JP2006185876A - Power sourve device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放電ランプに対する定電力制御機能を有する電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device having a constant power control function for a discharge lamp.
近年、HID(High Intensity Discharge;高輝度放電)ランプと呼ばれる、金属蒸気中の放電により発光する放電ランプが広く用いられ始めている。この高輝度放電ランプとしては、例えばメタルハライドランプや高圧ナトリウムランプ、水銀ランプなどが挙げられ、高効率で大光束が得られることから、公共施設や産業施設などに広く用いられている。 In recent years, a discharge lamp called a HID (High Intensity Discharge) lamp, which emits light by discharge in metal vapor, has begun to be widely used. Examples of the high-intensity discharge lamp include a metal halide lamp, a high-pressure sodium lamp, a mercury lamp, and the like, and a large luminous flux can be obtained with high efficiency, so that it is widely used in public facilities and industrial facilities.
この高輝度放電ランプを点灯させるには、大きく分けて以下の3つの段階を経る必要がある。
(1)ランプ電極間に、放電経路を生成する
(2)放電経路の電流を維持・増大させながら、安定放電に移行するように、時間変化するランプ電圧に沿った制御を行う
(3)安定放電状態になったら、ランプ電力に対して定電力制御を行う
In order to turn on this high-intensity discharge lamp, it is necessary to roughly divide the following three stages.
(1) A discharge path is generated between the lamp electrodes. (2) While maintaining / increasing the current in the discharge path, control is performed along the time-varying lamp voltage so as to shift to stable discharge. (3) Stable When discharged, perform constant power control on lamp power
ここで、上記の段階(1)の役割を果たすのが、イグナイタ(高圧パルス発生器)と呼ばれる始動器であり、上記の段階(2)および段階(3)の制御を行うのが、バラストと呼ばれる安定器(電源装置)である。このうち、安定器は主に、チョッパ回路などのスイッチング回路と、そのスイッチング回路のスイッチング素子に対してPWM(Pulse Width Modulation;パルス幅変調)制御を行うPWMコントローラとから構成される。 Here, it is a starter called an igniter (high voltage pulse generator) that plays the role of the above stage (1), and the control of the above stage (2) and stage (3) controls the ballast. It is called a ballast (power supply device). Among them, the ballast mainly includes a switching circuit such as a chopper circuit and a PWM controller that performs PWM (Pulse Width Modulation) control on the switching elements of the switching circuit.
このような安定器における定電力制御方法の1つとして、マイコンなどの制御装置を用いたものが挙げられる。これは、この制御装置内の制御回路によって、検出されたランプ電圧およびランプ電流に基づいた電力換算が行われ、一定の電力となるような制御がなされるものである。具体的には、この制御回路から出力されたデジタル制御信号は、アナログ信号に変換され、PWMコントローラへ重畳される。そしてその信号は、PWMコントローラ内の三角波発振回路の出力パルスとPWMコントローラ内の比較器で比較され、スイッチング電源回路におけるスイッチング素子のデューティ比が、一定の電力となるよう、パルス制御がなされるようになっている。このように制御回路を用いるようにした場合、安定器全体としての構成が簡易化するという利点がある。 One of the constant power control methods in such a ballast is a method using a control device such as a microcomputer. In this control, power conversion based on the detected lamp voltage and lamp current is performed by a control circuit in the control device, and control is performed so as to obtain constant power. Specifically, the digital control signal output from this control circuit is converted into an analog signal and superimposed on the PWM controller. The signal is compared with the output pulse of the triangular wave oscillation circuit in the PWM controller by a comparator in the PWM controller, and pulse control is performed so that the duty ratio of the switching element in the switching power supply circuit becomes constant power. It has become. When the control circuit is used in this way, there is an advantage that the configuration of the entire ballast is simplified.
例えば、特許文献1には、検出されたランプ電圧とランプ電流とに基づいてデジタル乗算器により算出された電力値と、データテーブルに記録されたデータとを比較することにより、定電力制御となるよう、スイッチング素子の動作をPWM制御する技術が開示されている。
For example, in
ところで、上記のような制御装置による定電力制御方法では、例えば高輝度放電ランプの電源系が過電力状態であると判断した場合に、制御装置内の制御回路がそのように判断した回数をカウンタで計数するように構成することが考えられる。そしてその回数が所定の規定値に達していない場合には、現状の電力値よりも小さくなるように制御を行い、その回数が所定の規定値に達してもまだ過電力状態である場合には、過電力状態であると判定してシステムをリセットする。つまり、高輝度放電ランプの電源系が目標電力状態(定格電力状態)に戻るまで、PWM制御によりスイッチング素子に対する制御パルスのデューティ比を小さくし、一定の割合で電力値が小さくするように制御することが考えられる。 By the way, in the constant power control method by the control device as described above, for example, when it is determined that the power supply system of the high-intensity discharge lamp is in an overpower state, the number of times the control circuit in the control device determines so is counted. It is conceivable to configure so as to count at If the number of times does not reach a predetermined specified value, control is performed so that the current power value is smaller than the current value. Then, the system is determined to be in an overpower state and the system is reset. In other words, until the power supply system of the high-intensity discharge lamp returns to the target power state (rated power state), the duty ratio of the control pulse to the switching element is reduced by PWM control so that the power value is reduced at a constant rate. It is possible.
しかしながら、このように定格電力状態に戻るまで一定の割合でPWM制御を行った場合、もとの定格電力状態に戻るまでに時間がかかってしまうと共に、戻るまでにどのくらいの時間を要するかを予測することはできない。よって、制御装置が迅速な処理を行うことができないので、過電力状態において電源系の素子にストレスを与える時間が長くなってしまい、これらの素子を損傷させてしまう蓋然性が高くなる。 However, when PWM control is performed at a constant rate until it returns to the rated power state in this way, it takes time to return to the original rated power state, and how long it takes to return is predicted. I can't do it. Therefore, since the control device cannot perform a quick process, the time during which stress is applied to the elements of the power supply system in an overpower state is lengthened, and the probability of damaging these elements increases.
また、上記のように制御装置が、電源系が過電力状態であるかどうかの確認処理を逐一行って判断することから、処理が非常に煩雑なものとなってしまう。 Further, as described above, since the control device performs the determination process for checking whether or not the power supply system is in the overpower state one by one, the process becomes very complicated.
このように、迅速な処理を行うことができない従来の技術では、制御装置の電源装置に対する処理の余裕度が小さくなってしまい、装置を設計する際の自由度が低下してしまっていた。 As described above, in the conventional technique that cannot perform a quick process, the margin of processing for the power supply device of the control device is reduced, and the degree of freedom in designing the device is reduced.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電源装置に対する処理の余裕度を向上させることが可能な電源装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a power supply device capable of improving a processing margin for the power supply device.
本発明の第1の電源装置は、放電ランプが所定の範囲の電力で定電力点灯している定格電力状態であるか否かを示す識別子を記憶する記憶手段と、この記憶手段によって記憶されている識別子を利用して、スイッチング素子の駆動を制御するスイッチング素子駆動回路とを備えたものである。 The first power supply apparatus of the present invention stores storage means for storing an identifier indicating whether or not the discharge lamp is in a rated power state in which constant power is lit at a predetermined range of power, and is stored by the storage means. And a switching element driving circuit for controlling the driving of the switching element using the identifier.
ここで、「定格電力状態」とは、例えば、放電ランプが所定の目標電力値付近で一定の電力を保っている状態を意味する。 Here, the “rated power state” means, for example, a state in which the discharge lamp maintains constant power near a predetermined target power value.
本発明の第1の電源装置では、定格電力状態であるか否かを示す識別子が記憶され、この記憶されている識別子を利用して、スイッチング素子の駆動に対する制御がなされる。 In the first power supply device of the present invention, an identifier indicating whether or not the power is in the rated power state is stored, and the switching of the switching element is controlled using the stored identifier.
本発明の第1の電源装置では、記憶手段によって記憶されている識別子に基づいて、定格電力状態であるか否かを判断する判断手段と、この判断手段によって定格電力状態ではないと判断されたとき、定格電力状態とするための制御信号を生成する制御手段とをさらに備え、上記スイッチング素子駆動回路が、制御手段によって生成された制御信号に基づいて、スイッチング素子の駆動を制御するように構成することが可能である。この場合において、上記制御手段が、判断手段によって定格電力状態であると判断されたとき、次の周期に移行するような制御を行うように構成することが好ましい。 In the first power supply device of the present invention, based on the identifier stored in the storage unit, a determination unit that determines whether or not the rated power state is set, and the determination unit determines that the rated power state is not set. And a control means for generating a control signal for setting the rated power state, and the switching element drive circuit is configured to control the driving of the switching element based on the control signal generated by the control means. Is possible. In this case, it is preferable that the control unit is configured to perform control so as to shift to the next cycle when the determination unit determines that the power is in the rated power state.
