JP2012529258A

JP2012529258A - 電源作動式照明器具を非常用照明器具に切換えるための電子回路

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Publication number: JP2012529258A
Application number: JP2012513430A
Authority: JP
Inventors: ノエ，ミシェル
Original assignee: POLYNOM AG
Current assignee: POLYNOM AG
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Publication date: 2012-11-15
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Abstract

既存の電源作動式照明器具を非常用照明器具に切換えるための電子回路を提供する。電源作動式照明器具は、ＬＥＤアレイ（２）と、これに電力を供給するための電源コンバータ（１）とを含む。電子回路を有する非常時用照明要素（５）は、非常動作中に蓄電池（６）からの電力をＬＥＤアレイ（２）に供給する。非常動作への切換え中に、回路（５）が電源コンバータ（１）から電源を遮断し、次に、閉ループを介して蓄電池（６）の電力出力およびＬＥＤアレイ（２）の入力電力を制御する。

Description

本発明は、非常用照明システムのための電子回路の分野に関し、特に、電源作動式照明器具を非常用照明器具に切換えるための電子回路に関する。

先行技術
建物の非常用照明システムにおいては、避難経路を示すだけでなく照らす必要もある。このため、いわゆる非常灯要素が設けられており、これにより、標準的な照明器具を電源作動式照明器具としてだけではなく、非常用照明器具として再構成または使用することが可能となる。このような非常用要素により、発光手段が、電源の故障時に電源動作モードで使用されているコンバータから分離され、非常用要素を介して電力が供給されるか、または充電式バッテリから生成される電圧が供給される。あらゆる発光手段（たとえば、蛍光灯およびハロゲンランプ）について、このような非常用要素が公知であり、多くの製造業者によって製造されている。

近年、ＬＥＤ照明器具、すなわち、発光手段として発光ダイオード（ＬＥＤ：light-emitting diode）を用いる照明器具、の建物への設置がますます増えつつある。現在、避難経路を照らすのに使用可能な非常用照明器具としてこのような照明器具を切換えるかまたは用いるために、非常動作モードでも、照明器具内の電源動作モード用の発光ダイオードに電力を供給することのできる汎用の非常灯要素は存在しない。

課題：
電源動作モードおよび非常動作モードの両方で特定のＬＥＤ構成をもたらすことのできる複合型装置が存在する。この特定のＬＥＤ構成は、通常の電源動作モードに用いられるＬＥＤ照明器具のＬＥＤ構成とはほとんど互換性がない。これは、非常動作モード用のＬＥＤ照明器具に追加の発光ダイオードを設置する必要があることを意味する。

定電圧が供給されるＬＥＤ照明器具の場合、非常動作モードで充電式バッテリから供給されるＤＣ電源を用いることも可能である。しかしながら、この場合、非常動作モードで発光ダイオードが消費する電力を減らすことは困難である。これに対応して、充電式バッテリを大型に設計する必要がある。

ＷＯ２００６／０３０４３２Ａ１が開示する照明器具にはバッテリが組込まれており、このバッテリは、同様に組込まれたコンバータを介して、電源システム（電源動作モード）またはバッテリ（非常動作モード）から給電される。電源動作モード用のコンバータ回路と非常動作モード用のコンバータ回路とは同じであり、使用される発光手段を基準にして設計される。

ＤＥ１０２００６０３０６５５Ａ１は、ＬＥＤ非常灯装置用のコンバータ回路を開示する。この場合も、コンバータ回路は、電源動作モードと非常動作モードとで同じであり、使用される発光手段を基準にして設計される。

発明の説明
したがって、本発明の目的は、上述の不利点が排除された、既存の電源作動式照明器具を冒頭で述べたタイプの非常用照明器具に切換えるための電子回路と、このような回路を備えた電源作動式照明器具と、このような回路を作動させるための方法とを提供することである。

この目的は、既存の電源作動式照明器具を請求項１の特徴を有する非常用照明器具に切換えるための電子回路（「非常灯要素」）と、請求項９に記載される電源作動式照明器具と、請求項１０に記載される方法とによって達成される。

したがって、非常灯要素は、
− 電源システムから電力を供給するための電源接続部と、
− 充電式バッテリへの接続用の充電式バッテリ接続部と、
− 既存の電源作動式照明器具の電源コンバータの出力への接続用の電源コンバータ接続部と、
− 既存の電源作動式照明器具のＬＥＤ構成への接続用のＬＥＤ接続部とを含み、
非常灯要素は、電源電圧が存在しているかどうかに応じて、電源動作モードおよび非常動作モードで動作させることができ、非常灯要素はさらに、
− 電源動作モードで充電式バッテリ接続部に接続された充電式バッテリを充電し、かつ、電源状態を検出するための充電器と、
− 非常用コンバータとを含み、非常用コンバータは、
− 非常動作モードで、かつ、充電式バッテリ電圧を平滑化された出力電圧に変換するプロセスにおいて、フライバックコンバータまたはブーストコンバータとして動作するよう意図され、非常灯要素はさらに、
− 切換えリレーを含み、これにより、ＬＥＤ接続部は、非常動作モードでは非常用コンバータに、電源動作モードでは電源コンバータ接続部に接続することができ、非常灯要素はさらに、
− 電子制御装置を含み、電子制御装置は、電源状態を監視し、電源動作モードから非常動作モードへの切換えと、非常動作モードから電源動作モードへの切換えとを制御し、この目的のために、非常用コンバータおよび切換えリレーを駆動するよう設計される。

