JP6354174B2 - 非常用照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、非常用電源であるバッテリを備えた照明装置に関し、特に上記バッテリへの電力の供給についての改善に関する。

従来、この種の照明装置ではバッテリ充電装置内に、交流電源の出力側電圧を監視する電圧監視手段、交流電源に接続されるバッテリに流れる電流を計測する電流検出手段、光源に供給される電源（商用電源と非常用電源の２種類）を切り替えることを抑制するための抑制信号を上記電圧監視手段に出力するバッテリ監視手段が配置されている。

上述の電圧監視手段は、通常動作時において交流電源が正常であるかを常に監視しており、交流電源の異常を検出したときには、交流電源が異常であることを示す非常信号を出力する。そして、この非常信号に基づいて商用電源を非常用電源に切り替える。

この電圧監視手段は、交流電源の出力側電圧の値からバッテリ電圧の値を減算した電圧値を監視対象電圧の値としており、この監視対象電圧の値を基に交流電源の出力側電圧の適否を監視している。

いま、交流電源の出力側電圧に接続されたバッテリが空バッテリ状態の場合には、この空バッテリが急速に充電され、監視対象電圧が急速に低下するので、この電圧監視手段は交流電源が異常であると誤判断してしまう可能性がある。これは、監視対象電圧が交流電源の出力側電圧からバッテリ電圧を減算した電圧値であるため、バッテリに流れる電流が増加してバッテリ電圧が急速に増大すると、この電圧監視手段には恰も交流電源それ自体の出力電圧が減少したように見えるからである。

そこで、従来例では、電流検出手段を使用してバッテリに流れる充電電流を常に検出し、バッテリに流れる充電電流の上昇を感知した場合には、この電流検出手段が検出された電流の変化率に応じてバッテリ監視手段の監視対象電圧の実態を測定し、その測定結果に応じた検知信号を出力する。この検知信号を考慮して、光源へ電力を供給する電源の種別が切り替えられる。（特許文献１）

このような構成にすることにより特許文献１では、バッテリ監視手段に基づいて非常信号の誤出力が抑制されるが、その場合、交流電源が異常であることをアラーム警報の発報などにより操作者に通知すると同時に、励磁コイル等の動作によりリレー接点が作動し、充電電流の大小に対応して光源へ接続される電源が商用電源から非常用電源へ適正に接続変更される。

ところで、バッテリの充電方式には２種類がある。一方は、上記特許文献１で説明したように交流電源の出力側電圧を監視する電圧監視手段を使用した方式であり、他方は、誤判断を回避するために、定電流源回路を用いてバッテリーを充電する定電流源方式である。この構成は、第６図に示すようなものである。
ところが、第６図に示す定電流源方式の照明装置では、バッテリは電流源により充電電流が供給されるため、空または空に近いバッテリの場合には、電流源を構成する抵抗からの発熱量が大きい。
ここで、電流源に印加される電圧をVとし、上記抵抗分をＲとすると、消費電力は概略（Ｖ＊Ｖ／Ｒ）の計算式で与えられる。この抵抗の消費電力（Ｖ＊Ｖ／Ｒ）がある所定値を越えてしまうと、照明装置を構成している素子の破壊に至る可能性がある。

そこで、充電状態にあるバッテリの電圧を常に監視しておき、このバッテリの電圧が予め定められた規定値を下回った状態に達するとこの両端子間の電圧の差分を緩和するように、定電流回路の入力端子により低く設定した適切な電源電圧を選択して印加し、バッテリの残量の減少に対応して定電流回路からの発熱を抑制することが考えられる。

また、従来の照明装置では、光源への電力供給源として商用電源あるいは非常用電源（バッテリ）とを切り替えるためのリレー駆動用電源が、上記商用電源から導出されている。通常、商用電源があるときにはリレーはＯＮしており、商用電源がなくなるとリレーはＯＦＦして非常電源へと切り替わる。

常用時、電流源からの発熱を抑えるためには、電流源への電源供給を止めればよいが、同時に上記切り替え用リレーの駆動用電源が必然的に断たれてしまい、リレーのオン状態を保持できず、非常点灯動作に切り換わってしまう。

特開２００１−２１８３８８号公報（００４８段落、第１及び第２図）

これまで述べてきたように、従来の非常照明装置では、通常の使用状態においてバッテリを充電している期間において、定電流回路の入出力端子間に発生する電位差に基づき、定電流回路に含まれている抵抗分で発熱し、ひいては回路全体の誤動作や故障に繋がる恐れがあるという問題があった。

この発明は上記の課題を解決するものであり、電流源に印加される電圧を複数準備しておき、これらの複数の電圧を選択的に切り替える非常用照明装置を提供するものである。

本発明の非常用照明装置は、
商用電源から入力された電力を光源へ供給する点灯装置を備え、光源に商用電源から電力が供給されない場合に、バッテリから入力された電力を光源へ供給する電力供給回路と、商用電源から入力された電圧を第１の電圧値及び第１の電圧値よりも低い第２の電圧値に変換する電圧変換回路と、電圧変換回路で変換された電圧が印加されてバッテリに電流を供給する電流源と、電圧変換回路から電流源に印加される電圧を、バッテリにかかる電圧が閾値以上の場合に第１の電圧値に切り替え、バッテリにかかる電圧が閾値未満の場合に第２の電圧値に切り替える電圧切替回路とを備えるように構成した。

