JP6915317B2 - 点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばＬＥＤの発光に用いられる点灯装置、及びその点灯装置を備えた照明器具に関する。

特許文献１には、商用電源からの交流電圧がノイズフィルタ回路を介して、整流回路に供給されることが開示されている。ノイズフィルタ回路は、点灯装置内部で発生したノイズを除去し、不要なノイズが商用電源側に流出することを防止するものである。特許文献１には、入力電圧ラインのそれぞれに接続された巻線を共通するコアに巻き回し、コモンモードノイズを除去するためのコモンモードチョークコイルと、このコモンモードチョークコイルの前後の入力電圧ライン間に接続されるアクロスザラインキャパシタと、ノーマルモードノイズを除去するためのノーマルモードチョークコイルとでノイズフィルタ回路を構成したことが開示されている。

特開２００６−３５１３５３号公報

例えばＣＩＳＰＲ規格などを満たすために点灯装置のノイズ低減が求められている。特に、例えば９ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚ程度の低周波数帯におけるノイズの低減が求められていた。点灯装置の大型化を回避しつつノイズ低減を実現することが好ましい。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、装置の大型化を回避しつつノイズを低減できる点灯装置および照明器具を提供することを目的とする。

本願の発明に係る点灯装置は、交流電源に接続されるフィルタ回路と、該フィルタ回路の出力に接続される力率改善回路と、該力率改善回路の出力に接続される点灯回路と、を備え、該フィルタ回路は閉磁路形のコアを有するチョークコイルと、該交流電源に並列に接続されたキャパシタを有し、該キャパシタの容量は０．４７μＦ以下であり、該フィルタ回路は９ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚの低周波数帯におけるノイズを低減することを特徴とする。

本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

本発明によれば、例えば閉磁路形のコアを有するチョークコイルをフィルタ回路に設けることで、装置の大型化を回避しつつノイズを低減できる。

実施の形態１に係る照明器具の回路図である。 チョークコイルの斜視図である。 チョークコイルの変形例を示す斜視図である。 チョークコイルの別の変形例を示す斜視図である。 変形例に係る照明器具の回路図である。 実施の形態２に係る照明器具の回路図である。 実施の形態３に係るＬＥＤモジュールの断面図である。 実施の形態４に係る照明器具の点灯回路の回路図である。 制御回路のハードウェア構成図である。

本発明の実施の形態に係る点灯装置と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。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る照明器具の回路図である。この照明器具は点灯装置１０を備えている。点灯装置１０は交流電源１２に接続されるフィルタ回路１４を備えている。フィルタ回路１４の出力には力率改善回路１６が接続されている。力率改善回路１６の出力には点灯回路１８が接続されている。点灯回路１８の出力はＬＥＤモジュール２０に接続されている。

フィルタ回路１４は、交流電源１２に並列に接続されたキャパシタＣ１を備えている。このキャパシタＣ１にコモンモードチョークコイルＬ１が並列接続されている。コモンモードチョークコイルＬ１には、チョークコイルＬ２とキャパシタＣ２が直列に接続されている。チョークコイルＬ２とキャパシタＣ２の中点と、キャパシタＣ２とコモンモードチョークコイルＬ１の中点が、フィルタ回路１４の出力となっている。キャパシタＣ１、Ｃ２の容量は例えば０．１μＦである。なお、交流電源１２の変圧が不要な場合はコモンモードチョークコイルＬ１を省略してもよい。

図２は、チョークコイルＬ２の斜視図である。チョークコイルＬ２は、ドラム形状ではなく、ＥＥ形のコアＥＥＣに、導線Ｗ１を巻きつけることで形成されている。コアＥＥＣは例えばフェライトなどの磁性材料で形成されている。導線Ｗ１の一端Ｔ１がコモンモードチョークコイルＬ１に接続され、他端Ｔ２がキャパシタＣ２に接続されている。チョークコイルＬ２は電源のノイズを除去するために設けられている。

