JP2023150344A - 電源装置、連動照明システム、及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、騒音を抑制しつつ外部回路を制御することが可能な電源回路、連動照明システム、及び照明装置に関する。
【解決手段】電源装置１は、光源２を制御可能な制御回路１５と、交流電圧を外部回路４Ａに出力可能な外部出力端子１７と、外部出力端子１７から供給される交流電圧を制御するスイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ１に直列に接続されるインダクタンス要素Ｌと、を備え、インダクタンス要素Ｌは、複数のチョークコイルを有し、前記複数のチョークコイルは、生じる磁束が互いに逆向きになるように構成され、制御回路１５は、外部出力端子１７から出力される交流電圧を制御することによって外部回路４Ａを制御可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置、連動照明システム、及び照明装置に関する。

従来、親機、少なくとも１つの子機、親機電源制御回路を含む親子照明装置が知られている。例えば特許文献１には、親機電源制御回路が子機に印加する電圧の大きさを変更することにより子機を調節する親子照明装置が開示されている。特許文献１において、親機電源制御回路はトライアックを含む。
また、親機電源制御回路を含む親子照明装置において、子機に印加する交流電圧の位相を変更することにより親機が子機を調節する構成も考えられる。この場合も同様に親機電源制御回路はトライアックを含むと考えられる。例えば、トライアックによって交流電圧が位相制御もしくはオンオフ制御されることで、親機は子機に印加される電圧を調整することができる。

特開２０１９－２１２６２６号公報

トライアックが交流電圧を制御するとき、例えばトライアックがオフ状態から導通状態に変化するときに、電流が急峻な変化をすることがある。このとき、急峻な大電流がトライアックに流れることで、トライアック素子内部での局所的な電流集中が生じ、トライアックが故障する恐れがある。このような急峻な電流変化を抑制する手段として、例えばチョークコイルを利用することが考えられるが、チョークコイルに電流が流れる際に、チョークコイルが騒音を発するという課題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、騒音を抑制しつつ外部回路を制御することが可能な電源装置、連動照明システム、及び照明装置に関する。

本開示の一態様に係る電源装置は、光源を制御可能な制御回路と、交流電源を接続可能な電源端子と、前記交流電源から供給される交流電圧を外部回路に出力可能な外部出力端子と、前記外部出力端子から供給される交流電圧を制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子に直列に接続されるインダクタンス要素と、を備え、前記インダクタンス要素は、複数のチョークコイルを有し、前記複数のチョークコイルは、前記電源端子から前記外部出力端子に流れる電流の経路に挿入され、前記電流が流れるときに生じる磁束が互いに逆向きになるように構成され、前記制御回路は、前記外部出力端子から出力される交流電圧を制御することで外部回路を制御可能である。

本開示の一態様に係る電源装置、連動照明システム、及び照明装置は、騒音を抑制しつつ外部回路を制御することができる。

実施形態１に係る照明装置の回路図 外部出力端子から出力される交流電圧の一例を示すグラフ 実施形態１に係るプリント配線板の一部省略した正面図

以下、実施形態に係る電源装置、連動照明システム、及び照明装置を、図面に基づき説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施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、工程の順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、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、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付しており、重複する説明は、省略又は簡略化することがある。これは、説明が不必要に冗長になるのを避けることで、当業者の理解を容易にするためである。

なお、本明細書において、接続とは、電気的に接続されていることを指す。
（実施形態１）
（１．実施形態に係る照明装置の構成）
実施形態に係る照明装置３（以下、照明装置３と略す。）は、図１に示すように、光源２と、光源を点灯させる点灯回路２０と、点灯回路２０に直流電力を供給する電源装置１（実施形態に係る電源装置１）とを備えている。また、照明装置３は、検出部１６を有していてもよい。検出部１６については後述する。

