JP7710663B2

JP7710663B2 - 照明システム

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Publication number: JP7710663B2
Application number: JP2021168741A
Authority: JP
Inventors: 友香門馬; 裕之松本; 瑛子牧野; 正二羽田; 文夫村
Original assignee: Dc Power Vil
Current assignee: Dc Power Vil
Priority date: 2021-10-14
Filing date: 2021-10-14
Publication date: 2025-07-22
Anticipated expiration: 2041-10-14
Also published as: JP2023058935A

Description

本発明は複数の照明器具に直流電力を供給する照明システムに関し、特に、照明器具に調光機能を備えたものに関する。

気候変動に関する政府間パネルでは、２０５０年までに温室効果ガス（ＣＯ_２）の排出量を実質ゼロにする目標を立てており、この目標に従って、様々な技術開発がなされている。社会インフラを支える道路・公共施設等の照明においては、従来、低消費電力、長寿命等の利点から、発光ダイオード（ＬＥＤ）が多用されているが、更なる技術開発が求められている。

ＬＥＤのような半導体発光素子は直流電力によって発光することから、街路灯、トンネル照明、天井照明等における複数の照明器具への電力供給システムを、従来の交流電力の供給システムから直流電力の供給システム（以下、直流給電システムと呼ぶ。）へ切り替えることの検討が進められている（特許文献１参照）。つまり、共通の直流電源部を設けて、その直流電源部で商用交流電力を直流電力に変換し、変換された直流電力を正極および負極の給電線を介して、複数の照明器具に供給するシステムである。

直流給電システムの方が、再生可能エネルギーとの相性がよく、例えば、太陽光発電や風力発電を電源に用いる場合に、発電された直流電力から交流電力への変換が不要になり、変換時の電力損失が生じないことが期待される。同様に、停電時のバックアップ用に蓄電池を用いる場合も、蓄電池の直流電力をそのまま供給できるという期待もある。
また、従来の交流電力の供給システムでは、停電時に交流電力から蓄電池の直流電力へ切り替えるために、交流電源との断絶を検知してから、蓄電池に接続するという制御が必要になり、照明器具が一時的に消灯してしまう。これに対して、直流給電システムでは、蓄電池との常時接続が可能になって、停電時の一時的な消灯の回避を期待できる。

一方、ＬＥＤはその特性上、印加する直流電圧や温度の僅かな変動に対して、流れる電流が大きく変動してしまうため、一般的には、ＬＥＤ電流を一定にする定電流回路を設けて、照明器具の光の品質低下やＬＥＤの破損などを回避している。例えば、特許文献１の照明システムは、直流電源部、これに接続される正極側および負極側の直流給電線、および、直流給電線に並列に接続された複数の照明器具を備え、照明器具には、高速でオンオフを繰り返すスイッチング素子の動作によって、ＬＥＤ電流を一定にする定電流回路が設けられている。

特開２０１１－７７００９号公報

発明者らは、直流給電システムが本来、電圧変動の許容幅が大きいという特徴をもっていることに着目し、直流電源部から照明器具への供給電圧が変化した際に、その変化に応じて照明器具を調光できれば、例えば周辺環境（日光量など）の変化に照明器具の照度を連動させるといった再生可能エネルギーの有効利用が可能な照明システムを実現できると考え、鋭意開発に取り組んできた。しかしながら、特許文献１の定電流回路は、ＬＥＤに直列接続された電流検出抵抗からＬＥＤ電流値を検出し、この電流値が所定の大きさになるようにスイッチング素子のデューティーを調整するため、直流電源部からの供給電圧を増減させても、ＬＥＤ電流が一定に制御されるだけで、複数のＬＥＤの照度をその供給電圧に応じて変化させることはできなかった。

本発明の目的は、複数の照明器具に直流電力を供給する照明システムにおいて、供給電圧の変化に応じて照明器具を調光可能な照明システムを提供することにある。

発明者らは、直流電源部からの供給電圧の変化に応じて半導体発光素子を調光する制御回路の開発に成功し、本発明の完成に至った。すなわち、本発明に係る照明システムは、
直流電力を供給する直流電源部と、
前記直流電源部の出力端に接続される直流給電線と、
前記直流給電線に並列に接続される複数の照明器具と、を備え、前記直流給電線がトンネルに沿って配設され、前記複数の照明器具が前記トンネルに沿って間隔を空けて配置されている、トンネル照明用の照明システムであって、
各々の前記照明器具は、
複数の半導体発光素子を接続した発光素子列を複数有し、前記複数の発光素子列は、スイッチ素子のオンまたはオフによって直列接続から並列接続に切り替え可能に構成され、
前記直流電源部から前記照明器具への供給電圧の変化に応じて前記スイッチ素子をオンまたはオフして前記複数の発光素子列の接続状態を切り替えることにより、前記複数の発光素子列を調光する制御回路を有することを特徴とする。
ここで、前記交直変換部は、トランスと、前記交直変換部の供給電圧を変更する電圧可変部として、前記トランスの巻数比を変更する装置と、前記トランスの二次側に接続される整流素子と、を有することを特徴とする。
ここで、前記直流電源部は、交流電力を直流電力に変換する交直変換部、再生可能エネルギー電源、もしくは、蓄電池、または、これらの組合せを有することが好ましい。

