JP2017123261A - Led用電源装置及びled照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】制御異常発生時のLEDの長周期かつ長期的な点滅を抑制するLED用電源装置を提供する。【解決手段】LED用電源装置(100)は、直流出力電流をLED(50)に供給可能なDC/DCコンバータ(300)と、DC/DCコンバータを駆動するドライバ回路(600)と、直流出力電流に対応する電圧が間欠的に異常検出閾値を超える各期間にコンデンサ(35)を充電し、段階的に充電されるコンデンサの電圧が作動閾値を超えた充電完了時に、ドライバ回路にDC/DCコンバータの駆動を停止状態又は低減状態に固定させるように構成された点滅抑制回路(800)を備える。【選択図】 図1
Description
本発明は、LED用電源装置及びそれを用いたLED照明装置に関する。
特許文献1は、直流電源装置を構成するDC/DCコンバータを制御する電源制御用ICを開示する。この制御ICは、トランス二次側での出力検出に基づいてトランス一次側の電流を制御する。具体的には、制御ICは、二次側検出回路からの検出電圧がフォトカプラを介してフィードバックされる外部端子と、入力電圧に応じてトランス一次側巻線に流す電流を制御するスイッチング素子の制御信号を生成して出力する制御回路と、入力電圧に基づいて内部基準電圧を発生する電圧生成回路と、外部端子の電圧と所定の参照電圧とを比較する電圧比較回路とを有する。制御回路は、電圧比較回路の出力に基づいて異常検出時に制御信号の出力を停止するように構成される。例えば、フィードバック制御において上記外部端子の電圧が所定閾値を超えると制御回路が制御信号の出力を停止してDC/DCコンバータの出力を停止させることが開示される。
しかし、特許文献1の構成によると、二次側制御回路による制御の異常の態様によっては上記制御ICの保護動作に起因してLEDが点滅を継続するという問題があった。詳細を後述するように、制御ICにおいては、上記外部端子の電圧が所定閾値を超えると制御信号の出力が一旦停止され、その後(例えば数秒後)自己復帰動作により制御信号の出力が再開される。これにより、LED及びDC/DCコンバータが正常な状態においてフィードバック制御に異常が発生して外部端子電圧が上昇した場合、異常検出によるDC/DCコンバータの出力の停止と、その後の復帰動作による出力の再開とが繰り返される。したがって、LEDは長周期(数秒周期程度)で長期間にわたって点滅を繰り返すことになる。このLEDの長周期かつ長期的な点滅は使用者には不快なものとなり、好ましくない。
そこで、本発明は、制御異常発生時のLEDの長周期かつ長期的な点滅を抑制するLED用電源装置及びそれを用いたLED照明装置を提供することを課題とする。
本発明のLED用電源装置は、直流出力電流をLEDに供給可能なDC/DCコンバータと、DC/DCコンバータを駆動するドライバ回路と、直流出力電流に対応する出力相関電圧が間欠的に異常検出閾値を超える各期間にコンデンサを充電し、段階的に充電されるコンデンサの電圧が作動閾値を超える充電完了時に、ドライバ回路にDC/DCコンバータの駆動を停止状態又は低減状態に固定させるように構成された点滅抑制回路とを備える。
このように、出力相関電圧が間欠的に異常検出閾値を超える各期間にコンデンサが充電され、直流出力電流の間欠出力の周期でコンデンサが段階的に充電されていく。そして、充電完了時以降は、DC/DCコンバータの駆動が停止又は低減され、LEDが消灯状態又は減光点灯状態となる。したがって、制御異常時のDC/DCコンバータの間欠出力によるLEDの長周期かつ長期的な点滅が抑制される。
第1の形態のLED用電源装置では、ドライバ回路は、所定端子を有し、所定端子の端子電圧が下限閾値以下である場合にDC/DCコンバータの駆動を停止し、端子電圧が下限閾値より高く上限閾値未満である場合に端子電圧に応じてDC/DCコンバータを駆動し、端子電圧が上限閾値以上となる場合にDC/DCコンバータを間欠的に駆動するように構成され、出力相関電圧は端子電圧であり、異常検出閾値は上限閾値よりも低く、点滅抑制回路は、充電完了時に端子電圧を下限閾値以下の値に固定するように構成される。このように、直流出力電流を直接決定する端子電圧が出力相関電圧として採用されるので、高い信頼性でLEDの点滅を検出及び停止することが可能となる。
第2の形態のLED用電源装置では、ドライバ回路は、所定端子を有し、所定端子の端子電圧に対応するPWMゲート信号を生成してDC/DCコンバータのスイッチング素子をPWM駆動するように構成され、端子電圧が下限閾値以下である場合にPWMゲート信号を停止し、端子電圧が下限閾値より高く上限閾値未満である場合に端子電圧に応じたオンデューティのPWMゲート信号を出力し、端子電圧が上限閾値以上となる場合にPWMゲート信号を間欠的に出力するように構成され、出力相関電圧は、PWMゲート信号を積分して得られる電圧であり、点滅抑制回路は、充電完了時に端子電圧を下限閾値以下の値に固定するように構成される。このように、比較的高い電圧振幅値を設定可能なPWMゲート信号の積分値が出力相関電圧として採用されるので、出力相関電圧の変動幅が広く、点滅抑制回路における高い設計自由度が得られる。
また、第3の形態として、上記第1又は第2の形態において、点滅抑制回路が、充電完了時に、端子電圧を下限閾値以下の値に固定する代わりに、端子電圧を直流出力電流がLEDの定格電流値以下となるように設定された値に固定するように構成される。これにより、LEDの点滅状態から減光点灯状態への移行が可能となり、制御異常時においても連続光による最小限の照明機能が確保される。
ここで、上記第1から第3の形態において、点滅抑制回路は、コンデンサと、出力相関電圧が異常検出閾値を超える場合にオンされてコンデンサを充電する第1のトランジスタと、コンデンサの電圧が作動閾値を超える場合にオンされてトリガ電流を発生させる第2のトランジスタと、一対のフォトダイオード及びフォトトランジスタを内蔵し、フォトダイオードのカソードがフォトトランジスタのコレクタに接続され、第2のトランジスタとフォトダイオードが直列接続され、トリガ電流がフォトダイオードを流れることによってフォトトランジスタにラッチ電流が流れるように構成されたフォトカプラと、ラッチ電流が入力されることによってオンされ、端子電圧を、下限閾値以下の値又は直流出力電流がLEDの定格電流値以下となるように設定された値に低下させる第3のトランジスタとを含む。これにより、コンデンサの段階的な充電及び充電完了後の端子電圧のラッチを可能とする点滅抑制回路が簡素な構成で実現される。
