JP2018129202A - 点灯装置及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】輻射ノイズの発生が抑制された、制御回路用のスイッチング電源を有する点灯装置、及び、点灯装置を備える照明器具を提供する。【解決手段】点灯装置１０は、交流電流を整流し、得られた脈流電流を第１ホット線１２ａと第１グランド線１２ｂとを介して出力する整流回路１１と、スイッチング素子１３ａを用いて脈流電流を直流電流に変換して発光素子８に供給するＡＣ−ＤＣコンバータ１３と、スイッチング素子１３ａを制御する制御回路３０と、脈流電流から直流電圧を生成し、第３ホット線２５ａと第３グランド線２５ｂとを介して制御回路３０に供給するスイッチング電源２０とを備え、スイッチング電源２０は、第３ホット線２５ａと第３グランド線２５ｂとの間に接続された第１コンデンサＣ２５、及び、第３ホット線２５ａと第１グランド線１２ｂとの間に接続された第２コンデンサＣ２６を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子に電流を供給する点灯装置及びその点灯装置を備える照明器具に関する。

発光素子に電流を供給する点灯装置において、発光素子に電流を供給するＡＣ−ＤＣコンバータが有するスイッチング素子を制御する制御回路に直流電圧を供給する電源として、降圧チョッパ方式のスイッチング電源が用いられる（例えば、特許文献１）。

特許文献１では、ＡＣ−ＤＣコンバータが有するスイッチング素子を制御する制御回路用の電源として、ＩＰＤ（インテリジェントパワーデバイス）を用いた降圧チョッパ方式のスイッチング電源が開示されている。ＩＰＤは、スイッチングレギュレータ用のスイッチング素子とそのコントローラを１パッケージ化したモジュールである。このようなＩＰＤを用いたスイッチング電源により、小型で、低消費電力の点灯装置が実現され得る。

特開２０１２−１３４０３７号公報

しかしながら、特許文献１の点灯装置のように、制御回路用の電源としてスイッチング電源を用いた場合には、スイッチング電源が有するチョークコイルからの漏れ磁束によって大きな輻射ノイズ（つまり、放射ノイズ）が発生するという問題がある。そのために、スイッチング電源の近傍に配置されたＡＣ−ＤＣコンバータが誤動作をしたり、点灯装置の周辺に設置された電子機器に対して電磁妨害を与えたりする可能性がある。

そこで、本発明は、輻射ノイズの発生が抑制された、制御回路用のスイッチング電源を有する点灯装置、及び、点灯装置を備える照明器具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る点灯装置は、発光素子に電流を供給する点灯装置であって、交流電流を整流することで脈流電流に変換し、変換した前記脈流電流を第１ホット線と第１グランド線とを介して出力する整流回路と、スイッチング素子を有し、前記スイッチング素子を用いて前記脈流電流を直流電流に変換し、変換した前記直流電流を第２ホット線と第２グランド線とを介して前記発光素子に供給するＡＣ−ＤＣコンバータと、前記スイッチング素子のスイッチングを制御する制御回路と、前記脈流電流から直流電圧を生成し、生成した前記直流電圧を第３ホット線と第３グランド線とを介して前記制御回路に供給するスイッチング電源とを備え、前記スイッチング電源は、前記第３ホット線と前記第３グランド線との間に接続された第１コンデンサ、及び、前記第３ホット線と前記第１グランド線との間に接続された第２コンデンサを有する。

また、上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る照明器具は、上記点灯装置を備える。

本発明により、輻射ノイズの発生が抑制された、制御回路用のスイッチング電源を有する点灯装置、及び、点灯装置を備える照明器具が提供される。

実施の形態に係る点灯装置の回路図 図１に示される点灯装置の回路基板におけるレイアウト図 第１コンデンサ及び第２コンデンサが実装されていない参考例に係る点灯装置の輻射ノイズの測定結果を示す図 第１コンデンサ及び第２コンデンサが実装された本実施の形態に係る点灯装置の輻射ノイズの測定結果を示す図 実施の形態に係る点灯装置を備える照明器具の一例を示す外観図 実施の形態に係る点灯装置を備える照明器具の他の一例を示す外観図

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。

図１は、実施の形態に係る点灯装置１０の回路図である。なお、図１には、点灯装置１０に関連する外部構成要素として、商用電源６及び発光素子８も併せて図示されている。発光素子８は、電流が印加されると発光する素子であり、例えば、ＬＥＤ、有機ＥＬ素子である。

