JP2015041539A - 非常用照明制御装置及び非常用照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の占有面積が大きくならず、また高調波の規制をも満足する非常用照明装置を提供する。【解決手段】非常用照明制御装置２−１は、交流電源Ｅから供給される交流電圧を直流電圧に整流する整流回路２０ａと、スイッチング素子を有すると共に、整流回路２０ａが整流した直流電圧をスイッチング素子のスイッチング動作によって降圧し、降圧した直流電圧を出力電圧として出力するスイッチング電源である高調波対策機能付き絶縁形フライバック電源２３−１と、高調波対策機能付き絶縁形フライバック電源２３−１の出力電圧に基づいてバッテリ３を充電する充電切替制御回路２４と、交流電源Ｅの停電を検出する停電検出回路２５とを備える。高調波対策機能付き絶縁形フライバック電源２３−１は、平滑用コンデンサを介することなく整流回路２０ａに接続されると共に、高調波電流を抑制するアクティブフィルタを有する。【選択図】図１

Description

この発明は、非常用照明制御装置及び非常用照明装置に関する。

火災や停電のときに人々が避難する為の照明として非常用照明装置（非常用照明器具ともいう）がある。非常用照明装置は、建築基準法で定められる「非常灯」や消防法で定められる「誘導灯」を含む。これらは、非常時に点灯する光源が蛍光ランプのものや、ミニハロゲンランプ等の白熱灯を使用したものである。また、光源としてＬＥＤを使用するものも提案されている。非常用照明装置は、停電時に点灯する光源に２次電池で電力を供給するために、常用時（停電でない時）には、Ｎｉ−ＣｄやＮｉ−ＭＨ等の２次電池を充電している。

図４は、蛍光ランプ７を使用する従来の非常用照明器具２００のブロック図である。図４において、非常用照明器具２００は、電子安定器１と非常用照明制御装置２とを備え、交流電源Ｅから電源を供給される。

電子安定器１は、通常時に蛍光ランプ７を点灯する。電子安定器１は、ラインフィルタ１０、高調波対策回路１１、常用点灯回路１２、整流・突入電流対策回路１３、及び高調波対策回路１１、常用点灯回路１２等を制御する制御回路１４からなる。非常用照明制御装置２は、ラインフィルタ・整流平滑回路２０、非常用点灯回路２２、絶縁形フライバック電源２３、充電切替制御回路２４、停電検出回路２５、フォトカプラ２５ｃ、リレー接点２６、及び停電などの非常時の電源となる蓄電池３を備える。ラインフィルタ・整流平滑回路２０は、整流回路２０ａ、平滑用コンデンサ２０ｂ、ラインフィルタ２０ｃを有する。絶縁形フライバック電源２３は、スイッチング素子とトランスＴを備えている。充電切替制御回路２４はリレーコイル２４ａを有する。停電検出回路２５はダイオード２５ａ、電圧比較回路２５ｂを有する。

図４の回路の動作を説明する。交流電源Ｅが正常に供給されている時、電子安定器１にはラインフィルタ１０、整流・突入電流対策回路１３、高調波対策回路１１を介して、常用点灯回路１２に電源が供給され、常用点灯回路１２が蛍光ランプ７を点灯する。このとき、蛍光ランプ７の接続を切替えるリレー接点２６は、常用点灯に接続されるようになっている。なお図４ではリレー接点２６が非常用側となっている。また、非常用照明制御装置２は、ラインフィルタ２０ｃ、整流回路２０ａ、平滑用コンデンサ２０ｂを含むラインフィルタ・整流平滑回路２０の出力から、絶縁形フライバック電源２３（絶縁形スイッチング電源）が直流電源を生成する。絶縁形フライバック電源２３はスイッチング素子（図示していない）を有しており、整流回路２０ａが整流した直流電圧を平滑用コンデンサ２０ｂで平滑し、この電圧をスイッチング素子のスイッチング動作によって降圧し、降圧した直流電圧を出力電圧として出力する。この直流電源（出力電圧）によって、充電切替制御回路２４（充電回路）が蓄電池３を充電する。

