JP2005340744A

JP2005340744A - ダイナモを電源とする発光ダイオードランプのオン・オフ制御回路

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Publication number: JP2005340744A
Application number: JP2004181901A
Authority: JP
Inventors: Kanichi Osugi; 寛一大杉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-05-24
Filing date: 2004-05-24
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】自転車などのダイナモを電源とする発光ダイオードランプのオン・オフ制御を、比較的安価なスイッチ素子でも行なえるようにする。
【解決手段】オン・オフ制御スイッチ素子をＬＥＤランプ回路の高電位側ではなく、低電位側、すなわち回路電流が流れ出てくる側に設けることによって、該スイッチ素子として、安価なバイポーラトランジスタやＭＯＳ−ＦＥＴなどを用いることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自転車などのダイナモを電源とし、発光ダイオードを光源とするランプのオン・オフ制御回路に関する。

従来、白色その他の発光ダイオード（以下ＬＥＤと称する。）が多くの分野で利用されていて、自転車の分野では、電池を電源とするＬＥＤヘッドランプなどが市販されている。しかし自転車などのダイナモを電源とするランプにおいては、従来からの電球が使われていて、ＬＥＤを主とするものは一般的になっていない。

電球は、一般に発光効率が低く、寿命も短い。それで自転車においては、ペダルが重くなるのを嫌がったり、電球が切れたりしているために、無灯火で乗る人が見られる。また、電池を電源とするＬＥＤランプは、電池が減って光量が少ない状態で乗っている人もいる。このように電球も電池式ＬＥＤランプも、安全性という点では問題があった。

その問題の解決に向けて、発明者は、ダイナモを電源とし、発光ダイオードを光源とする比較的効率の高いランプを実現するために、ダイナモ出力を整流・平滑したものを主要な電源とし、スイッチング電圧変換要素と、ダイナモの発電電力に応じてダイナモの負荷量を制御する負荷コントロール要素とを具備したＬＥＤランプ回路を発明し、特願２００３−３３８７６４において提案した。

その明細書において、周囲が薄暗くなったらランプを自動点灯させるため、光センサーを用いて前記ＬＥＤランプ回路全体のオン・オフ制御を行なう、ランプ回路コントロール要素とスイッチ素子からなるＬＥＤランプ制御回路の例を、コンパレータを用いる場合とマイコンを用いる場合で示した。その図を図４と図５に示す。それらの例ではＬＥＤランプ回路のオン・オフを行なうスイッチ素子２ｃを該ランプ回路の高電位側に設ける形になっている。

ＬＥＤランプ回路の高電位側はダイナモ発電電力に応じて電圧が比較的大きく変動するので、その部分のオン・オフを行なうスイッチ素子２ｃに単なるＰＮＰトランジスタなどを用いることが難しく、図４と図５で提示した実施例では半導体フォトリレーを用いていた。

他に、この応用例でスイッチ素子２ｃ部に使える可能性がある素子をあげるなら、例えば比較的大きな電流を流せるフォトカプラ、フォトカプラとバイポーラトランジスタの組み合わせ、さらに電磁式リレーなどがある。

半導体フォトリレーをはじめ、前述したスイッチ素子は、いずれも一般に高価であるという問題がある。

本発明は、上記問題点にかんがみてなされたものであり、ダイナモ出力を整流・平滑したものを主要な電源とし、スイッチング電圧変換要素と、発光ダイオードで構成される発光要素とを具備したＬＥＤランプ回路のオン・オフを行なうＬＥＤランプ制御回路のスイッチ素子として、比較的安価なスイッチ素子も使えるようにすることを目的としている。

本発明は、ＬＥＤランプ制御回路のスイッチ素子を、ＬＥＤランプ回路の高電位側ではなく、低電位側、すなわち回路電流が流れ出てくる側に設けることを特徴としている。

前記スイッチ素子は、例えば光センサー出力に応じて動作するなどの機能を持つランプ回路コントロール要素により制御されてＬＥＤランプ回路をオン・オフするように働く。

該スイッチ素子をＬＥＤランプ回路の低電位側に設けることによって、該スイッチ素子の電流流出側（ＮＰＮバイポーラトランジスタを例にすれば、そのエミッタ側）を、前記ランプ回路コントロール要素の基準電位であるＧＮＤに接続することが可能となる。

