JP2018106843A - 点灯装置及び照明器具 - Google Patents

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Abstract

【課題】入力電圧が位相制御された場合に過電流の抑制を図る。【解決手段】第2制御回路112、122は、点灯期間において第1LEDアレイ2、第2LEDアレイ3に流れる負荷電流I2、I3の大きさを検出し、負荷電流I2、I3の大きさが第1目標値よりも大きい上限値を超えないようにトランジスタQ1、Q2を制御する。さらに、第2制御回路112、122は、第1制御回路111、121が負荷電流I2、I3の大きさを制御する際の第1応答速度よりも速い第2応答速度でトランジスタQ1、Q2を制御する。【選択図】 図1

Description

本発明は、点灯装置及び照明器具に関し、より詳細には、交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換せずに固体光源に供給して点灯させる点灯装置及び当該点灯装置を備えた照明器具に関する。
従来例として、特許文献1記載のLED照明機器を例示する。特許文献1記載のLED照明機器(以下、従来例という)は、複数のLED(Light Emitting Diode)の直列回路からなるLEDストリングと、交流電圧を全波整流する整流器と、発光制御部とを備えている。このうち、整流器と発光制御部が点灯装置に含まれる。発光制御部は、整流器を介してLEDストリングに供給される入力電圧(脈流電圧)の変動に応じてLEDの点灯数を変えながらLEDストリングに流れる駆動電流を定電流制御する。調光器は、トライアックを有している。調光器は、トライアックを制御することで交流電源からLED照明機器に供給される交流電圧の位相を制御してLED照明機器を調光制御するように構成されている。
特開2013−225393号公報
ところで、調光器のトライアックが交流電圧のピークに近い位相でターンオンした場合、点灯装置への入力電流が急激に増加することにより、点灯装置に過電流が流れてしまう可能性がある。
本発明の目的は、入力電圧が位相制御された場合に過電流の抑制を図ることができる点灯装置及び照明器具を提供することである。
本発明の一態様に係る点灯装置は、交流電圧を整流して脈流電圧を出力する整流回路を備える。前記点灯装置は、前記脈流電圧の1周期内において、固体光源に負荷電流を供給する点灯期間と前記固体光源に負荷電流を供給しない消灯期間とを前記脈流電圧の電圧値に応じて切り替える駆動回路とを備える。前記駆動回路は、前記固体光源に流れる負荷電流を増減する制御素子と、前記点灯期間において前記固体光源に流れる負荷電流の大きさを検出し、前記負荷電流の大きさを第1目標値に一致させるように前記制御素子を制御する第1制御回路とを有する。さらに、前記駆動回路は、前記点灯期間において前記固体光源に流れる負荷電流の大きさを検出し、前記負荷電流の大きさが前記第1目標値よりも大きい上限値を超えないように前記制御素子を制御する第2制御回路を有する。前記第2制御回路は、前記第1制御回路が前記負荷電流の大きさを制御する際の第1応答速度よりも速い第2応答速度で前記制御素子を制御する。
本発明の一態様に係る照明器具は、前記点灯装置と、前記点灯装置を保持する本体とを備える。
本発明の点灯装置及び照明器具は、入力電圧が位相制御された場合に過電流の抑制を図ることができるという効果がある。
図1は、本発明の実施形態1に係る点灯装置の回路図である。 図2は、同上の点灯装置の動作説明用の回路図である。 図3は、同上の点灯装置の動作説明用の波形図である。 図4は、同上の点灯装置の別の動作説明用の波形図である。 図5は、同上の点灯装置の変形例における一部省略した回路図である。 図6は、本発明の実施形態2に係る点灯装置の一部省略した回路図である。 図7Aは、本発明の実施形態3に係る照明器具の斜視図である。図7Bは、同上の照明器具の変形例1の斜視図である。図7Cは、同上の照明器具の変形例2の斜視図である。
以下、本発明の実施形態に係る点灯装置、並びに本発明の実施形態に係る照明器具を説明する。なお、以下の実施形態で説明する構成は本発明の一例にすぎない。本発明は、以下の実施形態に限定されず、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
(実施形態1)
実施形態1に係る点灯装置1Aは、図1に示すように、整流回路10と、第1駆動回路11と、第2駆動回路12と、ブリーダ回路13と、電源回路14と、基準電圧回路15と、フィルタ回路16とを備えている。点灯装置1Aは、交流電源4から供給される交流電圧(例えば、電圧実効値が100[V]、電源周波数が50[Hz]又は60[Hz]である正弦波の交流電圧)を交直変換せずに少なくとも1つの固体光源に供給して点灯する。固体光源は、例えば、照明用白色LEDである。ただし、固体光源は、有機エレクトロルミネッセンス素子、あるいは半導体レーザなどのLED以外の固体光源でも構わない。
整流回路10は、4つのダイオードD1〜D4のブリッジ回路(ダイオードブリッジ)で構成されている。整流回路10は、2つの交流入力端間に交流電源4から入力される交流電圧を全波整流し、2つの脈流出力端間から脈流電圧(入力電圧Vin)及び脈流電流(入力電流Iin)を出力する。2つの脈流出力端のうちの一方の脈流出力端に往路の電路(第1電路17)が電気的に接続されている。また、2つの脈流出力端のうちの他方の脈流出力端に復路の電路(第2電路18)が電気的に接続されている。
フィルタ回路16は、第1電路17に挿入されるチョークコイルL1と、第1電路17と第2電路18の間に電気的に接続される2つのコンデンサ(アクロスザラインコンデンサ)C1、C2とを有している。つまり、フィルタ回路16は、いわゆるπ形のLCフィルタ回路である。フィルタ回路16は、交流電源4と整流回路10を電気的に接続している電源ラインに重畳したサージ電圧をフィルタリングすることにより、第1駆動回路11、第2駆動回路12、ブリーダ回路13、電源回路14及び基準電圧回路15を保護している。
