JP2010541187A - Ｌｅｄによる飛行場照明 - Google Patents

Abstract

飛行場照明ユニット（７）中のＬＥＤ（４）に電力を給電する方法。方法は、一定交流（Ｉ_s）を整流器（４０）に給電するステップと、交流（Ｕ）を整流電流（Ｉ_r）に整流するステップと、整流電流（Ｉ_r）をパルス幅変調するステップと、パルス幅変調された整流電流（Ｉ_r）でキャパシタ（４３）を充電するステップと、キャパシタ（４３）からの電力でＬＥＤ（４）に給電するステップとを含む。

Description

本発明は、ＬＥＤ飛行場照明に電力を給電する方法、ユニット、およびシステムに関する。

飛行場において、照明システムは着陸中および滑走中の飛行機を誘導するために使用される。これらの照明システムは大多数の光源を有し、それらが適切に操作されること、および、特に視度が低いときに、故障した光源が迅速に置き換えられることが重要である。そうでなければ、飛行機が誘導路または停止信号を見過ごした結果は大災害になりえる。視覚による光源検査が事故の危険性を高め、費用を誘発することから、自動ランプ監視システムが開発されている。

これらの照明システム中の光源は、それぞれの光源に対する絶縁トランスを使用して、直列回路と呼ばれるものに接続されることが多い。そのような光源は、電力ケーブルを通して直列に接続されていて、定電流レギュレータ（ＣＣＲ）からの定電流電源により給電されている。従来より、旧来のランプが光源として使用されているが、発光ダイオード（ＬＥＤ）の価格が低下するにつれて、ＬＥＤがより一般的になってきている。通常ＬＥＤは旧来のランプとは異なる電流によって供給されなければならないことから、新たな電源が必要とされている。

例えば、ＵＳ２００５／００３０１９２はＬＥＤ飛行場照明に対する電源を開示し、電力入力、ＬＥＤ制御信号入力、および電力出力を備えた、調整された電源を含んでいる。電力入力は電源に接続されるように構成され、ＬＥＤ制御信号入力はＬＥＤ制御信号を受け取るように構成され、電力出力は１つ以上のＬＥＤにＬＥＤ駆動電流を供給するように構成され、調整された電源はＬＥＤ制御信号に基づいてＬＥＤ駆動電流を調節するように構成されている。調整された電源は、電流感知入力と、調整された電源のＬＥＤ制御信号入力に接続されたＬＥＤ制御信号出力とを有するプロセッサをも含んでいる。電流感知入力は飛行場電流ステップに対応する信号を受け取るように構成されている。プロセッサは、電流感知入力信号に基づいて、ＬＥＤ制御信号を決定するようにプログラムされている。ＬＥＤが、飛行場電流ステップにおいて駆動される白熱光源の相対強度とほぼ等しい相対強度を有することができるように、ＬＥＤ制御信号は決定される。

飛行場ＬＥＤ照明ユニットに電力を供給するための現在の解法は、いくぶん複雑で、費用がかかることが多い。別の問題は、ＬＥＤがランプと同一の負荷特性を有していないことであり、これは、飛行場電流ステップまたは定電流レギュレータに対して、より不安定な負荷の結果となる。

本発明の目的は、上記の技法と先行技術の改良を提供することである。

特別な目的は、飛行場照明アプリケーション中のＬＥＤに電力を給電する費用対効果の良い方法を提供することである。

これらおよび他の目的は、本発明の以下の説明から明白になる利点とともに、各独立請求項にしたがった、方法、飛行場照明ユニット、および、飛行場照明システムにより達成される。好ましい実施形態は従属請求項中に規定されている。

したがって、飛行場照明ユニット中のＬＥＤに電力を給電する方法が提供され、前記方法は、一定交流を整流器に給電するステップと、交流を整流電流に整流するステップと、整流電流をパルス幅変調するステップと、パルス幅変調された整流電流でキャパシタを充電するステップと、キャパシタからの電力でＬＥＤに給電するステップとを含む。

