JP5691541B2 - 閃光放電ランプ点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は閃光放電ランプの点灯装置に関し、例えば擬似太陽光を照射する擬似太陽光照射装置に用いられるキセノンランプ点灯装置に関する。

太陽電池の光電変換特性などの各種太陽エネルギー利用機器の性能測定のために、自然太陽光のスペクトル分布を再現する擬似太陽光を被照射体に照射する擬似太陽光照射装置が知られている。この種の擬似太陽光照射装置においては、キセノンランプからなる光源が箱体内に設置され、光源からの光が光学フィルタを介して照射されることで放射面から擬似太陽光が放射される。

本装置では、例えば、発光長が１０００ｍｍ以上のキセノンランプ（以下、「ランプ」という）が用いられ、直流のランプ電流が通電され、そのランプ電流値を点灯装置によって調整することにより照射面の照度が制御される。一般的には、点灯時のランプ電流は数十アンペア（例えば７０Ａ）、ランプ電圧は数百ボルト（例えば５００Ｖ）程度であり、このランプ電流／電圧が、１回の点灯あたり数十ミリ秒から数百ミリ秒にわたって通電／印加される。この出力状態が定電流又は定電力で制御され、点灯期間中に被照射体の性能が測定される。

上記の場合、ランプ電力が３５ｋＷとなり、瞬時（例えば１００ミリ秒）とはいえ、この電力を商用電源から直接供給すると、同じ商用電源の系統の周辺機器に障害を及ぼすことや、商用電源と照射装置の間に容量の大きい接点及び配線が必要となることが問題となる。そこで一般には、照射装置内に点灯装置を設け、点灯装置において電力をコンデンサ等の蓄積素子に蓄積し、点灯指令に応じてその蓄積された電力をランプに供給する構成が採用される（例えば、特許文献１）。

このような閃光ランプ点灯装置において、大容量の蓄電素子が高電圧で充電されている状態を、点灯装置の非使用時（例えば、使用終了後）に放置しておくことはメンテナンス時や誤使用時に危険となり得るため好ましくない。そこで、非使用時には蓄電素子の充電エネルギーを放電させ、蓄電素子の電圧を充分低くしておくために蓄電素子に放電回路が設けられる。放電回路の構成としては、例えば、特許文献２に記載されるように、放電抵抗とスイッチ素子の直列回路が蓄電素子に並列接続されるものが考えられ、このような放電回路が上記の閃光ランプ点灯装置に適用できる。

特開２００８−３００６３２号公報 特開２００８−６００５１号公報

ところが、使用後やメンテナンス時、異常発生時には、すぐに装置の電源を遮断してから点検する事が予想される。大容量の蓄電素子を安全な電圧になるまで放電させるためには長い時間が必要であり、安全な電圧になる前に装置の電源を遮断してしまい放電動作を停止してしまうと大容量の蓄電素子に危険な電圧が残ったまま点検をしてしまうおそれがある。

本発明は、上記に鑑みて装置の電源が遮断されている場合においても蓄電素子のエネルギーを放電させ、蓄電素子の電圧を充分低くする構成を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面は、蓄電素子、蓄電素子に充電された電力を放電ランプに通電するための電流制御回路、蓄電素子の電圧を放電可能な放電回路、及び少なくとも放電回路を制御するＣＰＵを備えた閃光放電ランプ点灯装置であって、ＣＰＵからの信号により放電回路が動作状態又は非動作状態とされ、ＣＰＵの電源電圧が遮断されてＣＰＵからの信号が無い時には、蓄電素子の残存電圧によって放電回路が動作状態とされるように構成された閃光放電ランプ点灯装置である。

