JP4007097B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車載用のテールランプ／ストップランプとして利用できる照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３に複数のＬＥＤを用いた車載用テール／ストップランプの従来例を示す。図１４はこのようなテール／ストップランプの装着箇所を図示したものである。テールランプ点灯状態ではＬＥＤの光出力を低く抑え、ブレーキを踏んだストップランプ点灯状態ではＬＥＤの光出力を増大させて使用される。テールランプ点灯状態では図のＴａｉｌ端子とＧＮＤ端子間にバッテリーが接続され、ダイオードＤ２と抵抗Ｒ１を介して複数個直列に接続されたＬＥＤユニット（ＬＥＤ１）が発光する。ストップランプ点灯状態では図のＳｔｏｐ端子とＧＮＤ端子間にバッテリーが接続され、ダイオードＤ１と抵抗Ｒ２を介してＬＥＤ１が点灯し、抵抗Ｒ２を抵抗Ｒ１に対して小さく設定すればＬＥＤ１は高出力で発光する。
【０００３】
このような従来例における課題として、上記のような電池などを電源とした時の電源変動により光出力が変動することが挙げられる。電池電圧をＶｄｃ、整流ダイオードＤ１，Ｄ２のオン電圧をＶｆ０、抵抗値をＲ、ＬＥＤ１の各順方向電圧をＶｆ１１，Ｖｆ１２，Ｖｆ１３とすれば、ＬＥＤ１の電流は下式のように表される。
Ｉ（ＬＥＤ１）＝［Ｖｄｃ−Ｖｆ０−（Ｖｆ１１＋Ｖｆ１２＋Ｖｆ１３）］／Ｒ
【０００４】
すなわち、電池電圧Ｖｄｃが変動すると、ＬＥＤ１の電流Ｉ（ＬＥＤ１）は同じように変動するので、最低の電源電圧の時に必要な光出力が得られるようにすると、電源が変動して高くなったときにはＬＥＤに過電流が流れ、ＬＥＤ自身が発熱し寿命に影響を与えたり、限流用の抵抗の発熱等も大きくなり、定格電力の大きい抵抗を使う必要がある。また各ＬＥＤの順方向電圧Ｖｆがばらつくと、特に順方向電圧の総和と電池電圧の差が少ない場合にＬＥＤ１に流れる電流Ｉ（ＬＥＤ１）は大きく異なることが予想され、光出力が変動してしまう。
【０００５】
例えば車載用の電源はバッテリーであり、その電圧範囲は９〜１６Ｖにも及ぶことから、ＬＥＤ電流（光出力）を１２Ｖを中心として定格電流が流れるように抵抗値を設定すると、電源変動によりＬＥＤ電流は大きく変動する。また、ＬＥＤの順方向電圧ＶｆのばらつきによりＬＥＤの１個当たりで０．５Ｖ高くなると、３個では１．５Ｖも高くなるので、光出力は２０〜３０％程度変化する。
【０００６】
このような電源変動や順方向電圧Ｖｆのばらつきを対策する手段としては、図１５、図１６のようなチョークコイルＬ１とスイッチング素子Ｔｒ１とダイオードＤ１とコンデンサＣ１と制御回路１からなる定電流回路を構成し、ＬＥＤ電流を検出してフィードバック制御を行う定電流回路方式や、図１７のようにＬＥＤと直列にスイッチング素子ＦＥＴを接続し、電源電圧変動に対してスイッチング素子ＦＥＴをＯＮ／ＯＦＦすることでＬＥＤに略一定電流が流れるようにフィードフォワード制御を行うパルス駆動方式などがあるが、前者は電源変動や順方向電圧Ｖｆの変動に対しては有効であるが、チョークコイルＬ１やスイッチング素子Ｔｒや制御回路１等の高価な部品が必要となるとともに部品点数が多くなり、小型化出来ないという問題があり、更にチョークコイルＬ１を小型化するためにスイッチング素子Ｔｒを高周波で動作させる必要があるので、雑音が発生するなどの問題が生じ、雑音を対策するためのフィルター回路（Ｃ３、Ｌｆ）などが必要となり、更にコストがアップすると共に大型化してしまうという問題が生じる。後者では電源変動に対しては有効であるが、順方向電圧Ｖｆのばらつきに対しては全く効果がないという問題がある。
【０００７】
