(57)【要約】【課題】照射される擬似太陽光の照度時間変動率が低く、安価で信頼性の高いキセノンランプ点灯装置を提供する。【解決手段】ランプ出力設定値に従ってキセノンランプに電流を投入する電流制御回路を備えたキセノンランプ点灯装置において、電流制御回路が、降圧チョッパ回路、及び降圧チョッパ回路からのランプ出力が出力設定値で一定となるように降圧チョッパ回路をＰＷＭ制御するフィードバック回路からなり、フィードバック回路が、ランプ出力を検出して検出電圧を出力する検出回路、出力設定値に応じた基準電圧を出力する制御部、検出電圧と基準電圧との差を増幅して出力する誤差増幅器、及び誤差増幅器の出力に応じてＰＷＭ制御の導通時間を決定するＰＷＭ制御回路を備え、制御部が、点灯開始から第１の期間が経過した後における検出電圧の増加又は減少に応じて、増加又は減少を補償するように基準電圧を減少又は増加させる補正処理を行う構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電回路（２００）及び該充電回路の充電電圧を電源としてランプ出力設定値に従ってキセノンランプに電流を投入する電流制御回路（３００）を備えたキセノンランプ点灯装置であって、
前記電流制御回路が、降圧チョッパ回路、及び該降圧チョッパ回路からのランプ出力がランプ出力設定値で一定となるように該降圧チョッパ回路をＰＷＭ制御するフィードバック回路からなり、
前記フィードバック回路が、
ランプ出力を検出して検出電圧を出力する検出回路、
前記ランプ出力設定値に応じた基準電圧を出力する制御部、
前記検出電圧と前記基準電圧との差を増幅して出力する誤差増幅器、及び
前記誤差増幅器の出力に応じて前記ＰＷＭ制御の導通時間を決定するＰＷＭ制御回路
を備え、
前記制御部に前記検出電圧が入力され、該制御部が、点灯開始から第１の期間が経過した後における前記検出電圧の増加又は減少に応じて、該増加又は減少を補償するように前記基準電圧を減少又は増加させる補正処理を行うことを特徴とするキセノンランプ点灯装置。
【請求項２】
請求項１に記載のキセノンランプ点灯装置において、前記制御部が、前記第１の期間よりも長い第２の期間が点灯開始から経過した後に前記補正処理を有効にするように構成されたキセノンランプ点灯装置。
【請求項３】
請求項１に記載のキセノンランプ点灯装置において、前記制御部が、前記第１の期間経過後であってかつ前記検出電圧の変化があった後に前記補正処理を有効にするように構成されたキセノンランプ点灯装置。
【請求項４】
請求項１から３いずれか一項に記載のキセノンランプ点灯装置、該キセノンランプ点灯装置に接続されたキセノンランプ、及び該キセノンランプを内包する箱体を備えた擬似太陽光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は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及びそれを用いた擬似太陽光照射装置に関する。
【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（以下、「ランプ」という）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】
擬似太陽光照射装置では、例えば、発光長が１０００ｍｍ以上のランプが用いられ、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ｍＳｅｃから数百ｍＳｅｃ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。例えば、特許文献１にはランプ電流が定電流制御されるものが開示されている。
【０００４】
上記の場合、ランプ電力が３５ｋＷとなり、瞬時、例えば１００ｍＳｅｃ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。
【０００５】
例えば、特許文献１には、擬似太陽光生成装置において、蓄積された電力をランプに投入する電力制御回路が、ランプ電流、ランプ光量等を検出する回路を備え、光量が一定となるようにランプ電流を制御する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２８３８４６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、特許文献１の構成によると、ランプ光量を検出する発光光量検出センサを設ける必要があり、装置が高価になるという問題があった。また、発光光量検出センサはランプの近辺に配置する必要があるが、制御回路までの配線が長くなることから、制御回路への入力信号にノイズ成分が多く含まれ、検出及び制御の信頼性の確保が難しいという問題があった。そこで、ランプ電流を検出してその値が目標設定値で一定となるようにフィードバック制御できればよい。
