JP2012133954A - 点灯装置および、これを用いた灯具，車両 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体発光ダイオード素子に並列接続された静電保護素子の破壊を防止することができる点灯装置および、これを用いた灯具，車両を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ４１１，４２１にツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２が並列接続された半導体光源４１，４２が直列接続された光源４に、所定のＬＥＤ電流Ｉ１を供給する点灯部２と、点灯部２の動作を制御する制御部３とを備え、ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２は、動作電圧より大きい電圧が両端間に印加された場合、両端電圧を動作電圧にクランプし、制御部３は、半導体光源４１，４２の各々に印加される電圧を検出する誤差増幅回路３４，差分回路３６を有しており、誤差増幅回路３４，差分回路３６の検出値が、ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２の動作電圧以下となるように、ＬＥＤ電流Ｉ１を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、点灯装置および、これを用いた灯具，車両に関するものである。

従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子で構成された半導体光源を点灯させる点灯装置および、この点灯装置を用いた車両用の灯具が提供されている。

また、取り扱い時に発生するおそれがある静電気からＬＥＤを保護するために、１乃至複数個のＬＥＤと並列にツェナーダイオードなどの静電保護素子が接続されたものが多く用いられている。なお、車両用の灯具などでは、所望の光量や光学特性を得るために、複数個の半導体光源を備えている。

また、点灯装置は半導体光源に供給するＬＥＤ電流を目標値に一致させるために、ＬＥＤ電流のフィードバック制御を行っている。しかし、ＬＥＤが接続部の断線等によってオープン状態となる故障（以下、オープン故障と称す）が生じた際に、ＬＥＤ電流のフィードバック制御によって半導体光源の両端に印加される電圧が上昇する。それによって、半導体光源の両端に印加される電圧が、ツェナーダイオードの動作電圧（ツェナー電圧）を超えるおそれがあった。そして、ツェナーダイオードに電流が定常的に流れることで、ツェナーダイオードが発熱して破壊するおそれがあった。

そこで、ツェナーダイオードの破壊を防止する点灯装置がある（例えば、特許文献１）。従来の点灯装置は、光源に供給する出力電圧の最大値を、［半導体光源の順方向電圧×半導体光源の直列接続数］〜［半導体光源の順方向電圧×［半導体光源の直列接続数−１］＋ツェナーダイオードの動作電圧］の範囲内に制限している。

そして、十分な出力電圧の制限ができずにツェナーダイオードに電流が流れて熱破壊した場合、半導体光源の両端電圧が順方向電圧よりも低下したことを検出する補助検出手段の結果を用いてＬＥＤのオープン故障の判断を行う。

特開２００６−８６４１３号公報

従来の点灯装置は、１つの半導体光源が接続される場合、出力電圧を制限することでツェナーダイオードの破壊を防止することができる。しかし、従来の点灯装置では、複数個の半導体光源を直列接続する場合において、個々のＬＥＤの順方向電圧やツェナーダイオードの動作電圧のばらつきや温度特性などによっては、出力電圧の十分な制限を行うことができない。

例えば、１個あたり順方向電圧が定格３．５Ｖ（ばらつき範囲３．１Ｖ〜３．９Ｖ）のＬＥＤを４個直列接続し、この４個のＬＥＤと並列に動作電圧２０Ｖ（ばらつき範囲１８Ｖ〜２２Ｖ）のツェナーダイオードが接続されていると仮定する。この場合、半導体光源の順方向電圧は１４Ｖ（ばらつき範囲１２．４Ｖ〜１５．６Ｖ）となる。そして、この半導体光源を２個直列接続することで負荷を構成した場合、１つのＬＥＤがオープン故障した際に、ツェナーダイオードに電流を流さないために必要とされる出力電圧の制限範囲の上限は３０．４Ｖ（＝１２．４Ｖ＋１８Ｖ）となる。しかし、半導体光源の順方向電圧が、ばらつき範囲の最大値（１５．６Ｖ）のものを２個点灯するためには、出力電圧が３１．２Ｖ（＝１５．６Ｖ×２）必要となり、出力電圧の上限を３０．４Ｖに制限することはできない。

さらに、出力電圧の制限が出来ずにツェナーダイオードが破壊した場合についても、破壊されたツェナーダイオードのインピーダンス値は定まっていない。すなわち、破壊したツェナーダイオードに電流を流した場合に発生する電圧値も定まらないので、必ずしも半導体光源の両端電圧は、順方向電圧よりも低下するとは限らない。したがって、従来の点灯装置に設けられた補助検出手段の結果をもってＬＥＤのオープン故障の判断を行うことが出来ないおそれがある。そして、負荷が異常状態であるにも関わらず、点灯装置が負荷異常を検出できない場合、破壊したツェナーダイオードに電流を供給し続けることとなり、他の部品等にも影響がでるおそれがある。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体発光ダイオード素子に並列接続された静電保護素子の破壊を防止することができる点灯装置および、これを用いた灯具，車両を提供することにある。

本発明の点灯装置は、半導体発光素子に静電保護素子が並列接続された半導体光源が複数個直列接続された光源に、直流電力を供給する点灯部と、前記点灯部の動作を制御する制御部とを備え、前記静電保護素子は、動作電圧より大きい電圧が両端間に印加された場合、両端電圧を前記動作電圧にクランプし、前記制御部は、前記半導体光源の各々に印加される電圧を検出する電圧検出部を有しており、前記電圧検出部の全ての検出値が、前記静電保護素子の前記動作電圧以下となるように、前記直流電力を制御することを特徴とする。

この点灯装置において、前記制御部は、複数の前記半導体光源の各々に印加される電圧のうち少なくとも１つが、上限閾値を所定時間上回った場合、負荷異常と判断し、前記直流電力の供給を低減することが好ましい。

この点灯装置において、前記制御部は、複数の前記半導体光源の各々に印加される電圧のうち少なくとも１つが、下限閾値を所定時間下回った場合、負荷異常と判断し、複数の前記半導体光源の各々に印加される電圧の全てが、前記下限閾値を所定時間下回った場合、前記直流電力の供給を低減することが好ましい。

