WO2003039209A1 - Circuit d'alimentation en puissance d'utilisation pour un tube a decharge flash - Google Patents

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WO2003039209A1
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discharge tube
charge
flash discharge
diode
power supply
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PCT/JP2002/011300
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English (en)
French (fr)
Inventor
Mitsuyoshi Maishima
Original Assignee
Hamamatsu Photonics K.K.
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/30Circuit arrangements in which the lamp is fed by pulses, e.g. flash lamp
    • H05B41/34Circuit arrangements in which the lamp is fed by pulses, e.g. flash lamp to provide a sequence of flashes

Definitions

  • the present invention relates to a flash discharge tube power supply circuit used to emit a flash discharge tube such as a xenon flash lamp.
  • a flash discharge tube represented by a xenon flash lamp has a spectral characteristic of output light similar to that of sunlight, and can stably obtain a flash with a very short duration of emission. It is widely used as a light source for camera flash lamps and high-speed shirt camera lamps.
  • Such a flash discharge tube is filled with a rare gas such as xenon, and a high-voltage pulse current is applied to a trigger electrode arranged in the discharge tube to partially cause insulation rupture and flow current.
  • a path is formed, and the charge for main discharge flows from the cathode to the anode along this path, causing the ionized noble gas to emit light by arc emission and emit light to the outside.
  • the required amount of electricity is usually stored in advance in the main discharge capacitor, and the main discharge capacitor is used during light emission.
  • a method of supplying current from a sensor is employed.
  • the power supply circuit is equipped with a surge current diode with the anode of the flash discharge tube connected to the anode and the cathode connected to the anode.
  • the energy stored in the power supply and residual inductance in the circuit is led as a surge current to a circuit consisting of a surge current diode and a flash discharge tube, and consumes this energy, resulting in excess energy. The accumulation is suppressed.
  • Some flash discharge tubes emit light with a large power of, for example, 150 bits. According to this, at the moment of light emission, the discharge condenser discharges the light to the flash discharge tube, for example, from 100 to 150 A large ampere current flows. As a result, the energy stored in the residual inductance also increases, so that the surge current also becomes a large current of, for example, 100 amperes.As a result, the surge current diode generates heat, breaks down, and reduces reliability. And the failure rate increases. Increasing the permissible current of the surge current diode can prevent the surge current diode from generating heat even if the surge current is excessive. However, this leads to a larger diode for surge current and, consequently, a larger power supply circuit.
  • a power supply circuit for a flash discharge tube includes: , A surge circuit composed of a first resistor and a diode connected in series is provided between the cathode and anode of the flash discharge tube in parallel with the charge / discharge capacitor. The force side is connected to the anode side of the tube.
  • a current value flowing through the diode can be reduced. Effective for protection.
  • a transformer is provided between the charging / discharging capacitor and the power supply and boosts the supply voltage to the charging / discharging capacitor.
  • a switching element or a second resistor is provided in a circuit formed by the transformer and the charging / discharging capacitor. They may be connected in series. When a switching element is used, it is necessary to control to ON while the charging / discharging capacitor is being charged, and to OFF otherwise.
  • the transformer When charging the charge / discharge capacitor via a transformer in this way, When a current occurs, part of the surge current may flow into the transformer, and the inflow of large current may cause heat generation and damage to the transformer.
  • the transformer By providing only the switching element as described above and connecting the transformer and the charging / discharging capacitor only during charging of the charging / discharging capacitor, the transformer can be disconnected from the surge circuit when a surge current occurs. Does not flow. Also, when only the second resistor is provided, the surge current flowing through the transformer can be reduced. Furthermore, if both are connected in parallel, quick charging is possible, but the effect of reducing the surge current flowing through the transformer can be obtained.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a flash discharge tube device including a flash discharge tube power supply circuit according to a first embodiment of the present invention.
  • 2A to 2C are time charts showing time changes of the voltage applied to the flash discharge tube, the discharge current flowing through the flash discharge tube, and the current flowing through the surge current diode in the apparatus of FIG. It is.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a comparative example of the flash tube device.
  • 4A to 4D show the time of the voltage applied to the flash discharge tube, the discharge current flowing through the flash discharge tube, the current flowing through the surge current diode, and the current flowing through the transformer in the device of FIG. It is a time chart which shows a change.
  • FIGS. 5 to 9 are circuit diagrams respectively showing the configuration of a flash discharge tube device including the second to sixth embodiments of the flash discharge tube power supply circuit according to the present invention.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a flash discharge tube device 1 including a flash discharge tube power supply circuit according to a first embodiment of the present invention.
  • This flash discharge tube device 1 is a flash discharge device according to the present embodiment.
  • a power supply for a discharge tube, a circuit 3, a flash discharge tube 5, and a light emission trigger circuit 7 are provided.
  • the flash discharge tube 5 is a gas discharge tube filled with a rare gas, and is, for example, a xenon flash lamp.
  • the flash discharge tube 5 includes a cylindrical glass container 9 and an anode 11, a cathode 13, and a trigger electrode 15 arranged in the container 9. Xenon gas is sealed in the glass container 9.
  • the anode 11 and the cathode 13 of the flash discharge tube 5 are connected to a charge / discharge capacitor 17.
  • the power supply circuit 3 for the flash discharge tube is provided with a diode 19 for surge current, and the power source K of the diode 19 for surge current is connected to the anode 11 of the flash tube 5 and the anode of the diode 19 for surge current.
