JPH0794292A

JPH0794292A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JPH0794292A
Application number: JP5240191A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Shiomi; 務塩見
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1993-09-27
Filing date: 1993-09-27
Publication date: 1995-04-07

Abstract

(57)【要約】【目的】ＨＩＤランプの光束を電源投入後、速やかに立
上げる制御を行う放電灯点灯装置において、発光管温度
を検出することにより、回路定数やＨＩＤランプのばら
つきによる光束の立上げ特性の変動を抑制する。【構成】インバータ回路１を用いたＨＩＤランプ２の点
灯装置において、ＨＩＤランプ２の発光管温度を検出す
る温度検出手段５と、ランプ電力を検出するランプ電力
検出手段４と、発光管温度の検出値に応じたランプ電力
の目標値を設定する目標値設定手段６とを備え、ランプ
電力の検出値がランプ電力の目標値と略同一になるよう
にインバータ回路１を制御するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は放電灯点灯装置の始動直
後の光束立上り制御に関するものであり、例えば、車両
用の前照灯点灯装置に利用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にＨＩＤランプ（高輝度放電灯）
は、その起動直後の光束が少なく、安定な光束を得るた
めには数分を要する。安定するまでの時間はＨＩＤラン
プの大きさにより多少異なる。ところで、ＨＩＤランプ
はその高い発光効率と輝度を特徴としており、従来は道
路照明や野外施設の分野で利用されてきたが、近年、よ
り低電力のＨＩＤランプを用いて様々な分野への利用が
進められている。なかでも、車両への応用展開は、車両
の安全性を高め、デザインの自由度を向上させ、省電力
化を図るために、車両前照灯としてＨＩＤランプを利用
することが期待されている。しかるに上述の如く光束が
安定するまでに時間を要すると安全性を損うので、車両
運行上の問題とならないように、起動から数秒以内に十
分な光束を得られるような点灯装置が必要である。この
ために考案された点灯装置の一例を図１１に示した。

【０００３】以下、図１１の回路の構成について説明す
る。直流電源Ｅには電源スイッチＳＷを介してインバー
タ回路１の直流入力端子が接続されている。インバータ
回路１の直流入力端子には、パワーＭＯＳＦＥＴよりな
るスイッチング素子Ｑ₁，Ｑ ₂の直列回路が接続されて
いる。一方のスイッチング素子Ｑ₂の両端には、インダ
クタＬと直流カット用のコンデンサＣ₁を介して共振用
のコンデンサＣ₂が接続されている。共振用のコンデン
サＣ₂の両端には、放電灯２が接続されている。放電灯
２の両端には、ダイオードＤ₁を介して抵抗Ｒ₁，Ｒ₂
の直列回路が接続されている。抵抗Ｒ₂の両端には、コ
ンデンサＣ₃が並列接続されている。コンデンサＣ₃に
は放電灯２の管電圧に応じた直流電圧Ｖｄが得られる。
この電圧Ｖｄは増幅器Ａ₁の入力端子及び増幅器Ａ₂の
負入力端子に入力されている。インバータ回路１の各ス
イッチング素子Ｑ₁，Ｑ₂のゲート・ソース間には、そ
れぞれ駆動回路１ａ，１ｂが接続されている。駆動回路
１ｂには、Ｖ／Ｆコンバータ３から出力される高周波の
矩形波信号が入力されている。この矩形波信号は反転回
路Ｎ₁により反転されて、駆動回路１ａに入力されてい
る。インバータ回路１の入力電圧は、抵抗Ｒ₃，Ｒ₄，
Ｒ₅の直列回路に印加されている。抵抗Ｒ₄の両端に
は、コンデンサＣｘが並列接続されている。抵抗Ｒ₄と
Ｒ₅の接続点に得られる電圧Ｖｋは増幅器Ａ₂の正入力
端子に印加されている。増幅器Ａ₁の出力電圧Ｖａと増
幅器Ａ₂の出力電圧Ｖｂは、ダイオードよりなるオア回
路を介して周波数制御用電圧ＶｆとしてＶ−Ｆコンバー
タ３に入力されている。Ｖ−Ｆコンバータ３は入力電圧
Ｖｆに応じた周波数の矩形波信号を発生するものであ
る。

