JP2012105401A - 電源装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
異なる出力特性に対応する多様なラインアップが容易で、しかも薄型で安価な電源装置およびこれを備えた照明装置を提供する。
【解決手段】
電源装置は、多層基板MBに回路要素が配設されて複数で電源回路を構成する機能モジュールMJと、複数の開口OPを有する単層基板SB、この基板に配設されるとともに交流電源ACに接続する入力端子t1、t2、前記基板に配設されるとともに負荷LSを接続する出力端子t3、t4、前記機能モジュールが入力端子および出力端子間に電気的に接続されるとともに、前記基板の開口に機能モジュールの一部が少なくとも配設されるように構成された機能モジュール実装部MAを有するプラットホームPHと、を具備している。
【選択図】図２

Description

本発明は、電源装置およびこれを備えた照明装置に関する。

電源装置は、一般に予め配線ランドを形成した配線基板上に所要の回路部品を実装することによって構成される。また、多層基板に回路を実装した構成が知られている。多層基板を用いることで回路要素の実装密度を高め薄型化することができる。

特開平０５−２１９７２９号公報

しかしながら、電源装置の基板全体を多層基板にすると、多層基板自体が高価であるため、電源装置のコストが高くなる。また、照明装置などの負荷は、一般にそれを設置する施設に応じて負荷の仕様が異なってくるので、これに対応するために電源装置には多様なラインアップが要求されることが多い。このため、仕様ごとに電源装置を用意する必要が生じ更なるコストアップにつながることになる。

本発明は、異なる出力特性に対応する多様なラインアップが容易で、しかも薄型で安価な電源装置およびこれを備えた照明装置を提供することを目的としている。

本発明の実施形態において、電源装置は、複数の機能モジュールとプラットホームとを具備している。複数の機能モジュールは、電源回路を構成する。プラットホームは、複数の開口を有する単層基板、入力端子、出力端子および機能モジュール実装部を有する。上記入力端子は、上記単層基板に配設されているとともに交流電源に接続する。上記出力端子は、上記単層基板に配設されているとともに負荷を接続する。上記機能モジュール実装部は、前記基板の開口に機能モジュールの少なくとも一部が配設されるように構成されるとともに前記機能モジュールが入力端子および出力端子間に電気的に接続される。

本発明によれば、多様な負荷に対応させ得るとともに薄型の電源装置を安価に提供することができる。

本発明の電源装置の一実施形態に係わる回路図である。 同じく模式的基板配置図である。 同じくプラットホームと機能モジュールの組立状態を示す模式的断面図である。 同じくプラットホームと機能モジュールの組立状態の変形例を示す模式的断面図である。 同じく巻線部品の模式的断面図である。

以下、本発明の電源装置の一実施形態を説明する。

最初に、本実施形態における電源装置を理解しやすくするために、電源装置の回路構成の一例について図１を参照して説明する。電源装置は、入力端子t1、t2、出力端子t3、t4、複数の機能回路要素、例えばノイズフィルタ回路NF、直流電源回路DCおよびコンバータ回路CONVを具備している。

入力端子t1、t2には交流電源ACを接続する。

出力端子t3、t4には負荷LSを接続する。なお、本実施形態において、負荷LSは、特段限定されないが、例えばＬＥＤであることが好ましい光源である。

ノイズフィルタ回路NFは、電源ラインから侵入するノイズによる誤動作事故を防止するとともに、電源装置側で発生するノイズが電源ラインに漏洩することを防止する。そして、入力端が入力端子t1、t2に接続するとともに、出力端が後述する直流電源回路DCの入力端に接続する。

また、ノイズフィルタ回路NFは、その具体的な回路構成については特段限定されないが、既知の各種ノイズフィルタ回路を適宜選択して用いることができる。図示の実施形態においては、コンデンサC1およびコモンモードチョークコイルCMCを備えている。そして、コンデンサC1は、入力端子t1、t2間に接続している。コモンモードチョークコイルCMCは、コンデンサC1および後述する直流電源回路DCの間において一対の線路に直列に挿入されている。