点灯装置１０は、発光素子８に電流を供給する装置であって、典型的には、回路基板上に実装された回路であり、主要な回路として、整流回路１１、ＡＣ−ＤＣコンバータ１３、スイッチング電源２０、及び、制御回路３０を備える。なお、点灯装置１０には、その他の構成要素として、コンデンサ（Ｃ１０、Ｃ１１）、電力供給用の配線（第１ホット線１２ａ、第１グランド線１２ｂ、第２ホット線１４ａ、第２グランド線１４ｂ、第３ホット線２５ａ、第３グランド線２５ｂ）も備えられている。なお、ホット線とは、負荷に向けて電流が流れる配線であり、グランド線とは、負荷からの帰還電流が流れる配線である。

整流回路１１は、商用電源６からの交流電流を整流することで脈流電流に変換し、変換した脈流電流を第１ホット線１２ａと第１グランド線１２ｂとを介して出力する回路であり、例えば、全波整流用のダイオードブリッジである。第１ホット線１２ａは、いわゆるパワーラインに相当し、第１グランド線１２ｂは、いわゆるパワーＧＮＤに相当する。

コンデンサＣ１０は、ノイズフィルタとして機能するバイパスコンデンサである。

ＡＣ−ＤＣコンバータ１３は、スイッチング素子１３ａを有し、スイッチング素子１３ａを用いて、整流回路１１からの脈流電流を直流電流に変換し、変換した直流電流を第２ホット線１４ａと第２グランド線１４ｂとを介して発光素子８に供給する回路である。スイッチング素子は、例えば、ＭＯＳＦＥＴである。ＡＣ−ＤＣコンバータ１３は、例えば、降圧チョッパ方式のスイッチング電源であり、発光素子８に定電流を供給する。

コンデンサＣ１１は、第２ホット線１４ａと第２グランド線１４ｂとの間に接続された第３コンデンサの一例であり（以下、コンデンサＣ１１を「第３コンデンサＣ１１」ともいう）、ＡＣ−ＤＣコンバータ１３の出力電流を平滑化する。

制御回路３０は、スイッチング素子１３ａのスイッチングを制御する回路である。制御回路３０は、例えば、外部から入力される調光の指示を受信し、その指示に対応するデューティ比をもつＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成してスイッチング素子を駆動する制御ＩＣである。

スイッチング電源２０は、整流回路１１から出力された脈流電流から直流電圧を生成し、生成した直流電圧を第３ホット線２５ａと第３グランド線２５ｂとを介して制御回路３０に供給する電源回路であり、例えば、１５Ｖの定電圧電源である。第３ホット線２５ａは、いわゆるＶｃｃラインに相当し、第３グランド線２５ｂは、いわゆるロジックＧＮＤに相当する。より詳しくは、スイッチング電源２０は、降圧チョッパ方式のＤＣ−ＤＣコンバータであり、ＩＰＤ２１、チョークコイルＬ１、抵抗Ｒ２０〜Ｒ２２、整流ダイオードＤ２０〜Ｄ２２、ツェナーダイオードＺＤ２０及びＺＤ２１、コンデンサＣ２０〜Ｃ２６を有する。

抵抗Ｒ２０は、整流回路１１からスイッチング電源２０に流れる電流を制限する減流抵抗である。整流ダイオードＤ２０は、スイッチング電源２０からＡＣ−ＤＣコンバータ１３へ流れる電流を阻止する逆流防止用ダイオードである。コンデンサＣ２０は、スイッチング電源２０に入力された脈流電流を直流に平滑化するコンデンサである。ＩＰＤ２１は、スイッチング素子とそのコントローラを１パッケージ化したモジュールである。コンデンサＣ２１、及び、抵抗Ｒ２１とコンデンサＣ２２との直列接続は、ＩＰＤ２１の出力端子と制御端子との間に接続されるフィルタである。チョークコイルＬ１は、ＩＰＤ２１でのスイッチングによって起電力を発生するインダクタであり、例えば、８２０μＨのインダクタンスをもつコイルである。整流ダイオードＤ２２は、チョークコイルＬ１で発生した起電力を一定方向に流して回生させる。コンデンサＣ２３及びＣ２４は、チョークコイルＬ１から出力される脈流電流を平滑化するコンデンサである。抵抗Ｒ２２、整流ダイオードＤ２１及びツェナーダイオードＺＤ２０の直列接続は、スイッチング電源２０の出力をＩＰＤ２１の制御端子にフィードバックする回路である。