制御装置は、非常動作モード時に、充電式バッテリ接続部において、非常用コンバータの入力電力、すなわち、充電式バッテリから得られる電力、を調節するよう設計される。

電源作動式照明器具は、電源作動式照明器具としての機能に関して、以下の要素、すなわち、
− ＬＥＤ構成を形成するよう互いに接続された発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する発光手段と、
− このＬＥＤ構成に適した電流および電圧を、電源動作モードで、給電システムから電源スイッチを介してこのＬＥＤ構成に供給する電源コンバータとを含む。

電源作動式照明器具は、非常用照明器具としての機能に関して、以下の要素、すなわち、
− ＬＥＤ構成と、
− 電源コンバータと、
− 非常動作モードで、すなわち、電源の故障時に、照明用のエネルギの供給源となる充電式バッテリと、
− 電子回路を有する非常灯要素とを含み、
電子回路は、以下の要素、すなわち、
− 電源動作モードで充電式バッテリを充電し、電源状態を検出するよう設計された充電器と、
− 電源コンバータとは異なる非常用コンバータとを含み、非常用コンバータは、
− 非常動作モードで、かつ、充電式バッテリ電圧を平滑化された出力電圧に変換するプロセスにおいて、フライバックコンバータまたはブーストコンバータとして動作するよう意図され、
− 非常動作モード時に非常用コンバータによってＬＥＤ構成に供給される出力電力が、電源動作モード時に電源コンバータによって供給される出力電力よりも低く、
− 非常用コンバータによって供給される出力電圧がＬＥＤ構成に必要な順電圧よりも大きく、電子回路はさらに、
− 切換えリレーを含み、これにより、ＬＥＤ構成は、非常動作モードでは非常用コンバータに接続することができ、電源動作モードでは、電源動作モード用の電源コンバータに接続することができ、電子回路はさらに、
− 電子制御装置を含み、電子制御装置は、電源状態を監視し、電源動作モードから非常動作モードへの切換えと、非常動作モードから電源動作モードへの切換えとを制御し、この目的のために、非常用コンバータおよび切換えリレーを駆動するよう設計される。

制御装置は、非常用コンバータの入力電力、すなわち、充電式バッテリから得られる電力、を非常動作モードで調節するよう設計され、これにより、発光ダイオードを含むさまざまな電源作動式照明器具における非常灯要素の使用を可能にする。

本発明は、普遍的な装置を、各々のＬＥＤ照明器具を非常用照明器具に切換えるのに使用可能な非常灯要素として構成することを可能にする。したがって、非常灯要素は、普遍的な独立した装置として製造することができ、付加的な装置として既存のＬＥＤ照明器具に備え付けることができる。この場合、少なくとも電源コンバータ接続部およびＬＥＤ接続部を介して既存の電源作動式照明器具に接続される。本発明では、充電式バッテリ電圧よりも高い電力をＬＥＤ構成に供給する目的で接続部とフライバックコンバータまたはブーストコンバータとを分離させるために、試用済みかつ試験済みの技術、すなわちリレー接点、を用いる。このフライバックコンバータまたはブーストコンバータは、充電式バッテリから得られた電力を調節し、実質的にいずれかのＬＥＤ構成に対しても相応に使用できるようにする。

回路の汎用的な有用性は、本発明のさまざまな特徴を組合せた結果である。とりわけ、切換えリレーは、通常の動作のために既存の照明器具の電源コンバータを用いることを可能にする。非常用コンバータの電力調節は、公知のパラメータを用いた発光ダイオード構成に使用され得る回路の場合よりも複雑になるが、実質的に如何なる所望の発光ダイオード構成をも有する回路を使用することが可能となる。

従属請求項においてさらに好ましい実施例を記載する。
図面の簡単な説明
本発明の主題は、いずれの場合にも概略的に示される添付の図面に図示された好ましい具体的な実施例に関連付けて、以下においてより詳細に説明される。

