JP6080513B2 - 点灯装置及び照明装置 - Google Patents

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Description

本発明は、点灯装置及び照明装置に関するものである。本発明は、特に、LED点灯装置に関するものである。
定電流電源からの出力電流によりLEDを点灯させる点灯装置がある(例えば、特許文献1,2参照)。
例えば、特許文献1に記載の点灯装置では、LEDの直列個数が多くなると、定電流電源である降圧チョッパ回路のスイッチング素子のオン時間が長く、オフ時間が短くなり、LEDの直列個数が少なくなると、降圧チョッパ回路のスイッチング素子のオン時間が短く、オフ時間が長くなる。これにより、LEDのVf(順方向電圧)によらず定電流で点灯制御が可能である。
また、例えば、特許文献2に記載の点灯装置では、LEDが搭載された発光モジュールの接続数に対応して定電流電源の出力電流が変化する。これにより、接続された発光モジュールの状態に対応して点灯装置の駆動を制御できる。
特開2011−210659号公報 特開2011−9232号公報
LEDが何らかの影響によりオープンになったときでも、LEDの接続を検出することで、点灯装置が安全な状態を維持することが必要である。ここで、LEDが複数個からなるLEDモジュールにおいて、点灯装置の出力間と接続するLEDモジュールの端子間に、抵抗で構成される接続情報を持たせることで、LEDの接続を容易に検出できることができる。しかし、このような構成を従来の点灯装置に適用しても、LEDの接続状態を誤判定するおそれがある。
本発明は、例えば、光源モジュールが接続されていないときに点灯装置から光源点灯用の電力が誤って出力されないようにすることを目的とする。
本発明の一の態様に係る点灯装置は、
接続検出用の抵抗を有する光源モジュールを接続可能であり、直流電源から供給される電力の電圧をスイッチング素子のオンオフにより所定の電圧に調整し、当該電力をキャパシタンス要素で平滑して光源点灯用の電力を出力する点灯部と、
前記点灯部のキャパシタンス要素に並列接続された抵抗素子と、
前記点灯部のキャパシタンス要素と前記抵抗素子との並列回路から出力される電圧に基づいて、前記光源モジュールが前記点灯部に接続されているかどうかを判定する判定部と、
前記直流電源からの電力の供給が開始してから所定の期間が経過し、かつ、前記判定部により前記光源モジュールが前記点灯部に接続されていると判定されている場合、前記点灯部のスイッチング素子のオンオフ動作を行う制御部とを備えることを特徴とする。
本発明の一の態様では、点灯装置の制御部が、直流電源からの電力の供給が開始してから所定の期間が経過し、かつ、判定部により光源モジュールが点灯部に接続されていると判定されている場合に、点灯部のスイッチング素子のオンオフ動作を行う。このため、光源モジュールが接続されていないときに点灯装置から光源点灯用の電力が誤って出力されることがない。
実施の形態1に係る照明装置の構成を示す回路図。 実施の形態1に係る遅延回路の構成を示す回路図。 実施の形態1に係る点灯装置の内部の電圧(光源モジュールの非接続時)を示すグラフ。 実施の形態1に係る点灯装置の内部の電圧(光源モジュールの接続時)を示すグラフ。
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
実施の形態1.