発明の方法は、交流電流の給電に対して、安定した負荷を確実にすることにおいて有利である。これは、電流を提供する定電流レギュレータの不安定な動作の危険性が減少されることを意味する。要するに、ＬＥＤは整流電流を必要とするが、より抵抗力のある負荷の特性を生成させることにより、すなわち、１に近い電源ファクタを有するランプの負荷特性を模倣することにより、安定した負荷が達成される。さらに、本解法はいくぶん単純で、費用対効果の良い実施を提供する。

整流電流をパルス幅変調するステップは、一定交流と整流電流とのうちの任意のものにしたがって、パルス幅変調された整流電流のデューティサイクルを決定することを含んでもよい。

デューティサイクルの決定において、デューティサイクルは、一定交流と整流電流とのうちの任意のものの瞬時値に比例して決定されてもよい。

整流電流をパルス幅変調するステップは、キャパシタにかかる電圧にしたがって、パルス幅変調された整流電流のデューティサイクルを決定することを含んでもよい。

デューティサイクルの決定において、キャパシタにかかる電圧が電圧基準値を下回る場合、デューティサイクルが増加されてもよく、キャパシタにかかる電圧が電圧基準値を上回る場合、デューティサイクルが減少されてもよい。これは、ＬＥＤへの電力の給電が増加された場合に、キャパシタの増加された充電が達成され、逆もまた同じであることを意味する。

整流電流をパルス幅変調するステップは、キャパシタの充電が始まってからどのくらいの時間が経過したかにしたがって、パルス幅変調された整流電流のデューティサイクルを決定することを含んでもよい。

デューティサイクルの決定において、キャパシタの充電が始まってから予め定められた時間が経過するまで、デューティサイクルが徐々に増加されてもよい。これは、キャパシタの初期充電間の容量特性が減少される結果となる。

整流電流をパルス幅変調するための制御ユニットが動作可能なときにのみ、キャパシタからの電力でＬＥＤに給電するステップが開始されてもよい。

キャパシタからの電力でＬＥＤに給電するステップは、キャパシタからＬＥＤに流れる電流をパルス幅変調することを含んでもよい。

発明の方法は、ＬＥＤにかかる電圧と、ＬＥＤを通る電流とのうちの任意のものを監視するステップをさらに含んでもよい。

監視されたＬＥＤにかかる電圧と、監視されたＬＥＤを通る電流とのうちの任意のものを監視するステップは、ＬＥＤにかかる電圧と、ＬＥＤを通る電流とのうちの任意のものを表す信号を、一定交流に重畳して送るステップをさらに含んでもよい。これは、誤作動するＬＥＤを検出することにおいて、有利である。

発明の方法は、オンステータスと、オフステータスと、ＬＥＤの光の強度とのうちの任意のものを制御する信号を、一定交流に重畳して送るステップをさらに含んでもよい。

発明の別の観点にしたがうと、一定交流入力を有し、一定交流を整流電流に変えるように構成された整流器と、整流器に接続され、整流電流を変調するパルス幅変調器と、パルス幅変調器に接続され、変調された整流電流により充電されるキャパシタと、キャパシタからの電力に接続され、キャパシタからの電力が供給されるＬＥＤとを含むように、飛行場照明ユニットは提供されている。

発明の飛行場照明ユニットは、発明の方法と関係して上記に記載した機能のいずれかを具備し、対応する利点を有する。

発明のさらに別の観点にしたがうと、定交流レギュレータに直列に接続されている複数の発明の飛行場照明ユニットを具備する飛行場照明システムが提供される。

技術的に知られているように、デューティサイクルは、電流がゼロではない期間と電流の波形の周期との間の比として規定される。電流は必ずしも短形波を有していなければならない必要がないことに留意すべきである。

本発明の実施形態は、例として、添付している簡略化した図に関してここに説明されており、
図１は、飛行場照明システムの簡略化した図である。 図２は、飛行場照明ユニットの簡略化した図である。

