JP2009303311A - 電源装置及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な回路構成で、ノイズの発生を抑えるとともに、突入電流抑制回路を正しく動作させる。
【解決手段】電源装置１００は、入力平滑コンデンサＣ４１、突入電流抑制回路１３０、トランス１６０、出力平滑コンデンサＣ８２を有する。トランス１６０は、一方の端が一次巻線１６１の一方の端に電気接続したシールド巻線１６３を有する。突入電流抑制回路１３０は、シールド巻線１６３の両端に発生したシールド巻線電圧に基づいて、突入電流の抑制を制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、トランスとスイッチング素子とを用いた電源装置に関する。

コンデンサ入力型の回路において、電源投入時の突入電流を抑制するため、入力段のコンデンサと直列に突入電流抑制回路を設けることが知られている。
また、トランスとスイッチング素子とを利用した回路において、トランスにおける寄生容量の影響により発生するノイズを低減するトランスの構成が知られている。
特昭６３−２０６１６０号公報 実開平２−５３２３２号公報

突入電流抑制回路は、入力段のコンデンサに充電された電圧に基づいて、正しく動作させる必要がある。このため、突入電流抑制回路を正しく動作させるためのトリガを、回路中のどこから取得するかが課題となる。
また、回路から発生するノイズが他の装置に悪影響を及ぼさないようにするため、ノイズの発生を抑える必要がある。特に、スイッチング電源は、外部に放射するノイズを抑えるという課題が必然的に存在し、できるだけ安価な方式で、効果的にノイズを低減することが望まれる。
この発明は、例えば、上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡単な回路構成で、ノイズの発生を抑えるとともに、突入電流抑制回路を正しく動作させることを目的とする。

この発明にかかる電源装置は、入力平滑コンデンサと、上記入力平滑コンデンサに流れる突入電流を抑制する突入電流抑制回路と、上記入力平滑コンデンサに充電された入力平滑電圧を一次巻線に印加されるトランスと、上記トランスの二次巻線に発生した二次電圧により充電される出力平滑コンデンサとを有する電源装置において、上記トランスは、一方の端が上記一次巻線の一方の端に電気接続したシールド巻線を有し、上記突入電流抑制回路は、上記シールド巻線の両端に発生したシールド巻線電圧に基づいて、上記突入電流の抑制を制御することを特徴とする。

この実施の形態にかかる電源装置によれば、シールド巻線の効果によりトランスから発生するノイズを抑えることができるとともに、シールド巻線電圧を利用して突入電流抑制回路を動作させることができ、電源装置の回路構成を簡略化することができる。

実施の形態１．
実施の形態１について、図１〜図４を用いて説明する。

図１は、この実施の形態における照明器具８００の機能ブロックの構成を示すブロック構成図である。
照明器具８００は、商用電源などの交流電源ＡＣから電力の供給を受け、光源を点灯する。照明器具８００は、電源装置１００、ＬＥＤ回路８１０を有する。

ＬＥＤ回路８１０は、１以上のＬＥＤを光源として有し、電源装置１００が生成した直流電流によりＬＥＤを点灯する。ＬＥＤ回路８１０が、複数のＬＥＤを有する場合、複数のＬＥＤは、互いに直列に電気接続していてもよいし、並列に電気接続していてもよいし、直並列に電気接続していてもよい。また、複数のＬＥＤが並列もしくは直並列に電気接続している場合、複数のＬＥＤに流れる電流が等しくなるようにするため、ＬＥＤ回路８１０は、カレントミラー回路などを有していてもよい。

電源装置１００は、直流電流源である。電源装置１００は、交流電源ＡＣから電力を入力し、ＬＥＤ回路８１０に流す直流電流を生成する。電源装置１００は、ノイズフィルタ回路１１０、整流回路１２０、突入電流抑制回路１３０、入力平滑コンデンサＣ４１、スイッチング回路１５０、トランス１６０、整流素子Ｄ８１、出力平滑コンデンサＣ８２、出力検出回路１９０を有する。

ノイズフィルタ回路１１０は、照明器具８００の外部で発生したノイズが電源装置１００内に侵入するのを防ぐとともに、電源装置１００内で発生したノイズが外部に漏れるのを防ぐ。ノイズフィルタ回路１１０は、例えば、アクロスザラインコンデンサ、コモンモードチョーク、ノーマルモードチョークなどにより構成される。

整流回路１２０は、ノイズフィルタ回路１１０を介して交流電源ＡＣから低周波交流電圧（例えば１００Ｖ（実効値）５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）を入力し、入力した低周波交流電圧を整流して、脈流電圧を生成する。整流回路１２０は、例えばダイオードブリッジなどにより構成される。整流回路１２０は、生成した脈流電圧を出力するため、二つの端子（以下それぞれ「整流基準端子」「整流出力端子」と呼ぶ。）を有する。整流回路１２０は、生成した脈流電圧を、整流基準端子に対する整流出力端子の電位差として出力する。整流出力端子の電位は、整流基準端子の電位以上である。整流基準端子は、電源装置１００の一次側グランド配線に電気接続している。

入力平滑コンデンサＣ４１は、静電容量素子である。入力平滑コンデンサＣ４１は、整流回路１２０が生成した脈流電圧により充電され、脈流電圧を平滑して、直流電圧を生成する。入力平滑コンデンサＣ４１は、例えば電解コンデンサである。入力平滑コンデンサＣ４１は、二つの端子（以下それぞれ「入力平滑陽極端子」「入力平滑陰極端子」と呼ぶ。）を有する。二つの端子の呼び名を区別するのは、入力平滑コンデンサＣ４１が電解コンデンサなど極性を有するコンデンサである場合を考慮してのことであり、入力平滑コンデンサＣ４１が極性のないコンデンサである場合、いずれの端子が入力平滑陽極端子で、いずれの端子が入力平滑陰極端子であってもよい。入力平滑陰極端子は、電源装置１００の一次側グランド配線に電気接続している。

