JP6998565B2 - 点灯装置、照明器具及び電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、二つの相異なる色温度を有する光源を点灯させる点灯装置、照明器具及び電子機器に関する。
従来、複数色の発光素子を点灯させる点灯装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の点灯装置では、互いに発光色の異なる複数の発光ダイオードを備える。複数の発光ダイオードに流れる電流値は、各発光ダイオードに直列に接続された定電流回路によって制御される。これにより、各発光ダイオードに流れる電流値を所望の値に制御しようとしている。
特開2012-150887号公報
しかしながら、特許文献1に記載の点灯装置では、複数の発光ダイオードがそれぞれ独立した定電流回路によって複数の発光ダイオードの各々に流れる電流値を制御している。このため、例えば、複数の発光ダイオードに同一の電流を供給する場合に、定電流回路の個体差などに起因して複数の発光ダイオードの各々に流れる電流にばらつきが発生し得る。なお、このようなばらつきを解消するために、各発光ダイオードの出射光強度を検出し、当該出射光強度に基づいて複数の発光素子に流れる電流を制御することが考えられるが、このような点灯装置においては構成が複雑化する。
そこで、本発明は、色温度の異なる二つの光源の各々に所望の電流を供給でき、かつ、簡素化された構成を有する点灯装置、並びに、それを備える照明器具及び電子機器を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る点灯装置の一態様は、第1の光源と、前記第1の光源に直列に接続される第1のスイッチング素子と、前記第1の光源より高色温度の照明光を出射する第2の光源と、前記第2の光源に直列に接続される第2のスイッチング素子とを有する照明部と、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子にそれぞれ第1の駆動信号及び第2の駆動信号を出力することで、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子の少なくとも一方がオフ状態となるように前記照明部を制御する照明制御部と、前記第1の光源及び前記第2の光源に流れる電流値の総和を検出し、前記総和に基づいて前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子を制御することにより前記第1の光源及び前記第2の光源の点灯時に流れる電流値を一定とする定電流制御部とを備える。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る照明器具の一態様は、上記点灯装置を備える。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る電子機器の一態様は、上記点灯装置を備える。
本発明によれば、色温度の異なる二つの光源に所望の電流を供給でき、かつ、簡素化された構成を有する点灯装置、並びに、それを備える照明器具及び電子機器を提供することができる。
図1は、実施の形態1に係る点灯装置の基本構成を示す回路図である。 図2は、実施の形態1に係る点灯装置の具体的な構成の一例を示す回路図である。 図3Aは、実施の形態1に係る照明制御部から出力される第1の駆動信号及び第2の駆動信号の第1の波形例を示すグラフである。 図3Bは、実施の形態1に係る照明制御部から出力される第1の駆動信号及び第2の駆動信号の第2の波形例を示すグラフである。 図3Cは、実施の形態1に係る照明制御部から出力される第1の駆動信号及び第2の駆動信号の第3の波形例を示すグラフである。 図3Dは、実施の形態1に係る照明制御部から出力される第1の駆動信号及び第2の駆動信号の第4の波形例を示すグラフである。 図3Eは、実施の形態1に係る照明制御部から出力される第1の駆動信号及び第2の駆動信号の第5の波形例を示すグラフである。 図3Fは、実施の形態1に係る照明制御部から出力される第1の駆動信号及び第2の駆動信号の第6の波形例を示すグラフである。 図4は、実施の形態1に係る第1の駆動信号及び第2の駆動信号、第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子に流れる電流、並びに、電流検出部に流れる電流の各波形の一例を示すグラフである。 図5は、実施の形態1に係る点灯装置において、照明光の色温度を変化させずに照明光の強度を変化させる場合の各駆動信号の波形例を示すグラフである。 図6は、実施の形態2に係る点灯装置の具体的な構成の一例を示す回路図である。 図7は、実施の形態3に係る点灯装置の具体的な構成の一例を示す回路図である。 図8は、実施の形態3に係る第1の駆動信号及び第2の駆動信号、第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子に流れる電流、並びに、電流検出部に流れる電流の各波形の一例を示すグラフである。 図9は、実施の形態4に係る照明器具の外観図である。 図10は、実施の形態5に係る電子機器の外観図である。
以下、本発明の一態様に係る点灯装置及び照明器具について、図面を参照しながら具体的に説明する。
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明する。
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
(実施の形態1)
[1-1.基本構成]
まず、実施の形態1に係る点灯装置について、図面を用いて説明する。
図1は、本実施の形態に係る点灯装置10の基本構成を示す回路図である。なお、図1には、点灯装置10と併せて、点灯装置10に電力を供給する直流電源2も示されている。
図1に示されるように、点灯装置10は、直流電源2から供給された電力を用いて照明光を出射する装置であり、照明部30と、照明制御部20と、定電流制御部50とを備える。以下、点灯装置10の各構成要素、及び、直流電源2について説明する。
[1-1-1.照明部]
照明部30は、照明光を出射する回路である。照明部30は、第1の光源31と、第1の光源31に直列に接続される第1のスイッチング素子Q1と、第1の光源31に並列に接続される第1のコンデンサ41とを有する。照明部30は、さらに、第1の光源31より高色温度である第2の光源32と、第2の光源32に直列に接続される第2のスイッチング素子Q2と、第2の光源32に並列に接続される第2のコンデンサ42とを有する。
