專利名稱：閃光放電管用電源電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于使例如氙閃光燈(xenon flash lamp)那樣的閃光放電管發(fā)光的閃光放電管用電源電路。
背景技術：
以氙閃光燈(xenon flash lamp)為代表的閃光放電管，其輸出的光線的分光特性與太陽光近似，由于能可靠獲得發(fā)光時間非常短的閃光，被廣泛用于發(fā)光分析用光源、照相機用閃光光源、高速快門攝影機用燈等。這樣的閃光放電管中封入氙氣等稀有氣體，通過配置于放電管內(nèi)的觸發(fā)電極上施加高壓脈沖電流，破壞部分絕緣，形成電流流通通道，主放電用的電荷沿著該通道從陰極向陽極流動，使離子化的稀有氣體發(fā)出弧光傳向外部。這里，需要提供瞬時大電流供給主放電用，因此通常采用在主放電用電容器中預先貯存所需的電量，在發(fā)光時由該主放電用電容器提供電流的方法。
在以電源電路和閃光放電管構成的電路中，在放電管發(fā)光之后發(fā)生剩余電感。由于如上所述對閃光放電管提供大電流，在閃光放電管發(fā)光之后，剩余電感中貯存著高能。為此，在電源電路上安裝分別使其陰極連接于閃光放電管的陽極、使其陽極連接于陰極的浪涌電流用二極管。貯存于電源電路中的剩余電感的能量，作為浪涌電流被導入由浪涌電流用二極管和閃光放電管構成的電路，以此消耗該能量，抑制過剩能量的積累。

發(fā)明內(nèi)容
閃光放電管中，有以例如150瓦特的大功率發(fā)光的放電管，采用這樣的放電管，發(fā)光瞬間在閃光放電管中有來自放電電容器的諸如1000～1500安培的大電流流過，隨之在剩余電感上貯存的能量也大，浪涌電流也成為諸如100安培的大電流，結果造成浪涌電流用二極管發(fā)熱、或損壞、或可靠性下降、或故障發(fā)生率增加等問題的發(fā)生。如果加大浪涌電流用二極管的允許電流，則即使是過大的浪涌電流，也能抑制浪涌電流用二極管的發(fā)熱等情況發(fā)生。但是，這牽涉到浪涌電流用二極管的大型化、進而電源電路的大型化的問題。
本發(fā)明以提供能夠防止浪涌電流引起的浪涌電流用二極管的發(fā)熱等的閃光放電管用電源電路為課題。
為了解決上述課題，本發(fā)明的閃光放電管用電源電路，使用充放電電容器向包含陽極、陰極、觸發(fā)電極的閃光放電管提供發(fā)光用的電荷，在該閃光放電管用電源電路中，在閃光放電管的陰極-陽極之間與充放電電容器并聯(lián)地設置將第1電阻器與二極管串聯(lián)連接構成的浪涌電路，該二極管其陰極一側(cè)連接于閃光放電管的陽極側(cè)。
用二極管和第1電阻器構成這樣使浪涌電流通過并消耗能量的浪涌電路，以此可以減小流過二極管的電流值，因此能夠有效地保護二極管。
也可以具備配置于該充放電電容器與電源之間、提升充放電電容器的供給電壓的變壓器，同時在變壓器和充放電電容器形成的電路中串聯(lián)連接開關元件或第2電阻器。在使用開關元件時需將其控制為在所述充放電電容器充電時導通，在其他情況下截止。
這樣，在通過變壓器對充放電電容器充電時，在浪涌電流發(fā)生時浪涌電流的一部分有流入變壓器的危險，有因大電流流入導致變壓器發(fā)熱、損壞的危險。如上所述，通過只設置開關元件，只在充放電電容器充電時將充放電電容器與變壓器連接，能在浪涌電流發(fā)生時使變壓器與浪涌電路脫離，因此大電流不會流入變壓器。又，在只設置第2電阻器時，可減小流入變壓器的浪涌電流。而且，如果把兩者并聯(lián)連接，能夠減小迅速充電，而且能夠得到減小流入變壓器的浪涌電流的效果。