上記の構成の照明システムを用いれば、直流電源部（例えば、交直変換部、再生可能エネルギー電源、蓄電池など）からの供給電圧が変化した場合に、その変化に応じて制御回路が発光素子列を調光することができる。さらに、直流電源部が、交直変換部、再生可能エネルギー電源および蓄電池のうちの少なくとも２種類の電源によって構成されていて、それぞれの供給電圧の変化に伴って直流電力の供給元を順番に切り替えたい場合に、直流であるから、つまり、単純に供給電圧が高い電源が優先的に供給元になるから、供給電力が途切れることなく供給元がスムーズに切り替わる。よって、直流電源部の切り替えを制御する機構を必要としない。そして、引き続き、切り替わった直流電源部の供給電圧に応じて、制御回路が発光素子列を調光することができる。
このように直流電源部の供給電圧が変化した際に、その変化に応じて照明器具が調光されるので、例えば周辺環境（日光量など）の変化に連動して照明器具の照度を変えるといった調光制御が可能になる。

また、前記直流電源部は、少なくとも、交流電力を直流電力に変換する交直変換部と再生可能エネルギー電源とを有し、前記再生可能エネルギー電源の供給電圧が前記交直変換部の供給電圧よりも高いことが好ましい。

再生可能エネルギー電源（太陽光発電、風力発電など）は、周辺環境（日光量や風速など）の変化によって、供給可能な電圧が変化するという特性がある。上記の構成によれば、交直変換部からの供給電圧によって所定の照度を確保しつつ、再生可能エネルギー電源（太陽光発電、風力発電など）の供給電圧が交直変換部の供給電圧よりも高くなる期間は、環境負荷の低い再生可能エネルギーが優先的に供給される。よって、商用交流電力の消費を抑制することができ、環境負荷の低減および電力料金の負担軽減などのメリットがある。
加えて、太陽光発電の供給電圧が交直変換部の供給電圧よりも高い（日光量が多い）期間に、その日光量に応じた照明器具の調光が可能になる。例えば昼間の日光が強い時間帯は、照明器具の照度を上げ（または下げ）たり、夕方の日光が弱い時間帯は、照明器具の照度を下げ（または上げ）たりするなど、再生可能エネルギーの有効利用を図ることができる。

また、前記直流電源部は、少なくとも、交流電力を直流電力に変換する交直変換部と蓄電池とを有し、前記蓄電池はダイオードを介して直流電力を前記直流給電線に供給し、前記蓄電池の供給電圧が前記交直変換部の供給電圧よりも低いことが好ましい。

上記の構成によれば、交直変換部が一定以上の供給電圧を維持している期間は、その供給電圧が蓄電池の供給電圧よりも高いため、蓄電池は直流電力を供給しない。停電等で交直変換部が供給電圧を維持できなくなり、その供給電圧が蓄電池の供給電圧よりも低くなると、蓄電池からの直流電力の供給が開始される。従って、交流電力の停電等の際に、照明器具が消灯することなく、点灯を継続することができる。

また、前記直流電源部は、少なくとも、交流電力を直流電力に変換する交直変換部を有し、前記交直変換部は、当該交直変換部の供給電圧を変更する電圧可変部を有することが好ましい。さらに、前記電圧可変部は、外部からの調光信号を受信し、当該調光信号に応じて前記交直変換部の供給電圧を変更するように構成されることが好ましい。

上記の構成によれば、直流電源部である交直変換部に電圧可変部を設けたので、交直変換部の供給電圧を積極的に変更することができ、照明器具を所望の照度で点灯させることができる。また、外部からの調光信号によって供給電圧を変更するように電圧可変部を構成すれば、調光の遠隔操作や、センサ等の検出値に応じた自動調光を実現することができる。

また、前記直流電源部は、少なくとも、交流電力を直流電力に変換する交直変換部を有し、前記交直変換部は、６相以上の相数の整流回路を有することが好ましい。
上記の構成によれば、交直変換部からの直流電力に含まれる高調波が、従来のスイッチング電源の照明システムよりも少なくなり、電磁ノイズの発生が抑制されて信頼性の高い照明システムを提供することができる。

