特許 7512642 点灯装置および照明器具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-01

(45)【発行日】2024-07-09

(54)【発明の名称】点灯装置および照明器具

(51)【国際特許分類】

   H05B 45/34 20200101AFI20240702BHJP

   H05B 45/325 20200101ALI20240702BHJP

   H05B 45/385 20200101ALI20240702BHJP

   H05B 45/14 20200101ALI20240702BHJP

【ＦＩ】

H05B45/34

H05B45/325

H05B45/385

H05B45/14

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020058291

(22)【出願日】2020-03-27

(65)【公開番号】P2021157986

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2023-01-30

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】390014546

【氏名又は名称】三菱電機照明株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】江口 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】今▲吉▼ ちづる

(72)【発明者】

【氏名】篠田 健吾

【審査官】谷口 東虎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０１８７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１０２９５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ４５／３４

Ｈ０５Ｂ ４５／３２５

Ｈ０５Ｂ ４５／３８５

Ｈ０５Ｂ ４５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部電源から供給される電力を１次巻線からフライバック方向に巻かれた２次巻線と、前記２次巻線とは逆のフォワード方向に巻かれた３次巻線に伝達するトランスを有するフライバック回路と、
前記２次巻線の出力電圧を供給され光源を点灯させる点灯回路と、
前記光源が第１状態のときと比較して、前記光源が前記第１状態よりも消費電力が小さい第２状態のときに、前記２次巻線の前記出力電圧が高くなるように前記フライバック回路を制御する制御部と、
を備え、
前記第２状態は、外部から前記光源の消灯を指示する信号が入力されたことによる、前記光源の消灯状態であることを特徴とする点灯装置。

【請求項2】

前記３次巻線の出力電圧によって充電される電池を備えることを特徴とする請求項１に記載の点灯装置。

【請求項3】

前記光源は、前記外部電源の停電時に前記電池から電力を供給されて点灯することを特徴とする請求項２に記載の点灯装置。

【請求項4】

前記光源が前記第２状態のとき、前記３次巻線の前記出力電圧は前記電池の充電が可能な電圧以上となることを特徴とする請求項２または３に記載の点灯装置。

【請求項5】

前記フライバック回路は、前記１次巻線に接続されるスイッチング素子を有し、
前記制御部は、前記２次巻線の前記出力電圧が予め定められた電圧と一致するように前記スイッチング素子のオンオフを制御することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の点灯装置。

【請求項6】

請求項１から５の何れか１項に記載の点灯装置と、
前記光源と、
を備えることを特徴とする照明器具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、点灯装置および照明器具に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、外部の電源からの電力供給により発生する直流電圧を所定周期でオンオフするスイッチング素子と、トランスとを備える電源装置が開示されている。トランスの第１の巻線は、スイッチング素子によりオンオフされる直流電圧を入力する。トランスの第２の巻線は、第１の巻線により入力される直流電圧のオフ時に電圧を出力するフライバック巻線である。トランスの第３の巻線は、外部の電源の種類に応じて巻数を切り替えるために選択されるタップが付され、第１の巻線により入力される直流電圧を巻数に応じた電圧に変換して出力するフォワード巻線である。

【0003】

電源装置は、さらに整流平滑回路と、点灯回路と、電圧検出回路と、制御回路を備える。整流平滑回路は、第２の巻線から出力された電圧を整流及び平滑する。点灯回路は、整流平滑回路により整流及び平滑された電圧により得られる電力を外部の光源に供給する。電圧検出回路は、第３の巻線の両端間の電圧を検出する。

【0004】

制御回路は、第３の巻線から出力される電圧を駆動電圧として動作する。制御回路は、起動時は、電圧検出回路により検出された電圧に基づいて外部の電源の種類を判定し、外部の電源の種類の判定結果が第３の巻線で選択されているタップに対応する種類とは別の種類であれば第３の巻線で当該別の種類に対応するタップを選択する。制御回路は、その後は、電圧検出回路により検出される電圧を監視し、当該電圧に基づいて点灯回路から外部の光源への電力供給を制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第６１６９３２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

誘導灯は、映画館での上映時などに、リモートで消灯する機能を有する場合がある。このような消灯時には一般に消費電力が低下する。このとき、フライバックトランスの逆巻き線では、出力電圧が低下する場合がある。これに対し、特許文献１のように電圧低下分を見越して巻数を切り替えることが考えられる。しかし、この場合、回路の追加により製造コストが上昇するおそれがある。

