JP2015216010A

JP2015216010A - 非常用点灯装置

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Publication number: JP2015216010A
Application number: JP2014097870A
Authority: JP
Inventors: 俊雄辻; Toshio Tsuji
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2014-05-09
Filing date: 2014-05-09
Publication date: 2015-12-03
Also published as: CN105101525A

Abstract

【課題】光束が異なる様々な発光素子に対して、バックアップ電源の容量を必要以上に大きくすることなく、非常点灯時に要求される光出力を確保できる非常用点灯装置を提供する。【解決手段】非常用点灯装置11は、光束が異なる発光素子15または印加電圧が異なる発光素子15を選択的に着脱可能である。非常用点灯装置11は、電源ユニット13と、バッテリＢと、非常時点灯回路26とを備える。電源ユニット13は、外部電源ｅの非停電時に外部電源ｅによって発光素子15を点灯させる。非常時点灯回路26は、外部電源ｅの停電時にバッテリＢによって発光素子15を点灯させるとともに、バッテリＢからの電流を装着された発光素子15の光束が大きいまたは発光素子15の印加電圧が大きいほど小さい電流に変換して発光素子15に出力する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、外部電源によって発光素子を点灯させる常時点灯回路と、バックアップ電源によって発光素子を点灯させる非常時点灯回路とを備えた非常用点灯装置に関する。

従来、商用電源(商用交流電源)などの外部電源によって光源を点灯させる定電流回路である常時点灯回路と、外部電源の停電時にバッテリなどのバックアップ電源によって光源を点灯させる非常時点灯回路とを備えた非常用点灯装置がある。

このような非常用点灯装置は、外部電源の停電を検出したときには、光源の接続を常時点灯回路から非常時点灯回路へと切り換えることにより、外部電源の停電などの非常時の光源の点灯を可能としている。

近年、このような非常用点灯装置に用いられる光源として、通常点灯時の使い勝手を想定して、光束が異なる様々な種類のものを選択できるようになっている。

しかしながら、停電などの非常点灯時には、所定の光束の出力を所定時間以上維持することが求められるものの、非常時点灯回路が定電流を出力する場合、光束が大きい光源ほど避難誘導などに対して必要以上の光出力が生じるにも拘らず消費電力が大きくなり、バックアップ電源の容量が必要になる一方で、光束が小さい光源ほど避難誘導などに対して必要な光出力が取り出せない場合がある。

特開２０１３−２２９２３３号公報

本発明が解決しようとする課題は、光束が異なる様々な発光素子に対して、バックアップ電源の容量を必要以上に大きくすることなく、非常点灯時に要求される光出力を確保できる非常用点灯装置を提供することである。

実施形態の非常用点灯装置は、光束が異なる発光素子または印加電圧が異なる発光素子を選択的に着脱可能である。この非常用点灯装置は、常時点灯回路と、バックアップ電源と、非常時点灯回路とを備える。常時点灯回路は、外部電源の非停電時にこの外部電源によって発光素子を点灯させる。非常時点灯回路は、外部電源の停電時にバックアップ電源によって発光素子を点灯させるとともに、バックアップ電源からの電流を装着された発光素子の光束が大きいまたは発光素子の印加電圧が大きいほど小さい電流に変換して発光素子に出力する。

本発明によれば、非常時点灯回路が、外部電源の停電時にバックアップ電源からの電流を装着された発光素子の光束が大きいほど小さい電流に変換して出力するので、光束が異なる様々な光源モジュールに対して、バックアップ電源の容量を必要以上に大きくすることなく、非常点灯時に要求される光出力を確保することが期待できる。

一実施形態の非常用点灯装置を示すブロック図である。同上非常用点灯装置の非常時点灯回路を示す回路図である。同上非常時点灯回路の出力電流と発光素子の電圧との関係を示すグラフである。

