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JP6167455B2 - Led駆動装置及び照明器具 - Google Patents

Led駆動装置及び照明器具 Download PDF

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JP6167455B2
JP6167455B2 JP2013152956A JP2013152956A JP6167455B2 JP 6167455 B2 JP6167455 B2 JP 6167455B2 JP 2013152956 A JP2013152956 A JP 2013152956A JP 2013152956 A JP2013152956 A JP 2013152956A JP 6167455 B2 JP6167455 B2 JP 6167455B2
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Description

本発明は、LED駆動装置及び照明器具に関する。
従来例として、特許文献1記載のLED点灯装置を例示する。特許文献1記載の従来例は、DC/DCコンバータと、切替制御部と、PWM(Pulse Width Modulation)コントローラと、異常検出部とを備える。切替制御部は、2つのLED光源とDC/DCコンバータの出力端との接続を択一的に切替制御する。PWMコントローラは、切替制御部によってDC/DCコンバータの出力端に接続されるLED光源に合わせて、DC/DCコンバータの出力を増減する。異常検出部は、2つのLED光源の異常(短絡や無負荷など)を各別に検出し、異常を検出した方のLED光源への給電を停止する。
特許文献1記載の従来例では、異常が生じたLED光源への給電を停止して消灯させることにより、当該LED光源に異常が生じていることを認識し易くしている。
特開2011−154841号公報
ところで、特許文献1記載の従来例のように、複数のLED光源を駆動するLED駆動装置において、何れかのLED光源に異常が生じたときに当該LED光源の駆動を停止(消灯)するだけでは不都合が生じる場合が有る。例えば、LED光源が道路照明やトンネル照明の光源に用いられる場合、複数のLED光源の一部が消灯することで必要最低限の照度が確保され難くなってしまう虞がある。
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、一部のLED光源に異常が生じた場合における照度低下を抑制することを目的とする。
本発明のLED駆動装置は、入力電力を所望の直流電力に変換し、変換した前記直流電力を給電することで複数のLED光源を駆動するLED駆動装置であって、前記LED光源の異常を検出する異常検出手段と、前記複数のLED光源に給電される前記直流電力を各別に調整する調整手段と、前記複数のLED光源の中で前記異常検出手段が異常を検出した前記LED光源への給電を停止するとともに、前記異常検出手段が異常を検出していない前記LED光源への給電量を増やすように前記調整手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記調整手段を制御して複数の前記LED光源への給電量を定格値よりも低下させている場合において、前記異常検出手段で異常が検出された前記LED光源への給電を停止するとともに、前記異常検出手段で異常が検出されていない前記LED光源への給電量を前記定格値とするように前記調整手段を制御することを特徴とする。
本発明のLED駆動装置は、入力電力を所望の直流電力に変換し、変換した前記直流電力を給電することで2つのLED光源を駆動するLED駆動装置であって、前記LED光源の異常を検出する異常検出手段と、前記2つのLED光源に給電される前記直流電力を各別に調整する調整手段と、前記2つのLED光源の中で前記異常検出手段が異常を検出した前記LED光源への給電を停止するとともに、前記異常検出手段が異常を検出していない前記LED光源への給電量を増やすように前記調整手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記2つのLED光源への給電量を同一とし且つ定格値よりも低下させている場合であって、前記異常検出手段で何れか1つの前記LED光源に異常が検出されたとき、前記異常検出手段で異常が検出された前記LED光源への給電を停止するとともに、前記異常検出手段で異常が検出されていない前記LED光源への給電量を定格値以下の範囲で2倍に増やし、定格値を超える場合には定格値になるように、前記調整手段を制御することを特徴とする。