【0007】

本開示は、上述の課題を解決するためになされたもので、容易に３次巻線の出力電圧の低下を抑制できる点灯装置および照明器具を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示に係る点灯装置は、外部電源から供給される電力を１次巻線からフライバック方向に巻かれた２次巻線と、該２次巻線とは逆のフォワード方向に巻かれた３次巻線に伝達するトランスを有するフライバック回路と、該２次巻線の出力電圧を供給され光源を点灯させる点灯回路と、該光源が第１状態のときと比較して、該光源が該第１状態よりも消費電力が小さい第２状態のときに、該２次巻線の該出力電圧が高くなるように該フライバック回路を制御する制御部と、を備え、該第２状態は、外部から該光源の消灯を指示する信号が入力されたことによる、該光源の消灯状態である。

【発明の効果】

【0009】

本開示に係る点灯装置では、光源の消費電力が小さいほど、制御部は２次巻線の出力電圧を高くする。従って、容易に３次巻線の出力電圧の低下を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１に係る照明器具の回路ブロック図である。

【図2】実施の形態１に係る制御部の機能ブロック図である。

【図3】比較例に係る照明器具の電流電圧波形を示す図である。

【図4】実施の形態１に係る照明器具の電流電圧波形を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本実施の形態に係る点灯装置および照明器具について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

【0012】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る照明器具１３０の回路ブロック図である。照明器具１３０は、例えば誘導灯である。照明器具１３０は、点灯装置１００と、光源モジュール３０とを備える。点灯装置１００は、例えば誘導灯点灯装置である。

【0013】

光源モジュール３０は複数の光源３１を備える。光源３１はＬＥＤ等の発光素子である。複数の光源３１は直列接続されている。複数の光源３１は並列接続されても良いし、直並列に接続されても良い。

【0014】

点灯装置１００は、整流回路２とフライバック回路１１を備える。整流回路２は、外部電源１から供給される電圧を整流する。整流回路２は、ダイオードブリッジである。外部電源１は、商用電源であり例えばＡＣ１００Ｖである。整流回路２の出力には、平滑コンデンサ３が接続される。整流回路２で整流された電圧は、平滑コンデンサ３で平滑される。

【0015】

平滑コンデンサ３と並列に、フライバック回路１１が接続される。フライバック回路１１はトランス４を有する。トランス４は、１次巻線４ａ、２次巻線４ｂ、３次巻線４ｃを有する。トランス４は、外部電源１から供給される電力を１次巻線４ａから２次巻線４ｂと３次巻線４ｃに伝達する。トランス４は、外部電源からの電圧を低下させるフライバックトランスである。

【0016】

１次巻線４ａの一端は、平滑コンデンサ３の正極に接続される。フライバック回路１１は、１次巻線４ａに接続されるスイッチング素子６を有する。スイッチング素子６は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。スイッチング素子６の第１端子は１次巻線４ａの他端に接続される。スイッチング素子６の第２端子は、平滑コンデンサ３の負極に接続される。スイッチング素子６の制御端子はフライバック制御回路５に接続される。制御端子は第１端子と第２端子の間のオンオフを切り替える端子である。

【0017】

２次巻線４ｂの一端は、ダイオード７を介してスイッチ１８の一端に接続される。２次巻線４ｂは、フライバック出力となる。スイッチ１８の他端には点灯回路１５が接続される。２次巻線４ｂの他端は点灯回路１５に接続される。２次巻線４ｂの一端と他端の間には、コンデンサ８が接続される。

【0018】

３次巻線４ｃは、２次巻線４ｂとは逆極性に巻かれている。３次巻線４ｃはフォワード巻線である。３次巻線４ｃの一端は、ダイオード９を介して充電回路１２に接続される。３次巻線４ｃの他端は充電回路１２に接続される。３次巻線４ｃの一端と他端の間には、コンデンサ１０が接続される。

【0019】

充電回路１２の出力には、電池１３が接続される。電池１３には、放電回路１４の入力が接続される。放電回路１４の出力には点灯回路１５が接続される。点灯回路１５の出力には、光源モジュール３０が接続される。

【0020】

また、フライバック制御回路５、充電回路１２、放電回路１４、点灯回路１５、コンデンサ８の正極、スイッチ１８には、制御回路１６が接続される。制御回路１６は、フライバック制御回路５、充電回路１２、放電回路１４を制御する。また、制御回路１６は、例えば点灯回路１５が有するスイッチング素子のオンオフを制御して、光源３１の明るさを制御する。また、制御回路１６はスイッチ１８のオンオフを制御する。また、制御回路１６には外部機器１７から消灯信号が入力される。

