JP5721826B2 - 発光モジュールの駆動制御のための回路 - Google Patents

Description

本発明は、発光モジュールの駆動制御のための回路及び方法に関している。

光源、例えば車両に用いられる光源は、所定の作動電圧領域を求める。そのためフル輝度での光源の作動を可能にするためには例えば８Ｖから１６Ｖの範囲の電圧が必要である。また、低減された輝度での光源の作動には例えば６Ｖから８Ｖの範囲の電圧が必要とされる。

複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる直列回路の場合、典型的には６Ｖから８Ｖの間の順電圧が必要である。この順電圧の設定に対しては、例示的に述べた前記８Ｖから１６Ｖの範囲の作動電圧に基づいて降圧型コンバータが使用される。

いずれにせよ問題となるのは、そのような複数のＬＥＤからなる直列回路が例えば６Ｖの作動電圧のもとでは既に不十分な輝度でしか照明できないことである。この原因は発光ダイオードの光束が、前述した降圧型コンバータと関連して指数関数的ダイオード特性のために６Ｖの作動電圧のもとでは既に低すぎるからである。そのようなケース、すなわち６Ｖの高さの予め定められた作動電圧のもとで低減された輝度での発光ダイオードの作動の場合には、発光ダイオードを十分な輝度で照明できるように作動電圧を再度引き上げる昇圧型コンバータが設けられていてもよい。つまり、前述したような降圧型コンバーに代えて昇圧型コンバータを使用することも可能である。

しかしながらそのようなケースでは、当該の手段が光源の作動機器のコストを高め、付加的に必要となる部品に起因して装置自体も大きくなってしまうという欠点が伴う。

本発明の課題は、そのような欠点に鑑みこれを解消すべく、複数のＬＥＤを供えた光源を低減された輝度で僅かな作動電圧のもとで作動させられるように改善を行うことである。

前記課題は、独立請求項の特徴部分に記載された本発明によって解決される。本発明の別の有利な構成例は従属請求項にも記載されている。

前記課題の解決のために、本発明による発光モジュールの駆動制御のための回路によれば、
少なくとも２つの半導体発光素子が含まれており、前記少なくとも２つの半導体発光素子は第１の作動モードにおいて直列に接続されており、
作動電圧が予め定められた閾値を下回った場合には第２の作動モードが検出され、
前記第２の作動モードでは、前記少なくとも２つの半導体発光素子が交互に駆動制御されるように構成されている。

特に前記半導体発光モジュールは発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよい。

第１の作動モードは、例えばフル輝度での発光モジュールの作動に相当し、第２の作動モードは、低減された輝度での発光モジュールの作動に相当し得る。

少なくとも２つの半導体発光素子の交互の駆動制御によって、前記半導体発光素子の一部がそのつどスイッチオフされ、作動電圧は、目下活性化している半導体発光素子の作動のために、例えば降圧型コンバータによって整合される。これにより有利には、第２の作動モードにおいて活性中の半導体発光素子がそのエネルギーの効率的な動作点において作動されることが達成され、同時に当該発光モジュールが総じて低減された輝度で発光する。なぜなら半導体発光素子の一部は不活性だからである。複数のスイッチング状態の間で十分迅速な切り替わりによって、人間の肉眼が低減された一定の輝度を知覚することが達成される。

それにより有利には、発光モジュールが降圧型コンバータのみを用いて２つの作動モードで作動され、その際第２の作動モードは、半導体発光素子の効率的な駆動制御のもとで発光モジュールの低減された輝度を許容する。

有利な構成例によれば、作動電圧の高さに依存して第１の作動モード又は第２の作動モードが設定可能である。

とりわけ閾値の上回りが検出可能であり、それに伴って第１の作動モードが(再)活性化され得る。

別の構成例によれば、少なくとも２つの半導体発光素子が交互に駆動制御されるか、若しくは交互にグループで駆動制御可能である。

とりわけ複数の半導体発光素子が直列回路においてグループ化され、これらのグループが交互に活性化される。この場合各グループ毎に少なくとも１つの半導体発光素子が設けられていてもよい。

特に有利な構成例によれば、少なくとも２つの半導体発光素子が、
−双安定マルチバイブレータ、
−カウンター、
−シフトレジスタ、
−マイクロコントローラ若しくはマイクロプロセッサ、
を用いて交互に駆動制御可能である。

