JP2012015017A - 電源装置及び照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】過渡的に過大な出力電流が流れるのを抑制して定電流を供給することができる電源装置及び該電源装置を備える照明装置を提供する。
【解決手段】オペアンプ19の+入力端には、調整部50のトランジスタ51のコレクタを接続してある。パルス幅変調入力端90、91に、パルス幅変調信号が入力された場合、パルス幅変調信号がハイレベルのときは、トランジスタ51がオンとなる。オペアンプ19の入力端の電圧は、V1>Vrefとなり、オペアンプ19の出力はローレベルとなる。そして、フォトダイオード71に電流が流れ、フォトトランジスタ72がオンとなり、IC6が出力する駆動信号はローレベルとなる。これにより、トランジスタ9、FET12はオフとなり、スイッチング動作が停止する。
【選択図】図2
【解決手段】オペアンプ19の+入力端には、調整部50のトランジスタ51のコレクタを接続してある。パルス幅変調入力端90、91に、パルス幅変調信号が入力された場合、パルス幅変調信号がハイレベルのときは、トランジスタ51がオンとなる。オペアンプ19の入力端の電圧は、V1>Vrefとなり、オペアンプ19の出力はローレベルとなる。そして、フォトダイオード71に電流が流れ、フォトトランジスタ72がオンとなり、IC6が出力する駆動信号はローレベルとなる。これにより、トランジスタ9、FET12はオフとなり、スイッチング動作が停止する。
【選択図】図2
Description
本発明は、出力電流を調整することができる電源装置及び該電源装置を備える照明装置に関する。
近年、LED(発光ダイオード)を光源とする照明装置が様々な用途向けに開発されており、白熱電球や蛍光灯等の従来の光源を用いた照明装置に対する置換えが行われつつある。また、光源を所望の明るさに調整することができる調光機能を備えた照明装置が既に商品化されている。
このような照明装置には、LEDの明るさが一定に保たれるようにLEDに所要の一定電流を流すべく定電流回路を備えた電源装置が用いられている。また、LEDの明るさを調整するため、調光信号に基づいてLEDに流れる電流を調整することができる調光機能を備える電源装置もある。
例えば、交流電圧を整流器で整流し、整流した直流電圧を、スイッチング素子を備えたスイッチング回路でスイッチングして所要の定電流を出力するとともに、スイッチング回路の出力側にさらにFETを備え、調光信号に基づいてFETをオン/オフ駆動することでLEDを所望の明るさに調光することができるLED点灯装置が開示されている(特許文献1参照)。
図4は従来の電源装置200を備える照明装置の構成の一例を示すブロック図である。照明装置は、電源装置200、光源としてLED101〜124、LEDに流れる電流を制限する抵抗131〜134などを備える。図4の例では、6個のLEDを直列接続した直列群LEDを4個並列に接続してある。
電源装置200は、スイッチング回路201、ダイオード202、平滑コンデンサ203、FET204、トランジスタ207、抵抗205、206、208などを備える。スイッチング回路201は、整流器、スイッチング素子としてのFET又はトランジスタ、トランスなどを備え、交流電源を整流して得られた直流電圧をスイッチングして高周波のパルス状の電圧に変換する。スイッチング回路201で変換された高周波のパルス状の電圧は、ダイオード202で整流され、平滑コンデンサ203で平滑されて定電流定電圧がFET204へ出力される。
FET204のゲートには、トランジスタ207を介してパルス幅変調信号に応じた信号が入力される。FET204は、パルス幅変調信号に応じてオン/オフされる。これにより、電源装置200は、パルス幅変調信号に応じた定電流定電圧を出力する。
しかし、特許文献1のLED点灯装置又は図4に例示した従来の電源装置にあっては、調光機能を使用しない場合には、出力電流が定電流になるものの、調光機能を使用する場合には、以下に説明するように出力電流が定電流にならないという問題がある。
図5は図4に示す従来の電源装置200の各部の電圧波形又は電流波形の例を示すタイミングチャートである。図5の最上段の波形はスイッチング回路201の出力電圧波形を示し、二段目の波形はFET204のオン/オフ状態を示し、三段目の波形はFET204のドレイン電圧波形、すなわち平滑コンデンサ203の出力側の電圧波形を示し、最下段の波形は電源装置200の出力電流波形を示す。
スイッチング回路201は、電源装置200が動作中は常にスイッチング動作を繰り返し、例えば、数十kHz程度の高周波のパルス状の電圧を出力する(図5の最上段の波形)。そして、スイッチング回路201のパルス状の出力電圧は、ダイオード202で整流されるとともに平滑コンデンサ203で平滑され、ほぼリップルのない一定電圧となる。
