JP5617618B2 - 灯具点灯回路 - Google Patents

Description

本発明は灯具点灯回路に係り、たとえば、光源として発光ダイオードを用いた車両用灯具点灯回路に関する。

この種の灯具点灯回路の一般的な構成としては、たとえば図２に示すようなものが知られている。

図２において、図示しない電源が接続される電源供給端子Ｖｉｎとグランド端子ＧＮＤがあり、この電源供給端子Ｖｉｎとグランド端子ＧＮＤの間には、電源供給端子Ｖｉｎ側から順方向に配置されたダイオードＤ、負荷２、ＮＰＮトランジスタＱ、および抵抗Ｒ２’が順次接続された直列体が接続されている。負荷２は、複数の発光ダイオード２Ａが順方向に接続されて構成され、光源として機能するようになっている。ＮＰＮトランジスタＱは、コレクタが負荷２に、エミッタが抵抗Ｒ２’に接続されている。また、ＮＰＮトランジスタＱのベースとグランド端子ＧＮＤの間には逆方向に配置されるツェナーダイオードＺＤが接続され、ダイオードＤと負荷２の接続点とＮＰＮトランジスタＱのベースの間には抵抗Ｒ１’が接続されている。

このように構成された灯具点灯回路は、グランド端子ＧＮＤに対する定電圧がＮＰＮトランジスタＱのベースに印加されることで、該電圧に応じたベース電流が流れる結果、該定電圧に応じた電流Ｉｏが流れるようになっている。これにより、電流Ｉｏはトランジスタのエミッタ電位と抵抗Ｒ２’の値により制御されるようになる。

なお、車両用灯具点灯回路の他の構成としてたとえば下記特許文献１に示されたものも知られている。

特開２００５−６１９９０号公報

しかし、上述した灯具点灯回路において、ＮＰＮトランジスタＱは、温度による影響が大きく（Ｖ_ＢＥは約−２ｍＶ／℃の温度依存をもつ）、雰囲気温度の変化によりＮＰＮトランジスタＱのエミッタ電位が変動してしまい、安定した電流Ｉｏを流すことができないという懸念があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、温度依存性をなくし負荷（光源）に安定した電流を流すことができる灯具点灯回路を提供することにある。

また、本発明の目的は、たとえ電源に過電圧が生じることがあっても、これによる発熱を未然に防止するようにした灯具点灯回路を提供することにある。

本発明は、以下の構成によって上記目的を達成せんとするものである。
（１）本発明の灯具点灯回路は、電源が供給される第１端子と第２端子の間に、前記第１端子側から電流駆動発光素子からなる光源、電界効果トランジスタ、第１抵抗が順次接続された直列体と、前記第１端子と前記第２端子の間に接続された定電圧回路と、前記定電圧回路の出力点と前記第２端子の間に、前記出力点側から第３抵抗、第１トランジスタ、第２抵抗が順次接続された直列体と、前記定電圧回路の前記出力点と前記電界効果トランジスタと前記第１抵抗の接続点の間に、前記出力点側から第４抵抗、第２トランジスタが順次接続された直列体と、を備え、前記第３抵抗と前記第１トランジスタの接続点が前記電界効果トランジスタのゲートに接続されているともに、前記第１トランジスタのベースが第２トランジスタのベースおよびコレクタに接続され、前記第１トランジスタと前記第２抵抗の接続点での前記第２端子に対する電圧と前記第２トランジスタと前記電界効果トランジスタと前記第１抵抗の接続点での第２端子に対する電圧がほぼ等しく設定されていることを特徴とする。

（２）本発明の灯具点灯回路は、（１）の構成において、前記定電圧回路は、前記第１端子と前記第２端子の間に、前記第１端子側から第５抵抗、第１ツェナーダイオードが順次接続された直列体から構成されていることを特徴とする。
（３）本発明の灯具点灯回路は、（１）の構成において、前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタは同一の半導体チップに組み込まれて構成されていることを特徴とする。

（４）本発明の灯具点灯回路は、（１）の構成において、前記第１端子と前記第２端子の間に接続された過電圧遮断回路を備え、この過電圧遮断回路の出力によって前記電界効果トランジスタがオフになることを特徴とする。
（５）本発明の灯具点灯回路は、（４）の構成において、前記過電圧遮断回路は、前記第１端子と前記第２端子の間に、前記第１端子側から第２ツェナーダイオード、第６抵抗が順次接続された直列体と、コレクタが前記電界効果トランジスタのゲートに、エミッタが前記第２端子に、ベースが前記第２ツェナーダイオードと前記第６抵抗との接続点に接続された第３トランジスタと、を備えて構成されていることを特徴とする。

