JP2009302295A - 発光ダイオード駆動装置、車両用照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直列接続された発光ダイオードのうちの一つ以上が断線故障した場合でも残りの発光ダイオードは点灯を継続させ、かつ断線故障を使用者に知らせる。
【解決手段】直列接続された複数の発光ダイオードＤ１〜Ｄｎと、前記直列接続された発光ダイオードＤ１〜Ｄｎへ電力を供給する電源回路１と、いずれかの発光ダイオードが断線した時にその断線を検出する手段と、発光ダイオードＤ１〜Ｄｎと並列に接続される抵抗Ｒ１〜Ｒｎと、この抵抗Ｒ１〜Ｒｎに直列に接続されるスイッチ素子Ｓｗ１〜Ｓｗｎと、断線を知らせる報知手段４と、いずれかの発光ダイオードＤｉが断線した時にその発光ダイオードＤｉと並列に接続された抵抗Ｒｉを介して電流が流れるようにスイッチ素子Ｓｗ１〜Ｓｗｎを制御することにより残りの発光ダイオードは点灯可能とするとともに、断線を使用者に知らせるように報知手段４を制御する制御手段３を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は発光ダイオード駆動装置並びにそれを用いた車両用照明装置に関するものである。

従来、車両用灯具として発光ダイオードを光源にしたものが知られており、これを用いた車両用灯具には発光ダイオードの点灯を制御するための点灯制御回路が組み込まれている。発光ダイオードを光源とするヘッドランプを構成するに際しては、発光ダイオードを制御するための点灯制御回路及び発光ダイオードの形態としては、発光ダイオードを直列接続し、この直列接続された複数の発光ダイオードの両端に点灯制御回路を接続し、全ての発光ダイオードに同じ電流を供給する形態や、直列接続された複数の発光ダイオードを一つの点灯制御回路で点灯させるユニットを複数ユニット備えた形態が提案されている。

一方、複数の発光ダイオードを直列接続したユニットを一つで構成した場合、発光ダイオードの一つが断線しただけでも不点灯になってしまい、夜間の視界の確保に支障が生じることがある。

また、直列接続したユニットを複数個で構成した場合、発光ダイオードの一つが断線した場合はヘッドランプとしての配光の変化や照度不足が発生するが、それを、ドライバーが知ることは容易でないため、発光ダイオードが断線した旨をドライバーに知らせる機能を付加する必要がある。

発光ダイオードの断線を検出するに際しては、例えば、発光ダイオードが断線した場合、通常、発光ダイオードには電流が全く流れなくなるため、電流が小さくなったこと、または電流が０になったことを検出する電流検出器を設け、この検出器の検出出力によってインジケータランプを点灯させることで、発光ダイオードが断線したことをドライバに知らせることができる。

直列接続された発光ダイオードのいずれかが断線したとしても、残りの発光ダイオードを発光させることが可能な技術としては、特許文献１（特開２００５−４９２３９号公報）があり、発光ダイオードと逆並列にツェナーダイオードを接続し、発光ダイオードが断線故障した場合、ツェナーダイオードに電流を流すものであるが、断線故障していても、それを照明装置の使用者に伝えることができなかった。
特開２００５−４９２３９号公報

上述のように、複数の発光ダイオードを直列接続したユニットを一つで構成した場合、発光ダイオードの一つが断線しただけでも不点灯になってしまい、夜間の視界の確保に支障が生じることがある。また、発光ダイオードに電流が流れなくなるので、電源回路の負荷が軽くなり、電源回路の出力電圧が上昇し、電源回路および発光ダイオードに過電圧が印加されてしまう。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、直列接続された発光ダイオードのうちの一つまたはそれ以上が断線故障した場合でも残りの発光ダイオードは点灯を継続させることにより、夜間でも照明を確保し、かつ断線故障を使用者に知らせることにより、信頼性を高めることを課題とする。

