JP5743436B2 - 照明装置、誘導灯及び非常灯 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、誘導灯や非常灯などの照明器具を点灯する照明装置に関するものである。

従来、誘導灯点灯装置などの電源としてフライバック方式の電源が用いられている。
従来のフライバック方式の電源では、制御回路への出力電圧（電源電圧）とＬＥＤへの出力電圧とが同時に制御される。

特許文献１には、ＬＥＤを光源とした誘導灯点灯装置の制御電源方式に関する技術が開示されている。
特許文献１が開示する技術は、停電や災害等の非常時において光源（ＬＥＤ）に短絡異常が発生したときでも、異常の発生していない光源（ＬＥＤ）を点灯させて誘導灯としての役目を最優先にするものである。

特開２００６−２８６３３９号公報（１頁、要約、図１参照）

従来のフライバック方式の電源では、制御回路への出力電圧とＬＥＤへの出力電圧とが同時に制御されるため、ＬＥＤの短絡故障や周囲温度の変化によってＬＥＤの電圧が変化すると制御回路の電圧も変化してしまう。
このため、ＬＥＤの電圧の変化を見越して制御回路への出力電圧をあらかじめ高くしておく必要があり、電力効率の低下を招いていた。

本発明は、例えば、ＬＥＤの電圧変化の影響によって制御回路の電圧を変化させず、電力効率の良い誘導灯点灯装置を提供できるようにすることを目的とする。

本発明の点灯装置は、交流電源を整流すると共に平滑する整流平滑回路と、
制御回路と、
前記整流平滑回路の電圧を低い電圧に変換し、ＬＥＤモジュールに定電流を供給するフライバック方式の第１のＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
停電時に電源として使用される電池と、
前記電池の出力から電力の供給を受け、前記ＬＥＤモジュールを点灯する第２のＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
停電時に前記電池の電圧を昇圧し、第一の制御電源を生成する第３のＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記制御回路に第二の制御電源を供給する制御電源生成回路と、
を備え、
前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、出力トランスを有し、
前記出力トランスは、前記整流平滑回路側に接続される第１の巻線と、前記第１の巻線に印加される電圧を変圧して、接続されるＬＥＤ側に接続されるフライバック方式の第２の巻線と、前記第２の巻線とは逆極性に巻かれ、前記制御電源生成回路に接続される第３の巻線と、を有する。

本発明によれば、例えば、ＬＥＤの電圧変化の影響によって点灯制御回路の電圧を変化させず、電力効率の良い誘導灯点灯装置を提供することができる。

実施の形態１における誘導灯点灯装置１の回路図。 実施の形態２における誘導灯点灯装置１の回路図。 実施の形態３における誘導灯点灯装置１の回路図。 実施の形態４における誘導灯点灯装置１の回路図。 実施の形態５における誘導灯点灯装置１の回路図。

実施の形態１．
誘導灯を点灯制御する点灯装置について説明する。
但し、以下に説明する点灯装置は誘導灯以外の電灯の点灯制御に用いても構わない。

図１は、実施の形態１における誘導灯点灯装置１の回路図である。
実施の形態１における誘導灯点灯装置１について、図１に基づいて説明する。
誘導灯点灯装置１は、非常口や避難通路などの標記が記された誘導灯パネル（図示省略）と共に誘導灯装置を構成する。

誘導灯点灯装置１は、通常時に、商用電源から供給される電力によって誘導灯を点灯させ、商用電源が使用できない停電時に、バッテリー（電池６）の電力によって誘導灯を点灯させる。

誘導灯点灯装置１は、第１の整流平滑回路２、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３、ＬＥＤモジュール４、制御回路５、電池６、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ７および第３のＤＣ／ＤＣコンバータ８を備える。