また、ラッチ電流は少なくともDC/DCコンバータの入力電圧から抵抗を介して供給されるように構成されることが好ましい。これにより、DC/DCコンバータの駆動が停止された状態においても確実にラッチ電流が維持され、DC/DCコンバータの停止状態が維持される。
また、端子電圧が所定回数にわたって上限閾値に達した場合にコンデンサの電圧が作動閾値を超えるように、異常検出閾値、コンデンサの容量及びコンデンサの充電電流が設定され、上記所定回数は1回以上10回以下であることが好ましく、2回以上4回以下であることがより好ましい。このように、適切な点滅回数を経てLEDの消灯又は減光点灯への移行が行われるので、点滅継続による不快感の防止と点滅による異常の報知とが両立される。
本発明のLED照明装置は、上記いずれかのLED用電源装置と、LEDとを備える。本構成のLED照明装置は、上記のように制御異常時のLEDの点滅を抑制するLED用電源装置を含むので、制御異常時においても点滅継続によるユーザへの不快感を防止することができる。
<第1の実施形態>
図1に、本発明の第1の実施形態によるLED用電源装置100及びLED照明装置150を示す。LED照明装置150は、LED用電源回路100及びLED50(LEDユニット)を備える。LED用電源装置100には、交流電源AC(例えば、商用電源)からの電源電圧が入力端子T1及びT2を介して給電され、LED用電源装置100によって生成される直流出力電流が出力端子T3及びT4、配線W1及びW2並びに端子T5及びT6を介してLED50に供給される。LED50は、直列接続又は直並列接続された複数のLED素子のアレイである。LED用電源装置100は、入力回路200、DC/DCコンバータ300、検出回路400、補助電源回路500、ドライバ回路600、フィードバック回路700及び点滅抑制回路800を備える。
図1に、本発明の第1の実施形態によるLED用電源装置100及びLED照明装置150を示す。LED照明装置150は、LED用電源回路100及びLED50(LEDユニット)を備える。LED用電源装置100には、交流電源AC(例えば、商用電源)からの電源電圧が入力端子T1及びT2を介して給電され、LED用電源装置100によって生成される直流出力電流が出力端子T3及びT4、配線W1及びW2並びに端子T5及びT6を介してLED50に供給される。LED50は、直列接続又は直並列接続された複数のLED素子のアレイである。LED用電源装置100は、入力回路200、DC/DCコンバータ300、検出回路400、補助電源回路500、ドライバ回路600、フィードバック回路700及び点滅抑制回路800を備える。
入力回路200は、電流ヒューズ1及び2、ダイオードブリッジ3、入力コンデンサ4、並びに必要に応じてノイズフィルタを備える。入力回路200には交流電源ACからの交流電圧が入力され、ダイオードブリッジ3による全波整流出力が入力コンデンサ4によって若干平滑されてDC/DCコンバータ300に出力される。なお、入力電源が直流電源である場合にはダイオードブリッジ3は不要である。
DC/DCコンバータ300は、本実施形態においては絶縁型フライバックコンバータからなり、力率改善機能を持つ、いわゆるワンコンバータ方式のフライバック回路を構成する。DC/DCコンバータ300は、スイッチング素子5、トランス6、電流検知抵抗7、ダイオード8、及び出力コンデンサ9(以下、「コンデンサ9」ともいう)を含む。本実施形態では、スイッチング素子5はMOSFETからなるので、以降においてスイッチング素子5のことをFET5ともいう。また、トランス6の一次巻線側の基準電位(すなわち、入力コンデンサ4の低電位電極側ノード)を一次側グランドG1といい、二次巻線側の基準電位(すなわち、出力コンデンサ9の低電位電極側ノード)を二次側グランドG2というものとする。本実施形態のDC/DCコンバータ300は力率改善型であるので、出力コンデンサ9が低周波リップル(入力電源周波数に基づくリップル)の平滑機能を担う。したがって、入力コンデンサ4の容量≪出力コンデンサ9の容量である。
DC/DCコンバータ300のPWM制御において、FET5のオン期間にトランス6の一次巻線にエネルギーが蓄積され、FET5のオフ期間にそのエネルギーがトランス6の二次巻線側からダイオード8を介してコンデンサ9に充電される。DC/DCコンバータ300の出力は、FET5のオンデューティ(オン幅)、トランス6の一次巻線に対する二次巻線の巻数比等によって決まる。FET5は、制御IC20から出力されるPWMゲート信号によって駆動される。なお、以降の説明において、DC/DCコンバータ300の出力電流を「出力電流」といい、DC/DCコンバータ300の出力電圧を「出力電圧」という。本実施形態では、LED電流は出力電流に実質的に等しい。
検出回路400は、電流検出抵抗10からなる電流検出回路並びに抵抗11、12及び13からなる電圧検出回路を含み、二次側グランドG2を基準電位とする。電流検出抵抗10は二次側グランドG2とLED50のカソード端との間に挿入された低抵抗素子からなり、出力電流に比例した電圧が電流検出抵抗10に発生する。電圧検出回路(抵抗11、12及び13)はコンデンサ9に並列接続された分圧抵抗回路からなり、出力電圧に比例した電圧が抵抗13に発生する。
補助電源回路500は、一次側グランドG1を基準電位とする一次側電源回路、及び二次側グランドG2を基準電位とする二次側電源回路(不図示)を備える。一次側電源回路は、トランス6の補助巻線6s、抵抗14及び15、ダイオード16、コンデンサ17並びに必要に応じてツェナーダイオード18を有する。一次側電源回路は、DC/DCコンバータ300の入力電圧及びFET5のスイッチング動作に基づいてドライバ回路600の制御電源Vcc1を生成する。具体的には、入力電圧が抵抗14及び15を介して降下されるとともに、補助巻線6sに発生する電圧がダイオード16及びコンデンサ17によって整流及び平滑され、必要に応じてツェナーダイオード18によって定電圧化されることにより、制御電源Vcc1が生成される。不図示の二次側電源回路においては、トランス6の他の補助巻線(不図示)又はコンデンサ9に発生する電圧が定電圧回路(不図示)によって定電圧化されることにより、制御電源Vcc2が生成される。定電圧回路は、三端子レギュレータ、シリーズレギュレータ、シャントレギュレータ等であればよい。
