JP3197202U - Led照明装置の制御回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】交流スイッチによって複数の色温度に変更可能なLED照明の制御回路を提供する。【解決手段】駆動電源10と、波形発生器20と、電源駆動回路30と、第1LEDランプセット51と、第2LEDランプセット61と、マイクロプロセッサ40と、第1スイッチ回路52と、第2スイッチ回路62とを備える。駆動電源10は、交流駆動の電源である。波形発生器20は、駆動電源に接続されており、駆動電源の信号によって必要な駆動波形を形成する。電源駆動回路30は、駆動電源に接続されている。第1LEDランプセット51は、電源駆動回路からの電流により作動可能である。第2LEDランプセット61は、第1LEDランプセットの色温度と異なり、電源駆動回路から電流により作動可能である。マイクロプロセッサ40は、電源駆動回路30からの電流により駆動され、波形発生器20の駆動信号を受信する。【選択図】図1

Description

本考案はLEDの照明装置と制御に関し、特に交流スイッチによって複数の色温度に変更可能なLED照明装置の制御回路に関する。
現在、市販のLED照明製品は主に暖色光(色温度2700〜3500ケルビン)、温白色光(色温度4000〜5000ケルビン)と、冷昼光色(色温度5500〜6500ケルビン)合計3つの色温度のLEDランプが販売されている。一つのLED照明製品は一種の色温度の光線しか出射できない、人間検出の知能型LEDランプも同じである。そこで、3つの色温度の光線を出射させる場合には、3種類の色温度のLED電球を使用し、かつこれら3種類の色温度のLED照明製品にそれぞれ放熱対策のアルミケーシング材、プラスチック製絶縁ブッシング、LED電球、アルミ製放熱基板、透光用ランプシェード、LED駆動電源、人間信号センサー、人間信号アンプ、感光センサー、フレネルレンズ、ランプホルダー、接続ケーブル、取り付けねじ及び熱伝導グルーなど合わせて備えて置く必要がある。これら3種類の色温度のLEDは資源、コスト、労働力、資材、生産時間3通り必要なほかに、輸送費も高く、炭素消費は高くなり、環境保護の潮流にそぐわない。
さらに、異なる地域の使用者は異なる色温度のLED照明と、知能型人間検出LED照明製品を求めるため、単一の色温度LED照明と、固定モードの照明製品は、メーカの生産とLED照明製品の普及が不利である。そのため、係る技術はなお改善と発展の余地がある。
本考案は、一つのLED回路で3種類の色温度のLED照明を実現すると共に、環境光線の強さと、外部物体の無線信号を利用し、LEDランプセット点灯の制御を行うことによって、コストを軽減し、交流スイッチによって複数の色温度に変更可能であるLED照明装置の制御回路を提供することを目的としている。
本稿案によるLED照明装置の制御回路は、交流スイッチによって複数の色温度を変更可能なLED照明の制御回路であり、駆動電源、波形発生器、電源駆動回路、第1LEDランプセット、第2LEDランプセット、マイクロプロセッサ、第1スイッチ回路、および第2スイッチ回路を備える。
駆動電源は、交流駆動の電源である。
波形発生器は、駆動電源に接続されており、駆動電源の信号によって必要な駆動波形を形成する。
電源駆動回路は、駆動電源に接続されており、駆動電源からの電気をアナログ信号に変換して電圧を安定化させた上、他の回路素子に駆動電源を提供する。
第1LEDランプセットは、電源駆動回路からの電流により作動可能である。
第2LEDランプセットは、第1LEDランプセットの色温度と異なり、電源駆動回路から電流により作動可能である。
マイクロプロセッサは、駆動電気として電源駆動回路の電気を取り込み、波形発生器の駆動信号を受信する。
第1スイッチ回路は、第1LEDランプセットに接続しオンオフ制御することによる点灯または消灯の制御、マイクロプロセッサに接続し出力信号を受信する制御、あるいは、第1LEDランプセットに流れる電流を制御することによって第1LEDランプセットの輝度を制御する制御を行う。
第2スイッチ回路は、第2LEDランプセットに接続しオンオフ制御することによる点灯または消灯の制御、マイクロプロセッサに接続し出力信号を受信する制御、あるいは、第2LEDランプセットに流れる電流を制御することによって第2LEDランプセットの輝度を制御する制御を行う。
