JP2009238633A

JP2009238633A - Ｌｅｄ点灯装置

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Publication number: JP2009238633A
Application number: JP2008084317A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Watanabe; 章博渡辺
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2028-03-27
Also published as: JP5077015B2

Abstract

【課題】ＬＥＤが点灯するために要する時間を短縮するとともに、見栄えを改善するＬＥＤ点灯装置を提供する。
【解決手段】１つ以上のＬＥＤを含むＬＥＤ回路と、ＬＥＤ回路に電源を供給するスイッチング電源と、スイッチング電源を、予め定められた調光用デューティ比で駆動することによりＬＥＤを点灯制御する点灯制御回路と、を備え、点灯制御回路は、調光用デューティ比によりスイッチング電源を駆動しないときには、予め定められたプレデューティ比によりスイッチング電源を駆動することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング電源を用いてＬＥＤを点灯させるＬＥＤ点灯装置に関するものである。

メータ内でのマルチ情報の表示やヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）等のＬＣＤのバックライトとしてＬＥＤを用いるシステムがある。これらの中でも特に多くのＬＥＤを使用したり、ＬＥＤへ供給する電流が多い場合など、ＬＥＤ電源をスイッチング電源とし、ＬＥＤに流れる電流を一定にするようフィードバック（電流フィードバック）をすることで、システムの発熱を抑える技術がある。

ＬＥＤを定電流のスイッチング電源方式とし、そのＬＥＤの調光をＬＥＤの点灯／消灯を高速に行う方式としたシステムにおいて、ＬＥＤを消灯させている期間、電源が過電圧となる制御をしてしまうのを防ぐために、消灯期間中は電源動作を禁止するという制御回路がある。（特許文献１および２参照）。

特開２００１−３０６０３１号公報特開２００５−１４２１３７号公報

特許文献１および２の例では、ユーザの視認性を良くするために、周囲の明るさに応じ、あるいは、ユーザの操作によりＬＥＤの輝度を調整する機能がある。このときの輝度調整にはＬＥＤの点灯／消灯を高速に行う方式がある（いわゆるデューティ制御）。しかし、この電源と調光の方式の組み合わせでは、ＬＥＤを消灯させている期間は、ＬＥＤに流れる電流がゼロになり、電源はＬＥＤにより多くの電流を流すように動作するため（電流フィードバック）、結果としてＬＥＤ電源電圧が上昇し、過電圧となる制御を行ってしまう。したがって、この動作を防ぐために、消灯期間中はスイッチング電源の動作を停止するという制御が必要となる。

しかし、電源投入時に点灯／消灯比（デューティ比）が小さい（ＬＥＤの輝度が暗い）場合、スイッチング電源が動作をする時間が前述の制御により非常に短くなってしまい、正常な電流を流すことが可能な電圧となるまでに長い時間を必要としてしまう。その結果、ＬＥＤが点灯するのに時間がかかり、点灯した後も正常の明るさになるまで、徐々に明るさが明るくなっていき、見栄えが悪くなるという問題があった。

上記問題を背景として、本発明の課題は、ＬＥＤが点灯するために要する時間を短縮するとともに、見栄えを改善するＬＥＤ点灯装置を提供することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するためのＬＥＤ点灯装置は、１つ以上のＬＥＤを含むＬＥＤ回路と、ＬＥＤ回路に電源を供給するスイッチング電源と、スイッチング電源を、予め定められた調光用デューティ比で駆動することによりＬＥＤを点灯制御する点灯制御回路と、を備え、点灯制御回路は、調光用デューティ比によりスイッチング電源を駆動しないときには、予め定められたプレデューティ比によりスイッチング電源を駆動することを特徴とする。

本発明は、前述の見栄えを改善するために、見栄えが悪くならない程度まで事前にスイッチング電源の発生する電圧を上げておくという制御を加えることにより、上記問題を解決するものである。上記構成によって、調光用デューティ比が小さい場合でも、スイッチング電源が、ＬＥＤに対して調光用デューティ比に対応した電流を流すことが可能な電圧となるまでに要する時間が短縮され、ＬＥＤが点灯するまでの時間を短縮できる。よって、見栄えも改善できる。

