JP6051370B2 - 発光ダイオード鎖 - Google Patents

Description

本発明は、直列に接続された、電源から給電される多数の光ダイオードを備える光ダイオード鎖に関し、それぞれの光ダイオードに１つのトリガー回路が割り当てられており、このトリガー回路は被制御スイッチを有し、また、すべてのトリガー回路に共通する制御ラインにかかる制御電圧に応じて被制御スイッチを開くか、又は閉じるために、このトリガー回路が設けられている。

ＬＥＤを備える走行灯回路が知られており、このとき、個々のＬＥＤはそれぞれ、１つの電極が共通の給電ラインにあり、その他の電極はクロック発生器によって給電される電源ラインにある。このことは、ｎ個のＬＥＤにおいて個別のライン（ｎ＋１）が必要となるため、配線にかかる経費が高いことを意味している。

冒頭に述べた種類の光ダイオード鎖は、特許文献１から知られている。従来技術によるこの解決方法の場合、それぞれの被制御スイッチに専用のコンパレータが割り当てられており、このとき、それぞれのコンパレータには、一方で共通の制御ラインで制御電圧が供給され、他方では基準電圧の分圧器の部分電圧が供給される。この場合、制御ラインは必要であるとしても、個々のコンパレータに追加配線が必要となるばかりでなく、これらのコンパレータによってさらなる経費が発生する原因ともなっている。

特許文献２から知られている、直列に接続された光ダイオードのトリガー回路は、直列に並ぶ光ダイオードへの交流電源からの電源供給のみに関しており、このとき、ＬＥＤ電流の半波電圧への適合を、電気を節約するように行うことは課題となっているが、直列接続の個々の光ダイオードの適切なオン又はオフは課題となっていない。

国際公開第２０１０／０４６８０６（Ａ１）号明細書 国際公開第２０１１／０９６６８０（Ａ２）号明細書

本発明の課題は、光ダイオード鎖の配線経費を低減し、僅かな経費で、実際の使用、詳細には自動車への使用にも適している解決方法を提供することである。

この課題は、冒頭に述べた種類の光ダイオード鎖によって解決され、この場合、本発明に基づき、光ダイオードに対して並列に接続された、電圧の基準電圧シンクの直列回路を、それぞれのトリガー回路が被制御スイッチと共に有しており、それぞれのトリガー回路は、ＬＥＤ直列回路の低位終端に対して測定された制御電圧を、スイッチと鎖の後続のＬＥＤ又は低位終端との接続部にかかる電圧と比較するため、及び制御電圧が規定値を下回った場合にはスイッチを閉じるか、又は制御電圧が規定値を上回った場合にはスイッチを開くために設けられている。

本発明により、使用されているＬＥＤの数とは無関係に、光ダイオード鎖に必要な配線は３つだけである。単純かつ低価格なトリガー回路を、最小スペースで、光ダイオードに直接取り付けることができる。

実地に沿ったバリエーションは、トリガー回路が基準電圧シンクの直列回路及び被制御半導体スイッチの接点ギャップによって光ダイオードをバイパスしており、このとき、基準電圧と半導体スイッチの通過電圧との合計は光ダイオードの順電圧よりも小さく、すべての光ダイオードに共通の制御ラインが設けられており、この共通の制御ラインは、電圧ランプを発生させるランプジェネレータのアウトプットにあり、すべての半導体スイッチの制御インプットに接続されていることを特徴とする。

適切な実施形態では、基準電圧シンクが少なくとも１つの基準電圧ダイオードによって形成されており、有利には基準電圧ダイオードがツェナーダイオードである。

実地に沿ったバリエーションでは、半導体スイッチ（Ｑ１）がトランジスタ、詳細にはＭＯＳＦＥＴである。

望ましくない高いゲート−ソース電圧からとくにＭＯＳＦＥＴを保護するため、半導体スイッチの制御区間が保護ダイオードによってバイパスされており、このとき、有利には、このダイオードはツェナーダイオードである。

半導体スイッチが確実にオフになることを保証するため、保護ダイオードに対して並列に抵抗を接続することができる。

この保護ダイオードと共に、高すぎる電圧から半導体スイッチを保護するという意味で、半導体スイッチの制御インプットと制御ラインとの間に保護抵抗がある場合は有利である。

制御ラインと半導体スイッチの制御インプットとの間に、それぞれ１つの分離ダイオードが接続されている場合、制御ラインを介する制御電子回路のフィードバックが回避される。

原則的に任意のランプ形状が可能であるが、寸法が限定できるという意味でも、線形に上昇／下降する電圧ランプを発生させるランプジェネレータが取り付けられている場合は有利である。