第１の整流平滑回路２は、商用電源から交流電圧を入力し、入力した交流電圧を整流すると共に平滑化し、直流電圧（脈流電圧）を出力する。

第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３は、第１の整流平滑回路２から出力される直流電圧を降圧し、降圧した直流電圧をＬＥＤモジュール４および制御回路５に出力し、一定の電流をＬＥＤモジュール４に流す定電流回路である。

ＬＥＤモジュール４は、複数のＬＥＤを直列に接続した光源体である。
ＬＥＤモジュール４は、誘導灯パネルと共に誘導灯点灯装置１の光源部（図示省略）に取り付けられ、誘導灯装置の光源として使用される。
但し、ＬＥＤモジュール４以外の光源体（例えば、蛍光灯）を誘導灯の光源として使用しても構わない。

制御回路５は、誘導灯点灯装置１を点灯制御する回路である。
例えば、制御回路５は、停電時にバッテリー（電池６）が誘導灯を所定時間（例えば、３０分）、点灯させることができるか否かを点検するために、バッテリー点検モードに切り替わりバッテリーを電源にしてＬＥＤモジュール４を点灯させる。

電池６は、停電時に商用電源の代わりに電源となるバッテリーである。

第２のＤＣ／ＤＣコンバータ７は、停電時に第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の代わりに、電池６の直流電圧を昇圧してＬＥＤモジュール４に出力する定電流回路である。

第３のＤＣ／ＤＣコンバータ８は、停電時に第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の代わりに、電池６の直流電圧を昇圧して制御回路５に出力する電源回路である。

次に、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の詳細について説明する。

第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３は、出力トランス１２、第２の整流平滑回路１３、第３の整流平滑回路１４、抵抗９、制御ＩＣ１０およびスイッチング素子１１を備える。

出力トランス１２は、第１の整流平滑回路２から出力された直流電圧を降圧する変圧器である。

出力トランス１２は、第１の整流平滑回路２に接続する入力側に第１の巻線を有し、第２の整流平滑回路１３および第３の整流平滑回路１４に接続する出力側に第２の巻線と第３の巻線とを有する。
第２の巻線が第２の整流平滑回路１３に接続し、第３の巻線が第３の整流平滑回路１４に接続する。

第２の巻線は、第１の巻線と逆極性を持つように巻かれた巻線である。
第３の巻線は、第１の巻線と同じ極性を持ち第２の巻線と逆極性を持つように巻かれた巻線である。

スイッチング素子１１がオンのときに第１の巻線および第３の巻線に電流が流れ、スイッチング素子１１がオフのときに第２の巻線に電流が流れる。

つまり、出力トランス１２は、第２の巻線側でフライバック方式のトランスを構成し、第３の巻線側でフライバックとは逆極性（フォワード方向の巻き線）のトランスを構成する。
但し、第２の巻線側をフライバックとは逆極性にし、第３の巻線側をフライバック方式にしても構わない。

第２の整流平滑回路１３はダイオードとコンデンサとで構成され、ダイオードは第２の巻線の正側から電流を流す向きで接続され、コンデンサは第２の巻線に並列に接続される。

第３の整流平滑回路１４はダイオードとコンデンサとで構成され、ダイオードは第３の巻線の負側から電流を流す向きで接続され、コンデンサは第３の巻線に並列に接続される。

抵抗９は、ＬＥＤモジュール４と出力トランス１２の第２の巻線との間に直列し、ＬＥＤモジュール４に流れる電流の大きさを検出するために用いられる。

制御ＩＣ１０は、ＬＥＤモジュール４に一定の大きさの電流を流す定電流制御回路である。
制御ＩＣ１０は、抵抗９により検出した電流の大きさが所定値より小さければスイッチング素子１１のオンデューティー比（オンの時間割合）を増やし、検出した電流の大きさが所定値より大きければスイッチング素子１１のオンデューティー比を減らす。