ここで、比較例について検討する。比較例の照明器具は、チョークコイルＬ２が開磁路構造であるドラム形チョークコイルである点において、実施の形態１に係るフィルタ回路１４と相違している。ドラム形チョークコイルは広く用いられている安価なチョークコイルである。比較例のチョークコイルＬ２のインダクタンスは数百μＨである。具体的には、例えば３３０μＨ程度である。５０Ｗ程度までの出力電力であれば、力率改善回路１６のキャパシタＣ３の容量は０．４７μＦ程度までである。このようなフィルタ定数では、９ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚの低周波数帯域のノイズを減衰させることは難しい。

９ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚの低周波数帯域のノイズを低減するにはキャパシタＣ１、Ｃ２の容量を大きくしたいが、そうすると入力電流の力率が低下してしまう。また、キャパシタＣ１、Ｃ２の容量を大きくすればキャパシタが大型化する。よってキャパシタＣ１、Ｃ２の容量を大きくするには限界がある。そこで、ドラム形チョークコイルで形成されたチョークコイルＬ２を大きくすることで対応したいが、ドラム形チョークコイルのインダクタンス値を大きくすると、流せる電流は小さくなってしまう。つまり、定格電流を維持できない。

これに対し、図２に示される本発明の実施の形態１に係るチョークコイルＬ２を使用することで、チョークコイルＬ２の定格電流とインダクタンス値を大きくすることができる。例えばインダクタンス値は数ｍＨ程度まで大きくすることができる。チョークコイルＬ２のインダクタンスは１ｍＨ以上であることが好ましい。しかも、ＥＥ形のコアＥＥＣを採用することによる照明器具の大型化はない。これにより、フィルタ回路１４で９ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚ程度の低周波数帯のノイズを低減することができる。

図３は、チョークコイルＬ２の変形例を示す斜視図である。このチョークコイルＬ２は、磁性材料で形成されたＥＩ形のコアＥＩＣを有している。コアＥＩＣに導線Ｗ２が巻きつけられている。

図４は、チョークコイルＬ２の別の変形例を示す斜視図である。このチョークコイルＬ２は、磁性体で形成されたＥＲ形のコアＥＲＣを有している。コアＥＲＣに導線Ｗ３が巻きつけられている。

図１の説明に戻る。フィルタ回路１４の出力には力率改善回路１６が接続されている。
力率改善回路１６に入力された電力は整流器１６Ａで整流される。力率改善回路１６は、整流された脈流電圧をキャパシタＣ４に予め定められた直流高電圧に充電する昇圧チョッパ回路を備えている。昇圧チョッパ回路は、一端が整流器１６Ａの高電位側と接続されたコイルＬ３、ドレイン側がコイルＬ３の他端と接続されたスイッチング素子ＳＷ１、コイルＬ３の他端とスイッチング素子ＳＷ１のドレイン側との接続点にアノードが接続されたダイオードＤ１で構成されている。

スイッチング素子ＳＷ１がＯＦＦのときにダイオードＤ１を介して電流が流れ、この時にスイッチング素子ＳＷ１がＯＮのときにコイルＬ３に蓄積されたエネルギーが更に放出され、キャパシタＣ４が充電される。キャパシタＣ４の正極はダイオードＤ１のカソードに接続され、負極は整流器１６Ａの低電位側に接続される。キャパシタＣ４の充電電圧は、直列に接続された抵抗素子Ｒ１、Ｒ２により分圧され、ＦＢ部１６Ｃを経由して制御回路１６Ｂに入力される。制御回路１６Ｂは、この分圧電圧が一定になるように、スイッチング素子ＳＷ１を制御するためのスイッチング信号を出力する。スイッチング素子ＳＷ１は当該スイッチング信号によってオンオフ制御される。このように昇圧チョッパ回路では、出力電圧が定電圧になるように制御される。

制御回路１６Ｂは例えばマイコンである。マイコンの動作電圧はスイッチング素子ＳＷ１の駆動に要する電圧に足りないので、マイコンの動作電圧をそのままスイッチング素子ＳＷ１に印加することはできない。そこで、制御回路１６Ｂから一旦ＭＯＳＦＥＴドライバーにスイッチング信号を入力し、ＭＯＳＦＥＴドライバーにて信号レベルを高めた後に、スイッチング素子ＳＷ１に信号を供給し、安定なスイッチングを行うことが好ましい。