第1電路17の末端に第1LEDアレイ2の正極が電気的に接続されている。また、第1LEDアレイ2の負極に第2LEDアレイ3の正極が電気的に接続されている。第1LEDアレイ2は、3つのLED20の直列回路で構成されている。また、第2LEDアレイ3は、2つのLED30の直列回路で構成されている。第1LEDアレイ2及び第2LEDアレイ3は、それぞれの正極と負極の間に印加される電圧がそれぞれのオン電圧(第1オン電圧V21及び第2オン電圧V22)以上のときに導通して発光(点灯)する。第1オン電圧V21と第2オン電圧V22の合計値(V21+V22)は、入力電圧Vinのピーク値(例えば、100×√2≒141[V])よりも低い値である。例えば、合計値は、ピーク値よりも10[%]〜20[%]低い値)であることが好ましい。ただし、第1LEDアレイ2及び第2LEDアレイ3を構成するLED20、30の個数は、3つ及び2つに限定されない。また、点灯装置1Aが点灯させるLEDアレイは2つに限定されず、3つ以上のLEDアレイを点灯させるように構成されてもよい。なお、第1LEDアレイ2及び第2LEDアレイ3は、点灯装置1Aの構成要素に含まれない。
第1LEDアレイ2の正極と負極の間に平滑用のコンデンサC12が電気的に並列接続されている。第2LEDアレイ3の正極と負極の間にも平滑用のコンデンサC13が電気的に並列接続されている。これら2つのコンデンサC12、C13は、第1LEDアレイ2及び第2LEDアレイ3に印加される電圧及び電流を平滑することにより、第1LEDアレイ2及び第2LEDアレイ3から放射される光の変動を抑制している。
第1駆動回路11は、第1制御素子に相当するトランジスタQ1と、第1制御回路111と、第2制御回路112とを有している。トランジスタQ1は、例えばエンハンスメント形のnチャンネルMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)である。トランジスタQ1のドレインはダイオードD11のカソードと電気的に接続されている。ダイオードD11のアノードは、第1LEDアレイ2の負極と電気的に接続されている。
第1制御回路111は、オペアンプU2と、コンデンサC25と、抵抗R25〜R27とを備えている。抵抗R27の一端がトランジスタQ1のソースと電気的に接続され、抵抗R27の他端が第2電路18と電気的に接続されている。抵抗R25の一端がトランジスタQ1のゲートと電気的に接続され、抵抗R25の他端がオペアンプU2の出力端子と電気的に接続されている。オペアンプU2のプラス入力端子は、基準電圧回路15から第1基準電圧V1が入力される。オペアンプU2のマイナス入力端子は、抵抗R26を介してトランジスタQ1のソースと電気的に接続されている。コンデンサC25は、オペアンプU2の出力端子とマイナス入力端子に電気的に直列接続されている。オペアンプU2は、トランジスタQ1のドレイン電流を抵抗R27の両端電圧によって検出し、その両端電圧を第1基準電圧V1に一致させるように出力電圧(トランジスタQ1のゲート電圧)を調整する。つまり、第1制御回路111は、トランジスタQ1のゲート電圧(ゲート・ソース間電圧)を調整(制御)することによって、第1LEDアレイ2に流れる負荷電流I2(の大きさ)を第1基準電圧V1に対応した第1目標値に一致させて定電流化する。ここで、コンデンサC25及び抵抗R25、R26は、オペアンプU2の発振を防止するための位相補償回路を構成している。
第2制御回路112は、スイッチ素子Q7と、3つの抵抗R44〜R46とを備えている。スイッチ素子Q7は、例えば、NPN型のバイポーラトランジスタである。スイッチ素子Q7のコレクタは、抵抗R46を介してトランジスタQ1のゲートと電気的に接続されている。スイッチ素子Q7のベースは、抵抗R45を介してトランジスタQ1のソースと電気的に接続されている。また、抵抗R44の一端が抵抗R27の一端及びスイッチ素子Q7のエミッタと電気的に接続され、抵抗R44の他端がトランジスタQ1のソースと電気的に接続されている。スイッチ素子Q7は、ベース・エミッタ間の電圧がしきい値未満のときはオフとなり、ベース・エミッタ間の電圧がしきい値以上のときにオンする。スイッチ素子Q7がオンすると、トランジスタQ1のゲートに蓄積されている電荷がスイッチ素子Q7を介して引き抜かれ、トランジスタQ1がターンオフする。つまり、第2制御回路112は、負荷電流I2(の大きさ)が上限値未満のときはスイッチ素子Q7をオフ状態に維持し、負荷電流I2が上限値以上のときにスイッチ素子Q7をオンしてトランジスタQ1をターンオフすることで負荷電流I2を減少させる。
第2駆動回路12は、第2制御素子に相当するトランジスタQ2と、第1制御回路121と、第2制御回路122とを有している。トランジスタQ2は、例えばエンハンスメント形のnチャンネルMOSFETである。トランジスタQ2のドレインはダイオードD12のカソードと電気的に接続されている。ダイオードD12のアノードは、第2LEDアレイ3の負極と電気的に接続されている。
第1制御回路121は、オペアンプU3と、コンデンサC16と、抵抗R30〜R32とを備えている。抵抗R32の一端がトランジスタQ2のソースと電気的に接続され、抵抗R32の他端が第1制御回路111の抵抗R27の一端と電気的に直列接続されている。抵抗R30の一端がトランジスタQ2のゲートと電気的に接続され、抵抗R30の他端がオペアンプU3の出力端子と電気的に接続されている。オペアンプU3のプラス入力端子は、基準電圧回路15から第2基準電圧V2が入力される。オペアンプU3のマイナス入力端子は、抵抗R31を介してトランジスタQ2のソースと電気的に接続されている。コンデンサC16は、オペアンプU3の出力端子とマイナス入力端子に電気的に直列接続されている。オペアンプU3は、トランジスタQ2のドレイン電流(負荷電流I3)を抵抗R32と抵抗R27の直列回路の両端電圧によって検出し、その両端電圧を第2基準電圧V2に一致させるように出力電圧(トランジスタQ2のゲート電圧)を調整する。つまり、第1制御回路121は、第1LEDアレイ2及び第2LEDアレイ3に流れる負荷電流I3を第2基準電圧V2に対応した第2目標値に一致させて定電流化する。ここで、コンデンサC16及び抵抗R30、R31は、オペアンプU3の発振を防止するための位相補償回路を構成している。
