説明

LEDによる飛行場照明

飛行場照明ユニット(7)中のLED(4)に電力を給電する方法。方法は、一定交流(Is)を整流器(40)に給電するステップと、交流(U)を整流電流(Ir)に整流するステップと、整流電流(Ir)をパルス幅変調するステップと、パルス幅変調された整流電流(Ir)でキャパシタ(43)を充電するステップと、キャパシタ(43)からの電力でLED(4)に給電するステップとを含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、LED飛行場照明に電力を給電する方法、ユニット、およびシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
飛行場において、照明システムは着陸中および滑走中の飛行機を誘導するために使用される。これらの照明システムは大多数の光源を有し、それらが適切に操作されること、および、特に視度が低いときに、故障した光源が迅速に置き換えられることが重要である。そうでなければ、飛行機が誘導路または停止信号を見過ごした結果は大災害になりえる。視覚による光源検査が事故の危険性を高め、費用を誘発することから、自動ランプ監視システムが開発されている。
【0003】
これらの照明システム中の光源は、それぞれの光源に対する絶縁トランスを使用して、直列回路と呼ばれるものに接続されることが多い。そのような光源は、電力ケーブルを通して直列に接続されていて、定電流レギュレータ(CCR)からの定電流電源により給電されている。従来より、旧来のランプが光源として使用されているが、発光ダイオード(LED)の価格が低下するにつれて、LEDがより一般的になってきている。通常LEDは旧来のランプとは異なる電流によって供給されなければならないことから、新たな電源が必要とされている。
【0004】
例えば、US2005/0030192はLED飛行場照明に対する電源を開示し、電力入力、LED制御信号入力、および電力出力を備えた、調整された電源を含んでいる。電力入力は電源に接続されるように構成され、LED制御信号入力はLED制御信号を受け取るように構成され、電力出力は1つ以上のLEDにLED駆動電流を供給するように構成され、調整された電源はLED制御信号に基づいてLED駆動電流を調節するように構成されている。調整された電源は、電流感知入力と、調整された電源のLED制御信号入力に接続されたLED制御信号出力とを有するプロセッサをも含んでいる。電流感知入力は飛行場電流ステップに対応する信号を受け取るように構成されている。プロセッサは、電流感知入力信号に基づいて、LED制御信号を決定するようにプログラムされている。LEDが、飛行場電流ステップにおいて駆動される白熱光源の相対強度とほぼ等しい相対強度を有することができるように、LED制御信号は決定される。
【0005】
飛行場LED照明ユニットに電力を供給するための現在の解法は、いくぶん複雑で、費用がかかることが多い。別の問題は、LEDがランプと同一の負荷特性を有していないことであり、これは、飛行場電流ステップまたは定電流レギュレータに対して、より不安定な負荷の結果となる。
【発明の概要】
【0006】
本発明の目的は、上記の技法と先行技術の改良を提供することである。
【0007】
特別な目的は、飛行場照明アプリケーション中のLEDに電力を給電する費用対効果の良い方法を提供することである。
【0008】
これらおよび他の目的は、本発明の以下の説明から明白になる利点とともに、各独立請求項にしたがった、方法、飛行場照明ユニット、および、飛行場照明システムにより達成される。好ましい実施形態は従属請求項中に規定されている。
【0009】
したがって、飛行場照明ユニット中のLEDに電力を給電する方法が提供され、前記方法は、一定交流を整流器に給電するステップと、交流を整流電流に整流するステップと、整流電流をパルス幅変調するステップと、パルス幅変調された整流電流でキャパシタを充電するステップと、キャパシタからの電力でLEDに給電するステップとを含む。
【0010】
