JP5210254B2 - 光源装置、光源装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体光源を備える光源装置の動作制御技術に関する。

半導体光源の駆動回路としては、例えば２００７−２００６１０号公報に開示されたものが知られている（特許文献１）。かかる特許文献１に開示の駆動回路は、互いに直列接続された複数の半導体光源と、各半導体光源に電源からの電力を供給するスイッチングレギュレータと、半導体光源及び回路の故障時の保護回路を含んで構成されている。かかる駆動回路において、スイッチングレギュレータは、半導体光源に一定の電流を流すように構成されている。また、半導体光源は直列に接続されているので、全ての半導体光源には同じ電流が流れる。保護回路は、半導体光源の断線や短絡を検出して、スイッチングレギュレータを停止させ、外部に異常検出信号を送る機能を持つ。

半導体光源を使用する場合、個々の半導体光源のフォワード電圧Ｖｆ、及び光度（明るさ）ランクを考慮して設計を行う必要がある。ここで、フォワード電圧Ｖｆとは、一定のフォワード電流Ｉｆを流した場合に生じる半導体光源のアノード−カソード間の電圧をいう。同じ半導体光源に同じフォワード電流Ｉｆを流した場合に、個体差により個々の明るさが異なる場合がある。このため、半導体光源はその明るさによるランク分けがなされる。

ところで、半導体光源を用いて構成される最終的な製品（例えば車載用灯具など）においては、半導体光源の光度ランクの違いによる明るさの不均一が生じることは望ましくない。このための対策としては、例えば光度ランクの高い半導体光源だけを選別して使用することが考えられる。しかしながら、この対処法では光度ランクの低い半導体光源を有効に利用できないという不都合がある。これに対して、光度ランクの低い半導体光源も有効に利用するために、予め半導体光源の光度ランクを選別し、光度ランクに応じた適切な電流を供給可能な駆動回路を組み合わせることで対応する方策も考えられる。しかし、この場合には、各光度ランクに対応して複数種類の駆動回路を用意しておく必要があることから、在庫が増え、コストが上昇するという問題が生じる。

特開２００７−２００６１０号公報

本発明に係る具体的態様は、半導体光源に対し、その光度ランクの違いに応じた適切な駆動電流を設定し、供給し得る技術を提供することを目的の１つとする。

本発明に係る一態様の光源装置は、（ａ）半導体光源と、（ｂ）第１の降伏電圧を有し、カソードが上記半導体光源のアノードと接続された第１のツェナーダイオードと、（ｃ）上記第１の降伏電圧より小さい第２の降伏電圧を有し、アノードが上記第１のツェナーダイオードのアノードと接続され、カソードが上記半導体光源のカソードと接続された第２のツェナーダイオードと、（ｄ）上記半導体光源に逆電圧を印加する電圧印加部と、（ｅ）上記半導体光源に上記逆電圧が印加されたときに当該半導体光源のアノードとカソードの間に生じる電圧を検出する電圧検出部と、（ｆ）上記電圧検出部によって検出された上記電圧に基づいて、上記半導体光源へ供給すべき電流の大きさを設定する電流設定部と、を備える。

上記の光源装置によれば、各半導体光源の光度ランクを逆電圧印加時の端子間電圧に基づいて検出し、当該検出結果に応じて、その半導体光源へ供給すべき適切な大きさの駆動電流を自律的に設定することができる。したがって、光度ランクに対応した複数の駆動部（駆動回路）を用意しておく必要がなく、在庫、コストの問題が解消される。

上記の光源装置は、上記半導体光源に対して供給される電力を制御する電力制御部（レギュレータ等）を更に備えてもよい。この場合に、上記電流設定部は、上記電力制御部に所定の制御信号を与えることによって上記電流の大きさを設定する。

これにより、外部電源等の電力供給部に設計変更等の負担を与えることなく、当該電源等から供給される電力に基づいて、光源装置内部で半導体光源へ供給する駆動電流を制御し得る。なお、電流設定部によって外部電源等を直接的に制御するように構成してもよい。