光源２は、例えば、チップオンボード型の照明用白色であるＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）である。ただし、光源２は、パッケージ型の照明用白色ＬＥＤであっても構わない。また、照明装置３は、複数個の光源２を備えてもよい。複数個の光源２は、直列接続されるか、あるいは直並列接続されることが好ましい。なお、光源は、光源２以外の固体光源、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子などであってもよい。

点灯回路２０は、変換回路２１と、フィルタ回路２２と、整流回路２３と、を有する。

フィルタ回路２２は、周知技術なので詳細説明を省略するが、点灯回路２０に入力される交流電圧のノイズを抑制するノイズフィルタ回路である。フィルタ回路２２の一対の交流入力端子は、電源端子１０と接続されている。フィルタ回路２２の一対の交流出力端子は、整流回路２３と接続されている。

整流回路２３は、点灯回路２０に入力される交流電圧を整流する回路である。例えば、整流回路２３は、フィルタ回路２２から出力される交流電圧を全波整流して脈流電圧を出力するダイオードブリッジである。整流回路２３の交流入力端子は、フィルタ回路２２の交流出力端子と接続されている。整流回路２３の一対の脈流出力端子は、変換回路２１と接続されている。

変換回路２１は、フライバックコンバータ回路などのスイッチングコンバータ回路を有している。変換回路２１は、整流回路２３で全波整流された脈流電圧を直流電圧に変換する。変換回路２１は、変換した直流電流（順方向電流）を光源２に流して点灯させる。ただし、変換回路２１は、フライバックコンバータ回路以外のスイッチングコンバータ回路であっても構わない。

但し、点灯回路２０は実施形態１に限られない。点灯回路２０は、交流電圧が入力され
、光源２を点灯させる回路であればよい。

（２．実施形態に係る電源装置の構成）
実施形態に係る電源装置１（以下、電源装置１と略す。）は、図１に示すように、一対の電源端子１０と、制御回路１５と、を備えている。検出部１６は、詳細は後述するが、電源装置１と接続されている。

一対の電源端子１０は、第１の電源端子１０Ａと第２の電源端子１０Ｂからなる。第１の電源端子１０Ａは、交流電源８の正極と接続されている。第２の電源端子１０Ｂは、交流電源８の負極と接続されている。

制御回路１５は、変換回路２１が備えている半導体スイッチング素子をスイッチングする。なお、制御回路１５は、半導体スイッチング素子をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ
Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御することによって、変換回路２１の出力電流（光源２に流れる順方向電流）を目標値に一致させ、光源２を調光する。即ち、制御回路１５は、点灯回路２０を制御することで光源２を制御する。光源２に対し行う調光は、光源２を点灯する、光源２を消灯する、光源２の輝度を調節する、光源２の点灯時間長を制御するという操作のうち少なくとも１つを含む。

ここで、検出部１６について説明する。検出部１６は例えば人感センサや光照度センサなどであり、人の存在や動きを照明装置３の周辺情報として取得する。検出部１６は、取得した周辺情報を電源装置１に送信する。このとき制御回路１５は、周辺情報を参照して照明装置３を制御する。１つの好ましい実施例において、人感センサは赤外線センサであり、人が発する熱赤外放射を用いて電気信号を発生させる。

（３．実施形態に係る連動照明システムの構成）
電源装置１は、前述の構成に加え、外部照明装置４を接続可能な外部出力端子１７と、外部照明装置４を制御可能なトライアック調光回路１８とを更に有する。連動照明システム５は、電源装置１と、外部出力端子１７に接続された外部照明装置４と、を備える。

外部出力端子１７は、第１の外部出力端子１７Ａと第２の電源端子１７Ｂからなる。第１の電源端子１７Ａは、トライアック調光回路１８を介して交流電源８の正極と接続されている。第２の電源端子１０Ｂは、交流電源８の負極と接続されている。

外部照明装置４は、実施形態１では照明装置３とは異なる器具である。例えば、外部照明装置４は、光源である。あるいは、外部照明装置４は、光源と、光源を点灯させる外部回路４Ａを有する照明装置である。外部照明装置４は、外部回路４Ａが外部出力端子１７から交流電圧の供給を受けることで制御される。以下では、外部出力端子１７に外部照明装置４を接続した場合について説明する。

