JP3888062B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電源から放電灯が必要とする電圧に変換するＤＣ−ＤＣ変換回路を有し、放電灯を安定点灯させる放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３に従来の放電灯点灯装置の構成図を示し（例えば特開２０００−３４０３８５公報参照）、図１３の放電灯点灯装置の動作波形図を図１４，図１５に示す。
【０００３】
図１３において、放電灯点灯装置は、放電灯１１を含む負荷回路１と、直流電源２と、この直流電源２から直流電力を取り込み、この直流電力を制御信号に応じた出力レベルの直流電力に変換し、この変換した直流電力を負荷回路１に出力するＤＣ−ＤＣ変換回路３PAと、このＤＣ−ＤＣ変換回路３PAの出力の検出を行い、この検出結果を利用して上記制御信号を出力する出力制御回路４PAとを備えている。なお、直流電源２は、バッテリにより構成される場合があるほか、商用電源からの交流電力を整流および平滑などして直流電力を得る電源回路などにより構成される場合もある。
【０００４】
負荷回路１に含まれる放電灯１１には、例えば高輝度放電灯などが使用され、この場合、負荷回路１には、インバータ回路１２と、始動回路１３とがさらに設けられる。インバータ回路１２は、ＤＣ−ＤＣ変換回路３PAの出力に接続されたフルブリッジ構成のＦＥＴＱ１〜Ｑ４と、これらＦＥＴＱ１〜Ｑ４のスイッチング制御を行って、ＤＣ−ＤＣ変換回路３PAからの直流電力を交流電力に変換して放電灯１１に供給する制御を行うドライブ回路１２１とにより構成されている。ここで、例えばＦＥＴＱ１，Ｑ４の組みとＦＥＴＱ２，Ｑ３の組みとを交互にオン／オフする制御を行えば、ＤＣ−ＤＣ変換回路３PAからの直流電力を交流電力に変換することができる。
【０００５】
始動回路１３は、インバータ回路１２と放電灯１１との間に介設され、消灯状態の放電灯１１の始動時に高圧パルス電圧を発生して放電灯１１に印加するものである。
【０００６】
ＤＣ−ＤＣ変換回路３PAは、１次巻線ｎ３１および２次巻線ｎ３２を有するトランスＴ３と、このトランスＴ３の１次巻線ｎ３１とともに直流電源２の出力に直列接続され、出力制御回路４PAからの制御信号（図１４，図１５では「ＳＷ制御信号」）に従ってオン／オフする例えばトランジスタなどのスイッチング素子ＳＷ３と、トランスＴ３の２次巻線ｎ３２の両端に直列接続されるダイオードＤ３０およびコンデンサＣ３０とにより構成され、コンデンサＣ３０の両端が直流電力を出力する出力端となっている。図１３の例では、ＤＣ−ＤＣ変換回路３PAで、直流電源２の電圧が放電灯１１を安定点灯させるために必要な電圧に昇降圧され、放電灯点灯装置の出力が主にＤＣ−ＤＣ変換回路３PAで調整される構成になっている。
【０００７】
出力制御回路４PAは、検出部４１と、指令作成部４２と、比較部４３と、発振回路４４と、最大オフ時間可変信号発生回路４５とにより構成されている。
【０００８】
検出部４１は、アンプ４１１，４１２などにより構成され、ＤＣ−ＤＣ変換回路３PAの出力電圧および出力電流の検出を行い、これら検出結果をそれぞれアンプ４１１およびアンプ４１２を介して出力するとともに、トランスＴ３の１次巻線ｎ３１および２次巻線ｎ３２にそれぞれ流れる１次電流Ｉ１および２次電流Ｉ２の検出を行うものである。
【０００９】
指令作成部４２は、ＤＣ−ＤＣ変換回路３PAの出力電力を決定するための電力指令値を発生する電力指令値発生回路４２１と、出力電圧の検出結果および電力指令値から演算を通じて出力電流の制御目標となる電流指令値を求める電流指令値演算部４２２と、出力電流の検出結果および電流指令値から１次側ピーク電流指令を作成する誤差増幅器４２３とにより構成され、検出部４１による出力電圧および出力電流の検出結果から１次側ピーク電流指令を作成するものである。
【００１０】
比較部４３は、コンパレータ４３１〜４３３により構成され、検出部４１による各検出結果に対して比較を行い、これら比較結果により各種信号を生成するものである。コンパレータ４３１は、１次電流Ｉ１の検出結果および１次側ピーク電流指令をそれぞれ非反転入力端子および反転入力端子に入力し、図１４に示す「４３１の出力」のようにリセット信号を出力する。コンパレータ４３２は、非反転入力端子が接地された状態で、２次電流Ｉ２の検出結果を反転入力端子に入力し、図１４に示す「４３２の出力」のようにセット信号を出力する。コンパレータ４３３は、検出部４１による出力電圧の検出結果および所定の基準電圧ＶＲ−ＮＬをそれぞれ非反転入力端子および反転入力端子に入力し、図１５に示す「４３３の出力」のように、スイッチング許可（Ｌレベル）／スイッチング禁止（Ｈレベル）を示すＳＷ許否信号を出力する。
【００１１】
発振回路４４は、フリップフロップ（ＳＲ−ＦＦ）４４１、各種論理回路およびタイマなどにより構成され、最小オン時間制限、最大オン時間制限、最小オフ時間制限および最大オフ時間制限の各機能を有し、比較部４３からの各種信号に応じて、スイッチング素子ＳＷ３をオン／オフするための制御信号をフリップフロップ４４１のＱ端子から出力するものである。最大オフ時間可変信号発生回路４５は、入出力状態に応じて発振回路４４の最大オフ時間の制御値を調整するものである。
【００１２】
基本的には、出力制御回路４PAは、ＤＣ−ＤＣ変換回路３PAの出力端でランプ電流およびランプ電圧の検出を行い、これら検出結果と電力指令に基づいて、フィードバック制御でスイッチング素子ＳＷ３のオン／オフ制御を行う。図１４に示すように、出力制御回路４PAのＳＷ制御信号に従って、回路効率を良くするため、定常定格点灯時には、スイッチング素子ＳＷ３は、所定時間、すなわち１次側ピーク電流指令に達するまでオンしたあとオフし、２次側に吐き出される電流Ｉ２がゼロになった時点で再度オンするように動作する。以下、この動作を境界モード動作と呼ぶ。このスイッチング素子ＳＷ３の駆動の場合、ＰＷＭ信号は周波数およびデューティともに可変となる。
【００１３】
そして、発振回路４４の各機能は以下の理由で設けられている。すなわち、図１３の例のように負荷が放電灯１１である場合、負荷電圧が大幅に変動し、直流電源２が電池などであって電圧が広範囲に変動する場合、周波数変動が広範囲に及ぶ。また、始動直後のようにランプ温度が低い状態で、境界モード動作になると、スイッチング素子ＳＷ３のオン時にインダクタ（Ｔ３）に蓄えられた磁気エネルギーが電流として負荷回路１側に流出するのに要する時間が長くなり、スイッチング周波数が低下して可聴域に入ったり、ピーク電流が上昇するので、トランスＴ３を大型化する必要が生じる。このため、図１３の放電灯点灯装置では、上記変動およびトランスＴ３の大型化を防止するべく、最大オフ時間の値を所定値にすることによって、２次側に電流Ｉ２が流れている状態でも、オフ時間が最大オフ時間に達すれば、スイッチング素子ＳＷ３を強制的に再度オンにして動作させるモードに移行する。これにより、スイッチング周波数の大幅な低下を防止することができる。以下、このモードの動作を連続モード動作と呼ぶ。
【００１４】
逆に、スイッチング周波数が高すぎることによるスイッチング損失の増加を防止するため、スイッチング素子ＳＷ３のオン／オフ時間の最小値が所定値に決められており、トランスＴ３に電流が流れている期間が所定のスイッチング周期未満になったとき、トランスＴ３の１次／２次のどちらにも電流が流れていない期間が存在するモードで動作させる。以下、このモードの動作を不連続モード動作と呼ぶ。
【００１５】
また、広範囲な負荷変動および電源変動に対応し、安定なスイッチング動作をさせるため、オン／オフ期間の最大値／最小値を状態にあわせて所定値に調整する。
【００１６】
特に、電源を投入して回路が動作を開始しても、放電灯１１が消灯状態の無負荷状態であるので、ＤＣ−ＤＣ変換回路３PAの出力が過昇圧してしまう。このため、図１３の放電灯点灯装置では、図１５に示すように、コンパレータ４３３において、出力電圧の検出結果に対して比較を行い、出力電圧の検出結果のレベルが所定の過電圧検出レベルを超えると、発振回路（ＰＷＭ発振回路）４４の最小オフ時間の設定値を略無限大に移行させ、オン信号の出力を禁止するのである。この間欠スイッチング動作により、出力電圧が回路の漏れ電流や検出回路およびドライブ回路１２１などの僅かな消費電力によって出力電圧が過電圧検出レベル以下になるまでスイッチング素子ＳＷ３がオンしなくなり、過昇圧が防止されるのである。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１６に示す構成のＤＣ−ＤＣ変換回路３Ａの出力に、リプル低減用のＬＣフィルタＦ３を設けたり、また、図１７に示す構成のＤＣ−ＤＣ変換回路３の出力に、スイッチング動作によって生じるリプル電圧を低減するためのＬＣフィルタＦ３を設けたりする場合、無負荷時の過昇圧を防止するために間欠スイッチング動作を行ったとき、その間欠発振の周期がＬＣフィルタ３の共振周期に近づくと、図１８に示すように、ＬＣフィルタＦ３後の出力電圧に共振現象が生じ、過大な電圧が発生することがある。
【００１８】
このため、ＬＣフィルタＦ３の時定数を大きくして、共振周期を間欠発振周期に比べ非常に大きくすれば、共振現象は抑制できるが、ＬＣフィルタＦ３を構成するインダクタＬＦ３やコンデンサＣＦ３の大型化を招いてしまう。
【００１９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力にＬＣフィルタを設けても、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１記載の発明の放電灯点灯装置は、放電灯を含む負荷回路と、直流電源と、スイッチング素子を有し、このスイッチング素子を制御信号に従ってオン／オフすることにより、前記直流電源から直流電力を取り込んでその制御信号に応じた出力レベルの直流電力に変換し、この変換した直流電力を、ＬＣフィルタを介して前記負荷回路に出力するＤＣ−ＤＣ変換回路と、このＤＣ−ＤＣ変換回路の出力の検出を行い、この検出結果を利用して前記制御信号を出力する出力制御回路とを備え、この出力制御回路は、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧の検出を行い、前記放電灯が消灯している無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が所定の第１電圧に達すると、前記スイッチング素子に対するオン／オフ制御を間欠的に行って、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧を超えないように調整し、前記出力電圧の検出結果が高いほど、前記スイッチング素子に対するオンデューティを小さくし、少なくとも、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧のレベルに達したときには、前記スイッチング素子に対する１回のスイッチング動作で、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路から前記負荷回路に出力されるエネルギー量と同等のエネルギー量を前記無負荷状態時の回路損失で消費する時間が、前記ＬＣフィルタの共振周期に比べ、十分小さくなるまでオンデューティを小さくすることを特徴とする。
【００２１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧より低い第２電圧を超えると、少なくとも前記スイッチング素子に対するオンデューティを小さくすることを特徴とする。
【００２２】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、少なくとも前記出力電圧の検出結果に応じて前記スイッチング素子に対するオンデューティを連続的に変化させることを特徴とする。
【００２３】
請求項４記載の発明の放電灯点灯装置は、放電灯を含む負荷回路と、直流電源と、スイッチング素子を有し、このスイッチング素子を制御信号に従ってオン／オフすることにより、前記直流電源から直流電力を取り込んでその制御信号に応じた出力レベルの直流電力に変換し、この変換した直流電力を、ＬＣフィルタを介して前記負荷回路に出力するＤＣ−ＤＣ変換回路と、このＤＣ−ＤＣ変換回路の出力の検出を行い、この検出結果を利用して前記制御信号を出力する出力制御回路とを備え、この出力制御回路は、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧の検出を行い、前記放電灯が消灯している無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が所定の第１電圧に達すると、前記スイッチング素子に対するオン／オフ制御を間欠的に行って、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧を超えないように調整し、前記出力電圧の検出結果が高いほど、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を高くし、少なくとも、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧のレベルに達したときには、前記スイッチング素子に対する１回のスイッチング動作で、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路から前記負荷回路に出力されるエネルギー量と同等のエネルギー量を前記無負荷状態時の回路損失で消費する時間が、前記ＬＣフィルタの共振周期に比べ、十分小さくなるまでスイッチング周波数を高くすることを特徴とする。