発明の方法は、交流電流の給電に対して、安定した負荷を確実にすることにおいて有利である。これは、電流を提供する定電流レギュレータの不安定な動作の危険性が減少されることを意味する。要するに、LEDは整流電流を必要とするが、より抵抗力のある負荷の特性を生成させることにより、すなわち、1に近い電源ファクタを有するランプの負荷特性を模倣することにより、安定した負荷が達成される。さらに、本解法はいくぶん単純で、費用対効果の良い実施を提供する。
【0011】
整流電流をパルス幅変調するステップは、一定交流と整流電流とのうちの任意のものにしたがって、パルス幅変調された整流電流のデューティサイクルを決定することを含んでもよい。
【0012】
デューティサイクルの決定において、デューティサイクルは、一定交流と整流電流とのうちの任意のものの瞬時値に比例して決定されてもよい。
【0013】
整流電流をパルス幅変調するステップは、キャパシタにかかる電圧にしたがって、パルス幅変調された整流電流のデューティサイクルを決定することを含んでもよい。
【0014】
デューティサイクルの決定において、キャパシタにかかる電圧が電圧基準値を下回る場合、デューティサイクルが増加されてもよく、キャパシタにかかる電圧が電圧基準値を上回る場合、デューティサイクルが減少されてもよい。これは、LEDへの電力の給電が増加された場合に、キャパシタの増加された充電が達成され、逆もまた同じであることを意味する。
【0015】
整流電流をパルス幅変調するステップは、キャパシタの充電が始まってからどのくらいの時間が経過したかにしたがって、パルス幅変調された整流電流のデューティサイクルを決定することを含んでもよい。
【0016】
デューティサイクルの決定において、キャパシタの充電が始まってから予め定められた時間が経過するまで、デューティサイクルが徐々に増加されてもよい。これは、キャパシタの初期充電間の容量特性が減少される結果となる。
【0017】
整流電流をパルス幅変調するための制御ユニットが動作可能なときにのみ、キャパシタからの電力でLEDに給電するステップが開始されてもよい。
【0018】
キャパシタからの電力でLEDに給電するステップは、キャパシタからLEDに流れる電流をパルス幅変調することを含んでもよい。
【0019】
発明の方法は、LEDにかかる電圧と、LEDを通る電流とのうちの任意のものを監視するステップをさらに含んでもよい。
【0020】
監視されたLEDにかかる電圧と、監視されたLEDを通る電流とのうちの任意のものを監視するステップは、LEDにかかる電圧と、LEDを通る電流とのうちの任意のものを表す信号を、一定交流に重畳して送るステップをさらに含んでもよい。これは、誤作動するLEDを検出することにおいて、有利である。
【0021】
発明の方法は、オンステータスと、オフステータスと、LEDの光の強度とのうちの任意のものを制御する信号を、一定交流に重畳して送るステップをさらに含んでもよい。
【0022】
発明の別の観点にしたがうと、一定交流入力を有し、一定交流を整流電流に変えるように構成された整流器と、整流器に接続され、整流電流を変調するパルス幅変調器と、パルス幅変調器に接続され、変調された整流電流により充電されるキャパシタと、キャパシタからの電力に接続され、キャパシタからの電力が供給されるLEDとを含むように、飛行場照明ユニットは提供されている。
【0023】
発明の飛行場照明ユニットは、発明の方法と関係して上記に記載した機能のいずれかを具備し、対応する利点を有する。
【0024】
発明のさらに別の観点にしたがうと、定交流レギュレータに直列に接続されている複数の発明の飛行場照明ユニットを具備する飛行場照明システムが提供される。
【0025】
技術的に知られているように、デューティサイクルは、電流がゼロではない期間と電流の波形の周期との間の比として規定される。電流は必ずしも短形波を有していなければならない必要がないことに留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【0026】
本発明の実施形態は、例として、添付している簡略化した図に関してここに説明されており、
【図1】図1は、飛行場照明システムの簡略化した図である。
【図2】図2は、飛行場照明ユニットの簡略化した図である。
【発明の好ましい実施形態の詳細な説明】