また別の有利な構成例によれば、前記少なくとも２つの半導体発光素子が、肉眼によってちらつきが何も知覚されないくらいに高い周波数でもって交互に駆動制御可能である。

例えば、この切り替えに対して、少なくとも６５Ｈｚのスイッチング周波数若しくはクロック周波数が用いられてもよい。

さらに別の有利な構成例によれば、前記回路が降圧型コンバータを有し、この降圧型コンバータに基づいて、
第１の作動モードにおいて少なくとも２つの半導体発光素子の直列回路に対する供給電圧が設定可能であり、
第２の作動モードにおいて少なくとも２つの半導体発光素子の一部に対する供給電圧が設定可能である。

それにより有利には、降圧型コンバータが、複数の半導体発光素子からなる直列回路の一部に対して相応に必要とされる供給電圧を準備することが達成される。これにより交互に活性化される半導体発光素子は、降圧型コンバータを介して、それらのエネルギー効率のよい動作点において作動が可能となる。

第２の作動モードにおいて各時点毎に少なくとも２つの半導体発光素子の一部だけを活性化することによって、当該少なくとも２つの半導体発光素子の活性した部分に対し低減された供給電圧だけが必要となる。それ故に、昇圧型コンバータを省くことができ、供給電圧の制御は、降圧型コンバータを用いて２つの作動モードに対して可能となる。

別の有利な構成例によれば、前記回路は、光源、特に車両の光源の作動のために用いられる。

さらに本発明によれば、前述した課題が、少なくとも２つの半導体発光素子を含んでいる発光モジュールの駆動制御のための方法において、
前記少なくとも２つの半導体発光素子を第１の作動モードにおいて直列に接続し、
作動電圧が予め定められた閾値を下回った場合に、第２の作動モードが検出され、
前記第２の作動モードにおいて前記少なくとも２つの半導体発光素子が交互に駆動制御されるようにして解決される。

既に前述したように、前記少なくとも２つの半導体発光素子は、個別に駆動制御されるか、又は交互にグループで駆動制御され得る。この場合有利には各グループが複数の半導体発光素子からなる直列回路を有している。

前述の実施例は、発光モジュールの駆動制御のための方法にも相応に当てはまる。

さらに、前述した課題は、これまでに説明してきた回路を含む光源によって解決される。とりわけこの光源は車両の光源（例えばヘッドライト、フォグランプ、バックランプ等）であってもよい。

次に本発明の実施例を以下の明細書で図面に基づき詳細に説明する。

作動電圧が所定の閾値よりも大きく、第１及び第２の発光ダイオードからなる直列回路が作動電圧に接続される第１の作動モードにおける本発明による回路の概略的なブロック回路図 図１Ａの描写に基づいて第２の発光ダイオードだけがアクティブである第２の作動モードのスイッチング状態を示した図 図１Ａの描写に基づいて第１の発光ダイオードだけがアクティブである第２の作動モードのスイッチング状態を示した図

実施例
有利には本発明による発光モジュールは複数の半導体発光素子を有しており、該半導体発光素子は少なくとも部分的に直列回路として作動され得る。ここでの半導体発光素子は発光ダイオードであり得る。発光ダイオードは１つの半導体発光素子を有するものであってもよいし、複数の半導体発光素子を有するものであってもよい。

第１の作動モードでは、発光モジュールに作動電圧がフルに供給され、複数の半導体発光素子が直列に接続される。とりわけ発光モジュールを作動するための駆動デバイス若しくはドライバーの効率は、この第１の作動モードに対して最適に設定されていてもよい。

第２の作動モードでは、前記発光モジュールが低減された輝度で発光する。この作動モードは、作動電圧が所定の閾値を下回って低下した場合に識別される。このケースでは、当該直列回路の一部が交互に、すなわち所定の期間だけ、当該複数の半導体発光素子の一部だけに、（低減された）作動電圧が供給される。

例えば２つの発光ダイオードからなる直列回路の場合、第２の作動モードにおいてはそれぞれ１つの発光ダイオードに交互に作動電圧ユニットが接続される。このケースでは、降圧型コンバータ（これは第１の作動モードの間も発光モジュールに適した電圧の供給を保証する）が供給電圧を、１つの発光ダイオードのみが作動するように制御する。複数の発光ダイオード間の交互の切り替えによって、１つの発光ダイオードだけがアクティブとなり、他の発光ダイオードには電圧が印加されない。これらの発光ダイオード間のスイッチングは、有利には肉眼によって何らかのちらつきが知覚されないように調整された周波数を用いて行われる。