上記の光源装置において、上記電力制御部は、上記電流設定部により上記電流の大きさが設定された後に、上記半導体光源への電力の供給を開始することも好ましい。

これにより、電流の大きさが適切に設定された後に半導体光源を点灯させることになるので、半導体光源の保護（破損回避）という観点でより都合がよい。

本発明に係る一態様の光源装置の制御方法は、（ａ）半導体光源と、（ｂ）第１の降伏電圧を有し、カソードが上記半導体光源のアノードと接続された第１のツェナーダイオードと、（ｃ）上記第１の降伏電圧より小さい第２の降伏電圧を有し、アノードが上記第１のツェナーダイオードのアノードと接続され、カソードが上記半導体光源のカソードと接続された第２のツェナーダイオードと、を備える光源装置の制御方法であって、（ｄ）上記半導体光源に逆電圧を印加する第１ステップと、（ｅ）上記半導体光源に上記逆電圧が印加されたときに当該半導体光源のアノードとカソードの間に生じる電圧を検出する第２ステップと、（ｆ）上記第２ステップにおいて検出された上記電圧に基づいて、上記半導体光源へ供給すべき電流の大きさを設定する第３ステップと、を含む。

上記の制御方法によれば、各半導体光源の光度ランクを逆電圧印加時の端子間電圧に基づいて検出し、当該検出結果に応じて、その半導体光源へ供給すべき適切な大きさの駆動電流を設定することができる。したがって、光度ランクに対応した複数の駆動部（駆動回路）を用意しておく必要がなく、在庫、コストの問題が解消される。

一実施形態の光源回路の構成を示す回路図である。 一実施形態の光源装置の構成を示す図である。 他の実施形態の光源装置の構成を示す図である。 光源装置の変形実施例を説明するための図である。 光源装置の変形実施例を説明するための図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態の光源回路の構成を示す回路図である。本実施形態の光源回路は、半導体光源（マルチチップ含む）１０と、第１のツェナーダイオード１１と、第２のツェナーダイオード１２と、を含んで構成される。第１のツェナーダイオード１１と第２のツェナーダイオード１２とは、互いのアノード同士を接続した状態で直列接続されている。第１のツェナーダイオード１１と第２のツェナーダイオード１２の全体は半導体光源１０と並列に接続されている。

詳細には、第１のツェナーダイオード１１は、そのカソード端子が半導体光源１０のアノード端子と接続され、第２のツェナーダイオード１２は、そのカソード端子が半導体光源１０のカソード端子と接続されている。第１のツェナーダイオード１１は、半導体光源１０の静電気による損傷を防止するためのものであり、半導体光源１０のフォワード電圧Ｖｆよりも高いツェナー電圧（降伏電圧；例えば２０〜３０Ｖ程度）を有する。第２のツェナーダイオード１２は、半導体光源１０の光度ランクを識別するためのものであり、相対的に低いツェナー電圧（例えば３〜５Ｖ程度）を有する。

図１に示す光源回路の動作について以下に説明する。通常使用する場合には、半導体光源１０のアノード側にプラス電位、カソード側にマイナス電位を印加すればよい。それにより、半導体光源１０を点灯させることができる。

このときの各ツェナーダイオードの動作については以下のようになる。静電気防止用である第１のツェナーダイオード１１は、半導体光源１０のフォワード電圧Ｖｆよりも高い値のツェナー電圧を有するため、導通しない。また、光度ランク識別用である第２のツェナーダイオード１２も導通しない。つまり、半導体光源１０が正常に点灯しているときには、各ツェナーダイオード１１、１２は導通しない。

次に、半導体光源１０のアノード端子側に静電気等に起因する高電圧が印加された場合を考える。この場合は、第１のツェナーダイオード１１が導通する。また、第２のツェナーダイオード１２もフォワード電圧Ｖｆが発生し導通する。つまり、「第１のツェナーダイオード１１のツェナー電圧」と「第２のツェナーダイオードのフォワード電圧Ｖｆ」の和に相当する電圧で静電気はクランプされ、半導体光源１０は保護される。

次に、通常点灯時とは逆に、半導体光源１０のアノード側にマイナス電位、カソード側にプラス電位を印加した場合を考える。この場合、半導体光源１０にとっては逆電圧となるので、半導体光源１０は点灯しない（不灯となる）。このとき、光度ランク識別用である第２のツェナーダイオード１２は、導通し、選択された電圧を持つ。また、静電気保護用である第１のツェナーダイオード１１は、フォワード電圧Ｖｆを持ち導通する。つまり、光度ランク識別用の第２のツェナーダイオード１２のフォワード電圧として、光度ランクに応じたツェナー電位を設定しておけば、半導体光源１０に対して逆電圧を印加することにより、その半導体光源１０の光度ランクがわかるようになる。以下、具体的に説明する。