本発明の第２の側面は、蓄電素子、蓄電素子に充電された電力を放電ランプに通電するための電流制御回路、蓄電素子の電圧を放電可能な放電回路、並びに電流制御回路及び放電回路を制御するＣＰＵを備えた閃光放電ランプ点灯装置であって、放電回路が、蓄電素子に並列接続された放電抵抗と放電スイッチの直列回路、蓄電素子の電圧を分圧する分圧回路であってその分圧点が放電スイッチの制御端子に接続される分圧回路、及び放電スイッチの制御端子に接続された放電停止スイッチであって、放電停止スイッチがＯＮ状態のときに放電スイッチがＯＦＦとなり、放電停止スイッチがＯＦＦ状態のときに放電スイッチがＯＮとなるように放電スイッチに接続された放電停止スイッチからなり、放電停止スイッチのＯＮ／ＯＦＦがＣＰＵからの信号によって制御され、ＣＰＵからの信号が無い場合には放電停止スイッチがＯＦＦされるように構成された閃光放電ランプ点灯装置である。

上記第１又は第２の側面において、さらに、蓄電素子の残存電圧が閾値以上であることを示す警告信号を出力する警告出力回路を備えてもよい。警告出力回路は、蓄電素子の残存電圧が閾値以上の場合に導通する警告スイッチ、及び警告スイッチが導通することにより警告信号の出力を行う警告信号発生手段を備える。
ここで、警告スイッチの制御端子が、放電スイッチの制御端子より低電位でかつ蓄電素子の低電位側端子より高電位となる点に接続され、放電回路が非動作状態にある場合には警告スイッチが導通されないようにしてもよい。
また、警告スイッチの制御端子が、放電スイッチの制御端子より高電位でかつ蓄電素子の高電位側端子より低電位となる点に接続され、蓄電素子の電圧が閾値以上の場合には、放電回路の動作状態にかかわらず警告スイッチが導通されるようにしてもよい。
また、警告スイッチを絶縁型のスイッチとして、蓄電素子と警告信号発生手段が絶縁されるようにしてもよい。

本発明の閃光放電ランプ点灯装置の図である。 図１の閃光放電ランプ点灯装置における放電回路の実施例を示す図である。 図１の閃光放電ランプ点灯装置における警告出力回路の実施例を示す図である。 図１の閃光放電ランプ点灯装置における警告出力回路の実施例を示す図である。 図１の閃光放電ランプ点灯装置における警告出力回路の実施例を示す図である。 図１の閃光放電ランプ点灯装置における警告出力回路の実施例を示す図である。

図１に本発明の閃光放電ランプ点灯装置を示す。閃光ランプ点灯装置は、整流器２及び平滑コンデンサ３で構成される直流電源回路１００、直流電源回路１００の電圧を昇圧及び充電するための充電回路２００、充電回路２００により充電される蓄電素子１３、蓄電素子１３に充電された電力をランプ２５に通電するための電流制御回路３００、充電回路２００及び電流制御回路３００を制御するＣＰＵ２６、ランプ２５の始動時にランプ２５に高圧パルスを印加するためのパルストランス２４を含むイグナイタ回路（不図示）を備える。なお、ＣＰＵ２６は、説明の便宜上、電流制御回路３００の内部に示してあるが、電流制御回路３００の外部にあってもよい。

点灯装置の動作は以下の通りである。整流器２及び平滑コンデンサ３で構成される直流電源回路１００で交流電源１が直流電圧に変換され、その直流電圧が充電回路２００に供給される。充電回路２００はトランジスタ４、５、６及び７からなるインバータを含む。ＣＰＵ２６から充電回路２００（ＰＷＭ制御回路８）への充電開始信号に応じて、ＰＷＭ制御回路８によってトランジスタ４、７及びトランジスタ５、６の導通時間が制御され、高周波で交互に導通される。これによりトランス９の１次巻線に交流電圧が発生するとともに、トランス９の２次巻線に昇圧比に応じた電圧が発生する。トランス９の２次巻線に発生した電圧は整流器１０で整流され、コイル１１で平滑されて大容量の蓄電素子（例えば、電解コンデンサ）１３に充電される。なお、蓄電素子１３として電解コンデンサを図示しているが、例えば電気二重層コンデンサ、バッテリー等、他の素子であってもよい。また、蓄電素子は複数直列接続、複数並列接続、またそれらの組み合わせであってもよい。

