインピーダンスの変化に合わせて、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力する電流を制御することで、放電灯の電流を正確に制御することができる。
【００３９】
また、ＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数を変化させているため、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力する電圧を制御することができる。制御部８における制御のように、ＡＤＣ検出部１０２にて検出した電流ＡＤＣが電流指令値に一致するように制御している状態では、２次巻線６４のインピーダンスが増加すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力する電圧が増加し、２次巻線６４に流れる電流の大きさは維持される。２次巻線６４のインピーダンスは上述のようにＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数により変化させることができるため、ＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数を制御することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力する電圧を制御することが可能となる。
【００４０】
また、放電灯７に印加される交流電圧の周波数が１０００Ｈｚ以上になると、放電灯７の放電管内に形成されるアーク放電が放電管内の音響的圧力の影響を受けて歪む音響的共鳴現象と呼ばれる現象が発生し放電灯７がちらつくが、制御部８は、ＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数が１０００Ｈｚ以下になるように制御するため、放電灯７における音響的共鳴現象の発生を防ぎ、放電灯７のちらつきを防ぐことができる。
【００４１】
また、ＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数が２００Ｈｚ以下になると、放電灯７に印加される電圧の極性の反転による明るさの変動が視認できてしまうため、フリッカと呼ばれるちらつきが発生するが、制御部８は、ＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数が２００Ｈｚ以上になるように制御するため、放電灯７におけるフリッカの発生を防ぐことができる。
【００４２】
また、イグナイタ６の２次巻線６４のインピーダンスから求めた放電灯７の電圧を用いた制御を行うことで、放電灯７の電流をより正確に制御することが可能となる。
【００４３】
また、インピーダンス算出部１０６には図３に示した対応曲線が記憶されているが、周波数決定部１０４で決定する周波数が、図４のフローチャートに示すように１００Ｈｚおきであれば、記憶する情報量が少なくてすむため、制御部８を安価にできる。なお、インピーダンス算出部１０６により細かい間隔の情報を記憶すれば、イグナイタ６の２次巻線６４のインピーダンスをより細かく制御することが可能である。
【００４４】
なお、２次巻線６４のインピーダンスが低い方が当該２次巻線６４にて消費される電力は小さくなるため、初期状態におけるＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数は４００Ｈｚに設定しておく。そのため、動作周波数は、放電灯点灯直後に４００Ｈｚよりも高くなり、その後安定状態に向かうにつれて低くなる。
【００４５】
なお、上述では、周波数決定部１０４においてＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数を決定する際の、バッテリ１の電圧とＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力する電圧との電圧差の許容範囲を５Ｖ〜１０Ｖとし、動作周波数の変化量を１００Ｈｚとしたが、電圧差の許容範囲を狭くし、動作周波数の変化量を小さくすると、バッテリ１の電圧とＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力する電圧との電圧差をアナログ的に一定に制御することができる。このようなアナログ的な制御により、動作周波数の切り替え時における発光の大きな変化を抑えなめらかにし、ちらつきのない高品位な光を提供できる。
【００４６】
なお、上述では、Ｄｕｔｙ決定部１０９において、ＡＤＣ検出部１０２にて検出した電流ＡＤＣが、電流指令値算出部１０８にて算出した電流指令値に一致するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ４のＦＥＴ９１のＤｕｔｙを決定するものとしたが、電流指令値算出部１０８の代わりに電圧指令値算出部を設け、ＶＤＣ検出部１０３にて検出した電圧ＶＤＣが、電圧指令値に一致するように制御してもよい。また、電力指令値算出部を設け、ＡＤＣ検出部１０２にて検出した電流ＡＤＣ及びＶＤＣ検出部１０３にて検出した電圧ＶＤＣから求めた出力電力が、電力指令値に一致するように制御してもよい。電圧または電力を制御する場合であっても、ＤＣ／ＤＣコンバータ４が出力する電圧に下限値があることからＤＣ／ＤＣコンバータ４が制御不能になることがあるが、ＤＣ／ＡＣインバータ５の周波数を制御することにより、負荷側の電圧降下を変化させ、制御不能を回避することができる。
【００４７】
実施の形態２．
図５は、本発明の他の実施形態に係る放電灯点灯装置を示す回路図である。図１と同一又は相当部分については同一符号を付し、説明を省略する。
【００４８】