第2制御回路122は、スイッチ素子Q8と、3つの抵抗R47〜R49とを備えている。スイッチ素子Q8は、例えば、NPN型のバイポーラトランジスタである。スイッチ素子Q8のコレクタは、抵抗R49を介してトランジスタQ2のゲートと電気的に接続されている。スイッチ素子Q8のベースは、抵抗R48を介してトランジスタQ2のソースと電気的に接続されている。また、抵抗R47の一端が抵抗R27の一端及びスイッチ素子Q8のエミッタと電気的に接続され、抵抗R47の他端がトランジスタQ2のソースと電気的に接続されている。スイッチ素子Q8は、ベース・エミッタ間の電圧がしきい値未満のときはオフとなり、ベース・エミッタ間の電圧がしきい値以上のときにオンする。スイッチ素子Q8がオンすると、トランジスタQ2のゲートに蓄積されている電荷がスイッチ素子Q8を介して引き抜かれ、トランジスタQ2がターンオフする。つまり、第2制御回路122は、負荷電流I3(の大きさ)が上限値未満のときはスイッチ素子Q8をオフ状態に維持し、負荷電流I3が上限値以上のときにスイッチ素子Q8をオンしてトランジスタQ2をターンオフすることで負荷電流I3を減少させる。
電源回路14は、コンデンサC11と定電圧回路(定電圧ダイオードZD2)の並列回路で構成されている。コンデンサC11は、ブリーダ回路13から供給されるブリーダ電流によって充電される。定電圧ダイオードZD2は、コンデンサC11の両端電圧を所定電圧(例えば、6〜15[V])以下にクランプする。電源回路14は、コンデンサC11に充電された電荷を放電することで第1駆動回路11及び第2駆動回路12に電流(以下、制御電源電流と呼ぶ。)Iccを供給する。なお、制御電源電流Iccは、第1駆動回路11のオペアンプU2及び第2駆動回路12のオペアンプU3の各々消費電流の最大値(例えば、1[mA])の合計よりも大きいことが好ましい。
基準電圧回路15は、3つの分圧抵抗R21、R23、R24と、2つのコンデンサC14、C15とを有している。分圧抵抗R23の第1端がコンデンサC11の高電位側の端子(定電圧ダイオードZD2のカソードと電気的に接続されている端子)と電気的に接続されている。分圧抵抗R23の第2端が分圧抵抗R24の第1端と電気的に接続されている。分圧抵抗R24の第2端が分圧抵抗R21の第1端と電気的に接続されている。分圧抵抗R21の第2端が第2電路18に電気的に接続されている。コンデンサC14は、分圧抵抗R21と電気的に並列接続されている。コンデンサC15は、分圧抵抗R21及びR24と電気的に並列接続されている。つまり、基準電圧回路15は、電源回路14の定格電源電圧(定電圧ダイオードZD2のツェナー電圧にほぼ等しい電圧)Vccを3つの分圧抵抗R21、R23、R24で分圧して第1基準電圧V1を生成している。また、基準電圧回路15は、電源回路14の定格電源電圧Vccを1つの分圧抵抗R23と、2つの分圧抵抗R21及びR24の合成抵抗とで分圧して第2基準電圧V2を生成している。なお、第2基準電圧V2は、第1基準電圧V1よりも高くなる。
ブリーダ回路13は、トランジスタQ5、シャントレギュレータU1、定電圧ダイオードZD1、抵抗R1、R3、R8、R9、ダイオードD6及びコンデンサC10を有している。ダイオードD6のアノードが第1電路17に電気的に接続されている。ダイオードD6のカソードがトランジスタQ5のドレインに電気的に接続されている。トランジスタQ5は、エンハンスメント形のnチャンネルMOSFETである。トランジスタQ5のソースが抵抗R8の第1端に電気的に接続されている。抵抗R8の第2端が電源回路14の正極(定電圧ダイオードZD1のカソード)と電気的に接続されている。トランジスタQ5のゲートは、抵抗R9の第1端、シャントレギュレータU1のカソード端子、コンデンサC10の一端及び定電圧ダイオードZD1のカソードと電気的に接続されている。抵抗R9の第2端は第1電路17に電気的に接続されている。シャントレギュレータU1のアノード端子と定電圧ダイオードZD1のアノードが第2電路18に電気的に接続されている。シャントレギュレータU1のリファレンス端子が抵抗R3の第1端及びコンデンサC10の他端と電気的に接続されている。抵抗R3の第2端が第2電路18に電気的に接続されている。抵抗R1は、第2電路18においてシャントレギュレータU1のアノード端子と抵抗R3との間に挿入されている。
トランジスタQ5のゲートは、抵抗R9を介してバイアスされる。ゲートがバイアスされることにより、トランジスタQ5が動作してドレイン電流が流れる。ドレイン電流は、第1電路17からダイオードD6、トランジスタQ5、抵抗R8及び電源回路14を経由して第2電路18(抵抗R1)に流れる。シャントレギュレータU1は、アノード端子から見たリファレンス端子の電圧を内部の基準電圧に一致させるように、カソード端子からアノード端子に流す電流を調整するように構成された集積回路である。すなわち、シャントレギュレータU1は、抵抗R1に流れる電流が増えてリファレンス端子の電圧が上昇すると、カソード端子からアノード端子に流す電流を増加させる。シャントレギュレータU1のカソード端子からアノード端子に流れる電流が増加すれば、抵抗R9の両端電圧が上昇することでトランジスタQ5のゲート電圧が低下してトランジスタQ5のドレイン電流、すなわち、抵抗R1に流れる電流が減少する。また、シャントレギュレータU1は、抵抗R1に流れる電流が減少してリファレンス端子の電圧が下降すると、カソード端子からアノード端子に流す電流を減少させる。シャントレギュレータU1のカソード端子からアノード端子に流れる電流が減少すれば、抵抗R9の両端電圧が下降することでトランジスタQ5のゲート電圧が上昇してトランジスタQ5のドレイン電流、すなわち、抵抗R1に流れる電流が増加する。つまり、シャントレギュレータU1は、抵抗R9に流す電流を定電流化することでトランジスタQ5のゲート電圧を一定に保ち、トランジスタQ5のドレイン電流(ブリーダ電流)を定電流化している。なお、コンデンサC10は、リファレンス端子の電圧変化を緩やかにすることでシャントレギュレータU1の応答速度を低下させている。また、定電圧ダイオードZD1は、シャントレギュレータU1のカソード端子とアノード端子間に過電圧が印加されることを防止している。
