JP2013069482A - Led点灯装置および、これを用いた照明器具,照明システム - Google Patents

Led点灯装置および、これを用いた照明器具,照明システム Download PDF

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Rei Horiguchi
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Abstract

【課題】LED光源部に過剰な電力が供給される故障が発生した場合における異常過熱の継続を防止するLED点灯装置および、これを用いた照明器具,照明システムを提供する。
【解決手段】商用電源E1が供給される入力部6と、LED光源部8にLED電流I2を供給する出力部7と、昇圧チョッパ回路3と、降圧チョッパ回路4と、LED光源部8に過剰な電力が供給される故障が降圧チョッパ回路4に発生しているか否かを検出する異常検出部5とを備え、昇圧チョッパ回路3の出力が降圧チョッパ回路4の入力となり、異常検出部5が降圧チョッパ回路4の故障を検出した場合、昇圧チョッパ回路3の出力電圧を故障発生前の400Vから600Vに増加させることで、LED光源部8に供給されるLED電流I2を増加させる。
【選択図】図1

Description

本発明は、LED点灯装置および、これを用いた照明器具,照明システムに関するものである。
従来、LED光源部に直流電圧を印加することで、LED光源部を点灯させるLED点灯装置が提供されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2011−171232号公報
従来のLED点灯装置は、LED光源部に過剰な電力が供給される故障が発生した場合、LED光源部が異常過熱する。そして、この異常過熱が継続した場合、発煙・発火を引き起こすおそれがある。
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、LED光源部に過剰な電力が供給される故障が発生した場合における異常過熱の継続を防止するLED点灯装置および、これを用いた照明器具,照明システムを提供することにある。
本発明のLED点灯装置は、外部電源が供給される入力部と、LED光源部に出力電力を供給する出力部と、前記入力部と前記出力部との間の経路において、一方の出力電力が他方の入力電力となる関係で、個別に制御可能な複数の機能ブロックと、前記LED光源部に過剰な電力が供給される故障が発生した機能ブロックを検出する異常検出部とを備え、前記異常検出部が、前記故障が発生した前記機能ブロックを検出した場合、前記故障が発生していない前記機能ブロックのうち少なくとも1つが、前記故障の発生前よりも出力電力を増加させることで、前記LED光源部に供給される電力を増加させることを特徴とする。
このLED点灯装置において、複数の前記機能ブロックのうち少なくとも1つは、前記LED光源に対して直列接続される半導体素子を備え、前記異常検出部は、前記半導体素子の故障を検出することで、前記故障が発生した前記機能ブロックを検出することが好ましい。
このLED点灯装置において、前記機能ブロックは、自ブロックの出力電力が入力電力となる後段の前記機能ブロックに前記故障が発生した場合、前記故障の発生前よりも出力電力を増加させることで、前記後段の機能ブロックの入力電圧を増加させることが好ましい。
このLED点灯装置において、前記外部電源から前記LED光源部までの電力供給経路において、過電流が発生した場合に前記電力供給経路を遮断する遮断手段を備え、前記異常検出部が、前記故障が発生した前記機能ブロックを検出し、前記LED光源部に供給される電力が増加した場合、前記遮断手段は、前記電力供給経路を遮断することが好ましい。
このLED点灯装置において、前記故障が発生した前記機能ブロックを前記異常検出部が検出し、前記LED光源部に供給される電力が増加することによって前記LED光源部が短絡した場合、前記遮断手段は、前記電力供給経路を遮断することが好ましい。
本発明の照明器具は、外部電源が供給される入力部と、LED光源部に出力電力を供給する出力部と、前記入力部と前記出力部との間の経路において、一方の出力電力が他方の入力電力となる関係で、個別に制御可能な複数の機能ブロックと、前記LED光源部に過剰な電力が供給される故障が発生した機能ブロックを検出する異常検出部とを備え、前記異常検出部が、前記故障が発生した前記機能ブロックを検出した場合、前記故障が発生していない前記機能ブロックのうち少なくとも1つが、前記故障の発生前よりも出力電力を増加させることで、前記LED光源部に供給される電力を増加させるLED点灯装置と、前記LED点灯装置によって点灯するLED光源部と、前記LED点灯装置を収納し、前記LED光源部が取り付けられる器具本体とを備えることを特徴とする。