電源作動式照明器具を非常用照明器具に切換えるための電子回路の好ましい実施例を示す図である。この明細書中で用いられるコンバータの詳細を示す図である。

原則的に、図中では、同一の部品には同じ参照符号が付される。
発明を実現するための方策
図１は、本発明の実現可能な実施例を示す。先行技術に従ったＬＥＤ照明器具は、以下において電源コンバータ１と称されるコンバータと、ＬＥＤ構成に設置される１つ以上の発光ダイオード２とを含む。ＬＥＤ照明器具は、スイッチ４によって電源電圧３からのオン／オフが切換えられる。本発明に従うと、非常用コンバータ８を備えた非常灯要素５が設けられており、非常灯要素５は、照明器具を非常用照明器具として用いるために充電式バッテリ６とともに照明器具に据え付けることができる。非常灯要素５により、実質的に如何なるＬＥＤ照明器具または如何なるＬＥＤ構成２も、電源動作モード用のコンバータ１から独立して、非常動作モードで給電することができる。非常用コンバータ８についての以下の詳細な説明において述べるように、ＬＥＤ構成の電圧にだけ制限が課されている。

非常灯要素５の説明：
非常灯要素５は、
・電源接続部Ａ３において電源システム３に接続され、
・充電式バッテリ接続部Ａ６において充電式バッテリ６に接続され、
・電源コンバータ接続部Ａ１において電源コンバータ１の出力に接続され、
・上記ＬＥＤ構成への給電のために、ＬＥＤ接続部Ａ２においてＬＥＤ構成２に接続され、
・電源接続部Ａ３において電源システム３に接続され、
・分離接続部Ａ１０において電源コンバータ１の（給電用の）入力の少なくとも１つの分岐に接続され、
・（任意）信号接続部Ａ１９において１つのＬＥＤ１８または別のインジケータ手段を駆動するよう意図される。

さまざまな接続部は、いずれの場合にも概して２極である。
非常灯要素５は以下の構成要素を含む。

充電器１１：この充電器は、電源の故障後に再び電源システム３から充電式バッテリ６を充電する従来の充電器である。好ましくは、この充電器１１は、寸法を小さくし効率を高めるためにスイッチモード源形式とされる。充電式バッテリを充電する場合と同様に、このような低電力の場合には、フライバックコンバータまたはブーストコンバータが最も適している。電源システム３も充電器１１によって監視される。電源状態をシミュレートする信号１２が生成される。信号は、好ましくは、電源電圧の単調増加関数であり、たとえば、電源電圧に比例するか、または、電源電圧の二乗もしくは二乗根に比例する。

非常用コンバータ８：このコンバータはフライバックコンバータまたはブーストコンバータとして動作する。電源が故障した場合、充電式バッテリの電圧が、この非常用コンバータ８によって、ＬＥＤ構成２に適した出力電圧１３に変換される。この出力電圧１３はまた、ＬＥＤ構成２にわたるＬＥＤ電圧と等しいものとされる。このコンバータの詳細な説明を以下に記載する。

切換えリレー９：ＬＥＤ構成は、このリレーによって、電源動作モード時には電源コンバータ１に接続されるか、または、非常動作モード時には非常用コンバータ８に接続される。ＬＥＤ構成は、好ましくは、２極切換えを実現する。すなわち、ＬＥＤ構成２の正および負それぞれの接続部のために２つの切換スイッチが設けられている。

分離リレー１０：ＬＥＤ照明器具の電源コンバータ１はこのリレーによってオンまたはオフに切換えることができる。非常動作モードでは、非常用コンバータ８によって充電式バッテリからＬＥＤ構成２に電力が供給されると、電源コンバータ１は分離リレー１０によって電源システムから分離される。これにより、電源が回復したときに電源コンバータ１がＬＥＤ構成２に電力を供給しようとするのが防止される。この場合、このＬＥＤ構成２は、場合によっては、切換えリレー９のリレー接点によって電源コンバータ１から依然として分離されている。

分離リレー１０を用いることにより、電源の回復後、ＬＥＤ構成２が、まず非常用コンバータ８から分離されるかまたは電源コンバータ１に接続され、このとき初めて、電源システム３から再び電源コンバータ１に電力供給することが確実にされる。

分離リレー１０を用いることにより、また、電源が故障した場合に、電源コンバータ１がまず電源システム３から分離され、このとき初めて、ＬＥＤ構成２が非常用コンバータ８に接続されることが確実にされる。これにより、電源コンバータ１および非常用コンバータ８によって切換えリレー９の切換え直前、切換え直後または切換え中にＬＥＤ構成２に電力が供給されることが防止される。

原則として、電源コンバータ１が、この電源コンバータ１をオフに切換えることのできる制御入力を有している場合、電源コンバータ１をオフに切換えるための信号を伝送するためのリレーまたは制御ラインを分離リレーの代わりに設けることもできる。

制御装置７：この電子制御装置は、好ましくはマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣなどによって実現される。以下のタスクは、好ましくはこのマイクロコントローラによって実行される。

