JP6132091B2

JP6132091B2 - Ｌｅｄ駆動回路および配線基板

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Publication number: JP6132091B2
Application number: JP2013100174A
Authority: JP
Inventors: 田部　哲夫; 哲夫田部
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2033-05-10
Also published as: JP2014220455A

Description

本発明はＬＥＤ駆動回路および配線基板に係り、詳しくは、ＬＥＤ駆動回路と、そのＬＥＤ駆動回路を構成する回路素子が搭載された配線基板とに関するものである。

特許文献１には、電源電圧が印加されて発光ダイオードを駆動する第１のトランジスタと、発光ダイオードに直列接続された電流検出用の抵抗と、駆動指示信号に基づき第１のトランジスタを駆動すると共に、電流検出用の抵抗による電圧降下に応じて第１のトランジスタに負帰還をかけて第１のトランジスタに発光ダイオード駆動電流を制御させる第２のトランジスタとを備えた発光ダイオード駆動回路が開示されている。

特開２０００−３３２２９８号公報

近年、車両（二輪車、四輪車、特殊車両など）に搭載された車載照明装置（例えば、ヘッドランプ、テールランプ、ブレーキランプ、ルームランプなど）にはＬＥＤを用いたものが増加している。
ＬＥＤを点灯させるにはＬＥＤ駆動回路（ＬＥＤ点灯回路）が必要であるが、車載のＬＥＤ駆動回路には、以下の要件が求められる。

要件１：ＬＥＤを点灯させる電源電圧範囲は、車載バッテリの定格電圧が１２Ｖの場合には９〜１６Ｖの範囲で変動するため、この電源電圧範囲内にて、おおよそ同一輝度でＬＥＤを点灯させること。
要件２：正サージ電圧（例えば、約１２０Ｖで５０μ秒間、約３０〜７０Ｖで０．２秒間）に耐えること。負サージ電圧（例えば、約−１００〜−数百Ｖで１ｍ秒間）に耐えること。
要件３：ＬＥＤの点灯輝度が周囲温度（車載用電子機器の規格では−４０〜＋８０℃）や自己発熱の影響をほとんど受けないこと。
要件４：ＬＥＤの点灯輝度が生産ロットの影響をほとんど受けないこと。尚、生産ロットの影響には、ＬＥＤ自身の順方向電圧のバラツキによる影響も含む。
要件５：ＬＥＤの自己発熱により信頼性（例えば、ハンダ付の信頼性など）が低下しないこと。
要件６：発生する電磁ノイズが規格を満たすこと。
要件７：ＬＥＤ駆動回路を構成するプリント配線基板が小型であること。
要件８：コストが安いこと。

ＬＥＤ駆動回路にスイッチングレギュレータＩＣを用いた定電流回路を使用すれば、前記要件１〜６については容易に実現できる。
しかし、前記要件６は前記要件７，８と背反する。
前記要件８については、スイッチングレギュレータＩＣが高価であるため、大電力（例えば、数十ワット級）の車載照明装置（例えば、ヘッドランプ）に用いられるＬＥＤ駆動回路を除いては、実現が困難である。
本発明は、前記要件１〜８を満足させることが可能なＬＥＤ駆動回路を提供することにある。

本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、下記のように本発明の各局面に想到した。

＜第１の局面＞
第１の局面は、
１個または直列接続された複数個のＬＥＤと、
ＬＥＤに直列接続された駆動用トランジスタを備え、駆動用トランジスタに流れる電流を一定電流値に制御することにより、ＬＥＤを定電流駆動する定電流回路と、
駆動用トランジスタに流れる電流を検出するための抵抗と、
抵抗の両端間電圧に応じて、駆動用トランジスタをフィードバック制御する制御用トランジスタと、
車載バッテリの電源電圧から一定電圧を生成し、その一定電圧を、定電流回路と抵抗と制御用トランジスタとに供給する定電圧回路とを備えた車載のＬＥＤ駆動回路である。

第１の局面では、駆動用トランジスタをフィードバック制御する制御用トランジスタを備えるため、駆動用トランジスタの特性バラツキがＬＥＤに流れる電流の精度に影響を及ぼすのを防止できる。
また、第１の局面では、車載バッテリの電源電圧から生成した一定電圧を回路構成部材（定電流回路、抵抗、制御用トランジスタ）へ供給する定電圧回路を備えるため、定電流回路および制御用トランジスタを確実に動作させることができる。
従って、第１の局面によれば、前記要件１〜８を満足させることが可能なＬＥＤ駆動回路を提供できる。

ところで、特許文献１の発明の目的は、「低電圧の電源電圧ですみ、また温度変化にかかわらず光量が大きく変化しない発光ダイオード駆動回路を提供する」ことにある（段落［０００６］を参照）。
これら目的のうち、「温度変化にかかわらず光量が大きく変化しない」ことは、前記要件３と同じである。

また、「低電圧の電源電圧ですみ」については、特許文献１の段落［００２８］［００４５］に、「電源電圧Ｖccは………２．５Ｖとなって、電源電圧Ｖccは低電圧でも発光ダイオードを駆動することができる。」との記載がある。
この記載から、特許文献１の発明は、直列接続した２個の乾電池を電源とする電子機器に適用されるものであることが推認され、前記要件１が求められる車載照明装置用のＬＥＤ駆動回路には適用不可であることが分かる。

そして、特許文献１の発明は、「駆動指示信号に基づき第１のトランジスタを駆動する」ことを構成要件としており（請求項１，２を参照）、「駆動指示信号」に相当する構成要件を備えない第１の局面とは異なる。
ちなみに、特許文献１の［発明の実施の形態］には、「駆動指示信号」についての具体的な記載は無い。

