專利名稱：氙燈驅(qū)動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)氙燈的方法以及模擬太陽光照射單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于輻射模擬太陽光的模擬太陽光照射單元的氙燈驅(qū)動(dòng)單元，以及驅(qū)動(dòng)氙燈的方法。
背景技術(shù)：
模擬太陽光照射單元是眾所周知的，其以再現(xiàn)自然陽光的光譜分布的模擬太陽光來輻照照射目標(biāo)以測量利用太陽能的各種設(shè)備的性能，諸如太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換特性。在這種類型的模擬太陽光照射單元中，包括氙燈(以下稱為“燈”)的光源設(shè)置在盒體中，且來自光源的光通過濾光器并由此作為模擬太陽光從福射表面福射。模擬太陽光照射單元例如使用具有IOOOmm或更大的發(fā)光長(emission length) 的燈，該燈由直流燈電流供電，且通過以驅(qū)動(dòng)單元調(diào)整燈電流值來控制照射表面上的照度。通常，用于驅(qū)動(dòng)的燈電流約為幾十安培(例如70A)，且燈電壓約為幾百伏特(例如500V)。燈電流/電壓在每次閃光被提供/應(yīng)用幾十毫秒(mSec)至幾百毫秒。通過使用恒流或恒定功率控制這種輸出狀態(tài)，且在驅(qū)動(dòng)時(shí)段期間測量照射目標(biāo)的性能。例如，日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No. 2009-283846公開了一種模擬太陽光照射單元，其中使用恒流控制燈電流。在上述情況下，燈功率是35kW，這會(huì)導(dǎo)致以下問題。具體地，當(dāng)功率直接從主電源被提供了即使瞬間(例如lOOmSec)時(shí)，也會(huì)對(duì)處于與主電源相同的線路上的外圍設(shè)備產(chǎn)生不利影響。而且，在主電源和照射單元之間需要大容量接觸和大容量布線。鑒于上述原因，通常采用這樣的構(gòu)造，其中在照射單元中提供驅(qū)動(dòng)單元，且驅(qū)動(dòng)單元存儲(chǔ)功率，并響應(yīng)于操作指令將存儲(chǔ)的功率提供至燈。

發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)使用模擬太陽光輻照照射目標(biāo)來測量諸如太陽能電池板的照射目標(biāo)的特性時(shí)，希望模擬太陽光總是在每次閃光中都具有相同等級(jí)的照度，從而精確測量特性。但在實(shí)際應(yīng)用中，在多次閃光期間中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)突然的較高照度。這是由氙燈的不穩(wěn)定燈電壓造成的。圖8示出在常規(guī)情況下的各次閃光的燈電壓。如可以從圖8中理解的，可以看出某些燈電壓高于其他燈電壓。因?yàn)闊粲珊懔黩?qū)動(dòng)，所以較高的燈電壓會(huì)導(dǎo)致提供的功率增大，由此致使照度增大。在測量期間模擬太陽光的照度的波動(dòng)使太陽能電池板的特性測量的精度下降。而且，在其中設(shè)置多個(gè)氙燈并同時(shí)驅(qū)動(dòng)上述多個(gè)氙燈從而照射寬區(qū)域的單元的情況下，如果這些燈之中的照度發(fā)生變化，則不能獲得均勻的光。有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種氙燈驅(qū)動(dòng)單元以及驅(qū)動(dòng)氙燈的方法，其能通過應(yīng)用考慮到上述燈特性的燈電流控制而在閃光之間提供穩(wěn)定的照度。本發(fā)明的第一方面是一種氙燈驅(qū)動(dòng)單元，其包括充電電路(200);以及電流控制電路(300)，其適于通過使用作為電源的充電電路的充電電壓而為氙燈提供電流。