【０００４】ここで、先述の如くＨＩＤランプの光束を
早く立ち上げるために、インバータ回路１の制御回路
は、ＨＩＤランプ２の管電圧に応じた直流電圧Ｖｄを検
出し、増幅器Ａ₁，Ａ₂、Ｖ−Ｆコンバータ３等で構成
される。Ｖ−Ｆコンバータ３は電圧周波数変換器であ
り、周波数制御用電圧Ｖｆが高くなると、インバータ回
路１の動作周波数を低くする。すなわち、周波数制御用
電圧Ｖｆが大きい程、インバータ回路１の出力は大きく
なるものである。コンデンサＣｘが無い状態において、
直流電圧Ｖｄと周波数制御用電圧Ｖｆは図１２（ａ）の
如き特性となるように増幅器Ａ₁とＡ₂が設定されてい
る。この回路でＨＩＤランプ２を点灯させると、光束Φ
の立ち上がり特性は図１２（ｄ）のようになる。このと
き、放電灯２の管電圧に応じた直流電圧Ｖｄ、周波数制
御用電圧Ｖｆは図１２（ｅ）に示すように動作する。こ
のようにして、ＨＩＤランプ２の点灯直後には、ランプ
電圧が低いので、この期間に通常の安定点灯時の電力よ
りも多くの電力を供給して光束Φを早期に立ち上げるこ
とを可能とするものである。図１２（ｄ），（ｅ）にお
いて、実線はコンデンサＣｘが無い場合、破線はコンデ
ンサＣｘが有る場合の特性を示している。コンデンサＣ
ｘが無いとき、図１２（ｄ）に示すように、光束Φは一
度低下している。これは、特に、始動特性を改善するた
めにＸｅ（キセノン）を多く封入したＨＩＤランプにお
いて、管電圧と光束Φの関係が必ずしも一定でないこと
により生ずる。そこで、これを改善するために、コンデ
ンサＣｘを設けている。この場合、電源投入後、コンデ
ンサＣｘは徐々に充電され、参照電圧Ｖｋは図１２
（ｂ）の如く変化する。従って、放電灯２の管電圧に応
じた直流電圧Ｖｄと周波数制御用電圧Ｖｆの関係は、図
１２（ｃ）のように、コンデンサＣｘの両端電圧Ｖｃｘ
により変化する。即ち、電源投入後の時間に応じて動的
変化がある。そこで、コンデンサＣｘを適選すれば、図
１２（ｄ）の破線（コンデンサＣｘが有る場合）のよう
に光束Φの立上がり特性の安定化を図れるものである。

【０００５】しかしながら、図１２（ａ）と（ｃ）の特
性は代表的な一つのＨＩＤランプに対して設定されたも
のである。また、コンデンサＣｘは数秒〜数１０秒とい
う長い時定数を決定するので、電解コンデンサが用いら
れるが、温度変動や経年変化の影響で容量が変化し、点
灯特性に影響を及ぼす。このため、回路定数やＨＩＤラ
ンプのばらつきに対して、光束Φは大きく変動してしま
うという欠点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述のような
点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、ＨＩＤランプの光束を電源投入後、速やかに立上げ
る点灯装置において、回路定数やＨＩＤランプのばらつ
きによる光束の立上げ特性の変動を抑制することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の基本構成を図１
に示す。インバータ回路１には、スイッチＳＷを介して
直流電源Ｅが接続されている。インバータ回路１からＨ
ＩＤランプ２に供給されるランプ電力は、ランプ電力検
出手段４により検出されて、誤差増幅器７に入力されて
いる。また、ＨＩＤランプ２の発光管温度Ｔｃは発光管
温度検出手段５により検出され、目標値設定手段６を介
して誤差増幅器７に入力されている。目標値設定手段６
ではＨＩＤランプ２の発光管温度Ｔｃの検出値に応じて
目標とするランプ電力を決定する。誤差増幅器７はラン
プ電力検出手段４による検出電力と目標値設定手段６に
よる目標電力の差分が最小となるように制御信号をイン
バータ回路１に入力している。

