JP2008205357A

JP2008205357A - 発光装置

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Publication number: JP2008205357A
Application number: JP2007042052A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Ito; 昌康伊藤; Takayoshi Kitagawa; 孝悦北河; Kentaro Murakami; 健太郎村上
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-02-22
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2027-02-22
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Abstract

【課題】半導体光源にオーバーシュート電流が流れるのを抑制するとともに、減光を規定するオンデューティと減光光量との関係のリニアリティを保つこと。
【解決手段】発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の通電時に、スイッチング信号１０１をその論理レベルに従って信号変換器２６で電圧Ｖ２または０Ｖに変換し、変換された電圧と抵抗素子Ｒ１両端の電圧Ｖ１とをオペアンプ２０で比較して、ＮＭＯＳトランジスタ２２により出力ループの開閉を行うとともに、出力ループが閉じている間は、最大電流を超えないよう発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の電流Ｉｆを電流Ｉｆ１に制限するとともに、スイッチング信号１０１のオンデューティによって規定される電流を平均電流として発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４に流し、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４にオーバーシュート電流が流れるのを抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置に係り、特に、車両用灯具として用いるように構成された発光装置に関する。

従来、車両用灯具として、ＬＥＤ(ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ)などの半導体発光素子を光源に用いたものが知られている。ＬＥＤを点灯するに際しては、例えば、供給電源としてＤＣ／ＤＣコンバータを用いてバッテリ電圧をチョッピングしながら昇圧し、昇圧された電圧を整流するとともに平滑し、平滑された直流電力をＬＥＤに供給する構成が採用されている。この際、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力ループ中にＬＥＤとともにシャント抵抗を挿入し、シャント抵抗の両端電圧からＬＥＤの電流を検出し、この検出電流を基にＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、ＬＥＤに流れる電流が一定となるようにフィードバック制御することが行われている。複数のＬＥＤを互いに直列に接続した場合、各ＬＥＤに流れる電流が一定となるようにフィードバック制御すると、各ＬＥＤのフォワード電圧Ｖｆにばらつきがあっても各ＬＥＤを同じ光量で点灯させることができる。

一方、ＬＥＤを光源に用いた場合、ＬＥＤの特性は整流用のダイオードと同様に、供給電圧が少し変化しただけでも電流が大きく変化し、ＬＥＤに流れる電流にリップル成分が重畳することがある。このため、電流のリップルを抑制するために、ＤＣ／ＤＣコンバータにおいても、平滑用のコンデンサとして、大きな容量のものが用いられている。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いてＬＥＤの点灯を制御するに際して、例えば、ＬＥＤが発する光量を低下させて、いわゆる減光を行うときには、減光の程度に応じてフィードバックする電流Ｉｆを低くすることで可能である。しかし、減光の程度に応じてフィードバックする電流Ｉｆを変化させる方法では、１００％の光量（ＬＥＤに定格電流を流したときの全点灯時の光量）に対して、例えば、１０％と低く減光させると、カラーシフトの問題が生じることがある。即ち、全点灯時に定格電流が供給されることによって白色に発光していたＬＥＤであっても、減光点灯時にＬＥＤに供給する電流を低下させると、ＬＥＤの発光色のうち青色成分が徐々に低下し、緑がかった色でＬＥＤが発光することがある。
そこで、電源回路としてスイッチングレギュレータを内蔵したものを用い、ＬＥＤの減光を指令するＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号に応答して、ＰＷＭ信号のオフ（ロウレベル）時に、電源回路からＬＥＤに定格電流を供給し、ＰＷＭ信号のオン（ハイレベル）時には、電源回路からＬＥＤへの電流の供給を停止する制御を繰り返すようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。この方法によれば、減光点灯時、ＬＥＤに流れる平均電流は低下し、ＬＥＤの発光は全点灯時よりも弱くなるが、ＬＥＤに電流が流れるときには、定格電流が流れるので、ＬＥＤの色度を白色に保つことができる。

ところで、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いて、全点灯状態から１０％程度減光させるには、ＤＣ／ＤＣコンバータに内蔵されたスイッチング素子のオンデューティを単に低くするのではなく、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力ループ中にＬＥＤと直列にスッチング素子を挿入し、このスイッチング素子をオンオフ制御するためのスイッチング信号のオンデューティを１０％にする回路構成を採用することが考えられる。

特開２００６−８６０６３号公報（第３頁から第６頁、図１参照）

しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力ループ中にＬＥＤと直列にスッチング素子を挿入し、このスイッチング素子をオンオフ制御するためのスイッチング信号のオンデューティを１０％にして、１割減光点灯する回路構成を採用すると、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側には大容量のコンデンサが設けられているので、スイッチング素子がオフからオンに移行した瞬間に、ＬＥＤに流れる電流Ｉｆにオーバーシュートが発生し、最悪のときには、ＬＥＤの破損に繋がることが危惧される。

すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力が無負荷になった際、すなわち、ＬＥＤと直列のスイッチング素子がオンからオフになったときに、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は、急激に上昇する。特に、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側に大容量のコンデンサを用いたときには、ＬＥＤと直列のスイッチング素子がオンからオフになった後、再びオンになると、多くの充電電荷がＬＥＤに印加され、ＬＥＤに流れるオーバーシュート電流は大きくなる。

この場合、ＬＥＤに流れるオーバーシュート電流を小さくするために、スイッチング素子がオフしている間は、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を停止することも考えられるが、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を停止すると、その間ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が低下し、スイッチング素子をオフからオンに移行するときに、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の低下に伴ってＬＥＤに電流が流れなくことが懸念される。

特に、直列接続された複数のＬＥＤのうち個々のＬＥＤあるいは幾つかのＬＥＤと並列にスイッチ素子をそれぞれ接続し、消灯対象のＬＥＤに並列接続されたスイッチ素子をオンさせて、ＤＣ／ＤＣコンバータからの電流を、スイッチ素子を介してバイパスさせてＬＥＤを消灯し、点灯対象のＬＥＤに並列接続されたスイッチ素子をオフさせて、ＤＣ／ＤＣコンバータからの電流をＬＥＤに流してＬＥＤを点灯させる回路構成を採用した場合、消灯対象のＬＥＤの数が変化する毎に、ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷が大きく変動する上に、点灯対象のＬＥＤが存在する限り、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を停止することはできない。また、この回路構成でも、ＤＣ／ＤＣコンバータに対する負荷変動を伴うため、前者の回路構成と同様に、スイッチング素子がオンからオフになった後、再びオンになるときに、オーバーシュート電流が発生する。

両者の回路構成を考慮して、オーバーシュート電流の発生を抑制するに際しては、ＬＥＤに直列接続されたスイッチング素子とＬＥＤに並列接続されたスイッチ素子のオンスピードを遅くし、すなわちオンの過渡状態を作り、ＬＥＤに流れる電流を徐々に増加させることが考えられる。しかし、この方法では、例えば、スイッチ素子のオンスピードを遅くするために、オンデューティ１０％でスイッチ素子をオンオフすると、ＬＥＤに十分な電流が流れない期間が生じ、１０％減光点灯させようとしても、実際の光量が例えば５％まで低下し、オンデューティと減光光量との関係のリニアリティを保てなくなることが危惧される。

そこで、本発明は、半導体光源にオーバーシュート電流が流れるのを抑制するとともに、減光を規定するデューティと減光光量との関係のリニアリティを保つことを目的とするものである。

前記課題を解決するために、請求項１に係る発光装置は、直流電源の出力をチョッピングして変圧し、変圧した電圧を直流電力に変換して負荷に供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷として前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力ループ中に挿入された単一または複数の半導体光源と、入力された第１のスイッチング信号に応じた信号と前記半導体光源に流れる電流に相当する信号とを比較して、この比較結果に従って前記出力ループの開閉を行うとともに、前記出力ループが閉じている間は、最大電流を超えないよう前記半導体光源に電流を流す電流制限回路とを備え、前記第１のスイッチング信号のオンデューティによって規定される電流を平均電流として前記半導体光源に流す構成とした。

（作用）ＤＣ／ＤＣコンバータの出力による直流電力を半導体光源に供給して、半導体光源に対する通電を制御するに際して、例えば、半導体光源を減光（調光）する通電時に、第１のスイッチング信号に応じた信号と半導体光源に流れる電流に相当する信号とを比較して、出力ループの開閉を行うとともに、出力ループが閉じている間は、最大電流を超えないよう半導体光源に電流を流すとともに、第１のスイッチング信号のオンデューティによって規定される電流を平均電流として半導体光源に流すようにしたため、第１のスイッチング信号に従ってＤＣ／ＤＣコンバータの出力ループを開閉しても、半導体光源にオーバーシュート電流が流れるのを抑制することができるとともに、減光を規定するオンデューティと減光光量との関係のリニアリティを保つことができる。

請求項２に係る発光装置は、直流電源の出力をチョッピングして変圧し、変圧した電圧を直流電力に変換して負荷に供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷として前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力ループ中に挿入された複数の半導体光源と、前記半導体光源の電流を制限する電流制限回路と、入力された第２のスイッチング信号に応答して、前記半導体光源のうち単一または２以上の半導体光源の両端を短絡または開放するスイッチ素子群とを備え、前記第２のスイッチング信号のオフデューティによって前記半導体光源の光量を規定する構成とした。