【００２４】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧より低い第２電圧を超えると、少なくとも前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を高くすることを特徴とする。
【００２５】
請求項６記載の発明は、請求項４記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、少なくとも前記出力電圧の検出結果に応じて前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を連続的に変化させることを特徴とする。
【００２６】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が高いほど、前記スイッチング素子に対するオンデューティを小さくするとともに、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を高くすることを特徴とする。
【００２７】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧より低い第２電圧を超えると、前記スイッチング素子に対するオンデューティを小さくし、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧より低い第３電圧を超えると、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を高くすることを特徴とする。
【００２８】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の放電灯点灯装置において、前記第２電圧および第３電圧は同一レベルであることを特徴とする。
【００２９】
請求項１０記載の発明は、請求項８記載の放電灯点灯装置において、前記第２電圧は前記第３電圧よりも高レベルであることを特徴とする。
【００３０】
請求項１１記載の発明は、請求項８記載の放電灯点灯装置において、前記第３電圧は前記第２電圧よりも高レベルであることを特徴とする。
【００３１】
請求項１２記載の発明は、請求項８記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果に応じて、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数およびオンデューティを連続的に変化させることを特徴とする。
【００３２】
請求項１３記載の発明は、請求項１〜１２のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路内の交番電圧箇所に入力が接続される多倍電圧整流回路をさらに備え、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果がほぼ前記第１電圧のレベルに達するまで、前記多倍電圧整流回路の出力が所定の第４電圧を超えないように、前記スイッチング素子に対してオン／オフ制御を行うことを特徴とする。
【００３３】
請求項１４記載の発明は、請求項１３記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記出力電圧の検出結果が前記第２電圧に達するまで、所定値以下のスイッチング周波数で前記スイッチング素子に対してオン／オフ制御を行うことにより、前記多倍電圧整流回路の出力電圧の上昇を抑制し、前記出力電圧の検出結果が前記第２電圧を超えると、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を増加することにより、前記多倍電圧整流回路の出力電圧の上昇を加速させることを特徴とする。
【００３４】
請求項１５記載の発明は、請求項１〜１４のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記直流電源の電圧に対して前記スイッチング素子に対するオンデューティを変化させることを特徴とする。
【００３５】
請求項１６記載の発明は、請求項１５記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記直流電源の電圧に対して前記スイッチング素子に対するオンデューティを反比例するように変化させることを特徴とする。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図であり、この図を用いて第１実施形態について説明する。
【００３７】
図１に示す放電灯点灯装置は、負荷回路１と、直流電源２とを図１３の放電灯点灯装置と同様に備えているほか、図１３の放電灯点灯装置との相違点として、ＤＣ−ＤＣ変換回路３と、出力制御回路４とを備えている。
【００３８】
ＤＣ−ＤＣ変換回路３は、１次巻線ｎ３１および２次巻線ｎ３２を有するトランスＴ３と、このトランスＴ３の１次巻線ｎ３１とともに直流電源２の出力に直列接続され、出力制御回路４からの制御信号に従ってオン／オフするスイッチング素子ＳＷ３と、このスイッチング素子ＳＷ３および１次巻線ｎ３１の接続点と２次巻線ｎ３２の一端との間に接続されるコンデンサＣ３１と、２次巻線ｎ３２の他端とグランドとの間に接続されるダイオードＤ３１と、ＬＣフィルタＦ３とにより構成されている。ＬＣフィルタＦ３は、２次巻線ｎ３２の一端とグランドとの間に直列接続されるインダクタＬＦ３およびコンデンサＣＦ３により構成され、コンデンサＣＦ３の両端がＤＣ−ＤＣ変換回路３の出力端となっている。
【００３９】
出力制御回路４は、検出部４１と、指令作成部４２と、比較部４３と、発振回路４４と、最大オフ時間可変信号発生回路４５とを、図１３の出力制御回路４PAと同様に備えているほか、この出力制御回路４PAとの相違点として点灯判別回路４６を備えている。
【００４０】
この点灯判別回路４６は、検出部４１による出力電圧の検出結果から、放電灯１１が消灯状態であって負荷回路１が無負荷状態であるか否かの判別を行い、無負荷状態であれば、発振回路４４におけるオン／オフ制御値を無負荷動作時の所定値に切り替えるものである。
【００４１】
負荷回路１が無負荷状態であるとき、ＤＣ−ＤＣ変換回路３の出力がほぼゼロに近く、１次ピーク電流が最大を示すため、スイッチング素子ＳＷ３のオン時間を最大オン時間制限の機能で調整でき、また、出力電圧が高いため、２次電流Ｉ２が流れる時間が短く、スイッチング素子ＳＷ３のオフ時間を最小オフ時間で調整できる。つまり、無負荷時、これら２つの制限値により、スイッチング周波数およびデューティを調整できるのである。
【００４２】
ところで、図１８に示した出力電圧の共振現象を抑制するためには、間欠スイッチングの周期をＬＣフィルタＦ３の共振周期より短くすればよい。いま、無負荷時のスイッチング周期をＴＳＷ、ＬＣフィルタ３の共振周期をＴＬＣ、１回のスイッチングで出力側に送られるエネルギーをＥＰ、同１回のスイッチング周期内に出力端より消費される回路損失などのエネルギー量をＥＬとしたとき、
（１＋ＥＰ/ＥＬ）×ＴＳＷ＜＜ＴＬＣ
を満足するようにし、無負荷時の１回のスイッチング動作において、出力側へ送られるエネルギーをスイッチング周波数ないしデューティにより調整する。すなわち、１回のスイッチングで出力側に送られるエネルギー量を減らし、出力電圧が過電圧検出レベル以下に低下する時間を短くすることで、間欠スイッチングの周期を短くするのである。負荷回路１が無負荷状態であるとき、このようなスイッチング条件となるように、スイッチング周波数ないしデューティを所定値に切り替えることで、図１８に示すような共振現象を抑制することができる。
【００４３】
なお、図１の例では、点灯判別による無負荷動作への切替えは、出力電圧の検出結果を利用して行われる構成になっているが、出力電流の検出結果、または出力電流および出力電圧の両検出結果を利用して行われる構成でもよい。
【００４４】
図２は本発明の第２実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図であり、この図を用いて第２実施形態について説明する。
【００４５】
図２に示す放電灯点灯装置は、負荷回路１と、直流電源２と、ＤＣ−ＤＣ変換回路３とを第１実施形態と同様に備えているほか、第１実施形態との相違点として出力制御回路４Ａを備えている。
【００４６】
この出力制御回路４Ａは、第１実施形態と同様の検出部４１、指令作成部４２および点灯判別回路４６を備えているとともに、コンパレータ４３１，４３３により構成される比較部４３Ａのほか、周波数調整回路４７と、発振回路４４Ａとを備えている。
【００４７】
周波数調整回路４７は、検出部４１による１次電流Ｉ１および２次電流Ｉ２の検出結果と点灯判別回路４６からの無負荷モード切替信号に応じて、スイッチング周波数指令の信号を出力するものである。
【００４８】
発振回路４４Ａは、フリップフロップ４４１、発振器４４２および各種論理回路などにより構成され、比較部４３Ａからの各種信号と周波数調整回路４７からのスイッチング周波数指令の信号に応じて、スイッチング素子ＳＷ３をオン／オフするための制御信号を出力するものである。
【００４９】
つまり、スイッチング周波数は発振器４４２で決められ、この発振器４４２の出力信号の立上りでスイッチング素子ＳＷ３をオンし、ＤＣ−ＤＣ変換回路３の１次側に所定の電流が流れると、スイッチング素子ＳＷ３をオフするように回路が構成されるのである。また、発振器４４２の出力信号の立下がりでスイッチング素子ＳＷ３を強制的にオフするようにすれば、最大オン時間（最大オンデューティ）を発振器４４２で決定することができる。
【００５０】
負荷回路１が無負荷状態であるとき、出力がほぼゼロであるため、１次側ピーク電流指令が最大値となり、スイッチング周波数およびデューティはほぼ発振器４４２の条件で決まる。
【００５１】
図２の実施形態では、点灯判別回路４６により負荷回路１が無負荷状態であると検出されれば、上述のスイッチング条件になるように、周波数調整回路４７を通じて発振器４４２のスイッチング周波数、デューティが切り替えられる。
【００５２】
図３は本発明の第３実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図、図４は図３の放電灯点灯装置の動作波形図であり、これらの図を用いて第３実施形態について説明する。
【００５３】
図３に示す放電灯点灯装置は、負荷回路１と、直流電源２と、ＤＣ−ＤＣ変換回路３とを第２実施形態と同様に備えているほか、第２実施形態との相違点として、周波数調整回路４７に代えて、調整回路（図３では「ＳＷ周波数ｍａｘ．ＯＮ−Ｄｕｔｙ調整回路」）４７Ａを有する出力制御回路４Ｂを備えている。
【００５４】
ここで、前述した実施形態により、ＤＣ−ＤＣ変換回路３の出力の共振現象を抑制することができるが、無負荷時における回路の損失量が小さいため、上述のスイッチング条件では、ＤＣ−ＤＣ変換回路３の出力電圧が所定の無負荷電圧まで上昇するのに時間を要し、点灯するまで時間がかかりすぎる。
【００５５】
そのため、第３実施形態では、図４に示すように、出力電圧が過電圧検出レベルより低い所定値（図４では「ＳＷ条件切替レベル」）になるまでは、図４に示す「無負荷Ｄｕｔｙ指令」のように、オンデューティを大きくし、昇圧速度を上げる。そして、出力電圧がＳＷ条件切替レベルを越えると、デューティを小さくし、上述のスイッチング条件に切り替えることで、間欠スイッチング状態になった場合の共振現象を抑制することができる。
【００５６】
図５は本発明の第４実施形態に係る放電灯点灯装置の動作波形図であり、この図を用いて第４実施形態について説明する。
【００５７】
