JP5319933B2

JP5319933B2 - 照明装置

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Publication number: JP5319933B2
Application number: JP2008044843A
Authority: JP
Inventors: 純松▲崎▼; 浩司山下; 洋司立野; 靖憲河瀬
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2028-02-26
Also published as: JP2009205850A

Description

本発明は、停電時に非常用電源によって光源に点灯電力を供給する照明装置に関する。

従来から、火災等の非常時に避難者を安全な場所に誘導するための誘導灯などの非常用の照明装置が知られており、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。特許文献１に記載の照明装置は、商用電源からの交流電圧を整流平滑して出力する整流平滑回路と、整流平滑回路からの出力電圧を降圧することにより、低電圧である第１の直流電圧と、低電圧で且つ第１の直流電圧よりも大きい第２の直流電圧とを出力する降圧回路と、第２の直流電圧と略等しい直流電圧を出力するように充電される非常用電源であるバッテリと、降圧回路から出力される第２の直流電圧によってバッテリに充電する充電回路と、降圧回路からの第１の直流電圧又はバッテリからの直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に供給するインバータ回路と、通常時には降圧回路からの第１の直流電圧が放電灯へ供給されるように制御するとともに、停電時にはバッテリからの直流電圧が放電灯へ供給されるように制御する制御手段とを備えている。

また、放電灯の代わりに発光ダイオードを光源として採用した照明装置が知られており、例えば特許文献２、特許文献３に開示されているようなものがある。このような照明装置では、光源である発光ダイオードが直流電圧を供給することで点灯するため、インバータ回路が不要となる。
特開２００３−２５７６８５号公報特開２００６−２８６３３９号公報特開２００６−２６９４０８号公報

ところで、上記のような照明装置の光源を点灯させる電源電圧は、通常時では商用電源の１００〜２００Ｖの交流高電圧であるのに対して、停電時では非常用電源の数Ｖ程度の直流低電圧である。しかしながら、特許文献２及び特許文献３に記載のものでは、上記のように互いに電圧の異なる２つの電源で同一の光源を点灯させているので、商用電源から直流の低電圧を得るための降圧回路、及び非常用電源から所定の直流電圧を得るための昇圧回路を必要とし、照明装置の小型化や高効率化を実現するのが困難であるという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、通常時及び非常時の何れにおいても高い回路効率を得ることのできる照明装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、各々複数の発光素子が直列接続されて成る複数の発光部から構成される光源と、商用電源からの交流電圧を整流するとともに整流した直流電圧を光源に供給する常用点灯回路と、充電可能である非常用電源と、商用電源からの交流電圧を降圧するとともに直流電圧に変換する降圧回路と、降圧回路からの出力電圧によって非常用電源を充電する充電回路と、停電時に非常用電源からの直流電圧を昇圧して光源に供給する非常用点灯回路とを備え、常用点灯回路及び非常用点灯回路の各出力端は、何れも光源の入力端子間に接続され、通常時には複数の発光部を入力端子間に直列に接続するとともに、停電時には複数の発光部を入力端子間に並列に接続する切換回路を備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、切換回路は、通常時には全ての発光部を入力端子間に直列に接続することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、通常時には複数の発光部を直列に接続した入力端子間に常用点灯回路からの出力電圧が供給され、停電時には複数の発光部を並列に接続した入力端子間に非常用点灯回路からの出力電圧が供給されるので、停電時には通常時と比較して必要となる光源への供給電圧が小さくなり、非常用電源の直流電圧の昇圧比を低く抑えることができ、高い回路効率を得ることができる。更に、通常時及び停電時の何れにおいても全ての発光素子が点灯するため、発光素子の光が照射される表示面における輝度むらに差がなく、表示面を常に均一に発光させることができる。

請求項２の発明によれば、通常時には全ての発光部が直列接続された入力端子間に常用点灯回路からの出力電圧が供給されるので、商用電源を整流した直流電圧と光源の両端電圧との電位差が小さく、高い回路効率を得ることができる。