ドライバ回路600は、制御IC20及びコンデンサ19を含み、制御電源Vcc1の供給を受けて一次側グランドG1を基準電位として動作する。コンデンサ19は、後述のフィードバック端子(FB端子)と一次側グランドG1の間に接続される。ドライバ回路600は、フィードバック回路700からのFB端子への入力に応じてDC/DCコンバータ300のFET5をPWM駆動する。なお、制御IC20には、コンデンサ19以外にも、不図示の周辺回路部品が更に接続される。
制御IC20は、フライバックコンバータを駆動するための汎用のスイッチング制御ICであればよく、少なくとも、制御電源端子(VCC端子)、グランド端子(GND端子)、ゲート出力端子(OUT端子)、電流センス端子(ISNS端子)及びフィードバック端子(FB端子)を有する。さらに、制御IC20は、不図示のゼロクロス検出端子(ZCD端子)、マルチプライヤ入力端子(MUL端子)及び補償端子(COMP端子)を有する。
制御IC20は、制御電源Vcc1に接続されたVCC端子から動作電源の供給を受け、一次側グランドG1に接続されたGND端子を基準電位として動作する。なお、制御IC20は、起動時又は停止時、すなわち補助巻線6sからの給電がない場合には、抵抗14及び15を介して給電される。OUT端子はFET5のゲート端子に(必要に応じて不図示のゲート抵抗を介して)接続され、その内部回路がFET5のPWMゲート信号を出力する。ISNS端子は、電流検知抵抗7とFET5のソース端子との接続点に接続され、電流検知抵抗7に発生するFET電流に対応する電圧の入力を受ける。MUL端子(不図示)及びISNS端子の入力によってFET5のスイッチング動作が適正化される。FB端子は、フォトトランジスタ30tのコレクタ端子及びコンデンサ19に接続される。
VCC端子においてVCC端子電圧が動作開始電圧Vst(例えば、13V程度)を超えると、制御IC20は起動し、PWMゲート信号の出力を開始する。一方、制御IC20が動作している状態から、VCC端子電圧が動作下限電圧Vuv(例えば、9V程度)まで低下すると、制御IC20は停止し、PWMゲート信号の出力を停止する。
図2に示すように、制御IC20の内部では、例えば、FB端子は内部基準電圧源20a(例えば、5Vの定電圧源)に抵抗20bを介して接続され、OUT端子はゲート回路20cに接続される。ゲート回路20cでは、FB端子の入力電圧に応じて、PWMゲート信号のパルス幅(オン幅)が決定される。具体的には、制御IC20では、FB端子電圧の増加に対してPWMゲート信号のオン幅が増加するように構成されているものとし、これによりFB端子電圧の増加に対して出力電流が増加する。
制御IC20は、FB端子電圧が下限閾値Vsvp(例えば、0.5V程度)以下の場合にはOUT端子からのPWMゲート信号の出力を停止する。この停止状態は、FB端子電圧が下限閾値Vsvpより高くなることにより解除される。また、制御IC20は、FB端子電圧が上限閾値Vovp(例えば、3.5V程度)以上となる場合には、過電圧保護機能により、PWMゲート信号の出力を停止するとともにVCC端子電圧を放電させる。これにより、例えばFB端子がオープン状態の場合等において過電圧保護が作動すると、PWMゲート信号の出力が停止されるとともにVCC端子電圧が低下し、VCC端子電圧が動作下限電圧Vuvまで低下した時点で制御IC20が停止する(VCC端子電圧の放電も終了する)。ここで、抵抗14及び15を介して制御電源Vcc1が生成されている場合には、VCC端子電圧は上昇に転じ、これが動作開始電圧Vstを超えた時点で制御IC20は再起動する。このように、過電圧保護の作動時には、制御IC20は、抵抗14及び15を介した給電があることを条件に、数秒周期で間欠的にDC/DCコンバータ300を動作させることになる。
ISNS端子には、トランス6の1次巻線に流れる電流に比例した三角波電圧が入力される。制御IC20は、ISNS端子電圧のピーク値が保護閾値を超えると、過電力保護機能によってPWMゲート信号を停止するとともにVCC端子電圧を放電させる。この過電力保護機能による停止の場合も、上述した過電圧保護機能による停止の場合と同様に、制御IC20は間欠的にDC/DCコンバータ300を動作させる。なお、上述した各端子を有するような制御IC20は市場で入手可能であり(例えば、ミツミ電機株式会社製のMM3460)、他の端子のそれぞれの機能は当業者には周知であるので、その詳細な説明を省略する。
フィードバック回路700は、オペアンプ21及び22、電圧源23、24及び27、ダイオード25及び26、抵抗28及び29並びにフォトカプラ30(フォトダイオード30d及びフォトトランジスタ30t)を含み、二次側制御回路を構成する。フィードバック回路700は、制御電源Vcc2の供給を受けて二次側グランドG2を基準電位として動作する。概略として、オペアンプ21は出力電流を一定化させる機能を担う定電流制御用のオペアンプであり、オペアンプ22は出力電圧を一定化させる機能を担う定電圧制御用のオペアンプである。そして、DC/DCコンバータ300の出力状態に応じて、定電流制御及び定電圧制御の一方がダイオード25及び26からなるダイオードOR回路によって選択され、フォトダイオード30dの入力状態が決定される。なお、フォトカプラ30の入力信号又は出力信号をフィードバック信号というものとする。
定電流制御用のオペアンプ21の負入力端子(−)には検出回路400(電流検出抵抗10)によって検出された検出電流値が入力され、正入力端子(+)には出力電流の目標値(目標電流値)に対応する電圧が電圧源23から入力される。なお、オペアンプ21の負入力端子と出力端子間には不図示の帰還素子(抵抗、コンデンサ、又はこれらの直列回路若しくは並列回路)が接続されるものとする。オペアンプ21は、負入力端子に入力される検出電流値と、正入力端子に入力される目標電流値との誤差を増幅して出力する。言い換えると、ダイオード25がオンされて定電流制御が選択されている場合には、オペアンプ21は、検出電流値が目標電流値に一致するようにフィードバック信号を生成することになる。電圧源23の電圧値は、制御電源Vcc2の分圧値であればよい。
