JP6097964B2 - Led点灯装置 - Google Patents

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この発明は、LEDモジュールを点灯するLED点灯装置に関する。
従来から、商用交流電源の交流電圧を直流電圧に変換してLEDモジュールを点灯させるLED点灯装置が知られている(特許文献1参照)。
かかるLED点灯装置は、図4に示すように、交流電圧を整流するとともに平滑して出力する入力整流平滑回路2と、入力整流平滑回路2から出力される直流電圧を断続するインバータ回路3と、このインバータ回路3で断続された電圧を交流電圧に変換するトランスと、このトランスによって変換された交流電圧を整流するとともに平滑して出力する出力平滑回路5とを備え、インバータ回路3は、直流電圧を断続するスイッチング素子Q1と、このスイッチング素子Q1のオン・オフを制御するIC制御回路4とを有している。
このLED点灯装置は、フィードバック回路6によりLEDモジュールに一定の電流を流すようにIC制御回路4がスイッチング素子Q1を制御するものである。
特開2011−109854号公報
ところで、このようなLED点灯装置にあっては、LEDモジュールが外された際や断線した際に、図5に示すようにIC制御回路4を保護動作であるシャットダウンさせて、出力平滑回路5の直流電流や直流電圧の出力を停止するようにしたものが提案されている。
しなしながら、IC制御回路4を一旦シャットダウンさせてしまうと、再度、LEDモジュールをLED点灯装置に接続しただけでは起動しない。起動させるためには、AC電源スイッチを一旦オフさせた後にオンしなければならず、このため、寿命などによってLEDモジュールを交換した場合、新たなLEDモジュールはLED点灯装置に接続した際に点灯しないことになり、違和感や不安をユーザに与えることになる。
この発明の目的は、LEDモジュールを外した際や断線した際には保護動作するとともに、LEDモジュールを接続した際にはAC電源スイッチを操作しなくても点灯するLED点灯装置を提供することにある。
請求項1の発明は、交流電圧を整流して平滑する入力整流平滑回路と、この入力整流平滑回路から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換して出力するDC−DCコンバータと、このDC−DCコンバータの出力端子に接続される負荷が無負荷であることを検出する無負荷検出回路と、前記出力端子間の短絡を検出する短絡検出回路と、前記DC−DCコンバータから出力される出力電流値と予め設定されている設定値との差を求めて出力電流を一定にするための定電流制御回路とを備え、
前記DC−DCコンバータは、入力整流平滑回路から出力される直流電圧を断続するスイッチング素子と、パルスを一定周期毎に出力して前記スイッチング素子を一定周期でオン・オフさせるとともに、前記定電流制御回路が求めた差に応じて前記パルスのパルス幅を調整して前記出力電流を一定にする制御装置と、前記スイッチング素子による直流電圧の断続によって所定の直流電圧に変換して出力する出力回路とを有し、
前記出力回路は、前記入力整流平滑回路とスイッチング素子との間に接続された一次巻線を有するトランスと、このトランスの二次巻線から出力される交流電圧を直流電圧にして出力する出力整流平滑回路とを有し、
前記制御装置は、前記無負荷検出回路が無負荷を検出しているとき、または前記短絡検出回路が短絡を検出しているとき、前記パルスの出力とそのパルスの出力の休止とを交互に行う間欠動作を行うLED点灯装置であって、
前記無負荷検出回路は、前記トランスの三次巻線と、この三次巻線に発生する電圧が予め設定されている設定電圧以上になったことを検出する検出器とを有し、
前記短絡検出回路は、前記スイッチング素子に直列接続された抵抗を有し、
前記検出器は、前記トランスの三次巻線に発生する電圧が前記設定電圧以上になったときオンするツエナーダイオードであり、
