JP2016062686A

JP2016062686A - Ｌｅｄ点灯装置

Info

Publication number: JP2016062686A
Application number: JP2014187771A
Authority: JP
Inventors: 雄介梅田; Yusuke Umeda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2016-04-25
Anticipated expiration: 2034-09-16
Also published as: JP6257485B2

Abstract

【課題】直列に接続された複数個のＬＥＤのうち任意のＬＥＤを独立して点灯及び消灯しながらも、一部のＬＥＤの消灯時に点灯対象のＬＥＤに過大なサージ電流を流すことなく、かつ、一部のＬＥＤの点灯時にすべてのＬＥＤが一時的に消灯することがない、簡単な構成のＬＥＤ点灯装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ点灯装置１００は、ＬＥＤ３０_１〜３０_ｎに流れる電流をバイパスしてＬＥＤ３０_１〜３０_ｎを消灯させるＦＥＴ４０_１〜４０_ｎと、ＦＥＴ４０_１〜４０_ｎを駆動する駆動回路４１_１〜４１_ｎとを有している。駆動回路４１_１〜４１_ｎは、入力電流Ｉｉｎの通電によって光を発するＬＥＤ４１３_１〜４１３_ｎと、光を受光して出力電流Ｉｏｕｔを発するＰＤＡ４１４_１〜４１４_ｎとを対向させたフォトカプラ４１５_１〜４１５_ｎを用いて構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数個の発光ダイオード（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ，ＬＥＤ）を用いたＬＥＤ光源を点灯するＬＥＤ点灯装置に関するものであり、特に車載用のＬＥＤ光源に適したＬＥＤ点灯装置に関する。

従来、車両の前照灯などの光源にハロゲン電球が用いられている。ハロゲン電球の代替として、長寿命かつメンテナンスが不要なＬＥＤが普及してきている。

車載用のＬＥＤ光源には、複数個のＬＥＤが用いられている。一般にＬＥＤは順方向電圧Ｖｆが個々に異なるため、複数個のＬＥＤを並列に接続するとＬＥＤごとに直流入力直流出力電源（以下「ＤＣ／ＤＣコンバータ」という）などの電源回路が必要となり、配線が増えるとともに回路が複雑になる。このため、車載用のＬＥＤ光源は、複数個のＬＥＤを直列に接続して、各ＬＥＤで電源回路を共用している。

また、複数個のＬＥＤをそれぞれ独立して点灯及び消灯することで、歩行者又は道路標識などを含む領域のみを照らしたり、あるいは対向車などを含む領域のみ消灯したりする、いわゆる「配光可変型前照灯」も普及し始めている。複数個のＬＥＤをそれぞれ独立して点灯及び消灯する構成として、ＬＥＤに対して並列にスイッチング素子を接続したものが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。この構成は、スイッチング素子をＯＮ状態にすることで、ＬＥＤに供給される電流をスイッチング素子にバイパスして、スイッチング素子を接続したＬＥＤのみを消灯するものである。

スイッチング素子をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切替えると、点灯対象のＬＥＤの個数が減少するため、ＬＥＤ光源の点灯に必要な電圧が低下する。一方、スイッチング素子をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切替えると、点灯対象のＬＥＤの個数が増加するため、ＬＥＤ光源の点灯に必要な電圧が上昇する。しかしながら、電源回路は出力電圧を平滑化する平滑コンデンサを有しており、出力電圧を瞬時に低下させたり上昇させたりすることができない。このため、スイッチング素子のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを急峻に切替えた場合、スイッチング素子をＯＮ状態に切替えたときに点灯対象のＬＥＤに過大なサージ電流が流れたり、スイッチング素子をＯＦＦ状態に切替えたときに供給電圧が不足してすべてのＬＥＤが一時的に消灯したりする課題があった。

これに対し、特許文献１のＬＥＤ点灯装置は、スイッチング素子に電界効果トランジスタ（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＦＥＴ）を用いて、ＦＥＴのゲート端子に積分回路を接続している。積分回路により、スイッチング素子のゲート電圧の変化を緩慢にしている。また、特許文献２のＬＥＤ点灯装置は、スイッチング素子のインピーダンスを調整する切替制御回路を設けている。切替制御回路により、スイッチング素子のゲート電圧の変化を緩慢にしている。特許文献１及び特許文献２のＬＥＤ点灯装置は、スイッチング素子のゲート電圧の変化を緩慢にすることで、スイッチング素子をＯＮ状態に切替えたときに点灯対象のＬＥＤに過大なサージ電流が流れるのを抑制している。

また、従来、入力側の発光素子にＬＥＤを用いて、出力側の受光素子に光を受けて電流を発するフォトダイオードアレイ（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅＡｒｒａｙ，ＰＤＡ）を用いたフォトカプラが開発されている。特許文献３には、このフォトカプラを用いてＦＥＴを駆動する半導体式リレーが開示されている。

特開２００８−１２６９５８号公報特開２０１４−７１４４号公報特開２０１４−１７６７５号公報

特許文献１及び特許文献２のＬＥＤ点灯装置は、ＬＥＤ点灯用の電源回路とは独立したＦＥＴ駆動用の電源を設けている。このため、ＬＥＤ点灯装置が大型になったり、回路が複雑になったりする課題があった。

また、特許文献１及び特許文献２には、直列に接続された複数個のＬＥＤのうち、電源回路の高電圧側に接続された一部のＬＥＤ、又はグランド（以下「ＧＮＤ」という）側に接続された一部のＬＥＤのいずれかを点灯及び消灯させる構成しか開示されていない。すなわち、直列に接続された複数個のＬＥＤのうち、中間に接続されたＬＥＤのみを点灯及び消灯させることができない課題があった。