（作用）ＤＣ／ＤＣコンバータの出力による直流電力を半導体光源に供給するとともに、開放状態にあるスイッチ素子に接続された半導体光源に対する通電を制御するに際して、例えば、入力された第２のスイッチング信号に従って半導体光源を減光（調光）する通電時に、電流制限回路によって半導体光源の電流を制限し、第２のスイッチング信号のオフデューティによって半導体光源の光量を規定するようにしたため、第２のスイッチング信号に応答して、スイッチ素子を短絡または開放しても、半導体光源にオーバーシュート電流が流れるのを抑制することができるとともに、減光を規定するオフデューティと減光光量との関係のリニアリティを保つことができる。

請求項３に係る発光装置は、直流電源の出力をチョッピングして変圧し、変圧した電圧を直流電力に変換して負荷に供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷として前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力ループ中に挿入された複数の半導体光源と、入力された第１のスイッチング信号に応じた信号と前記半導体光源に流れる電流に相当する信号とを比較して、この比較結果に従って前記出力ループの開閉を行うとともに、前記出力ループが閉じている間は、最大電流を超えないよう前記半導体光源に電流を流す電流制限回路と、入力された第２のスイッチング信号に応答して、前記半導体光源のうち単一または２以上の半導体光源の両端を短絡または開放するスイッチ素子群とを備え、前記第１のスイッチング信号のオンデューティ及び前記第２のスイッチング信号のオフデューティによって前記半導体光源の光量を規定する構成とした。

（作用）ＤＣ／ＤＣコンバータの出力による直流電力を半導体光源に供給するとともに、開放状態にあるスイッチ素子に接続された半導体光源に対する通電を制御するに際して、例えば、入力された第１のスイッチング信号または第２のスイッチング信号に従って半導体光源を減光（調光）する通電時に、入力された第１のスイッチング信号に応じた信号と半導体光源に流れる電流に相当する信号とを比較して、出力ループの開閉を行うとともに、出力ループが閉じている間は、最大電流を超えないよう半導体光源に電流を流すとともに、第１のスイッチング信号のオンデューティ及び第２のスイッチング信号のオフデューティによって半導体光源の発光量を規定するようにしたため、第１のスイッチング信号に従ってＤＣ／ＤＣコンバータの出力ループを開閉したり、第２のスイッチング信号に応答して、スイッチ素子を短絡または開放したりしても、半導体光源にオーバーシュート電流が流れるのを抑制することができるとともに、減光を規定するデューティと減光光量との関係のリニアリティを保つことができる。

請求項４に係る発光装置は、請求項１または３に記載の発光装置において、前記電流制限回路は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力ループ中に挿入された３極半導体素子と、前記半導体光源の電流を検出する抵抗素子と、前記第１のスイッチング信号をその論理レベルに従って異なるレベルの信号に変換する信号変換器と、前記抵抗素子の検出電流から得られた信号と前記信号変換器の変換による信号とを比較し、この比較結果に従って前記３極半導体素子をオンオフ駆動するとともにオンしているときの前記第３極半導体素子のオンの程度を制御するオペアンプとを備えてなる構成とした。

（作用）電流制限回路を、３極半導体素子と、抵抗素子と、信号変換器及びオペアンプで構成し、半導体光源の電流を抵抗素子で検出し、入力された第１のスイッチング信号に応答して、第１のスイッチング信号と抵抗素子で検出された電流に相当する信号とをオペアンプで比較し、この比較結果に従って３極半導体素子をオンオフ駆動するとともに、オンしているときの第３極半導体素子のオンの程度を制御するようにしたため、電流制限と調光動作を共用でき、電流制限回路の構成の簡素化を図ることができる。

以上の説明から明らかなように、請求項１に係る発光装置によれば、半導体光源にオーバーシュート電流が流れるのを抑制することができるとともに、減光を規定するオンデューティと減光光量との関係のリニアリティを保つことができる。

また、車両の走行環境に合わせて、好適に（即ち、色度変化を発生させず、かつオーバーシュート電流を抑制して）灯具の明るさを調光・減光することが可能な車両用灯具を実現できる。

請求項２に係る発光装置によれば、半導体光源にオーバーシュート電流が流れるのを抑制することができるとともに、減光を規定するオフデューティと減光光量との関係のリニアリティを保つことができる。

請求項３に係る発光装置によれば、半導体光源にオーバーシュート電流が流れるのを抑制することができるとともに、減光を規定するデューティと減光光量との関係のリニアリティを保つことができる。

