JP2014068423A

JP2014068423A - 電源装置および照明装置

Info

Publication number: JP2014068423A
Application number: JP2012210197A
Authority: JP
Inventors: Yuji Takahashi; 雄治高橋; Hirokazu Otake; 寛和大武; Noriyuki Kitamura; 紀之北村; Hiroshi Akaboshi; 博赤星
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2014-04-17
Also published as: US20140084791A1; CN103683902A; EP2720355A1; US8917021B2

Abstract

【課題】電磁妨害波を低減した電源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】実施形態の電源装置は、第１のフィルタと、第２のフィルタと、スイッチング電源と、を備える。前記第１のフィルタおよび前記第２のフィルタは、コモンモード電流をノーマルモード電流よりも減衰させる。前記スイッチング電源は、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとの間に接続され、前記第２のフィルタを介して照明負荷に電力を供給する。
【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は、電源装置および照明装置に関する。

照明光源を点灯させる電源として、例えば、スイッチング素子を用いて所定の電圧および電流を生成するスイッチング電源がある。このようなスイッチング電源においては、スイッチング素子を断続的にオンとオフとに切替えて高周波電流を生成する。そのため、スイッチングノイズに基づく電磁妨害波（Electro Magnetic Interference：ＥＭＩ)が発生し、入力配線および出力配線にノイズが混入する。また、高効率化・小型化にともない、スイッチング周波数が高周波化しているため、ＥＭＩの影響も大きくなっている。

特許第４０１４５７７号公報

電磁妨害波を低減した電源装置および照明装置を提供することを目的とする。

実施形態の電源装置は、第１のフィルタと、第２のフィルタと、スイッチング電源と、を備える。前記第１のフィルタおよび前記第２のフィルタは、コモンモード電流をノーマルモード電流よりも減衰させる。前記スイッチング電源は、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとの間に接続され、前記第２のフィルタを介して照明負荷に電力を供給する。

電磁妨害波を低減した電源装置および照明装置を提供することができる。

第１の実施形態に係る電源装置を含む照明装置を例示するブロック図である。第１のフィルタを例示する回路図である。照明装置におけるコモンモード電流を説明する回路図である。照明装置のＥＭＩを例示する特性図である。第２の実施形態に係る電源装置を含む照明装置を例示するブロック図である。第３の実施形態に係る電源装置を含む照明装置を例示するブロック図である。

以下、実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電源装置を含む照明装置を例示するブロック図である。
図１に表したように、照明装置１は、電源装置２と、照明負荷６と、を備える。照明装置１は、電源２１から電力を供給されて、照明負荷６を点灯する。なお、電源２１は、直流電源である。

電源装置２は、第１のフィルタ３と、スイッチング電源４と、第２のフィルタ５と、照明負荷６と、を備える。第１のフィルタ３および第２のフィルタ５は、例えばコモンモードチョークコイルであり、フィルタの一対の入力端子と一対の出力端子との間を流れる高周波電流のうち、コモンモード電流をノーマルモード電流よりも減衰させるフィルタである。

ここで、ノーマルモード電流は、一対の入力端子のそれぞれに接続された一対の入力配線を逆向きで流れる電流であり、また一対の出力端子のそれぞれに接続された一対の出力配線を逆向きで流れる電流である。ノーマルモード電流は、一対の入力端子と一対の出力端子との間で、信号または電力を伝送する。

また、コモンモード電流は、一対の入力端子のそれぞれに接続された一対の入力配線を同相で流れる電流であり、また一対の出力端子のそれぞれに接続された一対の出力配線を同相で流れる電流である。コモンモード電流は、一対の入力配線と接地との間、および一対の出力配線と接地との間を流れる。

図２は、第１のフィルタまたは第２のフィルタを例示する回路図である。
第１のフィルタ３と第２のフィルタ５とは、同一構成とすることができ、またコンデンサの有無、コモンモードチョークコイル１０の数など異なる構成とすることもできる。ここでは、第２のフィルタ５について説明する。