また、本発明のＬＥＤ点灯装置は、プレデューティ比によりスイッチング電源を駆動するときに、ＬＥＤの点灯を防止する点灯防止回路を備えるように構成される。

ＬＥＤが点灯するまでの時間を短くするためには、プレデューティ比を大きくすればよい。しかし、プレデューティ比を大きくするとＬＥＤが点灯してしまい、かえって見栄えが悪くなることもある。例えば、調光デューティ比を１％〜１００％の間で変化させ、プレデューティ比を１０％とすると、ＬＥＤを消灯しておきたいときでもデューティ比１０％で点灯することになり、この後調光デューティ比１％でＬＥＤを点灯させると、明るい状態から暗い状態へと変化してしまい、見栄えが悪くなる。上記構成によって、ＬＥＤが点灯するまでの時間を短縮できるとともに、ＬＥＤ消灯時にプレデューティ比によりスイッチング電源を駆動しても、見栄えは悪くならない。

また、本発明のＬＥＤ点灯装置における点灯防止回路は、スイッチング電源からＬＥＤ回路への電源の供給／遮断を行う第１スイッチ回路と、第１スイッチ回路およびＬＥＤ回路のバイパス経路を形成するバイパス回路と、バイパス回路に介挿され、該バイパス回路の開閉を行う第２スイッチ回路と、第１スイッチ回路および第２スイッチ回路の状態を切り替え、電源をＬＥＤ回路とバイパス回路のいずれに供給するかを切り替える切替回路と、を含むように構成される。

上記構成によって、ＬＥＤ回路を迂回するバイパス回路のみに電流を流すことでＬＥＤの点灯を防止することができる。

また、本発明のＬＥＤ点灯装置における切替回路は、プレデューティ比によりスイッチング電源を駆動するときには、第１スイッチ回路をオフ状態とし、かつ第２スイッチ回路をオン状態としてバイパス回路に電源を供給することでＬＥＤの点灯を防止し、調光用デューティ比によりスイッチング電源を駆動するときには、第１スイッチ回路をオン状態とし、かつ第２スイッチ回路をオフ状態としてＬＥＤ回路に電源を供給するように構成される。

上記構成によって、プレデューティ比によりスイッチング電源を駆動するときに、ＬＥＤの点灯を防止することができ、見栄えも悪くならない。また、ＬＥＤ点灯時には、バイパス回路に電源を供給しないことで、無駄な電力消費を低減することができ、抵抗を小型化することも可能となる。

また、本発明のＬＥＤ点灯装置は、点灯制御回路によって、スイッチング電源の駆動を、プレデューティ比によるものから調光用デューティ比によるものに切り替えた後、予め定められたバイパス回路通電時間が経過したとき、第１スイッチ回路をオン状態とし、続いて、第２スイッチ回路をオフ状態としてＬＥＤ回路に電源を供給するように構成される。

上記構成によって、調光用デューティ比に基づくＬＥＤ回路への電源の供給が安定した時点でＬＥＤを点灯させることができ、見栄えの悪化を防止することができる。

また、本発明のＬＥＤ点灯装置における切替回路は、第１スイッチ回路をオン状態としてから予め定められたディレイ時間が経過したとき、第２スイッチ回路をオフ状態とするように構成される。

バイパス回路とＬＥＤ回路のスイッチでは、両方のスイッチが同時にオフ状態となる期間ができると、前述の過電圧モードに突入する可能性がある。上記構成によって、過電圧モードに突入することを防止できる。さらに、ＬＥＤ回路に調光デューティ比による電源が供給されてから所定時間（ディレイ時間）待つことで、電源が安定して供給される状態となり、第２スイッチ回路がオフ状態となった後の輝度の立ち上がりも早くなるため、見栄えをさらに改善できる。

また、本発明のＬＥＤ点灯装置におけるバイパス回路の抵抗値は、該バイパス回路に発生する電圧が、ＬＥＤ回路に発生する電圧よりも低くなるように設定される。

上記構成によって、第１スイッチ回路をオン状態としたときに、正規電圧より高い電圧が発生することによりＬＥＤ回路へ過電流が流れることを防止できる。

以下、本発明のＬＥＤ点灯装置の実施の形態を、図面を用いて説明する。まず、本発明の構成と比較するために、従来技術の構成および動作について説明する。図３に、従来技術によるＬＥＤ点灯装置の構成の一例を示す。ＬＥＤ点灯装置１００は、制御回路１，コンバータ回路３，およびＬＥＤ回路４を含んで構成される。

制御回路１は、例えば周知のマイクロコンピュータおよび周辺回路を含んで構成され、制御回路１から外部回路への信号の出力はマイクロコンピュータにより制御される。制御回路１は、調光用デューティ比に基づくデューティ信号（調光出力）をＯＵＴ１端子からコンバータ回路３に出力して、スイッチング電源２の動作／停止を制御して、調光用デューティ比に応じた電圧（Ｖ１）を生成させる。また、このデューティ信号を基に、ＬＥＤ回路４と接地線（ＧＮＤ）との間に介挿された、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）で構成されたスイッチング素子Ｔ３をスイッチング駆動させ、ＬＥＤ回路４に対して電圧Ｖ１の印加を断続して行うことで、ＬＥＤ（１〜４）を点灯する。