請求項４に係る発光装置によれば、構成の簡素化を図ることができる。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施例を示す発光装置のブロック構成図、図２は、第１のスイッチング信号の論理に応じた信号と光源の電流との関係を示す図であって、（ａ）は、第１のスイッチング信号の論理に応じた信号の波形図、（ｂ）は、光源の電流についてＤＣ／ＤＣコンバータによるフィードバック制御が実行されるときの光源の電流波形を示す波形図、（ｃ）は、光源の電流についてＤＣ／ＤＣコンバータによるフィードバック制御が実行されないときの光源の電流波形を示す波形図、図３は、第１実施例における各部の状態を示す図であって、（ａ）は、スイッチング信号１０１の信号波形図、（ｂ）は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４全体の視覚的な光量の特性図、図４は、本発明の第２実施例を示す発光装置のブロック構成図、図５は、第２実施例における各部の状態を示す図であって、（ａ）は、スイッチング信号２０１、２０２の波形図、（ｂ）は、スイッチング信号２０３の波形図、（ｃ）は、スイッチング信号１０１の波形図、（ｄ）は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の両端に印加される順方向電圧Ｖｆの合計電圧の波形図、（ｅ）は、発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２の視覚的な光量の特性図、（ｆ）は、２直列発光ダイオードＬＥＤ３、ＬＥＤ４の視覚的な光量の特性図、図６は、信号生成回路と駆動回路のブロック構成図である。

図１において、発光装置１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２と、複数個の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４と、電流制限回路１４とを備えて構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、例えば、ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号、例えば、数百Ｈｚから数百ｋＨｚのＰＷＭ信号に応答してオンオフ動作するスイッチング素子（ＮＭＯＳまたはＰＭＯＳトランジスタ）１２ａ、トランス１２ｂ、整流素子１２ｃ、平滑用コンデンサ１２ｄ、制御回路１２ｅなどを備え、入力側が電源スイッチ１６を介してバッテリ（直流電源）１８に接続され、制御回路１２ｅの出力によるＰＷＭ信号がスイッチング素子１２ａに入力されており、バッテリ１８からの直流電圧をスイッチング素子１２ａのオンオフ動作によってチョッピングし、チョッピングされた電圧をトランス１２ｂで昇圧または降圧し、昇圧または降圧された電圧を整流素子１２ｃで整流するとともに、平滑用コンデンサ１２ｄで平滑して直流電力に変換し、変換された直流電力を負荷に供給するスイッチングレギュレータあるいはスイッチング電源として構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力ループ中には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の負荷として、複数個の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４と電流制限回路１４の一部の要素が挿入されている。

発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４は、半導体光源として、互いに直列に接続されて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力ループ中に挿入されている。なお、半導体光源を構成する発光ダイオードＬＥＤとしては、複数個に限らず、単一のＬＥＤを用いることもできるとともに、直列接続された複数個のＬＥＤを光源ブロックとし、光源ブロックを複数個並列接続したものを用いることもできる。また、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４は、ヘッドランプ、ストップ＆テールランプ、フォグランプ、ターンシグナルランプなど各種車両用灯具の光源として構成することができる。

電流制限回路１４は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４に流れる電流を検出し、この検出電流に相当する信号（電圧）と外部から入力されたスイッチング信号（第１のスイッチング信号）１０１から得られた信号（スイッチング信号１０１の論理に応じた電圧）とを比較し、この比較結果に従ってＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力ループを開閉するとともに、閉じている間は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の電流を規定の電流に制限するように構成されている。

具体的には、電流制限回路１４は、オペアンプ２０、ＮＭＯＳトランジスタ２２、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、ダイオードＤ１を備えて構成されている。ＮＭＯＳトランジスタ２２は、抵抗Ｒ１とともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力ループ中に挿入され、オペアンプ２０の出力電圧に応答してＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力ループを開閉するスイッチング素子（３極半導体素子）として構成され、ドレインが発光ダイオードＬＥＤ４のカソードに接続され、ソースが抵抗Ｒ１に接続され、ゲートがオペアンプ２０の出力端子に接続されている。

抵抗Ｒ１は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４に流れる電流Ｉｆを検出する抵抗素子として、ＮＭＯＳトランジスタ２２と直列接続されて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力ループ中に挿入されており、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４に流れる電流Ｉｆを検出し、この検出電流に相当する信号を電圧（両端電圧）Ｖ１として、オペアンプ２０の負（マイナス）入力端子（−）に印加するようになっている。

抵抗Ｒ２、Ｒ３は、互いに直列に接続されており、抵抗Ｒ２の一端側が基準電圧Ｖｒｅｆに接続され、抵抗Ｒ３の一端側が接地され、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点がダイオードＤ１のアノードとオペアンプ２０の正（プラス）入力端子（＋）に接続されている。ダイオードＤ１のカソードは、信号入力端子２４に接続されている。信号入力端子２４には、制御回路１２ｅまたは外部からスイッチング信号１０１が入力されるようになっている。スイッチング信号１０１は、デューティ（オンデューティ）が指定の値に設定された２値論理レベルのパルス信号として生成されている。信号入力端子２４にスイッチング信号１０１が入力されたときに、そのレベルがハイレベルのときには、ダイオードＤ１が非導通状態になり、オペアンプ２０の正入力端子（＋）には、基準電圧Ｖｒｅｆを抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３で分圧して得られた電圧Ｖ２が、電圧Ｖ２ｈ（０Ｖよりも高い電圧）として印加される。一方、信号入力端子２４にスイッチング信号１０１が入力されたときに、そのレベルがロウレベルのときには、ダイオードＤ１が導通状態になって、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点がダイオードＤ１を介して接地され、オペアンプ２０の正入力端子（＋）には、分圧による電圧Ｖ２が、電圧０Ｖとして印加される。

