JP6706533B2 - Ｌｅｄ電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ電源装置に関し、特にＬＥＤ電源装置の大電力化および絶縁技術の改良に関する。

近年の半導体技術の発達に伴い、スイッチング電源装置はさまざまな分野で利用されるようになった。特に一昔前までは安定した電源供給が困難であったＬＥＤ素子への電源供給も、昨今の半導体技術を利用したスイッチング装置を使用することで実現できるようになった。そして、スイッチング電源装置の技術向上や、ＬＥＤ素子の発光効率向上等により、従来の光源からの置き換えが急速に進みつつある。ところで、本来は１個当たりの光出力が小さいというのがＬＥＤ素子の欠点であったが、スイッチング電源装置を利用して安定的な電力供給をするとともに、多数のＬＥＤ素子を直並列により組み合わせて光出力を増大させたことで、従来のＨＩＤランプからＬＥＤランプへの置き換えが行われるようになった。

一般的にはＬＥＤランプを多数配置したＬＥＤモジュールは、良好な放熱性を得るために放熱器を兼ねるケースと接触させることで、熱的な問題を解決する構造をとることが多い。このような場合、放熱器（またはケース）を接地させていることが多く、短絡や地絡が起こった際の何らかの保護機能が必要となる。そこで、昨今では電源装置を保護するために高周波で動作する絶縁トランスを使用し、少ない部品数で、良好な直流電力が得られるフライバック型のスイッチング電源装置（ＬＥＤ電源装置）などを使用することでこのような問題を解決している（特許文献１）。また、特許文献２には、従来の電源装置（フライバックトランスを利用していない電源装置）において、高電圧のアーク放電から電源装置を守るため、アーク放電の有無に関わらず、周期的に、またはランダムにＬＥＤモジュールへの直流電流を供給停止動作させる技術が開示されている。

特許第５５９５２５５号 特開２０１４−３５９４３

しかしながら、特許文献１のように商用交流電源を用いてＬＥＤモジュールを点灯するフライバック方式のＬＥＤ電源装置では、トランスの制作がネックになり大電力化することが困難である。実際にはフライバックトランスを利用した電源装置は、およそ１００Ｗ前後が限界であると言われている。その主な理由としては、大電力化によるトランスの大型化に伴い、トランス自体の表面積が大型化に比例して増えないとともに、トランス内部で発生した熱の移動距離が長くなり、熱が蓄積しやすくなってしまうことが考えられる。

そこで、電源装置の大電力化を実現するためには従来の電源装置（フライバックトランスを利用しない電源装置）を使用すれば良いが、前述のとおり、ＬＥＤモジュールは放熱を良くするため、接地している放熱器に接続されており、従来の電源装置では電気的な絶縁がされていないため、そのまま利用することが出来ない。そして特許文献２の電源回路では、ＬＥＤモジュールへの直流電流を周期的に供給停止するために、スイッチ機能を果たすスイッチング素子を備えているが、これでは絶縁型の電源回路構成とは言えず、大電力化した際の十分な回路保護を達成することができない。また、別の問題として、一般的にはＬＥＤ電源装置は放熱器が接地されているため、ＬＥＤモジュールと大地間の静電容量（大地容量や浮遊容量）が非常に大きくなり、ＬＥＤ電源装置設置後においては、実際のＬＥＤ電源装置のスペックよりもノイズレベルが大きくなるという問題が発生してしまう。