コンデンサＣ２５は、第３ホット線２５ａと第３グランド線２５ｂとの間に接続された第１コンデンサの一例であり（以下、コンデンサＣ２５を「第１コンデンサＣ２５」ともいう）、ノイズフィルタとして機能するバイパスコンデンサである。第１コンデンサＣ２５は、例えば、０．１μＦの容量をもつキャパシタである。コンデンサＣ２６は、第３ホット線２５ａと第１グランド線１２ｂとの間に接続された第２コンデンサの一例であり（以下、コンデンサＣ２６を「第２コンデンサＣ２６」ともいう）、ノイズフィルタとして機能するバイパスコンデンサである。第２コンデンサＣ２６は、例えば、０．１μＦの容量をもつキャパシタである。

このように、点灯装置１０では、Ｖｃｃライン（第３ホット線２５ａ）とロジックＧＮＤ（第３グランド線２５ｂ）との間だけでなく、Ｖｃｃライン（第３ホット線２５ａ）とパワーＧＮＤ（第１グランド線１２ｂ）との間にもバイパスコンデンサが接続されている。よって、スイッチング電源２０で生じた磁界ノイズがＶｃｃライン（第３ホット線２５ａ）を介して他の箇所に伝播することが抑制され、点灯装置１０から生じる輻射ノイズが抑制される。

図２は、図１に示される点灯装置１０の回路基板４０におけるレイアウト図である。図２には、特徴的な配線パターンとして、第１ホット線１２ａ、第１グランド線１２ｂ、第２ホット線１４ａ、第２グランド線１４ｂ、第３ホット線２５ａ及び第３グランド線２５ｂが符号を付して示されている。また、輻射ノイズの抑制に関連する部品として、チョークコイルＬ１、第１コンデンサＣ２５、第２コンデンサＣ２６、及び、第３コンデンサＣ１１の実装位置も示されている。

図２に示されるように、第１コンデンサＣ２５は、第３ホット線２５ａと第３グランド線２５ｂとの間に接続されている。また、第２コンデンサＣ２６は、第３ホット線２５ａと第１グランド線１２ｂとの間に接続されている。さらに、第３コンデンサＣ１１は、第２ホット線１４ａと第２グランド線１４ｂとの間に接続されている。

ここで、特徴的なことの一つは、第１コンデンサＣ２５及び第２コンデンサＣ２６が、第３コンデンサＣ１１よりもチョークコイルＬ１に近い位置に配置されている点である。つまり、バイパスコンデンサとしての第１コンデンサＣ２５及び第２コンデンサＣ２６は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１３の出力側よりもノイズ源であるチョークコイルＬ１に近い位置に配置されている。これにより、Ｖｃｃライン（第３ホット線２５ａ）の上流に２つのバイパスコンデンサが接続され、Ｖｃｃライン（第３ホット線２５ａ）に生じたノイズが他の箇所に伝播してしまうことが効率的に抑制される。

また、図２に示されるように、特徴的なことの他の一つは、第１グランド線１２ｂ及び第３グランド線２５ｂは、第３コンデンサＣ１１が第２グランド線１４ｂに接続される箇所４２から分岐して延びる配線パターンになって点である。つまり、第１グランド線１２ｂと第３グランド線２５ｂとは、第３コンデンサＣ１１のグランド端子の位置で、いわゆる１点アースの方式で接続されている。よって、ロジックＧＮＤ（第３グランド線２５ｂ）が、大きな電流の帰還路であるパワーＧＮＤ（第１グランド線１２ｂ）を流れる電流の影響を受けてグランド電位が変動してしまう等の不具合が抑制される。