以下、一実施形態の構成を図１ないし図３を参照して説明する。

図１において、11は非常用点灯装置であり、この非常用点灯装置11は、誘導灯、あるいは非常灯などの非常用器具に用いられるものである。

そして、この非常用点灯装置11には、光源モジュール12が着脱可能であり、常時点灯回路としての電源ユニット13と、バックアップ電源であるバッテリＢと、非常用回路としての非常灯ユニット14とが備えられている。

光源モジュール12は、発光素子15を備えている。この発光素子15は、例えばＬＥＤ光源であり、複数の素子本体であるＬＥＤ15aを直列に接続して構成されている。また、この発光素子15は、ソケット17を介して非常用器具(電源ユニット13および非常灯ユニット14)に対して着脱可能となっている。そして、本実施形態の非常用点灯装置11では、発光素子15の光束、すなわちＬＥＤ15aの数、換言すればＬＥＤ15aの順方向電圧(降下電圧(Ｖf))が異なる複数種類の光源モジュール12を選択的に着脱可能となっている。具体的には、発光素子15の光束(降下電圧)が、例えば２０００ｌｍ(７０Ｖ)、２６００ｌｍ(１００Ｖ)、３５００ｌｍ(１３０Ｖ)、４０００ｌｍ(１５５Ｖ)、５２００ｌｍ(２００Ｖ)、７０００ｌｍ(２２０Ｖ)などの、予め設定された複数種類の光束(降下電圧)を有する光源モジュール12を選択的に用いることが可能となっている。すなわち、発光素子15(ＬＥＤ15a)の場合、光束が大きいほど降下電圧が大きい。

また、バッテリＢは、複数の直流電源を直列に接続した充電可能なバッテリパックであり、外部電源ｅの停電時に、発光素子15(ＬＥＤ15a)を所定の光束で所定の時間以上点灯状態を維持できる容量を有している。

また、電源ユニット13は、外部電源ｅの非停電時にこの外部電源ｅを電源として発光素子15(ＬＥＤ15a)を点灯させるものである。この電源ユニット13は、図示しないスイッチング素子などを備え、このスイッチング素子を図示しない制御手段としてのマイコンなどを備えた点灯制御回路によりスイッチング制御することにより、外部電源ｅからの電流を変換して発光素子15(ＬＥＤ15a)に定電流を出力する定電流回路(ＬＥＤドライバ)である。この電源ユニット13の出力電流は、選択的に装着される複数種類の光源モジュール12(発光素子15)のうち、最も光束が小さいものにおいて所定の(充分な)光出力を得られるように設定されている。さらに、この電源ユニット13は、外部電源ｅに対して電源スイッチSW1を介して電気的に接続されている。なお、この電源ユニット13には、出力側への光源モジュール12(発光素子15)の接続の有無(光源モジュール12(発光素子15)の着脱)を検出する接続検出回路(着脱検出回路)を備えていてもよい。

電源スイッチSW1は、例えば壁面などに設置されており、手動によって動作し、発光素子15(ＬＥＤ15a)の点灯、消灯を切り換える。

また、非常灯ユニット14は、外部電源ｅ側からのノイズを除去するフィルタ回路である雑音防止回路21が外部電源ｅに対して電気的に接続されている。この雑音防止回路21は、外部電源ｅを(全波)整流するダイオードブリッジなどの整流回路22の入力側に電気的に接続されている。さらに、この整流回路22の出力側には、外部電源ｅからの電力の供給状態、すなわち停電および非停電を監視する電源監視回路23と、平滑用の電解コンデンサC1と、トランスTr1の一次側と、電源回路24との直列回路が順次電気的に接続されている。また、トランスTr1の二次側には、整流用の整流素子であるダイオードＤおよび平滑用の電解コンデンサC2の整流平滑回路を介して、バッテリＢを充電する充電回路25が電気的に接続されているとともに、バッテリＢに対して充電回路25と並列に発光素子15を点灯させる非常時点灯回路26が電気的に接続されている。そして、非常時点灯回路26の出力側には、非常灯ユニット14と電源ユニット13とのいずれか一方を発光素子15に対して選択的に電気的に接続する切換部としてのリレーRyが電気的に接続されており、電源監視回路23、充電回路25、非常時点灯回路26およびリレーRyには、これら充電回路25、非常時点灯回路26およびリレーRyなどの動作をそれぞれ制御する制御回路27が電気的に接続され、かつ、この制御回路27に、バッテリＢの充電状態および寿命などの点検を指示するための点検スイッチSW2が電気的に接続されている。

