JP6051579B2 - Charging circuit and flash discharge lamp lighting device - Google Patents
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Description
本発明は蓄電素子に電荷を充電するための充電回路、及びそれを用いた閃光放電ランプ点灯装置に関する。 The present invention relates to a charging circuit for charging an electric storage element with an electric charge and a flash discharge lamp lighting device using the same.
従来から、紫外線照射用の光源として、閃光放電光を照射できるキセノンランプに代表される閃光放電ランプが用いられている。そのような閃光放電ランプは、例えば紫外線硬化性の材料を硬化させるのに用いられ、専用の点灯装置によって瞬時に数十kWの大電力が投入される。ここで、仮にこのような大電力を瞬時に商用電源から閃光放電ランプに直接供給すると、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、点灯装置に充電回路を設け、商用電源からの電力を充電回路に一旦蓄積してから、点灯指令に応じてその蓄積された電力を閃光放電ランプに供給する構成が採用される。 Conventionally, a flash discharge lamp typified by a xenon lamp capable of emitting flash discharge light has been used as a light source for ultraviolet irradiation. Such a flash discharge lamp is used, for example, for curing an ultraviolet curable material, and a large power of several tens of kW is instantaneously input by a dedicated lighting device. Here, if such a large amount of power is instantaneously supplied directly from the commercial power source to the flash discharge lamp, it may cause a failure in peripheral equipment of the same commercial power system, or a large-capacity contact between the commercial power source and the irradiation device. And the need for wiring is a problem. Therefore, generally, a configuration is adopted in which a charging circuit is provided in the lighting device, and electric power from a commercial power supply is temporarily stored in the charging circuit, and then the stored electric power is supplied to the flash discharge lamp in response to a lighting command.
図10に従来の充電回路を用いた閃光放電ランプ点灯装置(以下、「点灯装置」という)を示す。点灯装置は、AC電源を整流平滑化する整流部(1、2)、整流部の出力を昇圧して充電する充電回路(3−13)、閃光放電ランプ40を絶縁破壊させて蓄電回路からのエネルギーを閃光放電ランプ40に投入するための始動回路(19、20)、及び閃光放電ランプ40に一連の点灯を行わせるために充電回路及び始動回路を制御する制御部30を備える。充電回路は、整流部の出力を昇圧する昇圧回路(3−9)及び昇圧回路の出力を整流して充電する蓄電回路(10−13)からなる。
FIG. 10 shows a flash discharge lamp lighting device (hereinafter referred to as “lighting device”) using a conventional charging circuit. The lighting device includes a rectifying unit (1, 2) that rectifies and smoothes the AC power supply, a charging circuit (3-13) that boosts and charges the output of the rectifying unit, and a
昇圧回路は、整流部(1、2)の出力を交流変換するフルブリッジ回路(3−6)を備える昇圧インバータ回路からなる。昇圧制御回路7は制御部30からの充電開始指令を受けると、フルブリッジ回路を50kHz程度の高周波で交互にオン/オフさせる。このスイッチング動作によって整流部からの直流入力が交流変換される。フルブリッジ回路の交流出力はインダクタ8によって電流制限されて昇圧トランス9の1次巻線に入力され、昇圧トランス9の巻数比に従って昇圧された電圧が2次巻線に発生する。昇圧トランス9の2次巻線に発生した電圧がダイオードブリッジ10−12によって整流され、この整流出力が蓄電コンデンサ13に充電される。そして、充電電圧検出部(16、17)によって検出される充電電圧が充電設定値まで上昇したことが検出されると、制御部30は昇圧回路の動作を停止させる。充電設定値は、例えば、2000〜3000Vdc程度である。
The booster circuit is composed of a booster inverter circuit including a full bridge circuit (3-6) that converts the output of the rectifiers (1, 2) into AC. When receiving the charge start command from the
制御部30は昇圧回路を停止させた後、所定のタイミングで点灯指令(始動信号)をイグナイタ回路19に出力する。イグナイタ回路19は始動信号を受けると、外部トリガ20に高圧パルス電圧を発生させる。外部トリガ20からの高圧パルスによって閃光放電ランプ40が絶縁破壊されると、蓄電コンデンサ13に充電されていたエネルギーが閃光放電ランプ40に投入される。これにより、閃光放電ランプ40の一回の閃光点灯が行われる。類似の点灯装置が、例えば特許文献1及び2に開示されている。
The
しかし、上記の構成においては、蓄電コンデンサ13の充電電圧が充電設定値に達しても何らかの不具合により昇圧回路が停止しない場合の保護機能が確保されていなかった。このような保護機能がないと、蓄電コンデンサ13の充電電圧は充電設定値を超えて上昇し、蓄電コンデンサ13の絶対最大定格電圧を超えてしまう可能性があり、蓄電コンデンサの故障をもたらす虞がある。
However, in the above configuration, a protection function is not ensured in the case where the booster circuit does not stop due to some trouble even when the charging voltage of the
上記の不具合として、マイコンなどからなる制御部30における動作上の不具合又は充電電圧検出部(16−17)周辺のハードウェア的な不具合が考えられる。マイコンにおける動作上の不具合としては、充電動作時の回路発振により発生されるノイズによる充電電圧の誤検出、充電動作時の回路発振により発生されるノイズによるラッチ、その他外来ノイズによるマイコンの誤動作などがあり得る。ハードウェア的な不具合としては、充電電圧検出部における分圧抵抗などの部品ハンダ不良(特に、抵抗16の接触不良又は抵抗17の短絡)、充電電圧検出部におけるプリント基板パターン切れなどの不良、充電電圧検出部から制御基板へのハーネス部などでの断線、コネクタ部での電線かしめ不良、コネクタ挿し忘れなどがあり得る。