前記制御装置は、前記抵抗に発生する電圧と、前記ツエナーダイオードがオンしたときの電圧とを入力する1つの入力端子を有し、この入力端子の電圧が前記設定電圧以上になったとき前記パルスの出力を停止し、その入力端子の電圧が前記設定電圧より小さい所定電圧以下になったとき前記パルスを所定周期で出力していくことによって前記間欠動作を行うことを特徴とする。
この発明によれば、LEDモジュールを外した際や断線した際には保護動作し、LEDモジュールを交換した際や接続し直した際などには、AC電源スイッチを操作しなくてもその接続によってLEDモジュールが点灯する。
LED点灯装置の構成を示したブロック図である。 図1に示すLED点灯装置の構成を示した回路図である。 LED点灯装置の主要部の動作を示したタイムチャートである。 従来のLED点灯装置の構成を示した回路図である。 従来のLED点灯装置の主要部の動作を示したタイムチャートである。
以下、この発明に係るLED点灯装置の実施の形態である実施例を図面に基づいて説明する。
[第1実施例]
図1に示すLED点灯装置10は、入力フィルタ回路20と、交流電圧を整流して平滑する入力整流平滑回路30と、入力整流平滑回路30から出力される直流電圧を降圧するDC−DCコンバータ回路(DC−DCコンバータ)40と、LEDモジュール60に流れる電流を一定に制御するための定電流制御回路70とを備えている。
[入力フィルタ回路]
入力フィルタ回路20は、電源ループ(商用電源E−入力整流平滑回路30−DC−DCコンバータ回路40)で発生する減衰振動を防止するとともに外部への雑音を防止するものであり、図2に示すようにコンデンサC1とラインフィルタL1等とを有している。
[入力整流平滑回路]
入力整流平滑回路30は、商用電源Eの交流電圧を全波整流する4つのダイオード(図示せず)から構成される整流回路31と、この整流回路31から出力される整流電圧を平滑するコンデンサC12とを有している。
[DC−DCコンバータ回路]
DC−DCコンバータ回路40は、図2に示すように、入力整流平滑回路30の出力端子30aに接続された一次巻線TL1と二次巻線TL2と三次巻線TL3とを備えたトランスTと、トランスTの一次巻線TL1に直列接続されたスイッチング素子Q2と、このスイッチング素子Q2をオン・オフさせる制御装置である制御装置IC2と、出力端子40a,40bから直流電圧を出力させる出力整流平滑回路50と、出力端子40a,40bにLEDモジュール60が接続されていない場合やLEDモジュール60が断線した場合である無負荷を検出する無負荷検出回路41と、LEDモジュール60の短絡を検出する短絡検出回路42と、制御装置IC2用の電源供給回路43とを有している。
スイッチング素子Q2は、ドレインがトランスTの一次巻線TL1に接続され、ソースが抵抗R33を介してアースラインLEに接続され、ゲートが抵抗R29を介して制御装置IC2の端子5に接続されている。制御装置IC2の端子5からパルスが出力されるとスイッチング素子Q2はオンするようになっている。
そして、出力整流平滑回路50とトランスTとで出力回路が構成されている。
[無負荷検出回路]
無負荷検出回路41は、トランスTの三次巻線TL3とダイオードD6とコンデンサC19と抵抗R28とツエナーダイオード(検出器)DZ5とを有している。
ダイオードD6のアノードが三次巻線TL3に接続され、カソードがコンデンサC19を介してアースラインLEに接続されるとともに抵抗R28を介してツエナーダイオードDZ5のカソードに接続されている。ツエナーダイオードDZ5のアノードは制御装置IC2の端子3に接続されている。
[短絡検出回路]
短絡検出回路42は、スイッチング素子Q2のソースに接続された抵抗R33と、この抵抗R33に並列接続されたコンデンサC17とを有している。コンデンサC17の一方の端子は制御装置IC2の端子3に接続され、他方の端子はアースラインLEに接続されており、抵抗R33に生じる電圧が制御装置IC2の端子3に入力するようになっている。
[電源供給回路]
