CN112385316A - 点灯电路及车辆用灯具 - Google Patents

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Abstract

点灯电路(400)包含电流源(410)及温感元件(402)。温感元件(402)对半导体光源(302)的温度(T)进行检测。电流源(410)在温度(T)处于正常范围时，生成与温度(T)成正相关的驱动电流(ILED)，在温度(T)处于比正常范围高的高温范围时，生成与温度(T)成负相关的驱动电流(ILED)。

Description

点灯电路及车辆用灯具
技术领域
本发明涉及在汽车等中使用的灯具。
背景技术
作为在车辆用灯具中使用的光源，以往大多使用灯泡，但近年，广泛地采用LED(发光二极管)等半导体光源。LED的亮度能够与在其之中流动的驱动电流相应地进行控制。因此，以往，通过恒定电流串联调节器或者恒定电流输出的降压开关转换器，进行了将驱动电流稳定化为与目标亮度相对应的目标量的恒定电流控制。
专利文献1：日本再公表2016－158423号公报
发明内容
半导体光源的亮度和驱动电流的关系具有温度依赖性。具体地说，向半导体光源供给相同的驱动电流时的亮度是温度越高则越降低。因此，如果对半导体光源进行恒定电流控制，则温度越高，亮度越降低。
本发明在于改善半导体光源的亮度的稳定性。
本发明的某个方式涉及对半导体光源进行驱动的点灯电路。点灯电路具有：温感元件，其设置为电气状态与半导体光源的温度相应地变化；以及电流源，其在温度处于正常范围时，生成与温度成正相关的驱动电流，在温度处于比正常范围高的高温范围时，生成与温度成负相关的驱动电流。
此外，以上的结构要素的任意组合、将本发明的结构要素、表现在方法、装置、系统等之间相互地置换后的构成作为本发明的方式仍有效。
发明的效果
根据本发明，能够改善半导体光源的亮度的稳定性。
附图说明
图1是具有实施方式所涉及的点灯电路的车辆用灯具的框图。
图2A是对图1的车辆用灯具的动作进行说明的图。
图2B是对图1的车辆用灯具的动作进行说明的图。
图3是第1实施例所涉及的车辆用灯具的框图。
图4是对图3的调光电路的动作进行说明的图。
图5是第2实施例所涉及的车辆用灯具的框图。
图6A是表示作为车辆用灯具的一个例子的LED插座的图。
图6B是表示作为车辆用灯具的一个例子的LED插座的图。
图6C是表示作为车辆用灯具的一个例子的LED插座的图。
图6D是表示作为车辆用灯具的一个例子的LED插座的图。
具体实施方式
(实施方式的概要)
在本说明书中公开的一个实施方式涉及点灯电路。点灯电路具有：温感元件，其电气状态与半导体光源的温度相应地变化；以及电流源，其在温度处于正常范围时，生成与温度成正相关的驱动电流，在温度处于比正常范围高的高温范围时，生成与温度成负相关的驱动电流。
点灯电路可以还具有调光电路，该调光电路与温感元件的状态相应地，生成表示驱动电流的目标量的调光电压。电流源可以生成相对于调光电压而线性地变化的驱动电流。也能够基于调光电压的温度依赖性，设定驱动电流的温度依赖性。
调光电路可以包含：基准电压生成电路，其在正常范围中生成实质上恒定的基准电压，在高温范围中生成随温度降低的基准电压；电压/电流变换电路，其将基准电压通过与温度相对应的增益而变换为基准电流；以及电流/电压变换电路，其将基准电流变换为调光电压。
基准电压生成电路可以包含：分压电路，其将电源电压进行分压；以及钳位电路，其将分压电路的输出节点的电压钳位至小于或等于与温度相对应的上限电压。
钳位电路可以包含：第1晶体管，其设置于分压电路的输出节点和接地之间；第1电阻，其设置于电源线和第1晶体管的控制端子之间；以及第1热敏电阻，其设置于第1晶体管的控制端子和接地之间，具有负的温度系数。
电压/电流变换电路可以包含：第2晶体管；第2电阻，其设置于第2晶体管和接地之间；第2热敏电阻，其与第2电阻并联地设置，具有负的温度系数；以及第1运算放大器，其输出与第2晶体管的控制端子连接，在第1输入接收基准电压，在第2输入被反馈第2晶体管和第2电阻的连接节点的电压。
电流/电压变换电路可以包含第3电阻，该第3电阻设置于基准电流的路径上。调光电压可以与第3电阻的两端间的电压相对应。