図1は、本実施の形態に係る照明装置10の構成を示す回路図である。
図1において、照明装置10は、LED点灯装置11(点灯装置の例)とLEDモジュール12(光源モジュールの例)とを備えている。
LED点灯装置11は、交流電源Vacから供給される交流電力を入力端子21に入力し、装着検出用(接続検出用)の抵抗RLを有するLEDモジュール12内のLED81(発光素子の例)に出力端子24から定電流を流し、LED81を点灯させる。
LED点灯装置11は、ノイズ抑制回路22と、整流回路23と、昇圧チョッパ回路31(直流電源の例)と、降圧チョッパ回路41(点灯部の例)と、接続検出回路51と、制御IC電源回路61と、遅延回路71とを備えている。また、LED点灯装置11は、昇圧チョッパ回路31を制御する昇圧チョッパ制御IC32と、降圧チョッパ回路41を制御する降圧チョッパ制御IC42(制御部の例)とを備えている。さらに、LED点灯装置11は、接続検出回路51に接続検出判定IC52(判定部の例)を備えている。
整流回路23は、入力端子21に入力される交流電力をL型やΠ型のノイズフィルタ等からなるノイズ抑制回路22を介して全波整流するダイオードブリッジよりなる。
昇圧チョッパ回路31は、整流回路23の直流出力端間に接続され、整流回路23の出力電圧を所定の直流電圧に変換する。
降圧チョッパ回路41は、昇圧チョッパ回路31から出力される直流電圧を、低い直流電圧に変換する。また、降圧チョッパ回路41は、電流ピーク制御を用い、いわゆる臨界モード動作にて、インダクタL1(インダクタンス要素の例)に流れる電流を制御し、さらに、平滑コンデンサC1(キャパシタンス要素の例)にて高周波リップルを抑制することで、出力端子24からLED81に定電流を流す。
接続検出回路51は、装着検出用の抵抗RLを有するLEDモジュール12の接続の有無を判断する。
制御IC電源回路61は、スイッチング電源、定電圧レギュレータ回路、抵抗ドロップ等の回路で、昇圧チョッパ制御IC32、降圧チョッパ制御IC42等に駆動用の電力を供給する。
遅延回路71は、制御IC電源回路61から昇圧チョッパ制御IC32に駆動用の電力が供給された後、降圧チョッパ制御IC42に電源電圧が印加されるタイミングを調整する。
ノイズ抑制回路22、整流回路23、昇圧チョッパ回路31、制御IC電源回路61については、従来のものを用いることができるため、詳細な説明を省略する。
以下では、降圧チョッパ回路41、接続検出回路51、遅延回路71について詳細に説明する。
まず、降圧チョッパ回路41について説明する。
降圧チョッパ制御IC42の電源端子(2)とグランド端子(6)との間に、遅延回路71から、所定の電圧以上の制御電源電圧が印加されると、降圧チョッパ制御IC42のゲートドライブ端子(3)の出力電圧がHighレベルとなる。
降圧チョッパ制御IC42のゲートドライブ端子(3)の出力電圧がHighレベルとなると、抵抗RGを介して、ゲート駆動電圧が、MOSFETからなるスイッチング素子Q1のゲート端子及びソース端子間に印加される。
スイッチング素子Q1がオンになると、昇圧チョッパ回路31の正側の出力端から、LED81、平滑コンデンサC1、インダクタL1、スイッチング素子Q1、抵抗RCSを介して、昇圧チョッパ回路31の負側の出力端へ電流が流れる。この電流は抵抗RCSにより検出されて、電流に対応する電圧が、抵抗R12、コンデンサC2からなるノイズ除去用のローパスフィルタを介して、降圧チョッパ制御IC42のインダクタ電流検出端子(4)に入力される。
降圧チョッパ制御IC42のインダクタ電流検出端子(4)の入力電圧が基準電圧を超えると、降圧チョッパ制御IC42のゲートドライブ端子(3)の出力電圧がLowレベルとなり、スイッチング素子Q1がオフになる。
スイッチング素子Q1がオフになると、スイッチング素子Q1がオンしているときに、インダクタL1に蓄積されていた電磁エネルギーが放出され、ダイオードD1を介して、LED81、平滑コンデンサC1に電流が流れる。
インダクタL1の2次巻線の電圧は、ダイオードD2が並列接続された抵抗R13,R14の分圧回路で分圧されて、降圧チョッパ制御IC42の端子(5)に入力される。