定電圧制御用のオペアンプ22の負入力端子(−)には検出回路400(抵抗11、12及び13)によって検出された検出電圧値が入力され、正入力端子(+)には出力電圧の目標電圧値(上限電圧値)に対応する電圧が電圧源24から入力される。なお、オペアンプ22の負入力端子と出力端子間にも不図示の帰還素子が接続されるものとする。オペアンプ22は、負入力端子に入力される検出電圧値と、正入力端子に入力される上限電圧値との誤差を増幅して出力する。言い換えると、ダイオード26がオンされて定電圧制御が選択されている場合には、オペアンプ22は、検出電圧値が上限電圧値に一致するようにフィードバック信号を生成することになる。電圧源24の電圧値は、制御電源Vcc2の分圧値であればよい。
ダイオード25及び26からなるダイオードOR回路は、オペアンプ21の出力端子電圧又はオペアンプ22の出力端子電圧のいずれか低い方に対してオンする。ダイオードOR回路の共通アノードはフォトダイオード30dのカソード側に接続される。フォトダイオード30dのアノードは電圧源27に抵抗28を介して接続され、フォトダイオード30dに抵抗29が並列接続される。電圧源27の電圧値は、制御電源Vcc2等であればよい。フォトトランジスタ30tには、フォトダイオード30dに流れる電流(発光)に応じた出力電流が流れる。このように、フィードバック回路700において、検出電流値(又は検出電圧値)と目標電流値(又は上限電圧値)の誤差に基づいてフィードバック信号が生成され、フォトカプラ30を介してフィードバック回路700から一次側のドライバ回路600に伝達される。
したがって、例えば定電流制御において、検出電流値が目標電流値よりも高い時点では、オペアンプ21の誤差増幅作用によってフォトダイオード30d及びフォトトランジスタ30tの電流が増加する。これにより、制御IC20のFB端子電圧が低下し、FET5のPWM駆動におけるオン幅が狭まり、出力電流が減少する。逆に、検出電流値が目標電流値よりも低い時点では、オペアンプ21の誤差増幅作用によってフォトダイオード30d及びフォトトランジスタ30tの電流が減少する。これにより、制御IC20のFB端子電圧が上昇し、FET5のPWM駆動におけるオン幅が拡がり、出力電流が増加する。
ここで、点滅抑制回路800がなかったとした場合のLED用電源装置100において制御異常が発生した場合の回路動作を説明する。なお、制御異常とは、フィードバック回路700における定電流制御等のフィードバック制御が正常に動作せずに、結果としてフォトトランジスタ30tが実質的にオフとなる状態をいうものとする。例えば、オペアンプ21及び22の故障により両出力端子がオープン又はハイ状態となっている場合、フォトカプラ30の故障によりフォトトランジスタ30tがオフ状態となっている場合、電流検出抵抗10が短絡している場合等が制御異常の状態に対応する。また、オペアンプ21及び22の出力オープン状態又はフォトトランジスタ30tのオフ状態は、制御電源Vcc2の電圧不足によっても引き起こされ得る。すなわち、制御異常時には、実際の出力電流値にかかわらず出力電流を最大限増加させるように作用するフィードバック信号が生成される。これらの制御異常状態においては、制御IC20のFB端子電圧は、内部基準電圧源20aの電圧(例えば、5V)に等しくなり、上限閾値Vovp(例えば、3.5V)を超えることになる。
図8に、比較例として、点滅抑制回路800がない場合の制御異常時の各部波形を示す。図8は、上段から出力電流、FB端子電圧及びVCC端子電圧を示し、横軸は時間である。
時刻t21において、制御異常が発生したものとする。時刻t21からFB端子電圧がコンデンサ19及び内部抵抗20bの時定数で上昇し、これに応じて出力電流も増加していく。
時刻t22においてFB端子電圧が上限閾値Vovpに達すると、制御IC20はOUT端子からのPWMゲート信号の出力を停止し、これにより出力電流はゼロとなる。また、制御IC20は、VCC端子電圧の放電を開始する。また、内部基準電圧源20aが停止してFB端子電圧は低下していく。
時刻t23において、VCC端子電圧が動作下限電圧Vuvまで低下すると、制御IC20は停止する。この時点から、抵抗14及び15を介した給電によってVCC端子電圧が上昇に転じる。また、内部基準電圧源20aの上昇開始に伴い、FB端子電圧が上昇を開始する。
時刻t24において、VCC端子電圧が動作開始電圧Vstを超えると制御IC20は再起動する。これにより、OUT端子がFB端子電圧に応じたオン幅のPWMゲート信号を出力し、出力電流が発生及び増加していく。なお、制御IC20の仕様として、時刻t24においてFB端子電圧の上昇が開始する構成もあり得る。
時刻t25の状況は時刻t22の状況と同じである。すなわち、FB端子電圧が上限閾値Vovpに達することにより出力電流はゼロとなる。また、VCC端子電圧の放電が開始され、FB端子電圧が低下していく。
このように、制御異常時には出力電流の停止と再開が繰り返され、これによりLED50は点滅する。この点滅の周期は、回路定数、交流電源電圧等によって異なるが、概ね秒単位(数秒周期)となる。
点滅抑制回路800は、上記のような制御異常時のLED50の点滅を抑制する。点滅抑制回路800は、ツェナーダイオード31、コンデンサ35、トランジスタ34、38及び42、フォトカプラ39並びに抵抗32、33、36、37、40及び41を備え、フォトカプラ39は、フォトダイオード39d及びフォトトランジスタ39tを内蔵する。点滅抑制回路800は、一次側グランドG1を基準電位として動作する。
ツェナーダイオード31が、カソードをFB端子側に向けてFB端子とトランジスタ34のベース端子の間に接続され、抵抗32がツェナーダイオード31に直列接続される。トランジスタ34のコレクタ端子は抵抗33を介して制御電源Vcc1に接続され、エミッタ端子はコンデンサ35及び抵抗36に接続される。コンデンサ35はトランジスタ34のエミッタ端子と一次側グランドG1の間に接続される。トランジスタ38のベース端子は抵抗36を介してコンデンサ35に接続される。トランジスタ38のエミッタ端子は一次側グランドG1に接続され、コレクタ端子はフォトダイオード39dのカソード及びフォトトランジスタ39tのコレクタ端子に接続される。フォトダイオードの39dのアノードは抵抗37を介して制御電源Vcc1に接続される。フォトトランジスタ39tのエミッタ端子は抵抗40を介して一次側グランドG1に接続され、抵抗41を介してトランジスタ42のベース端子に接続される。トランジスタ42のエミッタ端子は一次側グランドG1に接続され、コレクタ端子はFB端子に接続される。
