JP2013159288A - 車両用灯具 - Google Patents

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Abstract

【課題】車両の運行状態により変化するバッテリーからの供給電圧の全範囲をカバーすることが可能な定電流回路を用いた車両用灯具を提供する。
【解決手段】バッテリー10からの供給電圧が10V以下になった場合、ツェナーダイオード42はオフ状態になり、PNPトランジスタ43aは、オフ状態になる。この状態で、PNPトランジスタ43bは、オン状態になり、直流電流Ifは、このPNPトランジスタ43bのコレクタからエミッタに流し込まれる。直流電流Ifは、LED20b,20cをバイパスし、LED20aには、定格電圧が供給され点灯が維持される。また、バッテリー10からの供給電圧が16V以上の場合、ツェナーダイオード51はオン状態になり、NPNトランジスタ53は、オン状態になる。この状態に基づいて基準電圧源回路34Aは、基準電圧Vsを通常の電圧より低い電圧に切り替えてオペアンプ33に出力する。
【選択図】 図1

Description

本発明は車両用灯具に関し、特に光源として発光素子を用いた車両用灯具に関する。
従来、電流の値により光の輝度が変化する特性を有しているLED(Light Emitting Diode)などの発光素子は、車両用灯具の光源として用いられている。このような光源を有する車両用灯具は、バッテリーなどの電源から発光素子に供給される直流電流が、一定の値となるように、例えば、定電流リニア回路を有している。この定電流リニア回路を有する従来の車両用灯具の一例について、図3を用いて説明する。
図3に示す車両用灯具は、昼間点灯(DRL:Daytime Running Lamps)、車幅灯などとして用いられる。この車両用灯具には、電源部であるバッテリー10から逆流防止用のダイオード11とグラウンド12とを介して、直流電流Ifが供給される。この直流電流Ifは、LED20a〜20c(以下、これらを区別する必要がないときは、LED20という)と定電流リニア回路部30に供給される。
LED20は、白色LEDで構成されており、定格電圧は、一般的に3.2Vから3.4Vであることより、3個の白色LEDが直列に接続されている。このLED20は、一端がダイオード11に接続され、他端が定電流リニア回路部30に接続されている。定電流リニア回路部30は、LED20の駆動電流としての直流電流Ifを、予め定められた定電流となるように制御する。
定電流リニア回路部30は、NMOSトランジスタ31、抵抗32、オペアンプ33、及び基準電圧源回路34を有している。NMOSトランジスタ31は、ドレインがLED20の上記の他端に接続され、ソースが抵抗32の一端に接続され、ゲートがオペアンプ33の出力端に接続されている。
抵抗32は、一端がNMOSトランジスタ31のソースに接続されるとともに、オペアンプ33の+入力端に接続されており、他端がグラウンド12に接続されている。オペアンプ33は、上記のとおり、出力端がNMOSトランジスタ31のゲート、+入力端が抵抗32の一端に接続されており、−入力端が基準電圧源回路34に接続されている。基準電圧源回路34は、オペアンプ33の−入力端に出力する基準電圧Vsを生成する回路である。
このような構成を有する定電流リニア回路部30は、直流電流Ifの値が、基準電圧Vsを抵抗32の抵抗値で除した値となるように、制御する。すなわち、オペアンプ33の+入力端の電圧と、−入力端の電圧とは、イマジナリーショートにより同電位となることで、抵抗32の一端が基準電圧Vsと同電位となることに応じて、直流電流Ifの値は定電流となる。
従来のこの車両用灯具において、バッテリー10は、一般的に定格電圧が12Vのものが使用されており、この出力電圧は、通常の車両の運行状態において、例えば10Vから16Vの間で変化する。また、この出力電圧は、昼間点灯の運用時にアイドリングストップを行うと、6V程度まで降下することがある。このような電圧降下が発生すると、LED20は、供給される駆動電圧が定格電圧外となり消灯、すなわち、車両用灯具が消えてしまう。これは、車両の運行において、他からの視認ができなくなり事故に結びつく危険性がある。