コンバータ回路３は、例えばバッテリ等の電源電圧（＋Ｂ）を抵抗Ｒ２，Ｒ３によって分圧して生成される基準電圧ＶからＬＥＤ回路４に含まれるＬＥＤ（１〜４）を点灯させるための電圧Ｖ１を生成する、スイッチングレギュレータ２，ダイオードＤ，コイルＬ，およびコンデンサＣを含む、いわゆる降圧型のコンバータとして構成される。コンバータ回路３は、降圧型，昇圧型，および昇降圧型のいずれを用いてもよい。

ＬＥＤ回路４は、１つ以上のＬＥＤを含んで構成される。本実施例では、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の、４個のＬＥＤを含む。

また、ＬＥＤ回路４を流れる電流は、電流検出抵抗Ｒｉにより電流−電圧変換され、その電圧値をコンバータ回路３へ入力（帰還）し、ＬＥＤ（１〜４）を定電流駆動している。

図４に、図３の構成における各部の状態を表すタイミングチャートを示す。Ｂ１のタイミングで、電源から基準電圧Ｖが供給され、続いて、Ｂ２のタイミングで、制御回路１のＯＵＴ１端子から調光用デューティ比に基づくデューティ信号（調光出力）が出力される。そして、デューティ信号に基づいてスイッチング素子Ｔ３がスイッチング駆動され、ＬＥＤ（１〜４）が点灯する。

しかし、デューティ信号のデューティ比が小さく、調光出力のＯＮ状態の時間が短いときには、コンバータ回路３からの出力電圧Ｖｏｕｔの上昇が遅く、ＬＥＤ（１〜４）が点灯するための最低電圧に到達するタイミングであるＢ３までの間は、ＬＥＤは消灯状態である。そして、Ｂ３以降にＬＥＤは点灯するものの、出力電圧Ｖｏｕｔの上昇は遅いので、ＬＥＤの輝度も徐々にしか明るくならず、レスポンスが遅いという問題がある。

図１に、本発明のＬＥＤ点灯装置の構成の一例を示す。なお、図３の構成と同一のものについては同一の符号を付与し、ここでの説明は割愛する。ＬＥＤ点灯装置１００は、上述の図３の構成に加えて、バイパス回路５，スイッチ回路６，および切替回路７を含んで構成される。

バイパス回路５は、コンバータ回路３の出力からＬＥＤ回路４を迂回して、ＬＥＤ回路４とスイッチング素子Ｔ３の接続点の間に形成されるもので、例えばＦＥＴであるスイッチング素子Ｔ２，Ｔ２１と、抵抗Ｒ１とを含んで構成される。スイッチングＴ２の状態を変化させることで、バイパス回路５の開閉を行う。Ｔ２，Ｔ２１は、トランジスタやリレー回路を用いてもよい（下記のスイッチング素子Ｔ１，Ｔ１１も同様）。

また、抵抗Ｒ１の抵抗値は、バイパス回路５の両端において発生する電圧が、ＬＥＤ回路４の両端において発生する電圧よりも小さくなるように定められる。

スイッチ回路６は、例えばＦＥＴであるスイッチング素子Ｔ１，Ｔ１１を含み、コンバータ回路３の出力とＬＥＤ回路４との間に介挿され、スイッチング素子Ｔ１の状態を変化させることで、ＬＥＤ回路４への電源の供給／遮断を行う。

切替回路７は、周知の論理反転回路であるＮＯＴを含み、制御回路１のＯＵＴ２端子からの指示に基づいて、ＬＥＤ回路４とバイパス回路５のいずれに電源を供給するかを切り替える。

図２に、図１の構成における各部の状態を表すタイミングチャートを示す。Ａ１のタイミングで、電源から基準電圧Ｖが供給される。この時点ではＬＥＤ（１〜４）を点灯させないので、制御回路１のＯＵＴ２端子からはＬレベル電圧（例えば０Ｖ，以下同じ）を出力する。このとき、スイッチ回路６の２つのＦＥＴ（Ｔ１，Ｔ１１）はオフ状態となるので、ＬＥＤ回路４に電源は供給されず、ＬＥＤ（１〜４）は消灯状態となっている。

一方、切替回路７の論理反転回路ＮＯＴ７からは、Ｈレベル電圧（例えば５Ｖ，以下同じ）が出力されるので、バイパス回路５の２つのＦＥＴ（Ｔ２，Ｔ２１）はオン状態となり、バイパス回路５に電源が供給される。