（実施形態１）
以下、本発明に係る照明装置の実施形態１について図面を用いて説明する。本実施形態は、図１に示すように、複数（図示では６つ）の発光素子である発光ダイオードＬＥＤが直列接続されて成る光源１と、商用電源ＡＣからの交流電圧を整流平滑するとともに整流平滑した直流電圧を光源１に供給する常用点灯回路２と、充電可能である非常用電源ＢＴと、停電時に非常用電源ＢＴからの直流電圧を昇圧して光源１に供給する非常用点灯回路３と、商用電源ＡＣからの交流電圧を降圧するとともに直流電圧に変換する降圧回路４と、降圧回路４からの出力電圧によって非常用電源ＢＴを充電する充電回路５とを備える。

光源１の発光ダイオードＬＥＤには、波長の短い青色ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップからの青色光を白色に変換する蛍光体とを組み合わせて成る白色発光ダイオードが用いられている。尚、発光ダイオードＬＥＤの発光色としては白色が好適であるが、上記構成及び発光色に限定されるものではなく、他の発光色の発光ダイオードを用いても構わない。

光源１は、常用点灯回路２及び非常用点灯回路３からの出力電圧が入力される３つの入力端子ＩＮ１〜ＩＮ３を備えており、入力端子ＩＮ１は常用点灯回路２の高圧側の出力端と接続され、入力端子ＩＮ２は非常用点灯回路３の高圧側の出力端と接続され、入力端子ＩＮ３は両点灯回路２，３の低圧側の出力端と接続されている。また、入力端子ＩＮ１は光源１の高圧側に接続され、入力端子ＩＮ３は光源１の低圧側に接続され、入力端子ＩＮ２は光源１の直列接続された発光ダイオードＬＥＤの中間点に接続されている。尚、以下の説明では、入力端子ＩＮ１，ＩＮ３間に接続された全ての発光ダイオードＬＥＤの組を第１の発光部１０、入力端子ＩＮ２，ＩＮ３間に接続された第１の発光部１０の発光ダイオードＬＥＤよりも少ない所定数（ここでは３つ）の発光ダイオードＬＥＤの組を第２の発光部１１と呼ぶものとする。

常用点灯回路２は、商用電源ＡＣからの交流電圧を整流するダイオードブリッジから成る整流回路２０と、整流回路２０からの脈流電圧Ｖｒを平滑化する平滑コンデンサＣ１及び逆流防止用のダイオードＤ２から成る平滑回路２１とから構成される。平滑回路２１から出力される直流の出力電圧Ｖ１は、入力端子ＩＮ１，ＩＮ３間に入力されることで光源１の第１の発光部１０に供給される。

非常用電源ＢＴは、例えばニッケル・カドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの二次電池から成り、後述する非常用点灯回路３の昇圧回路３０を介して第２の発光部１１に直流電圧を供給する。尚、本実施形態では非常用電源ＢＴとして二次電池を採用しているが、充電可能であれば二次電池に限定される必要はなく、例えば電気二重層コンデンサのような蓄電素子を用いても構わない。

非常用点灯回路３は、非常用電源ＢＴの直流の出力電圧Ｖｂｔを昇圧する昇圧回路３０と、昇圧回路３０からの出力電圧Ｖ２を平滑化するダイオードＤ３及び平滑コンデンサＣ２から成る平滑回路３１とから構成される。尚、昇圧回路３０の回路構成については周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。昇圧回路３０には、図示しないがその入力端と非常用電源ＢＴとの接続をオン／オフするリレーを備えており、通常時では後述する充電回路５によって該リレーがオフに付勢されている。このため、通常時では非常用電源ＢＴと昇圧回路４０とは接続されていない。平滑回路３１から出力される直流電圧は、入力端子ＩＮ２，ＩＮ３間に入力されることで光源１の第２の発光部１１に供給される。