第４実施形態の放電灯点灯装置は、調整回路４７Ａとは相違する調整回路を有する出力制御回路を備えている以外は第３実施形態の放電灯点灯装置と同様に構成される。つまり、図４では、ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧が過電圧検出レベルより低いＳＷ条件切替レベルに達すると、調整回路４７Ａを通じて発振回路４４Ａによるスイッチング素子ＳＷ３に対するスイッチングデューティを小さくして、ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力側に送られるエネルギーを減らし、ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力における共振現象を抑制しているが、第４実施形態の調整回路は、図５に示すように、出力電圧がＳＷ条件切替レベルに出力電圧が達すると、図５に示す「無負荷周波数指令」のように、発振回路４４Ａによるスイッチング素子ＳＷ３に対するスイッチング周波数を所定値に上げるのである。この構成でも、間欠スイッチング状態になった場合の共振現象を抑制することができる。
【００５８】
なお、図４では、無負荷Ｄｕｔｙ指令により、出力電圧に対してスイッチングデューティが段階的に切り替えられる構成になっているが、図６に示すように、無負荷ＳＷ−Ｄｕｔｙ指令により、出力電圧に対してスイッチングデューティが連続的に変化する構成でもよい。
【００５９】
また、図５では、無負荷周波数指令により、出力電圧に対してスイッチング周波数が段階的に切り替えられる構成になっているが、図７に示すように、無負荷ＳＷ周波数指令により、出力電圧に対してスイッチング周波数が連続的に変化する構成でもよい。
【００６０】
図８は本発明の第５実施形態に係る放電灯点灯装置の動作波形図であり、この図を用いて第５実施形態について説明する。
【００６１】
第５実施形態の放電灯点灯装置は、調整回路４７Ａとは相違する調整回路を有する出力制御回路を備えている以外は第３実施形態の放電灯点灯装置と同様に構成される。
【００６２】
第５実施形態の調整回路は、図８に示すように、出力電圧がＳＷ条件切替レベルに出力電圧が達すると、図８に示す「無負荷Ｄｕｔｙ指令」のように、発振回路４４Ａによるスイッチング素子ＳＷ３に対するスイッチングデューティを小さくするとともに、図８に示す「無負荷周波数指令」のように、発振回路４４Ａによるスイッチング素子ＳＷ３に対するスイッチング周波数を所定値に上げるものである。このように、スイッチング周波数およびデューティの両方を切り替えることで、間欠スイッチング時において、スイッチング素子ＳＷ３がスイッチングを行っている場合の出力電圧の上昇率をきめ細かく設定できるようになる。
【００６３】
なお、図８の例では、スイッチング周波数およびデューティの切替えは、同一のしきい値レベルで行われる構成になっているが、異なるしきい値レベルで行われる構成でもよい。また、図６および図７の如く、出力電圧に対してスイッチング周波数およびデューティが連続的に変化する構成でもよい。
【００６４】
図９は本発明の第６実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図、図１０は図９の放電灯点灯装置の動作波形図であり、これらの図を用いて第６実施形態について説明する。
【００６５】
図９に示す放電灯点灯装置は、直流電源２と、ＤＣ−ＤＣ変換回路３と、出力制御回路４Ｂとを第３実施形態と同様に備えているほか、第３実施形態との相違点として負荷回路１Ａを備えている。
【００６６】
この負荷回路１Ａは、第３実施形態と同様のインバータ回路１２と、ＤＣ−ＤＣ変換回路３の２次巻線ｎ３２の両端に入力が接続された多倍電圧整流回路１４と、始動回路１３Ａとにより構成されている。始動回路１３Ａは、多倍電圧整流回路１４の出力端とインバータ回路１２の一方の出力端との間に接続されるギャップＧａｐと、コンデンサＣＧと、このコンデンサＣＧを介してギャップＧａｐの両端に接続される１次巻線ｎ１１を有するとともにインバータ回路１２の他方の出力端と放電灯１１との間に介設される２次巻線ｎ１２を有するトランス（パルス・トランス）ＰＴ１とにより構成されている。ここで、Ｇａｐがオンすることで、コンデンサＣＧに蓄えられた電荷がトランスＰＴ１の１次巻線ｎ１１を介して急速に放電し、トランスＰＴ１の２次巻線ｎ１２に発生した高圧パルス電圧が放電灯１１に印加し、これにより、放電灯１１が放電を開始することになる。
【００６７】
ＧａｐはコンデンサＣＧの電圧がそのブレークダウン電圧を超えるとオンになるものであり、図９の例では、コンデンサＣＧの充電のために、コッククロフト・ワルトンなどの多倍電圧整流回路１４が使用されている。
【００６８】
この構成では、図１０に示すように、無負荷電圧が最大、すなわち過電圧検出レベルに達した後、始動回路１３ＡのコンデンサＣＧの電圧がＧａｐのブレークダウンの電圧レベルに達するように動作させると、始動しやすく望ましい動作となる。
【００６９】
ところで、多倍電圧整流回路１４は出力電圧とスイッチング周波数によってコンデンサＣＧに対する昇圧速度が影響を受け、また、出力電圧はスイッチング周波数とデューティの影響を受ける。すなわち、出力電圧はスイッチング周波数が低くデューティが大きいほど、電圧上昇の速度が上がり、多倍電圧整流回路１４の出力はスイッチング周波数が高いほど電圧上昇の速度が上がる。
【００７０】
そこで、第６実施形態では、負荷電圧が所定値に達するまでは、スイッチング周波数が低い条件でデューティを大きくして、出力電圧を主に昇圧し、所定値を越えたらデューティを低下させ、スイッチング周波数を上げ、多倍電圧整流回路１４の出力の昇圧速度を上げるように構成される。これにより、図１０のような動作を実現し、かつ出力の共振現象を抑制することができる。
【００７１】
図１１は本発明の第７実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図、図１２は図１１の放電灯点灯装置の動作波形図であり、これらの図を用いて第７実施形態について説明する。
【００７２】
図１１に示す放電灯点灯装置は、負荷回路１と、直流電源２と、ＤＣ−ＤＣ変換回路３とを第３実施形態と同様に備えているほか、第３実施形態との相違点として出力制御回路４Ｃを備えている。
【００７３】
出力制御回路４Ｃは、第３実施形態の検出部４１および調整回路４７Ａに代えて、それぞれ、ＤＣ−ＤＣ変換回路３の入力電圧の検出をさらに行う検出部４１Ａ、およびこの検出部４１Ａによる検出結果をさらに利用する調整回路４７Ｂを有している以外は第３実施形態の出力制御回路４Ｂと同様に構成されている。
【００７４】
図１１の放電灯点灯装置は、無負荷条件におけるスイッチング周波数およびデューティのうち、主としてデューティを電流電圧によって可変する。電池などのように電圧の変動範囲が比較的大きな電源を直流電源２に使用する場合、無負荷時のスイッチング条件の設定値を固定するのは困難である。例えば低電圧の入力時で調整すれば、高電圧の入力条件でスイッチングのストレスなどが大きくなる上、共振を抑制する条件から外れる可能性がある。また、高い入力電圧の条件で調整すれば、低電圧の入力時の出力不足から、電圧の立上りが鈍くなり、点灯するまでに時間を要してしまう。
【００７５】
そこで、調整回路４７Ｂは、図１２のように、スイッチングデューティを入力電圧に応じて変化させるのであり、入力電圧に対してスイッチングデューティを反比例させるとさらに好適となる。
【００７６】
また、調整回路４７Ｂは、図１２に示す「ｍａｘ．Ｄｕｔｙ」により、デューティが必要以上に大きくならないように制限する。そして、このデューティを基準として、上記実施形態と同様、出力電圧によるデューティの切替えないし可変を行う。
【００７７】
このように、上記各実施形態によれば、負荷回路１が無負荷状態となるとき、間欠スイッチング状態でのＤＣ−ＤＣ変換回路の出力における共振現象を抑制することができ、所定の昇圧速度を得ることができ、放電灯１１が点灯するまでの時間を短くできる。
【００７８】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項１記載の発明によれば、放電灯を含む負荷回路と、直流電源と、スイッチング素子を有し、このスイッチング素子を制御信号に従ってオン／オフすることにより、前記直流電源から直流電力を取り込んでその制御信号に応じた出力レベルの直流電力に変換し、この変換した直流電力を、ＬＣフィルタを介して前記負荷回路に出力するＤＣ−ＤＣ変換回路と、このＤＣ−ＤＣ変換回路の出力の検出を行い、この検出結果を利用して前記制御信号を出力する出力制御回路とを備え、この出力制御回路は、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧の検出を行い、前記放電灯が消灯している無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が所定の第１電圧に達すると、前記スイッチング素子に対するオン／オフ制御を間欠的に行って、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧を超えないように調整し、前記出力電圧の検出結果が高いほど、前記スイッチング素子に対するオンデューティを小さくし、少なくとも、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧のレベルに達したときには、前記スイッチング素子に対する１回のスイッチング動作で、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路から前記負荷回路に出力されるエネルギー量と同等のエネルギー量を前記無負荷状態時の回路損失で消費する時間が、前記ＬＣフィルタの共振周期に比べ、十分小さくなるまでオンデューティを小さくするので、ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力にＬＣフィルタを設けても、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００７９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧より低い第２電圧を超えると、少なくとも前記スイッチング素子に対するオンデューティを小さくするので、放電灯が点灯するまでの時間を長くすることなく、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００８０】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、少なくとも前記出力電圧の検出結果に応じて前記スイッチング素子に対するオンデューティを連続的に変化させるのであり、この場合も、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００８１】
請求項４記載の発明によれば、放電灯を含む負荷回路と、直流電源と、スイッチング素子を有し、このスイッチング素子を制御信号に従ってオン／オフすることにより、前記直流電源から直流電力を取り込んでその制御信号に応じた出力レベルの直流電力に変換し、この変換した直流電力を、ＬＣフィルタを介して前記負荷回路に出力するＤＣ−ＤＣ変換回路と、このＤＣ−ＤＣ変換回路の出力の検出を行い、この検出結果を利用して前記制御信号を出力する出力制御回路とを備え、この出力制御回路は、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧の検出を行い、前記放電灯が消灯している無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が所定の第１電圧に達すると、前記スイッチング素子に対するオン／オフ制御を間欠的に行って、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧を超えないように調整し、前記出力電圧の検出結果が高いほど、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を高くし、少なくとも、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧のレベルに達したときには、前記スイッチング素子に対する１回のスイッチング動作で、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路から前記負荷回路に出力されるエネルギー量と同等のエネルギー量を前記無負荷状態時の回路損失で消費する時間が、前記ＬＣフィルタの共振周期に比べ、十分小さくなるまでスイッチング周波数を高くするので、ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力にＬＣフィルタを設けても、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００８２】