第1の光源31は、第2の光源32より低色温度の照明光を出射する光源である。本実施の形態では、第1の光源31は、例えば、1500K以上、3800K未満の白色光を出射するLED(Light Emitting Diode)を備える。
第2の光源32は、第1の光源31より高色温度の照明光を出射する光源である。本実施の形態では、第2の光源32は、例えば、4000K以上、7100K以下の白色光を出射するLEDを備える。
第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2は、それぞれ、第1の光源31及び第2の光源32に直列に接続される素子である。各スイッチング素子は、照明制御部20によって、所定の時比率(デューティ)で周期的にオンオフを切り換えるように制御される。つまり、第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2は、照明制御部20によってPWM(Pulse Width Modulation)制御される。また、両スイッチング素子のうち、一方が定常的にオン状態に維持され、他方が定常的にオフ状態に維持されてもよい。以上のように、照明制御部20によって各スイッチング素子の時比率を制御することにより、各スイッチング素子に直列に接続された光源に流れる電流の平均値(時間平均値)を調整できる。
各スイッチング素子におけるオンオフの切り換えは、これに伴う各光源の点灯及び消灯に起因するちらつきを、人が目視によって感知できない程度に高い周波数で行われる。オンオフの切り換え周波数、つまり、PWM制御の動作周波数は、例えば、300Hz以上である。
第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2は、所定の時比率で周期的にオンオフを切り換えるように制御できるスイッチング素子であれば特に限定されない。第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2として、例えば、MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)などを用いることができる。
第1のコンデンサ41及び第2のコンデンサ42は、それぞれ、第1の光源31及び第2の光源32に並列に接続される素子である。各光源に並列にコンデンサが接続されることにより、光源に流れる電流を平滑化することができる。各コンデンサの容量などの特性は、各光源に印加される電圧及び電流などに応じて適宜定められればよい。
照明部30において、第1の光源31及び第1のスイッチング素子Q1からなる直列回路と、第1の光源31及び第1のスイッチング素子Q1からなる直列回路とが並列に接続される。このような構成を有する照明部30と、定電流制御部50とが直列に接続された回路に、直流電源2によって直流電圧が印加される。これにより、照明制御部20からの信号に応じた電流が照明部30に供給され、各光源が光を出射する。
[1-1-2.照明制御部]
照明制御部20は、照明部30を制御する処理部である。照明制御部20は、第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2の少なくとも一方がオフ状態となるように照明部30を制御する。照明制御部20は、第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2にそれぞれ第1の駆動信号DRV1及び第2の駆動信号DRV2を出力することにより、所定の時比率(デューティ)で周期的にオンオフを切り換えるように各スイッチング素子を制御する。つまり、照明制御部20は、第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2に対してPWM制御を行う。このように照明制御部20が照明部30を制御することにより、第1の光源31及び第2の光源32の各々に供給される平均電流値(時間平均電流値)を所望の値に調整できる。したがって、照明制御部20は、第1の光源31及び第2の光源32を調光することができる。ここで、第1の光源31及び第2の光源32は、互いに色温度が異なる。また、上述のとおり、各スイッチング素子におけるオンオフの切り換えは、人が目視によってちらつきを感知できない程度に高い周波数で行われる。このため、点灯装置10からの照明光は、第1の光源31からの照明光と第2の光源32からの照明光との混合光のように人には感じられる。したがって、上述のように、第1の光源31及び第2の光源32を個別に調光することによって、点灯装置10からの照明光の色温度を調整することができる。つまり、点灯装置10からの照明光の調色を行うことができる。
また、照明制御部20は、一方のスイッチング素子を定常的にオン状態に維持し、他方のスイッチング素子を定常的にオフ状態に維持してもよい。
照明制御部20は、例えば、マイコン(MCU;Micro-Controller Unit)で実現される。マイコンは、プログラムが格納されたROM、RAM、プログラムを実行するプロセッサ(CPU;Central Processing Unit)、タイマ、A/D変換器やD/A変換器を含む入出力回路などを有する1チップの半導体集積回路である。なお、照明制御部20は、マイコン以外の電気回路などを用いて実現されてもよい。
[1-1-3.定電流制御部]
定電流制御部50は、第1の光源31及び第2の光源32の点灯時に流れる電流を一定に制御する回路である。定電流制御部50は、第1の光源31及び第2の光源32に流れる電流の総和を検出し、当該総和に基づいて第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2を制御することにより第1の光源31及び第2の光源32の点灯時に流れる電流値を一定とする。定電流制御部50は、照明部30に直列に接続されているため、照明部30の第1の光源31及び第2の光源32に流れる電流が定電流制御部50に流れる。定電流制御部50は、第1の光源31及び第2の光源32に流れる電流値の総和を検出し、各光源に流れる平均電流値を一定に制御する。