発明の好ましい実施形態の詳細な説明

図１を参照すると、飛行場照明監視システムは、ＬＥＤ４に対する多数の電流電源ループ２を含み、ループ２のうちの１つのみの全体が図中に示されている。それぞれのＬＥＤ４は、絶縁トランス６の２次巻線５と、電流供給ループ中で直列接続されている絶縁トランス６の１次巻線８と、照明監視スイッチ（ＬＭＳ）１０とを通して、それに関係付けられたループ２に接続されている。それぞれの電流電源ループ２は、通信直列回路モデム（ＳＣＭ）１４を通して、定電流レギュレータ（ＣＣＲ）１２により給電される。集信装置ユニット（ＣＵ）１６は、シリアル、または、ネットワーク通信構成で、通信ユニット１４のグループ１８に接続されている。

上記に記載したＣＵユニット１６およびそれに関係付けられたエレメントは、サブユニット２０を共に形成し、例えば、飛行場の照明システムのある部分に適用することができる。照明システムは、要求された数の類似したサブユニットを具備することができ、そのうちのいくつかは２０’および２０”で示されている。

サブユニット中のＣＵユニット１６は、シリアル通信またはネットワークを通して、中央集信装置ユニット２２に接続されている。

中央ＣＵユニット２２は、ディスプレイを２５有するコンピュータ２４に接続することができる。コンピュータ２４は、例えばローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）２６を通して、他のシステムとさらに接続することができる。ユニット２２およびコンピュータ２４は、例えば、制御ルーム２７中または他の何らかの適当な場所に、ローカライズすることができる。

ＳＣＭユニット１４は、ＬＭＳモジュールからの応答を検出し、応答していないモジュールのアドレスをローカルＣＵユニット１６を通して中央集信装置ユニット２２に報告する。中央集信装置ユニット２２において、アドレスは、制御ルーム２７中のコンピュータ２４がアクセス可能なデータベース中に記憶される。

ディスプレイ２５上で、光の強度およびオン／オフステータスのような、ＬＥＤ４のステータス、ならびに、それぞれのＬＥＤのポジションを表示することができる。コンピュータ２４を通して、中央集信装置ユニット２２中で異なるアラーム基準をセットすることができる。

ＬＭＳモジュールと、関係付けられた通信ユニットとの間の通信は、電源ケーブル中の５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ電流上に重畳される高周波信号により実行される。

図２を参照すると、飛行場照明ユニット７が、図示されており、飛行場照明ユニット７は、絶縁トランス６の２次巻線５を有する回路中に接続されているＬＥＤ４と共に、ＬＭＳモジュール１０を含む。ＬＭＳは、変圧器４８および従来の整流器４０を具備する変換器３９を具備する。

絶縁トランス６は、即知の方法で、定電流レギュレータ１２により供給された交流Ｉ_mを、変圧器４８に給電される２次主電流Ｉ_{m_s}に変換する。変圧器４８は、２次主電流Ｉ_{m_s}を、整流器４０に給電される２次電流Ｉ_sにスケールダウンし、整流器４０は、次に交流の２次電流Ｉ_sを整流電流Ｉ_rに変換する。スケールリング比は、ＬＭＳモジュール１０およびＬＥＤ４の電力需要にしたがって選択される。

整流器４０はパルス幅変調器４１を通してキャパシタ４３と接続されており、パルス幅変調器４１は、整流電流Ｉ_rを変調し、パルス幅変調された電流Ｉ_PWMをキャパシタ４３に供給する。キャパシタ４３は次に、第２のパルス幅変調器４２を通して、ＬＥＤ４の形態の負荷１１と接続されており、第２のパルス幅変調器４２は、キャパシタ４３から負荷１１に流れる負荷電流Ｉ_Lを変調する。第１のパルス幅変調器４１とキャパシタ４３との間にあるものは、ダイオード４５である。ダイオード４５は、キャパシタ４３からの電流が確実に、キャパシタ４３から第１のパルス幅変調器４１に流れずに、第２のパルス幅変調器４２にのみ流れ、その後負荷１１へ流れるように配置されている。

第２のパルス幅変調器４２は、負荷１１および抵抗器４４と直列に接続されている。第１のパルス幅変調器４１は、整流器４０とキャパシタ４３との間で、キャパシタ４３と並列に接続されている。パルス幅変調器４１、４２双方は、マイクロプロセッサを組み込む制御ユニット３２により従来の方法で制御される。端的に述べると、それぞれの変調器４１、４２は、どのくらい長いデューティサイクルが望まれているかにしたがって、開閉される単純なスイッチである。すなわち、第１の変調器４１中のスイッチの閉鎖がより長くなると、Ｉ_PWM電流のデューティサイクルがより短くなり、第２の変調器４２中のスイッチの閉鎖がより長くなると、Ｉ_L電流のデューティサイクルがより長くなる。

