(57)【要約】      （修正有）【課題】高い充電電圧を得るために直列多段に接続されたコンデンサの過電圧検出及び過大圧力検出をフォトカプラの絶縁性の信頼性を損なうことなく安全に行うこと。【解決手段】充電用電源と、コンデンサＣ、閃光放電ランプとからなる閃光放電ランプ点灯回路において、前記コンデンサの両端に異常検出回路６を設け、異常検出回路は、前記コンデンサの過電圧を検出するとオフ信号を出力する第１のスイッチング素子と前記コンデンサ内の過大圧力を検出するとオフ信号を出力する第２のスイッチング素子１２とを直列に接続し、第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子１２、又は第３のスイッチング素子１３のいずれかのスイッチング素子がオフすると次段のコンデンサの異常検出回路の第３のスイッチング素子１３をオフするための信号を出力する。【選択図】  図２
2006086097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電用電源と、該充電用電源によって充電される直列多段に接続された充電用コンデンサと、トリガー回路からのトリガー電圧が印加されることによって、前記充電用コンデンサに充電された電荷を放電し、閃光を発する閃光放電ランプとからなる閃光放電ランプ点灯回路において、
前記各充電用コンデンサの両端にそれぞれ異常検出回路を設け、該異常検出回路は、当該充電用コンデンサの過電圧を検出するとオフ信号を出力する第１のスイッチング素子と当該充電用コンデンサ内の過大圧力を検出するとオフ信号を出力する第２のスイッチング素子とを直列に接続し、前記第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子、又は第３のスイッチング素子のいずれかのスイッチング素子がオフすると次段の充電用コンデンサの異常検出回路の第３のスイッチング素子をオフするための信号を出力するフォトカプラと、前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子と直列に接続され前段の充電用コンデンサの異常検出回路のフォトカプラの出力によってオン制御される第３のスイッチング素子とから構成され、最終段の異常検出回路のフォトカプラから出力がないことによって前記充電用コンデンサのいずれかの過電圧または過大圧力を検出すること可能にしたことを特徴とする閃光放電ランプ点灯回路。
【請求項２】
充電用電源と、該充電用電源によって充電される直列多段に接続された充電用コンデンサと、トリガー回路からのトリガー電圧が印加されることによって、前記充電用コンデンサに充電された電荷を放電し、閃光を発する閃光放電ランプとからなる閃光放電ランプ点灯回路において、
前記各充電用コンデンサの両端にそれぞれ異常検出回路を設け、該異常検出回路は、当該充電用コンデンサの過電圧を検出するとオフ信号を出力する第１のスイッチング素子と、該第１のスイッチング素子又は第３のスイッチング素子がオフすると次段の充電用コンデンサの異常検出回路の第３のスイッチング素子をオフするための信号を出力するフォトカプラと、前記第１のスイッチング素子と直列に接続され前段の充電用コンデンサの異常検出回路のフォトカプラの出力によってオン制御される第３のスイッチング素子とから構成され、最終段の異常検出回路のフォトカプラの出力がないことによって前記充電用コンデンサのいずれかの過電圧を検出すること可能にしたことを特徴とする閃光放電ランプ点灯回路。
【請求項３】
充電用電源と、該充電用電源によって充電される直列多段に接続された充電用コンデンサと、トリガー回路からのトリガー電圧が印加されることによって、前記充電用コンデンサに充電された電荷を放電し、閃光を発する閃光放電ランプとからなる閃光放電ランプ点灯回路において、