このとき充電切替制御回路２４は、充電切替制御回路２４内に内蔵しているリレーコイル２４ａに電圧を供給し、この電圧によって、蛍光ランプ７に回路を接続するリレー接点２６が、常用点灯回路１２側に接続する。停電検出回路２５の出力によって、充電切替制御回路２４は、リレーコイル２４ａに電圧を供給してリレー接点２６を常用点灯回路１２と蛍光ランプ７との接続にするか、非常用点灯回路２２と蛍光ランプ７との接続にするか、蓄電池３を充電するか、非常用点灯回路２２を動作させるかを制御している。停電検出回路２５は交流電源Ｅの電圧を整流するダイオード２５ａと電圧比較回路２５ｂを含む。停電検出回路２５は交流電源Ｅの電圧を監視している。

交流電源Ｅが停電などで遮断されると停電検出回路２５が電圧（停電）を検出する。充電切替制御回路２４は、フォトカプラ２５ｃを介して停電検出回路２５の検出電圧から停電である事を検知する。充電切替制御回路２４は停電を検知すると、蓄電池３の電力で非常用点灯回路２２を動作させると共に、リレー接点２６を、非常用点灯回路２２の出力と蛍光ランプ７との接続状態にする。蛍光ランプ７は非常用点灯回路２２の出力でリレー接点２６の接点経由で点灯される。交流電源Ｅが停電などで遮断された場合は、電子安定器１の動作は停止状態となる。なお、蛍光ランプの非常用照明装置では、スイッチ４をオフにする事で電子安定器１への給電をせず蛍光ランプ７を消灯させつつ非常用照明制御装置２への給電を継続することで蓄電池３を充電状態に保つ事ができるようになっている。

スイッチ４は、壁スイッチなどを指す。また、スイッチ６は、非常用照明器具２００に内蔵されたスイッチであり、交流電源Ｅを遮断し、停電時の動作を模擬するスイッチである。スイッチ６は非常用照明制御装置２の動作確認を行う時や蓄電池３の劣化確認時に使用する。

ところで、非常用照明器具２００は停電になった場合、交流電源Ｅが遮断されてから０．５秒以内に非常点灯に切替わることが消防庁告示や一般社団法人日本照明工業会が定める技術基準で規制されている。建築基準法では、常用の電源が断たれた場合に非常用に自動的に切り替えられて非常用電源に接続され、かつ、常用の電源が復旧した場合に自動的に常用電源に切り替えられて復帰するものや、常用電源が断たれた場合に直ちに蓄電池により非常用の照明装置を点灯させるとの記載があり、常用の電源即ち交流電源が遮断されてから０．５秒以内に非常用照明装置を点灯させることが必要である。

図４に示すように、非常用照明制御装置２は、絶縁形フライバック電源２３の入力段に、整流回路２０ａ，平滑用コンデンサ２０ｂが配置されている。また、停電検出回路２５には、ダイオード２５ａが配置されている。ここで停電検出回路２５に個別にダイオード２５ａが配置されているのは、以下の理由による。
（１）仮に停電検出回路２５を整流回路２０ａの出力側と平滑用コンデンサ２０ｂとの間（図４のＡ点位置）に接続すればダイオード２５ａは不要である。
（２）しかし停電検出回路２５をＡ点位置に接続すると平滑用コンデンサ２０ｂがある為に、交流電源Ｅが遮断された後に、Ａ点の電圧が低下するのに時間がかかる。このため、電源遮断後に停電検出回路２５が停電と検知して、０．５秒以内に非常点灯に切替えることは困難である。
（３）そこで、停電検出回路２５を平滑用コンデンサ２０ｂの電圧の影響のない整流回路２０ａの入力側に配置し、絶縁形フライバック電源２３用の整流回路２０ａとは別に、停電検出回路２５側にダイオード２５ａを配置して分離している。これによって交流電源Ｅの遮断のタイミングを確実に監視し、定められた時間内（０．５秒以内）に非常点灯に切り替えるようにしている。しかしこの停電検出回路２５の接続方式は、後述のように基板占有面積が大きくなってしまうという課題が有る。