ここで、電源回路（電源装置）におけるノイズについて説明する。一般的にノイズは、伝導の方法により、２つの種類に分けることができる。図６に示すように、信号ライン間や電源ライン間に発生するノイズのことを、一般的にノーマルモードノイズと呼ぶ。このノーマルモードノイズは、ノイズ電流の方向がそれぞれ逆向きになる特徴がある。そして図７に示すように、信号ラインや電源ラインとアース間に発生するノイズのことを一般的にコモンモードノイズと呼ぶ。このコモンモードノイズは、図７に示すようにノイズ電流の方向が同じ向きになる特徴がある。そして、ＬＥＤ電源装置においては、放熱器を接地させていることから、図７のようなコモンモードノイズが大きな問題となる。具体的には、前述のとおりコモンモードノイズはノイズ電流の向きが同じであり、且つ、浮遊容量等の影響による高周波電流であると言える。そのため、ＬＥＤ電源装置は、外部からのコモンモードノイズ、あるいはＬＥＤ電源装置内部の高速スイッチング等によるコモンモードノイズが原因で、図８に示すようなＬＥＤ電源装置全体として疑似的なアンテナとしての作用を持ってしまい、結果的に放射ノイズの受信、発信を促してしまうのである。ここで、放射ノイズとは、マクスウェルの電磁方程式（へヴィサイトによるベクトル表記）による電場と磁場が交互に絡み合って空間を伝わっていく電波ノイズ、および他の原因による電波ノイズに類似するノイズのことを言う。なお、一般的なアンテナ技術としては図９に示す平行板コンデンサを基本として、図１０に示すようにコンデンサを開き、電束電流を空間に開放したもの（２枚のキャパシター・プレートをロッドに変えたもの）がアンテナの基本形（ダイポール・アンテナ）である。この２つのロッド（棒）のうち１つを大地（アース）で代用する方式があり、放熱器が接地されているＬＥＤ電源装置はこの方式によるアンテナ作用（図８）により、放射ノイズの受信、発信を促してしまうのである。

つまり、ＬＥＤ電源装置を従来型の電源回路にすることで、大電力化は実現出来る可能性はあるが、従来型の電源装置では放熱器の接地に対する十分な絶縁が実現出来ていないことが根本的な問題となる（もともとは絶縁を実現するためにフライバック方式のＬＥＤ電源装置が主流となっている）。そして、仮に何らかの方法でＬＥＤモジュールを放熱するための放熱器の接地に対する十分な絶縁が実現出来たとしても、放熱器を接地することで、浮遊容量や大地容量の影響で図８に示すようにＬＥＤ電源装置全体がアンテナ作用を持ってしまい放射ノイズが増加してしまうため、従来型の電源装置をそのままＬＥＤ電源装置として利用することは極めて困難である。

本発明は上記従来技術の課題に鑑みて行われたものであって、その目的は、ＬＥＤモジュール等の点灯に利用可能なスイッチング電源装置の大電力化を実現するとともに、十分な絶縁が保たれ、且つ、放射ノイズの少ない安定的な電力供給が可能なスイッチング電源装置を実現することである。

上記課題を解決するために、本発明にかかるＬＥＤ電源装置は、
商用電源からの交流電圧を調整する整流回路と、該整流回路で整流された電圧を直流電圧に調整してＬＥＤ素子へ電力供給するとともに前記商用電源とＬＥＤ素子との絶縁性を確保する電力供給絶縁回路と、該電力供給絶縁回路へ適正な制御信号を送る制御回路と、を備えたＬＥＤ電源装置であって、
前記電力供給絶縁回路は、入力側スイッチと出力側スイッチと、を備え、該入力側スイッチの高電位側には第１入力側スイッチが配置されるとともに低電位側には第２入力側スイッチが配置され、前記出力側スイッチの高電位側には第１出力側スイッチが配置されるとともに低電位側には第２出力側スイッチが配置され、
さらに前記電力供給絶縁回路は、前記入力側スイッチの二次側であって出力側スイッチの一次側にはインダクタと、一方が高電位側に接続され他方が低電位側に接続される第１充電コンデンサを備え、前記出力側スイッチの二次側には一方が高電位側に接続され他方が低電位側に接続される第２充電コンデンサを備え、
前記第１入力側スイッチおよび第２入力側スイッチは同時にオンオフ動作し、
前記第１出力側スイッチおよび第２出力側スイッチは同時にオンオフ動作し、
前記制御回路は、前記入力側スイッチをオンさせるとともに前記出力スイッチをオフさせることで前記第１充電コンデンサに電力を充電し、前記入力側スイッチをオフさせるとともに前記出力側スイッチをオンさせることで前記インダクタによる電磁エネルギーおよび前記第１充電コンデンサに充電された電力によって前記第２充電コンデンサを充電し、該第２充電コンデンサに充電された電力によって前記ＬＥＤ素子へ電力供給することを特徴とする。