【0027】
図1を参照すると、飛行場照明監視システムは、LED4に対する多数の電流電源ループ2を含み、ループ2のうちの1つのみの全体が図中に示されている。それぞれのLED4は、絶縁トランス6の2次巻線5と、電流供給ループ中で直列接続されている絶縁トランス6の1次巻線8と、照明監視スイッチ(LMS)10とを通して、それに関係付けられたループ2に接続されている。それぞれの電流電源ループ2は、通信直列回路モデム(SCM)14を通して、定電流レギュレータ(CCR)12により給電される。集信装置ユニット(CU)16は、シリアル、または、ネットワーク通信構成で、通信ユニット14のグループ18に接続されている。
【0028】
上記に記載したCUユニット16およびそれに関係付けられたエレメントは、サブユニット20を共に形成し、例えば、飛行場の照明システムのある部分に適用することができる。照明システムは、要求された数の類似したサブユニットを具備することができ、そのうちのいくつかは20’および20”で示されている。
【0029】
サブユニット中のCUユニット16は、シリアル通信またはネットワークを通して、中央集信装置ユニット22に接続されている。
【0030】
中央CUユニット22は、ディスプレイを25有するコンピュータ24に接続することができる。コンピュータ24は、例えばローカルエリアネットワーク(LAN)26を通して、他のシステムとさらに接続することができる。ユニット22およびコンピュータ24は、例えば、制御ルーム27中または他の何らかの適当な場所に、ローカライズすることができる。
【0031】
SCMユニット14は、LMSモジュールからの応答を検出し、応答していないモジュールのアドレスをローカルCUユニット16を通して中央集信装置ユニット22に報告する。中央集信装置ユニット22において、アドレスは、制御ルーム27中のコンピュータ24がアクセス可能なデータベース中に記憶される。
【0032】
ディスプレイ25上で、光の強度およびオン/オフステータスのような、LED4のステータス、ならびに、それぞれのLEDのポジションを表示することができる。コンピュータ24を通して、中央集信装置ユニット22中で異なるアラーム基準をセットすることができる。
【0033】
LMSモジュールと、関係付けられた通信ユニットとの間の通信は、電源ケーブル中の50Hzまたは60Hz電流上に重畳される高周波信号により実行される。
【0034】
図2を参照すると、飛行場照明ユニット7が、図示されており、飛行場照明ユニット7は、絶縁トランス6の2次巻線5を有する回路中に接続されているLED4と共に、LMSモジュール10を含む。LMSは、変圧器48および従来の整流器40を具備する変換器39を具備する。
【0035】
絶縁トランス6は、即知の方法で、定電流レギュレータ12により供給された交流Imを、変圧器48に給電される2次主電流Im_sに変換する。変圧器48は、2次主電流Im_sを、整流器40に給電される2次電流Isにスケールダウンし、整流器40は、次に交流の2次電流Isを整流電流Irに変換する。スケールリング比は、LMSモジュール10およびLED4の電力需要にしたがって選択される。
【0036】
整流器40はパルス幅変調器41を通してキャパシタ43と接続されており、パルス幅変調器41は、整流電流Irを変調し、パルス幅変調された電流IPWMをキャパシタ43に供給する。キャパシタ43は次に、第2のパルス幅変調器42を通して、LED4の形態の負荷11と接続されており、第2のパルス幅変調器42は、キャパシタ43から負荷11に流れる負荷電流ILを変調する。第1のパルス幅変調器41とキャパシタ43との間にあるものは、ダイオード45である。ダイオード45は、キャパシタ43からの電流が確実に、キャパシタ43から第1のパルス幅変調器41に流れずに、第2のパルス幅変調器42にのみ流れ、その後負荷11へ流れるように配置されている。
【0037】