また、蓄電素子１３には、ＣＰＵ２６からの指令に応じてその残存電圧を放電するための放電回路２９が並列接続されている。図２に示すように、放電回路２９は、放電抵抗３２と放電スイッチ３０の直列回路を含み、分圧抵抗３３と定電圧ダイオード３４等による分圧回路の分圧点が放電スイッチ３０の制御端子（ここではゲート端子）に接続される。即ち、放電スイッチ３０は蓄電素子１３の電圧を抵抗３３、定電圧ダイオード３４等で分圧して得られる電圧を利用して動作する。さらに、放電スイッチ３０のゲート−ソース間に放電停止スイッチ３１が設けられ、ＣＰＵ２６からの信号により放電停止スイッチ３１のＯＮ／ＯＦＦが制御される。

ＣＰＵ２６からの放電停止指令がＯＦＦとなれば放電停止スイッチ３１はＯＦＦとなり、ＣＰＵ２６からの放電停止指令がＯＮとなれば放電停止スイッチ３１はＯＮとなる構成となる。即ち、放電停止スイッチ３１がＯＦＦの時は放電スイッチ３０がＯＮとなることにより蓄電素子１３の残存電圧が放電抵抗３２により放電され、放電停止スイッチ３１がＯＮの時は放電スイッチ３０がＯＦＦとなることにより上記放電動作が停止される。放電スイッチ３０および放電停止スイッチ３１はトランジスタ等の半導体スイッチの他、リレーなどの機械接点スイッチでも良い。また、蓄電素子１３の電圧の変化幅が小さい場合には、分圧回路の定電圧ダイオード３４の代わりに抵抗を用いてもよい。なお、放電回路２９の動作の詳細については後述する。

充電回路２００の説明に戻ると、電流検出抵抗１２で検出される充電電流に比例した電圧と基準電圧１５とが誤差増幅器１４に入力され、両者が等しくなるようにＰＷＭ制御回路８によってトランジスタ４〜７の導通時間がＰＷＭ制御される。これにより、大容量の蓄電素子１３は所定の電流値で定電流充電されていく（充電方法は定電流制御に限らない）。蓄電素子１３がランプ電圧よりも充分に高い電圧（例えば、１０００Ｖ）に充電されたことをＰＷＭ制御回路８が検出すると、ＰＷＭ制御回路８はインバータの動作を一旦停止（又は充電電圧を保持）し、スタンバイ状態となる。ＰＷＭ制御回路８は、充電の完了に応じて充電完了信号をＣＰＵ２６に返す充電完了検出手段８ａを含んでいる。

次に、ランプ点灯指令に応じて電流制御回路３００が動作を開始する。電流制御回路３００は降圧チョッパ回路からなり、降圧チョッパ回路は、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチ１６、ダイオード１７、コイル１８、コンデンサ１９、電流検出抵抗２０、半導体スイッチ１６の導通時間を制御するＰＷＭ制御回路２１、誤差増幅器２２、及びＣＰＵ２６で構成される。この時点で、ランプ２５の両端に電解コンデンサ１３の電圧とほぼ等しい直流電圧（１０００Ｖ）が直ちに印加される。その後、パルストランス２４によってパルス電圧が上記直流電圧に重畳され、ランプ２５の絶縁破壊が起こる。

ランプ２５が絶縁破壊を起こすと、蓄電素子１３の充電電圧を電源として電流制御回路３００からの制限された電流がランプ２５に投入される。電流制御回路３００において、点灯指令に応じて、ランプ電流に比例する電圧信号（検出電圧）と、ランプ電流の設定値に比例するＣＰＵ２６からの可変の電圧信号が誤差増幅器２２に入力され、両者が等しくなるようにＰＷＭ制御回路２１によって半導体スイッチ１６の導通時間がＰＷＭ制御される。これにより、蓄電素子１３を電源とするランプ２５の直流点灯がランプ電流設定値に従って定電流制御される（点灯制御方法は定電流制御に限られない）。