本発明の第2の電源装置は、スイッチング素子の駆動を制御するスイッチング素子駆動回路と、放電ランプが所定の範囲の電力で定電力点灯している定格電力状態におけるスイッチング素子の駆動に対する制御内容を記憶する記憶手段とを備え、上記スイッチング素子駆動回路が、記憶手段によって記憶されている定格電力状態における制御内容を利用して、スイッチング素子の駆動を制御するものである。 The second power supply device of the present invention includes a switching element driving circuit that controls driving of the switching element, and a control content for driving the switching element in a rated power state in which the discharge lamp is lit at a constant power with a predetermined range of power. Storage means for storing, and the switching element driving circuit controls the driving of the switching element using the control contents in the rated power state stored by the storage means.
本発明の第2の電源装置では、定格電力状態におけるスイッチング素子の駆動に対する制御内容が記憶され、この記憶されている定格電力状態における制御内容を利用して、スイッチング素子の駆動に対する制御がなされる。 In the second power supply device of the present invention, the control content for driving the switching element in the rated power state is stored, and the control for driving the switching element is performed using the stored control content in the rated power state. .
本発明の第2の電源装置では、定格電力状態であるか否かを判断する判断手段と、この判断手段によって定格電力状態ではないと判断されたとき、記憶手段によって記憶されている定格電力状態における制御内容に基づいて、定格電力状態とするための制御信号を生成する制御手段とをさらに備え、上記スイッチング素子駆動回路が、制御手段によって生成された制御信号に基づいて、スイッチング素子の駆動を制御するように構成することが可能である。 In the second power supply device of the present invention, the judging means for judging whether or not the power is in the rated power state, and the rated power state stored in the storage means when the judging means judges that the power is not in the rated power state. And a control means for generating a control signal for setting the rated power state based on the control content of the switching element, wherein the switching element drive circuit drives the switching element based on the control signal generated by the control means. It can be configured to control.
本発明の第2の電源装置では、上記判断手段が、定格電力状態ではないと判断したとき、その時点におけるスイッチング素子の駆動に対する制御内容と、記憶手段によって記憶されている定格電力状態における制御内容とが互いに一致するか否かを判断し、上記制御手段が、判断手段によってそれぞれの制御内容が互いに一致してないと判断されたとき、この記憶されている定格電力状態における制御内容に基づいて再設定することにより、上記制御信号を生成するよう構成することが好ましい。 In the second power supply device of the present invention, when the determination means determines that the power supply state is not in the rated power state, the control content for driving the switching element at that time and the control content in the rated power state stored in the storage means And when the control means determines that the respective control contents do not match each other, based on the stored control contents in the rated power state. It is preferable that the control signal is generated by resetting.
本発明の第2の電源装置では、上記判断手段が、定格電力状態ではないと判断したとき、記憶手段によって記憶されている定格電力状態における制御内容に基づいて、定格電力状態における電力値を基準とした電力値のずれの程度を判断し、上記制御手段が、判断手段による電力値のずれの程度の判断結果に基づいて、その電力値のずれの程度に応じた段階的な制御を行うように構成することが好ましい。 In the second power supply device of the present invention, when the determining means determines that the rated power state is not established, the power value in the rated power state is determined based on the control content in the rated power state stored by the storage means. The degree of deviation of the power value is determined, and the control means performs stepwise control according to the degree of deviation of the power value based on the determination result of the degree of deviation of the power value by the judging means. It is preferable to configure.
本発明の第2の電源装置では、上記判断手段が、定格電力状態ではないと判断したとき、記憶手段によって記憶されている定格電力状態における制御内容が所定の範囲内のものであるか否かを判断し、上記制御手段が、記憶手段によって記憶されている定格電力状態における制御内容が所定の範囲内のものではないと判断されたとき、装置を停止するように構成することが好ましい。 In the second power supply device of the present invention, whether or not the control content in the rated power state stored by the storage unit is within a predetermined range when the determining unit determines that the rated power state is not present. When the control means determines that the control content in the rated power state stored in the storage means is not within the predetermined range, the apparatus is preferably configured to stop.
本発明の第1の電源装置によれば、定格電力状態であるか否かを示す識別子を記憶しておき、この記憶されている識別子を利用してスイッチング素子の駆動に対する制御を行うようにしたので、定格電力であるか否かを判断する際に演算処理などを逐一行う必要がなく、識別子の内容のみで判断することができ、電源装置に対する処理の余裕度を向上させることが可能となる。よって、装置を設計する際の自由度を向上させることも可能となる。 According to the first power supply device of the present invention, an identifier indicating whether or not the rated power state is present is stored, and the control for driving the switching element is performed using the stored identifier. Therefore, it is not necessary to perform calculation processing and the like one by one when determining whether or not the power is rated power, it is possible to determine only by the contents of the identifier, and it is possible to improve the processing margin for the power supply device. . Therefore, it is possible to improve the degree of freedom when designing the apparatus.
特に、定格電力状態であると判断したときに、次の周期に移行するような制御を行うようにした場合には、不要な処理を省くことで処理を簡素化し、電源装置に対する処理の余裕度をより向上させることが可能となる。 In particular, when it is determined to be in the rated power state and control is performed to shift to the next cycle, the processing is simplified by omitting unnecessary processing, and the margin of processing for the power supply device Can be further improved.
また、本発明の第2の電源装置によれば、定格電力状態におけるスイッチング素子の駆動に対する制御内容を記憶しておき、この記憶されている定格電力状態における制御内容を利用してスイッチング素子の駆動に対する制御を行うようにしたので、記憶されているこの制御内容を利用して、迅速に定格電力状態に戻ることが可能となる。よって、電源装置に対する処理の余裕度を向上させることが可能となり、装置を設計する際の自由度を向上させることも可能となる。 Further, according to the second power supply device of the present invention, the control content for driving the switching element in the rated power state is stored, and the switching content is driven using the stored control content in the rated power state. Therefore, it is possible to quickly return to the rated power state by using the stored control content. Therefore, it is possible to improve the margin of processing for the power supply apparatus, and it is also possible to improve the degree of freedom when designing the apparatus.
特に、定格電力状態ではないと判断したときに、記憶されている制御内容に基づいて電力値のずれの程度を判断し、その電力値のずれの程度に応じて段階的な制御を行うようにした場合には、そのずれの程度に応じて適切な処理を行うことで、より迅速に定格電力状態に戻ることが可能となり、電源装置に対する処理の余裕度をより向上させることが可能となる。 In particular, when it is determined that it is not in the rated power state, the degree of deviation of the power value is judged based on the stored control content, and stepwise control is performed according to the degree of deviation of the power value. In this case, it is possible to return to the rated power state more quickly by performing an appropriate process according to the degree of the deviation, and it is possible to further improve the processing margin for the power supply device.
特にまた、定格電力状態ではないと判断したときに、記憶されている制御内容が所定の範囲内のものであるか否かを判断し、これが所定の範囲内のものではないと判断したときには装置を停止するようにした場合には、制御内容が構成上取り得る範囲からはずれてしまった際などに装置自体の不具合であると判断して迅速に対応することができ、電源装置に対する処理の余裕度をより向上させることが可能となる。 In particular, when it is determined that it is not in the rated power state, it is determined whether the stored control content is within a predetermined range, and when it is determined that this is not within the predetermined range, the device If the control content deviates from the range that can be taken from the configuration, it can be determined that it is a malfunction of the device itself, and a quick response can be made. The degree can be further improved.
