JP6978721B2 - 標識灯点灯装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、標識灯を点灯させる標識灯点灯装置に関する。

空港においては、滑走路、誘導路等に複数の標識灯が設置され、これら標識灯を点灯制御して航空機を誘導する標識灯システムが用いられている。

この標識灯システムでは、定電流電源を出力する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。

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ＬＥＤ等の発光素子が用いられてきている。発光素子は直流で点灯し、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、空港では、電球を用いた標識灯に代えて、発光素子を用いた標識灯への置き換えが進められている。発光素子を用いた標識灯に置き換える場合には、定電流電源装置から供給される定電流電源を発光素子の点灯に必要な電源に変換する標識灯点灯装置が必要となる。

標識灯点灯装置では、定電流電源装置から出力される定電流電源を整流回路で整流し、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、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源を供給している。

しかし、発光素子の負荷電流は、定電流電源装置から入力する定電流電源の電流よりも低いため、帰還させる余剰電流の増加により無効電流が増えるとともに、発光素子数の増加に応じて入力電圧が高くなることから、負荷電力は改善されるものの力率が悪化してしまう。

また、標識灯点灯装置の入力側に変流トランスを配設し、この変流トランスの変圧比により無効電流を減らす回路構成もあるが、変流トランスを内蔵する標識灯が大形になり、好ましくない。

特開２０１０−２５７７１８号公報

本発明が解決しようとする課題は、力率を改善できる標識灯点灯装置を提供することである。

実施形態の標識灯点灯装置は、負荷調整回路および点灯回路を備える。負荷調整回路は、定電流電源装置から入力される定電流電源を定電圧制御する。点灯回路は、負荷調整回路で定電圧制御された電源を昇圧して発光素子に供給する。さらに、負荷調整回路は、定電流電源装置から入力される定電流電源の電流の一部を定電流電源装置に帰還させるとともに、定電流電源装置から入力される定電流電源の電圧を発光素子の負荷電圧よりも低電圧に定電圧制御して出力することで定電流電源装置への帰還電流を減少させる。

本発明によれば、力率を改善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の回路図である。 第２の実施形態を示す標識灯点灯装置の回路図である。

以下、第１の実施形態を、図１を参照して説明する。

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複数の発光素子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。発光素子15は例えばＬＥＤが用いられ、高光度標識灯ほど使用する発光素子15の数が多くなる。なお、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、または５．０Ａ〜３．０Ａの間の２〜５段階）の電流値の定電流電源を出力する。この定電流電源の電圧は固定（一定）である。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D2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、定電流電源装置11から入力される定電流電源を定電圧化するものであって、定電流電源の電圧を発光素子15の負荷電圧よりも低電圧に定電圧制御するとともに、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に帰還させるものである。

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）等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。

負荷調整回路21の出力側には、切離回路25、ダイオードD5および平滑コンデンサC1が接続されている。切離回路25は、負荷調整回路21の開放による入力電圧の上昇により動作して入力電圧から発光素子15等を切り離すための保護回路である。平滑コンデンサC1は、整流回路20で整流された電圧を平滑する。

さらに、負荷調整回路21の出力側であって、平滑コンデンサC1よりも出力側には、点灯回路26および発光素子15が接続されている。点灯回路26は、負荷調整回路21で定電圧制御された電源を昇圧する昇圧回路である昇圧ドライバ27、および発光素子15に流れる電源を定電流制御する定電流制御部であるスイッチング素子Q3を備えている。昇圧ドライバ27は、バッファ回路28を介して制御部24に接続されている。スイッチング素子Q3は、例えば電界効果形トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等であり、ドレイン電極が発光素子15に接続され、ソース電極が電源の低電位側に接続され、ゲート電極が昇圧ドライバ27に接続されている。

平滑コンデンサC1の出力側には、１２Ｖの動作電源を生成する１２Ｖ電源回路29が接続されている。この１２Ｖ電源回路29には、５Ｖの動作電源（制御電源）を生成する５Ｖ電源回路30が接続されている。この５Ｖ電源回路30からの制御電源が制御部24に供給される。

平滑コンデンサC1の出力側には、負荷調整回路21から出力される電源の電圧を検出する主電圧検出回路31が接続されている。この主電圧検出回路31で検出された電圧値が制御部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に流れる負荷電流である点灯電流を検出する点灯電流検出回路32が接続されている。この点灯電流検出回路32で検出される点灯電流が波高値変換回路33および平均値変換回路34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33は、点灯電流検出回路32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34は、点灯電流検出回路32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。

また、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35が接続されている。電流検出回路35で検出された定電流電源の電流値が増幅回路36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35で検出される定電流電源の電流値、主電圧検出回路31で検出される電圧値、点灯電流検出回路32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、昇圧ドライバ27およびスイッチング素子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35で検出される定電流電源の電流値、主電圧検出回路31で検出される電圧値、および点灯電流検出回路32で検出される点灯電流の波高値および平均値に応じて、定電流電源の電圧を発光素子15の負荷電圧よりも低電圧に定電圧化するように、負荷調整回路21を制御する。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35で検出される定電流電源の電流値、主電圧検出回路31で検出される電圧値、および点灯電流検出回路32で検出される点灯電流の波高値および平均値に応じて、負荷調整回路21で定電圧制御された電源の電圧を発光素子15の負荷電圧に応じた電圧に昇圧するように昇圧ドライバ27を制御するとともに、発光素子15の光出力が電流検出回路35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を制御する。