圖1是表示包含本發(fā)明的閃光放電管用電源電路的第1實施形態(tài)的閃光放電管裝置的結構的電路圖。
圖2A～2C分別表示在圖1中施加于閃光放電管的電壓、流入閃光放電管的放電電流、流入浪涌電流用二極管的電流隨時間的變化。
圖3是表示閃光放電管裝置的比較例的結構的電路圖。
圖4A～4D是分別表示在圖3中施加于閃光放電管的電壓、流入閃光放電管的放電電流、流入浪涌電流用二極管的電流、流入變壓器的電流隨時間的變化的時間圖。
圖5～圖9是分別表示包含本發(fā)明的閃光放電管用電源電路的第2實施形態(tài)～第6實施形態(tài)的放電管裝置的結構的電路圖。
具體實施例方式
以下參照附圖對適用于本發(fā)明的實施形態(tài)進行詳細說明。為便于理解說明，在各圖中對相同的結構要素盡可能標以相同的序號，省略重復說明。
圖1是表示包含本發(fā)明的閃光放電管用電源電路的第1實施形態(tài)的閃光放電管裝置1的結構的電路圖。該閃光放電管裝置1具備本實施形態(tài)中的閃光放電管用電源電路3、閃光放電管5及發(fā)光觸發(fā)電路7。閃光放電管5是封入稀有氣體的氣體放電管，例如氙閃光燈。閃光放電管5具備圓筒形的玻璃容器9和配置于該容器9內(nèi)的陽極11、陰極13及觸發(fā)電極15。玻璃容器9內(nèi)部封入氙氣。
閃光放電管5的觸發(fā)電極15與觸發(fā)電路7連接。由發(fā)光觸發(fā)電路7在使閃光放電管5發(fā)光時在觸發(fā)電極15上施加觸發(fā)電壓。
閃光放電管5的陽極11和陰極13，與充放電電容器17連接。利用充放電電容器17的放電，將其貯存的電荷提供給閃光放電管5，以該提供的電荷為基礎使閃光放電管5發(fā)光。閃光放電管用電源電路3具備浪涌電流用二極管19，浪涌電流用二極管19的陰極K與閃光放電管5的陽極11連接，浪涌電流用二極管19的陽極A通過二極管保護電阻21與閃光放電管5的陰極13連接。這樣，閃光放電管5、浪涌電流用二極管19以及二極管保護電阻21相互串聯(lián)連接，以此構成在與閃光放電管5之間串聯(lián)連接的浪涌電路。
閃光放電管裝置1中的配線等較長時，配線等的電阻不可忽略不計、其剩余電感增大。又，用于閃光放電管5的發(fā)光的能量越大則該剩余電感中貯存的能量也增大。因此，使由于閃光放電管5的發(fā)光而貯存在剩余電感中的能量流入由閃光放電管5、浪涌電流用二極管19及二極管保護電阻21構成的串聯(lián)電路，作為浪涌電流消耗掉，以防止其貯存。在本實施形態(tài)中，將浪涌電流用二極管19與二極管保護電阻21串聯(lián)連接，使浪涌電流流入二極管保護用電阻21，以此減小流入浪涌電流用二極管19的浪涌電流峰值。閃光放電管5、充放電電容器17、浪涌電流用二極管19及二極管保護電阻21利用電線或印刷電路基板的配線相互連接。
閃光放電管5的陽極、浪涌電流用二極管19的陰極以及充放電電容器17的一個電極，分別與整流用二極管35的陰極連接。整流用二極管35的陽極與閃光放電管用電源電路3的變壓器23的次級繞組27的一個端部連接。這里，次級繞組27由串聯(lián)連接的第1線圈部31和第2線圈部33構成，連接第1線圈部31的一個端部(即次級繞組27的一個端部)和整流用二極管35的陽極。