点灯動作終了時には、ＣＰＵ２６によって電流制御回路３００の動作が停止され、必要に応じて充電回路２００が動作されて蓄電素子１３が再充電される。あるいは、点灯装置の使用が終了すると、ＣＰＵ２６によって充電回路２００及び電流制御回路３００の動作が停止される。このとき、蓄電素子１３には放電されなかった電荷が残っている場合がある。そこで、しばらく点灯動作を行わない場合又は使用を終了する場合（即ち、非使用時）に蓄電素子１３の残存電圧を下げるため、ＣＰＵ２６からの放電停止指令をＯＦＦすることにより、放電停止スイッチ３１がＯＦＦされ、放電スイッチ３０が蓄電素子１３の残存電圧を利用してＯＮされる。放電スイッチ３０がＯＮされると放電抵抗３２が蓄電素子１３に対して接続状態となり、放電抵抗３２を介して蓄電素子１３の残存電圧が放電される。

放電停止スイッチ３１は所定時間（蓄電素子１３の放電に充分な時間）経過後にＯＮしてもよいし（即ち、放電回路２９を非動作状態としてもよいし）、安全のため使用しない時にはＯＦＦの状態を維持してもよい（即ち、放電回路２９を動作状態としてもよい）。いずれにしても、点灯装置の電源が遮断されると、その後ＣＰＵ２６の電源電圧も遮断されてＣＰＵ２６からの信号が無くなり、放電停止スイッチ３１はＯＦＦ状態となる。

ここで、しばらく点灯動作を行わない場合又は使用を終了する場合（即ち、非使用時）には、すぐに点灯装置の電源を遮断してから点検する事が予想される。点灯装置の電源が遮断された場合、ＣＰＵ２６の電源も遮断されＣＰＵ２６の放電停止指令がＯＦＦとなり、放電停止スイッチ３１がＯＦＦとなり、放電スイッチ３０がＯＮとなり、放電抵抗３２により蓄電素子１３の残存エネルギーが放電される。この放電動作は蓄電素子１３に放電スイッチ３０を動作させるのに必要な電圧が残っている限り継続する。放電スイッチ３０を動作させるのに必要な蓄電素子１３の電圧が充分低い電圧であれば、点灯装置の電源が遮断された状態においても蓄電素子１３を充分低い電圧まで放電させることができる。

上記実施例では、点灯装置において蓄電素子１３の電圧を適切に放電させる構成を示したが、以下の実施例ではさらに、蓄電素子１３の残存電圧が所定の閾値以上であることを示す警告信号を、蓄電素子１３の残存電圧を利用して出力する警告出力回路を備える構成を示す。以下の実施例（図３〜５）では、警告出力回路は、蓄電素子１３の残存電圧が閾値以上の場合に導通する警告スイッチ、及び警告スイッチが導通することにより警告信号の出力を行う警告信号発生手段を備える。

図３にその一実施例を示す。本実施例では、警告出力回路は警告スイッチ３５及び警告信号出力手段４０を備える。警告スイッチ３５は、定電圧ダイオード３４のアノード側の分圧回路にその制御端子（ゲート端子）が接続される。警告スイッチ３５は蓄電素子１３の電圧がある閾値以上であればＯＮとなり、警告信号出力手段４０は警告スイッチ３５がＯＮすることにより警告信号を生成する。警告信号出力手段４０は、この警告信号を、点灯装置の電源が遮断されても電源が遮断されない外部装置（不図示）に出力する。これにより、警告信号がＯＦＦとなるまで、つまり蓄電素子１３の電圧がある閾値以下となるまでは点検作業等を行わないように、上記外部装置がユーザに報知する事が可能となる。

図４に他の実施例を示す。本実施例は、警告出力回路は警告スイッチ３６及び警告信号出力手段４０を備える。警告スイッチ３６は、定電圧ダイオード３４のカソード側の分圧回路３３にその制御端子（ゲート端子）が定電圧ダイオード３７を介して接続される。警告スイッチ３６は蓄電素子１３の電圧がある閾値以上であればＯＮとなり、警告信号出力手段４０は警告スイッチ３６がＯＮすることにより警告信号を生成する。警告信号出力手段４０は、この警告信号を、点灯装置の電源が遮断されても電源が遮断されない外部装置（不図示）に出力する。これにより、警告信号がＯＦＦとなるまで、つまり蓄電素子１３の電圧がある閾値以下となるまでは点検作業等を行わないように、上記外部装置がユーザに報知する事が可能となる。

