(57)【要約】【課題】直列接続したランプの接続点に始動パルスを印加する放電ランプ点灯装置において、各ランプの始動必要電圧がばらついていても両ランプを確実に始動できる点灯装置を提供する。【解決手段】直列接続された第１及び第２の放電ランプからなるランプユニット（４）を点灯する放電ランプ点灯装置（１）において、ランプユニットに直流電流を通電するための直流出力回路（１０）、第１の放電ランプと第２の放電ランプの接続点に始動用の高圧パルスを印加するイグナイタ回路（２０）、及び直流出力回路とランプユニット両端との間にそれぞれ接続されるインダクタ（３１、３２）を備える構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された第１及び第２の放電ランプからなるランプユニット（４）を点灯する放電ランプ点灯装置（１）であって、
前記ランプユニットに直流電流を通電するための直流出力回路（１０）、及び
前記第１の放電ランプと前記第２の放電ランプの接続点に始動用の高圧パルスを印加するイグナイタ回路（２０）からなり、
さらに、前記直流出力回路と前記ランプユニットの両端との間にそれぞれ接続されるインダクタ（３１、３２）を備えた放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
第１の放電ランプ及び該第１の放電ランプよりも始動に必要な電圧が高い第２の放電ランプが直列接続されたランプユニット（４）を点灯する放電ランプ点灯装置（１）であって、
前記ランプユニットに直流電流を通電するための直流出力回路（１０）、及び
前記第１の放電ランプと前記第２の放電ランプの接続点に始動用の高圧パルスを印加するイグナイタ回路（２０）からなり、
さらに、前記直流出力回路と前記第１のランプの間に接続されるインダクタを備えた放電ランプ点灯装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の放電ランプ点灯装置において、前記各インダクタのインダクタンスが１００μＨ以上１０ｍＨである放電ランプ点灯装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載の放電ランプ点灯装置において、前記各インダクタのインダクタンスが１００μＨ以上１ｍＨである放電ランプ点灯装置。
【請求項５】
ソーラーシミュレータ用光源装置（１００）であって、請求項１から４いずれか一項に記載の放電ランプ点灯装置（１）及び前記ランプユニット（４）を備え、該ランプユニットを構成する各放電ランプがキセノンフラッシュランプからなるソーラーシミュレータ用光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は始動時に高圧パルスの印加が必要な放電ランプの点灯装置に関し、特に、ソーラーシミュレータの光源として用いるキセノンフラッシュランプの始動性改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
キセノンフラッシュランプは発光スペクトルが太陽光に比較的近く、放電開始からの光束の立ち上りが速いこと等から、ソーラーシミュレータ用の光源として使用されている。また、キセノンフラッシュランプは放電ランプに分類され、その始動時（放電開始時）に高圧パルスの印加が必要となる。
【０００３】
図３に従来の放電ランプ点灯装置を示す（例えば、特許文献１）。点灯装置はランプ４０に矩形波電流を通電するための直流出力回路１０、及びランプ４０に始動電圧を印加するためのイグナイタ回路２０からなる。直流出力回路１０はコンデンサ１１、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子１２及びスイッチング素子１２の制御回路１３からなり、図示しない電源回路からコンデンサ１１に充電した電圧を、スイッチング素子１２によって放電電流制御を行いながらランプ４０に印加する。イグナイタ回路２０はパルス源２１及びパルストランス２２からなり、パルストランス２２の１次側がパルス源２１に接続され、２次側がランプ４０に直列接続される。
【０００４】
点灯動作について説明する。放電開始前はランプ４０のインピーダンスは無限大となっている。スイッチング素子１２をオンした状態でパルス源２１にパルスを発生させると、パルストランス２２の２次側に巻き数比に応じた高圧の始動パルスが発生し、同時にランプ４０の両端にそのパルス電圧が印加される。ランプ４０がキセノンフラッシュランプの場合、ピーク値が１０〜３０ｋＶ程度のパルス電圧が必要となる。
【０００５】
パルス電圧によってランプ４０が絶縁破壊すると、所定期間にわたって制御回路１３によって定電流制御がなされ、その後スイッチング素子１２がオフされる。ソーラーシミュレータでは、上記所定期間は１０ｍ〜１２０ｍｓであり、ランプ電流は数十Ａ、ランプ電圧は数百Ｖ程度である。
