JP3690205B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電源の直流電力を高周波電力に変換して負荷に供給する電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、直流電源の直流電力を高周波電力に変換して負荷に供給する電源装置として、図７〜図９に示すような構成の電源装置がある（実用新案登録公報第２５６０３５５号参照）。
【０００３】
図７及び図８に示すように、交流電源１の両端に、交流電圧を整流する整流器２と複数のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３とを含んで成る電力変換手段Ａが接続され、この電力変換手段Ａの出力端に負荷となる放電灯７が接続され、この電力変換手段Ａを金属製ケース４に収納してある。また、複数のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３を金属製ケース４に互いに近接して装着するとともに、この装着された複数のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３と金属製ケース４との間に、１枚の非磁性体の金属製遮蔽板５５を両面共に絶縁して介挿し、この非磁性体の金属製遮蔽板５５と整流器２の負極側出力端（図８にａ点で示す）とを同電位に電気的に接続してある。
【０００４】
電力変換手段Ａは、整流器２と力率改善用スイッチング回路８と高周波回路３とより構成される。力率改善用スイッチング回路８は、整流器２の出力端にチョークコイルＴ１とスイッチング素子Ｑ１との直列回路が接続され、このスイッチング素子Ｑ１の両端にダイオードＤ１を介して平滑用コンデンサＣ５が接続されて構成されている。
【０００５】
また高周波回路３は所謂ハーフブリッジ型のインバータ回路であって、平滑コンデンサＣ５の両端に、スイッチング素子Ｑ２とスイッチング素子Ｑ３との直列回路が接続され、それぞれのスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３には逆並列にダイオードＤ２，Ｄ３が接続されており、何れか一方のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の両端にコンデンサＣ０とコンデンサＣ６とチョークコイルＴ２との直列共振回路が接続され、このコンデンサＣ６の両端に放電灯７が接続されて構成されている。なお、ノイズフィルタ１２は、必要に応じて交流電源１と整流器２との間に挿入される。
【０００６】
まず初めに、力率改善用スイッチング回路８のスイッチング素子Ｑ１が高周波にてオンオフ動作を始めると、整流器２の出力電圧である全波脈流電圧がスイッチング素子Ｑ１により高周波の断続した電圧に変換される。この断続する高周波電圧は、ダイオードＤ１と平滑コンデンサＣ５により平滑された直流電圧となる。
【０００７】
次に、平滑コンデンサＣ５の両端に発生した直流電圧を入力として、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３が交互に高周波でオンオフ駆動されて高周波回路３が動作する。ここで、ハーフブリッジ型のインバータ回路の動作については従来周知であるから詳細な説明を省略する。
【０００８】
この高周波回路３の出力端であるコンデンサＣ６の両端に放電灯７が接続され、高周波出力電圧が印加されて高周波点灯する。
【０００９】
ここで、力率改善用スイッチング回路（昇圧チョッパ回路）８は、平滑コンデンサＣ５のみを用いて同程度に整流平滑する場合よりも、交流電源１からの入力電流波形を、より交流電源１の入力電圧波形に近似させることができるので、特に、入力力率を改善する場合によく用いられる手段である。
【００１０】
このような電源装置にあっては、力率改善用スイッチング回路８及び高周波回路３に具備するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の高周波のオンオフ動作時に、それぞれのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の両端に高調波成分を含む高周波の高電圧が発生する。そして、この高周波高電圧が、高周波回路３から高周波回路３と金属製ケース４との間に生じる浮遊容量→金属製ケース４と接地との間に生じる浮遊容量→大地→交流電源１の２本の交流電源線の何れか一方に接続されている接地線→交流電源１の交流電源線→整流器２→高周波回路３に至る直列回路（閉回路）に印加され、高周波のもれ電流（雑音電流と称する）となって交流電源１を経由して帰還し、雑音電圧を発生させるのである。
【００１１】
しかしながら、図９に示すように複数のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３と金属製ケース４との間に、１枚の非磁性体の金属製遮蔽板５５を絶縁物９，１０で充電部に当接する面を絶縁して介挿し、この非磁性体の金属製遮蔽板５５と整流器２の負極側出力端（図８にａ点で示す）とを同電位とすることにより、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３と、金属製ケース４との間に生じる浮遊容量を減少させることができ、さらに、非磁性体の金属製遮蔽板５５から整流器２の負極側出力端に雑音電流を分流帰還させることにより、雑音電流を小さくし雑音電圧の発生を小さくすることができるのである。
【００１２】
しかも、複数のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３を一箇所に集中して金属製ケース４に取り付けることにより、作業性の向上及び放熱効果の向上が同時に図れると共に、高周波高電圧の発生や温度上昇等による周辺の回路部品への影響を極力小さく狭い範囲に特定できるという効果もある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３が金属製ケース４に互いに隣接して配置されているため、各々のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３から金属製遮蔽板５５に流れる高周波の雑音電流Ｉｘ（図９参照）が互いに干渉を起こし易くなり、各々のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の動作波形の乱れ等により、雑音が増加して動作が不安定になったり、あるいは素子発熱が増加したりするという問題があった。そしてこれらの問題は、特に隣接するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３間で、動作電流の差が大きい場合や、動作周波数の差が大きい場合、または動作周波数が非常に高い場合等に顕著となる。
