JP2006216571A

JP2006216571A - 非常用照明装置

Info

Publication number: JP2006216571A
Application number: JP2006135958A
Authority: JP
Inventors: Jun Matsuzaki; 純松崎; Hiroyuki Nishino; 博之西野; Yasunori Kawase; 靖憲河瀬; Hiroyuki Matsumoto; 弘之松本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-05-16
Filing date: 2006-05-16
Publication date: 2006-08-17

Abstract

【課題】広範囲の電源電圧で使用可能な複数の定格入力電圧を有する常用電子バラストを用いて非常灯を構成する場合における非常灯ブロックの信頼性、安全性を改善する。
【解決手段】商用電源Ｖｓを降圧して二次電池Ｂを充電する充電回路４、二次電池Ｂを電源として放電灯２を点灯させる非常用インバータ５、商用電源Ｖｓを電源として放電灯２を点灯させる常用電子バラスト１、商用電源電圧が所定の閾値以下になったことを検知して放電灯２を常用電子バラスト１から非常用インバータ５へ切り替えるとともに非常用インバータ５を動作開始させる切替回路６を備え、上記所定の閾値は、常用電子バラスト１の複数の定格入力電圧のうち最も低い定格値の４０％以上８５％以下の範囲に設定した。
【選択図】図１

Description

本発明は非常用照明装置に関し、常用時の点灯装置が広範囲の入力電圧に対応している場合の非常点灯への切替えに関するものである。

非常用照明装置の基本的な構成を図１のブロック図に示す。常時、商用電源Ｖｓから常用バラスト１を介して蛍光灯などのランプ負荷２を点灯するとともに、非常灯ブロック３を構成する充電回路４によって二次電池Ｂを充電する。商用電源Ｖｓが停電すると、常用バラスト１側からの電力供給が断たれるためランプ負荷２は一旦消灯するが、非常灯ブロック３を構成する切替回路６によって停電を検知して上述のランプ負荷２を非常点灯側に切り替えるとともに非常用のインバータ回路５を起動させ、ランプ負荷２は非常点灯を行なう。

図２は常用バラスト１の具体例として電子バラスト回路を示したものである。入力端子Ａ，Ｂは商用電源に接続され、商用電源から電流ヒューズＦ、サージアブソーバＺＮＲ、雑音防止用コンデンサＣ１、フィルタＴ１から成る入力保護・雑音防止回路を介した後、整流ブリッジＤＢ１で全波整流し、チョークコイルＬ１、スイッチング素子Ｑ１及びその制御回路７、ダイオードＤ１、平滑コンデンサＣ２から成る昇圧チョッパー部で直流昇圧電源を形成し、その後段に、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の直列回路及びこれらのスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を交互にＯＮ−ＯＦＦするためのインバータ制御回路８、スイッチング素子Ｑ２と並列に構成されたチョークコイルＬ２、コンデンサＣ３，Ｃ４の直列回路から成るインバータ回路部を構成している。（出力端子Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは図１に示したように、リレー接点群Ｓ１を介してランプ負荷２に接続され、出力端子Ｃ−Ｄ間及びＥ−Ｆ間にランプフィラメントが接続される。従って上述のチョークコイルＬ２、コンデンサＣ３，Ｃ４はランプフィラメントを介して直列回路を構成する。）常時、リレー接点群Ｓ１がＮＯ接点側にあるものとすると、電子バラスト１の出力にランプ負荷２が接続され、ランプ負荷２を高周波点灯させる。