図３Ａ及び図３Ｂは、本実施の形態に係る点灯装置１０が備える第１コンデンサＣ２５及び第２コンデンサＣ２６による輻射ノイズの抑制効果を示す図である。具体的には、図３Ａは、第１コンデンサＣ２５は実装されているが、第２コンデンサＣ２６は実装されていない参考例に係る点灯装置の輻射ノイズの測定結果を示す図である。図３Ｂは、第１コンデンサＣ２５及び第２コンデンサＣ２６が実装された本実施の形態に係る点灯装置１０の輻射ノイズの測定結果を示す図である。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、横軸は周波数（ＭＨｚ）を示し、縦軸は輻射ノイズ（磁界成分）のレベル（ｄＢ（μＶ／ｍ））を示す。測定は、ＣＩＳＰＲ（国際無線障害特別委員会）、ＶＣＣＩ（情報処理装置等電波障害自主規制協議会）等の規格に準拠した不要輻射測定システムを用いて、点灯装置から３ｍ離れた位置での点灯装置から全方位への輻射ノイズのレベルを測定した。

参考例に係る図３Ａと本実施の形態に係る図３Ｂとを比較して分かるように、本実施の形態に係る点灯装置１０によれば、第１コンデンサＣ２５及び第２コンデンサＣ２６が実装されることにより、５〜１０ｄＢ程度、輻射ノイズのレベルが抑制される。

以上のように、本実施の形態に係る点灯装置１０は、発光素子８に電流を供給する装置であって、交流電流を整流することで脈流電流に変換し、変換した脈流電流を第１ホット線１２ａと第１グランド線１２ｂとを介して出力する整流回路１１と、スイッチング素子１３ａを有し、スイッチング素子１３ａを用いて脈流電流を直流電流に変換し、変換した直流電流を第２ホット線１４ａと第２グランド線１４ｂとを介して発光素子８に供給するＡＣ−ＤＣコンバータ１３と、スイッチング素子１３ａのスイッチングを制御する制御回路３０と、脈流電流から直流電圧を生成し、生成した直流電圧を第３ホット線２５ａと第３グランド線２５ｂとを介して制御回路３０に供給するスイッチング電源２０とを備える。スイッチング電源２０は、第３ホット線２５ａと第３グランド線２５ｂとの間に接続された第１コンデンサＣ２５、及び、第３ホット線２５ａと第１グランド線１２ｂとの間に接続された第２コンデンサＣ２６を有する。

これにより、点灯装置１０では、Ｖｃｃライン（第３ホット線２５ａ）とロジックＧＮＤ（第３グランド線２５ｂ）との間だけでなく、Ｖｃｃライン（第３ホット線２５ａ）とパワーＧＮＤ（第１グランド線１２ｂ）との間にもバイパスコンデンサが接続されている。よって、スイッチング電源２０で生じた磁界ノイズがＶｃｃライン（第３ホット線２５ａ）を介して他の箇所に伝播することが抑制され、点灯装置１０から生じる輻射ノイズが抑制される。

また、点灯装置１０は、さらに、第２ホット線１４ａと第２グランド線１４ｂとの間に接続された第３コンデンサＣ１１を備え、スイッチング電源２０は、チョークコイルＬ１を有し、第１コンデンサＣ２５及び第２コンデンサＣ２６は、第３コンデンサＣ１１よりもチョークコイルＬ１に近い位置に配置されている。

これにより、バイパスコンデンサとしての第１コンデンサＣ２５及び第２コンデンサＣ２６は、ＡＣ−ＤＣコンバータ１３の出力側よりもノイズ源であるチョークコイルＬ１に近い位置に配置される。よって、Ｖｃｃライン（第３ホット線２５ａ）の上流に２つのバイパスコンデンサが接続され、Ｖｃｃライン（第３ホット線２５ａ）に生じたノイズが他の箇所に伝播してしまうことが効率的に抑制される。

また、第１グランド線１２ｂ及び第３グランド線２５ｂは、第３コンデンサＣ１１が第２グランド線１４ｂに接続される箇所から分岐して延びる配線パターンである。

これにより、第１グランド線１２ｂと第３グランド線２５ｂとは、第３コンデンサＣ１１のグランド端子の位置で、いわゆる１点アースの方式で接続される。よって、ロジックＧＮＤ（第３グランド線２５ｂ）が、大きな電流の帰還路であるパワーＧＮＤ（第１グランド線１２ｂ）を流れる電流の影響を受けてグランド電位が変動してしまう等の不具合が抑制される。