ここで、点灯装置10の点灯時には、第1の光源31及び第2の光源32の一方だけが点灯されるため、検出された電流値の総和が、第1の光源31及び第2の光源32の一方に流れる電流値に相当する。したがって、第1の光源31及び第2の光源32に流れる各電流値を、一つの電流検出部70を用いて検出することができる。このため、点灯装置10の回路を簡素化することができる。さらに、一つの電流検出部70を用いて各光源に流れる電流値を検出するため、二つの光源に流れる電流の値をそれぞれ別々の電流検出部を用いて検出する場合より、各光源に流れる電流の値の相対的な大小関係を正確に検出できる。つまり、各光源に所望の電流を供給できる。これにより、各光源からの照明光の強度比を正確に検出できるため、点灯装置10から出射される照明光の色温度を正確に制御できる。また、各光源に並列にコンデンサが接続されることにより、各光源に流れる電流を平滑化できる。これに伴い、電流検出部70における電流の検出精度を向上させることができるため、点灯装置10からの照明光の強度のリップルを低減できる。つまり、点灯装置10におけるフリッカを低減できる。
定電流制御部50は、例えば、電流検出用のセンス抵抗と、トランジスタとを用いて実現される。
[1-1-4.直流電源]
直流電源2は、点灯装置10に直流電力を供給する電源である。直流電源2は、例えば、整流回路とDC/DCコンバータとを備える電源回路を用いて実現される。当該電源回路には、例えば、商用電源などの系統電源から交流電力が供給される。電源回路の整流回路は、供給された交流電力を整流することで直流電力に変換する。電源回路のDC/DCコンバータは、整流回路から供給された直流電力を点灯装置10に適した電圧及び電流を有する直流電力に変換する。なお、直流電源2は、上記の電源回路に限定されない。直流電源2は、例えば、乾電池、二次電池などであってもよい。
[1-2.構成例]
続いて、本実施の形態に係る点灯装置10の具体的な構成の一例について図面を用いて説明する。
図2は、本実施の形態に係る点灯装置10の具体的な構成の一例を示す回路図である。図2には、点灯装置10の照明部30、照明制御部20及び定電流制御部50の具体的な回路構成が示されている。
図2に示されるように、照明部30の第1の光源31及び第2の光源32は、それぞれ直列に接続された三個のLEDを有する。なお、各光源が備えるLEDの個数及び接続態様は、特に限定されない。例えば、各光源は、直列及び並列に接続された多数のLEDを備えてもよい。なお、各光源の色温度は、例えば、LEDが有するLEDチップからの出射光の光色、及び、当該出射光を波長変換する蛍光体の組成などを適宜選択することより調整可能である。
照明部30の第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2として、例えば、Nチャンネル型のMOSFETが用いられる。第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2の各ソース端子は、図2に示されるノードN1に接続される。第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2のドレイン端子は、それぞれ第1の光源31及び第2の光源32に接続される。各スイッチング素子のゲート端子にHighレベルの駆動信号が入力された場合に、各スイッチング素子がオン状態となる。つまり、各スイッチング素子のドレイン端子とソース端子との間が導通状態となる。一方、各スイッチング素子のゲート端子にLowレベルの駆動信号が入力された場合に、各スイッチング素子がオフ状態となる。つまり、各スイッチング素子のドレイン端子とソース端子との間が非導通状態となる。
照明制御部20は、マイコン21を有する。マイコン21は、第1の駆動信号DRV1及び第2の駆動信号DRV2をそれぞれ第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2に出力する。マイコン21は、内部に記憶されるプログラムなどに基づいて第1の駆動信号DRV1及び第2の駆動信号DRV2を決定してもよいし、外部からの入力信号に基づいて第1の駆動信号DRV1及び第2の駆動信号DRV2を決定してもよい。
定電流制御部50は、電流検出部70と、抵抗素子51及び52と、第1のトランジスタT1及び第2のトランジスタT2とを有する。
電流検出部70は、照明部30に直列に接続され、第1の光源31及び第2の光源32に流れる電流値の総和を検出する。電流検出部70は、抵抗素子72を有する。抵抗素子72は、照明部30に直列に接続される。より具体的には、抵抗素子72の一端は、照明部30とノードN1において接続され、抵抗素子72の他端は、直流電源2の低電位側の出力端子に接続される。これにより、第1の光源31及び第2の光源32に流れる電流が、抵抗素子72に流れる。したがって、抵抗素子72に印加される電圧を検出することで、第1の光源31及び第2の光源32に流れる電流値の総和を検出できる。
抵抗素子51及び抵抗素子52は、それぞれ、第1のトランジスタT1及び第2のトランジスタT2に流れる電流を低減するための素子である。抵抗素子51の一端はノードN1に接続され、他端は第1のトランジスタT1のベース端子に接続される。抵抗素子52の一端はノードN1に接続され、抵抗素子52の他端は第2のトランジスタT2のベース端子に接続される。また、抵抗素子51及び抵抗素子52は、抵抗素子72より十分大きい抵抗値を有する。これにより、第1のトランジスタT1及び第2のトランジスタT2に過大な電流が流れることを抑制できる。
第1のトランジスタT1及び第2のトランジスタT2は、それぞれ、電流検出部70において検出される電流が一定となるように第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2を制御する素子である。第1のトランジスタT1及び第2のトランジスタT2として、例えば、図2に示されるようにNPN型のバイポーラトランジスタを用いることができる。第1のトランジスタT1及び第2のトランジスタT2の各ベース端子は、それぞれ抵抗素子51及び52を介してノードN1に接続される。第1のトランジスタT1及び第2のトランジスタT2の各エミッタ端子は、直流電源2の低電位側の出力端子に接続される。第1のトランジスタT1のコレクタ端子は、第1のスイッチング素子Q1のゲート端子に接続され、第2のトランジスタT2のコレクタ端子は、第2のスイッチング素子Q2のゲート端子に接続される。
[1-3.動作]
次に、本実施の形態に係る点灯装置10の動作について図面を用いて説明する。
