JP4560690B2 - 定電流電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定電流電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空港では、航空機の安全な離着陸のために滑走路の周辺に多数の照明器具（灯火）が設置されている。そして、各照明器具に装着された照明負荷は、定電流電源装置によって給電されている。そして、各照明負荷は、例え１灯の照明負荷が断芯しても、常に一定電流が供給できるように、直列接続された可飽和特性を有する変流器（カレントトランス）を介して接続されている。変流器は、照明負荷が断芯するとトランスの磁心が飽和し、入力巻線のインピーダンスが低下し直列接続された他の照明負荷には電流を通じることができる。また、各照明負荷が直列接続され、一定電流の供給がされることによって、広大な範囲に配線された電線の電圧降下が対策され、各照明器具の光度を均一に維持することができる。これにより、広大な範囲に設置された照明負荷は、メンテナンス上、断芯検出が必須となっている。
【０００３】
従来、定電流電源装置は、サイリスタを位相制御することで定電流制御を行っており、負荷電流の実効値等を検出してサイリスタの点弧角を制御していた。そして、出力電圧および出力電流を検出して照明負荷の断芯を検出していた。その一例として、特許第２５４３９９３号公報（従来技術１）に開示された定電流電源装置を図１７に示す。
【０００４】
図１７に示す定電流電源装置６０において、時間積分値演算部６１は、計器用変流器６２の出力信号と変圧器６３の出力信号に基づき、定電流用電源装置６４の出力電圧波形の立上がり時点および出力電流波形の立上がり時点をそれぞれ検出し、出力電圧の立上がり時点から出力電流波形の立上がり時点までの定電流用電源装置６４の出力電圧の時間積分値を演算する。そして、波形変化時間判定部６５は、この時間積分値が所定値を超え、かつ、短絡状態の時間積分値がこれよりも小さくなるような変化が複数回繰り返されたことを確認して断芯検出信号を発生する。また、断芯位置判定部６６は、波形変化時間判定部６５の断芯検出信号の発生時刻と時計部６７の時刻データとに基づき、多数の灯火Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎのうちのどれが断芯したかを判定するものである。
【０００５】
ところで、近年、照明負荷に供給する電流波形を正弦波として、この正弦波形の大小によって定電流制御する定電流電源装置が提供されている。その一例として、特開平１１−１８４５４１号公報（従来技術２）に開示されたものがあり、図１８にその回路図を示す。
【０００６】
図１８に示す定電流電源装置６８は、入力側が交流電源６９に接続された双方向スイッチ回路７０と、共振回路７１と、出力トランス７２と、負荷回路７３と、負荷電流検出器７４と、パルス幅変調信号発生器７５とを備えている。交流電源６９は正弦波の交流電圧を出力するものであり、双方向スイッチ回路７０はパルス幅変調信号発生器７５からのパルス幅変調信号に基づいて、交流電源６９からの交流電圧を、当該交流電圧の周期より十分に短い一定の周期で、かつ、当該各周期におけるパルス幅がパルス幅変調信号に応じたパルス幅となるように、チョッピング制御して、チョッピングされた交流電圧を出力するものである。共振回路７１は、チョッピングされた交流電圧を交流電源６９からの交流電圧と同じ周波数を有する正弦波の交流電流（交流電圧）にして出力する。出力トランス７２は、共振回路７１の出力電流Ｉ１を１次巻線と２次巻線との巻数比に応じて変換し、負荷電流Ｉ２として２次巻線側に出力する。
【０００７】
そして、負荷回路７３には、負荷電流Ｉ２が流れ、負荷電流Ｉ２は負荷電流検出器７４によって検出される。パルス幅変調信号発生器７５は負荷電流検出器７４の負荷電流Ｉ２に応じた検出信号に基づいて、負荷電流Ｉ２が一定となるようにパルス幅変調信号を発生するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術１の定電流電源装置６０は、照明負荷である灯火Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎの断芯を検出するために、出力電圧検出回路６３、出力電流検出回路６２、演算回路６１および判定回路６５など複雑な回路構成が必要であり、また、複雑な回路構成にも関わらず、高感度、高精度の断芯検出が困難であるという欠点を有する。
【０００９】
また、従来技術２の定電流電源装置６８には、照明負荷の断芯など、照明負荷の異常状態を判定することは開示されていない。定電流電源装置は、照明負荷を空港などの広大な範囲に設置する場合が多く、メンテナンス上、断芯検出など照明負荷の異常検出が必須である。したがって、照明負荷に正弦波電流を供給する定電流電源装置においても、照明負荷の異常を判定する必要がある。
【００１０】
本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、負荷に正弦波電流を供給するとともに、簡易で高精度である負荷の異常を判定する判定回路を具備した定電流電源装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の定電流電源装置の発明は、直流電源と；直流電源に接続され、直流電源の出力電圧を高周波でスイッチングする主スイッチ素子を備え、主スイッチ素子のスイッチング動作によってスイッチング周波数より低周波の周期でデューティー比が変化するパルス電圧を出力するインバータ回路と；インバータ回路から出力されたパルス電圧より高周波成分を除去して低周波の略正弦波電圧を出力するフィルタ回路と；入力巻線および出力巻線を有し、インバータ回路の出力が供給される主トランスと；入力巻線および出力巻線をそれぞれ有し、主トランスの出力が直列接続された入力巻線に供給される可飽和特性を有する複数のカレントトランスと；複数のカレントトランスの出力巻線の両端に各々接続された複数の略線形な負荷と；インバータ回路の出力電流の瞬時値および／またはフィルタ回路の出力電流の瞬時値を検出する瞬時値検出回路と；インバータ回路の出力電流の実効値または平均値および／またはフィルタ回路の出力電流の実効値または平均値を検出する電流値検出回路と；電流値検出回路が検出した出力電流の実効値または平均値と予め設定された第１の基準値との比較値に対して、基準正弦波を乗算して出力する乗算手段と；瞬時値検出回路が検出した出力電流の瞬時値と乗算手段の乗算値とが一致するように、主スイッチ素子のオンオフ比率を可変させ、負荷に供給される出力電流が定電流となるように制御する制御手段と；インバータ回路の出力電流波形または出力電圧波形および／またはフィルタ回路の出力電流波形または出力電圧波形を検出する出力波形検出回路と；出力波形検出回路が検出した出力波形の歪み成分を検出し、歪み成分と予め設定された第２の基準値とを比較して、歪み成分が第２の基準値以上のときに負荷の異常を判定する歪み検出回路と；を具備していることを特徴とする。
【００１２】
本発明において、特に言及しない限り用語の定義および技術的意味は次のとおりとする。
【００１３】
直流電源は、バッテリ、直流電源装置、商用交流電圧を整流または整流平滑したもの、商用交流電源に整流平滑回路およびチョッパ回路を接続し整流平滑されたものなど、直流電圧を出力するものであればよい。
【００１４】
インバータ回路では、主スイッチ素子のスイッチング動作によって必然的に高周波成分が発生する。そして、フィルタ回路は、インバータ回路から出力されたパルス電圧より高周波成分を除去するものである。これにより、フィルタ回路から略正弦波電圧が出力される。
【００１５】
フィルタ回路は、インバータ回路の出力側に接続してもよく、主トランスの出力巻線間に接続してもよい。
【００１６】
主トランスの出力がカレントトランスの直列接続された入力巻線に供給されるとは、カレントトランスの直列接続された入力巻線が主トランスの出力巻線間に接続されて主トランスの出力巻線間の出力が供給されること、主トランスの出力巻線間にフィルタ回路が接続され、そのフィルタ回路の出力側にカレントトランスの直列接続された入力巻線が接続されてフィルタ回路の出力が供給されることのいずれであってもよい。
【００１７】
略線形な負荷とは、負荷に印加される電圧が増加すると、負荷に流れる電流がほぼ比例して増加する負荷であり、例えば、電球である。
【００１８】
電流値検出回路がインバータ回路の出力電流の実効値または平均値および／またはフィルタ回路の出力電流の実効値または平均値を検出することの意味は、インバータ回路の出力電流の実効値または平均値、フィルタ回路の出力電流の実効値または平均値のうち、少なくとも一方を検出することである。
【００２５】
瞬時値検出回路がインバータ回路の出力電流の瞬時値および／またはフィルタ回路の出力電流の瞬時値を検出するとは、インバータ回路の出力電流の瞬時値、フィルタ回路の出力電流の瞬時値のうち、少なくとも一方を検出することである。
【００３１】
瞬時値検出回路が検出した出力電流の瞬時値と乗算手段の乗算値とが一致するように制御するとは、乗算値に瞬時値を一致させる他に、乗算値に瞬時値を近づけるように制御することも包含される。
【００３２】
乗算手段および制御手段はマイコンで構成され、基準値，定電流制御方法などのプログラム化により、負荷に供給される出力電流を定電流制御するようにしてもよい。
【００３３】
出力波形検出回路がインバータ回路の出力電圧波形または出力電流波形および／またはフィルタ回路の出力電圧波形または出力電流波形を検出するとは、インバータ回路の出力電圧波形または出力電流波形、フィルタ回路の出力電圧波形または出力電流波形のうち、少なくとも一方を検出することである。また、出力波形検出回路とは、出力電流波形検出回路または出力電圧波形検出回路であることを意味する。したがって、出力波形検出回路の出力波形とは、出力電流波形または出力電圧波形のことである。
【００３４】
出力電流の実効値または平均値と出力電流の瞬時値の両方による定電流制御によれば、負荷の断芯時に出力電流波形および出力電圧波形は中程度に歪む。したがって、歪み検出回路は、出力電流波形または出力電流波形のいずれにおいても、感度および精度よく負荷の断芯を検出できる。
【００３５】
本発明によれば、瞬時値検出回路が出力電流の瞬時値を検出し、電流値検出回路が出力電流の実効値または平均値を検出し、乗算手段は、出力電流の実効値または平均値と予め設定された第１の基準値との比較値に対して基準正弦波を乗算し、負荷が断芯や短絡などをして出力電流が変化したときに、制御手段は、瞬時値検出回路が検出した出力電流の瞬時値と乗算手段の乗算値とが一致するように、主スイッチ素子のオンオフ比率を可変させるので、負荷に供給される出力電流は定電流となると共に、歪み検出回路は、出力波形検出回路が検出した出力波形の歪み成分と予め設定された第２の基準値との比較において、歪み成分が第２の基準値以上のときに負荷の異常を判定することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図１〜図１６を参照して説明する。
【００４１】
まず、第１実施形態について説明する。
【００４２】
図１，図３〜図５は、本発明の第１の実施形態を示す定電流電源装置の回路図である。図中、１，２１，２２，２３は定電流電源装置、２は直流電源、３はインバータ回路、４はフィルタ回路、５はカレントトランス、６は負荷、７は電流値検出回路、８は制御手段を構成する制御回路、９は出力電流波形検出回路、１０は歪み検出回路、Ｔは主トランスである。
【００４３】
