JPS60198094A - Constant-light quantity light source - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は光源にハロゲンランプを使い、一定光量を安定
して得る定光量光源装置に関する〇〔従来技術〕 従来、ランプの点灯方式には第１図に示すような交流点
灯、第２図に示すようなスイッチング電源を使った直流
点灯などがあげられる。光源に定格１．２　Ｖ・１００
Ｗのハロゲンランプを使用した場合には・第１図の交流
点灯ではトランス５が非常に大型かつ大重量になり、取
扱いが不便である。[Detailed Description of the Invention] [Technical Field] The present invention relates to a constant light amount light source device that uses a halogen lamp as a light source and stably obtains a constant amount of light. Examples include AC lighting as shown in Figure 2, and DC lighting using a switching power supply as shown in Figure 2. Light source rated at 1.2 V/100
When a W halogen lamp is used, the transformer 5 becomes very large and heavy in the AC lighting shown in FIG. 1, making it inconvenient to handle.

その上、入力１の変動により、ハロゲンランプの光量が
変動し１、その変動量は入力１の±１Ｄ％の変動に対し
て±３０−にも達し、光学的にフィードバックをかけな
くては安定した光量が得られない欠点がある＠一方、第
２図の直流点灯ではスイッチング電源を使うことにより
小型かつ比較的軽凰で、安定な電源が得られ、ランプを
定光量で点灯できるが、構成が複雑になり、コストは第
１図の場合の５倍以上になる。このように小型・軽量か
つ低価格で安定した光量を得られる点灯装置が実現でき
なかった。Furthermore, the light intensity of the halogen lamp fluctuates due to fluctuations in input 1, and the amount of fluctuation reaches ±30- for a ±1D% fluctuation in input 1, so it must be stabilized without optical feedback. On the other hand, with the DC lighting shown in Figure 2, a switching power supply is small and relatively light, and a stable power source can be obtained, allowing the lamp to be lit at a constant light amount. is more complicated, and the cost is more than five times that of the case shown in FIG. In this way, it has not been possible to realize a lighting device that is small, lightweight, and inexpensive and can provide a stable amount of light.

〔目　的〕〔the purpose〕

本発明はこのような問題を解決するもので、その目的と
するところは低価格で小型軽量かつ安定した光量が得ら
れる定光量光源装置を提供することにある。The present invention is intended to solve these problems, and its purpose is to provide a constant light amount light source device that is small, lightweight, and provides a stable amount of light at a low cost.

〔概　要〕〔overview〕

本発明の定光量光源装置は、電源１次側に商用電源１０
０ｖの全波整流波を印加し、フォワード型あるいはプッ
シュプル型の他励式コンバーターで５０〜５０に’Ｈｚ
の高周波で全波整流波をスイッチングして２次側のハロ
ゲンランプへ電力全供給し点灯させ、かつ、外部からの
ＯＮ・ＯＦＦ信号でランプの点・消灯ができ、かつ、入
力電圧の経時的な変動を検知して、ランプ駆動パルス幅
を自動的に調整し、ランプ光量を一定に保つ機能を有す
ることを特徴とした装置である。The constant light amount light source device of the present invention has a commercial power source connected to the primary side of the power source.
Apply a 0V full-wave rectified wave and convert it to 50-50'Hz using a forward or push-pull separately excited converter.
It is possible to switch a full-wave rectified wave at high frequency to supply full power to the halogen lamp on the secondary side and turn it on.The lamp can also be turned on and off by an external ON/OFF signal, and the input voltage changes over time. This device is characterized by having a function of detecting fluctuations in the lamp drive pulse width and automatically adjusting the lamp drive pulse width to keep the lamp light amount constant.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明について実施例に基づき詳細に説明をする
。第６図に本発明のブロック図を示す。Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on examples. FIG. 6 shows a block diagram of the present invention.