上記の問題に対しては、LEDを直列接続ではなく並列接続にする方法での対処もある。しかし、この方法は、車両用灯具の電流消費量が大きくなるという欠点があり、また、定電流になるように制御している場合に、LEDの部分的な故障などのときに、他の正常なLEDへの電流供給が大きくなるという問題がある。
また、車両用灯具に供給される電圧の降下による問題は、定電流リニア回路を用いずに、昇圧型DC−DCコンバータを用いて昇圧することで対処することもできる。しかし、この昇圧型DC−DCコンバータを用いた車両用灯具には、製品の価格が高く、また、ノイズの発生が多いという欠点がある。
一方、バッテリー10の出力電圧は、アルタネータからの過充電などにより、16Vを超える場合がある。この場合に、定電流リニア回路部30において、NMOSトランジスタ31の消費電力が大きくなる。例えば、バッテリー10の出力電圧が14Vの場合、各構成の電圧は、ダイオード11で0.7V、LED20で10.2V(3.4V×3)、NMOSトランジスタ31で2.75V、抵抗32で0.35Vである。この場合の電流を350mAとすると、NMOSトランジスタ31での消費電力は、2.75V×0.35Aで約1Wである。
一方、バッテリー10の出力電圧が上昇し、18Vとなった場合、各構成の電圧は、ダイオード11で0.7V、LED20で10.2V(3.4V×3)、NMOSトランジスタ31で6.75V、抵抗32で0.35Vである。この場合の電流を350mAとすると、NMOSトランジスタ31での消費電力は、6.75V×0.35Aで約2.3Wである。この場合、NMOSトランジスタ31には、かなりの発熱が発生する。
このようにNMOSトランジスタ31で発生した熱を逃がすためには、放熱板、広い放熱面積の確保などが必要となる。また、車両用灯具は、過電圧になったとき、消灯させることもできるが、上記のとおり安全性に問題がある。
特許文献1には、バッテリー電源からの電圧をDC−DCコンバータにより昇圧し供給し、LED光源群を発光させる車両用灯具において、異常が発生したときに、補助給電回路を備え、バッテリー電源の電位でLED光源群の一部を発光させる技術が開示されている。すなわち、この技術は、制御回路などで異常が発生し、LED光源群に対してのバッテリー電源からの電力の供給が遮断した場合、補助給電回路を起動させることで、バッテリー電源の電位でLED光源群の一部を発光させるというものである。
特開2010−115965号公報
上記の通り、従来の車両用灯具においては、昼間点灯を行っている場合に、アイドリングストップなどを行えば、バッテリーから、3個のLEDのそれぞれに対する電圧は、定格電圧を外れてしまう。このような駆動電圧では、これらLEDの全ては、消灯してしまうことになり、車両の運向上危険な状態となる。一方、バッテリーからの電圧が16Vを越えるような過電圧となった場合には、定電流リニア回路部に用いられているNMOSトランジスタは、発熱し破壊される可能性もある。
特許文献1に記載の昇降圧DC−DCコンバータを備えた車両用灯具は、上記のとおり、制御回路などに異常が発生した場合に、バッテリー電源の電位でLED光源群の一部を発光させるようにしたものである。すなわち、特許文献1に記載の車両用灯具は、バッテリーからの供給電圧が低下した場合を考慮したものではなく、上記の問題点を解決するような構成を有してはいない。
本発明は、上記の従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。すなわち、本発明は、車両の運行状態により変動するバッテリーからの低電圧や過電圧を含む全電圧範囲に対して消灯することのない、簡易な構成の定電流リニア回路を用いた車両用灯具の提供を目的とする。
このような目的を達成するために、本発明は、以下の構成によって把握される。