突入電流抑制回路１３０は、照明器具８００に交流電源ＡＣから電力が供給され始めたとき、入力平滑コンデンサＣ４１が十分充電されていないことにより流れる突入電流を抑制するための回路である。突入電流抑制回路１３０は、三つの端子（以下それぞれ「抑制基準端子」「抑制制御端子」「抑制出力端子」と呼ぶ。）を有する。抑制基準端子は、入力平滑コンデンサＣ４１の入力平滑陽極端子に電気接続している。抑制出力端子は、整流回路１２０の整流出力端子に電気接続している。
突入電流抑制回路１３０は、抑制基準端子に対する抑制制御端子の電位に基づいて、抑制出力端子と抑制基準端子との間の電気抵抗値が変化する。電源投入直後、突入電流抑制回路１３０は、抑制出力端子と抑制基準端子との間の電気抵抗値を大きくすることにより、突入電流を抑制する。その後、入力平滑コンデンサＣ４１が十分に充電されたのち、突入電流抑制回路１３０は、抑制出力端子と抑制基準端子との間の電気抵抗値を小さくすることにより、突入電流抑制回路１３０における無駄な電力消費を抑える。なお、突入電流抑制回路１３０の詳細については、後述する。

トランス１６０は、三つの巻線（以下それぞれ「一次巻線１６１」「二次巻線１６２」「シールド巻線１６３」と呼ぶ。）を有する。一次巻線１６１の一方の端と、シールド巻線１６３の一方の端とは、互いに電気接続し、入力平滑コンデンサＣ４１の入力平滑陽極端子に電気接続している。また、二次巻線１６２の一方の端は、電源装置１００の二次側グランド配線に電気接続している。なお、トランス１６０の詳細については、後述する。

スイッチング回路１５０（パワースイッチング回路）は、トランス１６０の一次巻線１６１の他方の端と、電源装置１００の一次側グランド配線との間を接続するスイッチ（例えばパワーＦＥＴ）を有する。スイッチング回路１５０は、高周波（例えば１４０ｋＨｚ）でスイッチのオンオフを繰り返すことにより、入力平滑コンデンサＣ４１に貯められたエネルギーをトランス１６０の二次側に伝達する。すなわち、スイッチがオンの間は、入力平滑コンデンサＣ４１に充電された電圧がトランス１６０の一次巻線１６１に印加され、入力平滑コンデンサＣ４１に電荷として貯められたエネルギーを、磁気エネルギーに変換して、トランス１６０に貯める。スイッチがオフになると、トランス１６０に貯められた磁気エネルギーが二次側に伝達され、出力平滑コンデンサＣ８２を充電する。
また、スイッチング回路１５０は、出力検出回路１９０が検出したＬＥＤ回路８１０を流れる負荷電流に基づいて、スイッチをオンオフする周波数やデューティ比を変化させることにより、トランス１６０の二次側に伝達されるエネルギーを調整し、負荷電流が一定になるよう制御する。
なお、この例では負荷がＬＥＤ回路８１０なので、負荷電流を制御しているが、スイッチング回路１５０は、負荷電圧が一定になるよう制御する構成としてもよい。

なお、スイッチング回路１５０のスイッチングに伴うノイズを低減するため、一次巻線１６１と並列にスナバ回路を設けてもよい。

整流素子Ｄ８１は、二つの端子（以下それぞれ「整流陽極端子」「整流陰極端子」と呼ぶ。）を有する。整流陽極端子の電位が整流陰極端子の電位より高い場合、整流素子Ｄ８１は、整流陽極端子と整流陰極端子との間の電気抵抗値が小さくなり、整流陽極端子から整流陰極端子へ向けて電流が流れる。逆に、整流陽極端子の電位が電流陰極端子の電位より低い場合、整流素子Ｄ８１は、整流陽極端子と整流陰極端子との間の電気抵抗値が大きくなり、電流を遮断する。整流素子Ｄ８１は、例えば半導体ダイオードである。これにより、整流素子Ｄ８１は、トランス１６０の二次巻線１６２から、出力平滑コンデンサＣ８２を充電する電流を取り出す。整流陽極端子は、トランス１６０の二次巻線１６２の一方の端に電気接続している。

出力平滑コンデンサＣ８２は、二つの端子（以下それぞれ「出力平滑陽極端子」「入力平滑陰極端子」と呼ぶ。）を有する静電容量素子である。出力平滑コンデンサＣ８２は、トランス１６０の二次巻線１６２から整流素子Ｄ８１が取り出した電流により充電され、出力平滑コンデンサＣ８２に充電された電圧は、電源装置１００の出力となり、ＬＥＤ回路８１０に印加される。出力平滑陽極端子は、整流素子Ｄ８１の整流陰極端子に電気接続している。出力平滑陰極端子は、電源装置１００の二次側グランド配線に電気接続している。

出力検出回路１９０（検出回路）は、電源装置１００の負荷であるＬＥＤ回路８１０に流れる負荷電流を検出する。出力検出回路１９０は、検出した負荷電流を表わす信号（例えば、負荷電流の電流値そのものを表わす信号、もしくは、負荷電流の電流値が所定の電流値より大きいか小さいかを表わす信号など）を出力する。出力検出回路１９０が出力した信号は、スイッチング回路１５０に入力し、負荷電流が一定になるよう制御する。なお、スイッチング回路１５０が負荷電流ではなく、負荷電圧が一定になるよう制御する場合、出力検出回路１９０は、負荷電流ではなく、負荷電圧を検出し、検出した負荷電圧を表わす信号を出力する。

