JP2014110197A - 点灯装置及び照明器具 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】点灯装置100は、直流電流を出力する直流出力部7と、直流電流をLED光源8にのみ伝達する信号ライン36と、LED光源8を通過した通過電流を直流出力部7に帰還させる帰還ライン37とを備える。そして、ラインフィルタ15が信号ライン36と帰還ライン37とをLED光源8に向かって伝搬するコモンモードノイズを減衰させることで、LED光源8に流れる電流のリップルを低減させる。
【選択図】図1
Description
光源を点灯する点灯装置において、
直流電流を出力する直流出力部と、
前記直流出力部から出力された前記直流電流を前記光源にのみ伝達する信号ラインと、
前記信号ラインにより前記光源に伝達されて前記光源を通過した通過電流を前記直流出力部に帰還させる帰還ラインと、
前記信号ラインと前記帰還ラインとを前記光源に向かって伝搬するコモンモードノイズを減衰させるノイズフィルタと
を備えることを特徴とする。
(点灯装置の構成)
図1は、点灯装置の構成を示す図である。
点灯装置100(点灯装置)は、例えば非絶縁型のインバータ方式のLED点灯装置である。点灯装置100は、直流電源35、直流出力部7、ラインフィルタ15(ノイズフィルタ)、電流検出抵抗9、インバータ制御回路10を備える。
そして、直流電源35は電源整流回路2、アクティブフィルタ回路3を備える。また、直流出力部7は、インバータ回路4(インバータ部)、共振回路5、負荷整流回路6(整流部)、平滑コンデンサ16を備える。
インバータ制御回路10は、IC(集積回路)化されたマイクロコンピュータである。
インバータ回路4は、第一のスイッチング素子11と第二のスイッチング素子12とを備える。共振回路5は、共振用コンデンサ13と共振用インダクタ14とを備える。
そして、点灯装置100は、発光素子としてLED光源8(1つ以上のLED)を点灯させる。つまり、点灯装置100は、LED光源8(1つ以上のLED)を発光素子とする照明器具200に備えられる。換言すると、照明器具200は、点灯装置100とLED光源8とを備える。
なお、LED光源8を流れる電流をLED電流と称する。
また、ラインフィルタ15は、第1の巻き線38と第2の巻き線39とを備える。そして、点灯装置100は、信号ライン36と帰還ライン37とを備える。ここで、信号ライン36とは、接続点51aから接続点51cまでの配線である。詳細には、信号ライン36とは、接続点51aから第1の巻き線38の一端(接続点51f)、第1の巻き線38、第1の巻き線38の他端(接続点51g)を経て接続点51cに至る配線である。また、帰還ライン37とは、接続点51dから接続点51bまでの配線である。詳細には、帰還ライン37とは、接続点51dから、接続点51e、電流検出抵抗9、第2の巻き線39の一端(接続点51i)、第2の巻き線39、第2の巻き線39の他端(接続点51h)を経て、接続点51bに至る配線である。
第1の巻き線38は、信号ライン36の少なくとも一部を構成し、第2の巻き線39は、帰還ライン37の少なくとも一部を構成する。換言すると、第1の巻き線38は信号ライン36に挿入され、第2の巻き線39は、帰還ライン37に挿入される。
点灯装置100を構成する各部の動作について説明する。
点灯装置100は、商用電源1に接続される。商用電源1は、例えばコンセントなどの交流電源である。
電源整流回路2は、ノイズフィルタとダイオードブリッジとで構成され、商用電源1から交流が供給され、供給された交流のノイズを低減させ、更に、整流を行ってアクティブフィルタ回路3に出力する。
インバータ回路4は、直流電源35から供給される電流(アクティブフィルタ回路3で昇圧された直流電力)を高周波の交流電流(交流電力)に変換して出力する。具体的には、インバータ回路4は、LED光源8に調光目標の電流値の電流が供給されるように、インバータ制御回路10の制御を受ける。ここで、調光目標の電流値とは、調光目標のLED光源8の照度(照明器具の照度)を得るために、LED光源8に流すことが必要な電流値である。