雑音防止回路21は、図示しないが、例えば電源ライン間に接続されたバリスタおよびコンデンサと、コモンモードチョークなどとを備えている。

電源回路24は、例えばパワーデバイスとしてＩＰＤを用いた、ＩＰＤ回路である。

充電回路25は、外部電源ｅによりバッテリＢを充電する、例えば定電流回路などであり、制御回路27によって動作が制御されている。

非常時点灯回路26は、外部電源ｅの停電時、あるいは、バッテリＢの充電状態および寿命などを点検する点検時にバッテリＢを電源として発光素子15(ＬＥＤ15a)を点灯させるものである。本実施形態では、この非常時点灯回路26は、電流プッシュプル式コンバータであり、装着された光源モジュール12の発光素子15(ＬＥＤ15a)の光束、すなわちＬＥＤ15aによる降下電圧に対して出力電流が負特性となるように、換言すれば、発光素子15(ＬＥＤ15a)の光束(降下電圧)が大きいほど出力電流が小さくなるように設定されている(図３の実線に示す)。本実施形態では、この非常時点灯回路26は、光束が２０００ｌｍの発光素子15の降下電圧(例えば７０Ｖ)を下限とし、光束が７０００ｌｍの発光素子15の降下電圧(例えば２２０Ｖ)を上限とする範囲A1(図３)で用いられる。この範囲A1において、非常時点灯回路26の出力電流は、例えば７０〜１３０ｍＡとなる。比較として、放電灯(蛍光灯)を非常点灯させる非常時点灯回路の場合の出力電流と電圧との関係を図３の想像線(二点鎖線)に示し、このような放電灯(蛍光灯)を非常点灯させる場合には、始動電圧が５００〜６００Ｖであり(点Ｐに示す)、定常点灯時には７０Ｖを下限とし、１３０Ｖ程度を上限とする範囲A2で用いられ、この範囲A2内ではグラフの傾きが小さく、実質的に定電流を出力するようになっている。すなわち、本実施形態の非常時点灯回路26は、放電灯を非常点灯させる非常時点灯回路と比較して、広い範囲(上限が大きい範囲)で発光素子15を非常点灯させるようになっている。

具体的に、この非常時点灯回路26は、図２に示すように、トランスTr2の一次側に、チョークコイルＬ、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタなどのスイッチング素子Q1，Q2および共振コンデンサC3などを備えているとともに、トランスTr2の二次側に、電流制限用のバラストコンデンサC4、整流素子28および平滑コンデンサC5などを備えている。

トランスTr2は、一次巻線Tr2a、二次巻線Tr2bおよび制御巻線Tr2cを備えている。一次巻線Tr2aは、中点ＣがチョークコイルＬを介してバッテリＢの高電位側と電気的に接続され、一端がスイッチング素子Q1のエミッタ、コレクタを介してグランド(バッテリＢの負極)に接続され、他端がスイッチング素子Q2のエミッタ、コレクタを介してグランド(バッテリＢの負極)に接続されているとともに、両端間に共振コンデンサC3が接続されている。

二次巻線Tr2bは、例えば一次巻線Tr2aよりも大きい巻数(例えば１０倍程度の巻数)を有しており、一端側がバラストコンデンサC4を介して整流素子28の入力側の一の端子と電気的に接続され、他端側が整流素子28の入力側の他の端子と電気的に接続されている。そして、この整流素子28は、例えばダイオードブリッジなどであり、出力側の両端間に平滑用の平滑コンデンサC5が電気的に接続されているとともに、リレーRyが電気的に接続されている。