【００１４】
本発明は上記問題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、スイッチング素子が互いに隣接して配置されている場合であってもスイッチング素子間で雑音電流の干渉並びに雑音の発生が抑えられて動作が安定する電源装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、複数のスイッチング素子を有し、直流電源の直流電力を高周波電力に変換する電力変換手段と、該電力変換手段の出力端に接続されて高周波電力が供給される負荷回路と、少なくとも前記電力変換手段を収納する金属製ケースとを備え、前記複数のスイッチング素子を互いに隣接して前記金属製ケースに装着するとともに各スイッチング素子と金属製ケースとの間に、少なくとも１枚の非磁性体の金属板を両面ともに絶縁体を設けて介挿し、該金属板と前記電力変換手段の負極側出力端とを同電位に電気的に接続し、前記絶縁体の寄生容量を介して隣接する複数のスイッチング素子から前記金属板の方へ流れる高周波の雑音電流同士が干渉しないように遮蔽する遮蔽手段を、隣接する前記スイッチング素子間に設けて成る電源装置において、前記電力変換手段は、複数のスイッチング素子のオンオフによって直流電圧を高周波電圧に変換する高周波回路と、複数のスイッチング素子をオンオフ駆動する駆動回路とを具備し、前記隣接するスイッチング素子は、各々前記高周波回路及び駆動回路に含まれ、前記遮蔽手段 は、前記高周波回路のスイッチング素子と前記駆動回路のスイッチング素子との間で前記金属板と前記電力変換手段の負極側出力端とを同電位に電気的に接続して成ることを特徴とし、スイッチング素子が互いに隣接して配置されている場合であっても、遮蔽手段により各スイッチング素子間で雑音電流の干渉並びに雑音の発生を抑えて動作を安定させることができるとともに、互いに隣接して配置されているスイッチング素子間で動作電流や動作周波数の差が大きい場合、あるいは動作周波数が非常に高い場合であっても、各スイッチング素子間で雑音電流の干渉並びに雑音の発生を抑えて動作を安定させることができる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記直流電源が少なくともスイッチング素子を具備するチョッパ回路を有し、前記隣接するスイッチング素子は、各々チョッパ回路及び電力変換手段に含まれることを特徴とし、請求項１の発明の作用に加えて、互いに隣接して配置されているスイッチング素子間で動作電流や動作周波数の差が大きい場合、あるいは動作周波数が非常に高い場合であっても、遮蔽手段により各スイッチング素子間で雑音電流の干渉並びに雑音の発生を抑えて動作を安定させることができる。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記遮蔽手段が、前記金属板に設けたスリットから成ることを特徴とし、請求項１又は２の発明の作用に加えて、スイッチング素子間の雑音電流の干渉をさらに抑えることができる。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記スリットの一端を開放したことを特徴とし、請求項３の発明と同様の作用を奏する。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れかの発明において、前記負荷回路が、周波数が数百ｋＨｚ以上で動作する無電極放電灯を含むことを特徴とし、請求項１〜４の何れかの発明と同様の作用を奏する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下、図１〜図４を参照して本発明の実施形態１を詳細に説明する。なお、本実施形態では、透光性を有するガラスバルブ又は内面に蛍光体が塗布されたガラスバルブ内に不活性ガスや金属蒸気などの放電ガスが封入された無電極放電灯Ｌａに、周波数が数百ｋＨｚ以上の高周波電力を供給して点灯させる無電極放電灯点灯装置を例示するが、これに限定する趣旨ではなく、無電極放電灯Ｌａ以外の負荷を負荷回路に含む電源装置全般に本発明の技術思想が適用可能である。
【００２１】
図２に示すように本実施形態は、直流電源１０１と、直流電源１０１の直流電力を高周波電力に変換する電力変換手段１０５と、電力変換手段１０５の負荷側出力端（以下、単に「出力端」という）に接続された負荷回路１０２とで構成される。負荷回路１０２は、上記無電極放電灯Ｌａの他に、電力変換手段１０５の出力端に接続されるとともに無電極放電灯Ｌａの近傍に配置された誘導コイルＬ１０１並びに誘導コイルＬ１０１に並列接続されたコンデンサＣ１０５を具備している。また、電力変換手段１０５は高周波回路１０３並びに駆動回路１０４で構成される。
【００２２】
高周波回路１０３は、直流電源１０１の両出力端子間に直列接続された二つのスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２と、スイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２の接続点と誘導コイルＬ１０１のローサイドでない上端との間に直列接続された共振要素インダクタＬ１０２及びコンデンサＣ１０１とにより構成される、所謂ハーフブリッジ型のインバータ回路であって、動作周波数が数百ｋＨｚ以上にて誘導コイルＬ１０１に高周波電力を供給するものである。また、この高周波回路１０３は、スイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２の２個が直列接続された所謂Ｄ級増幅回路になっている。
【００２３】
また駆動回路１０４は、直流電源１０１の両出力端子間に直列接続されたインダクタＬ１０３及びスイッチング素子Ｑ１０３と、例えば水晶振動子などにより構成され、高周波の交流電圧を発生してスイッチング素子Ｑ１０３のゲートに供給する発振回路１０６と、スイッチング素子Ｑ１０３のソース・ドレイン間に並列接続されるコンデンサＣ１０２と、このコンデンサＣ１０２の両端に直列接続されるコンデンサＣ１０３，Ｃ１０４と、駆動トランスＴ１０１とにより構成される。
【００２４】
