JP2013004268A - ランプ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 点灯状態か否かを正しく判定することができるとともに、点灯後に生じる余剰の電位差によって駆動回路で発生する発熱を抑えることができるランプ駆動装置を提供する。
【解決手段】 放電開始前のランプ１の電極に対し、電源回路７ａから直流電圧を供給した状態でトリガ電圧を印加することにより、ランプ１を点灯させるとともに放電を持続させるランプ駆動装置Ｌであって、放電開始前後の電極電圧の変化量の閾値Ｔを記憶する基準変化量記憶部２１と、放電開始後の電圧モニタ値Ｂと放電開始前の電圧モニタ値Ａとの差分（Ａ−Ｂ）を算出する差分算出部１１と、差分（Ａ−Ｂ）と閾値Ｔとを比較することにより点灯状態を判定する点灯判定部１２とを備え、放電前後の電圧変化により判定を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ランプを駆動する定電流源を用いたランプ駆動装置に関し、さらに詳細には、点灯開始後の放電維持電圧が、点灯開始前から電極に与えておく電圧から変化するランプに使用するランプ駆動装置に関する。本発明のランプ駆動装置は、例えば分光光度計、液体クロマトグラフ装置の光源などに用いる重水素ランプの駆動装置として用いられる。

分光光度計等の分析装置では、例えば１８０ｎｍ〜４００ｎｍの波長範囲の紫外可視光の透過率や吸光度を検出するための光源として、重水素ランプが用いられている。
重水素ランプは、ガラス製バルブの一部に紫外光を透過するＵＶガラスや石英ガラスを用いた窓を設け、バルブ内に形成した電極（すなわち陰極と陽極との電極間）に、駆動装置の電圧を印加して放電を発生しこれを維持することにより、当該窓から紫外可視領域の発光光を出射することができるようにしてある。

分析装置用の重水素ランプでは、測定データを安定させるために、窓から出射される発光光量が安定していることが求められる。発光光量の安定度は、重水素ランプの駆動電流の安定度に依存しているため、定電流源を用いた電源回路を有するランプ駆動装置が使用される（特許文献１参照）。

図３は、特許文献１に記載された重水素ランプ駆動装置を、分光光度計のランプ駆動装置として用いたときの簡略ブロック構成図である。
主電源部３は、商用１００Ｖ（あるいは２００Ｖ）の交流電圧を駆動回路７に供給する。駆動回路７は、交流電圧を直流電圧に変換する整流回路４、重水素ランプ１（放電管）、重水素ランプ１の放電中に定電流を供給する定電流源２、重水素ランプ１の陰極を加熱するヒータ電源部６、放電開始時に一時的にパルス状のトリガ電圧（約３５０Ｖ）を印加するトリガ電圧発生部５（トリガ電源）を備えている。

このランプ駆動装置では、ヒータ電源部６によって重水素ランプ１の陰極を加熱して熱電子を放出させるようにしている。
そして整流回路４および定電流源２とからなる電源回路７ａによって、放電を持続させるために必要な放電維持電圧（８０Ｖ程度）よりも大きな直流電圧を、放電開始前の電極に与えるようにし、放電開始後は定電流源２から一定の電流を流すようにして放電を安定維持させている。
また、放電を開始する際には、ランプ駆動装置の制御部９（分光光度計全体を制御するコンピュータの制御部がランプ駆動装置の制御部を兼ねている）からの点灯命令の信号で、トリガ電圧発生部５からパルス状のトリガ電圧（例えば３５０Ｖ）を印加することで放電が開始される。

そして、トリガ電圧が印加されたにもかかわらず、点灯に失敗したときに、誤って非点灯状態のままで測定データを取得することがないようにするため、電源回路７ａ（整流回路４と定電流源２）から重水素ランプ１の電極に与えられる電圧を、電圧モニタ回路８によって計測することにより、点灯したか否かを確実に判定することがなされている。
この電圧モニタ回路８の例としては、電極電圧を検出するための分圧抵抗と、分圧抵抗で計測した電圧値をデジタルデータに変換して制御部９に伝送するＡＤ変換器とが含まれている。