本例はフォワード型コンバーターで、２次側負荷は電源
に直列に接続した１２Ｖ　１００Ｗハロゲンランプであ
る。第３図により各部動作を簡単に説明する。まず、入
力１を整流回路７で余波整流し、制御回路１１から送ら
れる約３０ＫＨｚのパルス信号をパルストランス１０に
より、絶縁兼電圧電流変換して、パワートランジスタな
どのスイッチング素子９に伝えて、余波整流波を高速ス
イッチングし、トランス５を介してハロゲンランプ乙に
一定電力を常に実効値で等しくなるように供給するもの
である。本例のようにフォワード型コンバーターを用い
た場合には、トランス５の磁束リセット動作のためにリ
セットエネルギーの吸収を行なう１００μＦ程度の電解
コンデンサーを整流回路７の後に平滑コンデンサーと同
じ形で設ける場合があり、このときはスイッチング素子
９に印加する電圧は余波整流波ではなく、かなりのリッ
プルを含んだ平滑波になる・制御回路１１は補助トラン
ス１７、整流回路１８、平滑回路１９から供給される補
助電源により動作するが、前述のように外部から補助電
源が供給される場合は１７、１８　、’１９は不要であ
る。制御回路１１は光量設定とＯＮ　−ＯＦＦ信号４に
従い、スイッチング素子へ送るパルス信号幅を制御し、
ハロゲンランプ６の光量制御とＯＮ・ＯＦＦ制御をする
０以上が各部の動作である０ 次に、ハロゲンランプの定電力駆動方法、メイントラン
ス５の巻線比と容量、制御回路の動作について詳述する
。This example is a forward type converter, and the secondary load is a 12V 100W halogen lamp connected in series with the power supply. The operation of each part will be briefly explained with reference to FIG. First, the input 1 is rectified by the rectifier circuit 7, and the pulse signal of about 30 KHz sent from the control circuit 11 is insulated and converted into voltage and current by the pulse transformer 10, and then transmitted to the switching element 9 such as a power transistor, and the aftereffect is rectified by the rectifier circuit 7. The rectified wave is switched at high speed, and constant power is supplied to the halogen lamp B through the transformer 5 so that the effective value is always the same. When a forward type converter is used as in this example, an electrolytic capacitor of approximately 100 μF may be installed after the rectifier circuit 7 in the same form as a smoothing capacitor to absorb reset energy for the magnetic flux reset operation of the transformer 5. In this case, the voltage applied to the switching element 9 is not a rectified wave afterward, but a smooth wave containing considerable ripple.・The control circuit 11 uses an auxiliary voltage supplied from the auxiliary transformer 17, the rectifier circuit 18, and the smoothing circuit 19. Although it operates from a power source, if an auxiliary power source is supplied from the outside as described above, 17, 18, and '19 are not necessary. The control circuit 11 controls the pulse signal width sent to the switching element according to the light amount setting and the ON-OFF signal 4,
0 and above are the operations of each part that controls the light amount and ON/OFF of the halogen lamp 6.Next, the constant power driving method of the halogen lamp, the winding ratio and capacity of the main transformer 5, and the operation of the control circuit will be explained in detail. do.

まず、ハロゲンランプの定電力駆動方法について述べる
。今、入力１に交流電力が入力され、その電圧Ｖｐとし
、ハロゲンランプ６を実効電力Ｐで点灯させた時の駆動
電圧波形を第４図に示す。First, a constant power driving method for a halogen lamp will be described. FIG. 4 shows the drive voltage waveform when AC power is input to the input 1 and the voltage is Vp, and the halogen lamp 6 is lit with the effective power P.

駆動電圧及び電流のピーク値をそれぞれｙｐに・工Ｐに
とし、そのデューテ、イーをＤとすると次式５式％ （１） （２） ここで、■８はランプを電力Ｐで直流点灯させたときの
直流電圧値である。即ち、直流点灯時の供給電力と電力
実効値が等しくなるようにランプを高周波点灯させる。Letting the peak values of the driving voltage and current be yp and p, respectively, and the duty and e as D, the following formula 5% (1) (2) Here, ■8 lights the lamp with DC power P. This is the DC voltage value when That is, the lamp is lit at a high frequency so that the power supplied during direct current lighting is equal to the effective value of the power.