インバータ制御回路10は、インバータ回路4の制御を行うための、所定の周波数と所定のデューティー比との矩形波電圧を生成する。
そして、第一のスイッチング素子11と第二のスイッチング素子12とは、インバータ制御回路10により、インバータ制御回路10が生成した矩形波電圧がスイッチング素子間で逆極性となるように印加される。
そして、第一のスイッチング素子11と第二のスイッチング素子12とは、インバータ制御回路10が生成した矩形波電圧に応じて交互にスイッチングする。その為、インバータ回路4は、インバータ制御回路10が生成した矩形波電圧に応じた高周波電流(交流)を発生する。
負荷整流回路6は、全波整流回路である。具体的には、負荷整流回路6は、4つのダイオードからなるダイオードブリッジ回路である。負荷整流回路6は、インバータ回路4から出力され、共振回路5により大きさが変更された高周波の交流電流を整流して、整流電流(全波波形の脈流)に変換する回路である。
平滑コンデンサ16は、負荷整流回路6により変換された整流電流を平滑化し、平滑化した整流電流を直流電流として出力する。
すなわち、直流出力部7(インバータ回路4、共振回路5、負荷整流回路6、平滑コンデンサ16)は直流電流を接続点51aから出力する。
信号ライン36(上記で述べた、接続点51aから接続点51cまでの配線)は、直流出力部7から出力された直流電流をLED光源8にのみ伝達する。ここで、第1の巻き線38は前述の通り信号ライン36の少なくとも一部である。
第1の巻き線38は、直流出力部7の平滑コンデンサ16により出力された直流電流が一端(接続点51f)から供給され、供給された直流電流を他端(接続点51g)から他の電子素子を介することなく直接、LED光源8に伝達する。すなわち、第1の巻き線38は、一端(接続点51f)が平滑コンデンサ16に接続され、他端(接続点51g)が他の電子素子を介することなく直接LED光源8に接続されている。
信号ライン36によりLED光源8に伝達された直流電流はLED光源8を通過する。この時、LED光源8は点灯する。なお、LED光源8を通過した電流を通過電流と称する。
そして、帰還ライン37(接続点51dから電流検出抵抗9を経由して接続点51bまでの配線)は、通過電流を直流出力部7に帰還させる。ここで、第2の巻き線39は前述の通り帰還ライン37の少なくとも一部である。
第2の巻き線39は、LED光源8を通過した通過電流が一端(接続点51i)から供給され、供給された通過電流を他端(接続点51h)から直流出力部7の平滑コンデンサ16に帰還させる。
ラインフィルタ15の動作は後述する。
電流検出抵抗9は、LED光源8に流れる電流を通電し、電流検出抵抗9の両端の電位差を発生させる。この電位差は、LED光源8に流れる電流に比例し、この電位差を「検出電圧」と称する。
インバータ制御回路10は、検出した検出電圧の値と基準の電圧とを比較する。ここで、基準の電圧は、インバータ制御回路10の内部で発生してもよいし、インバータ制御回路10の外部から供給されてもよい。インバータ制御回路10は検出電圧の値と基準の電圧との比較結果に基づき、LED光源8に流れる電流を制御する為に、インバータ回路4に入力する所定の周波数と所定のデューティー比との矩形波電圧を生成する。
図2は、LED光源の構成を示す図である。
ここで、LED光源8について説明する。
LED光源8は、光源であるLEDを複数直列に接続したLEDモジュール19と、LEDモジュール19と点灯装置100とを接続する電線17と、ヒートシンク20とで構成されている。
LEDモジュール19は、ヒートシンク20に接するように配置され、LEDモジュール19で発生した熱は、ヒートシンク20により放熱される。ここで、ヒートシンク20はアースに接続され、LEDモジュール19とヒートシンク20とは電気的に絶縁されている。しかし、LEDモジュール19とヒートシンク20との間に浮遊容量が発生し、LEDモジュール19に流れる電流とヒートシンク20とが電気的に結合(接続)し、ヒートシンク20のアースを通じてLEDモジュール19(LED光源8)に流れる電流にコモンモードノイズが発生する。
コモンモードノイズのノイズ源としては、商用電源1のノイズ、インバータ回路4の発振に伴うノイズ、無線機器の電波などが有る。