なお、本実施形態では、トランジスタ34、38及び42としてバイポーラトランジスタが採用されるが、FETが採用されてもよい。この場合、ベース端子、コレクタ端子及びエミッタ端子は、それぞれゲート端子、ドレイン端子及びソース端子に対応し、それぞれを総称して制御端子、入力端子及び出力端子というものとする。また、採用されるトランジスタ34、38及び42によっては、抵抗32、36及び41の一部又は全部は省略(短絡)されてもよい。
点滅抑制回路800の回路動作を説明する。点滅抑制回路800において、実際の出力電流に対応する電圧(以下、「出力相関電圧」という)として、FB端子電圧がツェナーダイオード31に入力される。制御異常時に、FB端子電圧がツェナーダイオード31のツェナー電圧を超えると、ツェナーダイオード31がオンし、トランジスタ34にベース電流が流れ、トランジスタ34がオンする。これに関して、FB端子電圧が異常検出閾値Vth1を超えるとトランジスタ34がオンするものとする。この異常検出閾値Vth1は、下限閾値Vsvpよりも充分に高く、上限閾値Vovpよりも低い(すなわち、Vsvp<<Vth1<Vovpである)。あるいは、異常検出閾値Vth1は、ISNS端子に関して上述した過電力保護が作動する状態に対応するFB端子電圧よりも低い。要は、FB端子電圧が上昇しても、過電圧保護又は過電力保護が作動する前にトランジスタ34がオンされることが必要である。なお、異常検出閾値Vth1及びトランジスタ34の特性によっては、ツェナーダイオード31は省略され得る。トランジスタ34がオンすると、制御電源Vcc1から抵抗33及びトランジスタ34を介してコンデンサ35が充電される。詳細を後述するように、FB端子電圧は間欠的に異常検出閾値Vth1を超えるので、トランジスタ34は間欠的にオンし、この各オン期間によってコンデンサ35は段階的に充電される。
コンデンサ35の電圧がトランジスタ38の動作閾値(作動閾値)Vonを超えると、トランジスタ38がオンする。トランジスタ38がオンすると、制御電源Vcc1から抵抗37、フォトダイオード39d及びトランジスタ38を介してトリガ電流が流れる。このトリガ電流がフォトダイオード39dに流れることによって、フォトトランジスタ39tがオンする。これにより、制御電源Vcc1から抵抗37、フォトダイオード39d、フォトトランジスタ39t及び抵抗41を介してトランジスタ42のベース端子にラッチ電流が流れる。このラッチ電流によりトランジスタ42がオン状態に維持され、FB端子が一次側グランドG1に短絡された状態が維持される。すなわち、コンデンサ35の電圧が作動閾値Vonを超えた時点でトリガ電流及びラッチ電流が流れ、その後トランジスタ38がオフしてもラッチ電流が流れ続け、トランジスタ42のオン状態がラッチされる。これにより、FB端子電圧がゼロに固定される。
FB端子電圧が所定回数にわたって上限閾値Vovpに達した場合にコンデンサ35の電圧が作動閾値Vonを超えるように、異常検出閾値Vth1、コンデンサ35の容量及びコンデンサ35の充電電流が設定されるものとする。コンデンサ35の充電電流は、制御電源Vcc1の電圧値、抵抗33の抵抗値、トランジスタ34の特性等によって決まる。上記所定回数(すなわち点滅回数)は1回以上10回以下程度が好ましく、2回以上4回以下程度がより好ましい。このように、適切な点滅回数を経てLED50の消灯が行われるので、点滅継続による不快感の防止と点滅による異常の報知とが両立される。
なお、FB端子電圧がゼロに維持される場合、FET5によるトランス6のスイッチング動作が停止するため、補助巻線6sからの電圧は得られなくなる。ただし、ラッチ電流はDC/DCコンバータ300から抵抗14及び15を介して供給されるので、トランジスタ42のオン、すなわちDC/DCコンバータ300の駆動停止状態は、交流電源ACが再投入されるまで維持される。
図3に、点滅抑制回路800を有するLED用電源装置100の制御異常時の各部波形を示す。図3は、上段から出力電流、FB端子電圧、コンデンサ35の電圧、トランジスタ38の動作状態、フォトカプラ39及びトランジスタ42の動作状態並びにVCC端子電圧を示し、横軸は時間である。なお、図は寸法通りではない。
時刻t1において、制御異常が発生したものとする。時刻t1からFB端子電圧がコンデンサ19及び内部抵抗20bの時定数で上昇し、これに応じて出力電流も増加していく。
時刻t2において、FB端子電圧が異常検出閾値Vth1を超えると、トランジスタ34がオンし、コンデンサ35が充電される。
時刻t3においてFB端子電圧が上限閾値Vovpに達すると、制御IC20はOUT端子からのPWMゲート信号の出力を停止し、これにより出力電流はゼロとなる。また、制御IC20は、VCC端子電圧の放電を開始し、これに伴い内部基準電圧源20aが低下してFB端子電圧は低下していく。これにより、トランジスタ34がオフとなり、コンデンサ35の電圧はその後自然放電によってわずかに減少していく。
時刻t4において、VCC端子電圧が動作下限電圧Vuv(例えば、9V)まで低下すると、制御IC20は停止する。この時点から、抵抗14及び15を介した給電によってVCC端子電圧が上昇に転じる。また、内部基準電圧源20aの上昇開始に伴い、FB端子電圧が上昇を開始する。
時刻t5において、VCC端子電圧が動作開始電圧Vst(例えば、13V)を超えると制御IC20は再起動する。これにより、OUT端子がFB端子電圧に応じたオン幅のPWMゲート信号を出力し、出力電流が発生及び増加していく。なお、制御IC20の仕様として、時刻t5においてFB端子電圧の上昇が開始する構成であってもよい。
時刻t6及びt7の状況は時刻t2の状況と同じである。すなわち、FB端子電圧が異常検出閾値Vth1を超え、トランジスタ34がオンしてコンデンサ35が充電される。このように、コンデンサ35が段階的に充電されていく。