また、特許文献３の半導体式リレーは、直列に接続された複数個のＬＥＤをそれぞれ独立して点灯及び消灯するために用いられるものではなかった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、直列に接続された複数個のＬＥＤのうち任意のＬＥＤを独立して点灯及び消灯することができ、簡単な構成で実現することができ、一部のＬＥＤの消灯時に点灯対象のＬＥＤに過大なサージ電流が流れるのを防ぐことができ、かつ、一部のＬＥＤの点灯時にすべてのＬＥＤが一時的に消灯するのを防ぐことができるＬＥＤ点灯装置を提供することを目的とする。

本発明のＬＥＤ点灯装置は、複数個のＬＥＤを直列に接続した光源に対して電力を供給する電源回路と、少なくとも１個のＬＥＤに対して並列に接続され、ＬＥＤに流れる電流をバイパスしてＬＥＤを消灯させるスイッチング素子と、スイッチング素子を駆動する駆動回路と、電源回路及び駆動回路を制御する制御部と、を備え、駆動回路は、入力電流の通電によって光を発する発光素子と、光を受光して出力電流を発する受光素子とを対向させたフォトカプラを用いて構成されているものである。

本発明のＬＥＤ点灯装置は、スイッチング素子の駆動回路に、入力側に光を発するＬＥＤを用い、出力側に光を受けて電流を発するフォトダイオードを用いたフォトカプラを用いている。入力に対する出力の応答が遅いという半導体式リレーの一般に欠点とみなされている特性を有効に活用することで、直列に接続された複数個のＬＥＤのうち任意のＬＥＤを独立して点灯及び消灯することができ、簡単な構成で実現することができ、一部のＬＥＤの消灯時に点灯対象のＬＥＤに過大なサージ電流が流れるのを防ぐことができ、かつ、一部のＬＥＤの点灯時にすべてのＬＥＤが一時的に消灯するのを防ぐことができる。

本発明の実施の形態１のＬＥＤ点灯装置の構成を示す説明図である。本発明の実施の形態１の駆動回路の構成を示す説明図である。本発明の実施の形態１の駆動回路の入力電流及び出力電流と、スイッチング素子の駆動電圧とを示す特性図である。図４（ａ）は、従来のＬＥＤ点灯装置の電流経路を示す説明図である。図４（ｂ）は、従来のＬＥＤ点灯装置が一部のＬＥＤを消灯する際のスイッチング素子の駆動電圧、ＬＥＤ光源の点灯に必要な電圧、電源回路の出力電圧及びＬＥＤに流れる電流を示す特性図である。図５（ａ）は、従来のＬＥＤ点灯装置の電流経路を示す説明図である。図５（ｂ）は、従来のＬＥＤ点灯装置が一部のＬＥＤを点灯する際のスイッチング素子の駆動電圧、ＬＥＤ光源の点灯に必要な電圧、電源回路の出力電圧及びＬＥＤに流れる電流を示す特性図である。図６（ａ）は、本発明の実施の形態１のＬＥＤ点灯装置の電流経路を示す説明図である。図６（ｂ）は、本発明の実施の形態１のＬＥＤ点灯装置が一部のＬＥＤを消灯する際のスイッチング素子の駆動電圧、ＬＥＤ光源の点灯に必要な電圧、電源回路の出力電圧及びＬＥＤに流れる電流を示す特性図である。図７（ａ）は、本発明の実施の形態１のＬＥＤ点灯装置の電流経路を示す説明図である。図７（ｂ）は、本発明の実施の形態１のＬＥＤ点灯装置が一部のＬＥＤを点灯する際のスイッチング素子の駆動電圧、ＬＥＤ光源の点灯に必要な電圧、電源回路の出力電圧及びＬＥＤに流れる電流を示す特性図である。本発明の実施の形態２のＬＥＤ点灯装置の構成を示す説明図である。本発明の実施の形態３のＬＥＤ点灯装置の構成を示す説明図である。図１０（ａ）は、本発明の実施の形態３の交流電源の出力電圧を示す特性図である。図１０（ｂ）は、本発明の実施の形態３の整流部が整流した電圧を示す特性図である。図１０（ｃ）は、本発明の実施の形態３のＬＥＤ点灯装置の動作を示す説明図である。

実施の形態１．
図１を参照して、本発明の実施の形態１のＬＥＤ点灯装置について説明する。
電源１の高電圧側に第１入力端子２０が接続されており、電源１の低電圧側に第２入力端子２１が接続されている。第１入力端子２０と第１出力端子２２間に、コイル２３及びダイオード２４が直列に接続されている。コイル２３とダイオード２４間に、ＦＥＴ２５のドレイン端子が接続されている。第２入力端子２１、ＦＥＴ２５のソース端子及び第２出力端子２６は、ＧＮＤに接続されており、電気的に接地されている。第１出力端子２２と第２出力端子２６間に、平滑コンデンサ２７が接続されている。第１入力端子２０、第２入力端子２１、第１出力端子２２、コイル２３、ダイオード２４、ＦＥＴ２５、第２出力端子２６及び平滑コンデンサ２７によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ（電源回路）２が構成されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２の第１出力端子２２と第２出力端子２６間に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２に対して並列に、ｎ個（ｎは２以上の自然数）のＬＥＤ３０_１〜３０_ｎが直列に接続されている。ＬＥＤ３０_１〜３０_ｎによって、ＬＥＤ光源（光源）３が構成されている。

ｎ個のＬＥＤ３０_１〜３０_ｎの各々に対して、ｎ個のＦＥＴ（スイッチング素子）４０_１〜４０_ｎがそれぞれ並列に接続されている。すなわち、ＬＥＤ３０_１〜３０_ｎのアノードにＦＥＴ４０_１〜４０_ｎのドレイン端子が接続されており、ＬＥＤ３０_１〜３０_ｎのカソードにＦＥＴ４０_１〜４０_ｎのソース端子が接続されている。