電源から基準電圧Ｖが供給され、ＬＥＤ点灯装置１００の各回路の動作が安定した時点であるＡ２のタイミングで、制御回路１のＯＵＴ１端子からプレデューティ比に基づくプレデューティ（図２では、「プレＤＵＴＹ」と表記）信号を調光出力信号として出力する。プレデューティ信号は、例えば、周波数：１００Ｈｚ，デューティ比１０％のＰＷＭ信号として構成される。このプレデューティ信号により、コンバータ回路３からの出力電圧ＶｏｕｔはＶ０となる。

この出力電圧Ｖｏｕｔの値Ｖ０が、ＬＥＤ（１〜４）が点灯するための最低電圧を上回っても、スイッチ回路６の２つのＦＥＴ（Ｔ１，Ｔ１１）はオフ状態であるため、ＬＥＤは点灯せず、ユーザに「消灯状態のはずなのに点灯している」といった違和感を生じさせない。

ＬＥＤ（１〜４）を点灯させるとき、まず、Ａ３のタイミングで、制御回路１のＯＵＴ１端子からは、ＬＥＤの輝度が規定されたものとなるように、規定デューティ（図２では、「規定ＤＵＴＹ」と表記）信号を調光出力信号として出力する。規定デューティ信号の出力が安定した状態となるＡ４のタイミングで、制御回路１は、コンバータ回路３からの電源の供給先をバイパス回路５からＬＥＤ回路４に切り替える。

具体的には、制御回路１のＯＵＴ２端子からはＨレベル電圧を出力する。このとき、スイッチ回路６の２つのＦＥＴ（Ｔ１，Ｔ１１）がオン状態となるので、ＬＥＤ回路４に電源が供給され、ＬＥＤ（１〜４）は点灯状態となる。しかし、切替回路７の論理反転回路ＮＯＴ７のゲート遅延により、ＮＯＴ７からは直ちにＬレベル電圧が出力されないので、ＬＥＤ回路４とバイパス回路５の両方に電流が流れる状態となる。よって、このときのＬＥＤの輝度は、図１の従来の構成に比べて短時間で明るくなるが、規定の輝度よりもやや暗い状態となる。

上記の状態で、バイパス回路５の抵抗Ｒ１は、上述のように、バイパス回路５の両端において発生する電圧が、ＬＥＤ回路４の両端において発生する電圧よりも小さくなるように定められているので、過電圧によりＬＥＤ回路４が過電流状態となることを防止できる。

ゲート遅延時間経過後であるＡ５のタイミングで、ＮＯＴ７からＬレベル電圧が出力されると、バイパス回路の２つのＦＥＴ（Ｔ２，Ｔ２１）がオフ状態となり、ＬＥＤ回路４にはコンバータ回路３から出力される全電流が流れ、コンバータ回路３からの出力電圧Ｖｏｕｔは規定の電圧Ｖ１まで上昇し（Ａ６のタイミング）、ＬＥＤ（１〜４）も規定の輝度で点灯する。

論理反転回路ＮＯＴ７のゲート遅延により、スイッチ回路６の２つのＦＥＴ（Ｔ１，Ｔ１１）とバイパス回路の２つのＦＥＴ（Ｔ２，Ｔ２１）は同時にオフ状態とならないため、他にディレイ回路を設けなくてもＦＥＴ（Ｔ１）をオン状態に切り替えるタイミングから、ＦＥＴ（Ｔ２）をオフ状態に切り替えるタイミングまでに時間差を設けることができる。

ＬＥＤ（１〜４）を消灯させるときには（Ａ７のタイミング）、制御回路１のＯＵＴ２端子からＬレベル電圧を出力し、バイパス回路５にのみ電源を供給する。

その後、制御回路１のＯＵＴ１端子からプレデューティ信号を出力する（Ａ８のタイミング）。無論、この時点でＬＥＤ（１〜４）は消灯している。

上述の動作は、制御回路１にマイクロコンピュータ（図示せず）が含まれる場合には、制御プログラム内のＬＥＤ点灯制御処理を実行することにより次のように行われる。図５に、そのフロー図を示す。まず、電源から基準電圧Ｖが供給されると（図２のＡ１のタイミング）、ＬＥＤ点灯装置１００の各部の初期化が行われる（Ｓ１１）。

次に、ＬＥＤ（１〜４）を点灯させないように、制御回路１のＯＵＴ２端子からはＬレベル電圧を出力する。続いて、制御回路１のＯＵＴ１端子からプレデューティ比に基づくプレデューティ信号（図５では、「プレＤＵＴＹ」と表記）を調光出力信号として出力する（Ｓ１２，図２のＡ２のタイミング）。