この発明の非常用照明装置によれば、
上記バッテリの充電状態に応じて、電流源に印加する電圧を切り替えることにより、電流源に高い電圧が印加されて発熱が増加する場合においても、電流源からの発熱量を低減することができる。

この発明の実施の形態１の照明装置１００を含む非常灯器具１の構成図である。 実施の形態１の照明装置１００の回路図である。 図１に示した非常灯器具１における通常時の電力の経路を示す図である。 図１に示した非常灯器具１における非常時の電力の経路を示す図である。 定電流回路１３０への印加電圧と定電流回路１３０の抵抗分に基づく発熱量との関係を示す図である。 この発明の前提となる技術を示す図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施形態１に係る照明装置１００の構成と、この照明装置１００を内包する非常灯器具１の回路図について、図１〜図２に基づいて説明する。

具体的詳細な構成を説明するに先立ち、まず、非常灯器具１とそれを構成する主要回路の概要につき述べる。

非常灯器具１は、光源となるランプ４００に電力を供給するものであり、この実施形態１の主要な部分を構成しており、かつ外部から交流電圧（商用電源）が入力され、非常時に光源に電力を供給する照明装置１００と、操作者がマニュアル操作で交流電圧を断続して照明装置１００の正常動作を確認するために使用される点検スイッチ２００と、商用電源をＯＮ，ＯＦＦするために壁に埋め込まれた壁スイッチ３００と、商用電源を所望の電力量に変換し光源に電力を供給する通常点灯装置６００（点灯装置）とから主に構成されている。

照明装置１００は、バッテリ７００を介して非常時にランプ４００に電力を供給し、ランプ４００に対して供給する電源の種類を切り換える機能を有する。例えば、突発的な停電の発生などにより商用電源から電力がランプ４００に供給されない事態が発生した際には、光源に供給する電源の種類を商用電源から非常用電源へ自動的に切り替える。この切り替えの詳細については、後述する。

点検スイッチ２００は、光源に供給される電源の種類の切り替えが正常に行われるかどうかを操作者がマニュアルで点検するために必要なスイッチである。点検スイッチ２００の入力側端子には、外部から商用電源と同じ電源が供給されており、その出力端子側は、後述する通常点灯装置６００と後述する直流電力から交流電力に変換するためのインバータ８００との間で切り替える。

点検スイッチ２００には、図示しない押釦等が配置されており、電源の種類の切り換えが適切に行われるかの動作確認が必要となった際には、操作者がこの押釦を操作する。操作者が、通常電源印加時に点検スイッチ２００を操作することにより商用電源が遮断され、商用電源と接続時に通常点灯装置６００への電源供給が停止され、バッテリ７００からインバータ８００を経由してランプ４００に電力が供給される。この操作により、商用電源から非常用電源への電源の種類の切り替えが正常に行われるかどうかの確認がなされる。

壁スイッチ３００は、商用電源の出力側から電力を接続、非接続とさせるために壁に埋め込まれたスイッチであり、手動操作によりスイッチをＯＮ，ＯＦＦする。商用電源と、壁スイッチ３００と、通常点灯装置６００とで閉ループを形成している。

通常点灯装置６００は、光源に対して所望の電力を供給するための装置であって、壁スイッチ３００の後段に接続され、商用電源を通常点灯装置６００で所望の電力量に変換した後、後述するリレー切り替え回路１６０を介して、ランプ４００に電力を供給する。

光源に供給される電源の種類の切り替えの詳細については後述するが、上記閉ループを介して、通常時には、この壁スイッチ３００を経由して通常点灯装置６００を介してランプ４００にまで至り、ランプを点灯させる。通常時には、リレー切り替え回路１６０において、通常用電源である通常リレー接点に接続され、通常点灯装置６００がランプ４００に切り替えられる。これに対して、非常時には、リレー切り替え回路１６０において、非常用電源である非常用リレー接点に接続され、非常用電源であるバッテリ７００の電力がランプ４００に供給される。

なお、上記の通常時に商用電源から通常点灯装置６００を介してランプ４００にまで至る構成と、非常時にバッテリ７００からインバータ８００を介してランプ４００にまで至る構成とを総称して、電力供給回路と定義しておく。

ここまでは非常灯器具１全体について述べてきたが、本発明の実施形態１の照明装置１００につき、以下に述べる。この照明装置１００の構成と内部接続については、図２に示されているが、その具体的な説明に先立ち、照明装置１００の基本的な使い方と機能につき、まず述べる。

以降では、ランプ４００を光源に用いる照明装置１００について説明するが、これが複数のＬＥＤが実装されたＬＥＤモジュール基板や有機ＥＬパネルなどの光源に変更されても、勿論構わない。この場合、照明装置１００は光源の種類に合わせた電源の名称となるが、以降、総称して照明装置１００と呼ぶことにする。以下の説明においては、特に指定しない限り、光源にランプ４００を用いた照明装置１００の使用を想定している。

