(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電回路、該充電回路に充電された電力を放電ランプに通電するための電流制御回路、並びに該充電回路及び該電流制御回路を制御するＣＰＵを備えた閃光放電ランプ点灯装置であって、
前記充電回路が、
蓄電素子、
前記ＣＰＵからの充電開始信号を受けた後、前記蓄電素子の充電完了に応じて充電完了信号を前記ＣＰＵに返す充電完了検出手段、及び
前記電流制御回路の停止時に、前記ＣＰＵからの放電指令に応じて前記蓄電素子に充電された電圧を放電する放電回路
を備え、
前記ＣＰＵが、前記充電開始信号を出力してから所定の時間を経過しても前記充電完了信号を受信しない場合に異常検知信号を出力するように構成され、
前記異常検知信号に応じて前記放電回路が異常であることを報知するように構成された報知手段を更に備えた閃光放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
請求項１の閃光放電ランプ点灯装置において、前記ＣＰＵが前記異常検知信号によって少なくとも前記充電回路の動作を停止させるように構成された閃光放電ランプ点灯装置。
【請求項３】
請求項２の閃光放電ランプ点灯装置において、前記異常検知信号が出力されてから所定の時間が経過するまでは、少なくとも前記充電回路が動作しないように構成された閃光放電ランプ点灯装置。
【請求項４】
充電回路に充電された電力を放電ランプに通電する閃光放電ランプ点灯装置における制御方法であって、前記充電回路が蓄電素子及び該蓄電素子の電圧を放電するための放電回路を含むとともにＣＰＵに接続され、該ＣＰＵが、
前記蓄電素子に充電を開始するための充電開始信号を前記充電回路に出力するステップ、
前記充電回路からの、前記蓄電素子の充電が完了したことを示す充電完了信号を待つステップ、
前記充電開始信号を出力してから所定の時間を経過しても前記充電完了信号を受信しない場合に、異常検知信号を出力するステップ、及び
前記異常検知信号に応じて前記放電回路が異常であることを報知手段に報知させるステップ
を備える制御方法。
【請求項５】
請求項４の制御方法であって、さらに、
前記異常検知信号が出力されてから所定の時間が経過するまでは、前記充電回路の動作を停止状態とするステップを備える制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は閃光放電ランプの点灯装置に関し、例えば擬似太陽光を照射する擬似太陽光照射装置に用いられるキセノンランプ点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池の光電変換特性などの各種太陽エネルギー利用機器の性能測定のために、自然太陽光のスペクトル分布を再現する擬似太陽光を被照射体に照射する擬似太陽光照射装置が知られている。この種の擬似太陽光照射装置においては、キセノンランプからなる光源が箱体内に設置され、光源からの光が光学フィルタを介して照射されることで放射面から擬似太陽光が放射される。
【０００３】
本装置では、例えば、発光長が１０００ｍｍ以上のキセノンランプ（以下、「ランプ」という）が用いられ、直流のランプ電流が通電され、そのランプ電流値を点灯装置によって調整することにより照射面の照度が制御される。一般的には、点灯時のランプ電流は数十アンペア（例えば７０Ａ）、ランプ電圧は数百ボルト（例えば５００Ｖ）程度であり、このランプ電流／電圧が、１回の点灯あたり数十ミリ秒から数百ミリ秒にわたって通電／印加される。この出力状態が定電流又は定電力で制御され、点灯期間中に被照射体の性能が測定される。
【０００４】
上記の場合、ランプ電力が３５ｋＷとなり、瞬時（例えば１００ミリ秒）とはいえ、この電力を商用電源から直接供給すると、同じ商用電源の系統の周辺機器に障害を及ぼすことや、商用電源と照射装置の間に容量の大きい接点及び配線が必要となることが問題となる。そこで一般には、照射装置内に点灯装置を設け、点灯装置において電力をコンデンサ等の蓄積素子に蓄積し、点灯指令に応じてその蓄積された電力をランプに供給する構成が採用される（例えば、特許文献１）。
【０００５】
