JP6944538B2 - 光源駆動装置、照明装置、および電流設定方法 - Google Patents

光源駆動装置、照明装置、および電流設定方法 Download PDF

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Description

本開示は、光源駆動装置、照明装置、および電流設定方法に関する。本出願は、2017年12月1日に出願した日本特許出願である特願2017−231636号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
従来、定電流で発光ダイオード(LED:light emitting diode)等の光源を点灯制御する光源駆動装置が知られている。このような光源駆動装置を有する各種の照明装置(例えば、看板、ショーケース等で使用される照明装置、家庭で用いられるLED照明等)においては、明るさについての要望がユーザあるいは設置場所ごとに異なる。そのため、各要望に沿った多種の製品を揃えておく必要があった。また、天井、店舗等への照明装置の設置後に明るさを変更する場合には、照明装置を分解して、内部の光源駆動装置または光源を交換したり、光源駆動装置を改造して出力電流を変更したりする必要があった。
例えば、上記出力電流を変更する技術として、特許文献1(米国特許第9161410号明細書)は、出力電流が可変である発光ダイオード駆動装置を開示している。この発光ダイオード駆動装置では、ユーザ設定部がユーザ側設定信号をパルス幅変調制御部に送り、調光部が調光信号をパルス幅変調制御部に送り、パルス幅変調制御部がユーザ側設定信号の値に調光信号の値を乗算して出力電流制御信号を取得し、発光ダイオード駆動部に送る。発光ダイオード駆動部は、出力電流制御信号の値に最大出力電流の値を乗算した駆動電流によって発光ダイオードを駆動する。
米国特許第9161410号明細書
しかしながら、特許文献1に係る発光ダイオード駆動装置においては、発光ダイオードが発光ダイオード駆動部に電気的に接続され、ユーザ設定部がパルス幅変調制御部に電気的に接続されている。このことから、発光ダイオード駆動装置には、ユーザ設定部を接続するための専用の接続端子を設けておく必要があるため、装置構成が複雑になる可能性がある。
本開示は、ある局面では、光源駆動装置から光源に出力される電流を容易に変更することが可能な光源駆動装置を提供することを目的とする。本開示は、他の局面では、上記の光源駆動装置を含む照明装置を提供することを目的とする。本開示は、さらに他の局面では、光源駆動装置から光源に出力される電流を容易に変更することが可能な電流設定方法を提供することを目的とする。
ある実施の形態に従う光源駆動装置は、光源を接続可能であって、かつ、光源に流れる電流を設定するための設定ユニットを接続可能な第1の端子と、光源に流れる電流が定電流になるように制御する定電流駆動回路と、第1の端子に接続された設定ユニットから供給される電圧を変換し、当該変換された電圧信号を出力する変換回路と、変換された電圧信号に基づいて定電流の電流値を設定し、当該設定した電流値を示す設定信号を定電流駆動回路に出力する制御回路とを備える。
他の実施の形態に従う照明装置は、上記光源駆動装置と、光源とを備える。
さらに他の実施の形態に従うと、光源駆動装置から光源に供給される電流を設定するための電流設定方法が提供される。光源駆動装置は、光源、および、光源に流れる電流を設定するための設定ユニットを接続可能な端子と、光源に流れる電流が定電流になるように制御する定電流駆動回路とを備える。電流設定方法は、端子に接続された設定ユニットから供給される電圧を変換し、当該変換された電圧信号を出力するステップと、変換された電圧信号に基づいて、定電流の電流値を設定するステップと、設定するステップにより設定された電流値を示す設定信号を定電流駆動回路に出力するステップとを含む。
本開示によると、光源駆動装置から光源に出力される電流を容易に変更することが可能となる。
実施の形態1に従う電流設定システムの概要を説明するための概念図である。 実施の形態1に従う信号変換方式の一例を説明するための図である。 実施の形態1に従う電流設定方法の一例を説明するためのフローチャートである。 実施の形態1に従う電流設定ユニットの回路構成の一例を示す図である。 実施の形態1に従う光源駆動装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態1の変形例1に従う光源駆動装置を示すブロック図である。 実施の形態1の変形例2に従う光源駆動装置を示すブロック図である。 実施の形態2に従う光源駆動装置のブロック図である。 実施の形態2の変形例1に従う光源駆動装置のブロック図である。 実施の形態2の変形例2に従う光源駆動装置のブロック図である。 実施の形態2の変形例3に従う光源駆動装置のブロック図である。 実施の形態3に従う照明装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態3の変形例に従う照明装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態4に従う電流設定システムの概要を説明するための概念図である。 実施の形態4に従う電流設定方法の一例を説明するためのフローチャートである。 その他の実施の形態に従う光源駆動装置を示すブロック図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
[実施の形態1]
<電流設定システムの概要>
図1は、実施の形態1に従う電流設定システムの概要を説明するための概念図である。具体的には、図1(a)は、光源駆動装置100の出力電流を設定する場合の各装置の接続形態を示す図である。図1(b)は、設定された出力電流の値を確認する場合の各装置の接続形態を示す図である。