時刻t8(充電完了時)において、コンデンサ35の電圧がトランジスタ38の動作閾値(作動閾値)Vonを超えると、トランジスタ38がオンし、上述したように、フォトカプラ39のフォトダイオード39dにトリガ電流が発生し、トリガ電流によってフォトダイオード39d及びフォトトランジスタ39tにラッチ電流が発生し、ラッチ電流によってトランジスタ42がオンする。トランジスタ42がオンしてFB端子電圧がゼロ(すなわち、下限閾値Vsvp以下)となることによって、PWMゲート信号が停止され、出力電流がゼロとなる。
このように、制御異常時には、LED50は点滅後に消灯され、その消灯状態が維持される。なお、時刻t1から時刻t8までの時間は、上述した適切な点滅回数に応じて、数秒〜十数秒程度であればよい。
以上のように、本実施形態のLED用電源装置100は、直流出力電流をLED50に供給可能なDC/DCコンバータ300と、DC/DCコンバータ300を駆動するドライバ回路600と、点滅抑制回路800とを備え、点滅抑制回路800は、直流出力電流に対応する出力相関電圧が間欠的に異常検出閾値Vth1を超える各期間にコンデンサ35を充電し、段階的に充電されるコンデンサ35の電圧が作動閾値Vonを超える充電完了時に、ドライバ回路600にDC/DCコンバータ300の駆動を停止状態に固定させるように構成される。このように、出力相関電圧が間欠的に異常検出閾値Vth1を超える各期間にコンデンサ35が充電され、出力電流の間欠出力の周期でコンデンサ35が段階的に充電されていく。そして、充電完了時以降は、DC/DCコンバータ300の駆動が停止され、LED50が消灯される。したがって、制御異常時のDC/DCコンバータ300の間欠出力によるLED50の長周期かつ長期的な点滅が抑制される。これにより、LED照明装置150は、制御異常時においても、点滅継続による不快感をユーザに与えることはない。
特に、本実施形態では、ドライバ回路600は、FB端子電圧が下限閾値Vsvp以下である場合にDC/DCコンバータ300の駆動を停止し、FB端子電圧が下限閾値Vsvpより高く上限閾値Vovp未満である場合にFB端子電圧に応じてDC/DCコンバータ300を駆動し、FB端子電圧が上限閾値Vovp以上となる場合にDC/DCコンバータ300を間欠的に駆動するように構成される。ここで、出力相関電圧はFB端子電圧であり、異常検出閾値Vth1が上限閾値Vovpよりも低く、点滅抑制回路800は、充電完了時にFB端子電圧を下限閾値Vsvp以下の値(ゼロ)に固定するように構成される。このように、出力電流を直接決定するFB端子電圧が出力相関電圧として採用されるので、高い信頼性でLED50の点滅を検出及び停止することが可能となる。
<第2の実施形態>
上記第1の実施形態では、出力相関電圧としてFB端子電圧を用いて点滅状態を検出する構成を示したが、本実施形態では、出力相関電圧としてOUT端子電圧(すなわち、PWMゲート信号)の積分値を用いて点滅状態を検出する構成を示す。
上記第1の実施形態では、出力相関電圧としてFB端子電圧を用いて点滅状態を検出する構成を示したが、本実施形態では、出力相関電圧としてOUT端子電圧(すなわち、PWMゲート信号)の積分値を用いて点滅状態を検出する構成を示す。
図4に、本実施形態のLED用電源装置100及びLED照明装置150の回路図を示す。本実施形態と第1の実施形態とは、点滅抑制回路800のツェナーダイオード31の入力部が異なり、他の部分は実質的に同様である。本実施形態において、第1の実施形態と実質的に同様の構成には同様の符号を付し、その重複する説明を省略する。
本実施形態においては、点滅抑制回路800は、OUT端子電圧であるPWMゲート信号の積分値(以下、「PWM積分値」という)を取得する積分回路を有する。点滅抑制回路800はダイオード43、抵抗44及びコンデンサ45を更に備え、抵抗44及びコンデンサ45からなる積分回路がダイオード43を介してOUT端子に接続される。これにより、FET5に印加されるゲート電圧に影響を与えることなく、コンデンサ45においてPWM積分値が得られ、これがツェナーダイオード31に入力される。PWMゲート信号の電圧振幅値は、VCC端子電圧と実質的に同じである。したがって、補助電源回路500のツェナーダイオード18のツェナー電圧の設定によって、PWMゲート信号の電圧振幅値が決まる。
OUT端子電圧であるPWMゲート信号は、交流電源ACの位相(すなわち、不図示のMUL端子の入力)及びFB端子電圧に応じたオンデューティとなり、交流電源ACの同じ位相角においては、オンデューティはFB端子電圧の増加に対して実質的に単調増加する。したがって、交流電源ACの各サイクルのピーク付近において、PWM積分値はFB端子電圧に対して単調増加する。そこで、本実施形態では、制御異常時におけるPWM積分値が異常検出閾値Vth2を超える場合にトランジスタ34がオンするように、抵抗44及びコンデンサ45の積分時定数、ツェナーダイオード31のツェナー電圧等の回路定数が設定される。この異常検出閾値Vth2は、FB端子電圧が上限閾値Vovpに達する状態でのPWM積分値よりも低く、あるいは、ISNS端子による過電力保護が作用する状態でのPWM積分値よりも低いものとする。
図5に、LED用電源装置100の制御異常時の各部波形を示す。図5は、上段から出力電流、FB端子電圧、PWM積分値、コンデンサ35の電圧、トランジスタ38の動作状態、フォトカプラ39及びトランジスタ42の動作状態並びにVCC端子電圧を示し、横軸は時間である。なお、図は寸法通りではない。
時刻t11において、制御異常が発生したものとする。時刻t11からFB端子電圧がコンデンサ19及び内部抵抗20bの時定数で上昇し、これに応じて出力電流も増加していく。
時刻t12において、PWM積分値が異常検出閾値Vth2を超えると、トランジスタ34がオンし、コンデンサ35が充電される。
時刻t13においてFB端子電圧が上限閾値Vovpに達すると、制御IC20はOUT端子からのPWMゲート信号の出力を停止し、これにより出力電流はゼロとなる。また、制御IC20は、VCC端子電圧の放電を開始し、これに伴い内部基準電圧源20aが低下してFB端子電圧は低下していく。これにより、トランジスタ34がオフとなり、コンデンサ35の電圧はその自然放電によってわずかに減少していく。
時刻t14において、VCC端子電圧が動作下限電圧Vuvまで低下すると、制御IC20は停止する。この時点から、抵抗14及び15を介した給電によってVCC端子電圧が上昇に転じる。また、内部基準電圧源20aの上昇開始に伴い、FB端子電圧が上昇を開始する。
