JPH03138894A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 この発明は１例えば水銀ランプ、ナトリウムランプ、メ
タルハライドランプ等のように金属蒸気を封入した放電
灯の点灯装置に関し、特に、点灯開始時から放電安定状
態に至るまでの電流制御技術に関する。

〔従来技術〕

従来の放電灯点灯装置としては１例えば、「照明ハンド
ブック、第１版第１刷、昭和５８年５月２０日、オーム
社発行、ｐｐ１９８〜２０１」や「電気工学ハンドブッ
ク、第１版、昭和５３年４月１０日、電気学会発行、ｐ
ｐ１５３９〜１５４１Ｊに記載されているものがある。

第５図は上記のごとき従来の放電灯点灯装置の一例図で
ある。

第５図において、１はエネルギー供給源となる交流電源
、２は全波整流器、３はインバータ回路、４はコイルＬ
とコンデンサＣとのＬＣ直列共振回路、５は放電灯であ
る。

上記の装置において、点灯開始時には、例えばインバー
タ回路３から周波数１００ｋＨｚ程度の電圧をＬＣ直列
共振回路４に印加すると、放電灯５の両端には１０ｋＶ
程度の高電圧が印加され、放電灯５内の封入ガスに絶縁
破壊を生じる。それと同時に周波数をｌｏｋ七程度にす
ると、このときガス温度は低いので抵抗値が小さく、Ｉ
Ａ程度の電流が流れる。その後、ガス温度の上昇と共に
抵抗値が上昇するので、電流値は次第に低下し、ガス温
度が安定状態に達したときには電流は０．４〜０．５Ａ
程度で飽和状態となり、所望の光量が得られる。

上記のごとき放電灯は、車両用の前照灯として使用した
場合、小型、軽量、高効率などの点で、現在のフィラメ
ントタイプのバルブよりも有利な点が多い。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のごとき点灯過程において、放電安定状態になった
ときに放電灯の光量が所望の値になるように印加電圧お
よび周波数を設定すると、所望の光量に達するまでに時
間が長くかかり、また、上記の時間を短縮するために、
放電安定状態に達する前、すなわち点灯過渡状態の途中
で所定の光量に達するように電圧および周波数を設定す
ると、放電安定状態では光量かオーバースペックになり
、かつ放電灯の寿命が短くなってしまう。したがって、
点灯時に直ちに所望の光景に達することが要求され、か
つ、耐久性が必要とされる車両の萌／Ｋ＜灯等の用途に
は使用困難である、という問題があった。

本発明は、上記のごとき従来技術の問題を解決するため
になされたものであり、発生光量の立上りが速く、かつ
、放電安定状態で所望の光量を得ることの出来る放電灯
点灯装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明においては、特許請
求の範囲に記載するように構成している。

すなわち、本発明においては、放電灯の両端の電圧を検
出する検出手段と、点灯開始時から放電安定状態に移行
するまでの間、放電灯に流れる放電電流を制御する制御
値を、上記検出手段の出力値が上昇するのに応じて放電
電流が減少する方向へ順次変化させ、かつ、上記出力値
の変化に対する制御値の変化の割合を上記出力値が所定
値未満のときは小さな値に、所定値以上のときは大きな
値にするように制御する制御手段を備えたものである。

上記の制御手段は、例えば、後記第１図の実施例に示す
ように、放電電流を制御する制御値として放電回路に印
加する電力の周波数を用い、その周波数を上記出力値が
低下するに従って大きくすることによって放電電流を低
下方向に制御する装置、または放電回路のインダクタン
ス（後記第１図のコイルＬ等）を制御値とし、その値を
上記出力値が低下するに従って大きくすることによって
放電電流を低下方向に制御する装置、或いは放電回路に
印加する電圧（後記第１図のインバータ回路３に印加す
る電圧等）を制御値とし、その値を上記出力値が低下す
るに従って小さくすることによって放電電流を低下方向
に制御する装置ｄｌ等を用いることが出来る。

〔作　用〕

以下、まず、放電灯の光量変化特性について説明する。

なお、放電灯には高圧水銀灯、高圧ナトリウム灯、メタ
ルハライドランプ等があるが、ここではメタルハライド
ランプを例として説明する。

メタルハライドランプ（以下、バルブと記す）は、バル
ブ内に各種の混合ガスが封入され、かつギャップを隔て
て対向した一対の電極を備えている。

上記の電極間に高電圧を印加し、バルブ内の封入ガスに
絶縁破壊を生じさせると、バルブ内のインピーダンスは
絶縁状態時の無限大から数１０オームに低下し、上記電
極間に電流が流れる。これが放電電流である。

