JP2022051206A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用者の感電を抑制できる照明装置を提供する。【解決手段】照明装置８０は、光源と、第１面１０１と第１面１０１と反対側の面である第２面１０２を有し、第１面１０１に光源が設けられた基板１００と、スイッチング素子のオンオフにより光源を点灯させる点灯回路１０と、金属から形成され、第２面１０２と面接触する筐体２５０と、点灯回路１０と筐体２５０との間に電気的に接続されるコンデンサと、を備える。筐体２５０は、アース端子を接続するためのアース取付部２１０と電気的に接続される。【選択図】図２

Description

本開示は、照明装置に関する。

特許文献１にはランプ装置が開示されている。ランプ装置は、金属製の筐体、発光モジュール、接続手段、給電部および点灯回路を備える。発光モジュールは、筐体の一端側に配置される基板、基板に実装された発光素子および発光素子に一端が電気的に接続されて基板に実装されたコンデンサを有する。接続手段は、コンデンサの他端を筐体に電気的に接続する。給電部は、筐体の他端側に配置する。点灯回路は、筐体内に配置する。コンデンによりコモンモードノイズ対策ができる。

特開２０１６－２１３５８号公報

特許文献１では、筐体と発光素子との間にコンデンサが設けられる。ここで、スイッチング電源回路を使用してＬＥＤに電力供給する構成では、一般に高周波成分がＬＥＤに重畳する。このとき、ＬＥＤ基板と筐体間の誘電体による静電結合と、筐体とＬＥＤの間に接続したコンデンサとを介して、筐体に漏洩電流が発生するおそれがある。静電結合とコンデンサによる静電容量が大きいほど漏洩電流は大きくなる。このとき、筐体とＬＥＤの間に接続したコンデンサの静電容量によっては、使用者が筐体と接触すると感電するおそれがある。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたもので、感電を抑制できる照明装置を得ることを目的とする。

本開示に係る照明装置は、光源と、第１面と該第１面と反対側の面である第２面を有し、該第１面に該光源が設けられた基板と、スイッチング素子のオンオフにより該光源を点灯させる点灯回路と、金属から形成され、該第２面と面接触する筐体と、該点灯回路と該筐体との間に電気的に接続されるコンデンサと、を備え、該筐体はアース端子と電気的に接続される。

本開示に係る照明装置では、筐体はアース端子と電気的に接続される。従って、感電を抑制できる。

実施の形態１に係る照明装置の回路ブロック図である。 実施の形態１に係る照明装置が分解された状態を示す斜視図である。 実施の形態１に係る筐体に基板が取り付けられた状態を示す底面図である。 実施の形態１に係る筐体に基板が取り付けられた状態を示す平面図である。 実施の形態２に係る照明装置の回路ブロック図である。 実施の形態３に係る照明装置の回路ブロック図である。 実施の形態４に係る照明装置の回路ブロック図である。

各本実施の形態に係る照明装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。また、以下で接続という場合には、電気的な接続を含むものとする。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る照明装置８０の回路ブロック図である。照明装置８０は、光源部２０と、スイッチング素子Ｑ１のオンオフにより光源部２０を点灯させる点灯回路１０とを備える。点灯回路１０は端子部ＣＮ１に接続される。端子部ＣＮ１には、外部から供給される商用電源ＡＣが接続される。

点灯回路１０の出力は光源部２０と接続される。光源部２０は直列接続された複数の発光素子２１を備える。発光素子２１は例えばＬＥＤである。光源部２０が備える発光素子２１は１個以上であれば良い。また、複数の発光素子２１は、並列または直並列に接続されても良い。

端子部ＣＮ１には、入力フィルタ回路１１を介して整流器ＤＢが接続される。端子部ＣＮ１を介して供給されたＡＣ電圧は、整流器ＤＢで全波整流される。図示しないが、入力フィルタ回路１１は、ノーマルモードノイズを抑制するアクロスコンデンサ、ノーマルチョークコイル、コモンモードノイズを抑制するラインフィルタなどを備える。入力フィルタ回路１１は、外部から入力されるノイズおよび点灯回路１０で発生するノイズを抑制している。