ここで、発振回路１０６で発生する高周波電圧が駆動トランスＴ１０１の１次巻線ｎ１に印加されると、それに応じてスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２を駆動する駆動信号が駆動トランスＴ１０１の２次巻線ｎ２，ｎ３より出力される。
【００２５】
また、負荷回路１０５において、誘導コイルＬ１０１に並列に接続されるコンデンサＣ１０５は、誘導コイルＬ１０１と高周波回路１０３の両方のインピーダンスを整合して、無電極放電灯Ｌａの点灯時に高周波回路１０３からの高周波電力を誘導コイルＬ１０１に効率よく伝達させるためのものである。
【００２６】
この電力変換手段１０５では、発振回路１０６からの信号が駆動回路１０４においてＣ級増幅され、駆動トランスＴ１０１を介して高周波回路１０３のスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２のゲート・ソース間端子に正弦波状の高周波の交流電圧が印加されることで、スイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２が交互に高周波でオンオフ駆動されて無電極放電灯Ｌａが点灯する。
【００２７】
ところで、上記電力変換手段１０５を構成するスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２，Ｑ１０３等の回路部品は、従来例と同様にプリント基板２０に実装されて金属製ケース１５内に収納される。
【００２８】
図１に示すように、発熱部品であるスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２，Ｑ１０３は、プリント基板２０の端部近傍に互いに隣接して実装され、両面に絶縁体１７，１９が設けられた非磁性体の金属板（従来例における金属製遮蔽板）５５を間に介挿して金属製ケース１５に取り付けられる。ここで、スイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２，Ｑ１０３は、図３に示すような取付ばね２２を用いて金属製ケース１５に固定される。取付ばね２２は平坦な主片２３と、先端部が逆へ字形に折曲されて主片２３に対向する押さえ片２４とを有する略コ字状に形成されており、金属製ケース１５に設けられた溝部１６に主片２３が挿入され、押さえ片２４でスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２，Ｑ１０３を金属製ケース１５側に押さえつけることにより固定を行っている。なお、スイッチング素子Ｑ１０１，１０２，Ｑ１０３のソース端子及び金属板５５のリード部２５ａ，２５ｂ，２５ｃが電力変換手段１０５の負極側出力端ａ（図２参照）に接続されたプリント基板２０上の負極側パターン２１に接続されており、これによって金属板５５と電力変換手段１０５の負極側出力端ａとが同電位に電気的に接続されている
次に、本実施形態の従来例との相違点について説明する。
【００２９】
本実施形態では、図１に示すように金属板５５のリード部２５ａ，２５ｃを両端に配置するとともに高周波回路１０３のスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２と、駆動回路１０４のスイッチング素子Ｑ１０３との間にリード部２５ｂを配置し、各リード部２５ａ，２５ｂ，２５ｃをプリント基板２０上に形成された負極側パターン２１に接続している。なお、従来例では金属板５５を整流器２の負極側出力端ａに接続する方法については具体的に述べられていない。
【００３０】
図４にスイッチング素子Ｑ１０，Ｑ１０２，Ｑ１０３の正面側から見た図を示すが（簡略化のため絶縁体１９等は図示していない）、本実施形態の電源装置（無電極放電灯点灯装置）が動作すると、各々のスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２，Ｑ１０３から絶縁体１９，金属板５５，リード部２５ａ，２５ｂ，２５ｃ及び負極側パターン２１を介して雑音電流Ｉｘが流れ、そして再びスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２，Ｑ１０３に戻る電流ループが生じる。
【００３１】
しかしながら、本実施形態においては、金属板５５に設けたリード部２５ａ，２５ｂ．２５ｃにより、隣接するスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２，Ｑ１０３間で金属板５５と電力変換手段１０５の負極側出力端ａとを同電位に電気的に接続して、高周波回路１０３及び駆動回路１０４の各々で生じて金属板５５に流れる雑音電流Ｉｘをリード部２５ｂに流すようにしているため、互いに隣接するスイッチング素子Ｑ１０１…側に流れる雑音電流Ｉｘ′（図４に波線で示す）の割合が減少する。特に駆動回路１０４に比較して高周波回路１０３の方が動作電流は大きいが、雑音電流Ｉｘ′の干渉によるスイッチング素子Ｑ１０１…の動作波形の乱れ等も減少し、雑音が低下して動作が安定し、素子発熱が減少するという利点がある。
【００３２】
上述のように本実施形態では、高周波回路１０３のスイッチング素子Ｑ１０１と駆動回路１０４のスイッチング素子Ｑ１０３との間に、金属板５５と負極側パターン２１とを電気的に接続するリード部２５ｂを配置したので、このリード部２５ｂが遮蔽手段となって、絶縁体１７，１９の寄生容量を介して隣接するスイッチング素子Ｑ１０１〜Ｑ１０３から金属板５５の方へ流れる高周波の雑音電流Ｉｘ同士が干渉しないように遮蔽することができる。その結果、特に高周波回路１０３のスイッチング素子Ｑ１０１と駆動回路１０４のスイッチング素子Ｑ１０３のように、互いに隣接して配置されているスイッチング素子間で動作電流や動作周波数の差が大きい場合、あるいは動作周波数が非常に高い場合であっても、各スイッチング素子Ｑ１０１〜Ｑ１０３間で雑音電流Ｉｘの干渉並びに雑音の発生を抑えて動作を安定させることができる。
【００３３】