また、前記発光素子列は、当該発光素子列を構成する複数の半導体発光素子のうちの少なくとも１つの半導体発光素子をバイパスするバイパス路を有し、当該バイパス路上に半導体スイッチ素子が設けられ、
前記制御回路は、前記発光素子列に印加される前記供給電圧の大きさに応じて前記半導体スイッチ素子の開度を変えるように構成されていることが好ましい。

上記の構成において、例えば、直流電源部の供給電圧が最大である場合にバイパス路の半導体スイッチ素子の開度が全開になるように設定されているとする。全ての電流が発光素子列を流れるため、発光素子列は最大（調光率１００％）の明るさになる。そして、供給電圧が低下した場合、制御回路はその低下に伴って、半導体スイッチ素子の開度を全開から閉じる方向に変更するので、その閉度に応じてバイパスする電流量が増えていき、そのバイパス路が設けられている半導体発光素子の照度が低下する。このようにして、供給電圧に応じた発光素子列の調光が実行される。
上記に限られず、例えば、供給電圧が最大である場合に半導体スイッチ素子の開度を全閉にして、バイパス路を流れる電流量が最大（発光素子列に流れる電流が最小）になるようにしてもよい。発光素子列はもっとも暗くなる。そして、制御回路は、供給電圧の低下に伴って、半導体スイッチ素子の開度を全閉から開ける方向に変更して、その開度に応じてバイパスする電流量が減っていき、バイパス路が設けられている半導体発光素子を流れる電流が増えていくので、照度が上昇する。

また、前記直流電源部は、少なくとも、交流電力を直流電力に変換する交直変換部を有し、前記交直変換部は、前記直流給電線の両端に設けられていることが好ましい。この構成のように、交直変換部を直流給電線の両端に設けることで、一方の交直変換部に断線などのトラブルが生じても、もう一方の交直変換部からの電力供給によって照明器具が完全に消灯してしまうことを回避できる。

また、前記直流電源部は、少なくとも、蓄電池と、当該蓄電池の劣化状況を検出するバッテリーチェッカーとを備えることが好ましい。この構成によれば、遠隔で蓄電池の劣化状況を確認することができる。

また、本発明に係る照明システムは、さらに、正極および負極の前記直流給電線と接地点と間を結ぶ抵抗中点アース回路を備えることが好ましい。この構成によれば、通電時に抵抗中点アース回路が安全回路として作用して、直流給電線の絶縁抵抗の劣化を検出することができる。

また、本発明に係る照明システムは、さらに、前記照明器具の前記複数の発光素子列の端子間を結ぶアーク抑止回路を備え、前記アーク抑止回路は、前記スイッチ素子のスイッチ解放時のアーク発生を抑止することが好ましい。この構成によれば、スイッチ解放時にアーク抑止回路が安全回路として作用して、アーク発生を防止し、断線を回避することができる。

また、本発明に係る照明システムは、トンネル照明用であり、前記直流給電線がトンネルに沿って配設され、前記複数の照明器具が前記トンネルに沿って間隔を空けて配置されていることが好ましい。
ここで、前記トンネル照明用の照明システムは、さらに、トンネル外部に設けられた照度センサを備え、前記直流電源部は、少なくとも、交流電力を直流電力に変換する交直変換部を有し、前記交直変換部は、前記照度センサで測定された照度に応じて供給電圧を変更する電圧可変部を有することが好ましい。

上記の構成によれば、トンネル照明において、トンネル外部の照度（日光量）が変化した際、照度センサの検出値に応じて交直変換部の供給電圧が変更され、これに連動して、照明器具が調光されるので、例えばトンネル外部が明るいときはトンネル内も明るくし、トンネル外部が暗いときはトンネル内も暗くするといったトンネル照明の調光制御を実現することができる。この構成では、照度センサの検出値に応じた調光信号を、多数の照明器具に向けて個別に送信する必要がなく、交直変換部における供給電圧の変更のみで調光することができるので、トンネル照明の調光制御の構成をシンプルかつ安価に実現することができる。

本発明の一実施形態に係るトンネル照明システムの全体構成を示す図。前記照明システムの交直変換器の一例を示す図。前記照明システムの供給電圧と調光率の関係の一例を示す図。前記調光制御によるトンネル内の照度の変化の一例を示す図。前記照明システムの照明器具の第１例を示す図。前記照明器具の動作を説明するための図。前記照明システムの照明器具の第２例を示す図。前記照明システムの照明器具の第３例を示す図。前記照明システムの抵抗中点アース回路の一例を示す図。

