JP6829413B2 - 標識灯点灯装置および標識灯システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、標識灯の発光素子を点灯させる標識灯点灯装置、およびこの標識灯点灯装置を備えた標識灯システムに関する。

例えば空港の滑走路や誘導路などに設置された複数の標識灯を点灯制御する標識灯システムでは、定電流電源装置の出力側に複数の可飽和形の絶縁トランスが接続され、これら絶縁トランスを介して複数の標識灯がそれぞれ接続されている。

定電流電源装置は、夜間あるいは周囲の照度環境によって標識灯の光源が所望の明るさとなるように、複数の調光段階に対応した複数段階の電流値の定電流電源を出力するように構成されている。

従来、標識灯の光源としては電球が主流であったが、近年においては省電力、長寿命などの観点からＬＥＤなどの発光素子が用いられるようになってきている。発光素子は直流で点灯され、かつ、電球に比べて小さな電流で所要の光出力を得ることができる。

そのため、従来の電球用の定電流電源装置に、電球を用いた標識灯に代えて、発光素子を用いた標識灯を接続しようとする場合、点灯制御回路が必要となり、定電流電源装置から出力される定電流電源を、点灯制御回路の整流回路で整流し、この整流回路の出力側に設けられる負荷調整回路で発光素子の点灯に余剰な余剰電流をバイパスし、調整回路を介して定電流電源装置に帰還させることにより、発光素子の点灯に必要な電力を供給するようにしている。

しかし、負荷調整回路は整流回路の出力側に設けられているため、余剰電流が整流回路を介して定電流電源装置に帰還されることになり、整流回路での電力損失が生じる。

特開２０１０−２５７７１８号公報

本発明が解決しようとする課題は、負荷調整回路によって定電流電源装置に帰還させる余剰電流の損失を低減できる標識灯点灯装置および標識灯システムを提供することである。

実施形態の標識灯点灯装置は、整流回路、負荷調整回路、点灯電流検出回路および制御部を備える。整流回路は、ブリッジ接続された４つの整流素子を有し、定電流電源装置から可飽和装置を介して入力される定電流電源を整流し、標識灯の発光素子に供給する。負荷調整回路は、整流回路に設けられ、整流回路の帰還側の２つの整流素子にそれぞれ並列に接続された第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を有し、整流回路に入力される定電流電源のうちの発光素子の点灯に余剰となる余剰電流を第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子が同時にオンすることにより４つの整流素子をバイパスして定電流電源装置に帰還させる。点灯電流検出回路は、発光素子に流れる点灯電流を検出する。制御部は、点灯電流検出回路により検出される点灯電流の電流値に応じて余剰電流の帰還量を決定し、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を同時にオン制御する。

本発明によれば、負荷調整回路によって定電流電源装置に帰還させる余剰電流の損失を低減することが期待できる。

第１の実施形態を示す標識灯点灯装置を用いた標識灯システムの回路図である。 第２の実施形態を示す標識灯点灯装置を用いた標識灯システムの回路図である。 第３の実施形態を示す標識灯点灯装置を用いた標識灯システムの回路図である。

以下、第１の実施形態を、図１を参照して説明する。

図１において、標識灯システム10は、例えば航空標識灯システムである。標識灯システム10は、交流の定電流電源を出力する定電流電源装置（ＣＣＲ）11、この定電流電源装置11の出力ラインに一次側が接続される可飽和装置としての絶縁トランス12、およびこの絶縁トランス12の出力側である二次側に接続される標識灯13を備えている。

標識灯13は、絶縁トランス12の二次側に接続される標識灯点灯装置としての点灯制御回路14、点灯制御回路14の出力側に接続される光源としてのＬＥＤなどの発光素子15、および絶縁トランス12の二次側と点灯制御回路14との間で絶縁トランス12の二次側に直列に接続される開放ユニット16を備えている。標識灯13は、路面に埋め込み設置される埋込形、および地上に設置される地上形のいずれでもよい。