As the above problems, there may be an operational problem in the
従って、本発明は、昇圧電圧を蓄電素子に充電する充電回路において、充電電圧が充電設定値に達したにもかかわらず何らかの不具合により昇圧回路が停止しない場合でも、蓄電素子の充電電圧が所定値を超えないような構成を提供することを課題とする。本発明はまた、このような充電回路を用いた閃光放電ランプ点灯装置を提供することを課題とする。 Therefore, according to the present invention, in the charging circuit for charging the storage element with the boosted voltage, the charging voltage of the storage element is a predetermined value even when the boosting circuit does not stop due to some trouble even though the charging voltage reaches the charge setting value. It is an object to provide a configuration that does not exceed. Another object of the present invention is to provide a flash discharge lamp lighting device using such a charging circuit.
本発明の第1の側面は、充電回路であって、入力電圧を昇圧する昇圧回路、及び蓄電素子を有し昇圧回路の出力を蓄電素子に充電する蓄電回路を備える。蓄電回路は、昇圧回路の出力を整流する第1の整流素子、第1の整流素子から蓄電素子への充電経路に挿入された逆流防止用の第2の整流素子、及び第2の整流素子のアノード端子側でかつ第1の整流素子の出力端子間に接続された電圧降伏型素子を備え、電圧降伏型素子の降伏電圧は蓄電素子の絶対最大定格値よりも低い。 A first aspect of the present invention is a charging circuit including a boosting circuit that boosts an input voltage, and a storage circuit that has a storage element and charges the storage element with the output of the boosting circuit. The power storage circuit includes a first rectifying element that rectifies the output of the booster circuit, a second rectifying element for preventing backflow inserted in a charging path from the first rectifying element to the power storing element, and a second rectifying element A voltage breakdown type element is provided on the anode terminal side and connected between the output terminals of the first rectifying element, and the breakdown voltage of the voltage breakdown type element is lower than the absolute maximum rated value of the storage element.
ここで、蓄電素子の充電電圧を検出する充電電圧検出部、及び充電電圧検出部によって検出された充電電圧が充電設定値に到達したと判断した場合に充電完了信号を生成する制御部をさらに備え、制御部が、充電開始から所定時間経過後も充電完了信号の生成が行われない場合に異常検出信号を出力して昇圧回路を停止させるように構成してもよい。 Here, a charging voltage detection unit that detects a charging voltage of the storage element, and a control unit that generates a charging completion signal when it is determined that the charging voltage detected by the charging voltage detection unit has reached a charging set value are further provided. The control unit may be configured to output an abnormality detection signal and stop the booster circuit when a charge completion signal is not generated even after a predetermined time has elapsed since the start of charging.
また、第1の整流素子の出力端子間の電圧を検出する充電入力検出部、及び充電入力検出部によって検出された充電入力電圧に基づいて電圧降伏型素子が導通したか否かを判別する制御部をさらに備え、制御部が、電圧降伏型素子が導通したと判別した場合に昇圧回路を停止させるように構成してもよい。 Also, a charging input detection unit that detects a voltage between the output terminals of the first rectifying element, and a control that determines whether or not the voltage breakdown type element is conductive based on the charging input voltage detected by the charging input detection unit May be further provided, and the control unit may be configured to stop the booster circuit when it is determined that the voltage breakdown element is conductive.
またさらに、異常検出信号が出力されたことを報知する報知手段をさらに備える構成としてもよい。 Furthermore, it is good also as a structure further equipped with the alerting | reporting means which alert | reports that the abnormality detection signal was output.
本発明の第2の側面は、上記第1の側面の充電回路、及び閃光放電ランプを絶縁破壊させて蓄電素子からのエネルギーを閃光放電ランプに投入させるための始動回路を備えた閃光放電ランプ点灯装置である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a flash discharge lamp lighting comprising a charging circuit according to the first aspect and a starting circuit for causing the flash discharge lamp to inject energy from the storage element by causing dielectric breakdown of the flash discharge lamp. Device.
実施例.