図４の絶縁形フライバック電源２３の入力段に設置されている平滑用コンデンサ２０ｂは動作安定化のために比較的大きな容量を必要とする。このため、非常用照明器具は、コンデンサインプット形となっており、高調波を多く含む力率が悪い回路となっている。現在のＪＩＳ規格において、高調波電流の発生限度値は、ＪＩＳＣ６１０００−３−２：２０１１で定められ、照明器具はクラスＣの規制を受ける。

そのため、常用電子安定器１には高調波対策回路が設けられている。ＪＩＳでは有効入力電力が２５Ｗ以下の放電灯照明機器の場合にはクラスＣの中でも規制が緩和されている。なお、現在のＪＩＳはＬＥＤを光源とする２５Ｗ以下の照明については特別言及されていないが、電力会社の設備の関係で、省エネルギーが重要な中、照明器具内に複数の装置が含まれる場合には、個々に測定値を満足できれば良い事になっていたり、光源が放電灯で無い場合も今後規制が厳しくなる可能性は大きい。

特開２００１−２３００９０号公報

上記のように、絶縁形フライバック電源（絶縁形スイッチング電源）を安定的に動作させ、かつ、停電検出、非常点灯への移行動作を確実に実施する為に停電検出回路２５に個別にダイオード２５ａを設置している。しかし、この部分は整流回路２０ａの１次側の要素を多く含むため、電気用品安全法の基準に従う絶縁距離を広くとらねばならない。このため、非常用照明装置における基板の占有面積が大きくなる。

また、従来では非常用照明制御装置側に高調波対策回路が設けられていないため、高調波の規制が厳しくなった場合に、非常用照明器具として規格を満足できなくなる懸念があった。

本発明は、基板の占有面積が大きくならず、また高調波の規制をも満足する非常用照明装置を提供することを目的とする。

この発明の非常用照明制御装置は、
交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に整流する整流回路と、
スイッチング素子を有すると共に、前記整流回路が整流した直流電圧を前記スイッチング素子のスイッチング動作によって降圧し、降圧した直流電圧を出力電圧として出力するスイッチング電源と、
前記スイッチング電源の前記出力電圧に基づいてバッテリを充電する充電回路と、
前記交流電源の停電を検出する停電検出回路と
を備えた非常用照明制御装置において、
前記スイッチング電源は、
平滑用コンデンサを介することなく前記整流回路に接続されると共に、絶縁形フライバック式であって、高調波電流を抑制するアクティブフィルタを有することを特徴とする。

この発明によれば、スイッチング電源の入力段の平滑用コンデンサを無くすことで、個別に停電検出回路にダイオードを設置することなく、交流電源遮断時の停電検出を行うことができる。このため、ダイオードの削除により基板の占有面積を削減でき、回路を小型にすることができる。また、高調波電流の規制を満足させることができる。

実施の形態１の非常用照明器具１０１の回路ブロック図。 実施の形態２の非常用照明器具１０２の回路ブロック図。 実施の形態３の非常用照明器具１０３の回路ブロック図。 従来の非常用照明器具２００の回路ブロック図。

実施の形態１．
図１を参照して実施の形態１の非常用照明器具１０１を説明する。図１は、実施の形態１の非常用照明器具１０１（非常用照明装置）の回路ブロック図である。図中、図４の従来の非常用照明器具２００の回路ブロック図と同じ機能、部分には同じ記号を付している。非常用照明器具１０１は非常用照明器具２００と非常用照明制御装置２−１の構成が異なる。

非常用照明器具１０１と非常用照明器具２００との相違は以下の点である。
（１）非常用照明器具２００の非常用照明制御装置２では絶縁形フライバック電源２３であるが、実施の形態１の非常用照明制御装置２−１では、絶縁形フライバック電源２３に対して高調波対策機能を付加した高調波対策機能付き絶縁形フライバック電源２３−１（スイッチング電源）である。高調波対策機能付き絶縁形フライバック電源２３−１は、高調波対策機能として、例えば、高調波電流を抑制するアクティブフィルタを有する。高調波対策機能付き絶縁形フライバック電源２３−１はトランスＴと、スイッチング素子（図示していない）を有する。なお高調波対策機能付き絶縁形フライバック電源２３−１は絶縁形フライバック電源２３と同様に、整流回路２０ａが整流した直流電圧をスイッチング素子のスイッチング動作によって降圧し、降圧した直流電圧を出力電圧として出力する。後述する高調波対策機能付き絶縁形フライバック電源２３−２、２３−３も同様である。（２）図４の絶縁形フライバック電源２３の入力段には平滑用コンデンサ２０ｂが配置されているが、高調波対策機能付き絶縁形フライバック電源２３−１の入力段には平滑用コンデンサ２０ｂが存在しない。図１に示すように高調波対策機能付き絶縁形フライバック電源２３−１は、平滑用コンデンサ２０ｂを介することなく整流回路２０ａに接続される。
（３）非常用照明器具２００では停電検出回路２５が整流回路２０ａの入力端に接続しているが、非常用照明制御装置２−１では、停電検出回路２５が整流回路２０ａの出力側に接続している。図１に示すように停電検出回路２５は、整流回路２０ａと高調波対策機能付き絶縁形フライバック電源２３−１との間に接続する。