以下、本発明を実施するための最良の形態(以下、単に実施の形態という。)について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as an embodiment) will be described in detail with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る電源装置の構成を表すものである。この電源装置は、負荷である高輝度放電ランプ8が定電力点灯するように、高圧を発生し始動器として動作するイグナイタ7を介して制御を行うものである。この電源装置は、図示しない高圧側電源から供給される高圧の直流入力電圧Vinをチョッピング処理によって降圧し、低圧の直流出力電圧V1を得るチョッパ回路1と、フルブリッジ型の4つのスイッチング素子を有するインバータ回路2と、電流検出回路3と、電圧検出回路4と、高輝度放電ランプ8に対する定電力動作の制御を行う制御回路51と、この制御回路51からの制御信号L5に対するデジタル/アナログ変換(D/A変換)を行うD/A変換器52と、チョッパ回路1を駆動するための駆動パルスPLS2を生成するPWMコントローラ6とを備えている。なお、上記の高圧電源は、高圧バッテリであってもよいし、あるいは交流発電機と整流回路との組み合わせであってもよいし、さらに、それらの組み合わせであってもよい。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a configuration of a power supply device according to the first embodiment of the present invention. This power supply device performs control via an
チョッパ回路1は、直流入力電圧Vinが印加される一対の入力端子T1,T2、および直流出力電圧V1が出力される一対のチョッパ回路出力端子T3,T4の間をそれぞれ接続する電源線LHおよび接地線LGと、入力端子T1,T2間に接続された入力平滑コンデンサ11と、入力平滑コンデンサ11の出力側(入力端子T1,T2とは反対側)の電源線LHに挿入配置されたNチャネルFET(Field Effect Transistor;電界効果トランジスタ)12とを備えている。NチャネルFET12は、そのドレインDが入力端子T1側に接続され、ソースSがチョッパ回路出力端子T3側に接続されるように配置されている。また、NチャネルFET12のゲートGは、後述するPWMコントローラ6内の駆動回路64の出力端子VOに接続されている。入力平滑コンデンサ11は、入力された直流入力電圧Vinを平滑化するためのものであり、NチャネルFET12は、直流入力電圧Vinを断続してほぼ矩形状のパルス電圧を生成するスイッチング素子として機能するものである。なお、NチャネルFET12の配置はこれに限られるものではなく、接地線LGと下記の整流ダイオード13のアノードとの間に挿入配置するようにしてもよい。また、図中のドレイン電圧VD、ソース電圧VSおよびゲート電圧VGは、接地線LGに対するNチャネルFET12のドレインD、ソースSおよびゲートGの電位をそれぞれ表している。
The
チョッパ回路1はまた、NチャネルFET12のソース側の電源線LHにカソードが接続され、接地線LGにアノードが接続された整流ダイオード13と、この整流ダイオード13のカソードよりもチョッパ回路出力端子T3側の電源線LHに挿入配置されたチョークコイル14と、このチョークコイル14よりも出力側の電源線LHと接地線LGとの間(すなわち、チョッパ回路出力端子T3,T4の間)に接続された出力平滑コンデンサ15とを備えている。整流ダイオード13は、NチャネルFET12によって生成されたパルス電圧を整流するものであり、チョークコイル14および出力平滑コンデンサ15は、この整流された電圧波形を平滑化するためのものである。なお、チョッパ回路出力端子T3,T4には、インバータ回路2が接続されている。チョッパ回路1はこのような構成により、PWMコントローラ6から出力される駆動パルスPLS2に応じて、約数十〜数百kHzの動作周期でチョッピング動作をし、直流出力電圧V1をインバータ回路2へ供給するようになっている。
The
インバータ回路2は、互いにブリッジ接続された4つのスイッチング素子S1〜S4を有している。具体的には、スイッチング素子S1,S2の一端同士が互いに接続されて接続点P4を構成すると共に、スイッチング素子S3,S4の一端同士が互いに接続されて接続点P5を構成している。また、スイッチング素子S1,S3の他端同士が互いに接続されて接続点P2を構成すると共に、スイッチング素子S2,S4の他端同士が互いに接続されて接続点P3を構成し、これら接続点P2,P3は、それぞれチョッパ回路出力端子T3,T4に接続されている。また、これらスイッチング素子S1〜S4はそれぞれ、制御回路51からの制御信号L1〜L4によって、スイッチング素子S1,S4がオン状態でスイッチング素子S2,S3がオフ状態の期間と、スイッチング素子S2,S3がオン状態でスイッチング素子S1,S4がオフ状態の期間とが交互に切り換えられるようになっている。インバータ回路2はこのような構成により、チョッパ回路出力端子T3,T4間に印加されるチョッパ回路1からの直流出力電圧V1を、約数百Hzの動作周期による上記のスイッチング動作で交流出力電圧V2に変換し、この交流出力電圧V2をインバータ出力端子T5,T6およびイグナイタ7を介して高輝度放電ランプ8に供給するようになっている。なお、これらスイッチング素子S1〜S4はそれぞれ、例えばFETや、バイポーラトランジスタ、IGBT(Insulated Gate Bipolor Transistor)などのスイッチ素子により構成される。
The
電流検出回路3は、チョッパ回路出力端子T4と接続点P3との間で接地線LGに挿入配置されている。電流検出回路3はこのような構成により、チョッパ回路1の直流出力電流I1を高輝度放電ランプ8のランプ電流として検出し、電圧に変換するようになっており、このランプ電流I1の大きさに対応するランプ電流信号LIを、制御回路51の電流入力端子VIに出力するようになっている。なお、この電流検出回路3の配置はこれに限られるものではなく、チョッパ回路出力端子T3と接続点P2との間で電源線LHに挿入配置するようにしてもよい。
The
電圧検出回路4は、接続点P2と制御回路51の電圧入力端子VVとの間に挿入配置されている。電圧検出回路4はこのような構成により、チョッパ回路1の直流出力電圧V1を高輝度放電ランプ8のランプ電圧として検出し、このランプ電圧V1の大きさに対応するランプ電圧信号LVを、制御回路51の電圧入力端子VVに出力するようになっている。なお、この電圧検出回路4の具体的な回路構成としては、例えば、接続点P2と接地との間に配置された図示しない分圧抵抗よって、直流出力電圧V1を検出すると共にこれに応じた信号LVを生成するものが挙げられる。
The
制御回路51は、電流入力端子VIと、電圧入力端子VVと、4つのスイッチング素子制御端子VS1〜VS4と、n個(n:1以上の自然数)の出力端子VO1〜VOnとを有している。電流入力端子VIはランプ電流信号LIを介して電流検出回路3に接続され、電圧入力端子VVはランプ電圧信号LVを介して電圧検出回路4に接続され、スイッチング制御端子VS1〜VS4はそれぞれ、制御信号L1〜L4を介してインバータ回路2内のスイッチング素子S1〜S4に接続され、出力端子VO1〜VOnは、nビットの制御信号L5を介してD/A変換器52の入力端子に接続されている。この制御回路51は、前述のように高輝度放電ランプ8に対する定電力動作の制御を行うものである。具体的には、電流検出回路3によって検出されたランプ電流I1に対応するランプ電流信号LIと、電圧検出回路4によって検出されたランプ電圧V1に対応するランプ電圧信号LVとに基づいて演算を行い、高輝度放電ランプ8を定電力点灯させるためのデジタル(nビット)の制御信号L5を生成すると共に、D/A変換器52を介してこれらの制御信号を、PWMコントローラ6へ出力するようになっている。この制御回路51はまた、スイッチング素子S1〜S4のスイッチング動作を制御する制御信号L1〜L4を生成し、これらのスイッチング素子に供給するようになっている。なお、この制御回路51は、例えばマイコンなどにより構成され、その場合、これら定電力動作の制御はソフトウェアによりなされ、後述するような周期的制御がなされるようになっている。
The
D/A変換器52の入力端子は、nビットの制御信号L5を介して制御回路51の出力端子VO1〜VOnに接続され、出力端子は、後述するように、制御信号L12を介してPWMコントローラ6内の比較器63Bにおける反転入力端子に接続されている。このD/A変換器52は、前述のように制御回路51からのデジタルの制御信号L5に対してD/A変換を行い、アナログの制御信号L12を生成するものであり、例えば複数の抵抗器が交互に接続された、いわゆるR−2Rラダーなどにより構成される。
The input terminal of the D /
ここで、この電源装置では、制御回路51から出力されるnビットの制御信号L5によってソフトスタート機能を利用したPWMコントローラ6の動作モードが決定され、PWMコントローラ6では、高輝度放電ランプ6の電力状態に応じた動作がなされるようになっている。図2は、このソフトスタート機能を利用したPWMコントローラ6の動作モードと、制御回路51から出力されるnビットの制御信号L5と、D/A変換器52により出力される制御信号L12の電圧V12との関係の一例を表すものである。この図において、横軸はPWMコントローラ6の動作モードを、右側の縦軸は8ビットの制御信号L5の値を16進数および10進数(かっこ内の値)で示したものを、左側の縦軸はこれら制御信号L5の値に対応した制御信号L12の電圧V12を表している。なお、この例では、制御信号L5は8ビットであるものとし、また、制御信号L12の電圧V12は、0〜4.00Vまでの電圧範囲であるものとする。また、図中の符号X1,Y1で示した範囲は、制御回路51の制御範囲を表している。
Here, in this power supply device, the operation mode of the
このように、この例では、PWMコントローラ6の動作モードは、制御信号L5=「00H(0)」〜「50H(80)」、すなわち電圧V12=0V〜0.80Vまでの区間に対応する停止モードAと、制御信号L5=「64H(100)」〜「C0H(192)」、すなわち電圧V12=1.00V〜1.92Vまでの区間に対応する定電力制御モードと、制御信号L5=「C0H(192)」〜「FFH(255)」、すなわち電圧V12=1.92V〜2.55Vまでの区間に対応する停止モードBとに大別される。なお、停止モードAと定電力制御モードとの間に位置する、制御信号L5=「50H(80)」〜「64H(100)」、すなわち電圧V12=0.80V〜1.00Vまでの区間は、PWMコントローラ6のスタンバイモードである
Thus, in this example, the operation mode of the
停止モードAは、後述するように、PWMコントローラ6からチョッパ回路1への制御パルスPLS2の供給を停止させる動作モードである。このとき、チョッパ回路1内のNチャネルFET12がオフ状態となることから、電源装置の動作は停止する。この停止モードAは、例えば高輝度放電ランプ8が所定の電力値よりも電力の大きい過電力状態にある場合など、システムに異常が生じたときに設定されるものである。
The stop mode A is an operation mode in which the supply of the control pulse PLS2 from the
定電力制御モードは、高輝度放電ランプ8に対して定電力制御を行うときに設定される動作モードである。この定電力制御モードでは、制御信号L5の値が「64H(100)」から「C0H(192)」へ増加するのに応じて、制御パルスPLS2のデューティ比も増加する(例えば、0%〜46%)ように、PWMコントローラ6内で設定される。このような構成により、後述するように、制御回路51からの制御信号L5によって、チョッパ回路1へ供給される制御パルスPLS2のデューティ比が、任意の値に設定されるようになっている。また、この制御信号L12の電圧V12は、後述するように、PWMコントローラ6内の発振回路62から出力される発振パルスPLS1の振幅電圧範囲内となるように設定されており、これにより定電力制御モードである限り、制御パルスPLS2のデューティ比が正常状態において0%には固定されないようになっている。
The constant power control mode is an operation mode that is set when constant power control is performed on the high-
なお、停止モードBは、やはり制御パルスPLS2のデューティ比が最大となり、電源装置の動作が停止する動作モードである。この停止モードBは、例えばこの電源装置がラッチアップ状態となった場合などに設定される。 The stop mode B is an operation mode in which the duty ratio of the control pulse PLS2 is maximized and the operation of the power supply device is stopped. This stop mode B is set, for example, when this power supply device is in a latch-up state.
