JP2014120444A - Ledランプ点灯装置、及び制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のLEDランプ点灯装置は、第1のランプ回路(LEDランプ111)と、第1のランプ回路に直列に接続される第2のランプ回路(LEDランプ112及び113)と、を備える。そして、第2のランプ回路が故障し、第2のランプ回路から第1のランプ回路へ電流を流せなくなった場合に、ランプ故障検出回路123は、この第2のランプ回路の故障を、第1のランプ回路又は第2のランプ回路中の何れかの点(例えば、ノードNA)の電位の変化により検出する。そして、第2のランプ回路の故障が検出された場合は、第1のスイッチ回路(サイリスタ121)により、第2のランプ回路を迂回して、ランプ駆動電源10から第1のランプ回路に電流を流す。
【選択図】図1
Description
この特許文献1に記載のLED点灯制御装置220は、電源232、ドライバ238及び制御部240を備え、ドライバは、複数のLEDが直列に接続されたLEDアレイ230の負極端子の電圧VdsによりLEDオープンエラーを検知し、制御部は、LEDオープンエラーが検知された場合、LEDオープンエラーが解除されるまで正極端子に印加するLED電圧VLEDを増大させ、LEDオープンエラーが解除されたときの電圧VLEDを仮LED電圧として決定し、LEDアレイを点灯させる場合、仮LED電圧よりも所定値だけ大きいLED電圧を印加するように、電源を制御する。これにより、簡単な回路構成でLEDオープンエラーを検知し、LED点灯時のLED電圧を適切に決定できる。
例えば、図10は、車両に使用されるLEDランプ回路の例を示す図である。図10(a)に示すLEDランプ回路は、例えば、走行用前照用のハイランプ(Hiランプ)と、すれ違い用前照灯用のローランプ(Lo1ランプ)と、同じくすれ違い用前照灯用のローランプ(Lo2ランプ)と、が直列に接続され、また、HiランプにスイッチSW1が並列に接続されて構成されている。
この図10(a)に示すLEDランプ回路では、例えば、Lo2ランプが故障(断線)すると、電流回路が遮断され、全てのランプが消燈になってしまうという問題がある。特に、車両においては、夜間に走行している場合にLEDランプが全消燈になると、非常に危険な状態に陥ることになる。
しかしながら、図10(b)に示す回路では、Hiランプ点灯時に、図10(a)の回路に比べて約2倍の電流が流れてしまうという問題がある。また、スイッチSW1が水等でぬれた場合に、スイッチSW1を介してリーク電流が流れ、Lo1及びLo2ランプ点灯時に、Hiランプも点灯してしまうという問題がある。
これにより、複数のLEDランプを含むLEDランプ回路における消費電流を低減するとともに、LEDランプ回路中の何れかのLEDランプが故障した場合においても、LEDランプが全消燈になることを回避することができる。
ランプ駆動電源10の負電圧側の端子10−1は、LEDランプ点灯装置100の外部端子aに接続され、ランプ駆動電源10の正電圧側の端子10−2は、LEDランプ点灯装置100の外部端子cに接続される。このランプ駆動電源10は、LEDランプの駆動電流ILをLEDランプ点灯装置100に供給する。LEDランプ点灯装置100は、複数のLEDランプ111,112,113及びダイオードD110を有するLEDユニット110と、ランプ故障制御部120とを有している。
スイッチ21は、一端が、ランプ駆動電源10の負電圧側の端子10−1と、LEDランプ点灯装置100の外部端子aとに接続される。スイッチ21の他端は、抵抗Roの一端に接続され、抵抗Roの他端は、LEDランプ点灯装置100の外部端子bに接続される。なお、抵抗Roは、スイッチ21のオン時のラッシュ電流(突入電流)を低減させるための抵抗値の低い抵抗である。