ところで本実施形態における直流電源１０１を、従来例と同様に交流電源１、ノイズフィルタ１２、整流器２並びに力率改善用スイッチング回路（昇圧チョッパ回路）８で構成しても良い。その場合は、図５に示すように力率改善用スイッチング回路８のスイッチング素子Ｑ１を金属板５５を介して金属製ケース１５に取り付け、金属板５５のスイッチング素子Ｑ１側の端部にリード部２５ｄを設ける。而して、駆動回路１０４のスイッチング素子Ｑ１０３と力率改善用スイッチング回路８のスイッチング素子Ｑ１との間に配置されるリード部２５ｃにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ１０３からの雑音電流Ｉｘが流れることにより、力率改善用スイッチング回路８と駆動回路１０４について互いに他方のスイッチング素子側に流れる雑音電流Ｉｘ′（図５に波線で示す）の割合が減少し、動作周波数が数十ｋＨｚのスイッチング素子Ｑ１に動作周波数が数百ｋＨｚ以上と比較的高いスイッチング素子Ｑ１０３が隣接していても、スイッチング素子Ｑ１０３から流れ出る高周波の雑音電流Ｉｘの、スイッチング素子Ｑ１側への流入が低減できて動作が安定する。
【００３４】
（実施形態２）
図６に本実施形態における金属板５５の構造を示す。なお、回路構成を含めたその他の構成は実施形態１と共通するから、共通する構成については同一の符号を付して図示並びに説明は省略する。
【００３５】
本実施形態は、金属板５５の２つのスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０３の取付位置の間に、一端側が開放し且つ他端側がリード部２５ｂの近傍まで延設されたスリット２７を設けた点に特徴があり、このスリット２７が遮蔽手段となる。このように金属板５５にスリット２７を設けたことにより、隣接する２つのスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０３の間で互いに他方のスイッチング素子側に流れる雑音電流Ｉｘの割合をさらに減少させることができる。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１の発明は、複数のスイッチング素子を有し、直流電源の直流電力を高周波電力に変換する電力変換手段と、該電力変換手段の出力端に接続されて高周波電力が供給される負荷回路と、少なくとも前記電力変換手段を収納する金属製ケースとを備え、前記複数のスイッチング素子を互いに隣接して前記金属製ケースに装着するとともに各スイッチング素子と金属製ケースとの間に、少なくとも１枚の非磁性体の金属板を両面ともに絶縁体を設けて介挿し、該金属板と前記電力変換手段の負極側出力端とを同電位に電気的に接続し、前記絶縁体の寄生容量を介して隣接する複数のスイッチング素子から前記金属板の方へ流れる高周波の雑音電流同士が干渉しないように遮蔽する遮蔽手段を、隣接する前記スイッチング素子間に設けて成る電源装置において、前記電力変換手段は、複数のスイッチング素子のオンオフによって直流電圧を高周波電圧に変換する高周波回路と、複数のスイッチング素子をオンオフ駆動する駆動回路とを具備し、前記隣接するスイッチング素子は、各々前記高周波回路及び駆動回路に含まれ、前記遮蔽手段は、前記高周波回路のスイッチング素子と前記駆動回路のスイッチング素子との間で前記金属板と前記電力変換手段の負極側出力端とを同電位に電気的に接続して成るので、スイッチング素子が互いに隣接して配置されている場合であっても、遮蔽手段により各スイッチング素子間で雑音電流の干渉並びに雑音の発生を抑えて動作を安定させることができるとともに、互いに隣接して配置されているスイッチング素子間で動作電流や動作周波数の差が大きい場合、あるいは動作周波数が非常に高い場合であっても、各スイッチング素子間で雑音電流の干渉並びに雑音の発生を抑えて動作を安定させることができるという効果がある。
【００３７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記直流電源が少なくともスイッチング素子を具備するチョッパ回路を有し、前記隣接するスイッチング素子は、各々チョッパ回路及び電力変換手段に含まれるので、請求項１の発明の効果に加えて、互いに隣接して配置されているスイッチング素子間で動作電流や動作周波数の差が大きい場合、あるいは動作周波数が非常に高い場合であっても、遮蔽手段により各スイッチング素子間で雑音電流の干渉並びに雑音の発生を抑えて動作を安定させることができるという効果がある。
【００３８】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記遮蔽手段が、前記金属板に設けたスリットから成るので、請求項１又は２の発明の効果に加えて、スイッチング素子間の雑音電流の干渉をさらに抑えることができるという効果がある。
【００３９】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記スリットの一端を開放したので、請求項３の発明と同様の効果を奏する。
【００４０】
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れかの発明において、前記負荷回路が、周波数が数百ｋＨｚ以上で動作する無電極放電灯を含むので、請求項１〜４の何れかの発明と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態１の要部断面図である。
【図２】 同上の回路構成図である。
【図３】 同上における取付ばねの斜視図である。
【図４】 同上の動作説明図である。
【図５】 同上の他の構成の動作説明図である。
【図６】 実施形態２における金属板の平面図である。
【図７】 従来例のブロック図である。
【図８】 同上の回路構成図である。
【図９】 同上の要部断面図である。
【符号の説明】
Ｑ１０１〜Ｑ１０３ スイッチング素子
１５ 金属製ケース
１７，１９ 絶縁体
２０ プリント基板
２１ 負極側パターン
２５ａ〜２５ｃ リード部
５５ 金属板
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電源の直流電力を高周波電力に変換して負荷に供給する電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、直流電源の直流電力を高周波電力に変換して負荷に供給する電源装置として、図７〜図９に示すような構成の電源装置がある（実用新案登録公報第２５６０３５５号参照）。
【０００３】
図７及び図８に示すように、交流電源１の両端に、交流電圧を整流する整流器２と複数のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３とを含んで成る電力変換手段Ａが接続され、この電力変換手段Ａの出力端に負荷となる放電灯７が接続され、この電力変換手段Ａを金属製ケース４に収納してある。また、複数のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３を金属製ケース４に互いに近接して装着するとともに、この装着された複数のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３と金属製ケース４との間に、１枚の非磁性体の金属製遮蔽板５５を両面共に絶縁して介挿し、この非磁性体の金属製遮蔽板５５と整流器２の負極側出力端（図８にａ点で示す）とを同電位に電気的に接続してある。