その結果、該スイッチ素子として、安価なバイポーラトランジスタやＭＯＳ−ＦＥＴを用いることができる。

もちろん、該スイッチ素子として、限定する意図はないが、前述したフォトカプラ、半導体フォトリレー、電磁式リレーを用いることもできる。さらに回路構成によっては、アナログスイッチ、オープンコレクタやオープンドレインの各種ロジックＩＣやコンパレータＩＣなどを用いることもできる。

このように、ＬＥＤランプ回路をオン・オフするスイッチ素子を、ＬＥＤランプ回路の低電位側に設けることによって、該スイッチ素子を広い範囲から選ぶことができ、安価な素子を用いることが可能になる。

ここで提示する手段は、ＬＥＤランプ回路内の、ダイナモの発電電力に応じてダイナモの負荷量を制御する負荷コントロール要素の有無にかかわらず活用できる。

本発明は、以上のように構成され作用するので、ＬＥＤランプ回路のオン・オフを行なうスイッチ素子を広い範囲から選ぶことができ、安価な素子を用いることが可能になるという効果がある。

以下に、ダイナモ出力を整流・平滑したものを主要な電源とし、スイッチング電圧変換要素と、発光ダイオードで構成される発光要素とを具備したＬＥＤランプ回路に付加して用い、該ＬＥＤランプ回路をオン・オフ制御するスイッチ素子を該ＬＥＤランプ回路の低電位側に設けることを特徴とする本発明のＬＥＤランプ制御回路の実施の形態を、実施例を参照しながら説明する。

まず、特願２００３−３３８７６４の繰り返しになるが、幾つかの用語について説明する。前述の「スイッチング電圧変換要素」とは、一般にＤＣ／ＤＣコンバータやスイッチングレギュレータなどと呼ばれている回路やユニットであり、例えば、定電流出力昇圧型、定電圧出力昇圧型、定電圧出力降圧型、定電圧出力昇降圧型などを使うことができる。各々の動作方式は、例えば、インダクタを用いる方式でも、チャージポンプなどと呼ばれるコンデンサを用いる方式でも構わない。

また、前述の「発光要素」に使えるＬＥＤ素子は、現在広く流通している白色ＬＥＤに限定するものではない。例えば黄色など他の色のＬＥＤや、青色ＬＥＤをベースとして数種の蛍光体を組み合わせた電球色のＬＥＤや、ダイヤモンド半導体によるものを含む紫外線ＬＥＤと蛍光体を組み合わせた可視光ＬＥＤでも構わない。また、数種の色のＬＥＤを混合して使用しても構わない。さらに、２０ｍＡ程度の電流で使う現在の一般的なＬＥＤだけでなく、さらに大きな電流を流すことのできる大電流対応ＬＥＤを１個、もしくは必要に応じて複数個用いることもできる。

さらに、前述の「主要な電源」とは、ＬＥＤで構成される発光要素を点灯させる電力を供給する電源をいう。よって、図２や図５ではマイコンユニットなどの電源として２次電池を具備した構成になっているが、該２次電池は「主要な電源」とはならない。

さて、図１は、本発明の第一の形態の実施例である。ダイナモ出力を整流・平滑したものを主要な電源とし、スイッチング電圧変換要素６ａと、発光ダイオードで構成される発光要素７ａとを具備することに加え、ダイナモの発電電力に応じて前記電源の負荷量を制御する負荷コントロール要素８ａをも具備したＬＥＤランプ回路に、該ＬＥＤランプ回路の低電位側に設けられて該ＬＥＤランプ回路のオン・オフを行なうスイッチ素子２ａと、該スイッチ素子２ａを制御するランプ回路コントロール要素１ａとを具備したＬＥＤランプ制御回路を付加した実施例である。

前記ＬＥＤランプ回路は、スイッチング電圧変換要素６ａに昇降圧定電圧出力型を、発光要素７ａに順方向電流ＩＦが２０ｍＡのＬＥＤを８個用い、負荷コントロール要素８ａには発光要素７ａとは別のＬＥＤによって電圧検出を行なう方法を用いている。

