JP6179831B1 - 照明用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電解コンデンサを用いる場合に比較して、ライフタイムが長い電源回路を備える照明用電源装置を提供する。
【解決手段】電源回路２は、交流を整流する整流部３０と、コンデンサを有する第１フィルタ４１と、第１フィルタ４１を介して出力される波形をスイッチングする第２スイッチング回路５１と、コンデンサを有し、第２スイッチング回路５１から出力される波形の高周波成分をフィルタして、接続される負荷に供給する第３フィルタ５３と、を備える。これらのコンデンサは、フィルムコンデンサまたはセラミックコンデンサであり、第３フィルタ５３から出力される電圧が電解コンデンサの場合に比べ高く設定されている。電源回路２を実現する基板は、アルミ押し出し材の筐体に収容されている。基板に搭載される発熱部品の熱を筐体に伝えるための充填剤が筐体の内部空間に注入されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明用電源装置に関する。

公報記載の従来技術として、交流入力を二分し、それぞれを全波整流回路で整流する。ただし、二分した交流入力の一方の位相を他方の位相から略９０度ずらす。それらの全波整流の結果を電圧加算回路で加算することで、平滑コンデンサを用いることなく、脈動の少ない直流電源として動作する電源回路が存在する（特許文献１参照）。

特開２０１４−２１７２５７号公報

ところで、劣化しやすくライフタイムが極めて短い電解（ケミカル）コンデンサを平滑回路などに用いた電源回路を、電解コンデンサより長いライフタイムを有する発光ダイオードなどの電子部品と組み合わせて一体化すると、発光ダイオードなどの長いライフタイムを有効に利用しづらい。
本発明の目的は、電解コンデンサを用いる場合に比較して、ライフタイムが長い電源回路を備える照明用電源装置を提供することにある。

本発明が適用される照明用電源装置は、少なくとも、供給される交流を整流する整流手段と、第１のコンデンサを有し、ノイズをフィルタする第１のフィルタ手段と、前記第１のフィルタ手段から出力される波形をスイッチングする第１のスイッチング手段と、第３のコンデンサを備え、前記第１のスイッチング手段から出力される電圧波形の高周波成分をフィルタする第３のフィルタ手段と、前記第３のフィルタ手段から出力される波形をスイッチングして出力する電圧を制御する第２のスイッチング手段と、第２のコンデンサを有し、前記第２のスイッチング手段から出力される波形の高周波成分をフィルタする第２のフィルタ手段と、が筐体の内部空間に収容され、前記第１のコンデンサ、前記第２のコンデンサ及び前記第３のコンデンサを含むすべてのコンデンサは、フィルムコンデンサ又はセラミックコンデンサであり、前記第２のフィルタ手段から出力される電圧が、前記第２のコンデンサを電解コンデンサとした場合に比べて、高く設定され、前記筐体は、放熱フィンを有する金属性の押し出し材であり、前記内部空間に熱伝導性充填材が注入され、前記筐体の内部空間に収容される発熱部の熱を当該筐体に伝える熱伝導部材が当該発熱部に対して前記放熱フィンとは反対の側に位置するように当該内部空間に収容されることで当該発熱部の熱が当該熱伝導部材を介して当該筐体から当該放熱フィンに伝わる熱伝導経路が形成される、ことを特徴とする照明用電源装置である。
また、本発明が適用される照明用電源装置は、少なくとも、供給される交流を整流する整流手段と、第１のコンデンサを有し、ノイズをフィルタする第１のフィルタ手段と、前記第１のフィルタ手段から出力される波形をスイッチングする第１のスイッチング手段と、第３のコンデンサを備え、前記第１のスイッチング手段から出力される電圧波形の高周波成分をフィルタする第３のフィルタ手段と、前記第３のフィルタ手段から出力される波形をスイッチングして出力する電圧を制御する第２のスイッチング手段と、第２のコンデンサを有し、前記第２のスイッチング手段から出力される波形の高周波成分をフィルタする第２のフィルタ手段と、が筐体の内部空間に収容され、前記第１のコンデンサ、前記第２のコンデンサ及び前記第３のコンデンサを含むすべてのコンデンサは、フィルムコンデンサ又はセラミックコンデンサであり、前記第２のフィルタ手段から出力される電圧が、前記第２のコンデンサを電解コンデンサとした場合に比べて、高く設定され、前記筐体は、放熱フィンを有する金属性の押し出し材であり、前記内部空間に熱伝導性充填材が注入され、前記筐体の内部空間における温度を検出する温度検出部の検出結果を基に電源供給を抑制し、当該内部空間の温度が前記フィルムコンデンサに影響を及ぼさないようにする、ことを特徴とする照明用電源装置である。

本発明によれば、電解コンデンサを用いる場合に比較して、ライフタイムが長い電源回路を備える照明用電源装置を提供することが可能になる。

本実施の形態における発光ダイオード照明の構成の一例を示す図である。 整流部及び波形整形部を説明する回路図の一例である。 出力部を説明する回路図の一例である。 電源装置のケース部材を示す図であり、（ａ）は正面図で、（ｂ）は一部を破断して示す右側面図である。 ケース部材に収容される基板の斜視図である。 ケース部材に収容される基板を示す図である。 温度センサの検出結果を用いる電力供給制御を説明するブロック図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
＜発光ダイオード照明１００＞
図１は、本実施の形態における発光ダイオード照明１００の構成の一例を示す図である。
発光ダイオード照明１００は、発光ダイオードアレイ１と発光ダイオードアレイ１に電流を供給する電源回路２とを備えている。