この放電電流によってギャップ周辺の温度が上昇し、各
種混合ガスが発光を開始する。そして、バルブ内の温度
が十Ｈ−するに従ってバルブ内のインピーダンスが高く
なり、次第に放電電流が減少して端子電圧は上昇すると
いう負特性を示す。

第４図は上記の状態における放電灯に流れる放電電流、
放電灯の端子電圧、放電灯内部のガス温度および光景の
関係を示す特性図である。

第４図に示すごとく、光量とガス温度とは同じ特性で変
化し、また、光量と放電電流は反比例の傾向、光量と端
子電圧は比例傾向を示し、それぞれ点灯開始時から数秒
間に急激な変化をし、数秒後に飽和して放電安定状態に
達する。

そして、上記の放′？ＩＬ電流を大きな値（例えば２Ａ
）にするように制御すれば、早く必要な光量に達するが
、放電安定状態になった場合に光量がオーバースペック
になり、かつ放電灯の寿命が短くなる。また、放電電流
を最初から放電安定状態に応じた小さな値（例えば０．
５Ａ）にするように制御すれば、必要な光量に達するま
での時間が長くなる。

そのため本発明においては、最初の放電電流を大きな値
に設定して必要な光景に達する時間を短縮し、かつ放電
安定状態時の放電電流が大きすぎて寿命低下等の問題を
生じないようにするため。

バルブ端子電圧を検出し、点灯開始時（始動時）から放
電安定状態に達するまでの間、放電灯に流れる放電電流
を制御する制御値を、端子電圧が上Ａ、するのに応じて
放電電流が減少する方向へ順次変化させることにより、
放電灯に流れる放電電流を、前記のごとき自然減衰特性
よりも急激に低下させ、かつ放電安定状態時の放電電流
を所望の値に制御するように構成したものである。

また、バルブ端子電圧の変化に対する制御値の変化の割
合を、端子電圧が所定値未満のときには小さな値に、所
定値以上のときには大きな値にするように制御するのは
、温度の低い初期に゛正流値を大幅に変化させると光量
が段階的に急変して違和感を与えるので、それを防止す
るためである。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例図である。

第１図において、１はエネルギー供給源どなる交流電源
、２は全波整流器である。なお　Ｔ１両のように車載の
バッテリを電源とする場合は、交流電源１と全波整流器
２との代わりに、車載のバッテリの１２Ｖを所定電圧（
例えば３００Ｖ程度）に昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ
を用いることが出来る。また、３は上記の直流電力を所
定周波数の交流電力に変換するインバータ回路、４はチ
ョークコイルＬとコンデンサＣ□、Ｃ２との直列共振回
路、５は放電灯である。また、６は制御手段であり、イ
ンバータ回路３を制御する信号Ｓ１を出力する。この制
御手段６は専用のアナログ若しくはディジタル回路、ま
たはマイクロコンピュータ等で構、成される。なお、コ
ンデンサＣ□とＣ２の直列回路は、放電灯５の端子電圧
を電圧値Ｖｃとして検出するためのものである。

次に、第２図は第１図の実施例の制御過程を示すフロー
チャー１−である。このフローは所定時間ごとに繰り返
して行なわれる。

以下、第２図を用いて第１図の実施例の作用を説明する
。

放電灯の点滅を操作するライトスイッチ（図示せず）が
ＯＮにされると、まず、制御手段６は、Ｐｌで、信号Ｓ
１の周波数を１００ｋＨｚに設定する。それによってイ
ンバータ回路３は１ｏｏｋＨｚの交流電力を発生し、そ
れをＬＣ直列共振回路４に印加することにより、放電灯
５の両端には１０ｋＶ程度の高電圧が印加される。

次に、Ｐ２では、ＶｃＩ−１の値をＯにクリアする。

なお、ＶｃＩ−１は、コンデンサＣ□と０２の接続点の
電圧値Ｖｃ＋の前回の演算における値である。

次に、Ｐ３では、今回の演算における電圧値Ｖ　ｅ　ｒ
の値を読み込む。この電圧値Ｖｃ言ま、放電灯５の両端
に印加されている電圧をＣ□とＣ２で分圧した値であり
、放電灯５の両端の電圧に比例する値である。

次に、Ｐ４では、上記■ｃＩの値を所定値Ｖ１と比較す
ることによって放電灯５で絶縁破壊が生じたか否かを判
定する。すなわち、ＶｃＩの値は、放電灯５の封入ガス
が絶縁状態である場合は高い値を示し、絶縁が破壊され
ると低い値になるから。

