(57)【要約】【課題】突入電流を緩和し、スイッチング素子の破損を抑制すること。【解決手段】実施形態に係る放電ランプ点灯装置は、検知部と、生成部とを具備する。検知部は、ランプ負荷への起動を指示する起動信号を検知する。生成部は、検知部によって起動信号が検知された場合に、ランプ負荷へ電源を供給する変換器の両端にそれぞれ接続されたスイッチング素子を駆動させる駆動信号を生成する。また、生成部は、駆動信号の生成を開始した初期状態において駆動信号のパルス幅を固定した状態で、パルス周期を定常状態のパルス周期である定常パルス周期まで徐々に狭める。【選択図】図２
2020047527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプ負荷への起動を指示する起動信号を検知する検知部と；
前記検知部によって前記起動信号が検知された場合に、前記ランプ負荷へ電力を供給する変圧器の両端にそれぞれ接続されたスイッチング素子を駆動させる駆動信号を生成する生成部と；
を具備し、
前記生成部は、
前記駆動信号の生成を開始した初期状態において前記駆動信号のパルス幅を固定した状態で、パルス周期を定常状態のパルス周期である定常パルス周期まで徐々に狭める、
放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
前記生成部は、
前記定常状態におけるパルス幅をパルス周期の１/２以下に固定して前記駆動信号を生成する、
請求項１に記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項３】
前記生成部は、
前記スイッチング素子に対してそれぞれ逆位相の前記駆動信号を入力する、
請求項１または２に記載の放電ランプ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、放電ランプ点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、商業用の光源としてエキシマランプや希ガス蛍光ランプ等のバリア放電ランプが用いられる。この種の放電ランプを点灯させる放電ランプ点灯装置は、起動時にトランスに接続されたスイッチング素子へ印加する駆動信号のパルス幅を短くする、いわゆるソフトスタートを行うことで発生する突入電流を緩和している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１３６１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の従来技術では、駆動信号のパルスの周波数が固定であり、駆動信号についてパルス幅短縮制御を行うため、スイッチング素子へ突入するときのストレスサイクルが変わらず、入力電力が大きい場合にスイッチング素子へ突入するストレスが発生する可能性があり、スイッチング素子の破損を招く恐れがある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、突入電流を緩和し、スイッチング素子の破損を抑制することができる放電ランプ点灯装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る放電ランプ点灯装置は、検知部と、生成部とを具備する。前記検知部は、ランプ負荷への起動を指示する起動信号を検知する。前記生成部は、前記検知部によって前記起動信号が検知された場合に、前記ランプ負荷へ電源を供給する変換器の両端にそれぞれ接続されたスイッチング素子を駆動させる駆動信号を生成する。また、前記生成部は、前記駆動信号の生成を開始した初期状態において前記駆動信号のパルス幅を固定した状態で、パルス周期を定常状態のパルス周期である定常パルス周期まで徐々に狭める。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、突入電流を緩和し、スイッチング素子の破損を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係る放電ランプ点灯装置の模式図である。
【図２】図２は、実施形態に係る電源装置のブロック図である。
【図３】図３は、実施形態に係る初期状態における駆動信号の具体例を示す図である。
【図４】図４は、駆動信号のパルス周波数の具体例を示す図である。
【図５】図５は、実施形態に係る電源装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下で説明する実施形態に係る放電ランプ点灯装置１００は、検知部１１と、生成部１２とを具備する。検知部１１は、ランプ負荷５０への起動を指示する起動信号を検知する。生成部１２は、検知部１１によって起動信号が検知された場合に、ランプ負荷５０へ電力を供給するトランスＴ（変換器に対応）の両端にそれぞれ接続された第１スイッチング素子Ｑ１、第２スイッチング素子Ｑ２を駆動させる駆動信号を生成する。また、生成部１２は、駆動信号の生成を開始した初期状態において駆動信号のパルス幅を固定した状態で、パルス周期を定常状態のパルス周期である定常パルス周期まで徐々に狭める。
