JP2014017115A

JP2014017115A - 発光ダイオード点灯装置及びこれを用いた照明器具並びに車載用照明器具

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Publication number: JP2014017115A
Application number: JP2012153724A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsumoto; 大志松本; Yoshiyuki Inada; 義之稲田; Takashi Aida; 隆志相田; Kazuya Kato; 一也加藤
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2014-01-30
Anticipated expiration: 2032-07-09
Also published as: JP6025093B2

Abstract

【課題】配線の簡略化が可能な発光ダイオード点灯装置を提供する。
【解決手段】発光ダイオード１１と、発光ダイオード１１を点灯させる点灯回路２１と、発光ダイオード１１に近接配置された感温抵抗３１と、発光ダイオード１１の定格電流に応じた抵抗値を有して感温抵抗３１とともに抵抗回路３を構成する識別用抵抗３２と、点灯回路２１を制御する制御回路２２を備える。制御回路２２は、発光ダイオード１１の点灯を開始させる前に抵抗回路３の抵抗値に基いて発光ダイオード１１の定格電流を判定し、発光ダイオード１１の点灯中は抵抗回路３の抵抗値から推定される温度に応じて上記の定格電流を越えない範囲内で点灯回路２１の出力電流Ｉを制御する。感温抵抗３１と識別用抵抗３２とが個別の配線を介して制御回路２２に接続される場合に比べ、配線の簡略化が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード点灯装置及びこれを用いた照明器具並びに車載用照明器具に関するものである。

従来から、感温抵抗によって発光ダイオードの温度を検出するとともに、検出された温度に応じて発光ダイオードへの入力電流を制御する発光ダイオード点灯装置が提供されている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、高温時には発光ダイオードへの入力電流を減少させることで発熱量を低減させ、これによって発光ダイオードの劣化を抑えるものである。

また、それぞれ定格電流が異なる複数種類の発光ダイオードを接続可能な発光ダイオード点灯装置において、定格電流の異なる発光ダイオードへの変更時に交換される固定抵抗（以下、「識別用抵抗」と呼ぶ。）を備えるものがある。すなわち、識別用抵抗の抵抗値は発光ダイオードの定格電流に応じた抵抗値とされるのであり、発光ダイオードへの出力電流は、識別用抵抗の抵抗値に基いて判定される定格電流以下とされる。

特開２００２−３６９５０６号公報

ここで、上記の感温抵抗と識別用抵抗とが個別の配線によって接続される場合、配線が複雑化してしまう。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、配線の簡略化が可能な発光ダイオード点灯装置及びこれを用いた照明器具並びに車載用照明器具を提供することにある。

本発明の発光ダイオード点灯装置は、少なくとも１個の発光ダイオードと、前記発光ダイオードを点灯させる点灯回路と、前記発光ダイオードに近接配置された感温抵抗と、前記発光ダイオードの定格電流に応じた抵抗値を有する識別用抵抗と、前記感温抵抗と前記識別用抵抗とが互いに接続されてなる抵抗回路の抵抗値に応じて前記点灯回路を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記発光ダイオードの点灯を開始させる前に前記抵抗回路の抵抗値に基いて前記発光ダイオードの定格電流を判定し、前記発光ダイオードの点灯中は前記抵抗回路の抵抗値から推定される温度に応じて前記定格電流を越えない範囲内で前記点灯回路の出力電流を制御することを特徴とする。

上記の発光ダイオード点灯装置において、前記制御回路は、前記温度が所定の定格維持温度以下であるときには前記出力電流を前記定格電流に維持するように前記点灯回路を制御し、前記温度が前記定格維持温度より高いときに前記温度が高いほど前記出力電流を減少させるように前記点灯回路を制御することが望ましい。

また、上記の発光ダイオード点灯装置において、前記制御回路は、前記温度が前記定格維持温度より高いとき、前記温度が高いほど、前記温度の変化幅に対する前記出力電流の変化幅を大きくすることが望ましい。