実施の形態１において、出力トランス１２の第２の巻線と第３の巻線とは互いに逆極性の電圧を出力する、という特徴を有する。
出力トランス１２の第２の巻線はフライバック方式のためスイッチング素子１１がオンした時に蓄えたエネルギーを、オフした時に出力電流として流す。この電流を平滑し定電流として制御することで、結果として第２の巻線に電圧が発生する。一方、第３の巻線は第２の巻線とは逆極性となっているため、スイッチング素子１１がオンした時に第１の巻線に印加された電圧が変圧されて出力される。この時、第１の巻線に印加される電圧は、商用電源を整流平滑した電圧であり、定電流に制御された結果として出力される第２の巻線の電圧とは関係が無く、商用電源の安定性に依存して出力される。

ＬＥＤモジュール４への出力電圧の波形は制御回路５への出力電圧の波形に対して上下逆さであり、ＬＥＤモジュール４への出力電圧が正のときに制御回路５への出力電圧はゼロであり、ＬＥＤモジュール４への出力電圧がゼロのときに制御回路５への出力電圧は正である。

実施の形態１により、ＬＥＤモジュール４の電圧が変化した場合でも、第３の整流平滑回路１４から制御回路５に安定した電力を供給することができる。

実施の形態２．
誘導灯点灯装置１の回路をサージなどの過大な電圧から保護する形態について図２に基づいて説明する。
実施の形態１と異なる部分について主に説明し、実施の形態１と同様の部分について説明を省略する。

誘導灯点灯装置１は、実施の形態１で説明した構成（図１参照）に加えて、サージ等の過電圧をクリップ（制限、抑制）する電圧クリップ回路１６を備える。

電圧クリップ回路１６は、所定の大きさ以上の電圧が印加された場合に導通することにより、出力側の回路に過電圧が印加することを防ぐ電圧リミッタ回路である。

電圧クリップ回路１６は、定電圧ダイオードとトランジスタとで構成される。
電圧クリップ回路１６は、第１の整流平滑回路２の出力に接続する。

電圧クリップ回路１６のトランジスタは、第１の整流平滑回路２の出力電圧が定電圧ダイオードの降伏電圧を超えると導通し、電圧クリップ回路１６に電流を流し、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３への出力電圧を低下させる。
電圧クリップ回路１６のトランジスタは、第１の整流平滑回路２の出力電圧が定電圧ダイオードの降伏電圧を越えなければ導通しない。

これにより、サージ等の過電圧が商用電源に印加した場合でも、誘導灯点灯装置１の回路を保護し、商用電源に比例した電圧が印加される制御回路５や第３のＤＣ／ＤＣコンバータ８に安定した電力を供給することができる。

電圧クリップ回路１６は、抑止したい過電圧の条件に応じた構成にするとよい。
例えば、電圧クリップ回路１６は、バリスタを用いて構成しても構わない。

また、電圧クリップ回路１６は、交流電圧に対応できる構成であれば、第１の整流平滑回路２の入力側に接続してもよい。

実施の形態３．
誘導灯点灯装置１の回路をサージなどの過大な電圧から保護する別の形態について図３に基づいて説明する。
実施の形態１と異なる部分について主に説明し、実施の形態１と同様の部分について説明を省略する。

誘導灯点灯装置１は、実施の形態１で説明した構成（図１参照）に加えて、サージ等の過電圧をクリップする電圧クリップ回路１７を第３の整流平滑回路１４の出力に備える。

電圧クリップ回路１７は、電圧クリップ回路１６と同様の構成であり、動作も同じである。

第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の第３の巻線には商用電源に比例した電圧が出力されるため、サージ等の過電圧が第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３に印加した場合、制御回路５にサージ電圧が発生するが、この電圧クリップ回路１７により制御回路５や第３のＤＣ／ＤＣコンバータ８を保護し、安定した電力を供給することができる。