図3A~図3Fは、それぞれ、本実施の形態に係る照明制御部20から出力される第1の駆動信号DRV1及び第2の駆動信号DRV2の第1~第6の波形例を示すグラフである。図3A~図3Fにおいては、横軸が時間を表し、縦軸が電圧値を表す。
図3A~図3Fに示されるように、照明制御部20は、第1の駆動信号DRV1及び第2の駆動信号DRV2の少なくとも一方がLowレベルとなるように、各駆動信号を出力する。これにより、第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2の少なくとも一方がオフ状態となる。したがって、第1の光源31及び第2の光源32に実質的に同時に電流が流れることがないため、一つの電流検出部70によって、第1の光源31に流れる電流値、及び、第2の光源32に流れる電流値をそれぞれ検出することができる。
図3Aに示される第1の波形例においては、第1の駆動信号DRV1が定常的にHighレベルであり、第2の駆動信号DRV2が定常的にLowレベルである。この場合、第2の光源32より低色温度の第1の光源31が点灯状態に維持され、第2の光源32が消灯状態に維持される(各駆動信号と各光源の動作との関係については後述する)。したがって、点灯装置10からは、低色温度の照明光が出射される。
図3Bに示される第2の波形例においては、第1の駆動信号DRV1が間欠的にHighレベルとなり、第2の駆動信号DRV2が定常的にLowレベルである。この場合、第2の光源32より低色温度の第1の光源31に所定の時比率で間欠的に電流が流れ、第1の光源31の点灯及び消灯が周期的に繰り返される。この点灯及び消灯の繰り返し周波数は、人が目視によってちらつき感知できない程度に高いため、点灯時と消灯時の平均の強度の照明光が点灯装置10から出射されていると人は感じる。つまり、この場合、第1の波形例の場合より弱い強度(平均強度)の低色温度の照明光が点灯装置10から出射されていると人は感じる。ここで、第2の波形例における照明光の強度は、第1の駆動信号DRV1の時比率に応じて変化する。
図3Cに示される第3の波形例においては、第1の駆動信号DRV1及び第2の駆動信号DRV2が交互にHighレベルとなる。この場合、第1の光源31及び第2の光源32に交互に電流が流れ、第1の光源31及び第2の光源32の点灯及び消灯が周期的に繰り返される。この場合においても第2の波形例の場合と同様に、点灯及び消灯の繰り返し周波数は、人が目視によってちらつき感知できない程度に高いため、第1の光源31からの照明光と第2の光源32からの照明光との混合光が点灯装置10から出射されているように人は感じる。つまり、この場合、第1の光源31からの照明光の色温度と第2の光源32からの照明光の色温度との間の色温度の照明光が点灯装置10から出射されているように人は感じる。
図3Dに示される第4の波形例においては、第3の波形例と同様に第1の駆動信号DRV1及び第2の駆動信号DRV2が交互にHighレベルとなる。ただし、第4の波形例では、第1の駆動信号DRV1の時比率が第3の波形例における時比率より大きく、第2の駆動信号DRV2の時比率が第3の波形例における時比率より小さい。このため、この場合、第3の波形例の場合よりも、点灯装置10からの照明光における第1の光源31からの照明光の割合が大きく、第2の光源32からの照明光の割合が小さい。したがって、この場合、第3の波形例の場合よりも、色温度が低い照明光が点灯装置10から出射される。
図3Eに示される第5の波形例においては、第1の駆動信号DRV1が定常的にLowレベルであり、第2の駆動信号DRV2が定常的にHighレベルである。この場合、第1の光源31より高色温度の第2の光源32が点灯状態に維持され、第1の光源31が消灯状態に維持される。したがって、点灯装置10からは、高色温度の照明光が出射される。
図3Fに示される第6の波形例においては、第2の駆動信号DRV2が間欠的にHighレベルとなり、第1の駆動信号DRV1が定常的にLowレベルである。この場合、第1の光源31より高色温度の第2の光源32に所定の時比率で間欠的に電流が流れ、第2の光源32の点灯及び消灯が周期的に繰り返される。この場合、第5の波形例の場合より弱い強度(平均強度)の高色温度の照明光が点灯装置10から出射されていると人は感じる。ここで、第6の波形例における照明光の強度は、第2の駆動信号DRV2の時比率に応じて変化する。
続いて、本実施の形態に係る点灯装置10の動作について図面を用いてより詳細に説明する。
図4は、本実施の形態に係る第1の駆動信号DRV1及び第2の駆動信号DRV2、第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2に流れる電流、並びに、電流検出部70に流れる電流の各波形の一例を示すグラフである。図4においては、横軸が時間を表し、縦軸が電圧値又は電流値を表す。
図4に示される波形例では、図3Cに示される第3の波形例と同様に、第1の駆動信号DRV1及び第2の駆動信号DRV2が交互にHighレベルとなる。例えば、第1の駆動信号DRV1がHighレベルである場合、直流電源2から第1のスイッチング素子Q1に電流が流れる。このとき、電流検出部70にも第1のスイッチング素子Q1に流れる電流値と同じ大きさの電流値が流れる。ここで、第1のトランジスタT1のベース端子とエミッタ端子との間には、電流検出部70に印加される電圧、つまり、第1のスイッチング素子Q1に流れる電流に対応する電圧が印加される。これにより、第1のトランジスタT1のベース端子とエミッタ端子との間に印加される電圧が、第1のトランジスタT1のベース・エミッタ電圧VBEとなるように、第1のスイッチング素子Q1のゲート電圧は制御される。つまり、電流検出部70に印加される電圧が一定となるように制御される。したがって、図4に示されるように、第1のスイッチング素子Q1及び電流検出部70に流れる電流値が一定となるように制御される。
第2の駆動信号DRV2がHighレベルである場合についても、第1の駆動信号DRV1がHighレベルである場合と同様に、第2のスイッチング素子Q2に流れる電流値が一定となるように制御される。
このように、本実施の形態では、定電流制御部50によって、第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2に流れる電流、つまり、第1の光源31及び第2の光源32に流れる電流が一定となるように制御される。さらに、本実施の形態では、第1の光源31及び第2の光源32に、それぞれ、第1のコンデンサ41及び第2のコンデンサ42が並列に接続されている。これにより、各光源には、各コンデンサによって平滑化された電流を流すことができる。