【０００６】
上記回路構成においては、ランプ点灯後の回路の主電流（ランプ電流）がパルストランスの二次側に流れるため、その電流に対してもトランスが飽和又は発熱しないように設計する必要があり、トランスが大型化していた。
そして、ランプ４０を複数本（例えば２本）接続する場合、それらを並列接続すると各ランプに均等に電流を流すのが難しく、また、合計ランプ電流が直列接続の場合の倍となり回路損失が大きくなることから、並列接続ではなく直列接続とするのが一般的である。
しかし、図３の構成において２本のランプを直列接続すると、イグナイタ回路２０が２本分の始動パルス電圧（１本の場合の２倍のパルス電圧）を出力しなければならず、回路の大型化を招き、また、安全性の確保のための別途の工夫（例えば絶縁構造の強化等）が必要となる場合がある。
【０００７】
その対策として、図４に示す回路構成が採用される。同図の構成においては、イグナイタ回路２０が直列接続されたランプ４１及び４２のうちの一方（図ではランプ４２）に並列接続され、ランプの接続点Ｍに始動パルス電圧が印加される。なお、同図の構成では直流カット用のコンデンサ２３がパルストランス２２の２次巻線に直列接続されるが、基本的動作は図３のものと同様である。
【０００８】
上記構成により、トランスの二次側には主電流が流れず、トランスを小型化することができる。さらに、接続点Ｍとアノード点Ａの間、及び接続点Ｍとカソード点Ｋの間にそれぞれ始動パルスが印加される。即ち、ランプは直列接続されていても、始動パルスはそれらのランプに並列的に印加される構成となり、イグナイタ回路２０からは１本分の電圧の始動パルスを出力すれば足りることになる。
なお、コンデンサ１１の直流電圧（以下、「ＤＣ電圧」という）は始動パルス電圧の１００分の１程度であるから、点Ｍ−Ｋ間及び点Ｍ−Ａ側に印加されるパルス電圧は（ＤＣ電圧分の差はあっても）ほぼ等しいものとみなすことができる。
【特許文献１】特開２００７−６６７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、図４の構成においては、２本のランプの始動必要電圧にばらつきがある場合に問題が生じる。言い換えると、ランプの始動必要電圧には通常はばらつきがあるので、そのばらつきのためにランプ始動に関して問題を生ずる場合がある。例えば、ランプ４２の始動必要電圧がランプ４１のものよりも高い場合を想定する。この場合、始動パルス電圧がランプ４１の始動必要電圧に達した時点（ランプ４２の始動必要電圧には達していない時点）でランプ４１が先に放電を開始する。ランプ４１が放電開始すると、ランプ４１のインピーダンスが下がり、パルストランス２２に蓄積されたパルスのエネルギーをもとに、接続点Ｍ→ランプ４１→スイッチング素子１２の回生ダイオード（不図示）→コンデンサ１１、又は接続点Ｍ→ランプ４１→何らかの電流経路（例えば、コンデンサ３３）に電流が流れる。これにより接続点Ｍの電位はＤＣ電圧付近（数百Ｖ）にまで低下し、未だ放電を開始していないランプ４２の両端にはパルス電圧は印加されなくなる。このためランプ４２が不点となり、その結果としてランプ４１も放電を維持できずに、全体として消灯してしまうことになる。
【００１０】
後述する表１に示すように、例えば、ランプ４１の始動必要電圧が１４ｋＶ、ランプ４２の始動必要電圧が１７ｋＶの場合には、ランプ４２（結果として両ランプ）の不点率は１００％となってしまう。
【００１１】
そこで、本発明は、直列接続したランプの接続点に始動パルスを印加する構成において、各ランプの始動必要電圧がばらついていても両ランプを確実に始動できる点灯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の側面は、直列接続された第１及び第２の放電ランプからなるランプユニット（４）を点灯する放電ランプ点灯装置（１）であって、ランプユニットに直流電流を通電するための直流出力回路（１０）、及び第１の放電ランプと第２の放電ランプの接続点に始動用の高圧パルスを印加するイグナイタ回路（２０）からなり、さらに、直流出力回路とランプユニット両端との間にそれぞれ接続されるインダクタ（３１、３２）を備えた放電ランプ点灯装置である。
【００１３】
本発明の第２の側面は、第１の放電ランプ及び第１の放電ランプよりも始動に必要な電圧が高い第２の放電ランプが直列接続されたランプユニット（４）を点灯する放電ランプ点灯装置（１）であって、ランプユニットに直流電流を通電するための直流出力回路（１０）、及び第１の放電ランプと第２の放電ランプの接続点に始動用の高圧パルスを印加するイグナイタ回路（２０）からなり、さらに、直流出力回路と第１のランプの間に接続されるインダクタを備えた放電ランプ点灯装置である。