第1LEDランプセットのLEDストリングの色温度が第2LEDランプセットのLEDストリングの色温度とが異なる。
本考案によるLED照明装置の制御回路を示すブロック図である。 本考案の第一実施形態によるLED照明装置の制御回路を示すブロック図である。 本考案の第二実施形態によるLED照明装置の制御回路を示すブロック図である。 本考案の第一実施形態によるLED検出照明の制御回路を示す模式図である。 本考案の第二実施形態によるLED検出照明の制御回路を示す模式図である。
図1は、本考案のLED照明装置の制御回路を示すブロック図である。本考案は、電球型、ダウンライト、天井ライト、蛍光灯管、パネルランプ、PARランプ、360度回転ランプ、石油ランプ、高天井灯など幅広く照明分野に適用することができる。係る回路は、駆動電源10と、波形発生器20と、電源駆動回路30と、第1LEDランプセット51と、第2LEDランプセット61と、マイクロプロセッサ40と、第1スイッチ回路52と、第2スイッチ回路62とを備える。
駆動電源10は交流駆動の電源である。
波形発生器20は、駆動電源10に接続し、駆動電源10の信号によって必要な駆動波形を形成する。
電源駆動回路30は、駆動電源10に接続し、駆動電源10からの電気をアナログ信号に変換し電圧を安定化させた上、他の回路素子に駆動電源として提供する。
第1LEDランプセット51は、電源駆動回路30の電気を取り込み、駆動電気とする。
第2LEDランプセット61は、電源駆動回路30からの電気を取り込み、駆動電気とする。そのうち、第2LEDランプセット61の色温度は第1LEDランプセット51の色温度と異なる。例えば、第2LEDランプセット51の色温度が白色のとき、第1LEDランプセット61の色温度が黄色である。
マイクロプロセッサ40は、電源駆動回路30の電気を取り込み駆動電気とし、波形発生器20の駆動信号を受信する。
第1スイッチ回路52は、LEDランプセット51に接続していて、オンオフ操作によってLEDランプセット51を点灯または消灯させ、マイクロプロセッサ40に接続して、マイクロプロセッサ40の出力信号を受信することによって、第1LEDランプセット51のオンまたはオフを制御でき、さらに、第1LEDランプセット51に流れる電流を制御することによって、第1LEDランプセット51の輝度を制御することができる。
第2スイッチ回路62は、第2LEDランプセット61に接続していて、オンオフ操作によって第2LEDランプセット61を点灯または消灯させ、マイクロプロセッサ40に接続して、マイクロプロセッサ40の出力信号を受信することによって、第2LEDランプセット61のオンまたはオフを制御でき、さらに、第2LEDランプセット61に流れる電流を制御することによって、第2LEDランプセット61の輝度を制御することができる。
本考案は2種の操作モードを有する。
(手動操作モード401)
図2に示すように、調光する目的で使用者によって駆動電源10を操作し、本考案のシステムを手動操作モード401に設定し、調光装置を駆動電源に接続し、波形発生器を駆動電源と電源駆動回路との間に接続する。このとき、マイクロプロセッサ40に対応するスイッチオン設定4011において、LEDランプセット50、61が使用者の手動操作によりLEDランプセット50、61の点灯または消灯状態のみを受け入れる。このとき、駆動信号が波形発生器20を通じて、マイクロプロセッサ40に入力し、マイクロプロセッサ40によってスイッチ回路52、62を制御し、LEDランプセット50、61をオンオフする。
(検出操作モード402)
図3に示すように、使用者が駆動電源10の操作によって、本考案のシステムを検出操作モード402に設定する。このとき、プロセッサ40に対応するスイッチオン設定4021において、LEDランプセット50、61が検出回路70のみの検出信号を受信し、LEDランプセット50、61の点灯または消灯状態を決定する。このとき、駆動信号が検出回路70を通じて、マイクロプロセッサ40に入力され、マイクロプロセッサ40によってスイッチ回路52、62を制御し、LEDランプセット50、61をオンオフする。