トライアック調光回路１８はフォトトライアックＵ１、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ１、トライアックＱ１、インダクタンス要素Ｌにより構成される。

トライアックＱ１の端子Ｑ１Ａは第１の電源端子１０Ａに接続し、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１に接続する。トライアックＱ１は、外部出力端子１７に供給される交流電圧を制御するスイッチング素子であり、例えば照明装置３が点灯しているときにＯＮになり、照明装置３が消灯しているときにＯＦＦになる。即ち、トライアックＱ１はスイッチング素子Ｑ１であり、外部照明装置４をオンオフ制御する。

あるいは、トライアックＱ１は、位相制御波形を出力する。トライアックＱ１は、例え
ば図２に示す交流電圧を出力する。このとき、外部照明装置４に供給される電流が低下するので、外部照明装置４は照明が暗くなる。即ち、トライアックＱ１は交流電圧の導通角を制御することで、外部照明装置４を位相制御する。
抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１は干渉防止回路を構成し、トライアックＱ１のトリガ端子Ｑ１Ｇ及び端子Ｑ１Ａに接続し、トライアックＱ１の安定動作を保証する。フォトトライアックＵ１の一次側は制御回路１５が出力する信号端子に接続し、フォトトライアックＵ１の発光側はそれぞれトライアックのトリガ端子Ｑ１Ｇに接続し、及び抵抗Ｒ２を介してトライアックの端子Ｑ１Ｂとインダクタンス要素Ｌに接続する。インダクタンス要素Ｌは第１のチョークコイルＬ１、及び第２のチョークコイルＬ２を有する。第１のチョークコイルＬ１の第１端（巻き始め）がトライアックの端子Ｑ１Ｂと接続され、第１のチョークコイルＬ１の第２端（巻き終わり）と第２のチョークコイルＬ２の第２端（巻き終わり）が接続されている。つまり、第１のチョークコイルＬ１と第２のチョークコイルＬ２は、第１の電源端子１０Ａに対して直列接続されている。インダクタンス要素Ｌは、トライアックＱ１による急峻な電圧変化を抑制することができる。

また、照明装置３はトライアックＱ１及び制御回路１５に接続されるペア点灯検出回路を有してもよい。ペア点灯検出回路は外部照明装置として本電源装置１と同形態の電源装置を有する照明装置を接続したとき、外部照明装置内のトライアックＱ１の動作を検出することができる。この検出信号を用いて制御回路１５は制御を行うことで，複数台の照明装置の連動的な点灯動作を行うことができる。

ところで、電源装置１は、電源端子１０、制御回路１５、トライアック調光回路１８、及びペア点灯検出回路が実装されるプリント配線板１９を備えている（図３参照）。

プリント配線板１９は、長方形の平板状に形成されている。プリント配線板１９の表面（部品面１９０）に、第１のチョークコイルＬ１及び第２のチョークコイルＬ２を含む挿入部品が実装されている。一方、プリント配線板１９の裏面（はんだ面）にプリント配線が形成されている。なお、プリント配線板１９のはんだ面には、制御回路１５、などの表面実装部品が実装される。

プリント配線板１９の部品面１９０において、プリント配線板１９の長手方向の端部に第１のチョークコイルＬ１及び第２のチョークコイルＬ２が実装されている（図３参照）。なお、電源端子１０は、速結式の端子台からなる。

第１のチョークコイルＬ１及び第２のチョークコイルＬ２はそれぞれ、いわゆるラジアルリードタイプのドラム形インダクタである。ラジアルリードタイプのドラム形インダクタは、ドラム形磁心に巻線が巻き回され、かつ、円柱形状のカバーで覆われており、円柱の底面に相当する部分から２本のリードが突出している。また、第１のチョークコイルＬ１及び第２のチョークコイルＬ２はそれぞれ、ノンシールドタイプ（開磁路型）であるため、漏れ磁束を生じる。なお、第１のチョークコイルＬ１と第２のチョークコイルＬ２は、それぞれ同一メーカーの同一品番及び同一特性のインダクタであって、それぞれのインダクタンス値、外径、高さが等しいことが好ましい。