第1線圈部31的另一端部通過相互并聯(lián)連接的開關元件37及變壓器保護電阻39與整流器用二極管41的陰極連接。利用整流器用二極管41和上述整流器用二極管35，使變壓器23產(chǎn)生的電壓形成的電流只向一個方向流動。
在本實施形態(tài)中，利用開關元件37和變壓器保護電阻39，在利用浪涌電流發(fā)生時可以減小流入變壓器23的反向電流、即浪涌電流的峰值。作為開關元件37，有例如半導體開關(閘流晶體管、場效應晶體管、雙向晶體管、IGBT等)。作為變壓器保護電阻39和上述二極管保護電阻21，是例如電力用金屬包層繞線電阻器，這是利用耐熱硅模壓(不燃性)形成的，內(nèi)部發(fā)熱的散熱性能優(yōu)異的小型大功率電阻器。這種電阻器在例如PCN公司的產(chǎn)品說明書(2001年度版Rev.1 PCNRESISTORS)中有公開。采用電力用金屬包層繞線電阻器，由于對電阻發(fā)熱的散熱性能優(yōu)異，適合作為本實施形態(tài)的電阻器。
整流器用二極管41的陽極與第2線圈部33的一個端部連接。第2線圈部33的另一個端部分別與閃光放電管5的陰極13、二極管保護電阻21、以及充放電電容器17的另一電極連接。
變壓器23的次級繞組27通過鐵心29與初級繞組25電磁耦合。初級繞組25與未圖示的變壓器驅(qū)動電路連接。閃光放電管5是以例如150瓦特的大功率發(fā)光的放電管。為了縮短發(fā)光時間間隔，需要縮短充放電電容器17的充電時間，而且由于需提供大電流，用變壓器23產(chǎn)生高壓對充放電電容器17進行充電。
下面利用圖1、圖2A～圖2C對閃光放電管裝置1的動作進行說明。圖2A～圖2C是說明該裝置1的動作的時間圖。圖2A表示閃光放電管5的陽極11上施加的電壓隨時間的變化，圖2B表示流入閃光放電管5放電電流隨時間的變化，圖2C表示流入浪涌電流用二極管19的電流(浪涌電流)隨時間的變化。圖2A所示的波形的右正上方的上升時間表示充放電電容器17的充電時間(CT)。
首先，使開關元件37導通，利用變壓器23發(fā)生的電壓開始對充放電電容器17充電，亦即開始在充放電電容器17貯存電荷。這就是充電時間(CT)的開始。這時經(jīng)過變壓器23變壓的電壓產(chǎn)生的電流主要通過開關元件37流入充放電電容器17。從而，即使是在次級繞組27上連接著變壓器保護電阻39，也能對充放電電容器17進行高速充電。
在將充放電電容器17充電到額定電壓(V1)之后，也就是充電時間(CT)結束之后，使開關元件37截止。即使開關元件37截止，次級繞組27的第1線圈部31和第2線圈部33也通過變壓器保護電阻39連接著，因此可以這樣說，如果從充放電電容器17充電結束到閃光放電管5發(fā)光為止的時間比較長，則充放電電容器17的自然放電造成的充放電電容器17的電壓下降變大，該下降的電壓使閃光放電管5發(fā)光時形成發(fā)光強度弱的異常發(fā)光。采用本實施形態(tài)，在串聯(lián)連接放電電容器5與變壓器23的電路中連接變壓器保護電阻39，因此即使開關元件37處于截止狀態(tài)，變壓器23發(fā)生的電壓也能夠施加于充放電電容器17，從而能夠進行補充充放電電容器17的自然放電份額的電壓的充電。
接著，在保持開關元件37于截止狀態(tài)的情況下利用發(fā)光觸發(fā)電路7，在觸發(fā)電極15上施加觸發(fā)電壓，以此破壞閃光放電管5內(nèi)的氙氣的絕緣。以此將貯存于充放電電容器17內(nèi)的電荷提供給閃光放電管5，在時刻T1閃光放電管5發(fā)光(電弧發(fā)光)。