点灯回路１８は例えばバックコンバータ回路を構成している。周知のバックコンバータ回路を点灯回路１８とすることができる。点灯回路１８の出力電流がＬＥＤモジュール２０を点灯させる。

上述のとおり、本発明の実施の形態１に係る点灯装置１０では閉磁路構造のチョークコイルＬ２を使用することにより、チョークコイルＬ２のインダクタンス値を大きくすることができる。よって、低ノイズのＬＥＤ電源を供給できる。

本発明の実施の形態１に係る点灯装置と照明器具はその特徴を失わない範囲で様々な変形をなし得る。例えば、チョークコイルＬ２は閉磁路形のコアを有するものであればよく、ＥＥ形、ＥＩ形、ＥＲ形以外の形状を採用してもよい。

図５は、変形例に係る照明器具の回路図である。図５の照明器具は、図１の照明器具からキャパシタＣ２を除去したものである。そのため、フィルタ回路１４は交流電源１２に並列に接続されたキャパシタを１つだけ備えている。フィルタ回路１４に設けられたキャパシタはキャパシタＣ１だけである。このようにキャパシタＣ２を削除した場合においても、チョークコイルＬ２を設けることで、９ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚ程度の低周波数帯域のノイズを低減することが可能となる。

これらの変形は以下の実施の形態に係る点灯装置と照明器具に応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る点灯装置と照明器具については、実施の形態１との共通点が多いので実施の形態１に係る点灯装置と照明器具との相違点を中心に説明する。

実施の形態２．
図６は、実施の形態２に係る照明器具の回路図である。交流電源１２に接続されるフィルタ回路３０はラインフィルタＬＦを備えている。ラインフィルタＬＦは、交流電源１２からのノイズをフィルタするとともに、点灯装置１０のノイズを外部に出さないために設けられる。ラインフィルタＬＦとしては、例えばコイルとキャパシタで構成された周知の電源ラインフィルタを用いることができる。

また、ラインフィルタＬＦとして、コモンモード成分のインダクタンス値と、ノーマルモード成分のインダクタンス値を併せ持つハイブリッドラインフィルタを使用することもできる。これにより部品点数の削減が可能となる。すなわち、コモンモードチョークコイルとノーマルモードチョークコイルを組み合わせ１つの部品とすることができる。

実施の形態３．
図７は、実施の形態３に係るＬＥＤモジュール２０の断面図である。ＬＥＤモジュール２０は点灯回路１８から電流供給を受ける。ＬＥＤモジュール２０は、接地用金属筐体２０Ａと、接地用金属筐体２０Ａの上に設けられたプリント基板２０Ｂと、プリント基板２０Ｂの上に設けられたＬＥＤパッケージ２０Ｃとを備えている。プリント基板２０Ｂは上面に配線パターン２０Ｄを有する。配線パターン２０Ｄは例えば銅箔パターンである。この配線パターン２０ＤにＬＥＤパッケージ２０Ｃが接続されている。配線パターン２０ＤからＬＥＤパッケージ２０Ｃの中のＬＥＤに電流供給されることで当該ＬＥＤが発光する。

接地用金属筐体２０Ａはアースと接続される。そして、配線パターン２０Ｄと、アースされた接地用金属筐体２０Ａとの間に浮遊容量２０ｂが発生する。浮遊容量２０ｂとは、寄生キャパシタにより生じる寄生容量のことである。この浮遊容量２０ｂを介してノイズがアースへ流れ込む。これにより、主として３０ＭＨｚ以上の高周波帯域のノイズを低減することができる。

実施の形態４．
図８は、実施の形態４に係る照明器具の点灯回路１８の回路図である。点灯回路１８は、力率改善回路の出力に接続されたバックコンバータ回路を有している。バックコンバータ回路は、スイッチング素子ＳＷ２と、ダイオードＤ２と、コイルＬ４と、キャパシタＣ５と、抵抗素子Ｒ３を備えている。スイッチング素子ＳＷ２とダイオードＤ２からなる直列回路が昇圧チョッパ回路のキャパシタＣ１と並列に接続されている。スイッチング素子ＳＷ２のドレインがキャパシタＣ４の正極と接続し、ソースがダイオードＤ２のカソードに接続される。コイルＬ４、キャパシタＣ５及び抵抗素子Ｒ３がこの順に接続して直列回路を形成しており、この直列回路がダイオードＤ２に並列に接続している。キャパシタＣ４に充電された直流高電圧は、スイッチング素子ＳＷ２、コイルＬ４及びダイオードＤ２を備えるバックコンバータ回路を介して、キャパシタＣ５で平滑され、ＬＥＤモジュール２０に供給され、ＬＥＤが点灯する。