［発光ダイオードアレイ１］
発光ダイオードアレイ１は、複数の発光ダイオードＬＥＤが直列接続されて構成されている。すなわち、複数の発光ダイオードＬＥＤは、それぞれの正極と負極とが交互に接続されている。そして、発光ダイオードアレイ１の両端子が電源回路２の出力端子に接続されている。
発光ダイオードアレイ１は、例えば、２８個の発光ダイオードＬＥＤが直列接続されて構成されている。それぞれの、発光ダイオードＬＥＤは、例えば、順方向電圧２．９Ｖ、順方向電流５２．５ｍＡである。よって、発光ダイオードアレイ１は、電圧約８０Ｖ、電流約５２．５ｍＡが供給されると点灯する。
図１では、例として、４個の発光ダイオードアレイ１を並列している。この場合、電源回路２は、電圧約８０Ｖ、電流約２１４ｍＡを供給する。すなわち、電源回路２は、電力約１７Ｗを供給すればよい。
また、発光ダイオードアレイ１として、例えば、発光ダイオードＬＥＤの順方向電圧２．９Ｖ、順方向電流８０．６ｍＡの発光ダイオードＬＥＤが３６個直列接続され、かつ直列接続されたＬＥＤの列が１８列で構成された発光ダイオードアレイ１を２個用いた場合、電源回路２は、電圧約２１０Ｖ、電流約１．４５Ａ、３０３Ｗの電力を供給する。
なお、発光ダイオードアレイ１のＬＥＤの数は、２８個以外であってもよい。発光ダイオードアレイ１の数も１個でもよく、３個を超えてもよい。これらの場合、電源回路２は、発光ダイオードアレイ１におけるＬＥＤの数及び発光ダイオードアレイ１の数に応じた電圧、電流、電力を供給すればよい。

［電源回路２］
電源回路２は、サージアブソーバ１０、ＥＭＣ（Electro-Magnetic Compatibility）フィルタ２０、整流部３０、波形整形部４０、出力部５０及び駆動電源部６０を備えている。
電源回路２において、入力端子からサージアブソーバ１０、ＥＭＣフィルタ２０、整流部３０、波形整形部４０、出力部５０の順に接続されている。出力部５０が出力端子に接続されている。整流部３０が、整流手段の一例である。
電源回路２の入力端子には、交流電源３が接続されている。交流電源３は、いわゆる商用電源であって、電源回路２に交流電力（電圧、電流）を供給する。交流電源３は、例えば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの８５〜２６５Ｖである。

次に、電源回路２の各構成について説明する。
電源回路２のサージアブソーバ１０は、交流電源３側から電源回路２にサージが侵入することを抑制する。サージアブソーバ１０は、例えば、極性を逆にして並列に接続されたバリスタで構成されている。そして、交流電源３から電源回路２に交流電力（電圧、電流）を供給する２本の電源線の間に設けられている。

ＥＭＣフィルタ２０は、交流電源３側から侵入するノーマルモードノイズ及びコモンモードノイズを除去する。ＥＭＣフィルタ２０は、例えば、フェライトビーズやチョークコイルである。

整流部３０は、交流電源３から供給された交流を直流に変換（整流）する。整流部３０は、例えば、ダイオードブリッジである。

波形整形部４０は、整流部３０により整流された電圧波形を整形する。
出力部５０は、波形整形部４０により整形された波形の電圧を、発光ダイオードアレイ１に供給する電圧及び電流に変換して、発光ダイオードアレイ１に供給（出力）する。
駆動電源部６０は、後述する波形整形部４０の力率制御回路４５及び出力部５０の出力電流制御回路５４に駆動のための電力（電圧、電流）を供給する。
なお、交流電源３とサージアブソーバ１０との間に、過電流時に切れるヒューズを設けてもよい。

次に、波形整形部４０及び出力部５０を詳細に説明する。
（波形整形部４０）
波形整形部４０は、第１フィルタ４１、トランス４２、第１スイッチング回路４３、第２フィルタ４４及び力率制御回路４５を備えている。第１フィルタ４１が、第１のフィルタ手段の一例、第１スイッチング回路４３が、他のスイッチング手段及び第１のスイッチング手段の一例、第２フィルタ４４が第３のフィルタ手段及びフィルタ手段の一例、力率制御回路４５が力率制御手段の一例である。
第１フィルタ４１は、第１スイッチング回路４３を含む高周波発生部からのノイズが外部（入力方向）へ出力されることを軽減（抑制）する。
トランス４２は、一次側を整流部３０により整流された電圧波形が通過する。そして、トランス４２の二次側は、次に説明する第１スイッチング回路４３のオン／オフにより発生する交流成分を取り出すために用いられる。
第１スイッチング回路４３は、力率制御回路４５からの信号によりオン／オフし、オン状態において電流を流すことで、電流波形を電圧波形に近づけて、力率を改善する。

第２フィルタ４４は、第１スイッチング回路４３のオン／オフによって発生する高周波成分を軽減（抑制）する。すなわち、第２フィルタ４４は、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）である。

力率制御回路４５は、交流電源３の電圧波形（正弦波波形）を検知するＭＵＬＴ信号、トランス４２からゼロクロスタイミングを検知するゼロクロス（ＺＣＤ（Zero-Crossing Determination））信号、第１スイッチング回路４３に流れる電流を検知する電流検知信号、第２フィルタ４４の出力電圧を検知する電圧検知信号を受信し、第１スイッチング回路４３のオン／オフを制御する信号を送信する。
すなわち、力率制御回路４５は、電流検知信号で検知される電流波形がＭＵＬＴ信号で検知される電圧波形に近づくように、第１スイッチング回路４３をオン／オフさせるタイミング（オンになっている期間）を制御する。
なお、力率制御回路４５は、一つの集積回路（ＰＦＣ（Power Factor Correction）ＩＣ）として構成されていてもよい。