LEDユニット110は、複数のLEDランプが直列に接続された構成されるランプユニットであり、例えば、2輪車のヘッドランプである。このLEDユニット110は、ハイランプ(例えば、走行用前照灯)となるLEDランプ(Hi)111と、ダイオードD110と、ローランプ(例えば、すれ違い用前照灯)となるLEDランプ(Lo1)112と、同じくローランプとなるLEDランプ(Lo2)ランプ113と、が直列に接続されて構成されている。
なお、ダイオードD110は、後述するように電源短絡防止用のダイオードである。
このランプ故障制御部120において、抵抗R11の一端は、LEDユニット110のノードNAに接続され、抵抗R11の他端は、抵抗R12の一端と、サイリスタ121のカソード端子とに接続される。抵抗R12の他端は、抵抗R13の一端と、サイリスタ121のゲート端子Gとに接続される。抵抗R13の他端は、ツェナーダイオード122のアノード端子に接続され、ツェナーダイオード122のカソード端子は、LEDランプ点灯装置100の外部端子cに接続される。
上記の抵抗R11は、サイリスタ121のターンオン時のラッシュ電流(突入電流)を低減させるための抵抗値の低い抵抗である。
なお、ランプ故障制御部120において、抵抗R11と、抵抗R12と、抵抗R13と、ツェナーダイオード(定電圧ダイオード)122と構成される部分が、後述するランプ故障検出回路123となる。
次に、LEDランプ点灯装置100の動作について説明する。
図2は、通常動作時(LEDランプが故障していない時)のLEDランプ点灯装置100の動作について説明するための図であり、図3は、故障発生時のLEDランプ点灯装置100の動作について説明するための図である。
なお、以下の説明において、LEDランプ111をハイランプと呼ぶことがあり、LEDランプ112及び113をローランプと呼ぶことがある。
一方、図2(a)の状態において、ハイランプ111については、抵抗Roの抵抗値が低く、抵抗Roの両端に発生する電圧が小さいため(ノードNBと外部端子aとの間に発生する電圧が小さいため)、ハイランプ111に点灯に必要な電圧を供給できず、ハイランプ111は消燈状態になる。
図3(a)は、ハイランプ111が故障(断線)した場合を示し、図3(b)は、ローランプ112が故障(断線)した場合を示している。
なお、図3(a)に示す場合においても、ランプ故障制御部120は動作せず、このランプ故障制御部120が、LEDランプ112及び113に流れる電流I1に影響を与えることはない。
また、ローランプ113が故障(断線)した場合についても、ローランプ112が故障(断線)した場合と同様である。
なお、以下の説明においては、電圧値を比較する対象となる各電圧が負電圧(外部端子cの電圧を0Vとした場合)であるため、説明と理解の容易さのために、回路内の各電圧の大小の比較を行う場合は、電圧の絶対値により比較することがある。
例えば、図4(a)に示す通常動作の全点灯時において、電流I1が、「ローランプ113→ローランプ112→ダイオードD110→ハイランプ111」の経路で流れる場合は、ノードNAの電圧VNAは、
|VNA|≒|Vf1|+|Vf2|+|Vfd|となる。
ここで、Vf1は、ローランプ112の順方向電圧、Vf2は、ローランプ113の順方向電圧、Vfdは、ダイオードD110の順方向電圧である。例えば、ローランプ112及び113の順方向電圧を3V程度、ダイオードD110の順方向電圧を1Vとすると、|VNA|は、7V程度となる。
また、スイッチ21をオン状態にした場合のノードNAの電圧VNAは、
|VNA|≒|Vf1|+|Vf2|、となり、|VNA|は、6V程度となる。
|VNA|<|Vref|、
となるように設定すれば(例えば、|Vref|を9V程度に設定すれば)、通常動作時において、サイリスタ121が動作をすることはなく、このランプ故障制御部120が、LEDユニット110の動作に影響を及ばすことがなくなる。
従って、|VNA|>|Vref|、となり、ランプ駆動電源10から、電流Izが、「ツェナーダイオード122→抵抗R13→抵抗R12→抵抗R11→ハイランプ111」の経路で流れる。
これにより、ツェナーダイオード122のカソード端子と抵抗R13の一端(抵抗R12との接続点)との間に電圧Vz’が発生し、この電圧Vz’によりサイリスタ121のゲート端子にゲート電流Igが流れて、サイリスタ121がターンオンする。