この場合有利には、複数の発光ダイオード間の十分に迅速な交互の切り替えによって、肉眼にとっては、（第１の作動モードに比べて）低減された輝度でのフルフラットに発光する光源としての印象が生じる。

相応に複数の半導体発光素子を設け、それらを個別に（順次）駆動制御することも可能である。また、第２の作動モードにおいて、複数の半導体発光素子をグループで(共に)駆動制御することも可能である。

第２の作動モードの実行のために有利には電子制御回路が設けられる。この電子制御回路は低い作動電圧を検出し、それに伴って第２の作動モードを識別する。さらに複数の半導体発光素子の（個別の若しくはグループ毎の）交互の駆動制御がフルの作動電流で行われる。相応にこの電子制御回路はフルの作動電圧も識別でき、それに応じて第１の作動モードを活性化することもできる。この第１の作動モードでは複数の半導体発光素子からなる直列回路が作動電圧と接続される。

この場合に有利なのは、コストの高い複雑な昇圧型コンバータを必要としないことである。それどころか低コストで実現できる降圧型コンバータで十分であり、それにも関わらず様々な使用条件のもとでも光分布は変化しない。その上さらに発光モジュールの輝度を効率よく低減できる。

図１Ａは、第１の作動モードの概略的なブロック回路図であり、このモードでは、作動電圧１０１は所定の閾値よりも大である。発光モジュールは２つの発光ダイオードＤ１，Ｄ２を含んでいる。さらに２つのスイッチＳ１，Ｓ２も設けられており、それらは例えば電子制御可能なスイッチ（トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ）である。作動電圧１０１が所定の閾値よりも大きい場合には、前記スイッチＳ１，Ｓ２を介して、複数の発光ダイオードＤ１，Ｄ２からなる直列回路に作動電圧ユニット１０１が接続される。

例えば制御ユニット１０２が設けられていてもよい。この制御ユニット１０２は比較器回路を有しており、この比較器回路に基づいて作動電圧１０１を評価し得る。この評価に依存して前記制御ユニット１０２は電子スイッチＳ１，Ｓ２を相応に駆動制御する。

作動電圧１０１が所定の閾値を下回った場合には、このことが制御ユニット１０２によって識別され、発光ダイオードＤ２（図１Ｂ参照）及びＤ１（図１Ｃ参照）のうちのそれぞれ１つが交互に作動電圧ユニットに接続される。相応に制御ユニット１０２は図１Ｂ及び図１Ｃに示されている電子スイッチＳ１，Ｓ２のスイッチング状態の間を交互に切り替える手段を有している。このことは例えばマルチバイブレータ（例えば非安定マルチバイブレータ）を用いて達成できる。切り替え周波数は有利には、肉眼によってフリッカとして知覚される周波数よりも上にある。例えばこの周波数は６５Ｈｚ〜１００ＫＨｚの間の範囲にあってもよい。前記制御ユニットは、少ない部品でディスクリートに構成されていてもよいし、及び／又は集積回路、例えばＴＬＣ５５５（登録商標）に接続して構成されていてもよい。あるいはマイクロコントローラ若しくはマイクロプロセッサが、前記供給電圧１０１の識別、及び／又は、前記スイッチＳ１，Ｓ２の駆動制御を担うものであってもよい。

なお図中に示されているユニット１０１は、"供給電圧"を象徴的に表したものであり、とりわけ制御ユニット１０２の供給電圧値を提供するものであることを補足的に述べておく。さらに前記ユニット１０１は、前述した降圧型コンバータを含み得るものであり、このコンバータが個々の発光ダイオードの作動に必要な電圧レベルに応じて供給電圧を低減させる。この降圧型コンバータは別個に構成されてもよいし、例えば制御ユニット１０２の一部として構成されてもよい。

とりわけ本発明による発光モジュールは、複数の半導体発光素子、例えば複数の発光ダイオードを含み得るものである。ここで例示的に説明してきた直列回路は、例えば第２の作動モードにおいて得られる供給電圧のレベルに依存して、そのつど２以上の発光ダイオード（すなわち直列に接続されている発光ダイオードの一部）を駆動制御することも可能である。例えば図１Ａに示されている実施例に類似させて、発光モジュールが６つの発光ダイオードからなる直列回路を含み、図１Ｂによる第２の作動モードにおいては（直列に接続されている）最初の２つの発光ダイオードを駆動し、図１Ｃによる第２の作動モードにおいては、（直列に接続されている）その次の２つの発光ダイオードを駆動し、さらに、第３の部分周期が存在する場合には、同じように第２の作動モードにおいて、（直列に接続されている）最後の２つの発光ダイオードを駆動制御するようにしてもよい。

