JP7614557B2 - Power supply and lighting equipment - Google Patents
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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。 Embodiments of the present invention relate to a power supply device having a switching element and a lighting device equipped with this power supply device.
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。 Conventionally, for example, in lighting devices, power supplies equipped with power conversion circuits that use switching elements to convert input power into a specified DC power are used to light the light source. In this power supply device, a noise filter is provided on the input wiring connected to the input section of the power conversion circuit to reduce noise generated by the switching elements, etc.
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。 Since installing a noise filter on the input wiring is time-consuming, it is desirable to be able to reduce noise without installing a noise filter on the input wiring.
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。 The problem that this invention aims to solve is to provide a power supply device and lighting device that can reduce noise.
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。 The power supply device of the embodiment includes a power conversion circuit having a switching element and converting input power into a predetermined DC power, a composite line filter with sections that is connected to an input of the power conversion circuit and reduces noise in a high frequency range of 30 MHz or more , and a normal mode choke that is connected to the input of the power conversion circuit and reduces noise in a high frequency range of less than 30 MHz . The line filter is connected between the power conversion circuit and the normal mode choke.
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。 The power supply device of the embodiment is expected to reduce noise.
以下、一実施形態を、図面を参照して説明する。 An embodiment will be described below with reference to the drawings.
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。
As shown in FIG. 1, the
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。
The
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。
The
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。
The
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。 The normal mode choke L1 is a choke coil that primarily reduces noise from normal mode components, and has the characteristic of reducing noise in the low frequency range, for example, below 30 MHz.
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。
The
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。
As shown by the solid lines in the graphs of Figures 2 and 3, the
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。
The
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。
The power
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。 Switching element Q1 is a MOS-FET field effect transistor, with its drain connected to the high potential side of capacitor C2 via inductor L2, its source connected to the low potential side of capacitor C2, and its gate connected to a control circuit that controls switching element Q1.
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。
The constant
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。 Switching element Q2 is, for example, a field effect transistor such as a MOS-FET, with its drain connected to the connection point between the cathode of diode D1 and capacitor C3, its source connected to the connection point between the cathode of diode D2 and inductor L3, and its gate connected to a control circuit that controls switching element Q2.
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。
Figure 4 also shows the
次に、電源装置12の動作を説明する。
Next, the operation of the
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。
When the AC power supply E is turned on, the AC voltage is input to the
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。
In the power
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。
In the constant
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。
In addition, the
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。
As shown by the solid lines in the graphs of Figures 2 and 3, the
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。 The dashed lines in the graphs of Figures 2 and 3 show the characteristics of a comparative example composite line filter (hereinafter referred to as the comparative example line filter).
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。
The
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。
Compared to the comparative line filter, the
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。
Therefore, compared to the line filter of the comparative example, the
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f0、インダクダンスL、線間容量Cpを示す。
The table in FIG. 5 shows the parallel
並列共振周波数f0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f0は、以下の式で表される。 The parallel resonant frequency f0 is generated by the line capacitance Cp and is generated by the resonance of the inductor and the capacitor. The parallel resonant frequency f0 is expressed by the following formula.
線間容量Cpは、並列共振周波数f0から求めることができ、以下の式で表される。 The line capacitance Cp can be calculated from the parallel resonance frequency f0 and is expressed by the following formula.
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。
In addition, because the
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。
The Electrical Appliance and Material Safety Law also prescribes noise limits for terminal noise voltage at 5 kHz to 30 MHz, radiated electric field strength at 30 MHz to 30 MHz, and radiated magnetic field strength at 9 kHz to 30 MHz. By using the normal mode choke L1 in combination with the
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。
In this way, in the
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。
Moreover, the
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。
Although the
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。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.
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
REFERENCE SIGNS
Claims (4)
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。 A power conversion circuit having a switching element and converting input power into a predetermined DC power;
a composite line filter with sections for reducing noise in a high frequency range of 30 MHz or more , connected to an input section of the power conversion circuit;
A normal mode choke connected to an input of the power conversion circuit for reducing noise in a high frequency range below 30 MHz ;
Equipped with
The line filter is connected between the power conversion circuit and the normal mode choke.
A power supply device comprising:
ことを特徴とする請求項1記載の電源装置。 2. The power supply device according to claim 1, wherein the line filter has an impedance peak at a frequency less than 30 MHz and an impedance value at 30 MHz of 1 kΩ or more.
ことを特徴とする請求項1または2記載の電源装置。 3. The power supply device according to claim 1, wherein the line filter has an impedance peak at a frequency less than 30 MHz and a line capacitance of 7 pF or less.
ことを特徴とする照明装置。 A lighting device comprising the power supply device according to any one of claims 1 to 3.
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