JP6188303B2

JP6188303B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP6188303B2
Application number: JP2012229585A
Authority: JP
Inventors: 江口　健太郎; 健太郎江口; ちづる今▲吉▼; 廣義山▲崎▼; 健吾篠田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Electric Lighting Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Electric Lighting Corp
Priority date: 2012-10-17
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2032-10-17
Also published as: JP2014082113A

Description

この発明は、負荷の出力切り替え用のリレーを不要とする非常用照明器具に関する。

通常、非常灯器具は、商用電源が通電中に負荷を点灯する常用ユニットと、停電時に負荷を点灯する非常ユニットが独立して存在し、同じ負荷をリレーなどで切り替えて点灯させる。例えば負荷である光源が蛍光灯である場合、蛍光灯は電極を４本持つため、切り替え回路は４本の配線を２組切り替える必要があり、コネクタ、配線も８極となる。このため非常灯ユニットは１２極のリレー、８極のコネクタを持ち、基板面積が大きく、また器具内配線も多く複雑化する欠点がある。

これに対し、負荷の出力切り替え用のリレーを削除する構成として、特開２００３−１６８５７８号公報１４頁、図１の構成が提案されている。

特許文献１の図１の構成は、非常ユニットには負荷を点灯する回路を持たず、バッテリＢの出力を昇圧し常用ユニットの電源入力に供給することで、非常時でも負荷の点灯は常用ユニットで行う事を特徴とする。これによりリレー、配線の削除、基板面積の削減が可能となるとしている。

特開２００３−１６８５７８号公報、１４頁、図１

しかし、特許文献１の図１の構成では、非常時に負荷の明るさを変えるための調光信号を常用ユニットに送るか（特許文献１の図７）、もしくは常用ユニットの内部に非常時用の専用の電源線を配線する必要がある。このため、一般の固定出力の蛍光灯インバータを常用ユニットとして流用できないという課題がある。

この発明は、常用ユニットへの調光信号は不要であり、また常用ユニットの内部に非常時用の専用の電源線を配線する必要のない非常灯器具の提供を目的とする。

この発明の照明装置は、
商用電源から供給される交流電源電圧によって充電されるバッテリと、非常ユニットと、常用ユニットとを備えた照明装置において、
前記非常ユニットは、
制御を受けることにより前記バッテリに充電されている電圧を昇圧して、前記常用ユニットの前記交流電源電圧に対する定格電圧よりも低い予め設定された上限電圧と、前記上限電圧よりも低い予め設定された下限電圧との間の設定電圧区間に含まれる直流の昇圧電圧として出力するバッテリ昇圧回路と、
前記商用電源と接続されて前記商用電源が供給状態にあるか停電状態にあるかを検知し、前記供給状態を検知すると前記商用電源から供給される商用電源電圧を出力し、前記停電状態を検知すると前記商用電源との接続を解除すると共に前記バッテリ昇圧回路に対する前記制御により前記バッテリ昇圧回路に前記昇圧電圧を出力させる検知回路と
を有し、
前記常用ユニットは、
前記非常ユニットが前記商用電源電圧を出力すると前記商用電源電圧を入力し、前記非常ユニットが前記昇圧電圧を出力すると前記昇圧電圧を入力する全波整流回路と、
前記全波整流回路の出力端に接続され、前記全波整流回路の出力する電圧を入力して力率を改善する力率改善回路と、
前記力率改善回路の出力電圧を入力し、入力した前記出力電圧を、前記出力電圧の大きさに応じた電圧であって光源に供給する電圧である光源供給電圧に変換する変換回路と、
前記全波整流回路の出力する電圧の大きさを検出し、検出した前記電圧の大きさが前記バッテリ昇圧回路の出力する前記昇圧電圧が属すべき前記設定電圧区間にあるときには、予め設定された大きさの出力電圧を前記力率改善回路に出力させる電圧検出回路と
を有することを特徴とする。

この発明により、常用ユニットへの調光信号が不要であり、また常用ユニットの内部に非常時用の専用の電源線を配線する必要のない非常灯器具を提供することができる。

実施の形態１の非常灯器具１０００の構成図。実施の形態１の常用ユニット２００の入力電圧、光出力を示す図。実施の形態１の常用ユニット２００の構成を示した非常灯器具１０００の構成図。実施の形態１のバッテリ昇圧回路１０１の特性を示す図。実施の形態１の常用ユニット２００への常用時、非常時の入力電圧を示す図。