在閃光放電管5發(fā)光后，在陽極11一側(cè)和陰極13一側(cè)電壓理應都為0伏特，但是由于在閃光放電管裝置1存在的剩余電感中存儲的能量，陰極13一側(cè)的電壓高于陽極11一側(cè)的電壓。為了消除這樣的狀態(tài)，使浪涌電流通過在該狀態(tài)時為順方向連接的浪涌電流用二極管19在串聯(lián)連接閃光放電管5與浪涌電流用二極管19的電路中流動。以上是發(fā)光的一個循環(huán)，以后同樣進行，重復發(fā)光動作。
在本實施形態(tài)下，由于閃光放電管5以例如150W那樣的大功率發(fā)光，使剩余電感中貯存的能量也大，因此發(fā)生的浪涌電流也大至例如100安培。在本實施形態(tài)中，二極管保護電阻21與浪涌電流用二極管19串聯(lián)連接，因此浪涌電流也流入二極管保護電阻21。因而，可以減小流入浪涌電流用二極管19的浪涌電流的峰值，可防止浪涌電流用二極管19的發(fā)熱和發(fā)生破壞等情況。因此，不必加大浪涌電流用二極管19的允許電流，即可謀求實現(xiàn)浪涌電流用二極管19的小型化、進而閃光放電管用電源電路3的小型化。
還有，二極管保護電阻21的電阻值如果過大，則浪涌電流不能夠流入浪涌電流用二極管19，另一方面，如果二極管保護電阻21的電阻值過小，則浪涌電流變大，浪涌電流用二極管19會有發(fā)熱等情況。根據(jù)這些決定二極管保護電阻21的電阻值(例如50歐姆)。
還有，如果浪涌電流作為反向電流流入變壓器23的次級繞組27，則在浪涌電流大時由于變壓器23發(fā)熱、會發(fā)生變壓器23燒毀等。按照本實施形態(tài)，充放電電容器17與變壓器23串聯(lián)連接的電路，即使開關元件37截止也能夠利用變壓器保護電阻39形成閉合回路，因此有前述反向電流流動的危險。但是，變壓器保護電阻39的電阻值(例如200歐姆)選擇為不使浪涌電流流動的大小，因此即使上述電路的閉合回路，也能夠防止變壓器23的發(fā)熱和故障等的發(fā)生。但如果是不會發(fā)生問題的程度的發(fā)熱量，也可選擇使浪涌電流流入次級繞組27的電阻值。
在這里，將本實施形態(tài)的主要效果和比較例進行比較說明。首先簡單說明比較例的結構。圖3是表示作為比較例的包含閃光放電管用電源電路4的閃光放電管裝置的結構的電路圖。圖3的閃光放電管用電源電路4與圖1的閃光放電管用電源電路3的不同點是，不具備二極管保護電阻21、開關元件37、以及變壓器保護用電阻39。
圖4A～4D是關于比較例的閃光放電管裝置的動作的時間圖。圖4A與圖2A對應，是在閃光放電管5的陽極11上施加的電壓的時間圖。圖4B與圖2B對應，是流入閃光放電管5的放電電流的時間圖。圖4C與圖2C對應，是流入浪涌電流用二極管19的電流的時間圖。圖4D是流入圖2所示的變壓器23的次級繞組27的電流的時間圖。
首先，將圖2C(本實施形態(tài))與圖4C(比較例)加以比較，如圖2C所示，采用本實施形態(tài)，浪涌電流的峰值為A2，如圖4C所示，采用比較例，則浪涌電流的峰值為A3。這里，圖2C的電流值A2與圖4C的電流值A2為相同值，圖2C的電流值A3與圖4C的電流值A3為相同值。這樣，采用本實施形態(tài)，由于二極管保護電阻21與浪涌電流用二極管19串聯(lián)連接，與比較例相比可知，浪涌電流的峰值變小。