図1を参照して、電流設定システムは、光源駆動装置100から光源に出力(供給)される(すなわち、光源に流れる)電流を設定するためのシステムである。具体的には、電流設定システムは、光源駆動装置100と、光源80と、電流計82と、電圧源84と、電流設定ユニット90とを含む。
図1(a)および図1(b)を参照して、光源駆動装置100は、定電流駆動回路10と、定電圧回路20と、変換回路30と、制御回路40と、入力端子51と、出力端子52とを含む。出力端子52は、光源80、および電流設定ユニット90を接続可能に構成される。
定電流駆動回路10は、光源80に流れる電流が定電流になるように制御する。具体的には、光源駆動装置100が光源80を駆動する通常動作時において、定電流駆動回路10は、電圧源84からの電力を受けて、光源80の定電流駆動制御を実行する。
定電圧回路20は、出力端子52に印加される電圧を一定電圧に変換して、当該一定電圧を制御回路40に出力する。当該一定電圧は、制御回路40の電源電圧である。変換回路30は、出力端子52を介して、電流設定ユニット90から供給される電圧を変換して、当該変換された電圧信号を制御回路40に出力する。
図2は、実施の形態1に従う信号変換方式の一例を説明するための図である。図2を参照して、出力端子52の負極側を0Vとしたときに、定電圧回路20から制御回路40に出力される電源電圧(ここでは、5V)よりも大きい電圧(ここでは、10Vあるいは6V)が出力端子52の正極側に印加されている。また、信号変換に利用する参照電圧が8Vに設定されている。
この場合、変換回路30は、電流設定ユニット90から出力端子52に印加される電圧(例えば、10Vあるいは6V)と参照電圧(例えば、5V)とを比較して、比較結果を示す二値の信号を制御回路40に出力する。図2の例では、変換回路30は、出力端子52に印加される電圧が参照電圧以上である場合には、High信号を制御回路40に出力し、出力端子52に印加される電圧が参照電圧未満である場合には、Low信号を制御回路40に出力する。
再び、図1を参照して、制御回路40は、変換回路30により変換された二値の信号に基づいて、定電流駆動回路10から出力される定電流の電流値を設定する。ここでは、例えば、High信号をデータ”1”に対応させ、Lоw信号をデータ”0”に対応させるものとする。なお、High信号をデータ”0”に対応させ、Lоw信号をデータ”1”に対応させてもよい。
図2の例では、変換回路30からHigh信号、Low信号の順に、交互に3回出力されているため、制御回路40は、変換回路30から受けた信号をデータ”101010”として認識する。制御回路40は、各データと定電流の電流値とを関連付けた情報テーブルを参照して、当該データに対応する定電流の値を特定する。なお、情報テーブルは、制御回路40の内部メモリ(例えば、不揮発性メモリ)に記憶されている。制御回路40は、当該特定した定電流の電流値を内部メモリに設定し(すなわち、記憶し)、当該設定した電流値を示す設定信号を定電流駆動回路10に出力する。定電流駆動回路10は、通常動作時において、設定信号に従う電流値が光源80に流れるように制御する。
なお、制御回路40は、情報テーブルを参照せずに、定電流の値を特定する構成であってもよい。例えば、制御回路40は、光源駆動装置100の出力電流の最大値を100%とした場合に、何%の出力電流とするのかを変換回路30から受けた信号のレベルから読み取るように構成されていてもよい。
図3は、実施の形態1に従う電流設定方法の一例を説明するためのフローチャートである。図3を参照して、電流設定方法では、図1(a)に示すように、光源駆動装置100の出力端子52に電流設定ユニット90が接続される(ステップS10)。電流設定ユニット90は、光源駆動装置100の出力電流を所望値に設定するための設定電圧(例えば、図2に示すような電圧)を出力端子52に入力する(ステップS12)。このとき、定電圧回路20は、設定電圧を一定電圧に変換して、当該一定電圧を電源電圧として制御回路40に供給する。
変換回路30は、設定電圧と参照電圧と比較し、比較結果として二値の信号(High信号およびLow信号)を制御回路40に出力する(ステップS14)。制御回路40は、内部メモリに記憶されている情報テーブルを参照して、二値の信号に対応するデータに関連付けられた定電流の電流値を特定し、当該特定した電流値を内部メモリに記憶する(ステップS16)。
次に、図1(b)に示すように、光源駆動装置100の出力端子52から電流設定ユニット90が外され、電流計82が出力端子52と光源80との間に直列接続され、光源80が出力端子52に並列接続され、電圧源84が入力端子51に並列接続される(ステップS18)。電圧源84は、光源駆動装置100の入力端子51に電圧を印加する(ステップS20)。
制御回路40は、ステップS16において内部メモリに記憶した電流値を示す設定信号を定電流駆動回路10に出力する(ステップS22)。例えば、制御回路40は、当該電流値を、内部に設けられたDA(digital-to-Analog)変換機能によりアナログ電圧値に変換し、当該変換したアナログ電圧値を設定信号として出力する。定電流駆動回路10は、当該設定信号に従って光源80の定電流駆動制御を実行する(ステップS24)。電流計82は、光源駆動装置100の出力電流(すなわち、光源80に流れる電流)を測定する(ステップS26)。続いて、出力電流が目標範囲内(すなわち、目標値の公差内)か否かを判定する(ステップS28)。具体的には、ユーザが当該判定を行なってもよいし、電流計82の測定値の入力を受け付けたPC(personal computer)等の端末装置(図示しない)により、当該判定が行なわれてもよい。