電源供給回路43は、トランジスタQ5と抵抗R34とツエナーダイオードDZ3とから構成される電圧ドロッパ回路であり、トランジスタQ5のベースとコレクタとの間に抵抗R34が接続され、トランジスタQ5のコレクタは無負荷検出回路41のダイオードD6のカソードに接続され、トランジスタQ5のエミッタは制御装置IC2の端子6に接続されている。この端子6はコンデンサC18を介してアースラインLEに接続されている。
ツエナーダイオードDZ3のカソードはトランジスタQ5のベースに接続され、ツエナーダイオードDZ3のアノードはアースラインLEに接続されている。
電源供給回路43は、ツエナーダイオードDZ3による一定電圧を制御装置IC2の端子6に電源電圧として供給するものである。
[制御装置IC2]
制御装置IC2の端子2には、フォトカプラFTのフォトトランジスタPH1のコレクタが接続され、フォトトランジスタPH1のエミッタはアースラインLEに接続されている。また、制御装置IC2の端子1,2はそれぞれコンデンサC15,C16を介してアースラインLEに接続され、端子8は抵抗R27Aを介して入力整流平滑回路30の出力端子30aに接続されている。
制御装置IC2は、端子2から出力される電圧に応じたパルス幅のパルスを例えば10μs程度の周期で端子5から出力してスイッチング素子Q2をオン・オフさせていくものであり、端子2から出力される電圧が大きい場合にはパルス幅を大きくし、その電圧が小さい場合にはパルス幅を小さくする。
また、制御装置IC2は、端子3の電圧がVf1以上になると端子5から出力されるパルスの出力を停止し、端子3の電圧がVf2(<Vf1)以下になると端子5からパルスを出力していくようになっている。
[出力整流平滑回路]
出力整流平滑回路50は、トランスTの二次巻線TL2と、この二次巻線巻線TL2に発生する交流電圧を整流するダイオードD7と、ダイオードD7によって整流された整流電圧を平滑して所定の直流電圧にして出力端子40aから出力するコンデンサC27とを有している。
[定電流制御回路]
定電流制御回路70は、オペアンプIC3と、このオペアンプIC3を動作させるための電源供給回路71などを有している。
電源供給回路71は、トランジスタQ6とツエナーダイオードDZ4と抵抗R44とから構成される電圧ドロッパ回路であり、トランジスタQ6のベースとコレクタとの間に抵抗R44が接続され、トランジスタQ6のコレクタは出力端子40aに接続され、トランジスタQ6のエミッタはオペアンプIC3の電源端子に接続されている。
オペアンプIC3の反転端子と出力端子との間には抵抗R39とコンデンサC26との直列回路が接続され、その反転端子には基準電圧VRefが入力されている。
オペアンプIC3の非反転端子には、LEDモジュール60に流れる電流を検出する抵抗R42に生じる電圧Vaが入力するようになっており、この電圧Vaと基準電圧VRefとの差に応じた電圧がオペアンプIC3の出力端子から出力される。
オペアンプIC3の出力端子には、抵抗R38を介してフォトカプラFTのフォトダイオードPC1のアノードに接続され、フォトダイオードPC1のカソードは抵抗R42を介して出力端子40bに接続されている。そして、オペアンプIC3の出力端子の出力電圧すなわち抵抗R42に生じる電圧Vaと基準電圧VRefとの差に応じた電圧に応じた電流がフォトダイオードPC1に流れてフォトダイオードPCが発光する。
この発光により、フォトカプラFTのフォトトランジスタPH1にその発光量に応じた電流が流れる。つまり、制御装置IC2の端子2から出力される電圧がフォトトランジスタPH1のオン・オフによって制御された電圧となり、この電圧に応じたパルス幅のパルスを出力してLEDモジュール60に流れる電流を一定に制御するものである。
[動 作]
次に、上記のように構成されるLED点灯装置10の動作について説明する。
先ず、LED点灯装置10の出力端子40a,40bにLEDモジュール60が接続されている場合について説明する。
図示しないAC電源スイッチを投入すると、入力整流平滑回路30により交流電圧が整流されるとともに平滑されて直流電圧となって出力され、トランスTの一次巻線TL1に印加する。
