JP2023069873A - 点灯装置および照明器具 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化が可能な点灯装置および照明器具を得ることを目的とする。【解決手段】本開示に係る点灯装置は、外部から電力を供給されて光源を点灯させる電圧変換回路と、前記光源に流れる電流を検出する電流検出部と、前記光源に印加される電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部の検出値と前記電圧検出部の検出値が入力される検出端子を有し、前記検出端子から入力される電圧と予め定められた保護閾値とを比較して、比較結果に応じて前記電圧変換回路の出力を低下させる制御部と、を備える。【選択図】図1
Description
本開示は、点灯装置および照明器具に関する。
特許文献1には、直流電源から電力供給を受けて、直列接続された複数のLEDモジュールで構成された光源に点灯電力を出力する点灯回路部と、点灯回路部の出力を制御する制御部とを備える点灯装置が開示されている。この点灯装置は、光源の状態を検出する状態検出部を備える。制御部は、点灯回路部への入力電流を検出する入力電流検出部を有する。制御部は、状態検出部が光源の異常としてLEDモジュールの短絡を検出すると、点灯回路部から光源への電力供給を継続させつつ、入力電流検出部による検出電流が閾値以下となるように点灯回路部を制御する。また、制御部は、点灯回路部の出力電圧をモニターし、この出力電圧が所定の基準値を超えると一旦、点灯回路部のスイッチング動作を停止する。
LED照明器具において、LEDの光量を最適に扱うために、LEDに流れる電流を一定に制御する定電流回路が使用されることがある。定電流回路は、LEDの故障または接続不良により出力が開放状態になると、出力電圧が上昇するという特徴を有する。出力電圧が上昇すると、電圧変換回路の部品が定格を超えてしまい、故障する可能性がある。このため、出力電圧の上昇を検出して回路を保護することがある。また、スイッチング素子等の故障などにより出力電流が上昇した場合に、出力電流の上昇を検出して回路を保護することがある。
特許文献1では、出力電圧と出力電流を検出し、出力電圧と出力電流を個別に制御部へ伝達している。このため、制御部は電圧用と電流用で2系統の接続部が必要となる。よって、点灯装置が大型化するおそれがある。さらに、光源として、異なる光色を有する複数の発光部が設けられる場合、発光部毎に電圧検出と電流検出を行うと、さらに接続部が増えるおそれがある。
本開示は、上述の課題を解決するためになされたもので、小型化が可能な点灯装置および照明器具を得ることを目的とする。
本開示に係る点灯装置は、外部から電力を供給されて光源を点灯させる電圧変換回路と、前記光源に流れる電流を検出する電流検出部と、前記光源に印加される電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部の検出値と前記電圧検出部の検出値が入力される検出端子を有し、前記検出端子から入力される電圧と予め定められた保護閾値とを比較して、比較結果に応じて前記電圧変換回路の出力を低下させる制御部と、を備える。
本開示に係る点灯装置において、制御部は出力電圧の異常と出力電流の異常を共通の検出端子で検出する。従って、点灯装置を小型化できる。
本実施の形態に係る点灯装置および照明器具について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る照明器具100の回路ブロック図である。照明器具100は、点灯装置12と、複数の光源と、調光器61と調光インターフェイス(I/F)回路62を備える。複数の光源は、複数のLEDモジュール11a、11bである。LEDモジュール11a、11bは、それぞれ同一の色温度のLEDを複数備える。LEDモジュール11aの色温度は例えば5000Kであり、LEDモジュール11bの色温度は例えば3000Kである。
図1は、実施の形態1に係る照明器具100の回路ブロック図である。照明器具100は、点灯装置12と、複数の光源と、調光器61と調光インターフェイス(I/F)回路62を備える。複数の光源は、複数のLEDモジュール11a、11bである。LEDモジュール11a、11bは、それぞれ同一の色温度のLEDを複数備える。LEDモジュール11aの色温度は例えば5000Kであり、LEDモジュール11bの色温度は例えば3000Kである。
点灯装置12は、入力フィルタ回路1と、入力電圧検出回路2と、直流電源回路3を備える。点灯装置12はさらに、LEDモジュール11aが接続されるバックコンバータ回路4aと、LEDモジュール11bが接続されるバックコンバータ回路4bと、制御装置50を備えている。直流電源回路3およびバックコンバータ回路4a、4bは、外部から電力を供給されて光源を点灯させる電圧変換回路である。制御装置50は例えばマイコンである。