高調波対策機能付き絶縁形フライバック電源２３−１は、近年盛んに開発されているＬＥＤ点灯装置で使用される制御用ＩＣを用いたものでよい。高調波対策機能付き絶縁形フライバック電源２３−１は、高調波電流を抑制する高調波抑制機能（アクティブフィルタ）を有するが、これは実施の形態２，３で述べる高調波対策機能付き絶縁形フライバック電源２３−２、２３−３も同様である。以下では高調波対策機能付き絶縁形フライバック電源をＡ／Ｆ機能付きフライバック電源と記載する。

非常用照明器具１０１の動作を説明する。
（１）交流電源Ｅが正常に供給されている時、Ａ／Ｆ機能付きフライバック電源２３−１には、ラインフィルタ２０ｃ、整流回路２０ａを介して電源が供給される。Ａ／Ｆ機能付きフライバック電源２３−１は、２次側に接続されているリレーコイル２４ａを含む充電切替制御回路２４（充電回路）に直流電源を供給し、この直流電源に基づいて、充電切替制御回路２４は蓄電池３を充電している。
（２）この時、リレーコイル２４ａのリレー接点２６は、常用点灯回路１２と蛍光ランプ７とを接続するように動作している。
（３）停電検出回路２５は、Ａ／Ｆ機能付きフライバック電源２３−１の入力と同じ整流回路２０ａの出力を取得し、電圧比較回路２５ｂからフォトカプラ２５ｃを介して、「停電ではない旨の信号」を充電切替制御回路２４に入力している。よって図４で存在したダイオード２５ａは不要となっている。

（４）交流電源Ｅが遮断されると整流回路２０ａの出力Ａ点は平滑用コンデンサ２０ｂ（図４）がないため直ちに電圧がなくなり、停電検出回路２５が停電である事を即座に検知し、フォトカプラ２５ｃを介して「停電となった旨の信号」を充電切替制御回路２４に入力する。「停電となった旨の信号」を入力すると、充電切替制御回路２４は切替動作を行い、蓄電池３の電力で非常用点灯回路２２を動作させると共に、リレー接点２６を、非常用点灯回路２２の出力と蛍光ランプ７とを接続するように接続し、蛍光ランプ７は非常点灯する。

以上に説明した実施の形態１の非常用照明制御装置２−１は、以下の効果を有する。
（１）Ａ／Ｆ機能付きフライバック電源２３−１は、高調波電流を抑制するアクティブフィルタを有するので、高調波の抑制された非常用照明制御装置を提供できる。
（２）Ａ／Ｆ機能付きフライバック電源２３−１の入力段から平滑用コンデンサ２０ｂをなくし、Ａ／Ｆ機能付きフライバック電源２３−１の入力段（整流回路２０ａの出力側）に停電検出回路２５を接続した。このため、停電検出回路２５が即座に停電を検出できると共に、整流回路２０ａの１次側の要素が停電検出回路２５に入り込むことがないので絶縁距離を広く取る必要がなくなり回路面積の大型化を抑止し、器具を小型化できる。
（３）また停電検出回路２５にダイオード２５ａ（図４）が不要となり、部品削減の効果がある。

実施の形態２．
図２を参照して実施の形態２の非常用照明器具１０２を説明する。図２は、実施の形態２の非常用照明器具１０２（非常用照明装置）の回路ブロック図である。図中、図１の実施の形態１の非常用照明器具１０１の回路ブロック図と同じ機能、部分には同じ記号を付している。