次に、制御回路１に接続された図示しない操作スイッチあるいはセンサの状態に基づいて、デューティ比（規定デューティ）を算出する（Ｓ１３）。

そして、算出された規定デューティが０％ではなく、ＬＥＤ（１〜４）を点灯するものであるとき（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、制御回路１のＯＵＴ１端子から規定デューティ（図５では、「規定ＤＵＴＹ」と表記）信号を調光出力信号として出力する（図２のＡ３のタイミング）。続いて、規定デューティ信号の出力が安定したら、制御回路１のＯＵＴ２端子からはＨレベル電圧を出力して、コンバータ回路３からの電源の供給先をバイパス回路５からＬＥＤ回路４に切り替える（Ｓ１５，図２のＡ４のタイミング）。

この後、ステップＳ１３に戻り、以降の処理を繰り返す。

ＬＥＤ点灯中のデューティ比算出ステップ（Ｓ１３）において、算出された規定デューティが０％となり、ＬＥＤ（１〜４）を消灯するものであるとき（Ｓ１４：Ｎｏ）、ステップＳ１２に戻り、以降の処理を実行する。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

本発明のＬＥＤ点灯装置の構成を示す回路図。本発明のＬＥＤ点灯装置における各部の動作を説明するタイミングチャート。従来のＬＥＤ点灯装置の構成を示す回路図。従来のＬＥＤ点灯装置における各部の動作を説明するタイミングチャート。本発明のＬＥＤ点灯制御処理を説明するフロー図。

符号の説明

１制御回路
２スイッチングレギュレータ
３コンバータ回路
４ＬＥＤ回路
５バイパス回路
Ｔ２，Ｔ２１ＦＥＴ
Ｒ１抵抗
６スイッチ回路
Ｔ１，Ｔ１１ＦＥＴ
７切替回路
ＮＯＴ論理反転回路
１００ＬＥＤ点灯装置
Ｔ３スイッチング素子

Claims

１つ以上のＬＥＤを含むＬＥＤ回路と、
前記ＬＥＤ回路に電源を供給するスイッチング電源と、
前記スイッチング電源を、予め定められた調光用デューティ比で駆動することにより前記ＬＥＤを点灯制御する点灯制御回路と、
を備え、
前記点灯制御回路は、前記調光用デューティ比により前記スイッチング電源を駆動しないときには、予め定められたプレデューティ比により前記スイッチング電源を駆動することを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
前記プレデューティ比により前記スイッチング電源を駆動するときに、前記ＬＥＤの点灯を防止する点灯防止回路を備える請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
前記点灯防止回路は、
前記スイッチング電源から前記ＬＥＤ回路への電源の供給／遮断を行う第１スイッチ回路と、
前記第１スイッチ回路および前記ＬＥＤ回路のバイパス経路を形成するバイパス回路と、
前記バイパス回路に介挿され、該バイパス回路の開閉を行う第２スイッチ回路と、
前記第１スイッチ回路および前記第２スイッチ回路の状態を切り替え、前記電源を前記ＬＥＤ回路とバイパス回路のいずれに供給するかを切り替える切替回路と、
を含む請求項２に記載のＬＥＤ点灯装置。
前記切替回路は、
前記プレデューティ比により前記スイッチング電源を駆動するときには、前記第１スイッチ回路をオフ状態とし、かつ前記第２スイッチ回路をオン状態として前記バイパス回路に電源を供給することで前記ＬＥＤの点灯を防止し、
前記調光用デューティ比により前記スイッチング電源を駆動するときには、前記第１スイッチ回路をオン状態とし、かつ前記第２スイッチ回路をオフ状態として前記ＬＥＤ回路に電源を供給する請求項３に記載のＬＥＤ点灯装置。
前記点灯制御回路によって、前記スイッチング電源の駆動を、前記プレデューティ比によるものから前記調光用デューティ比によるものに切り替えた後、
予め定められたバイパス回路通電時間が経過したとき、前記第１スイッチ回路をオン状態とし、続いて、前記第２スイッチ回路をオフ状態として前記ＬＥＤ回路に電源を供給する請求項３または請求項４に記載のＬＥＤ点灯装置。
前記切替回路は、前記第１スイッチ回路をオン状態としてから予め定められたディレイ時間が経過したとき、前記第２スイッチ回路をオフ状態とする請求項５に記載のＬＥＤ点灯装置。
前記バイパス回路の抵抗値は、前記バイパス回路に発生する電圧が、前記ＬＥＤ回路に発生する電圧よりも低くなるように設定される請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載のＬＥＤ点灯装置。