前記各充電用コンデンサの両端にそれぞれ異常検出回路を設け、該異常検出回路は、当該充電用コンデンサ内の過大圧力を検出するとオフ信号を出力する第２のスイッチング素子と、該第２のスイッチング素子又は第３のスイッチング素子がオフすると次段の充電用コンデンサの異常検出回路の第３のスイッチング素子をオフするための信号を出力するフォトカプラと、前記第２のスイッチング素子と直列に接続され前段の充電用コンデンサの異常検出回路のフォトカプラの出力によってオン制御される第３のスイッチング素子とから構成され、最終段の異常検出回路のフォトカプラの出力がないことによって前記充電用コンデンサのいずれかの過大圧力を検出すること可能にしたことを特徴とする閃光放電ランプ点灯回路。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、閃光放電ランプ点灯回路に係わり、特に、閃光放電ランプを放電させるための充電用コンデンサの異常を検出することを可能にした閃光放電ランプ点灯回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば、半導体ウェハを熱処理するための光加熱装置として、被処理物である半導体ウェハの表層部分を極めて短時間で所定の温度に加熱することが要求されている。その加熱源として、閃光放電ランプを備えた閃光照射装置を用いることが検討されている。
【０００３】
閃光放電ランプの放電エネルギーの蓄積デバイスとしては、フィルムコンデンサが用いられてきたが、実用に充分なエネルギーを得るためには、装置が大型化してしまう問題がある。これを小型化するために、アルミ電解コンデンサを用いることが考えられているが、半導体の光加熱装置等に用いられる閃光放電ランプの閃光放電に必要な充電電圧は４ｋＶ程度であるのに対し、アルミ電解コンデンサの定格電圧は５００Ｖ程度であるので、必要な充電電圧を得るためには、アルミ電解コンデンサを直列多段に接続する必要がある。
直列多段に接続する場合、個々のコンデンサの静電容量と漏れ電流のばらつきにより電圧バランスが崩れ、１つのコンデンサに電圧が集中し、過電圧が加わる危険性がある。防止措置を当然施すとしても、不測の事態に備え過電圧検出を常時行う必要がある。
【０００４】
また、実用の際に、最も回避しなければならないのは、コンデンサの破裂の問題である。コンデンサには、通常、破裂防止のために圧力弁が設けられている。これはコンデンサに異常が発生し、内部圧力が過大に上昇した場合、弁が開き内部圧力を下げる働きをする。しかし、圧力弁が開くとコンデンサ内部の電解液が噴出し、周囲を汚染する問題がある。解決策として、コンデンサに圧力センサーを設ける方法がある。コンデンサ内部の過大圧力を検知すると装置の運転を直ちに停止することで、周囲を汚染することなく、コンデンサの破裂を防ぐことができる。
【０００５】
なお、直列接続した各コンデンサの過電圧検出（満充電判定）する技術や、また信号のやり取りに関してフォトカプラを直列又は並列に接続する技術は、特許第３４９１８７５号公報に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特許第３４９１８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
コンデンサの過電圧の異常検出を行う場合、全体の充電電圧が数十乃至数百Ｖ程度であれば、フォトカプラを直列又は並列に接続して安全に異常検出信号を取り込むことが可能である。しかし、全体の充電電圧が数ｋＶにも及ぶ場合は、フォトカプラの絶縁の信頼性を確保することができない。フォトカプラを用いない方法として、各コンデンサの差動電圧を測定する方法がある。しかし、これには高精度の高抵抗を多数必要とし、高コスト化してしまう。さらに、抵抗を介して流れる電流の大きさが下段のコンデンサになるほど大きくなるため、電圧バランスを崩す要因となる。
【０００８】
また、内部圧力センサーに関しても、センサーとコンデンサ間に数ｋＶの電圧が加わる場合は絶縁の信頼性が確保できないため、高電位にあるコンデンサから直接信号を取り込むことができないという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、高い充電電圧を得るために直列多段に接続されたアルミ電解コンデンサのような充電用コンデンサにおいても、各コンデンサの過電圧検出及び圧力センサ信号検出をフォトカプラの絶縁の信頼性を損なうことなく安全に行うことを可能にした閃光放電ランプ点灯回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、充電用電源と、該充電用電源によって充電される直列多段に接続された充電用コンデンサと、トリガー回路からのトリガー電圧が印加されることによって、前記充電用