ここで、常用点灯回路２の高圧側の出力端と入力端子ＩＮ１との間、及び非常用点灯回路３の高圧側の出力端と入力端子ＩＮ２との間には、それぞれ限流抵抗Ｒ１，Ｒ２が挿入されており、各限流抵抗Ｒ１，Ｒ２によって各発光部１０，１１を流れる電流が適宜設定される。尚、本実施形態では限流要素として限流抵抗Ｒ１，Ｒ２を設けているが、例えば図２に示すように、限流抵抗Ｒ１，Ｒ２の代わりに、常用点灯回路２及び非常用点灯回路３の低圧側の出力端と入力端子ＩＮ３との間に定電流制御回路６を設けても構わない。

降圧回路４は、ダイオードＤ１及び平滑コンデンサＣ３、トランスＴ、制御回路４０、スナバ回路４１、整流平滑回路４２から構成される。具体的には、常用点灯回路２の高圧側の出力端とダイオードＤ１を介して接続される平滑コンデンサＣ３の両端間にトランスＴの一次巻線Ｔａ及び制御回路４０が直列接続され、二次巻線Ｔｂの両端間に整流平滑回路４２を構成するダイオードＤ５及び平滑コンデンサＣ４の直列回路と、ツェナーダイオードＺＤ及びフォトカプラＰＣのフォトダイオードＰＤの直列回路が接続されている。また、スナバ回路４１は、コンデンサＣ５及び抵抗Ｒ３の並列回路と、該並列回路に直列接続されたダイオードＤ４から成り、トランスＴの一次巻線Ｔａの両端間に接続されている。制御回路４０には、図示しない電界効果トランジスタ等のスイッチング素子及び該スイッチング素子のオン／オフを制御するドライバ等が内蔵され、フォトカプラＰＣのフォトトランジスタＰＴｒが接続されている。

以下、降圧回路４の動作について説明する。フォトトランジスタＰＴｒのオン／オフに応じて制御回路４０のスイッチング素子がオン／オフされることで、ダイオードＤ１及び平滑コンデンサＣ３で平滑化された直流電圧が高周波電圧に変換される。この高周波電圧は、トランスＴの二次巻線Ｔｂによって降圧され、整流平滑回路４２によって平滑化される。整流平滑回路４２では、平滑コンデンサＣ４の両端間電圧が所定電圧以上に上昇すると、ツェナーダイオードＺＤが導通してフォトダイオードＰＤが発光し、所定電圧を下回ると、ツェナーダイオードＺＤが導通しなくなってフォトダイオードＰＤが発光しなくなる。このフォトダイオードＰＤの明滅によってフォトトランジスタＰＴｒがオン／オフされ、平滑コンデンサＣ４の両端間電圧、即ち降圧回路４からの出力電圧が所定電圧に制御されて充電回路５に供給される。また、スナバ回路４１では、制御回路４０のスイッチング素子のオン／オフに応じてトランスＴの一次巻線Ｔａの両端間に発生するキック電圧を吸収する。尚、本実施形態では、降圧回路４として上述のようにトランスＴで絶縁されたフライバックコンバータを採用しているが、回路構成を特に限定する必要はなく、トランスＴを用いない非絶縁型の回路を採用してもよい。

充電回路５は、通常時には降圧回路４からの出力電圧を非常用電源ＢＴに供給することで非常用電源ＢＴを充電させるとともに、該出力電圧によって昇圧回路４のリレーをオフに付勢する。商用電源ＡＣが停電すると、降圧回路４からの出力電圧が供給されないことから非常用電源ＢＴの充電を停止し、昇圧回路４のリレーをオンさせて昇圧回路３０と非常用電源ＢＴとを接続させる。尚、充電回路５の回路構成については周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。また、本実施形態では、充電回路５へ降圧回路４からの出力電圧が供給されているか否かで商用電源ＡＣの停電を判別しているが、判別方法はこの方法に限定される必要はない。

