KR20130116206A - 방전등 점등 장치와, 그것을 구비한 차량탑재용 조명 장치 및 차량 - Google Patents

Abstract

스위칭 소자의 PWM 신호에 의한 스위칭 동작으로 직류 전원의 전압을 변환해서 직류 전력을 출력하는 DC-DC 변환 회로와, 상기 직류 전력을 상기 DC-DC 변환 회로의 스위칭 주파수에 비해 저주파의 교번 전력으로 변환하는 인버터 회로를 구비하고, 상기 인버터 회로의 교번 전력에 의해 방전등을 점등시키는 방전등 점등 장치가 제공된다. 방전등 점등 장치는 상기 DC-DC 변환 회로의 출력 전압을 검출하는 전압 검출부와, 상기 DC-DC 변환 회로의 출력 전류를 검출하는 전류 검출부와, 상기 전압 검출부 및 전류 검출부중 적어도 하나의 검출값에 따라 상기 DC-DC 변환 회로의 스위칭 주파수를 제어하는 제어부와, 상기 교번 전력의 극성의 반전 개시부터 소정의 기간, 상기 PWM 신호의 온 듀티를 확대해서 상기 직류 전력을 증대시키는 PWM 온 신호 제어 회로를 또한 구비한다. 상기 제어부는 상기 전압 검출부 및 전류 검출부의 적어도 하나가 소정의 검출값을 검출했을 때에, 그 검출값에 따라, 상기 PWM 온 신호 제어 회로에 의한 상기 직류 전력의 증대량을 변화시킨다.

Description

방전등 점등 장치와, 그것을 구비한 차량탑재용 조명 장치 및 차량{DISCHARGE LAMP LIGHTING DEVICE, AND ILLUMINATION APPARATUS AND VEHICLE INCLUDING SAME}

본 발명은 방전등을 점등시키기 위한 방전등 점등 장치 및 그것을 구비한 차량탑재용 조명 장치와 이것을 탑재한 차량에 관한 것이다．

종래부터, 메탈 할라이드 램프 등의 HID 램프(High intensity discharge lamp: 고휘도 방전등)는 그것의 큰 광속 때문에 차량탑재용 전조등에 이용되고 있다. 이러한 차량 탑재용 전조등에 이용되는 방전등은 입력된 배터리의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 방전등 점등 장치에 의해 점등된다.

도 10은 이러한 종류의 방전등 점등 장치의 회로 구성을 나타낸다. 방전등 점등 장치는 직류 전원 DC의 직류 전압을 DC-DC변환 회로(104)에 의해 소정의 직류 전력으로 변환하고, 인버터 회로(105)에 의해 저주파의 교번 전력(alternating power)으로 변환하여, 그 출력을 시동 회로(130)를 거쳐서 방전등(La)에 공급한다. DC-DC 변환 회로(104)는 플라이백식 컨버터이며, 인버터 회로(105)에 공급하는 직류 전력은 트랜스포머(T)의 1차 권선에 직렬로 접속된 스위칭 소자(Q0)를 구동하는 PWM(Pulse Width Modulation: 펄스폭 변조) 신호를 조정함으로써 제어된다.

인버터 회로(105)는 스위칭 소자(Q1∼Q4)로 이루어지는 풀 브리지 구성이며, 각각 쌍을 이루는 스위칭 소자(Q1, Q4)와 스위칭 소자(Q2, Q3)을 교대로 온 및 오프시킴으로써, DC-DC 변환 회로(104)로부터의 직류 전력을 구형파의 교번 전력으로 변환한다. 시동 회로(130)는 펄스 트랜스포머(PT)의 1차측에 마련된 펄스 구동 회로(131)로부터 시동시 펄스 전류를 공급함으로써, 코일의 권선수비에 따라 2차측에 발생한 고전압을 방전등(La)에 인가하여, 방전등(La)의 방전을 개시시킨다.

이와 같이 구성된 방전등 점등 장치에 있어서는, 음향 공명 현상을 피하기 위해, 인버터 회로(105)로부터 방전등(La)으로 구형파의 저주파 교번 전력이 공급된다. 이 구형파의 교번 전력은 극성 반전시에 출력 전류 I1a(램프 전류)가 제로점을 통과하므로, 출력 전류 I1a의 극성이 반전하는 그 순간에, 방전이 멈추게 된다. 그리고, 출력 전류 I1a가 제로를 지나 역방향으로 흐르기 시작하기 위해서는 일반적으로 「재점호 전압」이라 불리는 소정의 고전압을 방전등(La)에 인가할 필요가 있다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 인버터 회로(105)의 출력 전압 Vo가 반전하면, 그에 따라 램프 전류 I1a도 반전한다. 시동 회로(130)의 펄스 트랜스포머(PT)에 2차측 인덕턴스(Lp)가 있기 때문에, 램프 전류 I1a는 전압 Vo만큼 급준하게 변화시킬 수 없으며, 소정의 기울기 dIla/dt를 갖고 반전된다.