整流器ＤＢの出力と並列にコンデンサＣ１が接続される。整流器ＤＢで全波整流された電圧は、コンデンサＣ１で平滑される。また、整流器ＤＢの出力には降圧チョッパ回路が接続される。降圧チョッパ回路は、スイッチング素子Ｑ１、コイルＬ１、ダイオードＤ１で構成される。スイッチング素子Ｑ１は例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。

コンデンサＣ１の正極にスイッチング素子Ｑ１のドレインが接続される。スイッチング素子Ｑ１のソースにコイルＬ１の一端およびダイオードＤ１のカソードが接続される。コイルＬ１の他端には、コンデンサＣ２の正極が接続される。コンデンサＣ２と並列に光源部２０が接続される。コンデンサＣ２の負極および光源部２０のカソード側には、抵抗Ｒ１の一端が接続されている。抵抗Ｒ１の他端は、ダイオードＤ１のアノード、コンデンサＣ１の負極および整流器ＤＢに接続される。抵抗Ｒ１の他端は回路グラウンドでもある。

点灯回路１０は、降圧チョッパ回路のスイッチング制御のための点灯制御ＩＣ１２を備える。点灯制御ＩＣ１２のＰ１端子は、スイッチング素子Ｑ１のゲートに接続される。点灯制御ＩＣ１２は、Ｐ１端子から信号を出力してスイッチング素子Ｑ１を駆動する。また、点灯制御ＩＣ１２のＰ２端子は、抵抗Ｒ１の一端に接続される。点灯制御ＩＣ１２は、抵抗Ｒ１に発生する電圧を検出する。

降圧チョッパ回路は、コンデンサＣ１の電圧からスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作により高周波電圧を生成する。高周波電圧はコンデンサＣ２で平滑される。コンデンサＣ２で平滑された電圧は光源部２０に供給される。これにより、光源部２０は点灯することができる。

点灯制御ＩＣ１２は、光源部２０に一定の電流を供給するため、降圧チョッパ回路を定電流制御している。スイッチング素子Ｑ１がオンしたとき、コンデンサＣ１で平滑された電圧からコイルＬ１を介して、コンデンサＣ２と光源部２０の並列回路に高周波電圧が供給される。コンデンサＣ２は、コイルＬ１から得られる高周波電圧を平滑して光源部２０に電力供給する。スイッチング素子Ｑ１がオフすると、スイッチング素子Ｑ１がオンしているときに蓄えられたコイルＬ１のエネルギーが、コンデンサＣ２および光源部２０の並列回路とダイオードＤ１とを介して放出される。

スイッチング素子Ｑ１がスイッチングすると、コンデンサＣ２および光源部２０に流れる電流が抵抗Ｒ１に流れる。このため、抵抗Ｒ１は、光源部２０に流れる平均電流を電圧に変換していることになる。抵抗Ｒ１に発生した電圧は、点灯制御ＩＣ１２のＰ２端子で検出される。

点灯制御ＩＣ１２は、内部の基準閾値ＶｒｅｆとＰ２端子の電圧とを比較する。点灯制御ＩＣ１２は内部で定められた動作周波数で動作する。点灯制御ＩＣ１２は比較結果によりスイッチング素子Ｑ１のオン時間を決定し、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を制御する。点灯制御ＩＣ１２は、抵抗Ｒ１に発生する電圧が基準閾値Ｖｒｅｆよりも小さければオン時間を長くする。また、点灯制御ＩＣ１２は、抵抗Ｒ１に発生する電圧が基準閾値Ｖｒｅｆよりも大きければオン時間を短くする。これにより、抵抗Ｒ１に発生する電圧が基準閾値Ｖｒｅｆと一致するように点灯回路１０は動作する。従って、光源部２０に流れる電流が予め定められた値となるように、定電流制御することができる。