図1に、本発明の実施例による充電回路を含む閃光放電ランプ点灯装置(以下、「点灯装置」という)を示す。点灯装置は、AC電源を整流平滑化する整流部(1、2)、整流部の出力を昇圧して充電する充電回路(3−15)、閃光放電ランプ40を絶縁破壊させて蓄電回路からのエネルギーを閃光放電ランプ40に投入するための始動回路(19、20)、及び閃光放電ランプ40に一連の点灯を行わせるために充電回路及び始動回路を制御する制御部30を備える。充電回路は、整流部の出力を昇圧する昇圧回路(3−9)及び昇圧回路の出力を整流して充電する蓄電回路(10−15)を備える。但し、各回路素子が上記のどの回路に属するかは便宜的なものであり、本発明を拘束するものではない。抵抗16及び17は充電電圧検出部を構成し、充電電圧検出部によって検出される蓄電コンデンサ13の充電電圧が制御部30に入力される。
Example.
FIG. 1 shows a flash discharge lamp lighting device (hereinafter referred to as “lighting device”) including a charging circuit according to an embodiment of the present invention. The lighting device includes a rectifying unit (1, 2) that rectifies and smoothes the AC power source, a charging circuit (3-15) that boosts and charges the output of the rectifying unit, and a
昇圧回路(3−9)は、整流部(1、2)の出力を交流変換するフルブリッジ回路(3−6)を備える昇圧インバータ回路からなる。フルブリッジ回路において、昇圧制御回路7は制御部30からの充電開始指令を受けると、トランジスタ3及び6とトランジスタ4及び5を数十kHz(例えば、50kHz程度)の高周波で交互にオン/オフさせる。このスイッチング動作によって整流部からの直流入力が交流変換される。フルブリッジ回路の交流出力はインダクタ8によって電流制限されて昇圧トランス9の1次巻線に入力され、昇圧トランス9の巻数比に従って昇圧された電圧が2次巻線に発生する。
The booster circuit (3-9) includes a booster inverter circuit including a full bridge circuit (3-6) that converts the output of the rectifiers (1, 2) into an alternating current. In the full bridge circuit, when the boost control circuit 7 receives a charge start command from the
蓄電回路(10−15)は、昇圧回路の出力を整流するダイオードブリッジ10−12(第1の整流素子)、この整流出力が充電される蓄電コンデンサ13(蓄電素子)、ダイオードブリッジ10−12から蓄電コンデンサ13への充電経路に挿入された整流素子14(第2の整流素子)、及び整流素子14のアノード端子側でかつダイオードブリッジ10−12の出力端子間に接続された電圧降伏型素子15を備える。ダイオードブリッジ10−12は昇圧トランス9の複数の2次巻線のそれぞれの出力を全波整流し、その合計電圧を出力する。ダイオードブリッジ10−12の各々の耐圧は、充電設定値乃至は蓄電コンデンサ13の絶対最大定格値の3分の1程度であればよい。整流素子14は蓄電コンデンサ13から電圧降伏型素子15側への逆流を防止するダイオードである。電圧降伏型素子15は、例えば放電ギャップからなり、その降伏電圧以上の電圧が印加されると導通する。詳細を後述するように、電圧降伏型素子15の降伏電圧は充電設定値よりも高く、蓄電コンデンサの絶対最大定格値よりも低いものとする。
The storage circuit (10-15) includes a diode bridge 10-12 (first rectifier element) that rectifies the output of the booster circuit, a storage capacitor 13 (storage element) that is charged with the rectified output, and a diode bridge 10-12. The rectifying element 14 (second rectifying element) inserted in the charging path to the
制御部30はマイコン、パソコン等のコンピュータからなり、CPU31、メモリ32、及び場合によっては入出力インターフェイス33を備える。制御部30は、上述したように所定のタイミングで閃光放電ランプ40を点灯させるように構成される。従って、この所定のタイミングは、メモリ32にプログラムしておいてもよいし、挿抜可能な記憶媒体から読み込まれるようにしてもよいし、通信機器から伝送媒体を介して読み込まれるようにしてもよい。また、制御部30がパソコンからなる場合には、製造工程に応じてユーザが入出力インターフェイス33を介して所望のタイミングを入力できるようにしてもよい。
The
制御部30は、充電開始信号を昇圧制御回路7に出力してフルブリッジ回路(3−6)のスイッチングを開始させる。その後、制御部30は、充電電圧検出部(16−17)によって検出される充電電圧が充電設定値まで上昇したものと判断すると、充電完了信号を生成して昇圧制御回路7にフルブリッジ回路の動作を停止させる。
The
制御部30は昇圧回路を停止させた後、所定のタイミングで点灯指令(始動信号)をイグナイタ回路19に出力する。イグナイタ回路19は始動信号を受けると、外部トリガ20に10k〜20kVの高圧パルス電圧を発生させる。外部トリガ20からの高圧パルスによって閃光放電ランプ40が絶縁破壊されると、蓄電コンデンサ13に充電されていたエネルギーが放電電流ピーク制御用のインダクタ18によって限流されつつ閃光放電ランプ40に投入される。これにより、閃光放電ランプ40の一回の閃光点灯が行われる。この充電から点灯までの動作が設定されたタイミングで行われる。
The
本実施例では蓄電コンデンサ13の容量を50μF、絶対最大定格値を4000Vdcとし、充電設定値を3000Vdcとした。充電動作においては、制御部30からの指令値に応じて昇圧制御回路7がフルブリッジ回路(3−6)のスイッチング周波数を制御し、それにより蓄電コンデンサ13に充電される電圧が制御される。フルブリッジ回路には、交流電源200Vを全波整流した電圧約282V(平滑コンデンサ2の電圧)が入力され、約50kHzのスイッチング周波数で駆動されて蓄電コンデンサ13が充電される。