また、本発明に係るＬＥＤ電源装置は、
前記制御回路は、前記入力側スイッチと前記出力側スイッチの両方をオフさせる休止期間を設けることを特徴とする。

また、本発明に係るＬＥＤ電源装置は、
前記入力側スイッチおよび出力側スイッチは半導体素子を含み、該半導体素子の順方向にダイオードが直列に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、電力供給絶縁回路が入力側スイッチと出力側スイッチを備え、入力側スイッチがオン時には出力側スイッチをオフさせるとともに第１充電コンデンサを充電し、入力側スイッチをオフさせるとともに出力側スイッチをオンさせることで、インダクタの電磁エネルギーにより第２充電コンデンサを充電させるとともに第１充電コンデンサで充電された電荷も放出して同時に第２充電コンデンサを充電させることで、ＬＥＤ電源装置の大電力が実現でき、且つ、十分な絶縁が保たれるＬＥＤ電源装置が実現出来る。
さらに、制御回路によって入力側スイッチと出力側スイッチが同時に休止する休止期間を設ける制御をする事により、確実な絶縁性を保ちながらＬＥＤ素子への電力供給が実現出来る。そして、入力側スイッチと出力側スイッチを同時にオンさせない制御をすることで、より確実な絶縁性を保ちながら電源装置全体のアンテナ作用による放射ノイズの低減を実現出来る。

本発明に係るＬＥＤ電源装置の簡略化した概略原理図を示す。 本発明に係るＬＥＤ電源装置の第２の簡略化した概略原理図を示す。 本発明の実施形態に係るＬＥＤ電源装置の概略構成図を示す。 本発明の実施形態に係るＬＥＤ電源装置が備える各スイッチに利用する半導体素子例を示す。 本発明の実施形態に係るＬＥＤ電源装置が備える制御回路からの制御信号による各スイッチのタイムチャートを示す。 一般的なノーマルモードノイズの概略説明図を示す。 一般的なコモンモードノイズの概略説明図を示す。 コモンモードノイズによる電源回路のアンテナ作用についての概略説明図を示す。 平行板コンデンサに交流電源をつないだ時の変位電流の概略図を示す。 アンテナの基本形であるダイポール・アンテナの概略図を示す。

以下、本発明のＬＥＤ電源装置について図面を用いて説明するが、本発明の趣旨を超えない限り何ら以下の例に限定されるものではない。

はじめに、本発明の実施形態に係るＬＥＤ電源装置の特徴的な構成について、簡略化した原理図を用いて説明する。図１は本発明の実施形態に係るＬＥＤ電源装置の簡略化した概略原理図である。同図に示すＬＥＤ電源装置１１０は、直流電圧（および直流電流）を供給する電源１１２と、該電源１１２側と負荷側（ＬＥＤ素子１２２側）との絶縁を保ちながら適正な電圧を供給するための電力供給絶縁回路１１６と、を備えている。また、電力供給絶縁回路１１６は、入力側スイッチＳ１０と、還流ダイオードＤ１と、第１コイルＬ１と、第１充電コンデンサＣ１と、出力側スイッチＳ２０と、電流のピーク値をおさえるための第２コイルＬ２と、ＬＥＤ素子１２２へ安定した直流電力を供給するための第２充電コンデンサＣ２と、を備えている。

