JP2015065038A

JP2015065038A - 標識灯

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Publication number: JP2015065038A
Application number: JP2013198346A
Authority: JP
Inventors: 新野　真吾; Shingo Shinno; 真吾新野; 俊也鈴木; Toshiya Suzuki
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2015-04-09
Anticipated expiration: 2033-09-25
Also published as: JP6176482B2

Abstract

【課題】交流定電流電源の設定電流値の切り替え時にちらつきが生じない標識灯を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、標識灯は、複数の設定電流値を切り替えて電流を出力可能な交流定電流電源に対してトランスを介して結合される。前記標識灯は、前記交流定電流電源から電力を受けて点灯する光源と、前記交流定電流電源の出力電流の前記設定電流値に応じた明るさで前記光源が点灯するように前記光源を調光制御する制御装置と、を備えている。前記制御装置は、前記設定電流値が切り替わると、前記光源に対する調光比を連続的に変動させる。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、標識灯に関する。

例えば、空港の滑走路などに設置される航空標識灯では、電球に対して使っていた定電流給電のシステムを用いて、光源として電球からＬＥＤへの切り替えが進んでいる。

ＬＥＤを使った場合においても電球と同様に、周囲の明るさに応じて調光制御されている。具体的には、電源の定電流出力が、周囲の明るさに応じて段階的に変化し、その定電流値の切り替えが検出され、検出電流値に見合った明るさでＬＥＤが点灯するように、ＬＥＤは調光制御される。

このようなシステムにおいて、調光比を変化させるときに標識灯側のインピーダンスが大きく変化する場合があり、そのインピーダンス変化に応答して定電流電源の出力電流値が変動し、さらにこの出力電流値の変動に応じて調光比が変動し、ＬＥＤの点灯がちらつく現象が起こりうる。

特開２０１０−２５７７１８号公報

実施形態によれば、交流定電流電源の設定電流値の切り替え時にちらつきが生じない標識灯を提供する。

実施形態によれば、標識灯は、複数の設定電流値を切り替えて電流を出力可能な交流定電流電源に対してトランスを介して結合される。前記標識灯は、前記交流定電流電源から電力を受けて点灯する光源と、前記交流定電流電源の出力電流の前記設定電流値に応じた明るさで前記光源が点灯するように前記光源を調光制御する制御装置と、を備えている。前記制御装置は、前記設定電流値が切り替わると、前記光源に対する調光比を連続的に変動させる。

実施形態によれば、交流定電流電源の設定電流値の切り替え時にちらつきが生じない標識灯が提供される。

実施形態の標識灯システムの模式図。実施形態の標識灯の回路ブロック図。（ａ）は実施形態の標識灯の調光制御例を示すチャートであり、（ｂ）は比較例の標識灯の調光制御チャート。実施形態の標識灯の他の調光制御例を示すチャート。

以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。

図１は、実施形態の標識灯システム１０の模式図である。

実施形態の標識灯システム１０は、交流定電流電源（ＣＣＲ：Current Control Regulator）１２に対してトランス１３を介して複数の標識灯１１が直列接続された構成を有する。

実施形態の標識灯システム１０は、例えば空港の滑走路などに設置される。トランス１３はゴムモールドされた絶縁トランスであり、防水が施されている。

図２は、標識灯１１の回路ブロック図である。

標識灯１１は、光源として、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子４１を有する。また、光源としては、ＬＥＤのほかにも、例えば、有機発光ダイオード（Organic Light Emitting Diode：ＯＬＥＤ）、無機エレクトロルミネッセンス（Inorganic ElectroLuminescence）発光素子、有機エレクトロルミネッセンス（Organic ElectroLuminescence）発光素子、あるいはその他の電界発光型の発光素子などを用いることもできる。

標識灯１１は、３つのトランス２１、２８、２９を有する。標識灯１１の３つのトランス２１、２８、２９のそれぞれの１次側は、交流定電流電源１２に結合されたトランス１３の２次側に接続されている。

トランス２１の２次側には、電源ライン３７が接続されている。電源ライン３７には、リレー２２、整流回路２３、負荷調整回路２４、平滑コンデンサ２５、点灯制御回路２７が接続されている。点灯制御回路２７には、例えば複数のＬＥＤ素子４１が接続されている。