【００１０】
また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ点灯装置１００において、生成部１２は、定常状態におけるパルス幅をパルス周期の１/２以下に固定して駆動信号を生成する。
【００１１】
また、以下で説明する実施形態に係る放電ランプ点灯装置１００において、生成部１２は、第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２に対してそれぞれ逆位相の駆動信号を入力する。
【００１２】
（実施形態）
以下、添付図面を参照して、実施形態に係る放電ランプ点灯装置１００について説明する。実施形態において同一の機能を有する構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、以下では、ランプ負荷５０がエキシマ放電ランプである場合について説明するが、ランプ負荷５０はこれに限定されるものではない。
【００１３】
まず、図１を用いて実施形態に係る放電ランプ点灯装置の概要について説明する。図１は、実施形態に係る放電ランプ点灯装置の模式図である。図１に示すように、放電ランプ点灯装置１００は、電源装置１と、ランプ負荷５０と、トランスＴと、第１スイッチング素子Ｑ１、第２スイッチング素子Ｑ２と、スイッチＳＷとを具備する。
【００１４】
トランスＴは、絶縁型のトランスであり、一次コイルＬ１、Ｌ２および二次コイルＬ３によって構成される。また、一次コイルＬ１、Ｌ２の中点には、直流電源ＶＤＤが接続されるとともに、一次コイルＬ１、Ｌ２の両端には、それぞれ第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２が設けられる。
【００１５】
第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor）である。第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２のソースは、それぞれ一次コイルＬ１、Ｌ２に接続され、第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２のドレインは、それぞれグランドに接続される。
【００１６】
電源装置１は、それぞれ逆位相のＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）を駆動信号として第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２へそれぞれ入力することで、トランスＴを介してランプ負荷５０へ交流の出力電流を供給することができる。
【００１７】
スイッチＳＷは、ランプ負荷５０への起動を指示する起動信号を電源装置１へ出力する装置である。スイッチＳＷは、ランプ負荷５０を点灯・消灯させるためのスイッチであり、例えば、ユーザの操作に応じて起動信号を電源装置１へ入力する。
【００１８】
なお、スイッチＳＷは、起動信号のみならず、ランプ負荷５０の調光を制御するための制御信号を電源装置１へ入力することも可能である。この場合、電源装置１は、制御信号に基づいて調光を制御することも可能である。より詳細には、電源装置１は、制御信号に基づき、第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２へ入力する駆動信号のパルス周波数を制御することで、ランプ負荷５０の調光を制御することができる。
【００１９】
ランプ負荷５０は、誘電体バリア放電ランプであり、放電用ガスとして、アルゴン、キセノン、ネオンなどの希ガスや窒素、ヘリウムなどの気体が封入される。ランプ負荷５０は、両端が二次コイルＬ３に接続され、二次コイルＬ３から出力される出力電流によって点灯する。なお、ランプ負荷５０は、誘電体バリア放電ランプに限られず、ＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）など他の光源であってもよい。
【００２０】
次に、図２を用いて実施形態に係る電源装置１の構成例について説明する。図２は、実施形態に係る電源装置１のブロック図である。図２に示すように、電源装置１は、制御部１０と、記憶部２０とを備える。
【００２１】