电流源可以包含：开关转换器；以及控制器，其对开关转换器进行控制，以使得表示驱动电流的电流检测信号接近调光电压。
点灯电路可以具有：第1温度检测部，其使驱动电流在正常范围中与半导体光源的温度相应而有意地变化；以及第2温度检测部，其使驱动电流在高温范围中与半导体光源的温度相应而有意地变化。第1温度检测部可以包含第2电阻和第2热敏电阻，该第2热敏电阻与第2电阻并联连接，具有负的温度系数。第2温度检测部可以包含串联地设置于电位不同的2根线之间的、第1电阻和具有负的温度系数的第1热敏电阻。
(实施方式)
下面，基于优选的实施方式，一边参照附图、一边对本发明进行说明。对各附图所示的相同或者等同的结构要素、部件、处理标注相同的标号，适当省略重复的说明。另外，实施方式不对发明进行限定而是例示，在实施方式中记述的全部特征及其组合并不一定限于是发明的本质内容。
在本说明书中，“部件A与部件B连接的状态”包含部件A和部件B物理地直接连接的情况。另外，“部件A与部件B连接的状态”还包含：部件A和部件B不对它们的电气连接状态造成实质性的影响的情况；或者不损害通过它们的结合而实现的功能、效果的情况；经由其他部件间接地连接的情况。
同样地，“部件C设置于部件A和部件B之间的状态”包含部件A和部件C、或者部件B和部件C直接地连接的情况。另外，“部件C设置于部件A和部件B之间的状态”还包含：不对它们的电气连接状态造成实质性的影响的情况；或者不损害通过它们的结合而实现的功能、效果的情况；经由其他部件间接地连接的情况。
另外，在本说明书中，电压信号、电流信号等电信号、或者电阻、电容器等电路元件所附带的标号，根据需要而表示各个电压值、电流值或者电阻值、电容值。
图1是具有实施方式所涉及的点灯电路400的车辆用灯具300的框图。车辆用灯具300具有半导体光源302及点灯电路400。半导体光源302包含一个或者串联和/或并联连接的多个发光元件304。发光元件304例如优选为LED，但并不限定于此。车辆用灯具300例如可以是制动灯、尾灯，半导体光源302可以是红色LED。车辆用灯具300的一个方式是将半导体光源302和点灯电路400收容于1个组件的LED插座，具有能够在未图示的灯体进行装卸的形状。
点灯电路400主要具有温感元件402及电流源410。温感元件402是为了对半导体光源302的温度T进行检测而设置的。温感元件402设置为其电气状态与半导体光源302的温度T相应地变化。温感元件的电气状态是指温感元件的阻抗、其压降、在其之中流动的电流、其一端的电压等。温感元件402能够直接地或者间接地监视半导体光源302的温度。温感元件402例如可以将温感元件402直接安装于半导体光源302。另外，温感元件402例如也可以与半导体光源302相邻或者接近地安装于同一基板上，或者也可以安装于对半导体光源302进行安装的散热器。电流源410在温度T处于正常范围时，生成与温度T成正相关的驱动电流(灯电流)ILED，在温度T处于比正常范围高的高温范围时，生成与温度T成负相关的驱动电流(灯电流)ILED。正常范围是指所设想的使用温度范围，高温范围是指半导体光源302的可靠性有可能降低的温度范围。在图1中，电流源410通过将驱动电流ILED释放(涌出)的形式表示，但并不限定于此，电流源410也可以将驱动电流ILED灌入(吸入)。
以上是点灯电路400的基本结构。接下来对其动作进行说明。图2A及图2B是对图1的车辆用灯具300的动作进行说明的图。图2A示出温度T和驱动电流ILED的关系。参照图2A，温度T低于某阈值Ta的范围是正常范围，高于阈值Ta的范围是高温范围。在正常范围中示出驱动电流ILED相对于温度T向右上倾斜的特性。驱动电流ILED相对于温度T的斜率决定为将半导体光源302的温度特性消除。
在温度T包含于高温范围时，示出驱动电流ILED相对于温度T向右下倾斜的特性。该特性也称为温度降额。高温区域中的斜率的绝对值大于正常范围中的斜率的绝对值。
图2B示出温度T和光量的关系。在正常范围中，与温度T相应地使驱动电流ILED增大，由此能够将光量实质上保持为恒定。而且如果温度T进入至高温范围，则通过使驱动电流ILED减小，从而能够防止半导体光源302进一步发热。