以下に、図に示されている実施形態の例を用いて、本発明をさらに詳しく説明する。

本発明に基づく光ダイオード鎖の基本構造のブロックダイヤグラムである。 光ダイオード鎖の光ダイオードのトリガー回路の配線図である。 ４つの光ダイオードを備える光ダイオード鎖の例におけるさまざまな作動段階の図である。 ４つの光ダイオードを備える光ダイオード鎖の例におけるさまざまな作動段階の図である。 ４つの光ダイオードを備える光ダイオード鎖の例におけるさまざまな作動段階の図である。 ４つの光ダイオードを備える光ダイオード鎖の例におけるさまざまな作動段階の図である。 ４つの光ダイオードを備える光ダイオード鎖の例におけるさまざまな作動段階の図である。 降下制御電圧の時間経過ならびに４つの光ダイオードを備える鎖の光ダイオード点灯数の時間経過を示すグラフである。 図８と同様のグラフであるが、制御電圧は上昇している。 降下制御電圧の時間経過、ならびに光ダイオードの照度上昇を示すグラフである。

図１は、本発明に基づく光ダイオード鎖１の構造を示している。電源２は電流Ｉ_ＬＥＤを送り、この例では、直列に接続されている４つの光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４に、低位終端又はグラウンド箇所３に向かって給電する。光ダイオード鎖の光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４は、必ずしも個別の光ダイオードでなくてもよく、１つの光ダイオードの代わりに、直列及び／又は並列接続された光ダイオードが設けられていてもよい。ランプジェネレータ５と電源２との間に点線で示されているラインは、必要に応じて電流Ｉ_ＬＥＤの追加的制御が可能であることを示している。

それぞれの光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４には、トリガー回路ＡＳ１〜ＡＳ４が割り当てられており、このトリガー回路は、付属する光ダイオードに対して並列接続されている、電圧Ｕ_ｒｅｆの基準電圧シンクＤｓと被制御スイッチＱとの直列回路を有している。

すべてのトリガー回路ＡＳ１〜ＡＳ４に共通の制御ライン４はランプジェネレータ５のアウトプットにあり、トリガー回路の、ここでは記号で示されているコンパレータ回路６によって、被制御スイッチの制御インプットと接続されている。この場合、それぞれのトリガー回路は、低位終端３に対して測定されて制御ライン４にかかる制御電圧Ｕ_ｓｔを、スイッチＱと鎖の後続の光ダイオードＬＤ２又は低位終端３との接続部にかかる電圧ＵＦ１〜ＵＦ４と比較するため、及び制御電圧Ｕ_ｓｔが規定値を下回った場合にスイッチＱを閉じるか、もしくは規定値を超えた場合にスイッチＱを開くために設けられている。

すべてのトリガー回路は同一に形成されているため、以下では、鎖の第１の光ダイオードＬＥＤ１に割り当てられているトリガー回路の実地で実証された実施例を、図２を参照しながら詳しく説明する。

光ダイオードＬＥＤ１に対して並列に、順方向に接続されている２つのダイオードの直列回路があり、これらのダイオードはすべてＤ１で示され、基準電圧シンクを形成しており、ＭＯＳＦＥＴ Ｑの接点ギャップＤ−ＳのソースＳが光ダイオードＬＥＤ１の陰極にあり、ＭＯＳＦＥＴ ＱのドレインＤはダイオードＤ１の陰極にある。トランジスタＱのゲートは、制御ライン４の保護抵抗Ｒ１と分離ダイオードＤ２との直列回路の向こうにある。ＭＯＳＦＥＴ ＱのソースＳとゲートＧは、一方でツェナーダイオードＤ３によってバイパスされ、他方では抵抗Ｒ２によってバイパスされている。

分離ダイオードＤ２は、光ダイオード鎖１のそれぞれ残りの回路へのフィードバックを防止し、保護抵抗Ｒ１はツェナーダイオードＤ３との組み合わせで、ＭＯＳＦＥＴのゲート-ソース間にかかる有害な高電圧を防止する。抵抗Ｒ２は、ダイオードＤ２が存在していてもＭＯＳＦＥＴスイッチを確実にオフにできるようにしている。ダイオードＤ１には、このことに関して、回避できないＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のゲート-ソース電圧公差を補正し、ＦＥＴが正確なスイッチ点を持たないような状態を考慮するという役割が生じる。