また、コンデンサＣ２と並列に抵抗Ｒ２、Ｒ３の直列回路が接続される。抵抗Ｒ２、Ｒ３の接続点は、点灯制御ＩＣ１２のＰ３端子に接続される。点灯制御ＩＣ１２は、Ｐ３端子によって降圧チョッパ回路の出力電圧を抵抗Ｒ２、Ｒ３の抵抗分圧値として検出する。点灯制御ＩＣ１２は降圧チョッパ回路を定電流制御する。このため、何かしらの事象により光源部２０に異常が発生してハイインピーダンス状態になると、点灯制御ＩＣ１２はオン時間を長くして降圧チョッパ回路の出力電圧を高くする。光源部２０の異常は、例えば開放またはハーフデッドである。

この状態が継続すると、想定よりも降圧チョッパ回路の出力電圧が高くなり、コンデンサＣ２に過剰な電圧が発生するおそれがある。これを防ぐために、点灯制御ＩＣ１２は、降圧チョッパ回路の出力電圧が一定値以上になるとスイッチング動作を停止する過電圧保護機能を有している。

また、コンデンサＣ３、Ｃ４は光源部２０と筐体２５０との間に電気的に接続される。コンデンサＣ３の一端は、光源部２０のカソード側に接続される。コンデンサＣ３の他端はコンデンサＣ４の一端と接続される。コンデンサＣ４の他端は、筐体２５０と電気的に接続される。

図２は、実施の形態１に係る照明装置８０が分解された状態を示す斜視図である。照明装置８０は基板１００を備える。基板１００は、第１面１０１と第１面１０１と反対側の面である第２面１０２を有する。点灯回路１０を構成する電子部品は基板１００の第２面１０２に設けられる。点灯回路１０を構成する部品の全てが第２面１０２に設けられても良い。また、点灯回路１０を構成する部品のうち一部が第１面１０１に設けられ一部が第２面に設けられても良い。

照明装置８０は金属から形成された筐体２５０を備える。筐体２５０は、金属から形成されたフレーム２００と、金属から形成された電源カバー２０２を有する。フレーム２００は、基板１００の第２面１０２と面接触する。フレーム２００には開口２０１が形成される。開口２０１には、フレーム２００が基板１００の第２面１０２に設けられた状態で点灯回路１０の部品が配置される。つまり、フレーム２００に基板１００を面接触させるために、開口２０１で点灯回路１０の部品を逃がしている。

基板１００の第１面１０１には、光源部２０が設けられる。基板１００の第１面１０１を覆うように、拡散カバー３００がフレーム２００に取り付けられる。拡散カバー３００は、透過性を有する樹脂から形成される。拡散カバー３００は、光源部２０が点灯しているときに発する光を拡散させる。

基板１００とフレーム２００を面接触させることで、基板１００を支持および固定できる。また、光源部２０が発する熱を金属から成るフレーム２００に放熱できる。

電源カバー２０２は、点灯回路１０の部品と開口２０１を覆う。電源カバー２０２は、開口２０１から突出した点灯回路１０の部品を覆う。フレーム２００および電源カバー２０２には平面視で重なる位置に取り付け穴２０３が形成される。取り付け穴２０３にネジ２０４が挿入されることで、電源カバー２０２はフレーム２００に取り付けられる。

また、フレーム２００の上面には、アース端子を接続するためのアース取付部２１０が設けられる。アース取付部２１０とフレーム２００は電気的に接続され、導通している。即ち、アース取付部２１０にアース端子を接続すると、フレーム２００および電源カバー２０２がアース電位となる。これにより、照明装置８０の金属外郭である筐体２５０を接地することができる。アース取付部２１０は、アース端子と電気的に接続される接地部である。