なお、図示を省略しているが、定電流電源装置11の出力側には複数の絶縁トランス12が直列に接続され、各絶縁トランス12の出力側に標識灯13がそれぞれ接続されている。また、本実施形態では、標識灯13の灯体内に点灯制御回路14および発光素子15が内蔵されるが、点灯制御回路14は標識灯13の灯体の外部に別置きし、１つの点灯制御回路14の出力側に複数の標識灯13の発光素子15を直列に接続してもよい。

そして、定電流電源装置11は、例えばサイリスタなどの制御素子の位相制御により、複数の調光段階に対応した複数段階（例えば６．６Ａ〜２．８Ａの間の５段階）の電流値の定電流電源を出力する。さらに、定電流電源装置11は、出力波形（電圧波形または電流波形）などの出力の変化を監視し、点灯制御回路14や発光素子15の異常を検知する検知回路を備えている。この異常には、発光素子15の開放や短絡、あるいは点灯制御回路14の故障などが含まれる。

また、絶縁トランス12は、ゴム被覆絶縁トランスなどの可飽和装置であり、入力側である一次側が定電流電源装置11の出力ラインに直列に接続されている。

また、点灯制御回路14では、絶縁トランス12の二次側に、入力部T1，T2を介して整流回路20および負荷調整回路21と、カレントトランス22とが直列に接続されている。

整流回路20は、４つの整流素子としてのダイオードD1，D2，D3，D4をブリッジ接続したダイオードブリッジで構成され、一対の入力端が絶縁トランス12の二次側に接続され、交流の定電流電源を全波整流する。整流回路20の一対の入力端のうち、一方の入力端にダイオードD1のアノードとダイオードD3のカソードがそれぞれ接続され、他方の入力端にダイオードD2のアノードとダイオードD4のカソードがそれぞれ接続され、また、整流回路20の一対の出力端のうち、正出力端にダイオードD1，D2のカソードがそれぞれ接続され、負出力端にダイオードD3，D4のアノードがそれぞれ接続されている。

負荷調整回路21は、整流回路20と一体に設けられている。負荷調整回路21は、ダイオードD3，D4にそれぞれ並列に接続される例えば電界効果形トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などのスイッチング素子Q1，Q2（第１のスイッチング素子Q1および第２のスイッチング素子Q2）を備えている。スイッチング素子Q1，Q2のドレイン電極およびソース電極は、ダイオードD3，D4のカソードおよびアノードにそれぞれ接続されている。スイッチング素子Q1，Q2のゲート電極は、バッファ回路23を介して制御部24に接続されている。

整流回路20の一対の出力端には整流回路20で整流された出力電圧を平滑する平滑コンデンサC1が接続され、この平滑コンデンサC1の出力側に発光素子15および例えば電界効果形トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などのスイッチング素子Q3が直列に接続されている。スイッチング素子Q3のゲート電極は、バッファ回路25を介して制御部24に接続されている。

平滑コンデンサC1の出力側に１２Ｖの動作電源を生成する１２Ｖ電源回路26が接続され、この１２Ｖ電源回路26に５Ｖの動作電源（制御電源）を生成する５Ｖ電源回路27が接続され、この５Ｖ電源回路27から制御電源が制御部24に供給される。

平滑コンデンサC1の正極側と発光素子15との間に、発光素子15に出力される出力電圧を検出する主電圧検出回路28が接続されている。この主電圧検出回路28で検出された出力電圧の電圧値が制御部24に入力される。

発光素子15およびスイッチング素子Q3と直列に、発光素子15に流れる点灯電流を検出する点灯電流検出回路29が接続されている。この点灯電流検出回路29で検出される点灯電流が波高値変換回路30および平均値変換回路31を介して制御部24にそれぞれ入力される。波高値変換回路30は、点灯電流検出回路29で検出される点灯電流の波高値を求め、波高値に対応する信号を制御部24に入力する。平均値変換回路31は、点灯電流検出回路29で検出される点灯電流の平均値を求め、この平均値に対応する信号を制御部24に入力する。