一方、制御装置IC2は、端子5から所定のパルス幅のパルスを約10μsの周期で出力してスイッチング素子Q2を10μsの周期でオン・オフさせていく。
このオン・オフにより、トランスTの一次巻線TL1に印加する直流電圧は断続されて一次巻線TL1に断続電流が流れる。
この断続電流によりトランスTの二次巻線TL2に交流電圧が誘起される。この二次巻線TL2の交流電圧は、出力整流平滑回路50により半波整流されて平滑され、直流電圧(出力電圧)となって出力端子40a,40bに接続されているLEDモジュール60に印加し、LEDモジュール60の各発光ダイオードLEDに電流が流れて各発光ダイオードLEDが点灯する。
そして、定電流制御回路70の抵抗R42がLEDモジュール60に流れる電流を検出し、この抵抗R42が検出した電流に応じた電圧VaがオペアンプIC3の非反転端子に入力し、オペアンプIC3の出力端子から電圧Vaと基準電圧VRefとの差に応じた電圧Vbが出力され、この電圧Vbに応じた電流がフォトカプラFTのフォトダイオードPC1に流れてフォトダイオードPC1が発光する。フォトダイオードPCが発光した光は、フォトカプラFTのフォトトランジスタPH1が受光し、その受光量に応じた電流が制御装置IC2の端子2から出力されてフォトトランジスタPH1に流れる。
制御装置IC2は、端子2から出力される電圧に応じたパルス幅のパルスを10μsの周期で端子5から出力していく。
LEDモジュール60に流れる電流が所定値より小さい場合、すなわち各発光ダイオードLEDの点灯が暗い場合、抵抗R42に生じる電圧が小さくなり、オペアンプIC3の出力端子から出力される電圧Vbが小さくなる。このため、フォトダイオードPC1の発光量が少なくなり、結果的に制御装置IC2の端子2から出力される電圧が大きくなる。
制御装置IC2は、端子2から出力される電圧が大きくなると端子5から出力されるパルス幅を大きくして、出力整流平滑回路50から出力される直流電流を大きくし、LEDモジュール60に流れる電流を所定値にする。
逆に、LEDモジュール60に流れる電流が所定値より大きくなった場合、上記とは逆に、抵抗R42に生じる電圧が大きくなり、オペアンプIC3の出力端子から出力される電圧Vbが大きくなる。このため、フォトダイオードPC1の発光量が大きくなり、結果的に制御装置IC2の端子2から出力される電圧が小さくなる。
制御装置IC2は、端子2から出力される電圧が小さくなると端子5から出力されるパルス幅を小さくして、出力整流平滑回路50から出力される直流電流を小さくし、LEDモジュール60に流れる電流を所定値にする。
すなわち、図3に示すように、LEDモジュール60がLED点灯装置10の出力端子40a,40bに接続されてLEDモジュール60が正常な場合には(期間t1〜t2)、定電流制御が行われ、出力端子40aから所定値の電流が出力され、出力端子40a,40b間には所定の出力電圧が出力されることになる。
[LEDモジュール60が断線あるいは取り外した場合]
LEDモジュール60が断線した場合あるいは出力端子40a,40bからLEDモジュール60が取り外されると、出力端子40aから電流が流れなくなり、図3に示すように、出力端子40a,40b間の出力電圧が上昇していく(時点t2)。
この出力電圧の上昇により、二次巻線TL2と三次巻線TL3とは巻数比の比例関係にあることにより、三次巻線TL3の電圧が上昇していく。この三次巻線TL3の電圧はダイオードD6および抵抗R28を介してツエナーダイオードDZ5に印加する。
三次巻線TL3の電圧がツエナーダイオードDZ5のツエナー電圧以上になると、ツエナーダイオードDZ5がオンしてコンデンサC17が充電されていき、この充電とともに制御装置IC2の端子3の電圧が上昇していく。この端子3の電圧が設定電圧Vf1以上になると、制御装置IC2は端子5からのパルスの出力を停止する。
このパルスの出力の停止により、スイッチング素子Q2はオフしたままとなり、トランスTの一次巻線TL1には電流が流れず、このため出力端子40a,40b間の出力電圧が図3に示すように減少していく。