図１に示されるように、筐体２５０はアース端子と電気的に接続される。アース端子は、外部から点灯回路１０に電力を供給する給電部である商用電源ＡＣの負側端子である。商用電源ＡＣは片側接地されている。筐体２５０は端子部ＣＮ１の低電位側の端子と電気的に接続されるものとしても良い。

図３は、実施の形態１に係る筐体２５０に基板１００が取り付けられた状態を示す底面図である。図４は、実施の形態１に係る筐体２５０に基板１００が取り付けられた状態を示す平面図である。第１面１０１と垂直な方向から見て、基板１００および筐体２５０は長方形である。図３に示されるように、基板１００の第１面１０１には、光源部２０を構成する発光素子２１が実装されている。複数の発光素子２１は、それぞれ図示しないパターン配線および図示しない基板１００のスルーホールを介して、第２面１０２に実装される点灯回路１０と電気的に接続されている。なお、図４では電源カバー２０２で覆われた点灯回路１０の部品が破線で示されている。

基板１００の第１面１０１には、直列接続されたコンデンサＣ３、Ｃ４が設けられる。コンデンサＣ４の他端は、ラグ端子２２０と電気的に接続される。ラグ端子２２０はネジ２２１によってフレーム２００と電気的に接続され、かつ、機械的に固定される。これにより、コンデンサＣ４はフレーム２００と電気的に接続される。また、基板１００はフレーム２００と機械的に固定される。このように、コンデンサＣ３、Ｃ４は、基板１００を筐体２５０に固定する固定具を介して、筐体２５０と電気的に接続される。

図１に示されるように、コンデンサＣ３は光源部２０の低電位側に接続されている。コンデンサＣ４は筐体２５０に接続されている。また、光源部２０が実装されている基板１００はフレーム２００と面接触している。このため、光源部２０とフレーム２００との間には、浮遊容量Ｃａが発生する。浮遊容量Ｃａは、例えば基板１００と筐体２５０間の誘電体による静電結合により発生する。

点灯回路１０のスイッチング動作により点灯回路１０近傍の筐体２５０に発生した高周波のコモンモードノイズは、コンデンサＣ３、Ｃ４によって点灯回路１０に戻る。このため、コモンモードノイズを抑制できる。コンデンサＣ３、Ｃ４がない状態でも、浮遊容量Ｃａを介してコモンモードノイズを抑制することができる。しかし、浮遊容量Ｃａには一般に製造上のばらつきが発生する。また、浮遊容量Ｃａは例えば数１００ｐＦである。浮遊容量Ｃａが小さいと、ノイズ抑制の効果は小さい。

本実施の形態では、コンデンサＣ３、Ｃ４の静電容量の和は、基板１００と筐体２５０との間の静電容量である浮遊容量Ｃａよりも大きい。よって、浮遊容量Ｃａよりも十分に大きい静電容量のコンデンサＣ３、Ｃ４を接続することでノイズを抑制できる。

しかしながら、コンデンサＣ３、Ｃ４を接続すると、筐体への漏洩電流の増加が懸念される。光源部２０には、コンデンサＣ２で平滑された電流が流れる。しかし、実際にはコンデンサＣ２で抑制できなかった高周波成分が重畳される。高周波成分は降圧コンバータ回路の動作周波数であり、例えば数１０ｋＨｚ～数１００ｋＨｚである。このため、コンデンサＣ３、Ｃ４が接続されたことで、浮遊容量Ｃａのみの場合に比べて大きな静電容量を介して、高周波成分の漏洩電流が筐体２５０に流れる可能性がある。静電容量が大きいほど漏洩電流は大きくなる。

これに対し本実施の形態では、筐体２５０が接地される。このため、感電を抑制できる。従って、安全な照明装置８０を提供することができる。

また、コンデンサＣ３、Ｃ４は光源部２０が実装された基板１００に実装される。このため、照明装置８０を小型化できる。

さらに本実施の形態では、点灯回路１０も光源部２０が実装された基板１００と同一の基板に実装される。これにより、光源部２０が実装される基板と点灯回路１０が実装される基板とが別個に構成される場合に比べて、照明装置８０を更に小型化できる。