なお、力率を改善しない場合は、力率制御回路４５を備えなくともよい。

（出力部５０）
出力部５０は、第２スイッチング回路５１、電流検出回路５２、第３フィルタ５３、出力電流制御回路５４及び電源回路５５を備えている。第２スイッチング回路５１が他のスイッチング手段及び第２のスイッチング手段の一例、第３フィルタ５３が第２のフィルタ手段及び他のフィルタ手段の一例である。
第２スイッチング回路５１は、出力電流制御回路５４によって、オン／オフが制御される。これにより、発光ダイオードアレイ１に供給される電圧及び電流が制御される。
電流検出回路５２は、発光ダイオードアレイ１に供給される電流を検知し、出力電流制御回路５４に送信する。
第３フィルタ５３は、第２スイッチング回路５１のオン／オフによって発生する高周波成分を抑制（除去）する。

出力電流制御回路５４は、電流検出回路５２が検出した電流に応じて、発光ダイオードアレイ１に供給する電流が予め定められた値になるように、第２スイッチング回路５１をオン／オフする比率（デューティ比）を設定する。
電源回路５５は、後述する駆動電源部６０から供給される駆動電圧を、出力電流制御回路５４に供給する。なお、電源回路５５は、立ち上げ時に、出力電流制御回路５４に駆動電圧を供給するため、第２スイッチング回路５１の入力側にも接続されている。
出力部５０は、発光ダイオードアレイ１に予め定められた電流を供給する定電流電源として機能する。

（駆動電源部６０）
駆動電源部６０は、波形整形部４０におけるトランス４２の二次巻線に接続されている。そして、力率制御回路４５による第１スイッチング回路４３のオン／オフにより生じた交流成分をトランス４２の二次巻線で取り出して整流する。
駆動電源部６０は、整流した電圧を力率制御回路４５に駆動電圧として供給する。また、出力部５０の電源回路５５を介して、出力電流制御回路５４に駆動電圧として供給する。
なお、駆動電源部６０は、立ち上げ時に、力率制御回路４５に駆動電圧を供給するため、整流部３０の出力側にも接続されている。

（電源回路２の動作）
次に、電源回路２の全体としての動作を説明する。
交流電源３から供給された交流は、サージアブソーバ１０、ＥＭＣフィルタ２０を経由して、整流部３０に入力する。整流部３０は交流を整流する。
そして、整流された波形が、波形整形部４０で整形される。まず、波形整形部４０の第１フィルタ４１で、脈流が軽減される。次いで、力率制御回路４５の制御による第１スイッチング回路４３のオン／オフにより、電流波形が電圧波形に近づけられる。
次いで、出力部５０における出力電流制御回路５４の制御による第２スイッチング回路５１のオン／オフにより、出力部５０から出力される電圧及び電流が制御される。なお、出力電流制御回路５４は、出力される電流を検知して、電流が予め定められた値になるように制御する。

発光ダイオードアレイ１の順方向電圧は、温度によって変化する。温度が高くなると、順方向電圧は低くなる。しかし、出力電流制御回路５４により、発光ダイオードアレイ１に流れる電流が予め定められた値に制御されるため、光量の変動が抑制される。

以下では、整流部３０、波形整形部４０及び出力部５０について詳述する。
図２は、整流部３０及び波形整形部４０を説明する回路図の一例である。波形整形部４０については、主要部分を示している。

整流部３０は、ダイオードＤ１〜Ｄ４から構成されるダイオードブリッジによる全波整流器である。整流部３０の２個の入力端子は、ＥＭＣフィルタ２０及びサージアブソーバ１０を介して交流電源３に接続されている。整流部３０の２個の出力端子は、一方が高圧配線７１に、他方が基準配線７２に接続されている。基準配線７２は、接地電位（ＧＮＤ）などの基準電位に設定され、整流部３０、波形整形部４０、出力部５０で共通である。
なお、整流部３０は、半波整流器であってもよい。

波形整形部４０の第１フィルタ４１は、コンデンサＣ１、Ｃ２、リアクトル（コイル）Ｌ１を備えている。コンデンサＣ１は、リアクトルＬ１より上流側（交流電源３に近い側）において、高圧配線７１と基準配線７２との間に設けられている。リアクトルＬ１は、高圧配線７１に設けられている。コンデンサＣ１、Ｃ２が、第１のコンデンサの一例である。
なお、ここでは、リアクトルＬ１の前後の配線をそれぞれ区別することなく、高圧配線７１と表記する。そして、リアクトルＬ１は、高圧配線７１に設けられていると表現する。他の場合も同様とする。

コンデンサＣ２は、リアクトルＬ１より下流側（発光ダイオードアレイ１に近い側）において、高圧配線７１と基準配線７２との間に設けられている。
リアクトルＬ１は、高周波成分に対して抵抗として働き、コンデンサＣ１とで、第１スイッチング回路４３で発生した電圧波形の低域通過フィルタ（ＬＰＦ）として動作する。
コンデンサＣ１、Ｃ２は、それぞれフィルムコンデンサであって、例えば、定格電圧４５０Ｖ、容量０．２２μＦである。

次に、トランス４２は、一次側が高圧配線７１に設けられている。二次側は、駆動電源部６０及び力率制御回路４５に接続されている。
第１スイッチング回路４３は、ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）１と抵抗Ｒ１とを備えている。ＦＥＴ１は、ドレインが高圧配線７１に接続され、ソースが抵抗Ｒ１を介して基準配線７２に接続されている。そして、ゲートが力率制御回路４５に接続されている（図１参照）。
ＦＥＴ１は、例えば、パワーＦＥＴである。

第１スイッチング回路４３では、ＦＥＴ１がオン／オフすることにより、高圧配線７１から基準配線７２に電流を流す。これにより、電流波形を電圧波形に近づけて、力率を改善する。
抵抗Ｒ１は、ＦＥＴ１がオンのときに流れる電流を検知する（図１参照）。

