TW202013871A - 放電燈點燈裝置 - Google Patents

Abstract

本發明是緩和浪湧電流，抑制開關元件的破損。實施方式的放電燈點燈裝置包括探測部及生成部。探測部探測起動信號，所述起動信號是指示對燈負載的起動的信號。生成部在由探測部探測到起動信號時，生成使開關元件驅動的驅動信號，所述開關元件與轉換器的兩端分別連接，所述轉換器對燈負載供給電源。並且，生成部在開始生成驅動信號的初始狀態，在使驅動信號的脈衝寬度固定的狀態下，將脈衝週期逐漸縮小至穩恆狀態的脈衝週期即穩恆脈衝週期為止。

Description

放電燈點燈裝置

本發明的實施方式涉及一種放電燈點燈裝置。

先前，使用准分子燈（excimer lamp）或稀有氣體螢光燈等阻擋放電燈（barrier discharge lamp），作為商業用的光源。使這種放電燈點燈的放電燈點燈裝置是通過進行所謂的軟啟動（soft start）來緩和所產生的浪湧電流（inrush current），所述軟啟動是在起動時縮短對開關元件施加的驅動信號的脈衝寬度（pulse width），所述開關元件與變壓器（transformer）連接。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2002-136114號公報

[發明所要解決的問題]

但是，在所述現有技術中，驅動信號的脈衝的頻率為固定，針對驅動信號進行脈衝寬度縮短控制，所以朝開關元件產生浪湧時的應力週期不變，當輸入電力大時，有可能產生朝開關元件產生浪湧的應力，從而有可能導致開關元件的破損。

本發明所要解決的問題在於提供一種放電燈點燈裝置，能夠緩和浪湧電流，抑制開關元件的破損。 [解決問題的技術手段]

實施方式的放電燈點燈裝置包括探測部及生成部。所述探測部探測起動信號，所述起動信號是指示對燈負載的起動的信號。所述生成部在由所述探測部探測到所述起動信號時，生成使開關元件驅動的驅動信號，所述開關元件與轉換器的兩端分別連接，所述轉換器對所述燈負載供給電源。並且，所述生成部在開始生成所述驅動信號的初始狀態，在使所述驅動信號的脈衝寬度固定的狀態下，逐漸將脈衝週期縮小至穩恆狀態的脈衝週期即穩恆脈衝週期為止。

在所述放電燈點燈裝置中，所述生成部將所述穩恆狀態下的脈衝寬度固定在脈衝週期的1/2以下而生成所述驅動信號。而且，在所述放電燈點燈裝置中，所述生成部對所述開關元件分別輸入逆相位的所述驅動信號。並且，在所述放電燈點燈裝置中，所述燈負載是介電質阻擋放電（Dielectric Barrier Discharge）燈。 [發明的效果]

根據本發明，能夠緩和浪湧電流，抑制開關元件的破損。

以下，參照附圖，對實施方式的放電燈點燈裝置100進行說明。在實施方式中，對具有相同功能的結構標注相同的符號，並省略重複的說明。並且，以下，說明燈負載50是准分子放電燈的情況，但是燈負載50並不限定於此。

首先，利用圖1，對實施方式的放電燈點燈裝置的概要進行說明。圖1是實施方式的放電燈點燈裝置的示意圖。如圖1所示，放電燈點燈裝置100包括電源裝置1、燈負載50、變壓器T、第一開關元件Q1、第二開關元件Q2及開關（switch）SW。

變壓器T是絕緣型的變壓器，包括一次線圈L1、一次線圈L2及二次線圈L3。並且，在一次線圈L1、一次線圈L2的中點，連接著直流電源VDD，並且在一次線圈L1、一次線圈L2的兩端，分別設置第一開關元件Q1及第二開關元件Q2。

第一開關元件Q1及第二開關元件Q2例如是金屬氧化物半導體場效應電晶體（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET）。第一開關元件Q1及第二開關元件Q2的源極（source）分別與一次線圈L1、一次線圈L2連接，第一開關元件Q1及第二開關元件Q2的汲極（drain）分別與地線（ground）連接。