本発明について特徴的なことは、電力供給絶縁回路１１６が入力側スイッチＳ１０と、出力側スイッチＳ２０と、を備えており、入力側スイッチＳ１０と出力側スイッチＳ２０が同時にオンしている期間がないように制御していることである。また、入力側スイッチＳ１０は高電位側に配置されるハイ入力側スイッチＳ１１と低電位側に配置されるロー入力側スイッチＳ１２から構成されており、出力側スイッチＳ２０は高電位側に配置されるハイ出力側スイッチＳ２１と低電位側に配置されるロー出力側スイッチＳ２２から構成されている。基本的にはハイ入力側スイッチＳ１１とロー入力側スイッチＳ１２は同時にオンオフ動作し、ハイ出力側スイッチＳ２１とロー出力側スイッチＳ２２は同時にオンオフ動作する。

電源１１２がオンすると、該電源１１２から直流電圧が電力供給絶縁回路１１６が備える入力側スイッチＳ１０に到達する。この時、図示を省略している制御回路からの制御信号によって、入力側スイッチＳ１０（入力側高圧スイッチＳ１１、入力側低圧Ｓ１２）はオン動作されており、電源１１２からの直流電力が、電源１１２→ハイ入力側スイッチＳ１１→第１コイルＬ１→第１充電コンデンサＣ１→ロー入力側スイッチＳ１２→電源１１２へと流れることで第１充電コンデンサＣ１を充電する。この時の出力側スイッチＳ２０（出力側高圧スイッチＳ２１、出力側低圧スイッチＳ２２）は制御回路からの制御信号によってオフしている。そのため、入力側の電源１１２と出力側の第２充電コンデンサＣ２およびＬＥＤ素子１２２は絶縁されている状態である。次に入力側スイッチＳ１０（ハイ入力側スイッチＳ１１、ロー入力側Ｓ１２）をオフさせると共に、出力側スイッチＳ２０（ハイ出力側スイッチＳ２１、ロー出力側Ｓ２２）をオン動作させる。すると、第１コイルＬ１に蓄えられていた磁場エネルギーとしての電流は、第１コイルＬ１→ハイ出力側スイッチＳ２１→第２コイルＬ２→第２充電コンデンサＣ２→ロー出力側スイッチＳ２２→ダイオードＤ１→第１コイルＬ１と流れて第２充電コンデンサＣ２を充電する。また、第１充電コンデンサＣ１に蓄えられていた電荷は、第１充電コンデンサＣ１→ハイ出力側スイッチＳ２１→第２コイルＬ２→第２充電コンデンサＣ２→ロー出力側スイッチＳ２２→第１充電コンデンサＣ１と流れることで第２充電コンデンサＣ２を充電し、該第２充電コンデンサＣ２に充電された電力によってＬＥＤ素子１２２を点灯させる。このように、第１コイルＬ１と第１充電コンデンサＣ１の両方からのエネルギーが第２充電コンデンサＣ２に蓄えられることで、大電力化された直流電力を供給可能なＬＥＤ電源装置１１０が実現出来るのである。

そして、前述のとおり、入力側スイッチＳ１０がオンされている時は出力側スイッチＳ２０はオフされており、逆に出力側スイッチＳ２０がオンされている時には入力側スイッチＳ１０がオフされている動作を繰り返すことから、電源１１２とＬＥＤ素子１２２は常に絶縁された状態が保たれるのである。