第１のチョークコイルＬ１及び第２のチョークコイルＬ２はそれぞれ、ドラム形磁心の軸方向をプリント配線板１９の部品面１９０の法線方向（図３における紙面と垂直な方向）に略一致させるように部品面１９０に実装されている。ただし、第１のチョークコイルＬ１と第２のチョークコイルＬ２は、それぞれの外径よりも短い距離だけ近付けて、プリント配線板１９の部品面１９０に実装されている（図３参照）。

電源装置１は、プリント配線板１９を収容する筐体（図示せず）を備えている。筐体は
、強磁性体の金属（例えば、ステンレス鋼及び亜鉛鋼など）の板材によって直方体状に形成されている。そして、筐体の内部にプリント配線板１９が収容される。筐体の長手方向の一端の側面から電気ケーブル（図示せず）が引き出されている。

（４．電源装置の特徴）
ところで、従来技術に係るチョークコイル（インダクタ）の騒音は、チョークコイルに、人間の可聴周波数範囲（約２０Ｈｚから２０ｋＨｚの範囲）の振動が生じることによって発生すると考えられる。そして、開磁路型のチョークコイルが振動する要因として、磁心の磁歪（磁気歪み）作用及び漏れ磁束による巻線の振動がある。また、チョークコイルの振動による音響ノイズが増幅される要因として、他の部品との接触及び漏れ磁束による周辺の磁性体への作用などがある。例えば、チョークコイルを実装したプリント配線板がチョークコイルの振動に起因して振動したり、プリント配線板を収容する金属製の筐体に漏れ磁束が作用して筐体が振動することによって音響ノイズが増幅される可能性がある。

チョークコイルの騒音に起因した電源装置１の音響ノイズを抑制するためには、チョークコイル自体の振動を抑制することが効果的である。そのため、実施形態に係る電源装置１は、トライアック調光回路１８を構成するチョークコイルを複数個（第１のチョークコイルＬ１と第２のチョークコイルＬ２）とし、これら複数個のチョークコイルに生じる磁束を互いに弱め合うように構成している。

すなわち、電源装置１では、第１のチョークコイルＬ１と第２のチョークコイルＬ２が、逆極性となるように直列接続されている。そのため、第１のチョークコイルＬ１と第２のチョークコイルＬ２の間では、互いの磁束が互いに逆向きになる。その結果、電源装置１は、トライアック調光回路１８が一つのチョークコイルしか有していない場合に比べて、複数個のチョークコイル（第１のチョークコイルＬ１及び第２のチョークコイルＬ２）の振動を抑制し、音響ノイズ（騒音）の抑制を図ることができる。さらに、電源装置１では、第１のチョークコイルＬ１と第２のチョークコイルＬ２の間で互いの磁束を弱め合っているので、プリント配線板１９を収容した筐体を通過する漏れ磁束を低減することができる。その結果、電源装置１は、筐体の振動による騒音を抑制することができる。

ここで、プリント配線板１９の部品面１９０において、第１のチョークコイルＬ１及び第２のチョークコイルＬ２は、各チョークコイルの外径よりも短い距離だけ近付けて実装されている（図３参照）。つまり、第１のチョークコイルＬ１と第２のチョークコイルＬ２の距離を近付けるほど、それぞれの磁心及び巻線を通過する磁束が減少して第１のチョークコイルＬ１と第２のチョークコイルＬ２の振動を抑制することができる。ただし、第１のチョークコイルＬ１と第２のチョークコイルＬ２を接触させてしまうと互いの振動が増幅されてしまうおそれがあるので、第１のチョークコイルＬ１と第２のチョークコイルＬ２を接触させることは避けなければならない。
（その他の実施形態）
以上、電源装置１、連動照明システム５、及び照明装置３を説明したが、本開示に係る電源装置１、連動照明システム５、及び照明装置３は実施形態１に限定されない。

