JP2013206852A - 標識灯および標識灯システム - Google Patents

Abstract

【課題】固体発光装置の異常状態の検知が可飽和装置の飽和に伴う波形歪により検知可能な標識灯およびこの標識灯を用いた標識灯システムを提供する。
【解決手段】ＬＥＤ１１１、１１２それぞれに抵抗１４１、１４２を並列接続する。例えば一方のＬＥＤ１１１が開放するとこの回路の両端電圧値は大きくなる。また、一方のＬＥＤ１１１が短絡するとこの回路の両端電圧は小さくなる。このため、いずれの異常状態であっても、異常監視装置１４０は可飽和装置１０の出力側を開放する。したがって、可飽和装置は半サイクル毎に飽和し、定電流電源装置の出力波形に波形歪が生じる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、交流定電流電源装置に互いに直列的に接続される標識灯の異常状態を検知するようにした標識灯および標識灯システムに関する。

例えば空港の標識灯システムにおいて、交流定電流電源装置から可飽和装置例えば可飽和形の絶縁トランスを介して複数個の標識灯に給電するようにしている。前記可飽和装置は、負荷側が開放した故障時には所定電圧で飽和して他の可飽和装置ひいては標識灯に給電可能とするために用いられている。

そして、従来の標識灯システムにおいて、互いに直列的に設けられた標識灯の内のいずれかの光源が断芯した場合には、前記可飽和装置が飽和する時点の交流定電流電源装置の出力波形（電圧あるいは電流）の半サイクル毎の波形歪を検出して、管制側で標識灯の断芯検知を可能にしたものが提案されている（例えば特許文献１、２）。

特公平01-61240号公報 特開2002-110377号公報

従来においては前記標識灯の光源としてはハロゲン電球等の電球が主流であったため、光源の異常は断芯（開放）のみを対象とすればよかった。そして、光源の断芯により可飽和装置が飽和するので、上述のように飽和に伴う波形歪を検出して断芯検知が可能であった。

これに対し、近年においては省電力、長寿命等の観点から発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する。）等の固体発光装置を用いるものが提案されている。このＬＥＤのような固体発光装置は直流で点灯され、かつ、電球に比べて小さな電流で所要の光出力を得ることができる。そして、従来の交流定電流電源装置にて固体発光装置使用の標識灯を点灯する場合には、固体発光装置の安定点灯制御のために、減流手段、整流平滑化手段、電流制限手段等を備えた点灯装置が各標識灯に設けられる。

上記固体発光装置の異常状態としては、短絡あるいは開放の両方が発生し得るが、個体発光装置の消費電流はそもそも小さな電流であり、また、前記点灯装置が存在するため、固体発光装置が開放しても、可飽和装置は飽和に至ることがない。固体発光装置が短絡した場合には、定電流制御されているため、この異常状態を検知することができない。

このため、標識灯の異常検知が困難になるという問題があった。

本発明はこのような従来の問題を解決するためになされたもので、光源としての固体発光装置を用いた場合でも、開放または短絡の異常時には可飽和装置の飽和に伴う波形歪により異常検知可能な標識灯およびこの標識灯を用いた標識灯システムを提供することを目的とする。

本発明における一実施形態の標識灯は、光源となる固体発光装置、固体発光装置を点灯制御する点灯装置を有し、さらに、固体発光装置の状態を監視し、異常状態を検出したときには対応する可飽和装置の出力側を開放する異常監視装置を有する。

本発明の一実施形態によれば、固体発光装置の異常を検知したときには可飽和装置の出力側を強制的に開放するので、可飽和装置は交流定電流電源装置の半サイクル毎の出力電圧が立上がる過程で急激に飽和し、定電流電源装置の出力電流または電圧波形を定常時に比して歪ませるから、異常を検出可能になる。

本発明に係る標識灯および標識灯システムの一実施形態を示す回路図。 同上一実施形態の作用を示す概略波形図。

以下、本発明の第一の実施形態を図１および図２を参照して説明する。

図１は本発明の標識灯および標識灯システムの一実施形態を示す回路図である。１は交流定電流電源装置であり、この定電流電源装置１に可飽和装置１０例えば可飽和形の絶縁トランスを介して標識灯１００が接続されている。これら可飽和装置１０及び標識灯１００は、複数個が互いに直列的関係に接続されている（図１ではそれぞれ１個のみを詳細に示している。）。可飽和装置１０は、２次側の開放故障時には飽和して他の可飽和装置１０ひいては標識灯１００に給電可能としている。