図２に、本発明の実施形態に係るＬＥＤ電源装置の第２の簡略化した概略原理図を示す。
図２のＬＥＤ電源装置２１０が図１のＬＥＤ電源装置１１０と異なる構成としては、図２では、第１コイルＬ１を高電位側ではなく低電位側に配置しているところである。図２に示すように、第１コイルＬ１を低電位側に配置しても図１に示す電源回路と同様に、絶縁を保ちながら、且つ、大電力化された直流電力を供給可能なＬＥＤ電源装置が実現出来る。電源２１２から直流電圧が電力供給絶縁回路２１６に到達するタイミングで、入力側スイッチＳ１０（ハイ入力側スイッチＳ１１、ロー入力側スイッチＳ１２）はオン動作されており、電源２１２からの直流電力が、電源２１２→ハイ入力側スイッチＳ１１→第１充電コンデンサＣ１→第１コイルＬ１→ロー入力側スイッチＳ１２→電源２１２へと流れることで第１充電コンデンサＣ１を充電する。この時の出力側スイッチＳ２０（ハイ出力側スイッチＳ２１、ロー出力側スイッチＳ２２）はオフされている。そして、入力側スイッチＳ１０（ハイ入力側スイッチＳ１１、ロー入力側スイッチＳ１２）をオフさせると共に、出力側スイッチＳ２０（ハイ出力側スイッチＳ２１、ロー出力側スイッチＳ２２）をオン動作させることで、第１コイルＬ１に蓄えられていた磁場エネルギーとしての電流は、第１コイルＬ１→ダイオードＤ１→ハイ出力側スイッチＳ２１→第２コイルＬ２→第２充電コンデンサＣ２→ロー出力側スイッチＳ２２→第１コイルＬ１と流れて第２充電コンデンサＣ２を充電する。また、第１充電コンデンサＣ１に蓄えられていた電荷は第１充電コンデンサＣ１→ハイ出力側スイッチＳ２１→第２コイルＬ２→第２充電コンデンサＣ２→ロー出力側スイッチＳ２２→第１充電コンデンサＣ１と流れることで第２充電コンデンサＣ２を充電し、ＬＥＤ素子２２２を点灯させる。

以上のように、図２のＬＥＤ電源装置２１０も図１のＬＥＤ電源装置１１０と同様に、入力側の電源２１２と出力側のＬＥＤ素子２２２との絶縁を保ちながら、且つ、大電力な直流電力を供給可能なＬＥＤ電源装置が実現出来る。

次に、本発明の実施形態に係るＬＥＤ電源装置について説明する。図３に本発明の実施形態に係るＬＥＤ電源装置の概略図を示す。ここで、本明細書におけるＬＥＤ電源装置とは、ＬＥＤ素子へ安定した電力供給を行うためのスイッチング電源装置のことである。同図に示すＬＥＤ電源装置１０は、商用の交流電圧を供給する電源１２と、交流電圧を整流するための整流平滑回路１４と、該整流平滑回路１４からの電力を調整してＬＥＤ素子２２へ直流電力を供給する電力供給絶縁回路１６と、該電力供給絶縁回路１６を制御する制御回路１８と、ＬＥＤ素子２２に流れる電流を検出し、検出信号として制御回路１８に送る検出回路２０と、を備えている。

はじめに整流平滑回路１４について説明する。
整流平滑回路１４は、フィルター回路２４とダイオード・ブリッジ回路ＤＢと平滑用コンデンサＣａと力率改善回路２６と電解コンデンサＣｂと、を備えている。電源１２により交流の商用電圧（ＡＣ１００ＶやＡＣ２００Ｖなど）を印加すると、商用電圧はフィルター回路２４を介してダイオード・ブリッジ回路ＤＢに到達する。ダイオード・ブリッジ回路ＤＢは、ダイオード素子などで構成されているが、同じ機能を果たせれば他の半導体素子で構成しても良い。ダイオード・ブリッジ回路ＤＢによって全波整流された電圧（脈流電圧とも呼ぶ）は、平滑用コンデンサＣａによって大まかな直流電圧に平滑される。そして、平滑された電圧は力率改善回路２６へと到達する。力率改善回路２６は、スイッチング素子をオンオフ動作さえることによりインダクタに電流を流した後、電解コンデンサＣｂを充電することで昇圧された電圧を生成する。このように、昇圧されるとともに力率が改善された電圧は、電力供給絶縁回路１６へと到達する。