なお、電源装置１００の一次側と二次側とは、トランス１６０を挟んで電気的に分離している。スイッチング回路１５０と出力検出回路１９０とは、フォトカプラなどの分離回路（フィードバック回路）を介して接続される。分離回路は、出力検出回路１９０内にあってもよいし、スイッチング回路１５０内にあってもよいし、スイッチング回路１５０および出力検出回路１９０とは別に存在してもよい。

また、電位の浮遊によるノイズの発生を抑えるため、一次側の回路と二次側の回路とを、コンデンサなどを介して接続してもよい。その場合、一次側・二次側ともに、電位が比較的安定している場所を選んで、接続点とする。例えば、一次側は、一次側グランド配線や入力平滑コンデンサＣ４１の入力平滑陽極端子を接続点とし、二次側は、二次側グランド配線や出力平滑コンデンサＣ８２の出力平滑陽極端子を接続点とする。

図２は、この実施の形態におけるトランス１６０の構造を示す平面図及びＡ−Ａ断面図である。
トランス１６０は、一次巻線１６１、二次巻線１６２、シールド巻線１６３に加えて、鉄芯１７０、トランス第一端子１７１、トランス第二端子１７２、トランス第三端子１７３、トランス第四端子１７４、トランス第五端子１７５を有する。

一次巻線１６１（一次側巻線）は、一方の端がトランス第三端子１７３に電気接続し、他方の端がトランス第二端子１７２に電気接続した導線である。一次巻線１６１は、トランス第三端子１７３に接続した側を巻き始めとして、鉄芯１７０に巻付けられている。一次巻線１６１の巻き数は、例えば、１００ターン程度である。
二次巻線１６２（二次側巻線）は、一方の端がトランス第四端子１７４に電気接続し、他方の端がトランス第五端子１７５に電気接続した導線である。二次巻線１６２は、トランス第四端子１７４に接続した側を巻き始めとして、鉄芯１７０に巻付けられている。
シールド巻線１６３は、一方の端がトランス第二端子１７２に電気接続し、他方の端がトランス第一端子１７１に電気接続した導線である。シールド巻線１６３は、トランス第二端子１７２に接続した側を巻き始めとして、鉄芯１７０に巻付けられている。シールド巻線１６３の巻き数は、例えば、４０ターン程度である。

図１との関係で言えば、トランス第一端子１７１には、突入電流抑制回路１３０の抑制制御端子が電気接続している。トランス第二端子１７２には、突入電流抑制回路１３０の抑制基準端子および入力平滑コンデンサＣ４１の入力平滑陽極端子が電気接続している。トランス第三端子１７３には、スイッチング回路１５０のスイッチの一端が電気接続している。トランス第四端子１７４には、整流素子Ｄ８１の整流陽極端子が電気接続している。トランス第五端子１７５には、出力平滑コンデンサＣ８２の出力平滑陰極端子が電気接続している。

一次巻線１６１、二次巻線１６２、シールド巻線１６３は、結合度を高くするため、鉄芯１７０（コア）の同じ位置に重ねて巻付けられている。
シールド巻線１６３は、三つの巻線のうち一番内側に巻付けられている。シールド巻線１６３は、鉄芯１７０の巻付け位置いっぱい（ボビンの端から端まで）に、一層をなすように巻付けられている。例えば、鉄芯１７０がＥＥ１９であり、シールド巻線１６３がφ０．２ｍｍのウレタン線（ＵＥＷ線）である場合、ほぼ４０ターンほどで、巻付け位置いっぱいに巻付けることができる。巻き数をもっと多くしたい場合は、もっと細い線を使用してもよい。逆に、巻き数をもっと少なくしたい場合は、もっと太い線を使用してもよい。
一次巻線１６１は、鉄芯１７０にシールド巻線１６３を巻付けたその上に、巻付けられている。二次巻線１６２は、鉄芯１７０に更に一次巻線１６１を巻付けたその上に、巻付けられている。

図３は、この実施の形態における突入電流抑制回路１３０の回路構成を示す電気回路図である。
突入電流抑制回路１３０は、限流素子Ｒ３１、スイッチング素子Ｔ３２、整流素子Ｄ３３、分圧回路１３５を有する。