図５の回路において、接地されたバッテリ１の負側はシャント抵抗１００を介してコンデンサ９６の正側（図５中の上側）と接続しており、バッテリ１の正側はＤＣ／ＡＣインバータ５の上アームに接続しており、整流用ダイオード１１３のアノードはコンデンサ９６の負側（図５中の下側）と接続しており、コンデンサ９６の負側（図５中の下側）の電圧は、ＤＣ／ＡＣインバータの下アームの電圧となっている。
【００４９】
また、図５の回路において、ダイオード１１３により、バッテリ電圧とは逆極性の負電圧が発生するため、ＤＣ／ＡＣインバータに印加される電圧は、バッテリ電圧と、２次巻線に発生した電圧とが加算された電圧となる。
【００５０】
以上のような回路構成においても、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１の出力する電圧より放電灯の電圧が低くなり、当該ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を制御することができない状況が発生する。図５の回路においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１とバッテリ電圧加算電圧とバッテリ１の電圧との電圧差が許容範囲内となるよう、ＤＣ／ＡＣコンバータ５の動作周波数を制御することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１が制御不能状態となることを防ぐことができる。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１に蓄えた電磁エネルギーをバッテリ電圧に重畳して出力する構成が使用でき、放電灯点灯装置を小型で廉価にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置を示す回路図
【図２】本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置の制御部８を示す回路図
【図３】通電周波数に対するイグナイタのインピーダンスを示す図。
【図４】本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置の制御方法を示すフローチャート
【図５】本発明における放電灯点灯装置の他の実施の形態を示す回路図
【符号の説明】
【００５２】
１ バッテリ
４，４１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
５ インバータ
６ イグナイタ
７ 放電灯
８ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は放電灯を点灯制御する放電灯点灯装置に関し、特に、自動車に搭載される車載ヘッドランプ用放電灯を点灯する放電灯点灯装置を小型で廉価にするものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の車両においては、明るい視界が得られる高輝度光源の放電灯を組み込んだヘッドランプが普及しているが、その高品質化と低廉化は留まることのない常に要求される課題である。放電灯点灯装置を低廉化するためには、往々にして小型化が必要となり、ＤＣ／ＤＣコンバータの小型化も課題となる。
【０００３】
ＤＣ／ＤＣコンバータを小型化する方法として、ＤＣ／ＤＣコンバータに使用するフライバックトランスの１次巻線と２次巻線の一端を接続し、スイッチング素子がＯＮのときに１次巻線に通電することにより蓄えた電磁エネルギーを、スイッチング素子がＯＦＦのときに２次巻線に放出し出力電圧とする構成とするものがある。この構成では、スイッチング素子がＯＮのときに１次巻線に通電することにより蓄えた電磁エネルギーをバッテリ電圧に重畳して出力するため、フライバックトランスのコアに蓄える電力を少なくすることができ、それによりコアの断面積を縮小することができる。コアの断面積を縮小すると、ボビン及びトランスも小型化できるため、以ってＤＣ／ＤＣコンバータも小型化することが可能となる。
【０００４】
しかしながら、このＤＣ／ＤＣコンバータでは、フライバックトランスの１次巻線の巻終端子と２次巻線の巻始端子を接続しているため、２４Ｖのバッテリを電源として使用するヘッドランプ用の放電灯点灯装置においては、ＤＣ／ＤＣコンバータは２４Ｖ以下の電圧を出力できない。その一方で、放電灯は点灯直後に非常に小さい抵抗値を呈する特性があるため、上記構成のＤＣ／ＤＣコンバータを採用するためには、バッテリからＤＣ／Ｃコンバータを介して放電灯に流入する電流を制限し、適切な電力に制御する手段を設ける必要がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−２９５７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の放電灯点灯装置は、当スイッチング素子を高速にチョッピング動作させることで、放電灯に流れる電流を制御するため、チョッピング動作のために高周波で駆動可能な高価なスイッチング素子を用いる必要があり、装置が高価になるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリから放電灯に流れる電流を制限することが可能な、小型で廉価な放電灯点灯装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る放電灯点灯装置は、