図を用いて本発明にトンネル照明システムの実施形態を具体的に説明する。

図１は、トンネル照明システムの全体構成を表す概略図である。この照明システム１は、直流電力の主電源として照明システムの両端に設けられた交直変換器２Ａ，２Ｂと、交直変換器２Ａ，２Ｂの正極の出力端間を結ぶ正極の直流給電線３Ａと、その負極の出力端間を結ぶ負極の直流給電線３Ｂと、直流給電線３Ａ，３Ｂに並列に接続された複数のＬＥＤ照明器具４Ａ～４Ｃと、第１補助電源としての太陽光発電機５と、第２補助電源としての風力発電機６と、非常用電源としての蓄電池７と、安全回路である抵抗中点アース回路８と、を含んでいる。

一対の直流給電線３Ａ，３Ｂは、トンネルに沿って配設され、交直変換器２Ａ，２Ｂは、トンネルの出入口付近に設置されており、いずれか一方の交直変換器が使用不能になっても、もう一方の交直変換器からの電力供給が継続されるので、トンネル内が完全に消灯してしまうことを回避できる。また、交直変換器２Ａ，２Ｂは、トンネル外部の照度センサ９と信号線で接続され、照度センサ９が検出するトンネル外部の照度信号を取得する。図２（Ａ）に交直変換器２Ａの具体例として、センタータップ式の整流回路の回路構成を示す。交直変換器２Ａは、交流電源からの交流電圧を電力変換するトランスＴと、当該トランスＴの二次コイルの両端にそれぞれアノードが接続されたダイオードＤ１，Ｄ２と、電圧可変部として機能する負荷時タップ切替器２１とを有する。２つの整流素子Ｄ１，Ｄ２のカソードは接続されて正極の出力端を形成し、正極の直流給電線３Ａに接続される。また、トランスＴの二次コイルの中点は負極の出力端を形成し、負極の直流給電線３Ｂに接続される。反対側の交直変換器２Ｂも交直変換器２Ａと同じ構成であり、これらは、交流電力を直流電力に変換し、正極の直流給電線３Ａを介して、ＬＥＤ照明器具４Ａ～４Ｃの正極端子に印加電圧（正極電位）を与える。負荷時タップ切替器２１は、照度センサ９からの照度信号に応じてトランスＴの巻数比を変更する装置であり、トンネル外部の照度に応じて、直流電力の供給電圧を変更するために用いられる。

なお、図２では単相の交直変換部を例示したが、三相交流を６相以上の相数の整流回路を用いて交直変換すれば、高調波がさらに少なくなり、ノイズを生じ難い直流電力を供給できる。例えば１２相整流回路や２４相整流回路を用いるとよい。

図２（Ｂ）に示す変形例の交直変換器２Ｃでは、トランスＴの二次コイルの両端が分岐していて、追加のダイオードＤ３，Ｄ４を経由して、それらの分岐線同士が接続され、別系統の正極の直流給電線３Ｃに直流電力を出力する。そして、２本の正極の直流給電線３Ａ，３Ｃをトンネルに沿って配設し、照明器具の正極端子を両方の直流給電線３Ａ，３Ｃに接続しておけば、どちらか一方の直流給電線の断線による照明器具の消灯を回避することができる。

次に、複数のＬＥＤ照明器具４Ａ～４Ｃはトンネルに沿って間隔を空けて配設され、それぞれの正極端子は、逆流防止用のダイオードＤ５～Ｄ７を介して正極の直流給電線３Ａに接続される。負極端子は負極の直流給電線３Ｂに接続される。照明器具４Ａの具体例は、図５～図８を用いて後で述べる。

次に、太陽光発電機５および風力発電機６は、どちらも正極の出力端がダイオードＤ８，Ｄ９を介して正極の直流給電線３Ａに接続され、発電機５，６の出力が直流給電線３Ａの電圧に達したら、これらの再生可能エネルギーが直流給電線３Ａに供給されるようになっている。

蓄電池７は、正極の出力端がダイオードＤ１０のアノードに接続され、このダイオードＤ１０のカソードが直流給電線３Ａに接続される。加えて、ダイオードＤ１０の極性とは反対向きのダイオードＤ１１とスイッチ素子ＳＷ１と抵抗Ｒ１からなる直列接続が、ダイオードＤ１０に並列に接続される。スイッチ素子ＳＷ１は、蓄電池７の電圧が規定値（充電開始電圧）より低下した場合にオンし、直流給電線３Ａの電圧によって充電が開始される。また、スイッチ素子ＳＷ１は、充電によって蓄電池７の電圧が別の規定値（充電停止電圧）に達したらオフし、充電を停止する。これらの充電の開始・停止は自動的に実行される。また、蓄電池７はバッテリーチェッカー７１を有し、蓄電池の電圧値や劣化状態を示す情報を遠隔操作で確認するために用いられる。