以上是车辆用灯具300的动作。根据该车辆用灯具300，能够确保半导体光源302的可靠性，并改善光量的稳定性。特别是红色LED的亮度的温度依赖性与其他元件相比显著。因此，通过对制动灯、尾灯应用本发明，从而能够提高商品价值。
本发明作为图1的框图、电路图而被掌握，或者涉及根据上述的说明而导出的各种各样的装置、方法，但并不限定于特定的结构。下面，为了有助于对发明的本质、动作的理解，另外为了使它们明确化，对更具体的结构例、实施例进行说明，但不是为了缩小本发明的范围。
(第1实施例)
图3是第1实施例所涉及的车辆用灯具300A的框图。点灯电路400A具有电流源410A及调光电路420A。调光电路420A包含温感元件402(第1热敏电阻402a、第2热敏电阻402b)，与温感元件402的状态相应地，生成表示驱动电流ILED的目标量的调光电压VDIM。电流源410A生成相对于调光电压VDIM线性地变化的驱动电流ILED。
调光电路420A包含基准电压生成电路430、V/I变换电路440、I/V变换电路450。基准电压生成电路430在正常范围中生成实质上恒定的基准电压VREF，在高温范围中生成随温度降低的基准电压VREF。V/I变换电路440将基准电压VREF通过与温度T相对应的变换增益(电导)g而变换为基准电流IREF。
IREF＝g·VREF
I/V变换电路450将基准电流IREF变换为调光电压VDIM。
基准电压生成电路430包含分压电路432及钳位电路434。分压电路432将电源电压Vcc进行分压，产生基准电压VREF。钳位电路434将基准电压VREF钳位至小于或等于与温度T相对应的上限电压。将钳位电路434忽略时的基准电压VREF0通过下式表示。
VREF0＝Vcc×R51/(R51+R52)
钳位电路434包含第1晶体管Q1、第1电阻R1、第1热敏电阻402a。第1晶体管Q1是PNP型双极晶体管，设置于分压电路432的输出节点和接地之间。第1电阻R1及第1热敏电阻402a形成了第2温度检测部。第1电阻R1及第1热敏电阻402a在高温范围中生成与半导体光源302的温度T相应而有意地变化的第1检测信号Va，与温度T相应地将第1晶体管Q1的控制端子(基极)偏置。作为第1晶体管Q1可以使用P沟道MOSFET。或者也可以取代第1晶体管Q1而设置在正极接收基准电压VREF、在负极接收第1检测信号Va的二极管。
第1热敏电阻402a与图1的温感元件402相对应，主要决定高温范围中的驱动电流ILED的斜率。第1热敏电阻402a的电阻值Ra具有负的温度系数(NTC：Negative TemperatureCoefficient)。在将第1电阻R1和第1热敏电阻402a的连接节点的电压设为Va时，基准电压VREF将Va+Vf作为上限而被钳位。
在温度T处于正常范围时，Va+Vf＞VREF0成立，因此成为VREF＝VREF0，成为不依赖于温度的恒定值。
如果温度T进入至高温范围，则成为Va+Vf＜VREF0，钳位变得有效，成为VREF＝Va+Vf。即温度越上升则Va越降低，因此基准电压VREF也降低。
V/I变换电路440包含第2晶体管Q2、第2电阻R2、第2热敏电阻402b、运算放大器442。运算放大器442是第一运算放大器的一个例子。第2晶体管Q2为NPN型双极晶体管。第2电阻R2设置于第2晶体管Q2和接地之间。第2热敏电阻402b与第2电阻R2并联地设置，其电阻值Rb具有负的温度系数。
运算放大器442的输出与第2晶体管Q2的控制端子(基极)连接，在第1输入(非反转输入端子)中接收基准电压VREF，在第2输入(反转输入端子)中被反馈第2晶体管Q2、第2电阻R2及第2热敏电阻402b的连接节点的电压Vb。
在将第2电阻R2和第2热敏电阻402b的合成电阻设为Rx时，基准电流IREF通过下式表示。
IREF＝VREF/Rx
即，V/I变换电路440具有与温度T相对应的电导(增益)g。
g＝1/Rx
如果温度T上升，则第2热敏电阻402b的电阻值Rb进而合成电阻值Rx降低，基准电流IREF增大。如果从其他观点出发，则第2电阻R2和第2热敏电阻402b形成了第1温度检测部444。第2电阻R2和第2热敏电阻402b在正常范围中，使基准电流IREF进而驱动电流ILED与温度T相应而有意地变化。