この点灯装置において、前記制御部が前記負荷異常と判断した場合、負荷異常状態を報知する報知部を備えるが好ましい。

本発明の灯具は、半導体発光素子に静電保護素子が並列接続された半導体光源が複数個直列接続された光源に、直流電力を供給する点灯部と、前記点灯部の動作を制御する制御部とを備え、前記静電保護素子は、動作電圧より大きい電圧が両端間に印加された場合、両端電圧を前記動作電圧にクランプし、前記制御部は、前記半導体光源の各々に印加される電圧を検出する電圧検出部を有しており、前記電圧検出部の全ての検出値が、前記静電保護素子の前記動作電圧以下となるように、前記直流電力を制御する点灯装置と、半導体発光素子に静電保護素子が並列接続された半導体光源が複数個直列接続された光源と、前記点灯装置と前記光源とが取り付けられる灯具本体とを備えることを特徴とする。

本発明の車両は、半導体発光素子に静電保護素子が並列接続された半導体光源が複数個直列接続された光源に、直流電力を供給する点灯部と、前記点灯部の動作を制御する制御部とを備え、前記静電保護素子は、動作電圧より大きい電圧が両端間に印加された場合、両端電圧を前記動作電圧にクランプし、前記制御部は、前記半導体光源の各々に印加される電圧を検出する電圧検出部を有しており、前記電圧検出部の全ての検出値が、前記静電保護素子の前記動作電圧以下となるように、前記直流電力を制御する点灯装置と、半導体発光素子に静電保護素子が並列接続された半導体光源が複数個直列接続された光源と、前記点灯装置と前記光源とが取り付けられる灯具本体とを備える灯具を車両本体に備えることを特徴とする。

以上説明したように、本発明では、半導体発光ダイオード素子に並列接続された静電保護素子の破壊を防止することができるという効果がある。

本発明の実施形態１の点灯装置の回路構成図である。 同上の制御部の回路構成図である。 ３つの半導体光源が接続された点灯装置の概略構成図である。 複数のＬＥＤが接続された半導体光源を示す回路図である。 同上の実施形態２の点灯装置の回路構成図である。 同上の制御部の回路構成図である。 同上の制御部の動作を示すフローチャートである。 本発明の灯具を示す概略図である。 本発明の車両を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
本実施形態の点灯装置１の回路構成図を図１に示す。本実施形態の点灯装置１は、点灯部２と制御部３とで構成されている。

点灯部２は、コンデンサＣ１，Ｃ２とトランスＴ１とスイッチング素子Ｑ１とダイオー
ドＤ１と抵抗Ｒ１とで構成されている。そして、点灯部２は、点灯装置１に設けられた入力端子１ａ，１ｂを介して直流電源Ｅ１から供給される直流電圧Ｖ１を変換してコンデンサＣ２の両端間に直流電圧Ｖ２を生成する。

コンデンサＣ１は、直流電源Ｅ１の出力間（入力端子１ａ，１ｂ間）に接続されており、直流電圧Ｖ１を平滑する。

また、コンデンサＣ１と並列に、トランスＴ１の１次巻線Ｔ１１と、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１との直列回路が接続されている。また、トランスＴ１の２次巻線Ｔ１２の両端間に、ダイオードＤ１とコンデンサＣ２との直列回路が接続されている。すなわち、トランスＴ１とスイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ１とコンデンサＣ２とで昇降圧タイプのフライバックコンバータを構成している。

そして、スイッチング素子Ｑ１のゲートは制御部３に接続されており、制御部３によってスイッチング素子Ｑ１が高周波（例えば数１００ｋＨｚ）でスイッチング動作されることで、直流電圧Ｖ１を電力変換してコンデンサＣ２の両端間に直流電圧Ｖ２を生成する。

また、コンデンサＣ２と直列に電流検出用の抵抗Ｒ１が接続されており、コンデンサＣ２の両端が点灯回路２の出力を構成している。

そして、点灯回路２の出力は、出力端子１ｃ，１ｄを介して光源４に接続されており、コンデンサＣ２の両端間に生成される直流電圧Ｖ２を電源として、光源４にＬＥＤ電流Ｉ１を供給する。

光源４は、２つの半導体光源４１，４２が直列接続されることで構成されており、半導体光源４１が高圧側、半導体光源４２が低圧側に接続されている。半導体光源４１は、ＬＥＤ４１１とツェナーダイオードＺＤ１とで構成されており、ＬＥＤ４１１とツェナーダイオードＺＤ１とは互いに逆並列接続されている。半導体光源４２は、ＬＥＤ４２１とツェナーダイオードＺＤ２とで構成されており、ＬＥＤ４２１とツェナーダイオードＺＤ２とは互いに逆並列接続されている。

そして、ＬＥＤ４１１，４２１は、点灯装置１からＬＥＤ電流Ｉ１が供給されることで点灯する。また、ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２は、サージ等からＬＥＤ４１１，４１２を保護する静電保護素子として機能し、ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２の両端間にツェナー電圧より大きい電圧が印加された場合、ツェナー電圧にクランプする。

そして、制御部３は、抵抗Ｒ１の両端電圧を検出することでＬＥＤ電流Ｉ１を検出し、ＬＥＤ電流Ｉ１が目標値となるようにスイッチング素子Ｑ１をスイッチング制御する。なお、抵抗Ｒ１は、一端がコンデンサＣ２に接続され、他端がグランドに接続されているので、制御部３は、ＬＥＤ電流Ｉ１に応じて抵抗Ｒ１の一端に発生する負の電圧を検出する。以下、この電圧をフィードバック電圧Ｖ３と称す。

次に、制御部３の動作について図２を用いて説明する。なお、制御部３は、入出力端子３ａ〜３ｄを備えており、入出力端子３ａはスイッチング素子Ｑ１のゲートに接続され、入出力端子３ｂは、抵抗Ｒ１の一端に接続されている。また、入出力端子３ｃは、出力端子１ｃを介して半導体光源４１のＬＥＤ４１１のアノード側に接続されている。なお、以下、半導体光源４１，４２のＬＥＤ４１１，４２１のアノード側，カソード側を、半導体光源４１，４２のアノード側，カソード側と称す。また、入出力端子３ｄは、点灯装置１に設けられた検出端子１ｅを介して、半導体光源４１のカソード側と半導体光源４２のアノード側との接続点に接続されている。