第２のフィルタ５は、コモンモードチョークコイル１０と、コンデンサ１１、１２、１３、１４と、有する。コモンモードチョークコイル１０は、ノーマルモード電流に対して互いの磁界が逆方向に発生し、相殺するように巻線が設けられている。したがって、コモンモードチョークコイル１０は、ノーマルモード電流に対して低インピーダンスを有する。一方、コモンモード電流に対しては、互いの磁界が同一方向に発生し、足しあわされる。したがって、コモンモードチョークコイル１０は、コモンモード電流に対してインダクタとして機能し、高インピーダンスを有する。

コンデンサ１１は、コモンモードチョークコイル１０の一対の入力端子間に接続され、コンデンサ１２は、コモンモードチョークコイル１０の一対の出力端子間に接続される。コンデンサ１１、１２は、ノーマルモードノイズを低減させる。
コンデンサ１３、１４は、コモンモードチョークコイル１０の一対の入力端子間に直列に接続され、コンデンサ１３、１４の接続点が接地される。コンデンサ１３、１４は、コモンモードノイズを低減させる。

なお、第２のフィルタ５は、例えばコモンモードチョークコイル１０を有していればよく、コンデンサ１１、１２、１３、１４はなくてもよい。また、コンデンサ１３、１４と同様に、コンデンサ１２と並列に、直列に接続され接続点が接地されたコンデンサを設けることもできる。また、第１のフィルタ３は、複数のコモンモードチョークコイル１０を有することもできる。

第１のフィルタ３および第２のフィルタ５の少なくともいずれかは、例えば、ノーマルモード電流に対する比透磁率よりも、ノーマルモード電流よりも小さい電流に対する比透磁率が大きい磁性材料を含む。また、第１のフィルタ３および第２のフィルタ５の少なくともいずれかは、例えば、非晶質金属による磁性材を含む。なお、第１のフィルタ３および第２のフィルタ５は、同一構成とすることができ、また異なる構成とすることもできる。

再度図１に戻ると、スイッチング電源４は、第１のフィルタ３と第２のフィルタ５との間に接続され、第１のフィルタ３を介して電源２１から供給される電力を変換し、第２のフィルタ５を介して照明負荷に電力を供給する。スイッチング電源４は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータであり、例えばチョッパ回路であり、例えば１００ｋＨｚ以上の周波数でスイッチング駆動される。また、スイッチング電源４は、例えば、その内部に照明負荷６の電流を検出する検出抵抗８を有することができ、出力電流が所定値になるように制御することができる。なお、検出抵抗は、例えば基準電位Ｖ０に接続される。また、スイッチング電源４は、電源２１から供給される電力を、所定の出力電力に変換して出力できればよく、構成は任意である。

照明負荷６は、電源装置２の出力端子である第２のフィルタ５の一対の出力端子に接続される。照明負荷６は、照明光源７として、例えばＬＥＤ７を有し、第２のフィルタ５を介してスイッチング電源４から電力を供給されて点灯する。照明負荷６は、例えば、スイッチング電源４と第２のフィルタ５との配線長Ｌ４５が、第２のフィルタ５と照明負荷６との配線長Ｌ５６よりも短くなるように設けられる。

また、照明負荷６は、直列または並列に接続された、複数の照明光源７を有することができる。

図３は、照明装置におけるコモンモード電流を説明する回路図である。
スイッチング電源４は、例えばスイッチング素子を高周波でスイッチング駆動することにより入力された電力を変換する。そのため、スイッチング電源４の入力電流および出力電流には、高周波のスイッチングノイズが含まれる。