図３は図１における非常用インバータ回路５の具体例を示したものである。入力端子Ｇ，Ｈは二次電池Ｂの＋端子、−端子にそれぞれ接続され、また端子Ｊは図１の切替回路６の端子Ｊに接続される。非常用インバータ回路５は二次電池Ｂからの直流電源を入力端子Ｇ，Ｈで受け、入力端子Ｇから入力チョークコイルＬ３を介して発振トランスＴ２の一次巻線のセンタータップに入力され、一次巻線の両端と入力端子Ｈの間に各々主トランジスタＱ４及びＱ５を接続して構成され、主トランジスタＱ４，Ｑ５の制御端子は抵抗Ｒ２，Ｒ３及びトランジスタＱ６でバイアスが与えられ、発振トランスＴ２の帰還巻線によって発振動作を行なう。発振トランスＴ２の出力巻線はランプフィラメント予熱のためのタップを有し、バラスト用コンデンサＣ６、予熱用コンデンサＣ７，Ｃ８を介して出力端子Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎに接続され、更にリレー接点群Ｓ１を介してランプ負荷２に接続される。Ｃ５は共振用のコンデンサである。停電が発生すると切替回路６が動作し、リレー接点群Ｓ１をＮＣ接点側に切り替えるとともにトランジスタＱ６をＯＮさせる。その結果、抵抗Ｒ２，Ｒ３を介して主トランジスタＱ４，Ｑ５がバイアスされて、いずれかがＯＮして発振動作を開始し、その後、発振トランスＴ２の帰還巻線によって主トランジスタＱ４，Ｑ５が交互にＯＮ−ＯＦＦする自励発振動作を持続してランプ負荷２が非常点灯する。

図４は、図１における充電回路４、切替回路６の具体例を示したものである。常時は入力端子Ａ，Ｂに商用電源が入力され、降圧トランスＴ３、整流ブリッジＤＢ２によって低圧直流電圧に変換後、充電抵抗Ｒ５を介して出力端子Ｇ，Ｈ間に接続される二次電池Ｂを充電する。またダイオードＤ２、電解コンデンサＣ９及びトランジスタＱ７、抵抗Ｒ４、ツェナーダイオードＤ３は、その後段に接続されるリレーＲｙ１，Ｒｙ２を駆動するための直流安定化電源を構成しており、常時はトランジスタＱ８がＯＮ状態でリレーＲｙ１，Ｒｙ２を励磁している。リレーＲｙ１，Ｒｙ２の接点は、図１のリレー接点群Ｓ１を構成している。Ｄ４は逆電圧吸収用のダイオードである。図中、ブロックで示した切替電圧設定回路９は、停電を検知してリレーＲｙ１，Ｒｙ２の接点を切り替えるもので、商用電源が降下する場合の切替電圧を設定している。（切替電圧は日本照明器具工業会規格ＪＩＬ５５０１切替動作で規定され、定格電圧の８５％電圧では作動せず、４０％電圧以上（６０％電圧が好ましい）で確実に非常点灯に切り替わることとしている。）また遅延回路１０は、停電が発生して非常点灯に切り替える際に商用の電子バラスト１の残留発振が止まってリレー接点群Ｓ１の電流が停止又は支障のないレベルに低減するまでの間、切り替え動作を遅延させて接点ストレスを軽減するものである。（日本照明器具工業会規格ＪＩＬ５５０１では入力回路遮断後０．５秒以内で切り替わるよう規定されている。）

図５は、上述の切替電圧設定範囲を表す説明図である。横軸を時間として商用電源Ｖｓの電圧が１００％から低下していく場合、４０％以上８５％以下の電圧が切替許容範囲であるが、商用の電子バラスト１が動作を停止する電圧が８５％電圧を下まわって例えば７５％電圧であれば、切替電圧の設計範囲は７５％〜４０％となる。通常、商用電子バラスト１の動作維持電圧を把握しながら４０％以上８５％以下の電圧範囲内で任意に設計される。
日本照明器具工業会規格ＪＩＬ５５０１

昨今、高調波電流歪規制の流れの中で力率改善技術が著しく進展し、汎用化されたＩＣを用いればチョッパー回路の制御性が広い電源電圧範囲で確保することが可能となっている。商用の電子バラストにこのような制御性の高いチョッパー回路を導入し、例えば１００Ｖ〜２４２Ｖの広範囲の電源対応のものも実用化されている。