電流控制電路適于在燈啟動(dòng)后的第一時(shí)段內(nèi)，通過恒流控制將相比于穩(wěn)定輸出燈電流具有更高電流值的高輸出燈電流提供給氙燈，且在第一時(shí)段后的第二時(shí)段內(nèi)，通過恒流控制將穩(wěn)定輸出燈電流提供給氙燈。本發(fā)明的第二方面是一種使用氙燈驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)氙燈的方法，該氙燈驅(qū)動(dòng)單元包括電流控制電路(300)，該電流控制電路(300)適于通過使用作為電源的充電電路(200)的充電電壓而為氙燈提供電流。該方法包括如下步驟在電流控制電路，在燈啟動(dòng)后的第一時(shí)段內(nèi)，通過恒流控制將相比于穩(wěn)定輸出燈電流具有更高電流值的高輸出燈電流提供給氙燈，且在第一時(shí)段后的第二時(shí)段內(nèi)，通過恒流控制將穩(wěn)定輸出燈電流提供給氙燈。本發(fā)明的第三方面是一種模擬太陽光照射單元，包括第一方面的氙燈驅(qū)動(dòng)單元；連接至氙燈驅(qū)動(dòng)單元的氙燈；以及其中附接有氙燈的外殼。本發(fā)明的其他特征將通過參考附圖從對(duì)示例性實(shí)施例的下述說明而變得顯而易見。


圖I示出本發(fā)明的氙燈驅(qū)動(dòng)單元。圖2A和圖2B示出使用常規(guī)氙燈驅(qū)動(dòng)單元的情況下的氙燈電極的狀態(tài)。圖2C示出使用本發(fā)明的氙燈驅(qū)動(dòng)單元的情況下電極的狀態(tài)。圖3是說明本發(fā)明的氙燈驅(qū)動(dòng)單元的電流波形的曲線圖。圖4是說明本發(fā)明的實(shí)施例的電流波形的曲線圖。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的氙燈驅(qū)動(dòng)單元的各次閃光的燈電壓值的曲線圖。圖6示出本發(fā)明的模擬太陽光照射單元。圖7是示出常規(guī)氙燈驅(qū)動(dòng)單元的燈電流波形的曲線圖。圖8是示出根據(jù)常規(guī)氙燈驅(qū)動(dòng)單元的各次閃光的燈電壓值的曲線圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。圖I示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中使用的氙燈驅(qū)動(dòng)單元。在驅(qū)動(dòng)單元中，直流電源電路100包括將交流電源I轉(zhuǎn)換成直流電壓的整流器2以及濾波電容器3，且將直流電流提供給充電電路200。充電電路200包括具有晶體管4、5、6和7的逆變器。響應(yīng)于施加至充電電路200的充電指令，PWM控制電路8控制晶體管4和7以及晶體管5和6的導(dǎo)通時(shí)間，以便晶體管4和7以及晶體管5和6以高頻交替導(dǎo)通。因此，在變壓器9的初級(jí)繞組中產(chǎn)生交流電壓，且在變壓器9的次級(jí)繞組中產(chǎn)生取決于變壓比的電壓。變壓器9的次級(jí)繞組中產(chǎn)生的電壓由整流器10整流并在線圈11中濾波，且充電至高容量電解電容器(充電電容器)13。此時(shí)，與通過電流感測電阻器12感測的充電電流成比例的輸入電壓以及參考電壓15被輸入至誤差放大器14，且PWM控制單元8對(duì)晶體管4至7的導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行PWM控制，以致上述兩個(gè)電壓相等。因此，高容量充電電容器13由具有預(yù)定電流值的恒流充電。當(dāng)充電電容器13的充電至遠(yuǎn)高于燈電壓(例如1000V)的電壓時(shí)，PWM控制電路8暫時(shí)中止逆變器的操作(或保持充電電壓)并進(jìn)入待命狀態(tài)。隨后，響應(yīng)于燈操作指令，電流控制電路300開始操作。電流控制電路300包括降壓斬波電路。