制御巻線Tr2cは、一端がスイッチング素子Q1のベースに接続されるとともに他端がスイッチング素子Q2のベースに接続されている。

スイッチング素子Q1，Q2は、それぞれのベースが抵抗器R1，R2を介して図示しない制御素子であるスイッチング素子を介してバッテリＢの高電位側と電気的に接続され、このスイッチング素子が制御回路27によりスイッチングされることで、非常時点灯回路26の動作がオンオフされる。

なお、非常時点灯回路26には、例えば発光素子15(ＬＥＤ15a)に流れる過電流を制限する引抜回路を備えていてもよい。

また、図１に示すリレーRyは、入力側が非常時点灯回路26と電気的に接続された２極の切換接点Ry1，Ry2を有する、いわゆる２ｃ接点型のものであり、発光素子15を、電源ユニット13と非常時点灯回路26(非常灯ユニット14)とのいずれかに対して選択的に切り換え可能となっている。すなわち、このリレーRyは、電源ユニット13と発光素子15とを電気的に接続する通常モードと、非常時点灯回路26(非常灯ユニット14)と発光素子15とを電気的に接続する切換モードとを有している。そして、このリレーRyは、制御回路27によってコイルの通電および非通電が切り換えられて切換接点Ry1，Ry2の動作が切り換えられるように設定されている。

点検スイッチSW2は、常開のスイッチであり、使用者の操作によって閉成されることで、バッテリＢの充電状態および寿命などの点検を指示するようになっている。

そして、制御回路27は、例えばマイコンなどを備えており、電源監視回路23による外部電源ｅの監視結果、および、点検スイッチSW2の閉成、すなわち点検スイッチSW2のオンオフの切り換わりの検出結果に基づいて、充電回路25、非常時点灯回路26のスイッチング素子Q1，Q2のスイッチングおよびリレーRyの動作を切り換えるようになっている。また、この制御回路27は、バッテリＢの電圧を監視する電圧監視回路の機能を備えている。

次に、上記一実施形態の動作を説明する。

電源スイッチSW1をオンして外部電源ｅが供給されている状態、すなわち非停電時には、リレーRyは、電源ユニット13に対して発光素子15を接続した通常モードとなっている。そして、点灯制御回路により動作制御された電源ユニット13は、外部電源ｅから供給された電流を、例えばスイッチング素子のスイッチングおよび整流平滑によって定電流に変換して発光素子15(ＬＥＤ15a)に供給し、この発光素子15(ＬＥＤ15a)を所定の光束で点灯させる(通常点灯)。また、非常灯ユニット14では、外部電源ｅから供給された電流は、雑音防止回路21により高周波成分などのノイズが除去されるとともに、整流回路22および電解コンデンサC1により整流平滑されてトランスTr1に供給され、電源回路24の制御によりこのトランスTr1の一次側に電流が流れ、トランスTr1の二次側に接続されたダイオードＤおよび電解コンデンサC2の整流平滑回路により整流平滑されて充電回路25に直流電流が供給され、この充電回路25がバッテリＢを充電する。このとき、制御回路27では、充電中のバッテリＢの電圧を監視し、この電圧に基づいてバッテリＢの充電状態を監視して充電回路25の動作を制御することで、バッテリＢの過充電などを防止する。

一方、外部電源ｅの停電時、すなわち電源監視回路23によって外部電源ｅの停電を検出したときには、制御回路27がコイルに通電してリレーRyの切換接点Ry1，Ry2を切り換えて切換モードとし(図１中の想像線(破線)に示す)、発光素子15の接続を、電源ユニット13から非常時点灯回路26(非常灯ユニット14)へと切り変えるとともに、充電回路25を停止させる。そして、制御回路27により動作制御された非常時点灯回路26は、バッテリＢから供給された電流を変換して発光素子15(ＬＥＤ15a)に供給し、この発光素子15(ＬＥＤ15a)を所定の光束で点灯させる(非常点灯)。

