光源装置、电介质阻挡放电灯的点亮电路、电介质阻挡放电灯的点亮方法与流程

本发明涉及光源装置，尤其涉及具备电介质阻挡放电灯的光源装置。另外，本发明涉及电介质阻挡放电灯的点亮电路及点亮方法。

背景技术：

1、通过回扫方式的点亮电路来点亮电介质阻挡放电灯的技术是以往已知的(例如，参照专利文献1)。回扫方式的点亮电路基本上仅需要一个fet等开关元件，因此具有低成本这样的经济上的优点。

2、现有技术文献

3、专利文献1:日本特开平10-223384号公报

4、专利文献2:日本特开2000-92968号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的课题

2、近年来，在细菌或病毒的灭活中，正在进行利用紫外线的技术的开发。本技术人也开发了使用作为电介质阻挡放电灯的一种的准分子灯来进行杀菌或病毒的灭活的技术(例如，参照上述专利文献2)。

3、在为了细菌或病毒的灭活而点亮电介质阻挡放电灯并射出紫外线时，有时存在根据利用者不同而想要调整紫外线的照度的情况。另外，设置包含这样的电介质阻挡放电灯的光源装置的场所也可以设想为各种场所，根据设置场所不同，可以想到要求高照度的紫外线的情况和相反地鉴于对人体等的影响而要求低照度的紫外线的情况。例如，在将光源装置设置于天花板上，向下方侧照射紫外线从而对空间中或对象物表面上的细菌或病毒进行灭活的情况下，根据天花板高度的不同，有时对空间中或对象物表面上的紫外线照度不恒定，需要进行输出调整。

4、但是，以往，在使用回扫方式的点亮电路来点亮电介质阻挡放电灯的情况下，存在难以调整从电介质阻挡放电灯出射的光的照度的情况。其理由如下。

5、为了稳定地点亮电介质阻挡放电灯，需要施加与灯对应的最佳的施加电压。并且，为了实现该最佳的施加电压，回扫方式的点亮电路所具备的变压器(transformer)预先设定有最佳的匝数。特别是，在电介质阻挡放电灯的点亮电路中，变更变压比会使驱动频率或对灯的投入电力变化而影响较多的参数，因此在设计验证上是困难的。

6、在使用推挽方式或全桥方式的点亮电路来点亮电介质阻挡放电灯的情况下，能够通过变更开关元件的接通、断开控制的频率，来调整施加电压。但是，在回扫方式的点亮电路的情况下，利用该方法来进行照度调整在技术上是困难的。

7、在回扫方式的点亮电路的情况下，若提高开关元件的接通、断开控制的频率(切换频率)，则对灯的输入电力看起来好像要增加，但实际上存在由于对灯的施加电压降低而输入电力变小的情况。相反，若降低频率，则对灯的输入电力看起来好像要减少，但实际上存在由于对灯的施加电压上升而输入电力变大的情况。该情况与设计者的设计思想和想法不同，实际上导致点亮照度的调整的烦杂化，导致点亮照度的调整产生困难。

8、图1是表示电介质阻挡放电灯用的回扫方式的点亮电路的结构的一例的电路框图。点亮电路90具备：直流电源21、开关元件22、进行开关元件22的开闭控制的控制部94、平滑电容器25及变压器30。设置于点亮电路90的输出端子(b1、b2)与作为负载的电介质阻挡放电灯50连接。

9、电介质阻挡放电灯50具备在由电介质构成的发光管(未图示)的外侧面形成的一对电极(51、52)，在发光管内封入有预定的发光气体。这一对电极(51、52)与变压器30的二次侧绕组l2连接。

10、另一方面，变压器30的一次侧绕组l1经由开关元件22而与直流电源21连接，当开关元件22成为接通状态时，从直流电源21向一次侧绕组l1流过一次侧电流i1。开关元件22基于来自控制部94的控制信号g(t)进行接通、断开控制。另外，开关元件22是包含寄生二极管23的结构。该寄生二极管23也可以由相对于开关元件22并联连接另外的二极管的结构构成，开关元件22也可以由预先寄生有二极管的fet(场效应晶体管)构成。在后者的情况下，图1中的寄生二极管23构成开关元件22的一部分，但以等效电路表示。

11、图2a是示意性地表示来自控制部94的控制信号g(t)、流过变压器30的一次侧绕组l1的一次侧电流i1、变压器30的二次侧绕组l2的两端间电压(二次侧电压)v2及流过变压器30的二次侧绕组l2的二次侧电流i2的时间变化的时序图。另外，图2b是将图2a的一部分放大后的图。