このLED駆動装置において、交流の入力電力を直流電力に変換する交流/直流変換部を備え、前記調整手段は、前記交流/直流変換部から出力される直流電力を所望の直流電力に変換する複数の直流/直流変換部を有し、前記交流/直流変換部の出力端に複数の前記直流/直流変換部が並列に接続され、複数の前記直流/直流変換部の出力端に1つずつ前記LED光源が接続されることが好ましい。
このLED駆動装置において、交流の入力電力を直流電力に変換する複数の交流/直流変換部を備え、前記調整手段は、前記交流/直流変換部から出力される直流電力を所望の直流電力に変換する複数の直流/直流変換部を有し、複数の前記交流/直流変換部の出力端に1つずつ前記直流/直流変換部が接続され、複数の前記直流/直流変換部の出力端に1つずつ前記LED光源が接続されることが好ましい。
本発明の照明器具は、前記何れかのLED駆動装置と、前記LED駆動装置に駆動される複数のLED光源と、少なくとも前記複数のLED光源を保持する器具本体とを備えることを特徴とする。
本発明のLED駆動装置及び照明器具は、制御手段が、複数のLED光源の中で異常検出手段が異常を検出していないLED光源への給電量を増やすように調光手段を制御するので、一部のLED光源に異常が生じた場合における照度低下を抑制することができるという効果がある。
本発明に係るLED駆動装置の実施形態を示す回路図である。 同上における異常検出回路の回路図である。 本発明に係るLED駆動装置の別の実施形態を示す回路図である。 本発明に係るLED駆動装置のさらに別の実施形態を示す回路図である。 (a)〜(c)は同上の動作説明用の波形図である。 同上における第1DC/DCコンバータの別の構成を示す回路図である。 本発明に係る照明器具の実施形態を示し、(a)は側面図、(b)は下面図である。
以下、本発明に係るLED駆動装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態のLED駆動装置A1は、図1に示すように2つのDC/DCコンバータ1,2、異常検出回路3、力率改善(Power Factor Correction)回路4、全波整流器5、調光回路部6などを備える。
全波整流器5はダイオードブリッジからなり、交流電源Eから供給される交流電圧・交流電流を全波整流して力率改善回路4に出力する。
力率改善回路4は、電界効果トランジスタからなるスイッチング素子41、スイッチング素子41をスイッチング制御するPFC制御回路40、チョークコイル42、ダイオード43、平滑コンデンサ44などで構成される従来周知の昇圧チョッパ回路で構成される。ただし、このような力率改善回路(昇圧チョッパ回路)4の動作は従来周知であるから、詳細な説明を省略する。
力率改善回路4の出力端に2つのDC/DCコンバータ1,2が並列に接続されている。一方のDC/DCコンバータ(以下、第1コンバータと呼ぶ。)1は、従来周知の降圧チョッパ回路であり、スイッチング素子11、第1制御回路10、インダクタ12、ダイオード13、平滑コンデンサ14、検出巻線15、ダイオード16などで構成される。ダイオード13のカソードが力率改善回路4の高電位側の出力端に接続され、ダイオード13のアノードがスイッチング素子11のドレインに接続される。スイッチング素子11のソースが、グランドに接地された力率改善回路4の低電位側の出力端に接続される。インダクタ12の一端がダイオード13のアノードに接続され、インダクタ12の他端が平滑コンデンサ14の低電位側に接続される。平滑コンデンサ14の高電位側がダイオード13のカソードに接続される。そして、平滑コンデンサ14の両端にLED光源(以下、第1LED光源と呼ぶ。)B1が接続される。また、検出巻線15は、インダクタ12に磁気結合され、一端がグランドに接続されるとともに、他端がダイオード16のアノードに接続される。そして、ダイオード16のカソードが異常検出回路3に接続される。