請求項１の発明は、上記の課題を解決するために、図１に示すように、直列接続された複数の発光ダイオードＤ１〜Ｄｎと、前記直列接続された発光ダイオードＤ１〜Ｄｎへ電力を供給する電源回路１と、いずれかの発光ダイオードが断線した時にその断線を検出する手段と、発光ダイオードＤ１〜Ｄｎと並列に接続される抵抗Ｒ１〜Ｒｎと、この抵抗Ｒ１〜Ｒｎに直列に接続されるスイッチ素子Ｓｗ１〜Ｓｗｎと、断線を知らせる報知手段４と、いずれかの発光ダイオードＤｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）が断線した時にその発光ダイオードＤｉと並列に接続された抵抗Ｒｉを介して電流が流れるように前記スイッチ素子Ｓｗ１〜Ｓｗｎを制御することにより残りの発光ダイオードは点灯可能とするとともに、断線を使用者に知らせるように報知手段４を制御する制御手段３を備えることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、発光ダイオードに並列接続される抵抗の抵抗値は、発光ダイオードの順方向電圧÷出力電流値に相当する抵抗値としたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記制御手段３は、図３に示すように、発光ダイオードの断線検出時に、電源回路１の負荷が軽くなることにより出力電圧Ｖｏが上昇する前に、断線した発光ダイオードに並列接続された抵抗に電流を流すように前記スイッチ素子を制御することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において、発光ダイオードと並列接続された抵抗、または、抵抗とスイッチ素子を一つのウェハ上に形成することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発光ダイオード駆動装置を備える車両用照明装置である（図４）。

請求項１の発明によれば、直列接続された発光ダイオードのいずれかが断線しても残りの発光ダイオードは点灯を継続できるので、照明用途に用いた場合に夜間の視界を確保でき、安全であるとともに、断線故障を使用者に知らせることで、信頼性を高めることができる。また、並列接続されたスイッチ素子は時分割的にオンさせることにより、断線した発光ダイオードを特定する用途にも兼用することができる。

請求項２の発明によれば、発光ダイオードに並列接続される抵抗の抵抗値は、発光ダイオードの順方向電圧÷出力電流値に相当する抵抗値としたので、発光ダイオードが断線していない時の出力電流値と断線した時の電流値が同等になる効果がある。したがって、スイッチ素子がＯＮしても電源回路の出力電圧は変化せず、点灯を継続する残りの発光ダイオードへの過電流・過電圧を防止し、点灯ユニットとしての信頼性を向上できる。

請求項３の発明によれば、発光ダイオードの断線検出時に、電源回路の負荷が軽くなることにより出力電圧が異常なレベルまで上昇する前に並列接続された抵抗に電流を流すようにしたので、過電流及び過電圧を防止することができる効果がある。

請求項４の発明によれば、発光ダイオードと並列接続された抵抗、または、抵抗とスイッチ素子を一つのウェハ上に形成したので、発光ダイオード駆動装置を安価に提供することができる。

（実施形態１）
図１に本発明の実施形態１の構成を示す。図１の実施形態では、ＤＣ電源回路１の出力に直列接続されたｎ個の発光ダイオードＤ１〜Ｄｎ及び検出抵抗Ｒ５と、各々の発光ダイオードＤ１〜Ｄｎと並列接続された抵抗Ｒ１〜Ｒｎとスイッチ素子Ｓｗ１〜Ｓｗｎの直列回路と、検出抵抗Ｒ５の両端電圧によりＤＣ電源回路１の出力電流を検出する電流検出回路２と、上記スイッチ素子Ｓｗ１〜Ｓｗｎを制御するスイッチ制御回路３と、断線を知らせるインジケータ４を備えている。発光ダイオードＤ１〜Ｄｎのいずれかが断線故障した場合に断線した発光ダイオードＤｉと並列に接続されたスイッチ素子Ｓｗｉ（ｉ＝１，２，３，…，ｎ）をＯＮさせ、並列接続された抵抗Ｒｉに電流を流すことにより、断線していない発光ダイオードを点灯可能にするとともに、インジケータ４により断線を使用者に知らせるものである。

発光ダイオードＤ１〜Ｄｎが断線していない時は、ＤＣ電源回路１から全ての発光ダイオードに所定の出力電流Ｉｏを供給している。ここで、例えば、発光ダイオードＤ３が断線した場合、出力電流Ｉｏはゼロになり、それにより電流検出回路２にて断線を検出し、断線検出信号をスイッチ制御回路３に送り、スイッチ制御回路３は断線箇所のスイッチ素子Ｓｗ３を特定してＯＮさせるとともに、インジケータ４で断線を知らせる。