すなわち、抵抗Ｒ２、Ｒ３とダイオードＤ１は、信号入力端子２４に入力されたスイッチング信号１０１をその論理レベルに従って異なるレベルの信号、例えば、電圧Ｖ２ｈまたは電圧０Ｖに変換する信号変換器２６として構成されている。厳密にはダイオードＤ１のＶｆ電圧により０Ｖまで低下しないため、Ｖｆの低いショットキーダイオードをダイオードＤ１に用いても良いし、ダイオードＤ１の代わりに、トランジスタを用いても良い。
オペアンプ２０は、抵抗Ｒ１の両端電圧Ｖ１と信号変換器２６の出力による電圧Ｖ２ｈまたは電圧０Ｖとを比較し、この比較結果に従ってＮＭＯＳトランジスタ２２をオンオフ駆動するようになっている。例えば、オペアンプ２０は、正入力端子（＋）に電圧Ｖ２ｈが印加されたときには、電圧Ｖ２ｈと電圧Ｖ１との差を０にするための電圧を出力し、この電圧によってＮＭＯＳトランジスタ２２をオン駆動（ＭＯＳトランジスタ２２を導通状態）し、正入力端子（＋）に電圧０Ｖが印加されたときには、電圧０Ｖを出力し、この電圧０ＶによってＮＭＯＳトランジスタ２２をオフ駆動（ＮＭＯＳトランジスタ２２を非導通状態）するようになっている。

この際、オペアンプ２０が、スイッチング信号１０１に従ってＮＭＯＳトランジスタ２２をオンオフ駆動すると、図２（ａ）に示すように、オン駆動の期間には、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４を流れる電流は、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、所定の電流（例えば、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の定格電流よりも僅かに大きい電流）Ｉｆ１に制限される。すなわち、電流制限回路１４がないときには、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４には、破線で示すような電流が流れるが、電流制限回路１４を設けることで、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の電流は電流Ｉｆ１に制限される。さらに、ＮＭＯＳトランジスタ２２のオン駆動の期間に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２によるフィードバック（ＦＢ）制御電流（設定電流）Ｉｆ２がＩｆ１より小さくときには、図２（ｂ）に示すように、Ｉｆ２が発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の電流として流れる。

一方、ＮＭＯＳトランジスタ２２のオン駆動の期間に、Ｉｆ２がＩｆ１より大きいとき或いはＤＣ／ＤＣコンバータ１２が発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の電流についてフィードバック制御を実施していないときには、図２（ｃ）に示すように、電流制限回路１４によって制限された電流Ｉｆ１が発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の電流として流れる。

ここで、スイッチング信号１０１のオンデューティを１００％にすると、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４には常時ＤＣ／ＤＣコンバータ１２のフィードバック制御による定電流Ｉｆが流れるが、スイッチング信号１０１のオンデューティを１００％よりも順次小さくすると、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４に流れる平均電流は順次小さい値（スイッチング信号１０１のオンデューティとＤＣ／ＤＣコンバータ１２によって規定される平均電流）に制御される。

例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２において、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４に流れる電流Ｉｆを定電流制御するための制御形態を採用し、抵抗Ｒ１の両端電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１２にフィードバックして、Ｉｆに関して定電流制御を行うときに、スイッチング信号１０１のオンデューティを２０％とした場合、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４に流れる平均電流（Ｉｆの平均電流）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２のフィードバック制御によるフィードバック制御電流Ｉｆ２×０．２となる。

ここで、スイッチング信号１０１のオンデューティを２０％から１００％に変化させたときの各部の状態を図３（ａ）、（ｂ）に示す。図３（ａ）、（ｂ）は、信号入力端子２４に印加する第１のスイッチング信号１０１のオンデューティをタイミングｔ１〜ｔ２の期間だけ２０％とし、タイミングｔ２以降、オンデューティを１００％にしたときの各部の状態であって、図３（ａ）は、スイッチング信号１０１の信号波形を示し、図３（ｂ）は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４全体の視覚的な光量の特性を示す。この場合、ＬＥＤ全体の視覚的な光量は、スイッチング信号１０１のオンデューティに比例（即ち、平均電流に比例）し、タイミングｔ１〜ｔ２の期間は、２０％となり、タイミングｔ２以降は１００％となる。