ｎ個のＦＥＴ４０_１〜４０_ｎの各々のゲート端子に、ｎ個の駆動回路４１_１〜４１_ｎがそれぞれ接続されている。駆動回路４１_１〜４１_ｎは、ＦＥＴ４０_１〜４０_ｎにゲート電圧を印加して、ＦＥＴ４０_１〜４０_ｎを駆動させるものである。ＦＥＴ４０_１〜４０_ｎ及び駆動回路４１_１〜４１_ｎによって、スイッチ部４が構成されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２のＦＥＴ２５のゲート端子と、スイッチ部４の駆動回路４１_１〜４１_ｎとの間に、制御部５が接続されている。制御部５は、点灯指示装置６が出力した信号に応じて、ＦＥＴ２５のゲート電圧を変化させることで、第１出力端子２２と第２出力端子２６間の出力電圧を制御するものである。制御部５は、点灯指示装置６が出力した信号に応じて、駆動回路４１_１〜４１_ｎに供給する電流を制御するものである。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２の第１入力端子２０と、スイッチ部４の駆動回路４１_１〜４１_ｎと、制御部５との間に、制御電源７が接続されている。制御電源７は、例えば、電源１が出力した１２ボルト（Ｖ）の直流電圧を５Ｖの直流電圧に変換して、駆動回路４１_１〜４１_ｎ及び制御部５に供給するものである。ＤＣ／ＤＣコンバータ２、スイッチ部４、制御部５及び制御電源７によって、ＬＥＤ点灯装置１００が構成されている。

ここで、電源１、ＬＥＤ光源３、点灯指示装置６及びＬＥＤ点灯装置１００は、図示しない車両に搭載されている。電源１は、例えば、車両に搭載したバッテリにより構成されている。ＬＥＤ光源３は、例えば、車両の前照灯に設けられている。点灯指示装置６は、例えば、車両の運転席に設けた点灯スイッチなどで構成されている。ＬＥＤ点灯装置１００の制御部５は、例えば、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）又は専用の集積回路などで構成されている。

次に、図２を参照して、駆動回路４１_１〜４１_ｎの詳細な構成について説明する。図２は、一例として駆動回路４１_１を示している。
制御部５に、トランジスタ４１１_１のベース端子が接続されている。トランジスタ４１１_１のエミッタ端子は、ＧＮＤに接続されており、電気的に接地されている。トランジスタ４１１_１のコレクタ端子と制御電源７間に、抵抗素子４１２_１及びＬＥＤ（発光素子）４１３_１が直列に接続されている。

ＬＥＤ４１３_１と対向して、ＰＤＡ（受光素子）４１４_１が、ＬＥＤ４１３_１が発した光をＰＤＡ４１４_１で受光できる程度に狭い間隔を挟んで配置され、フォトカプラ４１５_１が構成されている。

ＰＤＡ４１４_１のアノード側は、ＦＥＴ４０_１のゲート端子に接続されている。ＰＤＡ４１４_１のカソード側は、ＦＥＴ４０_１のソース端子に接続されている。ＦＥＴ４０_１のゲート端子とソース端子間に、放電抵抗４１６_１が接続されている。

トランジスタ４１１_１、抵抗素子４１２_１、フォトカプラ４１５_１及び放電抵抗４１６_１によって、駆動回路４１_１が構成されている。駆動回路４１_２〜４１_ｎも、駆動回路４１_１と同様にトランジスタ４１１_２〜４１１_ｎ、抵抗素子４１２_２〜４１２_ｎ、フォトカプラ４１５_２〜４１５_ｎ及び放電抵抗４１６_２〜４１６_ｎを有しているため、図示及び説明を省略する。

次に、図１〜図３を参照して、ＬＥＤ点灯装置１００の動作について、駆動回路４１_１〜４１_ｎの動作を中心に説明する。
ここで、初期状態において、制御部５は、第１出力端子２２と第２出力端子２６間の出力電圧が略０Ｖとなるように、ＦＥＴ２５のゲート電圧を設定しているものとする。また、制御部５は、ＦＥＴ４０_１〜４０_ｎがすべてＯＦＦ状態となるように、トランジスタ４１１_１〜４１１_ｎへの電流供給を停止しているものとする。

まず、点灯指示装置６が、すべてのＬＥＤ３０_１〜３０_ｎを点灯することを示す信号を制御部５に出力する。制御部５は、第１出力端子２２と第２出力端子２６間の出力電圧がすべてのＬＥＤ３０_１〜３０_ｎの点灯に必要な電圧となるように、ＦＥＴ２５のゲート電圧を変化させる。ＦＥＴ４０_１〜４０_ｎがすべてＯＦＦ状態であるため、すべてのＬＥＤ３０_１〜３０_ｎに電流が流れて、すべてのＬＥＤ３０_１〜３０_ｎが点灯する。

次いで、時刻ｔ１において、点灯指示装置６は、ＬＥＤ３０_１〜３０_ｎの一部（例えばＬＥＤ３０_１のみ）を消灯させることを示す信号を制御部５に出力する。制御部５は、第１出力端子２２と第２出力端子２６間の出力電圧が残余のＬＥＤ３０_２〜３０_ｎの点灯に必要な電圧となるように、ＦＥＴ２５のゲート電圧を変化させる。

また、制御部５は、トランジスタ４１１_１のベース端子への電流供給を開始する。これにより、図２に示す如く、制御電源７とＧＮＤ間に入力電流Ｉｉｎが流れる。入力電流Ｉｉｎは、制御電源７が出力し、抵抗素子４１２_１、ＬＥＤ４１３_１及びトランジスタ４１１_１のコレクタ−エミッタ間を順次流れる電流である。

入力電流Ｉｉｎが流れることで、ＬＥＤ４１３_１が発光する。ＬＥＤ４１３_１が発した光を、ＰＤＡ４１４_１が受光する。受光した光に応じて、ＰＤＡ４１４_１のアノード−カソード間に起電力が生じて、アノード−カソード間に出力電流Ｉｏｕｔが流れる。出力電流Ｉｏｕｔが流れることにより、ＦＥＴ４０_１のゲート端子にゲート電圧Ｖｇが印加される。