交流定電流電源装置１は、飛行場の標識灯用電源装置の場合には、例えば電球を用いた標識灯の場合と同様に、６．６Ａ、５．２Ａ、４．１Ａ、３．４Ａ、２．８Ａの５段階に出力電流値を変化可能に構成されている。また、このような交流定電流電源装置１としては、例示すると、ＳＣＲを用いて位相制御波形を出力する位相制御式のもの、正弦波を出力する共振形のもの、同じく正弦波を出力するインバータ制御形のものが使用可能であるが、もちろん、他の形式の交流定電流電源装置であってもよい。

前記可飽和装置１０は、２次側あるいは負荷側の開放故障時には飽和あるいは導通して他の点灯制御装置１００に給電可能であればよく、したがって、絶縁トランスに代えて別の可飽和素子あるいは電圧値に応動して導通する素子等を用いることも可能である。

標識灯１００は、固体発光装置１１０、点灯装置１２０、異常監視装置１４０を有する。

固体発光装置１１０は、例えばＬＥＤからなり、２個または４個、あるいはそれ以外の所要の個数が直列接続、並列接続、または直並列接続されて使用される。本実施形態では、直列接続された２個のＬＥＤ１１１、１１２からなる。

点灯装置１２０は、定電流電源装置１の出力をまず整流装置１２１に入力するようになっている。整流装置１２１の出力側には、平滑手段１２２としての平滑コンデンサが設けられている。

また、点灯装置１２０は、出力電力を変化可能に構成されている。本実施形態では、平滑手段１２２の両出力端間に前記固体発光装置１１０と互いに直列的に接続されたスイッチング素子１２３例えば電界効果形トランジスタを有している。

さらに、点灯装置１２０は、前記平滑手段１２２の出力を定電圧化するための定電圧化手段１２４を有している。この定電圧化手段１２４は、逆流防止用のダイオード１２５により平滑手段１２２と電気的に分離されて整流装置１２１の出力側に設けられたスイッチング装置１２６と、平滑手段１２２の両端電圧を検出する電圧検出装置１２７とを主として構成されている。

そして、前記電圧検出装置１２７の検出結果に応じて、後述する制御装置１２８により前記スイッチング装置１２６の導通が制御され、平滑手段１２２の出力電圧を定電圧化するようになっている。

なお、定電圧化手段を用いる場合に、本実施形態のものに限られるものではなく、各種のものから適宜選択可能である。

また、交流定電流電源装置１が６．６Ａ〜２．８Ａと電球用に相対的に大きい電流を出力するのに対し、固体発光装置１１０の所要電流はせいぜい数十ｍＡ〜数百ｍＡ程度でよい。このため、これら電流の差分を減流する必要があるが、この機能を前記定電圧化手段１２４で果たすようにしてもよい。すなわち、上記差分に相当する電流をスイッチング装置１２６を介してバイパスさせればよい。しかし、この減流機能については、例えば可飽和装置１０としての絶縁トランスの出力側に切換えタップを設け、この切換えタップを交流定電流電源装置１からの出力電流値６．６Ａ〜２．８Ａに応じて切換える等他の手段でもよい。

１２８は制御装置であって、前記交流定電流電源装置１の出力電流信号に応じてスイッチング素子１２３の出力を制御するものである。本実施形態では、前記スイッチング素子１２３をパルス幅制御（ＰＷＭ）するようにしている。

交流定電流電源装置１の出力電流を検出するに当っての電流信号としては、交流定電流電源装置１の形式や出力波形等に応じて、実行値、平均値、導通位相等とすることができ、要するに交流定電流電源装置１の出力電流が示す出力レベルを検出するものである。このような電流検出手段１２９は、図１では電流検出トランスであり、この電流検出手段１２９の検出信号を波形整形回路１３０で適当な直流信号に変換して制御装置１２８に入力するようにしている。