非常用照明器具１０２と非常用照明器具１０１との相違は、非常用照明制御装置２−２と非常用照明制御装置２−１との構成の相違にある。具体的には以下の点である。
（１）実施の形態２の非常用照明制御装置２−２では、停電検出回路２５は絶縁形フライバック電源２３−２（スイッチング電源）のトランスＴの２次側に接続している。
（２）非常用照明制御装置２−２では、ダイオード２５ａを備えている。

（３）絶縁形フライバック電源２３−２の有するトランスＴは、巻線Ｎ１に対して二次側に巻線Ｎ２、Ｎ３を有している。

図２は、Ａ／Ｆ機能付き絶縁形フライバック電源２３−２の２次側の詳細を示している。非常用照明制御装置２−２は、Ａ／Ｆ機能付きフライバック電源２３−２の２次側の出力を整流するダイオード４１と、ダイオード４１の出力を平滑し、充電切替制御回路２４やリレーコイル２４ａに安定した直流電圧を供給する為の平滑用コンデンサ４２を備える。また停電検出回路２５の入力にダイオード２５ａがある。

実施の形態２では、停電検出回路２５をＡ／Ｆ機能付きフライバック電源２３−２の２次側の出力に配置している。Ａ／Ｆ機能付きフライバック電源２３−２は、その入力側に容量の大きな平滑用コンデンサ（図４の平滑用コンデンサ２０ｂ）を搭載していないから、交流電源Ｅが遮断すると速やかに動作を停止し、出力Ａ点には出力が無くなる。また出力Ａ点は平滑用コンデンサ４２の影響を受けないから停電検出回路２５は速やかに停電を検知できる。

非常用照明制御装置２−２では、メインの充電切替制御回路２４への巻線Ｎ２をタップとする巻線Ｎ３を付加し、停電検出回路２５を巻線Ｎ３に接続する。図２に示すように、充電切替制御回路２４は巻線Ｎ２に接続し、停電検出回路２５が巻線Ｎ３に接続する。図２に示す構成であれば、Ｎ２巻線の２次側の平滑用コンデンサ４２の電荷が抜けきらなくても、停電検出回路２５は停電（１次側の動作の停止）を検出し、充電切替制御回路２４に停電である旨の信号を送ることができる。この構成であれば、整流回路２０ａの１次側の要素が停電検出回路２５に入り込むことがないので実施の形態１同様、回路面積の大型化を抑止できる。また、Ａ／Ｆ機能付きフライバック電源２３−２の２次側で検出すれば、フォトカプラは不要となる。このため、基板の占有面積はトランスＴの１次側にダイオードを搭載していた時とは比較にならないくらいに狭くてすむ。また、停電の検出電圧自体も小さいので、信号を適切な電圧に降圧する際にも、部品の定格電圧・電力は小さくできるというメリットがある。

実施の形態２では、Ｎ２巻線の巻上げでＮ２をタップとしているが、Ｎ３をＮ２巻線のタップとして設けても同様の効果が得られることは言うまでもない。

実施の形態３．
図３を参照して実施の形態３の非常用照明器具１０３を説明する。図３は、本実施の形態３の非常用照明器具１０３（非常用照明装置）を示す回路ブロック図である。図中、図２の実施の形態２の非常用照明器具１０２の回路ブロック図と同じ機能、部分には同じ記号を付している。

非常用照明器具１０３と非常用照明器具１０２との相違は、非常用照明制御装置２−３と、非常用照明制御装置２−２との構成の相違にある。具体的には以下の点である。
（１）非常用照明制御装置２−３の絶縁形フライバック電源２３−３（スイッチング電源）の有するトランスＴの巻線構成は、絶縁形フライバック電源２３−２の有するトランスＴの巻線構成と異なる。
（２）非常用照明制御装置２−３では、非常用照明制御装置２−２のダイオード２５ａの代わりに、ダイオード５１を有する。