本発明の灯具点灯回路によれば、温度依存性をなくし負荷（光源）に安定した電流を流すことができるようになる。

本発明の灯具点灯回路の実施態様１を示す回路図である。 従来の灯具点灯回路の一般的な構成を示す回路図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。
（実施態様１）

図１は、本発明の灯具点灯回路の実施態様１を示した回路図である。図１において、灯具点灯回路１は、たとえば車両用灯具点灯回路となっており、定電流回路（図中点線枠Ａで示す）、および過電圧遮断回路（図中点線枠Ｂで示す）を備えて構成されている。

定電流回路Ａは、まず、図示しない電源に接続される電源供給端子Ｖｉｎおよびグランド端子ＧＮＤを有する。これら電源供給端子Ｖｉｎおよびグランド端子ＧＮＤにはたとえば１２Ｖの電源が供給されるようになっている。そして、電源供給端子Ｖｉｎおよびグランド端子ＧＮＤの間には、該電源供給端子Ｖｉｎ側から順方向に配置されたダイオードＤ、負荷２、電界効果トランジスタＱ１（機能的に図２のトランジスタＱに相当する）、抵抗ＲＳ（機能的に図２の抵抗Ｒ２’に相当する：この明細書において、抵抗ＲＳを第１抵抗と称する場合がある）が順次接続された直列体が接続されている。電界効果トランジスタＱ１は、そのドレインＤが負荷２に接続され、ソースＳが抵抗ＲＳに接続され、ゲートＧが後述の抵抗Ｒ３とＮＰＮトランジスタＱ２の接続点に接続されている。

負荷２は、順方向に配置される複数の発光ダイオード２Ａが直列に接続された直列体によって構成され、光源として機能するようになっている。負荷２は、たとえばコネクタＣＮ１、ＣＮ２を介して灯具点灯回路１に接続されるようになっている。

また、ダイオードＤと負荷２の接続点とグランド端子ＧＮＤの間には、該接続点側から抵抗Ｒ１、逆方向に配置されるツェナーダイオードＺＤ１が順次接続された直列体が接続されている。この抵抗Ｒ１、ツェナーダイオードＺＤ１は定電圧回路を構成し、抵抗Ｒ１とツェナーダイオードＺＤ１の接続点（この明細書において、定電圧回路の出力点と称する場合がある）はグランド端子ＧＮＤに対して定電圧とすることができる。

定電圧回路の出力点とグランド端子ＧＮＤの間には、該出力点側から抵抗Ｒ２、抵抗ＲＸ（この明細書において、第２抵抗と称する場合がある）が順次接続された直列体が接続されている。定電圧回路の出力点はグランド端子ＧＮＤに対して定電圧となっているため、抵抗Ｒ２と抵抗ＲＸの接続点においてもグランド端子ＧＮＤに対して定電圧とすることができる。

定電圧回路の出力点と抵抗Ｒ２と抵抗ＲＸの接続点の間には、該出力点側から抵抗Ｒ３、ＮＰＮトランジスタＱ２（この明細書において、第１トランジスタと称する場合がある）が順次接続された直列体が接続されている。ＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタは抵抗Ｒ３に接続され、エミッタは抵抗Ｒ２と抵抗ＲＸの接続点に接続され、ベースは後述のＮＰＮトランジスタＱ３のベースに接続されている。また、上述したように、ＮＰＮトランジスタＱ２と抵抗Ｒ３の接続点は電界効果トランジスタＱ１のゲートＧに接続されている。

さらに、定電圧回路の出力点と電界効果トランジスタＱ１と抵抗ＲＳの接続点の間に、該出力点側から抵抗Ｒ４、ＮＰＮトランジスタＱ３（この明細書において第２トランジスタと称する場合がある）が順次接続された直列体が接続されている。ＮＰＮトランジスタＱ３は、コレクタが抵抗Ｒ４に接続され、エミッタが電界効果トランジスタＱ１と抵抗ＲＳの接続点に接続され、ベースがコレクタに接続されるとともに前記ＮＰＮトランジスタＱ２のベースに接続されている。