さらに、上記の発光ダイオード点灯装置において、前記抵抗回路に直列に接続された固定抵抗と、定電圧源とを備え、前記制御回路は、前記定電圧源の出力電圧が前記抵抗回路と前記固定抵抗とで分圧された電圧に基いて前記抵抗回路の抵抗値を検出してもよい。

本発明の照明器具は、上記いずれかの発光ダイオード点灯装置と、少なくとも前記発光ダイオードを保持する器具本体とを備えることを特徴とする。

本発明の車載用照明器具は、上記いずれかの発光ダイオード点灯装置と、少なくとも前記発光ダイオードを保持する器具本体とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、感温抵抗と識別用抵抗とが互いに接続されてなる抵抗回路が制御回路に接続されるので、感温抵抗と識別用抵抗とが個別の配線を介して制御回路に接続される場合に比べ、配線の簡略化が可能となる。

本発明の実施形態を示すブロック図である。同上の要部を示す回路図である。（ａ）は同上における抵抗回路の抵抗値と温度との関係の一例を示す説明図であり、（ｂ）は同上における温度と検出電圧との関係の一例を示す説明図である。同上における抵抗回路の抵抗値と出力電流との関係の一例を示す説明図であり、直線Ａ〜Ｃはそれぞれ識別用抵抗の抵抗値が異なる場合を示す。同上における抵抗回路の抵抗値と出力電流との関係の別の例を示す説明図であり、曲線Ａ〜Ｃはそれぞれ識別用抵抗の抵抗値が異なる場合を示す。同上における抵抗回路の抵抗値と出力電流との関係の更に別の例を示す説明図である。同上の比較例を示すブロック図である。同上を用いた照明器具の一例を示す説明図である。同上を用いた照明器具の別の例を示す説明図である。同上を用いた車載用照明器具の例を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

本実施形態は、図１に示すように、少なくとも１個の発光ダイオード１１と、発光ダイオード１１を点灯させる点灯回路２１と、点灯回路２１を制御する制御回路２２とを備える。

点灯回路２１は直流電源２３と発光ダイオード１１との間に介在し、発光ダイオード１１へ出力される電流（以下、単に「出力電流」と呼ぶ。）Ｉの電流値を、制御回路２２から入力される制御信号に応じた値とするようにフィードバック動作する。制御信号は、例えば、上記のフィードバック動作における電流値の目標値に応じたオンデューティを有する矩形波である。直流電源２３としては例えば周知のＡＣ−ＤＣコンバータや電池を用いることができる。また、点灯回路２１は例えば周知のバックコンバータを用いて実現することができる。

また、制御回路２２には、感温抵抗３１と識別用抵抗３２とが互いに直列に接続されてなる抵抗回路３が接続され、制御回路２２は、抵抗回路３の抵抗値に応じて点灯回路２１の出力電流を制御する。感温抵抗３１は、固定抵抗と呼ばれる一般的な抵抗器に比べて温度変化時の抵抗値の変化が大きい抵抗器である。このような感温抵抗３１としては、例えば、測温抵抗体と呼ばれるものや、サーミスタと呼ばれるものなどが知られている。感温抵抗３１は発光ダイオード１１（発光ダイオード１１が複数個存在する場合には発光ダイオード１１のうちの少なくとも１個）に近接配置され、これにより感温抵抗３１の抵抗値は発光ダイオード１１の温度に応じて変動する。また、識別用抵抗３２としては、発光ダイオード１１の定格電流に応じた抵抗値の固定抵抗が用いられる。