限流素子Ｒ３１は、二つの端子を有する。限流素子Ｒ３１は、流れる電流が増加すると、両端子間の電圧が大きくなる性質を持つ。限流素子Ｒ３１は、例えば抵抗である。限流素子Ｒ３１は、一方の端子が抑制出力端子に電気接続し、他方の端子が抑制基準端子に電気接続している。これにより、限流素子Ｒ３１は、電源投入直後の突入電流を抑制する。
スイッチング素子Ｔ３２は、三つの端子（以下それぞれ「スイッチ陽極端子」「スイッチ陰極端子」「スイッチ制御端子」と呼ぶ。）を有する。スイッチング素子Ｔ３２は、スイッチ制御端子に対するスイッチ陰極端子の電位（以下「スイッチ制御電圧」と呼ぶ。）が所定の閾値電圧（例えば０．６Ｖ）以上になると、スイッチ陽極端子とスイッチ陰極端子との間が導通し、スイッチ陽極端子からスイッチ陰極端子へ向かう電流（以下「スイッチ電流」と呼ぶ。）が流れる。スイッチング素子Ｔ３２には、保持作用があり、その後、スイッチ制御電圧が所定の閾値電位より低くなっても、何らかのトリガが発生するまで、導通状態を維持する。スイッチング素子Ｔ３２は、例えば、スイッチ電流が所定の保持電流を下回ったことをトリガとして、スイッチ陽極端子とスイッチ陰極端子との間を絶縁する。スイッチング素子Ｔ３２は、例えばサイリスタである。スイッチング素子Ｔ３２は、スイッチ陽極端子が抑制出力端子に電気接続し、スイッチ陰極端子が抑制基準端子に電気接続している。すなわち、スイッチング素子Ｔ３２をオンにすることにより、限流素子Ｒ３１を短絡し、整流回路１２０が生成した脈流電圧を入力平滑コンデンサＣ４１に直接印加することができる。電源投入直後は、スイッチング素子Ｔ３２をオフにして、限流素子Ｒ３１の効果により、突入電流を抑制し、その後、スイッチング素子Ｔ３２をオンにすることにより、限流素子Ｒ３１を短絡し、無駄な電力消費を抑える。
整流素子Ｄ３３（逆流防止ダイオード）は、整流陽極端子と整流陰極端子とを有し、整流作用を有する。整流素子Ｄ３３は、例えば、半導体ダイオードである。整流陽極端子は、抑制制御端子に電気接続している。整流素子Ｄ３３は、抑制制御端子の電位が抑制基準端子の電位より低くなった場合に、スイッチング素子Ｔ３２に逆電圧が印加されるのを防ぐ。
分圧回路１３５は、三つの端子（以下それぞれ「分圧基準端子」「分圧入力端子」「分圧出力端子」と呼ぶ。）を有する。分圧回路１３５は、分圧基準端子に対する分圧入力端子の電位を入力し、入力した電圧を抵抗分圧して、入力した電圧に比例する電圧を生成し、生成した電圧を分圧基準端子に対する分圧出力端子の電位として出力する。分圧回路１３５は、例えば直列接続した抵抗Ｒ３６および抵抗Ｒ３７である。分圧回路１３５は、分圧基準端子が抑制基準端子に電気接続し、分圧入力端子が整流素子Ｄ３３の整流陰極端子に電気接続し、分圧出力端子がスイッチング素子Ｔ３２のスイッチ制御端子に電気接続している。分圧回路１３５は、抑制制御端子が入力した電圧（例えば５０Ｖ）を分圧して電圧レベルを下げ、スイッチング素子Ｔ３２の抑制制御端子に過電圧が加わるのを防ぐ。

図４は、この実施の形態における電源装置１００の各部の電圧および電流を示す波形図である。

時刻ｔ_１において、スイッチング回路１５０は、スイッチをオンにする。これにより、トランス１６０の一次電圧（一次巻線１６１の両端電圧をいう。一次電圧の符号は、トランス第二端子１７２の電位がトランス第三端子１７３の電位より高い場合を正とする。）は、入力平滑コンデンサＣ４１に充電された電圧ｖ_Ｃ４１とほぼ等しくなる。一次巻線１６１、二次巻線１６２、シールド巻線１６３の結合が密であるとすると、トランス１６０の二次電圧（二次巻線１６２の両端電圧をいう。二次電圧の符号は、トランス第四端子１７４の電位がトランス第五端子１７５の電位より高い場合を正とする。）およびシールド巻線電圧（シールド巻線１６３の両端電圧をいう。シールド巻線電圧の符号は、一次巻線１６１の電位が二次巻線１６２の電位より高い場合を正とする。）は、巻き数比にしたがって一次電圧に比例した電圧となる。なお、二次電圧は、逆極性なので、負の電圧となる。
二次電圧が負なので、整流素子Ｄ８１の整流作用により、トランス１６０の二次電流（二次巻線１６２に流れる電流をいう。二次電流の符号は、二次電流がトランス第五端子１７５から二次巻線１６２に入りトランス第四端子１７４から出てくる場合を正とする。）は０になる。また、トランス１６０の一次電流（一次巻線１６１を流れる電流をいう。一次電流の符号は、一次電流がトランス第二端子１７２から一次巻線１６１に入りトランス第三端子１７３から出てくる場合を正とする。）は、トランス１６０のリアクタンスによる限流作用により、ほぼ一定の傾きで徐々に増加する。
シールド巻線電圧が正なので、突入電流抑制回路１３０の整流素子Ｄ３３はオンになり、突入電流抑制回路１３０のスイッチ制御電圧は、シールド巻線電圧に比例した電圧となる。すなわち、スイッチ制御電圧は、入力平滑コンデンサＣ４１に充電された電圧ｖ_Ｃ４１に比例する。スイッチ制御電圧が所定の閾値電圧以上であれば、スイッチング素子Ｔ３２がオンになる。したがって、電源投入直後、入力平滑コンデンサＣ４１がまだ十分に充電されていない場合は、スイッチング素子Ｔ３２がオフになり、入力平滑コンデンサＣ４１が十分に充電されると、スイッチング素子Ｔ３２がオンになる。

時刻ｔ_２において、スイッチング回路１５０は、スイッチをオフにする。スイッチング回路１５０は、例えば一次電流が所定の値に達したと判定したことにより、スイッチをオフにする。これにより、トランス１６０のトランス第三端子１７３が開放状態となるので、一次電流は理論上０になるはずだが、寄生容量の影響により、完全に０にはならない。トランス１６０のリアクタンスによる限流作用により、トランス１６０は電流を維持しようとするので、一次電流が急激に下がった代わりに、二次電流が流れる。整流素子Ｄ８１が半ば強制的にオンになるので、二次電圧は、出力平滑コンデンサＣ８２に充電された電圧ｖ_Ｃ８２とほぼ等しくなる。なお、一次電流が完全に０にならないことの影響により、過渡的なスイッチングノイズが発生する。一次電圧およびシールド電圧は、二次電圧に比例した電圧（ただし符号が逆）になる。
シールド巻線電圧が負なので、突入電流抑制回路１３０の整流素子Ｄ３３はオフになり、突入電流抑制回路１３０のスイッチ制御電圧は、ほぼ０になり、所定の閾値電圧を下回る。しかし、スイッチング素子Ｔ３２の保持作用により、スイッチング素子Ｔ３２は、オン状態を維持する。
トランス１６０のリアクタンスによる限流作用により、二次電流は、ほぼ一定の傾きで徐々に減少する。