実施の形態１．
以下、図１〜図５を参照して実施の形態１を説明する。図１は、実施の形態１の非常灯器具１０００の構成図である。図２は常用ユニット２００の入力電圧、光出力を示す図である。左側縦軸が入力電圧であり右側縦軸が光源（蛍光灯あるいはＬＥＤ等）の光出力である。横軸は時間である。図３は常用ユニット２００の構成を示した非常灯器具１０００の構成図である。図４はバッテリ昇圧回路１０１の特性を示す。横軸は昇圧比、縦軸は効率を示す。図５は常用ユニット２００への常用時と非常時との入力電圧の大きさを示す図である。

（非常灯器具１０００の構成）
非常灯器具１０００（照明装置）は、図１のように、バッテリ９０、非常ユニット１００、常用ユニット２００、ランプ３００（光源ともいう）を備えている。ここでは照明器具、点検スイッチなど非常灯器具１０００の特徴に直接関係の無い部材や、非常ユニット１００内のバッテリ９０の充電回路などは図示していない。
バッテリ９０は商用電源４００から供給される交流電源電圧によって充電されるが、非常灯器具１０００は、何らかの電源によって充電された充電済のバッテリ９０を備えていればよい。また以下の説明では光源として蛍光灯を例に説明するが、後述するように、蛍光灯に限らずＬＥＤでもよい。

（非常ユニット１００の構成）
図１に示すように、非常ユニット１００は、バッテリ昇圧回路１０１、停電検知回路１０２、切替スイッチ１０３（以下、ＳＷ１０３と記載する）を備える。停電検知回路１０２とＳＷ１０３とは検知回路を構成する。
（１）バッテリ昇圧回路１０１は、停電検知回路１０２からの制御を受けることによりバッテリ９０に充電されている電圧を昇圧して、直流の昇圧電圧として出力する。この昇圧電圧は、図５で述べる上限電圧と、下限電圧との間の設定電圧区間２０９に含まれる大きさである。
（２）停電検知回路１０２はＳＷ１０３と共に検知回路を構成する。停電検知回路１０２は、商用電源４００と接続されて商用電源４００が供給状態にあるか停電状態にあるかを検知する。停電検知回路１０２は、商用電源４００の供給状態を検知すると商用電源４００から供給される商用電源電圧を出力する。一方、停電状態を検知すると停電検知回路１０２はＳＷ１０３を常用側から非常側に切り替えることで商用電源４００との接続を解除すると共に、バッテリ昇圧回路１０１に対する制御によりバッテリ昇圧回路１０１に昇圧電圧の出力を開始させる。

（常用ユニット２００の構成）
常用ユニット２００は、ノイズフィルタ２０１、全波整流回路２０２、ＰＦＣ回路２０３（力率改善回路）、光源点灯回路２０４及び電圧検出回路２０５を備える。
（１）ノイズフィルタ２０１は商用電源４００のノイズを除去する。
（２）全波整流回路２０２は、非常ユニット１００が商用電源電圧を出力するとこの商用電源電圧を入力し、非常ユニット１００がバッテリ９０に基づく昇圧電圧を出力するとこの昇圧電圧を入力する。
（３）ＰＦＣ回路２０３は、全波整流回路２０２の出力端に接続され、全波整流回路２０２の出力する電圧を入力して力率を改善する。
（４）光源点灯回路２０４は、ＰＦＣ回路２０３の出力電圧を入力し、入力した出力電圧を、この出力電圧の大きさに応じた電圧であって光源に供給する電圧（光源供給電圧）に変換する。なお、常用ユニット２００は、光源点灯回路２０４（変換回路）として、放電灯（蛍光灯）を点灯させる放電灯点灯回路、又は、ＬＥＤを点灯させるＬＥＤ点灯回路を採用してもよい。
（５）電圧検出回路２０５は、全波整流回路２０２の出力する電圧の大きさを検出し、検出した電圧の大きさがバッテリ昇圧回路１０１の出力する昇圧電圧が属すべき設定電圧区間２０９（図５で後述）にあるときには、予め設定された大きさの出力電圧をＰＦＣ回路２０３に出力させる。