一方、トランスTの一次巻線TL1に電流が流れないことにより、三次巻線TL3に電圧が発生せず、ツエナーダイオードDZ5がオフし、コンデンサC17は放電を開始していく。この放電により制御装置IC2の端子3の電圧が低下していく。この端子3の電圧が所定電圧Vf2(<Vf1)以下になると、制御装置IC2は端子5からパルスを約10μsの周期で出力していく(時点t3)。
制御装置IC2の端子5からのパルスの出力により、スイッチング素子Q2はオン・オフしていき、上記と同様にして出力整流平滑回路50から直流電圧(出力電圧)が出力されて出力端子40a,40bに出力電圧が印加されることになる。
出力端子40a,40bにLEDモジュール60が接続されていないかあるいは断線しているため、出力端子40aから電流が流れず、このため図3に示すように、出力端子40a,40b間の出力電圧が上昇していく(時点t3)。この上昇により、三次巻線TL3の電圧が上昇していき、上記と同様にして端子3の電圧が上昇してパルスの出力が停止される。
出力端子40a,40bに正常なLEDモジュール60が接続されるまで、これら動作が繰り返し行われていく。
すなわち、制御装置IC2は、出力端子40a,40bに正常なLEDモジュール60が接続されるまで、端子5からパルスを出力したり、そのパルスの出力を休止したりするもので、この動作が繰り返し行われることになる。つまり、制御装置IC2は間欠動作(保護動作)することになる。
そして、出力端子40a,40bに正常なLEDモジュール60が接続された場合(時点t4)、制御装置IC2の端子5からパルスが出力されると、上記と同様にして出力整流平滑回路50から直流電圧(出力電圧)が出力されて、LEDモジュール60に出力電圧が印加され、LEDモジュール60に電流が流れ、LEDモジュール60の各発光ダイオードLEDは点灯する。このため、従来のようにAC電源スイッチを操作する必要がない。
各発光ダイオードLEDの点灯により、出力端子40a,40b間の電圧は上昇していかず、時点t4以後は時点t1〜t2間のときと同様にして定電流制御が行われることになる。
[LEDモジュール60が短絡した場合]
LEDモジュール60が短絡すると(時点t5)、出力端子40a,40b間の電圧が急激に低下していくので、オペアンプIC3は動作しなくなり、制御装置IC2の端子2から出力される電圧が急激に上昇していく。このため、制御装置IC2は、パルス幅の大きな(デューティ比の大きな)パルスを端子5から出力していく。
このパルス幅の大きなパルスにより、短絡検出回路42の抵抗R33には通常より大きな過大電流が流れるとともにコンデンサC17を充電していく。過大電流により、制御装置IC2の端子3の電圧が上昇し、その端子3の電圧がVf1以上になると制御装置IC2は端子5からのパルスの出力を停止する(時点t5)。
このパルスの出力が停止されると、スイッチング素子Q2はオフとなるので、短絡検出回路42の抵抗R33に電流が流れなくなり、コンデンサC17が放電を開始していく。この放電により制御装置IC2の端子3の電圧が低下していき、端子3の電圧が所定電圧Vf2以下になると(時点t6)、制御装置IC2は端子5からパルスを出力していく。
このパルスの出力により、スイッチング素子Q2がオン・オフしていき、LEDモジュール60が短絡していることにより、上記と同様に短絡検出回路42の抵抗R33に過大電流が流れ、この結果、制御装置IC2は端子5からのパルスの出力が停止され(時点t7)、これら動作が繰り返し行われる。
すなわち、制御装置IC2はLEDモジュール60の断線などと同様に間欠動作(保護動作)することになる。
そして、正常なLEDモジュール60と交換されて出力端子40a,40bに接続されると(時点t8)、上記と同様にして制御装置IC2の端子5からパルスが出力されていき、LEDモジュール60の各発光ダイオードLEDは点灯し、定電流制御が行われることになる。
