JP6948006B2

JP6948006B2 - 標識灯点灯装置

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Publication number: JP6948006B2
Application number: JP2017125843A
Authority: JP
Inventors: 新野　真吾; 真吾新野
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2017-06-28
Publication date: 2021-10-13
Anticipated expiration: 2037-06-28
Also published as: JP2019009061A

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変流トランスによって所望の電流および電圧に変流し、この変流トランスの二次側に設けられる負荷調整回路のスイッチング素子をスイッチング動作させ、発光素子の点灯に余剰な余剰電流をバイパスして定電流電源装置側に帰還させることにより、変流トランスの二次側を定電圧化し、発光素子の点灯に必要な電源を供給している。

しかし、変流トランスにより変流された電流に対して発光素子で消費する電流が少ない場合、スイッチング素子のスイッチング動作により帰還させる余剰電流が増加し、つまりは無効電力が増加し、消費電力に対する皮相電力が高く、力率が悪化してしまう。

皮相電力が高いことにより、定電流電源装置およびこの定電流電源装置から標識灯までに定電流電源を供給するための配線や絶縁トランス等の容量を削減することができず、小形化や低コスト化の妨げとなっている。

特開２０１６−１４９３２１号公報

本発明が解決しようとする課題は、皮相電力が低く、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、変流トランス、余剰電力消費回路、点灯制御回路、電流測定回路および制御部を備える。変流トランスは、定電流電源装置から供給される定電流電源が一次側に入力する。余剰電力消費回路は、変流トランスの二次側に接続される可変抵抗を有し、標識灯の発光素子の点灯に余剰となる電力を消費する。点灯制御回路は、変流トランスの二次側に余剰電力消費回路を介して接続され、発光素子に供給する点灯電源を制御する。電流測定回路は、変流トランスに入力される電流値を測定する。制御部は、電流測定回路により検出された電流値に応じて可変抵抗の抵抗値を制御する。

本発明によれば、皮相電力が低く、力率を改善することが期待できる。

一実施形態を示す標識灯点灯装置を備えた標識灯システムの回路図である。

以下、一実施形態を、図１を参照して説明する。

図１に標識灯システム10を示す。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。

そして、定電流電源装置11は、例えばサイリスタ等の制御素子の位相制御により、複数の調光タップ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。例えば、調光タップを１から５までの５段階とし、調光タップ５は１００％の調光比で定電流電源を６．６Ａとし、調光タップ４は２５％の調光比で定電流電源を５．２Ａとし、調光タップ３は５％の調光比で定電流電源を４．１Ａとし、調光タップ２は１％の調光比で定電流電源を３．４Ａとし、調光タップ１は０．２％の調光比で定電流電源を２．８Ａとする。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）等の出力の変化を監視し、標識灯点灯装置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、あるいは標識灯点灯装置14の故障等が含まれる。

また、絶縁トランス12は、ゴム被覆絶縁トランス等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、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14、標識灯点灯装置14の出力側に接続される複数の発光素子15、およびこれら標識灯点灯装置14および発光素子15等を収容する灯体を備えている。発光素子15には例えばＬＥＤが用いられている。また、標識灯13は、灯体が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の灯体内に標識灯点灯装置14および発光素子15が内蔵されるが、標識灯点灯装置14は標識灯13の灯体の外部に別置きし、１つの標識灯点灯装置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。

また、標識灯点灯装置14は、絶縁トランス12の二次側に、入力部T1，T2を介して、電力線搬送通信部20が接続されているとともに、遮断器21と電流測定回路22と変流トランス23の直列回路が接続されている。さらに、標識灯点灯装置14は、発光素子15が接続される点灯回路24を備えている。

電力線搬送通信部20は、定電流電源装置11と標識灯13との間の電源供給経路を利用し、定電流電源の交流波形に信号を重畳することにより、定電流電源装置11側の標識灯監視制御装置との間で通信する電力線搬送通信方式を用いている。電力線搬送通信部20は、定電流電源装置11側の標識灯監視制御装置と相互に通信可能とするが、少なくとも定電流電源装置11側の標識灯監視制御装置に対して標識灯13の状態を送信できればよい。そして、定電流電源装置11側の標識灯監視制御装置では、標識灯13と通信し、標識灯13の状態を遠隔監視したり、標識灯13を遠隔制御する。なお、電力線搬送通信部20は、点灯回路24に設けられている。