降壓斬波電路包括諸如IGBT的半導(dǎo)體開關(guān)16、二極管17、線圈18、電容器19、電流感測電阻器20、用于控制半導(dǎo)體開關(guān)16的導(dǎo)通時(shí)間的PWM控制電路21、誤差放大器22以及反饋元件(未示出)。在這點(diǎn)上，約等于充電電容器13的電壓的直流電壓(IOOOV)被立即施加至燈25上。此后，啟動(dòng)器(未圖示)的脈沖變壓器24在直流電壓上疊加脈沖電壓，以致發(fā)生燈25的電擊穿。當(dāng)發(fā)生燈25的電擊穿時(shí)，通過使用作為電源的電容器13的充電電壓將限制電流從電流控制電路300提供至燈25。在電流控制電路300中，響應(yīng)于操作指令，將與通過電流感測電阻器20感測的燈電流成比例的電壓信號(hào)(感測電壓)和與燈電流設(shè)定值成比例的CPU 26的可變電壓信號(hào)輸入至誤差放大器22，且PWM控制電路21對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)16的導(dǎo)通時(shí)間執(zhí)行PWM控制，從而使上述兩個(gè)電壓相等。因此，根據(jù)燈電流設(shè)定值使用作為電源的電容器13執(zhí)行燈25的直流操作的恒流控制。注意到CPU 26可位于電流控制電路300的內(nèi)部或外部。圖I中所示的驅(qū)動(dòng)單元的硬件部分是普通的硬件。在本發(fā)明的實(shí)施例中，從電流控制電路300輸出的燈電流的波形與圖7中所示的常規(guī)波形不同。
首先，當(dāng)使用圖7中所示的常規(guī)(穩(wěn)定輸出燈電流和恒流)燈電流波形時(shí)，在閃光之間燈電壓不穩(wěn)定的原因推測如下。圖2A至2C示出燈25的陰極的電極形狀。該電極是圓柱形。當(dāng)脈沖電壓施加至電極時(shí)會(huì)發(fā)生燈25的電擊穿，并發(fā)生輝光放電。這里，具有較小熱容量的圓柱形的端部溫度會(huì)首先升高(圖2A至2C中所示的陰影部分表示溫度升高的部分)。因此，電子容易從這些部分離開，且隨后發(fā)生輝光放電到電弧放電的轉(zhuǎn)變。因?yàn)殡姌O是圓柱形的，所以具有小熱容量的端部存在于電極的尖端和底部。如圖2A中所示，當(dāng)僅從電極的尖端發(fā)生放電時(shí)不會(huì)出現(xiàn)問題。但是，如果如圖2B中所示在從底部發(fā)生放電時(shí)，由此會(huì)增加整個(gè)電弧長度，且因此增大燈電壓。原則上，電弧放電的發(fā)生應(yīng)伴隨最短的電弧長度。因此，長時(shí)間段提供電流會(huì)使整個(gè)電極的溫度升高，且放電的位置會(huì)移動(dòng)到電弧長度最短的電極尖端處。但在實(shí)際應(yīng)用中的反復(fù)閃光的情況下，放電僅傳導(dǎo)短至每次閃光幾十mSec至幾百mSec的時(shí)段。因此，溫度僅在具有較小熱容量的圓柱形的端部升高，且因此電弧放電更可能從端部發(fā)生。因此，如圖2C中所示，本發(fā)明通過在電擊穿之后在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)為燈提供大于常態(tài)(以下，“常態(tài)”是指借助模擬太陽光照射進(jìn)行測量的穩(wěn)定操作狀態(tài))的電流并確保燈的啟動(dòng)來使整個(gè)電極的溫度快速提高。具體地，在燈啟動(dòng)后的第一時(shí)段內(nèi)，在恒流控制下將具有高于穩(wěn)定輸出燈電流的電流值的高輸出燈電流提供給燈。因此，在啟動(dòng)之后的短時(shí)間段內(nèi)促進(jìn)整個(gè)電極的溫度升高。因此，每次都在電弧長度最短的電極的尖端處發(fā)生放電，這使得燈電壓在閃光之間穩(wěn)定。圖3示出本發(fā)明的燈電流波形?？v軸表示燈電流值且橫軸表示燈閃光時(shí)間。