図１において、定電流電源装置１のインバータ回路３は、直流電源２に接続されている。インバータ回路３は、主スイッチ素子としての伝導度変調型電界効果トランジスタ（ＩＧＢＴ）Ｔｒ１〜Ｔｒ４を備え、これらのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４をフルブリッジ形に接続して構成している。すなわち、トランジスタＴｒ１およびトランジスタＴｒ２の直列回路と、トランジスタＴｒ３およびトランジスタＴｒ４の直列回路とが直流電源２に並列的に接続され、トランジスタＴｒ１およびトランジスタＴｒ２の接続点ａと、トランジスタＴｒ３およびトランジスタＴｒ４の接続点ｂとの間に出力側が形成されている。そして、各々のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のゲート，エミッタ間は、駆動回路１１に接続されている。駆動回路１１はゲート，エミッタ間に駆動電圧を印加してトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４をスイッチング動作させる。また、制御回路８によって、トランジスタＴｒ１およびトランジスタＴｒ４は同時にスイッチング動作され、トランジスタＴｒ２およびトランジスタＴｒ３は同時にスイッチング動作されると共に、トランジスタＴｒ１およびトランジスタＴｒ４と、トランジスタＴｒ２およびトランジスタＴｒ３は、交互に所定周波数でスイッチング動作される。すなわち、インバータ回路３は、直流電源２の出力電圧を高周波でスイッチングする。そして、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のスイッチング動作によって、図２（ａ）に示すように、スイッチング周波数より低周波（例えば、５０Ｈｚ）の周期でデューティー比が変化するパルス電圧を出力する。
【００４４】
フィルタ回路４は、インダクタンス素子としてのインダクタＬ１およびキャパシタンス素子としてのコンデンサＣ１から構成され、インダクタＬ１およびコンデンサＣ１の直列回路の両端を入力側、コンデンサＣ１の両端を出力側としている。そして、フィルタ回路４の入力側は、インバータ回路３の出力側に接続されている。そして、フィルタ回路４は、図２（ｂ）に示すように、インバータ回路３から出力されたパルス電圧（図２（ａ））より高周波成分を除去して低周波（例えば、５０Ｈｚ）の略正弦波電圧を出力端子４ａ，４ｂ間に出力する。ここで、略正弦波電圧とは、正弦波電圧あるいは正弦波に近似する波形を有する電圧を意味する。
【００４５】
主トランスＴは、入力巻線Ｔａおよび入力巻線Ｔａと磁気的に結合された出力巻線Ｔｂを有し、フィルタ回路４の出力端子４ａ，４ｂ間に入力巻線Ｔａの両端が接続されている。入力巻線Ｔａの両端には略正弦波電圧が印加されるので、入力巻線Ｔａに略正弦波電流が流れる。この略正弦波電流は、入力巻線Ｔａと出力巻線Ｔｂの巻数比に応じた略正弦波電流（例えば、６．６Ａ）となって出力巻線Ｔｂに流れる。
【００４６】
複数のカレントトランス５，…，５は入力巻線５ａ，…，５ａおよび出力巻線５ｂ，…，５ｂを有し、入力巻線５ａ，…，５ａが直列接続されて主トランスＴの出力巻線Ｔｂの両端に接続されている。カレントトランス５，…，５は可飽和特性を有し、入力巻線５ａ，…，５ａに電流が流れている状態で出力巻線５ｂ，…，５ｂの両端間が開放すると、磁心が飽和して入力巻線５ａ，…，５ａのインピーダンスが低下するものである。
【００４７】
カレントトランス５，…，５の出力巻線５ｂ，…，５ｂの両端には、各々、略線形な負荷としての電球６，…，６が図示しない電源端子を介して接続されている。
【００４８】
そして、カレントトランス５，…，５の入力巻線５ａ，…，５ａ側には、電流値検出回路７が設けられている。そして、電流値検出回路７はＲＭＳ変換器１２に接続されている。電流値検出回路７は電球６，…，６に供給される主トランスＴの出力電流、すなわち、フィルタ回路４の出力電流を検出し、ＲＭＳ変換器１２は電流値検出回路７によって検出された出力電流の実効値を算出する。
【００４９】
ＲＭＳ変換器１２の出力端子は、誤差増幅器１３の反転入力端子に接続されており、ＲＭＳ変換器１２によって算出された実効値は、この反転入力端子に入力される。一方、誤差増幅器１３の非反転入力端子には、基準電源Ｒｅｆ１が接続されて第１の基準電圧値（予め設定された基準電圧値）が入力されている。誤差増幅器１３は、ＲＭＳ変換器１２によって算出された実効値と基準電源Ｒｅｆ１の第１の基準電圧値とを比較し、その差分（比較値）を増幅して制御回路８に出力する。
【００５０】
制御回路８はパルス幅変調回路１４および乗算回路１５を含んで構成され、乗算回路１５の一方の入力端子に誤差増幅器１３から出力された差分（比較値）が入力される。そして、乗算回路１５の他方の入力端子には、基準正弦波電源１６の低周波の基準正弦波（電圧）が入力される。乗算回路１５は、誤差増幅器１３から出力された差分と基準正弦波（電圧）とを乗算して乗算値をパルス幅変調回路１４に出力する。
【００５１】
パルス幅変調回路１４は、乗算回路１５から出力された乗算値に応じて、トランジスタＴｒ１およびトランジスタＴｒ４、トランジスタＴｒ２およびトランジスタＴｒ３のオンオフ比率を可変する制御信号を駆動回路１１に送出する。すなわち、パルス幅変調回路１４は、ＲＭＳ変換器１２によって算出された実効値と基準電源Ｒｅｆ１の第１の基準電圧値との差分に応じて、継続してオンオフ比率を可変する制御信号を駆動回路１１に送出する。この結果、負荷である電球６，…，６に供給される電流がほぼ一定となり、出力電流は定電流制御されることになる。なお、制御回路８、電流値検出回路７、ＲＭＳ変換器１２、誤差増幅器１３および基準電源Ｒｅｆ１によって、制御手段が構成されている。
【００５２】
また、電流値検出回路７は歪み検出回路１０に接続されている。ここで、電流値検出回路７は出力電流波形検出回路９を構成するものである。出力電流波形検出回路９も、電流値検出回路７と同様に、フィルタ回路４の出力電流を主トランスＴの出力巻線Ｔｂ側で検出しているので、両者を共用させたものである。もちろん、出力電流波形検出回路９が電流値検出回路７と異なる出力電流を検出するときには、両者を各々設ける必要がある。
【００５３】
歪み検出回路１０は、差分演算回路１７、基準正弦波電源１８、整流・平均値化回路１９、比較器２０および基準電源Ｒｅｆ２を含んで構成されている。そして、出力電流波形検出回路９は差分演算回路１７の反転入力端子に接続されており、その差分演算回路１７の非反転入力端子には基準正弦波電源１８が接続されている。差分演算回路１７の反転入力端子には、出力電流波形検出回路９によって検出された出力電流の電圧変換値が入力され、非反転入力端子には、低周波（例えば、５０Ｈｚ）の基準正弦波電圧が入力される。差分演算回路１７は、出力電流の電圧変換値と基準正弦波電圧の差分を演算・増幅して出力する。すなわち、差分演算回路１７は、出力電流波形検出回路９によって検出された出力電流と基準正弦波電流の差、すなわち、出力電流波形の歪み成分を出力する。
【００５４】
差分演算回路１７の出力端子は、整流・平均値化回路１９を介して誤差増幅器２０の非反転入力端子に接続されている。一方、比較器２０の反転入力端子には、基準電源Ｒｅｆ２が接続されて、第２の基準電圧値（予め設定された基準値）が入力されている。整流・平均値化回路１９は、差分演算回路１７によって演算された出力電流波形の歪み成分を整流、平均化して一定電圧とする。比較器２０は、この一定電圧と予め設定された基準値である第２の基準電圧値とを比較し、この一定電圧が第２の基準電圧値以上のときにＨｉｇｈ信号（例えば、ＤＣ５Ｖ）を出力する。すなわち、歪み成分が予め設定された基準値以上のときにＨｉｇｈ信号を出力する。
【００５５】
なお、整流・平均値化回路１９は、必ずしも設ける必要がないものである。
【００５６】
次に、図１の定電流電源装置１の作用について述べる。
【００５７】
直流電源２が投入されると、カレントトランス５，…，５の入力巻線５ａ，…，５ａに低周波（例えば、５０Ｈｚ）の略正弦波電流が流れて電球６，…，６が点灯する。そして、略正弦波電流は、制御回路８により、例えば６．６Ａの定電流に制御される。
【００５８】
電球６，…，６のいずれか一つの電源端子間が断芯して、カレントトランス５の出力巻線５ｂの両端が開放すると、カレントトランス５，…，５の入力巻線５ａ，…，５ａに流れる出力電流は減少すると共に、出力電流波形が大きく歪む。
この出力電流は、出力電流波形検出回路９によって検出され、差分演算回路１７において、基準正弦波電流との差、すなわち、歪み成分が演算される。差分演算回路１７は、この歪み成分を増幅し、電圧に変換して整流・平均値化回路１９を介して比較器２０に送出する。そして、比較器２０は、差分演算回路１７から出力された歪み成分と予め設定された基準値（第２の基準電圧値）とを比較し、歪み成分が基準値以上のときにＨｉｇｈ信号（例えば、ＤＣ５Ｖ）を出力する。このＨｉｇｈ信号は、異常検出信号（断芯検出信号）であり、Ｈｉｇｈ信号に応じて、表示灯や警報などの報知手段等を動作させたり、インバータ回路３の動作を停止させるように構成すればよい。
【００５９】
上述したように、歪み検出回路１０は、出力電流波形検出回路９が検出した出力電流の歪み成分と予め設定された基準値（第２の基準電圧値）とを比較し、歪み成分が基準値以上のときに比較器２０より異常検出信号（断芯検出信号）が出力されるので、負荷としての電球６，…，６の異常を判定できる。そして、差分演算回路１７における単純な演算（引き算）を用いているので、簡易な方法により高精度で電球６，…，６の異常を検出できる。
【００６０】
また、カレントトランス５，…，５の入力巻線５ａ，…，５ａに流れる出力電流が増加または減少すると、誤差増幅器１３での電流値検出回路７で検出された出力電流の実効値と基準電源Ｒｅｆ１の第１の基準電圧値との比較において、大きな差分が発生する。この差分は、乗算回路１５で基準正弦波（電圧）が乗算された後、パルス幅変調回路１４に送出される。パルス幅変調回路１４は、差分が零となるようにあるいは零に近づくように、トランジスタＴｒ１およびトランジスタＴｒ４、トランジスタＴｒ２およびトランジスタＴｒ３のオンオフ比率を可変する制御信号を駆動回路１１に送出する。駆動回路１１は、この制御信号により、トランジスタＴｒ１およびトランジスタＴｒ４、トランジスタＴｒ２およびトランジスタＴｒ３を駆動させる。これにより、電球６，…，６に流れる出力電流が定電流（例えば、６．６Ａ）に制御される。
【００６１】
誤差増幅器１３では、電流値検出回路７で検出された出力電流の実効値と基準電源Ｒｅｆ１の第１の基準電圧値（予め設定された基準電圧値）との比較を行うが、言い換えれば、電流値検出回路７が検出した出力電流値と予め設定された基準電流値とを比較するものである。そして、制御回路８は、電流値検出回路７が検出した出力電流値と予め設定された基準電流値とが一致するように、トランジスタＴｒ１〜トランジスタＴｒ４のオンオフ比率を可変させるものである。
【００６２】
上述したように、電流値検出回路７が出力電流を検出し、負荷としての電球６，…，６が断芯や短絡などをして出力電流が変化したときに、制御回路８は、電流値検出回路７が検出した出力電流値と予め設定された基準電流値とが一致するように、主スイッチ素子としてのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のオンオフ比率を可変させるので、負荷としての電球６，…，６に供給される出力電流が定電流となると共に、歪み検出回路１０において、出力電流波形検出回路９が検出した出力電流波の歪み成分と予め設定された基準値との比較によって、歪み成分が基準値以上のときに電球６，…，６の異常を判定することができる。