制御部３は、反転増幅回路３１と誤差演算増幅回路３２と比較回路３３，３５，３６と差動増幅回路３４と、ＡＮＤ回路Ｂ１，Ｂ２とで構成されている。

反転増幅回路３１は、ＬＥＤ電流Ｉ１に応じて抵抗Ｒ１の一端に発生するフィードバック電圧Ｖ３を反転増幅して、誤差演算増幅回路３２に出力する。

反転増幅回路３１は、オペアンプＡ１と抵抗Ｒ１１，Ｒ１２とコンデンサＣ１１とで構成されている。オペアンプＡ１は、非反転入力端子がグランドに接続され、反転入力端子は、抵抗Ｒ１１を介してフィードバック電圧Ｖ３が入力される。また、オペアンプＡ１の反転入力端子と出力端子との間に、抵抗Ｒ１２とコンデンサＣ１１とが互いに並列接続された並列回路が接続されている。そして、上記構成によって反転増幅回路３１は、フィードバック電圧Ｖ３を負電圧から正電圧に反転増幅してフィードバック電圧Ｖ３ａを生成して誤差演算増幅回路３２に出力する。

誤差演算増幅回路３２は、オペアンプＡ２と抵抗Ｒ１３，Ｒ１４とコンデンサＣ１２と基準電圧生成部Ｅ２とで構成されている。オペアンプＡ２は、非反転入力端子が基準電圧生成部Ｅ２に接続されており、基準電圧生成部Ｅ２が出力する基準電圧Ｖｒｅｆ１が入力され、反転入力端子が抵抗Ｒ１３を介してオペアンプＡ１の出力に接続されており、フィードバック電圧Ｖ３ａが入力される。また、オペアンプＡ２の非反転入力端子と出力端子との間に、抵抗Ｒ１４とコンデンサＣ１２との直列回路が接続されている。そして、上記構成によって誤差演算増幅回路３２は、基準電圧Ｖｒｅｆ１とフィードバック電圧Ｖ３ａとの差分を演算増幅してフィードバック電圧Ｖ３ｂを生成し、差分回路３３に出力する。

差分回路３３は、コンパレータＰ１と発振回路３３１とで構成されている。コンパレータＰ１は、非反転入力端子がオペアンプＡ２の出力に接続されており、フィードバック電圧Ｖ３ｂが入力され、反転入力端子が発振回路３３１に接続されており、発振回路３３１が出力する三角波の高周波基準発振信号Ｓ１が入力される。そして、上記構成によって差分回路３３は、フィードバック電圧Ｖ３ａと高周波基準信号Ｓ１との差分に基づいて、出力レベルがハイレベルとローレベルとを交互に繰り返す制御信号Ｓ２を生成し、ＡＮＤ回路Ｂ１に出力する。なお、制御信号Ｓ２の出力レベルは、フィードバック電圧Ｖ３ａが高周波基準信号Ｓ１の出力レベルより大きいときはハイレベルとなり、フィードバック電圧Ｖ３ａが高周波基準信号Ｓ１の出力レベルより小さいときはローレベルとなる。

ＡＮＤ回路Ｂ１は、入力が差分回路３３の出力とＡＮＤ回路Ｂ２の出力とに接続されており、出力が入出力端子３ａを介してスイッチング素子Ｑ１のゲートに接続されている。そして、ＡＮＤ回路Ｂ１は、差分回路３３の出力とＡＮＤ回路Ｂ２の出力とに基づいて、制御信号Ｓ３をスイッチング素子Ｑ１のゲートに出力する。ＡＮＤ回路Ｂ２の出力レベルがハイレベルの場合、ＡＮＤ回路Ｂ１は、コンパレータＰ１が出力する制御信号Ｓ２に同期した制御信号Ｓ３を出力してスイッチング素子Ｑ１のスイッチング制御を行う。なお、ＡＮＤ回路Ｂ２の出力レベルがローレベルの場合については後述する。

制御信号Ｓ２のデューティ比は、オペアンプＡ２が出力するフィードバック電圧Ｖ３ｂによって決定され、基準電圧Ｖｒｅｆ１とフィードバック電圧Ｖ３ａとが一致するように制御信号Ｓ２のデューティ比が制御される。すなわち、基準電圧Ｖｒｅｆ１を所望の値に設定することによって、光源４に所望のＬＥＤ電流Ｉ１を供給することができる。例えば、基準電圧Ｖｒｅｆ１を大きく設定すると、フィードバック電圧Ｖ３ａを基準電圧Ｖｒｅｆ１に一致させるために制御信号Ｓ２のオンデューティが大きくなり、ＬＥＤ電流Ｉ１が大きくなる。

このように、反転増幅回路３１と誤差演算増幅回路３２と差分回路３３とでＬＥＤ電流Ｉ１をフィードバック制御してスイッチング素子Ｑ１のスイッチング制御を行うことで、ＬＥＤ電流Ｉ１を所望の値に制御することができる。それによって、点灯部２は、半導体光源４１，４２に所定の直流電力を供給している。

また、本実施形態の制御部３は、半導体光源４１，４２の各々に印加されている電圧を検出しており、この電圧が閾値を超えると点灯部１のスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を停止して、半導体光源４１，４２を保護する保護機能を備えている。以下に、この保護機能について説明する。

制御部３は、入出力端子３ｃが半導体光源４１のアノード側に接続されており、半導体光源４１のアノード側と半導体光源４２のカソード側との間の電圧（検出電圧Ｖ４ａ）を検出している。また、制御部３は、入出力端子３ｄが半導体光源４１，４２の接続点に接続されており、半導体光源４２の両端間の電圧（検出電圧Ｖ４ｂ）を検出している。そして、入出力端子３ｃ，３ｄは、制御部３に設けられた差動増幅回路３４に接続されており、検出電圧Ｖ４ａ，Ｖ４ｂの差分を演算することで、半導体光源４１に印加されている電圧を検出する。なお、差動増幅回路３４が本発明の電圧検出部に相当する。