図1に戻り、PWMコントローラ6は、基準電圧V3と接続点P6との間の電位差を増幅する増幅器61と、所定の周期の三角波からなる発振パルスPLS1を生成する発振回路62と、比較器63A,63Bからなる比較器63と、それぞれ比較器63A,63Bから出力される比較結果信号L21,L22に基づいて、チョッパ回路1を実際に駆動するための駆動パルスPLS2を生成する駆動回路64とを有している。
Returning to FIG. 1, the
増幅器61の非反転入力端子はPWMコントローラ6の外部に配置された基準電圧電源611に接続され、反転入力端子は接続点P6に接続され、出力端子は比較器63Aの反転入力端子に接続されている。基準電圧電源611からは基準電圧V3が供給され、接続点P6には、定電圧電源612から供給される定電圧V4がPWMコントローラ6の外部に配置された分圧抵抗613,614によって分圧された電圧が供給される。増幅器61はこのような構成により、基準電圧V3と接続点P6との電位差を増幅し(安定化し)、固定電位V11からなる固定増幅信号L11を比較器63Aへ出力するようになっている。なお、この電源装置では、増幅器61によって駆動パルスPLS2のデューティ比を制御することはないので、このデューティ比が最大となるように固定増幅信号L11の固定電位V11は、発振回路62から出力される発振パルスPLS1の電位よりも常に大きくなるように設定されている。
The non-inverting input terminal of the
発振回路62の出力端子は、比較器63A,Bの非反転入力端子に接続されている。また、比較器63Aの反転入力端子は固定増幅信号L11を介して増幅器61の出力端子に接続され、比較器63Aの出力端子は比較結果信号L21を介して駆動回路64の入力端子VC1に接続されている。また、比較器63Bの反転入力端子は制御信号L12を介してD/A変換器52の出力端子に接続され、比較器63Bの出力端子は比較結果信号L22を介して駆動回路64の入力端子VC2に接続されている。比較器63Aはこのような構成により、後述するように、増幅器61から出力された固定増幅信号L11の固定電位V11と発振パルスPLS1の電位とを比較し、固定電位からなる比較結果信号L21を駆動回路64へ出力するようになっている。一方、比較器63Bはこのような構成により、後述するように、D/A変換器52から出力される制御信号L12の電位V12と発振パルスPLS1の電位とを比較し、可変電位からなる比較結果信号L22を駆動回路64へ出力するようになっている。
The output terminal of the oscillation circuit 62 is connected to the non-inverting input terminals of the
駆動回路64は、入力端子VC1,VC2と、出力端子VOとを有している。入力端子VC1,VC2はそれぞれ、比較結果信号L21,L22を介して比較器63A,63Bの出力端子に接続され、出力端子VOはNチャネルFET12のゲートGに接続されている。この駆動回路64は、比較器63A,63Bからそれぞれ出力される比較結果信号L21,L22に基づいて、出力端子VOからNチャネルFET12のゲートGに供給される駆動パルスPLS2を生成するものである。駆動回路64はこのような構成により、駆動パルスPLS2によって、NチャネルFET12をPWM制御駆動するようになっている。なお、図1の例では、駆動回路64から出力された駆動パルスPLS2が直接NチャネルFET12に供給されているが、例えば、一定のアンプを介してNチャネルFET12に供給するように構成してもよい。
The
イグナイタ7は、高輝度ランプ8を点灯させる際に、高輝度ランプ8の図示しないランプ電極間に放電経路を生成する始動器として機能するものであり、インバータ回路2と高輝度放電ランプ8との間に挿入配置されている。また、高輝度放電ランプ8は、金属蒸気中の放電により発光する放電ランプであり、例えばメタルハライドランプや高圧ナトリウムランプ、水銀ランプなどが挙げられる。この高輝度放電ランプ8は、イグナイタ7によって放電経路が生成され、安定放電に移行された後は、インバータ回路2から供給される交流出力電流によって、定電力制御がなされる。
The
ここで、チョッパ回路1は、本発明における「スイッチング電源回路」の一具体例に対応するものであり、NチャネルFET12は、本発明における「スイッチング素子」の一具体例である。また、「高輝度放電ランプ8」は、本発明における「放電ランプ」の一具体例である。また、制御回路51は、本発明における「記憶手段」、「判断手段」および「制御手段」の一具体例であり、制御信号L12は、本発明における「制御信号」の一具体例である。また、PWMコントローラ6は、本発明における「スイッチング素子駆動回路」の一具体例である。
Here, the
次に、図3を参照して、以上のような構成の電源装置の動作を説明する。ここで、図3は、図1に示した電源装置の各部の電圧波形を表すもので、(A)は高輝度放電ランプ8におけるランプ電力P(=ランプ電圧V1×ランプ電流I1)を示し、(B)は固定増幅信号L11の電位V11を示し、(C)は発振パルスPLS1の波形を示し、(D)は制御信号L12の電位V12を示し、(E)はソース電位VSから見た場合の駆動パルスPLS2の波形を示し、(F)はチョッパ回路1の直流出力電圧、すなわちランプ電圧V1を示している。ここに示した例では、電力Pにおける所定の目標電力値(定格電力値)をPt、電位V11の波高値=3.50V、発振パルスPLS1の波低値=1.00V、発振パルスPLS1の波高値=3.00V、電位V12の波低値=0.00V、電位V12の波高値=1.00〜1.92V、駆動パルスPLS2の波低値=0.00V、駆動パルスPLS2の波高値=5.00V、ランプ電圧V1における所定の目標電圧値(定格電圧値)をVtとしている。なお、以下は、本発明の特徴部分である高輝度放電ランプ8の安定放電の際の定格電力制御動作について説明し、安定放電に移行する前の制御動作については、その説明を省略する。
Next, the operation of the power supply apparatus having the above configuration will be described with reference to FIG. Here, FIG. 3 shows the voltage waveform of each part of the power supply device shown in FIG. 1, (A) shows the lamp power P (= lamp voltage V1 × lamp current I1) in the high-
まず、高輝度放電ランプ8の電力Pが所定の目標電力値(定格電力値)Ptよりも大きくなっており、この電源装置によってその電力Pを減少させる際の動作(図3のタイミングt1〜t5の期間)について説明する。
First, the power P of the high-
まず、電流検出回路3および電圧検出回路4によって、それぞれ高輝度放電ランプ8のランプ電流I1およびランプ電圧V1が検出され、検出されたこれらの値に基づいて、制御回路51によって、ランプ電力Pが算出される。そして、例えばタイミングt1においてランプ電圧V1が定格電圧値Vtよりも大きくなっており(図3(F))、それに伴いランプ電力Pも定格電力値Ptよりも大きくなっていること(図3(A))、すなわちタイミングt1において高輝度放電ランプ8が過電力状態にあることが制御回路51によって判断されると、チョッパ回路1への制御パルスPLS2のデューティ比が小さくなるように、制御回路51によって図2に示したようなnビット(この例では、8ビット)の制御信号L5が生成され、D/A変換器52によってその信号がアナログ変換され、そのアナログ化された制御信号L12が、比較器63Bの非反転入力端子へ供給される。
First, the lamp current I1 and the lamp voltage V1 of the high-
比較器63Bでは、供給されたこの制御信号L12の電位V12と、発振パルスPLS1の電位との大小が比較される。ここで、電位V12よりも発振パルスPLS1の電位のほうが小さい場合に、その出力信号である比較結果信号L22は「H」レベルになり、逆に電位V12よりも発振パルスPLS1の電位のほうが大きい場合に、比較結果信号L22は「L」レベル(=0V)となるようになっている。つまり、本実施の形態の電源装置では、前述のように制御信号L12の電位V12が発振パルスPLS1の振幅電圧範囲内となるように設定されている(図3(D))ことから、高輝度放電ランプ8の動作モードが停止モードAまたは停止モードBではない限り比較結果信号L22のデューティ比は正常状態において0%で固定されることはなく、また、電位V12の電圧変化に応じた可変信号となる。
The
一方、比較器63Aでは、増幅器61から出力された固定増幅信号L11の電位V11と、発振パルスPLS1の電位との大小が比較される。ここで、前述のように電位V11は固定電位であると共に発振パルスPLS1の電位よりも常に大きくなっている(図3(B))ことから、比較器63Aの出力信号である比較結果信号L21も、発振パルスPLS1の電位よりも常に大きい「H」レベルの固定信号となる。
On the other hand, the
