(57)【要約】本発明は、少なくとも一つのＬＥＤを動作させるためのスイッチング装置であって、電源を接続するための入力端子（１及び２）と、動作させられるべきＬＥＤを接続するための出力端子（３及び４）と、少なくとも一つの自己インダクタンス（Ｌ）、コンデンサ（Ｃ）、及びダイオード（Ｄ）を含む、入力端子（１）のうちの一つと出力端子（３）のうちの一つとの間の第一の直列回路（I）と、少なくとも前記自己インダクタンス（Ｌ）、及び高い周波数で導通状態と非導通状態とに交互にスイッチングされるスイッチング素子（Ｓ）を含む、前記入力端子の間の第二の直列回路（II）と、前記ダイオード及び誘導巻線（ＳＷ）を含む、前記出力端子の間の第三の直列回路（III）とを備えるスイッチング装置に関する。本発明によれば、前記誘導巻線は、第一の直列回路の一部を形成する第二の巻線（ＳＷ２）を有すると共に第一の巻線との接続点も有する変圧器（Ｔ）の第一の巻線（ＳＷ１）を形成する。
2004536433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのＬＥＤを駆動するためのスイッチング装置であって、
電源を接続するための入力端子と、
動作させられるべきＬＥＤを接続するための出力端子と、
少なくとも一つの自己インダクタンス、コンデンサ、及びダイオードを含む、前記入力端子のうちの一つと前記出力端子のうちの一つとの間の第一の直列回路と、
少なくとも前記自己インダクタンス、及び高い周波数で導通状態と非導通状態とに交互にスイッチングされるスイッチング素子を含む、前記入力端子の間の第二の直列回路と、
前記ダイオード及び誘導巻線を含む、前記出力端子の間の第三の直列回路とを備えるスイッチング装置において、前記誘導巻線が、前記第一の直列回路の一部を形成する第二の巻線を有すると共に第一の巻線との接続点も有する変圧器の第一の巻線を形成することを特徴とするスイッチング装置。
【請求項２】
前記第一の巻線と前記第二の巻線との間の巻線比ｎ１：ｎ２が関係１≧ｎ１：ｎ２≦６６に従っている請求項１に記載のスイッチング装置。
【請求項３】
前記装置が関係式
２π［（Ｌ１＋Ｌｓ）Ｃ３］１／２＞δ
に従って構成され、
Ｌ１は、ヘンリ単位での前記自己インダクタンスの大きさであり、
Ｌｓは、ヘンリ単位での前記二次巻線の前記自己インダクタンスの大きさであり、
Ｃ３は、ファラド単位での前記コンデンサの前記容量であり、
δは、前記スイッチング素子が前記スイッチング素子の非導通状態にスイッチングされる、前記スイッチング素子の各々のスイッチング期間の、秒単位での比率である請求項１又は２に記載のスイッチング装置。
【請求項４】
前記誘導巻線は、前記第一の直列回路と前記第二の直列回路との両方の一部を形成する一次巻線を有する前記変圧器の二次巻線を形成する請求項１又は２に記載のスイッチング装置。
【請求項５】
バイパスコンデンサが前記入力端子の間に設けられる請求項１に記載のスイッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷を動作させるためのスイッチング装置であって、
電源を接続するための入力端子と、
動作させられるべき負荷を接続するための出力端子と、
少なくとも一つの自己インダクタンス（ｓｅｌｆ−ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）、コンデンサ、及びダイオードを含む、前記入力端子のうちの一つと前記出力端子のうちの一つとの間の第一の直列回路と、
少なくとも前記自己インダクタンス、及び高い周波数で導通状態及び非導通状態に交互にスイッチングされるスイッチング素子を含む、前記入力端子の間の第二の直列回路と、
少なくとも前記ダイオード及び誘導巻線を含む、前記出力端子の間の第三の直列回路とを備えるスイッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冒頭において言及されている種類のスイッチング装置は、米国特許第ＵＳ５６８２３０６号から知られている。ＳＥＰＩＣ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｅｎｄｅｄ  Ｐｒｉｍａｒｙ  Ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）の名称によっても知られている前記知られているスイッチング装置において、自己インダクタンスが第一のエネルギー貯蔵素子（ｅｎｅｒｇｙ  ｓｔｏｒａｇｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を形成し、コンデンサの両端間の電圧は、ほぼ入力端子に印加される入力電圧の大きさとなる。この種のコンバータは、負荷として少なくとも一つのＬＥＤを有するＬＥＤアレイを動作させるのに一見適している。ＬＥＤアレイは、なかんずく交通信号灯設備における使用に適している白熱灯（ｉｎｃａｎｄｅｓｃｅｎｔ  ｌａｍｐ）と比較して低消費エネルギーのため、及び問題の白熱灯よりもずっと長寿命であるという事実のため、光源（ｌｉｇｈｔ  ｓｏｕｒｃｅ）としての使用、例えば交通信号灯設備における使用に適している。当該用途において一般に、スイッチング装置及び問題のＬＥＤアレイに、電源として公衆電源（ｐｕｂｌｉｃ  ｍａｉｎ）から電力が供給される。