【0021】

平滑コンデンサ３で平滑された電圧は、フライバック回路１１で降圧される。フライバック回路１１の出力電圧は、点灯回路１５、充電回路１２に供給される。誘導灯である照明器具１３０において、外部電源１が供給される常用時は、点灯回路１５は、２次巻線４ｂの出力電圧を供給され光源３１を常用点灯させる。また、常用時において電池１３は、充電回路１２を介して、３次巻線４ｃの出力電圧によって充電される。

【0022】

外部電源１が遮断されると停電となる。このような非常時には、フライバック回路１１から点灯回路１５への電源供給がなくなる。このとき、電池１３から電源を供給されて放電回路１４が動作する。放電回路１４は、点灯回路１５に電源を供給する。これにより、点灯回路１５は光源３１を非常点灯させる。このように、光源３１は、外部電源１の停電時に電池１３から電力を供給されて点灯する。

【0023】

制御回路１６は、常用時および非常時のフライバック制御回路５、充電回路１２、放電回路１４、点灯回路１５の動作を制御する。また、制御回路１６は、消灯信号が入力されると、スイッチ１８を導通状態から開放状態に切り替える。これにより、フライバック回路１１から点灯回路１５への電力供給が遮断され、光源３１が消灯する。消灯信号は、例えば映画館での上映時または人の不在が明確な時などに入力される。

【0024】

制御回路１６は、点灯回路１５への出力電圧Ｖｏｕｔを検出する。コンデンサ８と並列に出力電圧Ｖｏｕｔを検出するための分圧回路が設けられても良い。出力電圧Ｖｏｕｔは制御回路１６経由でフライバック制御回路５に帰還される。フライバック制御回路５は、出力電圧Ｖｏｕｔに応じて、出力電圧Ｖｏｕｔが予め定められた電圧と一致するようにスイッチング素子６の制御端子にスイッチング信号を出力する。スイッチング信号は、例えばＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号である。

【0025】

このように、２次巻線４ｂの出力電圧Ｖｏｕｔであるフライバック出力は、制御回路１６およびフライバック制御回路５で一定に制御される。しかし、逆極性の３次巻線４ｃの出力電圧は、フィードバック制御されない。３次巻線４ｃからは、例えば平滑コンデンサ３に発生する電圧に比例した電圧が出力される。平滑コンデンサ３に発生する電圧は、外部電源１を整流した電圧である。

【0026】

図２は、実施の形態１に係る制御部２１の機能ブロック図である。制御部２１は、制御回路１６とフライバック制御回路５を有する。制御部２１は、２次巻線４ｂの出力電圧Ｖｏｕｔが予め定められた電圧と一致するように、スイッチング素子６のオンオフを制御する。制御回路１６とフライバック制御回路５の各々は、例えばマイコンである。制御部２１は、マイコン等の１つの制御装置で形成されても良く、複数の制御装置で形成されても良い。制御回路１６とフライバック制御回路５の各々が、複数の制御装置で形成されても良い。

【0027】

制御部２１は、演算部２１ａ、電圧検出部２１ｂ、記憶部２１ｃ、受信部２１ｄ、送信部２１ｅを有する。記憶部２１ｃは、例えば不揮発性メモリなどからなる。記憶部２１ｃは、演算部２１ａが実行すべき演算プログラムおよび演算に用いられる各種データを記憶している。記憶部２１ｃに対して外部からデータの書き込みおよび読み出しが行われる。制御回路１６とフライバック制御回路５の各々が、記憶部を有しても良い。記憶部２１ｃは、例えば出力電圧Ｖｏｕｔとスイッチ１８の動作とコンデンサ１０の電圧の対応関係を記憶している。

【0028】

電圧検出部２１ｂには、２次巻線４ｂの出力電圧Ｖｏｕｔが入力される。電圧検出部２１ｂは、出力電圧Ｖｏｕｔをデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路を有しても良い。このデジタル値を用いて演算部２１ａにより演算処理が行われる。

【0029】

また、受信部２１ｄは、外部機器１７から消灯信号を受信する。演算部２１ａは、消灯信号に応じて、スイッチング素子６の制御を変更する。

【0030】

送信部２１ｅは、演算部２１ａの演算結果に応じて、スイッチング素子６へのスイッチング信号、充電回路１２および放電回路１４への制御信号、点灯回路１５への調光信号を送信する。また、送信部２１ｅは、スイッチ１８を導通状態と開放状態との間で切り替える切り替え信号を送信する。