재점호 전압은 극성 반전시에 있어서의 램프 전류 I1a의 기울기 dIla/dt가 작을수록 크게 할 필요가 있다. 필요한 재점호 전압이 인버터 회로(105)로부터 공급되지 않으면, 도 12에 나타내는 바와 같이, 램프 전류 I1a가 제로, 또는 통상보다 낮은 전류를 유지하는 시간 Ts가 발생한다. 그 결과, 펄스 전류에 노이즈가 발생하거나, 방전등(La)의 수명을 저하시킬 우려가 있다. 또한, 시간 Ts가 길어지면, 플리커링(flickering)이나 중도 꺼짐을 야기할 수 있다.

그래서, 방전등 점등 장치에서는 극성 반전시에 DC-DC 변환 회로(104)의 출력을 증대시켜, 인버터 회로(105)의 출력 전압 Vo를 상승시킴으로써, 필요로 하는 재점호 전압을 확보하고 있다. 구체적으로는, 방전등 점등 장치(1)는 직류 전력을 증대시키기 위해, 교번 전력의 극성이 반전되기 직전의 스위칭 조건으로부터, 소정의 기간, 극성의 반전 개시로부터 PWM 신호의 온 듀티를 확대하도록 제어하는 PWM 온 신호 제어 회로(109)를 구비한다.

PWM 온 신호 제어 회로(109)는 에지 검출/원샷 펄스 회로(191)와, 온 듀티 증가 회로(192)를 구비한다. 에지 검출/원샷 펄스 회로(191)는 인버터 구동 신호 발생 회로(106)의 저주파 발진 회로(LF-OSC)로부터 송신되는 신호의 상승 에지 및 하강 에지를 검출해서, 소정 폭의 펄스 신호를 발생한다. 온 듀티 증가 회로(192)는 그 펄스 폭의 기간동안 DC-DC 변환 회로(104)의 출력을 증대시키도록, 스위칭 소자(Q0)의 온 기간을 증대시키는 신호를 출력한다. 이러한 구성에 의해, 방전등 점등 장치는 인버터 회로(105)의 출력 전압을 증대시켜, 필요한 재점호 전압을 확보할 수 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

일본 특허 공개 공보 제 2010-231995 호

그러나, 상기 특허문헌 1에 기재된 방전등 점등 장치에 있어서는 방전등이 사용 초기 상태인지 수명 말기 상태인지에 관계없이, 일정량의 출력 전압을 증대시킨다. 그 때문에, 특히, 램프 전압이 낮은 방전등의 초기 상태에서는 방전등에 부가되는 스트레스가 커지고, 스위칭 노이즈가 악화되거나, 또는 방전등의 수명을 단축시킬 우려가 있다.

본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 방전등의 사용 상태에 따라，필요한 재점호 전압을 확보할 수 있는 방전등 점등 장치 및 그것을 구비한 차량탑재용 조명 장치와 차량을 제공한다.

본 발명의 제 1 측면에 따르면, 교번 전력에 의해 방전등을 점등시키는 방전등 점등 장치로서, 스위칭 소자의 PWM 신호에 의한 스위칭 동작으로 직류 전원의 전압을 변환해서 직류 전력을 출력하는 DC-DC 변환 회로와, 상기 직류 전력을 상기 DC-DC 변환 회로의 스위칭 주파수에 비해 저주파의 교번 전력으로 변환하는 인버터 회로와, 상기 DC-DC 변환 회로의 출력 전압을 검출하는 전압 검출부와, 상기 DC-DC 변환 회로의 출력 전류를 검출하는 전류 검출부와, 상기 전압 검출부 및 전류 검출부중 적어도 하나의 검출값에 따라 상기 DC-DC 변환 회로의 스위칭 주파수를 제어하는 제어부와, 상기 교번 전력의 극성의 반전 개시부터 소정의 기간, 상기 PWM 신호의 온 듀티를 확대해서 상기 직류 전력을 증대시키는 PWM 온 신호 제어 회로를 구비하고, 상기 제어부는 상기 전압 검출부 및 전류 검출부의 적어도 하나가 소정의 검출값을 검출했을 때에, 그 검출값에 따라, 상기 PWM 온 신호 제어 회로에 의한 상기 직류 전력의 증대량을 변화시키는 것을 특징으로 하는 방전등 점등 장치가 제공된다.

상기 교번 전력은, 상기 PWM 온 신호 제어 회로에 의해 온 듀티가 확대하도록 제어된 직후의 상기 스위칭 소자의 스위치 타이밍과 동기해서, 극성이 반전하는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 제어부는 상기 전압 검출부의 검출값에 따라, 상기 교번 전력의 극성이 반전되기 직전부터 직류 전력을 변화시킨다.

상기 제어부는 상기 전압 검출부의 검출값에 따라, 상기 교번 전력의 극성이 반전되기 직전부터 직류 전력을 변화시키는 것이어도 좋다.

또한, 상기 제어부는, 상기 직류 전력의 증대량에 상한값을 설정하고, 상기 전압검출부의 전압 검출값이 상기 상한값에 대응하는 전압검출값 이상인 경우 상기 증대량을 상기 상한값으로 유지하는 것으로 하여도 좋다.

바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 직류 전력의 증대량에 하한값을 설정하고, 상기 전압검출부의 전압검출값이 상기 하한값에 대응하는 전압검출값 이하인 경우 상기 증대량을 상기 하한값으로 유지한다.

상기 제어부는 방전등의 점등 시간을 카운트하고, 상기 점등시간에 따라, 상기 직류전력을 변화시키는 구성이어도 좋다.