  • A is connected to the cathode 13 of the flash discharge tube 5 via the diode protection resistor 21.
  • the energy accumulated in the residual inductance due to the light emission of the flash discharge tube 5 flows through a series circuit composed of the flash discharge tube 5, the surge current diode 19 and the diode protection resistor 21 as surge current.
  • the consumption prevents the accumulation.
  • the surge current flows through the diode 19 for surge current by flowing the surge current through the resistor 21 for diode protection by connecting the diode 19 for surge current and the resistor 21 for diode protection in series. Surge current Is reduced.
  • the flash tube 5, charge / discharge capacitor 17, surge current diode 19, and diode protection resistor 21 are interconnected by electric wires or printed circuit board wiring.
  • the anode 11 of the flash discharge tube 5, the cathode of the surge current diode 19, and one electrode of the charge / discharge capacitor 17 are connected to the power source of the rectifier diode 35, respectively.
  • the anode of the rectifier diode 35 is connected to one end of the secondary coil 27 of the transformer 23 of the flash discharge tube power supply circuit 3.
  • the secondary coil 27 is composed of a first coil section 31 and a second coil section 33 connected in series, and one end of the first coil section 31 (that is, one end of the secondary coil 27). End) and the anode of the rectifier diode 35 are connected.
  • the other end of the first coil unit 31 is connected to the power source of the rectifier diode 41 via a switching element 37 and a transformer protection resistor 39 connected in parallel with each other. Due to the rectifier diode 41 and the rectifier diode 35 described above, the current generated by the voltage generated in the transformer 23 flows in only one direction.
  • the switching element 37 and the transformer protection resistor 39 can reduce the peak value of the surge current, which is the reverse current flowing through the transformer 23, when a surge current is generated.
  • the switching element 37 is, for example, a semiconductor switch (a thyristor, a field effect transistor, a bipolar transistor, an IGBT, etc.).
  • the metal clad wire resistor for electric power is suitable as the resistor of the present embodiment because of excellent heat dissipation of the heat generated by the resistor.
  • the anode of the rectifier diode 41 is connected to one end of the second coil part 33.
  • the other end of the second coil part 33 is the cathode 13 of the flash discharge tube 5 Protection resistor 21 and the other electrode of the charging / discharging capacitor 17.
  • the secondary coil 27 of the transformer 23 is electromagnetically coupled to the primary coil 25 via the core 29.
  • the primary coil 25 is connected to a transformer driving circuit (not shown).
  • the flash discharge tube 5 emits light with a large power, for example, 150 bits. In order to shorten the light emission interval, it is necessary to shorten the charging time of the charge / discharge capacitor 17, which requires a large current to be supplied.Therefore, a high voltage is generated by the transformer 23 to charge and discharge. The capacitor 17 is being charged.
  • FIGS. 1 and 2A to 2C are time charts for explaining the operation of the device 1.
  • Fig. 2A shows the voltage applied to the anode 11 of the flash discharge tube 5
  • Fig. 2B shows the discharge current flowing through the flash discharge tube 5
  • Fig. 2C shows the current (surge current) flowing through the surge current diode 19. Time changes are shown respectively.
  • the rising time in the upper right direction of the waveform shown in FIG. 2A indicates the charge time (CT) of the charge / discharge capacitor 17.
  • the switching element 37 is turned on, and charging of the charge / discharge capacitor 17 is started by the voltage generated by the transformer 23, that is, charge accumulation in the charge / discharge capacitor 17 is started. This is the start of the charging time (CT).
  • CT charging time
  • the current generated by the voltage transformed by the transformer 23 mainly flows through the switching element 37 to the charge / discharge capacitor 17. Therefore, even if the transformer protection resistor 39 is connected to the secondary coil 27, the charge / discharge capacitor 17 can be charged at high speed.
  • the switching element 37 After charging the charge / discharge capacitor 17 to the rated voltage (VI), that is, after the end of the charging time (CT), the switching element 37 is turned off. Even if the switching element 37 is turned off, the first coil part 31 and the second coil part 33 of the secondary coil 27 are connected via the transformer protection resistor 39, so that Can be said. If the period from the end of charging of the charge / discharge capacitor 17 to the emission of the flash discharge tube 5 is long, the voltage drop of the charge / discharge capacitor 17 due to the spontaneous discharge of the charge / discharge capacitor 17 will increase. When the flash discharge tube 5 emits light with this reduced voltage, the emission intensity becomes weak and abnormal light emission occurs.
  • a transformer protection resistor 3 is connected to a circuit in which the discharge capacitor 5 and the transformer 23 are connected in series. 9 is connected, the voltage generated by the transformer 23 can be applied to the charge / discharge capacitor 17 even when the switching element 37 is off, and thus the charge / discharge capacitor 17 naturally discharges. It is possible to charge to replenish the minute voltage.
  • the voltage on both the anode 11 side and the cathode 13 side should be 0 volt, but the energy accumulated in the residual inductance existing in the flash tube device 1 causes the cathode 13 side Is higher than the voltage on the anode 11 side.
  • surge current is supplied to the circuit that connects the flash discharge tube 5 and the surge current diode 19 in series via the surge current diode 19 connected in the forward direction during this condition. Shed. The above is one cycle of light emission, and the light emission operation is similarly repeated thereafter.
  • the resistance value (for example, 50 ohm) of the diode protection resistor 21 is determined in consideration of these.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a flash discharge tube device including a flash discharge tube power supply circuit 4 as a comparative example.