一方、信号ライン36には、LEDモジュール19(LED光源8)に向かってコモンモードノイズ44aが伝搬し、帰還ライン37には、LEDモジュール19(LED光源8)に向かってコモンモードノイズ44bが伝搬する。このコモンモードノイズ44aとコモンモードノイズ44bとは、ヒートシンク20のアースを通じて点灯装置100のアースに帰還する。
このコモンモードノイズは、LED電流のリップルとして現れ、LED光源8の点灯のちらつきなどの原因となる。
その為、コモンモードノイズを除去もしくは減衰(低減)させる必要がある。
ラインフィルタ15(図1)は、第1の巻き線38と第2の巻き線39とが対となって信号ライン36と帰還ライン37とを伝搬するコモンモードノイズを減衰させる。
具体的には、ラインフィルタ15は、第1の巻き線38と第2の巻き線39とがコアに同じ向きに巻かれている。そして、第1の巻き線38と第2の巻き線39とに同じ方向の信号、すなわちコモンモードノイズが伝搬すると、コアに発生する磁束が強まり、第1の巻き線38と第2の巻き線39に流れる信号を阻止する作用(ブレーキ作用)が強まる。その結果、ラインフィルタ15を通過するコモンモードノイズは減衰される。
すなわち、ラインフィルタ15は、コモンモードノイズを減衰させることで、LED電流のリップルを低減する。
なお、ラインフィルタ15は、平滑コンデンサ16とLED光源8との間に接続されている。換言すると、ラインフィルタ15は、LED光源8の直前に接続されている。このようにすることで、ラインフィルタ15によりコモンモードノイズが減衰された直後の直流電流がLED光源8に供給される。すなわち、ラインフィルタ15によりコモンモードノイズが減衰された後の直流電流に対し、新たなコモンモードノイズが加わる前にLED光源8に直流電流を供給することが出来る。
ここで、比較の為に、負荷整流回路6と平滑コンデンサ16との間(平滑コンデンサ16の前)にラインフィルタ15が配置された点灯装置100の構成を説明する。
図3は、平滑コンデンサ16の前にラインフィルタ15が配置された点灯装置100の構成を示す図である。
LED光源8を点灯する点灯装置100の回路には、コモンモードノイズが多く含まれる。コモンモードノイズを減衰させLED光源8に流す電流を安定させるにはラインフィルタ15のインダクタンスを大きくしなければならない。その為、ラインフィルタ15の巻き数増加によりラインフィルタ15がコストアップし、更に、ラインフィルタ15が大型化する。
更に、ラインフィルタ15とLED光源8との位置が離れている為、ラインフィルタ15でコモンモードノイズがLED光源8に到達するまでに新たなコモンモードノイズが加わる可能性がある。
また、ラインフィルタ15のインダクタンスと平滑コンデンサ16の容量とによりLC回路が構成されてローパスフィルタ回路となり、LED光源8に流れる電流値が所望の電流値に対して変化する(LED光源8に流れる電流が大幅に変わる)ため、設計が困難になる。
前述の図3の構成を踏まえた上で、実施の形態1(図1)の効果を説明する。
LED電流21は、図1の構成(実施の形態1)において、LED光源8に流れる電流を示し、LED電流22は、図3の構成において、LED光源8に流れる電流を示す。
LED電流21は、所望の電流値25と同等であり、LED電流22よりもリップルが少なく安定した電流となる。
一方、LED電流22は、所望の電流値25に対して高い電流値となっている。これは、図3の構成において、ラインフィルタ15のインダクタンスと平滑コンデンサ16の容量によりLC回路が構成されてローパスフィルタ回路となり、負荷(LED光源8)に流れる電流が大幅に変わってしまったためである。
点灯装置100は、LED電流を所望の電流値にするために定電流制御を行う。具体的には、点灯装置100は、インバータ回路4のスイッチング周波数を変化させて定電流制御を行う。
LED電流周波数特性23は、図1の構成(実施の形態1)におけるインバータ回路4のスイッチング周波数に対するLED電流を示す。LED電流周波数特性23は共振回路5の共振特性に基づく特性であり、インバータ回路4がスイッチング周波数41で動作することにより、所望の電流値25が得られるように共振回路5の共振特性が予め設計されている。そして、図1の構成におけるLED電流周波数特性23は、共振回路5の共振特性と同一となるため、設計が容易になる。