상기 방전등 점등장치는 상기 DC-DC 변환 회로의 입력 전압값을 검지하는 입력 전압 검지부를 더 구비하고, 상기 제어부는 상기 입력 전압 검지부가 소정의 전압값을 검출했을 때에, 그 전압검출값에 따라, 상기 직류 전력의 증대량을 변화시키는 구성으로 하여도 좋다.

본 발명의 제 2 측면에 따르면, 상술한 방전등 점등 장치를 구비한 조명장치 및 이것을 탑재한 차량이 제공된다.

본 발명에 따르면, 전압 검출부 및 전류 검출부 중 적어도 하나의 검출값에 따라, DC-DC 변환 회로로부터 출력되는 직류 전력의 증대량을 변화시키므로, 방전등의 사용 상태에 따라, 적절한 재점호 전압을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 방전등 점등 장치 및 그것을 구비한 차량탑재용 조명 장치와 이것을 탑재한 차량의 개략도,
도 2는 도 1에 도시된 차량탑재용 조명 장치의 측단면도,
도 3은 도 1에 도시된 방전등 점등 장치의 회로 및 블럭도,
도 4는 도 1에 도시된 방전등 점등 장치의 동작을 설명하기 위한 동작 파형도,
도 5는 방전등 점등 장치에 있어서, 검출 전압값에 대한 직류 전력의 증대량을 그래프로 나타내는 도면,
도 6은 상기 실시형태의 변형예에 따른 방전등 점등 장치에 있어서, 검출 전압값에 대한 직류 전력의 증대량을 그래프로 나타내는 도면,
도 7은 상기 실시형태의 다른 변형예에 따른 방전등 점등 장치에 있어서, 검출 전압값에 대한 직류 전력의 증대량을 그래프로 나타내는 도면,
도 8a 및 8b는 상기 실시형태의 또 다른 변형예에 따른 방전등 점등 장치에 있어서, 누적 점등 시간에 대한 출력 전력과 출력 전류의 관계를 나타내는 도면,
도 9는 상기 실시형태의 또 다른 변형예에 따른 방전등 점등 장치에 있어서, 검출 전압값에 대한 직류 전력의 증대량을 나타내는 도면,
도 10은 종래의 방전 점등 장치의 회로 및 블럭도,
도 11은 종래의 방전등 점등 장치의 동작을 설명하기 위한 동작 파형도,
도 12는 도 11에 도시된 동작 파형도의 일부 확대도이다.

본 발명의 일실시형태에 따른 방전등 점등 장치(1), 및 그것을 구비한 차량 탑재용 조명 장치와 이것을 탑재한 차량에 대해, 도 1 내지 도 5를 참조해서 설명한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 방전등 점등 장치(1)는 차량(10)에 탑재되는 차량 탑재용 조명 장치(2)에 이용된다. 방전등 점등 장치(1)는 스위치(SW)의 조작에 따라, 배터리(직류 전원)로부터 공급된 직류 전원을 변환하여, 광원인 방전등(La)에 전력을 공급한다. 방전등 점등 장치(1)로부터 출력된 전력은 점화기(3)에 입력되고, 점화기(3)는 방전등(La)의 시동시에 필요로 하는 고압 펄스를 발생한다. 또, 도시한 예에서는 좌우 한 쌍의 차량 탑재용 조명 장치(2)(전조등)의 각각에 방전등 점등 장치(1)가 마련된 예를 나타내지만, 하나의 방전등 점등 장치(1)가 복수의 차량 탑재용 조명 장치(2)를 점등 제어하도록 구성되어 있어도 좋다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 차량 탑재용 조명 장치(2)는 앞면이 개구된 대략 상자형상의 하우징(21)과, 방전등(La)을 점화기(3)에 장착하기 위한 소켓(22)과, 방전등(La)으로부터 조사되는 광을 전방으로 반사하는 반사판(23)과, 하우징(21)의 개구에 장착된 투광성 커버(24)를 구비한다. 방전등 점등 장치(1)는 하우징(21)의 하측에 배치되고, 방전등 점등 장치(1)의 출력 커넥터가 하니스(harness;H)를 거쳐서 점화기(3)에 접속된다. 또한, 방전등 점등 장치(1)의 입력 커넥터가 스위치(SW) 및 퓨즈(F)를 거쳐서 배터리(직류 전원)에 접속되어 있다. 그리고, 스위치(SW)의 조작에 따라, 방전등 점등 장치(1)로부터 방전등(La)에 전력이 공급되면, 방전등(La)이 발광하고, 그 광이 직접 또는 반사판(23)에 의해 반사되고, 투광성 커버(24)를 투과해서 차량 탑재용 조명 장치(2) 밖으로 방출된다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 방전등 점등 장치(1)는 DC-DC 변환 회로(4)와, 인버터 회로(5)와, 인버터 구동 신호 발생 회로(6)와, 출력 피드백 제어 회로(7)와, PWM 신호 발생 회로(8)와, PWM 온 신호 제어 회로(9)를 구비한다. 방전등 점등 장치(1)의 출력 전류는 점화기(3)의 시동 회로(30)를 거쳐서 방전등(La)에 공급된다. 또한, 방전등 점등 장치(1)는 DC-DC 변환 회로(4)의 입력 전압을 검지하는 입력 전압 검지부(11)와, 출력 피드백 제어 회로(7), PWM 신호 발생 회로(8) 등의 각종 회로를 제어하는 제어부(MPU)를 구비한다.