制御部１０は、検知部１１と、生成部１２とを具備する。制御部１０は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）やＭＰＵ（Micro  Processing  Unit）などの電子回路やＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）やＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）などの集積回路であり、電源装置１の全体制御を実行する。なお、制御部１０は、上記に限定されず、例えば、ＶＣＯ  (Voltage  Controlled  Oscillator)により、パルスの周波数を制御してもよい。
【００２２】
記憶部２０は、例えば、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、フラッシュメモリ（Flash  Memory）等の半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置によって実現される。実施形態に係る記憶部２０は、図２に示すように、パルス情報２１を記憶する。なお、パルス情報２１の具体例については、図４を用いて後述する。
【００２３】
制御部１０の検知部１１は、ランプ負荷５０への起動を指示する起動信号を検知する。検知部１１は、スイッチＳＷから入力される起動信号を検知すると、生成部１２へ通知する。
【００２４】
生成部１２は、検知部１１によって起動信号が検知された場合に、ランプ負荷５０へ電力を供給するトランスＴの両端にそれぞれ接続された第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２を駆動させる駆動信号を生成する。
【００２５】
例えば、生成部１２は、図示しない系統電源から供給される電力をＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）信号へ変換し、変換したＰＷＭ信号を駆動信号として第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２へそれぞれ入力することができる。
【００２６】
なお、図１に示したように、トランスＴは、プッシュプル回路であるため、生成部１２は、第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２に対してそれぞれ逆位相の駆動信号を入力する。
【００２７】
例えば、生成部１２は、論理否定回路（ＮＯＴ回路とも称される）などの反転回路を具備しており、第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２のうち、一方へ入力する駆動信号を逆位相の駆動信号へ変換して入力することができる。
【００２８】
これにより、第１スイッチング素子Ｑ１がオン（導通状態）である期間に、第２スイッチング素子Ｑ２がオフ（非導通状態）となり、第２スイッチング素子Ｑ２がオンである期間に、第１スイッチング素子Ｑ１がオフとなる。したがって、トランスＴにおいて、効率よく出力電流を発生させることが可能となる。
【００２９】
なお、ここでは、生成部１２が反転回路にて駆動信号を逆位相へ変換する場合について説明したがこれに限定されるものではない。すなわち、生成部１２は、それぞれ逆位相の駆動信号を生成し、第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２へそれぞれ入力することにしてもよい。
【００３０】
ところで、ランプ負荷の点灯を開始する場合に、駆動信号のパルス幅を短くする、いわゆるソフトスタートを行うことで発生する突入電流を緩和する放電ランプ点灯装置が有る。かかる放電ランプ点灯装置では、発生する突入電流を緩和することができるものの、駆動信号のパルスの周波数が固定であり、駆動信号についてパルス幅短縮制御を行うため、スイッチング素子へ突入するときのストレスサイクルが変わらず、入力電力が大きい場合にスイッチング素子へ突入するストレスが発生する可能性があり、スイッチング素子の破損を招く恐れがある。
【００３１】
これに対して、本実施形態に係る生成部１２は、駆動信号のパルス周波数を可変することで、突入時のストレスサイクルを減らし、入力電力が大きい場合でもスイッチング素子（第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２に対応）の破損を抑制することが可能である。
【００３２】
図３は、初期状態における駆動信号の具体例を示す図である。なお、図３の縦軸は、駆動信号のオンおよびオフを示し、横軸は、時刻を示す。ここで、初期状態とは、ランプ負荷５０の点灯を開始してから定常状態へ移行するまでの状態であり、突入電流が発生する期間である。また、定常状態とは、所望する点灯周波数でランプ負荷５０を点灯させている状態である。