図3に示すように、検出回路70をマイクロプロセッサ40に接続していて、検出回路70によって外部環境の変化を検出し、検出信号をマイクロプロセッサ40に転送し、マイクロプロセッサ40によって、スイッチ回路52、62を制御させ、LEDランプセット50、61をオンオフする。
以下の段落において、本考案の手動操作モード401の一つの回路配置方式を説明する。以下に示す実施形態に制限されることなく、前述機能を実現可能な回路配置は、すべて本考案の請求範囲に含まれる。
本考案をより詳しく説明するため、実施形態の構成を図面に基づいて説明する。
(第一実施形態)
図4は、調光装置によって色調整と光色調整を実現するLED照明装置を示す。交流入力端101(図2を実現するための駆動電源10)と、調光装置102と、電源駆動回路30と、光カプラ回路20(図2を実現するための波形発生器20)と、マイクロプロセッサ40を含む。交流入力端101を調光装置102に接続し、調光装置102をそれぞれ光カプラ回路20と、電源駆動回路30に接続し、光カプラ回路20及び電源駆動回路30ともマイクロプロセッサ40に接続する。マイクロプロセッサ40は第1スイッチ回路52を介して第1LEDランプセット51と接続し、マイクロプロセッサ40は第2スイッチ回路62を介して第2LEDランプセット61と接続する。電源駆動回路30からそれぞれマイクロプロセッサ40と、第1LEDランプセット51と、第2LEDランプセット61に駆動電源を提供する。
電源駆動回路30は、交流直流変換回路31と、電圧安定回路32を含む、電圧安定回路32の入力端を交流直流変換回路31の出力端に接続する。
第1スイッチ回路52は電界効果トランジスタであり、第2スイッチ回路62も電界効果トランジスタである。
第1LEDランプセット51及び第2LEDランプセット61の正極をそれぞれ電源駆動回路30の出力端の正極に接続し、第1LEDランプセットと第2LEDランプセットの負極をそれぞれ第1電界効果トランジスタ52のドレイン電極及び第2電界効果トランジスタ62のドレイン電極に接続する。第1電界効果トランジスタ52のソース電極と、第2電界効果トランジスタ62のソース電極をそれぞれ電源駆動回路30の出力端の負極に接続する。第1電界効果トランジスタ52のゲート電極をマイクロプロセッサ40の第1パルス幅変調信号の出力端に接続し、第2電界効果トランジスタ62のゲート電極をマイクロプロセッサ40の第2パルス幅変調信号の出力端に接続する。
図4に示すように、LED発光装置の交流電気の入力端101は、活線、ゼロ線、接地線を含めた三相の駆動電源である。光カプラ回路20の入力ピンを交流入力端101のゼロ線に接続し、もう一つの入力端が調光装置102を介して、交流入力端101の活線に接続する。光カプラ回路20のうち一つの出力ピンをマイクロプロセッサ40の信号入力端に接続、つまりマイクロプロセッサ40のAD1ポートに接続する。AD1ポートはマイクロプロセッサ40のA/D変換ポートである。さらに、光カプラ回路20から出力する信号は矩形波信号であるため、その後マイクロプロセッサ40を介して、スイッチ回路のオンオフ制御操作に備えるため、光カプラ回路20の出力端をマイクロプロセッサ40のAD1ポートに接続して置き、アナログ信号をデジタル信号に変換する。光カプラ回路20もう一つの出力端を電源駆動回路30の出力端の負極に接続する。光カプラ回路20からマイクロプロセッサ40のAD1ポートに出力する矩形波信号の発生プロセスを以下のとおり説明する。光カプラ回路20を交流入力端に接続し、交流電気の正の半サイクルが光カプラ回路20の入力端に備える点灯ダイオードの正極に流れると、点灯ダイオードが点灯し内蔵の三極管を導通させ、AD1ポートの信号は元来の高電位から低電位に切り替わって、交流電気が負の半サイクルを流れると、点灯ダイオードの稼働を中止し、点灯ダイオードの消灯によって、三極管が導通されず、AD1ポートの信号を元来の低電位から高電位に切り替わり、これにより、交流電気が絶えずに光カプラ回路の入力ピンに流すことによって、出力端のピンから矩形波信号が出力される。