【００６３】
図３に示す定電流電源装置２１は、図１に示す定電流電源装置１において、電流値検出回路７を主トランスＴの入力巻線Ｔａ側とフィルタ回路４の出力側の間に設けたものである。主トランスＴは、例えば、入力電圧２００Ｖ、出力電圧４５４５Ｖの昇圧トランスであり、出力巻線Ｔｂの両端には高電圧が発生する。電流値検出回路７は低圧側に設けられるので、耐圧の低い回路部品を用いることができ、低コスト化できる。
【００６４】
図４に示す定電流電源装置２２は、図１に示す定電流電源装置１において、フィルタ回路４を主トランスＴの出力側に設けたものである。低周波の略正弦波電圧は、定電流電源装置１では主トランスＴの入力側で形成され、定電流電源装置２２では主トランスＴの出力側で形成される。また、図５に示す定電流電源装置２３は、主トランスＴをリーケージトランスＴ１で構成すると共に、リーケージトランスＴ１の出力巻線Ｔｂをインダクタンス素子としてのインダクタＬ２とし、出力巻線Ｔｂと並列的にキャパンタンス素子としてのキャパシタＣ２を接続してフィルタ回路４を構成したものである。インダクタＬ２を出力巻線Ｔｂと共用するので、回路構成が簡素となる。
【００６５】
なお、図１，図３〜図５の定電流電源装置１，２１，２２，２３において、電流値検出回路７はインバータ回路３の出力側に設け、インバータ回路３の出力電流を検出してもよい。この場合、ＲＭＳ変換器１２などに高周波成分を除去するフィルタ回路を設ける必要がある。また、ＲＭＳ変換器１２を用いずに平均値を算出して平均値制御としてもよい。また、乗算回路１５は制御回路８内に設けなくてもよく、独立して構成してもよい。
【００６６】
また、図３に示すように、電流値検出回路７を主トランスＴの入力巻線Ｔａ側とフィルタ回路４の出力側に設けること、図４に示すように、フィルタ回路４を主トランスＴの出力側に設けること、図５に示すように、フィルタ回路４をリーケージトランスＴ１の出力巻線Ｔｂを用いて構成することは、以下の第２〜第９の実施形態で示す定電流電源装置２４，２７，３１，３５，４０，４９，５２，５３，５４にも適用されるものである。
【００６７】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００６８】
図６は、本発明の第２の実施形態を示す定電流電源装置の回路図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００６９】
図６に示す定電流電源装置２４は、図１に示す定電流電源装置１において、歪み検出回路１０の差分演算器１７および基準正弦波電源１８に代え、帯域阻止フィルタＢＥＦ２５を接続して歪み検出回路２６を構成したものである。帯域阻止フィルタＢＥＦ２５は、出力電流波形検出回路９が検出した出力電流より基準正弦波、例えば５０Hzの波形部分を除去して歪み成分のみを通過させるものであり、例えば、図７に示すような周知の回路で構成することができる。すなわち、抵抗Ｒ１〜Ｒ３およびコンデンサＣ３〜Ｃ５を図示のようにツインＴ型に接続したものである。
【００７０】
歪み検出回路２６は、電球６，…，６の断芯など異常が発生したときに、帯域阻止フィルタＢＥＦ２５を用いて歪み波形（歪み成分）を検出するので、高精度で簡易に構成することができる。
【００７１】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００７２】
図８は、本発明の第３の実施形態を示す定電流電源装置の回路図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００７３】
図８に示す定電流電源装置２７は、図１に示す定電流電源装置１において、歪み検出回路１０の差分演算器１７、基準正弦波電源１８および整流・平均値化回路１９に代え、微分演算回路２８を接続するとともに、比較器２０の出力側にラッチ回路２９を接続して歪み検出回路３０を構成したものである。微分演算回路２８は、入力端子２８ａおよび出力端子２８ｂ間にコンデンサＣ６を介挿し、出力端子２８ｂおよびアースＥ間に抵抗Ｒ４を介挿して構成され、出力電流波形検出回路９が検出した出力電流を微分するものである。すなわち、出力電流の高周波成分、すなわち、歪み波形（歪み成分）に相当する部分を通過させるものである。この歪み波形（歪み成分）に相当する部分は、比較器２０において、基準電源Ｒｅｆ２の第２の基準電圧値（予め設定された基準値）と比較され、その歪み波形（歪み成分）が基準値以上のときに電球６，…，６の断芯など異常が発生したと判断される。また、ラッチ回路２９は、比較器２０のＨｉｇｈ信号、すなわち、異常検出信号（断芯検出信号）を保持するものである。
【００７４】
歪み検出回路３０は、微分演算回路２８を用いて歪み波形（歪み成分）を検出し、歪み波形（歪み成分）が予め設定された基準値（第２の基準電圧値）以上のときに、断芯検出信号（異常検出信号）を出力するので、高精度で簡易な回路構成で電球６，…，６の断芯など異常を判定できる。
【００７５】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
【００７６】
図９は、本発明の第４の実施形態を示す定電流電源装置の回路図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００７７】
図６に示す定電流電源装置３１は、図１に示す定電流電源装置１において、歪み検出回路１０の差分演算器１７および整流・平均値化回路１９に代え、位相検波器３２および積分器３３を接続して歪み検出回路３４を構成したものである。
電球６，…，６が断芯など異常が発生していないときには、基準正弦波電源１８の基本波である基準正弦波電圧の位相と、主トランスＴの出力電流（フィルタ回路４の出力電流）の位相とは同相になっている。しかし、電球６，…，６が断芯などすると、主トランスＴの出力電圧に対して出力電流が遅れる。すなわち、出力電流は基準正弦波電圧に対して遅れて位相差が発生する。位相検波器３２は、この位相差を演算して出力する。積分器３３は、入力および出力間に抵抗Ｒ５を介挿し、出力およびアースＥ間にコンデンサＣ７を介挿して構成され、位相検波器３２が出力した位相差を積分するものである。比較器２０において、位相差の積分値と基準電源Ｒｅｆ２の第２の基準電圧値（予め設定された基準値）が比較され、歪み成分である位相差の積分値が予め設定された基準値以上のときに電球６，…，６の断芯など異常が発生したと判断される。
【００７８】
歪み検出回路３４は、出力電流波形検出回路９が検出した出力電流波形と基準正弦波電源１８の基準正弦波電圧波形（基本波）の位相差を演算し、その位相差が予め設定された基準値（第２の基準電圧値）以上のときに、断芯検出信号（異常検出信号）を出力するので、高精度かつ簡易な回路構成で電球６，…，６の断芯など異常を判定できる。
【００７９】
なお、積分器３３は、必ずしも設ける必要はないものである。
【００８０】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
【００８１】
図１０は、本発明の第５の実施形態を示す定電流電源装置の回路図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００８２】
図７に示す定電流電源装置３５は、図１に示す定電流電源装置１において、歪み検出回路１０の差分演算器１７および整流・平均値化回路１９に代え、サンプル・ホールド回路３６、ゼロクロス検出回路３７およびクロック回路３８を接続して歪み検出回路３９を構成したものである。すなわち、サンプル・ホールド回路３６の一方の入力端子に出力電流波形検出回路９を接続し、サンプル・ホールド回路３６の他方の入力端子にゼロクロス検出回路３７およびクロック回路３８を介して基準正弦波電源１８を接続し、サンプル・ホールド回路３６の出力端子を比較器２０の非反転入力端子に接続したものである。
【００８３】
電球６，…，６に断芯が発生していない正常時には、主トランスＴの出力電流波形（フィルタ回路４の出力電流波形）は、略正弦波の電流波形である。そして、電球６，…，６が断芯すると、図１１に示すように、出力電流波形は大きく歪む。出力電流波形と基準正弦波電源１８の基準正弦波電圧波形は同期しており、ゼロクロス検出回路３７は、基準正弦波電圧波形のゼロクロス点、すなわち、出力電流波形のゼロクロス点を検出する。クロック回路３８はゼロクロス点より遅延時間後の出力電流の検出信号（クロック信号）をサンプル・ホールド回路３６に送出する。ここで、クロック信号の送出は、電球６，…，６が断芯したときに出力電流が大きく歪んでいる位置に予め設定するとよい。サンプル・ホールド回路３６はクロック信号が入力される（図１１の検出点）と、出力電流波形検出回路９が検出している出力電流を取り込み、正常時の出力電流波形に対して反比例した電圧に変換して比較器２０に出力する。比較器２０において、検出点における出力電流値の電圧変換値と基準電源Ｒｅｆ２の第２の基準電圧値（予め設定された基準値）が比較され、その電圧変換値が基準値以上のときに電球６，…，６の断芯が発生したと判断される。
【００８４】
歪み検出回路３９は、出力電流波形検出回路９が検出した出力電流が基準電源Ｒｅｆ２の予め設定された基準値（第２の基準電圧値）以上のときに、電球６，…，６の断芯が発生したと判断して異常検出信号（断芯検出信号）を出力するので、高精度で簡易な回路構成である。また、アナログ演算回路を用いずに電球６，…，６の断芯を検出できるので、定電流電源装置３５の動作制御のデジタル化に好適である。
【００８５】
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
【００８６】
図１２は、本発明の第６の実施形態を示す定電流電源装置の回路図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００８７】
図１２に示す定電流電源装置４０は、図１に示す定電流電源装置１において、カレントトランス５，…，５の入力巻線５ａ，…，５ａ側に瞬時値検出回路４１を設け、瞬時値検出回路４１が比較器４２の入力端子の一端（−）に接続され、比較器４２の他方の入力端子（＋）には、基準正弦波電源４３が接続されている。そして、比較器４２の出力端子は、パルス幅変調回路１４に接続されている。そして、パルス幅変調回路１４、比較器４２および基準正弦波電源４３により制御回路４４が構成されている。また、主トランスＴの出力巻線Ｔｂの両端に電圧検出器４５を設け、電圧検出器４５の出力端子が出力電圧検出回路４６を介して歪み検出回路４７に接続されたものである。電圧検出器４５は、主トランスＴの出力巻線Ｔｂの両端間の電圧波形を検出するものであり、例えば、計器用変圧器ＰＴ、分圧器などで構成される。出力電圧検出回路４６は、電圧検出器４６で検出した交流電圧波形を直流電圧に変換して歪み検出回路４７に入力する。そして、電圧検出器４５および出力電圧検出回路４６によって、出力電圧波形検出回路４８が構成されている。そして、歪み検出回路４７は、上述した図１の歪み検出回路１０，図６の歪み検出回路２６，図８の歪み検出回路３０等によって構成されるものである。
【００８８】
瞬時値検出回路４１は、主トランスＴの出力電流（フィルタ回路４の出力電流）の瞬時値を検出して比較器４２に入力する。基準正弦波電源４３は、予め設定された低周波（例えば、５０Ｈｚ）の基準電流波形値を比較器４２に入力する。比較器４２は、出力電流の瞬時値と基準電流波形値を比較して、その差分を増幅してパルス幅変調回路１４に送出する。パルス幅変調回路１４は、出力電流の瞬時値と基準電流波形値との差分に応じて、継続してオンオフ比率を可変する制御信号を駆動回路１１に送出する。この結果、負荷である電球６，…，６に供給される電流がほぼ一定となり、出力電流は定電流制御される。
