JP2004319595A

JP2004319595A - Ｌｅｄ照明装置

Info

Publication number: JP2004319595A
Application number: JP2003108203A
Authority: JP
Inventors: Kozo Sakamoto; 幸造坂本
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】放熱性能の経年変化を監視でき、照明性能低下の原因が放熱性能劣化であることを特定できるＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】基板９上に実装されたＬＥＤチップ１にヒートシンク２が取り付けられたＬＥＤ照明装置において、ＣＰＵ６は、基板温度センサ７とヒートシンク温度センサ８により基板９とヒートシンク２の温度を測定し、これら２つの温度とＬＥＤの消費電力とから、基板−ヒートシンク間の熱抵抗値Ｒｓｃを算出し、熱抵抗値Ｒｓｃが正常範囲を超えたとき、表示器１０に放熱性能低下の警告を表示させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高輝度ＬＥＤを用いたＬＥＤ照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以前より、小型ＬＥＤパネル用バックライトや一般用照明灯として、白色ＬＥＤが使用されているが、最近、白色ＬＥＤのさらなる高輝度化によって、自動車用ヘッドライトなどのより強力な光源として、白色ＬＥＤが使用され始めている。
【０００３】
このような高輝度ＬＥＤを使用した照明装置において、より高い輝度を得るためには、ＬＥＤに従来よりも数倍〜１０倍程度の電流（約３００ｍＡ）を供給する必要がある。このとき、ＬＥＤの発熱による破壊を避けるため、十分な放熱を行うとともに、ＬＥＤのジャンクション温度が絶対最大定格値を超えないように駆動電流を制御する必要がある。
【０００４】
従来の発熱保護方法としては、温度センサにより照明装置の周囲温度を測定し、その温度における許容電流値を超えないよう駆動電流を制御する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２２３８０４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例にあっては、ＬＥＤの放熱環境のバラツキや経年変化までは考慮されていなかった。すなわち、高輝度ＬＥＤを用いた照明装置では、放熱を考慮して、ＬＥＤ実装基板にヒートシンクを取り付ける。このとき、ＬＥＤから発生した熱のほとんどはＬＥＤ実装基板とヒートシンクの接合面を通ってからヒートシンクのフィン部分から放熱される。
【０００７】
そのため、ＬＥＤ実装基板とヒートシンクの間の熱抵抗値のバラツキがある場合には、周囲温度を測定しただけでは各ＬＥＤ実装基板上のＬＥＤのジャンクション温度を正確に求めることができない。
【０００８】
また、振動的、腐食的な条件下では、ＬＥＤ実装基板とヒートシンクの熱結合状態の経年変化の影響を受ける可能性がある。
【０００９】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、放熱性能の経年変化を監視でき、照明性能低下の原因が放熱性能劣化であることを特定できるＬＥＤ照明装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明請求項１に記載のＬＥＤ照明装置では、基板上に実装されたＬＥＤ（発光ダイオード）にヒートシンクが取り付けられたＬＥＤ照明装置において、前記ＬＥＤ近傍の基板温度を検出する基板温度検出手段と、前記ヒートシンクの放熱側温度を検出するヒートシンク温度検出手段と、前記ＬＥＤの消費電力を算出する消費電力算出手段と、前記基板温度およびヒートシンク温度とＬＥＤの消費電力とから、基板−ヒートシンク間の熱抵抗値を算出する基板−ヒートシンク間熱抵抗値算出手段と、放熱性能低下を警告を発する警告手段と、前記基板−ヒートシンク間の熱抵抗値が、予め設定された正常範囲を超えたとき、警告手段に対し、放熱性能低下を警告する指令を出力する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置において、前記制御手段を、基板−ヒートシンク間の熱抵抗値が予め設定された正常範囲を超えたとき、ＬＥＤのジャンクション温度が絶対最大定格を超えないように、ＬＥＤの消費電力を制御する手段としたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明では、基板温度とヒートシンク温度を検出し、これらとＬＥＤの消費電力とから、基板−ヒートシンク間の熱抵抗値を算出する。熱抵抗値は、下式より求めることができる。