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29を介して５Ｖ電源回路30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、発光素子15が点灯する。

制御部24は、電流検出回路35で検出される定電流電源の電流値、主電圧検出回路31で検出される電圧値、点灯電流検出回路32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し、昇圧ドライバ27およびスイッチング素子Q3の導通をＰＷＭ（パルス幅変調）制御する。

さらに、制御部24は、電流検出回路35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32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35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、負荷調整回路21では、定電流電源の電圧を発光素子15の負荷電圧よりも低電圧に定電圧制御するとともに、発光素子15の点灯に余剰となる余剰電流を定電流電源装置11に帰還させる。この負荷調整回路21では、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し、また、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、点灯回路26では、負荷調整回路21で定電圧制御された電源を、発光素子15の負荷電圧に応じた電圧に昇圧するとともに、発光素子15の負荷電流に応じた電流に調整し、発光素子15に供給する。

このように、負荷調整回路21により定電流電源の電圧を発光素子15の負荷電圧よりも低電圧に定電圧制御し、この負荷調整回路21で定電圧制御された電源を点灯回路26により発光素子15の負荷電圧に応じた電圧に昇圧することにより、無効電流を低減し、力率を改善することができる。

ここで、力率の改善について説明する。定電流電源装置11から標識灯13に供給される定電流電源であり、電流値および電圧値が固定であり、また、発光素子15の負荷電力（ＶＡ）は発光素子15の特性および発光素子15の数によって決まっており、発光素子15に必要とする負荷電力（ＶＡ）が決まっている。そのため、負荷調整回路21で定電流電源の電圧を発光素子15の負荷電圧よりも低電圧に定電圧制御することにより、回路内に流れる電流値が増加し、定電流電源装置11に帰還させる余剰電流が低減され、さらに、負荷調整回路21で定電圧制御された電源を点灯回路26により発光素子15の負荷電圧に応じた電圧に昇圧することにより、発光素子15の負荷電流に応じた電流に調整する。これにより、無効電流を低減し、力率を改善することができる。

例えば、定電流電源装置11から供給される定電流電源の電流が６．６Ａ、電圧が１００Ｖで、発光素子15の負荷電力が１００ＶＡである場合、負荷調整回路21から出力する電圧が１００Ｖであると、負荷調整回路21では、１Ａの電流を回路内に流し、５．６Ａの電流を定電流電源装置11に帰還させることになる。

本実施形態では、負荷調整回路21から出力する電圧を例えば５０Ｖに低下させれば、発光素子15の負荷電力が１００ＶＡであることから、回路内に流れる電流は２Ａとなるため、４．６Ａの電流を定電流電源装置11に帰還させることになる。

したがって、本実施形態では、定電流電源装置11に帰還させる余剰電流を低減することにより、無効電流を低減し、力率を改善することができる。

また、制御部24は、主電圧検出回路31および点灯電流検出回路32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、標識灯13の発光素子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。

以上のように、本実施形態の点灯制御回路14によれば、負荷調整回路21により発光素子15の負荷電圧よりも低電圧に定電圧制御し、この負荷調整回路21で定電圧制御された電源を点灯回路26により昇圧することにより、無効電流を低減し、力率を改善することができる。

しかも、点灯制御回路14の入力側に変流トランスを設ける必要がないため、標識灯13の灯体を小形化できる。

次に、図２に第２の実施形態を示す。

第２の実施形態では、整流回路20の出力側に負荷調整回路21が設けられている。負荷調整回路21は、整流回路20の一対の出力端と並列に接続される例えば電界効果形トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等のスイッチング素子Q4を備えている。スイッチング素子Q4のドレイン電極およびソース電極は整流回路20にそれぞれ接続され、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。

そして、この負荷調整回路21においては、スイッチング素子Q4をスイッチング制御により、整流回路20で整流された定電流電源の電圧を発光素子15の負荷電圧よりも低電圧に定電圧制御するとともに、発光素子15の点灯に余剰となる余剰電流を整流回路20を通じて定電流電源装置11に帰還させる。

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。

11 定電流電源装置
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
21 負荷調整回路
26 点灯回路

Claims (1)

1. 定電流電源装置から入力される定電流電源を定電圧制御する負荷調整回路と；
   この負荷調整回路で定電圧制御された電源を昇圧して標識灯の発光素子に供給する点灯回路と；
   を備え、
   前記負荷調整回路は、前記定電流電源装置から入力される定電流電源の電流の一部を前記定電流電源装置に帰還させるとともに、前記定電流電源装置から入力される定電流電源の電圧を前記発光素子の負荷電圧よりも低電圧に定電圧制御して出力することで前記定電流電源装置への帰還電流を減少させる
   ことを特徴とする標識灯点灯装置。

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