出力電流の測定値が目標範囲内である場合には(ステップS28においてYES)、光源80、電流計82、および電圧源84は光源駆動装置100から外され(ステップS30)、処理は終了する。出力電流が目標範囲内ではない場合には(ステップS28においてNO)、出力電流の測定値と目標値とのずれを補正するように電流設定ユニット90の設定電圧の値を調整して(ステップS32)、ステップS10に戻る。このとき、少なくとも電圧源84は、光源駆動装置100から外される。電流計82および光源80は、光源駆動装置100に接続されたままであってもよい。
<電流設定ユニットの構成>
図4は、実施の形態1に従う電流設定ユニット90の回路構成の一例を示す図である。図4を参照して、電流設定ユニット90は、内部電圧源92と、抵抗Ra,Rb,Rc,Rd,Reと、トランジスタQa,Qbと、SIGNAL端子と、Vout端子と、GND端子とを含む。
SIGNAL端子に、端末装置(例えば、PC、マイコン等)からHigh信号が入力されると、トランジスタQaがON状態(閉状態)になるため、抵抗Rcの両端がショートされる。この場合、Vout端子には、内部電圧源92の電圧Vsを抵抗Raと抵抗Rbとで分圧した電圧から、トランジスタQ2のベースエミッタ間電圧Vbeを減じた電圧Vhiが出力される。具体的には、電圧Vhiは以下の式(1)のように表わされる。
Vhi=Vs×(Rb)/(Ra+Rb)−Vbe・・・(1)
SIGNAL端子に、端末装置からLow信号が入力されると、トランジスタQaがOFF状態(開放状態)になる。この場合、Vout端子には、電圧Vsを抵抗Raと、抵抗Rbおよび抵抗Rcの合成抵抗Rbc(=Rb+Rc)とで分圧した電圧から、トランジスタQ2のベースエミッタ間電圧Vbeを減じた電圧Vloが出力される。具体的には、電圧Vloは以下の式(2)のように表わされる。
Vlo=Vs×(Rb+Rc)/(Ra+Rb+Rc)−Vbe・・・(2)
電圧Vs、抵抗Ra,Rb,Rcの抵抗値を適切に選択することにより、定電圧回路20の出力電圧(すなわち、制御回路40の電源電圧)よりも大きな電圧であって、かつ電圧値が異なる2つの電圧を出力することができる。そのため、電流設定ユニット90は、制御回路40の電源電圧に信号を重畳した設定電圧を出力することができる。
<光源駆動装置の構成>
図5は、実施の形態1に従う光源駆動装置100Aの構成を示すブロック図である。光源駆動装置100Aは、図1に示す光源駆動装置100と対応するが、後述する変形例との区別のため、便宜上「A」といった追加の符号を付している。
光源駆動装置100Aは、定電流駆動回路10と、定電圧回路20と、変換回路30Aと、制御回路40と、入力端子51と、出力端子52とを含む。
光源駆動装置100Aが光源80を駆動する通常動作時の動作例について説明する。通常動作時には、商用交流電源等の電圧源84が入力端子51に接続され、LED等の光源80が出力端子52に接続される。
定電流駆動回路10は、入力端子51を介して電圧源84から電力の供給を受ける。定電流駆動回路10は、光源80を定電流駆動する。具体的には、定電流駆動回路10は、制御回路40から受けた設定信号に従う電流値の出力電流を光源80に供給する。
定電圧回路20は、出力端子52に印加されている電圧を一定電圧に変換し、変換した一定電圧を制御回路40に供給する。具体的には、定電圧回路20は、IC21により構成されている。IC21は、入力端子(図中の「IN」)、出力端子(図中の「OUT」)、およびグラウンド端子(図中の「GND」)の3端子から構成される三端子レギュレータICである。IC21は、入力電圧がIC21の入力電圧範囲以内であれば一定電圧を出力する。IC21により出力された一定電圧は、制御回路40の電源電圧として利用される。
制御回路40は、内部メモリに設定(記憶)されている電流値を示す設定信号を定電流駆動回路10に出力する。電流値は、定電流駆動回路10から光源80に供給される出力電流(すなわち、定電流)の電流値である。制御回路40は、例えば、マイクロコンピュータ等の不揮発メモリを有するIC41により構成される。IC41は、正極側の電源端子であるVDD端子、負極側の電源端子であるVSS端子、入力端子であるIN端子、出力端子であるOUT端子、および検出信号の入力端子であるIN_PWR端子を含む。
ここで、定電流駆動回路10は、入力端子51に印加されている入力電圧を検出する検出回路11を含む。具体的には、検出回路11は、入力電圧が閾値Th以上であることを検出した場合には、当該検出結果を示す検出信号を制御回路40(IC41)に出力する。制御回路40(IC41)は、IN_PWR端子を介して、検出信号の入力を受け付けている場合、出力電流の設定を変更しないように構成される。
具体的には、制御回路40は、IN_PWR端子を介して検出信号の入力を受け付けている場合には(すなわち、入力端子51の電圧が閾値Th以上である場合)、IN端子を介して変換回路30から電圧信号を受け付けた場合であっても、当該電圧信号に対応する定電流の電流値を内部メモリに設定しない(記憶しない)ように構成される。換言すると、制御回路40は、検出信号の入力を受け付けていない場合に(すなわち、入力端子51の電圧が閾値Th未満である場合)、電圧信号に対応する定電流の電流値を内部メモリに記憶する。これにより、光源駆動装置100Aの通常動作時において、光源80が出力端子52から外された場合等に出力端子52において発生し得るチャタリングにより、出力端子52から設定電圧が入力されたと制御回路40が誤認識して、当該設定電圧により定電流の電流値を変更するのを防ぐことができる。
なお、検出回路11は、入力電圧が閾値Th未満であることを検出した場合に、当該検出結果を示す検出信号を制御回路40(IC41)に出力してもよい。この場合、制御回路40(IC41)は、当該検出信号により入力電圧が閾値未満であると判断して、電圧信号に対応する定電流の電流値を内部メモリに記憶する。
次に、定電流駆動回路10の出力電流設定時の動作例について説明する。出力電流設定時には、出力端子52に電流設定ユニット90が接続される。電流設定ユニット90は、出力電流を所望値に設定するための設定電圧を出力端子52に入力する。定電圧回路20は、設定電圧を受けて、制御回路40に一定電圧を供給する。