このような閃光ランプ点灯装置において、大容量の蓄電素子が高電圧で充電されている状態を、点灯装置の非使用時（例えば、使用終了後）に放置しておくことはメンテナンス時や誤使用時に危険となり得るため好ましくない。そこで、非使用時には蓄電素子の充電エネルギーを放電させ、蓄電素子の電圧を十分低くしておくために蓄電素子に放電回路が設けられる。放電回路の構成としては、例えば、特許文献２に記載されるように、放電抵抗とスイッチ素子の直列回路が蓄電素子に並列接続されるものが考えられ、このような放電回路が上記の閃光ランプ点灯装置に適用できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３００６３２号公報
【特許文献２】特開２００８−６００５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記のような放電回路において、スイッチ素子が短絡故障した場合、蓄電素子と放電抵抗が常に並列接続され、充電動作時や点灯待機時に常に放電抵抗に電流が流れ続けることとなり放電抵抗の異常な過熱に繋がり、好ましくない。
【０００８】
ここで、放電抵抗に温度検知素子を接触させ、放電抵抗が高温となったときに点灯装置の動作を停止させる保護回路を設けることが考えられる。しかし、放電抵抗は通常の放電時にも瞬時的に高温となる。これを異常な高温と識別するために、より高精度な温度検知素子（サーミスタ、温度ヒューズ等）や温度検知回路を使用する必要があり、コスト及び信頼性の観点から好ましくない。また、放電抵抗の発熱を下げるために、放電抵抗として高抵抗素子を用いることや、複数の放電抵抗を並列又は直列接続して抵抗１本当たりの負荷を軽減することも可能であるが、これらの場合もコスト上好ましくない。
【０００９】
また、蓄電素子の充電電圧を検出して充電時の電圧上昇速度が異常であることを制御回路内のソフトで判定する方法も可能である。しかし、蓄電素子にかかる高電圧（例えば１０００Ｖ）を制御回路入力用の低電圧（例えば数ボルト）まで分圧するために多くの抵抗が必要になるとともに、その分圧信号を制御回路に入力するための端子及び配線を設ける必要があり、基板の大型化やコストアップに繋がり好ましくない。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みて温度検知素子や充電電圧検出回路を使用することなく放電回路のスイッチの短絡故障を検出し、放電抵抗の異常な温度上昇を防止する構成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】
【００１１】
本発明の第１の側面は閃光放電ランプ点灯装置である。本発明の閃光放電ランプ点灯装置は、充電回路、該充電回路に充電された電力を放電ランプに通電するための電流制御回路、並びに充電回路及び電流制御回路を制御するＣＰＵを備え、充電回路は、蓄電素子、ＣＰＵからの充電開始信号を受けた後、蓄電素子の充電完了に応じて充電完了信号をＣＰＵに返す充電完了検出手段、及び電流制御回路の停止時に、ＣＰＵからの放電指令に応じて蓄電素子に充電された電圧を放電する放電回路を備える。ＣＰＵが、充電開始信号を出力してから所定の時間を経過しても充電完了信号を受信しない場合に、異常検知信号を出力するように構成される。
【００１２】
好ましくは、異常検知信号が報知手段に入力され、報知手段は、放電回路が異常であることを報知する。
また、ＣＰＵが異常検知信号によって少なくとも充電回路の動作を停止させるようにしてもよい。
さらに、異常検知信号が出力されてから所定の時間が経過するまでは、少なくとも充電回路が動作しないように構成してもよい。
【００１３】
本発明の第２の側面は、充電回路に充電された電力を放電ランプに通電する閃光放電ランプ点灯装置の制御方法である。充電回路は蓄電素子及び蓄電素子の電圧を放電するための放電回路を含むとともにＣＰＵに接続されている。本制御方法は、ＣＰＵが、蓄電素子に充電を開始するための充電開始信号を充電回路に出力するステップ、充電回路からの、蓄電素子の充電が完了したことを示す充電完了信号を待つステップ、充電開始信号を出力してから所定の時間を経過しても充電完了信号を受信しない場合に、異常検知信号を出力するステップ、及び放電回路が異常であることを報知手段に報知させるステップを備える。