そして、制御装置１２８は、前記波形整形回路１３０の出力に応じてスイッチング素子１２３の高周波オンオフ動作期間比（ＰＷＭの一周期中の動作期間／ＰＷＭの一周期）を制御する。例えば、図２に示すように、スイッチング素子１２３を高周波（例えば数百Ｈｚ〜数十ＭＨｚの間）でオンオフする（図２中のｔ期間）信号を出力するとともに、ＰＷＭ信号（例えば数百Ｈｚ〜数十ｋＨｚの間）の一周期（図２中のＴ）における期間（ｔ）の時間割合を制御する。これにより、固体発光素子１１０への供給電力量を変化して光出力を変化させる。

このような制御装置１２８は、マイクロコンピュータやＩＣを主体として構成することが小形、軽量化の点で好適である。また、マイクロコンピュータを主として構成した場合には、固体発光装置１１０の供給電流量‐光出力特性を電球の供給電流量‐光出力特性に合致させるべく変換データを記憶したり、演算したりすることが容易である。しかし、もちろん、これらに限定されるものではない。

さらに、本実施形態の点灯装置１２０としては、フィードバック制御手段を付加してもよい。例えば、固体発光素子１１０に流れる電流を検出し、調光度に応じた基準値と比較して所定の電流となるようにスイッチング素子１２３の高周波オンオフ動作期間（ｔ）、または、高周波オンオフの周波数やオンデューティを変化させるようにしてもよい。これにより、実際に固体発光素子１１０に流れる電流を調光度合に応じたものに制御して、光出力を精度よく一定化可能にすることができる。

異常監視装置１４０は、状態監視手段、異常の有無を判定する判定手段および可飽和装置１０の出力側を開放可能な開閉手段を有している。本実施形態において状態監視手段は、ＬＥＤ１１１、１１２それぞれに抵抗１４１、１４２を並列接続し、これらＬＥＤ１１１、１１２および抵抗１４１、１４２からなる各並列回路の両端電圧を監視するようになっている。すわなち、ＬＥＤ１１１、１１２の順方向ドロップに対して抵抗値の大きい抵抗１４１、１４２を並列接続する。したがって、ＬＥＤ１１１および抵抗１４１の並列回路、ＬＥＤ１１２および抵抗１４２の回路において、ＬＥＤ１１１、１１２のいずれかが開放または短絡すると、各並列回路の両端電圧は定常時に比してその大きく変化する。

したがって、判定手段１４３にてこの電圧値の変化を予め記憶された定常時の電圧値と比較することにより、あるいは他の回路の電圧値と対比することにより、異常であることを検出することができる。

このような判定手段１４３としては、マイクロコンピュータやＩＣを主体として構成することができる。この場合、前記制御装置１２８と一体化することも可能である。しかし、もちろん、オペアンプや半導体スイッチ等の電子部品を組合わせて構成してもよい。

ＬＥＤの数が３個以上の場合、状態監視手段を構成する並列抵抗は各ＬＥＤに対応して並列接続してもよいし、ＬＥＤ群を少なくとも２グループにグルーピングし、各グループに対応して抵抗を接続するようにしてもよい。

可飽和装置１０の出力側を開放する開閉手段１４４としては、絶縁トランスの出力巻線と直列にスイッチ手段を設けることができる。スイッチ手段としては、半導体スイッチング素子、リレー等を使用可能である。

前記のように判定手段１４３が異常状態であると判定すると、開閉手段１４４を制御して可飽和装置１０の出力側を開放する。

したがって、交流定電流電源装置１の出力波形に歪が発生する。この波形歪を例えば管制室等に設置された断芯検出装置２００で検出することにより、標識灯１００の断芯検知が行われる。断芯検出装置２００における波形歪の分析手段、手法は例えば公知文献１、２に示されるもの、あるいはその他の手段、手法を適宜採用可能である。

なお、点灯装置１２０の制御装置１２８や異常監視装置１４０の判定手段１４３、開閉装置１４４等の電源は、整流装置１２１の出力から、または電流検出手段１２９の出力から得るようにしたり、あるいは別個に降圧トランスを設けて得るようにしてもよい。

つぎに本実施形態の作用を説明する。交流定電流電源装置１から所望の例えば１００％の光出力を得るための出力、すなわち本実施形態において６．６Ａの電流を出力するように設定されていると、この６．６Ａの定電流が可飽和装置１０を介して標識灯１００に供給される。