熱抵抗値＝（基板温度−ヒートシンクの温度）／消費電力
【００１３】
基板とヒートシンク間の熱抵抗値は、経年変化により増加、すなわち、放熱性能が低下する可能性があるため、上式により求めた熱抵抗値が、予め設定された正常範囲を超えたときは、放熱性能低下と判断され、警告手段から放熱性能低下の警告が発せられる。
【００１４】
よって、本発明にあっては、基板温度検出手段とヒートシンク温度検出手段により、基板−ヒートシンク間の熱抵抗値が正確に算出できるため、この熱抵抗値から放熱性能の経年変化を監視でき、照明性能低下の原因が放熱性能劣化であることを特定できる。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、基板とヒートシンク間の熱抵抗値が正常範囲を超えたとき、ＬＥＤのジャンクション温度が絶対最大定格を超えないようにＬＥＤの消費電力が制御される。
【００１６】
従来の技術では、ヒートシンクの周囲温度を測定するため、ＬＥＤのジャンクション温度を正確に把握することができない。これに対して、本発明では、基板温度とヒートシンク温度を測定して基板−ヒートシンク間の抵抗値を算出するため、下式に基づいてＬＥＤのジャンクション温度を正確に把握できる。
ジャンクション温度＝（ジャンクション−基板間熱抵抗＋基板−ヒートシンク間熱抵抗）×消費電力＋ヒートシンク温度
【００１７】
なお、ジャンクション−基板間熱抵抗は、製品の仕様により予め既知であるため、ジャンクション温度は、基板−ヒートシンク間の熱抵抗値を求めることにより算出できる。
【００１８】
よって、ＬＥＤのジャンクション温度が絶対最大定格を超えないよう、ＬＥＤの消費電力を正確に制御できるため、ＬＥＤの熱破壊を確実に防止できるとともに、放熱性能に応じてＬＥＤを駆動できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のＬＥＤ照明装置を実現する実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、構成を説明する。
図１は本実施の形態のＬＥＤ照明装置を示すシステムブロック図である。
【００２０】
本実施の形態のＬＥＤ照明装置は、例えば、車両のヘッドライトとして用いられるものであり、図において、１はＬＥＤチップ、２はヒートシンク、３は熱伝導性絶縁シート、４は定電流回路、５は電源回路、６はＣＰＵ、７は基板温度センサ、８はヒートシンク温度センサ、９は基板である。
【００２１】
ＬＥＤチップ１には、熱伝導性絶縁シート３を介してヒートシンク２が取り付けられ、そのヒートシンク２がＬＥＤパッケージ外部に露出した構造となっている。
【００２２】
このようなＬＥＤは、ＬＥＤチップ１と基板９との接合部、すなわち、ジャンクション部分の熱が伝わりやすく、ＬＥＤパッケージと基板９との間の熱抵抗が小さいという特徴を有している。
【００２３】
基板温度センサ７は、ＬＥＤチップ１近傍の基板温度を測定するためのもので、ＬＥＤ実装位置の近傍に配置されている。この基板温度センサ７としては、例えば、チップサーミスタが用いられる。
【００２４】
また、ヒートシンク温度センサ８は、ヒートシンク２のファン側（放熱側）の温度を測定するためのもので、ヒートシンク２のＬＥＤ対向位置に配置されている。このヒートシンク温度センサ８としては、例えば、熱電対やサーミスタが用いられる。
【００２５】
定電流回路４は、その両端にかかる電圧の大小にかかわらず、常に一定の電流が流れる回路である。また、電源回路５は、ＬＥＤチップ１、定電流回路４およびＣＰＵ６に電力を供給している。
【００２６】
ＣＰＵ６は、電源回路５を介してＬＥＤチップ１へ供給される電力を制御している。このＣＰＵ６には、基板温度センサ７とヒートシンク温度センサ８により検出された基板温度とヒートシンク温度が入力される。
【００２７】
ＣＰＵ６は、基板温度と、ヒートシンク温度と、ＬＥＤチップ１の消費電力とに基づいて、基板−ヒートシンク間の熱抵抗値を算出し、算出した熱抵抗値が予め設定された正常範囲を超えたとき、図外のインストルメントパネルに設けられた表示器１０に運転者に放熱性能低下の警告を発する。
【００２８】
また、ＣＰＵ６は、算出した基板−ヒートシンク間の熱抵抗値が正常範囲を超えたとき、ＬＥＤチップ１のジャンクション温度が絶対最大定格を超えないように、ＬＥＤチップ１の消費電力を制御し、ＬＥＤチップ１を発熱による破壊から保護する。
【００２９】
次に、作用を説明する。
［基板−ヒートシンク間の熱抵抗値とジャンクション温度の算出方法］