直流電源回路DCは、交流電源ACからの交流を直流に変換して後段の機能回路要素、例えばコンバータCONVにその入力として直流電力を供給する回路機能を有していればその余の構成が特段限定されない。そして、入力端がノイズフィルタ回路NFの出力端に接続する。図示の実施形態において、直流電源回路DCは、整流機能、力率改善機能および平滑化機能を備えている。整流機能としてはブリッジ形全波整流回路DBを用いている。また、力率改善機能および平滑化機能としては昇圧チョッパ回路BUCを備えている。なお、以上の構成において、ブリッジ形全波整流回路DBの交流入力端が直流電源回路DCの入力端となる。

昇圧チョッパ回路BUCは、インダクタL1およびスイッチング素子Q1の直列回路がブリッジ形全波整流回路DBの直流出力端間に接続するとともに、ダイオードD1および平滑コンデンサC2の直列回路がスイッチング素子Q1に並列接続している。そして、平滑コンデンサC2の両端間が直流電源回路DCの出力端となる。

また、平滑コンデンサC2と並列に抵抗器R1およびR2の直列回路からなる分圧回路VDが並列接続していて、直流電源回路DCの出力電圧が分圧されて制御手段CC1に帰還入力するように構成されている。制御手段CC1は、スイッチング素子Q1の制御端子に駆動信号を供給してそのスイッチングを制御して、電源装置の交流電源ACに対する力率を改善するようにスイッチング素子Q1を制御する。なお、スイッチング素子Q1には例えばMOSFETが用いられていて、そのゲート端子には制御手段CC1からゲート駆動信号電圧が印加される。

次に、直流電源回路DCにおける回路動作を説明する。スイッチング素子Q1がオンすると、直流電源回路DCからインダクタL1に直線的に増加する増加電流が流れてインダクタL1に電磁エネルギーが蓄積される。また、平滑コンデンサC2の端子電圧が所定値に達すると、制御手段CC1がスイッチング素子Q1をオフさせる。これにより、インダクタL1に蓄積された電磁エネルギーが放出されてインダクタL1、ダイオードD1、平滑回路C2およびブリッジ形全波整流回路DBの回路内を直線的に減少する減少電流が流れる。以上の回路動作を繰り返すことにより、平滑コンデンサC2の両端すなわち直流電源回路DCの出力端間に平滑化され、かつ昇圧されて交流電圧より高くなるとともに、定電圧制御された直流電圧が現れて直流電源回路DCから出力される。

コンバータ回路CONVは、直流電源回路DCから供給される直流入力を変換して所望の電圧を出力して負荷LSを付勢するが、その余の構成については特段限定されない。また、コンバータは、DC-DCコンバータおよびDC-ACコンバータのいずれであってもよい。

なお、DC-DCコンバータは、直流電力を異なる直流電力に変換する装置であって、順変換装置とも称される変換装置であり、各種チョッパの他にフライバックコンバータ、フォワードコンバータおよびスイッチングレギュレータなどが含まれる。

図示の実施形態において、コンバータ回路CONVは、降圧チョッパからなるDC-DCコンバータによって構成されている。スイッチング素子Q2、インダクタL2および出力コンデンサC3の直列回路が直流電源回路DCの出力端すなわち本実施形態においては昇圧チョッパの出力端に接続している。

また、インダクタL2に対してダイオードD2および出力コンデンサC3の直列回路が並列接続してそれらによる閉回路を形成している。そして、出力コンデンサC3の両端に電流検出用の抵抗器R3を経由して出力端子t3、t4が接続することによって降圧チョッパが構成されている。スイッチング素子Q2は、制御手段CC2によってオン、オフが制御される。電流検出用の抵抗器R3の電圧は、制御手段CC2に制御入力してスイッチング素子Q2のオフを制御する。これにより、コンバータCONVは、負荷LSを定電流制御する。