このように、比較結果信号L22が電位V12の電圧変化に応じた可変信号である一方、比較結果信号L21が発振パルスPLS1の電位よりも常に大きい「H」レベル(=3.50V)の固定信号であることから、駆動回路64では、比較結果信号L22の電位V12が小さくなるのに応じて(図3(D)のタイミングt1〜t5)そのデューティ比が小さくなるように変化する制御パルスPLS2が生成され(図3(E))、チョッパ回路1へ供給される。
Thus, while the comparison result signal L22 is a variable signal according to the voltage change of the potential V12, the comparison result signal L21 is a fixed signal of “H” level (= 3.50 V) that is always larger than the potential of the oscillation pulse PLS1. Therefore, in the
チョッパ回路1では、入力端子T1,T2から供給された直流入力電圧Vinは、入力平滑コンデンサ11により平滑化される。また、この平滑化されたドレイン電圧VDは、NチャネルFET12がオン・オフ動作をすることにより方形波となり、チョークコイル14および出力平滑コンデンサ15により、その波形が平滑化される。そして、チョッパ回路1の直流出力電圧、すなわちランプ電圧V1は、ゲート電圧VGのパルス幅およびドレイン電圧VDによって決定され、負荷である高輝度放電ランプ8の電力状態に応じた出力電流I1が、インバータ回路2へ供給される。
In the
インバータ回路2では、制御回路51からのスイッチング素子制御信号L1〜L4に応じて、スイッチング素子S1,S4がオン状態でスイッチング素子S2,S3がオフ状態の期間と、スイッチング素子S2,S3がオン状態でスイッチング素子S1,S4がオフ状態の期間とが交互に切り換えられ、これによって、チョッパ回路1から供給された直流出力電圧V1(ランプ電圧)に基づいて、交流出力電圧V2が生成される。この交流出力電圧V2は、インバータ出力端子T5,T6を介して高輝度放電ランプ8へ供給される。そして高輝度放電ランプ8では、制御パルスPLS2のデューティ比が小さくなるのに応じて、そのランプ電圧V1およびランプ電力Pもそれぞれ、定格値Vt,Ptとなるように減少する(図3(F),(A))。このようにして、高輝度放電ランプ8が過電力状態から定格電力値Ptとなるように、電源装置によって定格電力制御がなされる。
In the
次に、高輝度放電ランプ8の電力Pが定格電力値Ptよりも小さくなっており、この電源装置によってその電力Pを増加させる際の動作(図3のタイミングt6〜t10の期間)について説明する。
Next, the operation when the power P of the high-
この場合も、上記のように高輝度放電ランプ8が過電力状態から定格電力値Ptとなるように定格電力制御される場合と同様に、制御回路51によって、例えばタイミングt6においてランプ電圧V1が定格電圧値Vtよりも小さくなっており(図3(F))、それに伴いランプ電力Pも定格電力値Ptよりも小さくなっていること(図3(A))、すなわちタイミングt6において高輝度放電ランプ8が低電力状態にあることが判断されると、制御パルスPLS2のデューティ比が大きくなるように、制御回路51によってnビットの制御信号L5が生成され、アナログ化された制御信号L12が、比較器63Bの反転入力端子へ供給される。そして比較器63A,63Bを介して、駆動信号64では、比較結果信号L22の電位V12が大きくなるのに応じて(図3(D)のタイミングt6〜t10)そのデューティ比が大きくなるように変化する制御パルスPLS2が生成され(図3(E))、チョッパ回路1へ供給される。そして高輝度放電ランプ8では、制御パルスPLS2のデューティ比が大きくなるのに応じて、そのランプ電圧V1およびランプ電力Pもそれぞれ、定格値Vt,Ptとなるように増加する(図3(F),(A))。このようにして、高輝度放電ランプ8が低電力状態から定格電力値Ptとなるように、電源装置によって定格電力制御がなされる。
In this case as well, as described above, the rated voltage is controlled so that the high-
次に、図4〜図6を参照して、以上のような定格電力制御の際に、制御回路51が行う周期的な処理動作について説明する。ここで、図4は、図1の電源装置における周期的な定格電力制御処理を表すものである。また、図5および図6は、図4に示した定格電力制御処理(ステップS15)における具体的な処理を表すものである。
Next, a periodic processing operation performed by the
まず、この電源装置における定格電力制御処理は、上記のように一定の周期で行われていることから、制御回路51は、その周期を監視すると共に確認を行う(図4のステップS11)。具体的には、例えば制御回路内に設けられたタイマーによって一定の周期を監視しておき、その周期が経過してから、次の処理に移行するようにする。次に、制御回路51は、インバータ回路2内のスイッチング素子S1〜S4に対してスイッチング素子制御信号L1〜L4をそれぞれ出力し、これらのスイッチング素子が所定の周期(例えば、約数百Hz)のスイッチング動作を行うように制御する(ステップS12)。
First, since the rated power control processing in this power supply apparatus is performed at a constant cycle as described above, the
次に、制御回路51は、電流検出回路3によって検出されたランプ電流I1の大きさに対応するランプ電流信号LI、および電圧検出回路4によって検出されたランプ電圧V1の大きさに対応するランプ電圧信号VIに対して、それぞれデジタル/アナログ変換(A/D変換)を行い、デジタル化された信号を生成する(ステップS13)。そして制御回路51は、これらデジタル化されたランプ電流およびランプ電圧の大きさに対応する信号に基づいて、ランプ電力Pを算出する(ステップS14)。
Next, the
次に、制御回路51は、高輝度放電ランプ8を定格電力値Ptで定電力点灯させるため、以下のような定格電力制御処理を行う(ステップS15)。ここで、この制御回路51内(例えば、メモリ領域など)には、高輝度放電ランプ8が定格電力値Ptで定電力点灯している定格電力状態であるか否かを示すフラグ、およびこの定格電力状態における制御パルスPLS2のデューティ比の設定値が、常に記憶されるようになっている。なお、このフラグは、本発明における「識別子」の一具体例であり、定格電力状態における制御パルスPLS2のデューティ比の設定値は、本発明における「定格電力状態におけるスイッチング素子の駆動に対する制御内容」の一具体例である。
Next, the
まず、制御回路51は、上記のように高輝度ランプ8が定格電力状態であるか否かを示すフラグにより、定格電力状態であるか否かを判断する。具体的にはこの例では、このフラグの値が1であるかどうかを判断する(図5のステップS151)。フラグの値が1であった場合(ステップS151:Y)、次に、制御回路51は、ステップS14において算出したランプ電力Pの値により、実際に目標値である定格電力値Ptであるか否かを判断する(ステップS152)。そして、このランプ電力Pも実際に定格電力値Ptとなっていた場合(ステップS152:Y)、制御回路51は、高輝度放電ランプ8が定格電力状態であると判断し、以下に説明する処理を経ずに、次の周期的制御に移行するように制御する。このように、高輝度放電ランプ8が定格電力状態であると判断されたときには、次の周期的制御に移行するようにしたことで、不要な処理が省かれ、処理が簡素化される。なお、この例では、フラグの値が1のときに定格電力状態であることを示すように構成されているが、逆にフラグの値が0のときに定格電力状態であることを示すように構成してもよい。
First, the
一方、フラグの値が1ではなかった(0であった)場合(ステップS151:N)、またはフラグの値は1であったが、算出されたランプ電力Pが定格電力値Ptではなく、実際には定格電力状態ではなかった場合(ステップS152:N)には、制御回路51は、以下説明するようにして、高輝度放電ランプ8が定格電力状態となるような制御を行う。具体的には、前者の場合、まず高輝度放電ランプ8が過電力状態Aであるか否かを判断し(ステップS154)、後者の場合には、まずフラグをクリア(値を0に設定する)して(ステップS153)から、過電力状態Aであるか否かを判断する(ステップS154)。後者の場合にフラグをクリアしてから判断するようにしたのは、この場合実際には定格電力状態ではないのに、フラグの値が1となっている(定格電力状態であることを示している)からである。このように、フラグの値に加えて、実際に算出されたランプ電力Pにも基づいて高輝度放電ランプ8が定格電力状態であるか否かを判断するようにしたことで、後述するステップS168において定格電力状態になった際にフラグの値を1に設定した後に、経時的な要因により定格電力状態ではなくなったような場合においても、確実に判断することができる。