次に、入力電圧Vinが調光器によって位相制御されていない場合の点灯装置1Aの動作について、図2及び図3を参照して詳しく説明する。図3は、入力電圧Vinの1周期(交流電圧の半周期:例えば、位相:0[rad]〜π[rad])における入力電流Iinの変化を表している。入力電圧Vinがゼロクロス(位相:0[rad])を過ぎてブリーダ回路13のトランジスタQ5が動作を開始するまでの区間M0では、第1LEDアレイ2、第2LEDアレイ3及びブリーダ回路13が全て停止している。そのため、入力電流Iinはゼロとなる。
そして、入力電圧Vinが上昇して電源回路14の定電圧ダイオードZD2の両端電圧が定電圧ダイオードZD2のツェナー電圧を超えると、ブリーダ回路13から電源回路14にブリーダ電流I1が流れてコンデンサC11が充電される(図1及び図2参照)。その結果、電源回路14から第1駆動回路11及び第2駆動回路12へ制御電源電流Iccが供給される。ここで、ブリーダ回路13は、調光器のトライアックの自己保持に必要な電流(約10[mA])よりも大きい値(例えば、20[mA]〜40[mA])のブリーダ電流I1を流すように構成されている。ブリーダ回路13が動作を開始する位相から入力電圧Vinが第1オン電圧V21以上となる位相までの区間(図3における区間M1)では、第1LEDアレイ2及び第2LEDアレイ3が導通せずに消灯している。また、第1駆動回路11及び第2駆動回路12は停止している。
入力電圧Vinが第1オン電圧V21以上になると、第1LEDアレイ2が導通し、かつ、第1駆動回路11が動作する。第1駆動回路11が動作すると、第1電路17から第1LEDアレイ2、ダイオードD11、第1駆動回路11を経て第2電路18に負荷電流I2が流れて第1LEDアレイ2が点灯する(図2参照)。第1駆動回路11は、電源回路14から制御電源電流Iccが供給され、第1LEDアレイ2に流れる負荷電流I2を第1基準電圧V1に対応した第1目標値に一致させて定電流化するように動作する。ここで、第2電路18に負荷電流I2が流れることで抵抗R1の両端電圧が上昇する。そのため、ブリーダ回路13は、第1目標値がブリーダ電流I1よりも大きい値に設定されていれば、ブリーダ電流I1をゼロとする。なお、電源回路14は、ブリーダ電流I1がゼロとなっても、コンデンサC11の充電電荷を放電することで制御電源電流Iccの供給を継続することができる。そして、入力電圧Vinが第1オン電圧V21に等しくなる位相から入力電圧Vinが第1オン電圧V21と第2オン電圧V22の合計値に等しくなる位相までの区間(区間M2)では、第1LEDアレイ2のみが点灯し、第2LEDアレイ3は消灯している。
入力電圧Vinが第1オン電圧V21と第2オン電圧V22の合計値以上になると、第1LEDアレイ2とともに第2LEDアレイ3も導通し、かつ、第2駆動回路12が動作する。第2駆動回路12が動作すると、第1電路17から第1LEDアレイ2、第2LEDアレイ3、ダイオードD12、第2駆動回路12を経て第2電路18に負荷電流I3が流れて第1LEDアレイ2及び第2LEDアレイ3が点灯する(図2参照)。第2駆動回路12は、電源回路14から制御電源電流Iccが供給され、負荷電流I3を第2基準電圧V2に対応した第2目標値に一致させて定電流化するように動作する。ここで、第2電路18に負荷電流I3が流れることで抵抗R27の両端電圧が上昇し、オペアンプU2のマイナス入力端子の入力電圧が上昇する。そのため、第1駆動回路11はトランジスタQ1をオフする。また、ブリーダ回路13は、第2目標値がブリーダ電流I1よりも大きい値に設定されていれば、ブリーダ電流I1をゼロとする。なお、電源回路14は、区間M2と同様に、ブリーダ電流I1がゼロとなっても、コンデンサC11の充電電荷を放電することで制御電源電流Iccの供給を継続することができる。入力電圧Vinが第1オン電圧V21と第2オン電圧V22の合計値に等しくなる位相から入力電圧Vinが第1オン電圧V21と第2オン電圧V22の合計値を下回る位相までの区間(区間M3)では、第1LEDアレイ2と第2LEDアレイ3の両方が点灯する。
点灯装置1Aは、入力電圧Vinがピーク値を過ぎて第1オン電圧V21と第2オン電圧V22の合計値に等しくなる位相から入力電圧Vinが第1オン電圧V21に等しくなる位相までの区間(区間M4)では、区間M2と同じ動作を行う。すなわち、区間M2〜M4が点灯期間となる。また、点灯装置1Aは、入力電圧Vinが低下して第1オン電圧V21に等しくなる位相からブリーダ回路13が動作を停止する位相までの区間(区間M5)では、区間M1と同じ動作を行う。さらに、点灯装置1Aは、入力電圧Vinが低下してブリーダ回路13が動作を停止している区間(区間M6)では、区間M0と同じ動作を行う。すなわち、区間M0、M1、M5及びM6が消灯期間となる。
上述のように点灯装置1Aは、入力電圧Vinの1周期において、入力電圧Vinを脈流から直流に変換することなく、区間M2〜M4で第1LEDアレイ2又は第1LEDアレイ2と第2LEDアレイ3を点灯させることができる。ただし、入力電圧Vinが調光器によって位相制御される場合、点灯装置1Aは、区間M2〜M4において入力電圧Vinが第1オン電圧V21以上である位相の区間にだけ第1LEDアレイ2又は第1LEDアレイ2と第2LEDアレイ3を点灯させる。つまり、点灯装置1Aは、調光器に制御されて第1LEDアレイ2及び第2LEDアレイ3を調光点灯させることができる。
