JP2012015049A - Lighting apparatus of xenon lamp and lighting method of xenon lamp - Google Patents
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Abstract
Description
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キセノンランプの点灯方法に関する。 The present invention relates to a xenon lamp lighting device and a xenon lamp lighting method used in a simulated sunlight irradiation device that emits simulated sunlight.
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。 In order to measure the performance of various solar energy utilizing devices such as the photoelectric conversion characteristics of solar cells, a pseudo solar irradiation device that irradiates an object to be irradiated with pseudo sunlight that reproduces the spectral distribution of natural sunlight is known. In this type of simulated sunlight irradiation device, a light source composed of a xenon lamp (hereinafter referred to as “lamp”) is installed in a box, and light from the light source is irradiated through an optical filter to simulate from a radiation surface. Sunlight is emitted.
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。 In the simulated sunlight irradiation device, for example, a lamp having a light emission length of 1000 mm or more is used, a direct-current lamp current is applied, and the illuminance on the irradiated surface is controlled by adjusting the lamp current value with a lighting device. Generally, the lamp current at the time of lighting is several tens of amperes (for example, 70 A), the lamp voltage is about several hundred volts (for example, 500 V), and this lamp current / voltage is several tens of mSec per lighting. Energized / applied over 100 mSec. This output state is controlled by constant current or constant power, and the performance of the irradiated object is measured during the lighting period. For example, Patent Document 1 discloses a lamp current whose constant current is controlled.
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。 In the above case, the lamp power is 35 kW, and even if it is instantaneous (for example, 100 mSec), if this power is supplied directly from the commercial power supply, it will cause a failure in peripheral devices of the same commercial power system, A problem arises in that a large-capacity contact and wiring are required between them. Therefore, generally, a configuration is adopted in which a lighting device is provided in the irradiation device, electric power is accumulated in the lighting device, and the accumulated power is supplied to the lamp in response to a lighting command.
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正確な太陽電池パネルの特性を測定するために、擬似太陽光の照度時間変動率は小さい方が望ましい。しかし、ランプ電流が一定となるように制御すると、キセノンランプの照度は、ランプの特性上時間とともに徐々に低下することが分かってきた。例えば、図4に示すように、ランプ電流を70A一定に制御した場合、点灯開始後約10msの時点でSUNが1.25であっても、100ms後にはSUNが1.24に下がってしまう。 By the way, in order to accurately measure the characteristics of the solar cell panel when irradiating the irradiated object such as the solar cell panel with the simulated sunlight, it is desirable that the illuminance time variation rate of the simulated sunlight is small. However, it has been found that when the lamp current is controlled to be constant, the illuminance of the xenon lamp gradually decreases with time due to the characteristics of the lamp. For example, as shown in FIG. 4, when the lamp current is controlled to be constant at 70 A, even if the SUN is 1.25 at about 10 ms after the start of lighting, the SUN decreases to 1.24 after 100 ms.
そこで、本発明は、上記のようなランプの特性を考慮してランプ電流制御を行うことによって、照度が安定したキセノンランプ点灯装置及び点灯方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a xenon lamp lighting device and a lighting method with stable illuminance by performing lamp current control in consideration of the lamp characteristics as described above.
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る。ここで、電流制御回路はランプ出力設定値を制御する制御部(26)を有し、ランプ出力設定値は第一及び第二のランプ出力設定値を含み、ランプ出力が第一のランプ出力設定値に達した後、ランプ出力設定値をランプパラメータに依存することなく連続的又は断続的に第一のランプ出力設定値から第二のランプ出力設定値に上昇させるように制御部が構成される。 A first aspect of the present invention is a xenon lamp lighting device including a charging circuit (200) and a current control circuit (300) for supplying current to a xenon lamp according to a lamp output set value using a charging voltage of the charging circuit as a power source. . Here, the current control circuit has a control unit (26) for controlling the lamp output setting value, the lamp output setting value includes the first and second lamp output setting values, and the lamp output is the first lamp output setting value. After reaching the value, the control unit is configured to increase the lamp output set value from the first lamp output set value to the second lamp output set value continuously or intermittently without depending on the lamp parameter. .