12、在时刻t1控制信号g(t)从低变化为高，开关元件22从断开状态转变为接通状态，变压器30的一次侧电流i1随着时间的经过而上升。然后，在时刻t2控制信号g(t)从高变化为低时，开关元件22从接通状态转变为断开状态。此时，在变压器30的二次侧绕组l2产生反电动势，产生脉冲状的二次侧电压v2。该二次侧电压v2经由一对电极(51、52)施加到电介质阻挡放电灯50的发光管内，出射光ry1。

13、另外，电介质阻挡放电灯50的发光管由电介质构成，以隔着发光管的方式具备一对电极(51、52)，等效地构成电容器元件(以下，标记为“等效电容器c50”。)。因此，通过施加二次侧电压v2，对由电介质阻挡放电灯50构成的等效电容器c50充电电荷。

14、随着施加二次侧电压v2，二次侧电流i2流过变压器30的二次侧绕组l2。由于该二次侧电流i2一边放出蓄积在变压器30中的能量一边流动，因此随着时间的经过而向零值接近(时刻t2～ta)。

15、当通过二次侧电流i2而变压器30中蓄积的能量的放出完成时，等效电容器c50中蓄积的电荷放电。通过该放电，在变压器30的二次侧绕组l2中流过与先前反向的电流(二次侧电流i2)，二次侧电压v2以向零值接近的方式变化(时刻ta～tb)。

16、在等效电容器c50的放电完成后，变压器30的二次侧绕组l2成为电压源，一边进行对等效电容器c50的充电，一边继续流过二次侧电流i2。不久，当二次侧电流i2的流动消失时，在变压器30的一次侧绕组l1中感应出一次侧电压v1。该感应电压是与直流电源21相反极性的电压，但如上所述，由于在开关元件22设置有寄生二极管23，因此反向的一次侧电流i1经由该寄生二极管23而流过一次侧绕组l1。该电流有时被称为“再生电流”。产生这样的再生电流是由电介质阻挡放电灯50构成的负载特有的情况。

17、一次侧电流i1逐渐向零值接近，但若在时刻t3开关元件22再次成为接通状态，则接着与时刻t1～t2相同地，一次侧电流i1的值增加。以下，重复相同的现象。

18、在此，对假设降低控制信号g(t)的频率，延长开关元件22的接通、断开的切换周期的情况进行研究。如图2a的时序图所示，在开关元件22从断开状态变为接通状态后，变压器30的一次侧电流i1随着时间的经过而上升。该电流的上升曲线的斜率依赖于变压器30的一次侧绕组l1的电感值和对变压器30的施加电压(二次侧电压v2)。

19、延长开关元件22的接通、断开的切换周期意味着开关元件22的接通时间变长。参照图2a，在开关元件22为接通状态期间，一次侧电流i1的值持续上升，因此若开关元件22的接通时间变长时，则在即将将开关元件22从接通状态切换为断开状态之前的时间点的一次侧电流i1的值(图2a及图2b中的一次侧电流i1的正峰值)变高。

20、在将开关元件22从接通状态切换为断开状态时，在变压器30的二次侧绕组l2侧产生的感应能量与变压器30的一次侧绕组l1的电感值和一次侧电流i1的平方之积成比例。这意味着若延长开关元件22的接通、断开的切换周期，则向与变压器30的二次侧绕组l2连接的电介质阻挡放电灯50投入的电力上升。其结果是，无法降低从电介质阻挡放电灯50出射的光ry1的照度。

21、换言之，为了通过降低控制信号g(t)的频率来降低从电介质阻挡放电灯50出射的光ry1的照度，需要使变压器30的一次侧电流i1的上升曲线的斜率平缓。但是，如上所述，变压器30的一次侧电流i1的上升曲线的斜率依赖于变压器30的一次侧绕组l1的电感值，因此为了变更该斜率，需要更换变压器30，并不现实。

22、相反，在提高控制信号g(t)的频率而缩短开关元件22的接通、断开的切换周期的情况下，在一定时间内，对电介质阻挡放电灯50施加高电压的频度变高，因此仍然难以降低照度。

23、本发明鉴于上述情况，其目的在于，在通过回扫方式的点亮电路来点亮电介质阻挡放电灯的情况下，能够适当地进行电介质阻挡放电灯的照度调整。即，本发明的目的在于提供一种具备电介质阻挡放电灯的光源装置，该电介质阻挡放电灯通过回扫方式的点亮电路进行点亮控制，能够进行照度调整。另外，本发明的目的在于提供这样的电介质阻挡放电灯的点亮电路及点亮方法。