続いて、入力電圧Vinが調光器によって位相制御されている場合の点灯装置1Aの動作について、図4を参照して説明する。図4は、入力電圧Vinの1周期における入力電圧Vin、トランジスタQ1のゲート・ソース間電圧Vgs及び負荷電流I2の変化を表している。以下の説明においては、入力電圧Vinが調光器によって位相制御されており、例えば、入力電圧Vinの位相が0[rad]からπ/2[rad]までの期間(以下、オフ期間という)で調光器のトライアックがオフしている場合を想定している。
オフ期間のうち、区間M1、M2においては、第1駆動回路11のトランジスタQ1が第1制御回路111によってオンされている。このとき、トランジスタQ1に負荷電流I2が流れないため、第1制御回路111がトランジスタQ1のゲート・ソース間電圧Vgsを最大値まで引き上げている(図4参照)。その結果、トランジスタQ1のドレイン・ソース間のオン抵抗は最小となる。また、オフ期間のうち、区間M3においては、第2駆動回路12のトランジスタQ2が第1制御回路121によってオンされている。このとき、トランジスタQ2に負荷電流I3が流れないため、第1制御回路121がトランジスタQ2のゲート・ソース間電圧を最大値まで引き上げている。その結果、トランジスタQ2のドレイン・ソース間のオン抵抗は最小となる。
区間M3の途中で調光器のトライアックがオンすると、入力電圧Vinが一気にピーク値(約141[V])まで上昇する(図4参照)。このとき、第1駆動回路11のトランジスタQ1のオン抵抗が最小であるため、負荷電流I2がゼロから数[A](例えば、約4[A])まで急激に増大する(図4の破線α参照)。同様に、第2駆動回路12のトランジスタQ2のオン抵抗が最小であるため、負荷電流I3がゼロから数[A]まで急激に増大する。そして、第1制御回路111が負荷電流I2を検出してトランジスタQ1のゲート・ソース間電圧Vgsを低下させるまでの間、過大な負荷電流I2が流れ続けることになる。同じく、第1制御回路121が負荷電流I3を検出してトランジスタQ2のゲート・ソース間電圧を低下させるまでの間、過大な負荷電流I3が流れ続けることになる。ただし、負荷電流I2、I3のピーク値は、フィルタ回路16によって僅かに抑制されている。
ここで、第1制御回路111、121がトランジスタQ1、Q2のゲート・ソース間電圧Vgsをフィードバック制御する際の第1応答速度に比べて、第2制御回路112、122がトランジスタQ1、Q2をターンオフする際の第2応答速度の方が数倍速い。つまり、第1制御回路111、121のオペアンプU2、U3のマイナス入力端子の入力電圧は、コンデンサC25と抵抗R26の積分回路、及びコンデンサC16と抵抗R31の積分回路により、負荷電流I2、I3の変化に対して時間遅れが生じる。一方、第2制御回路112、122は、負荷電流I2、I3の変化に対して、スイッチ素子Q7、Q8のベース・エミッタ電圧の変化に時間遅れを生じさせる回路素子を有していない。そのため、負荷電流I2が急激に増大した場合、第2制御回路112がトランジスタQ1のゲート・ソース間電圧Vgsを急激に低下させて負荷電流I2を上限値(例えば、0.5[A])以下に抑制することができる(図4の実線β参照)。同様に、負荷電流I3が急激に増大した場合、第2制御回路122がトランジスタQ2のゲート・ソース間電圧を急激に低下させて負荷電流I3を上限値以下に抑制することができる。なお、第2制御回路112、122はそれぞれ、負荷電流I2、I3が上限値を下回れば、スイッチ素子Q7、Q8をオフしてトランジスタQ1、Q2をオン状態とする。負荷電流I2、I3の上限値は、入力電圧Vinが位相制御されない場合の誤動作を防ぐため、第1目標値及び第2目標値の1.5〜2倍程度に設定されることが好ましい。調光器のトライアックがオンしている期間(区間M3の途中から区間M5までの期間)において、第1駆動回路11及び第2駆動回路12は、負荷電流I2、I3を定電流化するように動作する。
ところで、第1制御回路111、121のオペアンプU2、U3として、応答速度が速いオペアンプが使用されることで負荷電流I2、I3の急激な増大を抑えることは可能である。しかしながら、応答速度が速いオペアンプは、一般に応答速度が遅いオペアンプに比べて消費電力が多く、かつ、高価である。これに対して本実施形態の点灯装置1Aは、駆動回路(第1駆動回路11及び第2駆動回路12)が第2制御回路112、122を有しているので、第1制御回路111、121のオペアンプU2、U3を低速なオペアンプで構成することができる。また、フィルタ回路16によって入力電流Iin(負荷電流I2、I3)の急激な増大を抑制する場合、フィルタ回路16を構成する回路部品(チョークコイルL1及びコンデンサC1、C2)の大型化を招いてしまう。これに対して本実施形態の点灯装置1Aは、フィルタ回路16の回路部品の大型化を避けつつ、負荷電流I2、I3を上限値以下に抑制することができる。
ここで、フィルタ回路16は、第1制御回路111、121の制御応答利得がゼロ以下となる第1周波数よりも高く、かつ、第2制御回路112、122の制御応答利得がゼロ以下となる第2周波数よりも低い遮断周波数を有することが好ましい。なお、第1周波数は、抵抗R25とコンデンサC25の並列回路の時定数及び抵抗R30とコンデンサC16の並列回路の時定数によって決まる。また、第2制御回路112、122の制御応答利得がゼロ以下となる第2周波数は、スイッチ素子Q7、Q8を構成するバイポーラトランジスタのターンオン時間によって決まる。フィルタ回路16が上述のように構成されれば、フィルタ回路16を構成する回路部品の大型化を抑えつつ、入力電流Iinの急激な変化の抑制を図ることができる。
ところで、第1制御回路111、121と第2制御回路112、122とで負荷電流I2、I3を検出するための抵抗を兼用してもよい。例えば、図5に示すように、変形例の点灯装置1Bにおいて、第1駆動回路11の第2制御回路112は、抵抗R44の代わりに第1制御回路111の抵抗R27を負荷電流I2の検出抵抗に用いている。すなわち、スイッチ素子Q7のエミッタが第2電路18と電気的に接続され、抵抗R27の両端電圧がスイッチ素子Q7のベース・エミッタ間に印加される。したがって、第2制御回路112は、過大な負荷電流I2が流れて抵抗R27の両端電圧がスイッチ素子Q7のしきい値を超えたときにスイッチ素子Q7をオンするように動作する。