遮断器21は、例えばブレーカによって構成されており、常時は絶縁トランス12の二次側を閉成する状態にあり、異常時に点灯回路24の駆動制御によって絶縁トランス12の二次側を開放する状態に切り換わる。

電流測定回路22は、絶縁トランス12の二次側から出力される定電流電源の電流値を測定する。電流測定回路22は、点灯回路24に設けられている。

変流トランス23は、一次側に絶縁トランス12の二次側から出力される定電流電源を入力して、その定電流電源の電流値が所定の電流値となるように変流し、二次側から点灯回路24に出力する。すなわち、変流トランス23は、絶縁トランス12の二次側から出力される定電流電源を発光素子15の点灯に必要な電流値に低減し、電圧を高めるもので、例えば６．６Ａの入力電流を１Ａ程度の出力電流に変流する。

また、点灯回路24は、変流トランス23の二次側に接続される余剰電力消費回路27を備えている。余剰電力消費回路27は、変流トランス23の二次側に接続される可変抵抗28を備えている。可変抵抗28は、制御部29からの制御信号（DPWM）によって抵抗値が調整される。可変抵抗28には、例えばＭＯＳＦＥＴ等の電子可変抵抗や、アナログ式可変抵抗が用いられる。電子可変抵抗の場合、制御部29によってＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を制御することにより、抵抗値が可変調整され、また、アナログ式可変抵抗の場合、制御部29によってアナログ式可変抵抗の駆動部を制御することにより、抵抗値が可変調整される。なお、電子可変抵抗の場合にも、アナログ式可変抵抗と同様に、電流が連続して流れるように制御する。

余剰電力消費回路27は、変流トランス23の二次側の高電位側および低電位側にダイオードD1，D2を介して接続されているとともに、抵抗R1を介して点灯回路24のグランドに接続されている。ダイオードD1，D2のアノードが変流トランス23の二次側の高電位側および低電位側に接続され、ダイオードD1，D2のカソードが余剰電力消費回路27の可変抵抗28に接続されている。また、ダイオードD1，D2のカソードの接続点にツェナーダイオードZD1のアノードが接続され、ツェナーダイオードZD1のカソードが抵抗R1を介して点灯回路24のグランドに接続されている。

余剰電力消費回路27の可変抵抗28は、制御部29により調光タップに応じた抵抗値に可変制御されて、変流トランス23の二次側の定電流電源を定電圧化する。

余剰電力消費回路27の可変抵抗28は、制御部29により調光タップに応じた抵抗値に可変制御されて、発光素子15の点灯に余剰となる電力を消費して発熱する。そのため、可変抵抗28の熱を放熱するための放熱手段30が設けられている。放熱手段30は、例えば、可変抵抗28の熱を標識灯13の金属製の灯体に熱伝導する熱伝導部材等が用いられる。

そして、可変抵抗28を備えた余剰電力消費回路27は、変流トランス23の二次側の過電圧を防止するとともに発光素子15の点灯に余剰となる電力を消費する負荷調整回路である。

また、余剰電力消費回路27の出力側には、交流の定電流電源を全波整流する整流器31、およびこの整流器31で整流された電源電圧を平滑する平滑回路32が接続されている。

平滑回路32の出力側において、高電位側に点灯制御回路33が接続され（図１のVLEDの接続を参照）、低電位側が点灯回路24のグランドに接続されている。さらに、平滑回路32の出力側には、例えば５Ｖの動作電源（V5V）を生成する動作電源回路34、およびこの動作電源回路34を介して例えば３．３Ｖの制御電源（V33）を生成する制御電源回路35が接続されている。

また、点灯制御回路33は、出力側に複数の発光素子15が接続されており、平滑回路32の出力側から電源（VLED）を入力し、複数の発光素子15に供給する点灯電源を制御する。点灯制御回路33は、例えば余剰電力消費回路27で定電圧制御された電源電圧を降圧する降圧ドライバ等の電源電圧変換回路、および発光素子15に流れる電源を定電流制御するスイッチング素子等を備えている。そして、点灯制御回路33は、制御部29によって制御される。