次に電力供給絶縁回路１６について説明する。電力供給絶縁回路１６は基本的には図１（および図２）で説明した原理で動作するものである。電力供給絶縁回路１６は、入力側スイッチＳ１０と、還流ダイオードＤ１と、第１コイルＬ１と、第１充電コンデンサＣ１と出力側スイッチＳ２０と、電流のピーク値をおさえるための第２コイルＬ２と、ＬＥＤ素子２２へ安定した直流電力を供給するための第２コンデンサＣ２と、を備えている。そして、入力側スイッチＳ１０は高電位側に配置されたハイ入力側スイッチＳ１１と低電位側に配置されたロー入力側スイッチＳ１２を備えており、出力側スイッチＳ２０は高電位側に配置されたハイ出力側スイッチＳ２１と低電位側に配置されたロー出力側スイッチＳ２２を備えている。この４つのスイッチは、高速スイッチングが出来ればどのようなものでも構わないが、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体素子であることが好適である（図４を参照）。また、例えば図４に示すようにＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードやＩＧＢＴのＣＥ間の追加ダイオード対策のために、順方向に直列にダイオードを接続させることが好ましい。

整流平滑回路１４からの電圧が入力側スイッチＳ１０に到達すると、制御回路１８は入力側スイッチＳ１０をオン動作させる（制御信号ｄｓ１）とともに出力側スイッチＳ２０をオフさせる（制御信号ｄｓ２）。この時、整流平滑回路１４からの電力が、ハイ入力側スイッチＳ１１→コイルＬ１→第１充電コンデンサＣ１→ロー入力側スイッチＳ１２→整流平滑回路１４（電解コンデンサＣｂ）へと流れることで第１充電コンデンサＣ１を充電する。この時の出力側スイッチＳ２０（ハイ出力側スイッチＳ２１およびロー出力側スイッチＳ２２）は、前述のとおり制御回路１８からの制御信号ｄｓ２によってオフしている状態である。そのため、入力側の電源１２（および整流平滑回路１４）と出力側のＬＥＤ素子１６（および第２充電コンデンサＣ２）は絶縁されている状態である。次に制御回路１８によって、入力側スイッチＳ１０（ハイ入力側スイッチＳ１１およびロー入力側Ｓ１２）をオフさせると共に、出力側スイッチＳ２０（ハイ出力側スイッチＳ２１およびロー出力側Ｓ２２）をオン動作させる。すると、第１コイルＬ１に蓄えられていた磁場エネルギーとしての電流は、第１コイルＬ１→ハイ出力側スイッチＳ２１→第２コイルＬ２→第２充電コンデンサＣ２→ロー出力側スイッチＳ２２→ダイオードＤ１→第１コイルＬ１と流れて第２充電コンデンサＣ２を充電する。また、第１充電コンデンサＣ１に蓄えられていた電荷は第１充電コンデンサＣ１→ハイ出力側スイッチＳ２１→第２コイルＬ２→第２充電コンデンサＣ２→ロー出力側スイッチＳ２２→第１充電コンデンサＣ１と流れることで第２充電コンデンサＣ２を充電し、該第２充電コンデンサＣ２に充電された直流電力によってＬＥＤ素子２２を点灯させる。

ここで、制御回路１８の制御動作について説明する。図５には、制御回路１８からの制御信号を受けた各スイッチ（入力側スイッチＳ１０および出力側スイッチＳ２０）のオンオフについてのタイムチャートを示す。図３に示す制御信号ｄｓ１は入力側スイッチＳ１０（Ｓ１１およびＳ１２）に対する制御信号を表しており、制御信号ｄｓ２は出力側スイッチＳ２０（Ｓ２１およびＳ２２）に対する制御信号を表している。図５のａ点においては、制御信号ｄｓ１を送ることで入力側スイッチＳ１０（Ｓ１１およびＳ１２）をオンさせ、制御信号ｄｓ２によって出力側スイッチＳ２０（Ｓ２１およびＳ２２）をオフさせている。つまり、この期間（ａ点）においては、第１充電コンデンサＣ１を充電していることとなる。そして、図５のｂ点においては、制御回路１８は制御信号ｄｓ１を送ることで入力側スイッチＳ１０をオフさせ、制御信号ｄｓ２を送ることにより出力側スイッチＳ２０をオンさせている。つまり、この期間（ｂ点）には第２充電コンデンサＣ２を充電させており、この第２充電コンデンサＣ２に充電された電力によってＬＥＤ素子２２を点灯させているのである。ここで、図５ではａ点とｂ点との間に休止期間Ｔが設けられている。つまり、実際のＬＥＤ電源装置１０の制御動作では、入力側スイッチＳ１０と出力側スイッチＳ２０の両方のスイッチ（４つのスイッチ）が動作を停止する休止期間Ｔを設けることにより、確実な絶縁を実現しているのである。