【０００８】
ところで、太陽電池パネルなどの被照射体に擬似太陽光を照射する際に太陽電池パネルの特性を正確に測定するために、擬似太陽光の照度時間変動率（１回の点灯における照度変動）は小さい方が望ましい。しかし、後に詳述するように、ランプ電流が一定となるようにフィードバック制御しても、フィードバック系の回路特性により、ランプ電流が一定にならない場合があることが分かってきた。
【０００９】
例えば、従来の点灯装置によるランプ電流について、図３Ａの実測波形、図３Ｂの説明図及び図３Ｃの拡大図に示す例では、ランプ電流の目標設定値を７０Ａとして制御した場合でも、点灯開始後約５０ｍｓまでは７０Ａであってもその後約７１Ａに上昇している。また、ランプによっては、図４に示すように、ランプ電流の目標設定値を７０Ａとして制御した場合でも、点灯開始後約５０ｍｓまでは７０Ａであってもその後６９Ａ程度に低下する場合がある。このように、点灯中にランプ電流が上昇又は低下すると、照度もランプ電流に従って上昇又は低下してしまい、擬似太陽光の照度時間変動率が許容できないものとなることがある。即ち、通常のランプ電流フィードバックを用いた点灯装置では、太陽電池パネルの正確な特性測定ができない場合があった。
【００１０】
そこで、本発明は、照射される擬似太陽光の照度時間変動率が低く、安価で信頼性の高いキセノンランプ点灯装置及びそれを用いた擬似太陽光照射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】
【００１１】
本発明の第１の側面は、充電回路（２００）及び充電回路の充電電圧を電源としてランプ出力設定値に従ってキセノンランプに電流を投入する電流制御回路（３００）を備えたキセノンランプ点灯装置であって、電流制御回路が、降圧チョッパ回路、及び降圧チョッパ回路からのランプ出力がランプ出力設定値で一定となるように降圧チョッパ回路をＰＷＭ制御するフィードバック回路からなり、フィードバック回路が、ランプ出力を検出して検出電圧を出力する検出回路、ランプ出力設定値に応じた基準電圧を出力する制御部、検出電圧と基準電圧との差を増幅して出力する誤差増幅器、及び誤差増幅器の出力に応じてＰＷＭ制御の導通時間を決定するＰＷＭ制御回路を備え、制御部に検出電圧が入力され、制御部が、点灯開始から第１の期間が経過した後における検出電圧の増加又は減少に応じて、その増加又は減少を補償するように基準電圧を減少又は増加させる補正処理を行うキセノンランプ点灯装置である。
【００１２】
ここで、制御部が、第１の期間よりも長い第２の期間が点灯開始から経過した後に補正処理を有効にするようにしてもよい。
また、制御部が、第１の期間経過後であってかつ検出電圧の変化があった後に補正処理を有効にするようにしてもよい。
【００１３】
本発明の第２の側面は、上記第１の側面のキセノンランプ点灯装置、キセノンランプ点灯装置に接続されたキセノンランプ、及びキセノンランプを内包する箱体を備えた擬似太陽光照射装置である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例によるキセノンランプ点灯装置を示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施例によるランプ電流波形を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａの拡大図である。
【図３Ａ】従来例の実測波形を示す図である。
【図３Ｂ】従来例を説明する図である。
【図３Ｃ】図３Ｂの拡大図である。
【図４】従来例を説明する図である。
【００１５】
図１に本発明の実施例によるキセノンランプ点灯装置（以下、「点灯装置」という）を示す。点灯装置では、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。外部のコントローラ等から充電回路２００への充電指令に応じて、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電解コンデンサ（充電コンデンサ）１３に充電される。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、大容量の充電コンデンサ１３は所定の電流値で定電流充電されていく。充電コンデンサ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。
【００１６】