（常用時）
商用電源４００が通電されている場合は、非常ユニット１００の切替ＳＷ１０３は常用側に接続され、停電検知回路１０２は商用電源４００に接続状態にあり、停電検知回路１０２により、常用ユニット２００には商用電源（図１の例ではＡＣ１００Ｖ）が通電される。図２のように、商用電源４００は正弦波交流電圧（商用電源電圧）として入力され、非常ユニット１００への商用電源４００の入力に対してランプ３００の光出力は１００％となる。

（非常時）
商用電源４００が停電すると、図２に示すように停電検知回路１０２が停電を検知する遅延時間の後、停電検知回路１０２は、切替ＳＷ１０３を非常側に切り替え、商用電源４００との接続を解除する。また停電検知回路１０２はバッテリ昇圧回路１０１に対する制御によりバッテリ昇圧回路１０１に昇圧電圧の出力を開始させる。これにより常用ユニット２００にはバッテリ９０からの供給電力をバッテリ昇圧回路１０１が昇圧した直流電圧が入力される。この時の常用ユニット２００への入力電圧（つまり昇圧電圧）は図２ではＤＣ６０Ｖであり、常用時のＡＣ１００Ｖに比較して低い電圧となる。常用ユニット２００はこの電圧（ＤＣ６０Ｖ）を受け、光出力を５０％（光出力比０．５）に低下させる。

（常用ユニット２００の動作）
図３は、固定出力の蛍光灯インバータを用いた常用ユニット２００である。常用ユニット２００は常用時において商用電源４００が入力されると、ノイズフィルタ２０１を介して商用電源４００の交流電圧が全波整流回路２０２に入力され、全波整流回路２０２によって交流電圧が直流電圧に整流される。この直流電圧はＰＦＣ回路２０３に入力されて昇圧され力率が改善された後、光源点灯回路２０４（放電灯点灯回路）により高周波に変換されてランプ３００（放電灯）を点灯させる。

（電圧検出回路２０５：常用時における電圧低下時）
ここで全波整流回路２０２の出力が低下した場合、電圧検出回路２０５が電圧の低下、またはそれに伴う電流の増加を検出する。電圧検出回路２０５は全波整流回路２０２の出力電圧の低下を検出すると、ＰＦＣ回路２０３の出力電圧を低下させる。これにより光源点灯回路２０４の出力が減少し、結果としてランプ３００が調光される。光源点灯回路２０４の出力が減少することで商用電源４００からの入力電流が低下し、内部発熱が抑えられ、回路の故障を避けることができる。

（電圧検出回路２０５：非常時）
常用ユニット２００は全波整流回路２０２を持つため、電源入力は商用電源４００の交流電圧と、非常時のバッテリ昇圧回路１０１からの直流電圧のどちらでも常用ユニット２００は動作が可能である。つまり非常時に上記の「（電圧検出回路２０５：常用時における電圧低下時）」で述べた機能を使う。すなわち、常用ユニット２００に対して正常時の商用電源４００の商用電源電圧よりも低い電源電圧（バッテリ昇圧回路１０１による昇圧電圧）を供給し、このとき電圧検出回路２０５によるＰＦＣ回路２０３に対する制御機能を用いることで、ランプ３００の光出力を低下させる。これにより、非常時に負荷の明るさを変えるための調光信号を光源点灯回路２０４に送る必要はなく、また、常用ユニット２００の内部に非常時用の専用の電源線を配線する必要がなくなる。

また、非常ユニット１００のバッテリ昇圧回路１０１は図４のように昇圧比が小さいときは効率が良いが、昇圧比が大きくなるに従って効率が低下する。ここでバッテリ９０の電圧は通常数Ｖから１０Ｖ程度のため、バッテリ昇圧回路１０１の昇圧電圧をＡＣ１００Ｖに比べ低くすることで、昇圧比を抑え、昇圧効率が向上し、それに伴い発熱の低下、バッテリ９０の小型化が可能となる。

（第２の切替スイッチ）
上記実施の形態１の説明では電源を切り替えるＳＷは商用電源４００の片側のみを切り替えているが（ＳＷ１０３のみ設定）、非常時に常用ユニット２００を絶縁するためにＳＷを２経路とし、つまり図１に示すスイッチ取付箇所１０５にＳＷ１０３とは別のもう一つのスイッチを設けることで、商用電源４００の両経路を共に非常ユニット１００から切り離してもよい。