この時の回路の動作を図２に示す。図２は図１で示す回路において直列接続された発光ダイオードＤ１〜ＤｎのうちＤ３が断線故障したときの動作である。

図２において時間Ａにて発光ダイオードＤ３が断線すると、電流検出回路２がそれを検出することにより、スイッチ制御回路３は各スイッチ素子Ｓｗ１〜Ｓｗｎに順次ＯＮ信号を送る。発光ダイオードＤ３以外の断線していない発光ダイオードと並列接続されたスイッチ素子がＯＮしても出力電流は流れないが、断線している発光ダイオードＤ３と並列接続されたスイッチ素子Ｓｗ３がＯＮすると出力電流が流れる。これにより、発光ダイオードＤ３が断線していることを判別し、時間Ｅにてスイッチ素子Ｓｗ３をＯＮし、抵抗Ｒ３を介して出力電流が流れることにより、断線していない残りの発光ダイオードの点灯を可能にする。車両用ヘッドライトに用いた場合、直列接続された発光ダイオードが断線した時でも残りの発光ダイオードは点灯を継続することにより、夜間走行時の安全を確保できる。

また、インジケータ４は時間Ｅ以降でスイッチ素子Ｓｗ１〜Ｓｗｎのいずれか１つ以上がＯＮしている時に、断線を表示する。この動作は発光ダイオードＤ３以外の発光ダイオードが断線した場合も同様である。車両用ヘッドライトに用いた場合、ドライバーが配光や明るさの変化を認識するのは容易ではないので、断線検出時には断線検出信号を出力し、インジケータ４を点灯させることなどによりドライバーに発光ダイオードの断線を知らせることができる。

図１では発光ダイオード１個に対し、抵抗とスイッチ素子の直列回路を１組並列接続しているが、発光ダイオードを２個以上直列接続した回路に１組の抵抗とスイッチ素子の直列回路を並列接続してもよい。

（実施形態２）
実施形態２では、実施形態１において、発光ダイオードと並列接続された抵抗の抵抗値を（発光ダイオードの順方向電圧Ｖｆ÷出力電流値Ｉｏ）に相当する抵抗値としたものである。これにより、断線した発光ダイオードと並列接続された抵抗に流れる電流は発光ダイオード断線前の出力電流Ｉｏと同じ電流値にすることが出来る。

仮に、発光ダイオードと並列接続された抵抗の抵抗値が（発光ダイオードの順方向電圧Ｖｆ÷出力電流値Ｉｏ）よりも小さいと、発光ダイオードが断線した時の出力電流値は、断線していない時の出力電流値よりも大きくなり、電源回路及び発光ダイオードに流れる電流が増大することになるので、他の発光ダイオードが連鎖的に断線したり、電源回路の出力電流が過大となって、さらなる故障を招く恐れがある。

反対に、発光ダイオードと並列接続された抵抗の抵抗値が（発光ダイオードの順方向電圧Ｖｆ÷出力電流値Ｉｏ）よりも大きいと、発光ダイオードが断線した時の出力電流値は、断線していない時の出力電流値よりも小さくなり、発光ダイオードに流れる電流が減少することになるので、断線した発光ダイオードが不点灯であることに加えて、断線していない発光ダイオードの電流低下による光束低下も加わって、全体の出力光束が低下することになる。

本実施形態によれば、発光ダイオードと並列接続された抵抗の抵抗値を（発光ダイオードの順方向電圧Ｖｆ÷出力電流値Ｉｏ）に相当する抵抗値とすることにより、断線故障時の電源回路及び発光ダイオードに流れる電流を故障前の電流値と同じにすることができ、電源回路や発光ダイオードの故障の連鎖を防止することができると共に、断線前に近い出力光束を確保することができる。

（実施形態３）
実施形態３では、上述の実施形態１または実施形態２において、直列接続された発光ダイオードＤ１〜Ｄｎのいずれかが断線した時に、ＤＣ電源回路１の負荷が軽くなることにより出力電圧Ｖｏが異常なレベルまで上昇するよりも前に、断線した発光ダイオードと並列接続された抵抗に電流を流し、過電圧を防止できるようにしたものである。