又，如圖4D(比較例)所示，在圖3所示的比較例中，在閃光放電管5發(fā)光之后發(fā)生的浪涌電流流過變壓器23的次級繞組27。對此，圖1所示的本實施形態(tài)中開關元件37截止，而且變壓器保護電阻39的電阻值為無浪涌電流流過時的大小，因此能防止浪涌電流流過變壓器23的次級繞組27。還有，在本實施形態(tài)中，浪涌電流不流入次級繞組27，因此曲線圖示省略。
又，如圖4A(比較例)所示，在比較例中，在從閃光放電管5發(fā)光到充放電電容器17充電開始的期間在陰影線所示處發(fā)生異常低壓。這是由于圖4D所示的流入變壓器23的浪涌電流導致變壓器23的電感中貯積能量，使變壓器23中發(fā)生電壓，該電壓作為異常電壓施加于閃光放電管5的陽極11上。緊接閃光放電管5發(fā)光之后，閃光放電管5內(nèi)有許多殘留離子，因此上述異常電壓施加于陽極11和陰極13時，就會產(chǎn)生光強度小的異常發(fā)光。對此，如圖2(本實施形態(tài))所示，在本實施形態(tài)中，浪涌電流不流入變壓器23，因此不發(fā)生上述異常電壓。結果是，能防止異常發(fā)光的發(fā)生。
又，將圖2B(本實施形態(tài))和圖4B(比較例)相比，流入閃光放電管5的放電電流的峰值都是同樣的數(shù)值(A1)，采用本實施形態(tài)能得到與比較例相同的放電電流峰值。
下面，對本發(fā)明的其他實施形態(tài)加以說明。圖5是表示包含本發(fā)明的閃光放電管用電源電路的第2實施形態(tài)的閃光放電管裝置的結構的電路圖。圖5的閃光放電管用電源電路3A與圖1的閃光放電管用電源電路3的不同之處在于，通過相互并聯(lián)連接的開關元件37和變壓器保護用電阻器39，將整流用二極管35與充放電電容器17、浪涌電流用二極管19的陰極及閃光放電管5的陽極11連接，通過整流用電容器41將第1線圈部31與第2線圈部33串聯(lián)連接。也就是說，將開關元件37與變壓器保護電阻39的并聯(lián)連接電路配置于變壓器23的高壓側(cè)。
圖6是表示包含本發(fā)明的閃光放電管用電源電路的第3實施形態(tài)的放電管裝置的結構的電路圖。圖6的閃光放電管用電源電路3B與圖1的閃光放電管用電源電路3的不同之處在于，通過相互并聯(lián)連接的開關元件37和變壓器保護用電阻器39，將第2線圈部33與充放電電容器17、二極管保護用電阻21及閃光放電管5的陰極13連接，通過整流用電容器41將第1線圈部31與第2線圈部33串聯(lián)連接。也就是說，將開關元件37與電阻器39的并聯(lián)連接電路配置于變壓器23的低壓側(cè)。
又，次級繞組27不限于第1線圈部31與第2線圈部33的二級結構，也可以采用二級以上的結構。而且也可以在一個相鄰的線圈部之間配置開關元件37與變壓器保護用電阻器39的并聯(lián)連接電路。這在圖7中加以說明。
圖7是表示包含本發(fā)明的閃光放電管用電源電路的第4實施形態(tài)的閃光放電管裝置的結構的電路圖。圖1的閃光放電管用電源電路3的次級繞組27采用第1線圈部31與第2線圈部33的二級結構。而圖12的閃光放電管用電源電路3C的次級繞組27采用第1線圈部31、第2線圈部33及第3線圈部43的三級結構。詳細地說，第3線圈部43的一個端部通過整流用二極管35與第1線圈部31串聯(lián)連接。又，第3線圈部43的另一端部與整流用二極管45的陽極連接。整流用二極管45的陰極與充放電電容器17、浪涌電流用二極管19的陰極及閃光放電管5的陽極11連接。整流用二極管45的功能與整流用二極管35、41相同。第2～第4實施形態(tài)也具有與圖1所示的閃光放電管用電源電路相同的效果。