【０００４】
電力変換手段Ａは、整流器２と力率改善用スイッチング回路８と高周波回路３とより構成される。力率改善用スイッチング回路８は、整流器２の出力端にチョークコイルＴ１とスイッチング素子Ｑ１との直列回路が接続され、このスイッチング素子Ｑ１の両端にダイオードＤ１を介して平滑用コンデンサＣ５が接続されて構成されている。
【０００５】
また高周波回路３は所謂ハーフブリッジ型のインバータ回路であって、平滑コンデンサＣ５の両端に、スイッチング素子Ｑ２とスイッチング素子Ｑ３との直列回路が接続され、それぞれのスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３には逆並列にダイオードＤ２，Ｄ３が接続されており、何れか一方のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の両端にコンデンサＣ０とコンデンサＣ６とチョークコイルＴ２との直列共振回路が接続され、このコンデンサＣ６の両端に放電灯７が接続されて構成されている。なお、ノイズフィルタ１２は、必要に応じて交流電源１と整流器２との間に挿入される。
【０００６】
まず初めに、力率改善用スイッチング回路８のスイッチング素子Ｑ１が高周波にてオンオフ動作を始めると、整流器２の出力電圧である全波脈流電圧がスイッチング素子Ｑ１により高周波の断続した電圧に変換される。この断続する高周波電圧は、ダイオードＤ１と平滑コンデンサＣ５により平滑された直流電圧となる。
【０００７】
次に、平滑コンデンサＣ５の両端に発生した直流電圧を入力として、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３が交互に高周波でオンオフ駆動されて高周波回路３が動作する。ここで、ハーフブリッジ型のインバータ回路の動作については従来周知であるから詳細な説明を省略する。
【０００８】
この高周波回路３の出力端であるコンデンサＣ６の両端に放電灯７が接続され、高周波出力電圧が印加されて高周波点灯する。
【０００９】
ここで、力率改善用スイッチング回路（昇圧チョッパ回路）８は、平滑コンデンサＣ５のみを用いて同程度に整流平滑する場合よりも、交流電源１からの入力電流波形を、より交流電源１の入力電圧波形に近似させることができるので、特に、入力力率を改善する場合によく用いられる手段である。
【００１０】
このような電源装置にあっては、力率改善用スイッチング回路８及び高周波回路３に具備するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の高周波のオンオフ動作時に、それぞれのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の両端に高調波成分を含む高周波の高電圧が発生する。そして、この高周波高電圧が、高周波回路３から高周波回路３と金属製ケース４との間に生じる浮遊容量→金属製ケース４と接地との間に生じる浮遊容量→大地→交流電源１の２本の交流電源線の何れか一方に接続されている接地線→交流電源１の交流電源線→整流器２→高周波回路３に至る直列回路（閉回路）に印加され、高周波のもれ電流（雑音電流と称する）となって交流電源１を経由して帰還し、雑音電圧を発生させるのである。
【００１１】
しかしながら、図９に示すように複数のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３と金属製ケース４との間に、１枚の非磁性体の金属製遮蔽板５５を絶縁物９，１０で充電部に当接する面を絶縁して介挿し、この非磁性体の金属製遮蔽板５５と整流器２の負極側出力端（図８にａ点で示す）とを同電位とすることにより、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３と、金属製ケース４との間に生じる浮遊容量を減少させることができ、さらに、非磁性体の金属製遮蔽板５５から整流器２の負極側出力端に雑音電流を分流帰還させることにより、雑音電流を小さくし雑音電圧の発生を小さくすることができるのである。
【００１２】
しかも、複数のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３を一箇所に集中して金属製ケース４に取り付けることにより、作業性の向上及び放熱効果の向上が同時に図れると共に、高周波高電圧の発生や温度上昇等による周辺の回路部品への影響を極力小さく狭い範囲に特定できるという効果もある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３が金属製ケース４に互いに隣接して配置されているため、各々のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３から金属製遮蔽板５５に流れる高周波の雑音電流Ｉｘ（図９参照）が互いに干渉を起こし易くなり、各々のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の動作波形の乱れ等により、雑音が増加して動作が不安定になったり、あるいは素子発熱が増加したりするという問題があった。そしてこれらの問題は、特に隣接するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３間で、動作電流の差が大きい場合や、動作周波数の差が大きい場合、または動作周波数が非常に高い場合等に顕著となる。
【００１４】
