JP4391199B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

この発明は、自動車の前照灯や照明灯、街灯等として用いられている高輝度放電灯（ＨＩＤバルブ）を点灯させる放電灯点灯装置に関するものである。

従来、メタルハライドランプ等の高輝度放電灯を点灯させる放電灯点灯装置は、高圧パルス電圧発生回路よりなるイグナイタ（起動装置）を用いており、放電ギャップやサイリスタ等のスイッチ素子がオンすることにより、充電用のコンデンサに充電された電荷をスイッチ素子、高圧パルストランスの一次巻線を含んだ経路で放電し、高圧パルストランスの二次巻線に発生する高圧パルス電圧を高輝度放電灯へ印加して、高輝度放電灯の管内でブレークダウン（絶縁破壊）を起こさせ、アーク放電へ移行させている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１２５４８２号公報

従来の放電灯点灯装置は、上記のように構成されており、メタルハライドランプのような高輝度放電灯をプロジェクタ用光源や車載用前照灯として使用しているが、この種の用途に高輝度放電灯を使用する場合、電源のオン／オフが短時間で繰り返されることが多く、点灯状態の高輝度放電灯を一旦消灯した後あまり時間をあけずに(高輝度放電灯が熱い状態のままで)再点灯するホットスタートにおいても確実に起動させる必要がある。

メタルハライドランプのような高輝度放電灯は、ホットスタート時において、高圧パルスを印加してブレークダウンした後の等価抵抗が放電灯内部のガスの状態により初めの始動時の等価抵抗に比べて大きいので、十分なエネルギーを供給できなければブレークダウンしても安定なアーク放電へ移行できず、再起動に失敗してしまうという問題がある。このため、メタルハライドランプ等の高輝度放電灯を上記したような用途に使用するためには、ブレークダウン直後の十分なエネルギーを供給しなければならない。この対策として、充電用のコンデンサの静電容量を増やすことが実施されているが、スイッチ素子に流れる突入電流の増加により、スイッチ素子の負担が増加し、スイッチ素子の破壊や寿命低下が懸念される。よって、従来装置においてコンデンサの静電容量を増大した場合、スイッチ素子の負担を抑制する必要があるが、この対策として、スイッチ素子の数を増やしたり、大きなスイッチ素子へ変更したりすると、イグナイタが大型化してしまう等の課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、放電灯をブレークダウンさせた後のエネルギー不足による消灯を解消し、また、スイッチ素子への負担増を抑えつつ、十分なエネルギーを供給できる構成を簡単にして安価な放電灯点灯装置を得ることを目的とする。

この発明に係る放電灯点灯装置は、直流電源の出力に基づいて放電灯点灯用の電源電圧を生成する電源電圧生成手段と、この電源電圧生成手段からの電源電圧に基づいてエネルギーを蓄え、点灯開始時に放電灯の電極間をブレークダウンする高電圧パルスを供給する高電圧パルス発生手段を備える放電灯点灯装置であって、前記高電圧パルス発生手段には、放電灯の電極間をブレークダウンしてグロー放電に移行する高電圧印加時には、小さなエネルギーを前記放電灯に供給し、前記放電灯の電極間の放電をグロー放電からアーク放電へ移行する低電圧印加時には、エネルギーを増加させて前記放電灯に供給するエネルギー供給手段を備え、このエネルギー供給手段は、高電圧発生用パルストランスの一次側接続路に設けたスイッチ素子をオンする時には充電された高電圧の小エネルギーを放電灯に供給し、エネルギーを放出することによる電圧の低下に従って放電灯に供給するエネルギーを増加する特性を有するコンデンサであることを特徴とする。

この発明は、放電灯のブレークダウンしたグロー放電時には高電圧、小エネルギーを供給し、グロー放電からアーク放電への移行時は低電圧、大エネルギーを供給することで、ＨＩＤバルブ（高輝度放電灯）の起動の確実性を向上し、放電灯を絶縁破壊させた後のエネルギー不足による消灯を解消でき、また、スイッチ素子への負担増を抑えてスイッチ素子の破壊や寿命低下を防止できる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。
図１において、本実施の形態による放電灯点灯装置は、直流電源１と、点灯スイッチ２と、電源電圧生成手段としてのＤＣ／ＤＣコンバータ３と、インバータ４と、制御部５と、エネルギー供給手段としてのイグナイタ６と、高輝度放電灯（ＨＩＤバルブ）である放電灯７とを備える。イグナイタ６は、充電用抵抗を兼ねる分圧用抵抗６１および分圧用抵抗６２と、充電用抵抗６３と、放電用コンデンサ６４と、放電用コンデンサ６５と、逆流防止用ダイオード６６と、スイッチ素子６７と、高圧パルストランス６８とを有する。