DC-DC 변환 회로(4)는 플라이백 컨버터이며, 직류 전원의 양 단자간에 트랜스포머(T)의 1차 권선과 스위칭 소자(Q0)로 이루어지는 직렬 회로가 접속되고, PWM 신호 발생 회로(8)로부터의 PWM 신호로 스위칭 소자(Q0)을 온 및 오프한다. DC-DC 변환 회로(4)는 이 스위칭 소자(Q0)를 온 및 오프함에 따라 트랜스포머(T)의 2차 권선에 유기되는 전압을, 다이오드(D) 및 평활 콘덴서(C)에 의해서 정류 및 평활화하여, 원하는 전압 V2의 직류 전력을 출력한다. 또, DC-DC 변환 회로(4)는 상기한 구성에 한정되지 않으며, 예를 들면, 승압 초퍼, 강압 초퍼 또는 승강압 초퍼로 구성되어도 좋다.

인버터 회로(5)는 스위칭 소자(Q1∼Q4)로 구성되는 풀브리지식 인버터 회로이며, 스위칭 소자(Q1, Q2) 및 스위칭 소자(Q3, Q4)의 접속점이 시동 회로(30)로의 출력단으로 된다. 이 인버터 회로(5)에서는, 드라이브 회로(51)가 인버터 구동 신호 발생 회로(6)로부터의 구동 신호에 응답해서, 각각 쌍을 이루는 스위칭 소자(Q1, Q4)와, 스위칭 소자(Q2, Q3)를 교대로 온 및 오프시킨다. 이에 따라, DC-DC 변환 회로(4)로부터 출력되는 전압 V2의 직류 전력이, 전압 Vo의 구형파 교번 전력으로 변환되어 출력된다. 또, 인버터 회로(5)는 상기한 구성에 한정되지 않으며, 예를 들면, 하프 브리지식 또는 초퍼 기능을 겸용시킨 구성이여도 좋다.

시동 회로(30)는 인버터 회로(5)의 출력 단자간에 방전등(La)을 사이에 두고 2차 권선을 접속한 펄스 트랜스포머(PT)와, 그 1차 권선에 접속된 펄스 구동 회로(31)를 구비한다. 이 시동 회로(30)는 펄스 구동 회로(31)에 의해 펄스 트랜스포머(PT)의 1차 권선에 소정의 반복 주기로 펄스 전류를 공급하는 것에 의해, 2차 권선의 양 단자간에 고전압 펄스를 발생시키고, 이 고전압 펄스를 킥 전압(kick voltage)으로 해서 방전등(La)을 점등시킨다. 또, 시동 회로(30)는 상기한 구성에 한정되지 않으며, 예를 들면, LC 공진 전압을 이용하는 구성이어도 좋다.

인버터 구동 신호 발생 회로(6)는 음향적 공명을 발생시키지 않을 정도의 주파수(예를 들면, 150∼500Hz)로 발진 동작하는 저주파 발진 회로(LF-OSC)와, 플립플롭(FF) 및 데드 타임 부가 회로(61)를 구비한다. 이 인버터 구동 신호 발생 회로(6)는, 데드 타임 부가 회로(61)에 의해 모든 스위칭 소자(Q1∼Q4)가 오프인 데드 타임이 부가된 2상 클럭 신호를 드라이브 회로(51)로 출력한다.

출력 피드백 제어 회로(7)는 DC-DC 변환 회로(4)의 출력 전압 V2를 검출하는 전압 검출부(71)와, DC-DC 변환 회로(4)의 출력 전류 Id를 검출하는 전류 검출부(72)와, 지령 전류 발생 회로(73)와, 감산기(74) 및 차동 증폭기(75)를 구비한다. 지령 전류 발생 회로(73)는 전압 검출부(71)가 검출한 출력 전압 V2로부터 등가적으로 방전등(La)의 전압을 검출하고, 방전등(La)에 공급해야 할 전력값과 방전등 전압으로부터 지령 전류값을 연산한다. 또한, 전류 검출부(72)가 검출한 출력 전류 Id로부터 등가적으로 방전등(La)의 전류를 검출한다. 그리고, 감산기(74)는 지령 전류값과 방전등(La) 전류간의 차분을 연산하고, 차동 증폭기(75)가 PWM 지령 신호를 생성하여, 이 PWM 지령 신호를 PWM 신호 발생 회로(8)에 출력한다.

PWM 신호 발생 회로(8)는 출력 피드백 제어 회로(7)로부터 출력되는 PWM 지령 신호를 받아, DC-DC 변환 회로(4)의 출력 전압 V2를 원하는 값으로 조정하는 듀티의 PWM 신호를 생성하고, 이것을 드라이브 회로(81)를 거쳐서 스위칭 소자(Q0)에 출력한다. 이와 같이 해서, 방전등 점등 장치(1)는 방전등(La)의 점등을 정전력 제어한다.