スイッチング電源４の入力側の配線間を流れるノーマルモード電流は、配線間を互いに逆方向に流れるため、スイッチングノイズによる電磁放射は低減される。スイッチング電源４の出力側の配線間を流れるノーマルモード電流についても同様に、スイッチングノイズによる電磁放射は低減される。また、配線間の距離を短くかくすることにより、スイッチングノイズによる電磁放射をさらに低減することができる。

一方、コモンモード電流Ｉ３４は、スイッチング電源４の入力配線と接地との間を流れる。また、コモンモード電流Ｉ５６は、スイッチング電源４の出力配線と接地とを流れる。

一般にスイッチング電源は、入力端子および出力端子の少なくともいずれかが接地されない場合が多く、スイッチング電源の入力配線および出力配線は、接地に対して、例えば浮遊容量９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄなどで結合される。

また、スイッチング電源の入力端子および出力端子の少なくともいずれかが接地されている場合でも、高周波のスイッチングノイズに対しては、入力配線および出力配線のインピーダンスが大きくなり、例えば浮遊容量９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄなどで結合される。

その結果、スイッチング電源４の入力側において、入力配線と接地との間で、コモンモード電流Ｉ３４が流れる。また、スイッチング電源４の出力側において、出力配線と接地との間で、コモンモード電流Ｉ４６が流れる。

コモンモード電流Ｉ３４、Ｉ５６は、配線間を互いに同じ向きで流れ、また、配線と接地とで大きなループを形成して流れるので、電磁放射は低減されない。したがって、スイッチング電源４の入力配線および出力配線と接地との間を流れるコモンモード電流Ｉ３４、Ｉ５６は、ノーマルモード電流と比較して小さいが、大きい高周波のスイッチングノイズを放射する可能性がある。

そこで、本実施形態においては、第１のフィルタ３と第２のフィルタ５との間にスイッチング電源４が接続されている。第１のフィルタ３および第２のフィルタ５は、一対の入力端子と一対の出力端子との間を流れる高周波電流のうち、コモンモード電流をノーマルモード電流よりも減衰させるフィルタである。

第１のフィルタ３および第２のフィルタ５は、例えばコモンモードチョークコイルであり、ノーマルモード電流よりもコモンモード電流に対して大きいインピーダンスを有する。したがって、高周波のスイッチングノイズに対して、浮遊容量よりも大きいインピーダンスを有して、コモンモード電流を低減することができる。その結果、スイッチング電源４が発生するスイッチングノイズによる電磁妨害波を低減することができる。

例えば、照明装置１における電源装置２においては、スイッチング電源４と照明負荷６との距離が大きくなる可能性がある。また、所定の光出力を得るためには、直列または並列に接続した複数の照明光源７を有する照明負荷６が用いられることがある。このような照明負荷６においては、照明負荷６と接地との間のループが大きくなる。

また、上記のとおり、スイッチング電源４が、第２のフィルタ５と基準電位Ｖ０との間に接続され、第２のフィルタ５を介して照明負荷６の電流を検出する検出抵抗８を有する場合がある。この場合、照明負荷６は、例えば検出抵抗８が直列に接続されるため、配線と接地との間のインピーダンスが大きくなり、照明負荷６と接地との間の浮遊容量９ｅ、９ｆを介して流れるコモンモード電流がさらに増加する可能性がある。

したがって、第２のフィルタ５がない場合は、スイッチング電源４が発生するスイッチングノイズにより、スイッチング電源４と照明負荷６との間の配線をコモンモード電流が流れると、電磁妨害波が大きくなる可能性がある。

これに対して、本実施形態においては、スイッチング電源４と照明負荷６との間に第２のフィルタ５が接続されているため、スイッチング電源４が発生するスイッチングノイズによるコモンモード電流を低減することができる。その結果、電磁妨害波を低減することができる。

また、照明負荷６が、例えば検出抵抗８を介して接地される場合でも、コモンモード電流を低減することができるため、電磁妨害波を低減することができる。

また、本実施形態においては、スイッチング電源４が、第１のフィルタ３を介して電源２から電力を供給されるため、スイッチング電源４が発生するスイッチングノイズにおよるスイッチング電源４の入力配線のコモンモード電流を低減することができる。その結果、電磁妨害波を低減することができる。