なお、コンデンサＣ３、Ｃ４は基板１００に設けられれば良い。コンデンサＣ３、Ｃ４は基板１００の第２面１０２に設けられても良い。また、光源部２０と筐体２５０との間に電気的に接続されるコンデンサは１つでも良い。この場合、コンデンサの静電容量は、浮遊容量Ｃａよりも大きいことが望ましい。また、光源部２０と筐体２５０との間に電気的に接続されるコンデンサは３つ以上でも良い。

また、点灯回路１０は、降圧チョッパ回路に限らず、スイッチング素子のオンオフにより光源部２０を点灯させるスイッチング回路を有すれば良い。

これらの変形は、以下の実施の形態に係る照明装置について適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る照明装置については実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る照明装置２８０の回路ブロック図である。本実施の形態では、コンデンサＣ３、Ｃ４の接続位置が実施の形態１と異なっている。コンデンサＣ３、Ｃ４は、点灯回路１０と筐体２５０との間に電気的に接続されれば良い。本実施の形態では、コンデンサＣ３、Ｃ４は、降圧チョッパ回路の回路グラウンドと筐体２５０との間に電気的に接続される。降圧チョッパ回路の回路グラウンドは、外部から供給される電力を整流する整流器ＤＢの低電位側の出力である。

本回路構成でも実施の形態１と同等の効果が期待できる。また、点灯回路１０が発生したノイズ成分によっては、光源部２０からよりも、回路グラウンドから点灯回路１０にノイズを返した方が良い場合もある。このため、コンデンサＣ３、Ｃ４の位置を選択することが望ましい。

実施の形態３．
図６は、実施の形態３に係る照明装置３８０の回路ブロック図である。照明装置３８０は点灯回路３１０を備える。点灯回路３１０は入力フィルタ回路３１１を備える。入力フィルタ回路３１１は、給電部である商用電源ＡＣと点灯回路３１０の整流器ＤＢとの間に接続される。

入力フィルタ回路３１１は、商用電源ＡＣと整流器ＤＢとを繋ぐ電源ライン３４１、３４２間に接続されたコンデンサＣ５、Ｃ６の直列回路を有する。コンデンサＣ５、Ｃ６の接続点と筐体２５０との間にはコンデンサＣ７が接続される。コンデンサＣ５、Ｃ６、Ｃ７はＹコンデンサを構成する。

本実施の形態では、点灯回路３１０と筐体２５０とを接続するコンデンサは、入力フィルタ回路３１１のコンデンサＣ５、Ｃ６、Ｃ７である。コンデンサＣ５、Ｃ６、Ｃ７は、給電部である商用電源ＡＣと点灯回路３１０が有する降圧チョッパ回路とを繋ぐ電源ライン３４１、３４２と、筐体２５０との間に電気的に接続される。

本回路構成でも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、ノイズ成分によっては、入力フィルタ回路３１１を経由して点灯回路３１０にノイズを返すことで、効率よくノイズを抑制できる。

図６では一対の電源ライン３４１、３４２の各々と、筐体２５０との間にコンデンサが接続される。これに限らず、一対の電源ライン３４１、３４２の一方と筐体２５０との間にコンデンサが接続されても良い。

実施の形態４．
図７は、実施の形態４に係る照明装置４８０の回路ブロック図である。照明装置４８０は点灯回路４１０を備える。点灯回路４１０は、直流電源ＤＣから電力を供給される。直流電源ＤＣとは、太陽光電池、バッテリーなどの直流給電システム全般を示す。