− 電源監視：電源システムをシミュレートする信号１２がマイクロコントローラ７によって測定され、最小値と比較される。信号がこの値を下回る場合、電源システムは故障しているものとして識別され、これに対応して非常動作モードが起動される。

− 切換えリレー９および分離リレー１０の制御：電源動作モードから非常動作モードへの切換えは、まず、分離リレー１０を切離すことによって行なわれる。その結果、電源コンバータ１が入力側で電源遮断される。さらに、電源コンバータ１が、それ自体の内部キャパシタンスによって電源システムなしでもしばらくの間ＬＥＤ構成２に電力を供給することができるので、時間遅延を設ける必要がある。

この時間遅延は典型的には２００ミリ秒である。この時間遅延が経過した後、切換えリレー９が制御装置７によって切換えられる。次いで、非常用コンバータ８によってＬＥＤ構成に電力を供給することができる。

非常動作モードから電源動作モードへの切換えは、逆の順序で行なわれる。すなわち、非常用コンバータ８によって切断され、特定の時間遅延が経過した後、切換えリレー９が切換えられると、そのとき初めて分離リレー１０がオンに切換えられる。リレー制御後にリレー接点が弾む可能性があるので、これらの２回の切換え動作の間に典型的には２０ミリ秒の時間遅延を設ける必要がある。

− ＬＥＤ構成２の監視：ＬＥＤ構成２の場合、ＬＥＤ電圧のうち分圧器２７におけるＬＥＤ電圧１３およびＬＥＤ電流１４が、好ましくは、ＬＥＤ構成の状態を判断して非常用コンバータ８を保護するために、マイクロコントローラによって監視される。このコンバータが電流源として動作するので、ＬＥＤ構成２が故障しているかまたは接続されていない場合、ＬＥＤ電圧１３は無限の範囲まで、または少なくとも最大で危険値にまで上昇する可能性がある。制御装置７によって、または非常用コンバータ８内の保護回路によって、ＬＥＤ電圧１３を制限することができる。

− 非常用コンバータ８の制御：非常用コンバータ８がフライバックコンバータまたはブーストコンバータとして動作するので、この目的に必要な制御をマイクロコントローラ７によって実現することが可能となる。非常用コンバータ８のトランジスタは、マイクロコントローラ７内部で生成されたＰＷＭ信号１５（パルス幅変調信号）によって制御される。

− 充電式バッテリ６の監視：充電式バッテリ電圧１６がマイクロコントローラ７によって測定または監視される。監視を行いながら、充電式バッテリ６が電源動作モードで適正に充電されているかどうかを確認するためにチェックを行なう。非常動作モード時、すなわち、充電式バッテリ６が放電している場合、上記充電式バッテリが完全に放電してしまうことが防止される。すなわち、非常動作モードは、ある充電式バッテリ電圧、たとえばＮｉＣｄセルの場合にはセル当たり０．９Ｖ、を下回っていれば中断され、充電式バッテリ６から得られた電流が最小値にまで下げられる。

好ましくは、充電式バッテリ電圧を測定することで、非常用コンバータ８が非常動作モードで制御される。すなわち、非常用コンバータ８の出力電流が充電式バッテリ電圧１６に応じて調節される。この充電式バッテリ電圧の測定により充電式バッテリ６の充電方法を制御することもできる。このことは、分圧器３４によって検出することができるだけでなくたとえば充電電圧および／または充電電流を整合させるために充電器１１を制御することもできる充電式バッテリ電圧に対応して、信号１７を介して行なわれる。

−非常灯要素状態インジケータ１８：ユーザへのインターフェイスもマイクロコントローラ７によって制御される。図１は、信号１９によって電力が供給される単一のＬＥＤ１８の概略図を示す。当然ながら、マイクロコントローラ７を用いて他の光インジケータもしくは可聴警報を制御するか、または、たとえば、通信バスリンクを介して非常用要素の状態に関する情報を伝送することもできる。

非常用コンバータ８についての詳細な説明：
非常用コンバータ８の技術
図２は、非常用コンバータ８についての例示的な回路を示す。このコンバータはブーストコンバータとして動作する。この技術は長い間公知であった。コンバータは主として以下の構成要素、すなわち、トランジスタ２２、たとえば、ＭＯＳＦＥＴトランジスタまたはバイポーラトランジスタ、インダクタンス２１、ダイオード２３、およびキャパシタ２６を含む。トランジスタ２２は、マイクロコントローラ７から生成される制御信号１５によってオンまたはオフに切換えられる。この制御信号１５は、概してＰＷＭ信号１５（パルス幅変調信号）の形式である。というのも、このような信号は、大抵のマイクロコントローラによって生成することができるからである。トランジスタ２２がオンに切換えられると、電流が充電式バッテリ６から流れ出し、トランジスタ２２を通ってインダクタンス２１に流れ込む。トランジスタ２２がオフに切換えられると、電流が充電式バッテリ６から流れ出し、発電器として動作するインダクタンス２１を通り、さらにダイオード２３を通ってキャパシタ２６に流れ込んで、出力電圧１３を生成する。ＬＥＤ構成２がＬＥＤで構成されているので、出力電圧１３がＬＥＤ構成２の順電圧よりも高い場合にのみこのＬＥＤ構成２に電流が流れ込む。次いで、非常用コンバータ８の出力電流が、ＬＥＤ構成２と、分流器として機能する抵抗器２８とに流れ込み、これにより、必要に応じて増幅器２９を流れるこの電流が、マイクロコントローラ７からの電流信号３０として測定可能となる。この電流を測定するための、ホール効果センサなど他の可能性も存在する。