本発明は上記問題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、スイッチング素子が互いに隣接して配置されている場合であってもスイッチング素子間で雑音電流の干渉並びに雑音の発生が抑えられて動作が安定する電源装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、複数のスイッチング素子を有し、直流電源の直流電力を高周波電力に変換する電力変換手段と、該電力変換手段の出力端に接続されて高周波電力が供給される負荷回路と、少なくとも前記電力変換手段を収納する金属製ケースとを備え、前記複数のスイッチング素子を互いに隣接して前記金属製ケースに装着するとともに各スイッチング素子と金属製ケースとの間に、少なくとも１枚の非磁性体の金属板を両面ともに絶縁体を設けて介挿し、該金属板と前記電力変換手段の負極側出力端とを同電位に電気的に接続し、前記絶縁体の寄生容量を介して隣接する複数のスイッチング素子から前記金属板の方へ流れる高周波の雑音電流同士が干渉しないように遮蔽する遮蔽手段を、隣接する前記スイッチング素子間に設けて成る電源装置において、前記電力変換手段は、複数のスイッチング素子のオンオフによって直流電圧を高周波電圧に変換する高周波回路と、複数のスイッチング素子をオンオフ駆動する駆動回路とを具備し、前記隣接するスイッチング素子は、各々前記高周波回路及び駆動回路に含まれ、前記遮蔽手段 は、前記高周波回路のスイッチング素子と前記駆動回路のスイッチング素子との間で前記金属板と前記電力変換手段の負極側出力端とを同電位に電気的に接続して成ることを特徴とし、スイッチング素子が互いに隣接して配置されている場合であっても、遮蔽手段により各スイッチング素子間で雑音電流の干渉並びに雑音の発生を抑えて動作を安定させることができるとともに、互いに隣接して配置されているスイッチング素子間で動作電流や動作周波数の差が大きい場合、あるいは動作周波数が非常に高い場合であっても、各スイッチング素子間で雑音電流の干渉並びに雑音の発生を抑えて動作を安定させることができる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記直流電源が少なくともスイッチング素子を具備するチョッパ回路を有し、前記隣接するスイッチング素子は、各々チョッパ回路及び電力変換手段に含まれることを特徴とし、請求項１の発明の作用に加えて、互いに隣接して配置されているスイッチング素子間で動作電流や動作周波数の差が大きい場合、あるいは動作周波数が非常に高い場合であっても、遮蔽手段により各スイッチング素子間で雑音電流の干渉並びに雑音の発生を抑えて動作を安定させることができる。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記遮蔽手段が、前記金属板に設けたスリットから成ることを特徴とし、請求項１又は２の発明の作用に加えて、スイッチング素子間の雑音電流の干渉をさらに抑えることができる。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記スリットの一端を開放したことを特徴とし、請求項３の発明と同様の作用を奏する。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れかの発明において、前記負荷回路が、周波数が数百ｋＨｚ以上で動作する無電極放電灯を含むことを特徴とし、請求項１〜４の何れかの発明と同様の作用を奏する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下、図１〜図４を参照して本発明の実施形態１を詳細に説明する。なお、本実施形態では、透光性を有するガラスバルブ又は内面に蛍光体が塗布されたガラスバルブ内に不活性ガスや金属蒸気などの放電ガスが封入された無電極放電灯Ｌａに、周波数が数百ｋＨｚ以上の高周波電力を供給して点灯させる無電極放電灯点灯装置を例示するが、これに限定する趣旨ではなく、無電極放電灯Ｌａ以外の負荷を負荷回路に含む電源装置全般に本発明の技術思想が適用可能である。
【００２１】
図２に示すように本実施形態は、直流電源１０１と、直流電源１０１の直流電力を高周波電力に変換する電力変換手段１０５と、電力変換手段１０５の負荷側出力端（以下、単に「出力端」という）に接続された負荷回路１０２とで構成される。負荷回路１０２は、上記無電極放電灯Ｌａの他に、電力変換手段１０５の出力端に接続されるとともに無電極放電灯Ｌａの近傍に配置された誘導コイルＬ１０１並びに誘導コイルＬ１０１に並列接続されたコンデンサＣ１０５を具備している。また、電力変換手段１０５は高周波回路１０３並びに駆動回路１０４で構成される。
【００２２】
高周波回路１０３は、直流電源１０１の両出力端子間に直列接続された二つのスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２と、スイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２の接続点と誘導コイルＬ１０１のローサイドでない上端との間に直列接続された共振要素インダクタＬ１０２及びコンデンサＣ１０１とにより構成される、所謂ハーフブリッジ型のインバータ回路であって、動作周波数が数百ｋＨｚ以上にて誘導コイルＬ１０１に高周波電力を供給するものである。また、この高周波回路１０３は、スイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２の２個が直列接続された所謂Ｄ級増幅回路になっている。
【００２３】
また駆動回路１０４は、直流電源１０１の両出力端子間に直列接続されたインダクタＬ１０３及びスイッチング素子Ｑ１０３と、例えば水晶振動子などにより構成され、高周波の交流電圧を発生してスイッチング素子Ｑ１０３のゲートに供給する発振回路１０６と、スイッチング素子Ｑ１０３のソース・ドレイン間に並列接続されるコンデンサＣ１０２と、このコンデンサＣ１０２の両端に直列接続されるコンデンサＣ１０３，Ｃ１０４と、駆動トランスＴ１０１とにより構成される。
【００２４】
ここで、発振回路１０６で発生する高周波電圧が駆動トランスＴ１０１の１次巻線ｎ１に印加されると、それに応じてスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２を駆動する駆動信号が駆動トランスＴ１０１の２次巻線ｎ２，ｎ３より出力される。
【００２５】
また、負荷回路１０５において、誘導コイルＬ１０１に並列に接続されるコンデンサＣ１０５は、誘導コイルＬ１０１と高周波回路１０３の両方のインピーダンスを整合して、無電極放電灯Ｌａの点灯時に高周波回路１０３からの高周波電力を誘導コイルＬ１０１に効率よく伝達させるためのものである。
【００２６】
この電力変換手段１０５では、発振回路１０６からの信号が駆動回路１０４においてＣ級増幅され、駆動トランスＴ１０１を介して高周波回路１０３のスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２のゲート・ソース間端子に正弦波状の高周波の交流電圧が印加されることで、スイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２が交互に高周波でオンオフ駆動されて無電極放電灯Ｌａが点灯する。