FET204は、図5の二段目の波形が示すように、パルス幅変調信号に応じてオン/オフ状態を繰り返す。FET204がオン状態の場合、FET204を介して出力電流がLEDへ供給される。しかし、一旦FET204がオフ状態となると、FET204には電流が流れないため、スイッチング回路201の負荷が無負荷状態となる。このため、スイッチング回路201の出力電圧が大きくなり、平滑コンデンサ203の電圧、すなわちFET204のドレイン電圧も大きくなる。したがって、FET204のオン/オフ状態に合わせてFET204のドレイン電圧の大小が繰り返される。
FET204がオフ状態でFET204のドレイン電圧が大きいため、FET204がオフ状態からオン状態に移る時点で過大な出力電流が過渡的に流れる。このため、出力電流は、定電流にならない。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、過渡的に過大な出力電流が流れるのを抑制して定電流を供給することができる電源装置及び該電源装置を備える照明装置を提供することを目的とする。
本発明に係る電源装置は、スイッチング素子と、該スイッチング素子をオン/オフ状態に駆動する駆動部とを備え、該駆動部で前記スイッチング素子を駆動して出力電流を供給する電源装置において、出力電流の休止期間を調整するための調整用信号を外部から取得する取得部と、該取得部で取得した調整用信号に基づいて、出力電流の休止期間を設けて出力電流を調整するための調整部とを備え、前記駆動部は、前記調整部が設けた出力電流の休止期間に前記スイッチング素子をオフ状態に駆動するように構成してあることを特徴とする。
本発明にあっては、出力電流の休止期間を調整するための調整用信号を外部から取得する取得部と、取得部で取得した調整用信号に基づいて、出力電流の休止期間を設けて出力電流を調整するための調整部とを備える。出力電流の休止期間を短くした場合、出力電流を大きくでき、休止期間を長くした場合、出力電流を小さくすることができる。スイッチング素子をオン/オフ状態に駆動する駆動部は、調整部が設けた出力電流の休止期間にスイッチング素子をオフ状態に駆動する。すなわち、駆動部は、出力電流を調整するための休止期間の間は、スイッチング素子をオフ状態にする。これにより、出力電流の休止期間の間は、スイッチング素子がオン/オフ状態に駆動されることはなく、常にオフ状態となるので、無負荷状態でスイッチング素子が動作することがない。したがって、出力電流の休止期間において出力電圧が大きくなることを防止でき、過渡的に過大な出力電流が流れるのを抑制して定電流を供給することができる。
本発明に係る電源装置は、前記調整部は、前記調整用信号に基づいて二値化信号を前記駆動部へ出力するようにしてあり、前記駆動部は、前記二値化信号の一方のレベルに合わせて前記スイッチング素子をオフ状態に駆動し、他方のレベルに合わせて前記スイッチング素子をオン/オフ状態に駆動するように構成してあることを特徴とする。
本発明にあっては、調整部は、調整用信号に基づいて二値化信号を駆動部へ出力し、駆動部は、二値化信号の一方のレベルに合わせてスイッチング素子をオフ状態に駆動し、他方のレベルに合わせてスイッチング素子をオン/オフ状態に駆動する。すなわち、駆動部は、出力電流の休止期間ではスイッチング素子をオフ状態のままにするとともに、出力電流の休止期間以外の期間ではスイッチング素子をオン/オフ状態に駆動する。これにより、出力電流の休止期間の間は、スイッチング素子がオン/オフ状態に駆動されることはなく、常にオフ状態となるので、無負荷状態でスイッチング素子が動作することがない。したがって、出力電圧が休止期間において大きくなることを防止でき、過渡的に過大な出力電流が流れるのを抑制して定電流を供給することができる。
本発明に係る電源装置は、前記取得部は、パルス幅変調された調整用信号を取得するように構成してあることを特徴とする。
本発明にあっては、取得部は、パルス幅変調された調整用信号を取得する。これにより、パルス幅の長短に応じて出力電流を調整することができる。
本発明に係る電源装置は、前記取得部は、調整用信号として光源を調光するための調光信号を取得するように構成してあることを特徴とする。
本発明にあっては、取得部は、調整用信号として光源を調光するための調光信号を取得する。これにより、調光信号に応じて出力電流を調整して光源の明るさを調光することができる。
本発明に係る照明装置は、前述の発明のいずれか1つに係る電源装置と、該電源装置の出力電流が供給される光源とを備えることを特徴とする。