外部から点灯回路４１０に電力を供給する給電部である直流電源ＤＣは、端子部ＣＮ１に接続される。端子部ＣＮ１を介して供給されたＤＣ電圧は、入力フィルタ回路１１、ダイオードＤ２を介してコンデンサＣ１で平滑される。ダイオードＤ２は、直流電源ＤＣと端子部ＣＮ１を接続する配線が逆接続されて、点灯回路４１０が故障することを防止している。

直流給電システムも接地を取ることがある。このため、筐体２５０をアース端子と接続することで、実施の形態１と同様の効果が期待できる。アース端子は給電部である直流電源ＤＣの負側端子である。特に、照明装置では消費エネルギーの低減のため、直流電源ＤＣから光源部を点灯させるときもスイッチング電源を使用することが多い。この場合も、本実施の形態によれば高周波成分の漏洩電流による感電を抑制できる。

なお、各実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いてもよい。

１０ 点灯回路、１１ 入力フィルタ回路、２０ 光源部、２１ 発光素子、８０ 照明装置、１００ 基板、１０１ 第１面、１０２ 第２面、２００ フレーム、２０１ 開口、２０２ 電源カバー、２０３ 穴、２０４ ネジ、２１０ アース取付部、２２０ ラグ端子、２２１ ネジ、２５０ 筐体、２８０ 照明装置、３００ 拡散カバー、３１０ 点灯回路、３１１ 入力フィルタ回路、３４１、３４２ 電源ライン、３８０ 照明装置、４１０ 点灯回路、４８０ 照明装置、ＡＣ 商用電源、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７ コンデンサ、Ｃａ 浮遊容量、ＣＮ１ 端子部、Ｄ１、Ｄ２ ダイオード、ＤＢ 整流器、ＤＣ 直流電源、１２ 点灯制御ＩＣ、Ｌ１ コイル、Ｑ１ スイッチング素子、Ｒ１、Ｒ２ 抵抗

Claims (13)

1. 光源と、
   第１面と前記第１面と反対側の面である第２面を有し、前記第１面に前記光源が設けられた基板と、
   スイッチング素子のオンオフにより前記光源を点灯させる点灯回路と、
   金属から形成され、前記第２面と面接触する筐体と、
   前記点灯回路と前記筐体との間に電気的に接続されるコンデンサと、
   を備え、
   前記筐体はアース端子と電気的に接続されることを特徴とする照明装置。
2. 前記筐体は、外部から前記点灯回路に電力を供給する給電部のアース端子と電気的に接続される接地部を有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記コンデンサの静電容量は、前記基板と前記筐体との間の静電容量よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記コンデンサは前記基板に設けられることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の照明装置。
5. 前記コンデンサは、前記基板を前記筐体に固定する固定具を介して前記筐体と電気的に接続されることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
6. 前記点灯回路は前記基板に設けられることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の照明装置。
7. 前記点灯回路は前記第２面に設けられた部品を有し、
   前記筐体には、前記筐体が前記第２面に設けられた状態で前記部品が配置される開口が形成されることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. 前記部品と前記開口を覆うカバーを備えることを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
9. 前記コンデンサは前記光源と前記筐体との間に電気的に接続されることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の照明装置。
10. 前記点灯回路は、外部から供給される電力を整流する整流器と、前記整流器の出力に接続され、前記スイッチング素子のオンオフにより前記光源を点灯させるスイッチング回路と、を備え、
    前記コンデンサは、前記スイッチング回路の回路グラウンドと前記筐体との間に電気的に接続されることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の照明装置。
11. 前記コンデンサは、外部から前記点灯回路に電力を供給する給電部と前記点灯回路とを繋ぐ電源ラインと、前記筐体との間に電気的に接続されることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の照明装置。
12. 外部から前記点灯回路に電力を供給する給電部と前記点灯回路との間に接続される入力フィルタ回路を備え、
    前記コンデンサは、前記入力フィルタ回路が有するＹコンデンサであることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の照明装置。
13. 前記第１面と垂直な方向から見て、前記基板および前記筐体は長方形であることを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載の照明装置。

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