在電擊穿并確保燈啟動(dòng)之后的對(duì)應(yīng)于圖3中所示的TH的第一時(shí)段內(nèi)，使用大于常態(tài)中的燈電流值的燈電流值IH使燈經(jīng)受高輸出操作。在對(duì)應(yīng)于圖3中的TL的第二時(shí)段內(nèi)，使用常態(tài)下的燈電流值IL對(duì)燈進(jìn)行穩(wěn)定操作?？梢杂脤?shí)驗(yàn)方法確定高輸出燈電流的電流值以及提供高輸出燈電流的時(shí)間。注意到在燈啟動(dòng)后立即產(chǎn)生的類似噪聲的部分，主要是因?yàn)橛呻娙萜?9引起的沖擊電流造成的，且在該時(shí)段期間沒有執(zhí)行電流控制。更具體地，在電流控制電路300中，CPU 26在第一時(shí)段TH中將用于高輸出操作的燈電流設(shè)定值輸入至誤差放大器22(負(fù)端子)且在第二時(shí)段TL中將用于穩(wěn)定操作的燈電流設(shè)定值輸入至誤差放大器22 (負(fù)端子)。(實(shí)例)使用本發(fā)明的燈電流波形檢查燈電壓的穩(wěn)定性。注意到電路設(shè)置與上述圖I中所示相同。圖5示出實(shí)驗(yàn)中使用的本發(fā)明的燈電流波形。穩(wěn)定操作時(shí)段是114mSec，且穩(wěn)定操作期間的燈電流值是40A。本發(fā)明的特征之一的、在啟動(dòng)的初始階段施加的用于高輸出燈電流的時(shí)段是6mSec，且其電流值是75A。圖5示出在施加根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的燈電流波形(圖3)的情況下的閃光之間的燈電壓變化。圖8示出在施加根據(jù)常規(guī)實(shí)例的燈電流波形(圖7)的情況下的閃光之間的燈電壓變化。與圖8所示的常規(guī)實(shí)例相反，在圖5所示的本發(fā)明的實(shí)施例中并未觀察到具有較高燈電壓的點(diǎn)，并可以看出實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)定性。 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過施加本發(fā)明的電流波形可以在閃光之間穩(wěn)定燈電壓。這使得能夠提供一種氙燈驅(qū)動(dòng)單元以及驅(qū)動(dòng)氙燈的方法，其能提供由于燈電壓的不穩(wěn)定性而可能發(fā)生的照度不穩(wěn)定的解決方案，且因此能在閃光之間穩(wěn)定照度。圖6示出本發(fā)明的模擬太陽光照射單元。模擬太陽光照射單元包括控制器50、通過控制器50控制操作的氙燈驅(qū)動(dòng)單元51、使用電線(未圖示)連接至氙燈驅(qū)動(dòng)單元51的氙燈25以及其中附接氙燈25的外殼60。在外殼60中執(zhí)行對(duì)附接為面向氙燈25的太陽能電池70的照射。因?yàn)樘峁┝松鲜鲭療趄?qū)動(dòng)單元51，所以可以獲得在閃光之間就照度而言穩(wěn)定的模擬太陽光照射單元。注意到因?yàn)椴捎糜糜诟咻敵霾僮鞯碾娏髟O(shè)定值(誤差放大器22的負(fù)輸入)作為目標(biāo)值而進(jìn)行恒流控制，希望在第一時(shí)段(TH)中實(shí)際燈電流恒定不變。但是因?yàn)榭刂频姆磻?yīng)性或電路時(shí)間常數(shù)的影響，實(shí)際燈電流不必保持不變。但是這些情況也涵蓋在恒流控制內(nèi)。此外，在上述實(shí)施例中，燈電流波形包括高輸出燈電流(IH)和穩(wěn)定輸出燈電流(IL)兩種水平。但是，燈電流波形可包括三種水平或更多水平，或從高輸出燈電流至穩(wěn)定輸出燈電流的轉(zhuǎn)變可以是連續(xù)進(jìn)行的。注意到上述實(shí)施例中描述了恒流控制的情況，但本發(fā)明也適用于恒定功率控制的情況。同樣在恒定功率控制中，如果燈電壓不穩(wěn)定，則由于控制延遲等可能會(huì)發(fā)生燈功率波動(dòng)。在這種情況下，因?yàn)檎斩纫膊▌?dòng)，所以本發(fā)明能作為抑制照度波動(dòng)的有效的解決方案。