なお、本実施形態の照明システム１において直流電源は、主電源（交直変換器３Ａ，３Ｂ）と、補助電源（太陽光発電機５および風力発電機６）と、非常用電源（蓄電池７）とを含むが、主電源のみ、または補助電源のみであってもよいし、主電源と補助電源の組合せ、主電源と非常用電源の組合せ、または、補助電源と非常用電源の組合せでもよい。

照明器具４Ａ～４Ｃは同じ構成の照明器具であり、照明器具４Ａは、光源として複数のＬＥＤを含む。これらのＬＥＤは、複数のＬＥＤのグループであるＬＥＤ列を形成し、そのようなＬＥＤ列を複数個持っている。

また、照明器具４Ａは、直流給電線３Ａからの供給電圧に応じて複数のＬＥＤ列を調光する制御回路を有する。制御回路の具体例は、図５～図８を用いて後で述べる。ここでは、複数のＬＥＤ列を供給電圧に応じて調光可能な照明器具４Ａ～４Ｃを利用したトンネル照明システム１の特徴点について説明する。

図３に、照明システム１の供給電圧（Ｖ）と調光率（％）の関係がリニアなケースを例示する。この例では、主電源の交直変換器２Ａの供給電圧Ｖ１の範囲を２２５～３００Ｖとし、補助電源の太陽光発電機５（または風力発電機６）の供給電圧Ｖ２（またはＶ３）の範囲を３００～３８０Ｖとし、非常用電源の蓄電池７の供給電圧Ｖ４の範囲を１００～１９０Ｖとしている。すなわち、調光率の全範囲（５％～１００％）に対応する供給電圧の範囲（１００～３８０Ｖ）が複数に区分され、異なる種類の直流電源がそれぞれの区分における電力供給を担うようになっている。

図３では、太陽光発電機５の供給電圧Ｖ２が交直変換器２Ａの供給電圧Ｖ１よりも高く設定されている。

太陽光発電機５は、日光量の変化によって供給可能な電圧が変化しやすいが、時間帯や気象情報に基づく供給電圧の予測も可能である。ここでは、Ｖ１＜Ｖ２の設定によって、太陽光発電機５の供給電圧Ｖ２が交直変換器２Ａの供給電圧Ｖ１（２２５～３００Ｖ）よりも高くなる期間に太陽光発電という再生可能エネルギーが優先的に供給されるようにした。同時に、太陽光発電機５が３００Ｖ以上の供給電圧Ｖ２を維持できない期間は、主電源である交直変換部からの供給電圧Ｖ１によって所定の照度が確保されるようにした。なお、太陽光発電機５から交直変換器２Ａへの供給元の切り替えは、直流給電システムがベースになっているから、単純に供給電圧が高い電源が優先的に供給元になるのであり、供給電力が途切れることなくスムーズに実行される。

図４に、照明システム１の調光制御によるトンネル内の照度の変化の一例を示す。上のグラフは、一日の供給電圧の変化であり、太陽光発電機５の供給電圧Ｖ２と交直変換器２Ａの供給電圧Ｖ１とを示す。ここでは、供給電圧Ｖ１を一定にしている。照明システム１によれば、日中（８時から１６時）は太陽光発電機５の供給電圧Ｖ２の変化に応じて照明器具が調光されることで、下のグラフに示すようにトンネル外部の日光量の変化とほぼ同じように、トンネル内の照度が変化するようになる。トンネル外部が明るいときはトンネル内も明るくし、トンネル外部が暗いときはトンネル内も暗くするといった調光制御によって、トンネルを利用する運転者に優しいトンネル内の照度管理を実現できる。

図３は、照明システム１が、交直変換器２Ａの供給電圧Ｖ１の範囲（２２５～３００Ｖ）においても、照明器具を調光制御できることを示している。つまり、トンネル外部の照度（日光量）の変化を照度センサ９が検出し、その照度信号に基づいて交直変換器２Ａ，２Ｂの負荷時タップ切換器２１が動作して、交直変換器２Ａ，２Ｂの供給電圧Ｖ１が変更される。従って、照明器具４Ａ～４Ｃの制御回路は、太陽光発電機５の供給電圧Ｖ２の変化時と同様に、交直変換器２Ａ，２Ｂの供給電圧Ｖ１の変化に連動した調光を実行することができる。交直変換器２Ａ，２Ｂにおいて供給電圧Ｖ１が一括して調整されるので、照度センサの照度信号を多数の照明器具に向けて個別に送信する必要がなくなり、トンネル照明の調光制御の構成がシンプルになる。