各標識灯１００では、整流装置１２１から出力された直流電圧は平滑手段１２２により平滑され、所定の直流電圧に変換され、定電圧化手段１２４により減流された所定の一定化される。この直流電圧はスイッチング素子１２３を介して固体発光装置１１０に供給される。

一方、制御装置１２８は、交流定電流電源装置１の出力電流信号を電流検出手段１２９から入力される。今は１００％の６．６Ａの電流が出力されているから、制御装置１２８はスイッチング素子１２３のオンオフ動作期間をＰＷＭ制御して、固体発光素子１１０に実効値的に例えば３５０mＡの電流を供給する。これにより、固体発光素子１１０は１００％の明るさで点灯する。

固体発光装置１１０が正常であれば、異常監視装置１４０は開放手段１４４を動作させないので、可飽和装置１０は出力側を開放されることがなく、定電流電源装置１の出力波形に異常時の歪を生じさせることがない。

これに対して、固体発光装置１１０が異常例えば一方のＬＥＤ１１１が開放すると、このＬＥＤ１１１を含む並列回路の両端電圧値は大きくなる。また、一方のＬＥＤ１１１が短絡すると、このＬＥＤ１１１を含む並列回路の両端電圧は小さくなる。このため、いずれの異常状態であっても、判定手段１４３は開閉手段１４４を制御して可飽和装置１０の出力側を開放する。

したがって、異常があった標識灯１００に対応する可飽和装置１０は、定電流電源装置１の半サイクルにおいて、ある程度の電圧値までは非飽和であるが、電圧値が立上がって飽和電圧に至ると急激に導通する。この導通時に定電流電源装置１の出力波形には過渡現象的な波形歪が生じるので、断芯検出装置２００で標識灯１００の異常を検知可能となる。

調光範囲をどのようにするかは任意設定可能であるが、本実施形態では、交流定電流電源装置１が５段階に出力電流値を変化可能に構成されているため、５段階の内の任意の階数の調光が可能である。しかし、これに限られるものではなく、例えば連続的に光出力を変化させるいわゆる連続調光であってもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態を中心に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において、各種の変形を許容するものである。

たとえば、異常監視装置の状態監視手段は、例えば固体発光装置と並列に抵抗を接続するともに、この並列回路に流れる電流信号を検出して異常の有無を検出するようにしてもよい。但し、この場合には常に検出抵抗等に負荷電流が流れることになり、電力損失が生じることになる。

また、電圧や電流信号の他に、固体発光装置の光や熱といった他の物理量に基づいて異常の有無を検出するようにしてもよい。

点灯装置は各種の変形がかのうであり、例えば固体発光装置の電流制限手段としては、固体発光素子への通流電流をオンオフするものの他、例えば降圧チョッパのようなスイッチング装置を備えるＤＣ‐ＤＣ変換装置を用い、制御装置により前記スイッチング装置のオンデューティやスイッチング周波数を制御して固体発光素子への供給電力を制御するものであってもよい。

１…交流定電流電源装置、１０…可飽和装置、１００…標識灯、１１０…固体発光装置、１２０…点灯装置、１４０…異常監視装置、１４３…判定手段、１４４…開放手段制御装置、２００…断芯検出装置。

Claims (3)

1. 定電流電源装置から可飽和装置を介して給電される標識灯であって、
   光源となる固体発光装置と；
   固体発光装置を点灯制御する点灯装置と；
   固体発光装置の状態を監視し、異常状態を検出したときには対応する可飽和装置の出力側を開放する異常監視装置と；
   を具備していることを特徴とする標識灯。
2. 前記固体発光装置は互いに直列接続された２個以上の固体発光素子を有し、前記監視装置は２個以上の固体発光素子を少なくとも２個以上のグループにグループ化し、各グループに並列に抵抗を接続し、各グループの両端電圧を監視することにより、固体発光装置の状態を監視するものであることを特徴とする請求項１記載の標識灯。
3. 交流定電流電源装置と；
   交流定電流電源装置の出力側に互いに直列的に設けられた複数個の可飽和装置と；
   各可飽和装置を介して給電される請求項１または２記載の複数個の標識灯と；
   を具備していることを特徴とする標識灯システム。

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