請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧より低い第２電圧を超えると、少なくとも前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を高くするのであり、この場合も、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００８３】
請求項６記載の発明によれば、請求項４記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、少なくとも前記出力電圧の検出結果に応じて前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を連続的に変化させるのであり、この場合も、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００８４】
請求項７記載の発明によれば、請求項１〜６のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が高いほど、前記スイッチング素子に対するオンデューティを小さくするとともに、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を高くするので、ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧の上昇率をきめ細かく設定することができる。
【００８５】
請求項８記載の発明によれば、請求項７記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧より低い第２電圧を超えると、前記スイッチング素子に対するオンデューティを小さくし、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧より低い第３電圧を超えると、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を高くするので、放電灯が点灯するまでの時間を長くすることなく、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００８６】
請求項９記載の発明によれば、請求項８記載の放電灯点灯装置において、前記第２電圧および第３電圧は同一レベルであり、この場合も、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００８７】
請求項１０記載の発明によれば、請求項８記載の放電灯点灯装置において、前記第２電圧は前記第３電圧よりも高レベルであり、この場合も、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００８８】
請求項１１記載の発明によれば、請求項８記載の放電灯点灯装置において、前記第３電圧は前記第２電圧よりも高レベルであり、この場合も、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００８９】
請求項１２記載の発明によれば、請求項８記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果に応じて、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数およびオンデューティを連続的に変化させるのであり、この場合も、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００９０】
請求項１３記載の発明によれば、請求項１〜１２のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路内の交番電圧箇所に入力が接続される多倍電圧整流回路をさらに備え、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果がほぼ前記第１電圧のレベルに達するまで、前記多倍電圧整流回路の出力が所定の第４電圧を超えないように、前記スイッチング素子に対してオン／オフ制御を行うので、好適な始動性を確保しつつ、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００９１】
請求項１４記載の発明によれば、請求項１３記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記出力電圧の検出結果が前記第２電圧に達するまで、所定値以下のスイッチング周波数で前記スイッチング素子に対してオン／オフ制御を行うことにより、前記多倍電圧整流回路の出力電圧の上昇を抑制し、前記出力電圧の検出結果が前記第２電圧を超えると、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を増加することにより、前記多倍電圧整流回路の出力電圧の上昇を加速させるので、好適な始動性を確保しつつ、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００９２】
請求項１５記載の発明によれば、請求項１〜１４のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記直流電源の電圧に対して前記スイッチング素子に対するオンデューティを変化させるのであり、この場合も、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００９３】
請求項１６記載の発明によれば、請求項１５記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記直流電源の電圧に対して前記スイッチング素子に対するオンデューティを反比例するように変化させるのであり、この場合も、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図である。
【図２】 本発明の第２実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図である。
【図３】 本発明の第３実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図である。
【図４】 図３の放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図５】 本発明の第４実施形態に係る放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図６】 ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧に対してスイッチング素子のデューティを連続的を変化させる別の制御例を示す図である。
【図７】 ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧に対してスイッチング素子のスイッチング周波数を連続的を変化させる別の制御例を示す図である。
【図８】 本発明の第５実施形態に係る放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図９】 本発明の第６実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図である。
【図１０】 図９の放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図１１】 本発明の第７実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図である。
【図１２】 図１１の放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図１３】 従来の放電灯点灯装置の構成図である。
【図１４】 図１３の放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図１５】 図１３の放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図１６】 ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力にＬＣフィルタを設けた場合の従来の放電灯点灯装置の構成図である。
【図１７】 ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力にＬＣフィルタを設けた場合の従来の放電灯点灯装置の構成図である。
【図１８】 図１６，図１７の放電灯点灯装置のＤＣ−ＤＣ変換回路の出力で発生し得る共振現象の例を示す図である。
【符号の説明】
１，１Ａ 負荷回路
１１ 放電灯
１４ 多倍電圧整流回路
２ 直流電源
３ ＤＣ−ＤＣ変換回路
ＳＷ３ スイッチング素子
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 出力制御回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電源から放電灯が必要とする電圧に変換するＤＣ−ＤＣ変換回路を有し、放電灯を安定点灯させる放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３に従来の放電灯点灯装置の構成図を示し（例えば特開２０００−３４０３８５公報参照）、図１３の放電灯点灯装置の動作波形図を図１４，図１５に示す。
【０００３】
図１３において、放電灯点灯装置は、放電灯１１を含む負荷回路１と、直流電源２と、この直流電源２から直流電力を取り込み、この直流電力を制御信号に応じた出力レベルの直流電力に変換し、この変換した直流電力を負荷回路１に出力するＤＣ−ＤＣ変換回路３PAと、このＤＣ−ＤＣ変換回路３PAの出力の検出を行い、この検出結果を利用して上記制御信号を出力する出力制御回路４PAとを備えている。なお、直流電源２は、バッテリにより構成される場合があるほか、商用電源からの交流電力を整流および平滑などして直流電力を得る電源回路などにより構成される場合もある。
【０００４】
負荷回路１に含まれる放電灯１１には、例えば高輝度放電灯などが使用され、この場合、負荷回路１には、インバータ回路１２と、始動回路１３とがさらに設けられる。インバータ回路１２は、ＤＣ−ＤＣ変換回路３PAの出力に接続されたフルブリッジ構成のＦＥＴＱ１〜Ｑ４と、これらＦＥＴＱ１〜Ｑ４のスイッチング制御を行って、ＤＣ−ＤＣ変換回路３PAからの直流電力を交流電力に変換して放電灯１１に供給する制御を行うドライブ回路１２１とにより構成されている。ここで、例えばＦＥＴＱ１，Ｑ４の組みとＦＥＴＱ２，Ｑ３の組みとを交互にオン／オフする制御を行えば、ＤＣ−ＤＣ変換回路３PAからの直流電力を交流電力に変換することができる。
【０００５】
始動回路１３は、インバータ回路１２と放電灯１１との間に介設され、消灯状態の放電灯１１の始動時に高圧パルス電圧を発生して放電灯１１に印加するものである。
【０００６】
ＤＣ−ＤＣ変換回路３PAは、１次巻線ｎ３１および２次巻線ｎ３２を有するトランスＴ３と、このトランスＴ３の１次巻線ｎ３１とともに直流電源２の出力に直列接続され、出力制御回路４PAからの制御信号（図１４，図１５では「ＳＷ制御信号」）に従ってオン／オフする例えばトランジスタなどのスイッチング素子ＳＷ３と、トランスＴ３の２次巻線ｎ３２の両端に直列接続されるダイオードＤ３０およびコンデンサＣ３０とにより構成され、コンデンサＣ３０の両端が直流電力を出力する出力端となっている。図１３の例では、ＤＣ−ＤＣ変換回路３PAで、直流電源２の電圧が放電灯１１を安定点灯させるために必要な電圧に昇降圧され、放電灯点灯装置の出力が主にＤＣ−ＤＣ変換回路３PAで調整される構成になっている。
【０００７】
出力制御回路４PAは、検出部４１と、指令作成部４２と、比較部４３と、発振回路４４と、最大オフ時間可変信号発生回路４５とにより構成されている。
【０００８】
検出部４１は、アンプ４１１，４１２などにより構成され、ＤＣ−ＤＣ変換回路３PAの出力電圧および出力電流の検出を行い、これら検出結果をそれぞれアンプ４１１およびアンプ４１２を介して出力するとともに、トランスＴ３の１次巻線ｎ３１および２次巻線ｎ３２にそれぞれ流れる１次電流Ｉ１および２次電流Ｉ２の検出を行うものである。
【０００９】
指令作成部４２は、ＤＣ−ＤＣ変換回路３PAの出力電力を決定するための電力指令値を発生する電力指令値発生回路４２１と、出力電圧の検出結果および電力指令値から演算を通じて出力電流の制御目標となる電流指令値を求める電流指令値演算部４２２と、出力電流の検出結果および電流指令値から１次側ピーク電流指令を作成する誤差増幅器４２３とにより構成され、検出部４１による出力電圧および出力電流の検出結果から１次側ピーク電流指令を作成するものである。
【００１０】