【0031】

図３は、比較例に係る照明器具の電流電圧波形を示す図である。図３における横軸は時刻を示す。左から右に照明器具１３０の動作が遷移する。時刻Ｔ０では外部電源１は供給されていない。また、図３において電池１３の電池電圧がゼロの状態から充電する場合の例を示した。

【0032】

時刻Ｔ１で外部電源１が投入される。これにより、コンデンサ８、１０に電圧が発生する。また、コンデンサ８の電圧により、点灯回路１５が光源３１を常用点灯させる。従って、ＬＥＤ電流が流れる。また、コンデンサ１０の電圧の上昇により、電池１３が充電された状態となり、電池電圧が充電電圧まで上昇する。コンデンサ１０の電圧は、充電に必要な必要電圧よりも大きい。

【0033】

時刻Ｔ２で外部電源１を遮断する。これにより、フライバック回路１１が停止するためコンデンサ８、１０の電圧はゼロとなる。このとき、電池電源が放電回路１４を経由し点灯回路１５に供給される。これにより、光源３１は非常点灯する。非常点灯時は常用点灯時よりもＬＥＤ電流が小さくても良い。

【0034】

時刻Ｔ３で外部電源１が投入される。これにより、各部の状態は時刻Ｔ１と同様となる。時刻Ｔ４から時刻Ｔ６にかけて外部電源１が低下する。このとき、コンデンサ８の電圧は制御部２１によるフィードバック制御により一定値であるＶｏｕｔに維持される。一方、トランス４の３次巻線４ｃから生成されたコンデンサ１０の電圧は、外部電源１に比例して低下する。

【0035】

時刻Ｔ６で外部電源１の電圧が正常値に戻る。これにより、各部の状態は時刻Ｔ１と同様となる。時刻Ｔ７で制御回路１６に消灯信号が入力される。制御回路１６は消灯信号に応じてスイッチ１８を遮断状態に切り替える。これにより、フライバック回路１１から点灯回路１５への電源供給が遮断される。従って、光源３１は消灯し、ＬＥＤ電流はゼロになる。この時、外部電源１は遮断されていない。このため、制御回路１６はコンデンサ８の電圧を定電圧制御する。また、制御回路１６は非常点灯を実施しない。

【0036】

この時、外部電源１の電圧が正常値である。しかし、光源３１が消灯することで、点灯時と比較して光源３１での消費電力が大きく低下する。このとき、トランス４の特性により、コンデンサ１０の電圧が低下する。このように、消灯時には、外部電源１の電圧は正常値であっても、コンデンサ１０の電圧は時刻Ｔ１、Ｔ３、Ｔ６と同様の規定電圧に維持されない。

【0037】

コンデンサ１０の電圧は、充電回路１２の電源として使用される。コンデンサ１０の電圧が低下することで、充電に必要な必要電圧を割り込み、正常に電池１３を充電できないおそれがある。

【0038】

このように、誘導灯の消灯により、消費電力の低下および発熱の低減等の効果が得られる一方で、上記のような問題が生じる場合がある。コンデンサ１０の電圧低下を抑制するため、３次巻線４ｃの巻き数を増やして３次巻線４ｃの出力電圧を高くしておくことが考えられる。しかし、３次巻線４ｃに十分な電圧の確保が可能な常用点灯時等においても、３次巻線４ｃの出力電圧が上昇する。このため、電力損失が大きくなり、消費電力および発熱が増加するおそれがある。

【0039】

また、２次巻線４ｂ側から電源を供給できるように回路を追加することも考えられる。しかし、追加の回路が必要となり、製造コストの上昇および効率の低下が発生するおそれがある。

【0040】

図４は、実施の形態１に係る照明器具１３０の電流電圧波形を示す図である。本実施の形態の照明器具１３０の動作は、消灯信号が入力されたときの動作以外は、図３で説明したものと同様である。時刻Ｔ１までの動作は、比較例における時刻Ｔ１までの動作と同様である。時刻Ｔ２で消灯信号が入力される。これにより、照明器具１３０は比較例における時刻Ｔ７と同じ状態となる。