さらに車載用特有の課題として、ＬＥＤ断線時に必要最低限の光出力が得られない事態が予想されることから全灯とも消灯して識別を容易にする機能が要求される。しかしながら、全ＬＥＤを直列に接続すれば問題は無いが、複数のＬＥＤを並列に接続した場合には１灯（１ユニット）が断線していることを検出しなければならず、回路が複雑になる。
【０００８】
また、車載用ではイグニッションを切った時やロードダンプ時や他の機器を電源ＯＮ／ＯＦＦしたときなどに、電源に過渡的なサージ電圧が発生することがある。例えば車載機器の規格である自動車規格（ＪＡＳＯ）では一例としてピーク電圧７０Ｖ、減衰定数２００ｍｓ（最大値の３６．８％まで減衰）等のサージが規定されている。
【０００９】
このようなサージが印加されると図１３の回路ではＬＥＤに過電流が流れ、ＬＥＤが破壊する可能性が考えられる。このようなサージの対策として入力部にパワーツェナーやバリスタ等のサージ対策部品を設けることで対策は可能であるが、前記部品は形状も大きく高価であるという問題がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような従来例の欠点に鑑みてなされたもので、電池などの変動範囲の大きな電源を用いて複数のＬＥＤを点灯させる照明装置において、電源変動やＬＥＤの順方向電圧のばらつきによる光出力の変動を抑制することが可能な照明装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の照明装置によれば、上記の課題を解決するために、図５に示すように、１つまたは複数直列接続されたＬＥＤ（ＬＥＤ１，ＬＥＤ２）とトランジスタＴｒ５〜Ｔｒ８及び抵抗Ｒ１２，Ｒ１４〜Ｒ１６の直列回路を複数並列接続した回路をスイッチング素子Ｔｒ１を介して直流電源Ｖｄｃに接続し、各トランジスタＴｒ５，Ｔｒ６；Ｔｒ７，Ｔｒ８のベース端子を共通接続して各ＬＥＤ（ＬＥＤ１，ＬＥＤ２）に流れる電流が基準電流に応じた電流となるようにカレントミラー回路を構成し、このカレントミラー回路の基準電流の積分値が一定となるようにスイッチング素子Ｔｒ１をＯＮ／ＯＦＦする照明装置において、前記カレントミラー回路は、
１つまたは複数直列接続されたＬＥＤのアノード側にコレクタ端子を接続された第１のトランジスタＴｒ５，Ｔｒ６とそのエミッタ抵抗Ｒ１５，Ｒ１６の直列回路を、直流電源Ｖｄｃに対して並列的に通電される一対のＬＥＤ（ＬＥＤ１，ＬＥＤ２）に対応して一対備え、第１のトランジスタＴｒ５，Ｔｒ６のベース端子を共通接続して成る第１のカレントミラー回路と、
１つまたは複数直列接続されたＬＥＤのカソード側にコレクタ端子を接続された第２のトランジスタＴｒ７，Ｔｒ８とそのエミッタ抵抗Ｒ１２，Ｒ１４の直列回路を、直流電源Ｖｄｃに対して並列的に通電される前記一対のＬＥＤ（ＬＥＤ１，ＬＥＤ２）に対応して一対備え、第２のトランジスタＴｒ７，Ｔｒ８のベース端子を共通接続して成る第２のカレントミラー回路とを含み、
直流電源Ｖｄｃに対して並列的に通電される前記一対のＬＥＤ（ＬＥＤ１，ＬＥＤ２）のうち一方のＬＥＤ（ＬＥＤ２）のアノード側に接続された第１のトランジスタＴｒ６のコレクタ端子とベース端子を共通接続すると共に、前記並列的に通電される一対のＬＥＤのうち他方のＬＥＤ（ＬＥＤ１）のカソード側に接続された第２のトランジスタＴｒ７のコレクタ端子とベース端子を共通接続したことを特徴とする。
【００１２】
請求項２によれば、請求項１において、ＬＥＤユニットに流れる電流を検出する抵抗の値を切り替えることにより、ＬＥＤに流れる電流を低出力と高出力に切り替えることを特徴とする。
【００１３】