差動増幅回路３４は、オペアンプＡ３と抵抗Ｒ１５〜Ｒ１８とで構成されている。オペアンプＡ３の非反転入力端子は、抵抗Ｒ１７と抵抗Ｒ１８との接続点に接続されており、抵抗Ｒ１７の一端は入出力端子３ｃに接続され、抵抗Ｒ１８の一端はグランドに接続されている。また、オペアンプＡ３の反転入力端子は、抵抗Ｒ１６を介して入出力端子３ｄに接続され、反転入力端子と出力端子との間に抵抗Ｒ１５が接続されている。そして、上記構成によって差動増幅回路３４は、検出電圧Ｖ４ａと検出電圧Ｖ４ｂとの差分を演算増幅して検出電圧Ｖ４ｃを生成し、差分回路３５に出力する。この検出電圧Ｖ４ｃが半導体光源４１に印加されている電圧に相当する。

差分回路３５は、コンパレータＰ２と基準電圧生成部Ｅ３とで構成されている。コンパレータＰ２は、非反転入力端子が基準電圧生成部Ｅ３に接続されており、基準電圧生成部Ｅ３が出力する基準電圧Ｖｒｅｆ２が入力され、反転入力端子がオペアンプＡ３に接続されており、検出電圧Ｖ４ｃが入力される。そして、上記構成によって差分回路３５は、基準電圧Ｖｒｅｆ２と検出電圧Ｖ４ｃとの差分に基づいて、出力レベルがハイレベルまたはローレベルの制御信号Ｓ４をＡＮＤ回路Ｂ２に出力する。すなわち、基準電圧Ｖｒｅｆ２が検出電圧Ｖ４ｃより大きい場合、制御信号Ｓ４の出力レベルはハイレベルとなり、基準電圧Ｖｒｅｆ２が検出電圧Ｖ４ｃより小さい場合、制御信号Ｓ４の出力レベルはローレベルとなる。

また、制御部３の入出力端子３ｄは差分回路３６に接続されており、半導体光源４２に印加されている電圧（検出電圧Ｖ４ｂ）を検出している。なお、差分回路３６が本発明の電圧検出部に相当する。

差分回路３６は、コンパレータＰ３と基準電圧生成部Ｅ４と抵抗Ｒ１９，Ｒ２０とで構成されている。コンパレータＰ３は、非反転入力端子が基準電圧生成部Ｅ４に接続されており、基準電圧生成部Ｅ４が出力する基準電圧Ｖｒｅｆ３が入力され、反転入力端子には、検出電圧Ｖ４ｂを抵抗Ｒ１９，Ｒ２０で分圧した電圧（検出電圧Ｖ４ｄ）が入力される。そして、上記構成によって差分回路３６は、基準電圧Ｖｒｅｆ３と検出電圧Ｖ４ｄとの差分に基づいて、出力レベルがハイレベルまたはローレベルの制御信号Ｓ５をＡＮＤ回路Ｂ２に出力する。すなわち、基準電圧Ｖｒｅｆ３が検出電圧Ｖ４ｃより大きい場合、制御信号Ｓ５の出力レベルはハイレベルとなり、基準電圧Ｖｒｅｆ３が検出電圧Ｖ４ｃより小さい場合、制御信号Ｓ５の出力レベルはローレベルとなる。

そして、ＡＮＤ回路Ｂ２は、差分回路３５，３６が出力する制御信号Ｓ４，Ｓ５のうち、少なくともいずれか一方の出力レベルがローレベルとなると、ＡＮＤ回路Ｂ２がＡＮＤ回路Ｂ１に出力する制御信号Ｓ６の出力レベルもローレベルとなる。そして、ＡＮＤ回路Ｂ１に入力される制御信号Ｓ６の出力レベルがローレベルとなると、差分回路３３が出力する制御信号Ｓ２の出力レベルに関わらず、ＡＮＤ回路Ｂ１が出力する制御信号Ｓ３の出力レベルがローレベルとなる。すなわち、スイッチング素子Ｑ１がオフ状態となり、スイッチング動作が停止して、光源４へのＬＥＤ電流Ｉ１の供給が停止する。

また、半導体光源４１の両端電圧が、ツェナーダイオードＺＤ１の動作電圧以上となる前にＬＥＤ電流Ｉ１の供給を停止する必要がある。しがたって、基準電圧Ｖｒｅｆ２は、基準電圧Ｖｒｅｆ２に対応する半導体光源４１の両端電圧が、ＬＥＤ４１１の正常時に取り得る順方向電圧の上限値（以下、上限順方向電圧と称す）と、ツェナーダイオードＺＤ１の動作電圧の最小値との間の電圧値となるように設定される。

同様に、基準電圧Ｖｒｅｆ３は、基準電圧Ｖｒｅｆ３に対応する半導体光源４２の両端電圧が、ＬＥＤ４２１の上限順方向電圧と、ツェナーダイオードＺＤ２の動作電圧の最小値との間の電圧値となるように設定される。

したがって、例えば、半導体光源４１のＬＥＤ４１１がオープン破壊した場合、制御部３のフィードバック機能によって所定のＬＥＤ電流Ｉ１を流すために半導体光源４１に印加する電圧が大きくなる。しかし、本実施形態では、半導体光源４１に印加される電圧を監視している。そして、半導体光源４１に印加される電圧に相当する検出電圧Ｖ４ｃが、閾値である基準電圧Ｖｒｅｆ２より大きくなると、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を停止して、ＬＥＤ電流Ｉ１の供給を停止する。それによって、ＬＥＤ４１１と並列接続されたツェナーダイオードＺＤ１に、ツェナーダイオードＺＤ１の動作電圧の上限を超えた電圧が印加される前にスイッチング動作を停止することで、ツェナーダイオードＺＤ１の破壊を防止することができる。