時刻t15において、VCC端子電圧が動作開始電圧Vstを超えると制御IC20は再起動する。これにより、PWMゲート信号のオンデューティが増加し、PWM積分値及び出力電流が増加していく。なお、制御IC20の仕様として、時刻t15においてFB端子電圧の上昇が開始する構成であってもよい。
時刻t16及びt17の状況は時刻t12の状況と同じである。すなわち、PWM積分値が異常検出閾値Vth2を超え、トランジスタ34がオンしてコンデンサ35が充電される。このように、コンデンサ35が段階的に充電される。
時刻t18(充電完了時)以降の動作は、第1の実施形態の時刻t8以降の動作と同様である。すなわち、コンデンサ35の電圧がトランジスタ38の動作閾値(作動閾値)Vonを超えると、トランジスタ38がオンしてフォトダイオード39dにトリガ電流が流れ、これによりフォトトランジスタ39tにラッチ電流が流れてトランジスタ42がオン状態に維持される。トランジスタ42がオンしてFB端子電圧がゼロ(すなわち、下限閾値Vsvp以下)に固定されることによって、PWMゲート信号の停止及び出力電流の停止が維持される。このように、制御異常時には、LED50は点滅後に消灯され、この消灯状態が維持される。
以上のように、本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、制御異常時のDC/DCコンバータ300の間欠出力によるLED50の長周期かつ長期的な点滅が抑制される。特に、本実施形態のLED用電源装置100では、上記仕様のドライバ回路600が用いられる構成において、出力相関電圧は、PWMゲート信号を積分して得られるPWM積分値であり、点滅抑制回路800は、充電完了時にFB端子電圧を下限閾値Vsvp以下の値(ゼロ)に固定するように構成される。このように、比較的高い電圧振幅値を設定可能なPWMゲート信号の積分値が出力相関電圧として採用されるので、出力相関電圧の変動幅が広く、点滅抑制回路800における高い設計自由度が得られる。
<第3の実施形態>
上記第1又は第2の実施形態においては、制御異常時にLED50の点滅状態を消灯状態に移行させる構成を示したが、本実施形態では、LED50の点滅状態を減光状態に移行させる構成を示す。
上記第1又は第2の実施形態においては、制御異常時にLED50の点滅状態を消灯状態に移行させる構成を示したが、本実施形態では、LED50の点滅状態を減光状態に移行させる構成を示す。
図6に、本実施形態におけるドライバ回路600及び点滅抑制回路800を示す。本実施形態は、第1の実施形態とは、トランジスタ42のコレクタ端子と制御IC20のFB端子との間に抵抗46が接続された点が異なり、他の部分は実質的に同様である。本実施形態において、第1の実施形態と実質的に同様の構成には同様の符号を付し、その重複する説明を省略する。
制御異常時にトランジスタ42がオン状態にある場合に、FB端子電圧は、内部基準電圧源20aを内部抵抗20b及び抵抗46で分圧した設定値Vsetに固定される。この設定値Vsetは、下限閾値Vsvpよりも高く、かつ出力電流が定格LED電流以下となるような値(少なくとも異常検出閾値Vth1よりも充分に低い値)である。したがって、FB端子電圧が設定値Vsetに固定されることにより、LED50は減光点灯される。言い換えると、制御異常時には、フィードバック回路700の動作とは無関係なフィードフォワード制御が実行される。なお、本実施形態の構成は、第2の実施形態におけるLED用電源装置100(図4)においても、抵抗46をトランジスタ42のコレクタ端子と制御IC20のFB端子との間に接続することにより、同様に適用可能である。
図7に、LED用電源装置100の制御異常時の各部波形を示す。図7は、上段から出力電流、FB端子電圧、コンデンサ35の電圧、トランジスタ38の動作状態、フォトカプラ39及びトランジスタ42の動作状態並びにVCC端子電圧を示し、横軸は時間である。なお、図は寸法通りではない。
時刻t1〜t7までの動作は、第1の実施形態(図3)で示した時刻t1〜t7と同様である。すなわち、時刻t1において制御異常が発生し、FB端子電圧及び出力電流が増加していき、時刻t2においてFB端子電圧が異常検出閾値Vth1を超えると、コンデンサ35の充電が開始される。時刻t3においてFB端子電圧が上限閾値Vovpに達すると、制御IC20はPWMゲート信号の出力を停止し、出力電流はゼロとなる。時刻t4において、VCC端子電圧が動作下限電圧Vuvまで低下すると制御IC20は停止し、この時点から抵抗14及び15を介した給電によってVCC端子電圧が上昇に転じる。時刻t5において、VCC端子電圧が動作開始電圧Vstを超えると制御IC20は再起動し、出力電流が発生及び増加していく。時刻t6及びt7の状況は時刻t2の状況と同じであり、コンデンサ35が段階的に充電される。
時刻t8(充電完了時)において、コンデンサ35の電圧がトランジスタ38の動作閾値(作動閾値)Vonを超えると、トランジスタ38がオンし、上述したように、フォトカプラ39のフォトダイオード39dにトリガ電流が発生し、トリガ電流によってフォトダイオード39d及びフォトトランジスタ39tにラッチ電流が発生し、ラッチ電流によってトランジスタ42がオンする。トランジスタ42がオンされてFB端子電圧が設定値Vsetに固定されることによって、LED50の点滅状態は、低減された出力電流による減光状態に移行される。
以上のように、本実施形態のLED用電源装置100の点滅抑制回路800は、上記第1又は第2の実施形態において、制御異常時に、FB端子電圧をゼロに固定してLED50を消灯する代わりに、FB端子電圧を直流出力電流が定格LED電流値以下となるように設定された設定値Vsetに固定してLED50を減光するように構成される。これにより、上記第1又は第2の実施形態で得られる効果に加えて、制御異常時においても連続光による最小限の照明機能が確保されるという効果が得られる。
<変形例>
以上に本発明の好適な実施形態を示したが、本発明は、例えば以下に示すように種々の態様に変形可能である。
以上に本発明の好適な実施形態を示したが、本発明は、例えば以下に示すように種々の態様に変形可能である。
(1)DC/DCコンバータ300の変形