電流感知手段４６は、整流電流Ｉ_rを感知し、整流電流Ｉ_rの瞬時値を表す信号を、制御ユニット３２に送るように配置されている。電圧感知手段４７は、キャパシタ４３にかかる電圧Ｕ_cを感知し、この電圧を表す信号を制御ユニット３２に送るように配置されている。

さらに、受信機３６は、ＳＣＭユニット１４からの信号を受信し、それを制御ユニット３２に転送するように接続されている。典型的な信号は、ＬＥＤの望ましい光の強度や、ＬＥＤのオンステータスおよびオフステータスを表す。ＬＭＳモジュール１０は、制御ユニット３２および受信機３６に対する（示されていない）直流電源ユニットをも含んでいる。対象となる固有の飛行場照明ユニット７に関係付けられたデータを記憶するために、アドレスメモリ３４も、制御ユニット３２に接続されている。受信機３６およびアドレスメモリ３４は、技術的に知られる方法において、ＳＣＭユニット１４および制御ユニット３２と通信する。

飛行場照明ユニット７を動作させようとするとき、制御ユニット３２を始動させなくてはならない。制御ユニット３２が電源投入され、完全に動作可能になる前に、スイッチ４１は閉じられるか、または、Ｉ_PWMに対する最小のパルス幅変調されたデューティサイクルを発生させる。制御ユニット３２が動作可能なとき、デューティサイクルが、整流電流Ｉ_rの瞬時値と、キャパシタにかかる電圧Ｕ_cと、キャパシタ４３の充電が始まってからどのくらいの時間が経過したかとに依存するように、第１のパルス幅変調器４１は制御ユニット３２により動作される。これは、キャパシタ４３の充電が始まってからどのくらいの時間が経過したかを監視するように、すなわち、第１のパルス幅変調器４１の動作の開始からどのくらいの時間が経過したかを監視するように制御ユニット３２が構成されていることを意味する。

さらに詳細には、整流電流Ｉ_rの瞬時値がより高くなると、デューティサイクルがより長くなり、逆もまた同じである。キャパシタにかかる電圧Ｕ_cが電圧基準値を下回ると、デューティサイクルがより長くなり、キャパシタにかかる電圧Ｕ_cが電圧基準値を上回ると、デューティサイクルがより短くなる。キャパシタ４３の充電が始まってからの時間ラップが短いと、容量特性を最小化するように、デューティサイクルが徐々により長くなるが、時間ラップが長いと、デューティサイクルにまったく影響しない。言い換えれば、Ｉ_PWM電流のデューティサイクルは、入力として以下のパラメータを使用することにより決定される：整流電流Ｉ_r、キャパシタにかかる電圧Ｕ_c、および、キャパシタ４３の充電が始まってからどのくらいの時間が経過したかを表す値。

整流電流Ｉ_rの瞬時値と、キャパシタ電圧基準値と、上記で論じた時間ラップとの間の比例は、それぞれ実験的および／または理論的に確立されており、当然、キャパシタ、ＬＥＤ、その他のもののタイプに依存する。

負荷電流Ｉ_Lのデューティサイクルを修正することにより、ＬＥＤの好ましい光の強度が達成されてもよい。端的に述べると、Ｉ_Lのデューティサイクルが長いと、ＬＥＤの光の強度がより高くなり、Ｉ_Lのデューティサイクルが相対的に短いと、ＬＥＤの光の強度が相対的に低くなる、すなわち、ＬＥＤの光の強度は負荷電流Ｉ_Lのデューティサイクルに比例している。