本発明にあっては、電源装置は、過渡的に過大な出力電流が流れるのを抑制して定電流を供給することができるので、所望の明るさにおいて光源の明るさを一定にすることができる。
本発明によれば、出力電流の休止期間の間は、スイッチング素子がオン/オフ状態に駆動されることはなく、常にオフ状態となるので、無負荷状態でスイッチング素子が動作することがない。したがって、出力電流の休止期間において出力電圧が大きくなることを防止でき、過渡的に過大な出力電流が流れるのを抑制して定電流を供給することができる。
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図1は本実施の形態の電源装置100を備える照明装置の構成例を示すブロック図であり、図2は本実施の形態の電源装置100の構成例を示すブロック図である。本実施の形態の照明装置は、電源装置100、光源としてLED101〜124、各LEDに流れる電流を制限する抵抗131〜134などを備える。なお、図1の例では、6個のLEDを直列接続した直列群LEDを4個並列に接続してあるが、LEDの接続構成及び個数は図1の例に限定されない。
電源装置100は、AC/DC回路60、出力電流を調整するための調整部50、出力電流の休止期間を調整するための調整用信号を外部から取得する取得部としてのパルス幅変調入力端90、91、正側の出力端80、負側の出力端81などを備える。正側の出力端80には、LED101、107、113、119のアノードが接続され、負側の出力端81には、抵抗131、132、133、134を介してLED106、112、118、124のカソードが接続されている。
調整部50は、パルス幅変調入力端90、91で取得した調整用信号としてのパルス幅変調信号に基づいて、出力電流の休止期間を長短して(パルス幅変調して)出力電流を調整する。
調整部50は、トランジスタ51、抵抗52などを備える。抵抗52の一端は、パルス幅変調入力端90に接続され、他端はトランジスタ51のベースに接続されている。また、トランジスタ51のコレクタはAC/DC回路60に接続され、エミッタは接地レベルとしてパルス幅変調入力端91に接続さている。
図2に示すように、入力電圧(例えば、AC100V、AC200Vなど)は、全波整流器1で整流され、コンデンサ2により平滑される。コンデンサ2で平滑された直流電圧は、トランス13の1次側に供給される。トランス13の1次側には、スイッチング素子としてのFET12及び抵抗21の直列回路が接続され、FET12をスイッチングする(オン/オフ状態を繰り返す)ことにより、トランス13の2次側に高周波(例えば、数十lHz程度)のパルス状の電圧を発生させることができる。トランス13の2次側に発生したパルス状の電圧は、ダイオード14で整流された後、平滑コンデンサ15で平滑される。これにより、所定の定電流定電圧を出力端80、81から出力する。
また、平滑コンデンサ15と並列に、コンデンサ17とツェナーダイオード18の並列回路に抵抗16を直列に接続した回路を接続してある。これにより、平滑コンデンサ15の電圧を降圧して内部電圧VCCを生成する。
FET12のゲートには、抵抗10、11及びトランジスタ9構成されるバイアス回路が接続される。トランジスタ9のベースには駆動部としてIC6の出力端を接続してある。IC6が出力する駆動信号(例えば、ハイレベル及びローレベルからなる二値化信号)によりトランジスタ9がオン又はオフすることにより、FET12がオン又はオフして、FET12のスイッチング動作が行われる。
IC6は、発振器61、AND回路62などを備える。IC6には、抵抗3、4で分圧された電圧が供給される。AND回路62の一方の入力端には、発振器61の出力が接続され、他方の入力端には、フォトカップラ7のフォトトランジスタ72のコレクタを接続するとともに、抵抗5の一端を接続してある。これにより、IC6は、フォトトランジスタ72がオフ状態のときに、発振器61の出力(ハイレベルとローレベルとの繰返し信号)に合わせて駆動信号を出力し、FET12をオン/オフ状態に駆動する。一方、IC6は、フォトトランジスタ72がオン状態のときに、発振器61の出力にかかわらず、常にローレベルの駆動信号を出力し、FET12をオフ状態に駆動する。
フォトカプラ7のフォトダイオード71のアノードは内部電圧VCCに接続され、カソードは抵抗8を介してオペアンプ19の出力端に接続してある。オペアンプ19は、コンパレータとして作動し、出力端80、81から所定の定電流を出力すべく制御する定電流制御を行うものである。オペアンプ19の+入力端には、基準電圧生成用IC26が出力する電圧を抵抗25、20で分圧した電圧(基準電圧Vref)が入力される。オペアンプ19の−入力端には、出力端80、81を介してLEDに流れる出力電流を抵抗22で電圧に変換し、変換した電圧を、抵抗23、24で調整した後の電圧が入力される。すなわち、オペアンプ19の+入力端には基準電圧Vrefが印加され、−入力端にはLEDに流れる出力電流に応じた電圧V1が印加される。