ここで、ＮＰＮトランジスタＱ２とＮＰＮトランジスタＱ３は、同一の半導体チップにおいて互いに近接して配置されて構成されている。また、ＮＰＮトランジスタＱ２とＮＰＮトランジスタＱ３は半導体チップ上に同大同形に形成され、それらの特性はほぼ同じになるように形成されている。ＮＰＮトランジスタＱ２とＮＰＮトランジスタＱ３をこのように構成したのは、温度環境においてそれぞれ条件を同一にするとともに、温度による影響をＮＰＮトランジスタＱ２とＮＰＮトランジスタＱ３において同一とするためである。

また、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４のそれぞれの値は、ＮＰＮトランジスタＱ２に流れるコレクタ電流Ｉ１とＮＰＮトランジスタＱ３に流れるコレクタ電流Ｉ２とがほぼ等しくなるように、設定されるようになっている。

そして、このように構成された定電流回路Ａは、抵抗Ｒ２、抵抗ＲＸの接続点でのグランド端子ＧＮＤに対する電圧をＶｘ、電界効果トランジスタＱ１、抵抗ＲＳの接続点でのグランド端子ＧＮＤに対する電圧をＶｒｅｆとした場合、Ｖｘ＝Ｖｒｅｆの関係を有するようになっている。

上述したようにＮＰＮトランジスタＱ２に流れるコレクタ電流をＩ１とし、ＮＰＮトランジスタＱ３に流れるコレクタ電流をＩ２とし、さらに、抵抗Ｒ２を流れる電流をＩｘとし、電界効果トランジスタＱ１を流れる電流をＩ３とした場合、抵抗ＲＸには（Ｉ１＋Ｉｘ）が流れるようになり、抵抗ＲＳには（Ｉ２＋Ｉ３）が流れるようになる。これにより、抵抗ＲＸ、および抵抗ＲＳの値を適当な値に設定することにより、Ｖｘ＝Ｖｒｅｆの関係を設定することができるようになる。このようにすることによって、ＮＰＮトランジスタＱ２およびＮＰＮトランジスタＱ３にそれぞれ流れるコレクタ電流Ｉ１、Ｉ２がほぼ等しいことと相俟って、ＮＰＮトランジスタＱ２のＶ_ＢＥとＮＰＮトランジスタＱ３のＶ_ＢＥのそれぞれの温度依存性の変動をほぼ同じにでき、ＮＰＮトランジスタＱ２とＮＰＮトランジスタＱ３は温度に影響されることなく駆動させることができるようになる。

この場合、抵抗Ｒ２、抵抗ＲＸの接続点でのグランド端子ＧＮＤに対する電圧Ｖｘと、電界効果トランジスタＱ１、抵抗ＲＳの接続点でのグランド端子ＧＮＤに対する電圧Ｖｒｅｆは、厳密に等しくなっている必要はなく、ある範囲で差を有するようになっていてもよいことはいうまでもない。たとえば前記定電圧回路の出力点の電圧に対して１％の差を有する（すなわち、電圧Ｖｘと電圧Ｖｒｅｆの差は前記定電圧回路の出力点の電圧の１％の範囲内で設定される）ようになっていてもよい。この程度の差を有していても同様の効果を奏するからである。

抵抗Ｒ２、抵抗ＲＸの接続点でのグランド端子ＧＮＤに対する電圧ＶｘはツェナーダイオードＺＤ１等で構成される定電圧回路によって安定させることができることから、電界効果トランジスタＱ１、抵抗ＲＳの接続点でのグランド端子ＧＮＤに対する電圧をＶｒｅｆも安定させることができるようになる。これによって、ＮＰＮトランジスタＱ２のエミッタ電位、およびＮＰＮトランジスタＱ３のエミッタ電位を信頼性よく安定化させることができ、温度の影響によるエミッタ電位の変動を抑制させることができる。このため、負荷２（光源）に安定した電 流Ｉｏを流すことができるようになる。

また、過電圧遮断回路Ｂは、次に示すように構成されている。すなわち、ダイオードＤと負荷２の接続点とグランド端子ＧＮＤの間に、前記接続点側から逆方向に配置されたツェナーダイオードＺＤ２と抵抗Ｒ５が順次接続された直列体が接続されている。電界効果トランジスタＱ１のゲートＧとグランド端子ＧＮＤの間には、ＮＰＮトランジスタＱ４が接続されている。ＮＰＮトランジスタＱ４は、コレクタが電界効果トランジスタＱ１のゲートに接続され、エミッタがグランド端子ＧＮＤに接続され、ベースが抵抗Ｒ６を介してツェナーダイオードＺＤ２と抵抗Ｒ５の接続点に接続されている。