具体的に、制御回路27が、制御用のスイッチング素子をオンすると、スイッチング素子Q1，Q2にベース電流が抵抗器R1，R2を介して供給される。これらスイッチング素子Q1，Q2は僅かな特性の違いによっていずれか一方がオンする。ここでは、例えばスイッチング素子Q1がオンしたものとする。この結果、トランスTr2の一次巻線Tr2aに一方向の流れの電流が生じ、これに応じて制御巻線Tr2cに電流が流れる。このとき、制御巻線Tr2cに生じる電流は、オンしているスイッチング素子Q1のベース電流を徐々に抜き、オフしているスイッチング素子Q2に徐々にベース電流を流す方向に流れるので、続いてスイッチング素子Q2がオンし、さらにスイッチング素子Q1がオフする。このため、トランスTr2の一次巻線Tr2aに他方向の流れの電流が生じ、これに応じて制御巻線Tr2cに電流が流れ、制御巻線Tr2cに生じる電流が、オンしているスイッチング素子Q2のベース電流を徐々に抜いてオフしているスイッチング素子Q1に徐々にベース電流を流す方向に流れるので、続いてスイッチング素子Q1がオンし、さらにスイッチング素子Q2がオフする。このように、スイッチング素子Q1，Q2のオンオフが交互に繰り返され、トランスTr2の二次巻線Tr2bに高電圧が発生する。このスイッチング素子Q1，Q2のオンオフ周期は、トランスTr2と共振コンデンサC3との共振周波数に従う。

トランスTr2の二次巻線Tr2bの両端間に入力側が接続された整流素子28は、トランスTr2の二次巻線Tr2bに誘起された電圧を整流し、平滑コンデンサC5を充電し、この平滑コンデンサC5の両端間の電圧が非常時点灯回路26の出力電圧として、リレーRyおよびソケット17を介して光源モジュール12の発光素子15に供給され、この出力電圧が発光素子15の降下電圧に達すると発光素子15(ＬＥＤ15a)に電流が流れ、発光素子15(ＬＥＤ15a)が点灯する。

なお、使用者が点検スイッチSW2を操作してバッテリＢの充電状態および寿命などの点検を指示した場合(自動点検時)にも、制御回路27が点検スイッチSW2のオンオフの切り換わりを検出すると、この制御回路27がリレーRyの切換接点Ry1，Ry2を強制的に切り換えて切換モードとし(図１中の想像線(破線)に示す)、発光素子15の接続を、電源ユニット13から非常時点灯回路26(非常灯ユニット14)へと切り変えて擬似的な停電状態(擬似停電状態)を作り出すとともに、充電回路25を停止させる。そして、制御回路27により動作制御された非常時点灯回路26は、上記と同様にバッテリＢから供給された電流を変換して発光素子15(ＬＥＤ15a)に供給し、この発光素子15(ＬＥＤ15a)を所定の光束で点灯させる(点検点灯)。この状態で、制御回路27は、バッテリＢの電圧を監視し、所定の時間(例えば２０分)が経過したときにバッテリＢの電圧が予め設定された所定の閾値以上であるかどうかを判断することで、点検点灯において発光素子15(ＬＥＤ15a)が所定の光束を維持して所定の時間以上点灯したかどうか、すなわちバッテリＢが寿命でないかどうかを検査できる。この検査条件を満たさない場合には、バッテリＢは寿命であるから交換が必要になる。