LEDに流れる出力電流が増加した場合、オペアンプ19の入力端の電圧は、V1>Vrefとなり、オペアンプ19の出力はローレベルとなる。そして、フォトダイオード71に電流が流れ、フォトトランジスタ72がオンとなり、IC6が出力する駆動信号はローレベルとなる。これにより、トランジスタ9、FET12はオフとなり、スイッチング動作が一時停止するので、出力電圧が低下し、出力電流が減少する。
一方、LEDに流れる出力電流が減少した場合、オペアンプ19の入力端の電圧は、V1<Vrefとなり、オペアンプ19の出力はハイレベルとなる。そして、フォトダイオード71に電流が流れなくなり、フォトトランジスタ72がオフとなり、IC6が出力する駆動信号は、発振器61の出力に合わせて、ハイレベルとローレベルとを繰り返す信号となる。これにより、トランジスタ9、FET12はオン/オフ状態を繰り返し、スイッチング動作を行い、出力電圧が増加し、出力電流が増加する。このようにして、LEDに流れる出力電流が定電流になるように制御される。
また、オペアンプ19の+入力端には、調整部50のトランジスタ51のコレクタを接続してある。パルス幅変調入力端90、91に、パルス幅変調信号が入力された場合、パルス幅変調信号がハイレベルのときは、トランジスタ51がオンとなる。オペアンプ19の入力端の電圧は、V1>Vrefとなり、オペアンプ19の出力はローレベルとなる。そして、フォトダイオード71に電流が流れ、フォトトランジスタ72がオンとなり、IC6が出力する駆動信号はローレベルとなる。これにより、トランジスタ9、FET12はオフとなり、スイッチング動作が停止する。
一方、パルス幅変調入力端90、91に、パルス幅変調信号が入力された場合、パルス幅変調信号がローレベルのときは、トランジスタ51がオフとなる。オペアンプ19の入力端の電圧は、V1<Vrefとなり、オペアンプ19の出力はハイレベルとなる。そして、フォトダイオード71に電流が流れなくなり、フォトトランジスタ72がオフとなり、IC6が出力する駆動信号はハイレベルとなる。これにより、トランジスタ9、FET12はオン/オフ状態を繰り返し、スイッチング動作が行われる。
図3は本実施の形態の電源装置100の動作例を示すタイムチャートである。図3の最上段の波形は出力電流の調整用信号としてのパルス幅変調信号の波形を示し、二段目の波形はトランス13の2次側の出力電圧波形を示し、三段目の波形は平滑コンデンサ15の電圧波形を示し、最下段の波形は電源装置200の出力電流波形を示す。なお、波形は模式的に示してある。
図3に示すように、パルス幅変調信号は、ハイレベルとローレベルとを繰り返す信号で、例えば、周波数は、スイッチング周波数(例えば、数十kHz程度)よりも小さく、数kHz程度である。
パルス幅変調信号がローレベルの期間では、トランジスタ51がオフとなる。これにより、オペアンプ19の入力端の電圧は、V1<Vrefとなり、オペアンプ19の出力はハイレベルとなる。そして、フォトダイオード71に電流が流れなくなり、フォトトランジスタ72がオフとなり、IC6が出力する駆動信号は発振器61の出力を受けてオン/オフを繰り返す状態となる。これにより、トランジスタ9、FET12はオン/オフ状態を繰り返し、スイッチング動作が行われる。図3に示すように、パルス幅変調信号がローレベルの期間では、トランス13の2次側にパルス状の電圧が発生し、平滑コンデンサ15で当該電圧が平滑され、電源装置200は出力電流を出力する。
一方、パルス幅変調信号がハイレベルの期間では、トランジスタ51がオンとなる。これにより、オペアンプ19の入力端の電圧は、V1>Vrefとなり、オペアンプ19の出力はローレベルとなる。そして、フォトダイオード71に電流が流れ、フォトトランジスタ72がオンとなり、IC6が出力する駆動信号はローレベルとなる。これにより、トランジスタ9、FET12はオフとなり、スイッチング動作が停止する。
本実施の形態では、駆動部としてのIC6は、調整部50が設けた出力電流の休止期間にFET12をオフ状態に駆動する。すなわち、IC6は、出力電流を調整するための休止期間の間は、FET12をオフ状態にする。これにより、出力電流の休止期間の間は、FET12がオン/オフ状態に駆動されることはなく、常にオフ状態となるので、無負荷状態でFET12が動作することがない。したがって、出力電流の休止期間において出力電圧が大きくなることを防止でき、過渡的に過大な出力電流が流れるのを抑制して定電流を供給することができる。