バッテリの電圧に基づいて付加電圧を生成し、当該付加電圧に前記バッテリの電圧を加算した電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記バッテリの出力する電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力する電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力する電圧を交流電圧に変換し、放電灯に出力するインバータと、前記インバータと前記放電灯との間に設けられた２次巻線、及び当該２次巻線と磁気的に結合した１次巻線を有し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力により当該１次巻線に印加される電圧に基づいて、前記２次巻線に前記放電灯を始動させるための高電圧パルスを発生させるイグナイタと、前記インバータの変換周波数を変更する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力する電圧から前記バッテリの電圧を引算した値が所定の下限値以下のとき、前記交流電圧の周波数を増加させることにより、前記２次巻線のインピーダンスを増加させ、通電する電流を抑制するようにした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明はこのような構成を有することにより、小型で廉価な放電灯点灯装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置を示す回路図である。図中において、放電灯点灯装置１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、ＤＣ／ＡＣインバータ５、イグナイタ６、及び制御部８により構成されており、バッテリ１、及び放電灯７と接続している。
【００１１】
バッテリ１は、放電灯点灯装置１０に２４Ｖの直流電圧を印加する。放電灯７は、放電管内に互いに対向して配置された放電端子を有しており、これら放電端子間において、放電灯点灯装置１０から印加される電圧により放電が発生する。放電灯７の仕様は例えば、定格電力が３５Ｗ、定格電圧が８５Ｖ、最大許容電流が２．５Ａである。
【００１２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、バッテリ１により印加される２４Ｖの直流電圧を最大４００Ｖの交流電圧に変換する昇圧回路１１、及びこの昇圧回路１１から出力される交流電圧を整流し直流電圧に変換する整流回路１２から構成されており、バッテリ１から印加される直流電圧に対し生成した付加電圧を加算することにより昇圧した直流電圧を出力する。
【００１３】
昇圧の方式としては、例えばフライバック方式を用いる。ＤＣ／ＤＣコンバータ４の昇圧回路１１は、バッテリ１に接続されるインダクタとしての１次巻線９２、この１次巻線９２に接続されるＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）９１、１次巻線９２と磁気的に結合し、巻始端子が１次巻線９２の巻終端子と接続した第１の２次巻線９３、１次巻線９２と磁気的に結合し、巻始端子が第１の２次巻線９３の巻終端子と接続した第２の２次巻線９４から構成される。整流回路１２は、第１の２次巻線９３に接続されるダイオード９５及びコンデンサ９６、第２の２次巻線９４に接続されるダイオード９７及びコンデンサ９８より構成される。
【００１４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４のＦＥＴ９１は制御部８と接続しており、制御部８によって数百ＫＨｚの周波数で切り替えられている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、ＦＥＴ９１がＯＮの時に電力を蓄積し、ＦＥＴ９１がＯＦＦの時に電力を出力するため、１周期におけるＦＥＴ９１のＯＮ時間とＯＦＦ時間との割合（以下、Ｄｕｔｙ）を変化させることで、出力する電力を変化させることができる。この割合の変化は制御部８により行われる。
【００１５】
ＤＣ／ＡＣインバータ５は、フルブリッジ型に連結した４個のトランジスタ５１〜５４から構成されており、トランジスタ５１は上アーム側、トランジスタ５２は下アーム側、トランジスタ５３は上アーム側、トランジスタ５４は下アーム側にそれぞれ位置している。トランジスタ５１とトランジスタ５４からなる組と、トランジスタ５２とトランジスタ５３とからなる組が交互にＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことで、ＤＣ／ＡＣインバータ５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４により昇圧された直流電圧を交流電圧（矩形波）に変換し、放電灯７に印加する。トランジスタ５１〜５４は制御部８と接続しており、制御部８によって２００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの周波数でＯＮ／ＯＦＦを切り替えられている。
【００１６】
イグナイタ６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４に抵抗９９を介して接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ４により充電されるコンデンサ６１、コンデンサ６１に接続されたＧＡＰ６２と、コンデンサ６１及びＧＡＰ６２に接続された１次巻線６３、１次巻線６３と磁気的に結合し、インバータ５の出力の一端と放電灯７との間に接続された２次巻線６４から構成される。１次巻線６３と２次巻線６４との巻き数比は、例えば１対５０とする。コンデンサ６１の電圧がＧＡＰ６２の絶縁破壊電圧以上になると１次巻線６３に電流が流れ、２次巻線６４に２５ｋＶ程の高圧パルスが発生する。この高圧パルスが放電灯７に印加されることで、放電灯７の放電が開始する。なお、２次巻線６４のインダクタンスは、概ね１ｍＨ、直流抵抗は概ね２．５Ωであるとする。当該２次巻線６４は、放電灯７に流れる電流を低減するコイルとしても用いられる。
【００１７】