ところで、この照明装置１００は後述するように、その動作・機能としては、光源であるランプ４００に所要の電力を供給し、通常時か非常時かに応じて、適切な電源の種類に切り替えてランプ４００に電力を供給する。したがって、この照明装置１００は、電源の種類を選択的に切り替えて電力を供給しており、ランプ４００に対する供給電源の切り換え機能を有している。以降、総称して照明装置１００と呼ぶ。

この照明装置１００は、図２に示されるように、図６に示した従来の非常照明装置９００に、後述される電圧切替回路１４０及び検出回路１５０が追加されており、検出回路１５０は、定電流回路１３０（電流源）の入力端子と出力端子との間に接続されている。詳細には、検出回路１５０の内部に配置されるトランジスターＱ３のコレクタ端子を通して、後述する電圧切替回路１４０内のトランジスターＱ１のベース端子に接続されている。

また、照明装置１００に商用電源が供給されなくなると、電圧変換回路１２０は動作が停止するため、リレー切り替え回路１６０は励磁コイル１６０ａに電流が流れなくなるので、上述の通常リレー接点から非常用リレー接点に切り換わる。これらのリレー接点の接続変更（切り換え）により光源に供給する電源の種類を商用電源から非常用電源へ自動的に切り替える。

この装置の主たる目的は、突発的な停電の発生など何らかの理由により、商用電源が使用不可能となった後にも光源への電源供給を維持させる必要がある場合に、ランプ４００への電源の供給を継続して維持するために、この照明装置１００が主として適用される。

以下、照明装置１００について、具体的に説明する。

この発明の具体的実施の形態につき記載するに先立ち、その前提となる技術について、図６に基づき説明する。図６に示したものは、この種の本願発明の対象となる技術における非常用照明装置９００の基本的回路構成を示しており、主要な回路として電圧変換回路９２０と定電流回路９３０とがある。電圧変換回路９２０は１つの電圧に変換し、定電流回路９３０は後段に接続されたバッテリへ定電流を供給するものである。この実施の形態では、図６に示す照明装置に図２の電圧切替回路１４０と検出回路１５０とが追加されている。

照明装置１００は、全波整流回路１１０と、電圧変換回路１２０と、定電流回路１３０と、電圧切替回路１４０と、検出回路１５０と、リレー切り替え回路１６０と、フィードバック回路１７０と、停電検出回路１８０とから主に構成されている。個々の構成部品について、以下にそれぞれ説明する。

この照明装置１００は、停電の発生などの非常時において、交流電圧（商用電源）の代替手段として光源に電力を供給するものであり、この照明装置１００は、外部から入力された交流電圧から所望の電圧を生成するとともに整流する全波整流回路１１０と、この整流された所望の電圧を電磁変換により降圧して複数種の電圧（例えば第１の電圧、及び第２の電圧）に変換するために１入力／２出力のフライバックトランスＴ１を用いた電圧変換回路１２０と、この電圧変換回路１２０の出力から印加される特定の電圧に基づいて定電流を生成して出力する定電流回路１３０と、この特定の電圧のうちから適切な充電電圧を選択して定電流回路１３０に印加する電圧切替回路１４０と、前述した中間接続点に印加される電位を検出する検出回路１５０と、ランプ４００に供給される電力を商用電源または非常用電源に切り替えるリレー切り替え回路１６０と、この特定の電圧を電圧変換回路１２０に帰還するフィードバック回路１７０と、商用電源からの電力の供給の有無を検出する停電検出回路１８０とから主に構成されている。

全波整流回路１１０は、商用電源から供給された交流電圧を電圧変換回路１２０への供給に適した電圧に変換する回路であり、一般的に、交流電圧を直流に整流するダイオードブリッジＤＢとを備える。

全波整流回路１１０の接続関係について、以下説明する。
ダイオードブリッジＤＢの入力側は、交流電圧と並列に接続され、出力側は、点検スイッチ２００の出力端子に接続されている。ここで、入力電圧を整流するために使用される全波整流回路１１０の種類や、構成、段数は任意で構わない。なお、全波整流回路１１０の後段にチョーク入力型平滑回路などの平滑回路が追加されている。

全波整流回路１１０内での信号の流れについて、以下説明する。
全波整流回路１１０には、商用電源から交流電圧が供給されている。全波整流回路１１０は、この交流電圧を直流電圧に全波整流した後、整流された直流電圧を後述する電圧変換回路１２０に供給する。

電圧変換回路１２０は、全波整流回路１１０で整流された直流電圧を電磁変換により降圧して第１の電圧（例えば２４Ｖ）、及び第１の電圧よりも低い第２の電圧（例えば１２Ｖ）に変換するための１入力／２出力のフライバックトランスＴ１と、このフライバックトランスＴ１の２次巻線の高電位側（第１ノード）から供給される第１の電圧を一方向に整流するダイオードＤ１と、２次巻線の低電位側（第２ノード）から供給される第２の電圧を一方向に整流するダイオードＤ２と、交流成分バイパス用のバイパスコンデンサＣ２，Ｃ３とを備える。