第2のパルス幅変調器42は、負荷11および抵抗器44と直列に接続されている。第1のパルス幅変調器41は、整流器40とキャパシタ43との間で、キャパシタ43と並列に接続されている。パルス幅変調器41、42双方は、マイクロプロセッサを組み込む制御ユニット32により従来の方法で制御される。端的に述べると、それぞれの変調器41、42は、どのくらい長いデューティサイクルが望まれているかにしたがって、開閉される単純なスイッチである。すなわち、第1の変調器41中のスイッチの閉鎖がより長くなると、IPWM電流のデューティサイクルがより短くなり、第2の変調器42中のスイッチの閉鎖がより長くなると、IL電流のデューティサイクルがより長くなる。
【0038】
電流感知手段46は、整流電流Irを感知し、整流電流Irの瞬時値を表す信号を、制御ユニット32に送るように配置されている。電圧感知手段47は、キャパシタ43にかかる電圧Ucを感知し、この電圧を表す信号を制御ユニット32に送るように配置されている。
【0039】
さらに、受信機36は、SCMユニット14からの信号を受信し、それを制御ユニット32に転送するように接続されている。典型的な信号は、LEDの望ましい光の強度や、LEDのオンステータスおよびオフステータスを表す。LMSモジュール10は、制御ユニット32および受信機36に対する(示されていない)直流電源ユニットをも含んでいる。対象となる固有の飛行場照明ユニット7に関係付けられたデータを記憶するために、アドレスメモリ34も、制御ユニット32に接続されている。受信機36およびアドレスメモリ34は、技術的に知られる方法において、SCMユニット14および制御ユニット32と通信する。
【0040】
飛行場照明ユニット7を動作させようとするとき、制御ユニット32を始動させなくてはならない。制御ユニット32が電源投入され、完全に動作可能になる前に、スイッチ41は閉じられるか、または、IPWMに対する最小のパルス幅変調されたデューティサイクルを発生させる。制御ユニット32が動作可能なとき、デューティサイクルが、整流電流Irの瞬時値と、キャパシタにかかる電圧Ucと、キャパシタ43の充電が始まってからどのくらいの時間が経過したかとに依存するように、第1のパルス幅変調器41は制御ユニット32により動作される。これは、キャパシタ43の充電が始まってからどのくらいの時間が経過したかを監視するように、すなわち、第1のパルス幅変調器41の動作の開始からどのくらいの時間が経過したかを監視するように制御ユニット32が構成されていることを意味する。
【0041】
さらに詳細には、整流電流Irの瞬時値がより高くなると、デューティサイクルがより長くなり、逆もまた同じである。キャパシタにかかる電圧Ucが電圧基準値を下回ると、デューティサイクルがより長くなり、キャパシタにかかる電圧Ucが電圧基準値を上回ると、デューティサイクルがより短くなる。キャパシタ43の充電が始まってからの時間ラップが短いと、容量特性を最小化するように、デューティサイクルが徐々により長くなるが、時間ラップが長いと、デューティサイクルにまったく影響しない。言い換えれば、IPWM電流のデューティサイクルは、入力として以下のパラメータを使用することにより決定される:整流電流Ir、キャパシタにかかる電圧Uc、および、キャパシタ43の充電が始まってからどのくらいの時間が経過したかを表す値。
【0042】
整流電流Irの瞬時値と、キャパシタ電圧基準値と、上記で論じた時間ラップとの間の比例は、それぞれ実験的および/または理論的に確立されており、当然、キャパシタ、LED、その他のもののタイプに依存する。
【0043】
負荷電流ILのデューティサイクルを修正することにより、LEDの好ましい光の強度が達成されてもよい。端的に述べると、ILのデューティサイクルが長いと、LEDの光の強度がより高くなり、ILのデューティサイクルが相対的に短いと、LEDの光の強度が相対的に低くなる、すなわち、LEDの光の強度は負荷電流ILのデューティサイクルに比例している。
【0044】
LEDが光を放射するとき、負荷電流ILの全体的なデューティサイクルは、人の目がLED4のいかなるちらつきも検出できないくらいの高周波を有する。
【0045】