In this embodiment, the capacity of the
図2は図1の閃光放電ランプ40及び外部トリガ20の具体的構成を示す。閃光放電ランプ40は、石英発光管101、石英発光管101の一端内部に配置された陽極102、石英発光管101の他端内部に配置された陰極103、石英発光管101の両端部を封止するシール部104、石英発光管に近接配置されたトリガワイヤ105(外部トリガ20)、並びに陽極102及び陰極103にそれぞれ接続された電極芯棒106からなる。陽極102はタングステン製であり、陰極103はタングステン製電極の先端に焼結電極を溶接したものである。なお、焼結電極とはタングステンに酸化バリウムBaOや酸化アルミニウムAL203をドープし、焼き固めたものである。
FIG. 2 shows a specific configuration of the
図3Aは本実施例における蓄電コンデンサ13の充電電圧を示す図であり、「発明が解決しようとする課題」において上述したような不具合(以下、「不具合」という)が発生しない場合の充電電圧を示す。t0で充電が開始されると、充電電圧が上昇していき、tAで充電設定値(3000V)に到達する。tAにおいて、制御部30は充電電圧検出部(16−17)からの検出充電電圧に基づいて充電が完了したものと判断し、充電完了信号を生成して昇圧制御回路7にフルブリッジ回路(3−6)の動作を停止させる。tBにおいて、制御部30は始動信号をイグナイタ回路19に出力し、イグナイタ回路19が起動すると蓄電コンデンサ13の電荷が閃光放電ランプ40で放電され、充電電圧は瞬時に数十V(閃光放電ランプ40の放電維持可能電圧)まで低下する。
FIG. 3A is a diagram showing the charging voltage of the
図3Bは、不具合が発生した場合の蓄電コンデンサ13の充電電圧を示す図である。ここで、電圧降伏型素子15の降伏電圧は3500Vdcである。t0で充電が開始されると、充電電圧が上昇していく。その後、tAにおいて、充電電圧が充電設定値(3000V)に到達しているにもかかわらず、不具合のために制御部30は充電が完了したものと判断することができず、充電完了信号が生成されない。従って、昇圧制御回路7にフルブリッジ回路(3−6)の動作が継続される。tCにおいて、充電電圧が電圧降伏型素子15の降伏電圧(3500V)に達し、電圧降伏型素子15が電圧降伏して導通する。その後、昇圧回路の動作が継続された状態で電圧降伏型素子15の電圧降伏が反復され、充電電圧が降伏電圧(3500V)に一定に維持される。なお、図10に示す従来の充電回路では、充電電圧はtC以降も上昇を続けてしまうことになる(図3Bの破線部参照)。
FIG. 3B is a diagram illustrating a charging voltage of the
図3Bの各時刻における充電入力波形(ノードN1とノードN2の間の電圧波形)を図4A及び4Bに示す。図4Aは、t0とtAの間の充電電圧上昇過程における任意の時刻t1付近の波形である。この期間においては、全波整流波形である充電入力波形が、上昇中の蓄電コンデンサ13の充電電圧にクランプされる。なお、図面では脈流電圧の谷部が0Vまで低下しているが、実際には整流素子部の容量等の影響により完全に0Vにはならない場合がある。
4A and 4B show charging input waveforms (voltage waveforms between the node N1 and the node N2) at each time of FIG. 3B. FIG. 4A shows a waveform near an arbitrary time t1 in the charging voltage increase process between t0 and tA. During this period, the charging input waveform which is a full-wave rectified waveform is clamped to the charging voltage of the rising
tC直後における充電入力波形(ノードN1とノードN2の間の電圧波形)は、図4Bのように、充電入力電圧が降伏電圧に達すると、電圧降伏型素子15の電圧降伏により充電入力電圧が約0Vとなる。電圧降伏型素子15が一旦電圧降伏すると保持電流が継続するので降伏状態は、昇圧回路の停止等により電流がなくなるまで維持される。
As shown in FIG. 4B, the charging input waveform immediately after tC (voltage waveform between the node N1 and the node N2) is approximately equal to the charging input voltage due to the voltage breakdown of the
このように、不具合により昇圧回路が停止されなくても蓄電回路は、蓄電コンデンサ13の電圧を電圧降伏型素子15の降伏電圧以下に抑えることができる。従って、充電電圧は蓄電コンデンサ13の絶対最大定格を超えることはなく、蓄電コンデンサ13が過電圧から保護される。
Thus, even if the booster circuit is not stopped due to a problem, the storage circuit can suppress the voltage of the
ここで、電圧降伏期間Tbにおいて、ダイオードブリッジ10−12はオン状態であり、整流素子14はオフ状態となる。従って、電圧降伏時に、電圧降伏型素子15に流れる電流は昇圧回路側、即ち、昇圧トランス9の2次巻線に発生する電流のみであり、蓄電コンデンサ13から電圧降伏型素子15に電流が流れ込むことはない。従って、整流素子14をノードN1又はN2と蓄電コンデンサ13の間の経路に挿入することにより、電圧降伏型素子15に電流容量の小さい小型のものを採用することができる。例えば、(トランスの設計にもよるが)50μFの蓄電コンデンサ13を約100m秒〜150m秒(t0→tA)で3000Vdcまで充電する際の昇圧トランス9の2次側充電電流値は約1.0A〜1.5A程度であり、電圧降伏型素子15が電圧降伏してもそこに流れる電流はこの程度である。仮に整流素子14が挿入されないとすると、電圧降伏型素子15において、閃光放電ランプ40へのランプ電流(数十A〜1000A程度)以上の電流容量が必要になってしまう。従って、電圧降伏型素子15の小容量化のためには整流素子14の挿入が必要となる。
