JP7614557B2

JP7614557B2 - 電源装置および照明装置

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Publication number: JP7614557B2
Application number: JP2021030001A
Authority: JP
Inventors: 博志寺坂; 浩横山
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2025-01-16
Anticipated expiration: 2041-02-26
Also published as: JP2022131188A

Description

本発明の実施形態は、スイッチング素子を有する電源装置、およびこの電源装置を備える照明装置に関する。

従来、例えば照明装置には、光源を点灯させるために、スイッチング素子により入力電力を所定の直流電力に変換する電力変換回路を備える電源装置が用いられている。この電源装置では、スイッチング素子などから発生する雑音を低減するために、電力変換回路の入力部に接続される入力配線にノイズフィルタを設けている。

入力配線にノイズフィルタを設けるのは手間がかかるため、入力配線にノイズフィルタを設けなくても、雑音の低減が図れることが望まれている。

特開２０１６－１６２５９６号公報

本発明が解決しようとする課題は、雑音を低減できる電源装置および照明装置を提供することにある。

実施形態の電源装置は、スイッチング素子を有し、入力電力を所定の直流電力に変換する電力変換回路と、電力変換回路の入力部に接続された３０ＭＨｚ以上の高周波域の雑音を低減するセクション付き複合型のラインフィルタと、電力変換回路の入力部に接続された３０ＭＨｚ未満の高周波域の雑音を低減するノーマルモードチョークとを備える。ラインフィルタは、電力変換回路とノーマルモードチョークとの間に接続される。

実施形態の電源装置によれば、雑音を低減することが期待できる。

一実施形態を示す電源装置を備えた照明装置の回路図である。同上電源装置のラインフィルタの周波数とインピーダンスとの関係を示すグラフである。同上図２の一部を拡大したグラフである。同上電源装置の基板の正面図である。同上ラインフィルタの特性を示す表である。

以下、一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に示すように、照明装置１０は、光源１１と、外部電源である交流電源Ｅからの電力を入力して光源１１を点灯させる電源装置１２とを備えている。

光源１１は、例えば半導体発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられている。なお、発光ダイオード以外に、有機ＥＬなどの他の半導体発光素子が用いられてもよい。また、光源１１は、例えば電源装置１２と一体形の構成としてもよいし、器具本体に着脱可能な光源ユニットにて構成し、器具本体への光源ユニットの装着時に電源装置１２に電気的に接続される構成でもよい。

また、電源装置１２は、雑音防止回路１５と、整流回路１６と、力率改善回路１７および定電流回路１８を含む電力変換回路１９とを備えている。

雑音防止回路１５は、商用交流電源などの交流電源Ｅの両端に接続されるコンデンサＣ１と、このコンデンサＣ１の両端にそれぞれ接続される一対のノーマルモードチョークＬ１と、一対のノーマルモードチョークＬ１に一対の入力端が接続される複合型のラインフィルタ２１とを有する。

ノーマルモードチョークＬ１は、主にノーマルモード成分の雑音を低減するチョークコイルであり、例えば３０ＭＨｚ未満の低周波域の雑音を低減する特性を有している。

複合型のラインフィルタ２１は、高周波域から低周波域に亘った広域での雑音低減に対応したいわゆるセクション付き複合型（あるいはハイブリット型）と呼ばれるもので、コモンモード成分のインダクダンス値とノーマルモード成分のインダクダンス値を併せ持ったコモンモード・ノーマルモード複合チョークコイルである。

複合型のラインフィルタ２１は、図２および図３のグラフに実線にて示すように、インピーダンスピークが３０ＭＨｚ未満の周波数にあるが、３０ＭＨｚでのインピーダンス値が１ｋΩ以上にあるとともに、線間容量が７ｐＦ以下にあることにより、３０ＭＨｚ以上の高周波域の雑音を効果的に低減する特性を有している。

また、整流回路１６は、交流電源Ｅからの交流電圧を全波整流する全波整流回路であり、一対の入力端が複合型のラインフィルタ２１の一対の出力端に接続され、雑音防止回路１５を介して交流電源Ｅに接続されている。整流回路１６の一対の出力端には、コンデンサＣ２が接続されている。これら整流回路１６およびコンデンサＣ２によって全波整流回路が構成され、交流電源Ｅから雑音防止回路15を介して入力する交流電圧を整流し、後段の力率改善回路１７により高周波化された電圧を平滑して、全波整流波形に変換する。