また、本実施形態では、半導体光源４１，４２の各々に印加される電圧を監視しているので、半導体光源４２のＬＥＤ４２１がオープンモードで破壊した場合でも、上記同様の制御が行われ、にツェナーダイオードＺＤ２の破壊を防止することができる。半導体光源４２に印加される電圧に相当する検出電圧Ｖ４ｄが、閾値である基準電圧Ｖｒｅｆ３より大きくなると、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を停止して、ＬＥＤ電流Ｉ１の供給を停止する。それによって、ＬＥＤ４２１と並列接続されたツェナーダイオードＺＤ２に、ツェナーダイオードＺＤ２の動作電圧の上限を超えた電圧が印加される前にスイッチング動作を停止することで、ツェナーダイオードＺＤ２の破壊を防止することができる。

このように、本実施形態では、半導体光源４１，４２の各々に印加される電圧を監視している。そして、この電圧がツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２の動作電圧を超える前にスイッチング動作を停止することで、ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２の破壊を防止することができる。

また、半導体光源４１，４２が同一構成である場合、基準電圧Ｖｒｅｆ２，Ｖｒｅｆ３を同一の値に設定してもよい。

また、半導体光源の数は２つに限定するものではなく、例えば図３に示すように、光源４は３つの半導体光源４１〜４３で構成されていてもよい。図３に示すように、光源４は、半導体光源４１〜４３が直列接続されることで構成されている。半導体光源４１，４２，４３は、ＬＥＤ４１１，４２１，４３１と、ＬＥＤ４１１，４２１，４３１に並列接続されたツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２，ＺＤ３とで構成されている。

また、点灯装置１は検出端子１ｅ，１ｆを備えており、検出端子１ｅは半導体光源４１，４２の接続点に接続されており、検出端子１ｆは半導体光源４２，４３の接続点に接続されている。そして、点灯装置１は、出力端子１ｃ，１ｄおよび検出端子１ｅ，１ｆの電圧を検出することで、各半導体光源４１〜４３に印加される電圧を監視している。

そして、上記で説明したように、半導体光源４１〜４３の各々に印加される電圧がツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ３の動作電圧を超える前にスイッチング動作を停止することで、ツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ３の破壊を防止することができる。

また、上記では半導体光源４１，４２，４３は各々の１つのＬＥＤ４１１，４２１，４３１とツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２，ＺＤ３とで構成されているが、これに限定するものではない。例えば、図４に示すように、半導体光源４１は、Ｎ個（Ｎは正の整数）のＬＥＤ４１１と、Ｎ個のＬＥＤ４１１と並列に接続されたツェナーダイオードＺＤ１とで構成されていてもよい。この場合、半導体光源４１の順方向電圧は、ＬＥＤ４１１の順方向電圧×Ｎとなる。

また、各々の半導体光源４１，４２，４３に設けられるＬＥＤ４１１，４２１，４３１の個数は互いに異なる数であってもよい。

（実施形態２）
本実施形態の点灯装置１の回路構成図を図５に示す。

本実施形態の光源４は、半導体光源４１，４２で構成されている。半導体光源４１は、４つのＬＥＤ４１１ａ〜４１１ｄとツェナーダイオードＺＤ１とで構成されており、ＬＥＤ４１１ａ〜４１１ｄは直列接続されており、ＬＥＤ４１１ａ〜４１１ｄと並列にツェナーダイオードＺＤ１が接続されている。また、半導体光源４２は、４つのＬＥＤ４２１ａ〜４２１ｄとツェナーダイオードＺＤ２とで構成されており、ＬＥＤ４２１ａ〜４２１ｄは直列接続されており、ＬＥＤ４２１ａ〜４２１ｄと並列にツェナーダイオードＺＤ２が接続されている。

また、本実施形態の制御部３は、信号出力端子３ｅを備えており、負荷に異常が発生した場合、外部に異常報知信号Ｓ７を出力する。なお、実施形態１と同一構成には同一符号を付して説明を省略する。以下に、制御部３の負荷異常検出機能について説明する。

図６に本実施形態の制御部３の構成を示す。本実施形態の制御部３は実施形態１の構成に加えて、負荷の異常を検出する異常検出部３７を備えている。

異常検出部３７は、マイクロコンピュータ３７１（以下、マイコン３７１と略称する）と、電圧検出部３７２，３７３と、信号出力部３７４とで構成されている。

電圧検出部３７２は、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２とコンデンサＣ１３とで構成されており、制御部３の入出力端子３ｃに接続され、検出電圧Ｖ４ａを検出している。電圧検出部３７２は、検出電圧Ｖ４ａを抵抗Ｒ２１と抵抗Ｒ２２とで分圧して検出電圧Ｖ４ｅを生成し、この検出電圧Ｖ４ｅをマイコン３７１の入力端子３７１ａに出力する。また、コンデンサＣ１３は、抵抗Ｒ２２と並列接続されており、検出電圧Ｖ４ｅを平滑している。

電圧検出部３７３は、抵抗Ｒ２３，Ｒ２４とコンデンサＣ１４とで構成されており、制御部３の入出力端子３ｄに接続され、検出電圧Ｖ４ｂを検出している。電圧検出部３７３は、検出電圧Ｖ４ｂを抵抗Ｒ２３と抵抗Ｒ２４とで分圧して検出電圧Ｖ４ｆを生成し、この検出電圧Ｖ４ｆをマイコン３７１の入力端子３７１ｂに出力する。また、コンデンサＣ１４は、抵抗Ｒ２４と並列接続されており、検出電圧Ｖ４ｆを平滑している。

また、マイコン３７１は、Ａ／Ｄ変換部を備えており、入力端子３７１ａ，３７１ｂに入力される検出電圧Ｖ４ｅ，Ｖ４ｆをデジタル値に変換して信号処理を行う。

信号出力部３７４は、ＮＰＮ型のトランジスタからなるスイッチング素子Ｑ１１で構成されており、マイコン３７１の出力端子３７１ｃから出力される制御信号Ｓ８によってスイッチング制御されることで、外部に異常報知信号Ｓ７を出力する。信号出力部３７４が本発明の報知部に相当する。