カレントトランス22の二次側に、定電流電源装置11から入力される定電流電源の電流値を検出する電流検出回路32が接続されている。電流検出回路32で検出された定電流電源の電流値が増幅回路33を介して制御部24に入力される。

そして、制御部24は、電流検出回路32で検出される定電流電源の電流値、主電圧検出回路28で検出される電圧値、点灯電流検出回路29で検出される点灯電流の波高値および平均値を入力し、これらに基づき、負荷調整回路21のスイッチング素子Q1，Q2をＨ／Ｌ信号によってスイッチング制御するとともに、スイッチング素子Q3の導通をＰＷＭ（パルス幅変調）制御する。

すなわち、制御部24は、電流検出回路32で検出される定電流電源の電流値、主電圧検出回路28で検出される出力電圧、および点灯電流検出回路29で検出される点灯電流の波高値および平均値に応じて、発光素子15への出力電圧を所定の電圧値にするとともに定電圧化するように、負荷調整回路21のスイッチング素子Q1，Q2をＨ／Ｌ信号によってスイッチング制御する。これにより、整流回路20に入力される定電流電源のうちの発光素子15の点灯に必要な電流が整流回路20から出力され、発光素子15の点灯に余剰となる余剰電流が整流回路20をバイパスして定電流電源装置11に帰還される。さらに、制御部24は、電流検出回路32で検出される定電流電源の電流値、および点灯電流検出回路29で検出される点灯電流の波高値および平均値に応じて、発光素子15の光出力が電流検出回路32で検出される定電流電源の電流値に応じた調光段階の光出力となるように、スイッチング素子Q3の導通をパルス幅制御する。

また、開放ユニット16は、機械式のブレーカ40によって構成されており、このブレーカ40のコイル部41が絶縁トランス12の二次側に並列に接続され、ブレーカ40の接点部42が絶縁トランス12の二次側に直列に接続されている。ブレーカ40の接点部42は、常時は絶縁トランス12の二次側を閉成するように機械的に保持されており、コイル部41に印可される電圧が所定値以上に高くなると、絶縁トランス12の二次側を開放するように機械的に切り換わるとともに、コイル部41への通電が断たれても開放状態を保持する。

次に、標識灯システム10の動作を説明する。

定電流電源装置11の電源投入時には、所定の調光段階に応じた電流値の定電流電源が絶縁トランス12の一次側に入力され、この絶縁トランス12の二次側に接続されている整流回路20およびカレントトランス22の一次側に定電流電源がそれぞれ入力される。この絶縁トランス12の二次側では、負荷に応じて電流が流れはじめ、電圧が上昇していく。

整流回路20に入力される交流の定電流電源が整流回路20で整流されて平滑コンデンサC1で平滑され、１２Ｖ電源回路26を介して５Ｖ電源回路27により制御電源が生成され、この制御電源が制御部24に供給され、制御部24が起動する。

平滑コンデンサC1の出力側の出力電圧が発光素子15の順方向電圧（ＶＦ）に達したら、発光素子15に電流が流れはじめ、発光素子15が点灯する。

制御部24は、電流検出回路32で検出される定電流電源の電流値、主電圧検出回路28で検出される電圧値、点灯電流検出回路29で検出される点灯電流の波高値および平均値を取得し、負荷調整回路21のスイッチング素子Q1，Q2をＨ／Ｌ信号によってスイッチング制御するとともに、スイッチング素子Q3の導通をＰＷＭ（パルス幅変調）制御する。

このとき、制御部24は、負荷調整回路21のスイッチング素子Q1，Q2をＨ／Ｌ信号によってスイッチング制御することにより、発光素子15の点灯に余剰となる余剰電流をバイパスして定電流電源装置11に戻すが、定電流電源装置11の電源投入時における余剰電流の帰還量を電源投入から所定時間が経過した安定時における余剰電流の帰還量よりも多くするように制御する。電源投入後は、安定時での余剰電流の帰還量へ向けて、余剰電流の帰還量を徐々に減少させていく。