他方のDC/DCコンバータ(以下、第2コンバータと呼ぶ。)2も従来周知の降圧チョッパ回路であり、スイッチング素子21、第2制御回路20、インダクタ22、ダイオード23、平滑コンデンサ24、検出巻線25、ダイオード26などで構成される。ダイオード23のカソードが力率改善回路4の高電位側の出力端に接続され、ダイオード23のアノードがスイッチング素子21のドレインに接続される。スイッチング素子21のソースが、グランドに接続される。インダクタ22の一端がダイオード23のアノードに接続され、インダクタ22の他端が平滑コンデンサ24の低電位側に接続される。平滑コンデンサ24の高電位側がダイオード23のカソードに接続される。そして、平滑コンデンサ24の両端にLED光源(以下、第2LED光源と呼ぶ。)B2が接続される。また、検出巻線25は、インダクタ22に磁気結合され、一端がグランドに接続されるとともに、他端がダイオード26のアノードに接続される。そして、ダイオード26のカソードが異常検出回路3に接続される。
第1制御回路10は、スイッチング素子11をオンした後、インダクタ12を介してスイッチング素子11に流れる電流(インダクタ電流)が所定のピーク値に達したらスイッチング素子11をオフする。スイッチング素子11がオフすると、インダクタ12に蓄積された磁気エネルギーが放出され、ダイオード13を介して平滑コンデンサ14に充電される。そして、インダクタ12から平滑コンデンサ14に流れる回生電流がゼロになると、第1制御回路10は、再びスイッチング素子10をオンする。このようにして第1制御回路10がスイッチング素子10をスイッチング制御することにより、力率改善回路4から入力される直流電圧を、第1LED光源B1に必要とされる直流電圧に降圧することができる。
同様に、第2制御回路20は、スイッチング素子21をオンした後、インダクタ22を介してスイッチング素子21に流れる電流(インダクタ電流)が所定のピーク値に達したらスイッチング素子21をオフする。スイッチング素子21がオフすると、インダクタ22に蓄積された磁気エネルギーが放出され、ダイオード23を介して平滑コンデンサ24に充電される。そして、インダクタ22から平滑コンデンサ24に流れる回生電流がゼロになると、第2制御回路20は、再びスイッチング素子20をオンする。このようにして第2制御回路20がスイッチング素子20をスイッチング制御することにより、力率改善回路4から入力される直流電圧を、第2LED光源B2に必要とされる直流電圧に降圧することができる。
ただし、上述した第1及び第2制御回路10,20の制御動作は臨界モードと呼ばれるものであるが、これに限定する趣旨では無い。すなわち、第1及び第2制御回路10,20は、回生電流がゼロよりも高い下限値に達した時点でスイッチング素子11,21をオンしたり(連続モード)、あるいは、回生電流がゼロになった後にスイッチング素子11,21をオンしても構わない(不連続モード)。
調光回路部6は、外部から入力される調光信号から調光レベルを読み取り、読み取った調光レベルを第1制御回路10と第2制御回路20に与える。第1制御回路10及び第2制御回路20は、調光回路部6から与えられる調光レベルに応じて、インダクタ電流と比較するピーク値を変化させる。そして、ピーク値が変化することにより、第1LED光源B1及び第2LED光源B2への給電量を増減して第1LED光源B1と第2LED光源B2の光出力を調整(調光)する。ただし、調光回路部6の調光方法としては、第1及び第2コンバータ1,2からLED光源B1,B2へ電流を供給する期間と停止する期間との比率を変えることにより調光レベルを変化させる、所謂バースト調光を用いても良い。更には、上述の2つの調光方法が組合されたものでも良い。
異常検出回路3は、例えば、コンパレータやマイクロコンピュータで構成される。そして、異常検出回路3は、検出巻線15,25に生じる検出電圧に基づいて第1LED光源B1及び第2LED光源B2の異常(短絡又は無負荷)を検出し、異常を検出した方のLED光源B1,B2に対応する制御回路10,20に異常検出信号を出力する。
異常検出回路3の具体回路例を図2に示す。なお、図2では、第1コンバータ1の検出巻線15に生じる検出電圧(第1検出電圧)に対応した回路構成のみを図示しており、第2コンバータ2の検出巻線25に生じる検出電圧(第2検出電圧)に対応した回路構成(マイコン30を除く。)については図示を省略している。ただし、第2検出電圧に対応した回路構成は、図2に図示した第1検出電圧に対応した回路構成と共通である。