図６は、横軸を電源電圧、縦軸を出力として上述の広範囲の電源に対応できる電子バラストの動作領域を示したもので、電源変動を考慮して約９０Ｖ〜２６０Ｖの範囲で略一定の出力を確保しており、動作を停止する電圧は約７５Ｖとなっている。

このような常用の電子バラストを用いて例えば２４２Ｖ用の非常灯を構成しようとした場合、４０％電圧である９７Ｖでは当然電子バラストは定格出力で動作していることになり、接点のストレスを考慮すれば切替電圧の設計可能範囲は存在しない。図７はこの模様を図式的に示したもので、常時の電子バラスト点灯維持レベルが４０％以下の場合は切替可能な設計範囲が無いことを示している。

本発明は上述のような従来技術の欠点に鑑みてなされたもので、広範囲の電源電圧で使用可能な複数の定格入力電圧を有する常時の電子バラストを用いて非常灯を構成する場合における非常灯ブロックの信頼性、安全性の改善を目的とするものである。

請求項１の発明によれば、上記の課題を解決するために、図１に示すように、放電灯２と、二次電池Ｂと、商用電源Ｖｓを降圧して二次電池Ｂを充電する充電回路４と、二次電池Ｂを電源として放電灯２を点灯させるための非常用インバータ５と、商用電源Ｖｓを電源として放電灯２を点灯させるための常用電子バラスト１と、商用電源電圧が所定の閾値以下になったことを検知して上記放電灯２を常用電子バラスト１の出力側から非常用インバータ５の出力側へ切り替えるとともに非常用インバータ５を動作開始させる切替回路６とから構成され、上記常用電子バラスト１は、複数の定格入力電圧を有し、上記所定の閾値は、常用電子バラスト１の複数の定格入力電圧のうち最も低い定格値の４０％以上８５％以下の範囲に設定したことを特徴とするものである。

請求項２の発明によれば、同じ課題を解決するために、図８に示すように、放電灯２と、二次電池Ｂと、商用電源Ｖｓを降圧して二次電池Ｂを充電する充電回路４と、二次電池Ｂを電源として放電灯２を点灯させるための非常用インバータ５と、複数の定格入力電圧を有し商用電源Ｖｓを電源として放電灯２を点灯させるための常用電子バラスト１と、商用電源電圧がその定格値の４０％以上８５％以下の範囲になったことを検知して上記常用電子バラスト１を商用電源Ｖｓから切り離す電源スイッチＳ０と、この電源スイッチＳ０がＯＦＦした後、上記放電灯２を常用電子バラスト１の出力側から非常用インバータ５の出力側へ切り替えるとともに非常用インバータ５を動作開始させる切替回路６とから構成されることを特徴とするものである。
請求項３の発明によれば、図４又は図９に示すように、切替回路６に遅延回路１０を設けて、商用電源電圧を所定の閾値で検出した後、放電灯２を常用電子バラスト１の出力側から非常用インバータ５の出力側へ切り替えるとともに非常用インバータ５を動作開始させるまでの間に遅延時間を設けたことを特徴とするものである。

請求項４の発明によれば、図１０に示すように、放電灯２と、二次電池Ｂと、商用電源Ｖｓを降圧して二次電池Ｂを充電する充電回路４と、二次電池Ｂを電源として放電灯２を点灯させるための非常用インバータ５と、複数の定格入力電圧を有し商用電源Ｖｓを電源として放電灯２を点灯させるための常用電子バラスト１と、常用電子バラスト１から放電灯２に流れる電流を検出するための電流検出手段ＣＴと、商用電源電圧がその定格値の４０％以上８５％以下の範囲になったことを検知し且つ上記電流検出手段ＣＴからの検出信号が消滅した時点で上記放電灯２を常用電子バラスト１の出力側から非常用インバータ５の出力側へ切り替えるとともに非常用インバータ５を動作開始させる切替回路６とから構成されることを特徴とするものである。
請求項５の発明によれば、図１０に示すように、電流検出手段ＣＴ、充電回路４、切替回路６、非常用インバータ５は非常灯ブロック３として一つのプリント基板上に実装されたことを特徴とするものである。