本実施形態において、電源駆動回路30は交流直流変換回路31と、電圧安定回路32を含む。そのうち、交流直流変換回路31の入力端を交流入力端101に接続し、交流直流変換回路31の出力端を電圧安定回路32の入力端に接続されている。電圧安定回路32の出力端をマイクロプロセッサ40の電圧入力端に接続して、マイクロプロセッサ40に稼働電圧Vccを提供する。電圧安定回路32は低ドロップアウト電圧レギュレータ集積回路である。交流直流変換回路31によって、交流入力端101から提供の交流電気を直流電気に変換すると共に、定電圧定電流信号を発生し、電圧と電流は交流直流変換回路31によって調節可能である。交流直流変換回路31の出力端がさらに第1LEDランプセット51と第2LEDランプセット61に接続し、第1LEDランプセット51と第2LEDランプセット61に稼働の駆動電源を提供する。
本実施形態において、第1LEDランプセット51と第2LEDランプセット61とも複数の直列接続のLEDランプを有し、しかも第1LEDランプセット51のLEDランプの数は、第2LEDランプセット61のLEDストリング数と同じ、第1LEDランプセット51のLEDランプの色温度は、第2LEDランプセット61のLEDランプの色温度と異なる。本実施形態において、LEDランプの色温度は冷昼光色、暖色光と温白色光の3種類を選択できる。よって、本実施形態において色温度の組み合わせも3種類を選択できる。本実施形態において一組の白色光LEDランプと、一組の温白色光LEDランプを選択する。つまり、LED11−LED1Nを冷昼光色に選択し、LED21−LED2Nを温白色光に選択し、第1LEDランプセット51のLED11が第2LEDランプセット61のLED21の正極をそれぞれ電源駆動回路30の出力端の正極に接続し、電源駆動回路30の出力端の正極は、すなわち、交流直流変換回路31の出力端の正極である。
本実施形態において、第1スイッチ回路52と、第2スイッチ回路62にそれぞれ第1電界効果トランジスタと第2電界効果トランジスタを含む、第1電界効果トランジスタのD極及び第2電界効果トランジスタのD極をそれぞれ第1LEDランプセット51と第2LEDランプセット61の負極に接続する。ここにおいて、第1電界効果トランジスタのD極と第2電界効果トランジスタのD極がそれぞれLED1NとLED2Nの負極に接続する。第1電界効果トランジスタのS極と、第2電界効果トランジスタのS極をそれぞれ電源駆動回路30の出力端の負極に接続し、第1電界効果トランジスタのG極をマイクロプロセッサ40の第1パルス幅変調信号の出力端に接続し、第2電界効果トランジスタのG極をマイクロプロセッサ40の第2パルス幅変調信号の出力端に接続し、マイクロプロセッサ40の第1パルス幅変調信号出力端と第2パルス幅変調信号の出力端をそれぞれ第1電界効果トランジスタと第2電界効果トランジスタにパルス幅変調信号を提供し、制御第1電界効果トランジスタと第2電界効果トランジスタのオンとオフを制御する。マイクロプロセッサ40の第1パルス幅変調信号出力端と第2パルス幅変調信号の出力端が絶えるにパルス幅変調信号を発生し、駆動第1電界効果トランジスタまたは第2電界効果トランジスタを導通させ、第1LEDランプセット51を駆動して冷昼光色を出射するか、または第2LEDランプセット61から暖色光を出射するか、或いは第1LEDランプセット51と第2LEDランプセット61を同時に点灯させて、温白色光を出射させる。
本考案において、調光装置は例えば、交流スイッチ(図示しない)であっても良い。ただし、交流スイッチを使用する場合は、切り換え操作のみとなり、スイッチを操作することによって、光カプラから出力される矩形波信号のパルス幅を変化させて、LED点灯の明滅調節ができない。
(第二実施形態)
図5は、本考案の検出操作モード402(図3を参照)を実現するための回路図である。本実施形態において図5の実施形態は、同じ素子に同じ符号を割り当てられ作用も同じのため、ここでの機能説明を省略して、両者の異なる点のみを説明する。
本考案において、検出回路70は以下2種類のセンサーを含めることができる。
無線トランスデューサ722は、外部物体の通過を検出し、検出信号をマイクロプロセッサ40に転送して、マイクロプロセッサ40によって、スイッチ回路52、62を制御し、LEDランプセット50、61をオンオフする移動体検出回路72は、そのうち、移動体検出回路72は発信された無線波が遮断されているか否かを検出し、検出信号をリアアンプ721に転送して、信号を増幅した上マイクロプロセッサ40に転送する。