ＦＥＴ１のドレインの電圧、すなわち、第１スイッチング回路４３が接続された高圧配線７１の部分は、例えば、交流電源３の電圧が８５〜２６５Ｖの範囲内の場合、４００Ｖに設定されている。そして、第１スイッチング回路４３のオン／オフの繰り返し周波数は、例えば、数１０ｋＨｚと、交流電源３の周波数より高く設定されている。この繰り返し周波数が大きいほど、電流波形を電圧波形に近づけられる。

トランス４２の二次側は、第１スイッチング回路４３のオン／オフの繰り返し周波数の交流成分を取り出す。交流成分の電圧は、約５０Ｖ（ピーク電圧）である。駆動電源部６０は、この交流成分を整流して、１８Ｖの駆動電圧を発生する（図１参照）。

第２フィルタ４４は、高圧配線７１と基準配線７２との間に並列に設けられた複数のコンデンサＣ３〜Ｃ６を備えている。コンデンサＣ３〜Ｃ６は、例えば、電解コンデンサよりライフタイムが長いコンデンサ、例えばフィルムコンデンサであって、それぞれが定格電圧４５０Ｖ、容量０．４７μＦである。ここでは、４個のコンデンサＣ３〜Ｃ６を用いたが、容量の大きいフィルムコンデンサを用いて個数を減らしてもよい。コンデンサＣ３〜Ｃ６が、第３のコンデンサの一例である。
ここでは、ライフタイムとは、データシートに記載されたライフ（寿命）又は一般に知られているライフ（寿命）をいう。

なお、トランス４２のサイズ制限がある場合は、一次側のインダクタンスを分割する目的で、トランス４２と第１スイッチング回路４３との間の高圧配線７１にリアクトルをさらに設けてもよい。

図３は、出力部５０を説明する回路図の一例である。ここでは、出力部５０の主要部である第２スイッチング回路５１、電流検出回路５２及び第３フィルタ５３を示している。
第２スイッチング回路５１は、ＦＥＴ２とダイオードＤ５とを備えている。ＦＥＴ２は、ドレインが高圧配線７１に接続され、ソースがダイオードＤ５を介して基準配線７２に接続されている。そして、ゲートが出力電流制御回路５４に接続されている（図１参照）。そして、ＦＥＴ２のソースに出力配線７３が接続されている。
ＦＥＴ２も、例えば、ＦＥＴ１と同様にパワーＦＥＴである。
ダイオードＤ５は、基準配線７２から、ＦＥＴ２のソースに向かって電流が流れる方向に接続されている。ダイオードＤ５は、帰還ダイオードである。

第２スイッチング回路５１は、出力電流制御回路５４からの信号がゲートに与えられることにより、オン／オフを繰り返す。オンの期間とオフの期間との比であるデューティ比により、出力配線７３の電圧及び電流が制御される。
出力電流制御回路５４からの信号は、例えば、繰り返し周波数が約１００ｋＨｚであって、デューティ比により、出力配線７３の電圧及び電流が設定される。

電流検出回路５２は、例えば、抵抗Ｒ２である。抵抗Ｒ２は、出力配線７３に設けられている。
抵抗Ｒ２の両端子が出力電流制御回路５４に接続されている（図１参照）。抵抗Ｒ２の両端子間の電圧により、出力配線７３に流れる電流が検出される。出力電流制御回路５４は、この電流に基づいて、第２スイッチング回路５１をオンにする期間を設定し、出力配線７３を流れる電流を予め定められた電流に設定する。

第３フィルタ５３は、出力配線７３に設けられたリアクトルＬ２と、出力配線７３と基準配線７２との間に設けられたコンデンサＣ７とを備えている。リアクトルＬ２は、高周波成分に対して抵抗として働く。
コンデンサＣ７は、電解コンデンサよりライフタイムが長いコンデンサ、例えばフィルムコンデンサであって、例えば、定格電圧１００Ｖ、容量１μＦである。コンデンサＣ７が、第２のコンデンサ及び他のコンデンサの一例である。

出力部５０が発光ダイオードアレイ１に供給する電圧及び電流は、例えば、約８０Ｖ及び約２１４ｍＡに設定されている。

以上説明したように、本実施の形態では、第１フィルタ４１、第２フィルタ４４、第３フィルタ５３が備えるコンデンサＣ１〜Ｃ７を、電解コンデンサよりライフタイムが長いコンデンサ、例えば、フィルムコンデンサとしている。このため、後述するように、電源回路２のライフタイムが、電解コンデンサを用いた場合に比べて、長い。
しかし、電解コンデンサよりライフタイムが長いコンデンサの容量は、同じ体積において、電解コンデンサに比べて小さい。よって、電解コンデンサを用いた場合と同じ容量とすると、体積が大きくなり、回路が大きくなってしまう。

そこで、本実施の形態では、出力部５０から出力される電圧（出力電圧）を、第３フィルタ５３のコンデンサＣ７の代わりに電解コンデンサを用いて構成する場合に比べ、高くしている。例えば、電解コンデンサを用いた場合に一般に用いられる４８Ｖに対して、８０Ｖにしている。コンデンサに蓄積される電荷量は、電圧と容量との積であるので、電圧を高くするほど、容量が小さくてすむ。
さらに、本実施の形態では、発光ダイオードアレイ１に供給する電圧を、第２スイッチング回路５１、すなわち、降圧回路により生成している。これは、第２スイッチング回路５１への入力電圧（例えば、４００Ｖ）と、第２スイッチング回路５１からの出力電圧（例えば、８０Ｖ）との差が小さいため、第２スイッチング回路５１のデューティ比により容易に設定可能であるためである。

一方、第２スイッチング回路５１からの出力電圧を、例えば４８Ｖに設定しようとすると、第２スイッチング回路５１のデューティ比を小さく（オンの期間を短く）設定することになり、制御が難しくなる。
このため、第２スイッチング回路５１の代わりに、トランスを設けて、電圧をさげることが行われる。この場合、トランスの一次側と二次側との間で結合損失が発生し、効率が低下する。
すなわち、本実施の形態では、トランスを用いない（トランスレス）構成としているので、トランスの占める体積が削減できるとともに、効率が高い。