インダクタL1の電流が消失すると、インダクタL1の2次巻線には電圧が発生しなくなる。降圧チョッパ制御IC42の端子(5)で、このインダクタL1の2次巻線の電圧が立ち下がったことが検出されると、降圧チョッパ制御IC42のゲートドライブ端子(3)がHighレベルとなり、再びスイッチング素子Q1がオンになる。
以降、同じ動作が繰り返される。
上記のように、降圧チョッパ回路41は、接続検出用の抵抗RLを有するLEDモジュール12を接続可能であり、昇圧チョッパ回路31から供給される電力の電圧をスイッチング素子Q1のオンオフにより所定の電圧に調整する。具体的には、降圧チョッパ回路41は、スイッチング素子Q1のオン時に昇圧チョッパ回路31から供給される電力によりインダクタL1にエネルギーを蓄積し、スイッチング素子Q1のオフ時にインダクタL1に蓄積したエネルギーを放出することにより、昇圧チョッパ回路31から供給される電力の電圧を所定の電圧に調整する。降圧チョッパ回路41は、所定の電圧に調整した電力を平滑コンデンサC1で平滑して光源点灯用の電力を出力する。LEDモジュール12のLED81は、降圧チョッパ回路41から出力される電力により点灯する。このとき、降圧チョッパ制御IC42は、インダクタL1に流れる電流を検出し、検出した電流に応じてスイッチング素子Q1のオンオフを制御することにより、降圧チョッパ回路41からLED81に流れる電流を一定に維持する(即ち、LED81に定電流を流す)。
次に、接続検出回路51について説明する。
接続検出判定IC52は、降圧チョッパ回路41のスイッチング素子Q1のオンオフ動作が開始する前(降圧チョッパ回路41が発振していないとき)は、基準電圧VR2と検出電圧VR4とを比較し、その比較結果に基づいて、装着検出用の抵抗RLを有するLEDモジュール12が接続されているかどうかを判定する。基準電圧VR2は、昇圧チョッパ回路31の出力端間に接続された抵抗R1,R2の分圧回路から接続検出判定IC52に入力される。検出電圧VR4は、降圧チョッパ回路41の平滑コンデンサC1と平滑コンデンサC1に並列接続された抵抗RP(抵抗素子の例)とにインダクタL1を介して直列接続された抵抗R3,R4の分圧回路から接続検出判定IC52に入力される。
接続検出判定IC52は、基準電圧VR2<検出電圧VR4であれば、装着検出用の抵抗RLを有するLEDモジュール12が接続されていると判断する。一方、接続検出判定IC52は、基準電圧VR2≧検出電圧VR4であれば、装着検出用の抵抗RLを有するLEDモジュール12が接続されていないと判断する。LEDモジュール12の装着検出用の抵抗RLの有無によって、基準電圧VR2と検出電圧VR4との大小関係が逆転するように、抵抗R1〜R4,RPの抵抗値が設定されているものとする。
上記のように、接続検出判定IC52は、降圧チョッパ回路41の平滑コンデンサC1と平滑コンデンサC1に並列接続された抵抗RPとの並列回路から出力される電圧に基づいて、LEDモジュール12が降圧チョッパ回路41に接続されているかどうかを判定する。
接続検出判定IC52は、装着検出用の抵抗RLを有するLEDモジュール12が接続されていると判断した場合、降圧チョッパ制御IC42の端子(1)にHigh信号を入力し、降圧チョッパ制御IC42にスイッチング素子Q1のオンオフ動作(発振動作)を許可する。一方、接続検出判定IC52は、装着検出用の抵抗RLを有するLEDモジュール12が接続されていないと判断した場合、降圧チョッパ制御IC42の端子(1)にLow信号を入力し、降圧チョッパ制御IC42にスイッチング素子Q1のオンオフ動作を禁止する(オンオフ動作中であれば、動作を停止させる)。
接続検出判定IC52は、降圧チョッパ回路41のスイッチング素子Q1のオンオフ動作が開始した後(降圧チョッパ回路41が発振しているとき)は、基準電圧Vrefと検出電圧VR6とを比較し、その比較結果に基づいて、スイッチング素子Q1のオンオフ動作が行われているかどうかを判定する。基準電圧Vrefは、接続検出判定IC52の内部で発生する規定の電圧である。検出電圧VR6は、インダクタL1の2次巻線にダイオードD3を介して接続された抵抗R5と抵抗R6及びコンデンサC6の並列回路との分圧回路から入力される。