そのうち、無線トランスデューサ722は主に赤外線トランスデューサまたはRF電波トランスデューサより構成する。
光カプラトランスデューサ71は、外部の光の強さを検出し、異なる光の強さが光カプラトランスデューサ71に異なる駆動電流を形成して、係る駆動電流をマイクロプロセッサ40に転送する。
マイクロプロセッサ40は光カプラトランスデューサ71からの駆動電流を受信し、駆動電流の大小に従って、LEDランプセット50、61に必要な点灯の輝度を決定すると共に、第1第2スイッチ52と第2スイッチ62回路を駆動することによって、第1LEDランプセットと第2LEDランプセットに必要な輝度を点灯させる。
よって、検出操作モード402が選択されたとき、本考案のシステムはまず移動体検出回路72により、人間または移動体が照明空間に進入しているか否かを確認する。人間または移動体が照明空間に進入したとき、マイクロプロセッサ40によって点灯させる。引き続き、光カプラトランスデューサ71によって、照明空間の輝度を決められ、プロセッサ40に伝送される。
マイクロプロセッサの第2信号の入力端43を感光センサー71に接続し、第3信号入力端42を移動体検出回路72に接続し、確実に移動体検出回路72の信号増幅器721と互いに接続する。感光センサー71が環境光線の強さを検出することによって、第2信号の入力端43に矩形波信号を出力し、移動体検出回路72が外部物体から発信された無線信号を検出した後に第3信号の入力端42に矩形波信号を出力する。
係るLED点灯の制御方法について、そのうち、感光センサーによって環境光線が設定値より低いことが検出された場合、マイクロプロセッサから夜を判断すると共に、第1スイッチ回路にパルス幅変調信号を出力し、第1スイッチ回路を駆動して導通すると共に、第1LEDランプセットを制御し点灯させる。
このように、交流スイッチによって交流電気のオンオフを絶えずに制御し、LEDランプセットを様々な色温度の光を出射できるほか、LEDランプセットから異なる色温度の光線を出射するときに、環境光線の強さと、外部物体の無線信号を検出することによって、LEDランプセットの点灯を制御して、LEDランプセット点灯の自動制御を実現し、環境保護の目的を達成することができる。さらに、LEDの照明機能を増強することによって、LED照明をより知能化させ、LED照明製品の応用と普及に有利する。
本考案のLED回路は、電球型、ダウンライト、天井ライト、蛍光灯管、パネルランプ、PARランプ、360度回転ランプ、石油ランプ、高天井灯など幅広く照明分野に適用できる。その外観は灯具の要求にしたがって任意に変更できるほか、LED照明に要求されたパワーに従って、駆動電源を調節し、各種灯具の要求パワーに対応することができ、応用範囲が極めて幅広い。
ここに説明することは、本考案の応用は以上に取り上げた例に止まらず、本業者がなされた以上の説明に基づく改善または置き換えは、すべて実用新案登録請求の範囲に含むものとする。

Claims (9)

  1. 交流スイッチによって複数の色温度を変更可能なLED照明の制御回路であって、
    交流駆動の電源である駆動電源と、
    前記駆動電源に接続されており、前記駆動電源の信号によって必要な駆動波形を形成する波形発生器と、
    前記駆動電源に接続されており、前記駆動電源からの電気をアナログ信号に変換して電圧を安定化させた上、他の回路素子に駆動電源を提供する電源駆動回路と、
    前記電源駆動回路からの電流により作動可能である第1LEDランプセットと、
    前記第1LEDランプセットの色温度と異なり、前記電源駆動回路から電流により作動可能である第2LEDランプセットと、
    前記電源駆動回路の駆動電流により駆動され、前記波形発生器の駆動信号を受信するマイクロプロセッサと、
    前記1LEDランプセットに接続しオンオフ制御することによる点灯または消灯の制御、前記マイクロプロセッサに接続し出力信号を受信する制御、あるいは、前記第1LEDランプセットに流れる電流を制御することによって前記第1LEDランプセットの輝度を制御する制御を行う第1スイッチ回路と、