時刻ｔ_３において、二次電流が０になり、整流素子Ｄ８１がオフになる。これにより、トランス１６０のトランス第四端子１７４が開放状態となる。トランス１６０の一次巻線１６１も二次巻線１６２も開放状態なので、一次電流も二次電流も理論上０になるはずだが、やはり寄生容量の影響により、完全に０にはならず、過渡的なスイッチングノイズが発生する。このとき発生するスイッチングノイズは、一次巻線１６１も二次巻線１６２も開放されていて、トランス１６０のリアクタンスと寄生容量との共振エネルギーの逃げ場がないので、減衰が小さく、長時間継続する。

時刻ｔ_４において、スイッチング回路１５０がスイッチをオンにすると、時刻ｔ_１と同じ状態になる。電源装置１００は、これを一周期として、同じ動作を繰り返す。

交流電源ＡＣの電圧が１００Ｖ（実効値）である場合、入力平滑コンデンサＣ４１に充電される電圧ｖ_Ｃ４１は、整流回路１２０における電圧降下などの影響により、１３０Ｖ程度である。
スイッチング素子Ｔ３２がオンになる閾値電圧が約０．６Ｖであり、分圧回路１３５の分圧比が例えば２０：１であるとすると、入力平滑コンデンサＣ４１が十分充電されたとき、シールド巻線電圧が３０Ｖ以上になる必要がある。例えば、一次巻線１６１とシールド巻線１６３との巻き数比が５：２であれば、一次電圧が１３０Ｖのとき、シールド巻線電圧は１３０×２／５＝５２Ｖとなり、突入電流抑制回路１３０が動作する。

この例において、電源装置１００は、負荷電流を一定にする電流源として動作するので、ＬＥＤ回路８１０に含まれるＬＥＤの電気的特性により、負荷電圧は変化する。このため、出力平滑コンデンサＣ８２に充電される電圧ｖ_Ｃ８２は一定ではない。フライバック電圧ｖ_ＦＢ（時刻ｔ_２〜ｔ_３の間における一次電圧をいう。）は、出力平滑コンデンサＣ８２に充電された電圧ｖ_Ｃ８２に、一次巻線１６１と二次巻線１６２との巻き数比を乗じた電圧であり、例えば一次巻線１６１と二次巻線１６２との巻き数比が２：１であれば、ｖ_ＦＢ＝ｖ_Ｃ８２×２となる。出力平滑コンデンサＣ８２に充電される電圧ｖ_Ｃ８２が一定ではないので、フライバック電圧ｖ_ＦＢも一定ではない。
シールド巻線電圧が負の場合は、整流素子Ｄ３３がカットするので、突入電流抑制回路１３０は、フライバック電圧ｖ_ＦＢと無関係に動作する。したがって、設計段階において、フライバック電圧ｖ_ＦＢを考慮する必要がなく、突入電流抑制回路１３０を簡単な構成で実現することができる。

上述したように、時刻ｔ_２や時刻ｔ_３で発生するスイッチングノイズは、スイッチング回路１５０のスイッチや整流素子Ｄ８１がオフになり、トランス第三端子１７３やトランス第四端子１７４が開放状態となることに起因する。このうち、時刻ｔ_２に発生するノイズは、ピークが大きいがすぐに減衰するので外部に対する影響が小さいのに対し、時刻ｔ_３に発生するノイズは、長く持続するので、外部に対する影響が大きくなる可能性がある。
この実施の形態における電源装置１００は、一次巻線１６１や二次巻線１６２から寄生容量を介して鉄芯１７０に流れる電流を打ち消す電流が、シールド巻線１６３から寄生容量を介して鉄芯１７０に流れ、鉄芯１７０にノイズが蓄積しないので、外部に漏れるノイズを抑えることができる。

スイッチング素子Ｔ３２をオンにするために消費される電力は、抑制制御端子が入力する電圧に比例する。シールド巻線１６３の巻き数が少ないほうがシールド巻線電圧が低くなるので、突入電流抑制回路１３０における消費電力を抑えることができる。
この実施の形態におけるシールド巻線１６３は、一番内側に巻付けられているので、一次巻線１６１や二次巻線１６２よりも、鉄芯１７０との距離が近く、シールド巻線１６３と鉄芯１７０との間の寄生容量が大きい。このため、一次巻線１６１や二次巻線１６２から寄生容量を介して流れる電流を打ち消す電流を発生させるために必要なシールド巻線１６３の巻き数が少なくてよい。したがって、突入電流抑制回路１３０における消費電力を抑えることができる。
また、シールド巻線１６３が一層をなすように巻付けられているので、一次巻線１６１と鉄芯１７０との間の距離を確保でき、一次巻線１６１と鉄芯１７０との間の寄生容量を小さくすることができる。このため、シールド巻線１６３の巻き数は、更に少なくてよい。

図５は、この実施の形態における電源装置１００において、交流電源ＡＣ側に漏れ出すノイズの実験結果を示す周波数特性図である。
図６は、参考例として、シールド巻線１６３を半分までしか巻かなかった場合において、交流電源ＡＣ側に漏れ出すノイズの実験結果を示す周波数特性図である。
図５及び図６において、横軸はノイズの周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸はノイズのレベル（ｄＢ）を示す。
このグラフによれば、シールド巻線１６３を半分までしか巻かなかった場合と比較して、シールド巻線１６３を一層をなすように巻いた場合のほうが、周波数帯域ａにおけるノイズレベルが低減していることがわかる。