次に、降圧チョッパからなるコンバータ回路CONVの回路動作について説明する。スイッチング素子Q2がオンすると、直線的に増加する増加電流が直流電源回路DCの出力端からスイッチング素子Q2を経由してインダクタL2に流入し、インダクタL2に電磁エネルギーが蓄積される。そして、抵抗器R3の電圧により検出される増加電流が所定値に達したときに、制御手段CC2は、スイッチング素子Q2をオフさせる。スイッチング素子Q2がオフすると、インダクタL2に蓄積されていた電磁エネルギーが放出されて直線的に流れる減少電流が流れる。減少電流が０になると、制御手段CC2が再びスイッチング素子Q2をオンさせる。以後、上述の動作を繰り返す。

次に、本実施形態における電源装置の基板配置を図２に示す模式的基板配置図を参照して説明する。なお、図２において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。すなわち、本実施形態において、電源装置の回路実装体は、その基板配置を図２に示すように、プラットホームPHと複数の機能モジュール、例えば第１〜第３の機能モジュールMJ1〜MJ3とを具備して構成されている。

プラットホームPHは、単層基板SBからなり、入力端子t1、t2、出力端子t3、t4、機能モジュール実装部および配線ランドを備えている。入力端子t1、t2は、電源ACに接続する。そして、例えば図示のように単層基板SBの長手方向の一端側に配設されている。出力端子t3、t4は、負荷LSを接続する。そして、例えば図示のように単層基板SBの長手方向の他端側に配設されている。機能モジュール実装部は、後述するように開口OPを有しており、入力端子t1、t2および出力端子t3、t4の間に複数の機能モジュールが電気的に接続されるように配設される。そして、例えば、第１〜第３の機能モジュール実装部MA1〜MA3が配設され、入力端子t1、t2および出力端子t3、t4の間に第１〜第３の機能モジュール実装部MA1〜MA3が順次縦列配置される。配線ランド（図示を省略している。）は、入力端子t1、t2、出力端子t3、t4および機能モジュール実装部の間を所要に接続する。そして、機能モジュール実装部に実装される機能モジュールと接続する。

上記第１〜第３の機能モジュール実装部MA1〜MA3は、図１の実施形態においては、点線で概略位置を示すように、入力端子t1、t2および出力端子t3、t4の間に順次縦列配置されている。すなわち、プラットホームPHの長手方向の入力端子t1、t2から出力端子t3、t4に向かって第１の機能モジュール実装部MA1、第２の機能モジュール実装部MA2、第３の機能モジュール実装部MA3の順に直線状に配列されている。

また、上記機能モジュール実装部MA1〜MA3は、後述する第１〜第３の機能モジュールMJ1〜MJ3を実装できればよく、その余の構成は特段限定されないが、例えば図３に示すように開口OPおよび開口OPの周辺に配設された接続端子tcを備えているのが好ましい。なお、接続端子tcは、所要の配線ランドに接続している。

第１の機能モジュールMJ1は、プラットホームPHの第１の機能モジュール実装部MA1に実装されてその入力端が入力端子t1、t2に接続している。第２の機能モジュールMJ2は、第２の機能モジュール実装部MA2に実装されてその入力端が第１の機能モジュールMJ1の出力端に接続し、第３の機能モジュールMJ3は、第３の機能モジュール実装部MA3に実装されてその入力端が第２の機能モジュールMJ2の出力端に接続し、かつその出力端が出力端子t3、t4に接続している。

また、第１〜第３の機能モジュールMJ1〜MJ3は、それぞれ多層基板MBにその回路要素が実装されている。この場合、多層基板MBは、部品内蔵形および部品外装形のいずれか一方またはそれらの併用形のいずれであってもよい。なお、例えば第１の機能モジュールMJ1をノイズフィルタ回路NF、第２の機能モジュールMJ2を直流電源回路DC、第３の機能モジュールMJ3をコンバータ回路CONVとして、第１〜第３の機能モジュールMJ1〜MJ3で電源回路を構成する。また、各機能モジュールは、それぞれで上記のような機能を有してもよいが、少なくとも複数の機能モジュールMJ1〜MJ3で電源回路を構成する。