比較部４３は、コンパレータ４３１〜４３３により構成され、検出部４１による各検出結果に対して比較を行い、これら比較結果により各種信号を生成するものである。コンパレータ４３１は、１次電流Ｉ１の検出結果および１次側ピーク電流指令をそれぞれ非反転入力端子および反転入力端子に入力し、図１４に示す「４３１の出力」のようにリセット信号を出力する。コンパレータ４３２は、非反転入力端子が接地された状態で、２次電流Ｉ２の検出結果を反転入力端子に入力し、図１４に示す「４３２の出力」のようにセット信号を出力する。コンパレータ４３３は、検出部４１による出力電圧の検出結果および所定の基準電圧ＶＲ−ＮＬをそれぞれ非反転入力端子および反転入力端子に入力し、図１５に示す「４３３の出力」のように、スイッチング許可（Ｌレベル）／スイッチング禁止（Ｈレベル）を示すＳＷ許否信号を出力する。
【００１１】
発振回路４４は、フリップフロップ（ＳＲ−ＦＦ）４４１、各種論理回路およびタイマなどにより構成され、最小オン時間制限、最大オン時間制限、最小オフ時間制限および最大オフ時間制限の各機能を有し、比較部４３からの各種信号に応じて、スイッチング素子ＳＷ３をオン／オフするための制御信号をフリップフロップ４４１のＱ端子から出力するものである。最大オフ時間可変信号発生回路４５は、入出力状態に応じて発振回路４４の最大オフ時間の制御値を調整するものである。
【００１２】
基本的には、出力制御回路４PAは、ＤＣ−ＤＣ変換回路３PAの出力端でランプ電流およびランプ電圧の検出を行い、これら検出結果と電力指令に基づいて、フィードバック制御でスイッチング素子ＳＷ３のオン／オフ制御を行う。図１４に示すように、出力制御回路４PAのＳＷ制御信号に従って、回路効率を良くするため、定常定格点灯時には、スイッチング素子ＳＷ３は、所定時間、すなわち１次側ピーク電流指令に達するまでオンしたあとオフし、２次側に吐き出される電流Ｉ２がゼロになった時点で再度オンするように動作する。以下、この動作を境界モード動作と呼ぶ。このスイッチング素子ＳＷ３の駆動の場合、ＰＷＭ信号は周波数およびデューティともに可変となる。
【００１３】
そして、発振回路４４の各機能は以下の理由で設けられている。すなわち、図１３の例のように負荷が放電灯１１である場合、負荷電圧が大幅に変動し、直流電源２が電池などであって電圧が広範囲に変動する場合、周波数変動が広範囲に及ぶ。また、始動直後のようにランプ温度が低い状態で、境界モード動作になると、スイッチング素子ＳＷ３のオン時にインダクタ（Ｔ３）に蓄えられた磁気エネルギーが電流として負荷回路１側に流出するのに要する時間が長くなり、スイッチング周波数が低下して可聴域に入ったり、ピーク電流が上昇するので、トランスＴ３を大型化する必要が生じる。このため、図１３の放電灯点灯装置では、上記変動およびトランスＴ３の大型化を防止するべく、最大オフ時間の値を所定値にすることによって、２次側に電流Ｉ２が流れている状態でも、オフ時間が最大オフ時間に達すれば、スイッチング素子ＳＷ３を強制的に再度オンにして動作させるモードに移行する。これにより、スイッチング周波数の大幅な低下を防止することができる。以下、このモードの動作を連続モード動作と呼ぶ。
【００１４】
逆に、スイッチング周波数が高すぎることによるスイッチング損失の増加を防止するため、スイッチング素子ＳＷ３のオン／オフ時間の最小値が所定値に決められており、トランスＴ３に電流が流れている期間が所定のスイッチング周期未満になったとき、トランスＴ３の１次／２次のどちらにも電流が流れていない期間が存在するモードで動作させる。以下、このモードの動作を不連続モード動作と呼ぶ。
【００１５】
また、広範囲な負荷変動および電源変動に対応し、安定なスイッチング動作をさせるため、オン／オフ期間の最大値／最小値を状態にあわせて所定値に調整する。
【００１６】
特に、電源を投入して回路が動作を開始しても、放電灯１１が消灯状態の無負荷状態であるので、ＤＣ−ＤＣ変換回路３PAの出力が過昇圧してしまう。このため、図１３の放電灯点灯装置では、図１５に示すように、コンパレータ４３３において、出力電圧の検出結果に対して比較を行い、出力電圧の検出結果のレベルが所定の過電圧検出レベルを超えると、発振回路（ＰＷＭ発振回路）４４の最小オフ時間の設定値を略無限大に移行させ、オン信号の出力を禁止するのである。この間欠スイッチング動作により、出力電圧が回路の漏れ電流や検出回路およびドライブ回路１２１などの僅かな消費電力によって出力電圧が過電圧検出レベル以下になるまでスイッチング素子ＳＷ３がオンしなくなり、過昇圧が防止されるのである。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１６に示す構成のＤＣ−ＤＣ変換回路３Ａの出力に、リプル低減用のＬＣフィルタＦ３を設けたり、また、図１７に示す構成のＤＣ−ＤＣ変換回路３の出力に、スイッチング動作によって生じるリプル電圧を低減するためのＬＣフィルタＦ３を設けたりする場合、無負荷時の過昇圧を防止するために間欠スイッチング動作を行ったとき、その間欠発振の周期がＬＣフィルタ３の共振周期に近づくと、図１８に示すように、ＬＣフィルタＦ３後の出力電圧に共振現象が生じ、過大な電圧が発生することがある。
【００１８】
このため、ＬＣフィルタＦ３の時定数を大きくして、共振周期を間欠発振周期に比べ非常に大きくすれば、共振現象は抑制できるが、ＬＣフィルタＦ３を構成するインダクタＬＦ３やコンデンサＣＦ３の大型化を招いてしまう。
【００１９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力にＬＣフィルタを設けても、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１記載の発明の放電灯点灯装置は、放電灯を含む負荷回路と、直流電源と、スイッチング素子を有し、このスイッチング素子を制御信号に従ってオン／オフすることにより、前記直流電源から直流電力を取り込んでその制御信号に応じた出力レベルの直流電力に変換し、この変換した直流電力を、ＬＣフィルタを介して前記負荷回路に出力するＤＣ−ＤＣ変換回路と、このＤＣ−ＤＣ変換回路の出力の検出を行い、この検出結果を利用して前記制御信号を出力する出力制御回路とを備え、この出力制御回路は、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧の検出を行い、前記放電灯が消灯している無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が所定の第１電圧に達すると、前記スイッチング素子に対するオン／オフ制御を間欠的に行って、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧を超えないように調整し、前記出力電圧の検出結果が高いほど、前記スイッチング素子に対するオンデューティを小さくし、少なくとも、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧のレベルに達したときには、前記スイッチング素子に対する１回のスイッチング動作で、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路から前記負荷回路に出力されるエネルギー量と同等のエネルギー量を前記無負荷状態時の回路損失で消費する時間が、前記ＬＣフィルタの共振周期に比べ、十分小さくなるまでオンデューティを小さくすることを特徴とする。
【００２１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧より低い第２電圧を超えると、少なくとも前記スイッチング素子に対するオンデューティを小さくすることを特徴とする。
【００２２】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、少なくとも前記出力電圧の検出結果に応じて前記スイッチング素子に対するオンデューティを連続的に変化させることを特徴とする。
【００２３】
請求項４記載の発明の放電灯点灯装置は、放電灯を含む負荷回路と、直流電源と、スイッチング素子を有し、このスイッチング素子を制御信号に従ってオン／オフすることにより、前記直流電源から直流電力を取り込んでその制御信号に応じた出力レベルの直流電力に変換し、この変換した直流電力を、ＬＣフィルタを介して前記負荷回路に出力するＤＣ−ＤＣ変換回路と、このＤＣ−ＤＣ変換回路の出力の検出を行い、この検出結果を利用して前記制御信号を出力する出力制御回路とを備え、この出力制御回路は、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧の検出を行い、前記放電灯が消灯している無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が所定の第１電圧に達すると、前記スイッチング素子に対するオン／オフ制御を間欠的に行って、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧を超えないように調整し、前記出力電圧の検出結果が高いほど、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を高くし、少なくとも、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧のレベルに達したときには、前記スイッチング素子に対する１回のスイッチング動作で、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路から前記負荷回路に出力されるエネルギー量と同等のエネルギー量を前記無負荷状態時の回路損失で消費する時間が、前記ＬＣフィルタの共振周期に比べ、十分小さくなるまでスイッチング周波数を高くすることを特徴とする。
【００２４】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧より低い第２電圧を超えると、少なくとも前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を高くすることを特徴とする。
【００２５】
請求項６記載の発明は、請求項４記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、少なくとも前記出力電圧の検出結果に応じて前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を連続的に変化させることを特徴とする。
【００２６】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が高いほど、前記スイッチング素子に対するオンデューティを小さくするとともに、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を高くすることを特徴とする。
【００２７】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧より低い第２電圧を超えると、前記スイッチング素子に対するオンデューティを小さくし、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧より低い第３電圧を超えると、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を高くすることを特徴とする。
【００２８】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の放電灯点灯装置において、前記第２電圧および第３電圧は同一レベルであることを特徴とする。
【００２９】
請求項１０記載の発明は、請求項８記載の放電灯点灯装置において、前記第２電圧は前記第３電圧よりも高レベルであることを特徴とする。
【００３０】
請求項１１記載の発明は、請求項８記載の放電灯点灯装置において、前記第３電圧は前記第２電圧よりも高レベルであることを特徴とする。
【００３１】
請求項１２記載の発明は、請求項８記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果に応じて、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数およびオンデューティを連続的に変化させることを特徴とする。
【００３２】
請求項１３記載の発明は、請求項１〜１２のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路内の交番電圧箇所に入力が接続される多倍電圧整流回路をさらに備え、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果がほぼ前記第１電圧のレベルに達するまで、前記多倍電圧整流回路の出力が所定の第４電圧を超えないように、前記スイッチング素子に対してオン／オフ制御を行うことを特徴とする。
【００３３】