変換回路30Aは、入力を受けた設定電圧を、制御回路40の入力電圧範囲以内に変換した電圧信号を制御回路40に出力する。具体的には、変換回路30Aは、出力端子52の電圧が参照電圧以上か否かを判断するために、抵抗R1,R2と、NPNトランジスタQ1と、ツェナーダイオードZD1とを含む電圧比較回路により構成される。
詳細には、電流設定ユニット90により出力端子52に印加された設定電圧が、「NPNトランジスタQ1のベースエミッタ間電圧+ツェナーダイオードのツェナー電圧」以上である場合には、抵抗R1により制限された電流がNPNトランジスタQ1のベースに流れるため、NPNトランジスタQ1はON状態となる。これにより、NPNトランジスタQ1の電流増幅作用により増幅された電流が、NPNトランジスタQ1のコレクタから引き込まれ、抵抗R2の電圧降下を引き起こすため、制御回路40(IC41のIN端子)に対してLоw信号が出力される。
一方、電流設定ユニット90により出力端子52に印加された設定電圧が、「NPNトランジスタQ1のベースエミッタ間電圧+ツェナーダイオードのツェナー電圧」未満である場合には、抵抗R1を介して電流は流れ込まないためNPNトランジスタQ1はOFF状態となる。これにより、抵抗R2によりNPNトランジスタQ1のコレクタは、定電圧回路20の出力電圧まで上昇して、制御回路40に対してHigh信号を出力する。
制御回路40は、変換回路30Aにより出力されたHigh信号およびLow信号を受け取り、これらの信号の内容に応じて内部メモリに記憶されている出力電流の設定値を書き換える。
(変形例1)
図6は、実施の形態1の変形例1に従う光源駆動装置100Bを示すブロック図である。光源駆動装置100Bは、光源駆動装置100Aの変換回路30Aを、変換回路30Bに置き換えた構成である。そのため、光源駆動装置100Bにおける変換回路30B以外の構成についてはその詳細な説明は繰り返さない。
変換回路30Bは、抵抗R3,R4と、ツェナーダイオードZD2とを含む抵抗分圧回路である。この場合、IC41のIN端子には、出力端子52の電圧を、抵抗R3および抵抗R4により分圧した電圧が入力される。この場合、制御回路40は、内部に設けられたAD(Analog-to-digital)変換器により入力された電圧をディジタル信号に変換し、当該ディジタル信号の内容に応じて内部メモリに記憶されている出力電流の設定値を書き換える。
一般的に、出力端子52の±間には出力電圧を検出するための分圧抵抗が設けられているため、抵抗素子を新たに追加することなく変換回路30Bを構成することができる。なお、通常動作時において、変換回路30Bから制御回路40(具体的には、IN端子)に入力される電圧が制御回路40の入力電圧範囲を超えないように、保護素子としてツェナーダイオードZD2が抵抗R4に並列接続されている。
(変形例2)
図7は、実施の形態1の変形例2に従う光源駆動装置100Cを示すブロック図である。光源駆動装置100Cは、光源駆動装置100Aの変換回路30Aを、変換回路30Cに置き換えた構成である。そのため、光源駆動装置100Cにおける変換回路30C以外の構成についてはその詳細な説明は繰り返さない。
変換回路30Cは、抵抗R5,R6,R7,R8と、ツェナーダイオードZD3と、コンパレータ31とを含む電圧比較回路である。図7の例では、出力端子52の電圧を、抵抗R7および抵抗R8で分圧した電圧がコンパレータ31の非反転入力端子に入力される。また、IC21の出力電圧を、抵抗R5および抵抗R6で分圧した電圧がコンパレータ31の反転入力端子に入力される。反転入力端子に入力される電圧は、コンパレータ31の閾値電圧となる。出力端子52の電圧を抵抗R7と抵抗R8で分圧した電圧がコンパレータ31の入力電圧範囲を超えないように、保護素子としてツェナーダイオードZD3が抵抗R8に並列接続されている。
ここで、電流設定ユニット90から出力端子52に入力される2つの電圧値を、それぞれ電圧値V1および電圧値V2とする。この場合、非反転入力端子には、電圧値V1を抵抗R7およびR8で分圧した電圧値V1p(=V1×R8/(R7+R8))、あるいは電圧値V2を抵抗R7およびR8で分圧した電圧値V2p(=V2×R8/(R7+R8))が入力される。
そのため、反転入力端子に入力される電圧(すなわち、閾値電圧)を、電圧値V1pと電圧値V2pとの間に設定する。これにより、例えば、コンパレータ31は、電圧値V1pの入力を受けた場合には、データ”1”に対応する電圧をIC41に出力し、電圧値V2pの入力を受けた場合には、データ”0”に対応する電圧をIC41に出力する。
変換回路30Cでは、三端子レギュレータICの出力電圧のように温度特性が良好な電圧を、コンパレータ31の閾値電圧として利用することができる。これにより、出力端子52の電圧から制御回路40用の信号への変換精度が向上する。
<利点>
実施の形態1によると、光源駆動装置に設けられた光源接続用の端子に電流設定ユニットを接続可能に構成されており、当該電流設定ユニットにより定電流駆動回路の出力電流を設定することができる。そのため、電流設定ユニット専用の接続端子を設ける必要がない。また、光源駆動装置の入力端子および出力端子のみが外部に露出することになるため、光源駆動装置の防水対策が容易となる。また、電流設定ユニットを光源駆動装置内に設ける必要もない。
また、出力電流の設定後に、出力電流の測定および再設定を繰り返し行なうことで、出力電流の微調整も可能となる。さらに、光源駆動装置を適用した照明装置が天井等に設置された後であっても、光源用の接続端子に電流設定ユニットを接続するだけで、照明装置の明るさを変更することができるため、当該変更の作業が容易となる。
[実施の形態2]