本実施形態においては、図３に示すように、機能モジュールMJは、プラットホームPHの単層基板SBに形成された開口OP内に落とし込まれて嵌合している。そして、その多層基板MBから導出される外部接続端子tmは、機能モジュール実装部MAに配設した接続端子tcに対応する態様で配設される。

すなわち、機能モジュール実装部MAが開口OPを備え、接続端子tcが開口OPの内側面および表面にわたり形成されているので、これに対応して機能モジュールMJの多層基板MBから導出される外部接続端子tmは、機能モジュール実装部MAの接続端子tcに対向した位置において多層基板MBの外側面および表面の周縁部にわたり形成されている。このため、上記外部接続端子tmと接続端子tcとのはんだSによる接続は、リフローはんだ付けにより容易に行える。

次に、図４を参照して機能モジュールMJおよびプラットホームPHの実装態様の変形例を説明する。なお、図４は、（ａ）が要部平面図、（ｂ）が要部断面図である。そして、図３と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。なお、図３と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。

本変形例においては、プラットホームPHがその機能モジュール実装部MAに開口OPを備えている点は前記実施形態と同様であるが、機能モジュールMJは、開口OPの上に跨座して配設されている。そのために、多層基板MBには、その側面に側方へ突出する腕部AMおよびこの腕部AMに外部接続端子（図示しない。）を形成している。そして、腕部AMをプラットホームPHの開口OPの周縁部に乗せて機能モジュールMJを開口OPの上に跨座させ、機能モジュールMJの外部接続端子とプラットホームPHの接続端子とを例えばリフローはんだ付けにより接続している。

本実施形態において、第２の機能モジュールMJ2および第３の機能モジュールMJ3は、図１に示すように、それぞれ巻線部品CPにより構成されるインダクタL1およびL2を含んでいるとともに、これらの巻線部品CPをその他の部分MJ2-1、MJ3-1とは分離して構成している。なお、図１に示す実施形態において、巻線部品は、インダクタL1、L2であるが、トランスであってもよい。インダクタおよびトランスのいずれも巻線およびコアを主体として構成される点で共通しているからである。

巻線部品CPを小型化するには、その巻線を基板に印刷して形成することが効果的であることが知られている。しかし、このような構成は、薄型化を達成するには好都合であるが、巻線部分が相対的に大型化するので、第２および第３の機能モジュールMJ2、MJ3のその他の部分MJ2-1、MJ3-1と分離するものの、それらをなるべく隣接して配置するとともに、それらの間は導体ランドを解して接続するのが機能モジュールMJを構成するうえで好ましい。

巻線部品は、第２または第３の機能モジュールMJ2またはMJ3のその他の部分MJ2-1、MJ3-1との比較において、相対的に大きくなるので、両者を分離することにより、構造の簡素化、薄型化および小型化を図ることができる。

プラットホームPHに実装するに際しては、プラットホームPHの長さ方向に沿って巻線部品CPと第２および第３の機能モジュールMJ2、MJ3のその他の部分MJ2-1、MJ3-1とがプラットホームPHの入力端子t1、t2および出力端子t3、t4の間を結ぶ縦列配置の仮想直線に沿って隣接して配置すれば、プラットホームPCの幅を最小に維持でき、その結果電源装置全体をコンパクトにできるので、なお一層好ましい。

また、巻線部品CPは、好ましくはその巻線が多層基板MBに印刷されたコイルによって構成されている。この場合、多層基板MBにそれぞれ印刷して形成された複数のコイル巻線を互いに直列接続して複数ターンを有する単一コイルを形成してもよいし、複数のコイル巻線を用いて複数の巻線を形成してもよい。後者の場合には、単一のインダクタとこれに磁気結合する電流検出巻線や帰還巻線または補助巻線などを形成したり、あるいはトランスの１次巻線と２次巻線を形成したりすることができる。