ＬＥＤが光を放射するとき、負荷電流Ｉ_Lの全体的なデューティサイクルは、人の目がＬＥＤ４のいかなるちらつきも検出できないくらいの高周波を有する。

ＬＥＤの誤作動を検出する目的のために、制御ユニット３２は、ＬＥＤにかかる電圧や、ＬＥＤを通る電流を監視もする。電圧は電圧基準値と比較され、電流は電流基準値と比較され、計測された値のうちのいずれかが、その対応する基準値からあまりにも逸脱する場合、ＬＭＳ１０は、ＳＣＭ１４とＣＵ１６とを通して、ＬＥＤの誤作動を示す信号を中央集信装置２２に送る。当然、電圧／電流値が基準値から逸脱しているか否かの後の決定のために、ＬＥＤにかかる電圧およびＬＥＤを通る電流を表す信号が中央集信装置ユニット２２に転送されてもよい。

本質的に、パルス幅変調は先行技術の一部であることに留意すべきである。電流の整流、変換とともに、電流および電圧の測定においても同じことが当てはまる。

Claims (25)

1. 飛行場照明ユニット（７）中のＬＥＤ（４）に電力を給電する方法において、
   一定交流（Ｉ_s）を整流器（４０）に給電するステップと、
   前記交流（Ｉ_s）を整流電流（Ｉ_r）に整流するステップと、
   前記整流電流（Ｉ_r）をパルス幅変調するステップと、
   前記パルス幅変調された整流電流（Ｉ_r）でキャパシタ（４３）を充電するステップと、
   前記キャパシタ（４３）からの電力で前記ＬＥＤ（４）に給電するステップとを含む方法。
2. 前記整流電流（Ｉ_r）をパルス幅変調するステップは、前記一定交流（Ｉ_s）と前記整流電流（Ｉ_r）とのうちの任意のものにしたがって、前記パルス幅変調された整流電流（Ｉ_r）のデューティサイクルを決定することを含む請求項１記載の方法。
3. 前記デューティサイクルは、前記一定交流（Ｉ_s）と前記整流電流（Ｉ_r）とのうちの任意のものの瞬時値に比例して決定される請求項２記載の方法。
4. 前記整流電流（Ｉ_r）をパルス幅変調するステップは、キャパシタにかかる電圧（Ｕ_c）にしたがって、前記パルス幅変調された整流電流（Ｉ_r）の前記デューティサイクルを決定することを含む請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
5. 前記デューティサイクルの決定において、前記キャパシタにかかる電圧（Ｕ_c）が電圧基準値を下回る場合、前記デューティサイクルが増加され、前記キャパシタにかかる電圧（Ｕ_c）が前記電圧基準値を上回る場合、前記デューティサイクルが減少される請求項４記載の方法。
6. 前記整流電流（Ｉ_r）をパルス幅変調するステップは、前記キャパシタ（４３）の充電が始まってからどのくらいの時間が経過したかにしたがって、前記パルス幅変調された整流電流（Ｉ_r）の前記デューティサイクルを決定することを含む請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
7. 前記デューティサイクルの決定において、前記キャパシタ（４２）の充電が始まってから予め定められた時間が経過するまで、前記デューティサイクルが徐々に増加される請求項６記載の方法。
8. 前記整流電流をパルス幅変調するための制御ユニット（３２）が動作可能なときにのみ、前記キャパシタ（４３）からの電力で前記ＬＥＤ（４）に給電するステップが開始させる請求項１〜７のいずれか１項記載の方法。
9. 前記キャパシタ（４３）からの電力で前記ＬＥＤ（４）に給電するステップは、前記キャパシタ（４３）から前記ＬＥＤ（４）に流れる電流（Ｉ_L）をパルス幅変調することを含む請求項１〜８のいずれか１項記載の方法。
10. 前記ＬＥＤにかかる電圧（Ｕ_L）と、前記ＬＥＤを通る電流（Ｉ_L）とのうちの任意のものを監視するステップをさらに含む請求項１〜９のいずれか１項記載の方法。
11. 前記監視されたＬＥＤにかかる電圧（Ｕ_L）と、前記監視されたＬＥＤを通る電流（Ｉ_L）とのうちの任意のものを表す信号を、前記一定交流（Ｉ_s）に重畳して送るステップをさらに含む請求項１０記載の方法。