【００１４】
上記制御方法は、さらに、異常検知信号が出力されてから所定の時間が経過するまでは、充電回路の動作を停止状態とするステップを備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の閃光放電ランプ点灯装置の図である。
【図２】図１の閃光放電ランプ点灯装置における放電回路の図である。
【図３】蓄電素子の充電時間を説明する図である。
【図４】本発明による閃光放電ランプ点灯装置の制御方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施例１．
図１に本発明の閃光放電ランプ点灯装置を示す。閃光ランプ点灯装置は、整流器２及び平滑コンデンサ３で構成される直流電源回路１００、直流電源回路１００の電圧を昇圧及び充電するための充電回路２００、充電回路２００に充電された電力をランプ２５に通電するための電流制御回路３００、充電回路２００及び電流制御回路３００を制御するＣＰＵ２６、ランプ２５の始動時にランプ２５に高圧パルスを印加するためのパルストランス２４を含むイグナイタ回路（不図示）を備える。なお、ＣＰＵ２６は、説明の便宜上、電流制御回路３００の内部に示してあるが、電流制御回路３００の外部にあってもよい。  
【００１７】
点灯装置の動作は以下の通りである。整流器２及び平滑コンデンサ３で構成される直流電源回路１００で交流電源１が直流電圧に変換され、その直流電圧が充電回路２００に供給される。充電回路２００はトランジスタ４、５、６及び７からなるインバータを含む。ＣＰＵ２６から充電回路２００（ＰＷＭ制御回路８）への充電開始信号に応じて、ＰＷＭ制御回路８によってトランジスタ４、７及びトランジスタ５、６の導通時間が制御され、高周波で交互に導通される。これによりトランス９の１次巻線に交流電圧が発生するとともに、トランス９の２次巻線に昇圧比に応じた電圧が発生する。トランス９の２次巻線に発生した電圧は整流器１０で整流され、コイル１１で平滑されて大容量の蓄電素子（例えば、電解コンデンサ）１３に充電される。なお、蓄電素子１３として電解コンデンサを図示しているが、例えばバッテリー、電気二重層コンデンサ等、他の素子であってもよい。また、蓄電素子は複数直列であっても複数並列であってもよい。
【００１８】
また、蓄電素子１３には、ＣＰＵ２６からの指令に応じて充電電圧を放電するための放電回路２９が並列接続されている。放電回路２９は、図２に示すように放電抵抗２８と放電スイッチ２７の直列回路からなる。放電スイッチ２７はトランジスタ等の半導体スイッチの他、リレーなどの機械接点スイッチでも良い。なお、放電スイッチ２７と放電抵抗２８の位置は逆でもよい。放電回路２９の動作については後述する。
【００１９】
ここで、電流検出抵抗１２で検出される充電電流に比例した電圧と基準電圧１５とが誤差増幅器１４に入力され、両者が等しくなるようにＰＷＭ制御回路８によってトランジスタ４〜７の導通時間がＰＷＭ制御される。これにより、大容量の蓄電素子１３は所定の電流値で定電流充電されていく（充電方法は定電流制御に限らない）。蓄電素子１３がランプ電圧よりも充分に高い電圧（例えば、１０００Ｖ）に充電されたことをＰＷＭ制御回路８が検出すると、ＰＷＭ制御回路８はインバータの動作を一旦停止（又は充電電圧を保持）し、スタンバイ状態となる。ＰＷＭ制御回路８は、充電の完了に応じて充電完了信号をＣＰＵ２６に返す充電完了検出手段８ａを含んでいる。
【００２０】
次に、ランプ点灯指令に応じて電流制御回路３００が動作を開始する。電流制御回路３００は降圧チョッパ回路からなり、降圧チョッパ回路は、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチ１６、ダイオード１７、コイル１８、コンデンサ１９、電流検出抵抗２０、半導体スイッチ１６の導通時間を制御するＰＷＭ制御回路２１、誤差増幅器２２、及びＣＰＵ２６で構成される。この時点で、ランプ２５の両端に電解コンデンサ１３の電圧とほぼ等しい直流電圧（１０００Ｖ）が直ちに印加される。その後、パルストランス２４によってパルス電圧が上記直流電圧に重畳され、ランプ２５の絶縁破壊が起こる。