この実施の形態における電源装置１００は、入力平滑コンデンサＣ４１と、上記入力平滑コンデンサＣ４１に流れる突入電流を抑制する突入電流抑制回路１３０と、上記入力平滑コンデンサＣ４１に充電された入力平滑電圧ｖ_Ｃ４１を一次巻線１６１に印加されるトランス１６０と、上記トランス１６０の二次巻線１６２に発生した二次電圧により充電される出力平滑コンデンサｖ_Ｃ８２とを有し、上記トランス１６０は、一方の端が上記一次巻線１６１の一方の端に電気接続したシールド巻線１６３を有し、上記突入電流抑制回路１３０は、上記シールド巻線１６３の両端に発生したシールド巻線電圧に基づいて、上記突入電流の抑制を制御するので、シールド巻線１６３の効果によりトランス１６０から発生するノイズを抑えることができるとともに、シールド巻線電圧を利用して突入電流抑制回路１３０を動作させることができ、電源装置１００の回路構成を簡略化することができる。

この実施の形態における電源装置１００において、上記トランス１６０のシールド巻線１６３は、上記シールド巻線１６３と上記一次巻線１６１と上記二次巻線１６２とのうちで最も内側に巻かれているので、トランス１６０から発生するノイズを抑えるために必要なシールド巻線１６３の巻き数が少なく、シールド巻線電圧を小さくすることができ、突入電流抑制回路１３０における消費電力を抑えることができる。

この実施の形態における電源装置１００において、上記トランス１６０は、鉄芯１７０を有し、上記トランス１６０のシールド巻線１６３は、上記鉄芯１７０に一層に巻かれているので、トランス１６０から発生するノイズを抑えるために必要なシールド巻線１６３の巻き数が更に少なく、シールド巻線電圧を更に小さくすることができ、突入電流抑制回路１３０における消費電力を更に抑えることができる。

この実施の形態における電源装置１００において、上記突入電流抑制回路１３０は、上記入力平滑コンデンサＣ４１と直列に電気接続された限流素子Ｒ３１と、上記限流素子Ｒ３１と並列に電気接続され、上記シールド巻線電圧が所定の電圧より高くなった場合に導通するスイッチング素子Ｔ３２とを有するので、入力平滑コンデンサＣ４１が十分充電されていない場合は、スイッチング素子Ｔ３２がオフになり、突入電流を抑制し、入力平滑コンデンサＣ４１が十分充電されている場合は、スイッチング素子Ｔ３２がオンになり、突入電流抑制回路１３０における消費電力を抑えることができる。

この実施の形態における電源装置１００において、上記突入電流抑制回路１３０は、上記シールド巻線電圧を半波整流する整流素子Ｄ３３と、上記整流素子Ｄ３３が整流した電圧を抵抗分圧する分圧回路１３５とを有し、上記スイッチング素子Ｔ３２は、上記分圧回路１３５が抵抗分圧した電圧が所定の電圧より高くなった場合に導通するので、シールド巻線電圧が低ければ、分圧回路１３５の分圧比を小さくすることができ、スイッチング素子Ｔ３２をオンにするための消費電力を抑えることができる。

この実施の形態における照明器具８００は、上記電源装置１００を有し、上記出力平滑コンデンサＣ８２に充電された電圧により、光源（ＬＥＤ回路８１０のＬＥＤ）を点灯するので、外部に放出されるノイズが小さく、かつ、無駄な消費電力を抑えることができる。

なお、ノイズを低減するために設けられるシールド巻線１６３から取り出した電圧信号は、突入電流抑制回路１３０に限らず、他の回路を構成するサイリスタ等のスイッチング素子を動作させるトリガ用信号として、利用してもよい。
このように、シールド巻線１６３（共用巻線）が、ノイズを低減する機能と、トリガ信号を取り出す機能との二つの機能を合わせ持つことにより、個別に対策回路を設ける場合と比較して、電源装置１００の回路構成を簡略化することができ、電源装置１００の部品数を削減し、電源装置１００の製造コストを抑えることができる。
これにより、低コストかつ信頼性の高い照明器具８００を製造することができる。

シールド巻線１６３は、一層をなすように巻付けられ、巻き数は４０ターン以下であることが好ましく、更に言えば、１０ターン以上４０ターン以下であることが望ましい。また、一次巻線１６１の巻き数に対して、０．４５倍以下であることが望ましい。シールド巻線１６３の巻き数が少ないほうが、突入電流抑制回路１３０に印加される電圧が低くなるので、突入電流抑制回路１３０においてスイッチング素子Ｔ３２をオンするために消費される電力が少なくて済む。また、フライバック電圧ｖ_ＦＢやスイッチングノイズ（リーケージインダクタンスによるノイズ）に起因して整流素子Ｄ３３に加わる逆電圧が小さくなるので、耐電圧が低いダイオードを整流素子Ｄ３３として使用することができ、電源装置１００の製造コストを抑えることができる。