また、ローランプ113が故障(断線)した場合についても、ローランプ112が故障(断線)した場合と同様である。
これにより、ローランプ112或いはローランプ113の故障時において、サイリスタ121を介して、ランプ駆動電源10からハイランプ111に電流を流して点灯することができる。
また、サイリスタ121を含むランプ故障制御部120を設けることにより、直列に接続されたLEDランプ111,112,113のうちの何れかのLEDランプが故障(断線)した場合においても、全てのLEDランプが消灯するモードはなくなり、少なくとも1灯のLEDランプのみは点灯することができる。
本実施形態のLEDランプ点灯装置100は、ランプ駆動電源10として、定電流制御機能と定電圧制御機能とを有する電源を用いることを前提としている。つまり、ランプ駆動電源10は、通常動作時の場合に、LEDランプに流れる電流が一定電流(より正確には、実効値又は平均値が一定の電流)になるように制御する定電流制御機能を備える。また、ランプ駆動電源10は、LEDランプが故障(断線)してLEDランプに流れる電流が途絶えた場合に、出力電圧を一定電圧まで上昇させて保持する定電圧制御機能を備える。
ここでは、単相交流発電機から出力される交流電圧によりバッテリに充電を行うとともに、上記のランプ駆動電源10の機能を備える、バッテリ充電装置の例について説明する。
図5は、LEDランプ点灯装置100を駆動するバッテリ充電装置の例を示す図である。図5に示すバッテリ充電装置1は、発電機2と、制御回路10Aと、DC負荷30と、バッテリ50と、LEDランプ点灯装置100とを有して構成されている。
DC負荷30は、車両の各種電装回路である。DC負荷30の一端は、制御回路10Aの外部端子10−4に接続され、他端は、接地されている。ヒューズ40は、バッテリ50の保護をする。ヒューズ40の一端は、制御回路10Aの外部端子10−4に接続され、他端は、バッテリ50の正極端子に接続されている。バッテリ50は、充電式の電池である。バッテリ50の正極端子は、ヒューズ40の他端に接続され、負極端子は、接地されている。
また、第2スイッチ制御部14は、第2サイリスタ制御回路15、ダイオードD1,D2、及び抵抗R1,R2,R3,R4を有して構成される。
そして、上述のランプ駆動電源10は、第2サイリスタ13(SCR2)、第2スイッチ制御部14、及び平滑用のコンデンサ(電解コンデンサ)C1により構成されている。
これにより、第1サイリスタ11は発電機2が出力する交流電圧VAを第1スイッチ制御部12の制御に基づき半波整流及び位相制御して、破線31のように、半波整流した出力電圧VoをDC負荷30、バッテリ50に供給する。
これにより、第1スイッチ制御部12は、発電機2の交流電圧VA及びバッテリ電圧VE(出力電圧Vo)を検出し、バッテリ50への過充電を防止するように第1サイリスタ11の導通タイミング(点弧位相)を制御する。
これにより、第2サイリスタ制御回路15は、LEDランプ点灯装置100に流れる電流(LEDランプの点灯電流)の実効値又は平均値が一定になるように、第2サイリスタ13の導通タイミング(点弧位相)を制御することができる。
これにより、抵抗R1と抵抗R2の接続点(ノードNc’)には、コンデンサC1の充電電圧Vcを分圧した電圧Vc’が発生する。この抵抗R1とR2の接続点(ノードNc’)には、ダイオードD1のカソード端子が接続され、ダイオードD1のアノード端子は、ノードNrに接続される。このノードNrには、第2サイリスタ制御回路15の入力端子in22と、ダイオードD2のアノード端子と、抵抗R4の一端とが接続される。また、抵抗R4の他端は外部端子Eを介して接地される。
これにより、コンデンサC1の充電電圧Vcの検出電圧Vc’が、ダイオードD1を介して、第2サイリスタ制御回路15に入力される。
次に、第2サイリスタ13の制御動作について説明する。