以下、本実施形態の動作について説明する。商用電源ＡＣが通電している通常時では、商用電源ＡＣからの交流電圧が直流電圧に変換されて光源１の第１の発光部１０に供給され、第１の発光部１０の発光ダイオードＬＥＤが発光する。同時に、整流回路２０からの脈流電圧Ｖｒが降圧回路４で所定電圧の直流電圧に変換されて充電回路５に供給され、非常用電源ＢＴが充電される。商用電源ＡＣが停電すると、常用点灯回路２から第１の発光部１０へ電圧が供給されなくなることで、第１の発光部１０の発光ダイオードＬＥＤが消灯する。同時に、充電回路５によって非常用電源ＢＴと非常用点灯回路３の昇圧回路３０とが接続されるため、非常用電源ＢＴからの直流電圧が非常用点灯回路３において昇圧及び平滑化されて光源１の第２の発光部１１に供給され、第２の発光部１１の発光ダイオードＬＥＤが発光する。

次に、具体例について説明する。尚、以下の説明では、発光ダイオードＬＥＤ１個の順方向電圧が約４Ｖ、順方向電流が通常時及び停電時の何れにおいても約３０ｍＡとする。第１の発光部１０の発光ダイオードＬＥＤが２４個、第２の発光部１１の発光ダイオードＬＥＤが１２個の場合、第１の発光部１０の両端間電圧は約９６Ｖ、第２の発光部１１の両端間電圧は約４８Ｖとなり、停電時の光源１の光出力は通常時の光源１の光出力の５０％となる。限流抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値を何れも１．４７ｋΩとすると、各抵抗Ｒ１，Ｒ２の両端間電圧は約４４Ｖとなり、したがって必要とされる常用点灯回路２の出力電圧Ｖ１及び非常用点灯回路３の出力電圧Ｖ２は、それぞれ約１４０Ｖ、約９２Ｖとなる。

ここで、非常用点灯回路３が常用点灯回路２と同様に第１の発光部１０に電圧を供給すると仮定すると、必要とされる非常用点灯回路３の出力電圧Ｖ２が約１４０Ｖとなり、昇圧回路３０における昇圧比が大きくなってしまう。一般的に、昇圧回路３０の昇圧比が大きくなると、トランス（図示せず）の一次巻線と二次巻線との結合の低下やチョークコイル（図示せず）の銅損の増加などによって変換効率が低下する。これに対して、本実施形態では、非常用点灯回路３を第２の発光部１１に接続することで必要とされる出力電圧Ｖ２を小さくし、昇圧回路３０の昇圧比を低く抑えることで停電時の回路効率を向上させ、消費電力を低減することができる。また、消費電力を低減できることから、非常用電源ＢＴの容量を小さくすることが可能となり、結果として照明装置の小型化及び軽量化を図ることができる。

尚、通常時においては、光源１の全ての発光ダイオードＬＥＤが直列接続された第１の発光部１０の両端に常用点灯回路２の出力端が接続されるので、常用点灯回路２の出力電圧Ｖ１と第１の発光部１０の両端間電圧との電位差を小さくすることができ、高い回路効率を得ることができる。また、前記電位差を小さくすることができるために降圧回路を必要とせず、結果として照明装置の小型化及び軽量化を図ることができる。

以下、もう一つの具体例について説明する。第１の発光部１０の発光ダイオードＬＥＤが２４個、第２の発光部１１の発光ダイオードＬＥＤが８個の場合、第１の発光部１０の両端間電圧は約９６Ｖ、第２の発光部１１の両端間電圧は約３２Ｖとなり、停電時の光源１の光出力は通常時の光源１の光出力の約３３％となる。ここで、必要とされる常用点灯回路２の出力電圧Ｖ１及び非常用点灯回路３の出力電圧Ｖ２は、それぞれ約１４０Ｖ、約７６Ｖであるが、限流抵抗Ｒ２の抵抗値を限流抵抗Ｒ１の抵抗値よりも小さい４００Ωに設定すると、限流抵抗Ｒ２の両端間電圧が約１２Ｖとなり、必要とされる非常用点灯回路３の出力電圧Ｖ２は４４Ｖと小さくなる。したがって、前述の具体例と比較して昇圧回路３０の昇圧比を更に低く抑えられるので、回路効率を更に向上することができる。