加えて、特許文献１には、「電源電圧Ｖcc」を一定電圧値にする定電圧回路について一切開示されておらず示唆すらもされていない。これは、前記のように、特許文献１の発明が乾電池を電源にするため、「電源電圧Ｖcc」の変動が少ないことによるものであると推認できる。
従って、特許文献１に基づいて、定電圧回路を備えた第１の局面を想到することは、たとえ当業者といえども困難であり、また、第１の局面の前記作用・効果について予測し得るものではない。

＜第２の局面＞
第２の局面は、第１の局面において、制御用トランジスタの温度変動特性を相殺して補正する補正用能動素子を備える。
第２の局面では、補正用能動素子を備えるため、制御用トランジスタの温度変動特性がＬＥＤに流れる電流の精度に影響を及ぼすのを防止できる。

＜第３の局面＞
第３の局面は、第１の局面または第２の局面において、車載バッテリの電源電圧を定電圧回路に供給するダイオードを備える。
第３の局面では、ダイオードを備えるため、負サージ電圧や車載バッテリを逆接続した場合に他の回路素子を保護することができる。

＜第４の局面＞
第４の局面は、第１〜第３の局面において、定電圧回路はツェナーダイオードを備える。
第４の局面では、定電圧回路を簡単な構成（例えば、ツェナーダイオードと抵抗との直列回路）で具体化可能であり、低コスト化を図ることができる。

＜第５の局面＞
第５の局面は、第４の局面において、ツェナーダイオードのツェナー電圧は、ツェナーダイオードの温度係数が正となる最小電圧値よりも大きく、且つ、車載バッテリの電源電圧の最小電圧値よりも小さくなるように設定されている。

第５の局面では、ツェナー電圧がツェナーダイオードの温度係数が正となる最小電圧値よりも大きくなるように設定するため、アバランシェ（雪崩）降伏領域を使用することが可能になり、ツェナー電圧の電圧変動が少なくなることから、定電圧回路を確実に動作させることができる。
また、第５の局面では、ツェナー電圧が車載バッテリの電源電圧の最小電圧値よりも小さくなるように設定するため、車載バッテリの電源電圧を無駄なく最大限利用可能になり、低コスト化を図ることができる。

＜第６の局面＞
第６の局面は、第４の局面または第５の局面に記載のＬＥＤ駆動回路を構成する回路素子が搭載された配線基板であって、配線基板上において、ＬＥＤおよび駆動用トランジスタから最も離れた位置にツェナーダイオードが配置されている配線基板である。

第６の局面では、ＬＥＤおよび駆動用トランジスタの発熱量が大きくても、ＬＥＤおよび駆動用トランジスタが発生した熱がツェナーダイオードに伝達されて悪影響を与えるのを防止可能であり、ツェナー電圧の電圧変動が少なくなることから、定電圧回路を確実に動作させることができる。

本発明を具体化した第１実施形態のＬＥＤ駆動回路１０の回路図。ＬＥＤ駆動回路１０を構成する回路素子が搭載されたプリント配線基板PBにおける回路素子の配置状態を示す平面図。本発明を具体化した第２実施形態のＬＥＤ駆動回路２０の回路図。本発明を具体化した第３実施形態のＬＥＤ駆動回路３０の回路図。本発明を具体化した第４実施形態のＬＥＤ駆動回路４０の回路図。

以下、本発明を具体化した各実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、各実施形態において、同一の構成部材および構成要素については符号を等しくすると共に、同一内容の箇所については重複説明を省略する。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、第１実施形態のＬＥＤ駆動回路１０は、車載バッテリ１１、光源ブロック１２、ＬＥＤ１３、定電圧回路１４、ダイオードＤ１、ツェナーダイオードＺＤ１、ＮＰＮトランジスタＱ１、ＰＮＰトランジスタＱ２，Ｑ３、抵抗Ｒ１〜Ｒ５を備えており、車両（二輪車、四輪車、特殊車両など）に搭載された車載照明装置（例えば、ヘッドランプ、テールランプ、ブレーキランプ、ルームランプなど）に用いられる。

車載バッテリ１１のプラス端子はダイオードＤ１のアノードに接続され、車載バッテリ１１のマイナス端子はアースに接続されている。
車載バッテリ１１の定格電圧は１２Ｖであり、車載バッテリ１１からＬＥＤ駆動回路１０に供給される電源電圧Ｖbatは９〜１６Ｖの範囲で変動する。
光源ブロック１２は、直列接続された２個のＬＥＤ１３から構成されている。
定電圧回路１４は、ツェナーダイオードＺＤ１と抵抗Ｒ５の直列回路から構成されている。
逆方向接続されたツェナーダイオードＺＤ１のカソードはダイオードＤ１のカソードに接続され、ツェナーダイオードＺＤ１のアノードは抵抗Ｒ５を介してアースに接続されている。

トランジスタＱ２，Ｑ３のベースは共通接続され、そのベースは、トランジスタＱ３のコレクタに接続されると共に、抵抗Ｒ４を介してツェナーダイオードＺＤ１のアノードに接続されている。すなわち、トランジスタＱ３はダイオード接続されている。
トランジスタＱ２，Ｑ３のエミッタはそれぞれ、抵抗Ｒ１，Ｒ３を介してツェナーダイオードＺＤ１のカソードに接続されている。
トランジスタＱ２のコレクタは、抵抗Ｒ２を介してトランジスタＱ１のベースに接続されている。
順方向接続されたＬＥＤ１３のアノードは、抵抗Ｒ１を介してダイオードＤ１のカソードに接続され、ＬＥＤ１３のカソードはトランジスタＱ１のコレクタに接続されている。
トランジスタＱ１のエミッタはアースに接続されている。