この照明器具において、前記外部電源から前記LED光源部までの電力供給経路において、過電流が発生した場合に前記電力供給経路を遮断する遮断手段を備え、前記故障が発生した前記機能ブロックを前記異常検出部が検出し、前記LED光源部に供給される電力が増加した場合、前記遮断手段は、前記電力供給経路を遮断することが好ましい。
本発明の照明システムは、外部電源が供給される入力部と、LED光源部に出力電力を供給する出力部と、前記入力部と前記出力部との間の経路において、一方の出力電力が他方の入力電力となる関係で、個別に制御可能な複数の機能ブロックと、前記LED光源部に過剰な電力が供給される故障が発生した機能ブロックを検出する異常検出部とを備え、前記異常検出部が、前記故障が発生した前記機能ブロックを検出した場合、前記故障が発生していない前記機能ブロックのうち少なくとも1つが、前記故障の発生前よりも出力電力を増加させることで、前記LED光源部に供給される電力を増加させるLED点灯装置と、前記LED点灯装置によって点灯するLED光源部と、前記LED点灯装置を収納し、前記LED光源部が取り付けられる器具本体とを備える複数の照明器具と、前記照明器具を制御する照明制御部と、前記外部電源から前記LED光源部までの電力供給経路において、過電流が発生した場合に前記電力供給経路を遮断する遮断手段を備え、前記故障が発生した前記機能ブロックを前記異常検出部が検出し、前記LED光源部に供給される電力が増加した場合、前記遮断手段は、前記電力供給経路を遮断することを特徴とする。
以上説明したように、本発明では、LED光源部に過剰な電力が供給される故障が発生した場合における異常過熱の継続を防止することができるという効果がある。
本発明の実施形態1のLED点灯装置1の回路構成図である。 (a)スイッチング電流I1のタイミングチャートである。(b)異常検出信号S1のタイミングチャートである。(c)出力電圧V1のタイミングチャートである。(d)LED電流I2のタイミングチャートである。 LED電流I2とLED点灯装置1の状態との関係を示す図である。 実施形態2の照明器具の分解斜視図である。 照明システムのブロック構成図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
(実施形態1)
本実施形態のLED点灯装置1の回路構成図を図1に示す。
本実施形態のLED点灯装置1は、整流回路2と昇圧チョッパ回路3と降圧チョッパ回路4と異常検出部5と入力部6と出力部7とで構成されており、商用電源E1(外部電源)を入力電源として、LED光源部8を点灯させるものである。以下に、本実施形態のLED点灯装置1の構成について説明する。
整流回路2は、ダイオードD1〜D4からなるダイオードブリッジで構成されており、商用電源E1から電流ヒューズF1および入力部6を介して入力される交流電圧を全波整流し、整流電圧を昇圧チョッパ回路3に出力する。
昇圧チョッパ回路3(機能ブロック)は、コンデンサC1,C2とインダクタL1とダイオードD5とスイッチング素子Q1と昇圧チョッパ制御回路31とで構成される。コンデンサC1は、整流回路2の出力端間に接続されており、インダクタL1とスイッチング素子Q1からなる直列回路が並列接続されている。また、スイッチング素子Q1と並列に、ダイオードD5と平滑コンデンサC2とからなる直列回路が接続されている。スイッチング素子Q1は、MOSFETで構成されており、ドレインがインダクタL1およびダイオードD5のアノードに接続され、ソースがコンデンサC1,C2の低圧側に接続され、ゲートが昇圧チョッパ制御部31に接続されている。昇圧チョッパ制御部31は、スイッチング素子Q1のスイッチング制御を行うことで、平滑コンデンサC2の両端間に出力電圧V1を生成する。なお、本実施形態では、昇圧チョッパ回路3に故障が発生していない場合、出力電圧V1は400Vとなる。
降圧チョッパ回路4(機能ブロック)は、ダイオードD6とコンデンサC3とインダクタL2とスイッチング素子Q2と抵抗R1と降圧チョッパ制御部41とで構成される。平滑コンデンサC2と並列に、平滑コンデンサC3とインダクタL2とスイッチング素子Q2と抵抗R1とからなる直列回路が接続され、平滑コンデンサC3およびインダクタL2と並列にダイオードD6が接続されている。降圧チョッパ制御部41は、抵抗R1の両端電圧を検出することで、スイッチング素子Q2に流れるスイッチング電流I1を検出し、スイッチング電流I1に基づいてスイッチング素子Q2のスイッチング制御を行う。それによって、昇圧チョッパ回路3が出力する出力電圧V1を降圧した出力電圧V2を平滑コンデンサC3の両端間に生成する。なお、本実施形態では、降圧チョッパ制御部41は、スイッチング素子Q2のオン時に流れるスイッチング電流I1を検出し、スイッチング電流I1が400mAに達するとスイッチング素子Q2をターンオフする。