通常、第１の整流平滑回路２や第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３など商用電源側の回路は数百ボルトの耐圧を持つように構成されるため、過電圧に対する耐性が強い。
一方、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力側の回路である制御回路５や第３のＤＣ／ＤＣコンバータ８等の回路は、数百ボルトの耐性を持つようには構成されず、過電圧に対する耐性が弱い。
この場合、制御回路５等に対する過電圧を防ぐことができれば、制御回路５や第３のＤＣ／ＤＣコンバータ８の構成部品を選定する自由度が広がり、精度が良く安価な部品を用いて構成することができる。

電圧クリップ回路１７は、バリスタなどの別の素子を用いて構成しても構わない。
また、電圧クリップ回路１７とは別に電圧クリップ回路１６を第１の整流平滑回路２の出力側または入力側に設けても構わない（図２参照）。

実施の形態４．
実施の形態４における誘導灯点灯装置１の回路をサージなどの過大な電圧から保護する別の形態について図４に基づいて説明する。
実施の形態１と異なる部分について主に説明し、実施の形態１と同様の部分について説明を省略する。

誘導灯点灯装置１は、実施の形態１で説明した構成（図１参照）に加えて、第３のＤＣ／ＤＣコンバータ８から制御回路５への出力部に第２のダイオード２３を備える。

第３のＤＣ／ＤＣコンバータ８は、インダクタ１８、ダイオード１９、コンデンサ２２およびスイッチング素子２０を備え、昇圧回路を構成する。
さらに、第３のＤＣ／ＤＣコンバータ８は、制御ＩＣ２１を備える。

制御ＩＣ２１は、第３のＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電圧を一定に保つ定電圧制御回路である。
制御ＩＣ２１は、第３のＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電圧を検出し、出力電圧が所定の目標電圧になるようにスイッチング素子２０をオン／オフ制御する。特に、出力電圧が目標電圧を超えると、スイッチング素子２０の動作を停止させ、出力電圧が低下するのを待つ。

第２のダイオード２３は、第３のＤＣ／ＤＣコンバータ８から制御回路５へ電流を流す向きで第３のＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力部に接続され、第３のＤＣ／ＤＣコンバータ８に過電圧が印加されることを防ぐ。

これにより、サージ等の過電圧が商用電源に印加した場合でも、第３のＤＣ／ＤＣコンバータ８を保護し、制御回路５に安定した電力を供給することができる。

また、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力部にダイオードを設けて第２のＤＣ／ＤＣコンバータ７を保護しても構わない。

実施の形態２や実施の形態３のように電圧クリップ回路を設けても構わない（図２、３参照）。

実施の形態５．
通常時に制御回路５の電源となる第１のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧と停電時に制御回路５の電源となる第３のＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力電圧との関係について説明する。
実施の形態１と異なる部分について主に説明し、実施の形態１と同様の部分について説明を省略する。

図５は、実施の形態６における誘導灯点灯装置１の回路図である。

図５に示す第３のＤＣ／ＤＣコンバータ８の構成は、実施の形態４（図４参照）と同じである。

以下、第３の整流平滑回路１４の出力部を「第２の制御電源１５」という。
また、第３のＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力部を「第１の制御電源２４」という。
第２の制御電源１５と第１の制御電源２４は制御回路５の入力部に接続している。

第２の制御電源１５と第１の制御電源２４はそれぞれの制御回路５の電源であり、第２の制御電源１５は商用電源から電力が供給される通常時に使用され、第１の制御電源２４は商用電源から電力が供給されない停電時に使用される。

第２の制御電源１５の出力電圧を第１の制御電源２４の出力電圧よりも高く設定することにより、商用電源から電力が供給されている間は第２の制御電源１５を制御回路５の電源として動作させ、停電になると第１の制御電源２４を制御回路５の電源として動作させることができる。
停電により第２の制御電源１５の出力電圧が低下すると第１の制御電源２４の出力部の電圧も低下し、それまでスイッチング素子２０の動作を停止させていた制御ＩＣ２１が第１の制御電源２４の出力部の電圧を目標電圧に保つようにスイッチング素子２０の制御を開始するからである。