［ＬＥＤ駆動回路１０の特徴］
第１実施形態のＬＥＤ駆動回路１０は、以下の特徴を有する。

［特徴１］
ＬＥＤ駆動回路１０を構成する部品のうち、車載バッテリ１１を除く全ての回路素子（電子部品）がディスクリート部品であり、ＩＣ（集積回路）を使用していない。
車載用電子機器の規格を満たすＩＣ（車載用ＩＣ）は、一般電子機器の規格を満たすだけのＩＣ（一般民生用ＩＣ）に比べて高価であるため、車載用ＩＣを用いるとＬＥＤ駆動回路１０のコストが高くなる。
また、ＩＣ自身をサージ電圧から保護する電子部品が必要になるため、更にコストが高くなる。

ＬＥＤ駆動回路１０はＩＣを使用していないため、低コスト化を図ることが可能であり、前記要件８を実現できる。
そして、ＬＥＤ駆動回路１０では、ディスクリート部品を使用することにより、ＩＣに比べてサージ耐性のある電子部品が選択可能であるため、前記要件２の正サージ電圧については比較的簡単に実現できる。
但し、ＬＥＤ１３への投入電流Ｉの精度や温度特性については、ＩＣを使用した場合に比べて劣るため、後述する特徴３，４のような工夫を行っている。

［特徴２］
ＬＥＤ駆動回路１０はリニアレギュレータ方式を用いているため、電磁ノイズの発生は皆無である。但し、ＬＥＤ１３への投入電流Ｉは１５０ｍＡ以下とする。
スイッチングレギュレータ方式では、ＬＥＤ１３の点灯には直接関わらない電磁ノイズ対策用の電子部品が必要になるため、コストが高くなる上に、ＬＥＤ駆動回路１０を構成する回路素子が搭載されたプリント配線基板が大型化するため、前記要件６〜８を同時に満たすのは困難である。

それに対して、リニアレギュレータ方式であれば、電磁ノイズは発生しないため、前記要件６を容易に実現できる上に、電磁ノイズ対策用の電子部品が不要であるため、前記要件７，８も実現できる。
但し、リニアレギュレータ方式では、電力効率（＝ＬＥＤ１３への投入電力／ＬＥＤ駆動回路１０の消費電力）は５０％前後であり、スイッチングレギュレータ方式の電力効率（通常は８０％以上）には劣る。
このため、リニアレギュレータ方式はスイッチングレギュレータ方式に比べて発熱が大きくなり、前記要件３，５，７，８の実現が困難になるという問題がある。
この問題を解決するために、ＬＥＤ１３への投入電流Ｉは１５０ｍＡ以下に制限する必要がある。

［特徴３］
前記要件３を実現するため、半導体（トランジスタＱ１〜Ｑ３、ツェナーダイオードＺＤ１）の温度依存性については、以下の方法で依存度の低減を図っている。

方法１：ＬＥＤ１３を駆動するトランジスタＱ１の温度依存性については、トランジスタＱ２，Ｑ３によるフィードバック制御（負帰還制御）により、トランジスタＱ１の温度による特性変化（主に、トランジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧VBE_Ｑ１）がＬＥＤ１３への投入電流Ｉに影響を及ぼすのを防止している。

方法２：トランジスタＱ２，Ｑ３の温度依存性については、同型・同生産ロットの製品またはペアトランジスタを用いることで相殺して補正する。
尚、トランジスタＱ２，Ｑ３を熱結合すれば温度依存性を確実に相殺して補正可能であり、２個のトランジスタＱ２，Ｑ３が１個のパッケージに収容された製品を用いれば更に望ましいものの、トランジスタＱ２，Ｑ３の熱結合は不可欠ではない。

ＬＥＤ１３への投入電流Ｉは、抵抗Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４の抵抗値Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４と、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧Ｖｚと、トランジスタＱ２，Ｑ３のベース・エミッタ間電圧VBE_Ｑ２，VBE_Ｑ３とにより、簡易解析式である数式１から求められる。

Ｉ＝１／Ｒ１×｛Ｒ３×（Ｖｚ−VBE_Ｑ３）／（Ｒ３＋Ｒ４）＋（VBE_Ｑ３−VBE_Ｑ２）｝ ………（数式１）

トランジスタＱ２，Ｑ３のベース・エミッタ間電圧VBE_Ｑ２，VBE_Ｑ３が等しければ、大カッコ内の第２項はゼロ、もしくは、温度にほとんど依存しない値にすることができる。

方法３：ＬＥＤ１３への投入電流Ｉの温度依存は、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧ＶｚとトランジスタＱ３のベース・エミッタ間電圧VBE_Ｑ３の温度特性で決まるが、抵抗Ｒ３，Ｒ４を設けることでその影響を小さくできる。
すなわち、数式１の大カッコ内の第１項より、ＬＥＤ１３への投入電流Ｉの温度依存は、ツェナー電圧Ｖｚとベース・エミッタ間電圧VBE_Ｑ３との差で直接決まるのではなく、ツェナー電圧Ｖｚとベース・エミッタ間電圧VBE_Ｑ３との差に抵抗Ｒ３，Ｒ４の分圧比｛（Ｒ３／（Ｒ３＋Ｒ４）｝を乗じた値に依存するため、温度依存性は小さくなる。