突入電流抑制回路１３０が入力するトリガ電圧の極性は、トランス１６０の一次電圧と同じ極性である。したがって、トリガ電圧の最大値は、入力平滑コンデンサＣ４１に充電された電圧ｖ_Ｃ４１にほぼ等しい。したがって、入力平滑コンデンサＣ４１に充電された電圧ｖ_Ｃ４１に基づいて、突入電流抑制回路１３０の動作を制御する回路構成を、比較的容易に実現することができる。これに対して、トリガ電圧の極性をトランス１６０の二次電圧と同じ極性（一次電圧と逆極性）とすると、トリガ電圧の瞬間的なピークの最大値は、トランス１６０の寄生容量により変化し、入力平滑コンデンサＣ４１の充電電圧ｖＣ４１との関係は、必ずしも明らかでない。分圧回路１３５において抵抗Ｒ３７に並列にコンデンサを設けることにより、スイッチングノイズに起因する瞬間的なピークを取り除くことは可能であるが、その場合の最大値は、出力平滑コンデンサＣ８２に充電された電圧ｖ_Ｃ８２により定まる。電源装置１００を電流源として動作させる構成とした場合、負荷電圧は一定でないから、電圧ｖ_Ｃ８２により定まるトリガ電圧に基づいて突入電流抑制回路１３０の動作を制御する回路構成は、この実施の形態で説明した突入電流抑制回路１３０の構成よりも複雑にならざるを得ない。

電源装置１００の内部で発生するノイズのレベルが低くなるので、ノイズフィルタ回路１１０のノイズ除去能力は低くてよい。すなわち、ノイズフィルタ回路１１０を構成するアクロスザラインコンデンサやコモンモードチョークなどの部品を小さくすることができる。また、電源装置１００の容量が１０Ｗ以下である場合などは、電源装置１００の内部で発生するノイズが非常に低いので、ノイズフィルタ回路１１０がなくてもよい。これにより、電源装置１００の製造コストを抑えることができる。

実施の形態２．
実施の形態２について、図７〜図８を用いて説明する。
この実施の形態における照明器具８００の構成は、実施の形態１で説明したものと同様なので、説明を省略する。

図７は、この実施の形態におけるトランス１６０の構造を示す断面図である。
この例において、トランス１６０の鉄芯１７０には、内側から順に、一次巻線１６１、二次巻線１６２、シールド巻線１６３が巻付けられている。
このように、シールド巻線１６３を、三つの巻線（一次巻線１６１、二次巻線１６２、シールド巻線１６３）のうち一番外側に巻くことにより、鉄芯１７０から放射される放射ノイズを低減することができる。

この実施の形態における電源装置１００において、上記トランス１６０のシールド巻線１６３は、上記シールド巻線１６３と上記一次巻線１６１と上記二次巻線１６２とのうちで最も外側に巻かれているので、トランス１６０から電波として放射される放射ノイズを低減することができる。

図８は、この実施の形態におけるトランス１６０の構造の別の例を示す断面図である。
この例において、トランス１６０の鉄芯１７０には、内側から順に、一次巻線１６１、シールド巻線１６３、二次巻線１６２が巻付けられている。
このように、シールド巻線１６３を、一次巻線１６１と二次巻線１６２との間に巻くことにより、電源装置１００の一次側で発生したノイズと、電源装置１００の二次側で発生したノイズとを分離することができる。

この実施の形態における電源装置１００において、上記トランス１６０のシールド巻線１６３は、上記一次巻線１６１と上記二次巻線１６２との間に巻かれているので、
一次側ノイズと二次側ノイズとを分離することができ、ノイズの乗畳によるノイズレベルの上昇を抑えることができる。

実施の形態３．
実施の形態３について、図９〜図１０を用いて説明する。
なお、実施の形態１で説明した照明器具８００と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図９は、この実施の形態における照明器具８００の機能ブロックの構成を示すブロック構成図である。
実施の形態１で説明した機能ブロックに加えて、照明器具８００は、保護検出回路１９５を有する。また、トランス１６０は、更に、バイアス巻線１６４を有する。

保護検出回路１９５は、バイアス巻線１６４の両端に発生した電圧（以下「バイアス巻線電圧」と呼ぶ。）を検出し、検出したバイアス巻線電圧に基づいて、保護信号を生成する。保護信号とは、保護検出回路１９５が異常を検出した場合に、スイッチング回路１５０の動作を停止させる信号である。例えば、保護検出回路１９５は、バイアス巻線電圧が異常に高くなった場合に、保護信号を生成する。

スイッチング回路１５０は、保護検出回路１９５が生成した保護信号を入力し、入力した保護信号に基づいて、スイッチの導通絶縁を制御する。スイッチング回路１５０は、保護検出回路１９５が異常を検出したか否かを、入力した保護信号に基づいて判定し、保護検出回路１９５が異常を検出したと判定した場合に、スイッチを継続してオフ状態とし、動作を停止する。

出力平滑コンデンサＣ８２は、出力平滑陽極端子がトランス１６０のトランス第四端子１７４（二次巻線１６２の一方の端）に電気接続し、出力平滑陰極端子が整流素子Ｄ８１の整流陽極端子に電気接続している。整流素子Ｄ８１は、整流陰極端子がトランス１６０のトランス第五端子１７５（二次巻線１６２のもう一方の端）に電気接続している。すなわち、実施の形態１と比較して、直列接続した整流素子Ｄ８１と出力平滑コンデンサＣ８２との接続順序が逆になっている。
これにより、一次巻線１６１から寄生容量を介して流れる電流と、二次巻線１６２から寄生容量を介して流れる電流とが逆相となり、互いに打ち消し合うので、シールド巻線１６３から寄生容量を介して流す電流が小さくてよく、シールド巻線１６３の巻き数を少なくすることができる。
なお、実施の形態１と同様の順序で、整流素子Ｄ８１と出力平滑コンデンサＣ８２とを接続してもよい。