【０００８】

【作用】上述のように、ＨＩＤランプ２の光束は単にそ
の電気的特性、即ち、ランプ電圧やランプ電流、ランプ
電力のみによって決定されるのではなく、発光管の温度
が光束に大きく影響している。つまり、ランプ電圧が同
じでも発光管温度Ｔｃが異なると光束は変化する。さら
に、発光管温度Ｔｃはランプ電力の供給量によって変化
し、発光管温度Ｔｃの変化はＨＩＤランプ２の物理的な
大きさのばらつきによる熱時定数の差により異なってく
る。従って、一定の時間に与えたランプ電力の量が同じ
であっても、発光管温度Ｔｃが異なれば光束Φは異なる
ため、ランプ間のばらつきが発生する。そこで、本発明
では、これをフィードバックしてインバータ回路１を制
御するものであり、これにより光束Φの変化は一定にな
る。

【０００９】

【実施例】図２は本発明の第１実施例の回路図である。
インバータ回路１の電源入力端子には、直流電源Ｅが電
源スイッチＳＷを介して接続されている。インバータ回
路１の高周波出力端子には、ランプ電圧検出用の抵抗Ｒ
₆，Ｒ₇の直列回路が接続されると共に、ＨＩＤランプ
２がランプ電流検出用の抵抗Ｒ₈を介して接続されてい
る。抵抗Ｒ₆，Ｒ₇の直列回路により検出されたランプ
電圧と抵抗Ｒ₈により検出されたランプ電流は乗算器８
に入力されて、ランプ電力に応じた電圧Ｖｍに変換され
る。この電圧Ｖｍは誤差増幅器７の負入力端子に入力さ
れている。一方、熱電対等の温度検出手段ＴＳをＨＩＤ
ランプ２の近傍に設置し、アンプ９によって発光管温度
Ｔｃに比例した検出電圧Ｖｔを得る。この検出電圧Ｖｔ
と基準電圧Ｖｋをコンパレータ１０により比較し、その
大小により目標値Ｖｘを２段階に変化させるものであ
る。

【００１０】図３は本実施例の動作波形図である。図３
（ａ）は光束Φの立ち上がり特性を示しており、図３
（ｂ）はアンプ９から出力される検出電圧Ｖｔを示して
いる。この検出電圧Ｖｔが基準電圧Ｖｋを越えるまで
は、コンパレータ１０の出力はＨｉｇｈレベルであり、
目標値Ｖｘは高く設定されている。また、検出電圧Ｖｔ
が基準電圧Ｖｋを越えると、コンパレータ１０の出力は
Ｌｏｗレベルとなり、目標値Ｖｘは定電圧電源Ｖｓによ
って決まる所定値に低下する。誤差増幅器７は、検出さ
れたランプ電力の検出値Ｖｍと目標値Ｖｘの差が最小と
なるように、Ｖ−Ｆコンバータ３を介してインバータ回
路１を制御する。図３（ｃ）は誤差増幅器７に入力され
るランプ電力の検出値Ｖｍと目標値Ｖｘを示している。
このように制御すれば、光束Φの立上がりのばらつきを
吸収できる。

【００１１】図４は本発明の第２実施例の要部回路図で
ある。上述の第１実施例では、増幅器９の出力電圧Ｖｔ
と目標値Ｖｘの関係を２段階としたので、光束Φが図３
（ａ）のように急激に変化する。この急激な変化を緩和
するために、本実施例では、図５（ｃ）に示すように、
目標値Ｖｘを制御している。まず、反転増幅器１１を用
いて、図５（ｂ）に示した発光管温度Ｔｃの検出値の上
昇に応じて漸減する電圧を作成し、この電圧と基準電圧
Ｖｓの論理和をダイオードのオア回路で求めて、目標値
Ｖｘが漸減した後、一定値となるように設定したもので
ある。本実施例では、図５（ａ）に示すように、光束Φ
の急激な変化がなく、且つＨＩＤランプ２による光束立
上りのばらつきを無くすことが出来る。