図３の実施例の場合は、警告スイッチ３５のゲート端子が放電スイッチ３０のゲート端子よりも低電位（かつ蓄電素子１３の低電位側端子より高電位）の点に接続されるので、放電停止スイッチ３１がＯＮとなっている場合（即ち、放電回路２９が非動作状態の場合）には警告信号は出力されない。即ち、点灯装置からの警告信号が、点灯装置の使用時に出力されることはない。従って、本実施例は、ユーザへの注意喚起効果を非使用時に際立たせたい場合に特に好適である。

一方、図４の実施例の場合は、警告スイッチ３６のゲート端子は放電スイッチ３０のゲート端子よりも高電位（かつ蓄電素子１３の高電位側端子より低電位）の点に接続されるので、放電停止スイッチ３１がＯＮとなっている場合にも（放電回路２９の動作状態にかかわらず）警告信号が出力される。即ち、使用時・非使用時を問わず、蓄電素子１３に閾値以上の電圧が存在している場合には常に警告信号を出力することが可能となる。従って、本実施例は、常にユーザに注意を喚起したい場合に特に好適である。

図５にさらに他の実施例を示す。本実施例では、警告出力回路は警告スイッチ３８及び警告信号出力手段４０を備える。警報スイッチ３８はフォトカプラなどの絶縁された半導体スイッチの他、リレーなど絶縁された機械接点スイッチでも良い。警告スイッチ３８は、定電圧ダイオード３４のアノード側にその入力端子が接続される。警告スイッチ３８は蓄電素子１３の電圧がある閾値以上であればＯＮとなり、警告信号出力手段４０は警告スイッチ３８がＯＮすることにより警告信号を生成する。警告信号出力手段４０は、この警告信号を、点灯装置の電源が遮断されても電源が遮断されない外部装置（不図示）に出力する。これにより、警告信号がＯＦＦとなるまで、つまり蓄電素子１３の電圧がある閾値以下となるまでは点検作業等を行わないように、上記外部装置がユーザに報知する事が可能となる。

図６にさらに他の実施例を示す。本実施例は、警告出力回路は警告スイッチ３８及び警告信号出力手段４０を備える。警報スイッチ３８はフォトカプラなどの絶縁された半導体スイッチの他、リレーなど絶縁された機械接点スイッチでも良い。警告スイッチ３８は、定電圧ダイオード３４のカソード側の分圧回路３３にその入力端子が定電圧ダイオード３７を介して接続される。警告スイッチ３６は蓄電素子１３の電圧がある閾値以上であればＯＮとなり、警告信号出力手段４０は警告スイッチ３６がＯＮすることにより警告信号を生成する。警告信号出力手段４０は、この警告信号を、点灯装置の電源が遮断されても電源が遮断されない外部装置（不図示）に出力する。これにより、警告信号がＯＦＦとなるまで、つまり蓄電素子１３の電圧がある閾値以下となるまでは点検作業等を行わないように、上記外部装置がユーザに報知する事が可能となる。

図５の実施例の場合は、警告スイッチ３８の入力端子が放電スイッチ３０のゲート端子よりも低電位（かつ蓄電素子１３の低電位側端子より高電位）の点に接続されるので、放電停止スイッチ３１がＯＮとなっている場合（即ち、放電回路２９が非動作状態の場合）には警告信号は出力されない。即ち、点灯装置からの警告信号が、点灯装置の使用時に出力されることはない。従って、本実施例は、ユーザへの注意喚起効果を非使用時に際立たせたい場合に特に好適である。

一方、図６の実施例の場合は、警告スイッチ３８の入力端子は放電スイッチ３０のゲート端子よりも高電位（かつ蓄電素子１３の高電位側端子より低電位）の点に接続されるので、放電停止スイッチ３１がＯＮとなっている場合にも（放電回路２９の動作状態にかかわらず）警告信号が出力される。即ち、使用時・非使用時を問わず、蓄電素子１３に閾値以上の電圧が存在している場合には常に警告信号を出力することが可能となる。従って、本実施例は、常にユーザに注意を喚起したい場合に特に好適である。