請求項３によれば、請求項２において、入力電圧に過電圧が印加されたことを検出する過電圧検出回路を持ち、過電圧を検出するとＬＥＤに流れる電流を高出力から低出力に切り替えることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（前提となる構成）
図１に本発明の前提となる構成を示す。直流電源Ｖｄｃと並列にＰＮＰトランジスタＴｒ１のエミッタ・コレクタを介して複数のＬＥＤからなるＬＥＤユニットと抵抗Ｒ１２が接続され、抵抗Ｒ１２の両端電圧を積分する抵抗Ｒ１１とコンデンサＣ２からなる積分回路が抵抗Ｒ１２に並列接続され、コンデンサＣ２の電圧がコンパレータＩＣ１の−入力端子に接続されている。コンパレータＩＣ１の＋入力端子には基準電圧となるツェナーダイオードＺＤ１の電圧を抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ１３で分圧した電圧が入力される。抵抗Ｒ３とＲ１３の接続点は抵抗Ｒ１０、ダイオードＤ３を介してコンパレータＩＣ１の出力に接続されている。コンパレータＩＣ１の出力はダイオードＤ２のカソードに接続され、ダイオードＤ２のアノードは抵抗Ｒ５を介して直流電源Ｖｄｃの＋側に接続されている。ダイオードＤ２のアノードはまたダイオードＤ１のアノードに接続され、ダイオードＤ１のカソードはＮＰＮトランジスタＴｒ３のベースに接続されている。ＮＰＮトランジスタＴｒ３のコレクタは抵抗Ｒ２を介してＰＮＰトランジスタＴｒ１のベースに接続され、エミッタは直流電源Ｖｄｃの−側に接続されている。
【００１５】
直流電源Ｖｄｃが接続されるとコンパレータＩＣ１の＋入力端子の電圧が基準電圧を分圧した電圧まで上昇する。しかしコンパレータＩＣ１の−入力端子には電圧が発生しないので、コンパレータＩＣ１の出力はＨＩＧＨとなるから、抵抗Ｒ５、ダイオードＤ１を介してトランジスタＴｒ３のベースに電圧が印加され、ベース電流が流れるので、トランジスタＴｒ３はオンし、トランジスタＴｒ１がオンする。トランジスタＴｒ１がオンするとＬＥＤユニットに電源が供給され、直流電源Ｖｄｃの電圧と抵抗Ｒ１２とＬＥＤユニットの順方向電圧で決定する電流がＬＥＤユニットに流れる。
【００１６】
抵抗Ｒ１２の電圧を抵抗Ｒ１１とコンデンサＣ２で積分した電圧がコンパレータＩＣ１の−入力端子に入力され、−入力端子の電圧は徐々に上昇し、＋入力端子の電圧以上になると、コンパレータＩＣ１の出力はＨＩＧＨからＬＯＷに反転する。出力がＬＯＷになるとトランジスタＴｒ３はオフし、トランジスタＴｒ１もオフしてＬＥＤに電流は流れなくなる。同時にコンパレータＩＣ１の＋入力端子の電圧はツェナーダイオードＺＤ１の電圧を抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ１３で分圧していた電圧から、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ１３、Ｒ１０の並列回路で分圧した電圧になるので、コンパレータＩＣ１の＋入力端子の電圧はコンパレータＩＣ１の出力が反転する前（ＨＩＧＨ時）に比べて低くなる。トランジスタＴｒ１がオフすると、コンデンサＣ２の電圧は抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を介して放電されるので、徐々に低下を始める。コンパレータＩＣ１の−入力端子の電圧が低下していき、＋入力端子の電圧以下になると再度コンパレータＩＣ１の出力は反転し、ＬＯＷからＨＩＧＨとなり、再度トランジスタＴｒ３、Ｔｒ１がオンして前述と同じような動作となる。
【００１７】