コンデンサに充電された電荷を放電し、閃光を発する閃光放電ランプとからなる閃光放電ランプ点灯回路において、前記各充電用コンデンサの両端にそれぞれ異常検出回路を設け、該異常検出回路は、当該充電用コンデンサの過電圧を検出するとオフ信号を出力する第１のスイッチング素子と当該充電用コンデンサ内の過大圧力を検出するとオフ信号を出力する第２のスイッチング素子とを直列に接続し、前記第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子、又は第３のスイッチング素子のいずれかのスイッチング素子がオフすると次段の充電用コンデンサの異常検出回路の第３のスイッチング素子をオフするための信号を出力するフォトカプラと、前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子と直列に接続され前段の充電用コンデンサの異常検出回路のフォトカプラの出力によってオン制御される第３のスイッチング素子とから構成され、最終段の異常検出回路のフォトカプラの出力がないことによって前記充電用コンデンサいずれかの過電圧または過大圧力を検出すること可能にしたことを特徴とする閃光放電ランプ点灯回路である。
【００１１】
第２の手段は、充電用電源と、該充電用電源によって充電される直列多段に接続された充電用コンデンサと、トリガー回路からのトリガー電圧が印加されることによって、前記充電用コンデンサに充電された電荷を放電し、閃光を発する閃光放電ランプとからなる閃光放電ランプ点灯回路において、前記各充電用コンデンサの両端にそれぞれ異常検出回路を設け、該異常検出回路は、当該充電用コンデンサの過電圧を検出するとオフ信号を出力する第１のスイッチング素子と、該第１のスイッチング素子又は第３のスイッチング素子がオフすると次段の充電用コンデンサの異常検出回路の第３のスイッチング素子をオフするための信号を出力するフォトカプラと、前記第１のスイッチング素子と直列に接続され前段の充電用コンデンサの異常検出回路のフォトカプラの出力によってオン制御される第３のスイッチング素子とから構成され、最終段の異常検出回路のフォトカプラの出力がないことによって前記充電用コンデンサいずれかの過電圧を検出すること可能にしたことを特徴とする閃光放電ランプ点灯回路である。  
【００１２】
第３の手段は、充電用電源と、該充電用電源によって充電される直列多段に接続された充電用コンデンサと、トリガー回路からのトリガー電圧が印加されることによって、前記充電用コンデンサに充電された電荷を放電し、閃光を発する閃光放電ランプとからなる閃光放電ランプ点灯回路において、前記各充電用コンデンサの両端にそれぞれ異常検出回路を設け、該異常検出回路は、当該充電用コンデンサ内の過大圧力を検出するとオフ信号を出力する第２のスイッチング素子と、該第２のスイッチング素子又は第３のスイッチング素子がオフすると次段の充電用コンデンサの異常検出回路の第３のスイッチング素子をオフするための信号を出力するフォトカプラと、前記第２のスイッチング素子と直列に接続され前段の充電用コンデンサの異常検出回路のフォトカプラの出力によってオン制御される第３のスイッチング素子とから構成され、最終段の異常検出回路のフォトカプラの出力がないことによって前記充電用コンデンサいずれかの過大圧力を検出すること可能にしたことを特徴とする閃光放電ランプ点灯回路である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、最終段の異常検出回路のフォトカプラの出力信号を検出するだけで、各充電用コンデンサの過電圧または過大圧力をフォトカプラの絶縁の信頼性を損なうことなく安全に検出することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、最終段の異常検出回路のフォトカプラの出力信号を検出するだけで、各充電用コンデンサの過電圧をフォトカプラの絶縁の信頼性を損なうことなく安全に検出することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、最終段の異常検出回路のフォトカプラの出力信号を検出するだけで、各充電用コンデンサ内の過大圧力をフォトカプラの絶縁の信頼性を損なうことなく安全に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の一実施形態を図１乃至図５を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係る閃光放電ランプ点灯回路の構成を示す図である。