このように、太陽光発電機５から交直変換器２Ａに供給元が切り替わった後も、引き続き供給電圧の変化に応じた照明器具４Ａ～４Ｃの調光が行われるので、２２５～３８０Ｖの広い供給電圧の範囲における連続的な調光制御が可能になる。ここでは、分かり易く、日光量の変化に応じたトンネル内の照度調整について述べたが、本発明の照明システムは、日光量以外の条件に基づく調光制御にも適用できる。

また、図３では、蓄電池６の供給電圧Ｖ４が交直変換器２Ａの供給電圧Ｖ１よりも低く設定されている。

交直変換器２Ａが一定以上の供給電圧Ｖ１を維持している期間は、その供給電圧Ｖ１が蓄電池７の供給電圧Ｖ４よりも高いため、蓄電池７は直流電力を供給しない。停電等で外部からの交流電力の供給が停止した場合は、点灯したまま交直変換器２Ａの供給電圧Ｖ１が１９０Ｖまで徐々に低下して、非常用電源の蓄電池７による電力供給が開始される。そして、蓄電池７の保持電力量の範囲で、点灯が継続される。また、蓄電池７の供給電圧Ｖ４が徐々に低下するにつれて、その供給電圧Ｖ４の変化に応じた照明器具４Ａ～４Ｃの調光が行われる。つまり、調光率の下限（５％）まで照度が低下し、供給電圧Ｖ４が１００Ｖ以下になるタイミングで消灯する。

以下、ＬＥＤ照明器具４Ａの具体例を図５～図８を用いて説明する。

図５の照明器具４１は、複数のＬＥＤからなるＬＥＤ列５１～５３を有する。図５に示すように、照明器具４１の正極端子に１つ目のＬＥＤ列５１のアノードが接続し、ＬＥＤ列５１のカソードが分岐して、分岐の一方が２つ目のＬＥＤ列５１のアノードに接続し、分岐の他方が電界効果トランジスタ（ＦＥＴ１）のドレインに接続する。ＦＥＴ１のソースはさらに分岐して、分岐の一方がダイオードＤ１２のカソードに接続し、分岐の他方が３つ目のＬＥＤ列５３のアノードに接続する。ダイオードＤ１２のアノードと２つ目のＬＥＤ列５１のカソードが合流し、ＦＥＴ２のドレインに接続する。そして、３つ目のＬＥＤ列５３のアノードとＦＥＴ２のソースが交流し、定電流制御回路（ＣＣ制御回路）６０を介して、照明器具４１の負極端子に接続する。

図５の照明器具４１は、ＦＥＴ１，２のオンまたはオフによって、複数のＬＥＤ列５１～５３の接続状態が直列から並列に切り替わる。このことを図６（Ａ），（Ｂ）を用いて説明する。図６では５つのＬＥＤ列５１～５５の接続状態が直列から並列に切り替わる様子を示す。例えば供給電圧が最大の３８０Ｖである場合、ＣＣ制御回路６０は、供給電圧を検知して、ＦＥＴ１～４をオフにするゲート電圧を発するようにＦＥＴ制御回路６１を動作させる。これによって、すべてのＦＥＴ１～４がオフを維持し、図６（Ａ）に示すように、５つのＬＥＤ列５１～５５の直列接続回路が形成される。つまり、正極端子からの電流は、ＬＥＤ列５１→ＬＥＤ列５２→ダイオードＤ１２→ＬＥＤ列５３→ダイオードＤ１３→ＬＥＤ列５４→ダイオードＤ１４→ＬＥＤ列５５の順に流れる。ＣＣ制御回路６０が、電流を一定に制御するため、照明器具４１は調光率１００％で点灯する。

次に、供給電圧が閾値まで低下した場合、ＣＣ制御回路６０は、ＦＥＴ１～４がオンにするゲート電圧を発するようにＦＥＴ制御回路６１を動作させる。これによって、すべてのＦＥＴ１～４がオンになり、図６（Ｂ）に示すように、ＬＥＤ列５１を除く４つのＬＥＤ列５２～５５が、ＬＥＤ列５２と５４の直列接続と、ＬＥＤ列５３と５５の直列接続とを形成し、２つの直列接続の並列接続である並列接続回路が形成される。つまり、ＬＥＤ列５１からの電流は分岐して、電流の半分はＬＥＤ列５２→ＦＥＴ２→ＬＥＤ列５４→ＦＥＴ４の順に流れ、電流の残りの半分はＦＥＴ１→ＬＥＤ列５３→ＦＥＴ３→ＬＥＤ列５５の順に流れて、その後、合流する。ＣＣ制御回路６０は、並列接続回路に切り換わった後も、複数のＬＥＤ列の全体で電流が一定になるように制御するため、個々のＬＥＤ列に流れる電流は半分になり、照明器具４１は調光率５０％で点灯する。