LEDの誤作動を検出する目的のために、制御ユニット32は、LEDにかかる電圧や、LEDを通る電流を監視もする。電圧は電圧基準値と比較され、電流は電流基準値と比較され、計測された値のうちのいずれかが、その対応する基準値からあまりにも逸脱する場合、LMS10は、SCM14とCU16とを通して、LEDの誤作動を示す信号を中央集信装置22に送る。当然、電圧/電流値が基準値から逸脱しているか否かの後の決定のために、LEDにかかる電圧およびLEDを通る電流を表す信号が中央集信装置ユニット22に転送されてもよい。
【0046】
本質的に、パルス幅変調は先行技術の一部であることに留意すべきである。電流の整流、変換とともに、電流および電圧の測定においても同じことが当てはまる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
飛行場照明ユニット(7)中のLED(4)に電力を給電する方法において、
一定交流(Is)を整流器(40)に給電するステップと、
前記交流(Is)を整流電流(Ir)に整流するステップと、
前記整流電流(Ir)をパルス幅変調するステップと、
前記パルス幅変調された整流電流(Ir)でキャパシタ(43)を充電するステップと、
前記キャパシタ(43)からの電力で前記LED(4)に給電するステップとを含む方法。
【請求項2】
前記整流電流(Ir)をパルス幅変調するステップは、前記一定交流(Is)と前記整流電流(Ir)とのうちの任意のものにしたがって、前記パルス幅変調された整流電流(Ir)のデューティサイクルを決定することを含む請求項1記載の方法。
【請求項3】
前記デューティサイクルは、前記一定交流(Is)と前記整流電流(Ir)とのうちの任意のものの瞬時値に比例して決定される請求項2記載の方法。
【請求項4】
前記整流電流(Ir)をパルス幅変調するステップは、キャパシタにかかる電圧(Uc)にしたがって、前記パルス幅変調された整流電流(Ir)の前記デューティサイクルを決定することを含む請求項1〜3のいずれか1項記載の方法。
【請求項5】
前記デューティサイクルの決定において、前記キャパシタにかかる電圧(Uc)が電圧基準値を下回る場合、前記デューティサイクルが増加され、前記キャパシタにかかる電圧(Uc)が前記電圧基準値を上回る場合、前記デューティサイクルが減少される請求項4記載の方法。
【請求項6】
前記整流電流(Ir)をパルス幅変調するステップは、前記キャパシタ(43)の充電が始まってからどのくらいの時間が経過したかにしたがって、前記パルス幅変調された整流電流(Ir)の前記デューティサイクルを決定することを含む請求項1〜5のいずれか1項記載の方法。
【請求項7】
前記デューティサイクルの決定において、前記キャパシタ(42)の充電が始まってから予め定められた時間が経過するまで、前記デューティサイクルが徐々に増加される請求項6記載の方法。
【請求項8】
前記整流電流をパルス幅変調するための制御ユニット(32)が動作可能なときにのみ、前記キャパシタ(43)からの電力で前記LED(4)に給電するステップが開始させる請求項1〜7のいずれか1項記載の方法。
【請求項9】
前記キャパシタ(43)からの電力で前記LED(4)に給電するステップは、前記キャパシタ(43)から前記LED(4)に流れる電流(IL)をパルス幅変調することを含む請求項1〜8のいずれか1項記載の方法。
【請求項10】
前記LEDにかかる電圧(UL)と、前記LEDを通る電流(IL)とのうちの任意のものを監視するステップをさらに含む請求項1〜9のいずれか1項記載の方法。
【請求項11】
前記監視されたLEDにかかる電圧(UL)と、前記監視されたLEDを通る電流(IL)とのうちの任意のものを表す信号を、前記一定交流(Is)に重畳して送るステップをさらに含む請求項10記載の方法。
【請求項12】
オンまたはオフのステータスと、前記LED(4)の光の強度とのうちの任意のものを制御する信号を、前記一定交流(Is)に重畳して送るステップをさらに含む請求項1〜11のいずれか1項記載の方法。
【請求項13】
飛行場照明ユニットにおいて、
一定交流入力を有し、一定交流(Is)を整流電流(Ir)に変えるように構成されている整流器(40)と、
前記整流器(40)に接続され、前記整流電流(Ir)を変調するパルス幅変調器(41)と、
前記パルス幅変調器(41)に接続され、変調された整流電流(IPWM)により充電されるキャパシタ(43)と、