直流電源１は、例えばバッテリからなり、１２Ｖの直流電圧を出力する。直流電源１が点灯スイッチ２を介してＤＣ／ＤＣコンバータ３に接続され、このＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力側にインバータ４が接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３およびインバータ４は共にその動作を制御部５によって制御される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、直流電源１の電圧を、インバータ４の出力側に高圧パルストランス６８の２次側を介して接続された放電灯７の起動および点灯に必要な電圧まで降圧または昇圧し、また、インバータ４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力である直流電圧を交流電圧に変換して放電灯７に供給する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力側とインバータ４の出力側の一端（高圧パルストランス６８の一次巻線の一端が接続されている側）の間に分圧用抵抗６１および６２が直列接続され、分圧用抵抗６２の両端に放電用コンデンサ６４が並列接続される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力側とインバータ４の出力側の一端の間に充電用抵抗６３と放電用コンデンサ６５が直列接続される。充電用抵抗６３および放電用コンデンサ６５の接続点と高圧パルストランス６８の一次巻線の間にスイッチ素子６７が接続され、分圧用抵抗（充電用抵抗）６１および放電用コンデンサ６４の接続点とスイッチ素子６７の一端即ち充電用抵抗６３および放電用コンデンサ６５の接続点の間に逆流防止用のダイオード６６が接続されている。

次に、動作について、図２〜図３の特性図を参照して説明する。
いま、点灯スイッチ２がオンされて直流電源１の電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ３で昇圧されてイグナイタ６に供給されると、放電用コンデンサ６４，６５がそれぞれ充電用抵抗６１，６３を介して充電される。放電用コンデンサ６４，６５が充電された段階でスイッチ素子６７がオンする（または、自発的にオンする）と、まず、電位の高い放電用コンデンサ６５が放電して電流が高圧パルストランス６８の一次巻線を流れ、これによりその二次巻線側に高電圧が発生して放電灯７の電極間をブレークダウンしてグロー放電を発生する。

放電用コンデンサ６５が放電してその電位が放電用コンデンサ６４の電位より低くなると、放電用コンデンサ６４が放電を開始し、ダイオード６６を介して電流が高圧パルストランス６８の一次巻線を流れる。この場合、放電電流は放電用コンデンサ６４、６５の両方の電流が流れ、アーク放電に移行し、その後インバータ４からの出力電圧で安定点灯を持続する。

図２は、上述の動作段階における放電用コンデンサ６４，６５の静電容量と放電電圧の関係を示しており、放電電圧Ｖ１の時点が実質的に高電圧時と低電圧時の境界を表しており、高電圧時は放電用コンデンサ６５に依存し、スイッチ素子６７がオンしてから時間が経過した低電圧時は放電用コンデンサ６４と６５に依存していることを表している。

図３は、本実施の形態でのスイッチ素子６７に流れる電流Ｉ１を、従来構成によるスイッチ素子に流れる電流Ｉ２と対比して示したものである。スイッチ素子がオンした直後の高電圧時は、従来構成でのスイッチ素子に流れる電流Ｉ２に比べて本実施の形態でのスイッチ素子６７に流れる電流Ｉ１が小さくなっているが、スイッチ素子がオンしてから時間が経過した低電圧時は、従来構成でのスイッチ素子に流れる電流Ｉ２に比べて本実施の形態でのスイッチ素子６７に流れる電流Ｉ１が大きくなっており、斜線示の領域Ｅだけ、従来構成に比べて大きなエネルギー供給が可能である。即ち、本実施の形態によれば、エネルギーがあまり必要でない、放電灯７の電極間をブレークダウンしてグロー放電を発生する高電圧時はエネルギーを抑え、放電灯７の電極間の放電をグロー放電からアーク放電ヘ移行するためにエネルギーが必要である低電圧時に十分なエネルギーが供給できる。

従って、高電圧時のエネルギーを抑えることにより大電流の通電時間が短くなるので、スイッチ素子６７への負担が軽減でき、スイッチ素子６７の破壊を防止して寿命の延命ができる。また、低電圧時のエネルギーを確保することにより、小電流を長時間流すことができ、放電灯７の電極が加熱され、グロー放電からアーク放電に移行しやすくなることから、起動の確実性が向上する。