具体的には、Ｒ３＝６．２ｋΩ、Ｒ４＝１６ｋΩ、Ｖｚ＝７．５Ｖ、ツェナーダイオードＺＤ１の温度特性を約２．５ｍＶ／℃、ベース・エミッタ間電圧VBE_Ｑ３の温度特性を約−２．３ｍＶ／℃の場合、温度１℃上昇当たりの影響は、数式１の大カッコ内の第１項より１．３４ｍＶ／℃となり、トランジスタＱ３単独の温度特性（約−２．３ｍＶ／℃）より小さくなる。
これは、Ｒ１＝３９Ωの場合、ＬＥＤ１３への投入電流Ｉに換算すれば、３４．３μＡ／℃に相当する。

方法４：ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧Ｖｚは６．２〜８．２Ｖに限定する。
ツェナー電圧Ｖｚの選定は、温度特性よりも、ＬＥＤ１３への投入電流Ｉの電源電圧依存性から決まる。
電源電圧依存性が少なく、理想的なツェナーダイオード特性を示すのは、一般にツェナー電圧Ｖｚが８．２Ｖ以上の製品であるが、ツェナー電圧Ｖｚの温度特性は悪化してゆく。

一方、ツェナー電圧Ｖｚが６．２Ｖ以下の製品を用いれば、点灯電圧範囲の下限が広くなり、前記要件１を満たすには有利であるが、ツェナー電圧Ｖｚの電圧依存性は悪化するため、ＬＥＤ１３への投入電流Ｉの精度も悪くなる。
但し、ツェナー電圧Ｖｚが６．２Ｖの製品は、温度特性はほぼゼロのため、この点は有利ではある（前記数式１を参照）。
ツェナー電圧Ｖｚが６．２Ｖ以下の製品は、定電圧特性に難があり、車載バッテリ１１の電源電圧Ｖbatが９〜１６Ｖの範囲で変動すると、ＬＥＤ１３への投入電流Ｉは大きく変化してしまう。

総合すれば、ツェナー電圧Ｖｚの電圧依存性が、だいたい理想に近く、温度依存性も少ないツェナーダイオードＺＤ１は、ツェナー電圧Ｖｚが７．５Ｖの製品であり、この製品を用いればバランスのとれた回路性能が得られる。
但し、仕様要件が許すなら、ツェナー電圧Ｖｚは６．２〜８．２Ｖには限定されない。

［特徴４］
半導体（トランジスタＱ１〜Ｑ３、ツェナーダイオードＺＤ１）の特性バラツキがＬＥＤ１３への投入電流Ｉに与える影響が少なく、ＬＥＤ１３への投入電流Ｉの電流精度が比較的高く、量産性に優れた回路構成である。

すなわち、前記数式１にトランジスタＱ１に関わる項が無いことから分かるように、トランジスタＱ２，Ｑ３によるフィードバック制御により、トランジスタＱ１の特性バラツキは、ＬＥＤ１３への投入電流Ｉの精度に影響しない。
また、前記のように、トランジスタＱ２の温度依存性はトランジスタＱ３により相殺して補正される。
そして、ＬＥＤ１３への投入電流Ｉのバラツキは、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧ＶｚとトランジスタＱ３のベース・エミッタ間電圧VBE_Ｑ３で決まるが、前記数式１に示すように、バラツキにも抵抗Ｒ３，Ｒ４の分圧比｛（Ｒ３／（Ｒ３＋Ｒ４）｝が乗じられる回路なので、影響は小さくなる。

具体的には、Ｒ１＝３９Ω、Ｒ２＝３．３ｋΩ、Ｒ３＝６．２ｋΩ、Ｒ４＝１６ｋΩ、Ｒ５＝１ｋΩ、Ｖｚ＝７．５Ｖの場合、ツェナー電圧Ｖｚとベース・エミッタ間電圧VBE_Ｑ３のバラツキ合計が大きく見積もって＋０．３Ｖとしても、ＬＥＤ１３への投入電流Ｉは約２．１ｍＡの増加に留まることになり、投入電流Ｉを５０ｍＡに設定すると、僅かに＋４％のバラツキ増に抑えられる。

［ＬＥＤ駆動回路１０の動作について］
［i］ＬＥＤ１３の順方向電圧の合計値は約７Ｖ以下とする。窒化ガリウム系ＬＥＤの場合には、１個のＬＥＤ１３における順方向電圧は２．８〜３．５Ｖであるため、ＬＥＤ１３は２個直列までが上限である。
これは、車載バッテリ１１の定格電圧が１２Ｖの場合における電源電圧Ｖbatの最小電圧値（たいてい、９〜１０Ｖ）による制約であり、車載バッテリ１１の電圧を昇圧せずに電源電圧Ｖbatが最小電圧値のときでもＬＥＤ１３を安定して発光させるには、ＬＥＤ１３は２個直列までが上限である。
電源電圧Ｖbatの最小電圧値を大きくできるなら、ＬＥＤ１３の順方向電圧の合計値も大きくすることができる。

［ii］ＬＥＤ駆動回路１０はリニアレギュレータ方式でフィードバック型の定電流回路であり、トランジスタＱ１によりＬＥＤ１３への投入電流Ｉを一定電流値に制御することにより、ＬＥＤ１３を定電流駆動する。
特徴２で述べたように、リニアレギュレータ方式なので、電力効率（＝ＬＥＤ１３への投入電力／ＬＥＤ駆動回路１０の消費電力）は、スイッチングレギュレータ方式には劣る。
しかし、ＬＥＤ１３はもともと消費電力が小さいこともあり、電力効率がそれほど良くなくても、ＬＥＤ駆動回路１０全体の消費電力について問題視されることは少なく、むしろ電力効率よりもコストが優先する。