図３では、Ａ／Ｆ機能付き絶縁形フライバック電源２３−３を示す枠内に、トランスＴの構造の詳細を示している。フライバック電源では、出力電圧を一定にするために、１次側の巻線Ｎ１と２次側の巻線Ｎ２は逆方向に巻かれているが、１次側と同じ方向に３次巻線Ｎ３を巻く事で、入力電圧の電源電圧のＮ１：Ｎ３の巻数比の出力をＮ３出力に取り出すことができる。この原理を用いると、入力電圧が何Ｖかを検出することができる。Ｎ３巻線の出力にダイオード５１を付加し、ダイオード５１を介して停電検出回路２５に入力する。

前述の消防庁告示や一般社団法人日本照明工業会が定める技術基準では、電源遮断後に０．５秒以内に非常点灯に切替わることが定められている。これ以外に、「電圧を降下させた場合において、電圧が定格電圧の八十五パーセントの電圧以上であるときにあっては非常点灯に切り替わらず、四十パーセントの電圧以上八十五パーセントの電圧未満であるときにあっては非常点灯に切り替わること。」及び「非常点灯に切替わる電源電圧」とが規制されている。

実施の形態３では、Ｎ３巻線をＮ１巻線と同方向に巻く事で１次巻線Ｎ１にかかる入力電圧をそのまま取り出すことができる。このため実施の形態２の効果に対して、さらに、非常点灯に切り替える切替電圧について正確に検出することができるという効果がある。よって、非常用照明器具１０３の切替電圧の信頼性を高めることができる。

以上の実施の形態１〜３では、非常用照明器具の光源に蛍光ランプ７を使用した場合について記述している。しかし、実施の形態１〜３で説明した内容は、光源に蛍光ランプを使用した場合に限ったものではなく、常用時の光源にＬＥＤ、非常時の光源に蛍光ランプを使用する非常用照明器具でも良いし、常用時も非常時もＬＥＤを光源とする非常用照明装置であっても良い。またリレーの接点が不要な場合であっても、蓄電池を充電する機能を持ち、絶縁形のフライバック電源を使用する非常用照明器具全般に適用できるものである。

Ｅ 交流電源、１ 電子安定器、２，２−１，２−２，２−３ 非常用照明制御装置、３ 蓄電池、４ スイッチ、７ 蛍光ランプ、１０ ラインフィルタ、１１ 高調波対策回路、１２ 常用点灯回路、１３ 整流・突入電流対策回路、１４ 制御回路、２０ ラインフィルタ・整流平滑回路、２０ａ 整流回路、２０ｂ 平滑用コンデンサ、２２ 非常用点灯回路、２３ 絶縁形フライバック電源、２３−１，２３−２，２３−３ 高調波対策機能付き絶縁形フライバック電源、２４ 充電切替制御回路、２４ａ リレーコイル、２５ 停電検出回路、２５ａ ダイオード、２５ｂ 電圧比較回路、２５ｃ フォトカプラ、２６ リレー接点、１０１，１０２，１０３，２００ 非常用照明器具。

Claims (4)

1. 交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に整流する整流回路と、
   スイッチング素子を有すると共に、前記整流回路が整流した直流電圧を前記スイッチング素子のスイッチング動作によって降圧し、降圧した直流電圧を出力電圧として出力するスイッチング電源と、
   前記スイッチング電源の前記出力電圧に基づいてバッテリを充電する充電回路と、
   前記交流電源の停電を検出する停電検出回路と
   を備えた非常用照明制御装置において、
   前記スイッチング電源は、
   平滑用コンデンサを介することなく前記整流回路に接続されると共に、絶縁形フライバック式であって、高調波電流を抑制する高調波対策機能を有することを特徴とする非常用照明制御装置。
2. 前記スイッチング電源は、
   トランスを有し、
   前記停電検出回路は、
   前記整流回路と前記スイッチング電源との間と、前記スイッチング電源の前記トランスの２次側とのいずれかに接続することで、前記交流電源の停電を検出することを特徴とする請求項１記載の非常用照明制御装置。
3. 前記スイッチング電源は、
   トランスを有し、
   前記スイッチング電源の前記トランスは、
   １次巻線と同方向に巻いた３次巻線を有し、
   前記停電検出回路は、
   前記３次巻線の出力で前記交流電源の停電を検出することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の非常用照明制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の非常用照明制御装置を備えた非常用照明装置。

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