また、マイコン３７１は、半導体光源４１，４２のうち少なくともいずれか一方をオープン故障と判断した場合、出力端子３７１ｄからＡＮＤ回路Ｂ１に出力される制御信号Ｓ９の出力レベルをローレベルとする。それによって、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作が停止し、ＬＥＤ電流Ｉ１の供給が停止する。

以下に、図７に示すフローチャートを用いて、マイコン３７１の動作について説明する。

マイコン３７１は、点灯装置１の出力状態の監視を開始し（Ｆ１）、電圧検出３７２，３７３から出力される検出電圧Ｖ４ｅ，Ｖ４ｆを取得してデジタル値に変換する（Ｆ２）。

そして、マイコン３７１は、検出電圧Ｖ４ｅ，Ｖ４ｆから、半導体光源４１，４２の各両端間に印加されている電圧に相当する負荷電圧Ｖ４ｇ，Ｖ４ｈを算出する（Ｆ３）。半導体光源４１に印加されている電圧に相当する負荷電圧Ｖ４ｇ＝Ｖ４ｅ―Ｖ４ｆとなり、半導体光源４２に印加されている電圧に相当する負荷電圧Ｖ４ｈ＝Ｖ４ｆとなる。

次に、マイコン３７１は、負荷電圧Ｖ４ｇが所定の上限閾値ＶＨ１より大きいか否かを判定する（Ｆ４）。マイコン３７１が半導体光源４１の異常状態を検知するタイミングは、実施形態１で説明したＬＥＤ電流Ｉ１の供給を停止するタイミングよりも早くする必要がある。したがって、上限閾値ＶＨ１に対応する半導体光源４１の両端電圧が、基準電圧Ｖｒｅｆ２に対応する半導体光源４１の両端電圧と、ＬＥＤ４１１ａ〜４１１ｄの上限順方向電圧の和との間の電圧値となるように上限閾値ＶＨ１が設定されている。

また、マイコン３７１は、出力異常カウンタＣＨ１を備えており、負荷電圧Ｖ４ｇが上限閾値ＶＨ１より大きい場合、出力異常カウンタＣＨ１の値を１ずつカウントアップする（Ｆ１１）。そして、マイコン３７１は、出力異常カウンタＣＨ１のカウント値が閾値以上であるか否かを判定する（Ｆ１２）。

出力異常カウンタＣＨ１のカウント値が閾値以上である場合、マイコン３７１は負荷オープン異常状態であると判断する。すなわち、半導体光源４１のＬＥＤ４１１ａ〜４１１ｄのうち、少なくともいずれか１つにオープン故障が発生し、それによる発生電圧の上昇が所定時間継続して発生したことをもって、マイコン３７１は半導体光源４１がオープン異常状態であると判断する。

そして、マイコン３７１は、半導体光源４１がオープン異常状態であると判断すると、出力端子３７１ｃから信号出力部３７４に制御信号Ｓ８を出力してスイッチング素子Ｑ１１をスイッチング制御することで外部に異常報知信号Ｓ７を出力する（Ｆ２３）。異常報知信号Ｓ７は、点灯装置１の外部に接続される負荷や装置等に応じて構成される。例えば、異常が発生していない通常時は、異常報知信号Ｓ７の出力レベルをハイレベルまたは、低周波でハイレベルとローレベルとを繰り返すように構成し、異常時は、異常報知信号Ｓ７の出力レベルをローレベルとするように構成する。

さらに、マイコン３７１は、出力端子３７１ｄからＡＮＤ回路Ｂ１に出力される制御信号Ｓ９の出力レベルをローレベルとし、点灯装置１から光源４へのＬＥＤ電流Ｉ１の供給を停止する（Ｆ２４）。

一方、ステップＦ１２において、出力異常カウンタＣＨ１のカウント値が閾値未満である場合、マイコン３７１は半導体光源４２の状態判断を行う。

また、ステップＦ４において、負荷電圧Ｖ４ｇが上限閾値ＶＨ１よりも小さい場合、マイコン３７１は、負荷電圧Ｖ４ｇが下限閾値ＶＬ１よりも小さいか否かを判定する（Ｆ５）。下限閾値ＶＬ１は、下限閾値ＶＬ１に対応する半導体光源４１の両端電圧が、ＬＥＤ４１１ａ〜４１１ｄが正常時に取り得る順方向電圧の下限値（以下、下限順方向電圧と称す）の和よりも小さくなるように設定される。また、下限閾値ＶＬ１は、上記条件を満たし、かつなるべく大きい値に設定しておく。

また、マイコン３７１は、出力異常カウンタＣＬ１を備えており、負荷電圧Ｖ４ｇが下限閾値ＶＬ１よりも小さい場合、出力異常カウンタＣＬ１の値を１ずつカウントアップする（Ｆ１３）。そして、マイコン３７１は、出力異常カウンタＣＬ１のカウント値が閾値以上であるか否かを判定する（Ｆ１４）。

出力異常カウンタＣＬ１のカウント値が閾値以上である場合、マイコン３７１は負荷ショート異常状態であると判断する。すなわち、半導体光源４１のＬＥＤ４１１ａ〜４１１ｄのうち少なくともいずれか１つにショート故障が発生し、それによる半導体光源４１の順方向電圧の低下が所定時間継続して発生していることを検出する。それによって、マイコン３７１は半導体光源４１がショート異常状態であると判断する。そして、マイコン３７１は、半導体光源４１がショート異常状態であると判断すると、出力異常フラグＦＬ１をセットする（Ｆ１５）。そして、マイコン３７１は、出力端子３７１ｃから信号出力部３７４に制御信号Ｓ８を出力してスイッチング素子Ｑ１１をスイッチング制御することで外部に異常報知信号Ｓ７を出力し、その後、半導体光源４２の状態判断を行う（Ｆ１６）。

一方、ステップＦ１４において、出力異常カウンタＣＬ１のカウント値が閾値未満である場合も、マイコン３７１は半導体光源４２の状態の判断を行う。

また、ステップＦ５において、負荷電圧Ｖ４ｇが下限閾値ＶＬ１よりも大きい場合も、マイコン３７１は、出力異常カウンタＣＨ１，ＣＬ１のカウント値をクリアして、半導体光源４２の状態判断を行う（Ｆ６）。