点灯制御回路33の出力側において、高電位側に接続されて点灯制御回路33が出力する電源の電圧を検出するとともに、低電位側に抵抗R2を介して接続されて発光素子15に流れる負荷電流である点灯電流を検出する検出回路36が接続されている。検出回路36で検出された検出値は制御部29に入力される。

また、点灯回路24は、遮断器21を駆動する遮断器駆動回路37を備えている。遮断器駆動回路37は、制御部29による制御によって遮断器21を開放状態に切り換える。

そして、制御部29は、電流測定回路22で検出される定電流電源の電流値（調光タップ）、検出回路36で検出される点灯電源の電流値および電圧値を入力し、これらに基づき、余剰電力消費回路27および点灯制御回路33を制御する。

すなわち、制御部29は、電流測定回路22で検出される定電流電源の電流値（調光タップ）に応じて、制御信号（DPWM）を余剰電力消費回路27に送り、余剰電力消費回路27の可変抵抗28の抵抗値を制御する。これにより、変流トランス23の二次側の定電流電源を可変抵抗28の抵抗値に見合った電圧として定電圧化する。

さらに、制御部29は、電流測定回路22で検出される定電流電源の電流値（調光タップ）、検出回路36で検出される点灯電源の電流値および電圧値に応じて、余剰電力消費回路27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となるように点灯制御回路33の電源電圧変換回路を制御するとともに、発光素子15の光出力が電流測定回路22で測定された定電流電源の電流値に応じた調光タップの光出力となるように点灯制御回路33のスイッチング素子の導通をＰＷＭ（パルス幅変調）制御する。

また、制御部29は、電力線搬送通信部20が接続され（図１のＳの接続）、定電流電源装置11と標識灯13との間の電源供給経路を利用し、定電流電源装置11側の標識灯監視制御装置等との間で通信する。

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、調光タップ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、絶縁トランス12の二次側に接続されている変流トランス23等に定電流電源がそれぞれ入力される。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。

一次側に定電流電源が入力する変流トランス23では、定電流電源の電流値を発光素子15の点灯に必要な電流値となるように変流し、つまり、電流を低減し、電圧を高めるように変流し、二次側から出力される。

変流トランス23の二次側から出力される定電流電源は、余剰電力消費回路27の可変抵抗28の抵抗値に見合った電圧となって定電圧化される。

余剰電力消費回路27で定電圧化された交流の定電流電源が整流器31で整流されるとともに平滑回路32で平滑された後、動作電源回路34によって動作電源が生成され、制御電源回路35によって制御電源が生成される。これら電源が点灯回路24の各構成に供給され、各構成が起動する。

そして、制御部29が起動し、点灯制御回路33が動作する。点灯制御回路33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29は、電流測定回路22で検出される定電流電源の電流値（調光タップ）に応じて、余剰電力消費回路27の可変抵抗28の抵抗値を制御する。これにより、変流トランス23の二次側の定電流電源を可変抵抗28の抵抗値に見合った電圧として定電圧化する。

さらに、制御部29は、電流測定回路22で検出される定電流電源の電流値（調光タップ）、検出回路36で検出される点灯電源の電圧値および電流値に応じて、余剰電力消費回路27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となるように点灯制御回路33の電源電圧変換回路を制御するとともに、発光素子15の光出力が電流測定回路22で測定された定電流電源の電流値に応じた調光タップの光出力となるように点灯制御回路33のスイッチング素子の導通をＰＷＭ（パルス幅変調）制御する。

そして、余剰電力消費回路27では、可変抵抗28によって、発光素子15の点灯に余剰となる電力を消費して発熱する。可変抵抗28の熱は放熱手段30によって標識灯13の金属製の灯体に熱伝導して放熱する。

