JP2022131186A - Power supply device and illumination device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、スイッチング素子を有する電源装置、およびこの電源装置を備える照明装置に関する。 TECHNICAL FIELD Embodiments of the present invention relate to a power supply device having a switching element and a lighting device provided with this power supply device.
従来、例えば照明装置には、光源を点灯させるために、スイッチング素子により入力電力を所定の直流電力に変換する電力変換回路を備える電源装置が用いられている。この電源装置では、スイッチング素子などから発生する雑音を低減するために、電力変換回路の入力部に接続される入力配線にノイズフィルタを設けている。 2. Description of the Related Art Conventionally, for example, a lighting device uses a power supply device that includes a power conversion circuit that converts input power into predetermined DC power using a switching element in order to turn on a light source. In this power supply device, a noise filter is provided in the input wiring connected to the input section of the power conversion circuit in order to reduce noise generated from the switching element or the like.
入力配線にノイズフィルタを設けるのは手間がかかるため、入力配線にノイズフィルタを設けなくても、雑音の低減が図れることが望まれている。 Since it takes time and effort to provide a noise filter in the input wiring, it is desired that noise can be reduced without providing a noise filter in the input wiring.
本発明が解決しようとする課題は、雑音を低減できる電源装置および照明装置を提供することにある。 A problem to be solved by the present invention is to provide a power supply device and a lighting device capable of reducing noise.
実施形態の電源装置は、スイッチング素子を有し、入力電力を所定の直流電力に変換する電力変換回路と、電力変換回路の入力部に接続され、インピーダンスピークが30MHz未満の周波数にありかつ30MHzでのインピーダンス値が1kΩ以上にあるラインフィルタとを備える。 The power supply device of the embodiment has a switching element, a power conversion circuit that converts input power into a predetermined DC power, and is connected to the input part of the power conversion circuit, and has an impedance peak at a frequency of less than 30 MHz and at 30 MHz. and a line filter having an impedance value of 1 kΩ or more.
実施形態の電源装置によれば、雑音を低減することが期待できる。 According to the power supply device of the embodiment, noise can be expected to be reduced.
以下、一実施形態を、図面を参照して説明する。 An embodiment will be described below with reference to the drawings.
図1に示すように、照明装置10は、光源11と、外部電源である交流電源Eからの電力を入力して光源11を点灯させる電源装置12とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
光源11は、例えば半導体発光素子である発光ダイオード(LED)が用いられている。なお、発光ダイオード以外に、有機ELなどの他の半導体発光素子が用いられてもよい。また、光源11は、例えば電源装置12と一体形の構成としてもよいし、器具本体に着脱可能な光源ユニットにて構成し、器具本体への光源ユニットの装着時に電源装置12に電気的に接続される構成でもよい。
The
また、電源装置12は、雑音防止回路15と、整流回路16と、力率改善回路17および定電流回路18を含む電力変換回路19とを備えている。
The
雑音防止回路15は、商用交流電源などの交流電源Eの両端に接続されるコンデンサC1と、このコンデンサC1の両端に一対の入力端が接続される複合型のラインフィルタ21とを有する。
The noise prevention circuit 15 has a capacitor C1 connected to both ends of an AC power supply E such as a commercial AC power supply, and a
複合型のラインフィルタ21は、高周波域から低周波域に亘った広域での雑音低減に対応したいわゆるセクション付き複合型(あるいはハイブリット型)と呼ばれるもので、コモンモード成分のインダクダンス値とノーマルモード成分のインダクダンス値を併せ持ったコモンモード・ノーマルモード複合チョークコイルである。
The composite
複合型のラインフィルタ21は、図2および図3のグラフに実線にて示すように、インピーダンスピークが30MHz未満の周波数にあり、30MHz未満の低周波域の雑音を低減する特性を有するが、30MHzでのインピーダンス値が1kΩ以上にあるとともに、線間容量が7pF以下にあることにより、30MHz以上の高周波域の雑音をも低減する特性を有している。
The
また、整流回路16は、交流電源Eからの交流電圧を全波整流する全波整流回路であり、一対の入力端が複合型のラインフィルタ21の一対の出力端に接続され、雑音防止回路15を介して交流電源Eに接続されている。整流回路16の一対の出力端には、コンデンサC2が接続されている。これら整流回路16およびコンデンサC2によって全波整流回路が構成され、交流電源Eから雑音防止回路15を介して入力する交流電圧を整流し、後段の力率改善回路17により高周波化された電圧を平滑して、全波整流波形に変換する。
The
また、力率改善回路17は、整流平滑後の直流電圧を力率改善のために昇圧する昇圧チョッパ回路により構成されている。力率改善回路17は、コンデンサC2の両端に接続されたインダクタL1とスイッチング素子Q1の直列回路と、スイッチング素子Q1の両端に並列に接続されたダイオードD1とコンデンサC3との直列回路とを備えている。
The power
スイッチング素子Q1は、電界効果トランジスタであるMOS-FETが用いられ、ドレインがインダクタL1を介してコンデンサC2の高電位側に接続され、ソースがコンデンサC2の低電位側に接続され、ゲートがスイッチング素子Q1を制御する制御回路に接続されている。 A MOS-FET, which is a field effect transistor, is used as the switching element Q1. It is connected to a control circuit that controls Q1.