第２の制御電源１５は商用電源の電圧変動±６％の影響を受ける。
そのため、第１の制御電源２４が第２の制御電源１５の電圧変動によって誤動作しないように、第１の制御電源２４の出力電圧を第２の制御電源１５の出力電圧の−６％以下にするとよい。
つまり、第２の制御電源１５の平均出力電圧の９４％以下の電圧を制御ＩＣ２１の目標電圧として設定するとよい。

これにより、第２の制御電源１５と第１の制御電源２４とが同時に動作することを防ぎ、電池６の消耗を抑えることができる。

実施の形態２〜実施の形態４のように、誘導灯点灯装置１を保護する電圧クリップ回路やダイオードを設けても構わない（図２〜図４参照）。

１ 誘導灯点灯装置、２ 第１の整流平滑回路、３ 第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、４
ＬＥＤモジュール、５ 制御回路、６ 電池、７ 第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、８ 第３のＤＣ／ＤＣコンバータ、９ 抵抗、１０ 制御ＩＣ、１１ スイッチング素子、１２ 出力トランス、１３ 第２の整流平滑回路、１４ 第３の整流平滑回路、１５ 第２の制御電源、１６ 電圧クリップ回路、１７ 電圧クリップ回路、１８ インダクタ、１９ ダイオード、２０ スイッチング素子、２１ 制御ＩＣ、２２ コンデンサ、２３ 第２のダイオード、２４ 第１の制御電源。

Claims (8)