［iii］トランジスタＱ１は、ＬＥＤ１３の駆動用（ドライバ）の役割がある。
トランジスタＱ１のベース電流はトランジスタＱ２によってフィードバック制御され、トランジスタＱ１のコレクタ電流（＝ＬＥＤ１３への投入電流Ｉ）は、おおよそ一定電流値に保たれる（電源電圧Ｖbat：９〜１６Ｖ、周囲温度：−４０〜＋８０℃) 。

［iv］トランジスタＱ２は、比較器とトランジスタＱ１の駆動用（ドライバ）とを兼用する役割がある。
トランジスタＱ２はフィードバック機能を担当し、抵抗Ｒ１の両端間電圧が、おおよそ抵抗Ｒ３の両端間電圧（ほぼ一定電圧値）と等しくなるように、トランジスタＱ１のベース電流をフィードバック制御する。
その際、トランジスタＱ２のエミッタ電圧Ｖａとベース電圧Ｖｂの比較を行っている。
トランジスタＱ２，Ｑ３のベース・エミッタ間電圧VBE_Ｑ２，VBE_Ｑ３の温度依存性については、同型・同生産ロットの製品またはペアトランジスタを用いることで相殺して補正し、ベース・エミッタ間電圧VBE_Ｑ２の温度変動特性がＬＥＤ１３への投入電流Ｉに影響しないようにしている（前記数式１を参照）。

［v］トランジスタＱ３は、リファレンス電圧の供給とトランジスタＱ２のベース・エミッタ間電圧VBE_Ｑ２の温度依存性を相殺して補正する役割がある。
ツェナーダイオードZD1のツェナー電圧Ｖｚを、抵抗Ｒ３，Ｒ４とトランジスタＱ３のベース・エミッタ間電圧VBE_Ｑ３とで分圧し、トランジスタＱ２に供給している。
トランジスタＱ２，Ｑ３のベース電圧Ｖｂの概算値は、数式２から求められる。

Ｖｂ≒VBE_Ｑ３＋Ｒ３×（Ｖｚ−VBE_Ｑ３）／（Ｒ３＋Ｒ４） ………（数式２）

トランジスタＱ３をダイオード接続にして、抵抗Ｒ３，Ｒ４の分圧回路に含めているのは、トランジスタＱ２，Ｑ３のベース・エミッタ間電圧VBE_Ｑ２，VBE_Ｑ３の温度依存性を相殺して補正し、トランジスタＱ２のベース・エミッタ間電圧VBE_Ｑ２の温度変動特性がＬＥＤ１３への投入電流Ｉに影響しないようにするためである。

［vi］ツェナーダイオードＺＤ１は、リファレンス電圧の大元となる一定電圧値のツェナー電圧Ｖｚを供給する役割がある。
ツェナーダイオードＺＤ１は、特徴３の方法４で述べたように、ツェナー電圧Ｖｚは６．２〜８．２Ｖの製品に限定する。

例えば、抵抗Ｒ３，Ｒ４およびトランジスタＱ３を省き、トランジスタＱ２のベースをツェナーダイオードＺＤ１のアノードに接続する回路構成にした場合には、回路構成を簡素化できる。
しかし、電源電圧Ｖvatの下限の制約（約９Ｖ程度）のため、フィードバックセンサ役の抵抗Ｒ１の両端間電圧は２Ｖ以下になってしまう（ＬＥＤ１３で約７Ｖを占めるため）。
すると、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧Ｖｚが２Ｖ以下の製品を選択することになるが、ツェナー電圧Ｖｚが２Ｖ以下の製品は、理想特性には程遠く、電流−ツェナー電圧Ｖｚ特性が悪い。
このため、電源電圧Ｖbatに対してＬＥＤ１３への投入電流Ｉが一定電流値を保てず、投入電流Ｉの精度が悪くなる。

［vii］抵抗Ｒ１は、ＬＥＤ１３への投入電流Ｉをセンシング（電流検出）する役割がある。
ＬＥＤ駆動回路１０では、抵抗Ｒ１の両端間電圧が、抵抗Ｒ３の両端間電圧に等しくなるようにフィードバック制御している。
厳密には、抵抗Ｒ１は、トランジスタＱ２のコレクタ電流とＬＥＤ１３への投入電流Ｉの合計をセンシングしているが、トランジスタＱ２のコレクタ電流は、ＬＥＤ１３への投入電流ＩをトランジスタＱ１の直流電流増幅率ｈFEで除算した値（Ｉ／ｈFE）にほぼ等しく、直流電流増幅率ｈFEは１００以上であるため、ＬＥＤ１３への投入電流Ｉだけを検出しているとして問題ない。

但し、抵抗Ｒ１の抵抗値は、要求するＬＥＤ１３への投入電流Ｉが５０ｍAなら、４０Ω（＝２Ｖ／５０ｍＡ）と比較的低い値になり、ＬＥＤ１３への投入電流Ｉが大きくなれば、それだけ抵抗Ｒ１の抵抗値は小さくなる。
これは、電源電圧Ｖbatの下限が約９Ｖ程度に設定されるため、ＬＥＤ１３への電圧割り当てが７Ｖの場合、抵抗Ｒ１の両端間電圧の割り当てが２Ｖ以下になるためである。
抵抗Ｒ１への電圧割り当てが小さいということは、ＬＥＤ１３への投入電流Ｉの精度と温度特性が悪くなる傾向となり、リファレンス電圧の電圧精度と、温度特性の良さが求められる理由になっている。