このようにして、照明器具４１は、供給電圧に応じて複数のＬＥＤ列５１～５３の接続状態を直列から並列に切り換えることで、調光を行う。

図５において、アーク抑止回路７０の具体例を説明する。アーク抑止回路７０は、複数のＬＥＤ列５１～５３による接続回路の両端を結ぶように接続されており、抵抗Ｒ２とダイオードＤ１７の並列接続部と、これに直列接続されたコンデンサＣ２とを有する回路構成である。アーク抑止回路７０を設けることで、スイッチ解放時のアーク発生が抑止され、断線などを回避することができる。

また、図７に示す例のように、正極および負極の直流給電線３Ａ、３Ｂに、複数の照明器具４２～４４の直列接続回路を接続してもよい。ただし、ＣＣ制御回路６０は、最終段の照明器具４４にのみ設ける。各々の照明器具４２～４４において、ＦＥＴ制御回路６１～６３によるＬＥＤ列の直列接続から並列接続への切り換えが実行される。

図８の照明器具４５では、複数のＬＥＤ列５１～５４が直列に接続されており、２つ目と４つ目のＬＥＤ列５２，５４にはバイパス路が設けられる。ＬＥＤ列５２のバイパス路にはＦＥＴ１が接続され、ＬＥＤ列５４のバイパス路にはＦＥＴ２が接続される。ここで、図５の照明器具４１との大きな違いは、ＦＥＴ１，ＦＥＴ２が、ゲート電圧に応じて、ドレイン－ソース間の開度（または閉度）を連続的に調整可能なことである。つまり、バイパス路の電流量がＦＥＴの開度（または閉度）の大小で調製される。照明器具４５において、ＣＣ制御回路８０は、供給電圧を検知して、その供給電圧に応じた開度になるようにＦＥＴ１，２のゲート電圧を発するようにＦＥＴ制御回路８１を動作させる。また、ＣＣ制御回路８０は、複数のＬＥＤ列５１～５４の全体で電流が一定になるように制御するため、ＦＥＴ制御回路８１によるＦＥＴの開度調整が実行されると、バイパス電流の分だけがＬＥＤ列５２，５４の照度が低下する。このようにして、供給電圧に応じて、ＬＥＤ列５１～５４の全体での照度が連続的に変更される。

最後に、図９を用いて、抵抗中点アース回路８の具体例を説明する。抵抗中点アース回路８は、正極および負極の直流給電線３Ａ、３Ｂと接地点との間に設けられる。直流給電線３Ａ、３Ｂは非接地状態の直流回路であるため、直流給電線３Ａ、３Ｂと接地点との間の絶縁抵抗の低下を検出する回路として、抵抗中点アース回路８が機能する。

抵抗中点アース回路８は、等しい抵抗値の抵抗器Ｒ３，Ｒ４からなる直列接続回路と、互いに逆向きの極性で接続されたフォトカプラ８１，８２の並列接続回路とを有し、抵抗器Ｒ３，Ｒ４の直列接続回路は、正極および負極の直流給電線３Ａ、３Ｂ間に接続される。また、フォトカプラ８１，８２の並列接続回路は、抵抗器Ｒ，Ｒの接続点と接地点とを結ぶ電路に接続されている。フォトカプラ８１の受光素子の一方の端子はＶＣＣに接続され、他方の端子には発光ダイオード８３が接続され、接地点から抵抗器Ｒ，Ｒの接続点に向けて電流が流れた場合にフォトカプラ８１の発光および受光作用が生じて、発光ダイオード８３が点灯する。同様に、フォトカプラ８２の受光素子の一方の端子はＶＣＣに接続され、他方の端子には別の発光ダイオード８４が接続され、抵抗器Ｒ，Ｒの接続点から接地点に向けて電流が流れた場合にフォトカプラ８２の発光および受光作用が生じて、発光ダイオード８４が点灯する。

このような構成の抵抗中点アース回路８において、正極の直流給電線３Ａの絶縁抵抗の抵抗値が低下すると、フォトカプラ８１の発光素子に微弱な電流が流れるので、その微弱な電流を受光素子が捉えて、発光ダイオード８３が点灯する。これにより、正極の直流給電線３Ａの絶縁抵抗の低下が発光ダイオード８３の発光で表示される。同様に、負極の直流給電線３Ｂの絶縁抵抗の抵抗値が低下すると、反対側のフォトカプラ８２の発光素子に微弱な電流が流れるので、その微弱な電流を受光素子が捉えて、発光ダイオード８４が点灯する。これにより、負極の直流給電線３Ｂの絶縁抵抗の低下が発光ダイオード８４の発光で表示される。