PWM 온 신호 제어 회로(9)는 에지 검출/원샷 펄스 회로(91)와, 온 듀티 증가 회로(92)를 구비한다. 에지 검출/원샷 펄스 회로(91)는 인버터 구동 신호 발생 회로(6)의 저주파 발진 회로(LF-OSC)로부터 송신되는 신호의 상승 에지 및 하강 에지를 검출하여, 소정 폭의 펄스 신호를 발생한다. 온 듀티 증가 회로(92)는 그 펄스폭의 기간 동안, DC-DC 변환 회로(4)의 출력 전력을 증대시키도록, 스위칭 소자(Q0)의 온 기간을 증대시키는 신호를 PWM 신호 발생 회로(8)에 출력한다.

PWM 온 신호 제어 회로(9)는 저주파 발진 회로(LF-OSC)의 신호가 반전하는 상승 에지 및 하강 에지를 검출하고, 소정의 기간, 스위칭 소자(Q0)의 온 듀티를 소정값으로 증대시키도록 전환한다. 이에 따라, PWM 신호 발생 회로(8)는 출력 피드백 제어 회로(7)에 의한 피드백 제어를 받지 않고 “개루프 제어(open loop control)”를 실행하여, 스위칭 소자(Q0)의 온 기간을 소정값으로 증대시킨 PWM 신호를 발생한다.

다음으로, 방전등 점등 장치(1)에 있어서, 인버터 회로(5)의 출력 전압 Vo의 극성 반전시의 동작에 대해, 도 4에 나타내는 동작 파형도를 참조해서 설명한다. 본 실시형태의 방전등 점등 장치(1)에 있어서, 출력 전압 Vo의 극성 반전은 저주파 발진 회로(LF-OSC)의 신호를 기준으로 해서 정해진다. PWM 온 신호 제어 회로(9)의 에지 검출/원샷 펄스 회로(91)는 저주파 발진 회로(LF-OSC)의 신호가 반전하는 상승 에지 및 하강 에지를 검출하고, 소정의 펄스 폭 Te의 펄스 신호를 발생한다. 이하, 이 펄스 신호의 펄스폭 Te를 「출력 증대 기간 Te」이라고 한다.

온 듀티 증가 회로(92)는 PWM 신호 발생 회로(8)에 대해, 출력 증대 기간 Te의 기간 중, 출력 피드백 제어 회로(7)로부터 출력되는 PWM 지령 신호에 관계없이, 스위칭 소자(Q0)의 온 기간을 소정값으로 증대시키도록 전환한다. 이에 따라, PWM 신호 발생 회로(8)는 출력 피드백 제어 회로(7)에 의한 피드백 제어를 받지 않고, 스위칭 소자(Q0)의 온 기간을 소정값으로 증대시킨 PWM 신호를 발생한다.

DC-DC 변환 회로(4)는 스위칭 소자(Q0)가 오프해서 트랜스포머(T)의 2차 권선 전류 I2가 대략 제로에 도달했을 때에, 스위칭 소자(Q0)를 재차 온시키는 전류 연속 임계 모드(CCCM)로 동작시키고 있다. 이에 따라, 출력 증대 기간 Te에 있어서의 스위칭 주기 Tsw는 다른 기간에 비해 커진다. 또, DC-DC 변환 회로(4)의 스위칭 동작은 상기 전류 임계 모드에 한정되지 않는다. 스위칭 소자(Q0)를, 예를 들면, 2차 권선 전류 I2가 제로인 기간중에 재차 온시키는 전류 불연속 모드, 2차 권선 전류 I2가 한창 흐르고 있는 도중에 온시키는 전류 연속 모드, 또는 스위칭 주파수를 고정시켜서 동작시키는 등의 어느 것이어도 좋다.

이와 같이, 방전등 점등 장치(1)는 PWM 신호 발생 회로(8)를 개루프로 제어함으로써, 인버터 회로(5)의 출력 전압 Vo의 극성 반전시에, 온 듀티가 증대한 PWM 신호로 DC-DC 변환 회로(4)의 스위칭 소자(Q0)을 구동한다. 그리고, 최초의 PWM 신호의 오프시에 동기해서 인버터 회로(5)의 출력 전압 Vo의 극성을 반전시키고, 시동 회로(30)의 인덕턴스 성분(Lp)으로부터 에너지를 회생해서, DC-DC 변환 회로(4)의 출력 전력을 증대시킨다. 이에 따라, 인버터 회로(5)의 출력 전압이 상승하고, 필요한 재점호 전압을 확보해서 방전등(La)를 안정하게 점등시킬 수 있다.

또한, 출력 전압 Vo의 구형파 교번 전력은 PWM 온 신호 제어 회로(9)에 의해 온 듀티가 확대하도록 제어된 직후의 스위칭 소자(Q0)의 스위치 타이밍에 동기해서, 극성이 반전된다. 그 때문에, 인버터 회로(5)의 모든 스위칭 소자(Q1∼Q4)가 오프인 데드 타임의 기간(예컨대, 교번 전력의 극성이 반정되기 직전)에도, DC-DC 변환 회로(4)의 출력 전압을 증대시킬 수 있고, 필요한 재점호 전압을 확보할 수 있다.

그런데, 방전등은 동일한 유형의 것이어도, 제조 회사나 제조 시기 등에 따라 램프 전압에 편차가 있고, 또한 램프 전압은 통상적으로, 사용 초기에는 낮고, 점등 시간이 길어짐에 따라 램프 전압이 높아지는 경향이 있다. 그 때문에, 방전등의 램프 전압에 관계없이 DC-DC 변환 회로(4)의 출력 전압이 일정량으로 증대하면, 상술한 바와 같이, 방전등에 부가되는 스트레스가 커지고, 스위칭 노이즈가 악화되거나 또는 방전등의 수명이 짧아지는 등의 우려가 있다.