ＬＥＤ駆動回路１０では、リファレンス電圧の大元を作るツェナーダイオードＺＤ１としてツェナー電圧Ｖｚが７．５Ｖ前後の製品を選択し、電圧精度をよくしている。
また、トランジスタＱ２，Ｑ３のベース・エミッタ間電圧VBE_Ｑ２，VBE_Ｑ３の温度依存性を相殺して補正し、ベース・エミッタ間電圧VBE_Ｑ２の温度変動特性がＬＥＤ１３への投入電流Ｉに影響しないようにしている。
トランジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧VBE_Ｑ１の温度特性については、トランジスタＱ２によりフィードバック制御することで影響無しにしている。
ツェナーダイオードＺＤ１の温度特性は、ツェナー電圧Ｖｚが７．５Ｖ前後の製品を選択することにより、温度係数を比較的小さくできる（約＋２．５ｍＶ／℃）。この温度係数を抵抗Ｒ３，Ｒ４で分割して、さらに温度係数を小さくしている。
正確には、ツェナー電圧Ｖｚの温度特性とトランジスタＱ３のベース・エミッタ間電圧VBE_Ｑ３の差を抵抗分割している。

［viii］抵抗Ｒ３，Ｒ４は、リファレンス電圧を決定する役割がある。
ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧Ｖｚを抵抗Ｒ３，Ｒ４とトランジスタＱ３のベース・エミッタ間電圧VBE_Ｑ３で分割して、トランジスタＱ２にリファレンス電圧であるベース電圧Ｖｂを供給している（前記数式２を参照）。

［ix］抵抗Ｒ５は、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電流を決定する役割がある。
抵抗Ｒ５はツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電流が流れる経路となり、ツェナーダイオードＺＤ１がリファレンス電圧の元になるツェナー電圧Ｖｚを発生させる。
但し、抵抗Ｒ５は、トランジスタＱ３のコレクタ電流と、トランジスタＱ２，Ｑ３のベース電流の経路でもあり、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧Ｖｚが電源電圧Ｖbatに依存することから、ツェナー電圧Ｖｚの誤差要因になる。

ツェナー電圧Ｖｚが電源電圧Ｖbatに依存し難くなるよう、ツェナーダイオードＺＤ１の許容電力が許す範囲で、抵抗Ｒ５は小さな値にする必要がある。
しかし、正サージ電圧（例えば、約１２０Ｖ、５０μ秒）が印加された場合に、ツェナーダイオードＺＤ１が破壊されないようにするため、抵抗Ｒ５の抵抗値には下限がある。
ツェナーダイオードＺＤ１としてツェナー電圧Ｖｚが７．５Ｖ前後の製品を選択する場合には、ツェナー電流が１０μＡあれば、ツェナー電圧Ｖｚの精度をおおよそ獲得できるため、抵抗Ｒ５の抵抗値を１ｋΩ程度の比較的大きな値にすることが可能であり、ツェナーダイオードＺＤ１の電力容量が比較的小さくても（例えば、２００ｍＷ級）、正サージ電圧によってツェナーダイオードＺＤ１が破壊されることはない。

［x］ダイオードＤ１は、負サージ電圧や車載バッテリ１１を逆接続した場合に他の回路素子を保護する役割がある。
電源電圧Ｖbatが低下（約９Ｖ以下）した場合には、ダイオードＤ１による電圧降下（約０．５〜０．６Ｖ）により、ＬＥＤ１３への投入電流Ｉが要求値より低下するため、ダイオードＤ１の順方向電圧はできる限り低い値であることが望ましい。

［第１実施形態の作用・効果］
第１実施形態のＬＥＤ駆動回路１０によれば、以下の作用・効果を得ることができる。

［１］車載のＬＥＤ駆動回路１０は、直列接続された２個のＬＥＤ１３と、ＬＥＤ１３に直列接続されたトランジスタＱ１（駆動用トランジスタ）を備え、トランジスタＱ１に流れる電流（ＬＥＤ１３への投入電流Ｉ）を一定電流値に制御することにより、ＬＥＤ１３を定電流駆動する定電流回路である。
そして、ＬＥＤ駆動回路１０は、トランジスタＱ１に流れる電流Ｉを検出するための抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ１の両端間電圧に応じて、トランジスタＱ１をフィードバック制御するトランジスタＱ２（制御用トランジスタ）を備える。
また、ＬＥＤ駆動回路１０は、車載バッテリ１１の電源電圧から一定電圧を生成し、その一定電圧を回路構成部材（定電流回路、抵抗Ｒ１、トランジスタＱ２）に供給する定電圧回路１４を備える。

ＬＥＤ駆動回路１０は、トランジスタＱ１をフィードバック制御するトランジスタＱ２を備えるため、トランジスタＱ１の特性バラツキがＬＥＤ１３に流れる投入電流Ｉの精度に影響を及ぼすのを防止できる。
また、ＬＥＤ駆動回路１０は、定電圧回路１４を備えるため、定電流回路およびトランジスタＱ２を確実に動作させることができる。
従って、第１実施形態によれば、前記要件１〜８を満足させることが可能なＬＥＤ１３駆動回路を提供できる。

［２］ＬＥＤ駆動回路１０は、トランジスタＱ２（制御用トランジスタ）の温度変動特性を相殺して補正する補正用能動素子としてトランジスタＱ３を備えるため、トランジスタＱ２の温度変動特性がＬＥＤ１３に流れる投入電流Ｉの精度に影響を及ぼすのを防止できる。