また、ＬＥＤランプ制御回路のランプ回路コントロール要素１ａは、限定する意図はないが、周囲の明るさを検出する光センサ３には硫化カドミウム光導電体ＣＤＳを、コンパレータ回路４ａにはロジックＩＣのナンドゲートを用いている。さらに、スイッチ素子２ａとして、この例ではダーリントントランジスタを用いている。

図１において、ランプ回路コントロール要素１ａの動作は次のようになる。周囲の明るさを検出するＣＤＳ光センサ３は、周囲が暗くなると抵抗値が上昇し、その結果、該ＣＤＳ光センサ３の電圧が上昇する。その電圧がコンパレータ回路４ａのスレシホールドレベルを超えると、コンパレータ回路４ａの出力、すなわちスイッチ素子２ａを制御している出力がＨとなり、スイッチ素子２ａがオンし、こうしてＬＥＤランプ回路がオンする。

オンしたＬＥＤランプ回路は、次のように動作する。負荷コントロール要素８ａは、ダイナモの発電電力に応じて、ダイナモの負荷となる発光要素７ａ内のＬＥＤ電流や有効ＬＥＤ個数を制御しながら、該発光要素７ａを点灯させる。なお、この例では、今述べたダイナモの発電電力の検出を、前述のように、ダイナモ出力を整流・平滑した電源の電圧を用いて検出しており、その電圧検出のために発光要素７ａとは別のＬＥＤを用いている。

さて、ＬＥＤランプ回路をオン・オフするスイッチ素子２ａとして、図１の回路例では、前述したようにダーリントントランジスタを使用しているが、ＭＯＳ−ＦＥＴやシングルトランジスタ（高ｈＦＥ品が有利）を用いることもできる。もちろん、該スイッチ素子として、前述したフォトカプラ、半導体フォトリレー、電磁式リレー、さらに回路構成によっては、アナログスイッチ、オープンコレクタやオープンドレインの各種ロジックＩＣやコンパレータＩＣなどの出力を直接用いることもできる。

図２は、第ニの形態の実施例である。ランプ回路コントロール要素１ｂおよび動作区分としてはＬＥＤランプ回路に属する負荷コントロール要素８ｂの主な働きをマイコン９に行なわせる例で、ブロック図となっている。この図において、インターフェイス１０の動作は、アナログ的な処理を含んでいる。この例でも、限定する意図はないが、光センサ３にはＣＤＳを用いていて、該センサの信号をインターフェイス１０を通してマイコン９に入力している。マイコン９は、光センサ３の信号を用いて周囲の明るさを判断し、ＬＥＤランプ回路をオン・オフするスイッチ素子２ｂを制御している。

スイッチ素子２ｂがオンすると、ＬＥＤランプ回路が有効になる。前述したが、図２の例において、この時マイコン９は、ＬＥＤランプ回路の負荷コントロール要素８ｂとしても働くことになる。この時のＬＥＤランプ回路の動作を簡単に説明する。インターフェイス１０に入力されている信号１１は、ダイナモの発生電力に応じて変化する信号であり、例えばダイナモ出力を整流・平滑した電源の電圧や、タイヤの回転スピード情報、ダイナモの交流周波数情報などをあげることができる。マイコンはダイナモの発電電力を該信号１１を用いて検出し、それに応じてダイナモの負荷量を、発光要素７ｂを切り替えるスイッチ素子１２ａを経由して、例えば発光要素７ｂの有効ＬＥＤ個数やＬＥＤ電流を変えることよって制御する。

さて、スイッチ素子２ｂとしては、図２の例ではＭＯＳ−ＦＥＴを使っているが、前述の図１で述べたのと同様の素子をあげることができる。また、ＬＥＤランプ回路の電流を許容できるのであれば、マイコンの出力を制御素子として直接使用することも可能である。