次に、上記コントローラからの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、及び降圧チョッパ回路からのランプ電流がランプ電流設定値で一定となるように降圧チョッパ回路をＰＷＭ制御するフィードバック回路からなる。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及びコンデンサ１９を含む。フィードバック回路は、電流検出抵抗２０（検出回路）、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（制御部）を含む。なお、必要に応じて、誤差増幅器２２の負入力端子と出力端子間に抵抗、コンデンサ等の帰還素子が挿入されていてもよい。
【００１７】
電流制御回路３００が動作を開始する時点で、ランプ２５の両端に充電コンデンサ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、イグナイタ回路（不図示）のパルストランス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。
【００１８】
ランプ２５が絶縁破壊を起こすと、コンデンサ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。ランプ電流にほぼ等しい電流が電流検出抵抗２０に流れ、電流検出抵抗２０に発生する電圧が積分回路（不図示）でフィルタリングされ、検出電圧として誤差増幅器２２の負入力端子に入力される。ＣＰＵ２６からは、ランプ電流設定値に応じた基準電圧が誤差増幅器２２の正入力端子に入力される。なお、ランプ電流設定値は、装置外部のパソコン、シーケンサ等から任意に設定してＣＰＵ２６に入力できるようにしてもよい。この場合、ＣＰＵ２６では、入力されたランプ電流設定値に基づいて基準電圧が決定される。誤差増幅器２２では、負入力電圧（検出電圧）と正入力電圧（基準電圧）の差分に利得を乗じた出力電圧が決定され、この出力電圧がＰＷＭ制御回路２１に入力される。ＰＷＭ制御回路２１は誤差増幅器２２からの出力値に応じて半導体スイッチ１６の導通時間（即ち、ＰＷＭにおけるオン幅）を制御する。これにより、コンデンサ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。
【００１９】
図１の点灯装置のハードウェア部分は一般的なものであるが、本発明の実施例ではＣＰＵ２６による制御の態様が従来と異なる。なお、ＣＰＵ２６は電流制御回路３００の内部にあっても外部にあってもよい。また、本明細書においては、ランプ出力とは、ランプ電流又はランプ電力をいうものとし、ランプ出力設定値とは、ランプ電流設定値又はランプ電力設定値をいうものとする。本実施例では、ランプ出力の定義はランプ電流であり、ランプ出力設定値の定義はランプ電流設定値である。
【００２０】
ここで、電流制御回路３００のフィードバック回路が理想回路であれば、電流検出抵抗２０に流れる電流の実効値はランプ電流設定値に一致して常に一定となり、ランプ電流の実効値も一定となるはずである（図２Ａ及び２Ｂ参照）。しかし、実際には種々の要因により、電流検出抵抗２０に流れる電流の実効値は点灯中に増加又は減少する場合がある。例えば、誤差増幅器２２のゲインの周波数特性、オフセット等の影響により、フィードバック動作中の負入力電圧と正入力電圧の関係が、全ての負入力電圧に対して同じでない場合がある。特に、検出電圧は、積分回路により多少は平滑化されるものの、半導体スイッチ１６のスイッチングによる高周波リップル成分を含むので、ＰＷＭ制御においてスイッチング周波数も変化するような場合には誤差増幅器の利得が周波数特性に起因して変化する場合がある。
【００２１】
より具体的には、誤差増幅器２２の出力電圧をＶ０、負入力電圧をＶ１、正入力電圧をＶ２、利得をαとした場合に、Ｖ０＝α（Ｖ２−Ｖ１）となる（図１の例ではＶ０＝Ｖ１）。一般的な誤差増幅器においては、動作周波数がある周波数を超えて上昇すると、利得αは低下する。ここで、点灯中にランプ２５の負荷変動に追従して半導体スイッチ１６のＰＷＭオフ幅が固定されたままオン幅が減少されてスイッチング周波数が上昇すると、それに応じてＶ１のリップル成分の周波数が高くなり、利得αが減少する。この減少した利得αに対して、Ｖ０（＝Ｖ１）が決定されるため、同じ基準電圧Ｖ２に対してもフィードバック動作において安定するＶ１が異なることになる。
【００２２】
また、点灯中に誤差増幅器２２の温度が変化する場合にも利得αは変化する。このように、ランプ点灯中においては、ランプの負荷変動や誤差増幅器２２の温度変化に起因する利得の変動等の種々の要因、特に誤差増幅器２２の特性上の要因により、同じ基準電圧Ｖ２に対して安定する検出電圧Ｖ１が異なる場合がある。