本発明の車両用灯具は、直列に接続された複数の発光素子と、前記複数の発光素子と直列に接続された定電流リニア回路部と、を備え、前記複数の発光素子は、直流電源から直流電流を供給され、前記定電流リニア回路部は、予め定められた基準電圧を有し、当該基準電圧に基づいて前記直流電流を、定電流とするように制御する車両用灯具において、前記直流電源の電圧を検出する低電圧検出スイッチ回路部であって、当該検出された電圧が、予め定められた値を満たさない場合に、前記直流電流が、前記複数の発光素子のなかで、予め定められた一又は複数の発光素子を、バイパスするように制御する低電圧検出スイッチ回路部を備えることを特徴とする。
本発明の車両用灯具は、上記の構成において、前記直流電源の電圧を検出する過電圧検出スイッチ回路部であって、当該検出された電圧が、予め定められた値を超えている場合に、前記基準電圧を低くなるようにし、前記直流電流を、前記定電流よりも小さい電流とするように制御する過電圧検出スイッチ回路部を備えることを特徴とする。
本発明の車両用灯具は、上記の構成において、前記低電圧検出スイッチ回路部は、ツェナーダイオードと、当該ツェナーダイオードがオンのときにオフになり、かつ、ツェナーダイオードがオフのときにオンになるトランジスタと、を備え、
前記トランジスタのエミッタとコレクタが、前記予め定められた一又は複数の発光素子の両端に接続され、前記検出された電圧が、予め定められた値を満たさない場合に、前記ツェナーダイオードがオフになるとともに、前記トランジスタがオンになることに基づいて、前記直流電流が、当該トランジスタに流れ込み、前記予め定められた一又は複数の発光素子をバイパスするように制御し、前記過電圧検出スイッチ回路部は、ツェナーダイオードと、当該ツェナーダイオードがオンのときにオンになり、かつ、当該ツェナーダイオードがオフのときにオフになるトランジスタと、を備え、前記トランジスタのコレクタが、前記定電流リニア回路部に接続され、前記検出された電圧が、予め定められた値を超えている場合に、前記ツェナーダイオードがオンになるとともに、前記トランジスタがオンになることに基づいて、前記定電流リニア回路部が、前記基準電圧を低くするように切り替えて、前記直流電流を前記定電流よりも小さい電流とするように制御することを特徴とする。また、前記発光素子は、LEDであることを特徴とする。
以上、説明したように、本発明の車両用灯具によれば、バッテリーからの低電圧や過電圧を含む全電圧範囲に対して、安価で簡易な構成で、発光素子を消灯することのないようにできる。すなわち、本発明は、低電圧検出スイッチ回路を有することにより、バッテリーなどの電源部からの電圧が10Vを満たさない低電圧になった場合でも、複数の発光素子の発光する数を減らし点灯を維持することができ、少ないLED数、消費電力で、広い電圧範囲の灯具としての機能を発揮できる。また、本発明の車両用灯具は、過電圧検出スイッチ回路を有することにより、バッテリーなどの電源部からの電圧が上昇し16Vを超える過電圧になった場合でも、直流電流を絞ることにより、点灯を維持し、発熱を防止することができ、放熱構造の簡易化(基板の小型化)が可能となる。
実施形態の車両用灯具を示すブロック回路図である。 実施形態の車両用灯具の電圧と点灯の一例を示す図である。 従来の車両用灯具を示すブロック回路図である。
以下、図1、図2を参照して、本発明の車両用灯具を実施するための形態(以下、実施形態という)について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。また、従来の車両用灯具において説明した構成及び内容については、詳細な説明を省略する。
図1は、実施形態を示すブロック回路図である。図1に示すとおり、実施形態の車両用灯具は、LED20a〜20c、定電流リニア回路部30A、低電圧検出スイッチ回路部40、及び過電圧検出スイッチ回路部50を有する。この車両用灯具は、バッテリー10からダイオード11とグラウンド12とを介して、直流電流Ifが供給される。