基板−ヒートシンク間の熱抵抗値Ｒｓｃは、基板温度をＴｓ、ヒートシンク温度をＴｃ、ＬＥＤチップ１の消費電力をＰｄとすると、下式により求めることができる。
Ｒｓｃ＝（Ｔｓ−Ｔｃ）／Ｐｄ …式１
【００３０】
また、ＬＥＤチップ１のジャンクション温度Ｔｊは、ジャンクション−基板間の熱抵抗値をＲｊｓとすると、下式により求めることができる。
Ｔｊ＝（Ｒｊｓ＋Ｒｓｃ）×Ｐｄ＋Ｔｃ …式２
【００３１】
ここで、ジャンクション−基板間の熱抵抗値Ｒｊｓは、製品の仕様により予め既知であるため、ＬＥＤチップ１のジャンクション温度Ｔｊは、式１で求めた基板−ヒートシンク間の熱抵抗値Ｒｓｃから容易に算出可能である。
【００３２】
［放熱性能低下警告制御処理］
図２は、ＣＰＵ６で実行されるＬＥＤの放熱性能低下警告制御処理の流れを示すフローチャートである。
【００３３】
ステップＳ１では、ＬＥＤチップ１の消費電力を計算する。
【００３４】
ステップＳ２では、基板温度センサ７の出力電圧から、ＬＥＤチップ１近傍の基板９の温度を測定する。
【００３５】
ステップＳ３では、ヒートシンク温度センサ８の出力電圧から、ヒートシンクの温度を測定する。
【００３６】
ステップＳ４では、上述した式１を用いて、基板−ヒートシンク間の熱抵抗値Ｒｓｃを求める。
【００３７】
ステップＳ５では、基板−ヒートシンク間の熱抵抗値Ｒｓｃは正常範囲かどうかを判断する。ＹＥＳの場合にはステップＳ１へ戻り、ＮＯの場合にはステップＳ６へ進む。
【００３８】
ステップＳ６では、表示器１０にエラーメッセージを表示させて本制御を終了する。
【００３９】
すなわち、ステップＳ４により基板−ヒートシンク間の熱抵抗値Ｒｓｃを求め、ステップＳ５により熱抵抗値Ｒｓｃが正常範囲を超えると判断されたとき、ステップＳ６により表示器１０に放熱性能低下と照明性能低下が表示され、運転者に警告がなされる。
【００４０】
次に、効果を説明する。
本実施の形態のＬＥＤ照明装置にあっては、次に列挙する効果を得ることができる。
【００４１】
（１）基板温度センサ７とヒートシンク温度センサ８とを設けたため、基板−ヒートシンク間の熱抵抗値Ｒｓｃを監視でき、この熱抵抗値Ｒｓｃの増加によって照明性能低下の原因が放熱性能劣化であることを特定できる。
【００４２】
（２）基板−ヒートシンク間の熱抵抗値Ｒｓｃから、ＬＥＤチップ１のジャンクション温度Ｔｊを正確に求めることができるため、ＬＥＤチップ１のジャンクション温度Ｔｊが絶対最大定格値を超えないようにＬＥＤチップ１の消費電力を最適に制御できる。よって、ＬＥＤチップ１の発熱による破壊を確実に防止できる。
【００４３】
（その他の実施の形態）
以上、本発明を実現する実施の形態を説明してきたが、本発明の具体的な構成は本実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００４４】
例えば、基板温度センサ７をＬＥＤチップ１と別体で設けずに、温度センサを内蔵したＬＥＤを使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態のＬＥＤ照明装置を示すシステムブロック図である。
【図２】ＣＰＵで実行されるＬＥＤの放熱性能低下警告制御処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ＬＥＤチップ
２ヒートシンク
３熱伝導性絶縁シート
４定電流回路
５電源回路
６ＣＰＵ
７基板温度センサ
８ヒートシンク温度センサ
９基板
１０表示器

Claims

基板上に実装されたＬＥＤ（発光ダイオード）にヒートシンクが取り付けられたＬＥＤ照明装置において、
前記ＬＥＤ近傍の基板温度を検出する基板温度検出手段と、
前記ヒートシンクの放熱側温度を検出するヒートシンク温度検出手段と、
前記ＬＥＤの消費電力を算出する消費電力算出手段と、
前記基板温度およびヒートシンク温度とＬＥＤの消費電力とから、基板−ヒートシンク間の熱抵抗値を算出する基板−ヒートシンク間熱抵抗値算出手段と、
放熱性能低下を警告を発する警告手段と、
前記基板−ヒートシンク間の熱抵抗値が、予め設定された正常範囲を超えたとき、警告手段に対し、放熱性能低下を警告する指令を出力する制御手段と、
を備えることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
請求項１に記載のＬＥＤ照明装置において、
前記制御手段を、基板−ヒートシンク間の熱抵抗値が予め設定された正常範囲を超えたとき、ＬＥＤのジャンクション温度が絶対最大定格を超えないように、ＬＥＤの消費電力を制御する手段としたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。