予め抵抗Ｒ１１とコンデンサＣ２の定数及びコンパレータＩＣ１の基準電圧を設定することによって、所望のＬＥＤ出力設計が可能であり、かつ電源電圧が変動した場合、ＬＥＤを流れるピーク電流が増加しても抵抗Ｒ１２の電圧降下が大きくなり、抵抗Ｒ１１、コンデンサＣ２からなる積分回路の充電が早くなる結果、トランジスタＴｒ１のＯＮデューティが短くなり、平均電流の増加を抑制、すなわち定電流化を図ることができる。
【００１８】
図２は自動車用のテールランプのように光出力を切り替える必要が有る場合の例を示す。自動車用のテールランプではテールランプ点灯時には低出力、ストップランプ点灯時には高出力の光出力に切り替える必要がある。図中のＳｔｏｐ端子側から電源が入力されると、抵抗Ｒ９を介してベース電流が流れてトランジスタＴｒ２がオンし、抵抗Ｒ１２と並列に抵抗Ｒ８が接続される。図１の回路と同様に、トランジスタＴｒ１がオンすると、ＬＥＤに電流が流れるが、Ｓｔｏｐ端子側から電源が供給されているとき（ストップランプ点灯時）には、ＬＥＤと直列に接続されている抵抗値が抵抗Ｒ１２とＲ８の並列接続となっているので、抵抗値が低下するため、ＬＥＤに流れる電流はＴａｉｌ端子側から電源が供給されているとき（テールランプ点灯時）に比べて大きくなる。
【００１９】
なお、入力電圧に過電圧が印加されたことを検出する過電圧検出回路（過電圧印加時にオンするツェナーダイオードとトランジスタなど）を付加し、過電圧を検出するとＬＥＤに流れる電流を高出力から低出力に切り替えるようにすれば、高出力モード（ストップランプ点灯時の出力）に過電圧が入力されても、低出力モード（テールランプ点灯時の出力）に切り替えることでＬＥＤには過電流が流れないので、ＬＥＤが破壊するなどの問題は生じない。
【００２０】
このように本構成によればＬＥＤの順方向電圧のばらつきや電源変動等による光出力のばらつきを無くすことが可能であるとともに、光出力の切替えや高出力時の過電圧に対するＬＥＤ保護も容易に実現できる。
【００２１】
（比較例１）
図３に本発明に対する第１の比較例を示す。上述の前提となる構成において、トランジスタＴｒ１のコレクタ端子に、第１のＬＥＤユニット（ＬＥＤ１）とＮＰＮトランジスタＴｒ６及びエミッタ抵抗Ｒ１４の直列回路と、第２のＬＥＤユニット（ＬＥＤ２）とＮＰＮトランジスタＴｒ７及びエミッタ抵抗Ｒ１５の直列回路と、抵抗Ｒ１６とコレクタ・ベース間を短絡したＮＰＮトランジスタＴｒ５及びエミッタ抵抗Ｒ１２の直列回路とを構成し、上記のトランジスタＴｒ６，Ｔｒ７のベース端子をトランジスタＴｒ５のベース端子に接続して構成される。すなわち抵抗Ｒ１６，Ｒ１２で決定される電流を基準としてＬＥＤ１，ＬＥＤ２の回路電流を一致させるカレントミラー回路を構成している。
【００２２】
抵抗Ｒ１２に流れる電流を抵抗Ｒ１１とコンデンサＣ２から成る積分回路で積分してコンパレータＩＣ１の−入力端子に入力され、上述の前提となる構成と同様に積分値が一定となるようにトランジスタＴｒ１がオン／オフされる。
【００２３】
テールランプ点灯時とストップランプ点灯時とでトランジスタＴｒ２のオフ・オンを切り替えてコンパレータＩＣ１の基準電圧を切り替えることで、各ＬＥＤの明るさのバランスを保ちながら調光することができる。
【００２４】
なお、本例ではカレントミラー回路をＮＰＮトランジスタで構成しているが、ＰＮＰトランジスタで構成してもその効果には何ら支障がない。
また、並列のＬＥＤ回路が２つの場合について説明したが、並列回路が３つ以上に増えた場合にも同様な効果が得られる。
【００２５】
このように、本例では複数個のＬＥＤユニットを並列に接続した場合でも、並列接続されたＬＥＤユニットの順方向電圧Ｖｆのばらつきによる光出力のアンバランスを解消することができ、また、上述の前提となる構成と同様に電源変動やＬＥＤの順方向電圧Ｖｆのばらつきによる光出力の変動等の問題も解決することが出来る。
【００２６】
（比較例２）