また、負荷調整回路２４と点灯制御回路２７との間の電源ライン３７には、電源ライン３７の電圧を検出する電圧検出回路２６が接続されている。

また、標識灯１１は、制御装置３５として例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を有する。トランス２８の２次側には、制御装置３５の動作電源として使われる２つの電源３２、３３が接続されている。例えば、電源３２は１２Ｖの電圧を出力し、電源３３は５Ｖの電圧を出力する。

トランス２９の２次側には、電流検出回路３１が接続されている。電流検出回路３１は、交流定電流電源１２の出力電流、すなわち標識灯１１への入力電流を検出する。

制御装置３５は、電流検出回路３１によって検出された電流値に応じたＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号を点灯制御回路２７に出力する。点灯制御回路２７は、制御装置３５から受けたＰＷＭ制御信号に応じて、電源ライン３７からＬＥＤ素子４１に供給される電力をＰＷＭ制御する。

負荷調整回路２４は例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）などのスイッチング素子であり、電源ライン３７を基準電位ライン３８にショートさせて、ＬＥＤ素子４１に不要な電流が供給されないようにできる。制御装置３５は、電圧検出回路２６の検出値や電流検出回路３１の検出値に応じて負荷調整回路２４のオンオフを制御して、電源ライン３７の電圧、すなわちＬＥＤ素子４１に供給される電圧が所望の定電圧になるように制御する。

ＬＥＤ素子４１には、点灯監視回路３６が接続されている。点灯監視回路３６は、ＬＥＤ素子４１の両端電圧や、ＬＥＤ素子４１に流れる電流を検出する。点灯監視回路３６によって、ＬＥＤ素子４１が正常に点灯しているか否かを検出できる。ＬＥＤ素子４１が正常に点灯していない異常が検出されると、制御装置３５は、ノーマリークローズのリレー２２をオープンにする。これにより、ＬＥＤ素子４１への電力供給が遮断される。

例えば空港に使われる航空標識灯は、周囲の明るさが変化しても標識の見え方を良好に維持するため、周囲の明るさに応じて交流定電流電源１２の出力電流を切り替えることで、標識灯の明るさを制御（調光）している。周囲が明るいときは調光比を高くして、周囲が明るくても標識の点灯を視認しやすくしている。標識の点灯の視認が容易なくもりや夜などは、晴れや明るいときに比べて調光比を落としている。

交流定電流電源１２は、複数の設定電流値を切り替えることができ、周囲の明るさに応じて選択された設定電流値の電流を標識灯１１に出力する。交流定電流電源１２には出力電流の切り替えタップが配設され、複数段階（例えば５段階）の設定電流値を切り替えることができる。

そして、制御装置３５は、選択された設定電流値に応じて、調光比を１００％、２５％、５％、１％、０．２％の５段階の中から選択する。ここでの調光比は、最も明るく点灯するときを１００％とした場合の相対比である。

例えば、交流定電流電源１２の設定電流値が６．６Ａのとき、制御装置３５は電流検出回路３１の検出値を受けて、ＬＥＤ素子４１の調光比が１００％となるように制御する。また、交流定電流電源１２の設定電流値が５．２Ａのとき、制御装置３５は電流検出回路３１の検出値を受けて、ＬＥＤ素子４１の調光比が２５％となるように制御する。また、交流定電流電源１２の設定電流値が４．１Ａのとき、制御装置３５は電流検出回路３１の検出値を受けて、ＬＥＤ素子４１の調光比が５％となるように制御する。また、交流定電流電源１２の設定電流値が３．４Ａのとき、制御装置３５は電流検出回路３１の検出値を受けて、ＬＥＤ素子４１の調光比が１％となるように制御する。また、交流定電流電源１２の設定電流値が２．８Ａのとき、制御装置３５は電流検出回路３１の検出値を受けて、ＬＥＤ素子４１の調光比が０．２％となるように制御する。

実施形態によれば、交流定電流電源１２は、光源として電球が使われていたときのものをそのまま使うことができる。すなわち、トランス１３の２次側に接続される標識灯を、ＬＥＤ素子４１を光源として搭載した標識灯１１に交換するだけでよい。そして、５段階の設定電流値およびそれに対応した調光比も、電球を使っていたときと同じ条件が流用される。これにより、交流定電流電源１２は既存のものをそのまま使うことができ、低コストでＬＥＤ方式の標識灯の導入が可能になる。