制御部８は、バッテリ１の電圧ＶＩＮ、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電流ＡＤＣ、及びＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電圧ＶＤＣを検出し、それら検出結果に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ４、及びＤＣ／ＡＣインバータ５を制御することで放電灯７を点灯制御する。放電灯７を自動車に搭載する場合、運転者が放電灯７を点灯させるライティングスイッチ（図示せず）を点灯に切り替えてから短時間で、放電灯７の点灯輝度を高輝度にする必要がある。そこで、制御部８は、放電灯７点灯直後に、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を制御し、放電灯７に大電力を供給することで、放電灯７を高輝度で点灯させる。
【００１８】
制御部８の電圧入力端子ａはバッテリ１の正側と接続しており、これにより制御部８はバッテリ１の電圧ＶＩＮを検出する。また、制御部８の電圧入力端子ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力の負側に接続されたシャント抵抗１００に接続しており、制御部８はシャント抵抗１００に印加された電圧を検出することによってＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電流ＡＤＣを検出する。また、制御部８の電圧入力端子ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力の正側と接続しており、これにより制御部８は出力電圧ＶＤＣを検出する。また、制御部８のＧＮＤ端子は、コンデンサ９６の負側と接続しており、これにより制御部８はＤＣ／ＤＣコンバータ４の負側の電位をアース電位としている。
【００１９】
図２は、図１に示した制御部８の内部構成を示す構成図である。図中において制御部８は、ＶＩＮ検出部１０１（バッテリ電圧検出手段）、ＡＤＣ検出部１０２、ＶＤＣ検出部１０３（出力電圧検出手段）、周波数決定部１０４、周波数記憶部１０５、インピーダンス算出部１０６、放電灯電圧算出部１０７、電流指令値算出部１０８、Ｄｕｔｙ決定部１０９、インバータ駆動部１１０、メモリ１１１、コンバータ駆動部１１２により構成されている。
【００２０】
周波数決定部１０４は、ＶＩＮ検出部１０１にて検出した電圧入力端子ａの電圧ＶＩＮ、及びＶＤＣ検出部１０３にて検出した電圧入力端子ｃの電圧ＶＤＣにより、ＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数を決定する。動作周波数の決定方法については後述する。インバータ駆動部１１０は、周波数決定部１０４で決定された動作周波数で、ＤＣ／ＡＣインバータ５内における、トランジスタ５１とトランジスタ５４からなる組と、トランジスタ５２とトランジスタ５３とからなる組のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。周波数決定部１０４とインバータ駆動部１１０は、ＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数を変更する変更制御手段を構成する。周波数記憶部１０５は、周波数決定部１０４で決定された動作周波数を記憶し、周波数決定部１０４において動作周波数を決定する場合に、周波数決定部１０４に記憶した動作周波数を出力する。
【００２１】
インピーダンス算出部１０６は、周波数記憶部１０５に記憶した動作周波数から、イグナイタ６の２次巻線６４のインピーダンスを算出する。例えばインピーダンス算出部１０６は、内部に２次巻線６４の通電周波数とインピーダンスとの関係を示す対応曲線を記憶しており、この対応曲線を用いてインピーダンスを算出する。
【００２２】
図３は、イグナイタ６における２次巻線６４のインピーダンスと通電周波数との関係を表した対応曲線を示す図である。縦軸にインピーダンス、横軸に通電周波数をとっており、通電周波数の増加に伴いインピーダンスが増加する様子が示されている。例えば、ＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数が４００Ｈｚの場合、２次巻線６４への通電周波数も４００Ｈｚとなるため、インピーダンスが３．５［Ω］であることがわかる。なお、図３におけるインピーダンスの値は、正弦波交流を通電した場合の値である。
【００２３】
放電灯電圧算出部１０７は、インピーダンス算出部１０６にて算出したイグナイタ６の２次巻線６４のインピーダンスとＡＤＣ検出部１０２が検出した電流ＡＤＣを用いて２次巻線６４の電圧降下を算出し、当該２次巻線６４の電圧降下とＶＤＣ検出部１０３にて検出した電圧ＶＤＣとから放電灯７の電圧を算出する。電圧ＶＤＣは、ＤＣ／ＡＣインバータ５の電圧降下と、２次巻線６４の電圧降下と、放電灯７の電圧とを加算した値になる。例えば、ＤＣ／ＡＣインバータ５の電圧降下を２Ｖ、ＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数を４００Ｈｚ、ＡＤＣ検出部１０２が検出した電流ＡＤＣを２．５Ａ、ＶＤＣ検出部１０３にて検出した電圧ＶＤＣを３０．８Ｖとした場合の放電灯７の電圧は、２０Ｖであると算出できる。
【００２４】
メモリ１１１は、放電灯の光出力を一定に保つための電圧−電流曲線を記憶する。電流指令値算出部１０８は、放電灯電圧算出部１０７にて算出した放電灯７の電圧に対応する電流指令値を電圧−電流曲線に基づいて算出する。Ｄｕｔｙ決定部１０９は、ＡＤＣ検出部１０２にて検出した電流ＡＤＣが電流指令値に一致するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ４のＦＥＴ９１のＤｕｔｙを決定する。コンバータ駆動部１１２は、Ｄｕｔｙ決定部１０９にて決定したＤｕｔｙに基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ４のＦＥＴ９１を駆動する。このようにして、放電灯７の光出力は略一定になるよう点灯制御される。なお、電流指令値算出部１０８、Ｄｕｔｙ決定部１０９、コンバータ駆動部１１２はコンバータ制御手段を構成する。