【００８９】
電球６，…，６に断芯が発生すると、出力電圧波形が大きく歪む。その結果、出力電圧波形検出回路４８が検出する出力電圧波形は大きく変化して、歪み検出回路４７は、断芯検出信号（異常検出信号）を出力する。
【００９０】
また、他の実施例としては、出力電圧波形検出回路４８が出力電圧を検出し、その電圧波形のピーク値が予め設定された基準値以上のときに、歪み検出回路４７が電球６，…，６の異常を判定するようにしてもよい。
【００９１】
上述したように、瞬時値検出回路４１が出力電流の瞬時値を検出し、負荷としての電球６，…，６が断芯や短絡などをして出力電流が変化したときに、制御回路４４は、瞬時値検出回路４１が検出した出力電流の瞬時値と予め設定された基準正弦波電源４３の基準電流波形値とが一致するように、主スイッチ素子としてのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のオンオフ比率を可変させるので、電球６，…，６に供給される出力電流は定電流制御されるとともに、歪み検出回路４７は出力電圧波形検出回路４８が検出した出力電圧波形の歪み成分と予め設定された基準値とを比較して、歪み成分が基準値以上のときに負荷の異常を判定して断芯検出信号（異常検出信号）を精度よく出力するので、電球６，…，６の断芯等を報知等できる。
【００９２】
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。
【００９３】
図１３および図１４は、本発明の第７の実施形態を示す定電流電源装置の回路図である。なお、図１および図１２と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００９４】
図１３に示す定電流電源装置４９は、図１に示す定電流電源装置１において、カレントトランス５，…，５の入力巻線５ａ，…，５ａ側に瞬時値検出回路４１を設け、瞬時値検出回路４１が比較器４２の入力端子の一端（−）に接続され、比較器４２の他方の入力端子（＋）には、乗算手段としての乗算器１５の出力端子が接続されている。そして、比較器４２の出力端子は、パルス幅変調回路１４に接続されている。そして、パルス幅変調回路１４および比較器４２により制御手段としての制御回路５０が構成されている。また、歪み検出回路５１は、上述した図１，図６，図８〜図１０の歪み検出回路１０，２６，３０，３４，３９等によって構成されるものである。また、出力電流波形検出回路９は、出力波形検出回路を構成するものである。
【００９５】
瞬時値検出回路４１は、主トランスＴの出力電流の瞬時値を検出して比較器４２の一方の入力端子（−）に入力する。また、比較器４２の他方の入力端子（＋）には、乗算回路１５の出力値、すなわち、誤差増幅器１３から出力された差分と基準正弦波電源１６の基準正弦波（電圧）との乗算値が入力される。比較器４２は、主トランスＴの出力電流の瞬時値と乗算回路１５の乗算値とを比較して、その差分を増幅してパルス幅変調回路１４に送出する。パルス幅変調回路１４は、出力電流の瞬時値と乗算値の差分に応じて、継続してオンオフ比率を可変する制御信号を駆動回路１１に送出する。この結果、負荷である電球６，…，６に供給される電流がほぼ一定となり、出力電流は定電流制御される。
【００９６】
そして、電球６，…，６に断芯が発生すると、出力電流波形が中程度に歪む。その結果、出力電流波形検出回路９が検出する出力電流値はある程度大きく変化して、歪み検出回路５１は、断芯検出信号（異常検出信号）を出力する。
【００９７】
図１４に示す定電流電源装置５２は、図１３に示す定電流電源装置４９において、出力電流波形の検出に代えて、出力電圧波形を検出するものである。そして、出力電圧波形検出回路４８は、出力波形検出回路を構成するものである。
【００９８】
定電流電源装置５２は、電球６，…，６に断芯が発生すると、出力電圧波形が中程度に歪む。その結果、出力電圧波形検出回路４８が検出する出力電圧値はある程度大きく変化して、歪み検出回路５１は、断芯検出信号（異常検出信号）を出力するものである。
【００９９】
また、他の実施例としては、出力波形検出回路９，４８が出力電圧波形および出力電流波形を検出し、その電圧波形と電流波形の差分が所定値以上のときに、歪み検出回路５１が電球６，…，６の異常を判定するようにしてもよい。このときは、出力電圧波形および出力電流波形のどちらか一方を基準値とすればよい。
【０１００】
上述したように、瞬時値検出回路４１が出力電流の瞬時値を検出し、電流値検出回路７が出力電流の実効値を検出し、乗算回路１５は、出力電流の実効値と予め設定された基準値との比較値に対して基準正弦波電源１６の基準正弦波（電圧）を乗算し、負荷としての電球６，…，６が断芯や短絡などをして出力電流が急変したときに、制御回路５０は、瞬時値検出回路４１が検出した出力電流の瞬時値と乗算回路１５の乗算値とが一致するように、主スイッチ素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４のオンオフ比率を可変させるので、電球６，…，６に供給される出力電流は良好に定電流制御されるとともに、歪み検出回路５１は、出力波形検出回路９，４８が検出した出力波形（出力電流波形または出力電圧波形）の歪み成分と予め設定された第２の基準値とを比較して、歪み成分が第２の基準値以上のときに電球６，…，６の異常を判定して断芯検出信号（異常検出信号）を精度よく出力するので、電球６，…，６の断芯等を報知等できる。
【０１０１】
次に、本発明の第８の実施形態について説明する。
【０１０２】
図１５は、本発明の第８の実施形態を示す定電流電源装置の回路図である。なお、図１３と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【０１０３】
図１５に示す定電流電源装置５３は、図１３に示す定電流電源装置４９において、電流値検出回路７および出力電流波形検出回路９、瞬時値検出回路４１を主トランスＴの入力巻線Ｔａ側に設けたものである。そして、主トランスＴは、例えば、入力巻線Ｔａの両端にフィルタ回路４から２００Ｖの略正弦波電圧が入力され、出力巻線Ｔｂの両端に４５４５Ｖの出力電圧を発生すると共に、密結合された絶縁型の昇圧トランスで構成されているものである。
【０１０４】
電流値検出回路７および出力電流波形検出回路９、瞬時値検出回路４１は、低圧側である主トランスＴの入力巻線Ｔａ側に設けているので、電路との絶縁が低圧の絶縁で済む。その結果、電流値検出回路７および出力電流波形検出回路９、瞬時値検出回路４１を低圧の回路部品で構成できるので、定電流電源装置５３を小形、低コストに構成することができる。
【０１０５】
次に、本発明の第９の実施形態について説明する。
【０１０６】
図１６は、本発明の第９の実施形態を示す定電流電源装置の回路図である。なお、図１５と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【０１０７】
図１６に示す定電流電源装置５４は、図１５に示す定電流電源装置５３において、電流値検出回路７および出力電流波形検出回路９、瞬時値検出回路４１をインバータ回路３の出力側に設けたものである。そして、電流値検出回路７および出力電流波形検出回路９は、フィルタ回路５５を介して、各々、ＲＭＳ変換器１２および歪み検出回路５１に接続されている。また、瞬時値検出回路４１は、フィルタ回路５６を介して、比較器４２の入力端子（−）に接続されている。フィルタ回路５５およびフィルタ回路５６は、インバータ回路３から出力された高周波成分を除去するものである。そして、インバータ回路３の出力電流の検出によっても、上述と同様に、電球６，…，６に供給される出力電流は定電流制御されるとともに、歪み検出回路５１が断芯検出信号（異常検出信号）を精度よく出力することができるものである。
【０１１０】
請求項１の発明によれば、瞬時値検出回路が出力電流の瞬時値を検出し、電流値検出回路が出力電流の実効値または平均値を検出し、乗算手段は、出力電流の実効値または平均値と予め設定された第１の基準値との比較値に対して基準正弦波を乗算し、負荷が断芯や短絡などをして出力電流が急変したときに、制御手段は、瞬時値検出回路が検出した出力電流の瞬時値と乗算手段の乗算値とが一致するように、主スイッチ素子のオンオフ比率を可変させるので、負荷に供給される出力電流は定電流となると共に、歪み検出回路は、出力波形検出回路が検出した出力波形の歪み成分と予め設定された第２の基準値との比較において、歪み成分が第２の基準値以上のときに負荷の異常を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す第１の定電流電源装置の回路図。
【図２】同じく、出力電圧を示し、（ａ）はインバータ回路の出力電圧、（ｂ）はフィルタ回路の出力電圧の波形図。
【図３】同じく、第２の定電流電源装置の回路図。
【図４】同じく、第３の定電流電源装置の回路図。
【図５】同じく、第４の定電流電源装置の回路図。
【図６】本発明の第２の実施形態を示す定電流電源装置の回路図。
【図７】同じく、帯域阻止フィルタの回路図。
【図８】本発明の第３の実施形態を示す定電流電源装置の回路図。
【図９】本発明の第４の実施形態を示す定電流電源装置の回路図。
【図１０】本発明の第５の実施形態を示す定電流電源装置の回路図。
【図１１】同じく、負荷の断芯時における出力電流波形を示す説明図。
【図１２】本発明の第６の実施形態を示す定電流電源装置の回路図。
【図１３】本発明の第７の実施形態を示す第１の定電流電源装置の回路図。
【図１４】同じく、第２の定電流電源装置の回路図。
【図１５】本発明の第８の実施形態を示す定電流電源装置の回路図。
【図１６】本発明の第９の実施形態を示す定電流電源装置の回路図。
【図１７】従来技術１の定電流電源装置の回路図。
【図１８】従来技術２の定電流電源装置の回路図。
【符号の説明】
Ｔ…………主トランス
１，２１，２２，２３，２４，２７，３１，３５，４０，４９，５２，５３，
５４………定電流電源装置
２…………直流電源
３…………インバータ回路
４…………フィルタ回路
５…………カレントトランス
６…………負荷としての電球
７…………電流値検出回路
８，４４，５０…制御手段を構成する制御回路
９…………出力電流波形検出回路（出力波形検出回路）
１０，２６，３０，３４，３９，４７，５１…歪み検出回路
１５………乗算手段としての乗算回路
４１………瞬時値検出回路
４８………出力電圧波形検出回路（出力波形検出回路）
【発明の属する技術分野】
本発明は、定電流電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空港では、航空機の安全な離着陸のために滑走路の周辺に多数の照明器具（灯火）が設置されている。そして、各照明器具に装着された照明負荷は、定電流電源装置によって給電されている。そして、各照明負荷は、例え１灯の照明負荷が断芯しても、常に一定電流が供給できるように、直列接続された可飽和特性を有する変流器（カレントトランス）を介して接続されている。変流器は、照明負荷が断芯するとトランスの磁心が飽和し、入力巻線のインピーダンスが低下し直列接続された他の照明負荷には電流を通じることができる。また、各照明負荷が直列接続され、一定電流の供給がされることによって、広大な範囲に配線された電線の電圧降下が対策され、各照明器具の光度を均一に維持することができる。これにより、広大な範囲に設置された照明負荷は、メンテナンス上、断芯検出が必須となっている。