Here, in the voltage breakdown period Tb, the diode bridge 10-12 is in the on state, and the rectifying element 14 is in the off state. Therefore, at the time of voltage breakdown, the current flowing through the voltage
制御部30はまた、充電開始信号を出力してから所定時間経過しても内部で充電完了信号が生成されない場合には異常検出信号を生成して昇圧制御回路7を停止させることが望ましい。また、充電回路の異常発生の判断及び昇圧回路の停止を、制御部30が行ってもよいし、インターフェイス33を介した外部コントローラなどで行ってもよい。
The
さらに、制御部30に報知手段35を設けて、制御部30が異常検出信号を報知手段35に出力し、報知手段35がユーザに充電回路の異常を報知し、併せて点検又は修理を促すようにしてもよい。報知手段35は、視覚的(ランプ表示、液晶表示等)、聴覚的(ビープ音、音声等)又はその組合せによって上記の情報を報知することができるものとする。
Further, the
このように、本実施例の充電回路の構成によると、充電回路において、充電電圧が充電設定値に達したにもかかわらず不具合により昇圧回路が停止しない場合でも、蓄電コンデンサ13の充電電圧が降伏電圧(従って、蓄電コンデンサの絶対最大定格)を超えないようにすることができる。しかも、逆流防止用の整流素子14の挿入により、電圧降伏型素子15を小容量化して充電回路を小型かつ低コストな構成とすることができる。
Thus, according to the configuration of the charging circuit of the present embodiment, the charging voltage of the
変形例1.
上記実施例では、充電完了信号が生成されないことに基づいて昇圧回路の停止が行われる構成としたが、本変形例では、電圧降伏型素子が電圧降伏したことに基づいて昇圧回路を停止させる構成を示す。図5に本変形例の充電回路を含む点灯装置を示す。図1に示す実施例との相違は、抵抗21及び22からなる充電入力検出部がダイオードブリッジ10−12の出力端子間に接続され(本実施例では、電圧降伏型素子15に並列接続され)、その検出電圧が制御部30に入力される点である。それ以外の点は図1に示す実施例の構成と同様であるので説明を省略する。
Modification 1
In the above embodiment, the booster circuit is stopped based on the fact that the charge completion signal is not generated. However, in this modification, the booster circuit is stopped based on the voltage breakdown of the voltage breakdown element. Indicates. FIG. 5 shows a lighting device including the charging circuit of this modification. 1 is different from the embodiment shown in FIG. 1 in that a charging input detection unit comprising resistors 21 and 22 is connected between the output terminals of the diode bridge 10-12 (in this embodiment, connected in parallel to the voltage breakdown type element 15). The detected voltage is input to the
図4Aに関して説明したように、電圧降伏型素子15が電圧降伏していない場合の充電入力電圧の波形は全波整流波形のピークがクランプされたものとなり、基本的には充電入力電圧が0Vに留まることはない。一方、図4Bに示したように、電圧降伏型素子15が電圧降伏している期間においては、充電入力電圧は実質的に0Vに留まる。従って、制御部30は、充電入力検出部による検出電圧が一定期間0Vに留まることを検出した場合に、電圧降伏型素子15が導通したものと判別し、異常検出信号を生成することができる。
As described with reference to FIG. 4A, the waveform of the charging input voltage when the voltage
また、図4Bに示したように、電圧降伏型素子15が電圧降伏する瞬間に充電入力電圧は急峻に立ち下がる。従って、制御部30が、検出充電入力電圧の微分値を検出し、充電入力電圧の立ち下がり時の微分値の絶対値が閾値を超えた場合に電圧降伏型素子15が導通したものと判別して異常検出信号を生成する構成としてもよい。
Further, as shown in FIG. 4B, the charging input voltage sharply falls at the moment when the
なお、充電入力検出部を一部のダイオードブリッジ(例えば、ダイオードブリッジ12)の出力端に接続する構成としてもよい。また、制御部30が、所定期間に内部で充電完了信号が生成されなかったという判断結果と電圧降伏型素子15が電圧降伏したという判断結果との論理積又は論理和に基づいて異常検出信号生成の可否を決定するようにしてもよい。
In addition, it is good also as a structure which connects a charge input detection part to the output terminal of some diode bridges (for example, diode bridge 12). Further, the
このように、本変形例によると、電圧降伏型素子15が電圧降伏すると制御部30が異常検出信号を生成し、昇圧制御回路7にフルブリッジ回路(3−6)を停止させることができる。従って、電圧降伏回数を低減して電圧降伏型素子15を長寿命化することができるとともに、電圧降伏動作によるノイズ及び電力消費を低減することができる。
Thus, according to the present modification, when the
変形例2.