図6は、バッテリ充電装置1における第2サイリスタ13の制御動作について説明するための図である。この図6は、図5に示すバッテリ充電装置1において、LEDランプ点灯装置100と、制御回路10A内の第2サイリスタ13と、コンデンサC1と、第2スイッチ制御部14と、を抽出して示したものである。
また、この図6において、抵抗R1と抵抗R2とで構成される抵抗分圧回路が、コンデンサ電圧検出回路16として示され、ダイオードD1及びD2と抵抗R4とで構成される回路が、電圧信号選択回路17として示される。
電圧変換回路15−1は、電圧信号選択回路17で選択された信号電圧VRを、その実効値(又は平均値)を表す電圧VR’に変換し、変換した電圧VR’を比較回路15−2の一方の入力端子に出力する。この電圧VR’は、コンデンサC1の電圧Vc又は電流検出抵抗R3に流れる電流ILの検出値として取り扱われる。
これにより、第2スイッチ制御部14は、LEDランプ111,112,113を定電流で駆動することができる。また、第2スイッチ制御部14は、LEDランプ点灯装置100内のLEDランプ111,112,113の何れかのLEDランプに故障(断線)が発生し、LEDランプ111,112,113に電流を流せなくなり、その結果、コンデンサC1の充電電圧Vcが上昇する場合に、コンデンサC1の充電電圧Vcが過電圧にならないように、一定の電圧に制限することができる。
例えば、LEDランプ111,112,113のそれぞれの順電圧降下を3V程度とし、ダイオードD110の順電圧降下を1V程度とすると、LEDランプ111,112,113の全点灯時(スイッチ21のオフ状態時)には、コンデンサC1の充電電圧Vcの実効値(又は平均値)が、10V程度になるように、第2サイリスタ13の導通タイミングが制御される。また、LEDランプ112,113の2灯の点灯時(スイッチ21のオン状態時)には、コンデンサC1の充電電圧Vcの実効値が、6V程度になるように、第2サイリスタ13の導通タイミングが制御される。
このLEDランプ111,112,113の全消燈時には、ノードNiに発生する電圧Vi(電流フィードバック信号)が0Vになるため、電圧信号選択回路17は、ダイオードD1を介して、ノードNc’に発生する電圧Vc’(コンデンサC1の充電電圧Vcの検出電圧)を検出するように動作する。
これを回避するために、第2スイッチ制御部14では、LEDランプ111,112,113に電流ILを流すことができなくなった場合(電流フィードバック信号がなくなった場合)に、電圧信号選択回路17によりコンデンサC1の充電電圧Vcを検出して第2サイリスタ13の導通タイミングを制御する。これにより、第2スイッチ制御部14は、コンデンサC1の充電電圧Vcが所定の制限電圧(例えば、13V程度)以上にならないように、第2サイリスタ13の導通タイミングを制御することができ、コンデンサC1が過充電されることを防ぐことができる。
これにより、ランプ駆動電源10は、通常動作時において、LEDランプ111,112,113を定電流で駆動できる。また、ランプ駆動電源10は、LEDランプ点灯装置100内のLEDランプ111,112,113の何れかのLEDランプに故障(断線)が発生し、LEDランプ111,112,113に電流を流せなくなった場合に、LEDランプ点灯装置100に供給する電圧を一定の電圧まで上昇させて保持することができる。
すなわち、本発明におけるLEDランプ点灯装置は、LEDランプ点灯装置100が対応し、本発明におけるランプ駆動電源は、ランプ駆動電源10が対応する。また、本発明における第1のランプ回路は、LEDユニット110内のLEDランプ111が対応し、本発明における第2のランプ回路は、LEDランプ112及び113が対応し、本発明におけるランプ故障検出回路は、ランプ故障検出回路123が対応する。また、本発明における第1のスイッチ回路は、LEDランプ点灯装置100内のサイリスタ121と抵抗R11とが対応し、主には、サイリスタ121が対応する。また、本発明における第2のスイッチ回路は、スイッチ部20が対応し、本発明における第3のスイッチ回路は、ダイオードD110が対応する。