【００３３】
図３に示すように、生成部１２は、初期状態において、駆動信号がオンとなるオン時間Ｔｏｎを固定した状態で、駆動信号がオフとなるオフ時間Ｔｏｆｆを徐々に狭めて駆動信号を生成する。言い換えれば、生成部１２は、オン時間Ｔｏｎを固定した状態で、パルス周波数を徐々に増大させて駆動信号を生成する。
【００３４】
初期状態においては、図３に示すオン時間Ｔｏｎは全て一定の値であり、オフ時間Ｔｏｆｆ−１よりもオフ時間Ｔｏｆｆ−１の次のオフ時間Ｔｏｆｆであるオフ時間Ｔｏｆｆ−２が短くなる。したがって、オフ時間Ｔｏｆｆ−１に対応するパルス周波数ｆ１よりもオフ時間Ｔｏｆｆ−２に対応するパルス周波数ｆ２の方がパルス周波数が大きくなる。
【００３５】
このように、生成部１２は、初期状態において、オン時間Ｔｏｎを固定した状態で、パルス周波数を徐々に増加させることで、第１スイッチング素子Ｑ１または第２スイッチング素子Ｑ２へ流れる突入電流の発生を緩和することができる。
【００３６】
さらに、オフ時間Ｔｏｆｆを徐々に短くすることで、パルス周波数を固定しておく場合に比べて、第１スイッチング素子Ｑ１または第２スイッチング素子Ｑ２がオンとなる回数を抑制することが可能となる。したがって、スイッチング素子の破損を抑制することができる。
【００３７】
また、本実施形態では、パルス周波数を固定しておく場合に比べて、初期状態におけるオフ時間Ｔｏｆｆ時間を長く設定することができる。これにより、ランプ負荷５０の放電中管内の粒子温度の上昇を抑えることも可能となり、ランプ負荷５０の点灯効率を向上させることが可能となる。
【００３８】
ところで、オン時間Ｔｏｎは、できるだけ短いことが好ましい。これは、オン時間Ｔｏｎが短いほど、トランスＴからランプ負荷５０へ出力される出力電流が急峻となり、ランプ負荷５０を高効率で点灯可能となるためである。
【００３９】
また、オン時間Ｔｏｎが短いほど、トランスＴにおける励起時間が短くすることができ、トランスＴの発熱を抑制することも可能である。すなわち、オン時間Ｔｏｎが短いほど、効率よく出力電流を発生可能となるためである。
【００４０】
これらを満たすために、オン時間Ｔｏｎは、定常状態におけるオフ時間Ｔｏｆｆの１／２以下であることが好ましい。より詳細には、例えば、定常状態における駆動信号のパルス周波数が３７ｋＨｚである場合、パルス周期は、約３０μｓｅｃであり、オン時間Ｔｏｎは、４〜６μｓｅｃであり、オフ時間Ｔｏｆｆは、２１〜２３μｓｅｃとなる。なお、定常状態においてオン時間Ｔｏｎがオフ時間Ｔｏｆｆの１／２以下を満たせば、上記の効果を得ることが可能である。
【００４１】
次に、図４を用いて駆動信号のパルス周波数と、経過時刻の関係について説明する。図４は、実施形態に係るパルス周波数の具体例を示す図であり、図２に示したパルス情報２１の一例に対応する。また、図４では、縦軸に駆動信号のパルス周波数を示し、横軸に時刻を示す。
【００４２】
図４に示すように、初期状態のパルス周波数である初期パルス周波数ｆｉにおいては、時刻の経過に伴いパルス周波数を線型的に増加させる。なお、ここでの線型的とは、所定の誤差を含む概念であり、厳密に線形を意味するものではない。
【００４３】
また、初期パルス周波数ｆｉの傾きについては、ランプ負荷５０の性能や第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２の応答特性に応じて任意に変更可能である。この場合、初期パルス周波数ｆｉは、必ずしも線形的な上昇である必要はなく、指数関数的に上昇させることも可能であるし、対数関数的に上昇させることも可能である。
【００４４】
その後、パルス周期が定常状態に到達すると、定常時のパルス周波数である定常パルス周波数ｆｓにパルス周波数を固定する。すなわち、初期状態においては、駆動信号のパルス周波数を短くすることで、第１スイッチング素子Ｑ１または第２スイッチング素子Ｑ２へ流れる突入電流を緩和するとともに、定常状態においては、駆動信号のパルス周波数を固定することで、所望の点灯周波数でランプ負荷５０を点灯させることが可能となる。
【００４５】
これにより、上記のように、初期状態における突入電流の発生を緩和しつつ、定常状態において、任意の調光でランプ負荷５０を点灯させることが可能となる。
【００４６】
特に、本発明は、放電ランプ点灯装置１００を商業用に用いる場合に有効である。すなわち、放電ランプ点灯装置１００を商業用として用いる場合、ランプ負荷５０へ比較的大きな電力を供給する必要があり、第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２を高耐圧のスイッチング素子を用いる必要がある。
【００４７】