電源裝置1通過分別將逆相位的脈寬調製（Pulse Width Modulation，PWM）作為驅動信號而分別輸入至第一開關元件Q1及第二開關元件Q2，能夠經由變壓器T將交流的輸出電流供給至燈負載50。

開關SW是將起動信號輸出至電源裝置1的裝置，所述起動信號是指示對燈負載50的起動的信號。開關SW是用於使燈負載50點燈或熄燈的開關，例如，根據使用者的操作將起動信號輸入至電源裝置1。

另外，開關SW不但能夠將起動信號，而且也能夠將控制信號輸入至電源裝置1，所述控制信號用於對燈負載50的調光進行控制。這時，電源裝置1也能夠基於控制信號對調光進行控制。更詳細地說，電源裝置1通過基於控制信號，對輸入至第一開關元件Q1及第二開關元件Q2的驅動信號的脈衝頻率進行控制，而能夠控制燈負載50的調光。

燈負載50是介電質阻擋放電燈，作為放電用氣體，封入氬、氙、氖等稀有氣體或氮、氦等氣體。燈負載50將兩端與二次線圈L3連接，利用從二次線圈L3輸出的輸出電流來點燈。另外，燈負載50並不限於介電質阻擋放電燈，也可以是發光二極體（Light Emitting Diode，LED）等其它光源。

其次，利用圖2，對實施方式的電源裝置1的結構例進行說明。圖2是實施方式的電源裝置1的框圖。如圖2所示，電源裝置1包括控制部10及存儲部20。

控制部10包括探測部11及生成部12。控制部10例如是中央處理器（Central Processing Unit，CPU）、微處理器（Micro Processing Unit，MPU）等電子電路或專用積體電路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、現場可程式設計閘陣列（Field Programmable Gate Array，FPGA）等積體電路，執行電源裝置1的整體控制。另外，控制部10並不限定於以上所述，例如也可以通過壓控振盪器（Voltage Controlled Oscillator，VCO），來控制脈衝的頻率。

存儲部20例如是通過隨機存取記憶體（Random Access Memory，RAM）、閃速記憶體（Flash Memory）等半導體記憶體元件、或硬碟、光碟等存儲裝置而實現。實施方式的存儲部20如圖2所示，存儲脈衝資訊21。另外，關於脈衝資訊21的具體例，將利用圖4在後文描述。

控制部10的探測部11探測起動信號，所述起動信號是指示對燈負載50的起動的信號。探測部11在探測到從開關SW輸入的起動信號時，通知給生成部12。

生成部12在由探測部11探測到起動信號時，生成使第一開關元件Q1及第二開關元件Q2驅動的驅動信號，所述第一開關元件Q1及第二開關元件Q2與變壓器T的兩端分別連接，所述變壓器T對燈負載50供給電力。

例如，生成部12能夠將從未圖示的系統電源供給的電力轉換成脈寬調製（Pulse Width Modulation，PWM）信號，將經轉換的PWM信號作為驅動信號而分別輸入至第一開關元件Q1及第二開關元件Q2。

另外，如圖1所示，變壓器T是推挽電路（push-pull circuit），因此生成部12對第一開關元件Q1及第二開關元件Q2分別輸入逆相位的驅動信號。

例如，生成部12包括邏輯否定電路（也稱為非（NOT）電路）等反相電路，能夠將輸入至第一開關元件Q1及第二開關元件Q2之中的一者的驅動信號轉換成逆相位的驅動信號而輸入。

由此，在第一開關元件Q1為導通（導通狀態）的期間，第二開關元件Q2成為斷開（非導通狀態），在第二開關元件Q2為導通的期間，第一開關元件Q1成為斷開。因此，在變壓器T中，能夠高效率地產生輸出電流。

另外，在這裡，已說明如下的情況，即，生成部12通過反相電路而將驅動信號轉換成逆相位，但是並不限定於此。即，生成部12也可以設為分別生成逆相位的驅動信號，而分別輸入至第一開關元件Q1及第二開關元件Q2。