【００２５】
次に、放電灯点灯装置１０の動作について説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置の制御方法を示すフローチャートである。
【００２６】
車輌の運転者により、放電灯を点灯させるスイッチ（図１には図示せず）が点灯状態に切り替えられると、バッテリ１は放電灯点灯装置１０に対し直流電圧の印加を開始する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、印加された直流電圧を４００Ｖまで昇圧し、放電灯７の電圧も約４００Ｖとなる。コンデンサ６１の充電圧がＧＡＰ６２のスイッチング電圧に達すると、当ＧＡＰ６２が導通してコンデンサ６１の電荷を放出することによってイグナイタ６が略２５ｋＶの高圧パルスを放電灯７に印加し、放電灯７が点灯する。
【００２７】
放電灯７が点灯すると、図４に示すフローチャートの処理が開始する（Ｓ１）。ＶＩＮ検出部１０１は、バッテリ１の電圧電圧ＶＩＮを検出し（Ｓ２）、ＶＤＣ検出部１０３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力する電圧ＶＤＣを検出する（Ｓ３）。周波数決定部１０４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力する電圧ＶＤＣからバッテリ１の電圧ＶＩＮを除算することで電圧差を求め、当該電圧差が、５Ｖ以下か５Ｖより大きいかによって処理の切り替えを行う（Ｓ４）。
【００２８】
電圧差が５Ｖ以下の場合、周波数決定部１０４は、周波数記憶部１０５に記憶されている現在のＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数が１０００Ｈｚであるか判定する（Ｓ５）。Ｓ５における判定の結果、ＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数が１０００Ｈｚである場合は、動作周波数の変更は行わず、そのまま動作周波数を１０００Ｈｚとする。
【００２９】
Ｓ５における判定の結果、動作周波数が４００〜９００Ｈｚである場合は、周波数決定部１０４は、現在の動作周波数を１００Ｈｚ増加させた周波数をＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数とし（Ｓ６）、インバータ駆動部１１０は、当該動作周波数でＤＣ／ＡＣインバータ５を駆動させる信号をＤＣ／ＡＣインバータ５に出力する。周波数記憶部１０５は、新たに変更された動作周波数を記憶する。
【００３０】
Ｓ４において求められた電圧差が５Ｖより大きい場合、当該電圧差が１０Ｖ以上か１０Ｖより小さいかを判定する（Ｓ７）。Ｓ７における判定の結果、電圧差が１０Ｖ以上である場合は、更に、周波数記憶部１０５に記憶されている現在のＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数が４００Ｈｚであるかの判定を行う（Ｓ８）。動作周波数が４００Ｈｚである場合は、動作周波数の変更は行わず、そのまま動作周波数を４００Ｈｚとする。
【００３１】
Ｓ８における判定の結果、動作周波数が５００〜１０００Ｈｚである場合は、周波数決定部１０４は、現在の動作周波数を１００Ｈｚ減少させた周波数をＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数とし（Ｓ９）、インバータ駆動部１１０は、当該動作周波数でＤＣ／ＡＣインバータ５を駆動させる信号をＤＣ／ＡＣインバータ５に出力する。周波数記憶部１０５は、新たに変更された動作周波数を記憶する。
【００３２】
インピーダンス算出部１０６は、周波数記憶部１０５から動作周波数を読み出し、図３に示した対応曲線を用いて、読み出した動作周波数に対応するインピーダンスを算出する（Ｓ１０）。放電灯電圧算出部１０７は、ＶＤＣ検出部１０３にて検出した電圧ＶＤＣ、ＡＤＣ検出部１０２で検出した電流ＡＤＣ、及びインピーダンス算出部１０６で求めたインピーダンスから放電灯７の電圧を算出する（Ｓ１１）。電流指令算出部１０８は、メモリ１１１から読み出した電圧−電流曲線を用いて、Ｓ１１にて算出した放電灯７の電圧に対応する電流指令値を求める（Ｓ１２）。Ｄｕｔｙ決定部１０９は、Ｓ１２にて求めた電流指令値に、Ｓ３で検出した電流ＡＤＣが一致するようにＤｕｔｙを決定する（Ｓ１３）。コンバータ駆動部１１２は、Ｓ１３にて決定したＤｕｔｙでＤＣ／ＤＣコンバータ４を駆動させる信号を、ＤＣ／ＤＣコンバータ４のＦＥＴ９１に出力する（Ｓ１４）。以降、Ｓ２〜Ｓ１４のステップを繰り返すことにより、放電灯７の電圧、及び電流を、点灯直後の値（２０Ｖ、２．５Ａ）から、安定状態の値（８５Ｖ，０．４Ａ）まで制御していくことができる。
【００３３】
点灯直後の放電灯は温度が低く、放電灯の電圧は２０Ｖ程になる。また、ＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数を４００Ｈｚとした場合、イグナイタ２の２次巻線６４のインピーダンスは、図３より３．５Ωであり、最大電流の通電時には２．５Ａ×３．５Ω＝８．８Ｖの電圧降下が発生する。そのため、ＤＣ／ＡＣインバータ５の電圧降下を２Ｖとすれば、負荷側全体での電圧降下は、３０．８Ｖとなる。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の入力電圧が３０．８Ｖ以下であれば、放電灯に流れる電流は最大電流２．５Ａ以下に留めることができる。しかし、２４Ｖのバッテリ電圧は、１６Ｖ〜３２Ｖの電源電圧範囲で変動するため、バッテリ電圧が３０．８Ｖを超えた場合、ＦＥＴ９１のＤｕｔｙに寄らず放電灯７には最大電流２．５Ａ以上の電流が流れ、ＤＣ／ＤＣコンバータ４による制御ができなくなる。