一般に、ＰＤＡ４１４_１の出力電流Ｉｏｕｔの大きさは数１０μＡ程度であり、非常に小さい。このため、ＦＥＴ４０_１が持つゲート容量により、図３に示す如く、入力電流Ｉｉｎ及び出力電流Ｉоｕｔの立ち上がりに対してゲート電圧Ｖｇの立ち上がりが緩慢になる。すなわち、時刻ｔ１で入力電流Ｉｉｎ及び出力電流Ｉｏｕｔが流れ始めてから、時刻ｔ１’でゲート電圧ＶｇがＯＮ電圧に達するまでの間に時間差が生じ、時刻ｔ１から時刻ｔ１’にかけてゲート電圧Ｖｇの値が徐々に上昇する。

ゲート電圧Ｖｇの上昇に伴い、第１出力端子２２からＬＥＤ３０_１に供給されていた電流がＦＥＴ４０_１にバイパスされる。ゲート電圧ＶｇがＯＮ電圧になると、ＦＥＴ４０_１及びＬＥＤ３０_２〜３０_ｎに流れる電流はＬＥＤ３０_２〜３０_ｎの定格電流となる。これにより、ＬＥＤ３０_１のみが消灯し、残余のＬＥＤ３０_２〜３０_ｎは点灯を継続する。

次いで、時刻ｔ２において、点灯指示装置６は、すべてのＬＥＤ３０_１〜３０_ｎを点灯することを示す信号を制御部５に出力する。制御部５は、第１出力端子２２と第２出力端子２６間の出力電圧がすべてのＬＥＤ３０_１〜３０_ｎの点灯に必要な電圧となるように、ＦＥＴ２５のゲート電圧を変化させる。

また、制御部５は、トランジスタ４１１_１への電流供給を停止する。これにより、入力電流Ｉｉｎが停止して、ＬＥＤ４１３_１が発光を停止する。ＬＥＤ４１３_１の発光が停止したことにより、ＰＤＡ４１４_１に流れる出力電流Ｉｏｕｔも停止して、ＰＤＡ４１４_１のアノード−カソード間に起電力が生じなくなり、ＦＥＴ４０_１のゲート電圧Ｖｇの値が低下する。

このとき、ＦＥＴ４０_１に蓄えられていたゲート電荷は、放電抵抗４１６_１を介して放電される。放電抵抗４１６_１の抵抗値を十分に大きく設定しておくことで、図３に示す如く、入力電流Ｉｉｎ及び出力電流Ｉоｕｔの立ち下がりに対してゲート電圧Ｖｇの立ち下りが緩慢になる。すなわち、時刻ｔ２で入力電流Ｉｉｎ及び出力電流Ｉｏｕｔが停止してから、時刻ｔ２’でゲート電圧ＶｇがＯＦＦ電圧（図３では０Ｖ）になるまでの間に時間差が生じ、時刻ｔ２から時刻ｔ２’にかけてゲート電圧Ｖｇの値が徐々に低下する。

ゲート電圧Ｖｇの低下に伴い、ＦＥＴ４０_１にバイパスされていた電流がＬＥＤ３０_１に流れるようになり、ＬＥＤ３０_１が点灯する。残余のＦＥＴ４０_２〜４０_ｎはＯＦＦ状態を継続しているため、すべてのＬＥＤ３０_１〜３０_ｎが点灯する。

次に、図４〜図７を参照して、ＬＥＤ点灯装置１００の効果について説明する。
図４（ａ）は、実施の形態１の比較対象として、駆動回路に前記フォトカプラを用いておらず、ＦＥＴ４０_１〜４０_ｎのゲート電圧の立ち上がり及び立ち下りが急峻なＬＥＤ点灯装置（以下「従来のＬＥＤ点灯装置」という）を示している。従来のＬＥＤ点灯装置において、ＦＥＴ４０_１をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切替えると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電流の経路が、すべてのＬＥＤ３０_１〜３０_ｎを通る第１経路から、ＦＥＴ４０_１をバイパスして残余のＬＥＤ３０_２〜３０_ｎを通る第２経路に切替わる。

このとき、点灯対象のＬＥＤの個数が減少することから、図４（ｂ）に示す如く、ＬＥＤ光源３を点灯させるために必要な電圧がＶ１からＶ２に低下する。しかしながら、ＤＣ／ＤＣコンバータ２は平滑コンデンサ２７を有しているため、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧は緩慢に変化する。時刻ｔ１でＦＥＴ４０_１をＯＮ状態に切替えてから、時刻ｔ１”でＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧がＶ２に低下するまでの間は、ＬＥＤ３０_２〜３０_ｎを点灯させるために必要な電圧よりも高い電圧がＬＥＤ３０_２〜３０_ｎに印加される。この電圧により、ＬＥＤ３０_２〜３０_ｎに過大なサージ電流が流れる。

図５（ａ）は、図４（ａ）と同様に従来のＬＥＤ点灯装置を示している。従来のＬＥＤ点灯装置において、ＦＥＴ４０_１をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切替えると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電流の経路が第２経路から第１経路に切替わる。

このとき、図５（ｂ）に示す如く、点灯対象のＬＥＤの個数が増加することから、ＬＥＤ光源３を点灯させるために必要な電圧がＶ２からＶ１に上昇する。しかしながら、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧は緩慢に変化する。時刻ｔ２でＦＥＴ４０_１をＯＦＦ状態に切替えてから、時刻ｔ２”でＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧がＶ１に上昇するまでの間は、ＬＥＤ３０_１〜３０_ｎを点灯させるために必要な電圧よりも低い電圧がＬＥＤ３０_１〜３０_ｎに印加される。供給電圧の不足により、すべてのＬＥＤ３０_１〜３０_ｎが一時的に消灯する。

これに対し、図６（ａ）は、実施の形態１のＬＥＤ点灯装置１００を示している。ＬＥＤ点灯装置１００において、ＦＥＴ４０_１をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切替えると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電流の経路が第１経路から第２経路に切替わる。