ところが、入力１の電圧ｖｐが経時的な変動をすると、
ランプ供給電力Ｐはその２乗で変動し、光量も大きく変
化するＯその値はｖ、ｐの±１０％の変動に対し、±３
０％にも及ぶ０従って、定光量を得るためにはＶＰの変
化を検知してランプ駆動波形のデユーティ−Ｄを補正し
て、供給電力Ｐが一定になるようにすればよいわけであ
る。第５図の駆動電圧平均値をＶａｖとし、点灯時のラ
ンプの抵抗をＲＺとすると駆動電力は次式で示せる。However, if the voltage vp of input 1 changes over time,
The lamp supply power P fluctuates as the square of the power, and the light intensity also changes greatly.
Therefore, in order to obtain a constant light amount, it is sufficient to detect the change in VP and correct the duty D of the lamp drive waveform so that the supplied power P becomes constant. If the average value of the drive voltage in FIG. 5 is Vav, and the resistance of the lamp during lighting is RZ, the drive power can be expressed by the following equation.

Ｖ　ａ　ｖ　＝　’Ｖ　ｓ　／　Ｄ　−・・・（４）入
力−の電圧ｙｐがＸ％の変動をするとＶａｖもこれに比
例して２％の変動をする。供給電力Ｐを一定に保つため
にパルス幅りをα％変化させたと　・すると、 Ｐ＝（（１４ｚ）Ｖａｖ）２．（（１＋α）Ｄ）２／Ｒ
２′・・・・・・（６） （５）と（６）は等しいので、αを算出すると、α＝□
−１・・・・・・（７） １＋ｇ となり、（７）式で供給電力は常に一定に保てる。V av = 'V s / D - (4) When the input voltage yp fluctuates by X%, Vav also fluctuates by 2% in proportion to this. If the pulse width is changed by α% in order to keep the supplied power P constant, then P=((14z)Vav)2. ((1+α)D)2/R
2'・・・・・・(6) Since (5) and (6) are equal, calculating α, α=□
-1...(7) 1+g, and the supplied power can always be kept constant using equation (7).

次に、メイントランス５の巻線比と容量について述べる
。これについても実効値でめることができる。メイント
ランスの１次側印加電圧の実効値をＶ　ｐ　ｓ巻数をｎ
Ｐとし、２次側印加電圧実効値をＶ　Ｂ　、巻数を？ｌ
Ｓとすると従来のトランスと同様に次式で関係が示せる
。Next, the winding ratio and capacity of the main transformer 5 will be described. This can also be determined using an effective value. The effective value of the voltage applied to the primary side of the main transformer is V p s The number of turns is n
P, the effective value of the applied voltage on the secondary side is V B , and the number of turns is ? l
Assuming that S is the same as in the conventional transformer, the relationship can be expressed by the following equation.

ｎ　ｓ　／　ｎ　ｐ　＝　’Ｖ　ｓ　／　Ｖ　ｐ　−−
・−＝　（３１トランスの容量はハロゲンランプの定格
電力の１１〜１．２倍を目安にコア材の選定をすればよ
い０本例ではコア材にフェライトコアＨ７Ｇ利を用い、
コアサイズはＥ工４０を使用している。n s / n p = 'V s / V p --
・-= (31 The capacity of the transformer should be selected based on the core material being 11 to 1.2 times the rated power of the halogen lamp. In this example, ferrite core H7G is used as the core material.
The core size is E-40.

最後に、制御回路１１の構成と動作について説明する。Finally, the configuration and operation of the control circuit 11 will be explained.

制御回路１１の構成を第４図に示す◇パルス幅制御回路
２７は市販のスイッチングレギュレーターコントロール
用ＩＣを使用しており、工０内部では第５図の２８に示
すような三角波あるいはノコギリ波と設定電圧２９が重
なり合う幅で決定されるパルス波を出力し・このパルス
波でスイッチング素子９がドライブされる。従って）１
０ゲンランプの定電力駆動で述べた制御を設定電圧２９
で行なえばよいわけである。本例では入力１の電圧変動
量が補助電源２０の電圧変動量に比例することを利用し
、補助電源２０とツェナーダイオードなどによって得ら
れる定電圧源２１の電圧差を比較器２２でめることによ
り検知している。The configuration of the control circuit 11 is shown in Figure 4. ◇The pulse width control circuit 27 uses a commercially available switching regulator control IC, and is set internally to a triangular wave or sawtooth wave as shown in 28 in Figure 5. A pulse wave determined by the overlapping width of the voltages 29 is outputted, and the switching element 9 is driven by this pulse wave. Therefore)1
The control described in the constant power drive of the 0gen lamp is performed by setting the voltage 29.
All you have to do is do it. In this example, the voltage difference between the auxiliary power supply 20 and the constant voltage source 21 obtained from a Zener diode or the like is determined by the comparator 22 by utilizing the fact that the voltage fluctuation amount of the input 1 is proportional to the voltage fluctuation amount of the auxiliary power supply 20. It is detected by