実施の形態1に従う光源駆動装置100においては、通常動作時に出力端子52に接続される光源80の負荷電圧が高い場合には、定電圧回路20に高電圧が印加されて定電圧回路20が損傷する可能性がある。そこで、実施の形態2では、光源80の負荷電圧が高い場合であっても、定電圧回路20が損傷しないように定電圧回路20を高電圧から保護するための保護回路を光源駆動装置に追加した構成について説明する。
実施の形態2に従う光源駆動装置は、定電圧回路20の保護回路を有している点で、実施の形態1に従う光源駆動装置100と異なる。<電流設定システムの概要>および<電流設定ユニット>の構成については実施の形態1と同様であるため、その詳細な説明は繰り返さない。
図8は、実施の形態2に従う光源駆動装置200Aのブロック図である。図8を参照して、光源駆動装置200Aは、定電流駆動回路10と、定電圧回路20と、変換回路30Aと、制御回路40と、入力端子51と、出力端子52と、保護回路60Aとを含む。すなわち、光源駆動装置200Aは、図5に示した光源駆動装置100Aに保護回路60Aを追加した構成である。そのため、光源駆動装置200Aにおける、保護回路60A以外の構成についてはその詳細な説明は繰り返さない。
保護回路60Aは、出力端子52と定電圧回路20との間に設けられている。保護回路60Aは、定電圧回路20が損傷されない程度に出力端子52の電圧を低減して、当該低減した電圧を定電圧回路20に出力する。
具体的には、保護回路60Aは、抵抗R10,R11と、NPNトランジスタQ10と、ツェナーダイオードZD10とを含む。抵抗R10およびツェナーダイオードZD10は、出力端子52の電圧から一定電圧を作る。NPNトランジスタQ10および抵抗R11は、電流駆動能力を上げている。保護回路60Aによると、高電圧がNPNトランジスタQ10に印加された場合であっても、ツェナーダイオードZD10のツェナー電圧よりもNPNトランジスタQ10のベースエミッタ間電圧だけ低い所定電圧(一定電圧)が定電圧回路20に供給される。すなわち、保護回路60Aは、出力端子52の電圧を所定電圧まで低下させ、当該所定電圧を定電圧回路20に出力する。これにより、定電圧回路20を保護することができる。
また、出力電流の設定時において、電流設定ユニット90から出力端子52に入力される電圧が高いほど、制御回路40に入力される信号の変換精度が向上する。保護回路60Aを設けることにより、電流設定ユニット90から高電圧を出力端子52に入力しても定電圧回路20が損傷することがないため、信号の変換精度を向上させることができる。
(変形例1)
光源駆動装置の通常動作時において、出力端子52に接続される光源80の負荷電圧が高い場合に、定電圧回路20、変換回路30A、制御回路40のバイアス電流を、定電流駆動回路10から保護回路60Aを介して流すと損失が大きい。そこで、実施の形態2の変形例1では、定電流駆動回路内に補助電源回路を設けて、通常動作時にはバイアス電流を、定電流駆動回路から保護回路を介して流さないように構成される。
図9は、実施の形態2の変形例1に従う光源駆動装置200Bのブロック図である。図9を参照して、光源駆動装置200Bは、光源駆動装置200Aの定電流駆動回路10を定電流駆動回路10Bに置き換え、光源駆動装置200Aの保護回路60Aを保護回路60Bに置き換えた構成である。そのため、光源駆動装置200Bにおける定電流駆動回路10Bおよび保護回路60B以外の構成についてはその詳細な説明は繰り返さない。
補助電源回路12は、例えば、DC−DCスイッチング制御回路により構成され、出力電圧値は15V程度である。通常動作時には、入力端子51を介して定電流駆動回路10Bに電圧源84が接続されるため補助電源回路12が動作し、補助電源回路12の出力電圧が定電圧回路20の入力端子に入力される。
保護回路60Bは、抵抗R10,R11と、NPNトランジスタQ10と、ツェナーダイオードZD10と、ダイオードD10とを含む。抵抗R10およびツェナーダイオードZD10は、出力端子52の電圧から一定電圧を作る。NPNトランジスタQ10および抵抗R11は、電流駆動能力を上げている。また、出力電流の設定時においては、ダイオードD10を通して出力端子52からバイアス電流を定電圧回路20、変換回路30A、制御回路40へ流すように構成される。
また、NPNトランジスタQ10のエミッタ電圧は、補助電源回路12の出力電圧よりもダイオードD10の順方向電圧分以上低く設定される。これにより、通常動作時においては、補助電源回路12の出力電圧によりダイオードD10は逆バイアス状態となる。そのため、ダイオードD10を通じて、定電圧回路20、変換回路30A、制御回路40へバイアス電流は流れないことから、電力損失を低減することができる。
このように、光源駆動装置200Bでは、通常動作時に電圧源84が入力端子51に接続されている場合には、補助電源回路12が、電圧Vx1を定電圧回路20に出力する。また、出力電流の設定時において、電圧源84が入力端子51に接続されておらず電流設定ユニット90が出力端子52に接続されている場合には、保護回路60Bが電圧Vx2を定電圧回路20に出力する。補助電源回路12から定電圧回路20に出力される電圧Vx1と、保護回路60Bから定電圧回路20に出力される電圧Vx2とは、IC21の入力電圧範囲以内であればよく、同一であっても異なっていてもよい。
(変形例2)
実施の形態2の変形例1では、定電流駆動回路内に補助電源回路を設けることにより、通常動作時にはバイアス電流を、定電流駆動回路から保護回路を介して流さないようにする構成について説明した。実施の形態2の変形例2では、通常動作時に、定電流駆動回路から保護回路を介してバイアス電流を流さないようにするため、保護回路をスイッチン制御方式の電圧変換回路で構成する例について説明する。
図10は、実施の形態2の変形例2に従う光源駆動装置200Cのブロック図である。図10を参照して、光源駆動装置200Cは、光源駆動装置200Aの保護回路60Aを保護回路60Cに置き換えた構成である。そのため、光源駆動装置200Cにおける保護回路60C以外の構成についてはその詳細な説明は繰り返さない。