【０００３】
従来、定電流電源装置は、サイリスタを位相制御することで定電流制御を行っており、負荷電流の実効値等を検出してサイリスタの点弧角を制御していた。そして、出力電圧および出力電流を検出して照明負荷の断芯を検出していた。その一例として、特許第２５４３９９３号公報（従来技術１）に開示された定電流電源装置を図１７に示す。
【０００４】
図１７に示す定電流電源装置６０において、時間積分値演算部６１は、計器用変流器６２の出力信号と変圧器６３の出力信号に基づき、定電流用電源装置６４の出力電圧波形の立上がり時点および出力電流波形の立上がり時点をそれぞれ検出し、出力電圧の立上がり時点から出力電流波形の立上がり時点までの定電流用電源装置６４の出力電圧の時間積分値を演算する。そして、波形変化時間判定部６５は、この時間積分値が所定値を超え、かつ、短絡状態の時間積分値がこれよりも小さくなるような変化が複数回繰り返されたことを確認して断芯検出信号を発生する。また、断芯位置判定部６６は、波形変化時間判定部６５の断芯検出信号の発生時刻と時計部６７の時刻データとに基づき、多数の灯火Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎのうちのどれが断芯したかを判定するものである。
【０００５】
ところで、近年、照明負荷に供給する電流波形を正弦波として、この正弦波形の大小によって定電流制御する定電流電源装置が提供されている。その一例として、特開平１１−１８４５４１号公報（従来技術２）に開示されたものがあり、図１８にその回路図を示す。
【０００６】
図１８に示す定電流電源装置６８は、入力側が交流電源６９に接続された双方向スイッチ回路７０と、共振回路７１と、出力トランス７２と、負荷回路７３と、負荷電流検出器７４と、パルス幅変調信号発生器７５とを備えている。交流電源６９は正弦波の交流電圧を出力するものであり、双方向スイッチ回路７０はパルス幅変調信号発生器７５からのパルス幅変調信号に基づいて、交流電源６９からの交流電圧を、当該交流電圧の周期より十分に短い一定の周期で、かつ、当該各周期におけるパルス幅がパルス幅変調信号に応じたパルス幅となるように、チョッピング制御して、チョッピングされた交流電圧を出力するものである。共振回路７１は、チョッピングされた交流電圧を交流電源６９からの交流電圧と同じ周波数を有する正弦波の交流電流（交流電圧）にして出力する。出力トランス７２は、共振回路７１の出力電流Ｉ１を１次巻線と２次巻線との巻数比に応じて変換し、負荷電流Ｉ２として２次巻線側に出力する。
【０００７】
そして、負荷回路７３には、負荷電流Ｉ２が流れ、負荷電流Ｉ２は負荷電流検出器７４によって検出される。パルス幅変調信号発生器７５は負荷電流検出器７４の負荷電流Ｉ２に応じた検出信号に基づいて、負荷電流Ｉ２が一定となるようにパルス幅変調信号を発生するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術１の定電流電源装置６０は、照明負荷である灯火Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎの断芯を検出するために、出力電圧検出回路６３、出力電流検出回路６２、演算回路６１および判定回路６５など複雑な回路構成が必要であり、また、複雑な回路構成にも関わらず、高感度、高精度の断芯検出が困難であるという欠点を有する。
【０００９】
また、従来技術２の定電流電源装置６８には、照明負荷の断芯など、照明負荷の異常状態を判定することは開示されていない。定電流電源装置は、照明負荷を空港などの広大な範囲に設置する場合が多く、メンテナンス上、断芯検出など照明負荷の異常検出が必須である。したがって、照明負荷に正弦波電流を供給する定電流電源装置においても、照明負荷の異常を判定する必要がある。
【００１０】
本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、負荷に正弦波電流を供給するとともに、簡易で高精度である負荷の異常を判定する判定回路を具備した定電流電源装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の定電流電源装置の発明は、直流電源と；直流電源に接続され、直流電源の出力電圧を高周波でスイッチングする主スイッチ素子を備え、主スイッチ素子のスイッチング動作によってスイッチング周波数より低周波の周期でデューティー比が変化するパルス電圧を出力するインバータ回路と；インバータ回路から出力されたパルス電圧より高周波成分を除去して低周波の略正弦波電圧を出力するフィルタ回路と；入力巻線および出力巻線を有し、インバータ回路の出力が供給される主トランスと；入力巻線および出力巻線をそれぞれ有し、主トランスの出力が直列接続された入力巻線に供給される可飽和特性を有する複数のカレントトランスと；複数のカレントトランスの出力巻線の両端に各々接続された複数の略線形な負荷と；インバータ回路の出力電流の瞬時値および／またはフィルタ回路の出力電流の瞬時値を検出する瞬時値検出回路と；インバータ回路の出力電流の実効値または平均値および／またはフィルタ回路の出力電流の実効値または平均値を検出する電流値検出回路と；電流値検出回路が検出した出力電流の実効値または平均値と予め設定された第１の基準値との比較値に対して、基準正弦波を乗算して出力する乗算手段と；瞬時値検出回路が検出した出力電流の瞬時値と乗算手段の乗算値とが一致するように、主スイッチ素子のオンオフ比率を可変させ、負荷に供給される出力電流が定電流となるように制御する制御手段と；インバータ回路の出力電流波形または出力電圧波形および／またはフィルタ回路の出力電流波形または出力電圧波形を検出する出力波形検出回路と；出力波形検出回路が検出した出力波形の歪み成分を検出し、歪み成分と予め設定された第２の基準値とを比較して、歪み成分が第２の基準値以上のときに負荷の異常を判定する歪み検出回路と；を具備していることを特徴とする。
【００１２】
本発明において、特に言及しない限り用語の定義および技術的意味は次のとおりとする。
【００１３】
直流電源は、バッテリ、直流電源装置、商用交流電圧を整流または整流平滑したもの、商用交流電源に整流平滑回路およびチョッパ回路を接続し整流平滑されたものなど、直流電圧を出力するものであればよい。
【００１４】
インバータ回路では、主スイッチ素子のスイッチング動作によって必然的に高周波成分が発生する。そして、フィルタ回路は、インバータ回路から出力されたパルス電圧より高周波成分を除去するものである。これにより、フィルタ回路から略正弦波電圧が出力される。
【００１５】
フィルタ回路は、インバータ回路の出力側に接続してもよく、主トランスの出力巻線間に接続してもよい。
【００１６】
主トランスの出力がカレントトランスの直列接続された入力巻線に供給されるとは、カレントトランスの直列接続された入力巻線が主トランスの出力巻線間に接続されて主トランスの出力巻線間の出力が供給されること、主トランスの出力巻線間にフィルタ回路が接続され、そのフィルタ回路の出力側にカレントトランスの直列接続された入力巻線が接続されてフィルタ回路の出力が供給されることのいずれであってもよい。
【００１７】
略線形な負荷とは、負荷に印加される電圧が増加すると、負荷に流れる電流がほぼ比例して増加する負荷であり、例えば、電球である。
【００１８】
電流値検出回路がインバータ回路の出力電流の実効値または平均値および／またはフィルタ回路の出力電流の実効値または平均値を検出することの意味は、インバータ回路の出力電流の実効値または平均値、フィルタ回路の出力電流の実効値または平均値のうち、少なくとも一方を検出することである。
【００２５】
瞬時値検出回路がインバータ回路の出力電流の瞬時値および／またはフィルタ回路の出力電流の瞬時値を検出するとは、インバータ回路の出力電流の瞬時値、フィルタ回路の出力電流の瞬時値のうち、少なくとも一方を検出することである。
【００３１】
瞬時値検出回路が検出した出力電流の瞬時値と乗算手段の乗算値とが一致するように制御するとは、乗算値に瞬時値を一致させる他に、乗算値に瞬時値を近づけるように制御することも包含される。
【００３２】
乗算手段および制御手段はマイコンで構成され、基準値，定電流制御方法などのプログラム化により、負荷に供給される出力電流を定電流制御するようにしてもよい。
【００３３】
出力波形検出回路がインバータ回路の出力電圧波形または出力電流波形および／またはフィルタ回路の出力電圧波形または出力電流波形を検出するとは、インバータ回路の出力電圧波形または出力電流波形、フィルタ回路の出力電圧波形または出力電流波形のうち、少なくとも一方を検出することである。また、出力波形検出回路とは、出力電流波形検出回路または出力電圧波形検出回路であることを意味する。したがって、出力波形検出回路の出力波形とは、出力電流波形または出力電圧波形のことである。
【００３４】
出力電流の実効値または平均値と出力電流の瞬時値の両方による定電流制御によれば、負荷の断芯時に出力電流波形および出力電圧波形は中程度に歪む。したがって、歪み検出回路は、出力電流波形または出力電流波形のいずれにおいても、感度および精度よく負荷の断芯を検出できる。
【００３５】
本発明によれば、瞬時値検出回路が出力電流の瞬時値を検出し、電流値検出回路が出力電流の実効値または平均値を検出し、乗算手段は、出力電流の実効値または平均値と予め設定された第１の基準値との比較値に対して基準正弦波を乗算し、負荷が断芯や短絡などをして出力電流が変化したときに、制御手段は、瞬時値検出回路が検出した出力電流の瞬時値と乗算手段の乗算値とが一致するように、主スイッチ素子のオンオフ比率を可変させるので、負荷に供給される出力電流は定電流となると共に、歪み検出回路は、出力波形検出回路が検出した出力波形の歪み成分と予め設定された第２の基準値との比較において、歪み成分が第２の基準値以上のときに負荷の異常を判定することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図１〜図１６を参照して説明する。
【００４１】
まず、第１実施形態について説明する。
【００４２】
図１，図３〜図５は、本発明の第１の実施形態を示す定電流電源装置の回路図である。図中、１，２１，２２，２３は定電流電源装置、２は直流電源、３はインバータ回路、４はフィルタ回路、５はカレントトランス、６は負荷、７は電流値検出回路、８は制御手段を構成する制御回路、９は出力電流波形検出回路、１０は歪み検出回路、Ｔは主トランスである。
【００４３】
図１において、定電流電源装置１のインバータ回路３は、直流電源２に接続されている。インバータ回路３は、主スイッチ素子としての伝導度変調型電界効果トランジスタ（ＩＧＢＴ）Ｔｒ１〜Ｔｒ４を備え、これらのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４をフルブリッジ形に接続して構成している。すなわち、トランジスタＴｒ１およびトランジスタＴｒ２の直列回路と、トランジスタＴｒ３およびトランジスタＴｒ４の直列回路とが直流電源２に並列的に接続され、トランジスタＴｒ１およびトランジスタＴｒ２の接続点ａと、トランジスタＴｒ３およびトランジスタＴｒ４の接続点ｂとの間に出力側が形成されている。そして、各々のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のゲート，エミッタ間は、駆動回路１１に接続されている。駆動回路１１はゲート，エミッタ間に駆動電圧を印加してトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４をスイッチング動作させる。また、制御回路８によって、トランジスタＴｒ１およびトランジスタＴｒ４は同時にスイッチング動作され、トランジスタＴｒ２およびトランジスタＴｒ３は同時にスイッチング動作されると共に、トランジスタＴｒ１およびトランジスタＴｒ４と、トランジスタＴｒ２およびトランジスタＴｒ３は、交互に所定周波数でスイッチング動作される。すなわち、インバータ回路３は、直流電源２の出力電圧を高周波でスイッチングする。そして、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のスイッチング動作によって、図２（ａ）に示すように、スイッチング周波数より低周波（例えば、５０Ｈｚ）の周期でデューティー比が変化するパルス電圧を出力する。