このようにして、半導体光源４１の状態判断を行い、続いて半導体光源４２の状態判断を行う。半導体光源４２の状態判断を行う場合についても、上記で説明した半導体光源４１の状態判断と同様の処理が行われる。

まず、マイコン３７１は、負荷電圧Ｖ４ｈが所定の上限閾値ＶＨ２より大きいか否かを判定する（Ｆ７）。上限閾値ＶＨ２に対応する半導体光源４２の両端電圧が、基準電圧Ｖｒｅｆ３に対応する半導体光源４２の両端電圧と、ＬＥＤ４２１ａ〜４２１ｄの上限順方向電圧の和との間の電圧値となるように上限閾値ＶＨ２が設定されている。

また、マイコン３７１は、出力異常カウンタＣＨ２を備えており、負荷電圧Ｖ４ｈが上限閾値ＶＨ２より大きい場合、出力異常カウンタＣＨ２の値を１ずつカウントアップする（Ｆ１７）。そして、マイコン３７１は、出力異常カウンタＣＨ２のカウント値が閾値以上であるか否かを判定する（Ｆ１８）。

出力異常カウンタＣＨ２のカウント値が閾値以上である場合、マイコン３７１は負荷オープン異常状態であると判断し、出力端子３７１ｃから信号出力部３７４に制御信号Ｓ８を出力してスイッチング素子Ｑ１１をスイッチング制御する。それによって、外部に異常報知信号Ｓ７を出力する（Ｆ２３）。

さらに、マイコン３７１は、出力端子３７１ｄからＡＮＤ回路Ｂ１に出力される制御信号Ｓ９の出力レベルをローレベルとし、点灯装置１から光源４へのＬＥＤ電流Ｉ１の供給を停止する（Ｆ２４）。

また、ステップＦ７において、負荷電圧Ｖ４ｈが上限閾値ＶＨ２よりも小さい場合、マイコン３７１は、負荷電圧Ｖ４ｈが下限閾値ＶＬ２よりも小さいか否かを判定する（Ｆ８）。下限閾値ＶＬ２は、下限閾値ＶＬ２に対応する半導体光源４２の両端電圧が、ＬＥＤ４２１ａ〜４２１ｄの下限順方向電圧の和よりも小さくなるように設定される。また、下限閾値ＶＬ２は、上記条件を満たし、かつなるべく大きい値に設定しておく。

また、マイコン３７１は、出力異常カウンタＣＬ２を備えており、負荷電圧Ｖ４ｈが下限閾値ＶＬ２よりも小さい場合、出力異常カウンタＣＬ２の値を１ずつカウントアップする（Ｆ１９）。そして、マイコン３７１は、出力異常カウンタＣＬ２のカウント値が閾値以上であるか否かを判定する（Ｆ１９）。

出力異常カウンタＣＬ２のカウント値が閾値以上である場合、マイコン３７１は負荷ショート異常状態であると判断し、出力異常フラグＦＬ２をセットする（Ｆ２１）。そして、マイコン３７１は、出力端子３７１ｃから信号出力部３７４に制御信号Ｓ８を出力して、外部に異常報知信号Ｓ７を出力して、点灯装置１の出力状態の監視を継続する（Ｆ２２）。

また、ステップＦ８において、負荷電圧Ｖ４ｈが下限閾値ＶＬ２よりも大きい場合、マイコン３７１は、出力異常カウンタＣＨ２，ＣＬ２のカウント値をクリアする（Ｆ９）。

次に、マイコン３７１は、出力異常フラグＦＬ１，ＦＬ２のセット状態を確認する（Ｆ１０）。なお、ステップＦ１８において出力異常カウンタＣＨ２のカウント値が閾値未満である場合および、ステップＦ２０において出力異常カウンタＣＬ２のカウント値が閾値未満である場合、マイコン３７１は出力異常フラグＦＬ１，ＦＬ２のセット状態を確認する。

出力異常フラグＦＬ１，ＦＬ２の両方がセットされている場合、マイコン３７１は、半導体光源４１，４２の両方がショート故障していると判断する。そして、マイコン３７１は、出力端子３７１ｄからＡＮＤ回路Ｂ１に出力される制御信号Ｓ９の出力レベルをローレベルとし、点灯装置１から光源４へのＬＥＤ電流Ｉ１の供給を停止する（Ｆ２４）。

一方、出力異常フラグＦＬ１，ＦＬ２のうち、いずれか一方のみセットされている場合または、出力異常フラグＦＬ１，ＦＬ２の両方ともセットされていない場合、マイコン３７１は、半導体光源４１，４２の状態監視を継続する。

このように、上記構成および上記動作によって、本実施形態の点灯装置１は、半導体光源４１，４２のうち少なくとも一方がオープン故障した際に、ＬＥＤ電流Ｉ１の供給を停止するので、ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２の破壊を確実に防止することができる。また、点灯装置１は、半導体光源４１，４２がオープン故障した際に、速やかにＬＥＤ電流Ｉ１の供給を停止するので、不必要な出力の発生を無くすことができ、安全性を向上させることができる。また、点灯装置１は、半導体光源４１，４２がオープン異常状態であると判断すると、外部に異常報知信号Ｓ７を出力するので、ユーザーは半導体光源４１，４２の異常を速やかに認識することができる。

また、本実施形態の点灯装置１は、半導体光源４１，４２のオープン故障の検出だけでなく、半導体光源４１，４２のショート故障も検出することができる。点灯装置１は、半導体光源４１，４２の両方がショート故障した際に、ＬＥＤ電流Ｉ１の供給を停止すると共に、ユーザーに半導体光源４１，４２の異常を報知することができる。また、点灯装置１は半導体光源４１，４２のうち、いずれか一方のみがショート故障した場合は、外部に異常報知信号Ｓ７を出力して異常を報知すると共に、ＬＥＤ電流Ｉ１の供給を継続する。それによって、可能な限り点灯を継続することができ、不用意に消灯することがなく、安全性を向上させることができる。