また上記の（常用ユニット２００の構成）の（３）で述べたように、常用ユニット２００として図３と同様の構成のＬＥＤ電源装置を使用し、負荷（光源）としてＬＥＤを使用することも可能である。ＬＥＤは直流電流により点灯するが、直流電流対応のリレーは大型化するため出力側にリレーを使わない構成はＬＥＤ向きである。常用ユニット２００としてＬＥＤ電源装置を常用ユニット２００として使用する際は、光源点灯回路２０４は直流電流をＬＥＤに流すＬＥＤ点灯回路であり、ランプ３００はＬＥＤモジュールである。又、ＰＦＣ回路２０３は、光源点灯回路２０４と一体型であっても構わない。

（非常時の常用ユニット２００への入力電圧）
図５は常用ユニット２００への常用時と非常時との入力電圧の大きさを示す図である。図５を参照して説明する。
（１）上限電圧
非常時の直流電圧出力（常用ユニット２００への入力電圧、つまり昇圧電圧）は、ＡＣ１００Ｖよりも低く設定されるが、具体的にはＡＣ１００Ｖの変動範囲、及び回路側の検出誤差範囲を避けるためＡＣ８５Ｖ相当以下（上限電圧）とすることが好ましい。
（２）下限電圧
また逆に低圧側（下限電圧）は、非常時に必要な出力が法規制で決まっていることから、電圧を低くすると電流が増えるため、低圧側を低くしすぎることも不要な発熱を招く。非常時に必要な光出力が例えば５０％（出力比０．５）の場合、電源電流を減少させるならば電源電流は常用時の５０％＋回路消費分となるが、入力電圧が半分になると入力電流は倍の１００％＋回路消費分となり、常用時と同じ電流値となる。

この電流仕様から電圧は光出力比×上記誤差１５％とすれば、常用時の電流値を超えることは無い。これらより直流電圧（昇圧電圧）の仕様としては、図５に示すように、
電圧上限＝「定格電圧」×８５％、
電圧下限＝必要な光出力比×「電圧上限（定格電圧×８５％）」
の間（設定電圧区間２０９）であれば良い。
「定格電圧」とは、常用ユニット２００の商用電源４００の交流電源電圧に対する定格電圧を意味する。また「光出力比」とは、「非常時におけるランプ３００の光出力：常用時におけるランプ３００の光出力」であり、１よりも小さい値である。

このように、バッテリ昇圧回路１０１によって昇圧される昇圧電圧が属すべき設定電圧区間２０９（図５）は、上限電圧が、常用ユニット２００の交流電源電圧に対する定格電圧に所定の比率を乗じて決定される。また、下限電圧が、上限電圧に、電圧検出回路２０５が昇圧電圧を検出した際にＰＦＣ回路２０３に出力させる予め設定された大きさの出力電圧に対応する光源の光出力比を乗じて決定される。

図３に示す電圧検出回路２０５は、全波整流回路２０２の出力する電圧の大きさとして設定電圧区間２０９の上限電圧よりも大きい電圧を検出すると光源が光出力１００％で発光するべき出力電圧をＰＦＣ回路２０３に出力させる。一方、電圧検出回路２０５は、全波整流回路２０２の出力する電圧の大きさとして設定電圧区間２０９に含まれる電圧を検出すると光源が光出力１００％よりも小さい所定の光出力で発光するべき出力電圧をＰＦＣ回路２０３に出力させる。

以上のように、非常灯器具１０００は、非常時（停電時）、バッテリ９０からの供給電力をバッテリ昇圧回路１０１で昇圧した昇圧電圧を常用ユニット２００に送る際、バッテリ昇圧回路１０１は、通常（常用時）の商用電源４００の電圧よりも低い値の昇圧電圧を常用ユニット２００に送る。一方、常用ユニット２００は電源電圧が低下した場合に調光する。つまり常用ユニット２００は入力電圧の低下（商用電源電圧から昇圧電圧への切替）を検出すると、電圧検出回路２０５はＰＦＣ回路２０３の出力を低下させる制御を実行する。このように電圧検出回路２０５がＰＦＣ回路２０３の出力を制御することで、光源点灯回路２０４に対する調光信号は不要となり、また常用ユニットの内部に非常時用の専用の電源線を配線する必要がなくなる効果がある。