スイッチング素子ＳＷ２のオンオフは制御回路１８Ａによって制御される。制御回路１８Ａは、スイッチング素子ＳＷ２のスイッチング周波数を、予め定められた周波数より大きい第１周波数と、その予め定められた周波数より小さい第２周波数の間で時間変化させる。「予め定められた周波数」は例えば５０ｋＨｚであり、第１周波数は例えば５１ｋＨｚであり、第２周波数は例えば４９ｋＨｚである。この場合、５０ｋＨｚ動作、５１ｋＨｚ動作、５０ｋＨｚ動作、４９ｋＨｚ動作、５０ｋＨｚ動作がこの順で実行される。

スイッチング素子ＳＷ２のスイッチング周波数を一定にした場合、測定器の規格上、ノイズが大きくなることがある。そこで、実施の形態４では、バックコンバータ回路のスイッチング周波数を経時的に変化させる。周波数の変化量は＋１ｋＨｚか−１ｋＨｚと小さくしたので、実動作に影響しない。つまり、実質的に５０ｋＨｚで動作させるのと同じである。スイッチング周波数の変化量は±１ｋＨｚ程度が好ましく、当該変化量を大きくすることは好ましくない。例えば３０−８０ｋＨｚの間でスイッチング周波数を行き来させることはない。このようにスイッチング周波数の変化量が大きいと、応答速度を考慮するとフィードバック制御できなくなるおそれがある。

制御回路１８Ａは専用のハードウェアであっても、メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰともいう）であってもよい。処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路はたとえば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものが該当する。

図９には、処理回路がＣＰＵの場合の制御回路１８Ａの構成例が示されている。この場合、制御回路１８Ａの各機能はソフトウェアまたはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア又はファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ１８ｃに格納される。プロセッサ１８ｂはメモリ１８ｃに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより各機能を実現する。すなわち、スイッチング素子ＳＷ２のスイッチング周波数を時間変化させることになるプログラムを格納するメモリ１８ｃを備える。受信装置１８ａがＦＢ部１８Ｂから信号を受け、受信装置１８ａが受けた信号に応じてプロセッサ１８ｂとメモリ１８ｃが動作しスイッチング周波数を決める。決定されたスイッチング周波数は、送信装置１８ｄからスイッチング素子ＳＷ２に伝送される。ここでメモリ１８ｃとは、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はＤＶＤ等が該当する。当然ながら、上記機能の一部をハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。なお、ここまでで説明した各実施の形態に係る点灯装置と照明器具の特徴は組み合わせて用いてもよい。

１２ 交流電源、 １４ フィルタ回路、 １６ 力率改善回路、 １８ 点灯回路、 ２０ ＬＥＤモジュール、 Ｌ２ チョークコイル

Claims (4)

1. 交流電源に接続されるフィルタ回路と、
   前記フィルタ回路の出力に接続される力率改善回路と、
   前記力率改善回路の出力に接続される点灯回路と、を備え、
   前記フィルタ回路は閉磁路形のコアを有するチョークコイルと、前記交流電源に並列に接続されたキャパシタを有し、
   前記キャパシタの容量は０．４７μＦ以下であり、
   前記フィルタ回路は９ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚの低周波数帯におけるノイズを低減することを特徴とする点灯装置。
2. 前記コアは、磁性材料で形成されたＥＥ形、ＥＩ形又はＥＲ形のコアであることを特徴とする請求項１に記載の点灯装置。
3. 前記フィルタ回路は前記交流電源に並列に接続されたキャパシタを１つ備え、
   前記フィルタ回路に設けられたキャパシタは前記キャパシタだけであることを特徴とする請求項１又は２に記載の点灯装置。
4. 前記チョークコイルのインダクタンスは１ｍＨ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の点灯装置。

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