上記実施例では、ダイオードブリッジ10−12の全出力を電圧降伏させる構成を示したが、本変形例ではダイオードブリッジ10−12の出力の一部を電圧降伏させる構成を示す。図6に本変形例の充電回路を含む閃光放電ランプ点灯装置を示す。図1に示す実施例との相違は電圧降伏型素子15´がダイオードブリッジ11−12の合計出力を電圧降伏するように接続された点である。ここで、昇圧トランス9の3つの2次巻線の巻数は等しいものとし、電圧降伏型素子15´の降伏電圧は、実施例における電圧降伏型素子15の降伏電圧の2/3程度であるものとする。それ以外の点は図1に示す実施例の構成と同様であるので説明を省略する。
In the above-described embodiment, the configuration in which the voltage breakdown of all the outputs of the diode bridge 10-12 is shown. However, in this modification, a configuration in which a part of the output of the diode bridge 10-12 is voltage breakdowned is shown. FIG. 6 shows a flash discharge lamp lighting device including a charging circuit according to this modification. The difference from the embodiment shown in FIG. 1 is that a voltage breakdown type element 15 'is connected so as to voltage breakdown the total output of the diode bridge 11-12. Here, the number of turns of the three secondary windings of the step-up transformer 9 is assumed to be equal, and the breakdown voltage of the voltage
図7に、電圧降伏型素子15´の動作時における充電入力波形(ノードN1とノードN2の間の電圧波形)を示す。図7に示すように、電圧降伏型素子15´にかかる電圧が降伏電圧に達すると電圧降伏型素子15´が電圧降伏し、電圧降伏期間における充電入力電圧は電圧降伏がない場合の1/3となる。
FIG. 7 shows a charge input waveform (voltage waveform between the node N1 and the node N2) during the operation of the
電圧降伏型素子15´が電圧降伏している間は、整流素子14はオフ状態となっている。従って、電圧降伏時に、電圧降伏型素子15´に流れる電流は昇圧回路側、即ち、昇圧トランス9の2次巻線に発生する電流のみであり、蓄電コンデンサ13からダイオードブリッジ10及び電圧降伏型素子15´に電流が流れ込むことはない。また、電圧降伏時に、ダイオードブリッジ10に蓄電コンデンサ13の充電電圧に相当する高い電圧が印加されることもない。なお、電圧降伏型素子15´を接続する位置は、ダイオードブリッジ11及び12の合計出力点に限られず、ダイオードブリッジ10及び11の合計出力点であってもよい。
While the
このように、電圧降伏型素子15´を昇圧出力の一部を電圧降伏させる構成としたので、電圧降伏型素子15´に降伏電圧の低い、より小型のものを採用することができる。
As described above, since the voltage
変形例3.