図４に本発明に対する第２の比較例を示す。基本構成は図３の回路構成と同じであり、断線を検出するための断線検出機能を追加したものである。
【００２７】
図４は比較例１に記載したカレントミラーと組み合わせた方式において、直流電源Ｖｄｃから抵抗Ｒ２０を介してＬＥＤユニットＬＥＤ１，ＬＥＤ２に微少な電流を流す。ＬＥＤユニットＬＥＤ１が断線していれば、抵抗Ｒ１４には電圧が発生しないので、トランジスタＴｒ１０はオフし、トランジスタＴｒ８がオフするので、全てのＬＥＤに電流は流れない。ＬＥＤが正常であれば、トランジスタＴｒ９，Ｔｒ１０がオンするので、トランジスタＴｒ８がオンし、トランジスタＴｒ１がオンすると、ＬＥＤは点灯する。
【００２８】
（実施形態１）
図５は本発明の実施形態１であり、トランジスタＴｒ１のコレクタにＰＮＰ型トランジスタＴｒ５，Ｔｒ６及びエミッタ抵抗Ｒ１５，Ｒ１６から成る第１のカレントミラー回路（一方のトランジスタ例えばＴｒ６のベース・コレクタ間は短絡される）を構成し、トランジスタＴｒ５及びＴｒ６のコレクタ側に夫々直列接続された複数のＬＥＤ（ＬＥＤ１，ＬＥＤ２）のアノード側が接続され、夫々のカソード側にＮＰＮ型トランジスタＴｒ７，Ｔｒ８及びエミッタ抵抗Ｒ１２，Ｒ１４からなる第２のカレントミラー回路（ＬＥＤのアノード側のＰＮＰトランジスタのベース・コレクタ間が短絡されていない方のトランジスタ、ここではＴｒ７のベース・コレクタ間が短絡される）によって構成される。
【００２９】
上記の２つのカレントミラー回路は、相互に回路電流をミラーし合う関係にあり、双方のＬＥＤ回路電流のバランスをとると同時に、どちらかの電流が無くなれば他方の電流も遮断されることになり、従来例における各回路のＬＥＤ光出力のアンバランスを抑制すると共に、ＬＥＤが１灯でも断線に至った場合に全灯消灯が可能であり、しかも全灯消灯モードを設けていないので、外乱等によってそのモードに固定されることも無く、２つの課題を簡単な構成で解決することができる。
【００３０】
（実施形態２）
図６にＬＥＤユニットが３個の場合の例を示す。図５の端子Ａ，Ｂ，Ｃに図６の端子Ａ，Ｂ，Ｃが接続される。このようにＬＥＤユニットが３個以上に増えても同様な効果が得られる。
このように本実施形態では簡単な構成で１灯が断線した場合においても確実に全灯を消灯させることが可能である。
【００３１】
図７に実施形態１〜２の照明装置を用いたテールランプの器具の例を示す。図９のように、表面にＬＥＤが実装され、裏面にＬＥＤ点灯回路の電子部品９が実装された照明装置が導光板１１の一端に設けられ、導光板１１の一面には反射板１２を設け、他面が発光するようになっている。図８のような導光板ユニット１０を構成し、この導光板ユニット１０が図１１のようなケース１３と透過性のある表面パネル１４に組み込まれ、自動車の後部のテールランプを構成している。
【００３２】
その他の例として、図１０のように表面にＬＥＤおよびＬＥＤ点灯回路の電子部品９を実装したような照明装置や、図１２のような表面パネルが無く、ケース１３に導光板ユニット１０が組み込まれたようなテールランプ等も考えられる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、電池などの変動範囲の大きな電源を用いて複数のＬＥＤで構成された照明装置のＬＥＤ点灯回路において簡単な回路構成で電源変動やＬＥＤの順方向電圧のばらつきによる光出力の変動を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の前提となる構成を示す回路図である。
【図２】 本発明の前提となる構成の一変形例を示す回路図である。
【図３】 本発明に対する第１の比較例を示す回路図である。
【図４】 本発明に対する第２の比較例を示す回路図である。