また、マイコン３７１は、出力異常カウンタＣＨ１，ＣＨ２の閾値に応じた所定時間以上の間、負荷電圧Ｖ４ｇ，Ｖ４ｈが上限閾値ＶＨ１，ＶＨ２を上回っている場合、負荷オープン異常状態と判断する。また、マイコン３７１は、出力異常カウンタＣＬ１，ＣＬ２の閾値に応じた所定時間以上の間、負荷電圧Ｖ４ｇ，Ｖ４ｈが下限閾値ＶＬ１，ＶＬ２を下回っている場合、負荷ショート異常状態と判断する。したがって、サージやノイズ等による瞬間的な負荷電圧Ｖ４ｇ，Ｖ４ｈの変動によって、マイコン３７１が負荷異常状態である判断する誤動作を防止することができる。

なお、半導体光源４１，４２が同一構成である場合は、上限閾値ＶＨ１，ＶＨ２を同一の値および、下限閾値ＶＬ１，ＶＬ２を同一の値に設定してもよい。

また、本実施形態の光源４は２つの半導体光源４１，４２で構成されているが、３つ以上の半導体光源で構成されていてもよい。

また、点灯部２は上記に示したフライバックコンバータの構成に限定するものではなく、他の構成であってもよい。例えば、点灯部２はチューク（ＣＵＫ）コンバータなどで構成されていてもよい。

また、図７に示したマイコン３７１の動作フローも上記に限定するものではなく、同様の効果が得られる構成であればよい。

また、本実施形態では、マイコン３７１が負荷異常状態と判断した場合、信号出力部３７４から異常報知信号Ｓ７が出力され、点灯装置１の出力端子１ｇを介して外部機器に出力されるが、これに限定するものではない。例えば、点灯装置１に報知用ＬＥＤやブザー等の報知手段を設け、マイコン３７１が負荷異常状態と判断した場合、この報知手段を用いてユーザーに負荷異常状態を報知するように構成してもよい。

（実施形態３）
本実施形態の灯具５の断面図を図８に示す。本実施形態の灯具５は、車両用のヘッドランプ（前照灯）を構成しており、実施形態１または２で示した点灯装置１を備えている。

灯具５は、灯具本体５１の下面部に筐体でケーシングされた点灯装置１が取り付けられている。

また、半導体光源４１，４２が直列接続することで構成された光源４が、放熱板５２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５３と共に、光源ユニット５４を構成している。光源ユニット５４は、灯具本体５１に光源ユニット固定用冶具５５で固定されている。

また、点灯装置１に接続された電源線Ｃａ１は図示しないバッテリーに接続され、電源線Ｃａ１を介してバッテリーから電源供給される。また、点灯装置１に接続された信号線Ｃａ２は図示しない車両側ユニットに接続されており、信号線Ｃａ２を介して車両側ユニットに異常報知信号Ｓ７が出力される。また、点灯装置１に接続された出力線Ｃａ３は、光源４に接続され、出力線Ｃａ３を介して光源４にＬＥＤ電流Ｉ１が供給される。

本実施形態の灯具５は、実施形態１または２に示した点灯装置１を備えているので、光源４を構成する半導体光源４１，４２の各々の状態を監視しており、半導体光源４１，４２がオープン故障した際に、ＬＥＤ電流Ｉ１の供給を停止する。それによって、半導体光源４１，４２に設けられたツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２の破壊を防止することができる。さらに、点灯装置１は、負荷オープン異常状態と判断した場合、車両側ユニットに異常報知信号Ｓ７を出力するので、車両のドライバーに光源４の異常を確実に報知することができる。

また、半導体光源４１，４２のうち、いずれか一方がショート故障した際は、ドライバーに光源４の異常を報知すると共に、ＬＥＤ電流Ｉ１の供給を継続して可能な限り点灯を継続する。それによって、例えば夜間運転時において半導体光源４１，４２のうち、いずれか一方がショート故障した際でも、点灯を継続して視界を確保することで、ドライバーの安全性を向上させることができる。

（実施形態４）
本実施形態の車両６の外観図を図９に示す。本実施形態の車両６は、実施形態３に示した灯具５を、車両本体６１前面の左右に設けられており、実施形態３と同様の効果を得ることができる。

なお、灯具５は車両用のヘッドランプに限定するものではなく、例えばフォグランプなどを構成してもよい。

１ 点灯装置
２ 点灯部
３ 制御部
４ 光源
４１，４２ 半導体光源
４１１，４２１ ＬＥＤ（半導体発光素子）
ＺＤ１，ＺＤ２ ツェナーダイオード

Claims (6)

1. 半導体発光素子に静電保護素子が並列接続された半導体光源が複数個直列接続された光源に、所定の直流電力を供給する点灯部と、
   前記点灯部の動作を制御する制御部とを備え、
   前記静電保護素子は、動作電圧より大きい電圧が両端間に印加された場合、両端電圧を前記動作電圧にクランプし、
   前記制御部は、前記半導体光源の各々に印加される電圧を検出する電圧検出部を有しており、前記電圧検出部の全ての検出値が、前記静電保護素子の前記動作電圧以下となるように、前記直流電力を制御することを特徴とする点灯装置。
2. 前記制御部は、複数の前記半導体光源の各々に印加される電圧のうち少なくとも１つが、上限閾値を所定時間上回った場合、負荷異常と判断し、前記直流電力の供給を低減することを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
3. 前記制御部は、複数の前記半導体光源の各々に印加される電圧のうち少なくとも１つが、下限閾値を所定時間下回った場合、負荷異常と判断し、
   複数の前記半導体光源の各々に印加される電圧の全てが、前記下限閾値を所定時間下回った場合、前記直流電力の供給を低減することを特徴とする請求項１または２記載の点灯装置。
4. 前記制御部が前記負荷異常と判断した場合、負荷異常状態を報知する報知部を備えることを特徴とする請求項２または３記載の点灯装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の点灯装置と、
   半導体発光素子に静電保護素子が並列接続された半導体光源が複数個直列接続された光源と、
   前記点灯装置と前記光源とが取り付けられる灯具本体とを備えることを特徴とする灯具。
6. 請求項５記載の灯具を車両本体に備えることを特徴とする車両。

Images