【００１２】図６は本発明の第３実施例の回路図であ
る。本実施例では、ランプ電力の代わりにランプ電流を
抵抗Ｒ₈とアンプ１５で検出し、その検出値Ｖｉを誤差
増幅器７に入力している。ＨＩＤランプのなかでも、特
にメタルハライドランプは、一般に安定点灯状態になる
とランプ電圧が一定になる性質を持っている。したがっ
て、ランプ電力の代わりにランプ電流を検出するだけで
もほとんどランプ電力を検出した場合と同じ特性と見な
せる。これにより、第１又は第２実施例のように高価な
乗算器８を用いることなく、同様の効果が得られるもの
である。また、本実施例では、増幅率の異なる２つの増
幅器１１，１２によって図７に示すような目標値Ｖｘを
発生させている。図中、Ｖ₁は増幅器１１の出力であ
り、Ｖ₂は増幅器１２の出力である。増幅器１１，１２
の出力はダイオードによりオア接続されているので、高
い方の電圧が目標値Ｖｘとなる。これにより、電源投入
直後は、制御目標となるランプ電流が大きく、ＨＩＤラ
ンプ２には大電力が注入される。これにより、発光管温
度Ｔｃは急激に上昇し、その検出電圧Ｖｔも急激に上昇
する。このため、ランプ電流の制御の目標値Ｖｘは漸減
し、その減少する割合は所定の温度を境に穏やかとな
り、やがて安定点灯状態に至るものである。

【００１３】図８は本発明の第４実施例の回路図であ
る。上述の各実施例では全て温度検知素子をＨＩＤラン
プの近くに設置していたが、ＨＩＤランプと点灯装置の
間に距離がある場合、余分な配線を必要としているた
め、点灯装置の取り付けが複雑になる。そこで、本実施
例では、乗算器８によりランプ電流とランプ電圧の積を
求めてランプ電力を検出し、これを積分することにより
疑似的に周囲温度Ｔｃを検知しようとするものである。
まず、ランプ電力の検出値Ｖｍは抵抗Ｒ₁₂に印加され
て、電流Ｉ₁に変換される。この電流Ｉ₁を２つのカレ
ントミラー回路ＣＭ₁，ＣＭ₂を介して電流Ｉ₂に変換
して、抵抗Ｒ₁₃，Ｒ₁₄とコンデンサＣ₄よりなる積分回
路に流して、コンデンサＣ₄の両端より周囲温度Ｔｃと
疑似的に比例した検出電圧Ｖｔを得る。この検出電圧Ｖ
ｔはアンプ１３を介して目標値設定手段６に入力され、
ランプ電力の目標値Ｖｘに変換されて、誤差増幅器７に
入力されている。誤差増幅器７は、ランプ電力の検出値
Ｖｍが目標値Ｖｘと等しくなるように、インバータ回路
１を制御している。ここで、電流Ｉ₂は上述の如くラン
プ電力に比例するものであり、抵抗Ｒ₁₃，Ｒ₁₄とコンデ
ンサＣ₄よりなる積分回路は発光管及びその周辺の熱的
な時定数に適合させたものである。このようにすれば、
温度検知素子を別に付加することもなく安定な光束立ち
上げを行える。

【００１４】図９は本発明の第５実施例の要部回路図で
ある。本実施例では、上述の第４実施例において、抵抗
Ｒ₁₃，Ｒ₁₄とコンデンサＣ₄よりなる積分回路の入力部
と出力部にそれぞれ電源スイッチＳＷと連動するスイッ
チＳＷａ，ＳＷｂを挿入したものである。即ち、ＨＩＤ
ランプ２の点灯後、一度、電源スイッチＳＷをオフにし
て再始動させた場合、電源スイッチＳＷがオフの期間に
は、コンデンサＣ₄は抵抗Ｒ₁₄のみに放電する。抵抗Ｒ
₁₄とコンデンサＣ₄で決まる時定数をＨＩＤランプ２の
熱時定数と同一にすることで、電源スイッチＳＷがオフ
期間の発光管温度と同じ割合で検出電圧Ｖｔが低下す
る。従って、再始動したときに最適なランプ電力から動
作開始することが出来る。