前記キャパシタ(43)からの電力に接続され、前記キャパシタ(43)からの電力が供給されるLED(4)とを具備する飛行場照明ユニット。
【請求項14】
前記パルス幅変調器(41)は、前記一定交流(Is)と前記整流電流(Ir)とのうちの任意のものにしたがって、前記パルス幅変調された整流電流(Ir)のデューティサイクルを決定するように構成されている請求項13記載の飛行場照明ユニット。
【請求項15】
前記デューティサイクルは、前記一定交流(Is)と前記整流電流(Ir)とのうちの任意のものの瞬時値に比例する請求項14記載の飛行場照明ユニット。
【請求項16】
前記パルス幅変調器(41)は、前記キャパシタにかかる電圧(Uc)にしたがって、前記パルス幅変調された整流電流(Ir)の前記デューティサイクルを決定するように構成されている請求項13〜15のいずれか1項記載の飛行場照明ユニット。
【請求項17】
前記キャパシタにかかる電圧(Uc)が電圧基準値を下回る場合、前記デューティサイクルが増加され、前記キャパシタにかかる電圧(Uc)が前記電圧基準値を上回る場合、前記デューティサイクルが減少される請求項16記載の飛行場照明ユニット。
【請求項18】
前記パルス幅変調器(41)は、前記キャパシタ(43)の充電が始まってからどのくらいの時間が経過したかにしたがって、前記パルス幅変調された整流電流(Ir)の前記デューティサイクルを決定するように構成されている請求項13〜17のいずれか1項記載の飛行場照明ユニット。
【請求項19】
前記キャパシタ(43)の充電が始まってから予め定められた時間が経過するまで、前記デューティサイクルが徐々に増加される請求項18記載の飛行場照明ユニット。
【請求項20】
前記整流電流(Ir)をパルス幅変調するための制御ユニット(32)が動作可能になるまで、前記キャパシタ(43)が前記LEDに電力を給電することが妨げられる請求項13〜19のいずれか1項記載の飛行場照明ユニット。
【請求項21】
前記キャパシタから前記LEDに流れる前記電流(UL)をパルス幅変調するよう構成されている第2のパルス幅変調器(42)をさらに具備する請求項13〜20のいずれか1項記載の飛行場照明ユニット。
【請求項22】
前記LEDにかかる電圧(UL)と、前記LEDを通る電流(IL)とのうちの任意のものを監視する手段をさらに具備する請求項13〜21のいずれか1項記載の飛行場照明ユニット。
【請求項23】
前記監視されたLED(UL)にかかる電圧と、前記監視されたLEDを通る電流(IL)とのうちの任意のものを表す信号を、前記一定交流(Is)に重畳して送るように構成されている受信機(36)をさらに具備する請求項22記載の飛行場照明ユニット。
【請求項24】
オンまたはオフのステータスと、前記LED(4)の光の強度とのうちの任意のものを制御する信号を、前記一定交流(Is)に重畳して送るように構成されている受信機(36)をさらに具備する請求項13〜23のいずれか1項記載の飛行場照明ユニット。
【請求項25】
飛行場照明システムにおいて、
請求項13〜24のいずれか1項記載の複数の飛行場照明ユニットを具備し、
前記飛行場照明ユニットが定電流レギュレータ(21)に直列に接続されている飛行場照明システム。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate


【公表番号】特表2010−541187(P2010−541187A)
【公表日】平成22年12月24日(2010.12.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−528382(P2010−528382)
【出願日】平成20年10月8日(2008.10.8)
【国際出願番号】PCT/EP2008/063432
【国際公開番号】WO2009/047257
【国際公開日】平成21年4月16日(2009.4.16)
【出願人】(510100243)セイフゲート・インターナショナル・エービー (1)
【氏名又は名称原語表記】SAFEGATE INTERNATIONAL AB
【住所又は居所原語表記】Djurhagegatan 19, SE−213 76 MALMO, Sweden
【Fターム(参考)】