一例として、半導体光源１０の光度ランクには、１（明るい）〜３（暗い）の３ランクがあるとする。光度ランク１は3.9V（変動幅3.74〜4.16V）、光度ランク２は4.7V（変動幅4.42〜4.9V）、光度ランク３は5.6V（変動幅5.31〜5.92V）であるとすると、半導体光源１０に逆電圧を印加し、その際に半導体光源１０の両端に発生する電圧を検出すれば、その半導体光源１０の光度ランクを識別することができる。

なお、図１に示す光源回路では、仮に半導体光源１０に対して逆方向に静電気等による高電圧が印加されたとしても、上述した場合と同様に半導体光源１０は保護される。つまり、「第２のツェナーダイオードのフォワード電圧Ｖｆ」と「第１のツェナーダイオード１１のツェナー電圧」の和に相当する電圧で静電気はクランプされ、半導体光源１０は保護される。

次いで、上記した光源回路を含み、半導体光源１０の光度ランクに応じた適切な駆動電流値を設定する機能を備えた光源装置の構成例について説明する。

図２は、一実施形態の光源装置の構成を示す図である。図２に示す光源装置１００は、各半導体光源の光度ランクに応じた適切な駆動電流値を自律的に設定することが可能である。この光源装置１００は、例えば車両用灯具として用いられるものであり、光源部１と、回路部２と、これらの光源部１と回路部２との間を電気的に接続するための配線であるハーネス３と、を含んで構成されている。

光源部１は、上述した図１に示した光源回路を３段に直接接続して構成されている。詳細には、光源部１は、３つの半導体光源１０ａ、１０ｂ、１０ｃと、３つの第１のツェナーダイオード１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、３つの第２のツェナーダイオード１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、を含んで構成されている。そして、第１のツェナーダイオード１１ａと第２のツェナーダイオード１２ａが半導体光源１０ａに並列接続され、第１のツェナーダイオード１１ｂと第２のツェナーダイオード１２ｂが半導体光源１０ｂに並列接続され、第１のツェナーダイオード１１ｃと第２のツェナーダイオード１２ｃが半導体光源１０ｃに並列接続されている。

回路部２は、外部から電源を供給した際に定電流回路を構成するスイッチングレギュレータ２０と、光度ランクを検出するタイミングとスイッチングレギュレータ２０の駆動タイミングを管理するマイコン２１と、マイコン２１によって制御され、半導体光源１０ａのアノード側を短絡するか開放するかを行うＦＥＴ（トランジスタ）２２と、同じくマイコン２１によって制御され、光度ランクを検出する場合には短絡するスイッチ部２３と、マイコン２１およびスイッチ部２３と接続された抵抗素子２４と、を含んで構成されている。

なお、詳細は後述するが本実施形態では、マイコン２１，ＦＥＴ２２、スイッチ部２３および抵抗素子２４が「電圧印加部」に相当し、マイコン２１およびスイッチ部２３が「電圧検出部」に相当し、マイコン２１が「電流設定部」に相当する。また、スイッチングレギュレータ２０が「電力制御部」に相当する。

本実施形態の光源装置１００はこのような構成を備えており、次にその動作について説明する。まず、スイッチングレギュレータ２０に電源が供給された際に、マイコン２１は、スイッチングレギュレータ２０の動作をストップさせる。次に、マイコン２１は、ＦＥＴ２２をオン状態にする制御信号を当該ＦＥＴ２２へ供給するとともに、スイッチ部２３をオン状態にするための制御信号を当該スイッチ部２３へ供給する。これにより、半導体光源１０ａのアノード側は基準電位（接地電位）に接続され、カソード側には、電源Ｖ１から抵抗素子２４を介して電圧が印加される。すなわち、半導体光源１０ａに対して逆方向電圧が印加される。このとき、半導体装置１０ａの端子間に、光度ランクに応じたツェナー電圧が発生する。

マイコン２１は、半導体装置１０ａの端子間に発生したツェナー電圧を検出する。具体的には、マイコン２１は、内蔵するアナログ／デジタル変換器（図示省略）を介してツェナー電圧をデジタル信号として取り込む。そして、マイコン２１は、この取り込んだツェナー電圧に基づいて、スイッチングレギュレータ２０の定電流出力の値を設定する。次に、マイコン２１は、ＦＥＴ２２およびスイッチ部２３のそれぞれに所定の制御信号を供給することにより、ＦＥＴ２２およびスイッチ部２３をそれぞれオフ状態とする。そして、マイコン２１は、スイッチングレギュレータ２０に対して、動作許可を与える制御信号を出力する。それにより、スイッチングレギュレータ２０は、光源部２へ駆動電流を供給する動作を開始する。具体的には、スイッチングレギュレータ２０は、設定された電流値になるように出力電圧を昇圧または降圧し、各半導体光源１０ａ〜１０ｃを点灯させる。