また、定電流回路18は、力率改善回路17により昇圧された直流電圧を光源11の点灯に必要な所定の電圧に降圧するとともに定電流化する降圧チョッパ回路により構成されている。定電流回路18は、コンデンサC3の両端に接続されたスイッチング素子Q2およびダイオードD2の直列回路と、ダイオードD2の両端に接続されたインダクタL2およびコンデンサC4の直列回路とを備えている。コンデンサC4の両端に光源11が接続されている。
The constant
スイッチング素子Q2は、例えばMOS-FETなどの電界効果トランジスタが用いられ、ドレインがダイオードD1のカソードとコンデンサC3との接続点に接続され、ソースがダイオードD2のカソードとインダクタL2との接続点に接続され、ゲートがスイッチング素子Q2を制御する制御回路に接続されている。 A field effect transistor such as a MOS-FET is used as the switching element Q2, the drain is connected to the connection point between the cathode of the diode D1 and the capacitor C3, and the source is connected to the connection point between the cathode of the diode D2 and the inductor L2. and its gate is connected to a control circuit that controls the switching element Q2.
次に、電源装置12の動作を説明する。
Next, the operation of the
交流電源Eが投入されると、交流電圧が雑音防止回路15を通じて整流回路16に入力され、交流電圧を整流回路16で整流するとともにコンデンサC2で平滑し、この整流平滑後の全波整流電圧が力率改善回路17に供給される。
When the AC power supply E is turned on, the AC voltage is input to the
力率改善回路17では、制御回路によりスイッチング素子Q1が所定のスイッチング周波数でオンオフされ、整流平滑後の直流電圧が所定の電圧に昇圧される。昇圧された直流電圧がコンデンサC3で平滑され、定電流回路18に供給される。
In the power
定電流回路18では、制御回路によりスイッチング素子Q2が所定のスイッチング周波数でオンオフされ、力率改善回路17から出力される直流電圧が所定の電圧に降圧されるとともに定電流化される。この定電流化された直流電圧が光源11に供給され、光源11が点灯する。
In the constant
また、雑音防止回路15のコンデンサC1および複合型のラインフィルタ21により電力変換回路19の主にスイッチング素子Q1が発生する雑音を低減する。
Further, the noise generated mainly by the switching element Q1 of the
複合型のラインフィルタ21は、図2および図3のグラフに実線にて示すように、インピーダンスピークが30MHz未満の周波数にあり、30MHz未満の低周波域の雑音を低減する特性を有するが、30MHzでのインピーダンス値が1kΩ以上にあるとともに、線間容量が7pF以下にあることにより、30MHz以上の高周波域の雑音をも低減する特性を有している。
The
図2および図3のグラフの破線には、比較例の複合型のラインフィルタ(以下、比較例のラインフィルタという)の特性を示す。 The dashed lines in the graphs of FIGS. 2 and 3 show the characteristics of the composite line filter of the comparative example (hereinafter referred to as the line filter of the comparative example).