接続検出判定IC52は、基準電圧Vref<検出電圧VR6であれば、スイッチング素子Q1のオンオフ動作が行われていると判断する。一方、接続検出判定IC52は、基準電圧Vref≧検出電圧VR6であれば、スイッチング素子Q1のオンオフ動作が行われていないと判断する。スイッチング素子Q1のオンオフ動作中(降圧チョッパ回路41が発振しているとき)は、基準電圧Vrefよりも検出電圧VR6が大きくなるように、抵抗R5,R6の抵抗値、コンデンサC6の容量(定数)が設定されているものとする。スイッチング素子Q1のオンオフ動作が停止すると(降圧チョッパ回路41が発振しなくなると)、インダクタL1の2次巻線の電圧が発生しない。このため、検出電圧VR6が発生しない。よって、基準電圧Vrefの方が大きくなる。
接続検出判定IC52は、スイッチング素子Q1のオンオフ動作が行われていないと判断した場合、再び基準電圧VR2と検出電圧VR4とを比較し、その比較結果に基づいて、装着検出用の抵抗RLを有するLEDモジュール12が接続されているかどうかを判定する。
以降、同じ動作が繰り返される。
次に、遅延回路71について説明する。
図2は、遅延回路71の構成を示す回路図である。
図2において、図1に示した制御IC電源回路61より、電源VCC1として、昇圧チョッパ制御IC32及び接続検出判定IC52に供給される電力が遅延回路71にも入力される。この電力は、抵抗R7を介してコンデンサC3に入力されるとともに、MOSFETからなるスイッチング素子Q3のソース端子に入力される。抵抗R7とコンデンサC3との接続点には、ツェナーダイオードDZ1が接続されている。ツェナーダイオードDZ1とコンデンサC4との接続点には、抵抗R8,抵抗R9の分圧回路が接続されている。この分圧回路の出力電圧は、トランジスタQ2のベース端子に印加される。トランジスタQ2は、抵抗R10を介してスイッチング素子Q3のゲート端子に接続されている。トランジスタQ2及び抵抗R10には、コンデンサC5が並列接続されている。スイッチング素子Q3のゲート端子及びソース端子間には、抵抗R11が接続されている。
コンデンサC3の電圧は、抵抗R7及びコンデンサC3によるRC充電カーブで変化し、所望の電圧となる。コンデンサC3の電圧が、ツェナーダイオードDZ1の電圧を超えると、トランジスタQ2がオンになり、スイッチング素子Q3のゲート端子及びソース端子間に電位差が発生することで、スイッチング素子Q3がオンになる。スイッチング素子Q3がオンになることで、遅延回路71より、電源VCC2として、電力が降圧チョッパ制御IC42に出力される。
図3は、LEDモジュール12の非接続時におけるLED点灯装置11の内部の電圧を示すグラフである。図4は、LEDモジュール12の接続時におけるLED点灯装置11の内部の電圧を示すグラフである。以下では、これらの図を用いて、昇圧チョッパ回路31、接続検出回路51が動作し、所定の期間が経過してから、降圧チョッパ制御IC42に駆動用の電力を供給する必要性を説明する。
時刻t1において、交流電源Vacからの給電が開始され、時刻t2において、昇圧チョッパ回路31の出力電圧VDDが急峻に立ち上がると、高次の周波数成分を持った電圧が、降圧チョッパ回路41の平滑コンデンサC1に印加される。これより、平滑コンデンサC1のインピーダンスが小さくなる。
平滑コンデンサC1による過渡現象(いわゆる微分)によって、接続検出回路51の検出電圧VR4が変動する。この検出電圧VR4の変動が収束する時刻(検出電圧VR4が、抵抗R3,R4,RL,RPの抵抗分圧比によって一定になる時刻)より前の時点(例えば、時刻t3)では、装着検出用の抵抗RLを有するLEDモジュール12が接続されているかどうかに関わらず、基準電圧VR2<検出電圧VR4となる。そのため、接続検出判定IC52は、装着検出用の抵抗RLを有するLEDモジュール12が接続されていると判断し、降圧チョッパ制御IC42にスイッチング素子Q1のオンオフ動作を許可する。よって、検出電圧VR4の変動が収束しないうちに、降圧チョッパ制御IC42に電力が供給されると、装着検出用の抵抗RLを有するLEDモジュール12が接続されているかどうかに関わらず、降圧チョッパ回路41が動作してしまう。例えば、仕様外の装着検出用の抵抗RLを有していないLEDモジュールが接続されていても、降圧チョッパ回路41が動作し、LEDを点灯させてしまうおそれがある。仕様外のLEDが用いられると、LEDが故障したり、LED点灯装置11にストレスを与えたりする可能性がある。