請求項１の発明においては、広範囲の入力電圧で使用可能な複数の定格入力電圧を有する常用電子バラストを用いて非常灯を構成する場合に、複数の定格入力電圧のうち最も低い電圧に着目し、その電圧の４０％以上８５％以下の電圧範囲で非常点灯に切り替わるように切替電圧の設定を行うことにより、本質的な安全性を損なうことなく切替電圧の設計を可能とする効果がある。

請求項２の発明においては、常用電子バラストの入力側に電源スイッチを設け、この電源スイッチを常時はＯＮ、停電又は電圧降下時はＯＦＦするように制御することによって、常用電子バラストが広範囲の入力電圧に対応可能で複数の定格入力電圧を有し、それら定格入力電圧の高い方で使用された場合でも、その定格値の４０％以上８５％以下の範囲になったことを検知して電源入力を遮断できるので、その後の切り替え動作におけるストレスを大幅に改善でき、定格値の４０％以上８５％以下の電圧範囲で非常点灯への切り替えを行うことも可能となる。

請求項４の発明においては、常用の電子バラストの出力停止を監視するための電流検出手段を設け、商用電源電圧が定格の４０％以上８５％以下の範囲に設定された切替電圧に低下しても、電流検出手段からの検出信号がある限り非常点灯への切り替えを行わないように構成することによって、切替時のストレスを回避し、信頼性に優れかつ本質的な安全性を損なうことなく切替電圧の設計を可能とする効果がある。

（実施の形態１）
第１の実施の形態として、図６に示した常用電子バラストの広範囲の入力電圧範囲における複数の定格入力電圧のうち最も低い電圧に着目し、その電圧の４０％以上８５％以下の電圧で非常点灯に切り替わるように切替電圧設定を行うこととする。回路構成については、図１〜図４と同様である。そもそも切替電圧の設定は、商用電源の停電や電圧降下の際に速やかに非常点灯させ、照度を保って安全性を確保するためのものであることに鑑みれば、複数の定格入力電圧のうちの高い電圧で使用された場合に４０％の電圧でも点灯を維持するのであれば、４０％の電圧未満で切り替えたとしても上記主旨からむしろ安全確保上好ましいと言える。また、複数の定格入力電圧のうちの最も低い定格入力電圧で使用された場合は、常時の電子バラストが点灯維持できる電圧は高くなるため、４０％以上８５％以下の範囲で切り替えるようにしておけば、広範囲の入力電圧の何れの電源電圧で使用されても安全性を損ねることはないと言える。

（実施の形態２）
第２の実施の形態を図８および図９に示す。図８の回路は、図１に示した基本構成において、常用バラスト１の電源入力にリレー接点Ｓ０を設け、常時はＯＮ、停電又は電圧降下時は電源電圧の４０％電圧以上の設定電圧でＯＦＦするように制御される。

図９は充電回路４及び切替回路６の詳細を示したもので、図４の回路において、常用バラスト１の入力側に追加した接点Ｓ０のリレーＲｙ３及び逆電圧吸収用ダイオードＤ５、商用電圧の４０％以上の電圧を検出してトランジスタＱ９をＯＦＦさせるための切替電圧設定回路１１を追加して構成される。

まず、切替電圧設定回路１１で、停電又は電圧降下時に商用電圧の４０％以上の電圧を検出できなくなると、トランジスタＱ９をＯＦＦしてリレーＲｙ３の励磁を解除し、その接点Ｓ０で常用バラスト１の入力を遮断する。その後に従来と同様に負荷切替えの接点群Ｓ１を非常点灯側に切り替え、また非常用インバータ回路５への動作開始信号を発生させる。