【０００３】
前記知られているスイッチング装置の欠点は、比較的高いレベルの電波干渉（ＥＭＩ（ｒａｄｉｏ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ））の発生にある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、ＥＭＩを低減するための手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本目的を達成するために、本発明によるスイッチング装置として冒頭において言及されている種類のスイッチング装置は、誘導巻線（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｗｉｎｄｉｎｇ）が、第一の直列回路（ｓｅｒｉｅｓ  ｃｉｒｃｕｉｔ）の一部を形成する第二の巻線を有すると共に第一の巻線との接続点も有する変圧器（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）の第一の巻線を形成することを特徴としている。
【０００６】
このように、前記スイッチング素子の周期的なスイッチング（ｐｅｒｉｏｄｉｃ  ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）によって非導通状態（ｎｏｎ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｓｔａｔｅ）にされる、第二の直列回路と第一の直列回路との間の接続点における電圧変化は、ＥＭＩのかなりの低減と、より低い周波数へのシフトとの両方に貢献する、より長いドリフト（ｄｒｉｆｔ）によって伴われることが実現され得る。
【０００７】
好ましくは、第二の巻線はスナバ回路（ｓｎｕｂｂｅｒ  ｃｉｒｃｕｉｔ）によって出力端子のうちの一つに直接接続される。これにより、驚くべきことに、誘導巻線の電力伝達に関して無視可能な影響を有する干渉信号発生の更なる低減が実現される。
【０００８】
第一の巻線と第二の巻線との間の巻線比率ｎ１：ｎ２が関係１≧ｎ１：ｎ２≦６６に従っている場合、有利な効果は実現される。巻線間の不可避なリークの発生は、ｎ２よりも小さな値ｎ１を選択することによって補償される。
【０００９】
本発明によるスイッチング装置の有利な実施例において、第一及び第二の巻線は、第一の直列回路と第二の直列回路との両方の一部を形成する一次巻線を備える変圧器の二次巻線を共に形成する。前記スイッチング素子の高周波スイッチングによってもたらされる自己インダクタンスの両端間の高周波電圧信号は、一次巻線において誘導（ｉｎｄｕｃｅ）される電圧を介して大いに効率的に補償されるため、このことによりＥＭＩのかなりの更なる低減が実現され得ることは分かっている。前記装置が以下の関係式に従って構成される場合、最適な結果が実現され得る。
２π［（Ｌ１＋Ｌｓ）Ｃ３］１／２＞δ
ここで
Ｌ１はヘンリ単位での自己インダクタンスの大きさであり、
Ｌｓはヘンリ単位での第二の巻線の自己インダクタンスの大きさであり、
Ｃ３はファラド単位でのコンデンサの容量であり、
δは、スイッチング素子が非導通状態でスイッチングされる、スイッチング素子の各々のスイッチング期間（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｐｅｒｉｏｄ）の秒単位での比率（フラクション（ｆｒａｃｔｉｏｎ））である。
【００１０】
一次変圧器巻線によって生成される高周波のリプル電流信号（ｒｉｐｐｌｅ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｓｉｇｎａｌ）のためのバイパスとして機能するバイパスコンデンサが入力端子の間に設けられる場合、更なる利点が実現され得る。
【００１１】
本発明の上記及び更なる態様は、以下本発明によるスイッチング装置の図面に関連して更に詳細に説明されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
少なくとも一つのＬＥＤを動作させるための、本発明によるスイッチング装置が図１に示されている。当該スイッチング装置は、
電源を接続するための入力端子１及び２と、
動作させられるべきＬＥＤを接続するための出力端子３及び４と、
少なくとも一つの自己インダクタンスＬ、コンデンサＣ、及びダイオードＤを含む、前記入力端子１のうちの一つと前記出力端子３のうちの一つとの間の第一の直列回路Iと、
少なくとも前記自己インダクタンスＬ、及び高い周波数で導通状態と非導通状態とに交互にスイッチングされるスイッチング素子Ｓを含む、前記入力端子１と２との間の第二の直列回路IIと、
少なくともダイオードＤ及び誘導巻線を含む、出力端子３と４との間の第三の直列回路IIIとを備える。更に、バッファコンデンサＣＢが、出力端子３と４との間に設けられる。更にバッファコンデンサＣＢが出力端子３と４との間に設けられている。