９０バッテリ、１００非常ユニット、１０１バッテリ昇圧回路、１０２停電検知回路、１０３切替スイッチ、１０５スイッチ取付箇所、２００常用ユニット、２０１ノイズフィルタ、２０２全波整流回路、２０３ＰＦＣ回路、２０４光源点灯回路、２０５電圧検出回路、２０９設定電圧区間、３００ランプ、４００商用電源、１０００非常灯器具。

Claims

バッテリと、非常ユニットと、常用ユニットとを備えた照明装置において、
前記非常ユニットは、
制御を受けることにより前記バッテリに充電されている電圧を昇圧して、前記常用ユニットの交流電源電圧に対する定格電圧よりも低い予め設定された上限電圧と、前記上限電圧よりも低い予め設定された下限電圧との間の設定電圧区間に含まれる直流の昇圧電圧として出力するバッテリ昇圧回路と、
商用電源と接続されて前記商用電源が供給状態にあるか停電状態にあるかを検知し、前記供給状態を検知すると前記商用電源から供給される商用電源電圧を出力し、前記停電状態を検知すると前記商用電源との接続を解除すると共に前記バッテリ昇圧回路に対する前記制御により前記バッテリ昇圧回路に前記昇圧電圧を出力させる検知回路と
を有し、
前記常用ユニットは、
前記非常ユニットが前記商用電源電圧を出力すると前記商用電源電圧を入力し、前記非常ユニットが前記昇圧電圧を出力すると前記昇圧電圧を入力する全波整流回路と、
前記全波整流回路の出力端に接続され、前記全波整流回路の出力する電圧を入力して力率を改善する力率改善回路と、
前記力率改善回路の出力電圧を入力し、入力した前記出力電圧を、前記出力電圧の大きさに応じた電圧であって光源に供給する電圧である光源供給電圧に変換する変換回路と、
前記全波整流回路の出力する電圧の大きさを検出し、検出した前記電圧の大きさが前記バッテリ昇圧回路の出力する前記昇圧電圧が属すべき前記設定電圧区間にあるときには、予め設定された大きさの出力電圧を前記力率改善回路に出力させる電圧検出回路と
を有し、
前記非常ユニットの前記バッテリ昇圧回路は、
前記商用電源が接続される接続箇所に接続されることにより、前記昇圧電圧を供給し、
前記全波整流回路は、
前記商用電源電圧を入力する場合は前記接続箇所を介して入力し、前記昇圧電圧を入力する場合も前記接続箇所を介して入力し、
前記電圧検出回路は、
前記全波整流回路に前記商用電源電圧が入力されているときに前記全波整流回路から出力される電圧の低下を検出した場合には前記力率改善回路の出力電圧を低下させる制御機能を有すると共に、
前記全波整流回路に前記昇圧電圧が入力されているときに前記全波整流回路から出力される電圧の大きさが前記設定電圧区間にあるときには、前記制御機能を用いることにより、前記予め設定された大きさの出力電圧を前記力率改善回路に出力させることを特徴とする照明装置。
前記電圧検出回路は、
前記全波整流回路の出力する電圧の大きさとして前記設定電圧区間の前記上限電圧よりも大きい電圧を検出すると前記光源が光出力１００％で発光するべき出力電圧を前記力率改善回路に出力させ、前記全波整流回路の出力する電圧の大きさとして前記設定電圧区間に含まれる電圧を検出すると前記光源が光出力１００％よりも小さい所定の光出力で発光するべき出力電圧を前記力率改善回路に出力させることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記常用ユニットは、前記変換回路として、
前記力率改善回路の出力電圧を入力し、入力した前記出力電圧を高周波の交流電圧に変換し、変換した前記高周波の交流電圧で前記光源である放電灯を点灯させる放電灯点灯回路と、
前記力率改善回路の出力電圧を入力し、入力した前記出力電圧を所定の大きさの直流電圧に変換し、変換した前記直流電圧で前記光源であるＬＥＤを点灯させるＬＥＤ点灯回路とのいずれかを有す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。
前記バッテリ昇圧回路によって昇圧される前記昇圧電圧が属すべき前記設定電圧区間は、
前記上限電圧が、前記常用ユニットの前記交流電源電圧に対する前記定格電圧に所定の比率を乗じて決定され、
前記下限電圧が、上記上限電圧に、前記昇圧電圧が属すべき前記設定電圧区間にあるときに前記電圧検出回路が前記力率改善回路に出力させる前記予め設定された大きさの出力電圧に対応する前記光源の光出力比を乗じて決定されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の照明装置。