より具体的には、制御回路２２は、図２に示すように、定電圧源（図示せず）による定電圧Ｖｒｅｆが抵抗回路３と固定抵抗２５とで分圧された電圧（以下、「検出電圧」と呼ぶ。）Ｖｄに基いて抵抗回路３の抵抗値を検出する。ここで、感温抵抗３１が正の温度特性を有し図３（ａ）に示すように抵抗回路３の抵抗値Ｒが温度Ｔに対して直線状に増加する場合であって、図２のように固定抵抗２５を抵抗回路３よりも高電圧側に接続した場合、図３（ｂ）に示すように検出電圧Ｖｄは温度Ｔに対して単調に増加する。また、この場合、温度Ｔの増加幅に対する検出電圧Ｖｄの増加幅は、温度Ｔが高いほど小さくなる。想定される温度範囲内で制御回路２２に入力される検出電圧Ｖｄの範囲が、制御回路２２において許容される範囲内に収まるように、上記の定電圧Ｖｒｅｆの電圧値と固定抵抗２５の抵抗値とはそれぞれ決定される。

次に、制御回路２２の動作を説明する。

発光ダイオード１１の点灯を開始させる前に、制御回路２２は、図４に示すように、抵抗回路３の抵抗値Ｒａ０，Ｒｂ０，Ｒｃ０に基いて発光ダイオード１１の定格電流Ｉｒａ，Ｉｒｂ，Ｉｒｃを判定する。図４において、グラフＡ１、Ｂ１，Ｃ１はそれぞれ識別用抵抗３２の抵抗値が異なる場合を示す。すなわち、発光ダイオード１１が未だ点灯していない状態では、発光ダイオード１１の温度Ｔは室温程度であり、感温抵抗３１の抵抗値はほぼ一定とみなせるから、抵抗回路３の抵抗値Ｒａ０，Ｒｂ０，Ｒｃ０から識別用抵抗３２の抵抗値を推定することができる。抵抗回路３の抵抗値Ｒａ０，Ｒｂ０，Ｒｃ０から定格電流Ｉｒａ，Ｉｒｂ，Ｉｒｃを導出する手段としては、テーブルが用いられてもよいし、演算が用いられてもよい。

定格電流Ｉｒａ，Ｉｒｂ，Ｉｒｃが判定された後は、制御回路２２は、判定された上記の定格電流Ｉｒａ，Ｉｒｂ，Ｉｒｃを越えない範囲内で、抵抗回路３の抵抗値Ｒから推定される温度Ｔに応じて、点灯回路２１の出力電流Ｉを制御する。温度Ｔから出力電流Ｉ（厳密には点灯回路２１に対して指示される目標値）を導出する手段としては、テーブルが用いられてもよいし、演算が用いられてもよい。ここでいうテーブルは、複数段階の出力電流Ｉに対し、それぞれ異なる範囲の温度Ｔ（厳密には、検出電圧Ｖｄのように、温度Ｔに応じて変化する入力値）が対応付けられたものである。例えばテーブルが用いられる場合、制御回路２２は、入力された検出電圧Ｖｄが属する範囲に対して上記のテーブル中で対応付けられた出力電流Ｉを指示する制御信号を、点灯回路２１に入力する。また、上記のテーブルや、上記の演算に用いられる数式としては、発光ダイオード１１の種別毎（つまり定格電流Ｉｒａ，Ｉｒｂ，Ｉｒｃ毎）に異なるものが用いられる。

具体的には例えば、制御回路２２は、図４に示すように、抵抗回路３の抵抗値Ｒが高いほど（すなわち温度Ｔが高いほど）、出力電流Ｉを直線状に減少させるように点灯回路２１を制御する。ここで、発光ダイオード１１の劣化が許容される程度に抑えられると考えられる出力電流（以下、「許容電流」と呼ぶ。）は、温度Ｔが高いほど減少するのであり、上記制御において出力電流Ｉは温度Ｔ毎の許容電流以下とされる。上記のような制御により、発光ダイオード１１の劣化が抑えられる。