On the other hand, if the value of the flag is not 1 (0) (step S151: N), or the value of the flag is 1, the calculated lamp power P is not the rated power value Pt but actually Is not in the rated power state (step S152: N), the
ここで、本実施の形態における定格電力制御では、高輝度放電ランプ8が定格電力状態以外の状態であると判断された場合には、制御回路51内に記憶されている定格電力状態における制御パルスPLS2のデューティ比の設定値に基づいて、制御回路51によって、定格電力値Ptを基準としたランプ電力Pのずれの程度が判断され、そのランプ電力Pのずれの程度に応じて段階的な定格電力制御処理が行われるようになっている。具体的にはこの例では、高輝度放電ランプ8の電力状態は、ランプ電力Pの値が定格電力値Ptの115%以上である上記過電力状態Aと、定格電力値Ptの110%以上でかつ115%未満である過電力状態Bと、定格電力値Ptの110%未満でかつ定格電力状態ではない状態とに大別されている。このようにランプ電力Pのずれの程度に応じて段階的な定格電力制御処理が行われようにしたことで、その状態に応じた適切な処理が行われる。
Here, in the rated power control in the present embodiment, when it is determined that the high-
まず、過電力状態A(ランプ電力Pの値が定格電力値Ptの115%以上)であると判断された(ステップS154:Y)場合、制御回路51は、その内部に記憶されているエラー・カウンタの値を1増加させる(ステップS155)。ここでこのエラー・カウンタとは、高輝度放電ランプ8が過電力状態Aであると判断された回数を示すものである。そしてこのエラー・カウンタの値が所定の規定値(例えば、50など)に達したか否かを判断し(ステップS156)、所定の規定値に達した場合(ステップS156:Y)には、制御回路51は、これ以上長い時間、過電力状態の場合、電源系の素子にストレスを与え損傷させてしまうと判断し、システムを停止する(ステップS157)ことで、全体の処理が終了する。エラー・カウンタの値が所定の規定値に達していない場合(ステップS156:N)には、制御回路51内に記憶されている定格電力状態における制御パルスPLS2のデューティ比の設定値が、ソフトウェアの構成上の設定範囲内(例えば前述のように、制御パルスPLS2のデューティ比が0%〜46%の範囲内)であるか否かを判断する(ステップS158)。設定範囲内ではない場合(ステップS158:N)には、制御回路51は、この設定値は構成上取り得ない値であり、何らかの要因で設定値が変更されているものと判断し、システムを停止する(ステップS157)。また、設定範囲内である場合には(ステップS158:Y)、次に制御回路51は、その時点における制御パルスPLS2のデューティ比の設定値と、記憶されている定格電力状態における制御パルスPLS2のデューティ比の設定値とが、互いに一致するか否かを判断する(ステップS159)。すなわち、その時点における設定値が、目標値である定格電力状態における設定値に実際に設定されているかどうかを判断する。
First, when it is determined that the overpower state A (the value of the lamp power P is 115% or more of the rated power value Pt) (step S154: Y), the
記憶されている設定値が実際に定格電力状態における値に設定されている場合(ステップS159:Y)には、制御回路51は、過電力状態Aから定格電力状態へ戻る場合に対応した所定の制御処理である、定格電力制御Aを行う(ステップS161)。これは、例えば損傷などにより、記憶されている設定値が実際に定格電力状態における値に設定されているにもかかわらず、過電力状態Aとなってしまっている場合を考慮したものである。具体的には例えば、制御回路51は、制御パルスPLS2のデューティ比が−5%となるように、前述のnビットの制御信号L5を設定する。なお、この後は次の周期的制御に移行する。このようにして、高輝度放電ランプ8が定格電力状態となるように、前述のようなチョッパ回路1に対するPWM制御がなされる。一方、記憶されている設定値が実際に定格電力状態における値に設定されていない場合(ステップS159:N)には、記憶されている定格電力状態における設定値を目標値として再設定する(ステップS160)ことで、これ以降の処理において、高輝度放電ランプ8が確実に定格電力状態に戻ることができるようにする。なお、この場合もこの後は次の周期的制御に移行する。
When the stored set value is actually set to a value in the rated power state (step S159: Y), the
ここで、ステップS154において過電力状態Aではないと判断された場合(ステップS154:N)には、制御回路51は、一度、エラー・カウンタの値をクリア(値を0とする)する(図6のステップS162)。次に制御回路51は、高輝度放電ランプ8が過電力状態B(定格電力値Ptの110%以上でかつ115%未満)であるか否かを判断する(ステップS163)。過電力状態Bであると判断された場合(ステップS163:Y)には、制御回路51は、過電力状態Bから定格電力状態へ戻る場合に対応した所定の制御処理である、定格電力制御Bを行う(ステップS164)。具体的には例えば、制御回路51は、制御パルスPLS2のデューティ比が−2%となるように、前述のnビットの制御信号L5を設定する。なお、この後は次の周期的制御に移行する。一方、過電力状態Bではないと判断された場合(ステップS163:N)には、次に制御回路51は、高輝度放電ランプ8が定格電力状態であるか否かを判断する(ステップS165)。依然として定格電力状態ではないと判断された場合(ステップS165:N)、高輝度放電ランプ8は、定格電力値Ptの110%未満でかつ定格電力状態ではない状態に該当するので、制御回路51は、この状態から定格電力状態へ戻る場合に対応した所定の制御処理である、定格電力制御Cを行う(ステップS166)。具体的には例えば、制御回路51は、制御パルスPLS2のデューティ比が±1%となるように、前述のnビットの制御信号L5を設定する。なお、この後は次の周期的制御に移行する。
If it is determined in step S154 that the overpower state A is not detected (step S154: N), the
一方、定格電力状態である判断された場合(ステップS165:Y)には、このときの制御パルスPLS2のデューティ比の設定値を、制御回路51内に記憶する(ステップS167)。このようにして、定格電力状態となったときの制御パルスPLS2のデューティ比の設定値が、制御回路51内に記憶される。そして制御回路51は、フラグの値を1に設定することで、高輝度ランプ8が定格電力状態であることを示すようにする(ステップS168)。このようにして、高輝度ランプ8が定格電力状態であることが容易に判断されるようになる。なお、この後は次の周期的制御に移行する。
On the other hand, when the rated power state is determined (step S165: Y), the set value of the duty ratio of the control pulse PLS2 at this time is stored in the control circuit 51 (step S167). In this way, the set value of the duty ratio of the control pulse PLS2 when the rated power state is reached is stored in the
以上のように、本実施の形態では、高輝度放電ランプ8が定格電力状態であるか否かを示すフラグを制御回路51内に記憶しておき、この記憶されているフラグの値を利用して、チョッパ回路1内のNチャネルFET12に対するPWM駆動を制御するようにしたので、高輝度放電ランプ8が定格電力状態であるか否かを判断する際に演算処理などを逐一行う必要がなく、フラグの値のみで判断することができ、制御回路51の電源装置に対する処理の余裕度を向上させることが可能となる。よって、装置を設計する際の自由度を向上させることも可能となる。
As described above, in this embodiment, a flag indicating whether or not the high-
また、定格電力状態であると判断したときに、次の周期的制御に移行するようにしたので、不要な処理を省くことで処理を簡素化し、電源装置に対する処理の余裕度をより向上させることが可能となる。 In addition, when it is determined that it is in the rated power state, the process is shifted to the next periodic control, so that unnecessary processing is simplified to simplify processing and further improve the processing margin for the power supply device. Is possible.