本発明の第2の側面は、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によるキセノンランプの点灯方法である。ここで、ランプ出力設定値は第一及び第二のランプ出力設定値を含み、電流制御回路は、ランプ電流が第一のランプ出力設定値に達した後、ランプ出力設定値をランプパラメータに依存することなく連続的又は断続的に第一のランプ出力設定値から第二のランプ出力設定値に上昇させる。 The second aspect of the present invention is a method for lighting a xenon lamp by a current control circuit that supplies current to the xenon lamp according to a lamp output set value using a charging voltage of the charging circuit as a power source. Here, the lamp output set value includes the first and second lamp output set values, and the current control circuit depends on the lamp output set value after the lamp current reaches the first lamp output set value. The first lamp output set value is increased from the first lamp output set value to the second lamp output set value continuously or intermittently without the operation.
また、上記第1及び第2の側面において、ランプ出力をランプ電流として、第一及び第二のランプ出力設定値を第一及び第二のランプ電流設定値とすることができる。 In the first and second aspects, the lamp output can be used as the lamp current, and the first and second lamp output set values can be used as the first and second lamp current set values.
図1に本発明の実施例で使用するキセノンランプ点灯装置を示す。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。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(即ち、B−G間の電圧)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。
FIG. 1 shows a xenon lamp lighting device used in an embodiment of the present invention. In the lighting device, the AC power supply 1 is converted into a DC voltage by the DC
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、基準電圧23及び帰還素子27で構成される。この時点で、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(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。
Next, the
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。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、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。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。
When the
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、以降の説明において、ランプ電流とランプ電力をまとめてランプ出力といい、ランプ電流設定値とランプ電力設定値をまとめてランプ出力設定値というものとする。 Although the hardware part of the lighting device of FIG. 1 is general, in the embodiment of the present invention, the mode of control by the CPU 26 is different from the conventional one. In the following description, the lamp current and the lamp power are collectively referred to as a lamp output, and the lamp current set value and the lamp power set value are collectively referred to as a lamp output set value.
本発明の実施例では、ランプ電流設定値として第一及び第二のランプ電流設定値を含み、CPU26において、ランプ電流が第一のランプ電流設定値に達した後(図2の矢印参照)、ランプ電流設定値を連続的又は断続的に第一のランプ電流設定値から第二のランプ電流設定値に上昇させる。ここで、この上昇動作は、ランプ電圧、照度、累積点灯時間等のランプパラメータには依存しない。 In the embodiment of the present invention, the lamp current setting value includes the first and second lamp current setting values, and after the lamp current reaches the first lamp current setting value in the CPU 26 (see the arrow in FIG. 2), The lamp current set value is increased from the first lamp current set value to the second lamp current set value continuously or intermittently. Here, this ascending operation does not depend on lamp parameters such as lamp voltage, illuminance, and cumulative lighting time.
例えば、従来例の図4におけるSUNの減少分を補償するよう、第二のランプ電流設定値が第一のランプ電流設定値(70A)に対して1%程度高くなるようにすればよい。この値は実験的に取得するものとする。 For example, the second lamp current set value may be set to be about 1% higher than the first lamp current set value (70A) so as to compensate for the decrease in SUN in FIG. This value is obtained experimentally.
図2に、本実施例における第一のランプ電流設定値、第二のランプ電流設定値、ランプ電流、及び照度を示す。なお、図2における横軸の単位はmsである。
図2の本実施例と図4の従来例を比較すると、点灯開始から点灯終了までの間において、本実施例の方が従来例よりも照度時間変動率が小さいことが分かる。
FIG. 2 shows the first lamp current setting value, the second lamp current setting value, the lamp current, and the illuminance in the present embodiment. The unit of the horizontal axis in FIG. 2 is ms.
Comparing the present example of FIG. 2 and the conventional example of FIG. 4, it can be seen that the illuminance time variation rate of this example is smaller than that of the conventional example between the start of lighting and the end of lighting.
以上の構成により、照度時間変動率を改善する事ができる。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、余計な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)。これより、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。 With the above configuration, the illuminance time variation rate can be improved. Furthermore, the above configuration can be dealt with only by changing the program of the CPU of a general lighting device, and does not take extra cost (for example, it is necessary to add a configuration for providing an illuminance sensor and feeding back illuminance, etc. Absent). Thus, an inexpensive, high-performance and highly reliable pseudo-sunlight irradiation device can be provided.