［３］ＬＥＤ駆動回路１０は、車載バッテリ１１の電源電圧Ｖbatを定電圧回路１４に供給するダイオードＤ１を備えるため、負サージ電圧や車載バッテリ１１を逆接続した場合に他の回路素子を保護することができる。

［４］定電圧回路１４は、ツェナーダイオードＺＤ１と抵抗Ｒ１との直列回路から成る簡単な構成であるため、低コスト化を図ることができる。

［５］ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧Ｖｚは、ツェナーダイオードＺＤ１の温度係数が正となる最小電圧値よりも大きく、且つ、車載バッテリ１１の電源電圧Ｖbatの最小電圧値よりも小さくなるように設定されている。
すなわち、ツェナー電圧ＶｚがツェナーダイオードＺＤ１の温度係数が正となる最小電圧値よりも大きくなるように設定するため、アバランシェ（雪崩）降伏領域を使用することが可能になり、ツェナー電圧Ｖｚの電圧変動が少なくなることから、定電圧回路１４を確実に動作させることができる。
また、ツェナー電圧Ｖｚが車載バッテリ１１の電源電圧Ｖbatの最小電圧値よりも小さくなるように設定するため、車載バッテリ１１の電源電圧Ｖbatを無駄なく最大限利用可能になり、低コスト化を図ることができる。

［６］図２に示すように、ＬＥＤ駆動回路１０を構成する部品のうち、車載バッテリ１１を除く回路素子（光源ブロック１２、ＬＥＤ１３、定電圧回路１４、ダイオードＤ１、ツェナーダイオードＺＤ１、トランジスタＱ１〜Ｑ３、抵抗Ｒ１〜Ｒ５）は、同一のプリント配線基板PB上に搭載されている。

そのため、ＬＥＤ１３およびトランジスタＱ１の発熱量が大きくても、ＬＥＤ１３およびトランジスタＱ１が発生した熱がツェナーダイオードＺＤ１に伝達されて悪影響を与えるのを防止可能であり、ツェナー電圧Ｖｚの電圧変動が少なくなることから、定電圧回路１４を確実に動作させることができる。

［７］特許文献１の発明の目的は、「低電圧の電源電圧ですみ、また温度変化にかかわらず光量が大きく変化しない発光ダイオード駆動回路を提供する」ことにある（段落［０００６］を参照）。
これら目的のうち、「温度変化にかかわらず光量が大きく変化しない」ことは、前記要件３と同じである。

そして、特許文献１の発明は、「駆動指示信号に基づき第１のトランジスタを駆動する」ことを構成要件としており（請求項１，２を参照）、「駆動指示信号」に相当する構成要件を備えない第１実施形態のＬＥＤ駆動回路１０とは異なる。
ちなみに、特許文献１の［発明の実施の形態］には、「駆動指示信号」についての具体的な記載は無い。

加えて、特許文献１には、「電源電圧Ｖcc」を一定電圧値にする定電圧回路について一切開示されておらず示唆すらもされていない。これは、前記のように、特許文献１の発明が乾電池を電源にするため、「電源電圧Ｖcc」の変動が少ないことによるものであると推認できる。
従って、特許文献１に基づいて、定電圧回路１４を備えた第１実施形態のＬＥＤ駆動回路１０を想到することは、たとえ当業者といえども困難であり、また、前記［１］［４］［５］の作用・効果について予測し得るものではない。

＜第２実施形態＞
図３に示すように、第２実施形態のＬＥＤ駆動回路２０は、車載バッテリ１１、光源ブロック１２、ＬＥＤ１３、定電圧回路１４、ダイオードＤ１、ツェナーダイオードＺＤ１、ＰＮＰトランジスタＱ１、ＮＰＮトランジスタＱ２，Ｑ３、抵抗Ｒ１〜Ｒ５を備えている。

逆方向接続されたツェナーダイオードＺＤ１のカソードは抵抗Ｒ５を介してダイオードＤ１のカソードに接続され、ツェナーダイオードＺＤ１のアノードはアースに接続されている。
トランジスタＱ２，Ｑ３のベースは共通接続され、そのベースは、トランジスタＱ３のコレクタに接続されると共に、抵抗Ｒ４を介してツェナーダイオードＺＤ１のカソードに接続されている。
トランジスタＱ２，Ｑ３のエミッタはそれぞれ、抵抗Ｒ１，Ｒ３を介してアースに接続されている。
順方向接続されたＬＥＤ１３のアノードはトランジスタＱ１のコレクタに接続され、ＬＥＤ１３のカソードは抵抗Ｒ１を介してアースに接続されている。
トランジスタＱ１のエミッタはダイオードＤ１のカソードに接続されている。

第２実施形態のＬＥＤ駆動回路２０において、第１実施形態のＬＥＤ駆動回路１０と異なるのは、トランジスタＱ１〜Ｑ３の極性であり、トランジスタＱ１〜Ｑ３の極性に合わせて他の回路素子の接続関係が変更されている。
従って、第２実施形態のＬＥＤ駆動回路２０においても、第１実施形態のＬＥＤ駆動回路１０と同様の作用・効果が得られる。

＜第３実施形態＞
図４に示すように、第３実施形態のＬＥＤ駆動回路３０は、車載バッテリ１１、光源ブロック１２、ＬＥＤ１３、定電圧回路１４、ダイオードＤ１、ツェナーダイオードＺＤ１、ＮＰＮトランジスタＱ１、ＰＮＰトランジスタＱ２、抵抗Ｒ１〜Ｒ５、ダイオードＤ２を備えている。