以上説明した一実施形態によれば、非常時点灯回路26が、外部電源ｅの停電時にバッテリＢからの電流を装着された発光素子15の光束(降下電圧)が大きいほど小さい電流に変換して出力する。すなわち、従来のように、非常時点灯回路26が発光素子15を定電流制御する場合、光束が大きい発光素子15ほど必要以上の光出力が生じるにも拘らず消費電力が大きくなり、バッテリＢの容量が必要になる一方で、光束が小さい発光素子15ほど必要な光出力が取り出せない場合があるのに対して、本実施形態では、光束(降下電圧)に応じて非常時点灯回路26の出力電流を負特性としたので、光束が異なる様々な発光素子15(光源モジュール12)に対して、バッテリＢの容量を必要以上に大きくすることなく、非常点灯時に要求される光出力を確保できる。したがって、バッテリＢの大型化も抑制でき、より安価なバッテリＢを用いることができるとともに、バッテリＢの大容量化に伴う周辺の部品の大型化なども不要となり、より小型で安価な非常用点灯装置11を提供できる。

電源ユニット13は、定電流を出力するので、通常点灯時には、装着された光源モジュール12(発光素子15)の光束に応じた光出力を確実に得ることができる。

さらにまた、非常時点灯回路26を電流プッシュプル式コンバータとすることで、バッテリＢの電圧が高いほど出力電流を大きくし、バッテリＢの電圧が低くなると、それに応じ出力電流を低減させる回路であるため、非常用点灯器具として、停電初期は発光素子15が明るく、非常点灯時間が継続するとともに出力電流を抑制するため、避難誘導効果に優れている。

また、近年、発光素子15は、ＬＥＤ15aの高効率化が進むことで光束に対して降下電圧が小さくなる傾向がある。この点、非常時点灯回路26の出力電流が降下電圧に対して負特性を有するので、同じ光束で比較した場合、より高効率で降下電圧が小さい発光素子15を用いると、非常時点灯回路26の出力電流が相対的に増加することとなるため、非常点灯時に充分な光出力を得ることができる。

しかも、仮に想定された範囲A1よりも大きい光束を有する発光素子15を用いた場合であっても、光束(降下電圧)が増加するほど非常時点灯回路26の出力電流が減少して発光素子15の消費電力が減少するため、過電圧に対する保護回路などを用いることなく安全性を確保できる。すなわち、非常時点灯回路26の出力電流の範囲内であれば、保護回路などを設けることなく任意の光束(降下電圧)を有する発光素子15を用いることができ、より多様な発光素子15に安価に対応できる。

なお、上記一実施形態において、電源ユニット13と非常時点灯回路26とに対して、リレーRyを用いていずれか一方のみが発光素子15と接続されるように切り換える構成としたが、電源ユニット13と非常時点灯回路26とを並列に発光素子15に接続し、電源監視回路23による外部電源ｅの監視に対応して、電源ユニット13と非常時点灯回路26との動作を選択的に切り換えるようにしてもよい。

また、発光素子15としては、ＬＥＤに代えて、有機ＥＬ、あるいは無機ＥＬを用いてもよい。

本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この新規な実施形態は、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。この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。

11 非常用点灯装置
13 常時点灯回路としての電源ユニット
15 発光素子
26 非常時点灯回路
Ｂバックアップ電源であるバッテリ
ｅ外部電源

Claims

光束が異なる発光素子または印加電圧の異なる発光素子を選択的に着脱可能な非常用点灯装置であって、
外部電源の非停電時にこの外部電源によって発光素子を点灯させる常時点灯回路と；
バックアップ電源と；
外部電源の停電時にバックアップ電源によって発光素子を点灯させるとともに、このバックアップ電源からの電流を装着された発光素子の光束が大きいまたは発光素子の印加電圧が大きいほど小さい電流に変換して発光素子に出力する非常時点灯回路と；
を具備していることを特徴とする非常用点灯装置。
常時点灯回路は、外部電源からの電流を定電流に変換して発光素子に出力する定電流回路である
ことを特徴とする請求項１記載の非常用点灯装置。
非常時点灯回路は、電流プッシュプル式コンバータである
ことを特徴とする請求項１または２記載の非常用点灯装置。