LED光源部8は、出力部7を介して平滑コンデンサC3に並列接続されており、複数の発光ダイオード81が直列接続されることで構成されている。そして、LED光源部8は、平滑コンデンサC3の両端間に生成された出力電圧V2によって、各発光ダイオード81にLED電流I2が流れることによって点灯する。なお、本実施形態では、降圧チョッパ回路4に故障が発生していない場合、LED電流I2は200mAとなる。
異常検出部5は、LED光源部8に過剰な電力(LED電流I2)が供給される故障が降圧チョッパ回路4に生じているか否かを、スイッチング電流I1を監視することで、検出している。具体的には、異常検出部5は、スイッチング素子Q2が短絡故障しているか否かを検出しており、スイッチング電流I1が所定期間継続して所定値以上である場合、スイッチング素子Q2が短絡故障していると判断する。すなわち、降圧チョッパ回路4が故障していると判断している。また、異常検出部5は、過剰なLED電流I2が流れる故障であれば同様に検出することができ、例えば降圧チョッパ制御部41のラッチアップによってLED電流I2が上昇する場合も検出することができる。
そして、異常検出部5は、降圧チョッパ回路4の故障有無に応じて、昇圧チョッパ制御部31に出力する異常検出信号S1のレベルを切り替える。異常検出部5は、降圧チョッパ回路4に故障が発生していないと判断した場合、異常検出信号S1のレベルをLoとし、降圧チョッパ回路4に故障が発生していると判断した場合、異常検出信号S1のレベルをHiに切り替える。
そして、昇圧チョッパ制御部31は、異常検出信号S1のレベルがLoである場合、出力電圧V1が400Vとなるようにスイッチング素子Q1のスイッチング制御を行う。また、異常検出信号S1のレベルがHiである場合、出力電圧V1が400Vよりも高くなるようにスイッチング素子Q1のスイッチング制御を行う。
次に、本実施形態のLED点灯装置1の動作を、図2(a)〜(d)に示すタイミングチャートを用いて説明する。図2(a)は、スイッチング電流I1のタイミングチャートを示している。図2(b)は、異常検出信号S1のタイミングチャートを示している。図2(c)は、出力電圧V1のタイミングチャートを示している。図2(d)は、LED電流I2のタイミングチャートを示している。
まず、昇圧チョッパ回路3および降圧チョッパ回路4に故障が発生していない場合について説明する。
図2(a)〜(d)の期間Taに示すように、昇圧チョッパ制御部31は、出力電圧V1が400Vとなるようにスイッチング素子Q1のスイッチング制御を行う。降圧チョッパ制御部41は、スイッチング電流I1が400mAに達するとスイッチング素子Q2をターンオフするスイッチング制御を行っており、出力電圧V1を降圧した出力電圧V2を平滑コンデンサC3の両端に生成する。この出力電圧V2によって、LED電流I2が200mAとなり、LED光源部8が点灯する。
次に、降圧チョッパ回路4に故障が発生した場合について説明する。
時間t1において、スイッチング素子Q2が短絡する故障が発生したとする。それによって、降圧チョッパ回路4は出力電圧V1を降圧することができなくなり、LED電流I2が200mAから600mAに上昇する。すなわち、LED光源部8に過剰な電力(LED電流I2)が供給されている状態となる。なお、過剰な電力とは、一意的な数値(例えば、定格値以上など)に限定するものではなく、使用を継続するには危険な電力を示しており、使用環境などを考慮して設計者が決定する。本実施形態では、図3に示すように、LED光源部8の温度が異常過熱状態となる電流I2a(200mA<I2a<600mA)以上を過剰な電力としている。
異常検出部5は、スイッチング電流I1が所定期間継続して流れていることを検出することで、スイッチング素子Q2が短絡故障していることを検出し、降圧チョッパ回路4に故障が発生していると判断する。そして、異常検出部5は、昇圧チョッパ制御部31に出力する異常検出信号S1のレベルをLoからHiに切り替える(時間t2)。昇圧チョッパ制御部31は、異常検出信号S1のレベルがHiになると、出力電圧V1が600Vとなるようにスイッチング素子Q1のスイッチング制御を行う(時間t3)。すなわち、昇圧チョッパ回路3の出力電圧V1は、故障が発生する前の400Vから600Vまで増加する。