さらに、本実施の形態では、出力部５０の第２スイッチング回路５１のオン／オフの周波数を、例えば、約１００ｋＨｚに設定している。高周波成分（高調波を含む）は、周波数が高いほど、コンデンサにより取り除きやすい。そして、この周波数は、フリッカとして視認し難い。

以上のことから、出力部５０における第３フィルタ５３のコンデンサＣ７の容量を小さく、例えば、容量１μＦとしている。この値は、コンデンサＣ７に電解コンデンサを用いた場合の、例えば、容量６８０μＦに比べて、極めて小さい。
すなわち、出力部５０における第３フィルタ５３のコンデンサＣ７を、電解コンデンサよりライフタイムが長いコンデンサ、例えば、フィルムコンデンサとしても、小さい容量で済ませることができるので、電源回路２における体積の増加を生じにくい。

また、波形整形部４０の第１フィルタ４１のコンデンサＣ１、Ｃ２についても、電解コンデンサよりライフタイムが長いコンデンサ、例えば、フィルムコンデンサとしている。そして、波形整形部４０の第１フィルタ４１のコンデンサＣ１、Ｃ２を、例えば、それぞれ容量０．２μＦとしている。これは、電解コンデンサを用いて構成した場合における、例えば、容量６８０μＦに比べて、極めて小さい。
このため、波形整形部４０の第１フィルタ４１から出力される電圧波形に脈流が残っても、出力部５０の第２スイッチング回路５１への入力電圧を、例えば、約４００Ｖと高くし、第２スイッチング回路５１のオン／オフの周波数を、例えば、約１００ＫＨｚと高くするとともに、出力電圧を、例えば、約８０Ｖと高くしたことにより、脈流の出力部５０からの出力される電圧波形への影響が抑制されている。

次に、電源回路２のライフタイムを、フィルムコンデンサを用いて構成した場合と、電解コンデンサを用いて構成した場合とで、シミュレーションした結果を説明する。
定格電圧４５０Ｖの１０５℃品の電解コンデンサは、データシートによるとライフタイムが２０００時間である。この電解コンデンサを用いた電源回路２を８０℃において電圧３８０Ｖで使用したとすると、ライフタイムは４７０００時間であった。ライフタイムは、故障率が０．０１％となる時間である。
次に、電解コンデンサとして、ライフタイムが８０００時間である定格電圧４５０Ｖの１０５℃品（長寿命品）を用いたとして、８０℃において電圧３８０Ｖで使用したとすると、上記のライフタイムは、９２０００時間であった。

これに対して、ライフタイムが２０００００時間である定格電圧４００Ｖの８５℃品のフィルムコンデンサを用いた電源回路２を、８０℃において電圧３８０Ｖで使用したとすると、上記のライフタイムは、４４９０００時間であった。

一方、発光ダイオードアレイ１を構成するＬＥＤは、輝度が初期の７０％に低下する時間が４００００時間である。
すなわち、電解コンデンサを用いた電源回路２は、ＬＥＤが点灯可能な期間内において、故障が発生する確率が高い。このため、発光ダイオードアレイ１を構成するＬＥＤを点灯可能な期間において使用するには、電源回路２を交換することが必要となる。このため、発光ダイオードアレイ１と電源回路２とを一体に構成することが難しい。例え、発光ダイオードアレイ１と電源回路２とを一体に構成したとしても、電源回路２を交換する作業が発生してしまう。
一方、フィルムコンデンサを用いた電源回路２は、ＬＥＤが点灯可能な期間内において、故障が発生する確率が極めて低い。よって、発光ダイオードアレイ１と電源回路２とを一体に構成することが可能になる。すなわち、電源回路２を交換することを要しない。

以上説明したように、電源回路２に用いられるコンデンサを、電解コンデンサよりライフタイムが長いコンデンサとすることで、電解コンデンサを用いた場合に比べて、電源回路２のライフタイムを長くできる。

なお、電解コンデンサよりライフタイムが長いコンデンサとして、フィルムコンデンサとしたが、他のコンデンサ、例えば、セラミックコンデンサなど、極性を有する電解コンデンサ以外のコンデンサであればよい。また、フィルムコンデンサとしては、フィルムにポリエステル、ポリプロピレン、テフロン（登録商標）、ポリフェニレンスルファイドなどを用いうる。
また、本実施の形態で示したコンデンサに加え、電解コンデンサよりライフタイムが長いコンデンサをさらに備えていてもよい。

さらに、本実施の形態で示した数値は、一例であって、これらに限定されないことは明らかである。

本実施の形態では、発光ダイオードアレイ１を負荷としたが、他の電子部品を負荷としてもよい。

＜電源装置２００＞
次に、上述の電源回路２を備える電源装置２００について説明する。かかる電源装置２００は、発光ダイオードアレイ１に用いるものであり、直流電源を生成する照明用電源装置であり、発光ダイオード照明１００の一部を構成する。電源装置２００では、発熱量が比較的大きいことから、放熱効率を高めるための種々の構成を採用する。以下、具体的に説明する。

図４は、電源装置２００のケース部材８０を示す図であり、（ａ）は正面図で、（ｂ）は一部を破断して示す右側面図である。なお、ケース部材８０の左側面図は右側面図と同一であり、ケース部材８０の背面図は正面図と同一である。ケース部材８０は、筐体の一例である。
図４（ａ）に示すように、ケース部材８０は、ケース本体８１の奥行き方向に延びる内部空間Ｓを有する。
かかる内部空間Ｓは、前方に開口すると共に、後方にも開口する。すなわち、正面視前側および後ろ側に開口部が形成されている。より詳細には、内部空間Ｓの横断形状すなわち開口形状は、奥行き方向に亘って略同じである。なお、本実施の形態に係る内部空間Ｓは、正面視幅方向（左右方向）の内寸が７６ｍｍで、高さ方向（上下方向）の内寸が４８ｍｍである。