  • the power supply circuit 4 for the flash discharge tube shown in FIG. 3 is different from the power supply circuit 3 for the flash discharge tube shown in FIG. That is not.
  • 4A to 4D are time charts relating to the operation of the flash discharge device according to the comparative example.
  • FIG. 4A corresponds to FIG. 2A and is a time chart of the voltage applied to the anode 11 of the flash discharge tube 5.
  • FIG. 4B corresponds to FIG. 2B and is a time chart of the discharge current flowing through the flash discharge tube 5.
  • Fig. 4C corresponds to Fig. 2C, and is a time chart of the current flowing through the diode 19 for surge current.
  • FIG. 4D is a time chart of the current flowing through the secondary coil 27 of the transformer 23 shown in FIG.
  • the peak value of the surge current is A2, and FIG.
  • the peak value of the surge current is A3.
  • the current value A2 in FIG. 2C and the current value A2 in FIG. 4C are the same value
  • the current value A3 in FIG. 2C and the current value A3 in FIG. 4C are the same value.
  • the diode protection resistor 21 is connected in series to the surge current diode 19, the peak value of the surge current is smaller than that of the comparative example. .
  • FIG. 4D Comparative Example
  • a surge current generated after the flash tube 5 emits light flows through the secondary coil 27 of the transformer 23.
  • the switching element 37 is turned off and the resistance value of the transformer protection resistor 39 is large enough not to pass the surge current.
  • the secondary coil 27 can be prevented. Note that, in the present embodiment, a surge current does not flow through the secondary coil 27, so that a graphical illustration is omitted.
  • the surge voltage does not flow through the transformer 23 in the present embodiment, so that the abnormal voltage does not occur. As a result, occurrence of abnormal light emission can be prevented. Also, comparing FIG. 2B (this embodiment) and FIG. 4B (comparative example), the peak value of the discharge current flowing through the flash discharge tube 5 is the same value (A1), and according to this embodiment, The same peak value of the discharge current as in the comparative example can be obtained.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a flash discharge tube device including a flash discharge tube power supply circuit according to a second embodiment of the present invention.
  • the power supply circuit 3A for the flash discharge tube in Fig. 5 is different from the power supply circuit 3 for the flash discharge tube in Fig. 1 in that the switching element 37 and the transformer protection resistor 3 in which the rectifying diodes 35 are connected in parallel with each other 9 to connect the charge / discharge capacitor 17, the power source of the surge current diode 19 and the anode 11 of the flash discharge tube 5, and rectify the first coil part 31 and the second coil part 33. That is, they are connected in series via the condenser 41. That is, a parallel connection circuit of the switching element 37 and the transformer protection resistor 39 is arranged on the high voltage side of the transformer 23.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a flash discharge tube device including a flash discharge tube power supply circuit according to a third embodiment of the present invention.
  • the power supply circuit 3B for the flash discharge tube in Fig. 6 is different from the power supply circuit 3 for the flash discharge tube in Fig. 1 in that a switching element 37 and a transformer protection resistor in which the second coil part 33 is connected in parallel with each other are provided.
  • the first coil part 31 and the second coil part 33 are connected to the charge / discharge capacitor 17, the diode protection resistor 21 and the cathode 13 of the flash discharge tube 5 via the heater 39. That is, they were connected in series via the rectifying capacitor 41. That is, the parallel connection circuit of the switching element 37 and the resistor 39 is arranged on the low voltage side of the transformer 23.
  • the secondary coil 27 is not limited to the two-stage configuration of the first coil unit 31 and the second coil unit 33, and may have a configuration of three or more stages. Then, a parallel connection circuit of the switching element 37 and the transformer protection resistor 39 can be arranged between one adjacent coil section. This is illustrated in FIG.
  • the power source of the rectifier diode 45 is connected to the charge / discharge capacitor 17, the cathode of the surge current diode 19 and the anode 11 of the flash discharge tube 5.
  • the function of the rectifier diode 45 is the same as that of the rectifier diodes 35 and 41.
  • the switching element 37 and the transformer protection resistor 39 are connected in parallel, but a circuit configuration without the transformer protection resistor 39 may be adopted.
  • the rectifying diode 41 and the switching element 37 are connected in series, and the first coil unit 31 and the second coil unit 33 are connected via this series connection. Connected. According to this, it is possible to prevent the surge current from flowing through the secondary coil 27 by turning off the switching element 37 when a surge current occurs. As a result, heat generation of the transformer 23 can be prevented.
  • a circuit configuration without the switching element 37 can be adopted. That is, as in the sixth embodiment shown in FIG. 9, the rectifier diode 41 and the transformer protection resistor 39 are connected in series, and the first coil unit 3 is connected through this series connection. 1 and the second coil section 33 are connected. According to this, a surge current can be prevented from flowing through the secondary coil 27 by the transformer protection resistor 39, so that heat generation of the transformer 23 can be prevented.
  • the i-th coil unit 31 and the second coil unit 33 may be connected in series via the rectifying diode 41.