検出電圧(第1検出電圧と第2検出電圧)は、スイッチング素子11,21のオン期間にゼロ、スイッチング素子11,21のオフ期間にハイレベルとなる矩形波の電圧信号であって、ハイレベル時の電圧がコンバータ1,2の出力電圧と相関関係にある。したがって、LED光源B1,B2に短絡故障が発生した場合、コンバータ1,2の出力電圧がほぼゼロとなるので、検出電圧もゼロに近い電圧になる。一方、LED光源B1,B2とDC/DCコンバータ1,2との接続が不完全になったり、あるいはLED光源B1,B2内の配線が断線することで無負荷状態となった場合、コンバータ1,2の出力電圧が入力電圧(力率改善回路4の出力電圧)にほぼ等しくなる。そのため、検出電圧が正常時の電圧よりも高くなる。
異常検出回路3では、抵抗R1とコンデンサC1からなるローパスフィルタで第1検出電圧に含まれる高周波成分を除去した後、分圧抵抗R2,R3によって第1検出電圧を分圧する。分圧された第1検出電圧でコンデンサC2が充電され、コンデンサC2の両端電圧がマイコン30の入力ポートに入力される。マイコン30は、入力ポートに入力される第1検出電圧(分圧された第1検出電圧)をA/D変換して大小2つのしきい値と比較する。
そして、第1検出電圧をA/D変換した値が小さい方のしきい値を下回るか、あるいは大きい方のしきい値を上回れば、マイコン30が、第1LED光源B1に異常が発生したことを示す第1異常検出信号を第1及び第2制御回路10,20にそれぞれ出力する。なお、小さい方のしきい値は、正常時の第1検出電圧よりも十分に小さく且つゼロよりも大きい値に設定される。また、大きい方のしきい値は、正常時の第1検出電圧よりも十分に大きく且つ第1及び第2コンバータ1,2の出力電圧が入力電圧と等しくなったと仮定した時の第1及び第2検出電圧よりも小さい値に設定される。同様に、異常検出回路3は、別の入力ポートに入力される第2検出電圧をA/D変換した値を大小2つのしきい値と比較する。そして、第2検出電圧をA/D変換した値が小さい方のしきい値を下回るか若しくは大きい方のしきい値を上回れば、マイコン30が、第2LED光源B2に異常が発生したことを示す第2異常検出信号を第1及び第2制御回路10,20にそれぞれ出力する。
第1制御回路10は、第1異常検出信号が入力された場合、スイッチング素子11のスイッチングを止めることで第1コンバータ1を停止する。第2制御回路20は、第2異常検出信号が入力された場合、スイッチング素子21のスイッチングを止めることで第2コンバータ2を停止する。その結果、異常(短絡又は無負荷)が発生したLED光源B1,B2への給電を停止し、コンバータ1,2の保護や出力電圧の異常上昇の抑制を個別に図ることができる。
さらに、第1制御回路10は、第1異常検出信号が入力されず且つ第2異常検出信号が入力された場合、スイッチング素子11,21をオフする所定のピーク値を正常時よりも高くすることで第1コンバータ1から第1LED光源B1への給電量を増やす。その結果、第1LED光源B1の光量が増加するので、第2LED光源B2が消灯した場合における照度低下を抑制することができる。
同じく、第2制御回路20は、第2異常検出信号が入力されず且つ第1異常検出信号が入力された場合、ピーク値を正常時よりも高くすることで第2コンバータ2から第2LED光源B2への給電量を増やす。その結果、第2LED光源B2の光量が増加するので、第1LED光源B1が消灯した場合における照度低下を抑制することができる。
上述のように本実施形態のLED駆動装置A1は、入力電力を所望の直流電力に変換し、変換した前記直流電力を給電することで複数のLED光源B1,B2を駆動するLED駆動装置である。そして、本実施形態のLED駆動装置A1は、LED光源B1,B2の異常を検出する異常検出手段(異常検出回路3)と、複数のLED光源B1,B2に給電される直流電力を各別に調整する調整手段(第1コンバータ1及び第2コンバータ2)とを備える。さらに、本実施形態のLED駆動装置A1は、制御手段(第1制御回路10及び第2制御回路20)を備える。第1制御回路10及び第2制御回路20は、複数のLED光源B1,B2の中で異常検出手段3が異常を検出したLED光源B1,B2への給電を停止するとともに、異常検出手段3が異常を検出していないLED光源B1,B2への給電量を増やすように調整手段1,2を制御する。
したがって、第1制御回路10及び第2制御回路20が、複数のLED光源B1,B2の中で異常検出手段3が異常を検出していないLED光源B1,B2への給電量を増やすように調整手段1,2を制御するので、異常発生時の照度低下を抑制することができる。ただし、第1制御回路10及び第2制御回路20は、第1異常検出信号及び第2異常検出信号が入力されなくなれば、停止していたスイッチング素子11,21のスイッチングを再開し、且つピーク値を元の値(異常検出信号が入力される前の値)に戻すことが好ましい。これにより、LED光源B1,B2の交換等がされて異常(短絡や無負荷)が解消されたときの誤動作を回避することができる。