ここで、電圧モニタ回路８による点灯状態の判定方法について説明する。なお、トリガ電圧発生部５およびヒータ電源部６により電極に印加される電圧については、点灯判定には関係しないので、説明から除外する。

まず、放電開始前は、重水素ランプ１には電流が流れていない。非放電時に電圧モニタ回路８によって計測される電圧モニタ値Ａは、電源回路７ａ（整流回路４と定電流源２）が電極に印加する電圧ａと、電極電圧を計測する電圧モニタ回路８に起因する誤差αとによって定まる値になる。「電圧モニタ回路に起因する誤差α」とは、個々のランプ駆動装置の電圧モニタ回路８の個体差により生じるものである。電圧モニタ値Ａには、装置それぞれの電圧モニタ回路８ごとに、仕様で定められた一定範囲内の誤差αが含まれるものとして扱われる。

一方、放電開始後（点灯後）は、電極に一定電流が流れるようになり、放電が維持されるための放電維持電圧が電極に生じるようになる。電極に一定電流を流すための放電維持電圧ｂは、重水素ランプ１ごとに固有の値（当初は８０Ｖ程度）であるが、経年変化現象により増加する場合がある。
放電開始後に電圧モニタ回路８によって計測される電圧モニタ値Ｂは、重水素ランプ１の放電維持電圧ｂと、電圧モニタ回路８に起因する誤差αとによって定まる値になる。

したがって、点灯判定は、電圧モニタ回路８による計測結果が、電圧モニタ値Ａ（Ａは非放電時に印加される電圧値ａに電圧モニタ回路による誤差値αが加減された値）、電圧モニタ値Ｂ（Ｂは放電維持電圧ｂに電圧モニタ回路による誤差値αが加減された値）のいずれであるかを判定することにより行われる。

従来より、この判定は、具体的には、
電圧モニタ値Ａ＞閾値Ｓ＞電圧モニタ値Ｂ ・・・（１）
となる電圧値の閾値Ｓを、装置によらない固定の閾値Ｓとして設定し、当該閾値Ｓとの大小比較により点灯、非点灯を判定するようにしている。

特開２００５−２０９４１８号公報

重水素ランプ１の電極電圧値を計測するには、上述したように、電圧モニタ回路８が必要になる。そして装置によらない固定の閾値Ｓを設定するためには、電圧モニタ回路８の誤差αも勘案する必要がある。
具体的には、誤差αが最も不利に働く場合であっても判定ができるようにする必要がある。
そのため、以下の条件を満たす必要がある。
非放電時に印加される電極電圧の最小値ａｍｉｎ＋電圧モニタ回路の誤差最小値αｍｉｎ
＞閾値Ｓ
＞放電開始後に印加される電極電圧の最大値ｂｍａｘ＋電圧モニタ回路の誤差最大値αｍａｘ ・・・（２）

電圧モニタ回路８の誤差αを勘案しない場合と比べて、誤差αを勘案した場合は、放電開始前後の電圧差を大きくする必要がある。
しかしながら、放電開始前後の電圧差を大きく設定すると、放電開始後にその電圧差は、熱として、重水素ランプ１以外の駆動回路７内（特に定電流回路２内の抵抗素子やトランジスタ素子）で消費されることになる。

そのため、駆動回路７での発熱量が増大する弊害が生じ、発熱を許容できるデバイスを使用するためコストアップが生じたり、場合によっては温度変化を抑えるための冷却機構を設ける必要が生じたりした。

そこで、本発明は第一に、点灯状態か否かを正しく判定することができるとともに、点灯後に生じる余剰の電位差によって駆動回路で発生する発熱を、できるだけ抑えることができるランプ駆動装置を提供することを目的とする。