図４は、照明装置のＥＭＩを例示する特性図であり、（ａ）は、比較例の第１のフィルタだけで第２のフィルタがない場合、（ｂ）は第１のフィルタおよび第２のフィルタが設けられている場合である。
図４においては、周波数３０ＭＨｚ〜３００Ｍｈｚにおける電源装置２の放射電界強度の測定結果を表している。なお、図４（ａ）、（ｂ）において、第１のフィルタおよび第２のフィルタがない場合の特性を比較例１、第１のフィルタだけで第２のフィルタがない場合の特性を比較例２、第１のフィルタおよび第２のフィルタが設けられている場合の特性を実施例で表している。

図４（ａ）に表したように、第１のフィルタ３を設けることにより、第１のフィルタ３がない場合（図４（ａ）の比較例１）と比較して、測定周波数の範囲の全域に渡って、放射電界強度を低減することができる（図４（ａ）の比較例２）。

一方、図４（ｂ）に表したように、第１のフィルタ３と第２のフィルタ５とを設けることにより、第１のフィルタ３がない場合（図４（ｂ）の比較例１）と比較して、測定周波数の範囲の全域に渡って、放射電界強度を低減することができる（図４（ｂ）の実施例）。また、第１のフィルタ３と第２のフィルタ５とを設けることにより、第１のフィルタ３だけで第２のフィルタ５がない場合（図４（ａ）の比較例２）と比較しても、周波数１５０ＭＨｚを超える範囲で、放射電界強度をさらに低減させることができる（図４（ｂ）の実施例）。

照明装置１における電源装置２のようにスイッチング電源４と照明負荷６とが設けられている場合は、スイッチング電源４と照明負荷６との間の配線と、接地と、を大きなループを描いて、コモンモード電流が流れるためと推定される。また、スイッチング電源４と照明負荷６との間に第２のフィルタ５を設けることにより、コモンモード電流を減少させることができ、その結果、放射される電磁妨害波が低減すると推定される。

このように、本実施形態においては、第１のフィルタ３と第２のフィルタ５とがコモンモード電流を抑制するため、電磁妨害波を低減させることができる。

また、例えば、第２のフィルタ５と照明負荷６との間の配線長Ｌ５６よりも、スイッチング電源４と第２のフィルタ５との間の配線長Ｌ４５を短くすることにより、電磁妨害波を低減することができる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る電源装置を含む照明装置を例示するブロック図である。
第２の実施形態の照明装置１ａは、第１の実施形態の照明装置１における電源装置２を電源装置２ａに置き換えて構成されている。

電源装置２ａは、第１の実施形態の電源装置２に、直流電源回路１５および平滑コンデンサ１６が追加されている。電源装置２ａの直流電源回路１５および平滑コンデンサ１６以外の構成は、照明装置１の構成と同様である。

直流電源回路１５は、交流電圧を直流電圧に変換する回路であり、交流電源２２から入力される交流電圧を直流電圧に変換できれば、任意の構成とすることができる。平滑コンデンサ１６は、直流電源回路１５の一対の出力端子間および第１のフィルタ３の一対の入力端子間に接続される。平滑コンデンサ１６は、直流電源回路１５により充電されて、電源装置２の直流電源として機能する。交流電源２２は、例えば商用電源である。
本実施形態は、電源が交流電源の場合において、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係る電源装置を含む照明装置を例示するブロック図である。
第３の実施形態の照明装置１ｂは、第２の実施形態の照明装置１ａにおける電源装置２ａを電源装置２ｂに置き換えて構成されている。