【００３４】
しかし、ＤＣ／ＡＣインバータの動作周波数を上昇させ１０００Ｈｚとすれば、イグナイタ６の２次巻線６４における電圧降下は、２．５Ａ×６．８Ω＝１９．０Ｖとなる。これにより、負荷側全体での電圧降下は４１．０Ｖとなり、バッテリ電圧が３２ＶであってもＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を３２Ｖ以上に維持することができる。
【００３５】
以上のように、実施の形態１に係る放電灯点灯装置によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力する電圧がバッテリ電圧付近まで低下したことを検出すると、ＤＣ／ＡＣインバータの動作周波数を上昇させることにより、イグナイタ６の２次巻線６４における電圧降下を増加させるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の制御不能状態を回避することができる。そのため、２４Ｖのバッテリを用いる放電灯点灯装置においても、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の蓄えた電磁エネルギーをバッテリ電圧に重畳して出力する構成とすることで、放電灯点灯装置を小型で廉価にすることができる。
【００３６】
なお、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をバッテリ電圧に重畳して出力するＤＣ／ＤＣコンバータの構成においては、点灯直後の低電圧の放電灯７に、高いバッテリ電圧から大電力が供給され、放電灯７に定格電流以上の電流が流れることで、放電灯７が故障してしまう危険性があるが、本実施の形態の構成によれば、そのような場合においても、放電灯７に流れる電流を制御することができ、放電灯７の故障を防ぐことができる。このように、本実施の形態の構成によれば、過電流による放電灯７の故障を防ぎつつも、点灯直後から放電灯７の発光輝度を高輝度にできる。
【００３７】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ４が放電灯の電流を制御可能な状態にあることから、放電灯に過電流が発生することを防ぎ、放電灯の電極の磨耗を防ぐことができる。
【００３８】
また、イグナイタ６における２次巻線６４のインピーダンスの変化に合わせて、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力する電流を制御することで、放電灯の電流を正確に制御することができる。
【００３９】
また、ＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数を変化させているため、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力する電圧を制御することができる。制御部８における制御のように、ＡＤＣ検出部１０２にて検出した電流ＡＤＣが電流指令値に一致するように制御している状態では、２次巻線６４のインピーダンスが増加すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力する電圧が増加し、２次巻線６４に流れる電流の大きさは維持される。２次巻線６４のインピーダンスは上述のようにＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数により変化させることができるため、ＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数を制御することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力する電圧を制御することが可能となる。
【００４０】
また、放電灯７に印加される交流電圧の周波数が１０００Ｈｚ以上になると、放電灯７の放電管内に形成されるアーク放電が放電管内の音響的圧力の影響を受けて歪む音響的共鳴現象と呼ばれる現象が発生し放電灯７がちらつくが、制御部８は、ＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数が１０００Ｈｚ以下になるように制御するため、放電灯７における音響的共鳴現象の発生を防ぎ、放電灯７のちらつきを防ぐことができる。
【００４１】
また、ＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数が２００Ｈｚ以下になると、放電灯７に印加される電圧の極性の反転による明るさの変動が視認できてしまうため、フリッカと呼ばれるちらつきが発生するが、制御部８は、ＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数が２００Ｈｚ以上になるように制御するため、放電灯７におけるフリッカの発生を防ぐことができる。
【００４２】
また、イグナイタ６の２次巻線６４のインピーダンスから求めた放電灯７の電圧を用いた制御を行うことで、放電灯７の電流をより正確に制御することが可能となる。
【００４３】
また、インピーダンス算出部１０６には図３に示した対応曲線が記憶されているが、周波数決定部１０４で決定する周波数が、図４のフローチャートに示すように１００Ｈｚおきであれば、記憶する情報量が少なくてすむため、制御部８を安価にできる。なお、インピーダンス算出部１０６により細かい間隔の情報を記憶すれば、イグナイタ６の２次巻線６４のインピーダンスをより細かく制御することが可能である。