この人力１の電圧変動はランプ駆動電力の一部を抵抗を
介して取り出して平滑化ｌ〜、この電圧と定電圧源２１
との電圧を比較することにＪ：っても検知することがで
き、外部から補助電源の供給が得られる場合には第４図
の１７．１８．１９が不要になるのでコストダウンがは
かれる。比較器２２には、出力電圧が（７）式の関係に
従って変動するような増幅度をもたせる。次に、この２
２からの出力電圧に光量調整回路２３で設定された電圧
が加算器２４でめられ、定電力でハロゲンランプを駆動
させるために必要な制御電圧信号が得られる。The voltage fluctuation of this human power 1 is smoothed by taking out a part of the lamp driving power through a resistor l~, and this voltage and constant voltage source 21
J: can also be detected by comparing the voltage with J:, and if an auxiliary power source can be supplied from the outside, steps 17, 18, and 19 in FIG. 4 are not required, resulting in cost reduction. The comparator 22 is provided with an amplification degree such that the output voltage varies according to the relationship of equation (7). Next, this 2
The adder 24 adds the voltage set by the light amount adjustment circuit 23 to the output voltage from the halogen lamp 2, and obtains a control voltage signal necessary for driving the halogen lamp with constant power.

２５はＯＮ・ＯＦＦ制御回路で外部０Ｎ−ＯＦＦ制御信
号４に従って、ＯＮ状態では２４からの信号をそのまま
伝え、０ＦＩＰ状態では第５図の２８と重ならない高い
レベルの電圧信号を出すことによりＯＮ・Ｑ　’Ｅ　Ｆ
制御をしている０２７はソフトスタート回路で２６のＯ
Ｎ・ＯＦＦ動作で前述の制御電圧信号が急変して、冷却
状態で抵抗値が部端に低い時のハロゲンランプに急激に
大電力が加わった短絡状態となってランプやスイッチン
グ素子などが破損するのを防ぐ役〒をする・〔効　果〕 本実施例により、第１図の交流点灯回路の約１．５倍の
低コストで、交流または直流点灯した場−合と同等の光
電とランプ寿命が得られ、低価格で小型・軽量な定光量
光源装置が得られた０また、定光電化のためのフィード
バック系としては受光素子を使っても可能で□あるが、
受光素子感度の温度依存性が大きく、使いにくい欠点が
あるが１本例ではこのような素子を使用せずに入力電圧
変動±１０％、周囲温度０℃〜５０℃の範囲で光量変動
±５％以下という良好な結果を得ている。25 is an ON/OFF control circuit which transmits the signal from 24 as it is in the ON state according to the external 0N-OFF control signal 4, and outputs a high level voltage signal that does not overlap with 28 in FIG. 5 in the 0FIP state. Q 'E F
The controlling 027 is the soft start circuit and the 26 O
Due to the N/OFF operation, the aforementioned control voltage signal changes suddenly, causing a short-circuit condition in which a large amount of power is suddenly applied to the halogen lamp when the resistance value is low in the cooling state, causing damage to the lamp and switching elements. [Effect] According to this embodiment, the cost is approximately 1.5 times lower than that of the AC lighting circuit shown in Fig. 1, and the photoelectric power and lamp life are equivalent to those of AC or DC lighting. was obtained, and a low-cost, compact, and lightweight constant light amount light source device was obtained.0Also, it is possible to use a light receiving element as a feedback system for constant light electrification, but
The sensitivity of the light-receiving element has a large temperature dependence, which makes it difficult to use, but in this example, without using such an element, the input voltage fluctuation is ±10%, and the light intensity fluctuation is ±5 within the ambient temperature range of 0°C to 50°C. We have obtained good results of less than %.