このように構成される過電圧遮断回路Ｂにおいて、電源供給端子Ｖｉｎに過電圧が供給された場合、ツェナーダイオードＺＤ２は導通され、ＮＰＮトランジスタＱ４はオン状態となる。このため、電界効果トランジスタＱ１は、ゲートＧがグランド端子ＧＮＤと同電位となり、オフ状態となる。これにより、電源からの負荷２への電源供給が停止される。したがって、たとえ電源に過電圧が生じることがあっても、これによる発熱を未然に防止するようにできる。

上述した実施態様では、ツェナーダイオードＺＤ１を用いて定電圧回路を構成したものである。しかし、定電圧回路として、必ずしもツェナーダイオードＺＤ１を用いる必要はなく、他の素子を用いて定電圧回路を構成してもよいことはもちろんである。

上述した実施態様では、光源である負荷２として発光ダイオード２Ａを用いたものである。しかし、これに限定されることはなく、たとえば有機ＥＬ素子等の他の電流駆動発光素子であってもよいことはもちろんである。

上述した実施態様では、トランジスタとして電界効果トランジスタの他に、ＮＰＮトランジスタを用いて灯具点灯回路を構成したものである。しかし、ＰＮＰトランジスタを用いて灯具点灯回路を構成するようにしてもよいことはもちろんである。

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。またその様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１……灯具点灯回路、２……負荷、２Ａ……発光ダイオード、Ａ……定電流回路、Ｂ……過電圧遮断回路、ＣＮ１、ＣＮ２……コネクタ、Ｄ……ダイオード、ＺＤ、ＺＤ１、ＺＤ２……ツェナーダイオード、Ｒ、Ｒ１〜Ｒ６……抵抗、Ｑ、Ｑ１〜Ｑ４……ＮＰＮトランジスタ。

Claims (4)

1. 電源が供給される第１端子と第２端子の間に、前記第１端子側から電流駆動発光素子からなる光源、電界効果トランジスタ、第１抵抗が順次接続された直列体と、
   前記第１端子と前記第２端子の間に接続された定電圧回路と、
   前記定電圧回路の出力点と前記第２端子の間に、前記出力点側から第３抵抗、第１トランジスタ、第２抵抗が順次接続された直列体と、
   前記定電圧回路の前記出力点と前記電界効果トランジスタと前記第１抵抗の接続点の間に、前記出力点側から第４抵抗、第２トランジスタが順次接続された直列体と、を備え、
   前記第３抵抗と前記第１トランジスタの接続点が前記電界効果トランジスタのゲートに接続されているとともに、前記第１トランジスタのベースが第２トランジスタのベースおよびコレクタに接続され、
   前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタが同一の半導体チップに近接して配置され、前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタの特性はほぼ同じであり、
   前記第１トランジスタに流れるコレクタ電流と、前記第２トランジスタに流れるコレクタ電流とはほぼ等しく設定されており、
   前記第１トランジスタと前記第２抵抗の接続点での前記第２端子に対する電圧と前記第２トランジスタと前記電界効果トランジスタと前記第１抵抗の接続点での第２端子に対する電圧がほぼ等しく設定されていることを特徴とする灯具点灯回路。
2. 前記定電圧回路は、前記第１端子と前記第２端子の間に、前記第１端子側から第５抵抗、第１ツェナーダイオードが順次接続された直列体から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の灯具点灯回路。
3. 前記第１端子と前記第２端子の間に接続された過電圧遮断回路を備え、この過電圧遮断回路の出力によって前記電界効果トランジスタがオフになることを特徴とする請求項１に記載の灯具点灯回路。
4. 前記過電圧遮断回路は、前記第１端子と前記第２端子の間に、前記第１端子側から第２ツェナーダイオード、第６抵抗が順次接続された直列体と、コレクタが前記電界効果トランジスタのゲートに、エミッタが前記第２端子に、ベースが前記第２ツェナーダイオードと前記第６抵抗との接続点に接続された第３トランジスタと、を備えて構成されていることを特徴とする請求項３に記載の灯具点灯回路。
   

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