これにより、複数のLEDランプを含むLEDランプ回路における消費電流を低減するとともに、LEDランプ回路中の何れかのLEDランプが故障した場合においても、LEDランプが全消燈になることを回避することができる。
そして、LEDランプ点灯装置100は、ランプ駆動電源10の出力電圧が上記の所定の電圧まで上昇したことを回路内の電圧(例えば、ノードNAの電圧)の変化により検出し、第2のランプ回路(LEDランプ112及び113)において故障が発生したことを検出する。そして、LEDランプ点灯装置100は、第2のランプ回路(LEDランプ112及び113)において故障が生したことを検出した場合に、第1のスイッチ回路(サイリスタ121)をオン状態にし、この第1のスイッチ回路(サイリスタ121)介して、ランプ駆動電源10から第1のランプ回路(LEDランプ111)に電流を流す。
これにより、LEDランプ点灯装置100は、第2のランプ回路(LEDランプ112及び113)において故障が発生した場合に、ランプ駆動電源10の出力電圧が上昇したことを検出して、第1のスイッチ回路(サイリスタ121)を作動させ、この第1のスイッチ回路(サイリスタ121)を介して、ランプ駆動電源10から第1のランプ回路に電流を流すことができる。
このような構成のLEDランプ点灯装置100であれば、第2のスイッチ回路(スイッチ部20)により、例えば、車両のヘッドランプのハイビームとロービームとを切り替えることができる。
また、第2のランプ回路(LEDランプ112及び113)において故障が発生し、第1のスイッチ回路(サイリスタ121)から第1のランプ回路(LEDランプ111)に電流が流れる場合に、第3のスイッチ回路(ダイオードD110)により、第1のスイッチ回路(サイリスタ121)から第2のスイッチ回路(スイッチ部20)に電流が流れて電源短絡が発生することを抑止できる。
このような構成のLEDランプ点灯装置100では、第2のランプ回路(LEDランプ112及び113)において故障が発生したことを、ランプ駆動電源10の高電位側の端子とノードNA(LEDランプ111とダイオードD110の接続点)との間の電位差が基準電圧以上に上昇したことにより検出し、第1のスイッチ回路(サイリスタ121)の導通を開始させる。
これにより、第2のランプ回路(LEDランプ112及び113)において故障が発生したことを簡易な方法により検出できる。
例えば、図1に示す例では、LEDユニット110内のハイランプをハイランプ111が1個、ローランプがローランプ112及び113の2個の例を示したが、ハイランプは2個以上のLEDランプが直列に接続されたものであってもよく、また、ローランプは、1個であってもよく、また、3個以上のLEDランプが直列に接続されたものであってもよい。
21・・・スイッチ、100・・・LEDランプ点灯装置、
110・・・LEDユニット、111・・・LEDランプ(第1のランプ)、
112・・・LEDランプ(第2のランプ)、
113・・・LEDランプ(第3のランプ)、
120・・・ランプ故障制御部、121・・・サイリスタ(第1のスイッチ回路)、
122・・・ツェナーダイオード、123・・・ランプ故障検出回路、
D110・・・ダイオード(第3のスイッチ回路)、
R11・・・抵抗(第1の抵抗)、R12・・・抵抗(第2の抵抗)、
R13・・・抵抗(第3の抵抗)
Claims (6)
- ランプ駆動電源から電流の供給を受け、該電流により直列に接続された複数のLEDランプを駆動するLEDランプ点灯装置であって、
1又は複数のLEDランプが直列に接続されて構成される第1のランプ回路と、
前記第1のランプ回路に直列に接続されるランプ回路であって、1又は複数のLEDランプが直列に接続されて構成される第2のランプ回路と、
前記第2のランプ回路に故障が発生し、該第2のランプ回路に前記ランプ駆動電源から電流を流せなくなった場合に、該第2のランプ回路の故障を、前記第1のランプ回路又は前記第2のランプ回路中の何れかの点の電位の変化により検出するランプ故障検出回路と、