また、第2駆動回路12の第2制御回路122は、抵抗R47の代わりに第1制御回路121の抵抗R32を負荷電流I3の検出抵抗に用いている。すなわち、スイッチ素子Q8のエミッタが抵抗R32と抵抗R27の接続点と電気的に接続され、抵抗R32の両端電圧がスイッチ素子Q8のベース・エミッタ間に印加される。したがって、第2制御回路122は、過大な負荷電流I3が流れて抵抗R32の両端電圧がスイッチ素子Q8のしきい値を超えたときにスイッチ素子Q8をオンするように動作する。
変形例の点灯装置1Bは、第1駆動回路11の第1制御回路111と第1駆動回路11の第2制御回路112とで負荷電流I2を検出するための抵抗R27を兼用することにより、回路素子の削減による製造コストの低減と回路の小型化を図ることができる。さらに、変形例の点灯装置1Bは、第2駆動回路12の第1制御回路121と第2駆動回路12の第2制御回路122とで負荷電流I3を検出するための抵抗R32を兼用することにより、回路素子の削減による製造コストの低減と回路の更なる小型化を図ることができる。
(実施形態2)
実施形態2に係る点灯装置1Cは、図6に示すように、駆動回路(図6では第2駆動回路12のみを図示)の構成に特徴がある。したがって、点灯装置1Cの構成のうち、実施形態1の点灯装置1A、1Bと共通の構成については、図示並びに説明を省略する。
第2駆動回路12は、トランジスタQ2と、トランジスタQ2を制御する第1制御回路121及び第2制御回路122とを有している。第1制御回路121は、オペアンプU7と、コンデンサC16と、抵抗R30〜R32とを備えている。抵抗R32の一端がトランジスタQ2のソースと電気的に接続されている。抵抗R30の一端がトランジスタQ2のゲートと電気的に接続され、抵抗R30の他端がオペアンプU7の出力端子と電気的に接続されている。オペアンプU7のプラス入力端子は、基準電圧回路15から第2基準電圧V2が入力される。オペアンプU7のマイナス入力端子は、抵抗R31を介してトランジスタQ2のソースと電気的に接続されている。コンデンサC16は、オペアンプU7の出力端子とマイナス入力端子に電気的に直列接続されている。オペアンプU7は、トランジスタQ2のドレイン電流(負荷電流I3)を抵抗R32の両端電圧によって検出し、抵抗R32の両端電圧を第2基準電圧V2に一致させるように出力電圧(トランジスタQ2のゲート電圧)を調整する。つまり、第1制御回路121は、第1LEDアレイ2及び第2LEDアレイ3に流れる負荷電流I3を第2基準電圧V2に対応した第2目標値に一致させて定電流化する。ここで、コンデンサC16及び抵抗R30、R31は、オペアンプU7の発振を防止するための位相補償回路を構成している。また、第1制御回路121の第1応答速度は、抵抗R31とコンデンサC16の並列回路の時定数τ1によって決まる。
第2制御回路122は、コンパレータU8と、コンデンサC32と、抵抗R50、R51、R32とを備えている。抵抗R50の一端がコンパレータU8の出力端子と電気的に接続され、抵抗R50の他端がトランジスタQ2のゲートと電気的に接続されている。抵抗R51の一端がトランジスタQ2のソースと抵抗R32との接続点に電気的に接続され、抵抗R51の他端がコンパレータU8のマイナス入力端子と電気的に接続されている。コンデンサC32の一端がコンパレータU8のマイナス入力端子と電気的に接続され、コンデンサC32の他端が抵抗R32の他端と電気的に接続されている。コンパレータU8のプラス入力端子は、基準電圧回路15から第3基準電圧V3が入力される。ここで、第2制御回路122の第2応答速度は、抵抗R51とコンデンサC32の並列回路の時定数τ2によって決まる。なお、第2制御回路122の時定数τ2は、第1制御回路121における時定数τ1よりも十分に小さい値である。そのため、第2制御回路122の第2応答速度は、第1制御回路121の第1応答速度よりも十分に速くなっている。
なお、図示及び説明は省略しているが、第1駆動回路11も第2駆動回路12の第1制御回路121及び第2制御回路122と共通の回路構成を備えた第1制御回路及び第2制御回路を有している。
基準電圧回路15は、3つの抵抗R21、R23、R24と、2つのコンデンサC14、C15とを有している。抵抗R23の一端が第1電路17と電気的に接続され、抵抗R23の他端が抵抗R24の一端と電気的に接続されている。抵抗R24の他端と抵抗R21の一端が電気的に接続され、抵抗R21の他端が第2電路18と電気的に接続されている。コンデンサC14は、抵抗R21と電気的に並列接続されている。コンデンサC15は、2つの抵抗R24、R21の直列回路と電気的に並列接続されている。基準電圧回路15は、第1電路17と第2電路18の間に印加される入力電圧Vinを3つの抵抗R23、R24、R21の直列回路からなる分圧回路で分圧することにより、第2基準電圧V2と、第2基準電圧V2よりも高い第3基準電圧V3とを生成している。ここで、第2基準電圧V2と第3基準電圧V3は、コンデンサC14、C15によって平滑されてほぼ一定に保たれている。ただし、基準電圧回路15は、コンデンサC14、C15の容量が十分に小さくされることにより、入力電圧Vinの変化に追従して第2基準電圧V2及び第3基準電圧V3を変化させるように構成されてもよい。
次に、入力電圧Vinが調光器によって位相制御されていない場合の第2駆動回路12の動作を説明する。入力電圧Vinが上昇して第1オン電圧V21と第2オン電圧V22の合計値以上になると、第1LEDアレイ2とともに第2LEDアレイ3が導通し、かつ、第2駆動回路12が動作する。第2駆動回路12の第1制御回路121は、抵抗R32に流れる負荷電流I3(の大きさ)を第2基準電圧V2に対応した第2目標値に一致させるようにトランジスタQ2のゲート・ソース間電圧を制御する。一方、第2制御回路122は、抵抗R32に流れる負荷電流I3(の大きさ)を第3基準電圧V3に対応した上限値と比較している。入力電圧Vinが位相制御されていない場合、負荷電流I3が上限値を超えることは殆どないので、第2制御回路122の出力(コンパレータU8の出力)がハイレベルとなる。つまり、トランジスタQ2のゲート・ソース間電圧は、第1制御回路121によって制御される。