電圧変換回路１２０の接続関係について、以下説明する。
１入力／２出力のフライバックトランスＴ１は、第２図に示すように１次巻線と２次巻線との間に鉄心を挟んで互いに非接触な状態で絶縁された逆極性の１次・２次巻線から構成されており、入力側となる１次巻線は全波整流回路１１０の出力端子に、出力側となる２次巻線は後述する定電流回路１３０の入力端子側（第３ノード）に接続されている。

ダイオードＤ１は、入力側が第１ノードに接続され、出力側がトランジスターＱ１のエミッタ端子―コレクタ端子間を介して第３ノードに接続されている。ダイオードＤ２は、入力側が第２ノードに接続され、出力側がダイオードＤ３を介して第３ノードと接続されている。

電圧変換回路１２０内での信号の流れについて、以下説明する。
電圧変換回路１２０は、１次巻線側から供給された電圧を電磁変換により変換して２次巻線側に供給し、２次巻線側の電圧を後段に接続する定電流回路１３０に供給する。また、２次巻線側の電圧は、２次巻線において発生する電圧を取り出す位置を変更することにより、２種類、あるいは複数の電圧を取り出して定電流回路１３０に供給することができる。

２次巻線の高電位側に接続された第１ノードから供給される第１の電圧は、トランジスターＱ１のエミッタ―コレクタ端子間を介して第３ノードに印加される。また、バイパスコンデンサＣ３は、この経路において交流成分のみをバイパスして、直流成分とする。

２次巻線の低電位側に接続された第２ノードから供給される第２の電圧は、ダイオードＤ２，Ｄ３を介して第３ノードに印加される。また、バイパスコンデンサＣ２は、この経路において交流成分のみをバイパスして、直流成分とする。

ところで、照明装置１００内での信号の流れについて、以下説明するに先立ち、非常時に、非常用電源を使用する際にバッテリ７００が満たすべき容量スペックに関し、予め述べておく。

非常用照明器具の設置基準には、通常点灯が停止した場合（非常時において）、電源が商用電源から非常用電源に切り替えられた後、光源が確保しなければならない以下のような照度基準が存在する。

すなわち、非常時に、商用電源からバッテリ７００からの放電電圧に切り替えた後もこの非常用電源を使用して光源に電力を供給し、一般定格の非常灯器具においては非常用照明装置を点灯させた状態で３０分以上は、床面１ルクス以上の照度を確保する必要がある。さらに、長時間定格の非常灯器具においては、非常用電源を使用して１時間以上確保する必要がある。

このため、長時間定格・光束比６０％を実現する為に、一般定格・光束比３０％の非常灯装置と比較してバッテリ電圧を約２倍に増やしている。

このように、上記のバッテリ７００の充電に適切な第１の電圧、または第２の電圧を定電流回路１３０に印加が可能な電圧変換回路１２０を予め準備しておく。

定電流回路１３０は、定電圧回路であるツェナーダイオードＤＺ１と、充電回路を形成するトランジスターＱ２と、抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６とを備える。

定電流回路１３０の接続関係について、以下説明する。
抵抗Ｒ４と相互に逆接続されたツェナーダイオードＤＺ１とは、第３ノードと接地電位との間に直列に接続されている。
抵抗Ｒ５と相互に接続されたトランジスターＱ２のエミッタ―ベース端子間とは、ツェナーダイオードＤＺ１と並列に接続されている。抵抗Ｒ６は、トランジスターＱ２のエミッタ端子とコレクタ端子との間に並列に接続されている。
抵抗Ｒ７は、後述する充電表示用ＬＥＤ５００と相互に直列接続され、これらを直列接続したものが抵抗Ｒ５と並列に接続されている。

トランジスターＱ２のベース端子は、抵抗Ｒ４と相互に逆接続されたツェナーダイオードＤＺ１との中間接続点に接続されている。トランジスターＱ２のエミッタ端子は、抵抗Ｒ５を通して第３ノードと接続されている。トランジスターＱ２のコレクタ端子は、ダイオードＤ４を通して、定電流回路１３０の出力側とバッテリ７００の正極側とが相互に接続される中間接続点（以降では、第４ノードとも呼ぶ）と接続されている。

また、定電流回路１３０は、バッテリ７００と第４ノードにおいて外部接続されており、非常時にはバッテリ７００から充電電圧が放電されて光源に電力が供給される。

さらに、充電表示用ＬＥＤ５００を定電流回路１３０と並列になるように外部に接続しても良い。操作者は、この充電表示用ＬＥＤ５００が発光することにより、定電流回路１３０が動作中であることを明示的に認識することができる。

定電流回路１３０内での信号の流れについて、以下説明する。
定電流回路１３０は、電圧変換回路１２０の第１ノードまたは第２ノードから、第１の電圧または第２の電圧が第３ノードに印加される。この第１の電圧または第２の電圧を印加されて定電流回路１３０は定電流を生成し、出力側に供給する。そして、後段に接続されたバッテリ７００へ定電流を供給する。