【0041】

時刻Ｔ３において、制御部２１は、コンデンサ８の電圧を制御回路１６からフライバック回路１１経由で増加させる。これにより、トランス４の特性を改善し、コンデンサ１０の電圧を必要電圧以上に上昇させることができる。この時、スイッチ１８は遮断状態である。このため、フライバック回路１１から点灯回路１５への電源供給はされておらず、コンデンサ８の電圧の上昇により光源３１が再点灯することもない。

【0042】

時刻Ｔ４において、消灯信号が停止する。このとき、制御部２１は、コンデンサ８の電圧を消灯信号の入力前の電圧に戻す。これにより、照明器具１３０は時刻Ｔ１と同様の状態に戻る。

【0043】

このように、本実施の形態の制御部２１は、光源３１が点灯状態のときと比較して、光源３１が消灯状態のときに、２次巻線４ｂの出力電圧Ｖｏｕｔが高くなるようにフライバック回路１１を制御する。光源３１が消灯状態のとき、３次巻線４ｃの出力電圧は電池１３の充電が可能な必要電圧以上となる。従って、３次巻線４ｃの出力電圧の低下を抑制できる。

【0044】

また、本実施の形態では３次巻線４ｃの巻き数の増加および追加の回路が必要ない。従って、容易に３次巻線４ｃの出力電圧の低下を抑制できる。

【0045】

２次巻線４ｂの出力電圧Ｖｏｕｔを上昇させることでトランス４の消費電力は多少増える。しかし、光源３１が消灯状態であるため、点灯時に比べて消費電力を低下させることができる。また、照明器具１３０の発熱を抑制できる。また、点灯時におけるコンデンサ８の電圧は一定である。このため、３次巻線４ｃの出力電圧の低下を抑制することによる点灯状態への影響を抑制できる。

【0046】

また、制御部２１には通常のマイコンなどを使用できる。このため、２次巻線４ｂの出力電圧Ｖｏｕｔの増減の制御は、制御部２１のソフトウェアの変更のみで可能である。従って、追加回路なしで、容易に３次巻線４ｃの出力電圧の低下を抑制できる。

【0047】

消灯状態から点灯状態に戻る際、コンデンサ８の電圧が上昇した状態でスイッチ１８を導通させると、サージ電流および光源３１のフラッシュなどが発生するおそれがある。このため、予めコンデンサ８の電圧を通常値まで下げてからスイッチ１８を導通させても良い。また、スイッチ１８をゆっくり導通させても良い。このようなスイッチ１８の制御の変更は、制御部２１としてマイコンを使用することで、ソフトウェアの変更により回路の追加なしで対応できる。

【0048】

本実施の形態では、制御部２１は、光源３１が消灯状態のときに、２次巻線４ｂの出力電圧Ｖｏｕｔを上昇させた。これに限らず制御部２１は、光源３１が第１状態のときと比較して、光源３１が第１状態よりも消費電力が小さい第２状態のときに、２次巻線４ｂの出力電圧Ｖｏｕｔが高くなるようにフライバック回路１１を制御しても良い。制御部２１は、光源３１の消費電力が予め定められた規定値以上のときに２次巻線４ｂの出力電圧Ｖｏｕｔを第１電圧とし、光源３１の消費電力が規定値よりも小さいときに２次巻線４ｂの出力電圧Ｖｏｕｔを第１電圧よりも大きい第２電圧としても良い。

【0049】

照明器具１３０は誘導灯等の非常用照明器具に限らず、光源を点灯させるあらゆる器具に適用できる。また、３次巻線４ｃから電力を供給される回路は、充電回路１２に限らない。３次巻線４ｃは何らかの回路に電力を供給していれば良い。例えば、制御部２１の電源が３次巻線４ｃから生成されても良い。この場合、２次巻線４ｂの出力電圧Ｖｏｕｔの増加により３次巻線４ｃの出力電圧の低下を抑制することで、制御部２１の電源を確保できる。

【0050】

なお、本実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いてもよい。

【符号の説明】

【0051】

１ 外部電源、２ 整流回路、３ 平滑コンデンサ、４ トランス、５ フライバック制御回路、６ スイッチング素子、７ ダイオード、８ コンデンサ、９ ダイオード、１０ コンデンサ、１１ フライバック回路、１２ 充電回路、１３ 電池、１４ 放電回路、１５ 点灯回路、１６ 制御回路、１７ 外部機器、１８ スイッチ、２１ 制御部、２１ａ 演算部、２１ｂ 電圧検出部、２１ｃ 記憶部、２１ｄ 受信部、２１ｅ 送信部、３０ 光源モジュール、３１ 光源、１００ 点灯装置、１３０ 照明器具

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】