１トンネル照明システム
２Ａ，２Ｂ直流給電線
３Ａ，３Ｂ交直変換器
４Ａ～４ＣＬＥＤ照明器具
５太陽光発電機
６風力光発電機
７蓄電池
８抵抗中点アース回路
９照度センサ
２１負荷時タップ切換器
４１～４５ＬＥＤ照明器具
５１～５７ＬＥＤ列
６０，８０ＣＣ制御回路
６１～６３，８１ＦＥＴ制御回路
７０アーク抑止回路

Claims

直流電力を供給する直流電源部と、
前記直流電源部の出力端に接続される直流給電線と、
前記直流給電線に並列に接続される複数の照明器具と、を備え、前記直流給電線がトンネルに沿って配設され、前記複数の照明器具が前記トンネルに沿って間隔を空けて配置されている、トンネル照明用の照明システムであって、
各々の前記照明器具は、
複数の半導体発光素子を接続した発光素子列を複数有し、前記複数の発光素子列は、スイッチ素子のオンまたはオフによって直列接続から並列接続に切り替え可能に構成され、
前記直流電源部から前記照明器具への供給電圧の変化に応じて前記スイッチ素子をオンまたはオフして前記複数の発光素子列の接続状態を切り替えることにより、前記複数の発光素子列を調光する制御回路を有することを特徴とする照明システム。
請求項１記載の照明システムにおいて、
前記直流電源部は、少なくとも、交流電力を直流電力に変換する交直変換部を有し、
前記交直変換部は、
トランスと、
前記交直変換部の供給電圧を変更する電圧可変部として、前記トランスの巻数比を変更する装置と、
前記トランスの二次側に接続される整流素子と、を有する
ことを特徴とする照明システム。
請求項１または２記載の照明システムにおいて、
前記直流電源部は、交流電力を直流電力に変換する交直変換部、再生可能エネルギー電源、もしくは、蓄電池、または、これらの組合せを有することを特徴とする照明システム。
請求項１から３のいずれかに記載の照明システムにおいて、
前記直流電源部は、少なくとも、交流電力を直流電力に変換する交直変換部と再生可能エネルギー電源とを有し、前記再生可能エネルギー電源の供給電圧が前記交直変換部の供給電圧よりも高いことを特徴とする照明システム。
請求項１から４のいずれかに記載の照明システムにおいて、
前記直流電源部は、少なくとも、交流電力を直流電力に変換する交直変換部と蓄電池とを有し、前記蓄電池はダイオードを介して直流電力を前記直流給電線に供給し、前記蓄電池の供給電圧が前記交直変換部の供給電圧よりも低いことを特徴とする照明システム。
請求項２記載の照明システムにおいて、
前記電圧可変部は、外部からの調光信号を受信し、当該調光信号に応じて前記交直変換部の供給電圧を変更するように構成されることを特徴とする照明システム。
請求項１から６のいずれかに記載の照明システムにおいて、
前記直流電源部は、少なくとも、交流電力を直流電力に変換する交直変換部を有し、前記交直変換部は、６相以上の相数の整流回路を有することを特徴とする照明システム。
請求項１から７のいずれかに記載の照明システムにおいて、
前記発光素子列は、当該発光素子列を構成する複数の半導体発光素子のうちの少なくとも１つの半導体発光素子をバイパスするバイパス路を有し、当該バイパス路上に半導体スイッチ素子が設けられ、
前記制御回路は、前記発光素子列に印加される前記供給電圧の大きさに応じて前記半導体スイッチ素子の開度を調整するように構成されていることを特徴とする照明システム。
請求項１から８のいずれかに記載の照明システムにおいて、
前記直流電源部は、少なくとも、交流電力を直流電力に変換する交直変換部を有し、前記交直変換部は、前記直流給電線の両端に設けられていることを特徴とする照明システム。
請求項１から９のいずれかに記載の照明システムにおいて、
前記直流電源部は、少なくとも、蓄電池と、当該蓄電池の劣化状況を検出するバッテリーチェッカーとを備えることを特徴とする照明システム。
請求項１から１０のいずれかに記載の照明システムにおいて、
正極および負極の前記直流給電線と接地点と間を結ぶ抵抗中点アース回路を備えることを特徴とする照明システム。
請求項１から１１のいずれかに記載の照明システムにおいて、
前記照明器具の前記複数の発光素子列の端子間を結ぶアーク抑止回路を備え、前記アーク抑止回路は、前記スイッチ素子のスイッチ解放時のアーク発生を抑止することを特徴とする照明システム。
請求項１から１２のいずれかに記載のトンネル照明用の照明システムは、さらに、トンネル外部に設けられた照度センサを備え、前記直流電源部は、少なくとも、交流電力を直流電力に変換する交直変換部を有し、前記交直変換部は、前記照度センサで測定された照度に応じて供給電圧を変更する電圧可変部を有することを特徴とする照明システム。