または、発光ダイオード１１の点灯中の制御回路２２の動作としては、図５にグラフＡ２，Ｂ２，Ｃ２で示すように、抵抗回路３の抵抗値Ｒが所定値Ｒａ１，Ｒｂ１，Ｒｃ１以下であるとき（つまり、検出された温度Ｔが所定の温度以下であるとき）には出力電流Ｉを定格電流Ｉｒａ，Ｉｒｂ，Ｉｒｃに維持するように点灯回路２１を制御してもよい。上記所定の温度（以下、「定格維持温度」と呼ぶ。）は、発光ダイオード１１に定格電流Ｉｒａ，Ｉｒｂ，Ｉｒｃを入力しても特に問題がないと考えられる温度（つまり、許容電流が定格電流Ｉｒａ，Ｉｒｂ，Ｉｒｃに一致するとみなせる温度）の上限値である。なお、定格維持温度は、発光ダイオード１１の種別毎（識別用抵抗３２の抵抗値毎）に異なっていてもよい。

ここで、発光ダイオード１１の劣化は温度が高いほど進行しやすいので、一定の温度上昇（例えば１℃の温度上昇）によって上記の許容電流が低下する幅は高温域であるほど大きくなると考えられている。そこで、出力電流Ｉを上記の許容電流により近くするため、図６にグラフＡ３で示すように、定格維持温度以上の温度範囲での出力電流Ｉの変化を、温度Ｔ（抵抗回路３の抵抗値Ｒ）が高いほど温度Ｔの変化幅に対する出力電流Ｉの変化幅が大きく（つまりグラフＡ３の傾きが大きく）されるような、上に凸の曲線状としてもよい。

上記のような制御回路２２は例えばデジタル回路を用いて周知技術で実現可能であるので、詳細な図示並びに説明は省略する。

上記構成によれば、感温抵抗３１と識別用抵抗３２とが互いに接続されてなる抵抗回路３が制御回路２２に接続されるので、図７に示すように感温抵抗３１と識別用抵抗３２とが個別の配線を介して制御回路２２に接続される場合に比べ、配線の簡略化が可能となる。具体的には、感温抵抗３１及び識別用抵抗３２の接続に用いられる配線は、図７の例では２対４本が用いられているのに対し、図１に示す本実施形態では１対２本ですむ。また、感温抵抗３１と識別用抵抗３２とが１個のコネクタを介して制御回路２２に接続される場合、配線の簡略化に伴って、上記のコネクタの小型化も可能となる。

なお、抵抗回路３において感温抵抗３１と識別用抵抗３２とが互いに並列に接続されている場合であっても、抵抗回路３の抵抗値Ｒから感温抵抗３１や識別用抵抗３２の個々の抵抗値を推定することは可能である。ただし、感温抵抗３１と識別用抵抗３２とは互いに直列に接続されたほうが、互いに並列に接続された場合よりも、抵抗回路３の抵抗値Ｒからの上記個々の抵抗値の推定が容易であるから望ましい。

また、図１では発光ダイオード１１は１個のみ示されているが、複数個の発光ダイオード１１が互いに並列又は直列に接続されてなる発光ダイオードアレイが点灯回路２１に接続されてもよい。その場合、ここでいう発光ダイオード１１の定格電流Ｉｒａ，Ｉｒｂ，Ｉｒｃや許容電流は、上記の発光ダイオードアレイ全体としての定格電流や許容電流を指す。

上記のような発光ダイオード点灯装置は、例えば図８，図９に示すような照明器具や図１０に示すような車載用照明器具に用いることができる。以下、上下方向は図を基準として説明する。

図８，図９の照明器具は、それぞれ、下方に開口した有底筒状の器具本体４１を備える。発光ダイオード１１は複数個（図８では３個、図９では４個）であって基板１０に実装されており、この基板１０は発光ダイオード１１が実装された面を下方に向けて器具本体４１内に固定されている。また、抵抗回路３も、器具本体４１に収納されている。さらに、器具本体４１の開口は、透光性を有する材料（例えばガラス）からなるカバー４２によって覆われている。器具本体４１は天井材５に設けられた埋込穴５０に埋込配設される。