非常用コンバータ８の制御：
ＬＥＤ構成２に供給される非常用コンバータ８の出力電力は、出力電流と出力電圧１３との積として計算される。充電式バッテリ６によって供給される非常用コンバータ８の入力電力は、充電式バッテリ電流と充電式バッテリ電圧１７との積として計算される。

非常用コンバータ８の制御中に、この入力電力が調節される。調節とは、特に（たとえば、単なる制限とは異なり）予め定められた値に制御することを意味するものと理解される。このことに関して、以下の方策を採ることができる：
・好ましい第１の変形例においては、出力電力は、抵抗器ブリッジ２７によって行なわれる出力電圧１３の測定と、出力電流に対応する電流信号３０の測定とによりマイクロコントローラ７によって計算される。結果として、入力電力を計算することができる。これは、２つの電力が、非常用コンバータ８の効率という点においてのみ互いと異なっているからである。この効率は、当然、出力電力、（ダイオード２３における電圧降下が一定であり、このため、より低い出力電圧１３ではより大きな影響を及ぼすという理由で）出力電力１３および温度に依存している。すべての影響がマイクロコントローラ７によって測定されるかまたは測定可能であるので、非常用コンバータ８の効率を計算して、開ループ制御するかまたは調節することができる。

この変形例においては、ＰＷＭ信号１５は、ランプを介して、すなわち、ゆっくり上昇するように開始される。出力電圧１３は、電流がＬＥＤ構成２に流れ込むことができるようになるまで、連続的に上昇する。この電流が流れると直ちにマイクロコントローラ７によって測定され、出力電力が計算され得る。結果として、入力電力の調節は、非常用コンバータ８の効率を考慮に入れるか入れないかに関わらず、デジタル調節によって行なうことができる。

・第２の好ましい変形例においては、入力電力は、抵抗器ブリッジ３４によって行なわれる充電式バッテリ電圧１７の測定と、ホール効果センサ３１および増幅器３２によって行なわれる充電式バッテリ電流の測定３３とにより、マイクロコントローラ７によって計算される。非常動作モードで充電式バッテリ６から得られる電流も、分流抵抗器または別の測定技術、たとえば、ＭＯＳＦＥＴトランジスタをオンに切換えた状態でドレイン電圧を測定すること、によってマイクロコントローラ７に伝送することができる。

この変形例においても、ＰＷＭ信号１５は、ランプを介して、すなわちゆっくり上昇するように開始される。出力電圧１３は、電流がＬＥＤ構成２に流れ込むことができるようになるまで、連続的に上昇する。この電流が流れると直ちに、充電式バッテリ電流または非常用コンバータ８の入力電力が上昇する。次いで、デジタル調節によって入力電力の調節を行なうことができる。