【００２３】
そこで、本発明の実施例では、検出電圧Ｖ１が利得の変動等にかかわらず一定となるようにするために、検出電圧がＣＰＵ２６に入力され、ＣＰＵ２６が検出電圧（Ｖ１）をＡ／Ｄ変換して読み込み、検出電圧（Ｖ１）の変化を補償するように基準電圧（Ｖ２）を補正する。即ち、ＣＰＵ２６は、点灯開始から第１の期間（例えば、１０〜２０ｍｓ）が経過した後（即ち、検出電圧が安定した後）における検出電圧の増加又は減少に応じて、その増加分又は減少分を補償するように基準電圧を減少又は増加させる補正処理を行う。検出電圧の増減分に対する基準電圧の補正値はＣＰＵ２６内の参照テーブルに記憶されているものとする。なお、検出電圧の増加分又は減少分とは、第１の期間経過時と他の時刻の検出電圧の差分であってもよいし、第１の期間経過後におけるある時刻と他の時刻の検出電圧の差分であってもよい。
【００２４】
例えば、図３Ａ〜３Ｃに示したように基準電圧（Ｖ２）を一定とした場合にランプ電流及び検出電圧（Ｖ１）が増加してしまうような場合には、基準電圧（Ｖ２）を低下させてそのランプ電流増加分を補償する。逆に、図４に示したように基準電圧（Ｖ２）を一定とした場合にランプ電流及び検出電圧（Ｖ１）が減少してしまうような場合には、基準電圧（Ｖ２）を増加させてそのランプ電流減少分を補償する。これにより、ランプ電流は点灯開始から点灯終了の間の約１００ｍｓに亘ってランプ電流設定値である７０Ａ一定に維持される（図２Ａ及び２Ｂ参照）。
【００２５】
なお、ＣＰＵ２６で検出電圧をＡ／Ｄ変換して読み込み、それに応じた補正基準電圧を生成する動作を常時行うと、制御速度に遅れが生じてフィードバック動作が不安定になる可能性がある。そこで、上記のような基準電圧の補正処理を所定の場合に限定することが好ましい。
【００２６】
例えば、ＣＰＵ２６が、点灯開始から第２の期間経過後（例えば、点灯開始から５０ｍｓ経過後、全点灯期間の後半等）に、基準電圧の補正処理を有効にするようにしてもよい。なお、第２の期間は第１の期間よりも長いものとする。
【００２７】
また、ＣＰＵ２６が検出電圧をＡ／Ｄ変換して読み込み、検出電圧値を監視する処理までを常時行い、点灯開始から第２の期間経過後であってかつ検出電圧に変化が生じた場合のみ、その後補正基準電圧を生成する処理を行い、補正処理を有効にするようにしてもよい。
【００２８】
以上の構成により、ランプ点灯中の照度時間変動率を減少させることができる。さらに、上記構成は一般的な点灯装置のＣＰＵのプログラム変更だけで対応可能であり、追加のコストがかかることもない（例えば、照度センサを設けて照度をフィードバックする構成を追加する等の必要はない）。
【００２９】
そして、本発明の擬似太陽光照射装置は、上記のキセノンランプ点灯装置、キセノンランプ２５、及びキセノンランプ２５を内包する箱体（不図示）を備える。これにより、安価で高性能かつ信頼性の高い擬似太陽光照射装置を提供することができる。
【００３０】
なお、上記実施例ではＣＰＵ２６（誤差増幅器２２）においてランプ電流をフィードバックするものを示したが、ランプ電力をフィードバックする構成としてもよい。この場合、フィードバック回路は、検出回路として、電流検出抵抗２０に加えて、電流制御回路３００の出力端に接続される抵抗分圧回路等のランプ電圧検出回路、及びランプ電圧とランプ電流の積、即ち、ランプ電力を演算する乗算器を備える。この乗算器の出力が検出電圧として誤差増幅器２２の負入力端子及びＣＰＵ２６に入力される。ランプ電力をフィードバックする構成の場合、上述したように、ランプ出力の定義はランプ電力であり、ランプ出力設定値の定義はランプ電力設定値である。
【００３１】
また、上記実施例では、基準電圧（Ｖ２）がＣＰＵ２６から出力されるアナログ電圧値であるものを示したが、基準電圧はＣＰＵ２６が出力するＰＷＭ信号を平滑したものでもよいし、ＣＰＵ２６とは別個に設けられたＤ／Ａコンバータからの出力信号としてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１６．半導体スイッチ
１７．ダイオード
１８．コイル
１９．コンデンサ
２０．検出抵抗
２１．ＰＷＭ制御回路
２２．誤差増幅器
２５．キセノンランプ（ランプ）
２６．ＣＰＵ（制御部）
１００．直流電源回路
２００．充電回路
３００．電流制御回路
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図３Ａ】
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