【００１４】
上記第１又は第２の側面において、各インダクタのインダクタンスを１００μＨ以上１０ｍＨとすればよい。さらに、各インダクタのインダクタンスを１００μＨ以上１ｍＨとするのが望ましい。  
【００１５】
本発明の第３の側面は、上記いずれかの放電ランプ点灯装置（１）及びランプユニット（４）を備え、ランプユニットを構成する各放電ランプがキセノンフラッシュランプからなるソーラーシミュレータ用光源装置（１００）である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、直列接続したランプの接続点に始動パルスを印加する放電ランプ点灯装置において、各ランプの始動必要電圧に差がある場合でも両ランプを確実に始動することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、概略として、放電開始後にランプに通電する矩形波電流がほぼ直流（数十Ｈｚ前後）であるのに対して始動パルスが高周波（数百ｋＨｚ前後）であることに着目し、周波数によってインピーダンスが大きく変わるインダクタを用いて課題を解決するものである。なお、本明細書において「ほぼ直流」とは「直流又は１ｋＨｚ以下」を意味し、「高周波」とは「１００ｋＨｚ以上」を意味するものとする。
【実施例】
【００１８】
図１に本発明の実施例による回路構成を示す。ソーラーシミュレータ用光源装置１００は放電ランプ点灯装置１及びランプユニット４からなり、点灯装置１は直流出力回路１０及びイグナイタ回路２０を備え、さらに、直流出力回路１０の出力端（即ち、ランプユニット４と直流出力回路１０の間）に接続されるインダクタ３１及び３２を備える。直流出力回路１０及びイグナイタ回路２０は図４のものと構成及び動作において同じであるので説明を省略する。なお、直流出力回路１０によるフラッシュ発光の期間は１０ｍ〜１２０ｍｓ（１００〜８．３Ｈｚ）であり、イグナイタ回路２０から出力される始動パルス幅は１μ〜１０μｓ（１Ｍ〜１００ｋＨｚ）である。これらの具体的な値はシミュレーションの条件や使用するランプの特性に応じて定めればよい。
【００１９】
ここで、ランプ４２の始動必要電圧がランプ４１のものよりも高い場合を想定する。ランプ４１が放電開始すると、パルストランス２２に蓄積されたパルスのエネルギーをもとに、接続点Ｍ→ランプ４１→インダクタ３１→スイッチング素子１２の回生ダイオード（不図示）→コンデンサ１１、又は接続点Ｍ→ランプ４１→インダクタ３１→何らかの電流経路（例えば、コンデンサ３３）に電流が流れる。この時、インダクタ３１は高周波である始動パルスに対してインピーダンスが高くなり、インダクタ３１にはそのインダクタンスとパルスの周波数で決まる電圧Ｖ３１が発生する。従って、ランプ４１が放電を開始しても電圧Ｖ３１の分だけ接続点Ｍの電位は保持され、未だ放電を開始していないランプ４２の両端にもパルス電圧が印加される。これによって、ランプ４１に遅れてランプ４２が放電を開始することができる。
なお、イグナイタ回路２０はランプ４２側に並列接続したが、ランプ４１側に並列接続してもよい。
【００２０】
そして、両ランプ４１及び４２が放電開始した後は、両ランプには直流出力回路１０からの矩形波電流が通電される。ここで、矩形波は時間幅が１０ｍ〜１２０ｍｓ（１００Ｈｚ〜８．３Ｈｚ）でほぼ直流であり、これに対するインダクタ３１及び３２のインピーダンスはほぼゼロとなるので、インダクタ３１及び３２が点灯状態に影響を与えることはない。
【００２１】
また、図１に示すように、コンデンサ３３を直流出力回路１０の出力側に並列接続してもよい。これにより、インダクタ３１及び３２とコンデンサ３３とでノイズフィルタを構成し、ランプやインダクタによって発生する始動時のノイズが直流出力回路１０に影響を与えないようにすることができる。
【００２２】
なお、ランプ４２が先に放電開始する場合も同様に考えることができる。ランプ４２が先に放電を開始すると、パルストランス２２に蓄積されたパルスのエネルギーをもとに、接続点Ｍ→ランプ４２→インダクタ３２→グランドに電流が流れる。これによりインダクタ３２にインダクタンスとパルスの周波数で決まる電圧Ｖ３２が発生し、電圧Ｖ３２の分だけ接続点Ｍの電位が保持されることにより未だ放電を開始していないランプ４１にパルス電圧が印加され、ランプ４１がランプ４２に遅れて放電を開始する。
【００２３】