以下に示す電圧値は、本発明の機能を分かりやすく説明するためにのみ用いられるべきであり、使用される構成部品及び回路寸法によって異なっている。示されている実施例では、基準電圧ダイオードＤ１を形成している２つのダイオードが、例えば、それぞれ一般的な０．６ボルトの順電圧をもつショットキーバリアダイオードであるため、光ダイオードの定格電流での基準電圧シンクＤ１の基準電圧Ｕ_ｒｅｆは１．２ボルトである。ツェナーダイオードＤ３のツェナー電圧は８．２ボルトであり、ダイオードＤ２の通過電圧は０．６ボルトである。ＭＯＳＦＥＴ Ｑは、通常、２ボルトのゲートソース電圧以降で導電性になる。光ダイオードの通過電圧は、通常、２ボルトである。

さらに図３〜７を参照しながら、次に、４段階の光ダイオード鎖の機能を説明する。当業者には、本発明が特定の数の光ダイオードにまったく制限されず、該当する寸法で４段階より多く、又は少なくすることも可能であることは明白である。

図３による第１段階では、制御電圧Ｕ_ｓｔは６．５ボルトである。スイッチＱと鎖の後続ＬＥＤ又は低位終端との接続部にかかる電圧は、Ｕ_ｓ１＝３．６ボルト、Ｕ_ｓ２＝２．４ボルト、Ｕ_ｓ３＝１．２ボルト又はＵ_ｓ４＝０ボルトである。それぞれのＭＯＳＦＥＴのゲート-ソース電圧は２ボルトよりも大きく、すなわち第１段階〜第４段階について、２．３ボルト、３．５ボルト、４．７ボルト及び５．９ボルトであり、従って、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ全体が制御されており、そのドレイン-ソース電圧はほぼ０ボルトである。光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４には、それぞれ１．２ボルトの電圧がかかり、ほぼ基準電圧Ｕ_Ｒｅｆに相当する。この電圧は、明らかに２ボルトの光ダイオードの通過電圧よりも低く、光ダイオードは点灯しない。図８のグラフにおいて、このことは降下する電圧ランプの出発点に該当する。

図４では、制御電圧Ｕ_ｓｔが５．５ボルトまで低下し、第１段階のＭＯＳＦＥＴゲート-ソース電圧は１．３ボルトしかなく、第１段階のスイッチＱがロックされ、第１の光ダイオードＬＥＤ１が点灯する。

図５では、制御電圧Ｕ_ｓｔが４．３ボルトまで低下し、第１段階のＭＯＳＦＥＴのゲート-ソース電圧は０．１ボルトしかなく、第２段階のＭＯＳＦＥＴのゲート-ソース電圧も１．３ボルトしかないため、第２段階のスイッチＱもロックされ、第２の光ダイオードＬＥＤ１も第１の光ダイオードＬＥＤ２と同様に点灯する。

図６では、制御電圧Ｕ_ｓｔが３．１ボルトまで低下し、第１段階のＭＯＳＦＥＴのゲート-ソース電圧は０ボルトであり、第２段階のＭＯＳＦＥＴのゲート-ソース電圧も０．１ボルトしかなく、第３段階のＭＯＳＦＥＴのゲート-ソース電圧も１．３ボルトしかないため、第３段階のスイッチＱもロックされ、第３の光ダイオードＬＥＤ３も第１及び第２の光ダイオードＬＥＤ１及びＬＥＤ２と同様に点灯する。

図７に示されている段階では、制御電圧Ｕ_ｓｔが１．９ボルトを下回っており、それぞれの段階のＭＯＳＦＥＴのゲート-ソース電圧は、（図の上から下に向かって）０ボルト、０ボルト、０ボルト及び１．３ボルトであるため、全ての光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４が点灯する。

図５、６及び７のソース電圧Ｕ_ｓ１、図６、７のＵ_ｓ２ならびに図７のＵ_ｓ３については、図の中に具体的な電圧値が記入されていないが、それは、これらの電圧が先行するＬＥＤの順電圧によって決定し、モデルまたは性能によって異なるためである。

全体として、ランプジェネレータ５によって発生する制御電圧Ｕ_ｓｔが例えば線形に降下する場合、説明した機能により、連続して「点灯する」光ダイオード鎖の照明効果が生じる。これに関しては、再度、２００ｍｓ時間についてこの機能を示している図８を参照されたい。すでに言及したように、制御電圧の経過は、線形機能の代わりに、その他の任意の機能に従うこともできる。

図８とは逆に、図９は制御電圧が上昇する場合を示している。作動においては、光ダイオード鎖の該当する照明効果によって、例えば鋸刃形又は三角形の制御電圧経過など、あらゆる組合せ及び変更が可能である。