Landscapes

  • Discharge-Lamp Control Circuits And Pulse- Feed Circuits (AREA)
  • Stroboscope Apparatuses (AREA)

Description

糸田
閃光放電管用電源回路
技術分野
本 明は例えばキセノンフラッシュランプのような閃光放電管を発光させるた めに用いられる閃光放電管用電源回路に関する。
景技術
キセノンフラッシュランプに代表される閃光放電管は、 出力光の分光特性が太 陽光に近似しており、 発光の持続時間が非常に短い閃光を安定的に得ることがで きるため、 分光分析用光源、 カメラのフラッシュランプ用光源、 高速シャツタカ メラ用ランプ等に広く使われている。 このような閃光放電管にはキセノン等の希 ガスが封入されており、 放電管内に配置されたトリガー電極に高圧パルス電流を 印加することで部分的に絶縁破壌を引き起して電流の流れる道筋を形成し、 主放 電用の電荷がこの道筋に沿って陰極から陽極へ向けて流れることにより、 イオン 化された希ガスがアーク発光することで、 外部へと光が放出される。 ここで、 主 放電用には、 大電流を瞬時に供給する必要があることから、 通常、 主放電用コン デンサ一に予め必要な量の電気を蓄積しておき、 発光時にはこの主放電用コンデ ンサ一から電流を供給する手法が採られている。
ところで、電源回路と閃光放電管とで構成される電気回路には、放電管の発光 後に残留ィンダクタンスが発生する。 閃光放電管には上記の通り大電流が供給さ れるため、 閃光放電管の発光後に残留インダクタンスには高エネルギーが蓄積さ れる。 この対策のために電源回路には閃光放電管の陽極に力ソードが、 陰極にァ ノードがそれぞれ接続されたサージ電流用ダイォードが取付けられている。 電源、 回路中の残留ィンダクタンスに蓄積されたエネルギーは、 サージ電流用ダイォー ドと閃光放電管とで構成される回路にサージ電流として導かれることで、 このェ ネルギーを消費し、 エネルギーの過剰な累積を抑制している。
発明の開示 閃光放電管の中には、 例えば 1 5 0ヮットのような大電力で発光させるものも あり、 これによれば発光する瞬間に放電コンデンサーから閃光放電管に例えば 1 0 0 0〜1 5 0 0アンペアの大電流が流れる。 これに伴い残留インダクタンスに 蓄積されるエネルギーも大きくなるので、 サージ電流も例えば 1 0 0アンペアの 大電流となり、 この結果、 サージ電流用ダイオードが発熱したり、 破壌したり、 信頼性が低下したり、 故障率が増加したりする等の問題が生じる。 サージ電流用 ダイォードの許容電流を大きくすれば過大なサージ電流によってもサージ電流用 ダイオードの発熱等を防ぐことができる。 し力 し、 これはサージ電流用ダイォー ドの大型化、 ひいては電源回路の大型化につながる。
本発明はサージ電流によるサージ電流用ダイォードの発熱等を防ぐことが可 能な閃光放電管用電源回路を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、 本発明に係る閃光放電管用電源回路は、 充放電コン デンサ一を用いて陽極、 陰極、 トリガー電極を含む閃光放電管に発光用の電荷を 供給する閃光放電管用電源回路において、 閃光放電管の陰極—陽極間に充放電コ ンデンサ一と並列に、 第 1の抵抗器と、 ダイオードとを直列接続して構成された サージ回路が設けられており、 このダイオードは閃光放電管の陽極側に力ソード 側が接続されているものである。
このようにサージ電流を通過させてエネ^/ギー消費を行うサージ回路をダイォ 一ドと第 1の抵抗器とで構成することによって、 ダイォードを流れる電流値を小 さくすることができるため、 ダイオード保護に有効である。
この充放電コンデンサーと電源との間に配置され、 充放電コンデンサーへの供 給電圧を昇圧するトランスを備えるとともに、 トランスと充放電コンデンサーと が形成する回路中にスイッチング素子あるいは第 2の抵抗器を直列接続してもよ い。スィツチング素子を用いる場合には、充放電コンデンサーの充電中は O Nに、 それ以外の場合には O F Fに制御する必要がある。
このようにトランスを介して充放電コンデンサーの充電を行う場合、 サージ電 流発生時にサージ電流の一部がトランスに流入するおそれがあり、 大電流の流入 でトランスの発熱、 損傷が発生するおそれがある。 上述のようにスイッチング素 子のみを設け、 充放電コンデンサーの充電中のみ、 トランスと充放電コンデンサ 一を接続することで、 サージ電流発生時にはトランスをサージ回路から切り離す ことができるので、 トランスに大電流が流れることがない。 また、 第 2の抵抗器 のみを設けた場合には、トランスに流れるサージ電流を小さくすることができる。 さらに、 両方を並列に接続すれば、 迅速な充電が可能となる一方、 トランスに流 れるサージ電流を小さくする効果が得られる。
図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係る閃光放電管用電源回路の第 1の実施形態を含む閃光放電 管装置の構成を示す回路図である。
図 2 A〜図 2 Cは、 図 1の装置において、 閃光放電管に印加される電圧、 閃光 放電管に流れる放電電流、 サージ電流用ダイォードに流れる電流のそれぞれの時 間変化を示すタイムチヤ一トである。