また、このフラグの値に加えて、実際に算出されたランプ電力Pにも基づいて高輝度放電ランプ8が定格電力状態であるか否かを判断するようにしたので、定格電力状態になった際にフラグの値を1に設定した後に、損傷などにより定格電力状態ではなくなったような場合においても、確実に判断することができる。
In addition to the value of the flag, it is determined whether or not the high-
また、定格電力状態における制御パルスPLS2のデューティ比の設定値を記憶しておき、この記憶されている設定値を利用して、チョッパ回路1内のNチャネルFET12に対するPWM駆動を制御するようにしたので、記憶されているこの設定値を利用して、迅速に定格電力状態に戻ることが可能となる。よって、電源装置に対する処理の余裕度を向上させることが可能となり、装置を設計する際の自由度を向上させることも可能となる。
Further, the setting value of the duty ratio of the control pulse PLS2 in the rated power state is stored, and the PWM driving for the N-
また、定格電力状態ではないと判断したときに、記憶されている定格電力状態における制御パルスPLS2のデューティ比の設定値に基づいてランプ電力Pの値のずれの程度を判断し、そのランプ電力Pの値のずれの程度に応じて段階的な制御を行うようにしたので、そのずれの程度に応じて適切な処理を行うことで、より迅速に定格電力状態に戻ることが可能となり、電源装置に対する処理の余裕度をより向上させることが可能となる。 Further, when it is determined that the current is not in the rated power state, the degree of deviation of the value of the lamp power P is determined based on the set value of the duty ratio of the control pulse PLS2 in the stored rated power state, and the lamp power P Since stepwise control is performed according to the degree of deviation of the value, it is possible to return to the rated power state more quickly by performing appropriate processing according to the degree of deviation, and the power supply device It is possible to further improve the margin of processing for the above.
また、その時点における制御パルスPLS2のデューティ比の設定値と、記憶されている定格電力状態における制御パルスPLS2のデューティ比の設定値とが、互いに一致するか否か、すなわち、その時点における設定値が、目標値である定格電力状態における設定値に実際に設定されているかどうかを判断し、記憶されている設定値が実際に定格電力状態における値に設定されていないと判断した場合には、記憶されている定格電力状態における設定値を目標値として再設定することで、これ以降の処理において、高輝度放電ランプ8が確実に定格電力状態に戻ることが可能となる。
Also, whether or not the set value of the duty ratio of the control pulse PLS2 at that time and the set value of the duty ratio of the control pulse PLS2 in the stored rated power state match each other, that is, the set value at that time Is determined to be actually set to the set value in the rated power state that is the target value, and if it is determined that the stored set value is not actually set to the value in the rated power state, By resetting the stored setting value in the rated power state as the target value, the high-
さらに、定格電力状態ではないと判断したときに、記憶されている定格電力状態における制御パルスPLS2のデューティ比の設定値がソフトウェアの構成上の設定範囲内であるか否かを判断し、これが設定範囲内ではない場合には、システムを停止するようにしたので、制御内容が構成上取り得る範囲からはずれてしまった際などに装置自体の不具合であると判断して迅速に対応することができ、電源装置に対する処理の余裕度をより向上させることが可能となる。 Further, when it is determined that it is not in the rated power state, it is determined whether or not the set value of the duty ratio of the control pulse PLS2 in the stored rated power state is within the setting range in the software configuration. If it is not within the range, the system is stopped, so when the control content deviates from the range that can be taken in the configuration, it can be determined that it is a malfunction of the device itself and it can respond quickly. Thus, it is possible to further improve the processing margin for the power supply device.
なお、本実施の形態の電源装置では、この定格電力状態における制御パルスPLS2のデューティ比の設定値を累積的に記憶しておくようにした場合、その設定値の経時的変化の状況などにより、装置の劣化の程度などを判断することも可能である。 In the power supply device of the present embodiment, when the set value of the duty ratio of the control pulse PLS2 in this rated power state is stored cumulatively, depending on the state of change of the set value over time, etc. It is also possible to determine the degree of deterioration of the apparatus.
また、本実施の形態の電源装置では、高輝度放電ランプ8が定格電力状態であるか否かを示すフラグ、および定格電力状態における制御パルスPLS2のデューティ比の設定値を記憶しておき、これらの設定値を利用してPWM制御を行うようにしているが、これらフラグおよび定格電力状態における設定値のうち、いずれか一方のみを記憶しておくように構成してもよい。このように構成した場合でも、従来と比べて迅速な処理および余裕度向上が可能となる。
Further, in the power supply device of the present embodiment, a flag indicating whether or not the high-
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図7は、本実施の形態に係る電源装置の構成を表すものである。この図で、上記第1の実施の形態(図1)と同一の構成要素には同一符号を付し、適宜、説明を省略する。 FIG. 7 shows a configuration of the power supply device according to the present embodiment. In this figure, the same components as those in the first embodiment (FIG. 1) are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
本実施の形態の電源装置は、上記第1の実施の形態の電源装置において、D/A変換器52から出力される制御信号を、比較器63Bの反転入力端子の代わりに、増幅器61において基準電圧電源611に加算器615を付した非反転入力端子に接続するようにしたものである。具体的には、D/A変換器52から出力された制御信号L13が、上記のように加算器615を介して増幅器61の非反転入力端子に接続され、制御信号L13の電位が補正電位として基準電位V3に重畳されるようになっていると共に、比較器63Bの反転入力端子に接続された信号線L12には、PWMコントローラ6の外部に配置された定電流源631および容量素子632により固定電位が供給されるようになっている。その他の構成は、図1の場合と同様である。
The power supply apparatus according to the present embodiment is the same as the power supply apparatus according to the first embodiment, except that the control signal output from the D /
図8は、図7に示した電源装置の各部の電圧波形を表すものであり、第1の実施の形態における図3に対応するものである。 FIG. 8 shows voltage waveforms at various parts of the power supply device shown in FIG. 7, and corresponds to FIG. 3 in the first embodiment.
このように、信号線L12の電位V12を第1の実施の形態における信号線L11の電位V11(図3(B))のように、固定電位であると共に発振パルスPLS1の電位よりも常に大きくする(図8(D))と供に、信号線L11の電位V11を第1の実施の形態における信号線L12の電位V12(図3(D))のように、上記のような接続関係による制御信号L13の補正電位に応じた可変信号とする(図8(B))ことで、制御パルスPLS2のデューティ比を変化させることができ(図8(E))、ランプ電圧V1およびランプ電力Pもそれぞれ定格値Vt,Ptとなるように変化させることができる(図8(F),(A))ので、第1の実施の形態と同様の定格電力制御をなすことができる。 In this way, the potential V12 of the signal line L12 is a fixed potential and always higher than the potential of the oscillation pulse PLS1 as in the potential V11 of the signal line L11 (FIG. 3B) in the first embodiment. (FIG. 8D) and the potential V11 of the signal line L11 is controlled by the connection relationship as described above as in the potential V12 of the signal line L12 in the first embodiment (FIG. 3D). By setting the variable signal according to the correction potential of the signal L13 (FIG. 8B), the duty ratio of the control pulse PLS2 can be changed (FIG. 8E), and the lamp voltage V1 and the lamp power P are also changed. Since the values can be changed to be the rated values Vt and Pt, respectively (FIGS. 8F and 8A), the rated power control similar to that in the first embodiment can be performed.
なお、定格電力制御の際に制御回路が行う処理動作については、第1の実施の形態の場合(図4〜図6に示した流れ図)と基本的に同様である。第1の実施の形態の場合と異なるのは、本発明における「定格電力状態におけるスイッチング素子の駆動に対する制御内容」の一具体例として、定格電力状態における制御パルスPLS2のデューティ比の設定値の変わりに、定格電力状態においてD/A変換器52から出力された制御信号L13の補正電位を記憶しておくようにした点である。
The processing operation performed by the control circuit during rated power control is basically the same as in the case of the first embodiment (flow charts shown in FIGS. 4 to 6). The difference from the case of the first embodiment is that, as a specific example of “the control content for driving the switching element in the rated power state” in the present invention, the setting value of the duty ratio of the control pulse PLS2 in the rated power state is changed. In addition, the correction potential of the control signal L13 output from the D /
以上のように、本実施の形態では、D/A変換器52から出力された制御信号L13を加算器615を介して増幅器61の非反転入力端子に接続し、補正電位として基準電位V3に重畳するようにすると供に、定格電力状態における制御信号L13の補正電位を記憶しておき、この補正電位を利用してチョッパ回路1内のNチャネルFET12に対するPWM駆動を制御するようにしたので、制御回路51の電源装置に対する処理の余裕度を向上させることができ、第1の実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。
As described above, in the present embodiment, the control signal L13 output from the D /
以上、第1および第2の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。 Although the present invention has been described with reference to the first and second embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made.