続いて、入力電圧Vinが調光器によって位相制御されている場合の第2駆動回路12の動作を説明する。以下の説明においては、入力電圧Vinの位相が0[rad]からπ/2[rad]までの期間(以下、オフ期間という)で調光器のトライアックがオフしている場合を想定している。
第1制御回路121は、オフ期間のうちの入力電圧Vinのピーク値に近い区間において、トランジスタQ2のゲート・ソース間電圧を最大値まで引き上げている。その結果、トランジスタQ2のドレイン・ソース間のオン抵抗は最小となる。調光器のトライアックがオンすると、入力電圧Vinが一気にピーク値(約141[V])まで上昇する。このとき、第2駆動回路12のトランジスタQ2のオン抵抗が最小であるため、負荷電流I3がゼロから数[A]まで急激に増大する。負荷電流I3が急激に増大すると、第1制御回路121よりも先に第2制御回路122の出力(コンパレータU8の出力)がハイレベルからローレベルに変化する。第2制御回路122の出力がローレベルになると、トランジスタQ2のゲートに蓄積されている電荷が第2制御回路122を介して引き抜かれ、トランジスタQ2がターンオフする。つまり、第2制御回路122は、負荷電流I3が上限値以上のときにトランジスタQ2をターンオフすることで負荷電流I3を減少させる。
本実施形態の点灯装置1Cは、実施形態1の点灯装置1A、1Bと同様に、入力電圧Vinが位相制御された場合に過電流の抑制を図ることができる。また、本実施形態の点灯装置1Cの第2制御回路122は、コンパレータU8によってトランジスタQ2をオフしている。そのため、点灯装置1Cは、点灯装置1A、1Bのように、バイポーラトランジスタからなるスイッチ素子Q8でトランジスタQ2をオフする場合と比較して、第2制御回路122の第2応答速度を速くすることができる。その結果、点灯装置1Cは、第2制御回路122における上限値を下げて第2目標値に近付けることにより、更なる過電流の抑制を図ることができる。また、基準電圧回路15が第2基準電圧V2及び第3基準電圧V3を入力電圧Vinに追従するように変化させる場合、第2制御回路122は、負荷電流I3の上限値を入力電圧Vinに追従して変化させる。その結果、点灯装置1Cは、調光器によって位相調光制御される場合の過電流の抑制を精度よく行うことができる。なお、点灯装置1Cにおける第2駆動回路12は、第1制御回路121が有するオペアンプU7と、第2制御回路122が有するコンパレータU8とを1つの集積回路で構成して小型化を図ることも可能である。
上述のように点灯装置1A〜1Cは、交流電圧を整流して脈流電圧(入力電圧Vin)を出力する整流回路10を備える。また、点灯装置1A〜1Cは、脈流電圧の1周期内において、固体光源(LED20、30)に電流(負荷電流I2、I3)を供給する点灯期間と固体光源に電流を供給しない消灯期間とを脈流電圧の電圧値に応じて切り替える駆動回路を備える。駆動回路は、第1制御回路111、121と第2制御回路112、122とを有している。第1制御回路111、121は、固体光源に流れる電流を増減する制御素子(トランジスタQ1、Q2)と、点灯期間において固体光源に流れる負荷電流I2、I3の大きさを検出し、負荷電流I2、I3の大きさを第1目標値に一致させるように制御素子を制御する。第2制御回路112、122は、点灯期間において固体光源に流れる負荷電流I2、I3の大きさを検出し、負荷電流I2、I3の大きさが第1目標値よりも大きい上限値を超えないように制御素子を制御する。さらに、第2制御回路112、122は、第1制御回路111、121が負荷電流I2、I3の大きさを制御する際の第1応答速度よりも速い第2応答速度で制御素子を制御する。
点灯装置1A〜1Cは上述のように構成されるので、第1応答速度よりも速い第2応答速度で第2制御回路112、122が制御素子を制御して負荷電流I2、I3を上限値以下に抑えることができる。その結果、点灯装置1A〜1Cは、入力電圧Vinが位相制御された場合に過電流の抑制を図ることができる。
点灯装置1B、1Cにおいて、第1駆動回路11の第1制御回路111は、負荷電流I2の大きさを検出する検出素子(抵抗R27)を有し、検出素子で検出される負荷電流I2の大きさに応じて制御素子を制御することが好ましい。第1駆動回路11の第2制御回路112は、検出素子(抵抗R27)で検出される負荷電流I2の大きさに応じて制御素子を制御することが好ましい。第2駆動回路12の第1制御回路121は、負荷電流I3の大きさを検出する検出素子(抵抗R32)を有し、検出素子で検出される負荷電流I3の大きさに応じて制御素子を制御することが好ましい。第2駆動回路12の第2制御回路122は、検出素子(抵抗R32)で検出される負荷電流I3の大きさに応じて制御素子を制御することが好ましい。
点灯装置1B、1Cが上述のように構成されれば、第1制御回路111と第2制御回路112で1つの検出素子(抵抗R27)を兼用し、第1制御回路121と第2制御回路122で1つの検出素子(抵抗R32)を兼用して回路素子の削減を図ることができる。
点灯装置1Cにおいて、第2制御回路112、122は、脈流電圧(入力電圧Vin)に応じて上限値を変更することが好ましい。
点灯装置1Cが上述のように構成されれば、調光器によって位相調光制御される場合の過電流の抑制を精度よく行うことができる。
点灯装置1A〜1Cにおいて、整流回路10の入力側もしくは出力側に設けられ、入力(入力電圧Vin、入力電流Iin)に含まれる高調波成分を減衰させるフィルタ回路16を備えることが好ましい。
点灯装置1A〜1Cが上述のように構成されれば、負荷電流I2、I3の急激な変化の抑制を図ることができる。
点灯装置1A〜1Cにおいて、フィルタ回路16は、第1制御回路111、121の制御応答利得がゼロ以下となる第1周波数よりも高く、かつ、第2制御回路112、122の制御応答利得がゼロ以下となる第2周波数よりも低い遮断周波数を有することが好ましい。