しかしながら、スイッチング素子が、高耐圧であるほど、駆動信号に対する応答性が遅くなるため、パルス周期が短くすると、スイッチング素子の応答速度が追い付かず、所望の出力電流をランプ負荷５０へ供給できないおそれがある。
【００４８】
これに対して、実施形態に係る放電ランプ点灯装置１００では、初期状態においてパルス周期を充分に長くするため、高耐圧のスイッチング素子を用いる場合であっても、所望する出力電流をランプ負荷５０へ供給することが可能となる。
【００４９】
次に、図５を用いて実施形態に係る電源装置１が実行する処理手順について説明する。図５は、実施形態に係る電源装置１が実行する処理手順を示すフローチャートである。なお、かかる処理手順は、電源装置１の制御部１０によって繰り返し実行される。
【００５０】
図５に示すように、電源装置１は、まず、ランプ負荷５０を起動させる起動信号を検知したか否かを判定する（ステップＳ１０１）。電源装置１は、起動信号を検知した場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、初期状態のパルス周期である初期パルス周期の駆動信号を生成する（ステップＳ１０２）。
【００５１】
その後、電源装置１は、パルス周期を徐々に狭めて駆動信号を生成し（ステップＳ１０３）、駆動信号のパルス周期が定常状態のパルス周期である定常パルス周期に到達したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。
【００５２】
電源装置１は、ステップＳ１０４の処理において、定常パルス周期に到達した場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、駆動信号のパルス周期を保持して（ステップＳ１０５）、処理を終了する。
【００５３】
一方、電源装置１は、ステップＳ１０４の処理において、定常パルス周期に到達していない場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、ステップＳ１０３の処理へ移行する。また、電源装置１は、ステップＳ１０１の処理において、起動信号を検知していない場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、そのまま処理を終了する。なお、ステップＳ１０２以降の処理においいて、起動信号を検知できなくなった場合は、駆動信号の生成を停止し、そのまま処理を終了する。
【００５４】
上述したように、実施形態に係る放電ランプ点灯装置１００は、検知部１１と、生成部１２とを具備する。検知部１１は、ランプ負荷５０への起動を指示する起動信号を検知する。生成部１２は、検知部１１によって起動信号が検知された場合に、ランプ負荷５０へ電力を供給するトランスＴ（変換器に対応）の両端にそれぞれ接続された第１スイッチング素子Ｑ１、第２スイッチング素子Ｑ２を駆動させる駆動信号を生成する。
【００５５】
また、上述した実施形態に係る放電ランプ点灯装置１００において、生成部１２は、定常状態におけるパルス幅をパルス周期の１／２以下に固定して駆動信号を生成する。したがって、実施形態に係る放電ランプ点灯装置１００によれば、出力電流の立ち上がりを急峻にするとともに、トランスＴにて効率よく出力電流を発生させることができる。
【００５６】
また、上述した実施形態に係る放電ランプ点灯装置１００において、生成部１２は、第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２に対してそれぞれ逆位相の駆動信号を入力する。したがって、実施形態に係る放電ランプ点灯装置１００によれば、トランスＴにおいて、効率よく出力電流を発生させることが可能となる。
【００５７】
ところで、上述した実施形態では、負荷がランプ負荷５０である場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、ランプ負荷５０以外の種々の負荷であっても、本発明を適用することが可能である。
【００５８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５９】
１    電源装置
１１    検知部
１２    生成部
２１    パルス情報
５０    ランプ負荷
１００    放電ランプ点灯装置
Ｌ１、Ｌ２  一次コイル
Ｌ３    二次コイル
Ｑ１    第１スイッチング素子
Ｑ２    第２スイッチング素子
Ｔ    トランス
【図１】
2020047527.tif 000003
【図２】
2020047527.tif 000004
【図３】
2020047527.tif 000005
【図４】
2020047527.tif 000006
【図５】
2020047527.tif 000007