【００２７】
ところで、上記電力変換手段１０５を構成するスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２，Ｑ１０３等の回路部品は、従来例と同様にプリント基板２０に実装されて金属製ケース１５内に収納される。
【００２８】
図１に示すように、発熱部品であるスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２，Ｑ１０３は、プリント基板２０の端部近傍に互いに隣接して実装され、両面に絶縁体１７，１９が設けられた非磁性体の金属板（従来例における金属製遮蔽板）５５を間に介挿して金属製ケース１５に取り付けられる。ここで、スイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２，Ｑ１０３は、図３に示すような取付ばね２２を用いて金属製ケース１５に固定される。取付ばね２２は平坦な主片２３と、先端部が逆へ字形に折曲されて主片２３に対向する押さえ片２４とを有する略コ字状に形成されており、金属製ケース１５に設けられた溝部１６に主片２３が挿入され、押さえ片２４でスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２，Ｑ１０３を金属製ケース１５側に押さえつけることにより固定を行っている。なお、スイッチング素子Ｑ１０１，１０２，Ｑ１０３のソース端子及び金属板５５のリード部２５ａ，２５ｂ，２５ｃが電力変換手段１０５の負極側出力端ａ（図２参照）に接続されたプリント基板２０上の負極側パターン２１に接続されており、これによって金属板５５と電力変換手段１０５の負極側出力端ａとが同電位に電気的に接続されている
次に、本実施形態の従来例との相違点について説明する。
【００２９】
本実施形態では、図１に示すように金属板５５のリード部２５ａ，２５ｃを両端に配置するとともに高周波回路１０３のスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２と、駆動回路１０４のスイッチング素子Ｑ１０３との間にリード部２５ｂを配置し、各リード部２５ａ，２５ｂ，２５ｃをプリント基板２０上に形成された負極側パターン２１に接続している。なお、従来例では金属板５５を整流器２の負極側出力端ａに接続する方法については具体的に述べられていない。
【００３０】
図４にスイッチング素子Ｑ１０，Ｑ１０２，Ｑ１０３の正面側から見た図を示すが（簡略化のため絶縁体１９等は図示していない）、本実施形態の電源装置（無電極放電灯点灯装置）が動作すると、各々のスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２，Ｑ１０３から絶縁体１９，金属板５５，リード部２５ａ，２５ｂ，２５ｃ及び負極側パターン２１を介して雑音電流Ｉｘが流れ、そして再びスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２，Ｑ１０３に戻る電流ループが生じる。
【００３１】
しかしながら、本実施形態においては、金属板５５に設けたリード部２５ａ，２５ｂ．２５ｃにより、隣接するスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２，Ｑ１０３間で金属板５５と電力変換手段１０５の負極側出力端ａとを同電位に電気的に接続して、高周波回路１０３及び駆動回路１０４の各々で生じて金属板５５に流れる雑音電流Ｉｘをリード部２５ｂに流すようにしているため、互いに隣接するスイッチング素子Ｑ１０１…側に流れる雑音電流Ｉｘ′（図４に波線で示す）の割合が減少する。特に駆動回路１０４に比較して高周波回路１０３の方が動作電流は大きいが、雑音電流Ｉｘ′の干渉によるスイッチング素子Ｑ１０１…の動作波形の乱れ等も減少し、雑音が低下して動作が安定し、素子発熱が減少するという利点がある。
【００３２】
上述のように本実施形態では、高周波回路１０３のスイッチング素子Ｑ１０１と駆動回路１０４のスイッチング素子Ｑ１０３との間に、金属板５５と負極側パターン２１とを電気的に接続するリード部２５ｂを配置したので、このリード部２５ｂが遮蔽手段となって、絶縁体１７，１９の寄生容量を介して隣接するスイッチング素子Ｑ１０１〜Ｑ１０３から金属板５５の方へ流れる高周波の雑音電流Ｉｘ同士が干渉しないように遮蔽することができる。その結果、特に高周波回路１０３のスイッチング素子Ｑ１０１と駆動回路１０４のスイッチング素子Ｑ１０３のように、互いに隣接して配置されているスイッチング素子間で動作電流や動作周波数の差が大きい場合、あるいは動作周波数が非常に高い場合であっても、各スイッチング素子Ｑ１０１〜Ｑ１０３間で雑音電流Ｉｘの干渉並びに雑音の発生を抑えて動作を安定させることができる。
【００３３】
ところで本実施形態における直流電源１０１を、従来例と同様に交流電源１、ノイズフィルタ１２、整流器２並びに力率改善用スイッチング回路（昇圧チョッパ回路）８で構成しても良い。その場合は、図５に示すように力率改善用スイッチング回路８のスイッチング素子Ｑ１を金属板５５を介して金属製ケース１５に取り付け、金属板５５のスイッチング素子Ｑ１側の端部にリード部２５ｄを設ける。而して、駆動回路１０４のスイッチング素子Ｑ１０３と力率改善用スイッチング回路８のスイッチング素子Ｑ１との間に配置されるリード部２５ｃにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ１０３からの雑音電流Ｉｘが流れることにより、力率改善用スイッチング回路８と駆動回路１０４について互いに他方のスイッチング素子側に流れる雑音電流Ｉｘ′（図５に波線で示す）の割合が減少し、動作周波数が数十ｋＨｚのスイッチング素子Ｑ１に動作周波数が数百ｋＨｚ以上と比較的高いスイッチング素子Ｑ１０３が隣接していても、スイッチング素子Ｑ１０３から流れ出る高周波の雑音電流Ｉｘの、スイッチング素子Ｑ１側への流入が低減できて動作が安定する。
【００３４】
（実施形態２）
図６に本実施形態における金属板５５の構造を示す。なお、回路構成を含めたその他の構成は実施形態１と共通するから、共通する構成については同一の符号を付して図示並びに説明は省略する。
【００３５】