【００１３】
誘導巻線は、第一の直列回路の一部を形成する第二の巻線ＳＷ２を有すると共に第一の巻線との接続点ＶＢも有する変圧器Ｔの第一の巻線ＳＷ１を形成する。好ましくは、第二の巻線ＳＷ２はスナバ回路５によって出力端子のうちの一つに直接接続される。これにより、驚くべきことに、誘導巻線の電力伝達に関して無視可能な影響を有する干渉信号発生の更なる低減が実現される。
【００１４】
有利な実施例において、バイパスコンデンサＢＹＣは、入力端子１と２との間に設けられる。
【００１５】
図２に示されている、本発明によるスイッチング装置の変形例において、誘導巻線は、第一の直列回路と第二の直列回路との両方の一部を形成する第二の巻線ＰＷを有する変圧器Ｔの二次巻線ＳＷを形成する。スイッチング素子Ｓと一次巻線ＰＷとの間の接続点は、スイッチング素子のドレインｄを形成する。
【００１６】
図１に記載されている本発明によるスイッチング装置の実際の実施例は、２３０Ｖ、５０Ｈｚ電源において動作されるのに特に適している。前記スイッチング素子は、例えば交通信号灯設備の一部を形成するＬＥＤアレイを動作させるのに適している。実際使用されるアレイは、ＬＥＤが緑色光を発するＬｕｍｉｌｅｄｓ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ社製の型式ＧＲ  ０９００５３２２４である。前記回路装置は、なかんずく前記アレイの温度に依存して動作中に５４０ｍＡと７５０ｍＡとの間の範囲の大きさの制御電流を前記アレイに供給し得る。
【００１７】
前記スイッチング素子において、自己インダクタンスは３９００μＨの値Ｌ１を有しており、コンデンサＣは２２ｎＦの容量Ｃ３を有している。変圧器Ｔの第一及び第二の巻線ＳＷ１及びＳＷ２は、３６及び５４の巻数をそれぞれ有しており、８５μＨ及び４５５μＨの自己インダクタンスをそれぞれ有している。バッファコンデンサＣＢは、３３０μＨの値を有している。スイッチング素子Ｓは、Ｓｉｅｍｅｎｓ社製のＭＯＳＦＥＴ型２Ｎ６０Ｓ５から構成される。バイパスコンデンサＢＹＣの値は４７ｎＦである。
【００１８】
上記接続されたアレイが動作させられると、スイッチング素子は、ほぼ６０ｋＨｚの高い周波数で導通及び非導通状態に交互にスイッチングされる。スイッチング素子が非導通状態にスイッチングされる、スイッチング素子の各々のスイッチング期間の比率δは、１３μｓと１６μｓとの間の範囲にある。
【００１９】
図２に示されているスイッチング装置の実際の実施例は、１１０Ｖ、６０Ｈｚの電源で動作させられるのに特に適している。変圧器Ｔの二次巻線ＳＷは１２０μＨの自己インダクタンスＬｓを有している。一次巻線ＰＷと二次巻線ＳＷとの巻線比率は１：１である。一次及び二次巻線は、６２及び５６の巻数をそれぞれ有している。二次巻線の第一の巻線及び第二の巻線は、それぞれ２８の巻数及び５０μＨの自己インダクタンスを有している。スイッチング素子Ｓは、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ社製のＭＯＳＦＥＴ型ＩＲＦ７３０から構成される。バイパスコンデンサＢＹＣの値は１００ｎＦである。他のコンポーネントの値は図１に示されている実施例の値に対応している。
【００２０】
図３Ａは、図２のスイッチング装置の実際の実施例の電流及び電圧曲線を図示によって示している。図３Ｂは、図１に示されているスイッチング装置の対応する曲線を比較によって示している。図３Ａと図３Ｂとの両方は、ＭＯＳＦＥＴの形態のスイッチング素子Ｓのドレインｄの位置における電圧（曲線１００及び２００）及び電流（曲線１０１及び２０１）の期間に対するドリフトをそれぞれ示している。当該図において、水平軸は時間軸である。電流Ｉ及び電圧Ｖは垂直軸においてプロットされている。
【００２１】
図３Ｂの場合、図１に記載のスイッチング装置が関係している。図３Ａの場合、図２に記載のスイッチング装置が関係している。両方の場合において、スイッチング装置は１２０Ｖ直流電源で動作させられている。当該二つの場合の間の比較により、一次巻線ＰＷの使用は電流の大きさの変動に関してかなりの低減をもたらしていることが示される。更に、非導通状態に対するスイッチング素子の周期的なスイッチングは電流における高周波のリプルの低減をもたらしていることが示されている。両方の現象はＥＭＩの更なる低減に非常に貢献している。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明によるスイッチング装置の図を示している。
【図２】図１によるスイッチング装置の変形例を示している。
【図３Ａ】本発明によるスイッチング装置の電流及び電圧のグラフを示している。
【図３Ｂ】本発明によるスイッチング装置の電流及び電圧の他のグラフを示している。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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