また、ケース部材８０は、正面視上側に放熱部８２を持つ。かかる放熱部８２は、ケース本体８１と一体に形成されている。このため、追加の熱伝導材などが不要のため高い放熱効果を得ることが可能になる。なお、放熱部８２をケース本体８１とは別の部材とし、両者を連結して組み立てる例も考えられる。
放熱部８２は、奥行き方向に延びて形成されており、その形状は、奥行き方向に亘って略同じである。また、放熱部８２において、正面視で左端に位置するフィン８２ａおよび右端に位置するフィン８２ｂは互いに同じ高さＨ１に形成されている。また、フィン８２ａとフィン８２ｂとの間に位置するフィン８２ｃはいずれも同じ高さＨ２であり、かつ、フィン８２ａ，８２ｂよりも高く形成されている（Ｈ２＞Ｈ１）。
なお、本実施の形態に係る放熱部８２は、左右端のフィン８２ａ，８２ｂの高さＨ１が２２ｍｍであり、その中間に位置するフィン８２ｃの高さＨ２は２８ｍｍである。また、隣り合うフィン８２ａ，８２ｂ，８２ｃのピッチＰは、いずれも７ｍｍである。フィン８２ａ，８２ｂ，８２ｃは、正面視で下方から上方に行くに従って厚みが薄くなるように形成されている。フィン８２ａ，８２ｂ，８２ｃの厚さは、例えば１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内の値を採用することが望ましい。

ケース部材８０は、内部空間Ｓを画成する内壁に、基板を保持可能な一対の保持部８３、８４を持つ。一対の保持部８３は正面視下側にガイド溝として形成され、また、一対の保持部８４は正面視上側にガイド溝として形成されている。すなわち、ケース部材８０の内部空間Ｓに、保持部８３，８４を用いて２枚の基板を同時に収容可能であり、また、１枚の基板を、放熱部８２に近い保持部８３または放熱部８２から遠い保持部８４のいずれかを用いて収容可能である。このため、放熱に対する適切な位置に基板を挿入固定することが可能である。
本実施の形態では、図４（ａ）に後述の基板９０（図５参照）を一点鎖線で図示するように、下側の保持部８３に保持されている。なお、基板９０の部品実装面９０ａは、ケース部材８０に収容されている状態では、基板９０の上面になる。

このように形成されたケース部材８０は、良好な熱伝導の金属製であり、より具体的には、本実施の形態では、熱伝導率の高いアルミニュームで製造されている。そして、かかるケース部材８０は、アルミニュームを押出成形方式によって製造したアルミ押し出し材を用いている。例えば、ダイカストの場合には、熱伝導率が９６であり、これに対し、本実施の形態で採用するアルミ押し出し材である押出用合金（Ａ６０６３Ｓ−Ｔ５）は２３６の熱伝導率であり、ダイカストの約２．５倍である。したがって、ケース部材８０において、ケース本体８１の熱は放熱部８２に伝わり、フィン８２ａ，８２ｂ，８２ｃから効率的に放出される。
また、ケース部材８０にアルミ押し出し材を用いることで、アルミダイカストを用いる場合に比べて、放熱効果に優れ、また、小型軽量化を容易に実現することが可能になる。さらには、防水構造や防爆構造を容易に実現することが可能になる。

なお、アルミ押し出し材を採用することで、アルミダイカストの場合に比べて高い取付穴強度を確保でき、少ない数の取付けねじで設計することが可能になる。また、アルミ押し出し材の押し出し方向長さを変更することが、アルミダイカストの場合に比べて容易になることから、発光光量に応じた投光器及び電源装置の設計や製造を容易に行うことが可能になる。付言すると、押し出し法では、ダイカスト法に比べて、金型製造費用や金型寿命の点で低コストであり、本実施の形態のような電源装置２００では有利になる。

ケース部材８０は、不図示の蓋部材により開口部を覆うことが可能である。かかる蓋部材を用いることで、ケース部材８０の内部空間Ｓを閉空間とすることができる。そして、ケース部材８０の内部空間Ｓには、熱伝導性が比較的高い不図示の充填剤（熱伝導性充填材の一例）が注入される。高い熱伝導性の物質である充填剤を用いることで、例えば空気の流れによる対流で熱が伝わる場合よりも、ケース部材８０に熱を伝え易くなる。これにより、内部空間Ｓ内の発熱部品から発せられる熱がケース部材８０に伝わり易くなり、放熱部８２から速やかに放熱されることから、放熱効果が高まる。また、充填剤を用いることで、ＥＭＣ(Electro Magnetic Interference)特性の改善も可能になる（誘電率が大きい）。
なお、不図示の蓋部材には、例えば電線や信号線を通すための穴が形成されるが、不図示の封止部材を用いることでケース部材８０の内部空間Ｓをほぼ密閉の状態に確保することが可能である。

図５は、ケース部材８０に収容される基板９０の斜視図である。同図は、基板９０の部品実装面９０ａから見た図であり、表面図である。なお、基板９０は、電源回路２（図１参照）の配線をプリントしたプリント配線板であり、各種の電気／電子部品が実装されている。
図５に示すように、基板９０には、交流電源３からの交流電力を供給する線材が接続され（同図左側）、また、発光ダイオードアレイ１への供給電力用の線材が接続されている（同図右側）。

また、図５に示す基板９０では、左側から順に、既述のサージアブソーバ１０、ＥＭＣフィルタ２０、整流部３０、第１フィルタ４１、トランス４２および第２フィルタ４４が位置する。さらに、基板９０では、既述の駆動電源部６０、力率制御回路４５、第１スイッチング回路４３、第２スイッチング回路５１、出力電流制御回路５４および第３フィルタ５３が位置する。なお、同図に示す基板９０には、ＬＥＤドライバコイル５６が実装されている。
なお、同図では、基板９０に設けられている既述の電流検出回路５２および電源回路５５の図示を省略している。