このため、本実施の形態では、昇圧チョッパ回路31、接続検出回路51が動作し、所定の期間が経過してから、即ち、平滑コンデンサC1による過渡現象(いわゆる微分)による検出電圧VR4の変動が収束する時刻(検出電圧VR4が、抵抗R3,R4,RL,RPの抵抗分圧比によって一定になる時刻)以降(例えば、時刻T4)に、遅延回路71が降圧チョッパ制御IC42に駆動用の電力を供給する。
上記のように、降圧チョッパ制御IC42は、昇圧チョッパ回路31からの電力の供給が開始してから所定の期間(以下、「遅延時間」という)が経過し、かつ、接続検出判定IC52により接続検出用の抵抗RLを有するLEDモジュール12が降圧チョッパ回路41に接続されていると判定されている場合に、降圧チョッパ回路41のスイッチング素子Q1のオンオフ動作を行う。このため、LEDモジュール12が接続されていないときにLED点灯装置11から光源点灯用の電力が誤って出力されることがない。
上記遅延時間は、降圧チョッパ回路41の平滑コンデンサC1と抵抗RPとの並列回路から出力される電圧が略一定になるまでの期間である。即ち、上記遅延時間は、平滑コンデンサC1の過渡現象が終了するまでの期間である。具体的には、上記遅延時間は、平滑コンデンサC1の充電が完了するまでの期間である。
なお、図1において、降圧チョッパ回路41が平滑コンデンサC1を有していない場合、検出電圧VR4は、抵抗R3,R4,RL,RPの抵抗分圧比のみで定まる。このため、検出電圧VR4には、過度現象(いわゆる微分、積分)による変動が発生しない。即ち、昇圧チョッパ制御IC32と降圧チョッパ制御IC42とのそれぞれに駆動用の電力を供給するタイミングの違いによって、装着検出用の抵抗RLを有するLEDモジュール12の接続の有無を誤判定することはない。しかし、平滑コンデンサC1は、LED81に流れるピーク電流を抑えるため、また、雑音端子電圧、雑音電力を抑制するためには必要となる。
本実施の形態では、平滑コンデンサC1が必要となるLED点灯装置11において、昇圧チョッパ回路31、接続検出回路51が動作し、規定期間、即ち、平滑コンデンサC1による過渡現象(いわゆる微分)による検出電圧VR4の変動が収束する時刻(検出電圧VR4が、抵抗R3,R4,RL,RPの抵抗分圧比によって一定になる時刻)以降に、降圧チョッパ制御IC42に駆動用の電力を供給する。よって、仕様外の装着検出用の抵抗RLを有していないLEDモジュールが接続されている場合は、LEDが点灯しない。
以上説明したように、LED点灯装置11は、直流電源(昇圧チョッパ回路31)に直列接続されて高周波でオンオフ制御されるスイッチング素子Q1と、スイッチング素子Q1と直列に接続されてスイッチング素子Q1のオン時に直流電源から電流が流れるインダクタL1(インダクタンス要素)と、インダクタL1から放出される電流を装着検出用の抵抗RL付のLEDモジュール12のLED81に供給するダイオードD1と、スイッチング素子Q1に流れる電流を検出する電流検出部(抵抗RCS)と、電流検出部により検出される電流値が所定値に達するとスイッチング素子Q1をオフさせるとともに、インダクタL1が所定のエネルギーを放出したことを検出するとスイッチング素子Q1をオンさせる降圧チョッパ制御IC42(制御部)と、LED81と並列に接続されてLED81に流れる電流を平滑する平滑コンデンサC1(キャパシタンス要素)と、平滑コンデンサC1に並列に接続された抵抗RP(抵抗素子)とを備える。LED点灯装置11は、直流電源が駆動し、規定期間が経った後、降圧チョッパ制御IC42に駆動用の電力を供給する。この規定期間とは、直流電源が駆動し、平滑コンデンサC1による過渡現象によって、LEDモジュール12の装着有無を示す検出電圧VR4の変動する現象が収束する期間のことである。