図３に本実施形態の動作を示す。図３は図１で示す回路において直列接続された発光ダイオードＤ１〜Ｄｎのうち、発光ダイオードＤ３が断線故障したときの動作である。

図３において、時間Ａにて発光ダイオードＤ３が断線するとＤＣ電源回路１の負荷が軽くなることにより出力電圧Ｖｏが増加し、図３における出力電圧Ｖｏ波形の破線部で示すように、ＤＣ電源回路１に過電圧を発生させてしまう。この過電圧を抑制するために、過電圧ＶＥが発生するよりも前に、時間Ｅの動作まで完了させてしまうことで、出力電圧Ｖｏに過電圧が発生することを防止し、発光ダイオード駆動装置の信頼性を向上させることができる。

（実施形態４）
図４は本発明の実施形態４の車両用照明装置の断面図である。図示した車両用照明装置は、車両用のヘッドランプ１０の構成の概要を示したものである。前述の構成を有し、金属の筐体でケーシングされた電源装置１５が、ヘッドランプ１０の筐体の下面部に取り付け搭載されている。複数の発光ダイオードと抵抗並びにスイッチ素子により構成されたＬＥＤモジュール２０が放熱板１２に取り付けられており、レンズや反射板で構成される光学ユニット１１とともに、光源ユニットを構成している。光源ユニットは、ヘッドランプ１０の筐体に光源ユニット固定用治具１３で固定されている。電源装置１５の入力の電源線１６はバッテリ（図示せず）へ、異常報知用の通信線１７は車両側のユニット（図示せず）へ接続されている。電源装置１５の出力線１４は、ＬＥＤモジュール２０へ接続されている。

前述の通り本発明によれば、ＬＥＤモジュール２０のいずれかの発光ダイオードに断線などの異常状態が発生した場合にも点灯動作を継続することにより、運転者の夜間の視界の確保が可能な、安全な灯具を提供することが可能となる。また、運転者に断線故障を知らせることによって早期の修理を促すことができ、信頼性を高めることができる。

なお、本発明の発光ダイオード駆動装置は、ヘッドランプに限らず、その他の車両用照明装置、例えば、ブレーキランプやテールランプ、方向指示器、車幅灯等にも適用できることは言うまでもない。また、ルームランプのような車室内照明装置に適用しても良いし、その他の一般的な照明器具に適用しても構わない。

本発明の第１の実施形態に係る発光ダイオード駆動回路を示す回路図である。 図１に示す回路の動作を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態の動作を示す説明図である。 本発明の第４の実施形態の車両用照明装置の断面図である。

符号の説明

１ ＤＣ電源回路
２ 電流検出回路
３ スイッチ制御回路
４ インジケータ
Ｄ１〜Ｄｎ 発光ダイオード
Ｒ１〜Ｒｎ 並列抵抗
Ｒ５ 電流検出抵抗
Ｓｗ１〜Ｓｗｎ スイッチ素子

Claims (5)

1. 直列接続された複数の発光ダイオードと、前記直列接続された発光ダイオードへ電力を供給する電源回路と、いずれかの発光ダイオードが断線した時にその断線を検出する手段と、発光ダイオードと並列に接続される抵抗と、この抵抗に直列に接続されるスイッチ素子と、断線を知らせる報知手段と、いずれかの発光ダイオードが断線した時にその発光ダイオードと並列に接続された抵抗を介して電流が流れるように前記スイッチ素子を制御することにより残りの発光ダイオードは点灯可能とするとともに、断線を使用者に知らせるように報知手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
2. 発光ダイオードに並列接続される抵抗の抵抗値は、発光ダイオードの順方向電圧÷出力電流値に相当する抵抗値としたことを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード駆動装置。
3. 前記制御手段は、発光ダイオードの断線検出時に、電源回路の負荷が軽くなることにより出力電圧が上昇する前に、断線した発光ダイオードに並列接続された抵抗に電流を流すように前記スイッチ素子を制御することを特徴とする請求項１または２記載の発光ダイオード駆動装置。
4. 発光ダイオードと並列接続された抵抗、または、抵抗とスイッチ素子を一つのウェハ上に形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光ダイオード駆動装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の発光ダイオード駆動装置を備える車両用照明装置。

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