ＬＥＤは電球よりも低い電流値で点灯させることができるため、例えば調光比１００％を選択するとき、６．６Ａより低い電流値でよい。そこで、実施形態によれば、負荷調整回路２４が電源ライン３７と基準電位ライン３８とをショートさせることで、必要以上の電流がＬＥＤ素子４１に供給されないようにしている。

すなわち、負荷調整回路２４は、ＬＥＤ素子４１に供給される電圧は一定に保ちつつ、不要な電流はショートする動作をしている。調光比を変えるために交流定電流電源１２の出力電流値（設定電流値）が切り替わると、負荷調整回路２４も、選択された設定電流値に応じた動作に切り替わる。すなわち、交流定電流電源１２のタップ切り替え時、負荷調整回路２４の動作は非定常となる。このとき、標識灯１１の入力インピーダンス変化が大きくなる。

すなわち、交流定電流電源１２のタップ切り替え時の急激な標識灯１１への入力電流変動に伴い、標識灯１１はインピーダンスが変動する。交流定電流電源１２は負荷となる標識灯１１のインピーダンス変化に応答し、一時的に出力電流値が変動する。そして、標識灯１１は入力電流の変動に応じて、調光比を変動させてしまうため、ＬＥＤ素子４１の点灯がちらつく現象が生じてしまう。

ここで、図３（ｂ）は、比較例の調光制御例を示す図である。
図３（ｂ）において横軸は標識灯１１への入力電流（Ａ）を、縦軸は調光比（％）を表す。

比較例によれば、標識灯１１への入力電流に対応する交流定電流電源１２の設定電流値の切り替えが検知されると、調光比をステップ的に瞬時に高くまたは低く変動させる。

また、比較例によれば、実線で示すように、調光比を高くする方向に切り替えるときには、設定電流値の切り替わりを検出してから、その設定電流値に見合った動作に負荷調整回路２４の動作を切り替えるまでの時間を、調光比を低くする方向に切り替えるとき（破線）よりも短くして、調光比を早く高く調光比に切り替える。

高い調光比に切り替えるということは、ＬＥＤ素子４１に流れる電流を大きくし、負荷調整回路２４でのショート動作が低減することになる。したがって、調光比を高くする方向に切り替えるときには、その高い調光比に見合った動作（上記ショート動作が低減する動作）へと負荷調整回路２４を早く切り替えることで、標識灯１１の急激なインピーダンス変化を防ぐことができる。これにより、ちらつきの抑制が可能となる。

逆に、破線で示すように、調光比を低くする方向に切り替えるときには、設定電流値の切り替わりを検出してから、その設定電流値に見合った動作に負荷調整回路２４の動作を切り替えるまでの時間を、調光比を高くする方向に切り替えるとき（実線）よりも遅くする。

低い調光比に切り替えるということは、ＬＥＤ素子４１に流れる電流を小さくし、負荷調整回路２４でのショート動作が増えることになる。したがって、調光比を低くする方向に切り替えるときには、負荷調整回路２４の切り替え動作を遅らせて、ショート動作を抑制して、標識灯１１の急激なインピーダンス変化を防ぐことができる。

しかしながら、例えば交流定電流電源１２の出力電流値を３〜５Ａ範囲内で５段階切り替えるなど、タップ間の電流値の差が狭くなると、調光比を高くする方向に切り替えるときと、低くする方向に切り替えるときで、調光比の切り替え時間に効果的な差を設定することが困難になる。

これに対して、実施形態によれば、図３（ａ）に示すように、交流定電流電源１２の設定電流値が切り替わると、調光比を連続的に変動させる。

図３（ａ）は、実施形態の調光制御例を示す図である。
図３（ａ）において横軸は標識灯１１への入力電流（Ａ）を、縦軸は調光比（％）を表す。

すなわち、実施形態によれば、例えば５段階の調光比のレベル（１００％、２５％、５％、１％、０．２％）間の変動軌跡が、曲線、直線、または曲線と直線の組み合わせで表され、急激に調光比が変化しないようにしている。