電源装置２ｂは、第２の実施形態の電源装置２ａと比較して、直流電源回路１５の構成が異なっており、直流電源回路１５の替わりに直流電源回路１５ａを備えている。電源装置２ｂの直流電源回路１５ａ以外の構成は、電源装置２ａの構成と同様である。

直流電源回路１５ａは、整流回路１７と、第３のフィルタ１８と、第１の回路１９と、第４のフィルタ２０と、を有する。直流電源回路１５ａは、交流電源２２から供給される交流電圧を整流して直流電圧を生成する。整流回路１７は、交流電圧を整流して直流電圧を生成できれば、任意の構成とすることができる。

第３のフィルタ１８および第４のフィルタ２０は、例えばコモンモードチョークコイルであり、一対の入力端子（入力ポート）と一対の出力端子（出力ポート）との間を流れる高周波電流のうち、コモンモード電流をノーマルモード電流よりも減衰させるフィルタである。

第３のフィルタ１８および第４のフィルタ２０のそれぞれは、第１のフィルタ３または第２のフィルタ５と同一構成とすることができ、また異なる構成とすることもできる。また、第３のフィルタ１８と第４のフィルタ２０とは、同一構成とすることができ、また異なる構成とすることもできる。

第１の回路１９は、第３のフィルタ１８と第４のフィルタ２０との間に接続され、例えばスイッチング素子をスイッチング駆動することにより、直流電圧の変換または力率制御を行う回路である。第１の回路１９は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータであり、例えば力率改善回路である。

第１の回路１９は、スイッチング電源４と同様に高周波のスイッチングノイズを発生するため、第１の回路１９の入力配線および出力配線をコモンモード電流が流れて、電磁妨害波が放射される可能性がある。

そこで、本実施形態においては、第１の回路１９は、第３のフィルタ１８と第４のフィルタ２０との間に接続される。したがって、本実施形態においても、第１の実施形態の効果と同様に、コモンモード電流を低減して、電磁妨害波を低減することができる。

以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明したが、それらに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、第４の実施形態において、第１のフィルタ３、第２のフィルタ５、第３のフィルタ１８、およい第４のフィルタ２０を備えた構成を例示したが、スイッチング電源４と第１の回路１９のうちスイッチング周波数が高い方にフィルタを設ける構成とすることもできる。

また、照明光源７はＬＥＤに限らず、ＥＬやＯＬＥＤなどでもよく、照明負荷６には、複数個の照明光源７が直列又は並列に接続されていてもよい。

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。

１、１ａ、１ｂ…照明装置、２、２ａ、２ｂ…電源装置、３…第１のフィルタ、４…スイッチング電源、５…第２のフィルタ、６…照明負荷、７…照明光源、８…検出抵抗、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ…浮遊容量、１０…コモンモードチョークコイル、１１、１２、１３…コンデンサ、１５、１５ａ…直流電源回路、１６…平滑コンデンサ、１７…整流回路、１８…第３のフィルタ、１９…第１の回路、２０…第４のフィルタ、２１、２２…電源

Claims

コモンモード電流をノーマルモード電流よりも減衰させる第１のフィルタおよび第２のフィルタと、
前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとの間に接続され、前記第２のフィルタを介して照明負荷に電力を供給するスイッチング電源と、
を備えた電源装置。
前記第１のフィルタおよび前記第２のフィルタのそれぞれは、コモンモードチョークコイルを有する請求項１記載の電源装置。
前記第１のフィルタおよび前記第２のフィルタのそれぞれは、前記ノーマルモード電流に対する比透磁率よりも、前記ノーマルモード電流よりも小さい電流に対する比透磁率が大きい磁性材料を含む請求項１または２に記載の電源装置。
前記第１のフィルタおよび前記第２のフィルタのそれぞれは、非晶質金属による磁性材を含む請求項１〜３のいずれか１つに記載の電源装置。
請求項１〜４のいずれか１つに記載の電源装置と、
前記電源装置の負荷回路として接続された照明負荷と、
を備えた照明装置。