また、上述のとおり、各光源に流れる電流は、第1のトランジスタT1及び第2のトランジスタT2によって制御される。したがって、各光源に流れる電流値は、これらのトランジスタの特性に依存するため、これらのトランジスタの特性の差が大きい場合には、各光源に流れる電流値の比を、所望の値に制御することができない。そこで、これらのトランジスタの特性を揃えてもよい。例えば、これらのトランジスタとして、ワンチップに形成された二つのトランジスタを用いてもよい。このように形成された二つのトランジスタは、同一の工程で製造されるため、同等の特性を有する。これにより、各光源に流れる電流値の比を所望の値に制御することができる。
また、本波形例では、一方の駆動信号がHighレベルとなる直前に、両方の駆動信号がLowレベルとなる期間、つまり、第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2がともにオフ状態となる期間が存在する。つまり、照明制御部20は、第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2の一方をオン状態に切り換える直前に、第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2をオフ状態とする。これにより、第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2に同時に電流が流れることを、より確実に回避できる。
また、本実施の形態に係る点灯装置10では、上述のとおり、調色可能であるが、色温度を変化させずに、照明光の強度(又は照度)を変化させることも可能である。以下、このような制御態様について図面を用いて説明する。
図5は、本実施の形態に係る点灯装置10において、照明光の色温度を変化させずに照明光の強度を変化させる場合の各駆動信号の波形例を示すグラフである。
図5に示されるように、第1の駆動信号DRV1の時比率をta/t0(=A)とし、第2の駆動信号DRV2の時比率をtb/t0(=B)とする。ここで、t0は、PWM制御の動作周期を表し、ta及びtbは、それぞれ第1の駆動信号DRV1及び第2の駆動信号DRV2のオン期間の長さを表す。
点灯装置10において、照明光の色温度を変化させずに照明光の強度を変化させる場合には、第1の駆動信号DRV1の時比率Aと第2の駆動信号DRV2の時比率Bとの比(A/B=ta/tb)が一定となるように各時比率を変化させる。例えば、図5の破線の波形で示されるように各時比率を低減する。これにより、照明光の色温度を変化させずに照明光の強度を低下させることができる。
[1-4.まとめ]
以上のように、本実施の形態に係る点灯装置10は、第1の光源31と、第1の光源31に直列に接続される第1のスイッチング素子Q1と、第1の光源31より高色温度の照明光を出射する第2の光源32と、第2の光源32に直列に接続される第2のスイッチング素子Q2とを有する照明部30を備える。点灯装置10は、さらに、第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2にそれぞれ第1の駆動信号DRV1及び第2の駆動信号DRV2を出力することで、第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2の少なくとも一方がオフ状態となるように照明部30を制御する照明制御部20を備える。点灯装置10は、さらに、第1の光源31及び第2の光源32に流れる電流値の総和を検出し、当該総和に基づいて第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2を制御することにより第1の光源31及び第2の光源32の点灯時に流れる電流値を一定とする定電流制御部50を備える。
これにより、点灯装置10の点灯時には、第1の光源31及び第2の光源32の一方だけが点灯されるため、検出された電流値の総和が、第1の光源31及び第2の光源32の一方に流れる電流値に相当する。したがって、第1の光源31及び第2の光源32に流れる各電流値を、一つの電流検出部70を用いて検出することができる。このため、点灯装置10の回路を簡素化することができる。さらに、一つの電流検出部70を用いて各光源に流れる電流値を検出するため、二つの光源に流れる電流の値をそれぞれ別々の電流検出部を用いて検出する場合より、各光源に流れる電流の値の相対的な大小関係を正確に検出できる。つまり、各光源に所望の電流を供給できる。これにより、各光源からの照明光の強度比を正確に検出できるため、点灯装置10から出射される照明光の色温度を正確に制御できる。
また、本実施の形態に係る点灯装置10において、照明制御部20は、第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2に対してPWM制御を行ってもよい。
これにより、第1の光源31及び第2の光源32の各々に流れる電流値を所望の値に調整できる。したがって、照明制御部20は、第1の光源31及び第2の光源32を調光することができる。また、第1の光源31及び第2の光源32は、互いに色温度が異なるため、第1の光源31及び第2の光源32をそれぞれ個別に調光することによって、点灯装置10からの照明光の色温度を調整することができる。
また、本実施の形態に係る点灯装置10において、PWM制御の動作周波数が300Hz以上でもよい。
これにより、各スイッチング素子におけるオンオフの切り換えに伴う各光源の点灯及び消灯に起因するちらつきを、人が目視によって感知することを抑制できる。
また、本実施の形態に係る点灯装置10において、照明部30は、さらに、第1の光源31に並列に接続される第1のコンデンサ41と、第2の光源32に並列に接続される第2のコンデンサ42とを有してもよい。
これにより、各光源に流れる電流を平滑化できる。これに伴い、電流検出部70における電流の検出精度を向上させることができるため、点灯装置10からの照明光の強度のリップルを低減できる。つまり、点灯装置10におけるフリッカを低減できる。
また、本実施の形態に係る点灯装置10において、照明制御部20は、第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2の一方をオン状態に切り換える直前に、第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2をオフ状態としてもよい。