그래서, 본 실시형태의 방전등 점등 장치(1)에서는 전압 검출부(71) 및 전류 검출부(72)의 적어도 하나가 소정값을 검출했을 때에, 그 검출값에 따라, 제어부(MPU)는 PWM 온 신호 제어 회로(9)에 의한 직류 전력의 증대량을 변화시킨다. 구체적으로는, 제어부(MPU)는 출력 증대 기간 Te에 있어서, DC-DC 변환 회로(4)의 출력 전압 V2 혹은 출력 전류 Id, 또는 그들 검출 신호의 조합으로부터, 인버터 회로(5)의 반전시에 필요한 직류 전력의 증대량을 결정하고, 그 증대량에 따라 DC-DC 변환 회로의 스위칭 주파수 혹은 PWM 신호 발생 회로(8)가 발생하는 PWM 신호의 온 듀티나 주기를 변화시킨다.

여기서는 전압 검출부(71)의 검출 전압값에 따라，DC-DC 변환 회로(4)로부터 출력되는 직류 전력의 증대량을 변화시키는 제어예에 의거하여 설명한다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 초기 램프의 경우에, 전압 검출부가 검출하는 전압값이 임의의 설정값, 예컨대, 설정값A(48V)인 경우에는 전력 증대량은 하한값인 90W로 설정되며, 필요 이상의 전력을 방전등(La)에 인가하지 않는다. 이 하한값은 방전등(La)이나 각종 회로에 스트레스를 주지 않는 범위에서 최대값으로 설정된다. 또한, 검출 전압값이 48V 이하인 경우에도, 전력 증대량은 하한값인 90W로 유지된다. 이와 같이 하면, 직류 전력량은 제한되고, 방전등(La)이나 각종 회로에 과잉의 스트레스를 주는 일 없이, 필요한 재점호 전압을 확보할 수 있으며, 방전등(La)의 플리커링이나 중도 꺼짐을 억제할 수 있다.

검출 전압값은 통상, 방전등(La)의 점등 시간이 증가함에 따라 48∼51V로 상승한다. 이 때, 제어부(MPU)는 전압 검출부(71)로부터의 검출 전압값에 따라 교번 전력의 극성이 반정하기 직전부터 DC-DC 변환 회로4의 출력 전력, 즉, 출력 전력의 증대량을 변화(증대)시킨다. 이와 같이 하면, 사용 초기 상태나 수명 말기 상태의 경우 등과 같이 방전등(La)의 사용 상태에 따라, 적절한 재점호 전압을 확보할 수 있다.

또한, 검출 전압값이 임의의 설정값(설정값B: 51V) 이상으로 된 경우에는 전력 증대량은 상한값인 100W로 설정되며, 필요 이상의 전력을 방전등(La)에 인가하지 않는다. 이와 같이 하면, 투입하는 직류 전력량은 제한되고, 방전등(La)이나 각종 회로에 과잉의 스트레스를 주는 것을 억제할 수 있으며, 충분한 재점호 전압을 확보할 수 있다. 또, 상기 설정값A, 설정값B 등의 수치는 예시에 불과하며, 반드시 상기의 값에 한정되지 않는다.

도 5에 그래프로 나타낸 전력 증대량의 상한값 및 하한값은 정수 테이블로서 제어부(MPU)에 배치된 ROM(도시하지 않음)에 기억되어 있다. 제어부(MPU)는 ROM에 기억된 정수 테이블 및 전압 검출부(71)의 검출 전압값에 따라, 온 듀티 증가 회로(92)로부터 PWM 신호 발생 회로(8)에 입력된 온 기간을 증대시키는 신호를 변화시킨다. 이와 같이, 전압 검출부(71)의 검출 전압값에 따라，DC-DC 변환 회로(4)로부터 출력되는 직류 전력의 증대량을 변화시킬 수 있으며, 방전등(La)의 사용 상태에 따라, 적절한 재점호 전압을 확보할 수 있다. 또, 전류 검출부(72)의 검출 전류값에 대응하는 제어예도, 상술한 전압 검출부(71)의 검출 전압값에 대응하는 제어예와 마찬가지이다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 정수 테이블은 도시한 것에 한정되지 않으며, 마찬가지의 동작을 이루는 것이면, 상기와는 다른 선형을 그리는 정수 테이블이 채용되어도 좋다.

다음으로, 상기 실시형태의 변형예에 따른 방전등 점등 장치에 대해, 도 6 및 도 7에 그래프로 나타내는 정수 테이블을 참조해서 설명한다. 이 변형예에 있어서의 방전등 점등 장치(1)의 회로 구성은 상기 실시형태와 마찬가지이다.