なお、上記実施例では、ランプ電流値(又はランプ電流設定値)がリニアに上昇するものを示したが、図3Aに示すように断続的に上昇するようにしてもよい。また、図3Bに示すように2種類以上のステップを組み合わせて上昇するものであってもよい。またさらに、ランプ電流値(又はランプ電流設定値)が段階的に上昇するものであってもよい。なお、図3A及び3Bにおいても横軸の単位はmsである。 In the above embodiment, the lamp current value (or the lamp current set value) increases linearly, but may increase intermittently as shown in FIG. 3A. Moreover, as shown to FIG. 3B, you may raise combining 2 or more types of steps. Furthermore, the lamp current value (or lamp current set value) may be increased stepwise. 3A and 3B, the unit of the horizontal axis is ms.
また、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、ランプ電圧検出抵抗及び乗算器(不図示)を設け、ランプ電圧とランプ電流の積、即ち、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、ランプ出力としてランプ電力を用いる。即ち、ランプ出力設定値はランプ電力設定値であり、ランプ電力設定値が第一及び第二のランプ電力設定値を含む。ここでも、CPU26において、ランプ電力が第一のランプ電力設定値に達した後、ランプ電力設定値を連続的又は断続的に第一のランプ電力設定値から第二のランプ電力設定値に上昇させればよい。ここでも、この上昇動作はランプ電圧、照度、累積点灯時間等のランプパラメータには依存しない。 In the above embodiment, the CPU 26 (error amplifier 22) feeds back the lamp current. However, a lamp voltage detection resistor and a multiplier (not shown) are provided, and the product of the lamp voltage and the lamp current, that is, the lamp power. It is good also as a structure which feeds back. In this case, lamp power is used as the lamp output. That is, the lamp output set value is the lamp power set value, and the lamp power set value includes the first and second lamp power set values. Again, after the lamp power reaches the first lamp power set value, the CPU 26 increases the lamp power set value from the first lamp power set value to the second lamp power set value continuously or intermittently. Just do it. Again, this ascending operation does not depend on lamp parameters such as lamp voltage, illuminance, and cumulative lighting time.
また、上記実施例では、電流制御回路300において、誤差増幅器を用いたフィードバック回路を構成したが、強制的にPWM制御を行うフィードフォワードの構成としてもよい。この場合には、CPU26からのランプ出力設定値(ランプ電流設定値又はランプ電力設定値)に関する信号はPWM制御回路21に直接的に入力される。
In the above embodiment, the
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
26.CPU(制御部)
100.直流電源回路
200.充電回路
300.電流制御回路
16.
100. DC
Claims (4)
前記電流制御回路が前記ランプ出力設定値を制御する制御部(26)を有し、該ランプ出力設定値が第一及び第二のランプ出力設定値を含み、ランプ出力が該第一のランプ出力設定値に達した後、該ランプ出力設定値をランプパラメータに依存することなく連続的又は断続的に該第一のランプ出力設定値から該第二のランプ出力設定値に上昇させるように該制御部が構成されたキセノンランプ点灯装置。 A xenon lamp lighting device comprising a charging circuit (200) and a current control circuit (300) for supplying a current to the xenon lamp according to a lamp output set value using a charging voltage of the charging circuit as a power source,
The current control circuit has a control unit (26) for controlling the lamp output set value, the lamp output set value includes first and second lamp output set values, and the lamp output is the first lamp output. After reaching the set value, the control is performed so that the lamp output set value is increased from the first lamp output set value to the second lamp output set value continuously or intermittently without depending on the lamp parameter. Xenon lamp lighting device with a part.
該ランプ出力設定値が第一及び第二のランプ出力設定値を含み、
前記電流制御回路が、ランプ電流が該第一のランプ出力設定値に達した後、該ランプ出力設定値をランプパラメータに依存することなく連続的又は断続的に該第一のランプ出力設定値から該第二のランプ出力設定値に上昇させる点灯方法。 A method of lighting a xenon lamp by a current control circuit that inputs a current to the xenon lamp according to a lamp output set value using a charging voltage of the charging circuit as a power source,
The lamp output set value includes first and second lamp output set values;
After the lamp current reaches the first lamp output set value, the current control circuit continuously or intermittently removes the lamp output set value from the first lamp output set value without depending on a lamp parameter. A lighting method for increasing the second lamp output set value.
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