【００２１】
ランプ２５が絶縁破壊を起こすと、蓄電素子１３の充電電圧を電源として電流制御回路３００からの制限された電流がランプ２５に投入される。電流制御回路３００において、点灯指令に応じて、ランプ電流に比例する電圧信号（検出電圧）と、ランプ電流の設定値に比例するＣＰＵ２６からの可変の電圧信号が誤差増幅器２２に入力され、両者が等しくなるようにＰＷＭ制御回路２１によって半導体スイッチ１６の導通時間がＰＷＭ制御される。これにより、蓄電素子１３を電源とするランプ２５の直流点灯がランプ電流設定値に従って定電流制御される（点灯制御方法は定電流制御に限らない）。
【００２２】
点灯動作終了時には、ＣＰＵ２６によって電流制御回路３００の動作が停止され、必要に応じて充電回路２００が動作されて蓄電素子１３が再充電される。あるいは、点灯装置の使用が終了すると、ＣＰＵ２６によって充電回路２００及び電流制御回路３００の動作が停止される。このとき、蓄電素子１３には放電されなかった電荷が残っている場合がある。そこで、しばらく点灯動作を行わない場合又は使用を終了する場合（即ち、非使用時）に蓄電素子１３に残った電圧を下げるため、ＣＰＵ２６からの放電指令により、放電回路２９の放電スイッチ２７がＯＮされる。放電スイッチ２７がＯＮされると放電抵抗２８が接続状態となり、放電抵抗２８を介して蓄電素子１３に蓄積されていた電圧が放電される。
放電スイッチ２７は所定時間（蓄電素子１３の放電に十分な時間）経過後にＯＦＦしてもよいし、安全のため使用しない時にはＯＮの状態を維持してもよい。
【００２３】
ここで、仮に、放電スイッチ２７が短絡故障した状態で再び点灯動作が行われる場合を想定する。ＣＰＵ２６からＰＷＭ制御回路８に充電開始信号が送られると、上述した動作により蓄電素子１３の充電が開始される。この時、放電抵抗２８は接続状態（異常状態）となっているため、蓄電素子１３の充電速度は、放電抵抗２８が開放状態（正常状態）の場合に比べて遅くなる。
【００２４】
ＣＰＵ２６は充電開始信号を発してから所定時間を経過しても充電完了時間を受信しない場合に、放電回路が異常である（特に、放電スイッチが短絡故障した）と判断し、点灯装置外部の報知手段４００（例えば、ランプ、インジケータ、スピーカ等）に異常検知信号を送り、報知手段４００がユーザに視覚的に又は音声で異常の発生を知らせることができる。
【００２５】
また、ＣＰＵ２６は異常検知信号をＰＷＭ制御回路８に送り、充電回路２００の充電動作を停止させることが望ましい。ここで、図１に示すように、昇圧回路が絶縁型の場合、その１次側（即ち、トランジスタ４−７によるインバータ）を停止させれば、２次側には電圧が発生しなくなるので、放電抵抗２８が確実に保護される。なお、充電回路２００の停止と併せて、ＣＰＵ２６は異常検知信号をＰＷＭ制御回路２１に送り、電流制御回路３００の動作を停止させてもよい。あるいは、異常検知信号によって交流電源１を停止させる構成又は交流電源１からの給電を遮断する構成としてもよい。
【００２６】
さらに、ＣＰＵ２６は異常検知信号を出力した後は、所定の時間が経過するまで充電開始信号を出力しない構成としてもよいし、あるいは、ＣＰＵ２６が充電開始信号を出力してもＰＷＭ制御回路８がそれを受け付けない、即ち、インバータを動作させないようにしてもよい。なお、上記の所定の時間は、放電抵抗の温度が十分下がるのに必要な時間とすることが望ましい。ちなみに、放電スイッチ２７が短絡故障を起こしても、放電抵抗２８さえ使用に耐えれば点灯装置としては問題なく使用できるので上記のような構成も可能である。
【００２７】
また逆に、ＣＰＵ２６が不揮発性メモリを備え、ＣＰ２６が一度異常検知信号を出力した場合には、その後は充電開始信号を全く出力しない構成、即ち、点灯装置を使用不能とする構成として保護機能を強化してもよい。
【００２８】
図３に、放電スイッチ２７と充電速度の関係を示す。曲線Ｃ１は正常状態における充電時間と充電電圧の関係を示し、曲線Ｃ２は異常状態における充電時間と充電電圧の関係を示す。図示するように、正常状態における充電完了時間はｔ１であり、異常状態における充電完了時間はｔ２である。
【００２９】