上記実施例では、充電設定電圧よりも高い降伏電圧の電圧降伏型素子15を用いる構成を示したが、本変形例では、充電設定値に等しい降伏電圧の電圧降伏型素子を用いる構成を示す。本変形例の構成によると、充電電圧検出部(16−17)を不要とすることができる。図8A及び8Bに本変形例の充電回路を含む閃光放電ランプ点灯装置を示す。
In the above-described embodiment, the configuration using the voltage
図8Aに示す点灯装置においては、電圧降伏型素子15の降伏電圧は充電設定値に等しく、3000Vdcである。そして、点灯装置には、充電入力検出部(21−22)が設けられているが、充電電圧検出部(16−17)は設けられていない。制御部30は、第1の変形例と同様に、充電入力検出部(21−22)からの検出電圧に基づいて電圧降伏型素子15が導通したこと検出した後に昇圧制御回路7にフルブリッジ回路(3−6)を停止させる。
In the lighting device shown in FIG. 8A, the breakdown voltage of the voltage
充電動作における蓄電コンデンサ13の充電電圧の変化は図3Aと同じものとなる。図3Aを参照すると、t0において充電が開始され、tAにおいて充電電圧が充電設定電圧、即ち、降伏電圧(3000V)に到達すると電圧降伏型素子15が電圧降伏する。制御部30は電圧降伏動作を充電入力検出部(21−22)からの電圧に基づいて検出し、充電完了信号を生成する。昇圧制御回路7が充電完了信号を受けて昇圧回路を停止することにより、充電電圧が充電設定値で一定となる。tBにおいて、制御部30は始動信号をイグナイタ回路19に出力し、イグナイタ回路19が起動すると蓄電コンデンサ13の電荷が閃光放電ランプ40に放電され、充電電圧は瞬時に数十Vまで低下する。
The change in the charging voltage of the
図8Bに示す点灯装置においても、電圧降伏型素子15の降伏電圧は充電設定電圧に等しく、3000Vである。一方、点灯装置には、各検出手段及び制御部30は設けられていない。昇圧制御回路7は、昇圧動作開始から所定時間が経過した時点でフルブリッジ回路(3−6)を停止させるとともにイグナイタ回路19に始動信号を出力する。蓄電コンデンサ13における充電電圧の変化は図3Aと同様であるが、図8Aの点灯装置においてはtAとtBの間でフルブリッジ回路が停止しているのに対し、図8Bの点灯装置においてはtAとtBの間でフルブリッジ回路は動作を継続し、電圧降伏型素子15の電圧降伏状態が維持される。図8Bの構成では、一連の点灯制御は簡素なもので済み、例えば、昇圧制御回路7にタイマー機能を持たせれば制御部30を不要とすることができる。
Also in the lighting device shown in FIG. 8B, the breakdown voltage of the
従って、本変形例の構成によると、電圧降伏型素子15の電圧降伏動作はもはや保護機能の一部としてではなく、充電電圧決定機能の一部として作用する。これにより、各検出部又は制御部を省略することができ、点灯装置の構成をより簡素なものとすることができる。
Therefore, according to the configuration of the present modification, the voltage breakdown operation of the voltage
以上に、本発明による充電回路とそれを用いた閃光放電ランプ点灯装置を説明した。以下にその適用例である光照射器について説明する。
図9は本発明の光照射器を示すものであり、上段が上面図、下段が側面図である。光照射器は、ランプを内包する照射器301、ランプ340(図1の閃光放電ランプ40に対応するものとする)、反射板302、及びダクト303を備える。照射対象となる半導体ウェハー等の基板304がランプ340及び反射鏡302に対して対向配置される。また、上述のイグナイタ回路19からの高圧パルスが減衰しないように、ランプ340に付されるトリガワイヤ20とイグナイタ回路19との間の配線は短い方が好ましい。従って、照射器301にイグナイタ回路19が設けられるものとする。反射板302はランプからの放電光を被照射物に対して効率よく反射させるためのものであり、ダクト303はランプを冷却(空冷)するための吸気用又は排気用のダクトである。
The charging circuit according to the present invention and the flash discharge lamp lighting device using the same have been described above. The light irradiator which is the application example is demonstrated below.
FIG. 9 shows the light irradiator of the present invention, with the upper part being a top view and the lower part being a side view. The light irradiator includes an
本発明を適用した光照射器は、不具合により昇圧回路が停止しない場合でも蓄電コンデンサ13が保護される点灯装置を搭載したので光照射器の安全性をより高めることができる。また、点灯装置に追加する回路部品(整流素子及び電圧降伏型素子)を小型の部品で構成できるので点灯装置は大型化せず、光照射器への搭載の妨げとはならない。またさらに、充電回路の異常時に報知手段35により異常を検知する構成とすれば、光照射器の保守点検作業が容易となる。
Since the light irradiator to which the present invention is applied is equipped with a lighting device that protects the
上記の光照射器は、半導体製造におけるダイシング工程において、分離前に半導体ウェハー基板に貼付する紫外線硬化性テープ又は半導体ウェハー基板に塗布する紫外線硬化性の塗料を硬化させるための紫外線照射装置として用いることができる。また、上記の光照射器は、短時間で高照度の放射光の中に含まれる短波長域の紫外光を活用した殺菌用途にも活用できる。 The above light irradiator is used as an ultraviolet irradiation device for curing an ultraviolet curable tape to be applied to a semiconductor wafer substrate before separation or an ultraviolet curable coating to be applied to a semiconductor wafer substrate in a dicing process in semiconductor manufacturing. Can do. Moreover, said light irradiation device can be utilized also for the sterilization use which utilized the ultraviolet light of the short wavelength range contained in the radiant light of high illumination intensity for a short time.