これにより、第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2に同時に電流が流れることを、より確実に回避できる。
また、本実施の形態に係る点灯装置10において、照明制御部20は、第1のスイッチング素子Q1へのPWM信号の時比率と、第2のスイッチング素子Q2へのPWM信号の時比率との比を一定に維持する。
これにより、点灯装置10において、照明光の色温度を変化させずに照明光の強度を変化させることができる。
(実施の形態2)
次に、実施の形態2に係る点灯装置について説明する。本実施の形態に係る点灯装置は、第1の光源及び第2の光源に流れる電流値の総和の検出値に基づいて、照明制御部から各スイッチング素子に出力される駆動信号を補正制御する点において実施の形態1に係る点灯装置10と相違する。以下、本実施の形態に係る点灯装置について、実施の形態1に係る点灯装置10との相違点を中心に図面を用いて説明する。
図6は、本実施の形態に係る点灯装置110の具体的な構成の一例を示す回路図である。
図6に示されるように、本実施の形態に係る点灯装置110は、実施の形態1に係る点灯装置10と同様に、照明部30と、照明制御部120と、定電流制御部50とを備える。
本実施の形態に係る照明制御部120は、抵抗素子122と、第3のコンデンサ123と、マイコン121とを有する。
抵抗素子122は、ノードN1とマイコン121とを接続する回路に挿入され、ノードN1からマイコン121へと流れる電流を低減する。抵抗素子122の抵抗値は、定電流制御部50の抵抗素子72の抵抗値より十分大きい。上述のとおり、抵抗素子122の一端は、ノードN1に接続され、抵抗素子122の他端はマイコン121の入力端子に接続される。これにより、マイコン121に、電流検出部70において検出された第1の光源31及び第2の光源32に流れる電流値の総和に対応する電圧値を入力することができる。また、抵抗素子122の他端は、第3のコンデンサ123の一方の電極にも接続される。これにより、マイコン121に入力される電圧を平滑化することができる。
第3のコンデンサ123は、マイコン121に入力される電圧を平滑化するための素子である。第3のコンデンサ123の一方の電極は、マイコン121の入力端子及び抵抗素子122の上記他端に接続され、第3のコンデンサ123の他方の電極は、直流電源2の低電位側出力端子に接続される。
マイコン121は、実施の形態1に係るマイコン21と同様に、第1の駆動信号DRV1及び第2の駆動信号DRV2をそれぞれ第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2に出力する。本実施の形態では、マイコン121は、さらに、第1の光源31及び第2の光源32に流れる電流値の総和に基づいて、第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2へそれぞれ出力する第1の駆動信号及び第2の駆動信号を補正制御する。これにより、例えば、直流電源2の出力が変動した場合においても、各光源からの照明光の強度を補正することができる。また、本実施の形態では、当該総和の検出を、定電流制御部50における電流検出部70を用いて行うことができ、別途電流検出部を設ける必要がない。このため、点灯装置110の構成を簡素化することができる。
また、本実施の形態では、当該総和に対応する電圧値は、第3のコンデンサ123によって平滑化された平均電圧値としてマイコン121に入力される。つまり、マイコン121に入力される信号は安定化されている。したがって、マイコン121では、当該総和の平均値に基づいて各駆動信号を安定的に補正制御できる。
また、第1の駆動信号DRV1及び第2の駆動信号DRV2は、実施の形態1に係る各駆動信号と同様にPWM信号であり、マイコン121は、当該総和に基づいて第1の駆動信号DRV1及び第2の駆動信号DRV2の少なくとも一方の時比率を変更してもよい。これにより、点灯装置110において、所望の強度及び色温度の照明光をより確実に出射させることができる。
また、本実施の形態において、照明制御部120は、当該総和が閾値を超えた場合に、第1の光源31及び第2の光源32に流れる電流を制限してもよい。ここで、閾値とは、例えば、点灯装置110において正常点灯可能な電流値の上限値である。これにより、定電流制御部50の電流検出部70を過電流検出のために利用でき、点灯装置110又は直流電源2において異常が発生した場合に、点灯装置110を保護することができる。また、過電流検出のために別途電流検出部を設ける必要がないため、点灯装置110の構成を簡素化することができる。
(実施の形態3)
次に、実施の形態3に係る点灯装置について説明する。本実施の形態に係る点灯装置は、照明制御部において使用される電力損失を低減できる点において、実施の形態2に係る点灯装置110と相違する。以下、本実施の形態に係る点灯装置について、実施の形態2に係る点灯装置110との相違点を中心に図面を用いて説明する。
図7は、本実施の形態に係る点灯装置210の具体的な構成の一例を示す回路図である。図8は、本実施の形態に係る第1の駆動信号DRV1及び第2の駆動信号DRV2、第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2に流れる電流、並びに、電流検出部70に流れる電流の各波形の一例を示すグラフである。図8においては、横軸が時間を表し、縦軸が電圧値又は電流値を表す。
図7に示されるように、本実施の形態に係る点灯装置210は、実施の形態2に係る点灯装置110と同様に、照明部30と、照明制御部220と、定電流制御部250とを有する。
本実施の形態に係る定電流制御部250は、実施の形態2に係る定電流制御部50に加えて、さらに、第3のトランジスタT3と、第4のトランジスタT4と、抵抗素子251~256とを有する。
第3のトランジスタT3及び第4のトランジスタT4は、それぞれ第1の駆動信号DRV1及び第2の駆動信号DRV2の各レベルを反転させるための素子である。第3のトランジスタT3及び第4のトランジスタT4として、例えば、図7に示されるように、NPN型のバイポーラトランジスタを用いることができる。