一方、LED電流周波数特性24は、図3の構成におけるインバータ回路4のスイッチング周波数に対するLED電流を示し、LED電流周波数特性23とは異なる特性となる。
定電流制御を行わず、所望の電流値25を得ようとして、共振回路5の共振特性の設計に基づき、インバータ回路4がスイッチング周波数41で動作すると、LED電流は、LED電流値26へと変化してしまう。そして、定電流制御を行う場合には、所望の電流値25を得る為に、インバータ回路4は、スイッチング周波数をスイッチング周波数41からスイッチング周波数42へと変更する必要が有る。図3の構成では、定電流制御を行うことで、所望の電流値25を得ることが可能であるが、共振回路5に加え、ラインフィルタ15と平滑コンデンサ16との影響を考慮したLED電流周波数特性24を設計する必要が有り、設計が困難となる。
図7は、LED電流及びLED電流に含まれるコモンモードノイズを示す図である。
図6は、図3の構成におけるLED電流28及びLED電流に含まれるコモンモードノイズ29を示し、図7は、図1の構成(実施の形態1)におけるLED電流30及びLED電流に含まれるコモンモードノイズ31を示す。なお、コモンモードノイズの電流値は、LED電流の電流値に比べ小さい為、コモンモードノイズの縦軸をLED電流の縦軸よりも拡大して図示している。そして、図6、図7、図9(後述)におけるLED電流の縦軸は同一であり、図6、図7、図9におけるコモンモードノイズの縦軸は同一である。すなわち、図6、図7、図9を相互に比較することが可能である。
図6と図7とを比べると、図7(実施の形態1)の方が、LED電流のリップルが小さく、かつコモンモードノイズが少ないことがわかる。これは、実施の形態1のラインフィルタ15が図3の構成よりもコモンモードノイズを多く減衰させることを示している。これは、実施の形態1のラインフィルタ15の接続場所が図3の構成よりもLED光源8に近い為、ラインフィルタ15からLED光源8に電流が到達するまでに新たなコモンモードノイズが加わりにくいことを示している。また、ラインフィルタ15の設置場所がノイズ源から近い場合も、ノイズがより多く減衰される。
また、実施の形態1の点灯装置100は、図3の構成よりもリップル及びコモンモードノイズの低減効果が大きく、ラインフィルタ15の小型化も可能である。
また、逆にラインフィルタ15のインダクタンスを大きくすることで、平滑コンデンサ16の容量も小さくすることが可能になるため、設計の自由度も得られる。
すなわち、実施の形態1の点灯装置100は、リップルを抑制してLED光源8に安定した直流電流を供給することができる。
本実施の形態2について、主に実施の形態1との差異を説明する。
実施の形態2の点灯装置100は、実施の形態1と同様に、平滑コンデンサ16とLED光源8との間にラインフィルタ15が設置された回路である。
そして、実施の形態2の照明器具200は、複数の点灯装置100を備える。すなわち、実施の形態2の照明器具200は、複数のインバータ回路4及び複数の共振回路5でLED光源8を点灯させる。
なお、図8において、実施の形態2の照明器具200に備えられる点灯装置100は2つであるが、実施の形態2の照明器具200に備えられる点灯装置100の数は限定されるものではない。
なお、電源整流回路2及びアクティブフィルタ回路3も点灯装置100ごとに備えられていてもよい。
すなわち、複数の点灯装置100のうち、少なくとも2つの点灯装置100のそれぞれのインバータ回路4は、周波数が互いに異なる高周波の交流電流を出力する。
そして、照明器具200の複数のインバータ回路4が複数の発振周波数で発振すると互いに影響を与え、LED光源8に流れるコモンモードノイズが増える。
具体的には、複数のインバータ回路4が複数の発振周波数で発振すると、その複数の発振周波数と同じ周波数のコモンモードノイズ、もしくは複数の発振周波数それぞれの整数倍の周波数のコモンモードノイズが増える。更には、複数の発振周波数の信号が互いに干渉することで、例えば2つの発振周波数の差分と同じ周波数、もしくは2つの発振周波数の差分の整数倍の周波数のコモンモードノイズが増える。