同図において、１は充電用コンデンサ２を充電するための充電電源、２は直列多段に接続されたアルミ電解コンデンサ等からなる充電用コンデンサ、３は、省略される場合もあるが、ランプ電流波形を調整するコイル、４は閃光放電ランプ、５は閃光放電ランプ４にトリガー電圧を印加するトリガー回路、６は充電用コンデンサ２の各コンデンサから過電圧信号や圧力センサからの過大圧力信号等の異常信号を検出する検出回路、７は検出回路６から異常信号を検出すると閃光放電ランプ点灯回路の動作を停止するための信号を送出する制御回路である。なお、この閃光放電ランプ点灯回路では、コイル３を含めた回路を示したが、コイル３を省略した回路でも同様の機能を持つ。
【００１７】
同図において、この閃光放電ランプ点灯回路は、まず、直列多段に接続されたアルミ電解コンデンサ等からなる充電用コンデンサ２が、所定の電圧に達するまで充電電源１から充電が行われる。充電用コンデンサ２が所定の電圧に達すると、制御回路７から各トリガー回路５にトリガー電圧を出力するための指令が発せられ、各トリガー回路５から各閃光放電ランプ４にトリガー電圧が印加され、充電用コンデンサ２に蓄えられていた充電電荷が一斉に放電され、各閃光放電ランプ４は瞬時に閃光放電する。
【００１８】
充電電源１から充電用コンデンサ２が充電されているような状態において、検出回路６は、直列多段に接続されたアルミ電解コンデンサ等からなる充電用コンデンサ２のいずれから、過電圧または圧力センサによる過大圧力を検出すると、制御回路７に閃光放電ランプ点灯回路の運転停止等の指令を発する。
【００１９】
図２は、図１に示した１個の閃光放電ランプにおける検出回路６の一例を示す図であり、図３は、検出回路６を構成する異常検出回路６１，・・・６ｎ−２，６ｎ−１，６ｎの具体的構成を示す回路図である。  
【００２０】
これらの図において、Ｃ１，・・・Ｃｎ−２，Ｃｎ−１，Ｃｎは充電用コンデンサ２を構成するコンデンサ、６１，・・・６ｎ−２，６ｎ−１，６ｎは各充電用コンデンサＣ１，・・・Ｃｎ−２，Ｃｎ−１，Ｃｎの両端に接続された異常検出回路、１０は各コンデンサＣ１，・・・Ｃｎ−２，Ｃｎ−１，Ｃｎの両端から検出された充電電圧が過大電圧であるときオフ信号を出力する第１のスイッチング素子、１１は各充電用コンデンサＣ１，・・・Ｃｎ−２，Ｃｎ−１，Ｃｎの両端の電圧を検出する端子、１２は各充電用コンデンサＣ１，・・・Ｃｎ−２，Ｃｎ−１，Ｃｎ内に設けられた圧力センサによって過大圧力を検出するとオフ信号を出力する第２のスイッチング素子、１３は第１のスイッチング素子１０及び第２のスイッチング素子１２と直列に接続され前段の充電用コンデンサの異常検出回路のフォトカプラ１４の出力によってオン制御される第３のスイッチング素子、１４は第１のスイッチング素子１０、第２のスイッチング素子１２、又は第３のスイッチング素子のいずれかのスイッチング素子がオフすると次段の充電用コンデンサの異常検出回路の第３のスイッチング素子１３をオフするための信号を出力するフォトカプラである。
【００２１】
次に、図２及び図３を用いて、異常検出回路６１，・・・６ｎ−２，６ｎ−１，６ｎにおける動作について説明する。
例えば、初段の異常検出回路６ｎにおいて、充電用コンデンサＣｎの充電電圧を端子１１において正常電圧であると検出すると第１のスイッチング素子１０はオンする。また充電用コンデンサＣｎ内の圧力が正常圧力にあることを圧力センサが検出すると、第２のスイッチング素子１２はオンする。第１のスイッチング素子１０及び第２のスイッチング素子１２が共にオンすると、初段の第３のスイッチング素子１３はオン状態にあるので、フォトカプラ１４は導通し、フォトカプラ１４からオン信号が出力される。フォトカプラ１４からオン信号が出力されることによって次段の異常検出回路６ｎ−１の第３のスイッチング素子１３がオンする。同様に次段以降の充電用コンデンサの充電電圧及び充電用コンデンサ内の圧力が正常であると、次段以降の全てのフォトカプラ１４はオン信号を出力する。その結果、最終段の異常検出回路６１のフォトカプラ１４もオン信号を出力するので、最終段のフォトカプラ１４のオン信号を検出することにより、制御回路７は全ての充電用コンデンサＣ１，・・・Ｃｎ−２，Ｃｎ−１，Ｃｎが正常状態にあることを検出することができる。