這些實施形態(tài)中，具有并聯(lián)連接的開關元件37及變壓器保護電阻39，但是也可以采用不設置變壓器保護電阻39的電路結構。在圖8所示的第5實施形態(tài)中，將整流用二極管41與開關元件37串聯(lián)連接，通過該串聯(lián)連接將第1線圈部31和第2線圈部33加以連接。這樣，在發(fā)生浪涌電流時使開關元件37截止，可防止浪涌電流流入次級繞組27。結果是，可防止變壓器23發(fā)熱等情況發(fā)生。
也可以采用不設置開關元件37的電路結構。也就是說，如圖9所示的第6實施形態(tài)那樣，將整流用二極管41與變壓器保護電阻39串聯(lián)連接。通過該串聯(lián)連接，將第1線圈部31和第2線圈部33加以連接。這樣，利用變壓器保護電阻39，可防止浪涌電流流入次級繞組27。結果是，可防止變壓器23發(fā)熱等情況發(fā)生。
又，如果不發(fā)生浪涌電流導致變壓器23發(fā)熱的問題，則開關元件37和變壓器保護電阻39中的任何一個都可以不設置。也就是說，也可以通過整流用二極管41將第1線圈部31與第2線圈部33加以串聯(lián)連接。
工業(yè)應用性本發(fā)明的閃光放電管用電源電路適于作為分光分析用光源、照相機的閃光燈用光源、高速快門攝影機用燈使用的閃光放電管的電源電路。
權利要求
1.一種閃光放電管用電源電路，使用充放電電容器向包含陽極、陰極、觸發(fā)電極的閃光放電管提供發(fā)光用的電荷，其特征在于，在所述閃光放電管的陰極一陽極之間與所述充放電電容器并聯(lián)地設置將第1電阻器與二極管串聯(lián)連接構成的浪涌電路，所述二極管其陰極一側(cè)連接于所述閃光放電管的陽極側(cè)。
2.如權利要求1所述的閃光放電管用電源電路，其特征在于，還具備配置于所述充放電電容器和電源之間、提升給充放電電容器的供給電壓的變壓器，以及串聯(lián)連接于所述變壓器和所述充放電電容器形成的電路中、被控制為在所述充放電電容器充電時導通，在其他情況下截止的開關元件。
3.如權利要求1所述的閃光放電管用電源電路，其特征在于，還具備配置于所述充放電電容器和電源之間、提升給充放電電容器的供給電壓的變壓器，以及串聯(lián)連接于所述變壓器和所述充放電電容器形成的電路中的第2電阻器。
4.如權利要求2所述的閃光放電管用電源電路，其特征在于，還具備與所述開關元件并聯(lián)連接的第2電阻器。
全文摘要
本發(fā)明涉及閃光放電管用電源電路。在閃光放電管(xenon flash lamp)(5)的陽極(11)及陰極(13)上利用充放電電容器(17)施加發(fā)光用的電壓。利用該施加電壓在由閃光放電管(5)和閃光放電管用的電源電路(3)構成的電路上存在的殘留電感中存儲能量。使該能量作為浪涌電流流入閃光放電管(5)、浪涌電流用二極管(19)及二極管保護電阻(21)構成的串聯(lián)電路。
文檔編號H05B41/34GK1579117SQ02821780
公開日2005年2月9日 申請日期2002年10月30日 優(yōu)先權日2001年10月31日
發(fā)明者舞島光良 申請人:浜松光子學株式會社