具體地，可采用如下構(gòu)造，其中電流控制電路300包括燈電壓感測電路(未圖示)以及乘法器(未圖示)，該乘法器用于將由燈電壓感測電路感測的電壓與由電流感測電阻器20感測的電流(電壓)相乘。此外，可采用如下構(gòu)造，其中將乘法器的輸出(即燈功率)輸入至誤差放大器22 (正端子)，將與燈功率設(shè)定值成比例的CPU 26的可變電壓信號(hào)輸入至誤差放大器22 (負(fù)端子)，且PWM控制電路21對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)16的導(dǎo)通時(shí)間執(zhí)行PWM控制，以使兩個(gè)輸入相等。因此，根據(jù)燈功率設(shè)定值使用作為電源的電容器13執(zhí)行燈25的直流操作的恒定功率控制。此外，電流控制電路300可構(gòu)造為使CPU 26在第一時(shí)段TH中將用于高輸出操作的燈功率設(shè)定值輸入至誤差放大器22 (負(fù)端子)且在第二時(shí)段TL中將用于穩(wěn)定操作的燈功率設(shè)定值輸入至誤差放大器22 (負(fù)端子)。雖然已經(jīng)參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于公開的示例性實(shí)施例。以下權(quán)利要求的范圍將 與最廣義的解釋一致，從而涵蓋所有這些修改及等效的結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種氙燈驅(qū)動(dòng)單元，包括 充電電路；以及 電流控制電路，所述電流控制電路適于通過使用作為電源的所述充電電路的充電電壓而為氣燈提供電流， 其中所述電流控制電路適于在燈啟動(dòng)后的第一時(shí)段內(nèi)，通過恒流控制將相比于穩(wěn)定輸出燈電流具有更高電流值的高輸出燈電流提供給所述氙燈，且在所述第一時(shí)段后的第二時(shí)段內(nèi)，通過恒流控制將所述穩(wěn)定輸出燈電流提供給所述氙燈。
2.ー種使用氙燈驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)氙燈的方法，所述氙燈驅(qū)動(dòng)單元包括電流控制電路，所述電流控制電路適于通過使用作為電源的充電電路的充電電壓而為氙燈提供電流，所述方法包括如下步驟 在所述電流控制電路， 在燈啟動(dòng)后的第一時(shí)段內(nèi)，通過恒流控制將相比于穩(wěn)定輸出燈電流具有更高電流值的高輸出燈電流提供給所述氙燈；以及 在所述第一時(shí)段后的第二時(shí)段內(nèi)，通過恒流控制將所述穩(wěn)定輸出燈電流提供給所述氙燈。
3.ー種模擬太陽光照射単元，包括 根據(jù)權(quán)利要求I所述的氙燈驅(qū)動(dòng)單元； 氙燈，所述氙燈連接至所述氙燈驅(qū)動(dòng)單元；以及 外売，所述氙燈附接在所述外殼中。
全文摘要
本發(fā)明涉及氙燈驅(qū)動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)氙燈的方法以及模擬太陽光照射單元。本發(fā)明的氙燈驅(qū)動(dòng)單元包括充電電路；以及適于通過使用作為電源的充電電路的充電電壓而為氙燈提供電流的電流控制電路，其中電流控制電路適于在燈啟動(dòng)后的第一時(shí)段內(nèi)，通過恒流控制將相比于穩(wěn)定輸出燈電流具有更高電流值的高輸出燈電流提供給氙燈，且在第一時(shí)段后的第二時(shí)段內(nèi)，通過恒流控制將穩(wěn)定輸出燈電流提供給氙燈。
文檔編號(hào)H05B41/36GK102802331SQ201210048068
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者山崎祐哉, 永瀨徹, 大久保勝明, 鈴木信一 申請(qǐng)人:巖崎電氣株式會(huì)社