入力フィルタ回路1は、過電流を保護するためのヒューズ25と、交流用のコンデンサ26と、交流を直流に変換するためのダイオードブリッジ27を備える。ダイオードブリッジ27の出力は直流電源回路3に接続される。ダイオードブリッジ27の出力の低電位側は接地用端子に接続される。
入力電圧検出回路2は、直列に接続された抵抗21と抵抗22から構成される。入力電圧検出回路2は、コンデンサ31と並列に接続される。抵抗21と抵抗22の分圧値は制御装置50に伝達される。これにより、制御装置50は入力電圧を検出する。
直流電源回路3は、例えば昇圧チョッパ回路で構成される。直流電源回路3は、商用電源をバックコンバータ回路4a、4bに適した電圧に変換する。直流電源回路3においてダイオードブリッジ27の出力と並列にコンデンサ31が接続される。コンデンサ31の正極にはインダクタ33の一端が接続され、コンデンサ31の負極には接地用端子が接続される。インダクタ33の他端には、スイッチング素子32の第1端子およびダイオード34のアノードが接続される。ダイオード34のカソードには電解コンデンサ35の正極が接続され、電解コンデンサ35の負極は接地用端子に接続される。
スイッチング素子32は、例えばMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)である。スイッチング素子32がMOSFETの場合、第1端子はドレイン端子、第2端子はソース端子、制御端子はゲート端子である。スイッチング素子32において第1端子がインダクタ33、第2端子が接地用端子、制御端子が制御回路30に接続される。
制御回路30はスイッチング制御用のドライバである。制御回路30は、直流電源回路3の出力電圧に基づいた制御装置50からの信号を受けて、スイッチング素子32を駆動させる。
抵抗36、37は、直流電源回路3の出力端に設けられ、直流電源回路3の出力電圧検出に用いられる。抵抗36、37で分圧された電圧は制御装置50に入力される。制御装置50はこの検出電圧に基づいて、直流電源回路3の出力電圧が一定電圧になるようにスイッチング素子32をオンオフする。
バックコンバータ回路4aでは、電解コンデンサ35の正極にスイッチング素子41aの第1端子が接続される。スイッチング素子41aの第2端子は、ダイオード42aのカソードおよびコンデンサ43aの正極に接続される。コンデンサ43aの負極はセンス抵抗44aの一端に接続される。センス抵抗44aの他端とダイオード42aのアノードは、接地用端子に接続される。スイッチング素子41aは例えばMOSFETである。スイッチング素子41aにおいて第1端子が電解コンデンサ35の正極、第2端子がコンデンサ43aの正極、制御端子が制御回路40aに接続される。
センス抵抗44aは、LEDモジュール11aに流れるLED電流の検出に用いられる。センス抵抗44aにはLED電流に対応した検出電圧が発生する。この検出電圧は、制御回路40aに入力される。制御回路40aはこの検出電圧に基づいて、LEDモジュール11aに流れる電流が一定電流になるように、スイッチング素子41aをオンオフする。また、センス抵抗44aからの検出電圧は、ダイオード47aを介して制御装置50に入力される。制御装置50はこの検出電圧に基づいて、電流異常を検出する。このように、センス抵抗44aおよびダイオード47aは、LEDモジュール11aに流れる電流を検出する電流検出部である。
抵抗45a、46aは、バックコンバータ回路4aの出力端に設けられ、LEDモジュール11aの電圧検出に用いられる。抵抗45a、46aで分圧された電圧は、ダイオード48aを介して制御装置50に入力される。制御装置50は、この検出電圧に基づいて、LEDモジュール11aの接続有無または電圧異常を検出する。このように、抵抗45a、46aおよびダイオード48aは、LEDモジュール11aに印加される電圧を検出する電圧検出部である。
バックコンバータ回路4bでは、電解コンデンサ35の正極にスイッチング素子41bの第1端子が接続される。スイッチング素子41bの第2端子は、ダイオード42bのカソードおよびコンデンサ43bの正極に接続される。コンデンサ43bの負極はセンス抵抗44bの一端に接続される。センス抵抗44bの他端とダイオード42bのアノードは、接地用端子に接続される。スイッチング素子41bは、例えばMOSFETである。スイッチング素子41bにおいて第1端子が電解コンデンサ35の正極、第2端子がコンデンサ43bの正極、制御端子が制御回路40bに接続される。