請求項１４記載の発明は、請求項１３記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記出力電圧の検出結果が前記第２電圧に達するまで、所定値以下のスイッチング周波数で前記スイッチング素子に対してオン／オフ制御を行うことにより、前記多倍電圧整流回路の出力電圧の上昇を抑制し、前記出力電圧の検出結果が前記第２電圧を超えると、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を増加することにより、前記多倍電圧整流回路の出力電圧の上昇を加速させることを特徴とする。
【００３４】
請求項１５記載の発明は、請求項１〜１４のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記直流電源の電圧に対して前記スイッチング素子に対するオンデューティを変化させることを特徴とする。
【００３５】
請求項１６記載の発明は、請求項１５記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記直流電源の電圧に対して前記スイッチング素子に対するオンデューティを反比例するように変化させることを特徴とする。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図であり、この図を用いて第１実施形態について説明する。
【００３７】
図１に示す放電灯点灯装置は、負荷回路１と、直流電源２とを図１３の放電灯点灯装置と同様に備えているほか、図１３の放電灯点灯装置との相違点として、ＤＣ−ＤＣ変換回路３と、出力制御回路４とを備えている。
【００３８】
ＤＣ−ＤＣ変換回路３は、１次巻線ｎ３１および２次巻線ｎ３２を有するトランスＴ３と、このトランスＴ３の１次巻線ｎ３１とともに直流電源２の出力に直列接続され、出力制御回路４からの制御信号に従ってオン／オフするスイッチング素子ＳＷ３と、このスイッチング素子ＳＷ３および１次巻線ｎ３１の接続点と２次巻線ｎ３２の一端との間に接続されるコンデンサＣ３１と、２次巻線ｎ３２の他端とグランドとの間に接続されるダイオードＤ３１と、ＬＣフィルタＦ３とにより構成されている。ＬＣフィルタＦ３は、２次巻線ｎ３２の一端とグランドとの間に直列接続されるインダクタＬＦ３およびコンデンサＣＦ３により構成され、コンデンサＣＦ３の両端がＤＣ−ＤＣ変換回路３の出力端となっている。
【００３９】
出力制御回路４は、検出部４１と、指令作成部４２と、比較部４３と、発振回路４４と、最大オフ時間可変信号発生回路４５とを、図１３の出力制御回路４PAと同様に備えているほか、この出力制御回路４PAとの相違点として点灯判別回路４６を備えている。
【００４０】
この点灯判別回路４６は、検出部４１による出力電圧の検出結果から、放電灯１１が消灯状態であって負荷回路１が無負荷状態であるか否かの判別を行い、無負荷状態であれば、発振回路４４におけるオン／オフ制御値を無負荷動作時の所定値に切り替えるものである。
【００４１】
負荷回路１が無負荷状態であるとき、ＤＣ−ＤＣ変換回路３の出力がほぼゼロに近く、１次ピーク電流が最大を示すため、スイッチング素子ＳＷ３のオン時間を最大オン時間制限の機能で調整でき、また、出力電圧が高いため、２次電流Ｉ２が流れる時間が短く、スイッチング素子ＳＷ３のオフ時間を最小オフ時間で調整できる。つまり、無負荷時、これら２つの制限値により、スイッチング周波数およびデューティを調整できるのである。
【００４２】
ところで、図１８に示した出力電圧の共振現象を抑制するためには、間欠スイッチングの周期をＬＣフィルタＦ３の共振周期より短くすればよい。いま、無負荷時のスイッチング周期をＴＳＷ、ＬＣフィルタ３の共振周期をＴＬＣ、１回のスイッチングで出力側に送られるエネルギーをＥＰ、同１回のスイッチング周期内に出力端より消費される回路損失などのエネルギー量をＥＬとしたとき、
（１＋ＥＰ/ＥＬ）×ＴＳＷ＜＜ＴＬＣ
を満足するようにし、無負荷時の１回のスイッチング動作において、出力側へ送られるエネルギーをスイッチング周波数ないしデューティにより調整する。すなわち、１回のスイッチングで出力側に送られるエネルギー量を減らし、出力電圧が過電圧検出レベル以下に低下する時間を短くすることで、間欠スイッチングの周期を短くするのである。負荷回路１が無負荷状態であるとき、このようなスイッチング条件となるように、スイッチング周波数ないしデューティを所定値に切り替えることで、図１８に示すような共振現象を抑制することができる。
【００４３】
なお、図１の例では、点灯判別による無負荷動作への切替えは、出力電圧の検出結果を利用して行われる構成になっているが、出力電流の検出結果、または出力電流および出力電圧の両検出結果を利用して行われる構成でもよい。
【００４４】
図２は本発明の第２実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図であり、この図を用いて第２実施形態について説明する。
【００４５】
図２に示す放電灯点灯装置は、負荷回路１と、直流電源２と、ＤＣ−ＤＣ変換回路３とを第１実施形態と同様に備えているほか、第１実施形態との相違点として出力制御回路４Ａを備えている。
【００４６】
この出力制御回路４Ａは、第１実施形態と同様の検出部４１、指令作成部４２および点灯判別回路４６を備えているとともに、コンパレータ４３１，４３３により構成される比較部４３Ａのほか、周波数調整回路４７と、発振回路４４Ａとを備えている。
【００４７】
周波数調整回路４７は、検出部４１による１次電流Ｉ１および２次電流Ｉ２の検出結果と点灯判別回路４６からの無負荷モード切替信号に応じて、スイッチング周波数指令の信号を出力するものである。
【００４８】
発振回路４４Ａは、フリップフロップ４４１、発振器４４２および各種論理回路などにより構成され、比較部４３Ａからの各種信号と周波数調整回路４７からのスイッチング周波数指令の信号に応じて、スイッチング素子ＳＷ３をオン／オフするための制御信号を出力するものである。
【００４９】
つまり、スイッチング周波数は発振器４４２で決められ、この発振器４４２の出力信号の立上りでスイッチング素子ＳＷ３をオンし、ＤＣ−ＤＣ変換回路３の１次側に所定の電流が流れると、スイッチング素子ＳＷ３をオフするように回路が構成されるのである。また、発振器４４２の出力信号の立下がりでスイッチング素子ＳＷ３を強制的にオフするようにすれば、最大オン時間（最大オンデューティ）を発振器４４２で決定することができる。
【００５０】
負荷回路１が無負荷状態であるとき、出力がほぼゼロであるため、１次側ピーク電流指令が最大値となり、スイッチング周波数およびデューティはほぼ発振器４４２の条件で決まる。
【００５１】
図２の実施形態では、点灯判別回路４６により負荷回路１が無負荷状態であると検出されれば、上述のスイッチング条件になるように、周波数調整回路４７を通じて発振器４４２のスイッチング周波数、デューティが切り替えられる。
【００５２】
図３は本発明の第３実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図、図４は図３の放電灯点灯装置の動作波形図であり、これらの図を用いて第３実施形態について説明する。
【００５３】
図３に示す放電灯点灯装置は、負荷回路１と、直流電源２と、ＤＣ−ＤＣ変換回路３とを第２実施形態と同様に備えているほか、第２実施形態との相違点として、周波数調整回路４７に代えて、調整回路（図３では「ＳＷ周波数ｍａｘ．ＯＮ−Ｄｕｔｙ調整回路」）４７Ａを有する出力制御回路４Ｂを備えている。
【００５４】
ここで、前述した実施形態により、ＤＣ−ＤＣ変換回路３の出力の共振現象を抑制することができるが、無負荷時における回路の損失量が小さいため、上述のスイッチング条件では、ＤＣ−ＤＣ変換回路３の出力電圧が所定の無負荷電圧まで上昇するのに時間を要し、点灯するまで時間がかかりすぎる。
【００５５】
そのため、第３実施形態では、図４に示すように、出力電圧が過電圧検出レベルより低い所定値（図４では「ＳＷ条件切替レベル」）になるまでは、図４に示す「無負荷Ｄｕｔｙ指令」のように、オンデューティを大きくし、昇圧速度を上げる。そして、出力電圧がＳＷ条件切替レベルを越えると、デューティを小さくし、上述のスイッチング条件に切り替えることで、間欠スイッチング状態になった場合の共振現象を抑制することができる。
【００５６】
図５は本発明の第４実施形態に係る放電灯点灯装置の動作波形図であり、この図を用いて第４実施形態について説明する。
【００５７】
第４実施形態の放電灯点灯装置は、調整回路４７Ａとは相違する調整回路を有する出力制御回路を備えている以外は第３実施形態の放電灯点灯装置と同様に構成される。つまり、図４では、ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧が過電圧検出レベルより低いＳＷ条件切替レベルに達すると、調整回路４７Ａを通じて発振回路４４Ａによるスイッチング素子ＳＷ３に対するスイッチングデューティを小さくして、ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力側に送られるエネルギーを減らし、ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力における共振現象を抑制しているが、第４実施形態の調整回路は、図５に示すように、出力電圧がＳＷ条件切替レベルに出力電圧が達すると、図５に示す「無負荷周波数指令」のように、発振回路４４Ａによるスイッチング素子ＳＷ３に対するスイッチング周波数を所定値に上げるのである。この構成でも、間欠スイッチング状態になった場合の共振現象を抑制することができる。
【００５８】
なお、図４では、無負荷Ｄｕｔｙ指令により、出力電圧に対してスイッチングデューティが段階的に切り替えられる構成になっているが、図６に示すように、無負荷ＳＷ−Ｄｕｔｙ指令により、出力電圧に対してスイッチングデューティが連続的に変化する構成でもよい。
【００５９】
また、図５では、無負荷周波数指令により、出力電圧に対してスイッチング周波数が段階的に切り替えられる構成になっているが、図７に示すように、無負荷ＳＷ周波数指令により、出力電圧に対してスイッチング周波数が連続的に変化する構成でもよい。
【００６０】
図８は本発明の第５実施形態に係る放電灯点灯装置の動作波形図であり、この図を用いて第５実施形態について説明する。
【００６１】
第５実施形態の放電灯点灯装置は、調整回路４７Ａとは相違する調整回路を有する出力制御回路を備えている以外は第３実施形態の放電灯点灯装置と同様に構成される。
【００６２】
第５実施形態の調整回路は、図８に示すように、出力電圧がＳＷ条件切替レベルに出力電圧が達すると、図８に示す「無負荷Ｄｕｔｙ指令」のように、発振回路４４Ａによるスイッチング素子ＳＷ３に対するスイッチングデューティを小さくするとともに、図８に示す「無負荷周波数指令」のように、発振回路４４Ａによるスイッチング素子ＳＷ３に対するスイッチング周波数を所定値に上げるものである。このように、スイッチング周波数およびデューティの両方を切り替えることで、間欠スイッチング時において、スイッチング素子ＳＷ３がスイッチングを行っている場合の出力電圧の上昇率をきめ細かく設定できるようになる。
【００６３】
なお、図８の例では、スイッチング周波数およびデューティの切替えは、同一のしきい値レベルで行われる構成になっているが、異なるしきい値レベルで行われる構成でもよい。また、図６および図７の如く、出力電圧に対してスイッチング周波数およびデューティが連続的に変化する構成でもよい。
【００６４】
図９は本発明の第６実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図、図１０は図９の放電灯点灯装置の動作波形図であり、これらの図を用いて第６実施形態について説明する。
【００６５】
図９に示す放電灯点灯装置は、直流電源２と、ＤＣ−ＤＣ変換回路３と、出力制御回路４Ｂとを第３実施形態と同様に備えているほか、第３実施形態との相違点として負荷回路１Ａを備えている。
【００６６】
この負荷回路１Ａは、第３実施形態と同様のインバータ回路１２と、ＤＣ−ＤＣ変換回路３の２次巻線ｎ３２の両端に入力が接続された多倍電圧整流回路１４と、始動回路１３Ａとにより構成されている。始動回路１３Ａは、多倍電圧整流回路１４の出力端とインバータ回路１２の一方の出力端との間に接続されるギャップＧａｐと、コンデンサＣＧと、このコンデンサＣＧを介してギャップＧａｐの両端に接続される１次巻線ｎ１１を有するとともにインバータ回路１２の他方の出力端と放電灯１１との間に介設される２次巻線ｎ１２を有するトランス（パルス・トランス）ＰＴ１とにより構成されている。ここで、Ｇａｐがオンすることで、コンデンサＣＧに蓄えられた電荷がトランスＰＴ１の１次巻線ｎ１１を介して急速に放電し、トランスＰＴ１の２次巻線ｎ１２に発生した高圧パルス電圧が放電灯１１に印加し、これにより、放電灯１１が放電を開始することになる。