このように構成することによって、常用の電子バラストが広範囲の入力電圧に対応可能で複数の定格入力電圧を有し、それら定格入力電圧のうち高い方で使用された場合でも、停電又は電圧降下時に商用電圧の４０％以上の設定電圧で入力を遮断するので、その後の切り替え動作におけるリレー接点群Ｓ１のストレスを大幅に改善でき、しかも商用電圧の４０％以上８５％以下の電圧範囲で非常点灯への切り替えを行うことも可能となる。

（実施の形態３）
第３の実施の形態を図１０および図１１に示す。図１０の回路は、図１に示した基本構成において、常用の電子バラスト１の出力停止を監視するためのカレントトランスＣＴを、非常灯ブロック３の内部のリレー接点群Ｓ１の常用バラスト１側のリード部に設け、その出力を切替回路６へ入力し、商用電圧の４０％以上８５％以下の電圧に設定された切替電圧設定回路９の出力如何に拘らずカレントトランスＣＴからの電流検出信号がある限り、切り替えを行わないように構成し、リレー接点のストレスを回避したものである。

図１１は充電回路４及び切替回路６の詳細を示している。常時は、入力端子Ａ，Ｂに商用電源Ｖｓがつながれ、降圧トランスＴ３及び整流ブリッジＤＢ２にて低圧直流化し、充電抵抗Ｒ５を介して出力端子Ｇ−Ｈ間に接続される二次電池Ｂを充電する。ダイオードＤ２、電解コンデンサＣ９、トランジスタＱ７、ツェナーダイオードＤ３、抵抗Ｒ４で後段に接続されるリレー駆動用の定電圧回路を構成するとともに商用電源Ｖｓの電圧が４０％以上８５％以下であることを検出し、非常点灯に切り替えるための切替電圧設定回路９、その出力で駆動されるトランジスタＱ９，Ｑ１０，Ｑ１１、抵抗Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０、コンデンサＣ１０から成る信号処理回路、負荷切り替えのための接点群Ｓ１のリレーＲｙ１，Ｒｙ２及び逆電圧吸収用ダイオードＤ４、リレー駆動用トランジスタＱ８から構成されたリレー駆動回路、抵抗Ｒ１１を介して出力端子Ｊにつながる非常用インバータ回路５のＯＮ−ＯＦＦ用信号回路、前記電流トランスＣＴからの信号を端子Ｏ，Ｐから受け、整流ブリッジＤＢ３、コンデンサＣ１１で整流平滑し、抵抗Ｒ１２，Ｒ１３を介してトランジスタＱ１２をＯＮさせ、上述の切替電圧設定回路９の出力をカットオフするための保護回路から成る。

停電又は電圧降下が生じた場合、カレントトランスＣＴからの信号が無い場合、上述の切替電圧設定回路９の出力がＨｉｇｈとなってトランジスタＱ１０がＯＮするので、トランジスタＱ１１もＯＮし、抵抗Ｒ１１と出力端子Ｊを介して非常用インバータ回路５にＯＮ信号が送られるとともに、トランンジスタＱ９がＯＮ、トランジスタＱ８がＯＦＦしてリレーＲｙ１，Ｒｙ２の励磁が解除されてリレー接点群Ｓ１が非常点灯側に切り替わり、非常点灯する。カレントトランスＣＴからの信号がある場合、即ち常用の電子バラスト１によってリレー接点群Ｓ１にランプ電流が流れている場合は、トランジスタＱ１２がＯＮとなるため、切替電圧設定回路９の出力がＨｉｇｈであってもトランジスタＱ１０はＯＮせず、従って非常点灯への切り替えは行われない。その後、カレントトランスＣＴからの信号が消滅した時点で非常点灯に切り替わることになる。