前記ランプ故障検出回路により前記第2のランプ回路の故障が検出された場合に、前記第2のランプ回路を迂回して前記ランプ駆動電源から前記第1のランプ回路に電流を流す第1のスイッチ回路と、
を備えることを特徴とするLEDランプ点灯装置。 - 前記ランプ駆動電源は、
定電圧制御機能と定電流制御機能を有して構成されており、
前記第1のランプ回路及び第2のランプ回路中の何れかのLEDランプに電流を流せる場合には、前記定電流制御機能により、前記LEDランプに定電流を流し、
前記第1のランプ回路及び第2のランプ回路中の何れのLEDランプにも電流を流せない場合には、前記定電圧制御機能により、出力電圧を所定の電圧まで上昇させて一定の電圧に制限する
ことを特徴とする請求項1に記載のLEDランプ点灯装置。 - 前記第1のランプ回路中のLEDランプの点灯又は消燈を選択するためのスイッチ回路であって、前記ランプ駆動電源から供給される電流を、前記第1のランプ回路を通して流すか、又は第1のランプ回路を迂回して流すかを選択する第2のスイッチ回路を
備えるとともに、
前記第1のランプ回路と前記第2のランプ回路との間に挿入されるスイッチ回路であって、前記第1のスイッチ回路から前記第2のスイッチ回路に電流が流れることを抑止する第3のスイッチ回路を
備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のLEDランプ点灯装置。 - 前記ランプ駆動電源の高電位側の端子と、前記第1のランプ回路又は前記第2のランプ回路中の何れかの点との間の電位差が所定の基準電圧以上になったことが前記ランプ故障検出回路により検出された場合に、前記第1のスイッチ回路が導通を開始する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のLEDランプ点灯装置。 - 前記ランプ駆動電源の低電位側の端子にカソード端子が接続される第1のLEDランプと、
前記第1のLEDランプのアノード端子にカソード端子が接続されるダイオードと、
前記ダイオードのアノード端子にカソード端子が接続される第2のLEDランプと、
前記第2のLEDランプのアノード端子にカソード端子が接続され、アノード端子が前記ランプ駆動電源の高電位側の端子に接続される第3のLEDランプと、
前記ダイオードのカソード端子と前記第1のLEDランプのアノード端子との接続点に一端が接続される第1の抵抗と、
前記第1の抵抗の他端にカソード端子が接続され、アノード端子が前記ランプ駆動電源の高電位側の端子に接続されるサイリスタと、
前記第1の抵抗の他端と前記サイリスタのカソード端子との接続点に一端が接続され、他端が前記サイリスタのゲート端子に接続される第2の抵抗と、
前記第2の抵抗の他端と前記サイリスタのゲート端子との接続点に一端が接続される第3の抵抗と、
前記第3の抵抗の他端にアノード端子が接続され、カソード端子が前記ランプ駆動電源の高電位側の端子に接続されるツェナーダイオードと、
を備えることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のLEDランプ点灯装置。 - ランプ駆動電源から電流の供給を受け、該電流により直列に接続された複数のLEDランプを駆動するLEDランプ点灯装置の制御方法であって、
1又は複数のLEDランプを直列に接続して第1のランプ回路を構成する手順と、
1又は複数のLEDランプが直列に接続されて構成される第2のランプ回路を、前記第1のランプ回路に直列に接続する手順と、
前記第2のランプ回路が故障が発生し、該第2のランプ回路に前記ランプ駆動電源から電流を流せなくなった場合に、該第2のランプ回路の故障を、前記第1のランプ回路又は前記第2のランプ回路中の何れかの点の電位の変化により検出するランプ故障検出手順と、
前記ランプ故障検出手順により前記第2のランプ回路の故障が検出された場合に、前記第2のランプ回路を迂回して前記ランプ駆動電源から前記第1のランプ回路に電流を流す手順と、
を含むことを特徴とする制御方法。
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