例えば、上記実施の形態では、スイッチング電源回路の部分を、チョッパ回路1により構成した場合について説明してきたが、例えば直流入力電圧Vinがランプ電圧よりも低い場合には、フライバック型などの昇圧回路により構成するようにしてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the case where the switching power supply circuit portion is configured by the
また、上記実施の形態では、インバータ回路2を、フルブリッジ型の4つのスイッチング素子により構成した場合について説明してきたが、例えばハーフブリッジ型のスイッチング素子などにより構成するようにしてもよい。
Moreover, although the case where the
また、上記実施の形態では、チョッパ回路1におけるスイッチング素子を、NチャネルFET12により構成した場合について説明してきたが、例えばバイポーラトランジスタやIGBTなどの他のスイッチング素子により構成するようにしてもよい。
Moreover, although the case where the switching element in the
また、上記実施の形態では、チョッパ回路1から供給されるランプ電圧V1をインバータ回路2により交流変換し、交流出力電圧V2を高輝度放電ランプ8に供給する場合、すなわちこの電源装置を、交流駆動するAC型により構成した場合について説明してきたが、例えばチョッパ回路1から供給されるランプ電圧V1を高輝度放電ランプ8に直接供給するようにし、この電源装置を、直流駆動するDC型により構成することも可能である。
Further, in the above embodiment, when the lamp voltage V1 supplied from the
また、上記実施の形態では、本発明における「定格電力状態におけるスイッチング素子の駆動に対する制御内容」の一具体例として、定格電力状態における制御パルスPLS2のデューティ比の設定値、および定格電力状態においてD/A変換器52から出力された制御信号L13の補正電位を挙げて説明してきたが、この記憶しておく制御内容はこれらには限定されず、他の制御内容を記憶しておくように構成してもよい。
In the above embodiment, as a specific example of “control content for driving of switching element in rated power state” in the present invention, the set value of the duty ratio of control pulse PLS2 in the rated power state and D in the rated power state The correction potential of the control signal L13 output from the /
また、上記実施の形態では、図5,6に示したように、過電力状態における段階的制御を3段階(定格電力制御A〜C)に分けて行ったが、段階数はこれには限定されず、2以上の任意の段階数で定格電力制御を行うことが可能である。また、上記実施の形態では、定格電力状態よりも電力値が大きい過電力状態の場合に段階的な定格電力制御を行ったが、逆に定格電力状態よりも電力値が小さい低電力状態の場合に、このような段階的な定格電力制御を行うように構成してもよい。 Moreover, in the said embodiment, as shown to FIG.5, 6, although the stepwise control in an overpower state was divided into 3 steps (rated power control AC), the number of steps is limited to this. The rated power control can be performed with an arbitrary number of steps of 2 or more. In the above embodiment, stepwise rated power control is performed in an overpower state where the power value is larger than the rated power state, but conversely in a low power state where the power value is smaller than the rated power state. In addition, such a stepwise rated power control may be performed.
さらに、上記実施の形態では、電源装置の回路構成および定格電力制御の動作構成を具体的に挙げて説明したが、これらの構成はこれに限定されるものではなく、他の回路構成および他の動作構成としてもよい。 Further, in the above embodiment, the circuit configuration of the power supply device and the operation configuration of the rated power control have been specifically described, but these configurations are not limited to this, and other circuit configurations and other An operation configuration may be adopted.
またさらに、上記実施の形態では、定格電力制御の際に行う処理動作について、処理構成を具体的に挙げて説明したが、処理構成はこれに限定されるものではなく、他の処理構成としてもよい。 Furthermore, in the above embodiment, the processing operation performed at the time of rated power control has been described with a specific processing configuration, but the processing configuration is not limited to this, and other processing configurations may be used. Good.
1…チョッパ回路、11…入力平滑コンデンサ、12…NチャネルFET、13…整流ダイオード、14…チョークコイル、15…出力平滑コンデンサ、2…インバータ回路、3…電流検出回路、4…電圧検出回路、51…制御回路、52…D/A変換器、6…PWMコントローラ、61…増幅器、611…基準電圧電源、612…定電圧電源、613,614…抵抗器、615…加算器、62…発振回路、63…比較器、64…駆動回路、7…イグナイタ、8…高輝度放電ランプ、T1,T2…入力端子、T3,T4…チョッパ回路出力端子、T5,T6…インバータ出力端子、LH…電源線、LG…接地線、I1…ランプ電流(直流出力電流)、V1…ランプ電圧(直流出力電圧)、V2…交流出力電圧、VD…ドレイン電圧、VS…ソース電圧、VG…ゲート電圧、S1〜S4…スイッチング素子、PLS1…発振パルス、PLS2…駆動パルス。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記放電ランプが所定の範囲の電力で定電力点灯している定格電力状態であるか否かを示す識別子を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段によって記憶されている識別子を利用して、前記スイッチング素子の駆動を制御するスイッチング素子駆動回路と
を備えたことを特徴とする電源装置。 A power supply that includes a switching power supply circuit that includes a switching element that switches a DC input voltage and generates a DC output voltage, and that performs predetermined periodic control so that the discharge lamp is lit at a constant power based on the generated DC output voltage A device,
Storage means for storing an identifier indicating whether or not the discharge lamp is in a rated power state in which constant power is lit at a predetermined range of power;
And a switching element driving circuit that controls driving of the switching element by using an identifier stored in the storage means.
前記判断手段によって前記定格電力状態ではないと判断されたとき、前記定格電力状態とするための制御信号を生成する制御手段と
をさらに備え、
前記スイッチング素子駆動回路は、前記制御手段によって生成された制御信号に基づいて、前記スイッチング素子の駆動を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 Determination means for determining whether or not the rated power state is based on the identifier stored by the storage means;
Control means for generating a control signal for setting the rated power state when the determining means determines that the rated power state is not established; and
The power supply device according to claim 1, wherein the switching element driving circuit controls driving of the switching element based on a control signal generated by the control unit.
ことを特徴とする請求項2に記載の電源装置。 The power supply apparatus according to claim 2, wherein the control unit performs control to shift to a next cycle when the determination unit determines that the rated power state is set.
前記スイッチング素子の駆動を制御するスイッチング素子駆動回路と、
前記放電ランプが所定の範囲の電力で定電力点灯している定格電力状態における前記スイッチング素子の駆動に対する制御内容を記憶する記憶手段と
を備え、
前記スイッチング素子駆動回路は、前記記憶手段によって記憶されている定格電力状態における制御内容を利用して、前記スイッチング素子の駆動を制御する
ことを特徴とする電源装置。 A power supply that includes a switching power supply circuit that includes a switching element that switches a DC input voltage and generates a DC output voltage, and that performs predetermined periodic control so that the discharge lamp is lit at a constant power based on the generated DC output voltage A device,
A switching element driving circuit for controlling driving of the switching element;
Storage means for storing control details for driving the switching element in a rated power state where the discharge lamp is lit at a constant power with a predetermined range of power;
The switching element driving circuit controls the driving of the switching element by using the control content in the rated power state stored by the storage unit.
前記判断手段によって前記定格電力状態ではないと判断されたとき、前記記憶手段によって記憶されている定格電力状態における制御内容に基づいて、前記定格電力状態とするための制御信号を生成する制御手段と
をさらに備え、
前記スイッチング素子駆動回路は、前記制御手段によって生成された制御信号に基づいて、前記スイッチング素子の駆動を制御する
ことを特徴とする請求項4に記載の電源装置。 Determining means for determining whether or not the rated power state;
Control means for generating a control signal for setting the rated power state based on the control content in the rated power state stored by the storage means when the determining means determines that the rated power state is not established; Further comprising
The power supply device according to claim 4, wherein the switching element driving circuit controls driving of the switching element based on a control signal generated by the control unit.
前記制御手段は、前記判断手段によってそれぞれの制御内容が互いに一致してないと判断されたとき、この記憶されている定格電力状態における制御内容に基づいて再設定することにより、前記制御信号を生成する
ことを特徴とする請求項5に記載の電源装置。 When the determination unit determines that the rated power state is not satisfied, whether or not the control content for driving the switching element at that time coincides with the control content in the rated power state stored by the storage unit. Determine whether
The control means generates the control signal by resetting based on the control contents in the stored rated power state when the determination means determines that the control contents do not match each other. The power supply device according to claim 5.
前記制御手段は、前記判断手段による電力値のずれの程度の判断結果に基づいて、その電力値のずれの程度に応じた段階的な制御を行う
ことを特徴とする請求項5に記載の電源装置。 When the determination means determines that the power condition is not the rated power state, based on the control content in the rated power state stored by the storage means, the power value shift based on the power value in the rated power state is determined. Judge the degree,
6. The power supply according to claim 5, wherein the control unit performs stepwise control according to the degree of deviation of the power value based on a determination result of the degree of deviation of the power value by the determination unit. apparatus.
前記制御手段は、前記記憶手段によって記憶されている定格電力状態における制御内容が前記所定の範囲内のものではないと判断されたとき、装置を停止する
ことを特徴とする請求項5に記載の電源装置。
When determining that the rated power state is not the rated power state, the determining unit determines whether the control content in the rated power state stored by the storage unit is within a predetermined range;
The said control means stops an apparatus, when it is judged that the control content in the rated power state memorize | stored by the said memory | storage means is not the thing within the said predetermined range. Power supply.
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KR20160046918A (en) | 2014-02-04 | 2016-04-29 | 가부시끼가이샤교산세이사꾸쇼 | High-frequency power supply device, and plasma ignition method |
-
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