・制御装置の第３の好ましい変形例においては、すべての電流測定が省かれる。この変形例においては、コンバータはいわゆる不連続モードでしか制御されない。すなわち、クロック毎にインダクタンスに蓄積された最大エネルギまたはＰＷＭ信号についての最大値が、２つの充電式バッテリ１７および出力電圧１３に応じて制限される。結果として、インダクタンス２１がクロック毎にキャパシタ２６またはＬＥＤ構成２に放電した後、電流が少なくともほぼ、理想的には、ゼロにまで低下することとなる。トランジスタ２２がオンに切換えられた場合、電流が充電式バッテリから（値Ｌを有する）インダクタンス２１に流れ込む。マイクロコントローラ７がトランジスタ２２のスイッチオン期間（Ｔ_ｏｎ）を制御するので、上記マイクロコントローラが、充電式バッテリ電圧１７（Ｕ_ｂａｔ）を用いて充電式バッテリ電流の最大値（Ｉ_ｍａｘ）を計算することが可能となる。というのも、インダクタンス２１が飽和しない限り、この電流がランプとして連続的に上昇するからである。したがって、Ｉ_ｍａｘ＝Ｕ_ｂａｔ・Ｔ_ｏｎ／Ｌが適用される。このため、電流の平均値は、このスイッチオン期間中、最大値Ｉ_ｍａｘの２分の１に等しくなる。トランジスタ２２が切断されると直ちに、電流が充電式バッテリから流れ出し、インダクタンス２１およびダイオード２３を通ってキャパシタ２６およびＬＥＤ構成２に流れ込む。この電流がランプとして連続的に低下するので、充電式バッテリ電流の最大値（Ｉ_ｍａｘ）、充電式バッテリ電圧（Ｕ_ｂａｔ）１７および出力電圧（Ｕ_ｏｕｔ）１３に基づいて、マイクロコントローラ７がこのランプの期間（Ｔ_ａｂ）を計算することが可能となる。したがって、Ｔ_ａｂ＝Ｌ・Ｉ_ｍａｘ／（Ｕ_ｏｕｔ−Ｕ_ｂａｔ）が適用される。ここでは、ダイオード２３の順電圧が無視できるほどのものであると想定されている。計算値Ｉ_ｍａｘおよびＴ_ａｂを用いて、マイクロコントローラ７は充電式バッテリ電流の平均値（Ｉ_ｍｅａｎ）を計算することができる。というのも、マイクロコントローラ７がクロック周波数またはその期間（Ｔ）を制御しているからである。これにより、Ｉ_ｍｅａｎ＝（Ｉ_ｍａｘ／２）・（（Ｔ_ｏｎ＋Ｔ_ａｂ）／Ｔ）が得られる。充電式バッテリから得られる電力は、コンバータ８の入力電力と称されるものであり、Ｉ_ｍｅａｎ・Ｕ_ｂａｔとして計算することができる。出力電圧１３および充電式バッテリ電圧１７だけが、マイクロコントローラ７により抵抗器ブリッジ２７または３４を用いて測定される。このマイクロコントローラにおいては、ＰＷＭ値を含むテーブルがプログラムされる。これらの測定によって入力電力を計算することができるので、このようなテーブルを、予め、またはコンバータのテスト時に、たとえば、コンバータを最初に動作させる時に、マイクロコントローラ７にプログラムすることができる。２つの出力１３および充電式バッテリ電圧１７の測定を用いることで、制御に必要なＰＷＭ値が、動作中にマイクロコントローラ７のテーブルで調べられ、入力電力の調節に用いられる。

この変形例においても、ＰＷＭ信号１５は、ランプを介して開始されて非常に低い値にまで達するか、または、直ちにこの最小値に設定される。インダクタンス２１は、トランジスタ２２をオフに切換えた状態では電流源として機能するので、ＰＷＭ値が非常に低い場合であっても、電流がＬＥＤ構成２に流れ込むことが可能になるまで出力電圧１３が上昇する。次いで、出力電圧が測定される。この第１の測定値または充電式バッテリ電圧測定値を用いることで、第１のＰＷＭ値を、マイクロコントローラ７のテーブルで調べて、入力電力の調節に用いることができる。入力電力の調節に必要な最終値を調べて、階段的に用いる。

このような単純な調節は、「先取り（look ahead）調節」として公知である。このような調節の利点は以下のとおりである：
− すべての計算が予め行なわれているので、マイクロコントローラ７が計算を行なう必要がほとんどない。

− 必要とされる唯一の測定は、非常に容易に実現することのできる電圧測定である。
非常用コンバータ８の保護および制限：
トランジスタ２２を保護することにより、分流抵抗器２５と、場合によっては増幅器２４とを介して、トランジスタ電流を測定することができる。この電流が最大値を上回ると直ちに、トランジスタ２２が、マイクロコントローラ７によって、またはさらに良いことには、マイクロコントローラから独立している回路によって、オフに切換えられる。電流は、ＭＯＳＦＥＴトランジスタがオンに切換えられた状態でドレイン電圧を測定することによって伝送することもできる。このような測定により、トランジスタの「非飽和の監視」が、原則として公知の態様で実現される。

当然、このような保護回路を省くこともできる。この場合、充電式バッテリ回路にヒューズ３５を取付けることが好ましい。

トランジスタ２２またはダイオード２３およびキャパシタ２６のためのさらなる保護として、ＬＥＤ構成２に依存する出力電圧１３が、好ましくは以下の３つの理由で監視される。

１．コンバータは、特定の最大出力電圧、典型的には５０Ｖ、用に設計されている。ＬＥＤ構成２の順電圧がこの最大出力電圧よりも高い場合、非常用コンバータ８または非常灯要素５は、ＬＥＤ照明器具を非常用照明器具として意図されたように切換えるのには適していない。

２．ＬＥＤ構成２が不良であるかまたは接続されていない場合、出力電圧１３は理論上では無限の範囲にまで上昇し得るが、これは、トランジスタ２２がオフに切換えられた状態ではインダクタンス２１が電流源として機能するからである。