【００１５】図１０は本発明の第６実施例の要部回路図
である。本実施例では、感温抵抗Ｒｔにより装置の周辺
温度を検出し、検出電圧Ｖｔにバイアスを与えている。
感温抵抗Ｒｔと抵抗Ｒ₁₅の直列回路には電源電圧が印加
されており、感温抵抗Ｒｔと抵抗Ｒ₁₅の接続点の電圧は
アンプ１４により増幅され、抵抗Ｒ₁₆，Ｒ₁₇によりアン
プ１３の出力と加算される。これにより、周囲温度によ
る影響を光束立上り時に補正することができるので、周
囲温度の高低にかかわらず、一定の光束立上り特性を得
られる。感温抵抗Ｒｔの代わりに他の温度検出手段を用
いることも可能である。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、インバータ回路を用い
たＨＩＤランプの点灯装置において、ＨＩＤランプの発
光管温度とランプ電力を検出し、発光管温度の検出値に
応じたランプ電力の目標値を設定し、ランプ電力の検出
値がランプ電力の目標値と略同一になるようにインバー
タ回路を制御するので、簡単な構成で、ＨＩＤランプの
ばらつきに関係なく、安定した光束の立上り特性を得ら
れるという効果がある。また、ＨＩＤランプがメタルハ
ライドランプである場合には、ランプ電力を検出する手
段の代わりにランプ電流を検出すれば、高価な乗算器を
用いる必要がなくなり、安価に構成できるという利点が
ある。さらにまた、ランプ電力の検出値を積分し、その
積分値を発光管温度の疑似的な値として用いれば、温度
検出手段を発光管の近傍に設置する必要がなくなるとい
う利点がある。また、この積分値を電源切断中、所定の
時定数によって低減させ、電源再投入時の初期値とすれ
ば、電源断の時間が短い場合でも発光管の温度を忠実に
反映した制御を行うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示す回路図である。

【図２】本発明の第１実施例の回路図である。

【図３】本発明の第１実施例の動作波形図である。

【図４】本発明の第２実施例の要部回路図である。

【図５】本発明の第２実施例の動作波形図である。

【図６】本発明の第３実施例の回路図である。

【図７】本発明の第３実施例の動作波形図である。

【図８】本発明の第４実施例の回路図である。

【図９】本発明の第５実施例の要部回路図である。

【図１０】本発明の第６実施例の要部回路図である。

【図１１】従来例の回路図である。

【図１２】従来例の動作波形図である。

【符号の説明】

１インバータ回路２ＨＩＤランプ３Ｖ−Ｆコンバータ４ランプ電力検出手段５温度検出手段６目標値設定手段７誤差増幅器８乗算器９増幅器１０コンパレータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源と、少なくとも１つのスイッチン
グ手段を有するインバータ回路と、インバータ回路の出
力を受けて点灯されるＨＩＤランプと、前記スイッチン
グ手段のオン／オフを制御することによりインバータ回
路の出力を任意に可変できる制御手段とを備える放電灯
点灯装置において、ＨＩＤランプの発光管温度を検出す
る手段と、ランプ電力を検出する手段と、発光管温度の
検出値に応じたランプ電力の目標値を設定する手段と、
ランプ電力の検出値がランプ電力の目標値と略同一にな
るようにインバータ回路を制御する手段とを備えること
を特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】ランプ電力の目標値は、発光管温度の
検出値が所定値以下になるまでは発光管温度の検出値が
増加するにつれて漸減し、所定値以上では一定となるよ
うに設定されていることを特徴とする請求項１記載の放
電灯点灯装置。
【請求項３】ＨＩＤランプはメタルハライドランプ
であり、ランプ電力を検出する手段に代えてランプ電流
を検出する手段を備えることを特徴とする請求項１又は
２記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】ランプ電力の検出値を積分し、その積
分値を発光管温度の疑似的な値として用いることを特徴
とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】前記積分値を電源切断中、所定の時定
数によって減少させ、電源再投入時の初期値としたこと
を特徴とする請求項４記載の放電灯点灯装置。
【請求項６】周囲温度を検出する手段を設け、その
検出値を前記積分値に加算する手段を備えることを特徴
とする請求項４記載の放電灯点灯装置。