【００２２】
次に、例えば、次段の異常検出回路６ｎ−１において、充電用コンデンサＣｎ−１の充電電圧が過電圧であると検出されると第１のスイッチング素子１０はオフする。又は充電用コンデンサＣｎ−１内の圧力が過大圧力にあることを圧力センサが検出すると、第２のスイッチング素子１２はオフする。即ち、第１のスイッチング素子１０又は第２のスイッチング素子１２のいずれかがオフすると、この段の異常検出回路６ｎ−１の第３のスイッチング素子１３がオン状態にあっても、フォトカプラ１４は不導通となり、フォトカプラ１４からオフ信号が出力される。フォトカプラ１４からオフ信号が出力されると、さらにこの段の次の段の異常検出回路６ｎ−２以降の第３のスイッチング素子１３もオフする。その結果、この段の充電用コンデンサＣｎ−２の充電電圧及び充電用コンデンサ内の圧力が正常であっても、この段の異常検出回路６ｎ−２の第３のスイッチング素子１３はオフ状態となるので、この段以降の全てのフォトカプラ１４はオフ信号を出力する。その結果、最終段の異常検出回路６１のフォトカプラ１４もオフ信号を出力するので、最終段のフォトカプラ１４のオフ信号を検出することにより、制御回路７は充電用コンデンサＣ１，・・・Ｃｎ−２，Ｃｎ−１，Ｃｎのいずれかが異常状態にあることを検出することができる。
【００２３】
このように、充電用コンデンサＣ１，・・・Ｃｎ−２，Ｃｎ−１，Ｃｎが直列多段に接続され、全体として数ｋＶの充電電圧が発生していても、フォトカプラの入力、出力間の電圧は、直列多段に接続されたコンデンサの内の一段のコンデンサに充電可能な電圧である数百Ｖ程度なので、該フォトカプラの絶縁の信頼性を確保することができ、さらに、最も低電位にある最終段の異常検出回路のフォトカプラの出力信号を検出するだけで、容易に充電用コンデンサＣ１，・・・Ｃｎ−２，Ｃｎ−１，Ｃｎのいずれかの異常状態を検出することができる。
【００２４】
図４は、図３に示した異常検出回路６１，・・・６ｎ−２，６ｎ−１，６ｎにおいて、充電用コンデンサＣ１，・・・Ｃｎ−２，Ｃｎ−１，Ｃｎの過電圧のみを検出可能とし、充電用コンデンサ内の過大圧力の検出を除いた場合の例を示す回路図であり、また、図５は、図３に示した異常検出回路６１，・・・６ｎ−２，６ｎ−１，６ｎにおいて、充電用コンデンサＣ１，・・・Ｃｎ−２，Ｃｎ−１，Ｃｎ内の過大圧力のみを検出可能とし、充電用コンデンサ内の過電圧の検出を除いた場合の例を示す回路図である。
なお、図４及び図５に示す異常検出回路の動作は、図３に示した異常検出回路の動作に準ずるので説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態の発明に係る閃光放電ランプ点灯回路の構成を示す図である。
【図２】図１に示した１個の閃光放電ランプにおける検出回路６の一例を示す図である。
【図３】検出回路６を構成する異常検出回路６１，・・・６ｎ−２，６ｎ−１，６ｎの具体的構成を示す回路図である。
【図４】充電用コンデンサＣ１，・・・Ｃｎ−２，Ｃｎ−１，Ｃｎの過電圧のみを検出可能とし、充電用コンデンサ内の過大圧力の検出を除いた場合の例を示す回路図である。
【図５】充電用コンデンサＣ１，・・・Ｃｎ−２，Ｃｎ−１，Ｃｎ内の過大圧力のみを検出可能とし、充電用コンデンサ内の過電圧の検出を除いた場合の例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  充電電源
２  充電用コンデンサ
３  コイル
４  閃光放電ランプ      
５  トリガー回路
６  検出回路
６１，・・・６ｎ−２，６ｎ−１，６ｎ    異常検出回路
７  制御回路                
１０  第１のスイッチング素子
１１  端子
１２  第２のスイッチング素子
１３  第３のスイッチング素子
１４  フォトカプラ
Ｃ１，・・・Ｃｎ−２，Ｃｎ−１，Ｃｎ    充電用コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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