ここで、ｔ１＜ｔａ＜ｔ２となる設定時間ｔａを設定する。ＣＰＵ２６が充電開始信号をＰＷＭ制御回路８に発してから時間ｔａ以内に充電完了信号を受信しなかった場合に、ＣＰＵ２６は充電時間に異常があると判断する。上述のように、ＣＰＵ２６は充電時間を異常と判断すると、異常検知信号を報知手段４００に送る。
【００３０】
なお、設定時間ｔａを正常時の充電完了時間ｔ１に近づけると、より早い保護が可能となるが、放電スイッチ２７の短絡故障だけでなく、他の原因による充電時間の遅延を検知してしまう可能性がある。他の原因としては、例えば、蓄電素子１３の劣化、ＰＷＭ制御回路８によるパルス幅ばらつき等があり得る。
【００３１】
一方、設定時間ｔａを放電スイッチ短絡時の充電完了時間ｔ２に近づけると、保護動作の発動は遅くなるが、放電スイッチ２７の短絡故障のみを確実に特定できる。このときの設定時間ｔａの上限値としては、放電スイッチ２７が短絡した状態で充電動作を続けたとしても放電抵抗２８の定格温度を超えない時間とすることが望ましい。
【００３２】
上記のように設定時間ｔａをｔ２に近づけた場合、放電スイッチ２７の短絡故障を特定し易くなるので、異常検出後の修理により放電スイッチ２７のみを交換できる構成としてもよい。例えば、放電スイッチ２７を基板に半田付けせずに、ソケットに対して着脱できるような構成としてもよい。このように放電スイッチ２７を交換可能とすることにより、資源を有効利用することができる。
【００３３】
なお、図３においては充電電圧が設定充電電圧の１００％に達した時点を充電完了としているが、充電電圧が設定充電電圧に対して所定の割合以上（例えば９０％以上）に到達した時点を充電完了としてもよい。
【００３４】
図４に本発明による閃光放電ランプ点灯装置の制御方法を示す。
ステップＳ４０において、ＣＰＵ２６が充電開始信号を充電回路２００（ＰＷＭ制御回路８）に出力する。
ステップＳ４２において、ＣＰＵ２６は充電回路２００（充電完了検出手段８ａ）からの充電完了信号を受信したかを判断する。充電完了信号を受信した場合にはステップＳ４３に進み、通常の正常時の点灯動作を行う。一方、充電完了信号を受信しない場合には、ステップＳ４４に進む。
ステップＳ４４において、ＣＰＵ２６は、充電開始信号を出力してから所定時間ｔａが経過したかを判断する。所定時間ｔａが経過していなければステップＳ４２に戻る。即ち、ステップＳ４２及びＳ４４において、ＣＰＵ２６は充電完了信号を待つ。所定時間ｔａが経過していれば、即ち、所定時間ｔａを経過してもＣＰＵ２６が充電完了信号を受信しない場合にはステップＳ４６に進む。
ステップＳ４６において、ＣＰＵ２６は異常検知信号を出力し、放電回路２９が異常であることを報知手段４００に報知させる。
【００３５】
なお、ステップＳ４６とともに、ＣＰＵ２６が充電回路２００（特にＰＷＭ制御回路８）の動作を停止させるようにしてもよい。
また、ＣＰＵ２６が異常検知信号を出力してから所定の時間が経過するまでは、充電回路２００（ＰＷＭ制御回路８）の動作を停止状態としてもよいし、点灯装置自体を再使用不能としてもよい。
【００３６】
なお、本発明は、上記の制御方法をマイクロプロセッサ等からなるＣＰＵ２６で実行可能なコンピュータプログラムとして記述したプログラムを含む。
【００３７】
上記のように、本発明によると、蓄電素子への充電動作時に所定の時間内に充電が完了しなかった場合に、放電回路に異常があると判断することで、低コストかつ簡素な構成で放電回路の放電スイッチの短絡故障を検出し、放電抵抗の異常な温度上昇を防止する構成を提供することができる。
【符号の説明】
【００３８】
４〜７．トランジスタ
８．ＰＷＭ制御回路
８ａ．充電完了検出手段
９．トランス
１０．整流器
１１．コイル
１２．電流検出抵抗
１３．蓄電素子
１４．誤差増幅器
１５．基準電圧
２６．ＣＰＵ
２７．放電スイッチ
２８．放電抵抗
２９．放電回路
２００．充電回路
３００．電流制御回路
４００．報知手段
【図１】
0005655513.tif 000002
【図２】
0005655513.tif 000003
【図３】
0005655513.tif 000004
【図４】
0005655513.tif 000005