このとき、図６（ｂ）に示す如く、ＦＥＴ４０_１のゲート電圧Ｖｇの変化が緩慢であり、ゲート電圧Ｖｇが時刻ｔ１から時刻ｔ１’にかけて徐々に上昇する。したがって、時刻ｔ１’が時刻ｔ１”とほぼ等しくなるようにＦＥＴ４０_１のゲート容量などを設定することで、ＬＥＤ光源３の点灯に必要な電圧の特性線の傾き（以下「時間変化率」という）を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧の時間変化率とほぼ等しくすることができる。これにより、ＬＥＤ３０_２〜３０_ｎに過大なサージ電流が流れるのを防ぐことができ、ＬＥＤ３０_２〜３０_ｎの劣化を抑制して、信頼性の高いＬＥＤ点灯装置１００を得ることができる。

図７（ａ）は、図６（ａ）と同様に実施の形態１のＬＥＤ点灯装置１００を示している。ＬＥＤ点灯装置１００において、ＦＥＴ４０_１をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切替えると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電流の経路が第２経路から第１経路に切替わる。

このとき、図７（ｂ）に示す如く、ＦＥＴ４０_１のゲート電圧Ｖｇの変化が緩慢であり、ゲート電圧Ｖｇが時刻ｔ２から時刻ｔ２’にかけて徐々に低下する。したがって、時刻ｔ２’が時刻ｔ２”とほぼ等しくなるように放電抵抗４１６_１の抵抗値などを設定することで、ＬＥＤ光源３の点灯に必要な電圧の時間変化率を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧の時間変化率とほぼ等しくすることができる。これにより、ＬＥＤ３０_１〜３０_ｎへの供給電圧の不足を防いで、すべてのＬＥＤ３０_１〜３０_ｎが一時的に消灯するのを回避することができ、信頼性の高いＬＥＤ点灯装置１００を得ることができる。

また、実施の形態１のＬＥＤ点灯装置１００は、駆動回路４１_１〜４１_ｎにフォトカプラ４１５_１〜４１５_ｎを用いることで、制御電源７が出力した電流によってＦＥＴ４０_１〜４０_ｎをそれぞれ独立してＯＮ／ＯＦＦ制御することができる。これにより、駆動回路４１_１〜４１_ｎの出力側にＦＥＴ駆動用の独立した電源を不要として、ＬＥＤ点灯装置１００を簡単な構成で実現できる。

なお、複数個のＬＥＤ３０_１〜３０_ｎをそれぞれ独立してＯＮ／ＯＦＦ制御する構成にした場合、制御対象のＬＥＤ３０_１〜３０_ｎごとに駆動回路４１_１〜４１_ｎを設けることになる。しかしながら、モジュール化されたフォトカプラ４１５_１〜４１５_ｎを使用することにより、個々の駆動回路４１_１〜４１_ｎの部品点数の増加を抑制することができ、ＬＥＤ点灯装置１００を簡単な構成で実現できる。

なお、図１はすべてのＬＥＤ３０_１〜３０_ｎにＦＥＴ４０_１〜４０_ｎ及び駆動回路４１_１〜４１_ｎを接続した構成を示しているが、少なくとも１個のＬＥＤ３０_１〜３０_ｎにＦＥＴ４０_１〜４０_ｎ及び駆動回路４１_１〜４１_ｎを１個ずつ接続した構成であればよく、ＬＥＤ３０_１〜３０_ｎの一部のみにＦＥＴ４０_１〜４０_ｎ及び駆動回路４１_１〜４１_ｎを接続したものとしても良い。例えば、ＬＥＤ光源３の中間に接続されたＬＥＤ３０_３〜３０_５のみにＦＥＴ４０_３〜４０_５及び駆動回路４１_３〜４１_５を接続して、ＬＥＤ３０_３〜３０_５を残余のＬＥＤ３０_１，３０_２，３０_６〜３０_ｎとは独立して点灯及び消灯する構成としても良い。

又は、例えば、一部のＬＥＤ３０_１〜３０_５が前照灯のハイビームを形成し、残余のＬＥＤ３０_６〜３０_ｎが前照灯のロービームを形成する構成において、ハイビームを形成するＬＥＤ３０_１〜３０_５のみにＦＥＴ４０_１〜４０_５及び駆動回路４１_１〜４１_５を接続したものとしても良い。

また、制御部５は、車両のフロント部に設けたカメラ又はセンサなどの外部装置から情報を取得する情報取得部を有するものとしても良い。すべてのＬＥＤ３０_１〜３０_ｎにＦＥＴ４０_１〜４０_ｎ及び駆動回路４１_１〜４１_ｎを接続して、ＬＥＤ３０_１〜３０_ｎがそれぞれ異なる方向を照らすようにした構成において、制御部５は、カメラ又はセンサから取得した情報に応じてＬＥＤ３０_１〜３０_ｎをそれぞれ独立して点灯又は消灯させる。これにより、車両前方の歩行者又は道路標識などを含む領域のみを照らしたり、あるいは対向車などを含む領域のみ消灯したりする配光可変型前照灯を構成することができ、車両の運転者はよりスムーズな運転が可能となる。

ところで、前記フォトカプラ４１５_１〜４１５_ｎの出力電流は数１０μＡ程度であり非常に小さいため、バイポーラトランジスタなどの電流制御型のトランジスタではコレクタ電流の大きさが制限される。車両の前照灯は１Ａ程度の電流を必要とするため、ＬＥＤ３０_１〜３０_ｎ用のスイッチング素子に電流制御型のトランジスタは適用することができない。これに対し、電圧制御型のＦＥＴ４０_１〜４０_ｎを使用することにより、ＬＥＤ点灯装置１００を車両の前照灯にも適用することができる。なお、ｎ個のＦＥＴ４０_１〜４０_ｎに代えて、ｎ個の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＩＧＢＴ）を用いたものとしても良い。