低い調光段階の調光タップ（調光タップ３の調光比５％、調光タップ２の調光比１％、調光タップ１の調光比０．２％）の場合、発光素子15で消費する電力は微小で、点灯制御回路33に流れる電流が少ないが、変流トランス23の二次側の余剰電力は余剰電力消費回路27の可変抵抗28で消費するため、無効電力は略０に減少し、消費電力に対する皮相電力が減少し、力率が改善される。

高い調光段階の調光タップ（調光タップ５の調光比１００％、調光タップ４の調光比２５％）の場合、発光素子15で消費する電力が増加し、点灯制御回路33に流れる電流が増加するため、変流トランス23の二次側の余剰電力が減少するが、余剰電力消費回路27の可変抵抗28に必要以上に電流が流れないように、変流トランス23の巻き数比や制御部29による可変抵抗28の抵抗値の可変制御を適切にすることにより、皮相電力を低くすることができる。

また、制御部29は、電力線搬送通信部20を通じて定電流電源装置11側の標識灯監視制御装置等との間で通信し、例えば標識灯13の状態等を標識灯監視制御装置等に送信することができる。

また、制御部29は、検出回路36による検出に基づいて、発光素子15の開放や短絡、あるいは標識灯点灯装置14の故障等の異常を監視している。制御部29は、異常を検知すると、遮断器駆動回路37を制御し、遮断器21を開放状態に切り換える。遮断器21によって可飽和形の絶縁トランス12の二次側を開放すると、定電流電源装置11の出力波形（電圧波形または電流波形）等に変化が生じる。この変化を定電流電源装置11の検知回路で検知し、標識灯13の発光素子15の開放や短絡、標識灯点灯装置14の故障等の異常を検知できる。

そして、本実施形態の標識灯点灯装置14によれば、変流トランス23の二次側に余剰電力消費回路27を設けることにより、変流トランス23の二次側で発光素子15の点灯に余剰となる電力を帰還させることなく消費するため、皮相電力を低くし、力率を改善できる。

皮相電力を低くできることにより、定電流電源装置11、絶縁トランス12、定電流電源装置11の出力ラインの配線等について、電力容量を低くすることができ、小形化および低コスト化することができる。

しかも、余剰電力消費回路27が可変抵抗28を備えることにより、この可変抵抗28で変流トランス23の二次側を定電圧化でき、定電圧化のためにスイッチング素子のスイッチング動作によって余剰電力を帰還させる場合のようなノイズの影響を解消することができる。そのため、定電流電源装置11と標識灯13との間の電源供給経路を利用した電力線搬送通信方式による通信を可能にできる。

また、発光素子15の調光比に応じて可変抵抗28の抵抗値を変更するため、変流トランス23の二次側の余剰電力が調光比に応じて変化するのに適切に対応できる。

また、可変抵抗28は発熱するが、その熱を放熱手段30で放熱できるため、可変抵抗28を保護できる。

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。

11 定電流電源装置
13 標識灯
14 標識灯点灯装置
15 発光素子
20 電力線搬送通信部
22 電流測定回路
23 変流トランス
27 余剰電力消費回路
28 可変抵抗
29 制御部
30 放熱手段
33 点灯制御回路

Claims

定電流電源装置から供給される定電流電源が一次側に入力する変流トランスと；
前記変流トランスの二次側に接続される可変抵抗を有し、標識灯の発光素子の点灯に余剰となる電力を消費する余剰電力消費回路と；
前記変流トランスの二次側に前記余剰電力消費回路を介して接続され、前記発光素子に供給する点灯電源を制御する点灯制御回路と；
前記変流トランスに入力される電流値を測定する電流測定回路と；
前記電流測定回路により検出された電流値に応じて前記可変抵抗の抵抗値を制御する制御部と；
を具備することを特徴とする標識灯点灯装置。
前記余剰電力消費回路は、前記発光素子の調光比に応じて前記可変抵抗の抵抗値を変更する
ことを特徴とする請求項１記載の標識灯点灯装置。
前記可変抵抗が発生する熱を放熱する放熱手段を具備する
ことを特徴とする請求項１または２記載の標識灯点灯装置。
前記定電流電源装置との間に接続される電源供給経路を利用した電力線搬送通信方式によって外部と通信可能とする電力線搬送通信部を具備する
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の標識灯点灯装置。