なお、本実施形態では、各半導体光源１０ａ〜１０ｃは同じ光度ランクのものである場合を想定している。このため、いずれか１つの半導体光源（本例では半導体光源１０ａ）について光度ランクを検出するだけで、各半導体光源１０ａ〜１０ｃに対して適切な駆動電流値を設定することができる。

図３は、他の実施形態の光源装置の構成を示す図である。図３に示す光源装置１００ａは、基本的には上記した図２に示した光源装置１００と同様の構成を有しており、各半導体光源の光度ランクに応じた適切な駆動電流値を自動設定することが可能である。

図３に示す光源装置１００ａは、図２に示した光源装置１００と比較し、回路部２ａのスイッチングレギュレータ２０と光源部１の半導体光源１０とを結ぶ配線の途中が基準電位（接地電位）に直接的に接続されている点が構成上異なっている。すなわち、図２に示す光源装置１００におけるＦＥＴ２２が図３に示す光源装置１００ａにおいては省略されている。この光源装置１００ａは、半導体光源１０ａのアノード側を基準電位とし、半導体光源１０ｃのカソード側を負電圧にするように構成されている。

本実施形態の光源装置１００ａはこのような構成を備えており、次にその動作について説明する。まず、スイッチングレギュレータ２０に電源が供給された際に、マイコン２１は、スイッチングレギュレータ２０の動作をストップさせる。次に、マイコン２１は、スイッチ部２３をオン状態にするための制御信号を当該スイッチ部へ供給する。これにより、半導体光源１０ａのアノード側は基準電位（接地電位）に接続され、カソード側には、電源Ｖ２から抵抗素子２４を介して電圧が印加される。すなわち、半導体光源１０ａに対して逆方向電圧が印加される。このとき、光度ランクに応じたツェナー電圧が発生する。

マイコン２１は、半導体装置１０ａの端子間に発生したツェナー電圧を検出する。具体的には、マイコン２１は、内蔵するアナログ／デジタル変換器を介してツェナー電圧をデジタル信号として取り込む。そして、マイコン２１は、この取り込んだツェナー電圧に基づいて、スイッチングレギュレータ２０の定電流出力の値を設定する。次に、マイコン２１はスイッチ部２３もオフ状態とする。そして、マイコン２１は、スイッチングレギュレータ２０に対して、動作許可を与える制御信号を出力する。それにより、スイッチングレギュレータ２０は、光源部２へ駆動電流を供給する動作を開始する。具体的には、スイッチングレギュレータ２０は、設定された電流値になるように、出力電圧を昇圧または降圧し、各半導体光源１０ａ〜１０ｃを点灯させる。

以上の本実施形態によれば、各半導体光源の光度ランクを逆電圧印加時の端子間電圧に基づいて検出し、当該検出結果に応じて、その半導体光源へ供給すべき適切な大きさの駆動電流を設定することができる。したがって、光度ランクに対応した複数の駆動部（駆動回路）を用意しておく必要がなく、在庫、コストの問題が解消される。

また、本実施形態によれば、光度ランクの異なる半導体光源（光源部）に対して回路部を共通化することが可能となる。すなわち、製造時や補修時等において、駆動電流の大きさに応じて回路部を取り替えることや駆動電流を手動で調整することが不要となる。これにより、半導体光源（光源部）もしくは回路部の一方を交換する場合においても、煩雑な作業を伴うことなく、光度ランクに適した駆動電流を半導体光源に対して確実に供給することができる。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上述した実施形態においては本発明に係る光源装置の一例として車両用灯具を挙げていたが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。