点灯装置1A〜1Cが上述のように構成されれば、フィルタ回路16を構成する回路部品の大型化を抑えつつ、入力電流Iin(負荷電流I2、I3)の急激な変化の抑制を図ることができる。
(実施形態3)
以下、実施形態3に係る照明器具について詳細に説明する。
図7Aは本実施形態に係る照明器具5Aの斜視図である。
この照明器具5Aは、実施形態1、2の点灯装置1A〜1Cのいずれか1つと、いずれか1つの点灯装置1A〜1Cを収容する本体50Aとを備えている。
照明器具5Aは、天井に埋込配設されるダウンライトとして構成される。照明器具5Aは、第1LEDアレイ2、第2LEDアレイ3と点灯装置1A〜1Cのいずれか1つとを収容する本体50Aと、反射板61とを備えている。本体50Aは、複数枚の放熱フィン62を上部に備えている。本体50Aからは電源ケーブル63が導出されている。電源ケーブル63は、本体50Aに収容された点灯装置と、交流電源4とを電気的に接続している。
また、照明器具は、ダウンライトとして構成された照明器具に限定されず、スポットライトとして構成された照明器具でもよいし、その他の形態に構成された照明器具でもよい。
図7B及び図7Cは、配線ダクト7に取り付けられるスポットライトとして構成された照明器具5B、5Cである。
図7B及び図7Cは、配線ダクト7に取り付けられるスポットライトとしてそれぞれ構成された照明器具5B(変形例1)、照明器具5C(変形例2)である。
変形例1の照明器具5Bは、図7Bに示すように、本体50Bと、反射板64と、コネクタ部65と、アーム部66とを備える。本体50Bは、第1LEDアレイ2、第2LEDアレイ3と点灯装置1A〜1Cのいずれか1つとを収容する。コネクタ部65は、配線ダクト7に装着される。アーム部66は、コネクタ部65と本体50Bとを結合する。本体50Bに収容された点灯装置(点灯装置1A〜1Cのいずれか1つ)とコネクタ部65とは、電源ケーブル67を介して接続されている。
また、変形例2の照明器具5Cは、図7Cに示すように、本体50Cと、ボックス68と、連結部70と、電源ケーブル71とを備えている。本体50Cは第1LEDアレイ2、第2LEDアレイ3を収容する。ボックス68は点灯装置(点灯装置1A〜1Cのいずれか1つ)を収容する。連結部70は本体50Cとボックス68とを連結する。電源ケーブル71は、本体50Cに収容された第1LEDアレイ2、第2LEDアレイ3と、ボックス68に収容された点灯装置(点灯装置1A〜1Cのいずれか1つ)とを電気的に接続する。なお、ボックス68の上面には、配線ダクト7と着脱可能な状態で電気的且つ機械的に接続されるコネクタ部69が設けられる。
上述のように照明器具(照明器具5A、照明器具5B及び照明器具5C)は、点灯装置(点灯装置1A〜1Cのいずれか1つ)と、点灯装置を保持する本体(本体50A、本体50B又は本体50C)とを備えている。
照明器具は上述のように構成されるので、点灯装置(点灯装置1A〜1Cのいずれか1つ)を備えるので、入力電圧Vinが位相制御された場合に過電流の抑制を図ることができる。
1A、1B、1C 点灯装置
10 整流回路
11 第1駆動回路(駆動回路)
12 第2駆動回路(駆動回路)
16 フィルタ回路
20 LED(固体光源)
30 LED(固体光源)
50A、50B、50C 本体
111 第1制御回路
112 第2制御回路
121 第1制御回路
122 第2制御回路
Q1、Q2 トランジスタ(制御素子)
R27、R32 検出素子
I2、I3 負荷電流
Vin 入力電圧(脈流電圧)

Claims (6)

  1. 交流電圧を整流して脈流電圧を出力する整流回路と、
    前記脈流電圧の1周期内において、固体光源に負荷電流を供給する点灯期間と前記固体光源に負荷電流を供給しない消灯期間とを前記脈流電圧の電圧値に応じて切り替える駆動回路と
    を備え、
    前記駆動回路は、
    前記固体光源に流れる負荷電流を増減する制御素子と、
    前記点灯期間において前記固体光源に流れる負荷電流の大きさを検出し、前記負荷電流の大きさを第1目標値に一致させるように前記制御素子を制御する第1制御回路と、
    前記点灯期間において前記固体光源に流れる負荷電流の大きさを検出し、前記負荷電流の大きさが前記第1目標値よりも大きい上限値を超えないように前記制御素子を制御する第2制御回路と
    を有し、
    前記第2制御回路は、前記第1制御回路が前記負荷電流の大きさを制御する際の第1応答速度よりも速い第2応答速度で前記制御素子を制御する
    ことを特徴とする点灯装置。
  2. 前記第1制御回路は、前記負荷電流の大きさを検出する検出素子を有し、前記検出素子で検出される前記負荷電流の大きさに応じて前記制御素子を制御し、
    前記第2制御回路は、前記検出素子で検出される前記負荷電流の大きさに応じて前記制御素子を制御する
    ことを特徴とする請求項1記載の点灯装置。
  3. 前記第2制御回路は、前記脈流電圧に応じて前記上限値を変更する
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の点灯装置。
  4. 前記整流回路の入力側もしくは出力側に設けられ、入力に含まれる高調波成分を減衰させるフィルタ回路を備える
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の点灯装置。
  5. 前記フィルタ回路は、前記第1制御回路の制御応答利得がゼロ以下となる第1周波数よりも高く、かつ、前記第2制御回路の制御応答利得がゼロ以下となる第2周波数よりも低い遮断周波数を有する
    ことを特徴とする請求項4記載の点灯装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の点灯装置と、前記点灯装置を保持する本体とを備える
    ことを特徴とする照明器具。
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