本発明の応用分野は光プリンタ、イメージセンサなどの
光源としての応用が上げられるＯApplication fields of the present invention include applications as a light source for optical printers, image sensors, etc.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図はハロゲンランプを交流点灯させるための回路例
。同じく第２図はハロゲンランプを直流点灯させるため
の回路例。第３図は本発明のブロック図。第４図は本発
明の制御回路内ブロック図。 第５図はパルス幅制御の説明図。 １・・・入力（商用電源１ｏｏｖ） ２・・・ＯＮ・ＯＦＦ制御回路 ３・・・ソフトスタート回路 ４・・・外部ＯＮ・ＯＦＦ制御信号 ５・・・トランス ６・・・ハロゲンランプ ７・・・整流回路（全波整流） ８・・・平滑回路（１次側用） ９・・・スイッチング素子 １０・・・パルストランス １１・・・制御回路 １２・・・補助電源 １３・・・整流回路（２次側用） １４・・・平滑回路（２次側用） １５・・・過電流検知回路 １６・・・過電圧検知回路 １７・・・補助トランス １８・・・整流回路（補助電源用） １９・・・平滑回路（補助電源用） ２０・・・補助電源 ２１・・定電圧電源 ２２・・・比較器 ２３・・・光ｍ調整回路 ２４・・・加算器 ２５・・・ＯＮ・ＯＦＦ制御回路 ２６・・・ソフトスタート回路 ２７−・・パル７、１１／ｉｌ制御１ｃ２８・・・基準
三角波 ２９・・パルス幅制御電圧 以　上 出願人　株式会社諏訪精 代理人　弁理士　最上 二Ｎ　３　図 １ ４ Ｊ”Ｌ 第４図 第５゛図Figure 1 is an example of a circuit for lighting a halogen lamp with alternating current. Similarly, Figure 2 is an example of a circuit for lighting a halogen lamp with direct current. FIG. 3 is a block diagram of the present invention. FIG. 4 is a block diagram of the control circuit of the present invention. FIG. 5 is an explanatory diagram of pulse width control. 1... Input (commercial power supply 1oov) 2... ON/OFF control circuit 3... Soft start circuit 4... External ON/OFF control signal 5... Transformer 6... Halogen lamp 7... - Rectifier circuit (full wave rectification) 8... Smoothing circuit (for primary side) 9... Switching element 10... Pulse transformer 11... Control circuit 12... Auxiliary power supply 13... Rectifier circuit (For secondary side) 14... Smoothing circuit (for secondary side) 15... Overcurrent detection circuit 16... Overvoltage detection circuit 17... Auxiliary transformer 18... Rectifier circuit (for auxiliary power supply) 19... Smoothing circuit (for auxiliary power supply) 20... Auxiliary power supply 21... Constant voltage power supply 22... Comparator 23... Light m adjustment circuit 24... Adder 25... ON/OFF Control circuit 26...Soft start circuit 27--Pal 7, 11/il control 1c28...Reference triangular wave 29...Pulse width control voltage or more Applicant Suwa Sei Co., Ltd. Agent Patent attorney Mogami N3 Fig. 1 4 J”L Figure 4 Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 光源にハロゲンランプを使用し、このランプの電源１次
側に単相商用交流電源の余波整流波を印加し、これを６
０〜５０　’Ｋ　Ｈｚの高周波でスイッチングすること
により２次側の該ランプを点灯させる回路に、外部から
の信号による該ランプのＯＮ・ＯＦＦ制御及び単相商用
交流電源の経時変動に対する光量の一定値制御機能を付
加したことを特徴とする小型軽量な定光量光源装置。A halogen lamp is used as a light source, and a rectified wave from a single-phase commercial AC power source is applied to the primary side of the lamp.
The circuit that lights up the lamp on the secondary side by switching at a high frequency of 0 to 50'K Hz is equipped with an external signal to control the lamp's ON/OFF and to keep the amount of light constant against changes over time in the single-phase commercial AC power supply. A small and lightweight constant light amount light source device characterized by the addition of a value control function.