そして、ＬＥＤ素子２２へ供給された電流は、検出回路２０が備える電流検出抵抗Ｒ１によってフィードバック制御信号として検出され、絶縁アンプＯＰを介して制御回路１８へ送られる。このフィードバック制御信号により、ＬＥＤ素子２２が適正に点灯動作が出来るように、制御回路１８でスイッチング動作信号を算出し、該算出された動作信号（ｄｓ１およびｄｓ２の信号）により、入力側スイッチＳ１０および出力側スイッチＳ２０を繰り返しオンオフ動作させているのである。

このように、入力側スイッチＳ１０がオン時には出力側スイッチＳ２０はオフし、入力側スイッチＳ１０と出力側スイッチＳ２０の両方がオフする休止期間Ｔを設け、入力側スイッチＳ１０をオフするとともに出力側スイッチＳ２０をオンさせる動作を繰り返すことによって、ＬＥＤ電源装置１０の十分な絶縁を確保しつつ、且つ、大電力化した電力供給を実現しているのである。

放射ノイズの低減について
ここで、本発明のＬＥＤ電源装置１０における放射ノイズの低減について説明する。前述したとおり、ＬＥＤ電源装置１０はＬＥＤ素子２２を接地された放熱器に接続することにより、良好な放熱を保っている。この放熱器の接地により、コモンモードノイズが発生し、結果的にＬＥＤ電源装置全体としてアンテナ作用が発生し、放射ノイズが発生してしまうのである（図７および図８を参照）。このコモンモードノイズは、外部のノイズ源により発生している場合、またはＬＥＤ電源装置内の各スイッチ（入力側スイッチＳ１０および出力側スイッチＳ２０）による高速スイッチング動作により発生している場合などが考えられる。どちらが原因であっても、放熱器の接地による浮遊容量や大地容量などの増加によって、ＬＥＤ電源装置１０とグラウンド間で高周波ノイズ電流のループが出来てしまい、コモンモードノイズが発生しているものと考えられる（図７を参照）。

そこで本発明におけるＬＥＤ電源装置１０では、電源装置の絶縁性を確保するため図４に示すタイムチャートのように、入力側スイッチＳ１０および出力側スイッチＳ２０を制御回路１８によりオンオフ動作させることによって、入力側（電源１２側）と出力側（ＬＥＤ素子２２側）の回路を高周波的に断続することによりコモンモードノイズが除去され、結果的にアンテナ作用が断続されるのである。つまり、本発明におけるスイッチング動作は、大電力化を実現し、且つ、ＬＥＤ電源装置の絶縁性を確保するとともに、同時にアンテナ作用による放射ノイズの低減も実現しているのである。

以上のように本発明のＬＥＤ電源装置１０によれば、入力側スイッチＳ１０と出力側スイッチＳ２０を備え、入力側スイッチＳ１０がオン時には出力側スイッチＳ２０をオフさせるとともに第１充電コンデンサを充電し、出力側スイッチＳ２０をオンさせるとともに入力側スイッチＳ１０をオフさせることで、第１コイルＬ１の電磁エネルギーにより第２充電コンデンサＣ２を充電させるとともに第１充電コンデンサＣ１で充電された電荷も放出して同時に第２充電コンデンサＣ２を充電させることで、ＬＥＤ電源装置１０の大電力化が実現でき、且つ、十分な絶縁が保たれるＬＥＤ電源装置が実現出来る。
さらに、入力側スイッチＳ１０（Ｓ１１およびＳ１２）と出力側スイッチＳ２０（Ｓ２１およびＳ２２）が同時に休止する休止期間Ｔを設けた制御を行う事により、確実な絶縁性を保ちながらの電力供給が実現出来る。そして、入力側スイッチＳ１０と出力側スイッチＳ２０を同時にオンさせない制御をすることで、ＬＥＤ電源装置全体のアンテナ効果による放射ノイズの低減を実現出来る。