I/V变换电路450包含第3电阻R3。第3电阻R3设置于基准电流IREF的路径上。调光电压VDIM与第3电阻R3的压降相对应。
VDIM＝VBAT－R3×IREF
电流源410A为源型，包含电阻R4、晶体管M4、运算放大器412，生成与I/V变换电路450的电位差成正比的驱动电流ILED。
ILED＝IREF×R3/R4
＝VREF×g×R3/R4
图4是对图3的调光电路420A的动作进行说明的图。基准电压VREF在T＜Ta时实质上恒定，在T＞Ta时与温度相应地降低。V/I变换电路440的增益g相对于温度T向右上倾斜。因此，基准电流IREF及与其成正比的驱动电流ILED具有在T＜Ta时向右上倾斜、在T＞Ta时向右下倾斜的特性。
根据第1实施例，能够兼顾半导体光源的亮度的稳定性和可靠性。
(第2实施例)
图5是第2实施例所涉及的车辆用灯具300B的框图。车辆用灯具300B经由开关SW1接受来自电池2的直流电压(电池电压VBAT)而作为输入电压VIN。车辆用灯具300B包含半导体光源302及点灯电路400B。
电流源410B具有开关转换器460及其控制器470。开关转换器460是升压转换器，将输入电压VIN升压而生成输出电压VOUT。在该实施例中，半导体光源302设置于开关转换器460的输入端子和输出端子之间，但并不限定于此，也可以将半导体光源302的负极接地。
电流检测电路472生成与驱动电流ILED成正比的电流检测信号VCS。电流检测电路472可以包含插入至驱动电流ILED的路径上的感测电阻Rs、以及将感测电阻Rs的压降进行放大的感测放大器474。
控制器470对开关转换器460进行控制，以使得表示驱动电流ILED的电流检测信号VCS接近调光电压VDIM。错误放大器476对电流检测信号VCS和调光电压VDIM的误差进行放大。脉冲调制器478生成与误差电压VERR相对应的脉冲信号。例如脉冲调制器478是脉宽调制器，生成具有与误差电压VERR相对应的占空比的脉冲信号。脉冲调制器478可以包含PWM比较器479，其将误差电压VERR与具有三角波或者斜坡波形的周期信号相比较。此外，脉冲调制器478也可以是脉冲频率调制器、其他调制器，只要使用公知技术即可。
栅极驱动器480与脉冲调制器478的输出脉冲相应地，对开关转换器460的开关晶体管462进行驱动。
接下来，对调光电路420B进行说明。调光电路420B包含第2电阻R2、与该第2电阻R2并联的第2热敏电阻402b、第6电阻R6、钳位电路434。钳位电路434的结构与图3的结构相同。将第2电阻R2和第2热敏电阻402b的合成电阻设为Rx。
第1晶体管Q1截止时的调光电压VDIM0通过下式表示。
VDIM0＝VREF×R6/(Rx+R6)
在将第1电阻R1和第1热敏电阻402a的连接节点的电压设为Va时，调光电压VDIM将Va+Vf作为上限而被钳位。
在温度T处于正常范围时，Va+Vf＞VDIM0成立，因此成为VDIM＝VDIM0，成为不依赖于温度的恒定值。
如果温度T进入高温范围，则成为Va+Vf＜VDIM0，钳位变得有效，成为VDIM＝Va+Vf。即，温度越上升则Va越降低，因此调光电压VDIM也降低。
根据图5的车辆用灯具300B，与第1实施例同样地能够兼顾半导体光源的可靠性和亮度的稳定性。
图6A～图6D是表示作为车辆用灯具300的一个例子的LED插座700的图。图6A是LED插座700的外观的斜视图。图6B示出LED插座700的正视图。图6C示出LED插座700的俯视图。图6D示出LED插座700的仰视图。
框体702具有能够在未图示的灯体进行装卸的形状。在中央部安装将半导体光源302构成的多个发光元件304，它们由透明的罩704覆盖。在基板710安装点灯电路400的部件。多个发光元件304是红色的LED芯片，作为制动灯被利用。
在兼用制动灯和尾灯的LED插座中，在多个发光元件304的中央安装尾灯用的发光元件，在基板710上安装尾灯用的点灯电路。