また、上述した実施形態においては、半導体光源の光度ランクに応じた駆動電流が自律的に設定されるが、これを手動で行ってもよい。このような光源装置の概略構成を図４に示す。図４に示す光源装置１００ｂは、光源装置１と、この光源装置１に電力を供給する駆動回路４と、これらの相互間をつなぐハーネス３と、を含んで構成されている。光源装置１の詳細構成は上述した通りである。駆動回路４は、電流設定端子を備えており、この電流設定端子を用いて光源部１の各半導体光源の光度ランクに応じた駆動電流を設定可能に構成されている。具体的には、駆動回路４は、例えばスイッチングレギュレータと、電流設定端子を用いて設定された駆動電流の大きさを記憶する記憶部（記憶手段）と、を備えている（図示省略）。この構成の光源装置１００ｂにおいては、例えば図示しない外部装置を用いて、光源部２の半導体光源に逆電圧が印加され、このときに半導体光源のアノードとカソードの間に生じる電圧が検出される。そして、この検出された電圧に基づいて、前述の電流設定端子を用いて、半導体光源へ供給すべき電流の大きさが設定される。なお、光源部２の各半導体光源の光度ランクが予め分かっている場合には、その光度ランクに応じて電流を設定すればよい。

また、光度ランクに応じた駆動電流を自律的に設定するための構成部分を駆動回路とは分離して構成してもよい。このような構成例を図５に示す。図５に示す光源装置１００ｃは、光源装置１と、この光源装置１に電力を供給する駆動回路４ａと、光度ランクに応じた駆動電流を設定する電流設定回路５と、これらの相互間をつなぐハーネス３と、を含んで構成されている。光源装置１の詳細構成は上述した通りである。また、駆動回路４ａは上記した駆動回路４と同様な構成を有する。電流設定回路５は、上述した実施形態における回路部２からスイッチングレギュレータ１０が省略された構成を備える。この構成の光源装置１００ｃは、通常の使用時には電流設定回路５を取り外し、光源装置１と駆動回路４ａとがハーネス３を介して直接的に接続される。そして、必要に応じて、光源装置１と駆動回路４ａとの間に電流設定回路５を介在させ、駆動回路４ａにおける駆動電流の設定が行われる。すなわち、電流設定回路５を用いて、光源部２の半導体光源に逆電圧が印加され、このときに半導体光源のアノードとカソードの間に生じる電圧が検出される。そして、この検出された電圧に基づいて、前段の駆動回路４ａにおける電流の大きさが設定される。このように電流設定回路５を分離して構成することにより、通常使用時における光源装置の全体構成を簡素化できる利点がある。また、光源部と駆動回路からなる既存の光源装置に対しても、両者間に電流設定回路を介在させることにより、自動的に駆動電流を設定可能となる

１…光源部、２…回路部、３…ハーネス、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…半導体光源（マルチチップ含む）、１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…第１のツェナーダイオード、１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…第２のツェナーダイオード、２０…スイッチングレギュレータ、２１…マイコン、２２…ＦＥＴ（トランジスタ）、２３…スイッチ部、２４…抵抗素子、１００、１００ａ…光源装置

Claims (4)

1. 半導体光源と、
   第１の降伏電圧を有し、カソードが前記半導体光源のアノードと接続された第１のツェナーダイオードと、
   前記第１の降伏電圧より小さい第２の降伏電圧を有し、アノードが前記第１のツェナーダイオードのアノードと接続され、カソードが前記半導体光源のカソードと接続された第２のツェナーダイオードと、
   前記半導体光源に逆電圧を印加する電圧印加部と、
   前記半導体光源に前記逆電圧が印加されたときに当該半導体光源のアノードとカソードの間に生じる電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部によって検出された前記電圧に基づいて、前記半導体光源へ供給すべき電流の大きさを設定する電流設定部と、
   を備える、光源装置。
2. 前記半導体光源に対して供給される電力を制御する電力制御部を更に備え、
   前記電流設定部は、前記電力制御部に所定の制御信号を与えることによって前記電流の大きさを設定する、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記電力制御部は、前記電流設定部により前記電流の大きさが設定された後に、前記半導体光源への電力の供給を開始する、請求項２に記載の光源装置。
4. （ａ）半導体光源と、（ｂ）第１の降伏電圧を有し、カソードが前記半導体光源のアノードと接続された第１のツェナーダイオードと、（ｃ）前記第１の降伏電圧より小さい第２の降伏電圧を有し、アノードが前記第１のツェナーダイオードのアノードと接続され、カソードが前記半導体光源のカソードと接続された第２のツェナーダイオードと、を備える光源装置の制御方法であって、
   前記半導体光源に逆電圧を印加する第１ステップと、
   前記半導体光源に前記逆電圧が印加されたときに当該半導体光源のアノードとカソードの間に生じる電圧を検出する第２ステップと、
   前記第２ステップにおいて検出された前記電圧に基づいて、前記半導体光源へ供給すべき電流の大きさを設定する第３ステップと、
   を含む、光源装置の制御方法。
   
   

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