さらに、図８の照明器具においては、点灯回路２１と制御回路２２と直流電源２３とはそれぞれ器具本体４の外側において回路ケース２４に収納されている。また、各発光ダイオード１１と抵抗回路３とは、それぞれ、電線６とコネクタ６０とを介して回路ケース２４内の点灯回路２１や制御回路２２に電気的に接続されている。上記の回路ケース２４は天井材５の上側に配置される。

また、図９の照明器具においては、点灯回路２１と制御回路２２と直流電源２３とはそれぞれ発光ダイオード１１の基板（以下、「光源用基板」と呼ぶ。）１０とは別途の基板（以下、「回路用基板」と呼ぶ。）２０に実装されている。さらに、回路ケース２４は用いられず、回路用基板２０は、光源用基板１０の上側において、実装面を下方に向けて器具本体４１内に収納及び保持されている。また、コネクタ６０は用いられず、点灯回路２１と発光ダイオード１１との電気的な接続、及び、制御回路２２と抵抗回路３との電気的な接続は、それぞれ電線６を介して行われている。

図８や図９の照明器具においては、直流電源２３としては、例えば、商用電源から供給された交流電力を直流電力に変換するＡＣ−ＤＣコンバータが用いられる。

さらに、図１０の車載用照明器具は、自動車において前照灯として用いられるものであって、一端（図１０での左端）が開口した有底筒状の器具本体４１と、透光性を有する材料からなり器具本体４１の開口を閉塞するカバー４２とを備える。発光ダイオード１１は、放熱フィン１２に熱的に接続され、器具本体４１に収納及び保持されている。また、器具本体４１内には、発光ダイオード１１の光をカバー４２側（図１０での左側）へ配光する反射板１３も収納及び保持されている。点灯回路２１と制御回路２２とはそれぞれ回路ケース２４に収納され、この回路ケース２４は器具本体４１の下側に固定されている。図１０のような車載用照明器具においては、直流電源２３としては車載バッテリーが用いられる。

３抵抗回路
１１発光ダイオード
２１点灯回路
２２制御回路
２５固定抵抗
３１感温抵抗
３２識別用抵抗

Claims

少なくとも１個の発光ダイオードと、
前記発光ダイオードを点灯させる点灯回路と、
前記発光ダイオードに近接配置された感温抵抗と、
前記発光ダイオードの定格電流に応じた抵抗値を有する識別用抵抗と、
前記感温抵抗と前記識別用抵抗とが互いに接続されてなる抵抗回路の抵抗値に応じて前記点灯回路を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記発光ダイオードの点灯を開始させる前に前記抵抗回路の抵抗値に基いて前記発光ダイオードの定格電流を判定し、前記発光ダイオードの点灯中は前記抵抗回路の抵抗値から推定される温度に応じて前記定格電流を越えない範囲内で前記点灯回路の出力電流を制御することを特徴とする発光ダイオード点灯装置。
前記制御回路は、前記温度が所定の定格維持温度以下であるときには前記出力電流を前記定格電流に維持するように前記点灯回路を制御し、前記温度が前記定格維持温度より高いときに前記温度が高いほど前記出力電流を減少させるように前記点灯回路を制御することを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード点灯装置。
前記制御回路は、前記温度が前記定格維持温度より高いとき、前記温度が高いほど、前記温度の変化幅に対する前記出力電流の変化幅を大きくすることを特徴とする請求項２記載の発光ダイオード点灯装置。
前記抵抗回路に直列に接続された固定抵抗と、定電圧源とを備え、
前記制御回路は、前記定電圧源の出力電圧が前記抵抗回路と前記固定抵抗とで分圧された電圧に基いて前記抵抗回路の抵抗値を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光ダイオード点灯装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光ダイオード点灯装置と、少なくとも前記発光ダイオードを保持する器具本体とを備えることを特徴とする照明器具。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光ダイオード点灯装置と、少なくとも前記発光ダイオードを保持する器具本体とを備えることを特徴とする車載用照明器具。