最後に、図１０は、制御電圧Ｕ_ｓｔが下降する場合、例として使用した４つの光ダイオードの明るさの依存関係を図に示したものである。

詳細には図示されていないが、すでに述べたように、ランプジェネレータ５によって電源２をある程度制御することも可能であり、これによって、例えば鎖が「点灯する」際に光ダイオードの照度が上昇するなど、その他の効果も実現することができる。

Claims (12)

1. 直列に接続され、一端が接地され、他端が電源（２）から給電される複数の発光ダイオード（ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４）を備える発光ダイオード鎖であり、それぞれの前記発光ダイオードに１つのトリガー回路（ＡＳ１〜ＡＳ４）が割り当てられており、前記トリガー回路は半導体スイッチ（Ｑ１〜Ｑ４）を有し、また、すべての前記トリガー回路に共通する制御ライン（４）にかかる制御電圧（Ｕｓｔ）に応じて半導体スイッチを開くか、又は閉じるために、前記トリガー回路が設けられている発光ダイオード鎖であって、
   前記発光ダイオード（ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４）に対して並列に接続された、基準電圧（Ｕｒｅｆ）をもつ基準電圧シンク（Ｄ１、Ｄ１’）と前記半導体スイッチ（Ｑ１〜Ｑ４）との直列回路を、それぞれの前記トリガー回路（ＡＳ１〜ＡＳ４）が有しており、
   前記基準電圧（Ｕｒｅｆ）と前記半導体スイッチの通過電圧（ＵＤ）との合計は前記発光ダイオード（ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４）のそれぞれの順電圧よりも小さいこと、
   それぞれの前記トリガー回路は、前記制御電圧（Ｕｓｔ）をそれぞれの前記トリガー回路の規定値と比較し、前記制御電圧（Ｕｓｔ）がそれぞれの前記トリガー回路の規定値を下回った場合には前記スイッチを開き、前記制御電圧（Ｕｓｔ）がそれぞれの前記トリガー回路の規定値を超えた場合には前記スイッチを閉めるために設けられていること、および、
   前記規定値は電源電圧および前記発光ダイオード（ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４）の順電圧に依存しないこと、を特徴とする発光ダイオード鎖。
2. 前記トリガー回路（ＡＳ１〜ＡＳ４）が、前記基準電圧シンク（Ｄ１）及び前記半導体スイッチ（Ｑ１〜Ｑ４）の接点ギャップの直列接続によって前記発光ダイオード（ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４）をバイパスしており、共通の前記制御ライン（４）が、ランプ電圧を生じるランプジェネレータ（５）のアウトプットであり、すべての前記半導体スイッチの制御インプットに接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオード鎖。
3. 前記基準電圧シンク（Ｄ１、Ｄ１’）が、少なくとも１つの基準電圧ダイオードによって形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の発光ダイオード鎖。
4. 前記基準電圧ダイオード（Ｄ１）がツェナーダイオードであることを特徴とする、請求項３に記載の発光ダイオード鎖。
5. 前記半導体スイッチ（Ｑ１〜Ｑ４）がトランジスタであることを特徴とする、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の発光ダイオード鎖。
6. 前記半導体スイッチ（Ｑ１〜Ｑ４）がＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする、請求項５に記載の発光ダイオード鎖。
7. 前記半導体スイッチ（Ｑ１〜Ｑ４）の制御区間（Ｇ−Ｓ）が保護ダイオード（Ｄ３）によってバイパスされていることを特徴とする、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の発光ダイオード鎖。
8. 前記保護ダイオード（Ｄ３）がツェナーダイオードであることを特徴とする、請求項７に記載の発光ダイオード鎖。
9. 前記保護ダイオード（Ｄ３）に対して並列に抵抗（Ｒ２）が接続されていることを特徴とする、請求項７又は８に記載の発光ダイオード鎖。
10. 前記半導体スイッチ（Ｑ）の制御インプットと前記制御ラインとの間に保護抵抗（Ｒ１）があることを特徴とする、請求項１〜９のうちいずれか一項に記載の発光ダイオード鎖。
11. 前記制御ライン（４）と前記半導体スイッチ（Ｑ）の前記制御インプットとの間に、それぞれ１つの分離ダイオード（Ｄ２）が接続されていることを特徴とする、請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載の発光ダイオード鎖。
12. 線形に上昇／下降するランプ電圧を発生させるランプジェネレータ（５）が取り付けられていることを特徴とする、請求項１〜１１のうちいずれか一項に記載の発光ダイオード鎖。