以上のように、実施の形態１のＬＥＤ点灯装置１００は、複数個のＬＥＤ３０_１〜３０_ｎを直列に接続したＬＥＤ光源３に対して電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ２と、少なくとも１個のＬＥＤ３０_１〜３０_ｎに対して並列に接続され、ＬＥＤ３０_１〜３０_ｎに流れる電流をバイパスしてＬＥＤ３０_１〜３０_ｎを消灯させるＦＥＴ４０_１〜４０_ｎと、ＦＥＴ４０_１〜４０_ｎを駆動する駆動回路４１_１〜４１_ｎと、ＤＣ／ＤＣコンバータ２及び駆動回路４１_１〜４１_ｎを制御する制御部５とを有している。駆動回路４１_１〜４１_ｎは、入力電流Ｉｉｎの通電によって光を発するＬＥＤ４１３_１〜４１３_ｎと、光を受光して出力電流Ｉｏｕｔを発するＰＤＡ４１４_１〜４１４_ｎとを対向させたフォトカプラ４１５_１〜４１５_ｎを用いて構成されている。駆動回路４１_１〜４１_ｎにフォトカプラ４１５_１〜４１５_ｎを用いることで、ＦＥＴ４０_１〜４０_ｎのゲート電圧Ｖｇの立ち上がり及び立ち下りが緩慢になり、一部のＬＥＤ３０_１〜３０_ｎの消灯時に点灯対象のＬＥＤ３０_１〜３０_ｎに過大なサージ電流が流れるのを防ぐことができ、かつ、一部のＬＥＤ３０_１〜３０_ｎの点灯時にすべてのＬＥＤ３０_１〜３０_ｎが消灯するのを防ぐことができる。また、ＦＥＴ４０_１〜４０_ｎ駆動用の独立した電源を不要として、簡単な構成で実現することができる。また、直列に接続された複数個のＬＥＤ３０_１〜３０_ｎのうち、任意のＬＥＤ３０_１〜３０_ｎを独立して点灯及び消灯することができる。

また、ＬＥＤ点灯装置１００は、ＬＥＤ３０_１〜３０_ｎ用のスイッチング素子にＦＥＴ４０_１〜４０_ｎ又はＩＧＢＴを用いている。電圧制御型のトランジスタを用いることで、ＬＥＤ点灯装置１００を、１Ａ程度の電流を必要とする車両の前照灯に適用することができる。

また、ＬＥＤ光源３は、車両の前照灯のロービーム及びハイビームを形成するものであり、ＦＥＴ４０_１〜４０_ｎは、ハイビーム用のＬＥＤ３０_１〜３０_ｎに流れる電流をバイパスするものとしても良い。これにより、サージ電流及び消灯を防いだ信頼性の高い前照灯を得ることができる。

又は、ＬＥＤ光源３は、それぞれ異なる方向を照らすＬＥＤ３０_１〜３０_ｎを有しており、制御部５は、いずれか任意の方向を照らすＬＥＤ３０_１〜３０_ｎに接続されたＦＥＴ４０_１〜４０_ｎを駆動するように駆動回路４１_１〜４１_ｎを制御するものとしても良い。また、制御部５は、車両に搭載した外部装置から情報を取得する情報取得部を有し、外部装置から取得した情報に応じて駆動回路４１_１〜４１_ｎを制御するものとしても良い。これにより、サージ電流及び消灯を防いだ信頼性の高い配光可変型前照灯を得ることができる。

実施の形態２．
図８を参照して、制御部５が入力電流Ｉｉｎの大きさを任意に制御できるＬＥＤ点灯装置１０１について説明する。図８は、一例として、直列に接続された４個のＬＥＤ３０_１〜３０_４のうち１個のＬＥＤ３０_３にＦＥＴ４０_３及び駆動回路４１_３を接続した構成を示している。図８において、図１及び図２に示す実施の形態１のＬＥＤ点灯装置１００と同様の構成部材には同一符号を付して説明を省略する。

駆動回路４１_３のフォトカプラ４１５_３又はフォトカプラ４１５_３の周辺部に、図示しないサーミスタが配置されている。サーミスタは、フォトカプラ４１５_３又はフォトカプラ４１５_３の周辺部の温度を検出するものである。また、サーミスタは、検出した温度を示す温度情報を制御部５に出力するものである。

制御部５の複数のアナログ出力端子５０〜５２に、複数の抵抗素子８０〜８２の一端部がそれぞれ接続されている。抵抗素子８０〜８２の他端部は、駆動回路４１_３のトランジスタ４１１_３のベース端子にそれぞれ接続されており、かつ抵抗素子８３を介してＧＮＤに接続されている。制御部５は、サーミスタから取得した温度情報に応じて、電流を出力するアナログ出力端子５０〜５２の個数を変化させることで、フォトカプラ４１５_３の入力電流Ｉｉｎの大きさを制御するようになっている。このようにして、ＬＥＤ点灯装置１０１が構成されている。

次に、ＬＥＤ点灯装置１０１の動作について説明する。
前記フォトカプラ４１５_３は、高温になるほどＬＥＤ４１３_３の発光量が低下し、出力電流Ｉｏｕｔが減少する特性を有している。このため、ＦＥＴ４０_３のゲート電圧Ｖｇの立ち上がり及び立ち下がりにかかる時間は温度によって変動し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧の時間変化率とゲート電圧Ｖｇの時間変化率との間にずれが生じる。

そこで、制御部５は、サーミスタから取得した温度情報が高い温度を示しているほど、トランジスタ４１１_３に電流を供給するアナログ出力端子５０〜５２の個数を増やす。これにより、フォトカプラ４１５_３が高温であるほど入力電流Ｉｉｎが大きくなり、温度変化によるＬＥＤ４１３_３の発光量の減少を補償して、出力電流Ｉｏｕｔの大きさを温度によらずほぼ一定に保つことができる。したがって、フォトカプラ４１５_３の温度変化によらずゲート電圧Ｖｇの時間変化率をＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧の時間変化率とほぼ等しく制御することができ、より信頼性の高いＬＥＤ点灯装置１０１を得ることができる。