本実施形態は、金属板５５の２つのスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０３の取付位置の間に、一端側が開放し且つ他端側がリード部２５ｂの近傍まで延設されたスリット２７を設けた点に特徴があり、このスリット２７が遮蔽手段となる。このように金属板５５にスリット２７を設けたことにより、隣接する２つのスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０３の間で互いに他方のスイッチング素子側に流れる雑音電流Ｉｘの割合をさらに減少させることができる。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１の発明は、複数のスイッチング素子を有し、直流電源の直流電力を高周波電力に変換する電力変換手段と、該電力変換手段の出力端に接続されて高周波電力が供給される負荷回路と、少なくとも前記電力変換手段を収納する金属製ケースとを備え、前記複数のスイッチング素子を互いに隣接して前記金属製ケースに装着するとともに各スイッチング素子と金属製ケースとの間に、少なくとも１枚の非磁性体の金属板を両面ともに絶縁体を設けて介挿し、該金属板と前記電力変換手段の負極側出力端とを同電位に電気的に接続し、前記絶縁体の寄生容量を介して隣接する複数のスイッチング素子から前記金属板の方へ流れる高周波の雑音電流同士が干渉しないように遮蔽する遮蔽手段を、隣接する前記スイッチング素子間に設けて成る電源装置において、前記電力変換手段は、複数のスイッチング素子のオンオフによって直流電圧を高周波電圧に変換する高周波回路と、複数のスイッチング素子をオンオフ駆動する駆動回路とを具備し、前記隣接するスイッチング素子は、各々前記高周波回路及び駆動回路に含まれ、前記遮蔽手段は、前記高周波回路のスイッチング素子と前記駆動回路のスイッチング素子との間で前記金属板と前記電力変換手段の負極側出力端とを同電位に電気的に接続して成るので、スイッチング素子が互いに隣接して配置されている場合であっても、遮蔽手段により各スイッチング素子間で雑音電流の干渉並びに雑音の発生を抑えて動作を安定させることができるとともに、互いに隣接して配置されているスイッチング素子間で動作電流や動作周波数の差が大きい場合、あるいは動作周波数が非常に高い場合であっても、各スイッチング素子間で雑音電流の干渉並びに雑音の発生を抑えて動作を安定させることができるという効果がある。
【００３７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記直流電源が少なくともスイッチング素子を具備するチョッパ回路を有し、前記隣接するスイッチング素子は、各々チョッパ回路及び電力変換手段に含まれるので、請求項１の発明の効果に加えて、互いに隣接して配置されているスイッチング素子間で動作電流や動作周波数の差が大きい場合、あるいは動作周波数が非常に高い場合であっても、遮蔽手段により各スイッチング素子間で雑音電流の干渉並びに雑音の発生を抑えて動作を安定させることができるという効果がある。
【００３８】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記遮蔽手段が、前記金属板に設けたスリットから成るので、請求項１又は２の発明の効果に加えて、スイッチング素子間の雑音電流の干渉をさらに抑えることができるという効果がある。
【００３９】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記スリットの一端を開放したので、請求項３の発明と同様の効果を奏する。
【００４０】
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れかの発明において、前記負荷回路が、周波数が数百ｋＨｚ以上で動作する無電極放電灯を含むので、請求項１〜４の何れかの発明と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態１の要部断面図である。
【図２】 同上の回路構成図である。
【図３】 同上における取付ばねの斜視図である。
【図４】 同上の動作説明図である。
【図５】 同上の他の構成の動作説明図である。
【図６】 実施形態２における金属板の平面図である。
【図７】 従来例のブロック図である。
【図８】 同上の回路構成図である。
【図９】 同上の要部断面図である。
【符号の説明】
Ｑ１０１〜Ｑ１０３ スイッチング素子
１５ 金属製ケース
１７，１９ 絶縁体
２０ プリント基板
２１ 負極側パターン
２５ａ〜２５ｃ リード部
５５ 金属板
Claims (5)
- 複数のスイッチング素子を有し、直流電源の直流電力を高周波電力に変換する電力変換手段と、該電力変換手段の出力端に接続されて高周波電力が供給される負荷回路と、少なくとも前記電力変換手段を収納する金属製ケースとを備え、前記複数のスイッチング素子を互いに隣接して前記金属製ケースに装着するとともに各スイッチング素子と金属製ケースとの間に、少なくとも１枚の非磁性体の金属板を両面ともに絶縁体を設けて介挿し、該金属板と前記電力変換手段の負極側出力端とを同電位に電気的に接続し、前記絶縁体の寄生容量を介して隣接する複数のスイッチング素子から前記金属板の方へ流れる高周波の雑音電流同士が干渉しないように遮蔽する遮蔽手段を、隣接する前記スイッチング素子間に設けて成る電源装置において、前記電力変換手段は、複数のスイッチング素子のオンオフによって直流電圧を高周波電圧に変換する高周波回路と、複数のスイッチング素子をオンオフ駆動する駆動回路とを具備し、前記隣接するスイッチング素子は、各々前記高周波回路及び駆動回路に含まれ、前記遮蔽手段は、前記高周波回路のスイッチング素子と前記駆動回路のスイッチング素子との間で前記金属板と前記電力変換手段の負極側出力端とを同電位に電気的に接続して成ることを特徴とする電源装置。
- 前記直流電源は少なくともスイッチング素子を具備するチョッパ回路を有し、前記隣接するスイッチング素子は、各々チョッパ回路及び電力変換手段に含まれるすることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
- 前記遮蔽手段は、前記金属板に設けたスリットから成ることを特徴とする請求項１又は２記載の電源装置。
- 前記スリットの一端を開放したことを特徴とする請求項３記載の電源装置。
- 前記負荷回路は、周波数が数百ｋＨｚ以上で動作する無電極放電灯を含むことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の電源装置。
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