そして、制御部24は、発光素子15の点灯後、電流検出回路32で検出される定電流電源の電流値、主電圧検出回路28で検出される出力電圧、および点灯電流検出回路29で検出される点灯電流の波高値および平均値に応じて、発光素子15への出力電圧を所定の電圧値にするとともに定電圧化するように、負荷調整回路21のスイッチング素子Q1，Q2をＨ／Ｌ信号によってスイッチング制御する。これにより、整流回路20に入力される定電流電源のうちの発光素子15の点灯に必要な電流が整流回路20から出力され、発光素子15の点灯に余剰となる余剰電流が整流回路20をバイパスして定電流電源装置11に帰還される。

整流回路20において、負荷調整回路21のスイッチング素子Q1，Q2のオフ時には、交流の定電流電源の正の半周期は入力部T1→ダイオードD1→負荷→ダイオードD4→入力部T2に流れ、交流の定電流電源の負の半周期は入力部T2→ダイオードD2→負荷→ダイオードD3→入力部T1に流れ、交流の定電流電源を全波整流して出力する。また、負荷調整回路21のスイッチング素子Q1，Q2のオン時には、交流の定電流電源の正の半周期は入力部T1→スイッチング素子Q1→スイッチング素子Q2→入力部T2に流れ、交流の定電流電源の負の半周期は入力部T2→スイッチング素子Q2→スイッチング素子Q1→入力部T1に流れ、ダイオードD1〜D4をバイパスして定電流電源装置11に入力電流を帰還させる。

さらに、制御部24は、電流検出回路32で検出される定電流電源の電流値、および点灯電流検出回路29で検出される点灯電流の波高値および平均値に応じて、発光素子15の光出力が電流検出回路32で検出される定電流電源の電流値に応じた調光段階の光出力となるように、スイッチング素子Q3の導通をパルス幅制御する。

そして、発光素子15の点灯中、制御部24は、点灯電流検出回路29によって検出される点灯電流を監視し、点灯電流の電流値に応じて余剰電流の帰還量を決定し、負荷調整回路21を制御する。具体的には、点灯電流の波高値を監視し、予め決められている波高値となるように、負荷調整回路21のスイッチング素子Q1，Q2をＨ／Ｌ信号によってスイッチング制御する。

また、調光段階の変更に伴い、定電流電源装置11が出力する定電流電源の電流値が変化した場合、定電流電源の電流値の変化に応じて、制御部24は、負荷調整回路21のスイッチング素子Q1，Q2をＨ／Ｌ信号によってスイッチング制御するとともに、スイッチング素子Q3の導通をＰＷＭ（パルス幅変調）制御する。

また、制御部24は、主電圧検出回路28および点灯電流検出回路29の検出に基づいて、発光素子15の開放や短絡、あるいは点灯制御回路14の故障などの異常を監視している。

制御部24は、異常を検知すると、負荷調整回路21を開放し、すなわち、スイッチング素子Q1，Q2をオフする。負荷調整回路21を開放することにより、可飽和形の絶縁トランス12の二次側の電圧が上昇し、ブレーカ40のコイル部41に印可される電圧が動作電圧以上となって接点部42を開放し、接点部42の開放状態を機械的に維持する。そのため、定電流電源装置11は、出力波形（電圧波形または電流波形）などの出力の変化を検知し、発光素子15の開放や短絡、点灯制御回路14の故障などの異常を検知できる。

そして、本実施形態の点灯制御回路14によれば、整流回路20に負荷調整回路21を設けることにより、発光素子15の点灯に余剰となる余剰電流をこの整流回路20をバイパスして定電流電源装置11に帰還させることができ、余剰電流の損失を低減し、高効率の点灯制御回路14を提供できる。

しかも、ダイオードブリッジの整流回路20に負荷調整回路21を設けることにより、整流回路20から平滑コンデンサC1への経路に逆流防止用のダイオードを設ける必要がなく、回路内での損失を低減でき、高効率の点灯制御回路14を提供できる。