なお、制御部５は、入力電流Ｉｉｎ及び出力電流Ｉｏｕｔが流れ始めてからゲート電圧ＶｇがＯＮ電圧に達するまでの時間（すなわち、ＦＥＴ４０_３のドレイン−ソース間に電流が流れ始めてから、この電流が点灯対象のＬＥＤ３０_１，３０_２，３０_４の定格電流に達するまでの時間）が、５０μｓから１００ｍｓの範囲内となるように、入力電流Ｉｉｎを制御するのが好ましい。図３に示した時刻ｔ１と時刻ｔ１’間及び時刻ｔ２と時刻ｔ２’間の時間を５０μｓより短くすると、ゲート電圧Ｖｇの変化が一般的なＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧の変化よりも急峻になるためである。一方、時刻ｔ１と時刻ｔ１’間及び時刻ｔ２と時刻ｔ２’間の時間を１００ｍｓよりも長くすると、ＦＥＴ４０_３の明るさが徐々に変化していることを車両の運転者が知覚し得るためである。

なお、動作周波数が１００ｋＨｚのＤＣ／ＤＣコンバータ２を用いた場合、５０μｓは動作周波数の５倍の時間となり、１００ｍｓは動作周波数の１００００倍の時間となる。

以上のように、実施の形態２のＬＥＤ点灯装置１０１は、制御部５が、フォトカプラ４１５_３の入力電流Ｉｉｎを制御することで、フォトカプラ４１５_３の出力電流Ｉｏｕｔを制御して、ＦＥＴ４０_３のゲート電圧Ｖｇの時間変化率を制御する。これにより、ゲート電圧Ｖｇの時間変化率とＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧の時間変化率とのずれを補償することができる。

また、制御部５は、フォトカプラ４１５_３又はフォトカプラ４１５_３の周辺部の温度など、フォトカプラ４１５_３の状態に応じて入力電流Ｉｉｎを制御する。これにより、フォトカプラ４１５_３の温度変化によらずゲート電圧Ｖｇの時間変化率をＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧の時間変化率とほぼ等しく制御することができ、より信頼性の高いＬＥＤ点灯装置１０１を得ることができる。

なお、図８では１組のＦＥＴ４０_３及び駆動回路４１_３をＬＥＤ３０_３に接続した構成を示したが、これに限定されるものではない。任意の個数のＬＥＤ３０_１〜３０_４に対して、１組のＦＥＴ４０_３及び駆動回路４１_３を接続したものとして良い。

また、１個の駆動回路４１_３に接続する抵抗素子８０〜８２の個数は、３個に限定されるものではない。制御部５のアナログ出力端子数などに応じて、任意の個数の抵抗素子８０〜８２を１個の駆動回路４１_３に接続したものとして良い。

また、ＦＥＴ４０_３及び駆動回路４１_３の組数は、１組に限定されるものではない。接続可能なアナログ出力端子５０〜５２の個数などに応じて、２組以上のＦＥＴ４０_３及び駆動回路４１_３を設け、複数個のＬＥＤ３０_１〜３０_４を温度に応じて別個に制御しても良い。

実施の形態３．
本発明のＬＥＤ点灯装置は、車載用以外のＬＥＤ光源にも用いることができる。図９を参照して、交流電源１ａに対応したＬＥＤ点灯装置１０２について説明する。
交流電源１ａに、整流部２ａが接続されている。整流部２ａは、互いに接続された４つのダイオード２８_１〜２８_４を有しており、交流電源１ａを全波整流するものである。

整流部２ａの出力端子間に、整流部２ａに対して並列に、１５個のＬＥＤ３０_１〜３０_１５が直列に接続されている。ＬＥＤ３０_１〜３０_１５によって、ＬＥＤ光源３ａが構成されている。

１個のＬＥＤ３０_１に対して並列に、ＦＥＴ４０_１が接続されている。２個のＬＥＤ３０_２，３０_３に対して並列に、ＦＥＴ４０_２が接続されている。４個のＬＥＤ３０_４〜３０_７に対して並列に、ＦＥＴ４０_３が接続されている。８個のＬＥＤ３０_８〜３０_１５に対して並列に、ＦＥＴ４０_４が接続されている。４個のＦＥＴ４０_１〜４０_４のゲート端子に、４個の駆動回路４１_１〜４１_４がそれぞれ接続されている。ＦＥＴ４０_１〜４０_４及び駆動回路４１_１〜４１_４によって、スイッチ部４ａが構成されている。

駆動回路４１_１〜４１_４に、制御部５ａが接続されている。制御部５ａは、抵抗素子９０，９１を介して整流部２ａの出力端子間に接続されており、電源電圧を入力する。抵抗素子９２を介してＬＥＤに流通する電流を入力する。両者を入力して実施の形態１における制御部及び制御電源の機能を果たし、スイッチ部４ａ、制御部５ａ及び抵抗素子９０〜９２によって、ＬＥＤ点灯装置１０２が構成されている。

次に、図１０を参照して、ＬＥＤ点灯装置１０２の動作について説明する。
図１０（ａ）に示す如く、交流電源１ａの電圧は交流であり、整流部２ａによって図１０（ｂ）に示す如く全波整流される。

このとき、図１０（ｃ）に示す如く、制御部５ａは駆動回路４１_１〜４１_４の入力電流Ｉｉｎを制御して、ＦＥＴ４０_１〜４０_４のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを順次切り替える。図１０（ｃ）は、図１０（ｂ）に示す整流後の電圧の半波を拡大したものである。まず、整流部２ａで整流した電圧が最も低い状態Ａにおいて、制御部５ａは、ＦＥＴ４０_１のみをＯＦＦ状態にし、残余のＦＥＴ４０_２〜４０_４をＯＮ状態にする。これにより、１個のＬＥＤ３０_１のみが点灯し、残余のＬＥＤ３０_２〜３０_１５は消灯する。