順方向接続されたダイオードＤ２のアノードは、抵抗Ｒ３を介してツェナーダイオードＺＤ１のカソードに接続されている。
ダイオードＤ２のカソードは、トランジスタＱ２のベースに接続されると共に、抵抗Ｒ４を介してツェナーダイオードＺＤ１のアノードに接続されている。

第３実施形態のＬＥＤ駆動回路３０において、第１実施形態のＬＥＤ駆動回路１０と異なるのは、ダイオード接続されたトランジスタＱ３がダイオードＤ２に置き換えられている点だけである。
すなわち、第３実施形態では、トランジスタＱ２（制御用トランジスタ）の温度変動特性を相殺して補正する補正用能動素子としてダイオードＤ２を備える。

ダイオードＤ２の順方向電圧は、ダイオード接続されたトランジスタＱ３のエミッタ・コレクタ間電圧とは厳密には一致しない。
そのため、第３実施形態のＬＥＤ駆動回路３０では、第１実施形態のＬＥＤ駆動回路１０に比べて、ＬＥＤ１３への投入電流Ｉの精度はやや劣るものの、第１実施形態とほぼ同様の作用・効果が得られる。

＜第４実施形態＞
図５に示すように、第４実施形態のＬＥＤ駆動回路４０は、車載バッテリ１１、光源ブロック１２、ＬＥＤ１３、定電圧回路１４、ダイオードＤ１、ツェナーダイオードＺＤ１、ＰＮＰトランジスタＱ１、ＮＰＮトランジスタＱ２、抵抗Ｒ１〜Ｒ５、ダイオードＤ２を備えている。

順方向接続されたダイオードＤ２のアノードは、抵抗Ｒ３を介してアースに接続されている。
ダイオードＤ２のカソードは、トランジスタＱ２のベースに接続されると共に、抵抗Ｒ４を介してツェナーダイオードＺＤ１のカソードに接続されている。

第４実施形態のＬＥＤ駆動回路４０において、第３実施形態のＬＥＤ駆動回路３０と異なるのは、トランジスタＱ１，Ｑ２の極性であり、トランジスタＱ１，Ｑ２の極性に合わせて他の回路素子の接続関係が変更されている。
従って、第４実施形態のＬＥＤ駆動回路４０においても、第３実施形態のＬＥＤ駆動回路３０と同様の作用・効果が得られる。

＜別の実施形態＞
本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、前記各実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。

［Ａ］前記各実施形態では、直列接続された２個のＬＥＤ１３を備えているが、本発明は、ＬＥＤ１３を１〜３個または５個以上備えるＬＥＤ駆動回路に適用してもよい。

［Ｂ］バイポーラトランジスタＱ１〜Ｑ３をＭＯＳトランジスタに置き換えてもよい（ＮＰＮトランジスタをＮＭＯＳトランジスタに置き換え、ＰＮＰトランジスタをＰＭＯＳトランジスタに置き換える）。

［Ｃ］定電圧回路１４は、ツェナーダイオードＺＤ１と抵抗Ｒ５の直列回路に限らず、どのような形式の定電圧回路によって具体化してもよい。

［Ｄ］図２に示すプリント配線基板PBに限らず、バスバー（リードフレーム）やワイヤなどの配線材により回路配線が構成された配線基板（配線板）に適用してもよい。

本発明は、前記各局面および前記各実施形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。本明細書の中で明示した公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。

１０，２０，３０，４０…ＬＥＤ駆動回路
１１…車載バッテリ
１２…光源ブロック
１３…ＬＥＤ
１４…定電圧回路
Ｄ１…ダイオード
Ｄ２…ダイオード（補正用能動素子）
ＺＤ１…ツェナーダイオード
Ｑ１…トランジスタ（駆動用トランジスタ）
Ｑ２…トランジスタ（制御用トランジスタ）
Ｑ３…トランジスタ（補正用能動素子）
Ｒ１〜Ｒ５…抵抗
PB…プリント配線基板

Claims

１個または直列接続された複数個のＬＥＤと、
前記ＬＥＤに直列接続された駆動用トランジスタを備え、前記駆動用トランジスタに流れる電流を一定電流値に制御することにより、前記ＬＥＤを定電流駆動する定電流回路と、
前記駆動用トランジスタに流れる電流を検出するための抵抗と、
前記抵抗の両端間電圧に応じて、前記駆動用トランジスタをフィードバック制御する制御用トランジスタと、
車載バッテリの電源電圧から一定電圧を生成し、その一定電圧を、前記定電流回路と前記抵抗と前記制御用トランジスタとに供給する定電圧回路と
を備え、
前記定電圧回路は、ツェナーダイオードと抵抗との直列回路から成り、
前記ツェナーダイオードのツェナー電圧は６．２〜８．２Ｖであって、前記ツェナーダイオードの温度係数が正となる最小電圧値よりも大きく、且つ、前記車載バッテリの電源電圧の最小電圧値よりも小さくなるように設定されている、車載のＬＥＤ駆動回路。
前記制御用トランジスタの温度変動特性を相殺して補正する補正用能動素子を備えた、
請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
前記車載バッテリの電源電圧を前記定電圧回路に供給するダイオードを備えた、
請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ駆動回路。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のＬＥＤ駆動回路を構成する回路素子が搭載された配線基板であって、
前記配線基板上において、前記ＬＥＤおよび前記駆動用トランジスタから最も離れた位置に前記ツェナーダイオードが配置されている配線基板。