低電圧検出スイッチ回路部40は、抵抗41a〜41c、ツェナーダイオード42、及びPNPトランジスタ43a、43bを有する。抵抗41aは、一端がダイオード11を介してバッテリー10に接続され、他端が抵抗41bの一端に接続されるとともに、PNPトランジスタ43aのベースに接続されている。抵抗41bは、他端がツェナーダイオード42のカソードに接続されている。ツェナーダイオード42は、アノードがグラウンド12に接続されている。
PNPトランジスタ43aは、エミッタがダイオード11を介してバッテリー10に接続され、コレクタが抵抗41cの一端に接続されるとともに、PNPトランジスタ43bのベースに接続されている。抵抗41cは、他端がグラウンド12に接続されている。
PNPトランジスタ43bは、エミッタがLED20aとLED20bとの接続部に接続され、コレクタがLED20cとNMOSトランジスタ31との接続部に接続されている。すなわち、PNPトランジスタ43bがオン状態のときには、エミッタからコレクタに電流が流れることで、直流電流Ifは、LED20b,20cを流れずに、バイパスしてLED20aのみに流れるように構成されている。一方、PNPトランジスタ43bがオフ状態のときには、エミッタからコレクタに電流が流れずに、直流電流Ifは、バイパスせずに、LED20a〜20cに流れることになる。
以上が低電圧検出スイッチ回路部40の構成についての説明である。次に、低電圧検出スイッチ回路部40の作用効果について説明する。バッテリー10からの供給電圧が通常の電圧、例えば10Vを超えている場合、PNPトランジスタ43aのベースには、低電圧が入力され、このPNPトランジスタ43aは、オン状態となる。
すなわち、バッテリー10の上記の電圧が、抵抗41a,41bを介してツェナーダイオード42をオン状態にすることにより、PNPトランジスタ43aは、ベースにおける電圧が抵抗41aと抵抗41bで分圧され低電圧となり、エミッタからの電流がコレクタに流し込まれて、オン状態となっている。
PNPトランジスタ43aがオン状態の場合、PNPトランジスタ43bのベースには、バッテリー10からの電圧が供給され、高電圧となっている。すなわち、PNPトランジスタ43bは、エミッタからの電流がコレクタに流し込まれず、オフ状態となっている。この状態において、LED20a〜20cには、直流電流IfがPNPトランジスタ43bをバイパスせずに流れ、図2の通常電圧の部分が示すように点灯している。
一方、バッテリー10からの供給電圧が低電圧、例えば10V、又は10V未満の場合、PNPトランジスタ43aのベースには、高電圧が入力され、このPNPトランジスタ43aは、オフ状態となる。すなわち、バッテリー10からの電圧が、ツェナーダイオード42をオフ状態にすることにより、PNPトランジスタ43aは、ベースの電圧が高電圧となり、エミッタからの電流がコレクタに流し込まれずに、オフ状態になる。
PNPトランジスタ43aがオフ状態の場合、PNPトランジスタ43bのベースには、バッテリー10からの電圧が供給されずに、低電圧になる。すなわち、PNPトランジスタ43bは、エミッタからの電流がコレクタに流し込まれて、オン状態になり、直流電流Ifは、LED20b,20cをバイパスする。この状態において、直流電流Ifは、LED20aに流れ、図2の低電圧の部分が示すように、定格電圧が供給され点灯が維持されている。
このように、低電圧検出スイッチ回路部40の機能によれば、バッテリー10からの供給電圧が10V又は10V未満になった場合に、直流電流Ifは、LED20b,20cへの供給をバイパスさせ、LED20aのみに供給させることができる。
この場合、バッテリー10からLED20aに供給される電圧が3V付近になるまでは、このLED20aを点灯させることができる。すなわち、アイドリングストップを解除してエンジンを起動する場合などのバッテリー10からの供給電圧の極端な低下においても、安全性を確保することができる。
次に、過電圧検出スイッチ回路部50について説明する。過電圧検出スイッチ回路部50は、ツェナーダイオード51、抵抗52a,52b、及びNPNトランジスタ53を有する。ツェナーダイオード51は、カソードがダイオード11を介してバッテリー10に接続され、アノードが抵抗52aの一端と接続されるとともに、抵抗52bの一端にも接続されている。