【００４４】
フィルタ回路４は、インダクタンス素子としてのインダクタＬ１およびキャパシタンス素子としてのコンデンサＣ１から構成され、インダクタＬ１およびコンデンサＣ１の直列回路の両端を入力側、コンデンサＣ１の両端を出力側としている。そして、フィルタ回路４の入力側は、インバータ回路３の出力側に接続されている。そして、フィルタ回路４は、図２（ｂ）に示すように、インバータ回路３から出力されたパルス電圧（図２（ａ））より高周波成分を除去して低周波（例えば、５０Ｈｚ）の略正弦波電圧を出力端子４ａ，４ｂ間に出力する。ここで、略正弦波電圧とは、正弦波電圧あるいは正弦波に近似する波形を有する電圧を意味する。
【００４５】
主トランスＴは、入力巻線Ｔａおよび入力巻線Ｔａと磁気的に結合された出力巻線Ｔｂを有し、フィルタ回路４の出力端子４ａ，４ｂ間に入力巻線Ｔａの両端が接続されている。入力巻線Ｔａの両端には略正弦波電圧が印加されるので、入力巻線Ｔａに略正弦波電流が流れる。この略正弦波電流は、入力巻線Ｔａと出力巻線Ｔｂの巻数比に応じた略正弦波電流（例えば、６．６Ａ）となって出力巻線Ｔｂに流れる。
【００４６】
複数のカレントトランス５，…，５は入力巻線５ａ，…，５ａおよび出力巻線５ｂ，…，５ｂを有し、入力巻線５ａ，…，５ａが直列接続されて主トランスＴの出力巻線Ｔｂの両端に接続されている。カレントトランス５，…，５は可飽和特性を有し、入力巻線５ａ，…，５ａに電流が流れている状態で出力巻線５ｂ，…，５ｂの両端間が開放すると、磁心が飽和して入力巻線５ａ，…，５ａのインピーダンスが低下するものである。
【００４７】
カレントトランス５，…，５の出力巻線５ｂ，…，５ｂの両端には、各々、略線形な負荷としての電球６，…，６が図示しない電源端子を介して接続されている。
【００４８】
そして、カレントトランス５，…，５の入力巻線５ａ，…，５ａ側には、電流値検出回路７が設けられている。そして、電流値検出回路７はＲＭＳ変換器１２に接続されている。電流値検出回路７は電球６，…，６に供給される主トランスＴの出力電流、すなわち、フィルタ回路４の出力電流を検出し、ＲＭＳ変換器１２は電流値検出回路７によって検出された出力電流の実効値を算出する。
【００４９】
ＲＭＳ変換器１２の出力端子は、誤差増幅器１３の反転入力端子に接続されており、ＲＭＳ変換器１２によって算出された実効値は、この反転入力端子に入力される。一方、誤差増幅器１３の非反転入力端子には、基準電源Ｒｅｆ１が接続されて第１の基準電圧値（予め設定された基準電圧値）が入力されている。誤差増幅器１３は、ＲＭＳ変換器１２によって算出された実効値と基準電源Ｒｅｆ１の第１の基準電圧値とを比較し、その差分（比較値）を増幅して制御回路８に出力する。
【００５０】
制御回路８はパルス幅変調回路１４および乗算回路１５を含んで構成され、乗算回路１５の一方の入力端子に誤差増幅器１３から出力された差分（比較値）が入力される。そして、乗算回路１５の他方の入力端子には、基準正弦波電源１６の低周波の基準正弦波（電圧）が入力される。乗算回路１５は、誤差増幅器１３から出力された差分と基準正弦波（電圧）とを乗算して乗算値をパルス幅変調回路１４に出力する。
【００５１】
パルス幅変調回路１４は、乗算回路１５から出力された乗算値に応じて、トランジスタＴｒ１およびトランジスタＴｒ４、トランジスタＴｒ２およびトランジスタＴｒ３のオンオフ比率を可変する制御信号を駆動回路１１に送出する。すなわち、パルス幅変調回路１４は、ＲＭＳ変換器１２によって算出された実効値と基準電源Ｒｅｆ１の第１の基準電圧値との差分に応じて、継続してオンオフ比率を可変する制御信号を駆動回路１１に送出する。この結果、負荷である電球６，…，６に供給される電流がほぼ一定となり、出力電流は定電流制御されることになる。なお、制御回路８、電流値検出回路７、ＲＭＳ変換器１２、誤差増幅器１３および基準電源Ｒｅｆ１によって、制御手段が構成されている。
【００５２】
また、電流値検出回路７は歪み検出回路１０に接続されている。ここで、電流値検出回路７は出力電流波形検出回路９を構成するものである。出力電流波形検出回路９も、電流値検出回路７と同様に、フィルタ回路４の出力電流を主トランスＴの出力巻線Ｔｂ側で検出しているので、両者を共用させたものである。もちろん、出力電流波形検出回路９が電流値検出回路７と異なる出力電流を検出するときには、両者を各々設ける必要がある。
【００５３】
歪み検出回路１０は、差分演算回路１７、基準正弦波電源１８、整流・平均値化回路１９、比較器２０および基準電源Ｒｅｆ２を含んで構成されている。そして、出力電流波形検出回路９は差分演算回路１７の反転入力端子に接続されており、その差分演算回路１７の非反転入力端子には基準正弦波電源１８が接続されている。差分演算回路１７の反転入力端子には、出力電流波形検出回路９によって検出された出力電流の電圧変換値が入力され、非反転入力端子には、低周波（例えば、５０Ｈｚ）の基準正弦波電圧が入力される。差分演算回路１７は、出力電流の電圧変換値と基準正弦波電圧の差分を演算・増幅して出力する。すなわち、差分演算回路１７は、出力電流波形検出回路９によって検出された出力電流と基準正弦波電流の差、すなわち、出力電流波形の歪み成分を出力する。
【００５４】
差分演算回路１７の出力端子は、整流・平均値化回路１９を介して誤差増幅器２０の非反転入力端子に接続されている。一方、比較器２０の反転入力端子には、基準電源Ｒｅｆ２が接続されて、第２の基準電圧値（予め設定された基準値）が入力されている。整流・平均値化回路１９は、差分演算回路１７によって演算された出力電流波形の歪み成分を整流、平均化して一定電圧とする。比較器２０は、この一定電圧と予め設定された基準値である第２の基準電圧値とを比較し、この一定電圧が第２の基準電圧値以上のときにＨｉｇｈ信号（例えば、ＤＣ５Ｖ）を出力する。すなわち、歪み成分が予め設定された基準値以上のときにＨｉｇｈ信号を出力する。
【００５５】
なお、整流・平均値化回路１９は、必ずしも設ける必要がないものである。
【００５６】
次に、図１の定電流電源装置１の作用について述べる。
【００５７】
直流電源２が投入されると、カレントトランス５，…，５の入力巻線５ａ，…，５ａに低周波（例えば、５０Ｈｚ）の略正弦波電流が流れて電球６，…，６が点灯する。そして、略正弦波電流は、制御回路８により、例えば６．６Ａの定電流に制御される。
【００５８】
電球６，…，６のいずれか一つの電源端子間が断芯して、カレントトランス５の出力巻線５ｂの両端が開放すると、カレントトランス５，…，５の入力巻線５ａ，…，５ａに流れる出力電流は減少すると共に、出力電流波形が大きく歪む。
この出力電流は、出力電流波形検出回路９によって検出され、差分演算回路１７において、基準正弦波電流との差、すなわち、歪み成分が演算される。差分演算回路１７は、この歪み成分を増幅し、電圧に変換して整流・平均値化回路１９を介して比較器２０に送出する。そして、比較器２０は、差分演算回路１７から出力された歪み成分と予め設定された基準値（第２の基準電圧値）とを比較し、歪み成分が基準値以上のときにＨｉｇｈ信号（例えば、ＤＣ５Ｖ）を出力する。このＨｉｇｈ信号は、異常検出信号（断芯検出信号）であり、Ｈｉｇｈ信号に応じて、表示灯や警報などの報知手段等を動作させたり、インバータ回路３の動作を停止させるように構成すればよい。
【００５９】
上述したように、歪み検出回路１０は、出力電流波形検出回路９が検出した出力電流の歪み成分と予め設定された基準値（第２の基準電圧値）とを比較し、歪み成分が基準値以上のときに比較器２０より異常検出信号（断芯検出信号）が出力されるので、負荷としての電球６，…，６の異常を判定できる。そして、差分演算回路１７における単純な演算（引き算）を用いているので、簡易な方法により高精度で電球６，…，６の異常を検出できる。
【００６０】
また、カレントトランス５，…，５の入力巻線５ａ，…，５ａに流れる出力電流が増加または減少すると、誤差増幅器１３での電流値検出回路７で検出された出力電流の実効値と基準電源Ｒｅｆ１の第１の基準電圧値との比較において、大きな差分が発生する。この差分は、乗算回路１５で基準正弦波（電圧）が乗算された後、パルス幅変調回路１４に送出される。パルス幅変調回路１４は、差分が零となるようにあるいは零に近づくように、トランジスタＴｒ１およびトランジスタＴｒ４、トランジスタＴｒ２およびトランジスタＴｒ３のオンオフ比率を可変する制御信号を駆動回路１１に送出する。駆動回路１１は、この制御信号により、トランジスタＴｒ１およびトランジスタＴｒ４、トランジスタＴｒ２およびトランジスタＴｒ３を駆動させる。これにより、電球６，…，６に流れる出力電流が定電流（例えば、６．６Ａ）に制御される。
【００６１】
誤差増幅器１３では、電流値検出回路７で検出された出力電流の実効値と基準電源Ｒｅｆ１の第１の基準電圧値（予め設定された基準電圧値）との比較を行うが、言い換えれば、電流値検出回路７が検出した出力電流値と予め設定された基準電流値とを比較するものである。そして、制御回路８は、電流値検出回路７が検出した出力電流値と予め設定された基準電流値とが一致するように、トランジスタＴｒ１〜トランジスタＴｒ４のオンオフ比率を可変させるものである。
【００６２】
上述したように、電流値検出回路７が出力電流を検出し、負荷としての電球６，…，６が断芯や短絡などをして出力電流が変化したときに、制御回路８は、電流値検出回路７が検出した出力電流値と予め設定された基準電流値とが一致するように、主スイッチ素子としてのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のオンオフ比率を可変させるので、負荷としての電球６，…，６に供給される出力電流が定電流となると共に、歪み検出回路１０において、出力電流波形検出回路９が検出した出力電流波の歪み成分と予め設定された基準値との比較によって、歪み成分が基準値以上のときに電球６，…，６の異常を判定することができる。
【００６３】
図３に示す定電流電源装置２１は、図１に示す定電流電源装置１において、電流値検出回路７を主トランスＴの入力巻線Ｔａ側とフィルタ回路４の出力側の間に設けたものである。主トランスＴは、例えば、入力電圧２００Ｖ、出力電圧４５４５Ｖの昇圧トランスであり、出力巻線Ｔｂの両端には高電圧が発生する。電流値検出回路７は低圧側に設けられるので、耐圧の低い回路部品を用いることができ、低コスト化できる。
【００６４】
図４に示す定電流電源装置２２は、図１に示す定電流電源装置１において、フィルタ回路４を主トランスＴの出力側に設けたものである。低周波の略正弦波電圧は、定電流電源装置１では主トランスＴの入力側で形成され、定電流電源装置２２では主トランスＴの出力側で形成される。また、図５に示す定電流電源装置２３は、主トランスＴをリーケージトランスＴ１で構成すると共に、リーケージトランスＴ１の出力巻線Ｔｂをインダクタンス素子としてのインダクタＬ２とし、出力巻線Ｔｂと並列的にキャパンタンス素子としてのキャパシタＣ２を接続してフィルタ回路４を構成したものである。インダクタＬ２を出力巻線Ｔｂと共用するので、回路構成が簡素となる。