本実施例によれば、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４を減光（調光）する通電時に、スイッチング信号１０１から得られた電圧Ｖ２または０Ｖと抵抗素子Ｒ１両端の電圧Ｖ１とをオペアンプ２０で比較して、出力ループの開閉を行うとともに、出力ループが閉じている間は、最大電流Ｉｆ１を超えないよう発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の電流Ｉｆを制限するとともに、スイッチング信号１０１のオンデューティによって規定される電流を平均電流として発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４に流すようにしたため、スイッチング信号１０１に従ってＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力ループを開閉しても、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４にオーバーシュート電流が流れるのを抑制することができるとともに、調光または減光を規定するオンデューティと減光光量との関係のリニアリティを保つことができる。

次に、本発明の第２実施例を図４に従って説明する。本実施例は、発光ダイオードＬＥＤ１の両端にスイッチ素子２８を接続し、発光ダイオードＬＥＤ２の両端にスイッチ素子３０を接続し、発光ダイオードＬＥＤ３とＬＥＤ４の両端にスイッチ素子３２を接続し、スイッチ素子２８、３０、３２をそれぞれ信号入力端子３４、３６、３８に接続し、制御回路１２ｅから信号入力端子３４、３６、３８に印加されるスイッチング信号（第２のスイッチング信号）２０１、２０２、２０３に従ってスイッチ素子２８、３０、３２をオンオフさせ、スイッチ素子２８、３０、３２のオンオフ動作により、発光ダイオードＬＥＤ１の両端と発光ダイオードＬＥＤ２の両端および発光ダイオードＬＥＤ３とＬＥＤ４の両端を、それぞれ消灯時に短絡または点灯時に開放し、あるいは、調光（減光）時には短絡と開放を交互に繰り返すようにしたものであり、他の構成は、第１実施例と同様である。

すなわち、本実施例は、電流制限回路１４によって発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４に流れる電流Ｉｆを制限するとともに、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４を、発光ダイオードＬＥＤ１を含むグループと、発光ダイオードＬＥＤ２を含むグループと、発光ダイオードＬＥＤ３とＬＥＤ４を含むグループの３グループに分け、各グループに属する発光ダイオードＬＥＤの点灯、消灯、調光をスイッチング信号２０１、２０２、２０３によっても制御可能としたものである。

例えば、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４を全て点灯するときには、スイッチング信号２０１、２０２、２０３のオンデューティを０％にすることで可能であり、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４を全て消灯するときには、スイッチング信号２０１、２０２、２０３のオンデューティを１００％にすることで可能である。また、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４を全て調光（減光）するときには、スイッチング信号２０１、２０２、２０３のオフデューティを１００％よりも小さく、０％よりも大きい値に設定することで可能である。

ここで、説明を簡単にするために、スイッチング信号１０１のオンデューティを１００％ととし、スイッチング信号２０１、２０２のオフデューティを１００％にした状態で、スイッチング信号２０３のオフデューティのみを２０％から１００％に変化させたときの各部の状態を図５（ａ）〜（ｆ）に示す。図５（ａ）〜（ｆ）は、信号入力端子３８に印加するスイッチング信号２０３のオフデューティをタイミングｔ１〜ｔ２の期間だけ２０％とし、タイミングｔ２以降、オフデューティを０％にしたときの各部の状態であって、図５（ａ）に、スイッチング信号２０１、２０２の波形を示し、図５（ｂ）に、スイッチング信号２０３の波形を示し、図５（ｃ）に、スイッチング信号１０１の波形を示し、図５（ｄ）に、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の両端に印加される順方向電圧Ｖｆの合計電圧の波形を示し、図５（ｅ）に、発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２の視覚的な光量の特性を示し、図５（ｆ）に、２直列発光ダイオードＬＥＤ３、ＬＥＤ４の視覚的な光量の特性を示す。この場合、２個のＬＥＤの視覚的な光量は、スイッチング信号２０３のオフデューティに比例し、タイミングｔ１〜ｔ２の期間は、２０％となり、タイミングｔ２以降は１００％となる。

本実施例においては、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４のうち任意の発光ダイオードＬＥＤに対する通電をスイッチング信号２０１〜２０３に基づいて制御するに際して、例えば、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４のうち任意の発光ダイオードを減光（調光）する通電時に、スイッチング信号２０１〜２０３のうち減光（調光）対象の発光ダイオードを制御するためのスイッチング信号のオフデューティの減光（調光）を規定するための値に設定し、減光（調光）対象の発光ダイオードに接続されたスイッチ素子（スイッチ素子２８、３０、３２のいずれかのスイッチ素子）をスイッチング信号（スイッチング信号２０１〜２０３のいずれのスイッチング信号）に従ってオンオフ制御する過程で、スイッチング信号１０１から得られる電圧をＶ２ｈとし、電圧Ｖ２ｈと抵抗素子Ｒ１両端の電圧Ｖ１とをオペアンプ２０で比較して、この比較結果に従ってＮＭＯＳトランジスタ２２を駆動をオンオフ駆動するとともに、オンしているときのＮＭＯＳトランジスタ２２のオンの程度を制御し、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の電流Ｉｆを制限することとしている。すなわち、ＮＭＯＳトランジスタ２２がオン駆動されると、ＮＭＯＳトランジスタ２２のオン抵抗が調整され、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４へのオーバーシュート電流分に相当する、コンデンサ１２ｄからの電圧（エネルギー＝１／２・ＣＶ^２）をＮＭＯＳトランジスタ２２が抵抗分として吸収（発熱）するようになっている。