此外，有一種放電燈點燈裝置，所述放電燈點燈裝置在開始燈負載的點燈的情況下，通過進行所謂的軟啟動來緩和所產生的浪湧電流，所述軟啟動是縮短驅動信號的脈衝寬度。在所述放電燈點燈裝置中，雖然能夠緩和所產生的浪湧電流，但是驅動信號的脈衝的頻率為固定，針對驅動信號進行脈衝寬度縮短控制，所以朝開關元件產生浪湧時的應力週期不變，當輸入電力大時有可能產生朝開關元件產生浪湧的應力，從而有可能導致開關元件的破損。

與此相對，本實施方式的生成部12通過使驅動信號的脈衝頻率為可變，而能夠減少浪湧時的應力週期，即使在輸入電力大的情況下，也會抑制開關元件（對應於第一開關元件Q1及第二開關元件Q2）的破損。

圖3是表示初始狀態下的驅動信號的具體例的圖。另外，圖3的縱軸表示驅動信號的導通及斷開，橫軸表示時刻。在這裡，所謂初始狀態，是指從開始燈負載50的點燈到轉移至穩恆狀態為止的狀態，是產生浪湧電流的期間。並且，所謂穩恆狀態，是指以所需的點燈頻率而使燈負載50點燈的狀態。

如圖3所示，生成部12在初始狀態，在使驅動信號成為導通的導通時間Ton固定的狀態下，逐漸縮小驅動信號成為斷開的斷開時間Toff而生成驅動信號。換言之，生成部12在使導通時間Ton固定的狀態下，使脈衝頻率逐漸增大而生成驅動信號。

在初始狀態，圖3所示的導通時間Ton全部為固定值，與斷開時間Toff-1相比，斷開時間Toff-1的下一個斷開時間Toff即斷開時間Toff-2縮短。因此，相比於與斷開時間Toff-1相對應的脈衝頻率f1，與斷開時間Toff-2相對應的脈衝頻率f2的脈衝頻率更大。

如上所述，生成部12通過在初始狀態，在使導通時間Ton固定的狀態下，使脈衝頻率逐漸增加，而能夠緩和流入至第一開關元件Q1或第二開關元件Q2的浪湧電流的產生。

進而，通過逐漸縮短斷開時間Toff，能夠與預先使脈衝頻率固定的情況相比，抑制第一開關元件Q1或第二開關元件Q2成為導通的次數。因此，能夠抑制開關元件的破損。

並且，在本實施方式中，與預先使脈衝頻率固定的情況相比，能夠將初始狀態下的斷開時間Toff時間設定得更長。由此，也能夠在燈負載50的放電中抑制管內的粒子溫度的上升，能夠使燈負載50的點燈效率提高。

此外，導通時間Ton優選的是盡可能地短。其原因在於，導通時間Ton越短，從變壓器T輸出至燈負載50的輸出電流越急劇，從而能夠使燈負載50以高效率點燈。

並且，導通時間Ton越短，越能夠縮短變壓器T中的激勵時間，也越能夠抑制變壓器T的發熱。即，原因在於導通時間Ton越短，越能夠高效率地產生輸出電流。

為了滿足所述條件，導通時間Ton優選的是穩恆狀態下的斷開時間Toff的1/2以下。更詳細地說，例如，當穩恆狀態下的驅動信號的脈衝頻率為37kHz時，脈衝週期為約30μsec，導通時間Ton為4μsec～6μsec，斷開時間Toff為21μsec～23μsec。另外，只要在穩恆狀態下導通時間Ton滿足斷開時間Toff的1/2以下，就能夠獲得所述效果。

其次，利用圖4，說明驅動信號的脈衝頻率與經過時刻的關係。圖4是表示實施方式的脈衝頻率的具體例的圖，對應於圖2所示的脈衝資訊21的一例。並且，在圖4中，縱軸表示驅動信號的脈衝頻率，橫軸表示時刻。