【００６５】
なお、図１，図３〜図５の定電流電源装置１，２１，２２，２３において、電流値検出回路７はインバータ回路３の出力側に設け、インバータ回路３の出力電流を検出してもよい。この場合、ＲＭＳ変換器１２などに高周波成分を除去するフィルタ回路を設ける必要がある。また、ＲＭＳ変換器１２を用いずに平均値を算出して平均値制御としてもよい。また、乗算回路１５は制御回路８内に設けなくてもよく、独立して構成してもよい。
【００６６】
また、図３に示すように、電流値検出回路７を主トランスＴの入力巻線Ｔａ側とフィルタ回路４の出力側に設けること、図４に示すように、フィルタ回路４を主トランスＴの出力側に設けること、図５に示すように、フィルタ回路４をリーケージトランスＴ１の出力巻線Ｔｂを用いて構成することは、以下の第２〜第９の実施形態で示す定電流電源装置２４，２７，３１，３５，４０，４９，５２，５３，５４にも適用されるものである。
【００６７】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００６８】
図６は、本発明の第２の実施形態を示す定電流電源装置の回路図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００６９】
図６に示す定電流電源装置２４は、図１に示す定電流電源装置１において、歪み検出回路１０の差分演算器１７および基準正弦波電源１８に代え、帯域阻止フィルタＢＥＦ２５を接続して歪み検出回路２６を構成したものである。帯域阻止フィルタＢＥＦ２５は、出力電流波形検出回路９が検出した出力電流より基準正弦波、例えば５０Hzの波形部分を除去して歪み成分のみを通過させるものであり、例えば、図７に示すような周知の回路で構成することができる。すなわち、抵抗Ｒ１〜Ｒ３およびコンデンサＣ３〜Ｃ５を図示のようにツインＴ型に接続したものである。
【００７０】
歪み検出回路２６は、電球６，…，６の断芯など異常が発生したときに、帯域阻止フィルタＢＥＦ２５を用いて歪み波形（歪み成分）を検出するので、高精度で簡易に構成することができる。
【００７１】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００７２】
図８は、本発明の第３の実施形態を示す定電流電源装置の回路図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００７３】
図８に示す定電流電源装置２７は、図１に示す定電流電源装置１において、歪み検出回路１０の差分演算器１７、基準正弦波電源１８および整流・平均値化回路１９に代え、微分演算回路２８を接続するとともに、比較器２０の出力側にラッチ回路２９を接続して歪み検出回路３０を構成したものである。微分演算回路２８は、入力端子２８ａおよび出力端子２８ｂ間にコンデンサＣ６を介挿し、出力端子２８ｂおよびアースＥ間に抵抗Ｒ４を介挿して構成され、出力電流波形検出回路９が検出した出力電流を微分するものである。すなわち、出力電流の高周波成分、すなわち、歪み波形（歪み成分）に相当する部分を通過させるものである。この歪み波形（歪み成分）に相当する部分は、比較器２０において、基準電源Ｒｅｆ２の第２の基準電圧値（予め設定された基準値）と比較され、その歪み波形（歪み成分）が基準値以上のときに電球６，…，６の断芯など異常が発生したと判断される。また、ラッチ回路２９は、比較器２０のＨｉｇｈ信号、すなわち、異常検出信号（断芯検出信号）を保持するものである。
【００７４】
歪み検出回路３０は、微分演算回路２８を用いて歪み波形（歪み成分）を検出し、歪み波形（歪み成分）が予め設定された基準値（第２の基準電圧値）以上のときに、断芯検出信号（異常検出信号）を出力するので、高精度で簡易な回路構成で電球６，…，６の断芯など異常を判定できる。
【００７５】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
【００７６】
図９は、本発明の第４の実施形態を示す定電流電源装置の回路図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００７７】
図６に示す定電流電源装置３１は、図１に示す定電流電源装置１において、歪み検出回路１０の差分演算器１７および整流・平均値化回路１９に代え、位相検波器３２および積分器３３を接続して歪み検出回路３４を構成したものである。
電球６，…，６が断芯など異常が発生していないときには、基準正弦波電源１８の基本波である基準正弦波電圧の位相と、主トランスＴの出力電流（フィルタ回路４の出力電流）の位相とは同相になっている。しかし、電球６，…，６が断芯などすると、主トランスＴの出力電圧に対して出力電流が遅れる。すなわち、出力電流は基準正弦波電圧に対して遅れて位相差が発生する。位相検波器３２は、この位相差を演算して出力する。積分器３３は、入力および出力間に抵抗Ｒ５を介挿し、出力およびアースＥ間にコンデンサＣ７を介挿して構成され、位相検波器３２が出力した位相差を積分するものである。比較器２０において、位相差の積分値と基準電源Ｒｅｆ２の第２の基準電圧値（予め設定された基準値）が比較され、歪み成分である位相差の積分値が予め設定された基準値以上のときに電球６，…，６の断芯など異常が発生したと判断される。
【００７８】
歪み検出回路３４は、出力電流波形検出回路９が検出した出力電流波形と基準正弦波電源１８の基準正弦波電圧波形（基本波）の位相差を演算し、その位相差が予め設定された基準値（第２の基準電圧値）以上のときに、断芯検出信号（異常検出信号）を出力するので、高精度かつ簡易な回路構成で電球６，…，６の断芯など異常を判定できる。
【００７９】
なお、積分器３３は、必ずしも設ける必要はないものである。
【００８０】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
【００８１】
図１０は、本発明の第５の実施形態を示す定電流電源装置の回路図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００８２】
図７に示す定電流電源装置３５は、図１に示す定電流電源装置１において、歪み検出回路１０の差分演算器１７および整流・平均値化回路１９に代え、サンプル・ホールド回路３６、ゼロクロス検出回路３７およびクロック回路３８を接続して歪み検出回路３９を構成したものである。すなわち、サンプル・ホールド回路３６の一方の入力端子に出力電流波形検出回路９を接続し、サンプル・ホールド回路３６の他方の入力端子にゼロクロス検出回路３７およびクロック回路３８を介して基準正弦波電源１８を接続し、サンプル・ホールド回路３６の出力端子を比較器２０の非反転入力端子に接続したものである。
【００８３】
電球６，…，６に断芯が発生していない正常時には、主トランスＴの出力電流波形（フィルタ回路４の出力電流波形）は、略正弦波の電流波形である。そして、電球６，…，６が断芯すると、図１１に示すように、出力電流波形は大きく歪む。出力電流波形と基準正弦波電源１８の基準正弦波電圧波形は同期しており、ゼロクロス検出回路３７は、基準正弦波電圧波形のゼロクロス点、すなわち、出力電流波形のゼロクロス点を検出する。クロック回路３８はゼロクロス点より遅延時間後の出力電流の検出信号（クロック信号）をサンプル・ホールド回路３６に送出する。ここで、クロック信号の送出は、電球６，…，６が断芯したときに出力電流が大きく歪んでいる位置に予め設定するとよい。サンプル・ホールド回路３６はクロック信号が入力される（図１１の検出点）と、出力電流波形検出回路９が検出している出力電流を取り込み、正常時の出力電流波形に対して反比例した電圧に変換して比較器２０に出力する。比較器２０において、検出点における出力電流値の電圧変換値と基準電源Ｒｅｆ２の第２の基準電圧値（予め設定された基準値）が比較され、その電圧変換値が基準値以上のときに電球６，…，６の断芯が発生したと判断される。
【００８４】
歪み検出回路３９は、出力電流波形検出回路９が検出した出力電流が基準電源Ｒｅｆ２の予め設定された基準値（第２の基準電圧値）以上のときに、電球６，…，６の断芯が発生したと判断して異常検出信号（断芯検出信号）を出力するので、高精度で簡易な回路構成である。また、アナログ演算回路を用いずに電球６，…，６の断芯を検出できるので、定電流電源装置３５の動作制御のデジタル化に好適である。
【００８５】
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
【００８６】
図１２は、本発明の第６の実施形態を示す定電流電源装置の回路図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００８７】
図１２に示す定電流電源装置４０は、図１に示す定電流電源装置１において、カレントトランス５，…，５の入力巻線５ａ，…，５ａ側に瞬時値検出回路４１を設け、瞬時値検出回路４１が比較器４２の入力端子の一端（−）に接続され、比較器４２の他方の入力端子（＋）には、基準正弦波電源４３が接続されている。そして、比較器４２の出力端子は、パルス幅変調回路１４に接続されている。そして、パルス幅変調回路１４、比較器４２および基準正弦波電源４３により制御回路４４が構成されている。また、主トランスＴの出力巻線Ｔｂの両端に電圧検出器４５を設け、電圧検出器４５の出力端子が出力電圧検出回路４６を介して歪み検出回路４７に接続されたものである。電圧検出器４５は、主トランスＴの出力巻線Ｔｂの両端間の電圧波形を検出するものであり、例えば、計器用変圧器ＰＴ、分圧器などで構成される。出力電圧検出回路４６は、電圧検出器４６で検出した交流電圧波形を直流電圧に変換して歪み検出回路４７に入力する。そして、電圧検出器４５および出力電圧検出回路４６によって、出力電圧波形検出回路４８が構成されている。そして、歪み検出回路４７は、上述した図１の歪み検出回路１０，図６の歪み検出回路２６，図８の歪み検出回路３０等によって構成されるものである。
【００８８】
瞬時値検出回路４１は、主トランスＴの出力電流（フィルタ回路４の出力電流）の瞬時値を検出して比較器４２に入力する。基準正弦波電源４３は、予め設定された低周波（例えば、５０Ｈｚ）の基準電流波形値を比較器４２に入力する。比較器４２は、出力電流の瞬時値と基準電流波形値を比較して、その差分を増幅してパルス幅変調回路１４に送出する。パルス幅変調回路１４は、出力電流の瞬時値と基準電流波形値との差分に応じて、継続してオンオフ比率を可変する制御信号を駆動回路１１に送出する。この結果、負荷である電球６，…，６に供給される電流がほぼ一定となり、出力電流は定電流制御される。
【００８９】
電球６，…，６に断芯が発生すると、出力電圧波形が大きく歪む。その結果、出力電圧波形検出回路４８が検出する出力電圧波形は大きく変化して、歪み検出回路４７は、断芯検出信号（異常検出信号）を出力する。
【００９０】
また、他の実施例としては、出力電圧波形検出回路４８が出力電圧を検出し、その電圧波形のピーク値が予め設定された基準値以上のときに、歪み検出回路４７が電球６，…，６の異常を判定するようにしてもよい。
【００９１】