従って、本実施例によれば、スイッチング信号１０１を１００％オンとし、スイッチング信号２０１〜２０３のいずれのスイッチング信号に従ってスイッチ素子２８、３０、３２のいずれかのスイッチ素子をオンオフ制御しても、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４に流れる電流は制限され、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４にオーバーシュート電流が流れるのを抑制することができるとともに、減光を規定するオフデューティと減光光量との関係のリニアリティを保つことができる。

また、このとき、スイッチング信号１０１が存在しなくても（例えば、図４のダイオードＤ１を抜き取ったり、信号入力端子２４をオープンにしたりすれば）、スイッチング信号１０１をオンデューティ１００％にしたことと同等の回路動作が得られる。

また、本実施例によれば、スイッチング信号２０１〜２０３の全てをオフ（オンデューティ０％）とし、スイッチング信号１０１のオンデューティを発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の調光（減光）動作を規定する値に設定することで、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４を調光または減光することができるので、スイッチング信号（第１のスイッチング信号）１０１のオンデューティおよびスイッチング信号（第２のスイッチング信号）２０１〜２０３のオフデューティを発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の調光（減光）動作を規定する値に設定することで、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４を調光または減光することができる。

また、本実施例によれば、第１のスイッチング信号１０１及び第２のスイッチング信号２０１〜２０３のＯＮ／ＯＦＦを所定のタイミングで制御することにより、任意のＬＥＤを任意の明るさ（減光量）で制御することが可能となる。

例えば、図５のタイミングｔ１〜ｔ２の期間において、スイッチング信号１０１を、スイッチング信号２０３のオンオフの周期に比べ短い周期でオンデューティ５０％の信号とすることにより、発光ダイオードＬＥＤ１、２の光量をほぼ５０％、発光ダイオードＬＥＤ３、４の光量をほぼ１０％とすることが可能である。

或いは、スイッチング信号１０１を、スイッチング信号２０３のオンオフ周期に比べ長い周期でオンデューティ５０％の信号とすることにより、発光ダイオードＬＥＤ１、２の光量をほぼ５０％、発光ダイオードＬＥＤ３、４の光量をほぼ１０％とすることも可能である。

また、前記各実施例においては、電流制限回路１４を、ＮＭＯＳトランジスタ２２と、抵抗素子Ｒ１と、信号変換器２６及びオペアンプ２０で構成し、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の電流を抵抗素子Ｒ１で検出し、スイッチング信号１０１に応答して、スイッチング信号１０１を信号変換器２６でその論理に応じた電圧に変換し、変換された電圧と抵抗素子Ｒ１両端の電圧とをオペアンプ２０で比較し、この比較結果に従ってＮＭＯＳトランジスタ２２をオンオフ駆動するとともに、オンしているときのＮＭＯＳトランジスタ２２のオンの程度を制御するようにしたため、電流制限と減光動作を共用でき電流制限回路１４の構成の簡素化を図ることができる。

また、前記各実施例においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２において、電流Ｉｆをフィードバック制御する制御形態を採用したり、あるいは、Ｖｆ合計（発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４全体のＶｆ）以上の電圧を単に出力するようなフィードバック制御を行う制御形態を採用したりすることができる。

後者の場合、Ｉｆの定電流制御とＩｆの制限は、主にオペアンプ２０とＮＭＯＳトランジスタ２２によって実行され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は単に電流供給に足る電圧を出力するための制御を行うことになる。ここで、スイッチング信号１０１のオンデューティを２０％とすると、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４に流れる平均電流（Ｉｆの平均電流）は、電流Ｉｆ１×０．２となる（図２（ｃ）参照）。

また、各実施例によれば、車両の走行環境に合わせて、好適に（即ち、色度変化を発生させず、かつオーバーシュート電流を抑制して）灯具の明るさを調光・減光することが可能な車両用灯具を実現できる。