このケースでは、制御ユニット１０２は、３つのスイッチング状態の間で交互に切り替わる周期を形成し、その際には、６つの発光ダイオードのうちの２つがそのつど作動電圧ユニットに接続される。この場合有利にはスイッチＳ１，Ｓ２に対してさらに１つのスイッチングレベルが設けられ、それによって、第２の作動モードの各周期毎に、６つの発光ダイオードのうちの２つだけが作動電圧ユニットに接続されるようになる。

それらのスイッチング状態の間の切り替えは、例えばタイマーモジュール若しくはシフトレジスタを用いて行われてもよい。その際には３つの状態の間でそれらが繰り返され、各状態毎にこれらの電子スイッチのうちの１つのスイッチング位置が実行される。特にこのような機能性は、マイクロコントローラのような集積回路にプログラミングされていてもよい。

これまでに述べてきた本発明による回路は、例えば車両の例えばウインカー、フォグランプなどの光源を作動させるために用いることが可能である。

１０１ 作動電圧（ないし作動電圧を供給し得る作動電圧ユニット、ドライバー、電流制御システム）
１０２ 制御ユニット
Ｓ１ (電子)スイッチ
Ｓ２ (電子)スイッチ
Ｄ１ 発光ダイオード（ないし半導体発光素子）
Ｄ２ 発光ダイオード（ないし半導体発光素子）

Claims (9)

1. 発光モジュールの駆動制御のための回路において、
   第１の作動モードでは直列に接続される、少なくとも２つの半導体発光素子（Ｄ１，Ｄ２）が含まれており、
   前記第１の作動モードでは、前記少なくとも２つの半導体発光素子（Ｄ１，Ｄ２）に作動電圧（１０１）が連続して供給され、
   前記作動電圧（１０１）が予め定められた閾値を下回った場合には第２の作動モードが検出され（１０２）、
   前記第２の作動モードでは、前記少なくとも２つの半導体発光素子（Ｄ１，Ｄ２）が、少なくとも６５Ｈｚのスイッチング周波数若しくはクロック周波数でもって交互に駆動制御（１０２，Ｓ１，Ｓ２）され、それによってちらつきが肉眼で何も知覚されないように構成されていることを特徴とする回路。
2. 前記第１の作動モード又は前記第２の作動モードは、前記作動電圧の高さに依存して設定される、請求項１記載の回路。
3. 前記少なくとも２つの半導体発光素子は、交互に駆動制御可能か、若しくは交互にグループで駆動制御される、請求項１または２記載の回路。
4. 前記少なくとも２つの半導体発光素子は、
   −双安定マルチバイブレータ、
   −カウンター、
   −シフトレジスタ、
   −マイクロコントローラ若しくはマイクロプロセッサ、
   を用いて交互に駆動制御される、請求項１から３いずれか１項記載の回路。
5. 降圧型コンバータを有し、該降圧型コンバータに基づいて、
   第１の作動モードにおいて前記少なくとも２つの半導体発光素子の直列回路に対する供給電圧が設定可能であり、
   第２の作動モードにおいて前記少なくとも２つの半導体発光素子の一部に対する供給電圧が設定可能である、請求項１から４いずれか１項記載の回路。
6. 光源、とりわけ車両の光源を作動させるための請求項１から５いずれか１項記載の回路。
7. 少なくとも２つの半導体発光素子を含んでいる発光モジュールの駆動制御のための方法において、
   前記少なくとも２つの半導体発光素子を第１の作動モードにおいて直列に接続し、
   前記第１の作動モードでは、前記少なくとも２つの半導体発光素子に作動電圧が連続して供給され、
   前記作動電圧が予め定められた閾値を下回った場合に、第２の作動モードが検出され、
   前記第２の作動モードにおいて前記少なくとも２つの半導体発光素子が少なくとも６５Ｈｚのスイッチング周波数若しくはクロック周波数でもって交互に駆動制御され、それによってちらつきが肉眼で何も知覚されないようにしたことを特徴とする方法。
8. 請求項１から６いずれか１項記載の回路を含んでいることを特徴とする光源。
9. 前記光源は、車両の光源である、請求項８記載の光源。

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