続いて、放電維持電圧の経年変化現象に起因する別の観点からの課題について、具体例を用いて検討する。
重水素ランプ駆動装置において、非放電時に印加される電極電圧ａが１００Ｖであって、電圧モニタ値Ａは、電圧モニタ回路８の誤差α（αは±５Ｖ程度とする）を勘案し、理論上、９５Ｖ〜１０５Ｖの範囲であるものとする。
したがって、各ランプ駆動装置における固定の閾値Ｓを、想定される電圧モニタ値Ａの最小値９５Ｖよりもさらに５Ｖ小さい９０Ｖに設定するものとする。このような条件で２つのランプ駆動装置を製造した場合に、このうち、第一装置は、非放電時の電極電圧の電圧モニタ値Ａがたまたま１０５Ｖであり、第二装置はたまたま９５Ｖになっているものとする。
なお、第一装置、第二装置とも、放電開始後の電圧モニタ値Ｂは９０Ｖ未満（当初は８５Ｖ）であるとする。

この場合、両装置ともに、（２）を満たしており、点灯判定を確実に行うことができるが、第一装置は閾値Ｓを、他の装置と同じく固定の９０Ｖに設定していることにより、大きな不利益が生じている。
本来、第一装置は非放電時に印加される電極電圧の電圧モニタ値Ａが１０５Ｖであるので、仮に放電開始後の電圧モニタ値Ｂが経年変化によって１００Ｖ近くまで上昇したとしても、点灯状態の判定を行うことができる。
しかしながら、すべての装置に固定の閾値Ｓである９０Ｖを設定しており、この閾値Ｓは電圧モニタ回路８の誤差が最も不利に働く最悪条件（この場合は電圧モニタ値Ａが９５Ｖのとき）を勘案して９０Ｖに設定しているので、第一装置であっても、電圧モニタ値Ｂが９０Ｖまで上がった時点で、判定が不可能になってしまっていた。
このように、最も不利な場合を想定して固定の閾値Ｓを設定する方法では、第一装置のように有利な条件となっているものについては、より好ましい閾値で判定することで、経年変化の影響を低減できるにもかかわらず、そのような判定は採用されていなかった。

そこで、本発明は第二に、点灯判定が誤作動しない範囲で、従来よりも経年変化の影響を減らすことができるランプ駆動装置を提供することを目的とする。

一般に、電極電圧は、ランプ非放電時に電源回路側から供給していた電圧は、放電開始と同時にランプ固有の放電維持電圧ｂに変化する。放電開始前（非放電時）には、放電維持電圧ｂより大きい電圧ａが電極に印加されているので、放電開始とともに、電極電圧は差分（ａ−ｂ）だけ電位差が変化することになる。そこで、この変化（差分の値）を利用して放電状態を把握するようにした。

すなわち、本発明のランプ駆動装置は、ランプと、定電流源と、前記ランプの電極に放電を維持させるために必要な直流電圧を供給する電源回路と、前記ランプの電極に放電を開始させるためのトリガ電圧を印加するトリガ電圧発生部と、前記ランプの電極電圧を計測する電圧モニタ回路とを有し、放電開始前の前記ランプの電極に対し前記電源回路から直流電圧を供給した状態でトリガ電圧を印加することにより、前記ランプを点灯させるとともに放電を持続させるランプ駆動装置であって、放電開始前と放電開始後との電極電圧の変化量の閾値Ｔを記憶する基準変化量記憶部と、放電開始前に計測された電極電圧のモニタ値Ａを記憶する電極電圧値記憶部と、放電開始後に計測された電極電圧のモニタ値Ｂと前記放電開始前の電極電圧のモニタ値Ａとの差分（Ａ−Ｂ）を算出する差分算出部と、前記差分（Ａ−Ｂ）と前記閾値Ｔとを比較することにより点灯状態を判定する点灯判定部とを備えるようにしている。

本発明によれば、放電開始後に計測された電極電圧のモニタ値Ｂと、放電開始前の電極電圧のモニタ値Ａとの差分（Ａ−Ｂ）を算出し、予め、記憶させてある放電開始前と放電開始後との電極電圧の変化量の閾値Ｔの比較を行うことで点灯判定を行う。
モニタ値Ａとモニタ値Ｂの差分の計算では、電圧モニタ回路に起因する誤差αがキャンセルでき、この誤差αの影響が含まれることなく、判定のための閾値Ｔを設定できる。その結果、放電開始前と放電開始後との電位差の基準とする閾値Ｔを、点灯判定が誤作動しない範囲で小さくすることができ、放電開始後に生じる余剰の電位差による発熱を小さく抑えることができるようになる。