図 3は、 閃光放電管装置の比較例の構成を示す回路図である。
図 4 A〜図 4 Dは、 図 3の装置において、 閃光放電管に印加される電圧、 閃光 放電管に流れる放電電流、 サージ電流用ダイオードに流れる電流、 変圧器に流れ る電流のそれぞれの時間変化を示すタイムチャートである。
図 5〜図 9は、 本発明に係る閃光放電管用電源回路の第 2〜第 6の実施形態を 含む閃光放電管装置の構成をそれぞれ示す回路図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、 添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する 。 説明の理解を容易にするため、 各図面において同一の構成要素に対しては可能 な限り同一の参照番号を附し、 重複する説明は省略する。
図 1は本発明に係る閃光放電管用電源回路の第 1の実施形態を含む閃光放電管 装置 1の構成を示す回路図である。 この閃光放電管装置 1は、 本実施形態の閃光 放電管用電源、回路 3、 閃光放電管 5及び発光トリガー回路 7を備える。 閃光放電 管 5は、 希ガスが封入されたガス放電管であり、 例えばキセノンフラッシュラン プである。 閃光放電管 5は円筒型のガラス容器 9とこの容器 9内に配置された陽 極 1 1、 陰極 1 3及ぴトリガー電極 1 5とを備える。 ガラス容器 9内にはキセノ ンガスが封入されている。
閃光放電管 5のトリガー電極 1 5は発光トリガー回路 7と接続されている。発 光トリガー回路 7により閃光放電管 5を発光させる際のトリガー電圧がトリガー 電極 1 5に印加される。
閃光放電管 5の陽極 1 1及ぴ陰極 1 3は充放電コンデンサー 1 7と接続され ている。 充放電コンデンサー 1 7の放電により、 これに蓄積された電荷は閃光放 電管 5に供給され、 この供給された電荷を基にして閃光放電管 5が発光する。 閃 光放電管用電源回路 3はサージ電流用ダイオード 1 9を備えており、 サージ電流 用ダイォード 1 9の力ソード Kは閃光放電管 5の陽極 1 1と接続され、サージ電流 用ダイオード 1 9のアノード Aはダイオード保護用抵抗器 2 1を介して閃光放電 管 5の陰極 1 3と接続されている。 このように、 閃光放電管 5、 サージ電流用ダ ィオード 1 9及びダイオード保護用抵抗器 2 1が互いに直列接続されることによ り、 閃光放電管 5との間に直列接続されるサージ回路が構成される。
閃光放電管装置 1中の配線等が長くなると、配線等の抵抗が無視できなくなり、 その残留インダクタンスが増大する。 また、 閃光放電管 5の発光に用いられるェ ネルギ一が大きくなるほどこの残留インダクタンスに蓄積されるエネルギーも增 大する。 そこで、 閃光放電管 5の発光により残留インダクタンスに蓄積されるェ ネルギーを閃光放電管 5、 サージ電流用ダイオード 1 9及びダイオード保護用抵 抗器 2 1により構成される直列回路に流してサージ電流として消費することで、 その蓄積を防止している。 本実施形態では、 サージ電流用ダイオード 1 9とダイ ォード保護用抵抗器 2 1とを直列接続することで、 サージ電流をダイォード保護 用抵抗器 2 1に流すことによりサージ電流用ダイォード 1 9に流れるサージ電流 のピーク値を小さくしている。 閃光放電管 5、 充放電コンデンサー 1 7、 サージ 電流用ダイオード 1 9、 ダイォード保護用抵抗器 2 1は電線又はプリント基板の 配線により相互に接続される。
閃光放電管 5の陽極 1 1、 サージ電流用ダイオード 1 9のカソード及ぴ充放電 コンデンサー 1 7の一方電極は、 それぞれ整流用ダイオード 3 5の力ソードと接 続されている。 整流用ダイオード 3 5のアノードは、 閃光放電管用電源回路 3の 変圧器 2 3の二次コイル 2 7の一方端部と接続されている。 ここで、 二次コイル 2 7は直列接続された第 1コイル部 3 1と第 2コイル部 3 3とで構成され、 第 1 コィ 部 3 1の一方端部 (つまり二次コイル 2 7の一方端部) と整流用ダイォー ド 3 5のアノードとが接続されている。
第 1コイル部 3 1の他方端部は互いに並列接続されたスイッチング素子 3 7 及び変圧器保護用抵抗器 3 9を介して整流用ダイオード 4 1の力ソードと接続さ れている。 整流用ダイオード 4 1及び前述の整流用ダイオード 3 5により、 変圧 器 2 3で発生した電圧による電流が一方向にのみ流れる。
本実施形態では、 スィツチング素子 3 7及び変圧器保護用抵抗器 3 9によりサ ージ電流発生時、 変圧器 2 3に流れる逆電流であるサージ電流のピーク値を小さ くすることができる。スィツチング素子 3 7としては例えば、半導体スィツチ(サ イリスタ、 電界効果トランジスタ、 バイポーラトランジスタ、 IGBT等) がある。 変圧器保護用抵抗器 3 9および前述のダイォード保護用抵抗器 2 1としては、 例 えば、電力用メタルクラッド卷線抵抗器があり、これは耐熱シリコンモールド(不 燃性) により内部発熱の放散性に優れた小型大電力の抵抗器である。 この抵抗器 は例えば、 株式会社ピーシーェヌのカタログ ( 2 0 0 1年度版 Rev. 1 PCN RESISTORS) に開示されている。電力用メタルクラッド卷線抵抗器によれば抵抗器 で発生した熱の放散性に優れるので本実施形態の抵抗器として好適である。