また、本実施形態のLED駆動装置A1では、交流の入力電力を直流電力に変換する交流/直流変換部(力率改善回路4)を備えることが好ましい。さらに、調整手段1,2は、交流/直流変換部4から出力される直流電力を所望の直流電力に変換する複数の直流/直流変換部(第1コンバータ1及び第2コンバータ2)を有することが好ましい。またさらに、交流/直流変換部4の出力端に複数の直流/直流変換部1,2が並列に接続され、複数の直流/直流変換部1,2の出力端に1つずつLED光源B1,B2が接続されることが好ましい。このような構成であれば、複数の直流/直流変換部1,2で1つの交流/直流変換部4を共用することができるので、回路構成の簡素化を図ることができる。
あるいは、本発明の別の実施形態のLED駆動装置A2は、図3に示すように交流の入力電力を直流電力に変換する複数の交流/直流変換部(力率改善回路4A,4B)を備えても構わない。そして、複数の交流/直流変換部4A,4Bの出力端に1つずつ直流/直流変換部1,2が接続され、複数の直流/直流変換部1,2の出力端に1つずつLED光源B1,B2が接続されることが好ましい。なお、図4に示すように、2つのコンバータ1,2に対して異常検出回路3を各別に設け、各異常検出回路3の異常検出信号をそれぞれ2つのコンバータ1,2の制御回路10,20に出力する構成としても構わない。
ところで、制御手段10,20は、調整手段1,2を制御して複数のLED光源B1,B2への給電量を定格値よりも低下させている場合において、異常検出手段3で異常が検出されたLED光源B1,B2への給電を停止することが好ましい。さらに、制御手段10,20は、異常検出手段3で異常が検出されていないLED光源B1,B2への給電量を定格値に近付けるように調整手段1,2を制御することが好ましい。
例えば、図5(a)に破線αで示すように、制御手段(第1制御回路10及び第2制御回路20)が初期照度補正によって調整手段(第1コンバータ1及び第2コンバータ2)の出力を調整(減少)させていると仮定する。そして、第1LED光源B1に異常が発生した場合、第1制御回路10が第1コンバータ1を停止させる。一方、第2LED光源B2が正常であれば、第2制御回路20は、図5(a)に実線βで示すように初期照度補正を中止して第2コンバータ2の給電量を増加させ、第2LED光源B2の光出力を定格値(100%)に近付けることが好ましい。あるいは、第2制御回路20は、図5(b)に実線γで示すように、第2コンバータ2の給電量を増加して第2LED光源B2の光出力を定格値(100%)にしても構わない。このように光出力を定格値とする方が、第1制御回路10及び第2制御回路20の制御が容易になるという利点がある。あるいは、別の制御例として低調光(例えば調光レベル50%以下)ときに、図5(c)に実線βで示すように光出力を元々の明るさとほぼ同等になるように制御する(2出力時は元々の光出力の2倍とする)ようにしても良い。
なお、本実施形態のLED駆動装置A1,A2は2つのLED光源B1,B2を駆動(点灯)するように構成されているが、3つ以上のLED光源を駆動するように構成されても構わない。また、本実施形態のLED駆動装置A1,A2が駆動する複数のLED光源B1,B2は、同一(定格電圧及び定格電流が同一)のものである必要は無く、定格電圧又は定格電流の少なくとも一方が異なるものであっても構わない。
ところで、力率改善回路4の出力電圧は、2つのコンバータ1,2が動作する正常時に比べて、1つのコンバータ1又は2のみが動作する異常時には、軽負荷となるために上昇する可能性が高い。また、軽負荷となった場合、力率改善回路4の出力電圧にリップルが発生し、そのリップルの影響でLED光源B1又はB2に流れる電流が変動してちらつきが生じる虞がある。
しかしながら、本実施形態のLED駆動装置A1,A2では、継続して動作する方のコンバータ1又は2の出力を増加させているので、出力を増加させない場合と比較して、力率改善回路4の出力電圧の上昇及びリップルの発生を抑制することができる。
なお、第1及び第2コンバータ1,2は、図6に示すようにスイッチング素子11,21を高電位側(ハイサイド)とした回路構成であっても構わない(ただし、図6では第1コンバータ1のみを図示し、第2コンバータ2の図示を略す)。