【図５】 本発明の第１の実施形態を示す回路図である。
【図６】 本発明の第２の実施形態を示す回路図である。
【図７】 本発明の照明装置を用いたテールランプの実装構造の一例を示す分解斜視図である。
【図８】 本発明の照明装置を用いたテールランプの半完成品の外観を示す斜視図である。
【図９】 本発明の照明装置を用いたテールランプの基板上の実装構造の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。
【図１０】 本発明の照明装置を用いたテールランプの基板上の実装構造の他の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。
【図１１】 本発明の照明装置を用いたテールランプの完成品の外観の一例を示す斜視図である。
【図１２】 本発明の照明装置を用いたテールランプの完成品の外観の他の一例を示す斜視図である。
【図１３】 複数のＬＥＤを用いた車載用テール／ストップランプの従来例を示す回路図である。
【図１４】 一般的な車載用テール／ストップランプの装着箇所を示す斜視図である。
【図１５】 定電流回路を用いた車載用テール／ストップランプを示す回路図である。
【図１６】 図１５の定電流回路に用いる制御回路の回路図である。
【図１７】 パルス点灯回路を用いた車載用テール／ストップランプを示す回路図である。
【符号の説明】
Ｔｒ１ スイッチング素子
Ｖｄｃ 直流電源
ＬＥＤ ＬＥＤユニット
Ｒ１２ 電流検出用の抵抗
Ｒ１１ 積分回路の抵抗
Ｃ２ 積分回路のコンデンサ
ＩＣ１ コンパレータ

Claims (3)

1. １つまたは複数直列接続されたＬＥＤとトランジスタ及び抵抗の直列回路を複数並列接続した回路をスイッチング素子を介して直流電源に接続し、各トランジスタのベース端子を共通接続して各ＬＥＤに流れる電流が基準電流に応じた電流となるようにカレントミラー回路を構成し、このカレントミラー回路の基準電流の積分値が一定となるようにスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦする照明装置において、前記カレントミラー回路は、
   １つまたは複数直列接続されたＬＥＤのアノード側にコレクタ端子を接続された第１のトランジスタとそのエミッタ抵抗の直列回路を、直流電源に対して並列的に通電される一対のＬＥＤに対応して一対備え、第１のトランジスタのベース端子を共通接続して成る第１のカレントミラー回路と、
   １つまたは複数直列接続されたＬＥＤのカソード側にコレクタ端子を接続された第２のトランジスタとそのエミッタ抵抗の直列回路を、直流電源に対して並列的に通電される前記一対のＬＥＤに対応して一対備え、第２のトランジスタのベース端子を共通接続して成る第２のカレントミラー回路とを含み、
   直流電源に対して並列的に通電される前記一対のＬＥＤのうち一方のＬＥＤのアノード側に接続された第１のトランジスタのコレクタ端子とベース端子を共通接続すると共に、前記並列的に通電される一対のＬＥＤのうち他方のＬＥＤのカソード側に接続された第２のトランジスタのコレクタ端子とベース端子を共通接続したことを特徴とする照明装置。
2. 請求項１において、ＬＥＤユニットに流れる電流を検出する抵抗の値を切り替えることにより、ＬＥＤに流れる電流を低出力と高出力に切り替えることを特徴とする照明装置。
3. 請求項２において、入力電圧に過電圧が印加されたことを検出する過電圧検出回路を持ち、過電圧を検出するとＬＥＤに流れる電流を高出力から低出力に切り替えることを特徴とする照明装置。

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