センス抵抗44bは、LEDモジュール11bに流れるLED電流の検出に用いられる。センス抵抗44bにはLED電流に対応した検出電圧が発生する。この検出電圧は、制御回路40bに入力される。制御回路40bはこの検出電圧に基づいて、LEDモジュール11bに流れる電流が一定電流になるように、スイッチング素子41bをオンオフする。また、センス抵抗44bからの検出電圧は、ダイオード47bを介して制御装置50に入力される。制御装置50はこの検出電圧に基づいて、電流異常を検出する。このように、センス抵抗44bおよびダイオード47bは、LEDモジュール11bに流れる電流を検出する電流検出部である。
抵抗45b、46bは、バックコンバータ回路4bの出力端に設けられ、LEDモジュール11bの電圧検出に用いられる。抵抗45b、46bで分圧された電圧は、ダイオード48bを介して制御装置50に入力される。制御装置50は、この検出電圧に基づいて、LEDモジュール11bの接続有無または電圧異常を検出する。このように、抵抗45b、46bおよびダイオード48bは、LEDモジュール11bに印加される電圧を検出する電圧検出部である。
デジタル電源用制御装置として提供されるマイコンは既に各種のものが公知である。それらの公知のマイコンを制御装置50に適宜に使用することができる。また、制御装置50はDSP(Digital Signal Processor)等の演算装置で構成することもできる。
一例として、図1に示す制御装置50は、記憶部52、A/D変換回路53および処理装置51を備えている。処理装置51は、制御回路30、制御回路40aおよび制御回路40bを制御するPWM(Pulse Width Modulation)信号を出力する。記憶部52は、例えば不揮発性メモリである。記憶部52は、処理装置51で実行すべき演算プログラムおよび演算に用いられる各種データを記憶している。記憶部52に対しては外部からデータの書き込みおよび読み出しを行うことができる。
制御装置50には、抵抗36、37で分圧された直流電源回路3の出力電圧に応じた電圧と、抵抗21、22で分圧された交流電源を整流した電圧に応じた電圧と、ダイオード47a、47b、48a、48bのカソード電圧とが入力される。A/D変換回路でこれらの電圧値がデジタル値に変換され、このデジタル値を用いて処理装置51により演算処理が行われる。
制御装置50は、抵抗36、37で分圧された直流電源回路3の出力電圧が、予め記憶部52に設定された目標電圧に一致するように、スイッチング素子32のオン時間を調整する。これにより、直流電源回路3は定電圧制御される。
また、制御装置50には、調光インターフェイス回路62を介して調光器61から、LEDモジュール11a、11bの2系統の調光指令値が入力される。制御装置50は、LEDモジュール11a、11bの各々のLED電流が、入力された調光指令値に基づいて決定される目標電流に一致するように、スイッチング素子41a、41bのオン時間を調整する。制御装置50は、センス抵抗44aで検出したLED電流に基づいてスイッチング素子41aのオン時間を調整し、センス抵抗44bで検出したLED電流に基づいてスイッチング素子41bのオン時間を調整する。
次に、照明器具100の保護動作と保護閾値について説明する。ダイオード47a、47bのカソード電圧は、それぞれ電流検出部の検出値に該当する。また、ダイオード48a、48bのカソード電圧は、それぞれ電圧検出部の検出値に該当する。制御装置50は、ダイオード47a、47b、48a、48bのカソード電圧が入力される検出端子55を有する。制御装置50は、検出端子55から入力される電圧と予め定められた保護閾値とを比較して、比較結果に応じて電圧変換回路の出力を低下させる。
つまり制御装置50は、各電流検出部の検出値と保護閾値とを比較して、比較結果に応じて電圧変換回路の出力を低下させ、各電圧検出部の検出値と保護閾値とを比較して、比較結果に応じて電圧変換回路の出力を低下させる。
本実施の形態では、ダイオード47a、47b、48a、48bのカソード電圧について、比較対象の保護閾値は共通である。つまり、制御装置50は出力電圧の異常と出力電流の異常を共通の保護閾値を用いて判別する。このため、制御装置50は出力電圧の異常と出力電流の異常を共通の検出端子55で検出できる。従って、点灯装置12を小型化できる。なお、保護閾値は記憶部52に予め記憶されている。
制御装置50に予め設定する保護閾値は、例えば制御装置50の制御電源Vcc等から決定される端子耐圧と、必要とされる異常検出の精度から決定する。例えば、保護閾値が小さすぎた場合、正常動作時の検出値との差を確保することが難しいおそれがある。このため、異常検出の精度が低下する可能性がある。逆に保護閾値が大きすぎた場合、例えばノイズ防止等のためのコンデンサによる遅延により、検出値が検出端子55に定められる最大電圧を超えるおそれがある。このため保護閾値は、検出端子55の定格の6割から8割程度が望ましい。