24、用于解决课题的技术方案

25、本发明是一种光源装置，其具备电介质阻挡放电灯和用于点亮上述电介质阻挡放电灯的点亮电路，上述光源装置的特征在于，

26、上述点亮电路具备：

27、直流电源；

28、变压器，具有与上述直流电源连接的一次侧绕组和与上述电介质阻挡放电灯连接的二次侧绕组；

29、闭合电路，将上述直流电源、上述一次侧绕组及包含寄生二极管的开关元件串联连接而成；及

30、控制部，进行上述开关元件的接通、断开控制，

31、上述控制部执行如下的步骤：

32、第一步骤，使上述开关元件从接通状态转变为断开状态；及

33、第二步骤，在上述第一步骤之后，从流过上述一次侧绕组的再生电流达到零值的时间点起经过预定的断开保持时间后，使上述开关元件从断开状态转变为接通状态。

34、如在“发明所要解决的课题”的部分中所述，由于电介质阻挡放电灯存在适于点亮的施加电压，因此以照度调整的目的变更施加电压在现实中是困难的。施加于电介质阻挡放电灯的电压与通过开关元件从接通状态转变为断开状态而在变压器的二次侧绕组感应的源自反电动势的电压对应，该电压依赖于开关元件从接通状态转变为断开状态的时间点的流过变压器的一次侧绕组的电流(一次侧电流)。

35、根据上述结构，开关元件从断开状态转变为接通状态的第二步骤的执行定时在再生电流达到零值的时间点之后。变压器的一次侧电流在执行了该第二步骤后，从零值开始上升，在开关元件再次转变为断开状态为止的时间(接通时间)内上升。

36、也就是说，例如通过使接通时间实质上一定，能够将对电介质阻挡放电灯的施加电压实质上保持为一定值。并且，在变压器的一次侧电流达到零值后，经过预定的断开保持时间后，通过使开关元件从断开状态转变为接通状态，能够调整开关元件的接通、断开的占空比。

37、例如，通过使接通时间相对于接通时间和断开时间的合计值的比率(占空比)上升，在单位时间内，对电介质阻挡放电灯施加脉冲状的电压的频度提高，投入的能量量上升。其结果是，从电介质阻挡放电灯出射的光的照度上升。相反，在想要降低照度的情况下，只要降低上述占空比即可。

38、在调整该占空比时，只要调整从变压器的一次侧电流达到零值起到执行使开关元件从断开状态转变为接通状态的控制(第二步骤)的时间、即断开保持时间即可。也就是说，在上述控制中，能够在不调整开关元件的接通时间情况下调整从电介质阻挡放电灯出射的光的照度。其结果是，能够实现电介质阻挡放电灯的稳定的点亮，并且能够进行照度的调整。

39、例如，即使是具备同一类型的电介质阻挡放电灯的光源装置，也能够通过预先使在控制部中设定的上述断开保持时间的值不同，来实现呈现相对低的照度的光源装置和呈现相对高的照度的光源装置。

40、上述控制部也可以在上述变压器的上述二次侧绕组的两端间的电压值的振铃实质上收敛后执行上述第二步骤。

41、如上所述，上述点亮电路具备的上述控制部在从流过变压器的再生电流达到零值的时间点起经过预定的断开保持时间后，执行使开关元件从断开状态转变为接通状态的第二步骤。也就是说，从变压器的一次侧电流(再生电流)达到零值起到开关元件从断开状态转变为接通状态为止，存在等待时间。

42、但是，即使在变压器的再生电流达到零值之后，也会在变压器中蓄积一部分能量。其结果是，通过由变压器的二次侧绕组和作为负载的电介质阻挡放电灯所包含的电容成分构成的lc谐振电路，产生谐振现象，变压器的二次侧绕组的两端间电压(二次侧电压)发生变动。但是，由于在lc谐振电路内存在源自电介质阻挡放电灯或变压器的二次侧绕组的电阻成分，因此二次侧电压的值逐渐衰减。也就是说，二次侧电压显示一边振动一边衰减的振铃波形。

43、假设在产生振铃的时间段，开关元件从断开状态转变为接通状态，则开关元件的两端间电压产生振铃。由于伴随振铃的电压变化存在偏差，因此若在该时间段开关元件从断开状态转变为接通状态，则有可能阻碍供给到变压器的励磁能量的稳定性。其结果是，存在变压器的二次侧电压发生变动而电介质阻挡放电灯引起闪烁点亮的情况。