定電流回路１３０では、図３のツェナーダイオードＤＺ１の電圧ＶＤＺ１からトランジスターＱ２のベース―エミッタ端子間電圧Ｖｂｅを引いた電圧であるＶＤＺ１―Ｖｂｅが抵抗Ｒ５に印加される。ここで、ツェナーダイオードＤＺ１は定電圧回路として働き、常に一定の電圧を発生させるため抵抗Ｒ５への印加電圧は一定となり、定電流回路１３０の出力側からバッテリ７００に流入する充電電流も一定となる。

定電流回路１３０の両端子間には、電圧変換回路１２０から供給される充電電圧からバッテリ７００に蓄積された蓄積電荷に応じた電圧値を減算した差分の電圧が入出力端子間に印加される。

バッテリ７００内に電荷がある程度充電されている場合には、定電流回路１３０の入出力両端子間に発生する差分の電圧が小さく、トランジスターＱ２に流れる電流が抵抗Ｒ６に流れる電流よりも多いため、定電流回路１３０内の抵抗Ｒ６での消費電力も少なくて済む。これに対し、バッテリ７００が空または空に近いなど、バッテリ７００内に蓄積された電荷量が少ない場合は、トランジスターＱ２が、停止または、停止に近い動作となりなり、抵抗Ｒ６に流れる電流が増えるため消費電力の値は大きくなる。

従って、バッテリ７００内の電圧が低い場合には、充電電圧を第１の電圧（例えば２４Ｖ）から第２の電圧（例えば１２Ｖ）と半分の電圧値にして定電流回路１３０にいずれかの電圧を印加し、定電流回路１３０内部で消費される電力の値を低減して発熱を抑制させる。

いま仮に、図６に示す従来の回路を適用した場合、バッテリが空または空に近い状態である場合には、抵抗比がそれぞれ例えば、１：３（抵抗Ｒ２＝２０Ω、抵抗Ｒ３＝６６Ω）であるため、次に示す式（出力電圧―ＶＤＺ１電圧―バッテリ７００内の電圧）／（抵抗Ｒ２＋抵抗Ｒ３）を計算することにより、定電流回路１３０内の抵抗Ｒ５，Ｒ６には、それぞれ約２７０ｍＡ程度の電流が流れることになり、抵抗Ｒ６における消費電力は４．８Ｗ程度になる。

このように、抵抗Ｒ６から発生する発熱が大きくなると、抵抗Ｒ６自身に熱ダメージが与えられ、ひいては回路全体の誤動作や故障に繋がる。対策としては、抵抗Ｒ６の部品のサイズを大きめに変更するか、抵抗Ｒ６の接続数を増やす必要があるが、どちらもコストの増加や基板の実装面積の増加を招く。

また、この抵抗Ｒ６から発生する発熱に耐えるには、定格電力が１０Ｗ程度の抵抗が必要となり、このような抵抗を用いて製品化することは現実的な設計ではない。
なお、上記の説明においては、定電流回路１３０が定電流を生成して後段に接続されたバッテリ７００へ定電流を供給すると説明したが、定電流でない電流をバッテリ７００へ供給しても構わない。このため、定電流回路１３０を大きな括りで電流源と定義しておく。

電圧切替回路１４０は、通常時において、電圧変換回路１２０から供給される複数種の電圧（第１の電圧と第２の電圧）の間で特定の電圧を選択して、定電流回路１３０に印加される電圧を切り替える回路であり、この複数種の電圧のうち特定の電圧に切り替えるためのトランジスターＱ１，Ｑ３と、このトランジスターＱ１，Ｑ３の端子間に接続された抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３とを備える。

電圧切替回路１４０の接続関係について、以下説明する。
抵抗Ｒ１が、トランジスターＱ１のベース端子とエミッタ端子との間に接続されている。抵抗Ｒ２が、トランジスターＱ１のベース端子とトランジスターＱ３のコレクタ端子との間に接続されている。抵抗Ｒ３が、トランジスターＱ１のコレクタ端子とトランジスターＱ３のベース端子の間に接続されている。

トランジスターＱ１のベース端子は、抵抗Ｒ２を通して後述する検出回路１５０内に配置されるトランジスターＱ３のコレクタ端子に接続されている。トランジスターＱ１のエミッタ端子は、ダイオードＤ１を介して第１ノードに接続されている。トランジスターＱ１のコレクタ端子は、第３ノードに接続されている。

電圧切替回路１４０は、電圧変換回路１２０の出力側に設けられており、電圧変換回路１２０は、全波整流回路１１０の出力側に設けられているので、この電圧切替回路１４０は、商用電源から全波整流回路１１０、電圧変換回路１２０、定電流回路１３０に至る経路により、商用電源と電気的に接続されており、電圧切替回路１４０の出力電圧は、商用電源から導出されていることになる。すなわち、複数種の電圧を印加するための大規模な回路変更の必要性がなく、複数種の電圧のうち特定の電圧が導出されることにより、既存の回路がそのまま利用できる。

電圧切替回路１４０内での信号の流れについて、以下説明する。
電圧切替回路１４０は、電圧変換回路１２０の第１ノードか第２ノードを選択し、第１の電圧、または第２の電圧を第３ノードに印加する。第１の電圧、または第２の電圧のいずれかが第３ノードに印加されるかは、後述する検出回路１５０の中間接続点での電位に依存して決定される。