【００４４】
なお、２次巻線６４のインピーダンスが低い方が当該２次巻線６４にて消費される電力は小さくなるため、初期状態におけるＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数は４００Ｈｚに設定しておく。そのため、動作周波数は、放電灯点灯直後に４００Ｈｚよりも高くなり、その後安定状態に向かうにつれて低くなる。
【００４５】
なお、上述では、周波数決定部１０４においてＤＣ／ＡＣインバータ５の動作周波数を決定する際の、バッテリ１の電圧とＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力する電圧との電圧差の許容範囲を５Ｖ〜１０Ｖとし、動作周波数の変化量を１００Ｈｚとしたが、電圧差の許容範囲を狭くし、動作周波数の変化量を小さくすると、バッテリ１の電圧とＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力する電圧との電圧差をアナログ的に一定に制御することができる。このようなアナログ的な制御により、動作周波数の切り替え時における発光の大きな変化を抑えなめらかにし、ちらつきのない高品位な光を提供できる。
【００４６】
なお、上述では、Ｄｕｔｙ決定部１０９において、ＡＤＣ検出部１０２にて検出した電流ＡＤＣが、電流指令値算出部１０８にて算出した電流指令値に一致するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ４のＦＥＴ９１のＤｕｔｙを決定するものとしたが、電流指令値算出部１０８の代わりに電圧指令値算出部を設け、ＶＤＣ検出部１０３にて検出した電圧ＶＤＣが、電圧指令値に一致するように制御してもよい。また、電力指令値算出部を設け、ＡＤＣ検出部１０２にて検出した電流ＡＤＣ及びＶＤＣ検出部１０３にて検出した電圧ＶＤＣから求めた出力電力が、電力指令値に一致するように制御してもよい。電圧または電力を制御する場合であっても、ＤＣ／ＤＣコンバータ４が出力する電圧に下限値があることからＤＣ／ＤＣコンバータ４が制御不能になることがあるが、ＤＣ／ＡＣインバータ５の周波数を制御することにより、負荷側の電圧降下を変化させ、制御不能を回避することができる。
【００４７】
実施の形態２．
図５は、本発明の他の実施形態に係る放電灯点灯装置を示す回路図である。図１と同一又は相当部分については同一符号を付し、説明を省略する。
【００４８】
図５の回路において、接地されたバッテリ１の負側はシャント抵抗１００を介してコンデンサ９６の正側（図５中の上側）と接続しており、バッテリ１の正側はＤＣ／ＡＣインバータ５の上アームに接続しており、整流用ダイオード１１３のアノードはコンデンサ９６の負側（図５中の下側）と接続しており、コンデンサ９６の負側（図５中の下側）の電圧は、ＤＣ／ＡＣインバータの下アームの電圧となっている。
【００４９】
また、図５の回路において、ダイオード１１３により、バッテリ電圧とは逆極性の負電圧が発生するため、ＤＣ／ＡＣインバータに印加される電圧は、バッテリ電圧と、２次巻線に発生した電圧とが加算された電圧となる。
【００５０】
以上のような回路構成においても、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１の出力する電圧より放電灯の電圧が低くなり、当該ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を制御することができない状況が発生する。図５の回路においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１とバッテリ電圧加算電圧とバッテリ１の電圧との電圧差が許容範囲内となるよう、ＤＣ／ＡＣコンバータ５の動作周波数を制御することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１が制御不能状態となることを防ぐことができる。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１に蓄えた電磁エネルギーをバッテリ電圧に重畳して出力する構成が使用でき、放電灯点灯装置を小型で廉価にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置を示す回路図
【図２】本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置の制御部８を示す回路図
【図３】通電周波数に対するイグナイタのインピーダンスを示す図。
【図４】本発明の一実施形態に係る放電灯点灯装置の制御方法を示すフローチャート
【図５】本発明における放電灯点灯装置の他の実施の形態を示す回路図
【符号の説明】
【００５２】
１ バッテリ
４，４１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
５ インバータ
６ イグナイタ
７ 放電灯
８ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの電圧に基づいて付加電圧を生成し、当該付加電圧に前記バッテリの電圧を加算した電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力する電圧を検出する出力電圧検出手段と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力する電圧を交流電圧に変換し、放電灯に出力するインバータと、
前記インバータと前記放電灯との間に設けられた２次巻線、及び当該２次巻線と磁気的に結合した１次巻線を有し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力により当該１次巻線に印加される電圧に基づいて、前記２次巻線に前記放電灯を始動させるための高電圧パルスを発生させるイグナイタと、