整流用ダイオード 4 1のアノードは、 第 2コイル部 3 3の一方端部と接続され ている。 第 2コィル部 3 3の他方端部は閃光放電管 5の陰極 1 3、 ダイォード保 護用抵抗器 2 1及び充放電コンデンサー 1 7の他方電極とそれぞれ接続されてい る。
変圧器 2 3の二次コィノレ 2 7は、 コア 2 9を介して一次コイル 2 5と電磁的に 結合されている。一次コイル 2 5は図示しない変圧器駆動回路と接続されている。 閃光放電管 5は、 例えば 1 5 0ヮットのような大電力で発光させるものである。 発光間隔を短くするには、 充放電コンデンサー 1 7の充電時間を短くする必要が あり、 それには、 大電流を供給する必要があることから、 変圧器 2 3で高電圧を 生成して充放電コンデンサー 1 7の充電を行っている。
次に閃光放電管装置 1の動作を図 1、 図 2 A〜図 2 Cにより説明する。 図 2 A 〜図 2 Cはこの装置 1の動作を説明するタイムチャートである。 図 2 Aは閃光放 電管 5の陽極 1 1に印加される電圧、 図 2 Bは閃光放電管 5に流れる放電電流、 図 2 Cはサージ電流用ダイオード 1 9に流れる電流 (サージ電流) の時間変化を それぞれ示している。 図 2 Aに示す波形の右上方向の立ち上がり時間が充放電コ ンデンサー 1 7の充電時間(CT)を示している。
まず、 スィツチング素子 3 7をオンにして、 変圧器 2 3で発生させた電圧によ り充放電コンデンサー 1 7の充電を開始、 すなわち充放電コンデンサー 1 7に電 荷の蓄積を開始する。 これが充電時間(CT)のスタートとなる。 このとき変圧器 2 3で変圧された電圧により発生する電流は主にスイッチング素子 3 7を通って充 放電コンデンサー 1 7に流れる。 従って、 二次コイル 2 7に変圧器保護用抵抗器 3 9が接続されていても充放電コンデンサー 1 7を高速に充電することができる。
充放電コンデンサー 1 7を定格電圧 (VI) まで充電後、 つまり充電時間(CT) の終了後、 スイッチング素子 3 7をオフにする。 スイッチング素子 3 7がオフに されても二次コイル 2 7の第 1コイル部 3 1と第 2コイル部 3 3とは変圧器保護 用抵抗器 3 9を介して接続されているので以下のことが言える。 充放電コンデン サー 1 7の充電終了から閃光放電管 5の発光までの期間が長いと充放電コンデン サー 1 7の自然放電による充放電コンデンサー 1 7の電圧の低下が大きくなり、 この低下した電圧で閃光放電管 5を発光させると発光強度が弱い異常発光となる c 本実施形態によれば放電コンデンサー 5と変圧器 2 3とを直列接続する回路に変 圧器保護用抵抗器 3 9が接続されているので、 スイッチング素子 3 7のオフ中で あっても変圧器 2 3で発生させた電圧を充放電コンデンサー 1 7に印加可能とな り、 よって充放電コンデンサー 1 7の自然放電分の電圧を補充する充電が可能と なる。
次に、 スイッチング素子 3 7がオフ状態のままで発光トリガー回路 7により、 トリガー電極 1 5にトリガー電圧を印加することにより、 閃光放電管 5内のキセ ノンガスの絶縁を破壌する。 これにより、 充放電コンデンサー 1 7に蓄積されて いた電荷が閃光放電管 5に供給され、 時刻 T1において閃光放電管 5が発光 (ァー ク発光) する。
閃光放電管 5の発光後は、陽極 1 1側及び陰極 1 3側では共に電圧が 0ボルト になるはずだが、 閃光放電管装置 1に存在する残留インダクタンスに蓄積された エネルギーにより、 陰極 1 3側の電圧が陽極 1 1側の電圧よりも高くなる。 この 状態を解消するために、 この状態時に順方向となるように接続されたサージ電流 用ダイオード 1 9を介して閃光放電管 5とサージ電流用ダイオード 1 9とを直列 接続する回路にサージ電流を流す。 以上が発光の一サイクルであり、 以後同様に して発光動作が繰り返される。
本実施形態では閃光放電管 5を例えば 1 5 0ワットのような大電力で発光させ るので残留インダクタンスに蓄積されるエネルギーも大きくなり、 これにより発 生するサージ電流も通常ならば、 例えば 1 0 0アンペアの大電流となる。 本実施 形態では、 サージ電流用ダイォード 1 9と直列にダイォード保護用抵抗器 2 1が 接続されているので、 サージ電流はダイオード保護用抵抗器 2 1にも流れる。 よ つて、 サージ電流用ダイォード 1 9に流れるサージ電流のピーク値を小さくする ことができ、 サージ電流用ダイォード 1 9の発熱や破壌等を防ぐことができる。 従って、 サージ電流用ダイォード 1 9の許容電流を大きくする必要がなくなるの で、 サージ電流用ダイオード 1 9の小型化、 ひいては閃光放電管用電源回路 3の 小型化を図ることができる。
なお、 ダイオード保護用抵抗器 2 1の抵抗値が大きすぎるとサージ電流用ダイ オード 1 9にサージ電流を流すことができず、 一方、 ダイオード保護用抵抗器 2 1の抵抗値が小さすぎるとサージ電流が大きくなり、 サージ電流用ダイオード 1