より具体的には、調整部50は、パルス幅変調信号(調整用信号)に基づいて、オペアンプ19等を介して二値化信号(オペアンプ19の出力信号)をIC6へ出力し、IC6は、二値化信号の一方のレベル(例えば、ハイレベル)に合わせてFET12をオフ状態に駆動し、他方のレベル(例えば、ローレベル)に合わせてFET12をオン/オフ状態に駆動する。すなわち、IC6は、出力電流の休止期間ではFET12をオフ状態のままにするとともに、出力電流の休止期間以外の期間ではFET12をオン/オフ状態に駆動する。これにより、出力電流の休止期間の間は、FET12がオン/オフ状態に駆動されることはなく、常にオフ状態となるので、無負荷状態でFET12が動作することがない。したがって、出力電圧が休止期間において大きくなることを防止でき、過渡的に過大な出力電流が流れるのを抑制して定電流を供給することができる。
また、本実施の形態では、パルス幅変調された調整用信号を取得して用いることにより、パルス幅の長短に応じて出力電流を調整することができる。また、調整用信号としてLED等の光源を調光するための調光信号を用いることにより、調光信号に応じて出力電流を調整して光源の明るさを調光することができる。また、電源装置100は、過渡的に過大な出力電流が流れるのを抑制して定電流を供給することができるので、照明装置は、所望の明るさにおいて光源の明るさを一定にすることができる。
また、本実施の形態では、出力電流の調整用、例えば、調光用のFETをスイッチング回路とは別に設ける必要がなく、電源回路又は調光回路の構成を簡素化されるとともに部品点数を削減することができる。また、オン/オフ動作を行うスイッチング素子の数を減らすことができるので、電源装置から発生する電磁ノイズを抑制することができる。
上述の実施の形態では、LEDを光源として用いる例を説明したが、LEDに限定されず、EL(Electro-Luminescence)等の他の光源を用いてもよい。
上述の実施の形態では、電源装置の出力電流をLEDに供給する照明装置の例について説明したが、電源装置の負荷はLED等の光源に限定されるものではなく、出力電流を調整する機能を有するものであれば、照明装置だけでなく他の電気機器にも本実施の形態を適用することができる。
6 IC(駆動部)
61 発振器
62 AND回路
7 フォトカップラ
71 フォトダイオード
72 フォトトランジスタ
9 トランジスタ
12 FET(スイッチング素子)
13 トランス
19 オペアンプ
22 抵抗
26 基準電圧生成用IC
50 調整部
51 トランジスタ
52 抵抗
90、91 パルス幅変調入力端(取得部)
61 発振器
62 AND回路
7 フォトカップラ
71 フォトダイオード
72 フォトトランジスタ
9 トランジスタ
12 FET(スイッチング素子)
13 トランス
19 オペアンプ
22 抵抗
26 基準電圧生成用IC
50 調整部
51 トランジスタ
52 抵抗
90、91 パルス幅変調入力端(取得部)
Claims (5)
- スイッチング素子と、該スイッチング素子をオン/オフ状態に駆動する駆動部とを備え、該駆動部で前記スイッチング素子を駆動して出力電流を供給する電源装置において、
出力電流の休止期間を調整するための調整用信号を外部から取得する取得部と、
該取得部で取得した調整用信号に基づいて、出力電流の休止期間を設けて出力電流を調整するための調整部と
を備え、
前記駆動部は、
前記調整部が設けた出力電流の休止期間に前記スイッチング素子をオフ状態に駆動するように構成してあることを特徴とする電源装置。 - 前記調整部は、
前記調整用信号に基づいて二値化信号を前記駆動部へ出力するようにしてあり、
前記駆動部は、
前記二値化信号の一方のレベルに合わせて前記スイッチング素子をオフ状態に駆動し、他方のレベルに合わせて前記スイッチング素子をオン/オフ状態に駆動するように構成してあることを特徴とする請求項1に電源装置。 - 前記取得部は、
パルス幅変調された調整用信号を取得するように構成してあることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電源装置。 - 前記取得部は、
調整用信号として光源を調光するための調光信号を取得するように構成してあることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の電源装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の電源装置と、該電源装置の出力電流が供給される光源とを備えることを特徴とする照明装置。
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