Ｖｃｔを所定値ｖ１と比較することによって絶縁破壊が
生じたか否かを判別することが出来る。

Ｐ４で′Ｎ○″の場合、すな°わち絶縁破壊が生じてい
ない場合は、Ｐ３へ戻り、絶縁破壊が生しるまで上記の
演算過程が繰り返される。

次に、絶縁破壊が生じた場合には、Ｐ５で、信号Ｓユの
周波数を低い値の初期値、例えば４ｋＨｚに設定する。

第１図に示すごときＬＣ直列回路においては、ＬＣ直列
回路に印加する電圧を一定にしておいても、その周波数
を変化させると、放電灯に流れる放電電流が変化する。

すなわち１周波数が大きくなるとＬ分によって電流の積
分値が小さくなるので、放電灯に流れる電流が減少する
。

したがって、信号Ｓ□の周波数を低い値４ｋｌｌｚに設
定してやれば、放電電流を大きな値（例えば初期値が２
Ａ）にすることが出来る。

次に、Ｐ６では、今回の電圧値Ｖｃ１と前回の電圧値Ｖ
　ｃ　１−□との差ΔＶｃを求める。

次に、Ｐ７では、ΔＶｃと所定値Ｖよとを比較する。Ｐ
７で、ΔＶｃが所定値Ｖ□未満であった場合は、ＰＩ３
へ行って新たなりｃＩを読み込み、Ｐ６へ戻る。

Ｐ７で、ΔＶｃが所定値Ｖ０以上になった場合。

すなわち前回と今回の電圧値の変化幅がＶ□以上になっ
た場合は、Ｐ８へ行き、ｖＣＩと所定値ｖ２とを比較す
る。

Ｐ８で、Ｖｃｉが７２未満の場合はＰ９へ行って信号Ｓ
□の周波数を小さな第１の所定値（例えば１５０Ｈｚ）
だけ増加させ、Ｖｃｓがｖ２以上の場合はＰｌｏへ行っ
て信号Ｓ工の周波数を大きな第２の所定値（例えば１ｋ
Ｈｚ）だけ増加させる。

その後、ＰＬＯからｐＨへ行き、Ｖｃｉが所定値７１未
満の場合は、ＰＩ３で、ＶＣｔの値を更新（今回のｖｃ
Ｉを前回の値Ｖｃｉ−ｘとする）したのち、ＰＩ３を経
てＰ６へ戻り、上記の処理を繰り返す。

そしてｐＨで、Ｖｃｉが所定値７１以上になると、その
値に固定して制御を終了する。なお、Ｐ９からは直接に
ＰＩ３へ行く。

上記の各所定値は１例えば、Ｖ、＝１５０Ｖ、Ｖ、＝２
Ｖ、ｖ、＝６ｏｖ、ｖ３＝７−ｏｖ程度の値である。し
たがって上記の制御においては、例えば、放電灯の端子
電圧が１５０ｖ以下になると絶縁破壊が生じたものと判
断して信号Ｓ□の周波数を低い値の初期値４ｋｆｌｚに
設定（このとき端子電圧は２０℃程度になる）シ、その
後は、放電灯の端子電圧が２Ｖ上昇する毎に、端子電圧
が６０℃未満のときは周波数を１５０Ｈｚづつ変化させ
、端子電圧が６０℃以上になると１ｋＨｚづつ変化させ
。

端子電圧が７０Ｖに達すると、その時の周波数に固定す
るように制御することになる。

すなわち、絶縁破壊直後は周波数４ｋ）Ｉｚの交流を印
加して大電流を流し、その後はＶｃｉが所定値ｖ２に達
するまでは小幅（１５０１（ｚづつ）に周波数を増加さ
せ、その後は大１ｐｉ（ｌｋＨｚづつ）に周波数を増加
させるように制御する。

次に、上記のように放電灯の端子電圧ｖｃＩが所定値未
満のときと以上のときとで周波数の変化幅を変える理由
について説明する。

前記のごとく、点灯開始時には比較的低い周波数の電圧
を印加して大電流を流し、その後、周波数を高い値に変
化させれば、光量の立上りを速くし、かつ、放電安定状
態では放電灯に流れる電流を制限して所望の光量を得る
ことが出来る。