保護回路60Cは、スイッチング素子Q11と、コンデンサC10と、インダクタL10と、環流ダイオードD11と、ダイオードD12と、IC61とを含む降圧チョッパ回路である。スイッチング素子Q11は、Nチャネル型のMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)である。IC61は、スイッチング素子Q11のオンオフを制御するためのICである。ダイオードD12は、IC61に電流を供給するためのダイオードである。
保護回路60Cは、出力端子52の電圧を所定電圧に変換して、定電圧回路20に所定電圧を出力する。また、スイッチング制御方式の電圧変換回路で構成される保護回路60Cによると、光源駆動装置200Cの通常動作時において、バイアス電流は定電流駆動回路10から流れるバイアス電流が低減されるため、バイアス電流による電力損失を低減することができる。バイアス電流による電力損失が減る理由は、リニア方式とスイッチング方式の違いのためである。
具体的には、定電流駆動回路10の出力からバイアス電流が全て流れる場合の損失をWLoss1、定電流駆動回路10の出力電圧をVоut、バイアス電流をIbiasとすると、以下の式(1)が成立する。
Wloss1=Vout×Ibais・・・(1)
また、スイッチング制御方式の電圧変換回路の出力からバイアス電流が流れる場合の損失をWloss2、スイッチング制御方式の電圧変換回路の出力電圧をVaux、バイアス電流をIbias、スイッチング制御方式の電圧変換回路の電力変換効率をηとすると、以下の式(2)が成立する。
Wloss2=Vaux×Ibais×η・・・(2)
そのため、Vout>Vaux×ηが成立する場合には、バイアス電流による電力損失はスイッチング制御方式の電圧変換回路を使用したほうが小さくなる。ηは通常70%以上が見込める。
(変形例3)
実施の形態2の変形例3は、上記の変形例2に従う保護回路60Cを定電流駆動回路内に設ける構成について説明する。
図11は、実施の形態2の変形例3に従う光源駆動装置200Dのブロック図である。図11を参照して、光源駆動装置200Dは、光源駆動装置200Aの定電流駆動回路10を定電流駆動回路10Dに置き換えた構成である。そのため、光源駆動装置200Dにおける定電流駆動回路10D以外の構成についてはその詳細な説明は繰り返さない。
定電流駆動回路10Dは、検出回路11と、出力電流(定電流)を制御するためのスイッチング制御回路13と、保護回路60Cとを含む。
スイッチング制御回路13は、スイッチング素子Q20と、ボディダイオードD21と、コンデンサC20と、インダクタL20と、環流ダイオードD20と、IC15とを含む降圧チョッパ回路である。スイッチング素子Q20は、Nチャネル型のMOSFETである。
このように、定電流を制御する回路として、スイッチング制御回路13のようなスイッチング制御方式の降圧回路を用いる場合には、保護回路60Cを定電流駆動回路10D内に設けることができる。
出力電流の設定時には、スイッチング制御回路13のスイッチング素子Q20のボディダイオードD21を通じて、出力端子52から保護回路60Cに電圧を供給することができる。保護回路60Cは、出力端子52の電圧を所定電圧まで低減し、当該所定電圧を定電圧回路20のIN端子に入力して、定電圧回路20を保護する。
また、保護回路60Cは、補助電源回路としても機能する。具体的には、光源駆動装置200Dの通常動作時において、光源80の負荷電圧が高い場合であっても、電力損失を抑えながら定電圧回路20、変換回路30A、制御回路40へバイアス電流を供給することができる。保護回路60Cを補助電源回路と兼用することにより、素子数の増加を抑えることもできる。
<利点>
実施の形態2によると、実施の形態1の利点に加えて、定電圧回路を適切に保護することが可能となる。
[実施の形態3]
実施の形態3では、実施の形態1または2に従う光源駆動装置と、光源80とを含む照明装置の構成について説明する。
図12は、実施の形態3に従う照明装置300の構成の一例を示すブロック図である。図12を参照して、照明装置300は、図9に示した光源駆動装置200Bと、光源80とを含む。光源駆動装置200Bは、出力端子52を介して光源80に接続されている。ここでは、光源駆動装置200Bを、「光源駆動装置」の代表例として説明するが、これに限られない。「光源駆動装置」は、上述した光源駆動装置100A〜100C、200A,200C,200Dのいずれであってもよい。
照明装置300が光源80を分離できるタイプの照明装置である場合には、光源80を出力端子52から外すことにより、出力端子52が外部に露出する。そのため、出力端子52に電流設定ユニット90を接続することにより、定電流駆動回路10の出力電流の設定を行なうことができる。
また、照明装置300が光源80を分離できないタイプの照明装置である場合であっても、照明装置300の筐体の一部を取り外すことで出力端子52に外部から接続可能に構成しておけばよい。これにより、同様に、出力端子52に電流設定ユニット90を接続して、定電流駆動回路10の出力電流の設定を行なうことができる。
(変形例)
図13は、実施の形態3の変形例に従う照明装置400の構成の一例を示すブロック図である。図13を参照して、照明装置400は、図9に示した光源駆動装置200Bと、光源80とを含む。光源駆動装置200Bは、出力端子52を介して光源80に接続されている。照明装置400では、出力端子52が外部に露出している点で、図12に示す照明装置300と異なる。
照明装置400の出力端子52は、照明装置400の筐体の外殻と適切な絶縁距離を保ちながら外部に露出している。または、照明装置400に、出力端子52に並列に接続される他の出力端子をさらに設けて、当該他の出力端子が照明装置400の筐体の外殻と適切な絶縁距離を保ちながら外部に露出していてもよい。この場合、出力端子52または他の出力端子は、埃などの付着を防ぐためにカバー等で覆われていてもよい。これにより、出力端子52あるいは他の出力端子に電流設定ユニット90を接続して、定電流駆動回路10の出力電流の設定を行なうことができる。