【００６７】
ＧａｐはコンデンサＣＧの電圧がそのブレークダウン電圧を超えるとオンになるものであり、図９の例では、コンデンサＣＧの充電のために、コッククロフト・ワルトンなどの多倍電圧整流回路１４が使用されている。
【００６８】
この構成では、図１０に示すように、無負荷電圧が最大、すなわち過電圧検出レベルに達した後、始動回路１３ＡのコンデンサＣＧの電圧がＧａｐのブレークダウンの電圧レベルに達するように動作させると、始動しやすく望ましい動作となる。
【００６９】
ところで、多倍電圧整流回路１４は出力電圧とスイッチング周波数によってコンデンサＣＧに対する昇圧速度が影響を受け、また、出力電圧はスイッチング周波数とデューティの影響を受ける。すなわち、出力電圧はスイッチング周波数が低くデューティが大きいほど、電圧上昇の速度が上がり、多倍電圧整流回路１４の出力はスイッチング周波数が高いほど電圧上昇の速度が上がる。
【００７０】
そこで、第６実施形態では、負荷電圧が所定値に達するまでは、スイッチング周波数が低い条件でデューティを大きくして、出力電圧を主に昇圧し、所定値を越えたらデューティを低下させ、スイッチング周波数を上げ、多倍電圧整流回路１４の出力の昇圧速度を上げるように構成される。これにより、図１０のような動作を実現し、かつ出力の共振現象を抑制することができる。
【００７１】
図１１は本発明の第７実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図、図１２は図１１の放電灯点灯装置の動作波形図であり、これらの図を用いて第７実施形態について説明する。
【００７２】
図１１に示す放電灯点灯装置は、負荷回路１と、直流電源２と、ＤＣ−ＤＣ変換回路３とを第３実施形態と同様に備えているほか、第３実施形態との相違点として出力制御回路４Ｃを備えている。
【００７３】
出力制御回路４Ｃは、第３実施形態の検出部４１および調整回路４７Ａに代えて、それぞれ、ＤＣ−ＤＣ変換回路３の入力電圧の検出をさらに行う検出部４１Ａ、およびこの検出部４１Ａによる検出結果をさらに利用する調整回路４７Ｂを有している以外は第３実施形態の出力制御回路４Ｂと同様に構成されている。
【００７４】
図１１の放電灯点灯装置は、無負荷条件におけるスイッチング周波数およびデューティのうち、主としてデューティを電流電圧によって可変する。電池などのように電圧の変動範囲が比較的大きな電源を直流電源２に使用する場合、無負荷時のスイッチング条件の設定値を固定するのは困難である。例えば低電圧の入力時で調整すれば、高電圧の入力条件でスイッチングのストレスなどが大きくなる上、共振を抑制する条件から外れる可能性がある。また、高い入力電圧の条件で調整すれば、低電圧の入力時の出力不足から、電圧の立上りが鈍くなり、点灯するまでに時間を要してしまう。
【００７５】
そこで、調整回路４７Ｂは、図１２のように、スイッチングデューティを入力電圧に応じて変化させるのであり、入力電圧に対してスイッチングデューティを反比例させるとさらに好適となる。
【００７６】
また、調整回路４７Ｂは、図１２に示す「ｍａｘ．Ｄｕｔｙ」により、デューティが必要以上に大きくならないように制限する。そして、このデューティを基準として、上記実施形態と同様、出力電圧によるデューティの切替えないし可変を行う。
【００７７】
このように、上記各実施形態によれば、負荷回路１が無負荷状態となるとき、間欠スイッチング状態でのＤＣ−ＤＣ変換回路の出力における共振現象を抑制することができ、所定の昇圧速度を得ることができ、放電灯１１が点灯するまでの時間を短くできる。
【００７８】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項１記載の発明によれば、放電灯を含む負荷回路と、直流電源と、スイッチング素子を有し、このスイッチング素子を制御信号に従ってオン／オフすることにより、前記直流電源から直流電力を取り込んでその制御信号に応じた出力レベルの直流電力に変換し、この変換した直流電力を、ＬＣフィルタを介して前記負荷回路に出力するＤＣ−ＤＣ変換回路と、このＤＣ−ＤＣ変換回路の出力の検出を行い、この検出結果を利用して前記制御信号を出力する出力制御回路とを備え、この出力制御回路は、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧の検出を行い、前記放電灯が消灯している無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が所定の第１電圧に達すると、前記スイッチング素子に対するオン／オフ制御を間欠的に行って、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧を超えないように調整し、前記出力電圧の検出結果が高いほど、前記スイッチング素子に対するオンデューティを小さくし、少なくとも、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧のレベルに達したときには、前記スイッチング素子に対する１回のスイッチング動作で、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路から前記負荷回路に出力されるエネルギー量と同等のエネルギー量を前記無負荷状態時の回路損失で消費する時間が、前記ＬＣフィルタの共振周期に比べ、十分小さくなるまでオンデューティを小さくするので、ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力にＬＣフィルタを設けても、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００７９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧より低い第２電圧を超えると、少なくとも前記スイッチング素子に対するオンデューティを小さくするので、放電灯が点灯するまでの時間を長くすることなく、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００８０】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、少なくとも前記出力電圧の検出結果に応じて前記スイッチング素子に対するオンデューティを連続的に変化させるのであり、この場合も、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００８１】
請求項４記載の発明によれば、放電灯を含む負荷回路と、直流電源と、スイッチング素子を有し、このスイッチング素子を制御信号に従ってオン／オフすることにより、前記直流電源から直流電力を取り込んでその制御信号に応じた出力レベルの直流電力に変換し、この変換した直流電力を、ＬＣフィルタを介して前記負荷回路に出力するＤＣ−ＤＣ変換回路と、このＤＣ−ＤＣ変換回路の出力の検出を行い、この検出結果を利用して前記制御信号を出力する出力制御回路とを備え、この出力制御回路は、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧の検出を行い、前記放電灯が消灯している無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が所定の第１電圧に達すると、前記スイッチング素子に対するオン／オフ制御を間欠的に行って、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧を超えないように調整し、前記出力電圧の検出結果が高いほど、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を高くし、少なくとも、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧のレベルに達したときには、前記スイッチング素子に対する１回のスイッチング動作で、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路から前記負荷回路に出力されるエネルギー量と同等のエネルギー量を前記無負荷状態時の回路損失で消費する時間が、前記ＬＣフィルタの共振周期に比べ、十分小さくなるまでスイッチング周波数を高くするので、ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力にＬＣフィルタを設けても、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００８２】
請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧より低い第２電圧を超えると、少なくとも前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を高くするのであり、この場合も、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００８３】
請求項６記載の発明によれば、請求項４記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、少なくとも前記出力電圧の検出結果に応じて前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を連続的に変化させるのであり、この場合も、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００８４】
請求項７記載の発明によれば、請求項１〜６のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が高いほど、前記スイッチング素子に対するオンデューティを小さくするとともに、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を高くするので、ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧の上昇率をきめ細かく設定することができる。
【００８５】
請求項８記載の発明によれば、請求項７記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧より低い第２電圧を超えると、前記スイッチング素子に対するオンデューティを小さくし、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧より低い第３電圧を超えると、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を高くするので、放電灯が点灯するまでの時間を長くすることなく、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００８６】
請求項９記載の発明によれば、請求項８記載の放電灯点灯装置において、前記第２電圧および第３電圧は同一レベルであり、この場合も、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００８７】
請求項１０記載の発明によれば、請求項８記載の放電灯点灯装置において、前記第２電圧は前記第３電圧よりも高レベルであり、この場合も、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００８８】
請求項１１記載の発明によれば、請求項８記載の放電灯点灯装置において、前記第３電圧は前記第２電圧よりも高レベルであり、この場合も、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００８９】
請求項１２記載の発明によれば、請求項８記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果に応じて、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数およびオンデューティを連続的に変化させるのであり、この場合も、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００９０】
請求項１３記載の発明によれば、請求項１〜１２のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路内の交番電圧箇所に入力が接続される多倍電圧整流回路をさらに備え、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果がほぼ前記第１電圧のレベルに達するまで、前記多倍電圧整流回路の出力が所定の第４電圧を超えないように、前記スイッチング素子に対してオン／オフ制御を行うので、好適な始動性を確保しつつ、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００９１】