図１０は、この実施の形態におけるトランス１６０の構造を示す断面図である。
この例において、トランス１６０の鉄芯１７０には、内側から順に、シールド巻線１６３、一次巻線１６１、バイアス巻線１６４、二次巻線１６２が巻付けられている。
このように、鉄芯１７０に巻付けられている巻線が、一次巻線１６１、二次巻線１６２、シールド巻線１６３以外にある場合において、第四の巻線（バイアス巻線１６４）を一次巻線１６１と二次巻線１６２との間に巻くことにより、実施の形態１で説明したシールド巻線１６３の効果と、実施の形態２で説明したシールド巻線１６３の効果を両方を享受することができる。すなわち、電源線から外部に漏れるノイズを低減するとともに、電源装置１００の一次側で発生したノイズと、二次側で発生したノイズとを分離することができる。

図１１は、この実施の形態におけるトランス１６０の構造の別の例を示す断面図である。
この例において、トランス１６０の鉄芯１７０には、内側から順に、バイアス巻線１６４、一次巻線１６１、二次巻線１６２、シールド巻線１６３が巻付けられている。このように、実施の形態１で説明したシールド巻線１６３の代わりにバイアス巻線１６４を一番内側に巻き、実施の形態２で説明したのと同様にシールド巻線１６３を一番外側に巻くことにより、電源線から外部に漏れるノイズを低減するとともに、外部の回路にカップリングされるノイズを低減することができる。

図１２は、この実施の形態におけるトランス１６０の構造の更に他の例を示す断面図である。
この例において、トランス１６０の鉄芯１７０には、内側から順に、一次巻線１６１、バイアス巻線１６４、二次巻線１６２、シールド巻線１６３が巻付けられている。
このように、実施の形態２で説明した２種類のシールド巻線１６３のうち、一方をバイアス巻線１６４で代用し、他方をシールド巻線１６３とすることにより、外部に放射されるノイズを低減するとともに、電源装置１００の一次側で発生したノイズと、二次側で発生したノイズとを分離することができる。

また、バイアス巻線１６４に代えて、もしくは更に加えて、スイッチング回路１５０などを構成するＩＣの電源を得るための電源巻線をトランス１６０に設けてもよい。

実施の形態１における照明器具８００の機能ブロックの構成を示すブロック構成図。 実施の形態１におけるトランス１６０の構造を示す平面図及びＡ−Ａ断面図。 実施の形態１における突入電流抑制回路１３０の回路構成を示す電気回路図。 実施の形態１における電源装置１００の各部の電圧および電流を示す波形図。 実施の形態１における電源装置１００において、交流電源ＡＣ側に漏れ出すノイズの実験結果を示す周波数特性図。 参考例として、シールド巻線１６３を半分までしか巻かなかった場合において、交流電源ＡＣ側に漏れ出すノイズの実験結果を示す周波数特性図。 実施の形態２におけるトランス１６０の構造を示す断面図。 実施の形態２におけるトランス１６０の構造の別の例を示す断面図。 実施の形態３における照明器具８００の機能ブロックの構成を示すブロック構成図。 実施の形態３におけるトランス１６０の構造を示す断面図。 実施の形態３におけるトランス１６０の構造の別の例を示す断面図。 実施の形態３におけるトランス１６０の構造の更に他の例を示す断面図。

符号の説明

１００ 電源装置、１１０ ノイズフィルタ回路、１２０ 整流回路、１３０ 突入電流抑制回路、１３５ 分圧回路、１５０ スイッチング回路、１６０ トランス、１６１ 一次巻線、１６２ 二次巻線、１６３ シールド巻線、１６４ バイアス巻線、１７０ 鉄芯、１７１ トランス第一端子、１７２ トランス第二端子、１７３ トランス第三端子、１７４ トランス第四端子、１７５ トランス第五端子、１９０ 出力検出回路、１９５ 保護検出回路、８００ 照明器具、８１０ ＬＥＤ回路、ＡＣ 交流電源、Ｃ４１ 入力平滑コンデンサ、Ｃ８２ 出力平滑コンデンサ、Ｄ３３，Ｄ８１ 整流素子、Ｒ３１ 限流素子、Ｒ３６，Ｒ３７ 抵抗、Ｔ３２ スイッチング素子。

Claims (8)

1. 入力平滑コンデンサと、上記入力平滑コンデンサに流れる突入電流を抑制する突入電流抑制回路と、上記入力平滑コンデンサに充電された入力平滑電圧を一次巻線に印加されるトランスと、上記トランスの二次巻線に発生した二次電圧により充電される出力平滑コンデンサとを有する電源装置において、
   上記トランスは、一方の端が上記一次巻線の一方の端に電気接続したシールド巻線を有し、
   上記突入電流抑制回路は、上記シールド巻線の両端に発生したシールド巻線電圧に基づいて、上記突入電流の抑制を制御することを特徴とする電源装置。
2. 上記トランスのシールド巻線は、上記シールド巻線と上記一次巻線と上記二次巻線とのうちで最も内側に巻かれていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 上記トランスのシールド巻線は、上記シールド巻線と上記一次巻線と上記二次巻線とのうちで最も外側に巻かれていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
4. 上記トランスのシールド巻線は、上記一次巻線と上記二次巻線との間に巻かれていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
5. 上記トランスは、鉄芯を有し、上記トランスのシールド巻線は、上記鉄芯に一層に巻かれていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電源装置。
6. 上記突入電流抑制回路は、上記入力平滑コンデンサと直列に電気接続された限流素子と、上記限流素子と並列に電気接続され、上記シールド巻線電圧が所定の電圧より高くなった場合に導通するスイッチング素子とを有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電源装置。
7. 上記突入電流抑制回路は、上記シールド巻線電圧を半波整流する整流素子と、上記整流素子が整流した電圧を抵抗分圧する分圧回路とを有し、
   上記スイッチング素子は、上記分圧回路が抵抗分圧した電圧が所定の電圧より高くなった場合に導通することを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の電源装置を有し、上記出力平滑コンデンサに充電された電圧により、光源を点灯することを特徴とする照明器具。

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