また、定電流電源装置11の電源投入時には、負荷調整回路21による余剰電流の帰還量を電源投入から所定時間が経過した安定時における余剰電流の帰還量よりも多くし、電源投入時から安定時にかけて余剰電流の帰還量を徐々に減少させていくため、電源投入時に大電流が点灯制御回路14に流れるのを防止し、点灯制御回路14を保護することができる。

次に、図２に第２の実施形態を示す。なお、第１の実施形態と同様の構成は同一符号を用い、その構成および作用効果の説明を省略する。

制御部24は、それぞれ個別のバッファ回路23a，23bを介してスイッチング素子Q1，Q2をそれぞれ個別に制御する。

この構成により、負荷調整回路21では、交流の定電流電源の波形の正極側と負極側とで、余剰電流の帰還量を個別にきめ細かく制御でき、定電流電源の変動、調光による定電流電源の変化、負荷変動などにも対応できる。

次に、図３に第３の実施形態を示す。なお、第１の実施形態と同様の構成は同一符号を用い、その構成および作用効果の説明を省略する。

絶縁トランス12の二次側が地面に接地される。この場合、標識灯13の灯体は地面に埋め込まれるために接地されている状態となり、地面を介して絶縁トランス12の二次側と標識灯13の灯体とが接続される。発光素子15と灯体との間には浮遊容量Csがあり、発光素子15を実装する基板が金属である場合や配線パターンの面積が広い場合などには浮遊容量Csが大きくなる。そのため、接地を介して点灯制御回路14へのノイズの回り込みが発生し、発光素子15にちらつきなどの点灯異常が発生する虞がある。

そこで、点灯制御回路14の出力側と発光素子15との間に、ノイズを除去する例えばコモンモードチョークなどのフィルタ50を介在する。

フィルタ50により、接地を介した点灯制御回路14へのノイズの回り込みを抑制し、発光素子15にちらつきなどの点灯異常を防止することができる。

なお、フィルタ50は、絶縁トランス12の二次側の接地位置より出力側と点灯制御回路14の入力側との間に介在させても、同様のノイズ抑制効果を得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これら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。

10 標識灯システム
11 定電流電源装置
12 可飽和装置としての絶縁トランス
13 標識灯
14 標識灯点灯装置としての点灯制御回路
15 発光素子
20 整流回路
21 負荷調整回路
24 制御部
29 点灯電流検出回路
D1，D2，D3，D4 整流素子としてのダイオード
Q1 第１のスイッチング素子
Q2 第２のスイッチング素子

Claims (3)

1. ブリッジ接続された４つの整流素子を有し、定電流電源装置から可飽和装置を介して入力される定電流電源を整流し、標識灯の発光素子に供給する整流回路と；
   この整流回路に設けられ、前記整流回路の帰還側の２つの前記整流素子にそれぞれ並列に接続された第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を有し、前記整流回路に入力される定電流電源のうちの前記発光素子の点灯に余剰となる余剰電流を前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子が同時にオンすることにより４つの前記整流素子をバイパスして前記定電流電源装置に帰還させる負荷調整回路と；
   前記発光素子に流れる点灯電流を検出する点灯電流検出回路と；
   前記点灯電流検出回路により検出される点灯電流の電流値に応じて余剰電流の帰還量を決定し、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子を同時にオン制御する制御部と；
   を具備することを特徴とする標識灯点灯装置。
2. 前記制御部は、前記定電流電源装置の電源投入時における余剰電流の帰還量を電源投入から所定時間が経過した安定時における余剰電流の帰還量よりも多くし、電源投入時から安定時にかけて余剰電流の帰還量を減少させる
   ことを特徴とする請求項１記載の標識灯点灯装置。
3. 定電流電源を出力する定電流電源装置と；
   この定電流電源装置の出力側に接続された可飽和装置と；
   この可飽和装置の出力側に接続された請求項１または２記載の標識灯点灯装置と；
   この標識灯点灯装置の出力側に接続された発光素子を有する標識灯と；
   を具備することを特徴とする標識灯システム。

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