JP6257485B2 - Led点灯装置 - Google Patents

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本発明は、複数個の発光ダイオード(Light Emitting Diode,LED)を用いたLED光源を点灯するLED点灯装置に関するものであり、特に車載用のLED光源に適したLED点灯装置に関する。
従来、車両の前照灯などの光源にハロゲン電球が用いられている。ハロゲン電球の代替として、長寿命かつメンテナンスが不要なLEDが普及してきている。
車載用のLED光源には、複数個のLEDが用いられている。一般にLEDは順方向電圧Vfが個々に異なるため、複数個のLEDを並列に接続するとLEDごとに直流入力直流出力電源(以下「DC/DCコンバータ」という)などの電源回路が必要となり、配線が増えるとともに回路が複雑になる。このため、車載用のLED光源は、複数個のLEDを直列に接続して、各LEDで電源回路を共用している。
また、複数個のLEDをそれぞれ独立して点灯及び消灯することで、歩行者又は道路標識などを含む領域のみを照らしたり、あるいは対向車などを含む領域のみ消灯したりする、いわゆる「配光可変型前照灯」も普及し始めている。複数個のLEDをそれぞれ独立して点灯及び消灯する構成として、LEDに対して並列にスイッチング素子を接続したものが知られている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。この構成は、スイッチング素子をON状態にすることで、LEDに供給される電流をスイッチング素子にバイパスして、スイッチング素子を接続したLEDのみを消灯するものである。
スイッチング素子をOFF状態からON状態に切替えると、点灯対象のLEDの個数が減少するため、LED光源の点灯に必要な電圧が低下する。一方、スイッチング素子をON状態からOFF状態に切替えると、点灯対象のLEDの個数が増加するため、LED光源の点灯に必要な電圧が上昇する。しかしながら、電源回路は出力電圧を平滑化する平滑コンデンサを有しており、出力電圧を瞬時に低下させたり上昇させたりすることができない。このため、スイッチング素子のON状態とOFF状態とを急峻に切替えた場合、スイッチング素子をON状態に切替えたときに点灯対象のLEDに過大なサージ電流が流れたり、スイッチング素子をOFF状態に切替えたときに供給電圧が不足してすべてのLEDが一時的に消灯したりする課題があった。
これに対し、特許文献1のLED点灯装置は、スイッチング素子に電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor,FET)を用いて、FETのゲート端子に積分回路を接続している。積分回路により、スイッチング素子のゲート電圧の変化を緩慢にしている。また、特許文献2のLED点灯装置は、スイッチング素子のインピーダンスを調整する切替制御回路を設けている。切替制御回路により、スイッチング素子のゲート電圧の変化を緩慢にしている。特許文献1及び特許文献2のLED点灯装置は、スイッチング素子のゲート電圧の変化を緩慢にすることで、スイッチング素子をON状態に切替えたときに点灯対象のLEDに過大なサージ電流が流れるのを抑制している。
また、従来、入力側の発光素子にLEDを用いて、出力側の受光素子に光を受けて電流を発するフォトダイオードアレイ(Photo Diode Array,PDA)を用いたフォトカプラが開発されている。特許文献3には、このフォトカプラを用いてFETを駆動する半導体式リレーが開示されている。
特開2008−126958号公報 特開2014−7144号公報 特開2014−17675号公報
特許文献1及び特許文献2のLED点灯装置は、LED点灯用の電源回路とは独立したFET駆動用の電源を設けている。このため、LED点灯装置が大型になったり、回路が複雑になったりする課題があった。
また、特許文献1及び特許文献2には、直列に接続された複数個のLEDのうち、電源回路の高電圧側に接続された一部のLED、又はグランド(以下「GND」という)側に接続された一部のLEDのいずれかを点灯及び消灯させる構成しか開示されていない。すなわち、直列に接続された複数個のLEDのうち、中間に接続されたLEDのみを点灯及び消灯させることができない課題があった。