第3のトランジスタT3のベース端子は、マイコン221の第1の駆動信号DRV1を出力する端子に抵抗素子251を介して接続され、かつ、抵抗素子253を介して直流電源2の高電位側出力端子に接続される。第3のトランジスタT3のコレクタ端子は、抵抗素子255を介して直流電源2の高電位側出力端子に接続され、かつ、第1のスイッチング素子Q1のゲート端子に接続される。第3のトランジスタT3のエミッタ端子は、直流電源2の低電位側出力端子に接続される。
第4のトランジスタT4のベース端子は、マイコン221の第2の駆動信号DRV2を出力する端子に抵抗素子252を介して接続され、かつ、抵抗素子254を介して直流電源2の高電位側出力端子に接続される。第4のトランジスタT4のコレクタ端子は、抵抗素子256を介して直流電源2の高電位側出力端子に接続され、かつ、第2のスイッチング素子Q2のゲート端子に接続される。第4のトランジスタT4のエミッタ端子は、直流電源2の低電位側出力端子に接続される。
定電流制御部250がこのような回路構成を有することにより、第3のトランジスタT3は、例えば、第1の駆動信号DRV1がHighレベルである場合に、第1のスイッチング素子Q1のゲート端子にLowレベルの信号を出力する。一方、第3のトランジスタT3は、第1の駆動信号DRV1がLowレベルである場合に、第1のスイッチング素子Q1のゲート端子にHighレベルの信号を出力する。第4のトランジスタT4も第3のトランジスタT3と同様に第2の駆動信号DRV2のレベルを反転させる。
照明制御部220は、実施の形態2に係る照明制御部120と同様に、マイコン221と、抵抗素子122と、第3のコンデンサ123とを有する。照明制御部220は、マイコン221から出力される各駆動信号のレベルが反転している点において照明制御部120と相違する。つまり、マイコン221は、第1のスイッチング素子Q1をオン状態とする場合に、Lowレベルの第1の駆動信号DRV1を出力し、第1のスイッチング素子Q1をオフ状態とする場合に、Highレベルの第1の駆動信号DRV1を出力する。第2の駆動信号DRV2についても同様である。
以上のように点灯装置210が構成されることにより、マイコン221から出力される第1の駆動信号DRV1がLowレベルである場合には、第3のトランジスタT3によって当該駆動信号のレベルが反転されるため、第1のスイッチング素子Q1のゲート端子には、Highレベルの信号が入力される。これに伴い、第1のスイッチング素子Q1は、オン状態となるため、図8に示されるように第1のスイッチング素子Q1(及び第1の光源31)に定電流が流れる。一方、マイコン221から出力される第1の駆動信号DRV1がHighレベルである場合には、第1のスイッチング素子Q1のゲート端子には、Lowレベルの信号が入力される。これに伴い、第1のスイッチング素子Q1は、オフ状態となるため、図8に示されるように第1のスイッチング素子Q1(及び第1の光源31)には電流が流れない。第2の駆動信号DRV2についても同様である。
なお、本実施の形態に係る点灯装置210においても、実施の形態1に係る点灯装置10と同様に、照明制御部220は、第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2の一方をオン状態に切り換える直前に、第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2をオフ状態としてもよい(図8参照)。
以上のように、点灯装置210においては、マイコン221から出力される第1の駆動信号DRV1がLowレベルである場合に、第1のスイッチング素子Q1がオン状態となる。また、マイコン221から出力される第2の駆動信号DRV2がLowレベルである場合に、第2のスイッチング素子Q2がオン状態となる。
このように、点灯装置210では、点灯時に、マイコン221からの各駆動信号をLowレベルとするため、点灯時におけるマイコン221の電力損失を低減できる。例えば、実施の形態1に係る点灯装置10では、点灯時に、マイコン21からHighレベルの駆動信号を出力することで、マイコン21の駆動信号を出力する端子は、バイポーラトランジスタを介して直流電源2の低電位側出力端子に実質的に短絡される。このように、点灯装置10では、マイコン21の駆動信号を出力する端子と直流電源2の低電位側出力端子との間にHighレベルの電圧が印加された状態で、これらの端子間が実質的に短絡されるため、点灯時におけるマイコン21の電力損失が比較的大きい。一方、本実施の形態に係る点灯装置210では、点灯時に、マイコン221からLowレベルの信号を出力するため、マイコン21の駆動信号を出力する端子と直流電源2の低電位側出力端子との間が短絡されない。したがって、点灯装置210では、点灯時におけるマイコン221の電力損失を、点灯装置10より低減できる。
また、点灯装置10では、マイコン21からの各駆動信号によって、各スイッチング素子を直接駆動するため、マイコン21の駆動信号を出力するために要する電力が比較的大きい。一方、本実施の形態に係る点灯装置210では、マイコン221からの各駆動信号によって直接各スイッチング素子を駆動しないため、各駆動信号を出力するために要する電力を、点灯装置10より低減できる。
(実施の形態4)
次に、実施の形態4に係る照明器具について説明する。
図9は、本実施の形態に係る照明器具301の外観図である。この照明器具301は、上記実施の形態1~3に係る点灯装置のいずれかと、その点灯装置を収納する筐体などを備える。本実施の形態では、照明器具301は、ダウンライトである。
このような照明器具301は、上記実施の形態1~3に係る点灯装置のいずれかを備えるので、上記各実施の形態に係る点灯装置と同様の効果を得ることができる。
(実施の形態5)
次に、実施の形態5に係る電子機器について説明する。
図10は、本実施の形態に係る電子機器401の外観図である。この電子機器401は、上記実施の形態1~3に係る点灯装置のいずれかと、その点灯装置を収納する筐体などを備える。本実施の形態では、電子機器401は、スマートフォンである。電子機器401において、点灯装置は、例えば、電子機器401に内蔵される照明用光源として利用される。
このような電子機器401は、上記実施の形態1~3に係る点灯装置のいずれかを備えるので、上記各実施の形態に係る点灯装置と同様の効果を得ることができる。
(その他)
以上、本発明について、上記各実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記各実施の形態では、第1の光源31及び第2の光源32に並列に、それぞれ第1のコンデンサ41及び第2のコンデンサ42が接続されたが、これらのコンデンサは、必須の構成要素ではない。例えば、直流電源2の出力電圧が十分に安定化されている場合には、これらのコンデンサを用いなくてもよい。