<利点>
実施の形態3によると、光源駆動装置を照明装置に組み込んだ場合であっても、光源駆動装置の出力端子へ外部からアクセスすることができるため、電流設定ユニットにより出力電流の設定が可能となる。また、照明装置が天井等に設置された後であっても、照明装置の分解あるいは工事等の作業をすることなく、容易に出力電流の変更が可能となる。
[実施の形態4]
実施の形態1では、図3において、光源駆動装置100から光源80を分離可能な場合の電流設定方法について説明した。実施の形態4では、光源駆動装置および光源80が一体で構成されており、光源駆動装置から光源80を分離できない場合の電流設定方法について説明する。
図14は、実施の形態4に従う電流設定システムの概要を説明するための概念図である。具体的には、図14(a)は、光源駆動装置100の出力電流を設定する場合の各装置の接続形態を示す図である。図14(b)は、設定された出力電流により光源80から照射される光の照度を確認する場合の各装置の接続形態を示す図である。
図14を参照して、電流設定システムは、照明装置500と、電流設定ユニット90と、照度計86とを含む。照明装置500は、光源駆動装置100と、光源80と、光源駆動装置100の出力端子52に並列接続された出力端子54とを含む。出力端子54は、照明装置500の外部に露出している。照明装置500は、光源駆動装置100と光源80とが一体で構成されており、光源駆動装置100から光源80を分離できないタイプの照明装置である。ここでは、光源駆動装置100を、「光源駆動装置」の代表例として説明するが、これに限られない。「光源駆動装置」は、上述した光源駆動装置200A〜200Dのいずれであってもよい。
図15は、実施の形態4に従う電流設定方法の一例を説明するためのフローチャートである。図15を参照して、電流設定方法では、図14(a)に示すように、照明装置500の出力端子54に電流設定ユニット90が接続される(ステップS50)。電流設定ユニット90は、光源駆動装置100の出力電流を所望値に設定するための設定電圧を出力端子54を介して入力する(ステップS52)。
ステップS54,S56の処理は、それぞれ図3中のステップS14,S16の処理と同様であるため、その詳細な説明は繰り返さない。続いて、図14(b)に示すように、出力端子54から電流設定ユニット90が外され、電圧源84が入力端子51に並列接続され、照度計86が照明装置500の周囲に設置される(ステップS58)。ステップS60〜S64の処理は、それぞれ図3中のステップS20〜S24の処理と同様であるため、その詳細な説明は繰り返さない。
照度計86は、照明装置500(光源80)の照度を測定する(ステップS66)。続いて、測定された照度が目標範囲内(すなわち、目標値の公差内)か否かを判定する(ステップS68)。具体的には、ユーザが当該判定を行なってもよいし、照度計86の測定値の入力を受け付けた端末装置(図示しない)により、当該判定が行なわれてもよい。
照度の測定値が目標範囲内である場合には(ステップS68においてYES)、電圧源84が照明装置500から外され(ステップS70)、処理は終了する。照度が目標範囲内ではない場合には(ステップS68においてNO)、照度の測定値と目標値とのずれを補正するように電流設定ユニット90の設定電圧の値を調整して(ステップS72)、ステップS50に戻る。このとき、電圧源84は、照明装置500から外される。
<利点>
実施の形態4によると、光源駆動装置および光源を一体で構成した照明装置であっても、照度計を用いることにより、光源駆動装置の出力電流、すなわち照明装置の明るさの微調整を行なうことができる。
[その他の実施の形態]
(1)上述した実施の形態では、図11に示すように、定電流駆動回路が、電圧変換回路として、定電流出力制御のためのスイッチング制御回路を有する構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、図16に示すように、定電流駆動回路が出力端子(光源)と直列に接続され、電圧変換回路が当該定電流駆動回路とは別に設けられる構成であってもよい。
図16は、その他の実施の形態に従う光源駆動装置100Dを示すブロック図である。具体的には、図16(a)は、光源駆動装置100Dの全体を示すブロック図である。図16(b)は、定電流駆動回路10Eの一例を示すブロック図である。
図16(a)を参照して、光源駆動装置100Dは、定電流駆動回路10Eと、定電圧回路20と、変換回路30と、制御回路40と、電圧変換回路70とを含む。なお、光源駆動装置100Dにおける定電流駆動回路10Eおよび電圧変換回路70以外の構成についてはその詳細な説明は繰り返さない。
電圧変換回路70は、例えば、スイッチング制御方式の電圧変換回路であり、出力端子52のマイナス端子がなるべく小さい一定電圧になるように出力電圧を制御する。これは、GNDおよび出力端子52のマイナス端子間の電圧と、出力電流との積が損失になるため、定電流駆動回路10Eが動作する最低電圧に少しマージンを持たせて制御するのが損失を最小にできるためである。
図16(b)を参照して、定電流駆動回路10Eは、出力端子52(マイナス端子側)に直列接続されており、出力端子52に接続された光源80に流れる電流を定電流制御する。具体的には、定電流駆動回路10Eは、定電流素子Q25と、ダイオードD25と、抵抗R15と、オペアンプ35とを含む。