LED点灯装置11は、LEDモジュール12の接続状態を検出して点灯制御を開始するものであるから、照明装置10において、LEDモジュール12が接続されていないときに、交流電源Vacから電力を供給してもLED点灯装置11にストレスが与えられることがなくなる。また、使用者が誤って、交流電源Vacから電力を供給してからLEDモジュール12を接続しても、LEDモジュール12に過電流が発生することがないため、LEDモジュール12が故障する恐れがなく、安全に使用することができる。さらに、本実施の形態では、LEDモジュール12の接続状態を誤判定することなく、検出できる動作タイミングをとっているものであるから、信頼性の高いLED点灯装置11、照明装置10を供給することができる。
本実施の形態では、光源モジュールとして、接続検出用の抵抗RLを有するLEDモジュール12を用いているが、LEDモジュール12の代わりに、接続検出用の抵抗RLを有する他の種類の光源モジュールを用いてもよい。例えば、LED81の代わりに有機ELを備えた光源モジュールを用いてもよい。
また、本実施の形態では、LED点灯装置11が、昇圧チョッパ回路31からの電力の供給が開始してから遅延時間が経過した後に、降圧チョッパ制御IC42に駆動用の電力を供給する遅延回路71を備えているが、LED点灯装置11が遅延回路71を備える代わりに、接続検出回路51が、昇圧チョッパ回路31からの電力の供給が開始してから遅延時間が経過した後に、接続検出用の抵抗RLを有するLEDモジュール12が接続されているかどうかを判定するようにしてもよい。即ち、接続検出回路51が、昇圧チョッパ回路31からの電力の供給が開始してから遅延時間が経過するまでは、基準電圧VR2<検出電圧VR4であっても、接続検出用の抵抗RLを有するLEDモジュール12が接続されていないと判定するようにしてもよい。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
10 照明装置、11 LED点灯装置、12 LEDモジュール、21 入力端子、22 ノイズ抑制回路、23 整流回路、24 出力端子、31 昇圧チョッパ回路、32 昇圧チョッパ制御IC、41 降圧チョッパ回路、42 降圧チョッパ制御IC、51 接続検出回路、52 接続検出判定IC、61 制御IC電源回路、71 遅延回路、81 LED、C1 平滑コンデンサ、C2,C3,C4,C5,C6 コンデンサ、D1,D2,D3 ダイオード、DZ1 ツェナーダイオード、L1 インダクタ、Q1,Q3 スイッチング素子、Q2 トランジスタ、R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12,R13,R14,RCS,RG,RL,RP 抵抗、Vac 交流電源。

Claims (5)

  1. 接続検出用の抵抗を有する光源モジュールを接続可能であり、直流電源から供給される電力の電圧をスイッチング素子のオンオフにより所定の電圧に調整し、当該電力をキャパシタンス要素で平滑して光源点灯用の電力を出力する点灯部と、
    前記点灯部のキャパシタンス要素に並列接続された抵抗素子と、
    前記点灯部のキャパシタンス要素と前記抵抗素子との並列回路から出力される電圧に基づいて、前記光源モジュールが前記点灯部に接続されているかどうかを判定する判定部と、
    前記直流電源からの電力の供給が開始してから所定の期間遅延させた後に、駆動用の電力を供給する遅延回路と
    前記遅延回路から供給される電力により動作を行い、前記判定部により前記光源モジュールが前記点灯部に接続されていると判定されている場合、前記動作として、前記点灯部のスイッチング素子のオンオフ動作を行う制御部と
    を備える点灯装置。
  2. 前記所定の期間は、前記並列回路から出力される電圧が略一定になるまでの期間である請求項1に記載の点灯装置。
  3. 前記所定の期間は、前記点灯部のキャパシタンス要素の過渡現象が終了するまでの期間である請求項1又は2に記載の点灯装置。
  4. 前記所定の期間は、前記点灯部のキャパシタンス要素の充電が完了するまでの期間である請求項1から3のいずれか1項に記載の点灯装置。
  5. 請求項1から4のいずれか1項に記載の点灯装置と、
    接続検出用の抵抗を有し、前記点灯装置の点灯部から出力される電力により点灯する光源モジュールと
    を備える照明装置。
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