なお、上記の電圧変換回路１２０と電圧切替回路１４０とを含めて、定電流回路１３０に電圧を印加して充電する充電回路と定義しておく。

検出回路１５０は、トランジスターＱ３と、バイパスコンデンサＣ４と、抵抗Ｒ８，Ｒ９と、ツェナーダイオードＤＺ２とを備える。

検出回路１５０の接続関係について、以下説明する。
ツェナーダイオードＤＺ２のカソード側は、第４ノードと接続され、アノード側は相互に接続された抵抗Ｒ８と接続されている。ツェナーダイオードＤＺ２のアノード側は、この相互に接続された抵抗Ｒ８及び抵抗Ｒ９とを通して接地電位に接続されている。
バイパスコンデンサＣ４は、この抵抗Ｒ９と並列に接続されている。
トランジスターＱ３のベース端子は、この抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ９とが相互に接続された中間接続点に接続されている。トランジスターＱ３のエミッタ端子は、接地電位に接続されている。トランジスターＱ３のコレクタ端子は、抵抗Ｒ２を通してトランジスターＱ１のベース端子に接続されている。

検出回路１５０内での信号の流れについて、以下説明する。
検出回路１５０は、第４ノードでの電位を検出しており、第４ノードの電圧と上記ツェナーダイオードＤＺ２で決定される閾値電圧（例えば１０Ｖに設定）とを比較して電圧切替回路１４０に充電電圧を切り替えるための制御信号を供給する。
以降、電圧切替回路１４０は、電圧変換回路１２０から供給される電圧を第１の電圧、または第２の電圧へ選択的に切り替える。この後、電圧切替回路１４０は定電流回路１３０の入力側に所望の電圧を印加し、この定電流回路１３０を通してバッテリ７００に充電する。

検出回路１５０は、中間接続点での電位がツェナーダイオードＤＺ２で決まる閾値電圧（例えば１０Ｖに設定）を下回った場合、すなわち、バッテリ７００内部に電荷が蓄積されておらず充電されていない空バッテリまたはこれに準ずるバッテリが接続された場合には、トランジスターＱ３、Ｑ１の順に連動してトランジスタがＯＦＦ動作し、第２ノードからダイオードＤ２を通して第２の電圧が定電流回路１３０に印加される。

この検出回路１５０は、中間接続点での電位が１０Ｖ以上であるか、１０Ｖ未満であるかを判定する。

判定の結果、中間接続点での電位が１０Ｖ以上であった場合には、電圧切替回路１４０は第１の電圧に切り替える。これに反して、中間接続点での電位が１０Ｖ未満であった場合には、電圧切替回路１４０は第２の電圧に切り替える。

検出回路１５０は、中間接続点での電位（第４ノード）を検出して電圧切替回路１４０を切り替える。このため、中間接続点での電位が閾値よりも低下すると、この検出結果が検出回路１５０から電圧切替回路１４０、電圧変換回路１２０の順に伝わり、定電流回路１３０へ印加される電圧が選択的に切り替えられる。

なお、上記において定電流回路１３０の動作中に第１の電圧から第２の電圧に切り替えても良い。こうすることにより、発熱状態に応じた電圧の設定が可能となり、バッテリ７００の充電により定電流回路１３０から発生する発熱をダイナミック、かつ、リアルタイムに低減することができる。

リレー切り替え回路１６０は、光源に供給される電源の種類を選択するためのものであり、通常時において商用電源から電力を供給し、非常時において非常用電源（バッテリ）から電力を供給するよう電源の種類を切り替える。リレー切り替え回路１６０は、例えば電磁力により作動する上述の２種類のリレー接点で実現される。

リレー切り替え回路１６０は、励磁コイル１６０ａと、励磁コイル１６０ａが励磁されるときに接続される通常リレー接点と励磁コイル１６０ａが励磁されていないときに接続される非常用リレー接点を有するリレー接点１６０ｂを備える。また、照明装置１００は、商用電源が供給されているときにインバータ８００に電力を供給せず、商用電源が供給されていないときにインバータ８００に電力を供給するオンオフ切り替え回路１６０ｃとを備える。

リレー切り替え回路１６０の接続関係について、以下説明する。
励磁コイル１６０ａは、照明装置１００に商用電源が供給されているとき、電圧変換回路１２０の第２の出力より電流が供給されて励磁し、リレー接点１６０ｂの接点を通常リレー接点側への接続にし、照明装置１００に商用電源が供給されないとき、電圧変換回路１２０は動作を停止するので電流が供給されないために励磁されず、リレー接点１６０ｂの接点を非常用リレー接点側への接続にする。
リレー接点１６０ｂは、入力端子が通常点灯装置６００及びインバータ８００の出力側に接続され、出力端子がランプ４００と接続されている。また、オンオフ切り替え回路１６０ｃは、入力端子がバッテリ７００に接続され、出力端子が、インバータ８００の入力側に接続されている。