なお、上記実施の形態における点灯装置１０は、各種照明器具に適用できる。

図４Ａ及び図４Ｂは、上記実施の形態に係る点灯装置１０を備える各種照明器具２００ａ及び２００ｂの外観図である。図４Ａに示される照明器具２００ａは、ダウンライトであり、図４Ｂに示される照明器具２００ｂは、スポットライトである。照明器具２００ａ及び２００ｂは、回路ボックス２０１及び灯体２０２を有し、照明器具２００ａ及び２００ｂは、さらに、配線２０３を有する。回路ボックス２０１は、上記実施の形態に係る点灯装置１０を収納しているボックスである。灯体２０２は、発光素子８を収納している。配線２０３は、回路ボックス２０１と灯体２０２の収納された発光素子８とを電気的に接続している。

このような照明器具２００ａ及び２００ｃｂよれば、上記実施の形態に係る点灯装置１０が備えられるので、輻射ノイズの発生が抑制された照明器具が実現される。

以上、本発明に係る点灯装置及び照明器具について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本発明の範囲内に含まれる。

例えば、上記実施の形態では、第１コンデンサＣ２５及び第２コンデンサＣ２６の容量は、いずれも０．１μＦであったが、この値に限定されないし、同じ値でなくてもよい。ノイズの周波数及び抑制したい周波数帯等を考慮して、それぞれの容量を適宜決定すればよい。

また、上記実施の形態では、スイッチング電源２０の負荷は、制御回路３０だけであったが、これに限られず、通信回路等の他の回路、三端子レギュレータ等の定電圧電源が含まれてもよい。

また、上記実施の形態では、スイッチング電源２０は、スイッチング素子として、ＩＰＤ２１を有したが、このようなスイッチング素子に限られない。スイッチング電源２０は、ＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタをスイッチング素子として有する電源であってもよい。

また、上記実施の形態では、第１グランド線１２ｂ及び第３グランド線２５ｂは、第３コンデンサＣ１１が第２グランド線１４ｂに接続される箇所４２から分岐して延びていたが、１点アースとして接続する箇所は、この箇所４２に限定されない。第１グランド線１２ｂ及び第３グランド線２５ｂは、第２グランド線１４ｂ上のいずれかの一箇所で接続される限り、１点アースとしての効果が奏され得る。

８ 発光素子
１０ 点灯装置
１１ 整流回路
１２ａ 第１ホット線
１２ｂ 第１グランド線
１３ ＡＣ−ＤＣコンバータ
１３ａ スイッチング素子
１４ａ 第２ホット線
１４ｂ 第２グランド線
２０ スイッチング電源
２５ａ 第３ホット線
２５ｂ 第３グランド線
３０ 制御回路
４０ 回路基板
４２ 第３コンデンサが第２グランド線に接続される箇所
２００ａ、２００ｂ 照明器具
Ｃ１１ 第３コンデンサ
Ｃ２５ 第１コンデンサ
Ｃ２６ 第２コンデンサ
Ｌ１ チョークコイル

Claims (4)

1. 発光素子に電流を供給する点灯装置であって、
   交流電流を整流することで脈流電流に変換し、変換した前記脈流電流を第１ホット線と第１グランド線とを介して出力する整流回路と、
   スイッチング素子を有し、前記スイッチング素子を用いて前記脈流電流を直流電流に変換し、変換した前記直流電流を第２ホット線と第２グランド線とを介して前記発光素子に供給するＡＣ−ＤＣコンバータと、
   前記スイッチング素子のスイッチングを制御する制御回路と、
   前記脈流電流から直流電圧を生成し、生成した前記直流電圧を第３ホット線と第３グランド線とを介して前記制御回路に供給するスイッチング電源とを備え、
   前記スイッチング電源は、前記第３ホット線と前記第３グランド線との間に接続された第１コンデンサ、及び、前記第３ホット線と前記第１グランド線との間に接続された第２コンデンサを有する
   点灯装置。
2. さらに、前記第２ホット線と前記第２グランド線との間に接続された第３コンデンサを備え、
   前記スイッチング電源は、チョークコイルを有し、
   前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサは、前記第３コンデンサよりも前記チョークコイルに近い位置に配置されている
   請求項１記載の点灯装置。
3. 前記第１グランド線及び前記第３グランド線は、前記第３コンデンサが前記第２グランド線に接続される箇所から分岐して延びる配線パターンである
   請求項１又は２記載の点灯装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の点灯装置を備える照明器具。

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