12. オンまたはオフのステータスと、前記ＬＥＤ（４）の光の強度とのうちの任意のものを制御する信号を、前記一定交流（Ｉ_s）に重畳して送るステップをさらに含む請求項１〜１１のいずれか１項記載の方法。
13. 飛行場照明ユニットにおいて、
    一定交流入力を有し、一定交流（Ｉ_s）を整流電流（Ｉ_r）に変えるように構成されている整流器（４０）と、
    前記整流器（４０）に接続され、前記整流電流（Ｉ_r）を変調するパルス幅変調器（４１）と、
    前記パルス幅変調器（４１）に接続され、変調された整流電流（Ｉ_PWM）により充電されるキャパシタ（４３）と、
    前記キャパシタ（４３）からの電力に接続され、前記キャパシタ（４３）からの電力が供給されるＬＥＤ（４）とを具備する飛行場照明ユニット。
14. 前記パルス幅変調器（４１）は、前記一定交流（Ｉ_s）と前記整流電流（Ｉ_r）とのうちの任意のものにしたがって、前記パルス幅変調された整流電流（Ｉ_r）のデューティサイクルを決定するように構成されている請求項１３記載の飛行場照明ユニット。
15. 前記デューティサイクルは、前記一定交流（Ｉ_s）と前記整流電流（Ｉ_r）とのうちの任意のものの瞬時値に比例する請求項１４記載の飛行場照明ユニット。
16. 前記パルス幅変調器（４１）は、前記キャパシタにかかる電圧（Ｕ_c）にしたがって、前記パルス幅変調された整流電流（Ｉ_r）の前記デューティサイクルを決定するように構成されている請求項１３〜１５のいずれか１項記載の飛行場照明ユニット。
17. 前記キャパシタにかかる電圧（Ｕ_c）が電圧基準値を下回る場合、前記デューティサイクルが増加され、前記キャパシタにかかる電圧（Ｕ_c）が前記電圧基準値を上回る場合、前記デューティサイクルが減少される請求項１６記載の飛行場照明ユニット。
18. 前記パルス幅変調器（４１）は、前記キャパシタ（４３）の充電が始まってからどのくらいの時間が経過したかにしたがって、前記パルス幅変調された整流電流（Ｉ_r）の前記デューティサイクルを決定するように構成されている請求項１３〜１７のいずれか１項記載の飛行場照明ユニット。
19. 前記キャパシタ（４３）の充電が始まってから予め定められた時間が経過するまで、前記デューティサイクルが徐々に増加される請求項１８記載の飛行場照明ユニット。
20. 前記整流電流（Ｉ_r）をパルス幅変調するための制御ユニット（３２）が動作可能になるまで、前記キャパシタ（４３）が前記ＬＥＤに電力を給電することが妨げられる請求項１３〜１９のいずれか１項記載の飛行場照明ユニット。
21. 前記キャパシタから前記ＬＥＤに流れる前記電流（Ｕ_L）をパルス幅変調するよう構成されている第２のパルス幅変調器（４２）をさらに具備する請求項１３〜２０のいずれか１項記載の飛行場照明ユニット。
22. 前記ＬＥＤにかかる電圧（Ｕ_L）と、前記ＬＥＤを通る電流（Ｉ_L）とのうちの任意のものを監視する手段をさらに具備する請求項１３〜２１のいずれか１項記載の飛行場照明ユニット。
23. 前記監視されたＬＥＤ（Ｕ_L）にかかる電圧と、前記監視されたＬＥＤを通る電流（Ｉ_L）とのうちの任意のものを表す信号を、前記一定交流（Ｉ_s）に重畳して送るように構成されている受信機（３６）をさらに具備する請求項２２記載の飛行場照明ユニット。
24. オンまたはオフのステータスと、前記ＬＥＤ（４）の光の強度とのうちの任意のものを制御する信号を、前記一定交流（Ｉ_s）に重畳して送るように構成されている受信機（３６）をさらに具備する請求項１３〜２３のいずれか１項記載の飛行場照明ユニット。
25. 飛行場照明システムにおいて、
    請求項１３〜２４のいずれか１項記載の複数の飛行場照明ユニットを具備し、
    前記飛行場照明ユニットが定電流レギュレータ（２１）に直列に接続されている飛行場照明システム。

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