本発明に係る照明器具の実施形態を図7に示す。本実施形態の照明器具7は、街路灯などに用いられるものであって、地面に立設されたポールPの先端に取り付けられる器具本体70を備える。
器具本体70は、アルミダイカストによって扁平な矩形箱状に形成されており、内部に第1LED光源B1と第2LED光源B2が収納されている。器具本体70は、2つのLED光源B1,B2に対向する下面に矩形の窓孔71が開口しており、この窓孔71を通してLED光源B1,B2の放射する光が下方へ放射される。ただし、窓孔71は、強化ガラス製の透明なパネル72で閉塞されている。
また、器具本体70内には、LED駆動装置A1も収納される。LED駆動装置A1は、ポールPの内部に配線された電源線(図示せず)を介して交流電源Eから交流電圧・交流電流が供給される。
なお、本発明に係る照明器具は街路灯に限定されるものではなく、例えば、トンネル内部を照明する照明器具などであってもよい。
A1 LED駆動装置
B1,B2 LED光源
1 第1DC/DCコンバータ(調整手段)
2 第2DC/DCコンバータ(調整手段)
3 異常検出回路(異常検出手段)
10 第1制御回路(制御手段)
20 第2制御回路(制御手段)

Claims (5)

  1. 入力電力を所望の直流電力に変換し、変換した前記直流電力を給電することで複数のLED光源を駆動するLED駆動装置であって、
    前記LED光源の異常を検出する異常検出手段と、前記複数のLED光源に給電される前記直流電力を各別に調整する調整手段と、前記複数のLED光源の中で前記異常検出手段が異常を検出した前記LED光源への給電を停止するとともに、前記異常検出手段が異常を検出していない前記LED光源への給電量を増やすように前記調整手段を制御する制御手段とを備え
    前記制御手段は、前記調整手段を制御して複数の前記LED光源への給電量を定格値よりも低下させている場合において、前記異常検出手段で異常が検出された前記LED光源への給電を停止するとともに、前記異常検出手段で異常が検出されていない前記LED光源への給電量を前記定格値とするように前記調整手段を制御することを特徴とするLED駆動装置。
  2. 入力電力を所望の直流電力に変換し、変換した前記直流電力を給電することで2つのLED光源を駆動するLED駆動装置であって、
    前記LED光源の異常を検出する異常検出手段と、前記2つのLED光源に給電される前記直流電力を各別に調整する調整手段と、前記2つのLED光源の中で前記異常検出手段が異常を検出した前記LED光源への給電を停止するとともに、前記異常検出手段が異常を検出していない前記LED光源への給電量を増やすように前記調整手段を制御する制御手段とを備え、
    前記制御手段は、前記2つのLED光源への給電量を同一とし且つ定格値よりも低下させている場合であって、前記異常検出手段で何れか1つの前記LED光源に異常が検出されたとき、前記異常検出手段で異常が検出された前記LED光源への給電を停止するとともに、前記異常検出手段で異常が検出されていない前記LED光源への給電量を定格値以下の範囲で2倍に増やし、定格値を超える場合には定格値になるように、前記調整手段を制御することを特徴とするED駆動装置。
  3. 交流の入力電力を直流電力に変換する交流/直流変換部を備え、前記調整手段は、前記交流/直流変換部から出力される直流電力を所望の直流電力に変換する複数の直流/直流変換部を有し、前記交流/直流変換部の出力端に複数の前記直流/直流変換部が並列に接続され、複数の前記直流/直流変換部の出力端に1つずつ前記LED光源が接続されることを特徴とする請求項1又は2記載のLED駆動装置。
  4. 交流の入力電力を直流電力に変換する複数の交流/直流変換部を備え、前記調整手段は、前記交流/直流変換部から出力される直流電力を所望の直流電力に変換する複数の直流/直流変換部を有し、複数の前記交流/直流変換部の出力端に1つずつ前記直流/直流変換部が接続され、複数の前記直流/直流変換部の出力端に1つずつ前記LED光源が接続されることを特徴とする請求項1又は2記載のLED駆動装置。
  5. 請求項1〜4の何れかのLED駆動装置と、前記LED駆動装置に駆動される複数のLED光源と、少なくとも前記複数のLED光源を保持する器具本体とを備えることを特徴とする照明器具。
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