１０ １１０ ２１０ ＬＥＤ電源装置
１２ １１２ ２１２ 電源
１４ 整流平滑回路
１６ １１６ ２１６ 電力供給絶縁回路
１８ 制御回路
２０ 電流検出回路
２２ １２２ ２２２ ＬＥＤ素子
２４ フィルター回路
２６ 力率改善回路
Ｓ１０ 入力側スイッチ
Ｓ１１ ハイ入力側スイッチ
Ｓ１２ ロー入力側スイッチ
Ｓ２０ 出力側スイッチ
Ｓ２１ ハイ出力側スイッチ
Ｓ２２ ロー出力側スイッチ
ＤＢ ダイオード・ブリッジ回路
Ｄ１ 還流ダイオード
Ｌ１ 第１コイル
Ｌ２ 第２コイル
Ｃａ 平滑用コンデンサ
Ｃｂ 電解コンデンサ
Ｃ１ 第１充電コンデンサ
Ｃ２ 第２充電コンデンサ
Ｒ１ 電流検出抵抗
ＯＰ 絶縁アンプ

Claims (2)

1. 商用電源からの交流電圧を調整する整流回路と、該整流回路で整流された電圧を直流電圧に調整してＬＥＤ素子へ電力供給するとともに前記商用電源とＬＥＤ素子との絶縁性を確保する電力供給絶縁回路と、該電力供給絶縁回路へ適正な制御信号を送る制御回路と、を備えたＬＥＤ電源装置であって、
   前記電力供給絶縁回路は、入力側スイッチと出力側スイッチと、を備え、該入力側スイッチの高電位側には第１入力側スイッチが配置されるとともに低電位側には第２入力側スイッチが配置され、前記出力側スイッチの高電位側には第１出力側スイッチが配置されるとともに低電位側には第２出力側スイッチが配置され、
   さらに前記電力供給絶縁回路は、前記入力側スイッチの二次側であって出力側スイッチの一次側にはインダクタと、一方が高電位側に接続され他方が低電位側に接続される第１充電コンデンサを備え、前記出力側スイッチの二次側には一方が高電位側に接続され他方が低電位側に接続される第２充電コンデンサを備え、
   前記第１入力側スイッチおよび第２入力側スイッチは同時にオンオフ動作し、
   前記第１出力側スイッチおよび第２出力側スイッチは同時にオンオフ動作し、
   前記制御回路は、前記入力側スイッチをオンさせるとともに前記出力側スイッチをオフさせることで前記第１充電コンデンサに電力を充電し、その後に前記入力側スイッチと出力側スイッチの両方をオフさせる休止期間を設け、その後に前記入力側スイッチをオフさせるとともに前記出力側スイッチをオンさせることで前記インダクタによる電磁エネルギーおよび前記第１充電コンデンサに充電された電力によって前記第２充電コンデンサを充電し、該第２充電コンデンサに充電された電力によって前記ＬＥＤ素子へ電力供給し、
   前記制御回路には、前記ＬＥＤ素子へ供給された電流が絶縁アンプを介してフィードバック制御信号として送られることを特徴とするＬＥＤ電源装置。
2. 請求項１に記載のＬＥＤ電源装置であって、
   前記入力側スイッチおよび出力側スイッチは半導体素子を含み、該半導体素子の順方向にダイオードが直列に接続されていることを特徴とするＬＥＤ電源装置。

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