さらに説明すると、基板９０には、図５に示すように、熱の移動が促進されるヒートシンク部材（放熱器）９１，９２が配設されている。すなわち、ヒートシンク部材９１には、整流部３０が接続されている。また、ヒートシンク部材９２には、第１スイッチング回路４３（ないしＰＦＣ部ＦＥＴ）および第２スイッチング回路５１（以下、ＬＥＤドライバＦＥＴ５１ということがある）が接続されている。
このように、比較的発熱量の多い部品（発熱部品）をヒートシンク部材９１，９２に取り付けることで、ヒートシンク部材９１，９２を介して熱が放出されるように構成している。

他の発熱部品として、整流部３０の一部を構成する整流用ブリッジダイオード、ＬＥＤドライバＦＥＴのほか、既述のトランス４２や、ＥＭＣフィルタ２０の一部を構成するフィルタコイル２１，２２等を挙げることができる。
ケース部材８０の内部空間Ｓには、上述したように、熱伝導性が比較的高い充填剤を注入するが、さらに、かかる発熱部品に対して熱伝導シート９４（図４参照）を接触させることによって発熱部品の熱が熱伝導シートを介してケース部材８０に伝わる熱伝導経路が形成される。
かかる熱伝導シート９４は、熱伝導率が大きく適度なクッション性を持った厚みのあるものを使用するの（弾性板材）が好ましい。なお、熱伝導シートとして、絶縁性や耐トラッキング性などの電気特性が良好で耐湿熱性に優れた樹脂部材、例えば二液反応型ポリウレタン樹脂である電気絶縁用ポリウレタン封止剤を用いることが考えられる。

熱伝導シートを部品実装面９０ａに設ける例が考えられるが、例えば部品実装面９０ａからの高さが比較的低い発熱部品に対し、部品実装面９０ａとは反対の面である基板９０の裏面９０ｂ（図４参照）側に熱伝導シート９４を配設する例が考えられる。すなわち、基板９０の裏面９０ｂとケース部材８０の内面とに接触するように、熱伝導シート９４を配設する。これにより、発熱部品の熱が速やかにケース部材８０のケース本体８１に伝わるようになる。

なお、このような基板９０の裏面９０ｂから熱伝導シート９４を介してケース部材８０に熱を伝える方式は、発熱部品の高さが低い場合に限られず、他の理由により採用することも考えられる。
さらに説明すると、発熱部品の熱を熱伝導シート９４を介してケース部材８０に伝えるのは、基板９０を介在する場合に限られない。すなわち、熱伝導シート９４をケース部材８０の内部空間Ｓにおける他の箇所に配設する例が考えられる。熱伝導シート９４を例えば発熱部品に直接取り付けて直接ケース部材８０に熱を伝える構成である。

図６は、ケース部材８０に収容される基板９０を示す図であり、基板９０の表面図（部品が搭載される面を示す図）である。なお、図９では、搭載部品の図示を省略しているが、基板９０のパターンに対応して取り付けられる電気／電子部品の符号を参考に示している。
図６に示す基板９０は、例えばガラスエポキシ基板等のリジッド基板であり、上述のヒートシンク部材９１（図５参照）が設置される領域９１ａ（FIN2）および、上述のヒートシンク部材９２（図５参照）が設置される領域９２ａ（FIN1）を、細かく引いた平行線で示す。

ヒートシンク部材９１は、ヒートシンク部材９１に取り付けられる整流部３０により、高温な状態になる。また、ヒートシンク部材９２は、ヒートシンク部材９２に取り付けられる第１スイッチング回路４３および第２スイッチング回路５１により、高温な状態になる。かかるヒートシンク部材９１，９２の熱は、上述の熱伝導性充填剤（不図示）を介してケース本体８１（同図参照）に伝わる。このため、ケース部材８０の内部空間Ｓで発生した熱は、速やかにケース本体８１に伝熱されることで、ケース部材８０の放熱部８２から確実に放出される。なお、ヒートシンク部材９１，９２の熱は、基板９０を介してケース本体８１（図４参照）に伝わり得る。
また、ＥＭＣフィルタ２０のフィルタコイル２１（L3）およびフィルタコイル２２（L1）も高温になるが、その熱は、フィルタコイル２１，２２の近くにあるヒートシンク部材９１からケース部材８０に速やかに伝熱される。

さらに説明すると、第２フィルタ４４（CC1,CC2）、第３フィルタ５３（C22）および、ＥＭＣフィルタ２０におけるコンデンサ（C1,C4）は、熱に注意する必要がある部品であり、とりわけ第２フィルタ４４（CC1,CC2）および第３フィルタ５３（C22）には、十分な熱対策を行う必要がある。そのため、第２フィルタ４４（CC1,CC2）および第３フィルタ５３（C22）は、図６に示すように、上述の発熱部品から離れた位置に配置される。

さらに説明すると、第２フィルタ４４（CC1,CC2）は、第３フィルタ５３（C22）に比べて、ヒートシンク部材９２（図５参照）の領域９２ａに近いことから、熱対策を施している。
具体的には、第２フィルタ４４（CC1,CC2）用の基板９０におけるパターンを、他のパターンよりも幅広く形成している。これにより、基板９０の熱が外部に放出し易くなる。
また、第２フィルタ４４（CC1,CC2）とヒートシンク部材９２の領域９２ａとの間に、温度センサ９３を配設している。すなわち、第２フィルタ４４（CC1,CC2）の近くに、温度センサ９３を置き、温度センサ９３の検知結果を基に、発光ダイオードアレイ１への電力供給を制御している。以下、より具体的に説明する。