本実施例の実験結果を表１に示す。実験においては、先に説明したように、始動必要電圧がそれぞれ１４ｋＶ（ランプ４１）と１７ｋＶ（ランプ４２）のランプを用い、インダクタの有無、及び有の場合にはそのインダクタンスの大小による始動性改善を確認した。なお、印加する始動パルスは無負荷状態の場合にパルス幅約３．５μｓ（２９０ｋＨｚ）、ピーク電圧３０ｋＶとなるものであり、表中のインダクタンス値はインダクタ３１、３２各々のインダクタンスである。また、パルス印加前に接続点Ｍに７００Ｖ程度のバイアス電圧が存在していたが、バイアス電圧はパルス電圧に対して十分小さいので実験結果への影響はない。
【表１】
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【００２４】
インダクタのない従来回路では、パルス電圧が１５ｋＶ程度に達したあたりでランプ４１が放電を開始する一方でランプ４２は不点となり、その結果として、表１に示すように点灯成功率が０％であった。これに対してインダクタを挿入した回路では、ランプ４１が放電を開始した後も接続点Ｍの電位が数μｓ程度保持され、例えば４００μＨのインダクタを挿入した場合には、点灯成功率が９６％まで上昇した。
なお、具体的なインダクタンス値は、パルス幅（周波数）や予想されるランプ間の始動必要電圧の差等に応じて適宜選択すればよい。インダクタンスが大きいほど上記の効果を発揮できるが、ランプ電流の立ち上がりの速さを確保するためには各インダクタンスは１０ｍＨ程度以下とすればよく、さらに１ｍＨ以下とすることがより好ましい（１００Ａ、１ｋＶ）。なお、上記の実験では２本のランプの始動必要電圧の差が３ｋＶの場合を示したが、それよりも小さい差であれば各インダクタンスを５０μＨ程度としても上記効果を期待できる。
【００２５】
以上より、インダクタ３１及び３２を直流出力回路１０の両出力端とランプユニット４の両端の間に接続したことにより、始動必要電圧の異なるランプが組み合わされて直列接続された場合であっても確実に放電開始することが可能となった。
また、複数のランプを同時に点灯させる必要があるソーラーシミュレータにおいて、確実なシミュレーションを行なえるソーラーシミュレータ用光源装置の提供が可能となった。
【００２６】
＜変形例１＞
上記実施例ではランプ４１とランプ４２について始動必要電圧の高低が不明な場合に対処するものとして示したが、予めその高低が分かっていれば、インダクタ３１又は３２のどちらか一方を省略できる。
例えば、ランプを始動必要電圧の低い（点灯し易い）群と高い（点灯し難い）群に予めスクリーニングしておき、始動必要電圧の低いランプをランプ４１側に装着するものとして、インダクタ３１のみを接続し、インダクタ３２を省略してもよい。当然に、始動必要電圧の低いランプをランプ４２側に装着するものとして、インダクタ３２のみを接続してもよい。
これにより、点灯装置の低コスト化を図ることができる。
【００２７】
＜変形例２＞
また、上記実施例では２本のランプを用いたが、より多いランプ数の場合にも対応できる。ソーラーシミュレータにおいては、パネルの大きさによってそれを照射するランプの長さや本数が決まる。また、ランプの発光特性を所望のものとするためにランプ長に制約がある場合には、複数のランプに分割せざるを得ない場合もあり得る。
ここで、ランプが３本以上の場合（例えば４本）であっても、図２に示すように、ランプユニット４をランプの第１のグループ４ａ及び第２のグループ４ｂに分けてその接続点Ｍにイグナイタ２０からの始動パルスが印加されるようにすればよい。
上記構成は、特に複数のランプの始動必要電圧の管理が難しい場合に有用である。
【００２８】
上記実施例においては、放電ランプとしてキセノンフラッシュランプを想定して説明してきたが、（１）放電開始時に高圧の始動パルス（３ｋ〜５０ｋＶ／１００ｋ〜１ＭＨｚ）の印加が必要であり、かつ（２）放電開始後にほぼ直流（直流〜１ｋＨｚ以下）のランプ電流が通電されるような放電ランプ（例えば、高圧放電ランプ）であれば、本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例による回路構成を示す図である。
【図２】本発明の変形例を説明する図である。
【図３】従来の回路構成を示す図である。
【図４】従来の回路構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１．放電ランプ点灯装置
４．ランプユニット
１０．直流出力回路
１１．平滑コンデンサ
１２．スイッチング素子
１３．制御回路
２０．イグナイタ回路
２１．パルス源
２２．パルストランス
２３．コンデンサ
３１、３２．インダクタ
３３．コンデンサ
４１、４２．ランプ
１００．ソーラーシミュレータ用光源装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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