また、力率改善回路１７は、整流平滑後の直流電圧を力率改善のために昇圧する昇圧チョッパ回路により構成されている。力率改善回路１７は、コンデンサＣ２の両端に接続されたインダクタＬ２とスイッチング素子Ｑ１の直列回路と、スイッチング素子Ｑ１の両端に並列に接続されたダイオードＤ１とコンデンサＣ３との直列回路とを備えている。

スイッチング素子Ｑ１は、電界効果トランジスタであるＭＯＳ－ＦＥＴが用いられ、ドレインがインダクタＬ２を介してコンデンサＣ２の高電位側に接続され、ソースがコンデンサＣ２の低電位側に接続され、ゲートがスイッチング素子Ｑ１を制御する制御回路に接続されている。

また、定電流回路１８は、力率改善回路１７により昇圧された直流電圧を光源１１の点灯に必要な所定の電圧に降圧するとともに定電流化する降圧チョッパ回路により構成されている。定電流回路１８は、コンデンサＣ３の両端に接続されたスイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ２の直列回路と、ダイオードＤ２の両端に接続されたインダクタＬ３およびコンデンサＣ４の直列回路とを備えている。コンデンサＣ４の両端に光源１１が接続されている。

スイッチング素子Ｑ２は、例えばＭＯＳ－ＦＥＴなどの電界効果トランジスタが用いられ、ドレインがダイオードＤ１のカソードとコンデンサＣ３との接続点に接続され、ソースがダイオードＤ２のカソードとインダクタＬ３との接続点に接続され、ゲートがスイッチング素子Ｑ２を制御する制御回路に接続されている。

また、図４には電源装置１２の基板３０を示す。基板３０の電源の入力部には、入力コネクタＣＮ１に隣接して、雑音防止回路１５を実装する雑音防止回路実装領域Ａが設けられている。この雑音防止回路実装領域Ａに、コンデンサＣ１、一対のノーマルモードチョークＬ１および複合型のラインフィルタ２１が実装されている。

次に、電源装置１２の動作を説明する。

交流電源Ｅが投入されると、交流電圧が雑音防止回路１５を通じて整流回路１６に入力され、交流電圧を整流回路１６で整流するとともにコンデンサＣ２で平滑し、この整流平滑後の全波整流電圧が力率改善回路１７に供給される。

力率改善回路１７では、制御回路によりスイッチング素子Ｑ１が所定のスイッチング周波数でオンオフされ、整流平滑後の直流電圧が所定の電圧に昇圧される。昇圧された直流電圧がコンデンサＣ３で平滑され、定電流回路１８に供給される。

定電流回路１８では、制御回路によりスイッチング素子Ｑ２が所定のスイッチング周波数でオンオフされ、力率改善回路１７から出力される直流電圧が所定の電圧に降圧されるとともに定電流化される。この定電流化された直流電圧が光源１１に供給され、光源１１が点灯する。

また、雑音防止回路１５のコンデンサＣ１、ノーマルモードチョークＬ１および複合型のラインフィルタ２１により電力変換回路１９の主にスイッチング素子Ｑ１が発生する雑音を低減する。

図２および図３のグラフの破線には、比較例の複合型のラインフィルタ（以下、比較例のラインフィルタという）の特性を示す。

複合型のラインフィルタ２１と比較例のラインフィルタとでは、コイルの大きさ、巻き数、Ｌ値および線間容量が異なっている。線間容量については、コイルの巻線が絶縁物で被覆されているため、巻線間に絶縁物が介在してコンデンサと同じ構造となることから発生するもので、コイルが大きく、巻き数が多い場合に、線間容量が大きくなる。線間容量は、低周波域での影響は少ないが、高周波域では線間容量が大きいほど漏れ電流が増加してインピーダンスが小さくなる影響がある。