また、放電維持電圧の経年変化による変動の観点から見ると、固定の閾値Ｓを基準とするのではなく、装置ごとに、その装置の電圧モニタ値Ａからの変化量の大きさ（閾値Ｔ）で判定するので、電圧モニタ回路の誤差が経年変化に対して有利に働く装置では、経年変化の変動に強い装置になるので、判定不能になるまでの使用時間を延ばすことができる。

本発明の一実施形態であるランプ駆動装置の構成を示すブロック図。 図１のランプ駆動装置による動作フローを示すフローチャート。 従来のランプ駆動装置の構成を示すブロック図。

以下、本発明のランプ駆動装置について図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態である分光光度計用のランプ駆動装置Ｌのブロック図である。
図において、重水素ランプ１、定電流源２、主電源部３、整流回路４、トリガ電圧発生部５、ヒータ電源部６、駆動回路７、電源回路７ａ、電圧モニタ回路８については、従来例として説明した図３と同じものを用いている。したがって、図中に同符号を付すことにより、説明の一部を省略する。

本発明のランプ駆動装置Ｌは、コンピュータで構成される制御部９を備えている。この制御部９は分光光度計全体を制御するものであり、制御動作の一つとして、ランプ駆動装置の点灯判定の制御を行うようにしている。
制御部９のうち、点灯判定に関して動作する処理手段を、機能ブロックごとに分けて説明すると、差分算出部１１と点灯判定部１２とを備えている。
そして制御部９に付設されるメモリ１０には、放電開始前後の電極電圧の変化量に関する閾値Ｔを記憶する基準変化量記憶領域２１と、電圧モニタ回路８による放電開始前の電極電圧の電圧モニタ値Ａを記憶する電圧記憶領域２２とが設けられている。

基準変化量記憶領域２１に記憶される閾値Ｔは、ランプが点灯したか否かの判定を行う際に基準とする電圧変化量の閾値である。閾値Ｔを大きく設定することにより、点灯判定の精度を高めることができるが、その反面、閾値Ｔが大きくなるほど、放電開始後に生じる余剰電圧が大きくなって発熱量が増すようになる。したがって、判定の精度向上と発熱量抑制とのバランスをとれるように閾値Ｔの値を設定する。判定の精度については、放電前電圧の安定性（例えば電圧リップルの大きさなど）から判定する。

電圧記憶領域２２は、電圧モニタ回路８による放電開始前の電極電圧の電圧モニタ値Ａを記憶する。この値は、放電開始直後の電圧モニタ値Ｂとの差分を計算するために記憶するものである。なお、放電開始後の電極電圧モニタ値Ｂも記憶させて、いつでも差分を計算できるようにしてもよい。

そして、差分算出部１１は、放電開始後に計測された電極電圧のモニタ値Ｂと放電開始前の電極電圧のモニタ値Ａとの差分（Ａ−Ｂ）を算出する。
また、点灯判定部１２は、差分算出部１１により算出された差分（Ａ−Ｂ）と閾値Ｔとを比較し、差分（Ａ−Ｂ）が閾値Ｔより大きければ、点灯していると判定し、そうでない場合は点灯していないと判定する。

次に、ランプ駆動装置Ｌによる点灯判定の動作について説明する。図２は本発明のランプ駆動装置Ｌによる動作フローを示すフローチャートである。
ここで使用する重水素ランプ１および電圧回路８は、重水素ランプ１の放電維持電圧の仕様が８０Ｖ±２０Ｖであり、電圧モニタ回路８の誤差αが±１０Ｖであるものとする。

予め、点灯判定の基準とする閾値Ｔと、放電開始前の電極電圧の電圧モニタ値Ａとを、メモリ１０に記憶しておく（Ｓ１０１）。閾値Ｔは、判定精度と発熱量抑制とのバランスから設定する。本実施例では例えば５Ｖに設定し、これを基準変化量記憶領域２１に記憶しておく。