これにより、調光比を切り替えるときにおいて、ＬＥＤ素子４１に供給される電流の変化や、負荷調整回路２４のショート動作の急激な変化が抑制され、標識灯１１の急激なインピーダンス変化を防ぐことができる。したがって、インピーダンス変化に応答する交流定電流電源１２の出力電流値変動が抑制され、さらに出力電流値に応じた調光比変動が抑制され、ＬＥＤ素子４１の点灯のちらつきが抑制される。

さらに、実施形態によれば、交流定電流電源１２の設定電流値の増加を検出してから負荷調整回路２４の動作を切り替えるまでの時間を、設定電流値の減少を検出してから負荷制御回路２４の動作を切り替えるまでの時間よりも短くしている。

すなわち、調光比を高くする方向に切り替えるときには、設定電流値の切り替わりを検出してから、その設定電流値に見合った負荷調整回路２４の動作を開始するまでの時間を、調光比を低くする方向に切り替えるときよりも短くしている。

すなわち、切り替わった高い調光比に応じた大きな電流がＬＥＤ素子４１に早く流れ始めるようにしている。したがって、調光比を高くする方向に切り替えるときは、負荷調整回路２４のショート動作が抑制される状態に早く切り替えることができ、標識灯１１の急激なインピーダンス変化を防ぐことができる。これにより、ちらつきの抑制が可能となる。

逆に、調光比を低くする方向に切り替えるときには、設定電流値の切り替わりを検出してから、その設定電流値に見合った動作に負荷調整回路２４の動作を切り替えるまでの時間を、調光比を高くする方向に切り替えるときよりも遅くする。

低い調光比に切り替えるということは、ＬＥＤ素子４１に流れる電流を小さくし、負荷調整回路２４でのショート動作が増えることになる。したがって、調光比を低くする方向に切り替えるときには、負荷調整回路２４の切り替え動作を遅らせて、ショート動作を抑制して、標識灯１１の急激なインピーダンス変化を防ぐことができる。これにより、調光比を下げるときも、ちらつきの抑制が可能となる。

次に、図４は、実施形態の標識灯１１の他の調光制御例を示すチャートである。
図４において横軸は標識灯１１への入力電流を、縦軸は調光比を表す。

図４の調光制御例によれば、調光比を各レベル間で直線的に変動させている。この調光制御例においても、ＬＥＤ素子４１に供給される電流の変化や、負荷調整回路２４のショート動作の急激な変化が抑制され、標識灯１１の急激なインピーダンス変化を防ぐことができる。したがって、インピーダンス変化に応答する交流定電流電源１２の出力電流値変動が抑制され、さらに出力電流値に応じた調光比変動が抑制され、ＬＥＤ素子４１の点灯のちらつきが抑制される。

また、調光比が１段階変化する区間において、調光比が一定の領域ａに対する、調光比が直線的に変動している領域ｂの割合は、５０％以下である。したがって、一定の明るさで点灯する電流範囲を広くでき、明るさに安定感が出る。

また、前述した実施形態によれば、調光比を連続的に変化させることで、負荷である標識灯１１の急激なインピーダンス変化が抑制され、交流定電流電源１２の出力安定性が向上する。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…標識灯システム、１１…標識灯、１２…交流定電流電源、１３…トランス、３５…制御装置、４１…ＬＥＤ素子

Claims

複数の設定電流値を切り替えて電流を出力可能な交流定電流電源に対してトランスを介して結合される標識灯であって、
前記交流定電流電源から電力を受けて点灯する光源と、
前記交流定電流電源の出力電流の前記設定電流値に応じた明るさで前記光源が点灯するように前記光源を調光制御する制御装置であって、前記設定電流値が切り替わると、前記光源に対する調光比を連続的に変動させる制御装置と、
を備えた標識灯。
前記光源に対する電力供給をオンオフする負荷調整回路をさらに備え、
前記設定電流値の増加を検出してから前記負荷調整回路の動作を切り替えるまでの時間を、前記設定電流値の減少を検出してから前記負荷制御回路の動作を切り替えるまでの時間よりも短くした請求項１記載の標識灯。
前記設定電流値が切り替わると、前記調光比は直線的に変動する請求項１記載の標識灯。
前記調光比が１段階変化する区間において、前記調光比が一定の領域に対する、前記調光比が直線的に変動している領域の割合は、５０％以下である請求項３記載の標識灯。