なお、上記実施例は本発明の最も好適な例として示したものであるが、以下を注記しておく。
(1)実施例においては、入力電源は単相電源であるが三相電源であってもよい。
(2)実施例においては、整流部(1、2)をいわゆるコンデンサインプット型のものとして説明したが、昇圧チョッパ回路等で構成してもよい。なお、入力電源として直流電源が接続される場合には整流部はなくてもよい。また、整流部が昇圧チョッパ回路で構成される場合は、昇圧回路の昇圧機能を昇圧チョッパ回路側に持たせてもよい。
(3)実施例においては、昇圧回路(3−9)としてフルブリッジインバータと昇圧トランスの組合せを用いたが、昇圧回路は、ハーフブリッジインバータと昇圧トランスの組合せ、フライバックコンバータ、フォワードコンバータなどであってもよい。
(4)実施例においては、蓄電素子として蓄電コンデンサ13を示したが、バッテリーを用いてもよい。
(5)実施例においては、制御部30と昇圧制御回路7、イグナイタ回路19及び報知手段35との信号送受信を有線で行う構成を示したが、無線通信で行う構成としてもよい。
In addition, although the said Example was shown as the most suitable example of this invention, the following is noted.
(1) In the embodiment, the input power supply is a single-phase power supply, but may be a three-phase power supply.
(2) In the embodiment, the rectifying units (1, 2) have been described as the so-called capacitor input type, but may be configured by a boost chopper circuit or the like. Note that when a DC power source is connected as an input power source, the rectifying unit may not be provided. In the case where the rectifying unit is configured by a boost chopper circuit, the boost function of the boost circuit may be provided on the boost chopper circuit side.
(3) In the embodiment, a combination of a full bridge inverter and a boost transformer is used as the boost circuit (3-9). However, the boost circuit is a combination of a half bridge inverter and a boost transformer, a flyback converter, a forward converter, or the like. There may be.
(4) In the embodiment, the
(5) In the embodiment, the configuration in which the signal transmission / reception between the
1.整流回路
2.平滑コンデンサ
3−6.トランジスタ
7.昇圧制御回路
8.インダクタ
9.昇圧トランス
10−12.ダイオードブリッジ
13.蓄電コンデンサ
14.整流素子
15、15´.電圧降伏型素子
16、17.抵抗
18.インダクタ
19.イグナイタ回路
20.外部トリガ
21、22.抵抗
30.制御部
31.CPU
32.メモリ
33.入出力インターフェイス
35.報知手段
40.閃光放電ランプ
1. 1. Rectifier circuit Smoothing capacitor 3-6. Transistor 7. Boost control circuit 8. Inductor 9. Step-up transformer 10-12.
32.
Claims (2)
入力電圧を昇圧する昇圧回路と、
蓄電素子を有し前記昇圧回路の出力を該蓄電素子に充電する蓄電回路であって、前記昇圧回路の出力を整流する第1の整流素子、該第1の整流素子から前記蓄電素子への充電経路に挿入された逆流防止用の第2の整流素子、及び該第2の整流素子のアノード端子側でかつ前記第1の整流素子の出力端子間に接続され、降伏電圧が前記蓄電素子の絶対最大定格値よりも低い放電ギャップを備えた蓄電回路と、
前記第2の整流素子のアノード端子側において前記第1の整流素子の出力端子間の電圧を検出する充電入力検出部と、
前記充電入力検出部によって検出された充電入力電圧に基づいて前記放電ギャップが導通したか否かを判別し、前記放電ギャップが導通したと判別した場合に前記昇圧回路を停止させるように構成された制御部と
を備えた充電回路。 A charging circuit,
A booster circuit for boosting the input voltage;
A storage circuit having a storage element and charging the output of the booster circuit to the storage element, wherein the first rectifier element rectifies the output of the booster circuit, and charging from the first rectifier element to the storage element A second rectifying element inserted into the path for preventing backflow, and an anode terminal side of the second rectifying element and connected between the output terminals of the first rectifying element, and a breakdown voltage is an absolute value of the storage element. A storage circuit with a discharge gap lower than the maximum rated value;
A charge input detector for detecting a voltage between output terminals of the first rectifier element on the anode terminal side of the second rectifier element;
It is configured to determine whether or not the discharge gap is conducted based on a charge input voltage detected by the charge input detection unit, and to stop the booster circuit when it is determined that the discharge gap is conducted. A charging circuit including a control unit.
請求項1に記載の充電回路、及び
閃光放電ランプを絶縁破壊させて前記蓄電素子からのエネルギーを該閃光放電ランプに投入させるための始動回路
を備えた閃光放電ランプ点灯装置。 A flash discharge lamp lighting device,
A flash discharge lamp lighting device comprising: the charging circuit according to claim 1 ; and a starting circuit for causing the flash discharge lamp to break down and causing energy from the power storage element to be input to the flash discharge lamp.
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