このように、励磁コイル１６０ａは、リレー接点１６０ｂを動作させて光源に供給される電源の種類を切り替える。

オンオフ切り替え回路１６０ｃは、第２の電圧を参照して光源に供給される電源の種類を選択する。この後、オンオフ切り替え回路１６０ｃは、商用電源からの電力供給があるかないかを判別して、商用電源が供給されていないときはバッテリ７００からの電力をインバータ８００に供給する。

上記のように、リレー切り替え回路１６０は、第２の電圧の有無に基づいてリレー切り替え回路１６０内のリレー接点を動作させることにより、電源の種類を商用電源から非常用電源へ自動的に切り替えて、ランプ４００に電力を供給する。

フィードバック回路１７０は、第１ノードから供給される第１の電圧を検出（識別）して、この検出電圧に基づき電圧変換回路１２０が適正な電圧を出力するようにフィードバックする回路である。

フィードバック回路１７０は、入力側が第１ノード及び検出回路１５０の出力側と接続されており、出力側は、フォトカプラなどの絶縁素子を介して、電圧変換回路１２０のフィードバック端子に入力されるように接続されている。
フィードバック回路１７０は、第１の電圧及び充電電圧を切り替えるための制御信号を参照しており、検出回路１５０の出力側から供給された充電電圧を切り替えるための制御信号の電圧が低い場合、電圧変換回路１２０に差分をフィードバックして電圧変換回路１２０から第１の電圧を安定して供給させる。

すなわち、目標となる第１及び第２の電圧値を正確に設定するために、フィードバック回路１７０から出力される信号によりフィードバックをかけて、電圧変換回路１２０内のフライバックトランスＴ１を制御している。このフィードバック動作により、電圧変換回路１２０から供給される第１及び第２の電圧が安定して供給される。

停電検出回路１８０は、通常時において商用電源を光源へ供給中に、通電状態が停電状態になっていないかを検出し、供給する電力を非常用電源側へ切り替えるかどうかの点灯要否を決定する回路である。

停電検出回路１８０は、入力側がダイオードブリッジＤＢの出力端子と接続されており、出力側が電圧変換回路１２０に入力されるよう接続されている。
停電検出回路１８０は、交流電力からの入力がある電圧以下になっていないかを検出し、交流電力からの入力がある電圧以下（交流４０Ｖ〜８０Ｖ程度の電圧値）になったことを検出すると、電圧変換回路１２０を停止させる。これに反して、停電検出回路１８０は、交流電力からの入力がある電圧以上の場合には、電圧変換回路１２０の動作を可能にさせる。

ここで改めて、図３及び図４を参照しながら、通常時と非常時での電圧切替回路１４０の切り替え、及び、リレー切り替え回路１６０の切り替えについて説明する。

図３を参照しながら、通常時の電力の供給について説明する。
図３において、実線（太線）で示す矢印は、リレー切り替え回路１６０内のリレー接点が切り替えられた後の充電回路における主要な電力の流れを示しており、通常時には、バッテリ７００が充電されるとともにランプ４００が点灯される。

通常時においては、実線に示すように壁スイッチ３００が操作者によってＯＮされており、商用電源を使用してランプ４００を点灯する際には、商用電源から電力が、通常点灯装置６００を介してランプ４００に至るまで供給される。なお、リレー切り替え回路１６０の接点は、通常リレー接点１６０ａ側のリレー接点と接続され、電力の供給路が形成されている。

これと同時に、実線（細い線）に示すように商用電源により電力が、全波整流回路１１０から電圧変換回路１２０、定電流回路１３０を介してバッテリ７００にまで供給され、その結果バッテリ７００が充電される。

また、電源の種類を切り替えるために、リレー切り替え方式を採用して、そのリレー切り替え回路１６０を駆動するために起動用の電力が必要とされているが、その起動用電源は第２の電圧である。

次に、図４を参照しながら、非常時の電力の供給について説明する。
図４において、一点鎖線（太線）で示す矢印は、電力が光源にまで供給される流れを示したものである。なお、非常時において、バッテリ７００から光源４００への電力供給については、従来と同様につき、その具体的な説明は省略している。

非常時においては、点線に示すように、非常用電源を使用してランプ４００を点灯する際には、バッテリ７００からの電力がインバータ８００を介してランプ４００に供給される。なお、リレー切り替え回路１６０のリレー接点１６０ｂは非常用リレー接点側に接続され、電力の供給路が形成されている。このように、非常時においては、バッテリ７００が放電しランプ４００に対する非常用電源として機能する。

次に、図５に基づいて、定電流回路１３０の抵抗分と発熱量との関係（以下、関係と略記する）を、従来と比較して説明する。

図５は、図２における抵抗Ｒ６での消費電力の変化の様子を示す。図５では、縦軸に消費電力［Ｗ］、横軸にバッテリ電圧［Ｖ］が示されている。なお、充電に基づくバッテリ７００の両端に現れる電圧は、前述した中間接続点での電圧を参照することにより検出できる。即ち、バッテリ７００の負極は接地端子に接続されているので、中間接続点での電位は、バッテリ７００の正極側を参照することにより検出可能である。

図５において、◇は、電圧切替回路１４０により定電流回路１３０に第１の電圧（２４Ｖ）の電源電圧が印加された場合に対応し、消費電力の実測値をプロット状に示していて、■は、電圧切替回路１４０により定電流回路１３０に第２の電圧（１２Ｖ）の電源電圧が印加された場合に対応し、消費電力の実測値をプロット状に示している。