次いで、整流部２ａで整流した電圧が状態Ａよりも上昇した状態Ｂにおいて、制御部５ａは、ＦＥＴ４０_１をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切替えるとともに、ＦＥＴ４０_２をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切替える。これにより、１個のＬＥＤ３０_１が消灯し、２個のＬＥＤ３０_２，３０_３が点灯する。点灯対象のＬＥＤの個数が１個から２個に増加したため、ＬＥＤ光源３ａの点灯に必要な電圧が状態Ａよりも上昇する。

次いで、整流部２ａで整流した電圧が状態Ｂよりも上昇した状態Ｃにおいて、制御部５ａは、ＦＥＴ４０_１をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切替える。これにより、３個のＬＥＤ３０_１〜３０_３が点灯する。点灯対象のＬＥＤの個数が２個から３個に増加したため、ＬＥＤ光源３ａの点灯に必要な電圧が状態Ｂよりも上昇する。

次いで、整流部２ａで整流した電圧が状態Ｃよりも上昇した状態Ｄにおいて、制御部５ａは、ＦＥＴ４０_１，４０_２をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切替えるとともに、ＦＥＴ４０_３をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切替える。これにより、３個のＬＥＤ３０_１〜３０_３が消灯し、４個のＬＥＤ３０_４〜３０_７が点灯する。点灯対象のＬＥＤの個数が３個から４個に増加したため、ＬＥＤ光源３ａの点灯に必要な電圧が状態Ｃよりも上昇する。

以下、状態Ａ〜Ｄと同様に、制御部５ａは、整流部２ａで整流した電圧の上昇及び低下に応じて、ＦＥＴ４０_１〜４０_４のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを順次切り替える。これにより、ＬＥＤ光源３ａの点灯に必要な電圧を、整流部２ａで整流した電圧とほぼ等しく保つことができる。

以上のように、実施の形態３のＬＥＤ点灯装置１０２は、それぞれ異なる個数のＬＥＤ３０_１〜３０_１５に対して並列にＦＥＴ４０_１〜４０_４及び駆動回路４１_１〜４１_４を接続している。制御部５ａは駆動回路４１_１〜４１_４を制御することで、ＦＥＴ４０_１〜４０_４のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを順次切り替えるようになっている。ＬＥＤ光源３ａの点灯に必要な電圧を整流部２ａで整流した電圧とほぼ等しく保つことで、交流電源１ａに対応した力率の高いＬＥＤ点灯装置１０２を得ることができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１電源、１ａ交流電源、２ＤＣ／ＤＣコンバータ（電源回路）、２ａ整流部、３，３ａＬＥＤ光源（光源）、４，４ａスイッチ部、５，５ａ制御部、６点灯指示装置、７制御電源、２０第１入力端子、２１第２入力端子、２２第１出力端子、２３コイル、２４ダイオード、２５ＦＥＴ、２６第２出力端子、２７平滑コンデンサ、２８_１〜２８_４ダイオード、３０_１〜３０_ｎＬＥＤ、４０_１〜４０_ｎＦＥＴ（スイッチング素子）、４１_１〜４１_ｎ駆動回路、８０，８１，８２，８３抵抗素子、９０，９１，９２抵抗素子、１００，１０１，１０２ＬＥＤ点灯装置、４１１_１〜４１１_ｎトランジスタ、４１２_１〜４１２_ｎ抵抗素子、４１３_１〜４１３_ｎＬＥＤ（発光素子）、４１４_１〜４１４_ｎＰＤＡ（受光素子）、４１５_１〜４１５_ｎフォトカプラ、４１６_１〜４１６_ｎ放電抵抗。

Claims

複数個のＬＥＤを直列に接続した光源に対して電力を供給する電源回路と、
少なくとも１個の前記ＬＥＤに対して並列に接続され、該ＬＥＤに流れる電流をバイパスして該ＬＥＤを消灯させるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、
前記電源回路及び前記駆動回路を制御する制御部と、を備え、
前記駆動回路は、入力電流の通電によって光を発する発光素子と、該光を受光して出力電流を発する受光素子とを対向させたフォトカプラを用いて構成されている
ことを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
前記制御部は、前記フォトカプラの入力電流を制御することで、該フォトカプラの出力電流を制御して、前記スイッチング素子の駆動電圧の時間変化率を制御することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
前記制御部は、前記スイッチング素子に電流が流れ始めてから該電流が点灯対象の前記ＬＥＤの定格電流に達するまでの時間が、５０マイクロ秒から１００ミリ秒までの範囲内となるように、前記フォトカプラの入力電流を制御することを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ点灯装置。
前記制御部は、前記スイッチング素子に電流が流れ始めてから該電流が点灯対象の前記ＬＥＤの定格電流に達するまでの時間が、前記電源回路の動作周期の５倍から１００００倍までの範囲内となるように、前記フォトカプラの入力電流を制御することを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ点灯装置。
前記制御部は、前記フォトカプラの状態に応じて前記フォトカプラの入力電流を制御することを特徴とする請求項２から請求項４のうちのいずれか１項記載のＬＥＤ点灯装置。
前記制御部は、前記フォトカプラ又は該フォトカプラの周辺部の温度に応じて前記フォトカプラの入力電流を制御することを特徴とする請求項５記載のＬＥＤ点灯装置。
前記スイッチング素子は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）であることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載のＬＥＤ点灯装置。
車載用であることを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載のＬＥＤ点灯装置。
前記光源は、車両の前照灯のロービーム及びハイビームを形成するものであり、
前記スイッチング素子は、ハイビーム用の前記ＬＥＤに流れる電流をバイパスするものである
ことを特徴とする請求項８記載のＬＥＤ点灯装置。
前記光源は、異なる複数の方向を照らす前記ＬＥＤを有しており、
前記制御部は、前記駆動回路を制御することで、いずれか任意の方向を照らす前記ＬＥＤを点灯及び消灯させる
ことを特徴とする請求項８記載のＬＥＤ点灯装置。
前記制御部は、車両に搭載した外部装置から情報を取得する情報取得部を備え、前記外部装置から取得した情報に応じて前記駆動回路を制御することを特徴とする請求項８から請求項１０のうちのいずれか１項記載のＬＥＤ点灯装置。