例えば、整流回路２３及び変換回路２１は、交流電圧を直流電圧に変換すればよく、交流電源８と直列に接続されたダイオードと、交流電源８と並列に接続されたコンデンサであってもよい。このとき、整流回路２３及び変換回路２１は、ダイオードによって半端整流し、コンデンサによって平滑化することで、交流電圧を直流電圧に変換する。

また、第１のチョークコイルＬ１及び第２のチョークコイルＬ２は、並列に接続されてもよい。このとき、実施形態１に係る電源装置１、連動照明システム５、及び照明装置３に比べて、第１のチョークコイルＬ１及び第２のチョークコイルＬ２に流れる電流が半分
に減るので、大きな電流を流すことが必要な用途に適している。

また、インダクタンス要素Ｌが有するチョークコイルの個数は、２個に限定されない。すなわち、インダクタンス要素Ｌは、３個以上のチョークコイルを有していても構わない。但し、インダクタンス要素Ｌが有するチョークコイルの個数は偶数であることが好ましい。このとき、電流が流れるときに生じる磁束が所定の方向であるチョークコイルと、所定の方向とは逆向きであるチョークコイルと、を同数とすることができるので、より効果的に騒音を低減することができる。

また、プリント配線板１９は単一の基板でなくともよく、複数の基板に分割されていてもよい。

また、点灯回路２０と外部回路４Ａとは異なる回路であるが、照明装置３と外部照明装置４とは必ずしも異なる器具でなくともよい。例えば、電源装置１と外部照明装置４とが同一の筐体に格納される器具であってもよい。この場合、外部出力端子１７は異なる器具を接続可能な端子でなくともよく、例えば電源装置１と外部回路４Ａとを接続する配線であってもよい。
（効果）
ここで、改めて、実施形態に係る電源装置、及び照明装置の要点について説明する。

実施形態１に係る電源装置１は、光源２を制御可能な制御回路１５と、交流電源８を接続可能な電源端子１０と、交流電源８から供給される交流電圧を外部回路４Ａに出力可能な外部出力端子１７と、外部出力端子１７から供給される交流電圧を制御するスイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ１に直列に接続されるインダクタンス要素Ｌと、を備える。インダクタンス要素Ｌは、複数のチョークコイルを有する。複数のチョークコイルは、電源端子１０から外部出力端子１７に流れる電流の経路に挿入され、電流が流れるときに生じる磁束が互いに逆向きになるように構成される。制御回路１５は、外部出力端子１７から出力される交流電圧を制御することによって、電源端子１０に対して光源２と並列に接続された外部回路４Ａを制御可能である。

上述の構成を有する電源装置１は、騒音を抑制しながら外部回路４Ａを制御することができる。

また、実施形態１に係る電源装置１において、外部回路４Ａは、外部照明装置４を構成する回路の少なくとも一部である。制御回路１５は、スイッチング素子Ｑ１によって、外部出力端子１７に接続された外部照明装置４のオンオフ制御を行う。

上述の構成を有する電源装置１は、騒音を抑制しながら外部照明装置４をオンオフ制御することができる。

また、実施形態１に係る電源装置１において、複数のチョークコイルは、互いに電気的に直列接続されている。

上述の構成を有する電源装置１は、チョークコイル同士の距離を狭めやすい。

また、実施形態１に係る電源装置１において、複数のチョークコイルは、互いに電気的に並列接続されている。

上述の構成を有する電源装置１は、各チョークコイルに流れる電流を減らしやすい。

また、実施形態１に係る電源装置１は、少なくとも複数のチョークコイルが部品面１９０に実装されるプリント配線板１９を有してもよい。部品面１９０において、複数のチョークコイルは、各チョークコイルの外径よりも短い距離だけ近付けて実装されている。