バックコンバータ回路4a、4bは定電流動作を行っているため、故障またはコネクタの不良等で出力が解放状態になると出力電圧が上昇する。例えばバックコンバータ回路4aの出力電圧が上昇した場合、出力電圧は抵抗45a、46aで分圧されて、ダイオード48aを介して制御装置50に入力される。バックコンバータ回路4aの出力電圧をVouta、ダイオード48aのVFをVF48a、抵抗45a、46aの抵抗値をそれぞれR45a、R46aとする。このとき、検出端子55から制御装置50に入力される電圧Voutは、以下の通り表すことができる。
同様にバックコンバータ回路4bの出力電圧をVoutb、ダイオード48bのVFをVF48b、抵抗45b、46bの抵抗値をそれぞれR45b、R46bとする。このとき、検出端子55から制御装置50に入力される電圧Voutは、以下の通り表すことができる。
また、例えばスイッチング素子41aまたはスイッチング素子41bが故障すると、バックコンバータ回路4a、4bの出力電流が増加することがある。このとき、バックコンバータ回路4aが故障するとセンス抵抗44aに発生する電圧が上昇し、バックコンバータ回路4bが故障するとセンス抵抗44bに発生する電圧が上昇する。バックコンバータ回路4aの出力電流をIouta、ダイオード47aのVFをVF47a、センス抵抗44aの抵抗値をR44aとする。このとき、検出端子55から制御装置50に入力される電圧Voutは、以下の通り表すことができる。
同様に、バックコンバータ回路4aの出力電流をIoutb、ダイオード47bのVFをVF47b、センス抵抗44bの抵抗値をR44bとする。このとき、検出端子55から制御装置50に入力される電圧Voutは、以下の通り表すことができる。
式(1)から(4)から次の関係が成立する。
Vouta、Voutbには、異常を判別するためのバックコンバータ回路4a、4bの出力電圧の値を代入する。Iouta、Ioutbには、異常を判別するためのバックコンバータ回路4a、4bの出力電流の値を代入する。これらの値を代入した状態で式(5)が成り立つように、R45a、R45b、R46a、R46b、R44a、R44bを選択する。
このように本実施の形態では、電流検出部は抵抗により光源に流れる電流を検出し、電圧検出部は抵抗により光源に印加される電圧を検出する。電流検出部の抵抗と電圧検出部の抵抗の一方の抵抗値は、他方の抵抗値に応じて設定されている。つまり、電流検出部の抵抗の値は、電圧検出部の分圧抵抗値に関連した値である。これにより、電流検出部と電圧検出部とで共通の保護閾値を設定できる。
図2は、実施の形態1に係る照明器具100で、制御装置50の検出値が保護閾値を上回った場合の動作を示す図である。図2の例では、保護閾値は検出値の上限として設定されている。点灯装置12の正常動作中は、出力電圧、出力電流ともに正常値である。このため、制御装置50の検出値も正常値となる。
次に、何らかの原因で、過電圧が発生したとする。これにより出力電圧が上昇すると、出力電圧に比例して制御装置50の検出値も上昇する。検出値が保護閾値を超えると、制御装置50は異常を検出して直流電源回路3、バックコンバータ回路4aまたはバックコンバータ回路4bの発振を停止させる。電圧変換回路では、発振が停止するとエネルギーが放出される。このため、出力電圧は低下し、照明器具100の部品を保護できる。
次に、何らかの原因で、過電流が発生したとする。これにより出力電流が上昇すると、出力電流に比例して制御装置50の検出値も上昇する。検出値が保護閾値を超えると、制御装置50は、異常を検出して直流電源回路3、バックコンバータ回路4aまたはバックコンバータ回路4bの発振を停止させる。このため、出力電流は低下し、照明器具100の部品を保護できる。
ここでは、発振を停止させる例について説明した。これに限らず、制御装置50は、検出端子55から入力される電圧が保護閾値を超えると、電圧変換回路の出力を低下させても良い。
また、保護閾値は検出値の下限として設定されても良い。図3は、実施の形態1に係る照明器具100で、制御装置50の検出値が保護閾値を下回った場合の動作を示す図である。なお、照明器具100の起動直後は制御装置50の検出値は低い状態である。このため、異常の誤検出を防止するために予め保護機能の無効期間を設定しておく。無効期間は、例えば制御装置50の起動から予め定められた期間である。
制御装置50は、起動後、出力電圧と出力電流が正常に動作を開始した後に、無効期間を終了して異常検出を開始する。バックコンバータ回路4a、4bが動作しているにも関わらず、検出値が保護閾値よりも低下した場合、LEDモジュール11aまたはLEDモジュール11bの故障等が想定される。このため制御装置50は、異常を検出して直流電源回路3、バックコンバータ回路4aまたはバックコンバータ回路4bの発振を停止させる。これにより、出力電圧、出力電流ともに低下し、照明器具100の部品を保護できる。