また、上記各実施の形態では、第1の光源31及び第2の光源32がLEDである例を示したが、各光源の構成はこれに限定されない。各光源は、例えば、有機EL(Electro-Luminescence)素子等の固体発光素子であってもよい。
また、上記各実施の形態では、各点灯装置は、第1の光源31及び第2の光源32の二つの光源を備えるが、光源の個数は二つに限定されない。例えば、点灯装置は、三つ以上の光源を備えてもよい。また、点灯装置は、光源の個数に合わせて、三つ以上のスイッチング素子を備えてもよい。
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
10、110、210 点灯装置
20,120、220 照明制御部
21、121、221 マイコン
30 照明部
31 第1の光源
32 第2の光源
41 第1のコンデンサ
42 第2のコンデンサ
50、250 定電流制御部
301 照明器具
401 電子機器
Q1 第1のスイッチング素子
Q2 第2のスイッチング素子

Claims (11)

  1. 直流電源から電力を供給される点灯装置であって、
    第1の光源と、前記第1の光源に直列に接続される第1のスイッチング素子と、前記第1の光源より高色温度の照明光を出射する第2の光源と、前記第2の光源に直列に接続される第2のスイッチング素子とを有する照明部と、
    前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子にそれぞれ第1の駆動信号及び第2の駆動信号を出力することで、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子の少なくとも一方がオフ状態となるように前記照明部を制御する照明制御部と、
    前記第1の光源及び前記第2の光源に流れる電流値の総和を検出し、前記総和に基づいて前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子を制御することにより前記第1の光源及び前記第2の光源の点灯時に流れる電流値を一定とする定電流制御部とを備え、
    前記照明制御部は、マイコンと、第1の抵抗素子と、平滑コンデンサとを有し、
    前記マイコンから出力される前記第1の駆動信号がLowレベルである場合に、前記第1のスイッチング素子がオン状態となり、
    前記マイコンから出力される前記第2の駆動信号がLowレベルである場合に、前記第2のスイッチング素子がオン状態となり、
    前記第1の抵抗素子は、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子と、前記マイコンとに接続され、
    前記平滑コンデンサは、前記マイコン及び前記第1の抵抗素子と、前記直流電源の低電位側出力端子とに接続され
    前記定電流制御部は、前記第1の光源及び前記第2の光源に直列接続された第2の抵抗素子と、
    バイポーラトランジスタからなる第1のトランジスタ及び第2のトランジスタとをさらに備え、
    前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子は、MOSFETであり、
    前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタのコレクタ端子は、それぞれ、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子のゲート端子に接続され、
    前記第2の抵抗素子の一端は、前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタのベース端子と、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子のソース端子とに接続され、
    前記第2の抵抗素子の他端は、前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタのエミッタ端子に接続される
    点灯装置。
  2. 前記照明制御部は、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子に対してPWM(Pulse Width Modulation)制御を行う
    請求項1に記載の点灯装置。
  3. 前記PWM制御の動作周波数が300Hz以上である
    請求項2に記載の点灯装置。
  4. 前記照明部は、さらに、前記第1の光源に並列に接続される第1のコンデンサと、前記第2の光源に並列に接続される第2のコンデンサとを有する
    請求項1~3のいずれか1項に記載の点灯装置。
  5. 前記照明制御部は、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子の一方をオン状態に切り換える直前に、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子をオフ状態とする
    請求項1~4のいずれか1項に記載の点灯装置。
  6. 前記照明制御部は、前記総和に基づいて、前記第1の駆動信号及び前記第2の駆動信号を補正制御する
    請求項1~5のいずれか1項に記載の点灯装置。
  7. 前記第1の駆動信号及び前記第2の駆動信号は、PWM信号であり、
    前記照明制御部は、前記総和に基づいて前記第1の駆動信号及び前記第2の駆動信号の少なくとも一方の時比率を変更する
    請求項6に記載の点灯装置。
  8. 前記照明制御部は、前記第1のスイッチング素子への前記PWM信号の時比率と、前記第2のスイッチング素子への前記PWM信号の時比率との比を一定に維持する
    請求項7に記載の点灯装置。
  9. 前記照明制御部は、前記総和が閾値を超えた場合に、前記第1の光源及び前記第2の光源に流れる電流を制限する
    請求項1~8のいずれか1項に記載の点灯装置。
  10. 請求項1~9のいずれか1項に記載の点灯装置を備える
    照明器具。
  11. 請求項1~9のいずれか1項に記載の点灯装置を備える
    電子機器。
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