そして、複合型のラインフィルタ２１は、比較例のラインフィルタと比較して、コイルの大きさが小さく、巻き数が少なく、Ｌ値および線間容量が小さい。

そのため、複合型のラインフィルタ２１は、比較例のラインフィルタと比較して、高い周波数にインピーダンスピークがあり、インピーダンスピークから高い周波数域（３０Ｈｚ以上を含む）のインピーダンスが高く、インピーダンスピークから低い周波数域でのインピーダンスが低くなる特性を有している。したがって、複合型のラインフィルタ２１は、３０ＭＨｚでのインピーダンス値が１ｋΩ以上にあるとともに、線間容量が７ｐＦ以下にあることにより、比較例のラインフィルタと比較して、３０ＭＨｚ以上の高周波域の雑音の低減に優れた特性を有している。

図５の表には、比較例のラインフィルタ、複合型のラインフィルタ２１、および第２の比較例としてインピーダンスピークが３０Ｈｚ以上の周波数にある高周波域用のラインフィルタについて、インピーダンスピークである並列共振周波数ｆ_０、インダクダンスＬ、線間容量Ｃｐを示す。

並列共振周波数ｆ_０は、線間容量Ｃｐによって発生し、インダクタとコンデンサとが共振して発生する。並列共振周波数ｆ_０は、以下の式で表される。

線間容量Ｃｐは、並列共振周波数ｆ_０から求めることができ、以下の式で表される。

また、複合型のラインフィルタ２１が３０ＭＨｚ以上の高周波域の雑音の低減に優れた特性を有している分、低周波域の雑音の低減効果が少なくなるが、併用するノーマルモードチョークＬ１により低周波域の雑音を低減することができ、雑音の低減効果を補完することができる。

また、電気用品安全法では、５ｋＨｚ～３０ＭＨｚでの雑音端子電圧、３０ＭＨｚ～３０ＭＨｚでの放射電界強度、９ｋＨｚ～３０ＭＨｚでの放射磁界強度のそれぞれにおける雑音の限度値が規定されており、ノーマルモードチョークＬ１と複合型のラインフィルタ２１との併用により広域において各限度値よりも低い値に雑音レベルを抑えることができる。

このように、本実施形態の電源装置１２では、電力変換回路１９の入力部に、インピーダンスピークが３０ＭＨｚ未満の周波数にあるが、３０ＭＨｚでのインピーダンス値が１ｋΩ以上、および線間容量が７ｐＦ以下にあることにより、３０ＭＨｚ以上の高周波域の雑音を効果的に低減する特性を有する複合型のラインフィルタ２１と、低周波域の雑音を低減するノーマルモードチョークＬ１とを併用しているため、広域の雑音を低減できる。

しかも、ここで用いられる複合型のラインフィルタ２１は、比較例のラインフィルタなどに比較してサイズが小さいため、基板３０の限られた雑音防止回路実装領域Ａのスペースの中で、ノーマルモードチョークＬ１を実装するスペースを設けることができ、基板３０を大形化することなく、広域の雑音の低減が実現できる。

なお、電源装置１２は、照明装置１０に用いることにより雑音を低減できるが、他の電気機器にも用いることができる。

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。

１０照明装置
１２電源装置
１９電力変換回路
２１ラインフィルタ
Ｌ１ノーマルモードチョーク
Ｑ１スイッチング素子

Claims

スイッチング素子を有し、入力電力を所定の直流電力に変換する電力変換回路と；
前記電力変換回路の入力部に接続された３０ＭＨｚ以上の高周波域の雑音を低減するセクション付き複合型のラインフィルタと；
前記電力変換回路の入力部に接続された３０ＭＨｚ未満の高周波域の雑音を低減するノーマルモードチョークと；
を備え、
前記ラインフィルタは、前記電力変換回路と前記ノーマルモードチョークとの間に接続される
ことを特徴とする電源装置。
前記ラインフィルタは、インピーダンスピークが３０ＭＨｚ未満の周波数にありかつ３０ＭＨｚでのインピーダンス値が１ｋΩ以上にある
ことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
前記ラインフィルタは、インピーダンスピークが３０ＭＨｚ未満の周波数にありかつ線間容量が７ｐＦ以下にある
ことを特徴とする請求項１または２記載の電源装置。
請求項１ないし３いずれか一記載の電源装置を備える
ことを特徴とする照明装置。