9が発熱等する。 これらを考慮してダイオード保護用抵抗器 2 1の抵抗値 (例え ば 5 0オーム) は決定される。
なお、サージ電流が変圧器 2 3の二次コイル 2 7に逆電流として流れると、サ ージ電流の値が大きい場合、 変圧器 2 3が発熱することにより変圧器 2 3の焼損 等が発生する。 本実施形態によれば充放電コンデンサー 1 7と変圧器 2 3とを直 列接続する回路は、 スィツチング素子 3 7がオフであっても変圧器保護用抵抗器
3 9により閉ループとなるので、 上記逆電流が流れるおそれがある。 しかしなが ら、 変圧器保護用抵抗器 3 9の抵抗値 (例えば 2 0 0オーム) はサージ電流を流 さなレ、程度の大きさが選択されているので、 上記回路が閉ループであっても変圧 器 2 3の発熱や故障等を防ぐことができる。 伹し、 問題が生じない程度の発熱量 ならば、二次コイル 2 7にサージ電流を流す抵抗値を選択することも可能である。 ここで、 本実施形態の主な効果を比較例と比較しながら説明する。 まず、 比較 例の構成を簡単に説明する。 図 3は比較例となる閃光放電管用電源回路 4を含む 閃光放電管装置の構成を示す回路図である。 図 3の閃光放電管用電源回路 4が図 1の閃光放電管用電源回路 3と相違する点は、 ダイオード保護用抵抗器 2 1、 ス ィツチング素子 3 7及び変圧器保護用抵抗器 3 9を備えていないことである。 図 4 A〜図 4 Dは比較例に係る閃光放電管装置の動作に関するタィムチャート である。 図 4 Aは図 2 Aと対応するものであり、 閃光放電管 5の陽極 1 1に印加 される電圧のタイムチャートである。 図 4 Bは図 2 Bと対応するものであり、 閃 光放電管 5に流れる放電電流のタイムチャートである。 図 4 Cは図 2 Cと対応す るものであり、 サージ電流用ダイオード 1 9に流れる電流のタイムチャートであ る。 図 4 Dは図 2に示す変圧器 2 3の二次コイル 2 7に流れる電流のタイムチヤ 一トである。
まず、 図 2 C (本実施形態) と図 4 C (比較例) を比較すると、 図 2 Cに示す ように本実施形態によればサージ電流のピーク値は A2であり、 図 4 Cに示すよう に比較例によればサージ電流のピーク値は A3である。 ここで、 図 2 Cの電流ィ直 A2 と図 4 Cの電流値 A2は同じ値であり、 図 2 Cの電流値 A3と図 4 Cの電流値 A3は同 じ値である。 このように本実施形態によればサージ電流用ダイォード 1 9にダイ オード保護用抵抗器 2 1が直列接続されているので、 比較例と比べてサージ電流 のピーク値が小さくなっていることが分かる。
また、 図 4 D (比較例) に示すように、 図 3に示す比較例では閃光放電管 5の 発光後に発生するサージ電流が変圧器 2 3の二次コイル 2 7を流れている。 これ に対して図 1に示す本実施形態ではスィツチング素子 3 7がオフされかつ変圧器 保護用抵抗器 3 9の抵抗値がサージ電流を流さない程度の大きさなので、 サージ 電流が変圧器 2 3の二次コイル 2 7を流れるのを防止できる。 なお、 本実施形態 ではサージ電流が二次コイル 2 7に流れないのでグラフによる図示は省略してい る。
また、 図 4 A (比較例) に示すように、比較例では閃光放電管 5の発光後から 充放電コンデンサー 1 7の充電開始までの期間にハッチングが引かれている箇所 で示すように異常電圧が発生する。 これは図 4 Dで説明した変圧器 2 3に流れた サージ電流が原因で変圧器 2 3のィンダクタンスにエネルギーが蓄積されること により変圧器 2 3に電圧が発生し、 この電圧が閃光放電管 5の陽極 1 1に上記異 常電圧として印加されたものである。 閃光放電管 5の発光直後は閃光放電管 5内 の残留イオンが多いので、陽極 1 1と陰極 1 3とに上記異常電圧が印加されると、 光の強度が小さい発光である異常発光が生じる。 これに対して図 2 (本実施形態) に示すように、 本実施形態では変圧器 2 3にサージ電流が流れないので、 上記異 常電圧が生じない。 この結果、 異常発光の発生を防止することができる。 また、 図 2 B (本実施形態) と図 4 B (比較例) を比較すると、 閃光放電管 5 に流れる放電電流のピーク値は共に同様の値(A1) でり、本実施形態によれば比 較例と同様の放電電流のピーク値を得ることができる。
次に、本発明の別の実施形態を説明する。図 5は本発明に係る閃光放電管用電 源回路の第 2の実施形態を含む閃光放電管装置の構成を示す回路図である。 図 5 の閃光放電管用電源回路 3 Aが図 1の閃光放電管用電源回路 3と相違する点は、整 流用ダイォード 3 5を互いに並列接続されたスィツチング素子 3 7及び変圧器保 護用抵抗器 3 9を介して充放電コンデンサー 1 7、 サージ電流用ダイオード 1 9 の力ソード及び閃光放電管 5の陽極 1 1と接続するようにし、 第 1コイル部 3 1 と第 2コイル部 3 3とを整流用コンデンサー 4 1を介して直列接続したことであ る。 つまり、 スィツチング素子 3 7及び変圧器保護用抵抗器 3 9の並列接続回路 が変圧器 2 3の高圧側に配置されている。