ここでは、発振を停止させる例について説明した。これに限らず、制御装置50は、検出端子55から入力される電圧が保護閾値を下回ると、電圧変換回路の出力を低下させても良い。
本実施の形態では、電圧変換回路が複数のLEDモジュール11a、11bに電力を供給し、複数のLEDモジュール11a、11bに対応して複数の電流検出部と複数の前記電圧検出部が設けられる例について説明した。このとき、図1に示されるように、制御装置50の検出端子55には、複数の電流検出部の検出値と複数の電圧検出部の検出値が入力される。このため、複数の電流検出部と複数の電圧検出部に対応するように、複数の検出端子が設けられる場合と比較して、検出端子55の数を大きく削減できる。従って、点灯装置12を小型化できる。
本実施の形態の変形例として、照明器具100に設けられるLEDモジュールの数は1つであっても良い。この場合も、電流検出部と電圧検出部とで検出端子55を共通化することで、点灯装置12を小型化できる。
また、制御装置50、制御回路30、制御回路40a、制御回路40bは1つの制御部であっても良い。また、本実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いても良い。
1 入力フィルタ回路、2 入力電圧検出回路、3 直流電源回路、4a、4b バックコンバータ回路、11a、11b LEDモジュール、12 点灯装置、21、22 抵抗、25 ヒューズ、26 コンデンサ、27 ダイオードブリッジ、30 制御回路、31 コンデンサ、32 スイッチング素子、33 インダクタ、34 ダイオード、35 電解コンデンサ、36、37 抵抗、40a、40b 制御回路、41a、41b スイッチング素子、42a、42b ダイオード、43a、43b コンデンサ、44a、44b センス抵抗、45a、45b、46a、46b 抵抗、47a、47b、48a、48b ダイオード、50 制御装置、51 処理装置、52 記憶部、53 A/D変換回路、55 検出端子、61 調光器、62 調光インターフェイス回路、100 照明器具
Claims (7)
- 外部から電力を供給されて光源を点灯させる電圧変換回路と、
前記光源に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記光源に印加される電圧を検出する電圧検出部と、
前記電流検出部の検出値と前記電圧検出部の検出値が入力される検出端子を有し、前記検出端子から入力される電圧と予め定められた保護閾値とを比較して、比較結果に応じて前記電圧変換回路の出力を低下させる制御部と、
を備えることを特徴とする点灯装置。 - 前記制御部は、前記電流検出部の検出値と前記保護閾値とを比較して、比較結果に応じて前記電圧変換回路の出力を低下させ、前記電圧検出部の検出値と前記保護閾値とを比較して、比較結果に応じて前記電圧変換回路の出力を低下させることを特徴とする請求項1に記載の点灯装置。
- 前記制御部は、前記検出端子から入力される電圧が前記保護閾値を超えると、前記電圧変換回路の出力を低下させることを特徴とする請求項1または2に記載の点灯装置。
- 前記制御部は、前記検出端子から入力される電圧が前記保護閾値を下回ると、前記電圧変換回路の出力を低下させることを特徴とする請求項1または2に記載の点灯装置。
- 前記電流検出部は抵抗により前記光源に流れる電流を検出し、
前記電圧検出部は抵抗により前記光源に印加される電圧を検出し、
前記電流検出部の抵抗と前記電圧検出部の抵抗の一方の抵抗値は、他方の抵抗値に応じて設定されていることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の点灯装置。 - 前記電圧変換回路は複数の光源に電力を供給し、
前記複数の光源に流れる電流を検出する複数の前記電流検出部と、前記複数の光源に印加される電圧を検出する複数の前記電圧検出部と、を備え、
前記検出端子には、前記複数の電流検出部の検出値と前記複数の電圧検出部の検出値が入力されることを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の点灯装置。 - 請求項1から6の何れか1項に記載の点灯装置と、
前記光源と、
を備えることを特徴とする照明器具。
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
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