一方、スイッチング信号１０１やスイッチング信号２０１〜２０３に基づいて発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の点灯や調光を制御するに際しては、スイッチング信号１０１やスイッチング信号２０１〜２０３をＤＣ／ＤＣコンバータ１２に内蔵された制御回路で生成することができるとともに、図６に示すように、マイコン（マイクロプロセッサ）やその周辺回路を含む信号生成回路４０でプログラムに従ってスイッチング信号１０１やスイッチング信号２０１〜２０３を生成し、生成したスイッチング信号１０１を駆動回路４２で増幅して信号入力端子２４に印加するとともに、生成したスイッチング信号２０１〜２０３を駆動回路４４、４６、４８でそれぞれ増幅して信号入力端子３４、３６、３８に印加する構成を採用したり、あるいは、車載用電子機器等に用いられる信号のうちスイッチング信号１０１やスイッチング信号２０１〜２０３に相当するスイッチング信号を信号入力端子２４や信号入力端子３４、３６、３８に印加する構成を採用することができる。

本発明の第１実施例を示す発光装置のブロック構成図である。第１のスイッチング信号の論理に応じた信号と光源の電流との関係を示す図であって、（ａ）は、第１のスイッチング信号の論理に応じた信号の波形図、（ｂ）は、光源の電流についてＤＣ／ＤＣコンバータによるフィードバック制御が実行されるときの光源の電流波形を示す波形図、（ｃ）は、光源の電流についてＤＣ／ＤＣコンバータによるフィードバック制御が実行されないときの光源の電流波形を示す波形図である。第１実施例における各部の状態を示す図であって、（ａ）は、スイッチング信号１０１の信号波形図、（ｂ）は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４全体の視覚的な光量の特性図である。本発明の第２実施例を示す発光装置のブロック構成図である。第２実施例における各部の状態を示す図であって、（ａ）は、スイッチング信号２０１、２０２の波形図、（ｂ）は、スイッチング信号２０３の波形図、（ｃ）は、スイッチング信号１０１の波形図、（ｄ）は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の両端に印加される順方向電圧Ｖｆの合計電圧の波形図、（ｅ）は、発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２の視覚的な光量の特性図、（ｆ）は、２直列発光ダイオードＬＥＤ３、ＬＥＤ４の視覚的な光量の特性図である。信号生成回路と駆動回路のブロック構成図である。

符号の説明

１０発光装置
１２ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４電流制限回路
１６電源スイッチ
１８バッテリ
２０オペアンプ
２２ＮＭＯＳトランジスタ
２８、３０、３２スイッチ素子

Claims

直流電源の出力をチョッピングして変圧し、変圧した電圧を直流電力に変換して負荷に供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷として前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力ループ中に挿入された単一または複数の半導体光源と、入力された第１のスイッチング信号に応じた信号と前記半導体光源に流れる電流に相当する信号とを比較して、この比較結果に従って前記出力ループの開閉を行うとともに、前記出力ループが閉じている間は、最大電流を超えないよう前記半導体光源に電流を流す電流制限回路とを備え、前記第１のスイッチング信号のオンデューティによって規定される電流を平均電流として前記半導体光源に流すことを特徴とする発光装置。
直流電源の出力をチョッピングして変圧し、変圧した電圧を直流電力に変換して負荷に供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷として前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力ループ中に挿入された複数の半導体光源と、前記半導体光源の電流を制限する電流制限回路と、入力された第２のスイッチング信号に応答して、前記半導体光源のうち単一または２以上の半導体光源の両端を短絡または開放するスイッチ素子群とを備え、前記第２のスイッチング信号のオフデューティによって前記半導体光源の光量を規定することを特徴とする発光装置。
直流電源の出力をチョッピングして変圧し、変圧した電圧を直流電力に変換して負荷に供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷として前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力ループ中に挿入された複数の半導体光源と、入力された第１のスイッチング信号に応じた信号と前記半導体光源に流れる電流に相当する信号とを比較して、この比較結果に従って前記出力ループの開閉を行うとともに、前記出力ループが閉じている間は、最大電流を超えないよう前記半導体光源に電流を流す電流制限回路と、入力された第２のスイッチング信号に応答して、前記半導体光源のうち単一または２以上の半導体光源の両端を短絡または開放するスイッチ素子群とを備え、前記第１のスイッチング信号のオンデューティ及び前記第２のスイッチング信号のオフデューティによって前記半導体光源の光量を規定することを特徴とする発光装置。
請求項１または３に記載の発光装置において、前記電流制限回路は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力ループ中に挿入された３極半導体素子と、前記半導体光源の電流を検出する抵抗素子と、前記第１のスイッチング信号をその論理レベルに従って異なるレベルの信号に変換する信号変換器と、前記抵抗素子の検出電流から得られた信号と前記信号変換器の変換による信号とを比較し、この比較結果に従って前記３極半導体素子をオンオフ駆動するとともにオンしているときの前記第３極半導体素子のオンの程度を制御するオペアンプとを備えてなることを特徴とする発光装置。