請求項１４記載の発明によれば、請求項１３記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記出力電圧の検出結果が前記第２電圧に達するまで、所定値以下のスイッチング周波数で前記スイッチング素子に対してオン／オフ制御を行うことにより、前記多倍電圧整流回路の出力電圧の上昇を抑制し、前記出力電圧の検出結果が前記第２電圧を超えると、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を増加することにより、前記多倍電圧整流回路の出力電圧の上昇を加速させるので、好適な始動性を確保しつつ、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００９２】
請求項１５記載の発明によれば、請求項１〜１４のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記直流電源の電圧に対して前記スイッチング素子に対するオンデューティを変化させるのであり、この場合も、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【００９３】
請求項１６記載の発明によれば、請求項１５記載の放電灯点灯装置において、前記出力制御回路は、前記直流電源の電圧に対して前記スイッチング素子に対するオンデューティを反比例するように変化させるのであり、この場合も、負荷回路が無負荷状態である場合に発生し得るＬＣフィルタの共振現象を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図である。
【図２】 本発明の第２実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図である。
【図３】 本発明の第３実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図である。
【図４】 図３の放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図５】 本発明の第４実施形態に係る放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図６】 ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧に対してスイッチング素子のデューティを連続的を変化させる別の制御例を示す図である。
【図７】 ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧に対してスイッチング素子のスイッチング周波数を連続的を変化させる別の制御例を示す図である。
【図８】 本発明の第５実施形態に係る放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図９】 本発明の第６実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図である。
【図１０】 図９の放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図１１】 本発明の第７実施形態に係る放電灯点灯装置の構成図である。
【図１２】 図１１の放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図１３】 従来の放電灯点灯装置の構成図である。
【図１４】 図１３の放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図１５】 図１３の放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図１６】 ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力にＬＣフィルタを設けた場合の従来の放電灯点灯装置の構成図である。
【図１７】 ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力にＬＣフィルタを設けた場合の従来の放電灯点灯装置の構成図である。
【図１８】 図１６，図１７の放電灯点灯装置のＤＣ−ＤＣ変換回路の出力で発生し得る共振現象の例を示す図である。
【符号の説明】
１，１Ａ 負荷回路
１１ 放電灯
１４ 多倍電圧整流回路
２ 直流電源
３ ＤＣ−ＤＣ変換回路
ＳＷ３ スイッチング素子
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 出力制御回路
Claims (16)
- 放電灯を含む負荷回路と、直流電源と、スイッチング素子を有し、このスイッチング素子を制御信号に従ってオン／オフすることにより、前記直流電源から直流電力を取り込んでその制御信号に応じた出力レベルの直流電力に変換し、この変換した直流電力を、ＬＣフィルタを介して前記負荷回路に出力するＤＣ−ＤＣ変換回路と、このＤＣ−ＤＣ変換回路の出力の検出を行い、この検出結果を利用して前記制御信号を出力する出力制御回路とを備え、
この出力制御回路は、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧の検出を行い、前記放電灯が消灯している無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が所定の第１電圧に達すると、前記スイッチング素子に対するオン／オフ制御を間欠的に行って、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧を超えないように調整し、前記出力電圧の検出結果が高いほど、前記スイッチング素子に対するオンデューティを小さくし、少なくとも、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧のレベルに達したときには、前記スイッチング素子に対する１回のスイッチング動作で、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路から前記負荷回路に出力されるエネルギー量と同等のエネルギー量を前記無負荷状態時の回路損失で消費する時間が、前記ＬＣフィルタの共振周期に比べ、十分小さくなるまでオンデューティを小さくする
ことを特徴とする放電灯点灯装置。 - 前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧より低い第２電圧を超えると、少なくとも前記スイッチング素子に対するオンデューティを小さくすることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
- 前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、少なくとも前記出力電圧の検出結果に応じて前記スイッチング素子に対するオンデューティを連続的に変化させることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
- 放電灯を含む負荷回路と、直流電源と、スイッチング素子を有し、このスイッチング素子を制御信号に従ってオン／オフすることにより、前記直流電源から直流電力を取り込んでその制御信号に応じた出力レベルの直流電力に変換し、この変換した直流電力を、ＬＣフィルタを介して前記負荷回路に出力するＤＣ−ＤＣ変換回路と、このＤＣ−ＤＣ変換回路の出力の検出を行い、この検出結果を利用して前記制御信号を出力する出力制御回路とを備え、
この出力制御回路は、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧の検出を行い、前記放電灯が消灯している無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が所定の第１電圧に達すると、前記スイッチング素子に対するオン／オフ制御を間欠的に行って、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧を超えないように調整し、前記出力電圧の検出結果が高いほど、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を高くし、少なくとも、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧のレベルに達したときには、前記スイッチング素子に対する１回のスイッチング動作で、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路から前記負荷回路に出力されるエネルギー量と同等のエネルギー量を前記無負荷状態時の回路損失で消費する時間が、前記ＬＣフィルタの共振周期に比べ、十分小さくなるまでスイッチング周波数を高くする
ことを特徴とする放電灯点灯装置。 - 前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧より低い第２電圧を超えると、少なくとも前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を高くすることを特徴とする請求項４記載の放電灯点灯装置。
- 前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、少なくとも前記出力電圧の検出結果に応じて前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を連続的に変化させることを特徴とする請求項４記載の放電灯点灯装置。
- 前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が高いほど、前記スイッチング素子に対するオンデューティを小さくするとともに、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を高くすることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
- 前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧より低い第２電圧を超えると、前記スイッチング素子に対するオンデューティを小さくし、前記出力電圧の検出結果が前記第１電圧より低い第３電圧を超えると、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を高くすることを特徴とする請求項７記載の放電灯点灯装置。
- 前記第２電圧および第３電圧は同一レベルであることを特徴とする請求項８記載の放電灯点灯装置。
- 前記第２電圧は前記第３電圧よりも高レベルであることを特徴とする請求項８記載の放電灯点灯装置。
- 前記第３電圧は前記第２電圧よりも高レベルであることを特徴とする請求項８記載の放電灯点灯装置。
- 前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果に応じて、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数およびオンデューティを連続的に変化させることを特徴とする請求項８記載の放電灯点灯装置。
- 前記ＤＣ−ＤＣ変換回路内の交番電圧箇所に入力が接続される多倍電圧整流回路をさらに備え、前記出力制御回路は、前記無負荷状態において、前記出力電圧の検出結果がほぼ前記第１電圧のレベルに達するまで、前記多倍電圧整流回路の出力が所定の第４電圧を超えないように、前記スイッチング素子に対してオン／オフ制御を行うことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
- 前記出力制御回路は、前記出力電圧の検出結果が前記第２電圧に達するまで、所定値以下のスイッチング周波数で前記スイッチング素子に対してオン／オフ制御を行うことにより、前記多倍電圧整流回路の出力電圧の上昇を抑制し、前記出力電圧の検出結果が前記第２電圧を超えると、前記スイッチング素子に対するスイッチング周波数を増加することにより、前記多倍電圧整流回路の出力電圧の上昇を加速させることを特徴とする請求項１３記載の放電灯点灯装置。
- 前記出力制御回路は、前記直流電源の電圧に対して前記スイッチング素子に対するオンデューティを変化させることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
- 前記出力制御回路は、前記直流電源の電圧に対して前記スイッチング素子に対するオンデューティを反比例するように変化させることを特徴とする請求項１５記載の放電灯点灯装置。
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