如圖4所示，在初始狀態的脈衝頻率即初始脈衝頻率fi下，伴隨著時刻的經過，使脈衝頻率呈線性增加。另外，這裡的所謂呈線性，是包含規定的誤差的概念，並非嚴格地指線形。

並且，關於初始脈衝頻率fi的傾斜，可以根據燈負載50的性能或第一開關元件Q1及第二開關元件Q2的回應特性而任意變更。這時，初始脈衝頻率fi不一定必須呈線性上升，也能夠以指數函數的方式上升，還能夠以對數函數的方式上升。

然後，當脈衝週期到達穩恆狀態時，使脈衝頻率固定在穩恆時的脈衝頻率即穩恆脈衝頻率fs。即，能夠在初始狀態下，通過縮短驅動信號的脈衝頻率，而緩和流入至第一開關元件Q1或第二開關元件Q2的浪湧電流，並且在穩恆狀態下，通過使驅動信號的脈衝頻率固定，而以所需的點燈頻率使燈負載50點燈。

由此，如上所述，能夠一方面緩和初始狀態下的浪湧電流的產生，一方面在穩恆狀態下，通過任意的調光而使燈負載50點燈。

本發明特別是在將放電燈點燈裝置100用於商業用途時有效。即，當將放電燈點燈裝置100用作商業用途時，必須將比較大的電力供給至燈負載50，必須使用高耐壓的開關元件作為第一開關元件Q1及第二開關元件Q2。

但是，開關元件越是高耐壓，對驅動信號的回應性越遲緩，所以如果脈衝週期縮短，則開關元件的回應速度趕不上，而有可能無法將所需的輸出電流供給至燈負載50。

相對於此，在實施方式的放電燈點燈裝置100中，是在初始狀態下使脈衝週期充分延長，所以即使在使用高耐壓的開關元件的情況下，也能夠將所需的輸出電流供給至燈負載50。

其次，利用圖5，說明實施方式的電源裝置1所執行的處理順序。圖5是表示實施方式的電源裝置1所執行的處理順序的流程圖。另外，所述處理順序是通過電源裝置1的控制部10而反復執行。

如圖5所示，電源裝置1首先判定是否探測到使燈負載50起動的起動信號（步驟S101）。電源裝置1在探測到起動信號時（步驟S101，是（Yes）），生成初始狀態的脈衝週期即初始脈衝週期的驅動信號（步驟S102）。

然後，電源裝置1逐漸縮小脈衝週期而生成驅動信號（步驟S103），並判定驅動信號的脈衝週期是否到達穩恆狀態的脈衝週期即穩恆脈衝週期（步驟S104）。

電源裝置1在步驟S104的處理中，到達穩恆脈衝週期時（步驟S104，是（Yes）），保持驅動信號的脈衝週期（步驟S105），並結束處理。

另一方面，電源裝置1在步驟S104的處理中，未到達穩恆脈衝週期時（步驟S104，否（No）），轉移至步驟S103的處理。並且，電源裝置1在步驟S101的處理中，未探測到起動信號時（步驟S101，否（No）），直接結束處理。另外，在步驟S102以後的處理中，無法探測到起動信號時，停止驅動信號的生成，直接結束處理。

如上所述，實施方式的放電燈點燈裝置100包括探測部11及生成部12。探測部11探測起動信號，所述起動信號是指示對燈負載50的起動的信號。生成部12在由探測部11探測到起動信號時，生成使第一開關元件Q1、第二開關元件Q2驅動的驅動信號，所述第一開關元件Q1、第二開關元件Q2與變壓器T（對應於轉換器）的兩端分別連接，所述變壓器T對燈負載50供給電力。

並且，在所述實施方式的放電燈點燈裝置100中，生成部12將穩恆狀態下的脈衝寬度固定在脈衝週期的1/2以下而生成驅動信號。因此，根據實施方式的放電燈點燈裝置100，能夠使輸出電流的上升急劇，並且通過變壓器T而高效率地產生輸出電流。