44、根据上述的结构，由于在二次侧电压的振铃实质上收敛后执行第二步骤，因此能够使对电介质阻挡放电灯的施加电压稳定化。

45、在本说明书中，所谓“二次侧电压的振铃实质上收敛”，是指从0v开始的二次侧电压的变动幅度相对于二次侧电压的峰值为10％以下的情况，更优选指5％以下的情况。

46、上述控制部也可以构成为能够变更上述断开保持时间。

47、根据该结构，即使是同一光源装置，也能够进行照度调整。该效果特别是在电介质阻挡放电灯为发出紫外线的准分子灯的情况下显著显现。

48、例如，在发光气体中包含krcl的情况下，从准分子灯出射主峰波长为222nm附近的紫外线。另外，例如在发光气体中包含krbr的情况下，从准分子灯出射主峰波长为207nm附近的紫外线。主峰波长为200nm以上且240nm以下的紫外线与来自低压水银灯的包含波长254nm的成分的紫外线不同，即使照射到人体上，也会被皮肤的角质层吸收，不会向其内侧(基底层侧)行进，因此被细胞吸收而破坏dna的风险低。因此，能够将上述准分子灯用于使人可能存在的空间内的细菌或病毒的灭活的用途。

49、但是，虽说与来自低压水银灯的紫外线相比对人体的影响极低，但根据利用者的不同，考虑想要避免长时间以高照度持续向人体照射来自上述准分子灯的紫外线的状况的情况。另外，如后所述，在本技术进行申请时，关于照射到人体的紫外线的累计照射量，推荐设为由acgih(american conference of governmental industrial hygienists：美国政府工业卫生学家会议)规定的限制值以内。

50、作为实际设置出射这些紫外线的准分子灯的方法，例如，可以考虑设置于天花板的方法。此时，在比较高的天花板上设置准分子灯的情况下，充分确保与人体的距离，累计照度量变少，但在比较低的天花板设置准分子灯的情况下，与人体的距离变近，累计照度量变多。如果想要在照度较高的状态下在与人体的距离较近的环境下运用准分子灯，则以与此相对应的比率反复点亮和熄灭，以成为预定的累计照度量(例如：10秒点亮，300秒熄灭)。在这样的方法中，在300秒的熄灭时间段不进行杀菌或灭活，在这期间会残留有感染的风险。

51、因此，在这样的情况下，优选降低出射的紫外线的照度来运用准分子灯。根据上述结构，如果能够将准分子灯的照度较低地点亮，则不会对人体造成影响，通过更长时间连续照射，能够进一步降低感染的风险。

52、另外，根据上述结构，由于能够进行准分子灯的照度调整，因此例如在照射空间内存在人的时间段和不存在人的时间段变更照度，由此，能够在考虑对人体的影响的同时进行细菌或病毒的灭活。

53、另外，在此，所谓“灭活”，是指包括杀灭细菌或病毒或丧失感染力、毒性的概念，所谓“细菌”，是指细菌、真菌(霉菌)等微生物。

54、上述控制部也可以反复执行上述第一步骤和上述第二步骤。例如，从上述第一步骤的执行结束时间点到上述第二步骤的执行开始时间点的时间(断开期间)可以为5～300μ秒，从上述第二步骤的执行结束时间点到上述第一步骤的执行开始时间点的时间(接通期间)可以为1～10μ秒。这样，优选以断开期间比接通期间长的方式反复执行各步骤。

55、此时，在反复执行上述第一步骤和上述第二步骤的期间内，上述第一步骤也可以是分别在之前刚执行了上述第二步骤后经过实质上相同的接通保持时间后执行。

56、根据该结构，能够使通过执行第一步骤而开关元件从接通状态转变为断开状态所产生的变压器的二次侧电压的大小实质上保持一定。由此，由于向电介质阻挡放电灯的施加电压实质上保持为一定值，因此可以保持稳定的点亮状态。

57、在本说明书中，所谓“实质上相同的接通保持时间”，是指接通保持时间的变动幅度相对于接通保持时间的最大值为10％以内的情况，更优选为5％以下的情况。

58、也可以是，上述控制部具有通常控制模式和特别控制模式，在上述通常控制模式下，上述控制部在反复执行该上述第一步骤和上述第二步骤的期间内，在之前刚执行了上述第二步骤后经过实质上相同的第一接通保持时间后执行上述第一步骤，在上述特别控制模式下，上述控制部在之前刚执行了上述第二步骤执行后经过比上述第一接通保持时间长的第二接通保持时间后执行上述第一步骤，