前記インバータの変換周波数を変更する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力する電圧から前記バッテリの電圧を引算した値が所定の下限値以下のとき、
前記インバータの出力する交流電圧の周波数を増加させることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記インバータの出力する交流電圧の周波数に基づいて、前記２次巻線のインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段と、
前記２次巻線のインピーダンス、及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力する電圧に基づいて、前記放電灯の電圧を算出する放電灯電圧算出手段と、
前記放電灯の電圧に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコンバータ制御手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力する電圧から前記バッテリの電圧を引算した値が、所定の上限値以上のとき、前記交流電圧の周波数を減少させることを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記インバータの出力する交流電圧の周波数を１ＫＨｚ以下とすることを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記インバータの出力する交流電圧の周波数を２００Ｈｚ以上とすることを特徴とする請求項３に記載の放電灯点灯装置。
【請求項６】
前記インピーダンス算出手段は、前記インバータの出力する交流電圧の周波数に対応する前記２次巻線のインピーダンスをあらかじめ前記制御手段に記憶することを特徴とする請求項２に記載の放電灯点灯装置。
【請求項７】
前記バッテリは車両の２４Ｖ系のバッテリであり、前記放電灯は車両のヘッドランプ用放電灯であることを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
【請求項１】
バッテリの電圧に基づいて付加電圧を生成し、当該付加電圧に前記バッテリの電圧を加算した電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力する電圧を検出する出力電圧検出手段と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力する電圧を交流電圧に変換し、放電灯に出力するインバータと、
前記インバータと前記放電灯との間に設けられた２次巻線、及び当該２次巻線と磁気的に結合した１次巻線を有し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力により当該１次巻線に印加される電圧に基づいて、前記２次巻線に前記放電灯を始動させるための高電圧パルスを発生させるイグナイタと、
前記インバータの変換周波数を変更する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力する電圧から前記バッテリの電圧を引算した値が所定の下限値以下のとき、
前記インバータの出力する交流電圧の周波数を増加させることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記インバータの出力する交流電圧の周波数に基づいて、前記２次巻線のインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段と、
前記２次巻線のインピーダンス、及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力する電圧に基づいて、前記放電灯の電圧を算出する放電灯電圧算出手段と、
前記放電灯の電圧に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコンバータ制御手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力する電圧から前記バッテリの電圧を引算した値が、所定の上限値以上のとき、前記交流電圧の周波数を減少させることを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記インバータの出力する交流電圧の周波数を１ＫＨｚ以下とすることを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記インバータの出力する交流電圧の周波数を２００Ｈｚ以上とすることを特徴とする請求項３に記載の放電灯点灯装置。
【請求項６】
前記インピーダンス算出手段は、前記インバータの出力する交流電圧の周波数に対応する前記２次巻線のインピーダンスをあらかじめ前記制御手段に記憶することを特徴とする請求項２に記載の放電灯点灯装置。
【請求項７】
前記バッテリは車両の２４Ｖ系のバッテリであり、前記放電灯は車両のヘッドランプ用放電灯であることを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−６２０１４（Ｐ２０１０−６２０１４Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２６８８０（Ｐ２００８−２２６８８０）
【出願日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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