しかし、光量の変化は放電灯内温塵および電流によって
変化し、かつ、温度は電流変化によって変化するので、
電流を段階的に大幅に変化させると、変化時点で光量が
段階的に変化する。例えば、第３図（ａ）は、最初の周
波数を４ｋＨｚとし、端子電圧が１０ｖ変化する毎に１
ｋＨｚづつ増加させ、７０Ｖで放電安定状態に達するよ
うに制御した場合における光量の変化を示す図であるが
、図示のごとく、放電初期において周波数変化時の光量
の変化が大きくなる。

この理由は、ガスの低温時には一定の電流変化によるガ
ス温度の変化割合が大きく、高温時には変化割合が小さ
くなるためである０例えば、ガス温度が２０℃のときに
電流変化によって４０℃まで変化した場合には、２０℃
の変化による変化割合は１００％であるのに対し、８０
０℃のときに８２０℃まで変化した場合は、同じ２０℃
の変化による変化割合は２．５％にしかならない。

上記のように周波数変化時の段階的な光景変化が大きい
と、車両用の前照灯として用いた場合には、通行人や他
車の運転手を眩惑するおそれがあるので好ましくない。

そのため１本実施例においては、放電初期とそれ以後と
で周波数の変化幅を変え、放電初期には変化幅を小さく
することにより１周波数変化時の段階的な光量の変化を
小さくするように構成している。

例えば、前記第２図に示したように、最初の周波数を４
ｋＨｚとし、放電開始時から、端子電圧ＶＣがＶ２（６
０Ｖ）未満の間は、ＶｃがＶ、（２Ｖ）だけ変化する毎
にｌ　５０１（ｚずつ加算し、Ｖｃがｖ２以上になった
らＶｃがＶ□だけ変化する毎に１ｋＨｚずつ加算して、
ＶｃがＶ、（７０Ｖ＝放電安定状態時における値）に達
するまで行なった場合の光景変化は、第３図（ｂ）に示
すようになる。

このように、周波数を変える電圧変化幅を細がくし、さ
らに放電開始直後の電流変化に対する光量変化の大きい
時には、周波数の増加幅を小さくすることにより、放電
灯内温度を単調増加にすることが出来るので、図示のご
とく、人の目には。

光量の変化が滑らかに見え、眩惑を与えることがない程
度の変化幅に制御することが出来る。

なお、光量の変化は、電流よりも放電灯内温度（ただし
温度は電流変化によって変化する）による所が大きいが
、上記のように、端子電圧Ｖｃが２Ｖ程度変化する毎に
１５〇七程度変化させるのであれば、電流変化量が充分
小さいため温度変化も小さい。また、温度の変化は応答
性が遅いため、光量変化は滑らかな単調増加となる。

なお、上記第２図に示した制御においては、端子電圧が
所定値Ｖ□だけ変化する毎に周波数（したがって電流値
）を段階的に変化させる場合を例示したが、端子電圧の
上昇に応じて周波数を連続的に変化させても良い。その
場合でも、端子電圧が所定値■２に達する前と後とで周
波数の変化の程度を変えることは前記と同じである。

また、第１図の実施例は、ＬＣ直列共振回路４で絶縁破
壊用の高電圧を発生する点灯装置に本発明を適用した場
合を例示したが、ＬＣ直列共振回路４の代わりに、絶縁
破壊用の高電圧を発生するイグナイタ回路のごとき他の
高圧発生手段を備えた放電灯点灯装置にも本発明を適用
することが出来る。

上記のごとき回路に本発明を適用した場合の実施例を第
６図〜第９図に示す。なお、第６図は回路図、第７図は
制御のフローチャート、第８図および第９図はそれぞれ
高電圧発生手段９の具体的回路図である。

まず、第６図において、高電圧発生手段９は。

制御手段７からの制御信号Ｓ２により、インバータ回路
３の交流電力から高電圧を発生する。この高電圧はパル
ストランス８を介して放電灯５に印加され、放電灯５で
絶縁破壊を起こさせる。なお、１０は限流インピーダン
スである。

その後の制御は、第７図のフローチャートに示すように
、前記第２図の実施例とほぼ同様である。

次に、第８図は、上記第６図中の高電圧発生手段９の回
路図である。

第８図において、制御手段７からの信号Ｓ２によってリ
レー１２がオンにされると、インバータ回路３からの交
流電力がトランス１３に印加され、その巻線比によって
昇圧されたトランス１３の出力がダイオード１４とコン
デンサ１５からなる整流回路１７に与えられる。そして
リレー１２がオンになってから最初の正のサイクル中に
コンデンサ１５に蓄積される電荷は徐々に増加し、コン
デンサ１５の両端の電圧も徐々に上昇する。この電圧が
放電ギャップ１６の絶縁破壊電圧より高くなった瞬間に
放電ギャップ１６で放電が生じ、放電ギャップの両電極
間がほぼ短絡状態となる。このためコンデンサ１５に蓄
積されていた電荷は、パルストランス８の１次巻線を通
じて急速に流れだす。この急激な電流変化のため、パル
ストランス８の１次巻線に起電力が発生し、同時に巻線
比に応じた倍率で２次巻線に高電圧が発生する。この高
電圧によって第６図の放電灯５で絶縁破壊が生じること
になる。