また、電源回路７ａからは、放電維持電圧が最大のランプの場合（１００Ｖ）でも、閾値Ｔが５Ｖの設定で判定ができるように、非放電時に印加される電極電圧ａとして１０５Ｖが印加されるように設定する。なお、１０５Ｖ以上で設定すればよいが、大きくなるほど発熱量は増大する。その一方で、経年変化による影響に対しては強くなる。このとき電圧モニタ値Ａは、誤差（±１０Ｖ）の影響で、モニタ値Ａが９５Ｖ〜１１５Ｖになる。そしてこのモニタ値Ａを電圧記憶領域２２に記憶しておく。

続いて、制御部９が点灯命令を出す（Ｓ１０２）。点灯命令を受けてヒータ電源部６やトリガ電圧発生部５が作動し、放電が開始する。そして、放電開始直後の電圧モニタ値Ｂを計測する。このとき電圧モニタＢをメモリに記憶させてもよい。

続いて、放電開始前後の電圧の変化（電圧モニタ値Ａ−電圧モニタ値Ｂ）を算出し、閾値Ｔと比較する（Ｓ１０３）。
そして、差分（Ａ−Ｂ）が閾値Ｔより大きければ点灯していると判定し（Ｓ１０４）、そうでなければ点灯していないものと判定する（Ｓ１０５）。

この判定方法を用いることにより、電圧モニタ回路８に含まれる誤差の影響は電圧モニタ値Ａと電圧モニタ値Ｂとで同一であるので、差分を算出したときに打ち消される。したがって、固定の閾値Ｓを基準にして判定する場合に比較して、電圧モニタ回路８による誤差を勘案して、非放電時に印加する電圧を設定する必要がなくなる。

（比較例）
参考までに、従来の閾値Ｓを用いた判定の場合には、閾値Ｓの設定には、放電維持電圧の最大値１００Ｖに電圧モニタ回路の最大誤差１０Ｖを勘案し、さらにマージンとして５Ｖを設定するとなると、非放電時に印加される電極電圧ａが１１５Ｖになるように設定することになる。
つまり、上述した本発明の場合には、非放電時に印加される電極電圧ａが１０５Ｖであったのに対し、電圧モニタ回路の最大誤差１０Ｖに相当する電位差を余分に印加することになる。

本発明は、分光光度計等のランプ駆動装置に利用することができる。

１ ランプ
２ 定電流源
３ 主電源部
４ 整流回路
５ トリガ電圧発生部
６ ヒータ電源部
７ 駆動回路
７ａ 電源回路
８ 電圧モニタ回路
９ 制御部
１０ メモリ
１１ 差分算出部
１２ 点灯判定部
２１ 基準変化量記憶領域（閾値Ｔ）
２２ 電圧記憶領域（電圧モニタ値Ａ）
Ｌ ランプ駆動装置

Claims (1)

1. ランプと、定電流源と、前記ランプの電極に放電を維持させるために必要な直流電圧を供給する電源回路と、前記ランプの電極に放電を開始させるためのトリガ電圧を印加するトリガ電圧発生部と、前記ランプの電極電圧を計測する電圧モニタ回路とを有し、放電開始前の前記ランプの電極に対し前記電源回路から直流電圧を供給した状態でトリガ電圧を印加することにより、前記ランプを点灯させるとともに放電を持続させるランプ駆動装置であって、
   放電開始前と放電開始後との電極電圧の変化量の閾値Ｔを記憶する基準変化量記憶部と、放電開始前に計測された電極電圧のモニタ値Ａを記憶する電極電圧記憶部と、放電開始後に計測された電極電圧のモニタ値Ｂと前記放電開始前の電極電圧のモニタ値Ａとの差分（Ａ−Ｂ）を算出する差分算出部と、前記差分（Ａ−Ｂ）と前記閾値Ｔとを比較することにより点灯状態を判定する点灯判定部とを備えたことを特徴とするランプ駆動装置。

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