在框体702的底面侧露出有3根插针721、722、723。向插针721经由开关而供给第1输入电压VIN1，向插针722供给接地电压。插针723在尾灯的点灯时被供给成为高电压的第2输入电压VIN2。插针721～723将框体702的内部贯通，它们的一端与基板710的配线图案连接。
基于实施方式，使用具体的语句对本发明进行了说明，但实施方式只是示出本发明的原理、应用，在实施方式中，在没有脱离权利要求书规定出的本发明的思路的范围，识别到大量的变形例、配置的变更。
(变形例1)
电流源410的结构并不限定于在实施例中说明的结构，能够采用公知的其他电路结构。例如在半导体光源302所包含的二极管的个数少的情况下，可以使用降压转换器。
(变形例2)
在实施方式中，作为温感元件而使用具有负的温度系数的NTC热敏电阻，但并不限定于此，也可以使用PTC热敏电阻(正温度系数热敏电阻)。或者，也可以将利用了在PN结(即二极管)流过恒定电流时的两端间电压具有温度依赖性的二极管温度传感器用作温感元件。
(变形例3)
在实施方式中，通过基于调光电压VDIM的模拟调光(线性调光)使驱动电流ILED变化，但并不限定于此，也可以使用PWM调光。在该情况下，也可以生成具有与调光电压VDIM相对应的占空比的调光脉冲，通过基于调光脉冲，对稳定化为一定量的恒定电流进行通断(switching)，从而生成驱动电流ILED。
(变形例4)
也可以将模拟调光和PWM调光进行组合。例如也可以通过模拟调光进行高温范围的温度降额，通过PWM调光进行正常范围的亮度的稳定化。或者也可以相反地进行。
本申请基于2018年7月19日申请的日本专利申请2018－135583号，在此作为参照而引入其内容。

Claims (10)

1.一种点灯电路，其具有：
温感元件，其设置为电气状态与半导体光源的温度相应地变化；以及
电流源，其在所述温度处于正常范围时，生成与所述温度成正相关的驱动电流，在所述温度处于比正常范围高的高温范围时，生成与所述温度成负相关的驱动电流。
2.根据权利要求1所述的点灯电路，其中，
还具有调光电路，该调光电路与所述温感元件的状态相应地，生成表示所述驱动电流的目标量的调光电压，
所述电流源生成相对于所述调光电压而线性地变化的所述驱动电流。
3.根据权利要求2所述的点灯电路，其中，
所述调光电路包含：
基准电压生成电路，其在所述正常范围中生成实质上恒定的基准电压，在所述高温范围中生成随温度降低的基准电压；
电压/电流变换电路，其将所述基准电压通过与所述温度相对应的增益而变换为基准电流；以及
电流/电压变换电路，其将所述基准电流变换为所述调光电压。
4.根据权利要求3所述的点灯电路，其中，
所述基准电压生成电路包含：
分压电路，其将电源电压进行分压；以及
钳位电路，其将所述分压电路的输出节点的电压钳位至小于或等于与所述温度相对应的上限电压。
5.根据权利要求3或4所述的点灯电路，其中，
所述电压/电流变换电路包含：
第2晶体管；
第2电阻，其设置于所述第2晶体管和接地之间；
第2热敏电阻，其与所述第2电阻并联地设置，具有负的温度系数；以及
第1运算放大器，其输出与所述第2晶体管的控制端子连接，在第1输入接收所述基准电压，在第2输入被反馈所述第2晶体管和所述第2电阻的连接节点的电压。
6.根据权利要求2所述的点灯电路，其中，
所述电流源包含：
开关转换器；以及
控制器，其对所述开关转换器进行控制，以使得表示所述驱动电流的电流检测信号接近所述调光电压。
7.根据权利要求1至4、6中任一项所述的点灯电路，其中，
具有：
第1温度检测部，其使所述驱动电流在所述正常范围中与所述温度相应而有意地变化；以及
第2温度检测部，其使所述驱动电流在所述高温范围中与所述温度相应而有意地变化。
8.根据权利要求7所述的点灯电路，其中，
所述第1温度检测部包含第2电阻和第2热敏电阻，该第2热敏电阻与所述第2电阻并联连接，具有负的温度系数。
9.根据权利要求7或8所述的点灯电路，其中，
所述第2温度检测部包含串联地设置于电位不同的2根线之间的、第1电阻和具有负的温度系数的第1热敏电阻。
10.一种车辆用灯具，其具有：
半导体光源；以及
权利要求1至9中任一项所述的点灯电路。
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