定電流素子Q25は、Nチャネル型のMOSFETあるいはバイポーラドランジスタである。オペアンプ35のプラス端子には、制御回路40からの参照電圧(設定信号)が入力される。また、抵抗R15の両端電圧がオペアンプ35のプラス端子電圧と同じになるように負帰還がかかる。また、オペアンプ35の出力端子は、定電流素子Q25のゲートに接続されている。これにより、オペアンプ35は、設定信号に応じた一定電流が抵抗R15(すなわち、出力端子52に接続される光源80)に流れるように制御する。すなわち、定電流駆動回路10Eは、通常動作時において、設定信号に従う電流値が出力端子52に接続された光源80に流れるように定電流制御を実行できる。
ダイオードD25は、出力端子52に接続された電流設定ユニット90から出力された電流が戻ってくることができるように定電流素子Q25をバイパスする。なお、定電流素子Q25が、Nチャネル型のMOSFETである場合には、寄生素子としてボディダイオードが内蔵されている。そのため、この場合には、定電流駆動回路10Eは、ダイオードD25を含まない構成であってもよい。
なお、上述した実施の形態3,4で説明した照明装置の光源駆動装置として、光源駆動装置100Dを採用してもよいし、実施の形態2で説明した保護回路を光源駆動装置100Dに追加した光源駆動装置としてもよい。
(2)上述した実施の形態では、光源駆動装置が定電圧回路を含む構成となっているが、当該構成に限られない。例えば、制御回路の電源電圧が任意の電圧に対応可能に構成されている場合には、定電圧回路を設けなくてもよい。
(3)上述した実施の形態では、補助電源回路および検出回路を定電流駆動回路内に設ける構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、補助電源回路および検出回路の各々は、定電流駆動回路とは独立して設けられる構成であってもよい。
(4)上述の実施の形態として例示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。
さらに、上述した実施の形態において、他の実施の形態で説明した処理や構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
10 定電流駆動回路、11 検出回路、12 補助電源回路、13 スイッチング制御回路、20 定電圧回路、30 変換回路、31 コンパレータ、35 オペアンプ、40 制御回路、51 入力端子、52,54 出力端子、60A,60B,60C,60D 保護回路、80 光源、82 電流計、84 電圧源、86 照度計、90 電流設定ユニット、92 内部電圧源、100,200A〜200D 光源駆動装置、300,400,500 照明装置、C10,C20 コンデンサ、D10,D12 ダイオード、D11,D20 環流ダイオード、D21 ボディダイオード、L10,L20 インダクタ。

Claims (9)

  1. 光源を接続可能であって、かつ、前記光源に流れる電流を設定するための設定ユニットを接続可能な第1の端子と、
    前記光源に流れる電流が定電流になるように制御する定電流駆動回路と、
    前記第1の端子に接続された前記設定ユニットから供給される電圧を変換し、当該変換された電圧信号を出力する変換回路と、
    前記変換された電圧信号に基づいて前記定電流の電流値を設定し、当該設定した電流値を示す設定信号を前記定電流駆動回路に出力する制御回路と
    前記制御回路に一定電圧を供給する定電圧回路と、を備え、
    前記設定ユニットが前記第1の端子に接続されている場合には、前記定電圧回路は、前記設定ユニットから供給される電圧を前記一定電圧に変換する、光源駆動装置。
  2. 前記第1の端子と前記定電圧回路との間に接続され、前記定電圧回路を保護するための保護回路をさらに備え、
    前記保護回路は、前記第1の端子の電圧を所定電圧まで低下させ、前記所定電圧を前記定電圧回路に出力する、請求項に記載の光源駆動装置。
  3. 外部電源を接続可能な第2の端子と、
    前記定電圧回路に所定電圧を出力する補助電源回路とをさらに備え、
    前記外部電源が前記第2の端子に接続されている場合には、前記補助電源回路は、前記所定電圧を前記定電圧回路に出力するように構成され、
    前記外部電源が前記第2の端子に接続されておらず、前記設定ユニットが前記第1の端子に接続されている場合には、前記保護回路は、前記所定電圧を前記定電圧回路に出力するように構成されている、請求項に記載の光源駆動装置。
  4. 前記変換回路は、前記設定ユニットから供給される電圧と参照電圧とを比較し、比較結果を示す二値の信号を前記電圧信号として前記制御回路に出力する、請求項1〜のいずれか1項に記載の光源駆動装置。
  5. 前記変換回路は、前記設定ユニットから供給される電圧を複数の抵抗により分圧し、当該分圧された電圧に対応する信号を前記電圧信号として前記制御回路に出力する、請求項1〜のいずれか1項に記載の光源駆動装置。
  6. 前記定電流駆動回路は、前記第1の端子に直列接続されており、前記設定信号に従って、前記第1の端子に接続された前記光源に流れる電流が定電流になるように制御する、請求項1〜のいずれか1項に記載の光源駆動装置。
  7. 請求項1〜のいずれか1項に記載の光源駆動装置と、
    前記光源とを備える、照明装置。
  8. 前記第1の端子は、外部に露出している、請求項に記載の照明装置。
  9. 光源駆動装置から光源に供給される電流を設定するための電流設定方法であって、
    前記光源駆動装置は、光源、および、前記光源に流れる電流を設定するための設定ユニットを接続可能な端子と、前記光源に流れる電流が定電流になるように制御する定電流駆動回路とを備え、
    前記電流設定方法は、
    前記端子に接続された前記設定ユニットから供給される電圧を変換し、当該変換された電圧信号を出力するステップと、
    前記変換された電圧信号に基づいて、前記定電流の電流値を設定するステップと、
    前記設定するステップにより設定された電流値を示す設定信号を前記定電流駆動回路に出力するステップとを含む、電流設定方法。
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