このように構成することによって、常用の電子バラストが広範囲の入力電圧に対応可能で複数の定格入力電圧を有し、そのうち定格入力電圧の高い方で使用された場合でも、その４０％以上８５％以下の電圧で非常点灯への切り替え動作を前提にしながらも、常用の電子バラストからランプへの電流供給がある間は切り替えを保留してリレー接点のストレスを回避できる。電子バラストからランプへの電流供給が継続している間はランプからの照度も期待でき、切り替えが完了しなくとも非常灯としての安全性は確保されていると考えられる。

本発明の非常用照明装置の基本的な構成を示すブロック回路図である。図１における常用バラストの具体例を示す回路図である。図１における非常用インバータ回路の具体例を示す回路図である。図１における充電回路および切替回路の具体例を示す回路図である。図１における切替電圧設定範囲を示す説明図である。図１における常用バラストの動作領域を示す説明図である。従来例の課題を説明するための説明図である。本発明の第２の実施の形態の構成を示すブロック回路図である。図８における充電回路及び切替回路の詳細を示す回路図である。本発明の第３の実施の形態の構成を示すブロック回路図である。図１０における充電回路及び切替回路の詳細を示す回路図である。

符号の説明

１常用バラスト
２ランプ負荷（蛍光灯など）
３非常灯ブロック
４充電回路
５非常用インバータ回路
６切替回路
Ｂ二次電池
Ｖｓ商用電源

Claims

放電灯と、二次電池と、商用電源を降圧して二次電池を充電する充電回路と、二次電池を電源として放電灯を点灯させるための非常用インバータと、商用電源を電源として放電灯を点灯させるための常用電子バラストと、商用電源電圧が所定の閾値以下になったことを検知して上記放電灯を常用電子バラスト出力側から非常用インバータ出力側へ切り替えるとともに非常用インバータを動作開始させる切替回路とから構成され、上記常用電子バラストは、複数の定格入力電圧を有し、上記所定の閾値は、常用電子バラストの複数の定格入力電圧のうち最も低い定格値の４０％以上８５％以下の範囲に設定したことを特徴とする非常用照明装置。
放電灯と、二次電池と、商用電源を降圧して二次電池を充電する充電回路と、二次電池を電源として放電灯を点灯させるための非常用インバータと、複数の定格入力電圧を有し商用電源を電源として放電灯を点灯させるための常用電子バラストと、商用電源電圧がその定格値の４０％以上８５％以下の範囲になったことを検知して上記常用電子バラストを商用電源から切り離す電源スイッチと、この電源スイッチがＯＦＦした後、上記放電灯を常用電子バラスト出力側から非常用インバータ出力側へ切り替えるとともに非常用インバータを動作開始させる切替回路とから構成されることを特徴とする非常用照明装置。
商用電源電圧を所定の閾値で検出した後、放電灯を常用電子バラスト出力側から非常用インバータ出力側へ切り替えるとともに非常用インバータを動作開始させるまでの間に遅延時間を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の非常用照明装置。
放電灯と、二次電池と、商用電源を降圧して二次電池を充電する充電回路と、二次電池を電源として放電灯を点灯させるための非常用インバータと、複数の定格入力電圧を有し商用電源を電源として放電灯を点灯させるための常用電子バラストと、常用電子バラストから放電灯に流れる電流を検出するための電流検出手段と、商用電源電圧がその定格値の４０％以上８５％以下の範囲になったことを検知し且つ上記電流検出手段からの検出信号が消滅した時点で上記放電灯を常用電子バラスト出力側から非常用インバータ出力側へ切り替えるとともに非常用インバータを動作開始させる切替回路とから構成されることを特徴とする非常用照明装置。
上記電流検出手段、充電回路、切替回路、非常用インバータは非常灯ブロックとして一つのプリント基板上に実装されたことを特徴とする請求項４記載の非常用照明装置。