抵抗52aは、他端がグラウンド12に接続され、抵抗52bは、他端がNPNトランジスタ53のベースに接続されている。NPNトランジスタ53は、コレクタが基準電圧源回路34Aに接続され、エミッタがグラウンド12に接続されている。
NPNトランジスタ53に接続されている基準電圧源回路34Aは、オペアンプ33に基準電圧Vsを出力している。この基準電圧Vsは、2段階に切り替わりオペアンプ33に出力される。この2段階の切り替わりは、NPNトランジスタ53のオン状態又はオフ状態に応じて行われる。
すなわち、基準電圧源回路34Aは、基準電圧Vsを、NPNトランジスタ53がオフ状態のときには、通常の電圧である基準電圧Vsを出力する。一方、基準電圧源回路34Aは、NPNトランジスタ53がオン状態のときには、通常の電圧より低い電圧の基準電圧Vsを出力する。なお、この通常の電圧である基準電圧Vsをオペアンプ33に出力する構成は、従来の例で説明した定電流リニア回路部30と同様である。
以上が定電流リニア回路部30Aと過電圧検出スイッチ回路部50の構成についての説明である。次に、これらの作用効果について説明する。バッテリー10からの供給電圧が通常の電圧、例えば16Vを超えていない場合、NPNトランジスタ53は、ベースが低電圧になり、オフ状態になる。
すなわち、バッテリー10の上記の電圧は、ツェナーダイオード51をオフ状態にすることにより、抵抗52a,52bには、バッテリー10からの電流は供給されない。このような状態において、NPNトランジスタ53は、ベースが低電圧となり、コレクタからの電流がエミッタに引っ張り込まれずに、オフ状態になる。NPNトランジスタ53がオフ状態のときには、基準電圧源回路34が、通常の電圧の基準電圧Vsをオペアンプ33に入力する。
一方、バッテリー10からの供給電圧が過電圧、例えば16V、又は16Vを超える場合、NPNトランジスタ53のベースには、高電圧が入力され、このNPNトランジスタ53は、オン状態になる。すなわち、バッテリー10の上記の電圧は、ツェナーダイオード51をオン状態にすることにより、抵抗52a,52bには、バッテリー10からの電流が供給される。
このような状態において、NPNトランジスタ53は、ベースが高電圧となり、コレクタからの電流がエミッタに引っ張り込まれ、オン状態になる。NPNトランジスタ53がオン状態のときには、基準電圧源回路34Aは、基準電圧Vsを通常の電圧より低い電圧に切り替えて出力し、オペアンプ33の−入力端に入力する。
基準電圧Vsが、通常の電圧より低い電圧になると、抵抗32の両端の電位は降下するとともに、この抵抗32に流れる電流、すなわち、直流電流Ifは小さくなる。この状態においては、図2の過電圧の部分が示すように、直流電流Ifは絞り込まれ、LED20a〜20cの発光は弱くなっているが、点灯は維持されている。
このように、定電流リニア回路部30Aと過電圧検出スイッチ回路部50の機能によれば、バッテリー10からの供給電圧が16V又は16Vを超える場合に、基準電圧Vsを小さくすることで、直流電流Ifを小さく、すなわち絞ることができ、NMOSトランジスタ31の消費電力を減少させることができる。この機能により、定電流リニア回路部30Aは発熱を抑制され、また、LED20の発光は減少するが、消灯することはなく、安全性は確保される。
以上の説明のとおり、低電圧検出スイッチ回路部40と過電圧検出スイッチ回路部50を有する実施形態の車両用灯具は、図2に示すように、例えば、LED20に供給される電圧が3V〜20Vの間を変化した場合の全電圧範囲において、LED20は、消灯することなく、安全性を確保して点灯し続けることができる。
以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記の実施形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。例えば、以下のような他の実施形態も含有する。