図７は、温度センサ９３の検出結果を用いる電力供給制御を説明するブロック図である。
図７に示すように、温度センサ９３が検知した温度の情報（温度情報）は、ＬＥＤドライバＦＥＴ５１に出力される。そして、ＬＥＤドライバＦＥＴ５１は、温度センサ９３からの温度情報を基に発光ダイオードアレイ１への電力供給を継続するか否か、ないし供給量を抑制するか否かを判断する。すなわち、ＬＥＤドライバＦＥＴ５１は、取得した温度情報が閾値を超えるか否かを判断し、もし閾値を超える場合には、発光ダイオードアレイ１への電力供給を変更する。具体的には、ＬＥＤドライバＦＥＴ５１は、発光ダイオードアレイ１への供給電流を抑制し、発熱量を低減させる。かかる構成により、熱影響による第２フィルタ４４（CC1,CC2）の短寿命を防止することが可能になる。

なお、上述の閾値としては、第２フィルタ４４（CC1,CC2）の耐熱温度よりも低い値を採用することが考えられ、例えば耐熱温度が８５度である場合には、閾値を８０度とする例が考えられる。なお、電力を絞る電力制御のほかに、電源を切る制御も考えられる。

このような発熱量を低減させることで温度センサ９３が検出する温度が下がったら、ＬＥＤドライバＦＥＴ５１は、発光ダイオードアレイ１への供給電流を元に戻す制御を行う。そのような供給電流を元に戻す場合の閾値としては、例えば７５度とする例が考えられる。
なお、このような電力を絞る場面が頻繁には起こらないように、使用条件を元に設計することは可能である。

なお、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態には限定されない。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々に変更したり代替態様を採用したりすることが可能なことは、当業者に明らかである。

１…発光ダイオードアレイ、２…電源回路、３…交流電源、１０…サージアブソーバ、２０…ＥＭＣフィルタ、３０…整流部、４０…波形整形部、４１…第１フィルタ、４２…トランス、４３…第１スイッチング回路、４４…第２フィルタ、４５…力率制御回路、５０…出力部、５１…第２スイッチング回路、５２…電流検出回路、５３…第３フィルタ、５４…出力電流制御回路、５５…電源回路、５６…ＬＥＤドライバコイル、６０…駆動電源部、７１…高圧配線、７２…基準配線、７３…出力配線、８０…ケース部材、８１…ケース本体、８２…放熱部、８３，８４…保持部、９０…基板、９０ａ…部品実装面、９０ｂ…裏面、９１，９２…ヒートシンク部材、９１ａ，９２ａ…領域、９３…温度センサ、９４…熱伝導シート、１００…発光ダイオード照明、２００…電源装置、Ｃ１〜Ｃ７…コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ５…ダイオード、ＦＥＴ１、ＦＥＴ２…電界効果トランジスタ、Ｌ１、Ｌ２…リアクトル、ＬＥＤ…発光ダイオード、Ｒ１、Ｒ２…抵抗、Ｓ…内部空間

Claims (2)

1. 少なくとも、
   供給される交流を整流する整流手段と、
   第１のコンデンサを有し、ノイズをフィルタする第１のフィルタ手段と、
   前記第１のフィルタ手段から出力される波形をスイッチングする第１のスイッチング手段と、
   第３のコンデンサを備え、前記第１のスイッチング手段から出力される電圧波形の高周波成分をフィルタする第３のフィルタ手段と、
   前記第３のフィルタ手段から出力される波形をスイッチングして出力する電圧を制御する第２のスイッチング手段と、
   第２のコンデンサを有し、前記第２のスイッチング手段から出力される波形の高周波成分をフィルタする第２のフィルタ手段と、
   が筐体の内部空間に収容され、
   前記第１のコンデンサ、前記第２のコンデンサ及び前記第３のコンデンサを含むすべてのコンデンサは、フィルムコンデンサ又はセラミックコンデンサであり、
   前記第２のフィルタ手段から出力される電圧が、前記第２のコンデンサを電解コンデンサとした場合に比べて、高く設定され、
   前記筐体は、放熱フィンを有する金属性の押し出し材であり、前記内部空間に熱伝導性充填材が注入され、
   前記筐体の内部空間に収容される発熱部の熱を当該筐体に伝える熱伝導部材が当該発熱部に対して前記放熱フィンとは反対の側に位置するように当該内部空間に収容されることで当該発熱部の熱が当該熱伝導部材を介して当該筐体から当該放熱フィンに伝わる熱伝導経路が形成される、ことを特徴とする照明用電源装置。
2. 少なくとも、
   供給される交流を整流する整流手段と、
   第１のコンデンサを有し、ノイズをフィルタする第１のフィルタ手段と、
   前記第１のフィルタ手段から出力される波形をスイッチングする第１のスイッチング手段と、
   第３のコンデンサを備え、前記第１のスイッチング手段から出力される電圧波形の高周波成分をフィルタする第３のフィルタ手段と、
   前記第３のフィルタ手段から出力される波形をスイッチングして出力する電圧を制御する第２のスイッチング手段と、
   第２のコンデンサを有し、前記第２のスイッチング手段から出力される波形の高周波成分をフィルタする第２のフィルタ手段と、
   が筐体の内部空間に収容され、
   前記第１のコンデンサ、前記第２のコンデンサ及び前記第３のコンデンサを含むすべてのコンデンサは、フィルムコンデンサ又はセラミックコンデンサであり、
   前記第２のフィルタ手段から出力される電圧が、前記第２のコンデンサを電解コンデンサとした場合に比べて、高く設定され、
   前記筐体は、放熱フィンを有する金属性の押し出し材であり、前記内部空間に熱伝導性充填材が注入され、
   前記筐体の内部空間における温度を検出する温度検出部の検出結果を基に電源供給を抑制し、当該内部空間の温度が前記フィルムコンデンサに影響を及ぼさないようにする、ことを特徴とする照明用電源装置。

Images