上記各実施形態においては、DC/DCコンバータ300が力率改善型フライバックコンバータである構成を示した。一方、本発明は、DC/DCコンバータ300が、例えば低ワット用(入力電力が30W以下)の力率改善型でないフライバックコンバータ(すなわち、入力コンデンサの容量が出力コンデンサの容量よりも大きい構成)である構成にも適用可能である。また、本発明は、DC/DCコンバータ300が、バックコンバータ、バックブーストコンバータ等の他の形態のDC/DCコンバータである構成にも適用可能である。
上記各実施形態においては、DC/DCコンバータ300が力率改善型フライバックコンバータである構成を示した。一方、本発明は、DC/DCコンバータ300が、例えば低ワット用(入力電力が30W以下)の力率改善型でないフライバックコンバータ(すなわち、入力コンデンサの容量が出力コンデンサの容量よりも大きい構成)である構成にも適用可能である。また、本発明は、DC/DCコンバータ300が、バックコンバータ、バックブーストコンバータ等の他の形態のDC/DCコンバータである構成にも適用可能である。
(2)制御IC20に関する変形
上記各実施形態においては、ドライバ回路600が特定の制御IC20で構成される場合を説明したが、上述した各端子の機能を実現する他の制御IC又はアナログ回路でドライバ回路600が構成される場合にも本発明は適用可能である。
上記各実施形態においては、ドライバ回路600が特定の制御IC20で構成される場合を説明したが、上述した各端子の機能を実現する他の制御IC又はアナログ回路でドライバ回路600が構成される場合にも本発明は適用可能である。
5 スイッチング素子
6 トランス(インダクタ素子)
6s 補助巻線
34、38、42 トランジスタ
35 コンデンサ
39 フォトカプラ
39d フォトダイオード
39t フォトトランジスタ
50 LED
100 LED用電源装置
150 LED照明装置
300 DC/DCコンバータ
600 ドライバ回路
800 点滅抑制回路
6 トランス(インダクタ素子)
6s 補助巻線
34、38、42 トランジスタ
35 コンデンサ
39 フォトカプラ
39d フォトダイオード
39t フォトトランジスタ
50 LED
100 LED用電源装置
150 LED照明装置
300 DC/DCコンバータ
600 ドライバ回路
800 点滅抑制回路
Claims (7)
- LED用電源装置であって、
直流出力電流をLEDに供給可能なDC/DCコンバータと、
前記DC/DCコンバータを駆動するドライバ回路と、
前記直流出力電流に対応する出力相関電圧が間欠的に異常検出閾値を超える各期間にコンデンサを充電し、段階的に充電される前記コンデンサの電圧が作動閾値を超える充電完了時に、前記ドライバ回路に前記DC/DCコンバータの駆動を停止状態又は低減状態に固定させるように構成された点滅抑制回路と
を備えたLED用電源装置。 - 請求項1に記載のLED用電源装置において、
前記ドライバ回路が、所定端子を有し、該所定端子の端子電圧が下限閾値以下である場合に前記DC/DCコンバータの駆動を停止し、前記端子電圧が前記下限閾値より高く上限閾値未満である場合に前記端子電圧に応じて前記DC/DCコンバータを駆動し、前記端子電圧が前記上限閾値以上となる場合に前記DC/DCコンバータを間欠的に駆動するように構成され、
前記出力相関電圧が前記端子電圧であり、前記異常検出閾値が前記上限閾値よりも低く、
前記点滅抑制回路が、前記充電完了時に前記端子電圧を、前記下限閾値以下の値又は前記直流出力電流が前記LEDの定格電流値以下となるように設定された値に固定するように構成された、LED用電源装置。 - 請求項1に記載のLED用電源装置において、
前記ドライバ回路が、所定端子を有し、該所定端子の端子電圧に対応するPWMゲート信号を生成して前記DC/DCコンバータのスイッチング素子をPWM駆動するように構成され、前記端子電圧が下限閾値以下である場合に前記PWMゲート信号を停止し、前記端子電圧が前記下限閾値より高く上限閾値未満である場合に前記端子電圧に応じたオンデューティの前記PWMゲート信号を出力し、前記端子電圧が前記上限閾値以上となる場合に前記PWMゲート信号を間欠的に出力するように構成され、
前記出力相関電圧が、前記PWMゲート信号を積分して得られる電圧であり、
前記点滅抑制回路が、前記充電完了時に前記端子電圧を、前記下限閾値以下の値又は前記直流出力電流が前記LEDの定格電流値以下となるように設定された値に固定するように構成された、LED用電源装置。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載のLED用電源装置において、
前記点滅抑制回路が、
前記コンデンサと、
前記出力相関電圧が前記異常検出閾値を超える場合にオンされて前記コンデンサを充電する第1のトランジスタと、
前記コンデンサの電圧が前記作動閾値を超える場合にオンされてトリガ電流を発生させる第2のトランジスタと、
一対のフォトダイオード及びフォトトランジスタを内蔵し、前記フォトダイオードのカソードが前記フォトトランジスタのコレクタに接続され、前記第2のトランジスタと前記フォトダイオードが直列接続され、前記トリガ電流が前記フォトダイオードを流れることによって前記フォトトランジスタにラッチ電流が流れるように構成されたフォトカプラと、
前記ラッチ電流が入力されることによってオンされ、前記端子電圧を、前記下限閾値以下の値又は前記直流出力電流が前記LEDの定格電流値以下となるように設定された値に低下させる第3のトランジスタと
を含む、LED用電源装置。 - 請求項4に記載のLED用電源装置において、前記ラッチ電流が少なくとも前記DC/DCコンバータの入力電圧から抵抗を介して供給されるように構成された、LED用電源装置。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載のLED用電源装置において、前記端子電圧が所定回数にわたって前記上限閾値に達した場合に前記コンデンサの電圧が前記作動閾値を超えるように、前記異常検出閾値、前記コンデンサの容量及び前記コンデンサの充電電流が設定され、前記所定回数が1回以上10回以下、好ましくは2回以上4回以下である、LED用電源装置。
- 請求項1から6のいずれか一項に記載のLED用電源装置と、前記LEDとを備えたLED照明装置。
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