そして、出力電圧V1が400Vから600Vに増加することによって、LED電流I2が600mAから1.0Aに増加し、LED光源部8を構成する各発光ダイオード81に短絡故障が発生する(時間t4)。LED光源部8およびスイッチング素子Q2が短絡したことによって、商用電源E1からLED光源部8への電力供給経路に短絡電流が流れ、この短絡電流(過電流)によって電流ヒューズF1(遮断手段)または抵抗R1(遮断手段)が開放状態となる。それによって、電力供給経路が遮断され、LED光源部8への電力供給が停止する。
図3に示すように、LED電流I2が200mA(<I2a)である場合は、LED光源部8の温度は正常の範囲内であるが、スイッチング素子Q2が短絡故障してLED電流I2が600mA(>I2a)になった場合、LED光源部8が異常過熱状態となる。もし、このLED光源部8の異常過熱状態が継続した場合、発煙・発火を引き起こすおそれがある。
しかし、本実施形態では、LED光源部8に過剰なLED電流I2(600mA)が流れる故障が降圧チョッパ回路4に発生した場合、より大きなLED電流I2(1.0A)が供給されるように、故障していない昇圧チョッパ回路3の出力電圧V1を増加させる。それによって、LED光源部8を短絡させて、電流ヒューズF1または抵抗R1を開放状態とすることで、電力供給経路を遮断する。LED光源部8への電力供給が停止することで、発熱も停止するので、発煙・発火を回避することができ、安全性を向上させることができる。
また、本実施形態では、故障が発生した場合、LED光源部8を短絡故障させて、短絡電流を発生させることで、電流ヒューズF1または抵抗R1を開放状態とし、電力供給経路を遮断している。しかし、故障が発生した場合、電力供給経路が遮断されればよいので、昇圧チョッパ回路3の出力電圧V1が増加して、LED光源部8が短絡故障する前に、電流ヒューズF1または抵抗R1が開放状態となってもよい。
また、本実施形態では、異常検出部5は、降圧チョッパ回路4のみの故障を検出しているが、昇圧チョッパ回路3の故障も検出するように構成してもよい。例えば、異常検出部5は出力電圧V1を検出し、出力電圧V1が高くなることによって、LED光源部8に過剰な電力(LED電流I2)が供給された場合、昇圧チョッパ回路3が故障していると判断する。この場合、異常検出部5は、降圧チョッパ制御部41に対してLED電流I2がさらに増加するようにスイッチング制御の指示を行う。それによって、電流ヒューズF1または抵抗R1が開放状態となり、上記同様の効果を得ることができる。
(実施形態2)
本実施形態の照明器具10の分解斜視図を図4に示す。実施形態の照明器具10は、実施形態1のLED点灯装置1と、LED光源部8と、器具本体11と、電流ヒューズF1(図示なし)とで構成されている。
器具本体11は、一面が開口した矩形箱状に形成されており、内部にLED点灯装置1が収納される。LED点灯装置1は電流ヒューズF1を介して、商用電源E1に接続される。
LED光源部8は、矩形板状の実装基板82の長手方向に等間隔で発光ダイオード81が実装されており、LED点灯装置1の一面側に取り付けられ、LED点灯装置1に電気的に接続される。そして、LED光源部8は、LED点灯装置1からLED電流I2が供給されることで点灯する。
また、照明器具10は、器具本体11の開口を覆うように透光性のカバー12が設けられており、カバー12を介してLED光源部8の光を外部に照射する。
本実施形態の照明器具10は、実施形態1のLED点灯装置1を備えており、LED光源部8に過剰なLED電流I2が流れる故障が降圧チョッパ回路4に発生した場合、より大きなLED電流I2が供給されるように制御を行う。それによって、LED光源部8が短絡して、短絡電流が流れることによって、電流ヒューズF1または抵抗R1が開放状態となるので、電力供給経路が遮断される。したがって、LED光源部8の発熱が停止し、発煙・発火を防止することができるので、安全性を向上させることができる。
また、図5に示すように、図複数の照明器具10と、これらの照明器具10を制御する照明制御部21とから照明システム20が構築される。照明制御部21は、各照明器具10の点灯制御を行っている。照明システム20は、上記照明器具10を用いており、上記同様の効果を得ることができる。
1 LED点灯装置
2 整流回路
3 昇圧チョッパ回路(機能ブロック)
4 降圧チョッパ回路(機能ブロック)
5 異常検出部
6 入力部
7 出力部
8 LED光源部
F1 電流ヒューズ(遮断手段)
R1 抵抗(遮断手段)

Claims (8)

  1. 外部電源が供給される入力部と、
    LED光源部に出力電力を供給する出力部と、
    前記入力部と前記出力部との間の経路において、一方の出力電力が他方の入力電力となる関係で、個別に制御可能な複数の機能ブロックと、
    前記LED光源部に過剰な電力が供給される故障が発生した機能ブロックを検出する異常検出部とを備え、