図9は、LED電流及びLED電流に含まれるコモンモードノイズを示す図である。
図9は、図8の構成(実施の形態2)におけるLED電流32及びLED電流に含まれるコモンモードノイズ33を示す。
図7(実施の形態1)と図9(実施の形態2)とのLED電流及びコモンモードノイズを比較すると、図9のほうがLED電流のリップルが大きく、かつコモンモードノイズが多いことがわかる。ここで、図7と図9とは、両者ともラインフィルタ15が平滑コンデンサ16とLED光源8との間に接続される構成であり、照明器具200が一つの点灯装置100から成るか(図7)、照明器具200が複数の点灯装置100から成るか(図9)が異なる。すなわち、図7と図9とは、複数のインバータ回路4及び共振回路5で複数のLED光源8を点灯させた場合、LED電流に含まれるコモンモードノイズが大きくなることを示している。
一方、図6(点灯装置100が一つで、ラインフィルタ15が平滑コンデンサ16の前に接続)と図9(実施の形態2)とのLED電流及びコモンモードノイズを比較すると、図6のほうがLED電流のリップルが大きく、かつコモンモードノイズが多いことがわかる。図示は省略するが、ラインフィルタ15が平滑コンデンサ16の前に接続され、点灯装置100が複数になると、図6よりもLED電流のリップルが大きくなり、コモンモードノイズが多くなることは明らかである。
すなわち、複数の点灯装置100を備えた照明器具200において、実施の形態2のようにラインフィルタ15を平滑コンデンサ16とLED光源8との間に接続することにより安定した電流をLED光源8に供給できる。
Claims (6)
- 光源を点灯する点灯装置において、
直流電流を出力する直流出力部と、
前記直流出力部から出力された前記直流電流を前記光源にのみ伝達する信号ラインと、
前記信号ラインにより前記光源に伝達されて前記光源を通過した通過電流を前記直流出力部に帰還させる帰還ラインと、
前記信号ラインと前記帰還ラインとを前記光源に向かって伝搬するコモンモードノイズを減衰させるノイズフィルタと
を備えることを特徴とする点灯装置。 - 前記直流出力部は、
直流電源から供給される電流を高周波の交流電流に変換して出力するインバータ部と、
前記インバータ部から出力された前記高周波の交流電流を整流して整流電流に変換する整流部と、
前記整流部により変換された前記整流電流を平滑化し、平滑化した前記整流電流を前記直流電流として出力する平滑コンデンサと
を有し、
前記ノイズフィルタは、
前記信号ラインに挿入される第1の巻き線と、前記帰還ラインに挿入される第2の巻き線とを有し、前記第1の巻き線と前記第2の巻き線とが対となって前記信号ラインと前記帰還ラインとを伝搬する前記コモンモードノイズを減衰させることを特徴とする請求項1記載の点灯装置。 - 前記ノイズフィルタの前記第1の巻き線は、
前記直流出力部の前記平滑コンデンサにより出力された前記直流電流が一端から供給され、供給された前記直流電流を他端から他の電子素子を介することなく直接、前記光源に伝達し、
前記ノイズフィルタの前記第2の巻き線は、
前記光源を通過した前記通過電流が一端から供給され、供給された前記通過電流を他端から前記直流出力部の前記平滑コンデンサに帰還させることを特徴とする請求項2記載の点灯装置。 - 請求項2〜3のいずれかに記載の点灯装置を複数備え、
複数の点灯装置のうち、少なくとも2つの点灯装置のそれぞれのインバータ部は、
周波数が互いに異なる高周波の交流電流を出力することを特徴とする照明器具。 - 前記点灯装置は、
前記光源としてLEDを点灯させることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の点灯装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の点灯装置を備えることを特徴とする照明器具。
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