59、上述特别控制模式的执行频度比上述通常控制模式的执行频度少。

60、如上所述，上述控制部在从再生电流达到零值的时间点起经过预定的断开保持时间后，执行使上述开关元件从断开状态转变为接通状态的第二步骤。因此，在将断开保持时间设定得较长的情况下，存在由于之前施加电压而在电介质阻挡放电灯的发光管内产生的等离子体消失或衰减的情况。若成为这样的状况，则即使对电介质阻挡放电灯施加与之前相同的脉冲状的电压(二次侧电压)，也有可能点亮状态不继续而消失。

61、根据上述结构，通过暂时延长将开关元件维持在接通状态的时间(接通保持时间)，在之后将开关元件转变为断开状态时，暂时提高对电介质阻挡放电灯施加的电压。其结果是，即使在断开保持时间设定得较长，电介质阻挡放电灯的发光管内的等离子体消失或衰减的情况下，由于激发发光气体中包含的原子而产生自由基，因此能够稳定地持续发光状态。

62、另外，也可以是，上述特别控制模式的执行频度与上述通常控制模式的执行频度相比充分少。具体而言，执行特别控制模式的时间段的合计时间优选为相对于执行通常控制模式的时间段的合计时间为10％以下，更优选为3％以下。

63、也可以是，上述控制部具有通常控制模式和特别控制模式，在上述通常控制模式下，在之前刚执行了上述第二步骤后经过实质上相同的第一接通保持时间后执行上述第一步骤，在上述特别控制模式下，接通状态与断开状态之间的切换频率比上述通常控制模式高，

64、上述特别控制模式是插入于上述通常控制模式之间的控制模式，该特别控制模式的执行频度比上述通常控制模式的执行频度少。

65、通过提高切换频率，提高在单位时间内对电介质阻挡放电灯施加的能量。其结果是，即使在断开保持时间设定得较长，电介质阻挡放电灯的发光管内的等离子体消失或衰减的情况下，也能够激发发光气体中包含的原子而产生自由基，因此能够稳定地持续发光状态。另外，通过定期地施加较高的电力，还能够得到抑制灯的玻璃变形而将灯的破损防患于未然这样的附带效果。

66、上述控制部也可以至少在上述电介质阻挡放电灯的点亮开始前的起动时执行上述特别控制模式。

67、与此相对，根据上述结构，在点亮初期(起动时)，相对于稳定时，提高对电介质阻挡放电灯的施加电压，或者提高脉冲电压的施加频度，因此能够期待改善电介质阻挡放电灯的起动性的效果。

68、本发明是一种用于点亮电介质阻挡放电灯的点亮电路，其特征在于，具备：

69、直流电源；

70、变压器，具有与上述直流电源连接的一次侧绕组和与上述电介质阻挡放电灯连接的二次侧绕组；

71、闭合电路，将上述直流电源、上述一次侧绕组及包含寄生二极管的开关元件串联连接而成；及

72、控制部，进行上述开关元件的接通、断开控制，

73、上述控制部执行如下的步骤：

74、第一步骤，使上述开关元件从接通状态转变为断开状态；及

75、第二步骤，在上述第一步骤之后，从流过上述一次侧绕组的再生电流达到零值的时间点起经过预定的断开保持时间后，使上述开关元件从断开状态转变为接通状态。

76、另外，本发明是一种使用点亮电路的电介质阻挡放电灯的点亮方法，其特征在于，

77、上述点亮电路具备：

78、直流电源；

79、变压器，具有与上述直流电源连接的一次侧绕组和与上述电介质阻挡放电灯连接的二次侧绕组；及

80、闭合电路，将上述直流电源、上述一次侧绕组及包含寄生二极管的开关元件串联连接而成，

81、上述电介质阻挡放电灯的点亮方法具有如下的步骤：

82、第一步骤，使上述开关元件从接通状态转变为断开状态；及

83、第二步骤，在上述第一步骤之后，从流过上述一次侧绕组的再生电流达到零值的时间点起经过预定的断开保持时间后，使上述开关元件从断开状态转变为接通状态。

84、发明效果

85、根据本发明，即使使用回扫方式的点亮电路，也能够适当地进行电介质阻挡放电灯的照度调整。