ところで、図３に示すように、光源１の発光ダイオードＬＥＤ２４個を略直線状に配設し、透光部材から成る長尺矩形状の表示部７から外部に照射させる場合、第２の発光部１１の発光ダイオードＬＥＤを互いに所定の間隔を空けて配設するのが望ましい。即ち、停電時のみ発光する第２の発光部１１の発光ダイオードＬＥＤ８個を均等に配設し、各発光ダイオードＬＥＤの間に通常時及び停電時の何れにおいても発光する第１の発光部１０の発光ダイオードＬＥＤ１６個を配設することで、発光ダイオードＬＥＤからの光が照射される表示面における輝度むらを低減しつつ所定の輝度を得ることができる。

（実施形態２）
以下、本発明に係る照明装置の実施形態２について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態１と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略するものとする。本実施形態は、図４に示すように、各々複数（図示では３つ）の発光ダイオードＬＥＤが直列接続されて成る複数（図示では２つ）の第１の発光部１０及び第２の発光部１１から構成される光源１を備え、常用点灯回路２及び非常用点灯回路３の各出力端は、何れも光源１の入力端子間に接続され、通常時には第１の発光部１０及び第２の発光部１１を入力端子間に直列に接続するとともに、停電時には第１の発光部１０及び第２の発光部１１を入力端子間に並列に接続する切換回路８を備えている。尚、光源１の第１の発光部１０及び第２の発光部１１は、常用点灯回路２及び非常用点灯回路３の出力端に並列に接続され、常用点灯回路２及び非常用点灯回路３の高圧側の出力端と光源１の入力端との間には限流抵抗Ｒ１が挿入されている。

切換回路８は、常用点灯回路２及び非常用点灯回路３の高圧側の出力端と第１の発光部１０のアノード側の端子との間に接続されるリレーＳＷ１と、第２の発光部１１のカソード側の端子と常用点灯回路２及び非常用点灯回路３の低圧側の出力端との間に接続されるリレーＳＷ２とから成る。リレーＳＷ１は、ａ−ｂ間の経路及びａ−ｃ間の経路を切換可能に構成され、リレーＳＷ２は、ｄ−ｅ間の経路及びｄ−ｆ間の経路を切換可能に構成されている。尚、各リレーＳＷ１，ＳＷ２の切り換えは、充電回路５に供給される降圧回路４からの出力電圧によって制御される。

以下、本実施形態の動作について説明する。商用電源ＡＣが通電している通常時では、切換回路８においてリレーＳＷ１がａ−ｂ間の経路、リレーＳＷ２がｄ−ｅ間の経路を閉成するので、第１の発光部１０及び第２の発光部１１が直接接続される。このため、商用電源ＡＣからの交流電圧が直流電圧に変換されて光源１の全ての発光ダイオードＬＥＤに供給されて発光する。同時に、整流回路２０からの脈流電圧Ｖｒが降圧回路４で所定電圧の直流電圧に変換されて充電回路５に供給され、非常用電源ＢＴが充電される。商用電源ＡＣが停電すると、切換回路８においてリレーＳＷ１がａ−ｃ間の経路、リレーＳＷ２がｄ−ｆ間の経路を閉成するので、第１の発光部１０及び第２の発光部１１が並列接続される。同時に、充電回路５によって非常用電源ＢＴと非常用点灯回路３の昇圧回路３０とが接続されるため、非常用電源ＢＴからの直流電圧が非常用点灯回路３において昇圧及び平滑化され、光源１の全ての発光ダイオードＬＥＤに供給されて発光する。