さらに、巻線部品CPは、そのコアMCを多層基板MBの間に挟み込んでもよいし、図５に示すように多層基板MBの外側から多層基板MBにより形成された巻線を包囲するように配置してもよい。図５においては、多層基板MB内に形成されている図示されていない巻線の中心部に当接する中央脚CLおよび巻線の外側に位置する一対の側脚SL、SLを備えた外鉄形のコアMCを具備している。なお、側脚SLは、巻線部品CPに隣接するプラットホームPHまで延在している。

また、コアMCは、第２または第３の機能モジュールMJ2またはMJ3が高周波スイッチング動作をする場合には、フェライトなどの周波数特性に優れた材料を成形して形成することができる。

プラットホームPHに配設される配線ランドについて説明する。配線ランドとして所望により共通のＧＮＤと電源ラインを配設することができる。この場合、機能モジュールの制御系のＧＮＤとパワー系のＧＮＤを分離することができる。そうすれば、パワー系から制御系へのノイズの影響を抑制して電源装置の誤動作発生を抑制することができるという効果がある。

本実施形態は、以上説明したように、第２の機能モジュールMJ2および第３の機能モジュールMJ3の少なくとも一つが巻線部品CPを含み、この巻線部品CPは、基板に印刷された巻線を備えて構成されているとともに当該モジュールMJ2、MJ3の残余の部分MJ2-1、MJ3-1と分離し、かつ互いに隣接して配置されていることにより、前述の発明の効果に加えて、巻線部品CPを含む機能モジュールMJの構造の簡素化、薄型化および小型化を図ることができる。

また、プラットホームPHの長さ方向に沿って巻線部品CPと第２および第３の機能モジュールMJ2、MJ3のその他の部分MJ2-1、MJ3-1とがプラットホームPHの入力端子t1、t2および出力端子t3、t4の間を結ぶ縦列配置の仮想直線に沿って隣接して配置することにより、プラットホームPCの幅を小さくすることができ、その結果電源装置全体をコンパクトにできる。

次に、本発明の照明装置の実施形態について説明する。照明装置は、照明装置本体と、照明装置本体に配設された光源と、光源に電力を供給する上述の実施形態の電源装置とを具備している。上記において、照明装置は、光源を含む各種装置であることを許容する。照明装置本体は、照明装置から電源装置および光源を除外した残余の部分をいう。また、電源装置は、照明装置本体から離間した位置に配設されていてもよい。

PH…プラットホーム、MA1…第１の機能モジュール実装部、MA2…第２の機能モジュール実装部、MA3…第３の機能モジュール実装部、MJ1…第１の機能モジュール、MJ2…第２の機能モジュール、MJ3…第３の機能モジュール、MJ2-1、MJ3-1…その他の部分、MB…多層基板、SB…単層基板、t1、t2…入力端子、t3、t4…出力端子

Claims (4)

1. 多層基板に回路要素が実装されて複数で電源回路を構成する機能モジュールと；
   複数の開口を有する単層基板、この基板に配設されるとともに交流電源に接続する入力端子、前記基板に配設されるとともに負荷を接続する出力端子、前記機能モジュールが入力端子および出力端子間に電気的に接続されるとともに、前記基板の開口に機能モジュールの一部が少なくとも配設されるように構成された機能モジュール実装部、を有するプラットホームと：
   を具備していることを特徴とする電源装置。
2. 前記機能モジュールは、ノイズフィルタ回路を多層基板に実装した第１の機能モジュールと、直流電源回路を多層基板に実装した第２の機能モジュールと、コンバータ回路を多層基板に実装した第３の機能モジュールとを有し、各機能モジュールが前記機能モジュール実装部に配設されていることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 第２の機能モジュールおよび第３の機能モジュールの少なくとも一つが巻線部品を含み、この巻線部品は、基板に印刷された巻線を備えて構成されているとともに当該モジュールの残余の部分と分離し、かつ互いに隣接して配置されていることを特徴とする請求項２記載の電源装置。
4. 照明装置本体と；
   照明装置本体に配設された光源と；
   光源に電力を供給する請求項１〜３のいずれか一の電源装置と；
   を具備していることを特徴とする照明装置。

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