並且，在所述實施方式的放電燈點燈裝置100中，生成部12對第一開關元件Q1及第二開關元件Q2分別輸入逆相位的驅動信號。因此，根據實施方式的放電燈點燈裝置100，能夠在變壓器T中，高效率地產生輸出電流。

此外，在所述實施方式中，已說明負載是燈負載50的情況，但是並不限定於此。即，即使是燈負載50以外的各種負載，也能夠應用本發明。

已說明本發明的若干實施方式，但這些實施方式是作為例示起提示作用，並不意圖限定發明的範圍。這些實施方式能夠通過其它各種方式來實施，可以在不脫離發明的主旨的範圍內，進行各種省略、置換、變更。這些實施方式或其變形包含於發明的範圍或主旨，同樣地包含於權利要求書所述的發明及其同等的範圍內。

1:電源裝置 10:控制部 11:探測部 12:生成部 20:存儲部 21:脈衝信息 50:燈負載 100:放電燈點燈裝置 f1、f2:脈衝頻率 fi:初始脈衝頻率 fs:穩恆脈衝頻率 L1、L2:一次線圈 L3:二次線圈 Q1:第一開關元件 Q2:第二開關元件 S101～S105:步驟 SW:開關 T:變壓器 Ton:導通時間 Toff-1、Toff-2:斷開時間 VDD:直流電源

圖1是實施方式的放電燈點燈裝置的示意圖。 圖2是實施方式的電源裝置的框圖。 圖3是表示實施方式的初始狀態下的驅動信號的具體例的圖。 圖4是表示驅動信號的脈衝頻率的具體例的圖。 圖5是表示實施方式的電源裝置所執行的處理順序的流程圖。 （實施方式）

以下說明的實施方式的放電燈點燈裝置100包括探測部11及生成部12。探測部11探測起動信號，所述起動信號是指示對燈負載50的起動的信號。生成部12在由探測部11探測到起動信號時，生成使第一開關元件Q1、第二開關元件Q2驅動的驅動信號，所述第一開關元件Q1、第二開關元件Q2與變壓器T（對應於轉換器）的兩端分別連接，所述變壓器T對燈負載50供給電力。並且，生成部12在開始生成驅動信號的初始狀態，在使驅動信號的脈衝寬度固定的狀態下，逐漸將脈衝週期縮小至穩恆狀態的脈衝週期即穩恆脈衝週期為止。

並且，在以下說明的實施方式的放電燈點燈裝置100中，生成部12將穩恆狀態下的脈衝寬度固定在脈衝週期的1/2以下而生成驅動信號。

並且，在以下說明的實施方式的放電燈點燈裝置100中，生成部12對第一開關元件Q1及第二開關元件Q2分別輸入逆相位的驅動信號。

1:電源裝置

10:控制部

11:探測部

12:生成部

20:存儲部

21:脈衝信息

SW:開關

Q1、Q2:開關元件

Claims (4)

1. 一種放電燈點燈裝置，包括： 探測部，探測起動信號，所述起動信號是指示對燈負載的起動的信號；以及 生成部，當由所述探測部探測到所述起動信號時，生成使開關元件驅動的驅動信號，所述開關元件與變壓器的兩端分別連接，所述變壓器對所述燈負載供給電力；並且 所述生成部在開始生成所述驅動信號的初始狀態，在使所述驅動信號的脈衝寬度固定的狀態下，將脈衝週期逐漸縮小至穩恆狀態的脈衝週期即穩恆脈衝週期為止。
2. 如申請專利範圍第1項所述的放電燈點燈裝置，其中 所述生成部將所述穩恆狀態下的脈衝寬度固定在脈衝週期的1/2以下而生成所述驅動信號。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的放電燈點燈裝置，其中 所述生成部對所述開關元件分別輸入逆相位的所述驅動信號。
4. 如申請專利範圍第1項所述的放電燈點燈裝置，其中 所述燈負載是介電質阻擋放電燈。

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