図３は、本発明の第三の形態の実施例で、図１の実施例から負荷コントロール要素を省いたものである。負荷コントロール要素を入れることの効果は複数あるが、その一つは、自転車で考えた場合、スタートした直後などにおいて、ダイナモが負荷にみあう電力を発電していないにもかかわらず、スイッチング電圧変換要素が動作を開始して全負荷をドライブしようとすることによって、該スイッチング電圧変換要素が異常動作に陥ることの防止であった。しかし、スイッチング電圧変換要素が異常動作に陥ることは、どの方式の回路でも必ず生じるわけではない。よって、スイッチング電圧変換要素が全く異常動作に陥ることのない場合、負荷コントロール要素を具備しないＬＥＤランプ回路を構成することも可能である。（もちろん、その場合は、自転車における発進時のスムーズな加速感を損なわないなどの負荷コントロール要素による他の効果は期待できない。）ということで、図３は、その場合の実施例となっている。その動作は、負荷コントロールが無いこと以外、その基本動作やスイッチ素子２ａとして使用可能な素子名などは、図１の場合と同じである。

なお、本発明のＬＥＤランプ制御回路の実施例として、これまで、周囲の明るさを検出して、ダイナモ出力を整流・平滑したものを主要な電源としスイッチング電圧変換要素と発光ダイオードで構成される発光要素とを具備したＬＥＤランプ回路を自動点灯する場合を例に説明してきた。しかし、該ＬＥＤランプ制御回路として、周囲の明るさを検出して自動点灯する場合だけに限定する意図はない。例えば、自分の存在を明確に示すなどの理由で前記ＬＥＤランプ回路を点滅させる応用も可能であるし、さらに、モーメンタリー型（押している間だけ接点がオンするタイプ）のなどのスイッチを自転車などのハンドルなどに設けて、一度押したら前記ＬＥＤランプ回路がオンし、また押したら該ランプ回路がオフするような形で、ランプのオン・オフを人が操作できるようにするという応用なども可能である。

上記した実施の形態において示した具体的な方法や回路は、いずれも本発明の実施を行うに際しての具体化のほんの一例を示したものにすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。

本発明は、自転車における使用を主用途にしているが、自転車などで使われているのと似た形式のダイナモを使ってＬＥＤ照明を行なう分野への応用も可能である。例えば、小型の風力などの発電機や、手動その他の人力を用いた小型発電機などでＬＥＤ照明を行なう場合などをあげることができる。

本発明の第一の実施例を示す回路図である。本発明の第二の実施例を示すブロック図である。本発明の第三の実施例を示す回路図である。コンパレータを用いた従来例の回路図である。マイコンを用いた従来例のブロック図である。

符号の説明

１ａから１ｄ：ランプ回路コントロール要素
２ａから２ｃ：ＬＥＤランプ回路のオン・オフを行なうスイッチ素子
３：光センサ（ＣＤＳ）
４ａ，４ｂ：コンパレータ回路
５ａ，５ｂ：必要以上の電圧上昇を抑える電圧リミッタ回路
６ａ，６ｂ：スイッチング電圧変換要素
７ａ，７ｂ：発光ダイオードで構成される発光要素
８から８ｃ：負荷コントロール要素
９：マイコンユニット
１０：インターフェイス
１１：信号
１２ａ，１２ｂ：マイコンを使用した場合における発光要素を切り替えるスイッチ素子タンタル：タンタル固体電解コンデンサ
ＣＲＤ：定電流ダイオード
Ｇ１からＧ３：ロジック回路のゲート素子
ＬＥＤ：発光ダイオード
ＳＢＤ：ショットキーバリアダイオード
ＶＤＣ：ダイナモ出力を整流・平滑した電源の電圧
ＶＩＮ：スイッチング電圧変換要素の入力電圧
ＺＤ：ツェナーダイオード

Claims

ダイナモ出力を整流・平滑したものを主要な電源とし、スイッチング電圧変換要素と、発光ダイオードで構成される発光要素とを具備した発光ダイオードランプ回路に付加して用い、該発光ダイオードランプ回路のオン・オフをおこなうスイッチ素子を該発光ダイオードランプ回路の低電位側に設けることを特徴とする発光ダイオードランプ制御回路。
ダイナモ出力を整流・平滑したものを主要な電源とし、スイッチング電圧変換要素と、発光ダイオードで構成される発光要素と、ダイナモの発電電力に応じて前記電源の負荷量を制御する負荷コントロール要素とを具備した発光ダイオードランプ回路に付加して用い、該発光ダイオードランプ回路のオン・オフをおこなうスイッチ素子を該発光ダイオードランプ回路の低電位側に設けることを特徴とする発光ダイオードランプ制御回路。