ここで、停電時では第１の発光部１０及び第２の発光部１１が並列接続されることから、光源１を通常時と同じ光出力で発光させるのに必要な供給電圧が通常時の約半分となる。更に、停電時には通常時よりも低い光出力で光源１を発光させることから、必要な供給電圧は更に小さくなる。したがって、実施形態１と同様に、昇圧回路３０の昇圧比を低く抑えることで停電時の回路効率を向上させ、消費電力を低減することができる。また、消費電力を低減できることから、非常用電源ＢＴの容量を小さくすることが可能となり、結果として照明装置の小型化及び軽量化を図ることができる。尚、通常時においては、全ての発光ダイオードＬＥＤが直列接続された光源１の両端に常用点灯回路２の出力端が接続されるので、常用点灯回路２の出力電圧Ｖ１と光源１の両端間電圧との電位差を小さくすることができ、高い回路効率を得ることができる。また、前記電位差を小さくすることができるために降圧回路を必要とせず、結果として照明装置の小型化及び軽量化を図ることができる。

尚、本実施形態では、切換回路８を有接点素子であるリレーＳＷ１，ＳＷ２を用いて構成しているが、例えば図５に示すように、無接点素子であるトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を用いて構成しても構わない。

また、光源１の発光ダイオードＬＥＤの個数は、各実施形態１，２の個数に限定される必要はなく、照明装置として通常時及び停電時に必要となる光出力が得られる個数に適宜設定されてよい。

さらに、常用点灯回路２の出力電圧Ｖ１は必ずしも平滑する必要はなく、図６に示すように平滑コンデンサＣ１を省略しても構わない。但し、この場合は非常用点灯回路３の照圧回路３０の出力端間に平滑コンデンサＣ６を追加すればよい。

ところで、本願発明の目的は、光源１の両端間電圧を通常時はできる限り高く、停電時はできる限り低くなるようにすることで、通常時では常用点灯回路２からの出力電圧Ｖ１と光源１の両端間電圧との電位差を小さくし、停電時では昇圧回路３０の昇圧比を小さくして各回路効率を高めるところにある。したがって、例えば誘導灯のように比較的小型な表示面を有する照明装置であれば発光ダイオードＬＥＤの個数が２０個程度で済むので、この場合には上記各実施形態が最適である。一方、表示面の面積が大きくなって発光ダイオードＬＥＤの個数が３０個以上必要となる場合には、全ての発光ダイオードＬＥＤを直列接続した際の光源１の両端間電圧が大きくなりすぎ、常用点灯回路２による安定した電圧供給が困難となる虞がある。このような場合には、光源１を発光ダイオードＬＥＤの直列回路を複数並列接続した構成にすればよい。

本発明に係る照明装置の実施形態１を示す回路図である。同上の他の回路構成を示す回路図である。同上の光源における発光ダイオードの配置を示す平面図である。本発明に係る照明装置の実施形態２を示す回路図である。同上の他の回路構成を示す回路図である。同上の別の回路構成を示す一部省略した回路図である。

符号の説明

１光源
１０第１の発光部
１１第２の発光部
２常用点灯回路
３非常用点灯回路
４降圧回路
５充電回路
ＬＥＤ発光ダイオード（発光素子）
ＡＣ商用電源
ＢＴ非常用電源

Claims

各々複数の発光素子が直列接続されて成る複数の発光部から構成される光源と、商用電源からの交流電圧を整流するとともに整流した直流電圧を光源に供給する常用点灯回路と、充電可能である非常用電源と、商用電源からの交流電圧を降圧するとともに直流電圧に変換する降圧回路と、降圧回路からの出力電圧によって非常用電源を充電する充電回路と、停電時に非常用電源からの直流電圧を昇圧して光源に供給する非常用点灯回路とを備え、常用点灯回路及び非常用点灯回路の各出力端は、何れも光源の入力端子間に接続され、通常時には複数の発光部を入力端子間に直列に接続するとともに、停電時には複数の発光部を入力端子間に並列に接続する切換回路を備えたことを特徴とする照明装置。
前記切換回路は、通常時には全ての発光部を入力端子間に直列に接続することを特徴とする請求項１記載の照明装置。