上記の実施形態の車両用灯具では、定電流リニア回路部は、NMOSトランジスタを用いて直流電流を制御しているが、これに限定されない。例えば、NPNトランジスタなどの他のスイッチ素子を用いてもよい。また、定電流リニア回路は、一般的なものが多種存在するが、実施形態のものに限定されず、他のものを用いてもよい。
上記の実施形態の車両用灯具では、低電圧検出スイッチ回路部はPNPトランジスタを、また、過電圧検出スイッチ回路部はNPNトランジスタを用いているが、これに限定されない。例えば、オン又はオフの信号で電流を制御できるスイッチ素子を用いてもよい。
上記の実施形態の車両用灯具では、発光素子として白色LEDを用いているが、これに限定されない。また、実施形態では、LEDの数は3個であるが、これに限定されない。例えば。車両の電源部からの電圧と、LEDの定格電圧とに応じて、最適なLEDの数を設定してもよい。
10・・・バッテリー
11・・・ダイオード
12・・・グラウンド
20a、20b、20c・・・LED
30、30A・・・定電流リニア回路部
31・・・NMOSトランジスタ
32・・・抵抗
33・・・オペアンプ
34、34A・・・基準電圧源回路
40・・・低電圧検出スイッチ回路部
41a、41b、41c・・・抵抗
42・・・ツェナーダイオード
43a、43b・・・PNPトランジスタ
50・・・過電圧検出スイッチ回路部
51・・・ツェナーダイオード
52a、52b・・・抵抗
53・・・NPNトランジスタ
If・・・直流電流
Vs・・・基準電圧

Claims (4)

  1. 直列に接続された複数の発光素子と、
    前記複数の発光素子と直列に接続された定電流リニア回路部と、を備え、
    前記複数の発光素子は、直流電源から直流電流を供給され、
    前記定電流リニア回路部は、予め定められた基準電圧を有し、当該基準電圧に基づいて前記直流電流を、定電流とするように制御する車両用灯具において、
    前記直流電源の電圧を検出する低電圧検出スイッチ回路部であって、当該検出された電圧が、予め定められた値を満たさない場合に、前記直流電流が、前記複数の発光素子のなかで、予め定められた一又は複数の発光素子を、バイパスするように制御する低電圧検出スイッチ回路部を備える
    ことを特徴とする車両用灯具。
  2. 前記直流電源の電圧を検出する過電圧検出スイッチ回路部であって、当該検出された電圧が、予め定められた値を超えている場合に、前記基準電圧を低くなるようにし、前記直流電流を、前記定電流よりも小さい電流とするように制御する過電圧検出スイッチ回路部を備える
    ことを特徴とする請求項1に記載の車両用灯具。
  3. 前記低電圧検出スイッチ回路部は、
    ツェナーダイオードと、当該ツェナーダイオードがオンのときにオフになり、かつ、ツェナーダイオードがオフのときにオンになるトランジスタと、を備え、
    前記トランジスタのエミッタとコレクタが、前記予め定められた一又は複数の発光素子の両端に接続され、
    前記検出された電圧が、予め定められた値を満たさない場合に、前記ツェナーダイオードがオフになるとともに、前記トランジスタがオンになることに基づいて、前記直流電流が、当該トランジスタに流れ込み、前記一又は複数の発光素子をバイパスするように制御し、
    前記過電圧検出スイッチ回路部は、
    ツェナーダイオードと、当該ツェナーダイオードがオンのときにオンになり、かつ、当該ツェナーダイオードがオフのときにオフになるトランジスタと、を備え、
    前記トランジスタのコレクタが、前記定電流リニア回路部に接続され、
    前記検出された電圧が、予め定められた値を超えている場合に、前記ツェナーダイオードがオンになるとともに、前記トランジスタがオンになることに基づいて、前記定電流リニア回路部が、前記基準電圧を低くなるように切り替えて、前記直流電流を前記定電流よりも小さい電流とするように制御する
    ことを特徴とする請求項2に記載の車両用灯具。
  4. 前記発光素子は、LEDであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の車両用灯具。
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