３．ＬＥＤ構成２のために電源動作モード時に供給される出力電力が非常動作モード時に供給される入力電力よりも低い場合、出力電圧１３も上昇することとなる。この場合にも、非常用コンバータ８または非常灯要素５は、ＬＥＤ照明器具を非常用照明器具として意図されたように切換えるのには適していない。

出力電圧１３の監視は、マイクロコントローラ７自体によって、またはマイクロコントローラから独立した回路によって実現することができる。

上述の理由１つおよび３に記載される特定のＬＥＤ構成は、また、非常用コンバータ８または非常灯要素５がＬＥＤ照明器具を非常用照明器具として意図されたように切換えるには適していない、どちらとも決めかねる境界例である。

充電式バッテリ６は、その電圧１６がＬＥＤ構成２の順電圧１３よりも低くなるように選択される。いずれの場合にも、電流は、電力が調節される可能性なしに、充電式バッテリ６から直接インダクタンス２１およびダイオード２３を通ってＬＥＤ構成２に流れ込む。

Claims

既存の電源作動式照明器具（１，２）を非常用照明器具に切換えるための電子回路を備えた非常灯要素（５）であって、
− 電源システム（３）から電力を供給するための電源接続部（Ａ３）と、
− 充電式バッテリ（６）への接続用の充電式バッテリ接続部（Ａ６）と、
− 既存の電源作動式照明器具の電源コンバータ（１）の出力への接続用の電源コンバータ接続部（Ａ１）と、
− 既存の電源作動式照明器具のＬＥＤ構成（２）への接続用のＬＥＤ接続部（Ａ２）とを含み、
非常灯要素（５）は、電源電圧が存在しているかどうかに応じて、電源動作モードおよび非常動作モードで動作させることができ、前記非常灯要素（５）はさらに、
− 電源動作モードで充電式バッテリ接続部（Ａ６）に接続された充電式バッテリ（６）を充電し、かつ、電源状態を検出するための充電器（１１）と、
− 非常用コンバータ（８）とを含み、非常用コンバータ（８）は、
− 非常動作モードで、かつ、充電式バッテリ電圧を平滑化された出力電圧に変換するプロセスにおいて、フライバックコンバータまたはブーストコンバータとして動作するよう構成され、前記非常灯要素はさらに、
− 切換えリレー（９）を含み、これにより、ＬＥＤ接続部（Ａ２）は、非常動作モードでは非常用コンバータ（８）に接続することができ、電源動作モードでは、既存の電源作動式照明器具の電源コンバータ（１）の出力への接続用の電源コンバータ接続部（Ａ１）に接続することができ、前記非常灯要素はさらに、
− 電子制御装置（７）を含み、電子制御装置は、電源状態を監視し、電源動作モードから非常動作モードへの切換えと、非常動作モードから電源動作モードへの切換えとを制御し、この目的のために、非常用コンバータ（８）および切換えリレー（９）を駆動するよう設計され、
制御装置（７）は、非常動作モード時に、充電式バッテリ接続部（Ａ６）において、非常用コンバータ（８）の入力電力、すなわち、充電式バッテリ（６）から得られる電力、を調節するよう設計される、非常灯要素（５）。
コントローラ（７）は、非常動作モードで行なわれる非常用コンバータ（８）の入力電力調節中に非常動作モードで、充電式バッテリ接続部（Ａ６）において充電式バッテリ（６）から流れ出る電流を、充電式バッテリ接続部（Ａ６）において起こる充電式バッテリ電圧の変化を考慮に入れることなく、調節するよう設計される、請求項１に記載の非常灯要素（５）。
ＬＥＤ構成にわたる切換えのための切換えリレー（９）は２極切換えを実現し、これにより、電源コンバータ接続部（Ａ１）と非常用コンバータ（８）とを完全に分離することを確実にする、請求項１または２に記載の非常灯要素（５）。
非常灯要素（５）の分離リレー（１０）への分離接続部（Ａ１０）または電源コンバータ（１）を駆動するための制御出力を有し、
コントローラ（７）は、電源動作モードから非常動作モードへの切換え中、および非常動作モードから電源動作モードへの切換え中に、少なくとも単極式で、分離リレー（１０）により電源システム（３）から電源コンバータ（１）を分離するか、または、制御出力によって前記電源コンバータをオフに切換え、これにより、無電流状態での切換えリレー（９）の切換えを確実にするよう設計される、請求項１、２または３に記載の非常灯要素（５）。
コントローラ（７）は、非常動作モードで行なわれる非常用コンバータ（８）の入力電力調節中に、充電式バッテリ接続部（Ａ６）における充電式バッテリ電流の測定値、充電式バッテリ電圧（１６）の測定値、またはその積に応じて入力電力を調節するよう設計される、請求項１、２、３または４に記載の非常灯要素（５）。