複合型のラインフィルタ21と比較例のラインフィルタとでは、コイルの大きさ、巻き数、L値および線間容量が異なっている。線間容量については、コイルの巻線が絶縁物で被覆されているため、巻線間に絶縁物が介在してコンデンサと同じ構造となることから発生するもので、コイルが大きく、巻き数が多い場合に、線間容量が大きくなる。線間容量は、低周波域での影響は少ないが、高周波域では線間容量が大きいほど漏れ電流が増加してインピーダンスが小さくなる影響がある。
The
そして、複合型のラインフィルタ21は、比較例のラインフィルタと比較して、コイルの大きさが小さく、巻き数が少なく、L値および線間容量が小さい。
The
そのため、複合型のラインフィルタ21は、比較例のラインフィルタと比較して、高い周波数にインピーダンスピークがあり、インピーダンスピークから高い周波数域(30Hz以上を含む)のインピーダンスが高く、インピーダンスピークから低い周波数域でのインピーダンスが低くなる特性を有している。
Therefore, compared with the line filter of the comparative example, the
図4の表には、比較例のラインフィルタ、複合型のラインフィルタ21、および第2の比較例としてインピーダンスピークが30Hz以上の周波数にある高周波域用のラインフィルタについて、インピーダンスピークである並列共振周波数f0、インダクダンスL、線間容量Cpを示す。
In the table of FIG. 4, the line filter of the comparative example, the
並列共振周波数f0は、線間容量Cpによって発生し、インダクタとコンデンサとが共振して発生する。並列共振周波数f0は、以下の式で表される。 The parallel resonance frequency f0 is generated by the line-to-line capacitance Cp and by the resonance of the inductor and the capacitor. The parallel resonance frequency f0 is expressed by the following equation.
線間容量Cpは、並列共振周波数f0から求めることができ、以下の式で表される。 The line-to-line capacitance Cp can be obtained from the parallel resonance frequency f0 and is expressed by the following equation.
また、電気用品安全法では、5kHz~30MHzでの雑音端子電圧、30MHz~30MHzでの放射電界強度、9kHz~30MHzでの放射磁界強度のそれぞれにおける雑音の限度値が規定されており、複合型のラインフィルタ21により各限度値よりも低い値に雑音レベルを抑えることができる。
In addition, the Electrical Appliance and Material Safety Law stipulates noise limit values for each of the noise terminal voltage at 5 kHz to 30 MHz, the radiated electric field strength at 30 MHz to 30 MHz, and the radiated magnetic field strength at 9 kHz to 30 MHz. The
このように、本実施形態の電源装置12では、電力変換回路19の入力部に、インピーダンスピークが30MHz未満の周波数にあり、30MHz未満の低周波域の雑音を低減する特性を有するが、30MHzでのインピーダンス値が1kΩ以上、および線間容量が7pF以下にあることにより、30MHz付近および30MHz以上の高周波域の雑音をも低減する特性を有する複合型のラインフィルタ21を設けているため、スイッチング素子Q1が発生する雑音を低減できる。しかも、1つの複合型のラインフィルタ21により広域の雑音を低減でき、低周波域と高周波域とにそれぞれラインフィルタを設ける場合に比べて、部品点数を削減でき、電源装置12の基板の小形化を図ることができる。
As described above, in the
なお、電源装置12は、照明装置10に用いることにより雑音を低減できるが、他の電気機器にも用いることができる。
The
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
10 照明装置
12 電源装置
19 電力変換回路
21 ラインフィルタ
Q1 スイッチング素子
REFERENCE SIGNS
Claims (3)
前記電力変換回路の入力部に接続され、インピーダンスピークが30MHz未満の周波数にありかつ30MHzでのインピーダンス値が1kΩ以上にあるラインフィルタと;
を備えることを特徴とする電源装置。 a power conversion circuit that has a switching element and converts input power into predetermined DC power;
a line filter connected to the input of the power conversion circuit and having an impedance peak at a frequency less than 30 MHz and an impedance value at 30 MHz greater than or equal to 1 kΩ;
A power supply device comprising:
前記電力変換回路の入力部に接続され、インピーダンスピークが30MHz未満の周波数にありかつ線間容量が7pF以下にあるラインフィルタと;
を備えることを特徴とする電源装置。 a power conversion circuit that has a switching element and converts input power into predetermined DC power;
a line filter connected to the input of the power conversion circuit and having an impedance peak at a frequency less than 30 MHz and a line-to-line capacitance of 7 pF or less;
A power supply device comprising:
ことを特徴とする照明装置。 A lighting device comprising the power supply device according to claim 1 .
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