図 6は本発明に係る閃光放電管用電源回路の第 3の実施形態を含む閃光放電管 装置の構成を示す回路図である。図 6の閃光放電管用電源回路 3 Bが図 1の閃光放 電管用電源回路 3と相違する点は、 第 2コイル部 3 3を互いに並列接続されたス イッチング素子 3 7及び変圧器保護用抵抗器 3 9を介して充放電コンデンサー 1 7、 ダイォード保護用抵抗器 2 1及び閃光放電管 5の陰極 1 3と接続するように し、 第 1コィル部 3 1と第 2コイル部 3 3とを整流用コンデンサー 4 1を介して 直列接続したことである。 つまり、 スイッチング素子 3 7及び抵抗器 3 9の並列 接続回路が変圧器 2 3の低圧側に配置されている。
また、二次コイル 2 7は第 1コイル部 3 1及び第 2コィル部 3 3の二段構成に 限らず、 三段以上の構成にすることもできる。 そして、 一つの隣合うコイル部間 にスイッチング素子 3 7及び変圧器保護用抵抗器 3 9の並列接続回路を配置する こともできる。 これを図 7で説明する。
図 7は本発明に係る閃光放電管用電源回路の第 4の実施形態を含む閃光放電 管装置の構成を示す回路図である。 図 1の閃光放電管用電源回路 3の二次コイル 2 7は第 1コイル部 3 1と第 2コイル部 3 3の二段構造となっている。 これに対 して、 図 1 2の閃光放電管用電源回路 3 Cの二次コイル 2 7は第 1コイル部 3 1、 第 2コイル部 3 3及び第 3コイル部 4 3の三段構造である。 詳しくは、 第 3コィ ル部 4 3の一方端部は整流用ダイオード 3 5を介して第 1コィル部 3 1と直列接 続されている。 また、 第 3コイル部 4 3の他方端部は整流用ダイオード 4 5のァ ノードと接続されている。 整流用ダイオード 4 5の力ソードは充放電コンデンサ 一 1 7、 サージ電流用ダイオード 1 9のカソード及び閃光放電管 5の陽極 1 1と 接続されている。 整流用ダイオード 4 5の機能は整流用ダイオード 3 5 , 4 1と 同様である。 これら第 2〜第 4の実施形態も図 1に示す閃光放電管用電源回路と 同様の効果を有する。
これらの実施形態では、 並列接続されたスイッチング素子 3 7及び変圧器保護 用抵抗器 3 9を有しているが、 変圧器保護用抵抗器 3 9を設けない回路構成にす ることもできる。 図 8に示される第 5の実施形態においては、 整流用ダイオード 4 1とスィツチング素子 3 7とを直列接続し、 この直列接続を介して第 1コイル 部 3 1と第 2コイル部 3 3とを接続している。 これによれば、 サージ電流発生時 にスィツチング素子 3 7をオフすることにより、 二次コイル 2 7にサージ電流が 流れるのを防ぐことができる。 この結果、 変圧器 2 3の発熱等を防ぐことができ る。
また、 スイッチング素子 3 7を設けない回路構成にすることもできる。 すなわ ち、 図 9に示される第 6の実施形態のように、 整流用ダイオード 4 1と変圧器保 護用抵抗器 3 9とを直列接続し、 この直列接続を介して第 1コイル部 3 1と第 2 コイル部 3 3とを接続するのである。 これによれば、 変圧器保護用抵抗器 3 9に より二次コイル 2 7にサージ電流が流れるのを防ぐことができるので、 変圧器 2 3の発熱等を防ぐことができる。
また、 サージ電流による変圧器 2 3の発熱による問題が生じないならば、 スィ ツチング素子 3 7及び変圧器保護用抵抗器 3 9のいずれも設けなくてもよい。 つ まり、 第 iコイル部 3 1と第 2コイル部 3 3とを整流用ダイオード 4 1を介して 直列接続してもよい。
産業上の利用可能性
本発明に係る閃光放電管用電源回路は、 分光分析用光源、 カメラのフラッシュ ランプ用光源、、 高速シャッタカメラ用ランプの光源として用いられる閃光放電管 の電源回路に好適である。

Claims

請求の範
1 . 充放電コンデンサーを用いて陽極、 陰極、 トリガー電極を含む閃光放電 管に発光用の電荷を供給する閃光放電管用電源回路において、
前記閃光放電管の陰極一陽極間に前記充放電コンデンサーと並列に、 第 1の抵 抗器と、 ダイォードとを直列接続して構成されたサージ回路が設けられており、 前記ダイォードは前記閃光放電管の陽極側に力ソード側が接続されている閃光放 電管用電原回路。
2 . 前記充放電コンデンサーと電源との間に配置され、 充放電コンデンサー への供給電圧を昇圧するトランスと、
前記トランスと前記充放電コンデンサーとが形成する回路中に直列接続される スイッチング素子であって、 前記充放電コンデンサーの充電中は O Nに、 それ以 外の場合には O F Fに制御されるスィツチング素子と、
をさらに備えている請求項 1記載の閃光放電管用電源回路。
3 . 前記充放電コンデンサーと電源との間に配置され、 充放電コンデンサー への供給電圧を昇圧するトランスと、
前記トランスと前記充放電コンデンサーとが形成する回路中に直列接続される 第 2の抵抗器と、
をさらに備えている請求項 1記載の閃光放電管用電源回路。
4 . 前記スィツチング素子に並列接続される第 2の抵抗器をさらに備えてい る請求項 2記載の閃光放電管用電源回路。
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