1. 交流電源を整流すると共に平滑する整流平滑回路と、
   制御回路と、
   前記交流電源が停電していない時にＬＥＤモジュールが点灯される場合に前記整流平滑回路の電圧を低い電圧に変換し、前記ＬＥＤモジュールに定電流を供給するフライバック方式の第１のＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
   前記交流電源が停電している時に前記ＬＥＤモジュールが点灯される場合に電源として使用される電池と、
   前記交流電源が停電している時に前記ＬＥＤモジュールが点灯される場合に前記電池の出力から電力の供給を受け、前記ＬＥＤモジュールを点灯する第２のＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
   前記交流電源が停電している時に前記ＬＥＤモジュールが点灯される場合に前記電池の電圧を昇圧し、前記制御回路に供給する第１の制御電源を生成する第３のＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
   前記交流電源が停電していない時に前記ＬＥＤモジュールが点灯される場合に前記制御回路に前記第１の制御電源よりも電圧が高い第２の制御電源を供給する制御電源生成回路と、
   を備え、
   前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、出力トランスを有し、
   前記出力トランスは、前記整流平滑回路側に接続される第１の巻線と、前記第１の巻線に印加される電圧を変圧して、前記ＬＥＤモジュールが接続される側に接続されるフライバック方式の第２の巻線と、前記第２の巻線とは逆極性に巻かれ、前記制御電源生成回路に接続される第３の巻線とを有し、
   前記第３のＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、前記第１の制御電源の電圧を目標電圧に保つ定電圧制御回路を有し、
   前記目標電圧の大きさは、前記交流電源が停電していない時に前記ＬＥＤモジュールが点灯される場合の前記第２の制御電源の電圧よりも低い
   ことを特徴とする照明装置。
2. 前記目標電圧の大きさは、前記交流電源が停電していない時に前記ＬＥＤモジュールが点灯される場合に前記第２の制御電源が変動する範囲の最低電圧よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記整流平滑回路から前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ回路に出力される電圧の大きさを制限する電圧クリップ回路を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
4. 前記照明装置は、前記電圧クリップ回路として第１の電圧クリップ回路を備え、
   前記制御電源生成回路から前記制御回路に供給される前記第２の制御電源の電圧の大きさを制限する第２の電圧クリップ回路を備える
   ことを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
5. 交流電源を整流すると共に平滑する整流平滑回路と、
   制御回路と、
   前記交流電源が停電していない時にＬＥＤモジュールが点灯される場合に前記整流平滑回路の電圧を低い電圧に変換し、前記ＬＥＤモジュールに定電流を供給するフライバック方式の第１のＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
   前記交流電源が停電していない時に前記ＬＥＤモジュールが点灯される場合に前記整流平滑回路から前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ回路にて出力される電圧の大きさを制限する電圧クリップ回路と、
   前記交流電源が停電している時に前記ＬＥＤモジュールが点灯される場合に電源として使用される電池と、
   前記交流電源が停電している時に前記ＬＥＤモジュールが点灯される場合に前記電池の出力から電力の供給を受け、前記ＬＥＤモジュールを点灯する第２のＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
   前記交流電源が停電している時に前記ＬＥＤモジュールが点灯される場合に前記電池の電圧を昇圧し、前記制御回路に供給する第１の制御電源を生成する第３のＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
   前記交流電源が停電していない時に前記ＬＥＤモジュールが点灯される場合に前記制御回路に第２の制御電源を供給する制御電源生成回路と、
   を備え、
   前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、出力トランスを有し、
   前記出力トランスは、前記整流平滑回路側に接続される第１の巻線と、前記第１の巻線に印加される電圧を変圧して、前記ＬＥＤモジュールに接続される側に接続されるフライバック方式の第２の巻線と、前記第２の巻線とは逆極性に巻かれ、前記制御電源生成回路に接続される第３の巻線とを有し、
   前記第３のＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、前記第１の制御電源の電圧を目標電圧に保つ定電圧制御回路を有し、
   前記目標電圧の大きさは、前記交流電源が停電していない時に前記ＬＥＤモジュールが点灯される場合の前記第２の制御電源の電圧以下の大きさである
   ことを特徴とする照明装置。
6. 交流電源を整流すると共に平滑する整流平滑回路と、
   制御回路と、
   前記交流電源が停電していない時にＬＥＤモジュールが点灯される場合に前記整流平滑回路の電圧を低い電圧に変換し、前記ＬＥＤモジュールに定電流を供給するフライバック方式の第１のＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
   前記交流電源が停電している時に前記ＬＥＤモジュールが点灯される場合に電源として使用される電池と、
   前記交流電源が停電している時に前記ＬＥＤモジュールが点灯される場合に前記電池の出力から電力の供給を受け、前記ＬＥＤモジュールを点灯する第２のＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
   前記交流電源が停電している時に前記ＬＥＤモジュールが点灯される場合に前記電池の電圧を昇圧し、前記制御回路に供給する第１の制御電源を生成する第３のＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
   前記交流電源が停電していない時に前記ＬＥＤモジュールが点灯される場合に前記制御回路に第２の制御電源を供給する制御電源生成回路と、
   前記交流電源が停電していない時に前記ＬＥＤモジュールが点灯される場合に前記制御電源生成回路から前記制御回路に供給される前記第２の制御電源の電圧の大きさを制限する電圧クリップ回路と
   を備え、
   前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、出力トランスを有し、
   前記出力トランスは、前記整流平滑回路側に接続される第１の巻線と、前記第１の巻線に印加される電圧を変圧して、前記ＬＥＤモジュールが接続される側に接続されるフライバック方式の第２の巻線と、前記第２の巻線とは逆極性に巻かれ、前記制御電源生成回路に接続される第３の巻線とを有し、
   前記第３のＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、前記第１の制御電源の電圧を目標電圧に保つ定電圧制御回路を有し、
   前記目標電圧の大きさは、前記交流電源が停電していない時に前記ＬＥＤモジュールが点灯される場合の前記第２の制御電源の電圧以下の大きさである
   ことを特徴とする照明装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の照明装置を備える誘導灯。
8. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の照明装置を備える非常灯。

Images