통상적으로, 방전등(La)의 사용 초기 상태에서는 램프 전압은 낮고, 교번 전력의 극성 반전시에 램프 전류가 제로가 되는 일은 적으므로, 고전압의 재점호 전압을 확보하는 요청이 상대적으로 부족하다. 그래서, 이러한 경우에는 도 6에 그래프로 나타낸 바와 같이, 소정의 전압값(설정값B)에 대응하는 전력 증대량을 상한값으로 규정하고, 검출 전압값이 소정의 전압값(설정값Ａ) 이하인 경우, 직류 전력의 증대량은 제로로 한다. 또한, 도 7에 나타내는 바와 같이, 전력 증대량에 상한값만 규정하여, 소정의 전압값(설정값B) 이상에서 전력 증대량을 상한값으로 유지하고, 그 이하에서는 일정한 기울기로 출력 증대량을 증대시켜도 좋다.

이들 변형예에 의하면, 램프 전압이 낮을 때에는 검출 전압값도 낮아지므로, 이 조건에 있어서, 직류 전력을 불필요하게 증대시키지 않는 것에 의해, DC-DC 변환 회로(4)의 스위칭 노이즈를 억제할 수 있다.

다음에, 상기 실시형태의 다른 변형예에 따른 방전등 점등 장치에 대해, 도 8을 참조해서 설명한다. 이 변형예에 따른 방전등 점등 장치(1)는 제어부(MPU)의 카운터 기능을 활용하여, 방전등(La)의 점등 시간을 카운트하며, 점등 시간이 길어짐에 따라, 직류 전력을 증가시킨다. 이러한 변형예에 있어서의 방전등 점등 장치(1)의 회로 구성은 상기 실시형태와 마찬가지이다.

상기한 실시형태에 있어서, 방전등 점등 장치(1)는 방전등(La)의 정전력 제어를 실행하고 있다. 그러나, 방전등(La)의 램프 전압은 점등 시간이 길어짐에 따라 커지므로, 정전력 제어에 있어서는, 예를 들면, 도 8a에 나타내는 바와 같이, 램프 전압의 증가에 수반하여, 인버터 회로(5)의 출력 전류 I1a(램프 전류)가 서서히 저하해 버린다. 예를 들면, 35W의 저전력 제어에 있어서는 출력 전류 I1a의 초기값이 0.8A이지만, 점등 시간 2000시간에 있어서의 출력 전류 I1a는 0.7A로, 점등 시간 4000시간에 있어서의 출력 전류 I1a는 0.39A로 된다.

그래서, 본 변형예에 있어서는 도 8b에 나타내는 바와 같이, 점등 시간이 길어짐에 따라 직류 전력을 증가시키는 것에 의해, 인버터 회로(5)의 출력 전류 I1a의 저하를 억제하고 있다. 예를 들면, 35W의 저전력 제어에 있어서는 점등 시간 2000시간에 있어서의 전력량을 36W로 올리면, 출력 전류 I1a는 0.71A로, 점등 시간 4000시간에 있어서의 전력량을 37W로 올리면, 출력 전류 I1a는 0.4A로 된다. 도 8에 도시된 점등시간 및 그것에 대응하는 출력 전력값은 정보 테이블로서 제어부(MPU)의 ROM에 기억되어 있다.

이러한 변형예에 의하면, 방전등(La)의 점등시간에 따라 더욱 안정적으로 전력을 공급하는 것이 가능해지고, 점등시 깜박거림이나 도중 꺼짐을 억제할 수 있다. 또, 도 8b에 그래프로 나타낸 정수 테이블은 이것에 한정되지 않으며, 마찬가지의 동작을 하는 것이면 다른 정수 테이블 및 점등 시간에 따른 출력 전력 조정이 채용되어도 좋다.

다음에, 상기 실시형태의 또 다른 변형예에 따른 방전등 점등 장치에 대해, 도 9에 나타내는 정수 테이블을 참조해서 설명한다. 이 변형예에 따른 방전등 점등 장치(1)는 입력 전압 검지부(11)가 소정의 전압값을 검지했을 때에, 제어부(MPU)는 그 검출값에 따라, 직류 전력의 증대량을 변화시킨다. 이 변형예에 있어서의 방전등 점등 장치(1)의 회로 구성은 상기 실시형태와 마찬가지이다.

구체적으로는, 입력 전압 검지부(11)가 소정의 전압값(도시 예에서는 11V) 미만의 전압값을 검지한 경우에는 그 전압값에 따라, 직류 전력의 증대량을 감소시킨다. 또한, 입력 전압 검지부(11)가 소정의 전압값 이상을 검지한 경우에는 직류 전력의 증대량을 일정한 상한값(도시 예에서는 100V)으로 유지한다. 도 9에 도시된 그래프는 정수 테이블 형태로 제어부(MPU)의 ROM에 기억되어 있다.

이 변형예에 의하면, 부하 스트레스의 영향이 큰 저 입력전압시에 있어서, 직류 전력의 증대량을 감소시키므로, 방전등(La) 및 각종 회로에 과잉의 스트레스를 주는 것을 방지할 수 있다. 또, 본 변형예에 있어서의 정수 테이블은 도시한 것에 한정되지 않으며, 마찬가지의 동작을 이루는 것이면, 상기와는 다른 선형을 그리는 정수 테이블이 채용되어도 좋다.

또, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방전등 점등 장치(1)는 인버터 회로(5)의 극성 반전시에, 전압 검출부(71)의 검출 전압값V2 및 전류 검출부(72)의 검출 전류값I2 중 적어도 하나에 따라 온 듀티가 증대한 PWM 신호로 DC-DC 변환 회로(4)의 스위칭 소자(Q0)를 구동하여, DC-DC 변환 회로(4)의 출력 전력을 증대시킨다. 이 때, 본 실시형태에 있어서는 PWM 온 신호 제어 회로(9)가, PWM 신호 발생 회로(8)에 대해 스위칭 소자(Q0)의 온 기간을 소정값으로 증대시키도록 전환하고, 제어부(MPU)는 전압 검출부(71)의 검출 전압값V2 및 전류검출부(72)의 검출 전류값I2중 적어도 하나에 따라 증대량을 변화시키도록 PWM신호 발생회로(8)를 제어한다.

그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 예를 들면, 제어부(MPU)는 출력 피드백 제어 회로(7)로부터 출력되는 PWM 지령 신호의 레벨을 전환하는 것에 의해서, 스위칭 소자(Q0)의 온 기간을 소정값으로 증대시켜도 좋다. 또한, 출력 피드백 제어 회로(7)에서 발생하는 지령 전류를 전환하는 등, DC-DC 변환 회로(4)의 스위칭 주파수 또는 PWM 신호의 온듀티를 순시로 전환하는 등의 어느 방법을 채용할 수 있다.

또한, 방전등 점등 장치(1)의 회로 구성은 상술한 구성에 한정되지 않으며, 마찬가지의 동작을 하는 것이면 다른 회로 구성이어도 좋다. 또한, 제어부(MPU)를 이용해서 소프트웨어로 마찬가지의 동작을 실현하는 것이라도 좋고, 예를 들면, 인버터 회로(5)에 있어서의 극성 반전 타이밍을 PWM 신호에 의한 인터럽트 처리에 동기시켜, 반전 처리를 개시하는 것이어도 좋다.

1 방전등 점등 장치 10 차량
11 입력 전압 검지부 2 차량탑재용 조명 장치
4 DC-DC 변환 회로 5 인버터 회로
71 전압 검출부 72 전류 검출부
9 PWM 온 신호 제어 회로 DC 직류 전원
MPU 제어부 Q0 스위칭 소자

Claims (10)

1. 교번 전력에 의해 방전등을 점등시키는 방전등 점등 장치로서,
   스위칭 소자의 PWM 신호에 의한 스위칭 동작으로 직류 전원의 전압을 변환해서 직류 전력을 출력하는 DC-DC 변환 회로와,
   상기 직류 전력을 상기 DC-DC 변환 회로의 스위칭 주파수에 비해 저주파의 교번 전력으로 변환하는 인버터 회로와,
   상기 DC-DC 변환 회로의 출력 전압을 검출하는 전압 검출부와,
   상기 DC-DC 변환 회로의 출력 전류를 검출하는 전류 검출부와,
   상기 전압 검출부 및 전류 검출부 중 적어도 하나의 검출값에 따라 상기 DC-DC 변환 회로의 스위칭 주파수를 제어하는 제어부와,
   상기 교번 전력의 극성의 반전 개시부터 소정의 기간동안, 상기 PWM 신호의 온 듀티를 확대해서 상기 직류 전력을 증대시키는 PWM 온 신호 제어 회로
   를 구비하고,
   상기 제어부는 상기 전압 검출부 및 전류 검출부의 적어도 하나가 소정의 검출값을 검출했을 때에, 그 검출값에 따라, 상기 PWM 온 신호 제어 회로에 의한 상기 직류 전력의 증대량을 변화시키는 것을 특징으로 하는 방전등 점등 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 교번 전력은, 상기 PWM 온 신호 제어 회로에 의해 온 듀티가 확대하도록 제어된 직후의 상기 스위칭 소자의 스위치 타이밍과 동기해서, 극성이 반전하는 것을 특징으로 하는 방전등 점등 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 전압 검출부의 검출값에 따라, 상기 교번 전력의 극성이 반전되기 직전부터 직류 전력을 변화시키는 것을 특징으로 하는 방전등 점등 장치.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 전압 검출부의 검출값에 따라, 상기 교번 전력의 극성이 반전되기 직전부터 직류 전력을 변화시키는 것을 특징으로 하는 방전등 점등 장치.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 직류 전력의 증대량에 상한값을 설정하고, 상기 전압검출부의 전압 검출값이 상기 상한값에 대응하는 전압검출값 이상인 경우 상기 증대량을 상기 상한값으로 유지하는 것을 특징으로 하는 방전등 점등 장치.
   
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 직류 전력의 증대량에 하한값을 설정하고, 상기 전압검출부의 전압검출값이 상기 하한값에 대응하는 전압검출값 이하인 경우 상기 증대량을 상기 하한값으로 유지하는 것을 특징으로 하는 방전등 점등 장치.
   
7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어부는 방전등의 점등 시간을 카운트하고, 상기 점등시간에 따라, 상기 직류전력을 변화시키는 것을 특징으로 하는 방전등 점등 장치.
   
8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 DC-DC 변환 회로의 입력 전압값을 검지하는 입력 전압 검지부를 더 구비하고,
   상기 제어부는 상기 입력 전압 검지부가 소정의 전압값을 검출했을 때에, 그 전압검출값에 따라, 상기 직류 전력의 증대량을 변화시키는 것을 특징으로 하는 방전등 점등 장치.
   
   
9. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 방전등 점등 장치를 구비한 조명장치.
   
10. 청구항 9에 기재된 조명장치를 탑재한 차량.

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