    前記第2LEDランプセットに接続しオンオフ制御することによる点灯または消灯の制御、前記マイクロプロセッサに接続し出力信号を受信する制御、あるいは、前記第2LEDランプセットに流れる電流を制御することによって前記第2LEDランプセットの輝度を制御する制御を行う第2スイッチ回路と、を備え、
    前記第1LEDランプセットのLEDストリングの色温度が前記第2LEDランプセットのLEDストリングの色温度とが異なることを特徴とするLED照明の制御回路。
  2. 前記駆動電源は交流の入力端であり、
    前記第1スイッチ回路は電界効果トランジスタであり、
    前記第2スイッチ回路は前記電界効果トランジスタであり、
    前記波形発生器は光カプラであることを特徴とする請求項1記載のLED照明の制御回路。
  3. 前記電源駆動回路は、交流直流変換回路と、電圧安定回路を有し、
    前記電圧安定回路の入力端が前記交流直流変換回路に接続されており、
    前記電圧安定回路は低ドロップアウト電圧レギュレータであることを特徴とする請求項2記載のLED照明の制御回路。
  4. 前記光カプラ回路は出力端が前記マイクロプロセッサの信号入力端に接続されており、
    前記マイクロプロセッサは、パルス幅変調信号の出力端がそれぞれ前記第1スイッチ回路と前記第2スイッチ回路の制御端に接続されており、前記第1スイッチ回路と前記第2スイッチ回路のオンオフ制御に用いられることを特徴とする請求項3記載のLED照明の制御回路。
  5. 前記第1LEDランプセットと前記第2LEDランプセットとは、それぞれ同じ数を有し、互いに直列接続するLEDランプストリングを有することを特徴とする請求項1記載のLED照明の制御回路。
  6. 前記駆動電源に接続されている調光装置と、
    前記駆動電源と前記電源駆動回路との間に接続されている波形発生器をさらに備えることを特徴とする請求項1記載のLED照明の制御回路。
  7. 前記駆動電源に接続されている交流スイッチと、
    前記駆動電源と前記電源駆動回路との間に接続されている波形発生器をさらに備えることを特徴とする請求項1記載のLED照明の制御回路。
  8. 検出回路をさらに備え、
    使用者が駆動電源に適用した場合は、システムを検出操作モードに設定して置き、このとき、前記プロセッサに対応するスイッチオン設定において、前記LEDランプセットが前記検出回路の検出信号を受信することによって、前記LEDランプセットの点灯または消灯状態を設定した後に、前記駆動信号が前記検出回路を介して前記マイクロプロセッサに入力され、前記マイクロプロセッサによって、前記第1スイッチ回路と前記第2スイッチ回路を制御し、前記第1LEDランプセットと前記第2LEDランプセットをオンオフさせることを特徴とする請求項1記載のLED照明の制御回路。
  9. 前記検出回路を前記マイクロプロセッサに接続し、外部環境の変化を検出して前記検出信号を前記マイクロプロセッサ伝送し、前記マイクロプロセッサによって、前記スイッチ回路を制御することによって、前記第1LEDランプセットと前記第2LEDランプセットのオンオフを制御し、
    前記調光装置または前記交流スイッチは前記駆動電源に接続されており、
    前記波形発生器は前記駆動電源と前記電源駆動回路との間に接続されており、
    前記検出回路は、移動体検出回路および光カプラトランスデューサを含み、外部物体の通過を検出し、検出信号を前記マイクロプロセッサに転送し、前記マイクロプロセッサによって、前記スイッチ回路を制御し、前記LEDランプセットのオンまたはオフを制御し、
    前記移動体検出回路は、出射された無線波が遮断されているか否かを検出し、検出信号をリアアンプに転送して、信号を増幅した後に前記マイクロプロセッサに転送する無線トランスデューサと、を含み、
    前記光カプラトランスデューサは、外部の光の強さを検出し、異なる光の強さが前記光カプラトランスデューサに前記調光装置または前記交流スイッチと同じ駆動電流を形成して、前記駆動電流を前記マイクロプロセッサ40に転送することを特徴とする請求項8記載のLED照明の制御回路。
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