次に、第９図は、高電圧発生手段９の他の回路図である
。

第９図において、リレー１２を介して大刀されたインバ
ータ回路３からの交流電力は、ダイオードＤ１〜Ｄ４お
よびコンデンサＣ１〜ｃ６からなる電圧逓倍回路１８に
印加される。この電圧逓倍回路１８は、交流入力の正の
半サイクルではダイオードＤ２とＤ４がオン、負の半サ
イクルではダイオードＤ□とＤ３がオンになることによ
り、コンデンサＣ６に電荷を蓄積していく回路である。

この蓄積電荷が十分に増加し、放電ギャップ１６の端子
電圧が所定値以上になると絶蒜破壊が生し、１）η記と
同様にパルス１〜ランス８の２次巻線に高電圧が発生す
る。

なお、これまで述へた実施例においては、放電電流を制
御する制御値として、放電回路に印加する電力の周波数
を用い、バルブ端子電圧に応じて周波数を制御するもの
について例示したが、その他にも放電電流を制御する制
御値としては、次のごときものを用いることが出来る。

ます、放電回路に接続されているインダクタンス（第１
のしや第６図の限流インピーダンス１０等）の値を制御
値とし、その値をバルブ端子電圧に応じて変化させる装
置を用いても良い。この場合は、上記周波数を変化させ
る場合と基本的には同じで、要するに放電回路のインピ
ーダンスを変化させることによって放電電流を制御する
ものである。

また、放電回路に印加する電圧を制御値としてもよい。

例えば、第１図や第６図のインバータ回路３に印加する
直流電圧を、全波整流回路２等において制御するように
構成し、その値をバルブ端子電圧に応じて変化させても
良い。

〔効果〕

以上説明してきたように、この発明によれば、点灯開始
時から放電安定状態に移行するまでの間。

放電灯に流れる放電電流を制御する制御値を、バルブ端
子電圧が上昇するのに応じて放電電流が減少する方向へ
順次変化させ、かつ、端子電圧の変化に対する制御値の
変化の割合を端子電圧が所定値未満のときは小さな値に
、所定値以上のときは大きな値にするよう、に制御する
ことにより、発生光量の立上りが速く、かつ、放電安定
状態で所望の光景をＭることの出来、しかも光景の変化
が滑らかで、放電開始から放電安定まで違和感のない変
化とすることが出来る。そのため、車両用の前照灯とし
て使用しても、通行人や他車のドライバを眩惑すること
がない、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例図、第２図は第１図の実
施例の制御過程を示すフローチャート。 第３図は放電灯内のガス温度の時間変化を示す特性図、
第４図は端子電圧、放電電流、温度および光量の変化を
示す特性図、第５図は従来装置の一例図、第６図は本発
明の第２の実施例図、第７図は第６図の実施例における
制御過程を示すフローチャート、第８図および第９図は
それぞれ第６図中の高電圧発生手段９の具体的な回路図
である。 〈符号の説明〉 １・・交流電源 ２・・・全波整流器 ３・・インバータ回路 ４・・・ＬＣ直列共振回路 ５・・・放電灯 ６．７・・・制御手段 ８・・・パルストランス ９・・・高電圧発生手段 ０・・・限流インピーダンス ２・・・リレー ３・・・トランス ４・・・ダイオード ５・・・コンデンサ ６　・放電ギャップ ７・・・整流回路 ８・・電圧逓倍回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 放電灯と、該放電灯を点灯駆動制御する手段とを備えた
   放電灯点灯装置において、 上記放電灯の両端の電圧を検出する検出手段と、点灯開
   始時から放電安定状態に移行するまでの間、放電灯に流
   れる放電電流を制御する制御値を、上記検出手段の出力
   値が上昇するのに応じて放電電流が減少する方向へ順次
   変化させ、かつ、上記出力値の変化に対する制御値の変
   化の割合を上記出力値が所定値未満のときは小さな値に
   、所定値以上のときは大きな値にするように制御する制
   御手段と、を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。