上述したように、瞬時値検出回路４１が出力電流の瞬時値を検出し、負荷としての電球６，…，６が断芯や短絡などをして出力電流が変化したときに、制御回路４４は、瞬時値検出回路４１が検出した出力電流の瞬時値と予め設定された基準正弦波電源４３の基準電流波形値とが一致するように、主スイッチ素子としてのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のオンオフ比率を可変させるので、電球６，…，６に供給される出力電流は定電流制御されるとともに、歪み検出回路４７は出力電圧波形検出回路４８が検出した出力電圧波形の歪み成分と予め設定された基準値とを比較して、歪み成分が基準値以上のときに負荷の異常を判定して断芯検出信号（異常検出信号）を精度よく出力するので、電球６，…，６の断芯等を報知等できる。
【００９２】
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。
【００９３】
図１３および図１４は、本発明の第７の実施形態を示す定電流電源装置の回路図である。なお、図１および図１２と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００９４】
図１３に示す定電流電源装置４９は、図１に示す定電流電源装置１において、カレントトランス５，…，５の入力巻線５ａ，…，５ａ側に瞬時値検出回路４１を設け、瞬時値検出回路４１が比較器４２の入力端子の一端（−）に接続され、比較器４２の他方の入力端子（＋）には、乗算手段としての乗算器１５の出力端子が接続されている。そして、比較器４２の出力端子は、パルス幅変調回路１４に接続されている。そして、パルス幅変調回路１４および比較器４２により制御手段としての制御回路５０が構成されている。また、歪み検出回路５１は、上述した図１，図６，図８〜図１０の歪み検出回路１０，２６，３０，３４，３９等によって構成されるものである。また、出力電流波形検出回路９は、出力波形検出回路を構成するものである。
【００９５】
瞬時値検出回路４１は、主トランスＴの出力電流の瞬時値を検出して比較器４２の一方の入力端子（−）に入力する。また、比較器４２の他方の入力端子（＋）には、乗算回路１５の出力値、すなわち、誤差増幅器１３から出力された差分と基準正弦波電源１６の基準正弦波（電圧）との乗算値が入力される。比較器４２は、主トランスＴの出力電流の瞬時値と乗算回路１５の乗算値とを比較して、その差分を増幅してパルス幅変調回路１４に送出する。パルス幅変調回路１４は、出力電流の瞬時値と乗算値の差分に応じて、継続してオンオフ比率を可変する制御信号を駆動回路１１に送出する。この結果、負荷である電球６，…，６に供給される電流がほぼ一定となり、出力電流は定電流制御される。
【００９６】
そして、電球６，…，６に断芯が発生すると、出力電流波形が中程度に歪む。その結果、出力電流波形検出回路９が検出する出力電流値はある程度大きく変化して、歪み検出回路５１は、断芯検出信号（異常検出信号）を出力する。
【００９７】
図１４に示す定電流電源装置５２は、図１３に示す定電流電源装置４９において、出力電流波形の検出に代えて、出力電圧波形を検出するものである。そして、出力電圧波形検出回路４８は、出力波形検出回路を構成するものである。
【００９８】
定電流電源装置５２は、電球６，…，６に断芯が発生すると、出力電圧波形が中程度に歪む。その結果、出力電圧波形検出回路４８が検出する出力電圧値はある程度大きく変化して、歪み検出回路５１は、断芯検出信号（異常検出信号）を出力するものである。
【００９９】
また、他の実施例としては、出力波形検出回路９，４８が出力電圧波形および出力電流波形を検出し、その電圧波形と電流波形の差分が所定値以上のときに、歪み検出回路５１が電球６，…，６の異常を判定するようにしてもよい。このときは、出力電圧波形および出力電流波形のどちらか一方を基準値とすればよい。
【０１００】
上述したように、瞬時値検出回路４１が出力電流の瞬時値を検出し、電流値検出回路７が出力電流の実効値を検出し、乗算回路１５は、出力電流の実効値と予め設定された基準値との比較値に対して基準正弦波電源１６の基準正弦波（電圧）を乗算し、負荷としての電球６，…，６が断芯や短絡などをして出力電流が急変したときに、制御回路５０は、瞬時値検出回路４１が検出した出力電流の瞬時値と乗算回路１５の乗算値とが一致するように、主スイッチ素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４のオンオフ比率を可変させるので、電球６，…，６に供給される出力電流は良好に定電流制御されるとともに、歪み検出回路５１は、出力波形検出回路９，４８が検出した出力波形（出力電流波形または出力電圧波形）の歪み成分と予め設定された第２の基準値とを比較して、歪み成分が第２の基準値以上のときに電球６，…，６の異常を判定して断芯検出信号（異常検出信号）を精度よく出力するので、電球６，…，６の断芯等を報知等できる。
【０１０１】
次に、本発明の第８の実施形態について説明する。
【０１０２】
図１５は、本発明の第８の実施形態を示す定電流電源装置の回路図である。なお、図１３と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【０１０３】
図１５に示す定電流電源装置５３は、図１３に示す定電流電源装置４９において、電流値検出回路７および出力電流波形検出回路９、瞬時値検出回路４１を主トランスＴの入力巻線Ｔａ側に設けたものである。そして、主トランスＴは、例えば、入力巻線Ｔａの両端にフィルタ回路４から２００Ｖの略正弦波電圧が入力され、出力巻線Ｔｂの両端に４５４５Ｖの出力電圧を発生すると共に、密結合された絶縁型の昇圧トランスで構成されているものである。
【０１０４】
電流値検出回路７および出力電流波形検出回路９、瞬時値検出回路４１は、低圧側である主トランスＴの入力巻線Ｔａ側に設けているので、電路との絶縁が低圧の絶縁で済む。その結果、電流値検出回路７および出力電流波形検出回路９、瞬時値検出回路４１を低圧の回路部品で構成できるので、定電流電源装置５３を小形、低コストに構成することができる。
【０１０５】
次に、本発明の第９の実施形態について説明する。
【０１０６】
図１６は、本発明の第９の実施形態を示す定電流電源装置の回路図である。なお、図１５と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【０１０７】
図１６に示す定電流電源装置５４は、図１５に示す定電流電源装置５３において、電流値検出回路７および出力電流波形検出回路９、瞬時値検出回路４１をインバータ回路３の出力側に設けたものである。そして、電流値検出回路７および出力電流波形検出回路９は、フィルタ回路５５を介して、各々、ＲＭＳ変換器１２および歪み検出回路５１に接続されている。また、瞬時値検出回路４１は、フィルタ回路５６を介して、比較器４２の入力端子（−）に接続されている。フィルタ回路５５およびフィルタ回路５６は、インバータ回路３から出力された高周波成分を除去するものである。そして、インバータ回路３の出力電流の検出によっても、上述と同様に、電球６，…，６に供給される出力電流は定電流制御されるとともに、歪み検出回路５１が断芯検出信号（異常検出信号）を精度よく出力することができるものである。
【０１１０】
請求項１の発明によれば、瞬時値検出回路が出力電流の瞬時値を検出し、電流値検出回路が出力電流の実効値または平均値を検出し、乗算手段は、出力電流の実効値または平均値と予め設定された第１の基準値との比較値に対して基準正弦波を乗算し、負荷が断芯や短絡などをして出力電流が急変したときに、制御手段は、瞬時値検出回路が検出した出力電流の瞬時値と乗算手段の乗算値とが一致するように、主スイッチ素子のオンオフ比率を可変させるので、負荷に供給される出力電流は定電流となると共に、歪み検出回路は、出力波形検出回路が検出した出力波形の歪み成分と予め設定された第２の基準値との比較において、歪み成分が第２の基準値以上のときに負荷の異常を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す第１の定電流電源装置の回路図。
【図２】同じく、出力電圧を示し、（ａ）はインバータ回路の出力電圧、（ｂ）はフィルタ回路の出力電圧の波形図。
【図３】同じく、第２の定電流電源装置の回路図。
【図４】同じく、第３の定電流電源装置の回路図。
【図５】同じく、第４の定電流電源装置の回路図。
【図６】本発明の第２の実施形態を示す定電流電源装置の回路図。
【図７】同じく、帯域阻止フィルタの回路図。
【図８】本発明の第３の実施形態を示す定電流電源装置の回路図。
【図９】本発明の第４の実施形態を示す定電流電源装置の回路図。
【図１０】本発明の第５の実施形態を示す定電流電源装置の回路図。
【図１１】同じく、負荷の断芯時における出力電流波形を示す説明図。
【図１２】本発明の第６の実施形態を示す定電流電源装置の回路図。
【図１３】本発明の第７の実施形態を示す第１の定電流電源装置の回路図。
【図１４】同じく、第２の定電流電源装置の回路図。
【図１５】本発明の第８の実施形態を示す定電流電源装置の回路図。
【図１６】本発明の第９の実施形態を示す定電流電源装置の回路図。
【図１７】従来技術１の定電流電源装置の回路図。
【図１８】従来技術２の定電流電源装置の回路図。
【符号の説明】
Ｔ…………主トランス
１，２１，２２，２３，２４，２７，３１，３５，４０，４９，５２，５３，
５４………定電流電源装置
２…………直流電源
３…………インバータ回路
４…………フィルタ回路
５…………カレントトランス
６…………負荷としての電球
７…………電流値検出回路
８，４４，５０…制御手段を構成する制御回路
９…………出力電流波形検出回路（出力波形検出回路）
１０，２６，３０，３４，３９，４７，５１…歪み検出回路
１５………乗算手段としての乗算回路
４１………瞬時値検出回路
４８………出力電圧波形検出回路（出力波形検出回路）
Claims (1)
- 直流電源と；
直流電源に接続され、直流電源の出力電圧を高周波でスイッチングする主スイッチ素子を備え、主スイッチ素子のスイッチング動作によってスイッチング周波数より低周波の周期でデューティー比が変化するパルス電圧を出力するインバータ回路と；
インバータ回路から出力されたパルス電圧より高周波成分を除去して低周波の略正弦波電圧を出力するフィルタ回路と；
入力巻線および出力巻線を有し、インバータ回路の出力が供給される主トランスと；
入力巻線および出力巻線をそれぞれ有し、主トランスの出力が直列接続された入力巻線に供給される可飽和特性を有する複数のカレントトランスと；
複数のカレントトランスの出力巻線の両端に各々接続された複数の略線形な負荷と；
インバータ回路の出力電流の瞬時値および／またはフィルタ回路の出力電流の瞬時値を検出する瞬時値検出回路と；
インバータ回路の出力電流の実効値または平均値および／またはフィルタ回路の出力電流の実効値または平均値を検出する電流値検出回路と；
電流値検出回路が検出した出力電流の実効値または平均値と予め設定された第１の基準値との比較値に対して、基準正弦波を乗算して出力する乗算手段と；
瞬時値検出回路が検出した出力電流の瞬時値と乗算手段の乗算値とが一致するように、主スイッチ素子のオンオフ比率を可変させ、負荷に供給される出力電流が定電流となるように制御する制御手段と；
インバータ回路の出力電流波形または出力電圧波形および／またはフィルタ回路の出力電流波形または出力電圧波形を検出する出力波形検出回路と；
出力波形検出回路が検出した出力波形の歪み成分を検出し、歪み成分と予め設定された第２の基準値とを比較して、歪み成分が第２の基準値以上のときに負荷の異常を判定する歪み検出回路と；
を具備していることを特徴とする定電流電源装置。
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