以上のように、この実施の形態１によれば、ＨＩＤバルブのブレークダウンしたグロー放電時には高電圧、小エネルギーを供給し、グロー放電からアーク放電への移行時は低電圧、大エネルギーを供給するエネルギー供給手段として、例えばイグナイタ内に放電用コンデンサを複数個設ける構成とすることで、スイッチ素子の寿命の延命、起動の確実性等を向上できる。
なお、上記では、イグナイタ内に設ける放電用コンデンサの数が２個の場合であるが、これに限定されることなく、放電灯の仕様に応じてそれ以上の放電用コンデンサを設ける構成としてもよい。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。なお、図４において、図１と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
上記実施の形態１では、イグナイタ内に放電用コンデンサを複数個設ける構成とした場合であるが、本実施の形態では、実質的に複数個の放電用コンデンサの代わりに、図４に示すように、充電電圧が上昇するに伴い、コンデンサの静電容量が減少する電圧依存性を有する放電用コンデンサを使用する。

図４において、イグナイタ６Ａは、図１のイグナイタ６と同様の充電用抵抗６３、スイッチ素子６７および高圧パルストランス６８の他に、充電用抵抗６３と直列接続された放電用コンデンサ６９を備える。この放電用コンデンサ６９としては、例えば、図４に示すような、その静電容量が電圧に依存して減少する特性を有するセラミックコンデンサを用いる。その他の構成は、図１の場合と同様である。

次に、動作について、図５の特性図を参照して説明する。
いま、点灯スイッチ２がオンされて直流電源１の電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ３で昇圧されてイグナイタ６Ａに供給されると、放電用コンデンサ６９が充電用抵抗６３を介して充電される。この場合、放電用コンデンサ６９の充電電圧の上昇に伴い、その静電容量が図５に示すように減少するが、放電用コンデンサ６９の充電電圧が所定値になった段階でスイッチ素子６７がオンする（または、自発的にオンする）と、放電用コンデンサ６９が放電して電流が高圧パルストランス６８の一次巻線を流れ、これによりその二次巻線側に高電圧が発生して放電灯７の電極間をブレークダウンしてグロー放電を発生し、その後アーク放電に移行し、安定点灯する。

かくして、本実施の形態でも、上記実施の形態１と同様に、エネルギーがあまり必要でない、放電灯７の電極間をブレークダウンしてグロー放電を発生する高電圧時はエネルギーを抑え、放電灯７の電極間の放電をグロー放電からアーク放電ヘ移行するためにエネルギーが必要である低電圧時に十分なエネルギーが供給できる。

以上のように、この実施の形態２では、イグナイタ内に充電電圧が上昇するに伴い、コンデンサの静電容量が減少する電圧依存性を有する放電用コンデンサを使用することで、上記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、さらに、本実施の形態では、イグナイタの内部構成を簡略化でき、装置の小型化、コストの低廉化が可能になる。
なお、上記では、充電電圧が上昇するに伴い、コンデンサの静電容量が減少する電圧依存性の放電用コンデンサとして、セラミックコンデンサの場合を例に説明したが、これに限定されることなく、同様の効果が得られれば、その他の素子を用いてもよい。

この発明の実施の形態１による放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態１による放電灯点灯装置の動作説明に供するための図である。 この発明の実施の形態１による放電灯点灯装置の動作説明に供するための図である。 この発明の実施の形態２による放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態２による放電灯点灯装置の動作説明に供するための図である。

符号の説明

１ 直流電源、２ 点灯スイッチ、３ ＤＣ／ＤＣコンバータ（電源電圧生成手段）、４ インバータ、５ 制御部、６，６Ａ イグナイタ（エネルギー供給手段）、６１ 分圧抵抗（充電抵抗）、６２ 分圧抵抗、６３ 充電抵抗、６４，６５，６９ 放電用コンデンサ、６６ ダイオード、６７ スイッチ素子、６８ 高圧パルストランス。

Claims (2)

1. 直流電源の出力に基づいて放電灯点灯用の電源電圧を生成する電源電圧生成手段と、この電源電圧生成手段からの電源電圧に基づいてエネルギーを蓄え、点灯開始時に放電灯の電極間をブレークダウンする高電圧パルスを供給する高電圧パルス発生手段を備える放電灯点灯装置であって、前記高電圧パルス発生手段には、放電灯の電極間をブレークダウンしてグロー放電に移行する高電圧印加時には、小さなエネルギーを前記放電灯に供給し、前記放電灯の電極間の放電をグロー放電からアーク放電へ移行する低電圧印加時には、エネルギーを増加させて前記放電灯に供給するエネルギー供給手段を備え、このエネルギー供給手段は、高電圧発生用パルストランスの一次側接続路に設けたスイッチ素子をオンする時には充電された高電圧の小エネルギーを放電灯に供給し、エネルギーを放出することによる電圧の低下に従って放電灯に供給するエネルギーを増加する特性を有するコンデンサであることを特徴とする放電灯点灯装置。
2. エネルギー供給手段は、充電電圧の上昇に伴って静電容量が減少し、放電による電圧の降下に伴って静電容量が回復する特性を有するセラミックコンデンサであることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。

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