コントローラ（７）は、非常動作モードで行なわれる非常用コンバータ（８）の入力電力調節中に、非常用コンバータ（８）の出力電力の測定値に応じて、特に、ＬＥＤ接続部（Ａ２）を通ってＬＥＤ構成（２）に流れ込む電流の測定値、および、ＬＥＤ構成（２）にわたるＬＥＤ接続部（Ａ２）において生じる電圧の測定値、または、これらの測定値の結果の積に応じて、入力電力を調節するよう設計される、請求項１、２、３または４に記載の非常灯要素（５）。
コントローラ（７）は、
いわゆる「不連続モード」で動作し、
非常動作モードで行なわれる非常用コンバータ（８）の入力電力調節中に、充電式バッテリ接続部（Ａ６）における充電式バッテリ電圧（１６）およびＬＥＤ構成（２）にわたるＬＥＤ接続部（Ａ２）において生じる電圧の測定値に応じて、特にこれらの２つの測定値の結果を組合せた計算によって、入力電力を調節するよう設計される、請求項１、２、３または４に記載の非常灯要素（５）。
コントローラ（７）は、充電式バッテリ接続部（Ａ６）における充電式バッテリ電圧の測定値と、マイクロコントローラにおけるＬＥＤ構成（２）にわたるＬＥＤ接続部（Ａ２）において生じる電圧の測定値とを組合せた計算結果を予めプログラムし、特に、前記計算結果を表形式の値として記憶するか、または、マイクロコントローラメモリにおけるルックアップテーブルに記憶するよう設計される、請求項７に記載の非常灯要素（５）。
電源作動式照明器具であって、前記電源作動式照明器具を非常用照明器具に切換えるための電子回路を備え、前記電源作動式照明器具は、以下の要素、すなわち、
− ＬＥＤ構成（２）を形成するよう互いに接続された発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する発光手段と、
− このＬＥＤ構成（２）に適した電流および電圧を、電源動作モードで、給電システム（３）から電源スイッチ（４）を介してこのＬＥＤ構成（２）に供給する電源コンバータ（１）とを含み、
電源作動式照明器具は、非常用照明器具としての機能に関して、以下の要素、すなわち、
− ＬＥＤ構成（２）と、
− 電源コンバータ（１）と、
− 非常動作モード時、すなわち、電源の故障時に、照明用のエネルギの供給源となる充電式バッテリ（６）と、
− 電子回路を有する非常灯要素（５）とを含み、
前記電子回路は、以下の要素、すなわち、
− 電源動作モードで充電式バッテリ（６）を充電し、電源状態を検出するよう設計された充電器（１１）と、
− 電源コンバータとは異なる非常用コンバータ（８）とを含み、非常用コンバータ（８）は、
− 非常動作モードで、かつ、充電式バッテリ電圧を平滑化された出力電圧に変換するプロセスにおいて、フライバックコンバータまたはブーストコンバータとして動作するよう意図され、
− 非常動作モード時に非常用コンバータ（８）によってＬＥＤ構成（２）に供給される出力電力が、電源動作モード時に電源コンバータ（１）によって供給される出力電力よりも低く、
− 非常用コンバータ（８）によって供給される出力電圧がＬＥＤ構成（２）に必要な順電圧よりも大きく、前記電子回路はさらに、
− 切換えリレー（９）を含み、これにより、ＬＥＤ構成（２）は、非常動作モードでは非常用コンバータ（８）に接続することができ、電源動作モードでは、電源動作モード用の電源コンバータ（１）に接続することができ、前記電子回路はさらに、
− 電子制御装置（７）を含み、電子制御装置（７）は、電源状態を監視し、電源動作モードから非常動作モードへの切換えと非常動作モードから電源動作モードへの切換えとを制御し、この目的のために、非常用コンバータ（８）および切換えリレー（９）を駆動するよう設計され、
制御装置（７）は、非常用コンバータ（８）の入力電力、すなわち、充電式バッテリ（６）から得られる電力、を非常動作モードで調節するよう設計される、電源作動式照明器具。
請求項１から９のいずれかに記載の非常灯要素（５）における電子回路を制御するための方法であって、非常動作モードで、
− 充電式バッテリ（６）から得られる電力を調節するステップを含む、方法。
既存の電源作動式照明器具（１，２）を非常用照明器具に切換えるための方法であって、
− 請求項１に記載の非常灯要素（５）を設けるステップと、
− 少なくとも、既存の電源作動式照明器具の電源コンバータ（１）を電源コンバータ接続部（Ａ１）に接続し、既存の電源作動式照明器具のＬＥＤ構成（２）をＬＥＤ接続部（Ａ２）に接続することによって、既存の電源作動式照明器具に非常灯要素（５）を備え付けるステップとを含む、方法。