一般的には、バッテリ７００の両端に現れる電圧はバッテリ７００内に蓄積された電荷に対応している。すなわちバッテリ７００内の充電の程度を示している。バッテリ７００内の電圧が低下する要因としては、例えばバッテリ７００内に蓄積された電荷が自然放電により充電電圧が電圧低下した場合や、バッテリ７００自体の不良などが考えられる。

◇（つまり第１の電圧）では、バッテリ７００内の電圧が０Ｖのとき、抵抗Ｒ６での消費電力は５Ｗであり、バッテリ７００内の電圧が徐々に増加するにつれて抵抗Ｒ６での消費電力が０Ｗに向けて徐々に減少していく。そして、バッテリ７００内の電圧が１９Ｖにまで至ったときに消費電力は０Ｗとなっている。

同様に、■（つまり第２の電圧）では、バッテリ７００内の電圧が０Ｖのとき、抵抗Ｒ６での消費電力は１Ｗであり、バッテリ７００内の電圧が徐々に増加するにつれて抵抗Ｒ６での消費電力が０Ｗに向けて徐々に減少していく。そして、バッテリ７００内の電圧が８Ｖにまで至ったときに消費電力は０Ｗとなっている。

上記において、定電流回路１３０の電源電圧が、第２の電圧（１２Ｖ）時における消費電力と、第１の電圧（２４Ｖ）時における消費電力とを比較すると、第２の電圧時における消費電力の方が、０Ｖ〜１９Ｖのすべてのバッテリ電圧の領域において定電流回路から発生する熱が大幅に低減されていることが理解できる。

このことから、電圧切替回路１４０は定電流回路１３０に印加する電圧として、第１の電圧または第２の電圧のうち適切な電圧値を自動的に選択することができ、充電時において定電流回路１３０から発生する発熱を抑制できることが理解できる。

また、定電流回路１３０への印加電圧を供給する電圧切替回路１４０を、商用電源の出力電圧を用いてバッテリの充電を行うように構成すれば、非常用電源を使用時においてもリレー駆動電圧を確保しながら、定電流回路の両端子間に大きな電位差が発生することに起因した定電流回路からの発熱が低減できる。

また、前述したように検出回路１５０は、中間接続点での電位（第４ノード）をフィードバックして電圧切替回路１４０を制御する。このため、中間接続点での電位が低下すると検出回路１５０、電圧切替回路１４０、電圧変換回路１２０の順に帰還がかかり、定電流回路１３０へ印加される電圧が選択的に切り替えられる。
こうすることにより、発熱状態に応じた電圧の設定が可能となり、バッテリ７００の充電により定電流回路１３０から発生する発熱をダイナミック、かつ、リアルタイムに低減することができる。

さらに、前述したようにこの電圧切替回路１４０は、商用電源から全波整流回路１１０、電圧変換回路１２０、定電流回路１３０に至る経路により、商用電源と電気的に接続されており、電圧切替回路１４０の出力電圧は、商用電源から導出されている。すなわち、複数種の電圧を印加するための大規模な回路変更の必要性がなく、複数種の電圧のうち特定の電圧が導出されることにより、既存の回路がそのまま利用できる。
このため、従来のように、降圧コンバータ等を使用して電圧を降圧してリレー用電源を確保する必要が無いので、部品点数を大幅に削減してコストの低減を図れる。

このような構成にしたので、商用電源によりバッテリが充電される際に、電流源に印加するための複数種の電圧のうち特定の電圧を選択的に電流源に印加することができ、電流源の抵抗分による過剰な発熱を抑制することができる。

１ 非常灯器具、１００ 照明装置、１１０ 全波整流回路、１２０ 電圧変換回路、１３０ 定電流回路（電流源）、１４０ 電圧切替回路、１５０ 検出回路、１６０ リレー切り替え回路、２００ 点検スイッチ、３００ 壁スイッチ、４００ ランプ（光源）、５００ 充電表示用ＬＥＤ、６００ 通常点灯装置（点灯装置）、７００ バッテリ、８００ インバータ。

Claims (2)

1. 商用電源から入力された電力を光源へ供給する点灯装置を備え、前記光源に前記商用電源から電力が供給されない場合に、バッテリから入力された電力を光源へ供給する電力供給回路と
   前記商用電源から入力された電圧を第１の電圧値及び前記第１の電圧値よりも低い第２の電圧値に変換する電圧変換回路と、
   前記電圧変換回路で変換された電圧が印加されて前記バッテリに電流を供給する電流源と、
   前記電圧変換回路から前記電流源に印加される前記電圧を、前記バッテリにかかる電圧が閾値以上の場合に前記第１の電圧値に切り替え、前記バッテリにかかる電圧が閾値未満の場合に前記第２の電圧値に切り替える電圧切替回路と、を備えたことを特徴とする照明装置。
2. 前記電圧切替回路は、前記バッテリの正極側での電位に基づいて前記第１の電圧値と前記第２の電圧値とを切り替えることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。

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