上述の構成を有する電源装置１は、チョークコイルの磁心及び巻線を通過する磁束を減少させ、騒音を抑制しやすい。

また、実施形態１に係る照明装置３は、光源２と、光源２を制御可能な制御回路１５と、
交流電源８を接続可能な一対の電源端子１０と、電源端子１０から供給される交流電圧を外部機器４に出力可能な外部出力端子１７と、電源端子１０から供給される交流電圧を制御するスイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子に直列に接続されるインダクタンス要素Ｌと、を備える。インダクタンス要素Ｌは、複数のチョークコイルを有する。複数のチョークコイルは、電源端子１０から外部出力端子１７に流れる電流の経路に挿入される。複数のチョークコイルは，電流が流れるときに生じる磁束が互いに逆向きになるように構成される。制御回路１５は、外部出力端子１７から出力される交流電圧を制御することによって、電源端子１０に対して光源２と並列に接続された外部回路４を制御可能である。

上述の構成を有する照明装置３は、騒音を抑制しながら外部回路４Ａを制御することができる。

１ 電源装置
２ 光源
３ 照明装置
４ 外部照明装置
４Ａ 外部回路
５ 連動照明システム
８ 交流電源
１０ 電源端子
１５ 制御回路
１７ 外部出力端子
１９ プリント配線板
１９０ 部品面
Ｑ１ スイッチング素子（トライアック）
Ｌ インダクタンス要素

Claims (7)

1. 光源を制御可能な制御回路と、
   交流電源を接続可能な電源端子と、
   前記交流電源から供給される交流電圧を外部回路に出力可能な外部出力端子と、
   前記外部出力端子から供給される交流電圧を制御するスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子に直列に接続されるインダクタンス要素と、を備え、
   前記インダクタンス要素は、複数のチョークコイルを有し、
   前記複数のチョークコイルは、前記電源端子から前記外部出力端子に流れる電流の経路に挿入され、前記電流が流れるときに生じる磁束が互いに逆向きになるように構成され、
   前記制御回路は、
   前記外部出力端子から出力される交流電圧を制御することで外部回路を制御可能な、
   電源装置。
2. 前記外部回路は、外部照明装置を構成する回路の少なくとも一部であり、
   前記制御回路は、前記スイッチング素子によって、前記外部出力端子に接続された前記外部照明装置のオンオフ制御もしくは位相制御の少なくとも一方を行う、
   請求項１に記載の電源装置。
3. 前記複数のチョークコイルは、互いに電気的に直列接続されている、
   請求項１又は請求項２に記載の電源装置。
4. 前記複数のチョークコイルは、互いに電気的に並列接続されている、
   請求項１又は請求項２に記載の電源装置。
5. 少なくとも前記複数のチョークコイルが部品面に実装されるプリント配線板を有し、
   前記部品面において、前記複数のチョークコイルは、前記チョークコイルの外径よりも短い距離だけ近付けて実装されている、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電源装置。
6. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電源装置と、
   前記外部照明装置と、を備える、
   連動照明システム。
7. 光源と、
   前記光源を点灯させる点灯回路と、
   前記点灯回路を制御することで前記光源を制御可能な制御回路と、
   交流電源を接続可能な一対の電源端子と、
   前記電源端子から供給される交流電圧を外部機器に出力可能な外部出力端子と、
   前記電源端子から供給される交流電圧を制御するスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子に直列に接続されるインダクタンス要素と、を備え、
   前記インダクタンス要素は、複数のチョークコイルを有し、
   前記複数のチョークコイルは、前記電源端子から前記外部出力端子に流れる電流の経路に挿入され、
   前記複数のチョークコイルは，前記電流が流れるときに生じる磁束が互いに逆向きになるように構成され、
   前記制御回路は、
   前記外部出力端子から出力される交流電圧を制御することで外部回路を制御可能な、
   照明装置。
   

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