このように、LEDモジュール60が断線や取り外された際には、制御装置IC2は間欠動作し、正常なLEDモジュール60を出力端子40a,40bに接続すれば、この正常なLEDモジュール60は点灯され、ユーザに違和感や不安を与えてしまうことがない。また、正常なLEDモジュール60に交換した際などに、従来のように、AC電源スイッチを操作する必要がなく、非常に使用勝手のよいものとなる。
また、LEDモジュール60が短絡した場合も、制御装置IC2は間欠動作し、正常なLEDモジュール60を出力端子40a,40bに接続すれば、正常なLEDモジュール60は点灯されるので、ユーザに違和感や不安を与えてしまうことがなく、従来のように、AC電源スイッチを操作する必要がない。
この発明は、上記実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
10 LED点灯装置
30 入力整流平滑回路
40 DC−DCコンバータ回路(DC−DCコンバータ)
41 無負荷検出回路
42 短絡検出回路
50 出力整流平滑回路
60 LEDモジュール
70 定電流制御回路
Q2 スイッチング素子
IC2 制御装置
T トランス
TL1 一次巻線
TL2 二次巻線
TL3 三次巻線

Claims (2)

  1. 交流電圧を整流して平滑する入力整流平滑回路と、この入力整流平滑回路から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換して出力するDC−DCコンバータと、このDC−DCコンバータの出力端子に接続される負荷が無負荷であることを検出する無負荷検出回路と、前記出力端子間の短絡を検出する短絡検出回路と、前記DC−DCコンバータから出力される出力電流値と予め設定されている設定値との差を求めて出力電流を一定にするための定電流制御回路とを備え、
    前記DC−DCコンバータは、入力整流平滑回路から出力される直流電圧を断続するスイッチング素子と、パルスを一定周期毎に出力して前記スイッチング素子を一定周期でオン・オフさせるとともに、前記定電流制御回路が求めた差に応じて前記パルスのパルス幅を調整して前記出力電流を一定にする制御装置と、前記スイッチング素子による直流電圧の断続によって所定の直流電圧に変換して出力する出力回路とを有し、
    前記出力回路は、前記入力整流平滑回路とスイッチング素子との間に接続された一次巻線を有するトランスと、このトランスの二次巻線から出力される交流電圧を直流電圧にして出力する出力整流平滑回路とを有し、
    前記制御装置は、前記無負荷検出回路が無負荷を検出しているとき、または前記短絡検出回路が短絡を検出しているとき、前記パルスの出力とそのパルスの出力の休止とを交互に行う間欠動作を行うLED点灯装置であって、
    前記無負荷検出回路は、前記トランスの三次巻線と、この三次巻線に発生する電圧が予め設定されている設定電圧以上になったことを検出する検出器とを有し、
    前記短絡検出回路は、前記スイッチング素子に直列接続された抵抗を有し、
    前記検出器は、前記トランスの三次巻線に発生する電圧が前記設定電圧以上になったときオンするツエナーダイオードであり、
    前記制御装置は、前記抵抗に発生する電圧と、前記ツエナーダイオードがオンしたときの電圧とを入力する1つの入力端子を有し、この入力端子の電圧が前記設定電圧以上になったとき前記パルスの出力を停止し、その入力端子の電圧が前記設定電圧より小さい所定電圧以下になったとき前記パルスを所定周期で出力していくことによって前記間欠動作を行うことを特徴とするLED点灯装置。
  2. 前記短絡検出回路は、前記抵抗に並列接続されたコンデンサを有し、前記スイッチング素子は前記抵抗を介してアースラインに接続されており、
    前記ツエナーダイオードは、前記コンデンサに直列接続されているとともに該コンデンサを介して前記アースラインに接続されており、
    前記制御装置の前記入力端子が前記コンデンサとツエナーダイオードとの接続点に接続されていることを特徴とする請求項1に記載のLED点灯装置。
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