図３及び図４の実施例では警告信号出力手段４０は点灯装置（特に、蓄電素子１３）から絶縁されていないが、図５及び図６の実施例では警告信号出力手段４０が点灯装置から絶縁されるため、より安全性を向上する事が可能となる。また、警告信号が点灯装置から絶縁されるため、（例えば、点灯装置と外部装置が有線で接続される場合には双方で異なる接地電位をとることができる等）外部装置側で警告信号を処理する回路の設計自由度が増す。なお、図５の実施例では図３の実施例と同様、放電停止スイッチ３１がＯＮとなっている場合には警告信号は出力されず、図６の実施例では図４の実施例と同様、放電停止スイッチ３１がＯＮとなっている場合にも警告信号は出力される。

なお、図３〜６の実施例において、不図示の外部装置における報知動作は、視覚的なもの（ライトの点灯又は点滅、回転表示の回転等）、聴覚的なもの（ブザー音発生、音声による通知等）、安全装置の動作（点灯装置カバーのロック）等、又はそれらの組合せとすることができる。また、外部装置と警告信号出力手段４０とは有線で接続されてもよいし、警告信号出力手段４０及び外部装置がそれぞれ送信部及び受信部を備えることにより無線通信（例えば、赤外線通信等）で接続されてもよい。

１３．蓄電素子
２６．ＣＰＵ
２９．放電回路
３０．放電スイッチ
３１．放電停止スイッチ
３２．放電抵抗
３３．分圧抵抗
３４．定電圧ダイオード
３５．警告スイッチ
３６．警告スイッチ
３７．定電圧ダイオード
３８．警告スイッチ
４０．警告信号出力手段
２００．充電回路
３００．電流制御回路

Claims (5)

1. 蓄電素子、該蓄電素子に充電された電力を放電ランプに通電するための電流制御回路、該蓄電素子の電圧を放電可能な放電回路、並びに該電流制御回路及び該放電回路を制御するＣＰＵを備えた閃光放電ランプ点灯装置であって、
   前記放電回路が、
   前記蓄電素子に並列接続された放電抵抗と放電スイッチの直列回路、
   前記蓄電素子の電圧を分圧する分圧回路であって、その分圧点が前記放電スイッチの制御端子に接続される分圧回路、及び
   前記放電スイッチの制御端子に接続された放電停止スイッチであって、該放電停止スイッチがＯＮ状態のときに該放電スイッチがＯＦＦとなり、該放電停止スイッチがＯＦＦ状態のときに該放電スイッチがＯＮとなるように該放電スイッチに接続された放電停止スイッチからなり、前記放電停止スイッチのＯＮ／ＯＦＦが前記ＣＰＵからの信号によって制御され、該ＣＰＵからの信号が無い場合には該放電停止スイッチがＯＦＦされるように構成された閃光放電ランプ点灯装置。
2. 請求項１の閃光放電ランプ点灯装置であって、さらに、前記蓄電素子の残存電圧が閾値以上であることを示す警告信号を出力する警告出力回路を備え、
   前記警告出力回路が、前記蓄電素子の残存電圧が前記閾値以上の場合に導通する警告スイッチ、及び該警告スイッチが導通することにより前記警告信号の出力を行う警告信号発生手段を備えた閃光放電ランプ点灯装置。
3. 請求項２の閃光放電ランプ点灯装置において、前記警告スイッチの制御端子が、前記放電スイッチの制御端子より低電位でかつ前記蓄電素子の低電位側端子より高電位となる点に接続され、前記放電回路が非動作状態にある場合には前記警告スイッチが導通されないことを特徴とする閃光放電ランプ点灯装置。
4. 請求項２の閃光放電ランプ点灯装置において、前記警告スイッチの制御端子が、前記放電スイッチの制御端子より高電位でかつ前記蓄電素子の高電位側端子より低電位となる点に接続され、前記蓄電素子の電圧が前記閾値以上の場合には、前記放電回路の動作状態にかかわらず前記警告スイッチが導通されることを特徴とする閃光放電ランプ点灯装置。
5. 請求項２の閃光放電ランプ点灯装置において、前記警告スイッチが絶縁型のスイッチであり、前記蓄電素子と前記警告信号発生手段が絶縁されていることを特徴とする閃光放電ランプ点灯装置。

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