    前記異常検出部が、前記故障が発生した前記機能ブロックを検出した場合、前記故障が発生していない前記機能ブロックのうち少なくとも1つが、前記故障の発生前よりも出力電力を増加させることで、前記LED光源部に供給される電力を増加させることを特徴とするLED点灯装置。
  2. 複数の前記機能ブロックのうち少なくとも1つは、前記LED光源に対して直列接続される半導体素子を備え、
    前記異常検出部は、前記半導体素子の故障を検出することで、前記故障が発生した前記機能ブロックを検出することを特徴とする請求項1記載のLED点灯装置。
  3. 前記機能ブロックは、自ブロックの出力電力が入力電力となる後段の前記機能ブロックに前記故障が発生した場合、前記故障の発生前よりも出力電力を増加させることで、前記後段の機能ブロックの入力電圧を増加させることを特徴とする請求項1または2記載のLED点灯装置。
  4. 前記外部電源から前記LED光源部までの電力供給経路において、過電流が発生した場合に前記電力供給経路を遮断する遮断手段を備え、
    前記異常検出部が、前記故障が発生した前記機能ブロックを検出し、前記LED光源部に供給される電力が増加した場合、前記遮断手段は、前記電力供給経路を遮断することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のLED点灯装置。
  5. 前記故障が発生した前記機能ブロックを前記異常検出部が検出し、前記LED光源部に供給される電力が増加することによって前記LED光源部が短絡した場合、前記遮断手段は、前記電力供給経路を遮断することを特徴とする請求項4記載のLED点灯装置。
  6. 外部電源が供給される入力部と、LED光源部に出力電力を供給する出力部と、前記入力部と前記出力部との間の経路において、一方の出力電力が他方の入力電力となる関係で、個別に制御可能な複数の機能ブロックと、前記LED光源部に過剰な電力が供給される故障が発生した機能ブロックを検出する異常検出部とを備え、前記異常検出部が、前記故障が発生した前記機能ブロックを検出した場合、前記故障が発生していない前記機能ブロックのうち少なくとも1つが、前記故障の発生前よりも出力電力を増加させることで、前記LED光源部に供給される電力を増加させるLED点灯装置と、
    前記LED点灯装置によって点灯するLED光源部と、
    前記LED点灯装置を収納し、前記LED光源部が取り付けられる器具本体とを備えることを特徴とする照明器具。
  7. 前記外部電源から前記LED光源部までの電力供給経路において、過電流が発生した場合に前記電力供給経路を遮断する遮断手段を備え、
    前記故障が発生した前記機能ブロックを前記異常検出部が検出し、前記LED光源部に供給される電力が増加した場合、前記遮断手段は、前記電力供給経路を遮断することを特徴とする請求項6記載の照明器具。
  8. 外部電源が供給される入力部と、LED光源部に出力電力を供給する出力部と、前記入力部と前記出力部との間の経路において、一方の出力電力が他方の入力電力となる関係で、個別に制御可能な複数の機能ブロックと、前記LED光源部に過剰な電力が供給される故障が発生した機能ブロックを検出する異常検出部とを備え、前記異常検出部が、前記故障が発生した前記機能ブロックを検出した場合、前記故障が発生していない前記機能ブロックのうち少なくとも1つが、前記故障の発生前よりも出力電力を増加させることで、前記LED光源部に供給される電力を増加させるLED点灯装置と、前記LED点灯装置によって点灯するLED光源部と、前記LED点灯装置を収納し、前記LED光源部が取り付けられる器具本体とを備える複数の照明器具と、
    前記照明器具を制御する照明制御部と、
    前記外部電源から前記LED光源部までの電力供給経路において、過電流が発生した場合に前記電力供給経路を遮断する遮断手段を備え、
    前記故障が発生した前記機能ブロックを前記異常検出部が検出し、前記LED光源部に供給される電力が増加した場合、前記遮断手段は、前記電力供給経路を遮断することを特徴とする照明システム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015072738A (ja) * 2013-10-01 2015-04-16 パナソニックIpマネジメント株式会社 点灯装置および、これを用いた照明器具
JP2015159036A (ja) * 2014-02-24 2015-09-03 岩崎電気株式会社 Led点灯装置及びled照明装置
JP2018181659A (ja) * 2017-04-17 2018-11-15 岩崎電気株式会社 Led点灯回路及びled照明装置

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