また、特許文献3の半導体式リレーは、直列に接続された複数個のLEDをそれぞれ独立して点灯及び消灯するために用いられるものではなかった。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、直列に接続された複数個のLEDのうち任意のLEDを独立して点灯及び消灯することができ、簡単な構成で実現することができ、一部のLEDの消灯時に点灯対象のLEDに過大なサージ電流が流れるのを防ぐことができ、かつ、一部のLEDの点灯時にすべてのLEDが一時的に消灯するのを防ぐことができるLED点灯装置を提供することを目的とする。
本発明のLED点灯装置は、複数個のLEDを直列に接続した光源に対して電力を供給する電源回路と、少なくとも1個のLEDに対して並列に接続され、LEDに流れる電流をバイパスしてLEDを消灯させる、電界効果トランジスタ又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタの電圧制御型のトランジスタを用いたスイッチング素子と、スイッチング素子を駆動する駆動回路と、電源回路及び駆動回路を制御する制御部と、を備え、駆動回路は、入力電流の通電によって光を発する発光素子と、光を受光して出力電流を発する受光素子とを対向させたフォトカプラを用いて構成されているものである。
本発明のLED点灯装置は、電界効果トランジスタ又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタの電圧制御型のトランジスタを用いたスイッチング素子の駆動回路に、入力側に光を発するLEDを用い、出力側に光を受けて電流を発するフォトダイオードを用いたフォトカプラを用いている。入力に対する出力の応答が遅いという半導体式リレーの一般に欠点とみなされている特性を有効に活用することで、直列に接続された複数個のLEDのうち任意のLEDを独立して点灯及び消灯することができ、簡単な構成で実現することができ、一部のLEDの消灯時に点灯対象のLEDに過大なサージ電流が流れるのを防ぐことができ、かつ、一部のLEDの点灯時にすべてのLEDが一時的に消灯するのを防ぐことができる。
本発明の実施の形態1のLED点灯装置の構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態1の駆動回路の構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態1の駆動回路の入力電流及び出力電流と、スイッチング素子の駆動電圧とを示す特性図である。 図4(a)は、従来のLED点灯装置の電流経路を示す説明図である。図4(b)は、従来のLED点灯装置が一部のLEDを消灯する際のスイッチング素子の駆動電圧、LED光源の点灯に必要な電圧、電源回路の出力電圧及びLEDに流れる電流を示す特性図である。 図5(a)は、従来のLED点灯装置の電流経路を示す説明図である。図5(b)は、従来のLED点灯装置が一部のLEDを点灯する際のスイッチング素子の駆動電圧、LED光源の点灯に必要な電圧、電源回路の出力電圧及びLEDに流れる電流を示す特性図である。 図6(a)は、本発明の実施の形態1のLED点灯装置の電流経路を示す説明図である。図6(b)は、本発明の実施の形態1のLED点灯装置が一部のLEDを消灯する際のスイッチング素子の駆動電圧、LED光源の点灯に必要な電圧、電源回路の出力電圧及びLEDに流れる電流を示す特性図である。 図7(a)は、本発明の実施の形態1のLED点灯装置の電流経路を示す説明図である。図7(b)は、本発明の実施の形態1のLED点灯装置が一部のLEDを点灯する際のスイッチング素子の駆動電圧、LED光源の点灯に必要な電圧、電源回路の出力電圧及びLEDに流れる電流を示す特性図である。 本発明の実施の形態2のLED点灯装置の構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態3のLED点灯装置の構成を示す説明図である。 図10(a)は、本発明の実施の形態3の交流電源の出力電圧を示す特性図である。図10(b)は、本発明の実施の形態3の整流部が整流した電圧を示す特性図である。図10(c)は、本発明の実施の形態3のLED点灯装置の動作を示す説明図である。
実施の形態1.
図1を参照して、本発明の実施の形態1のLED点灯装置について説明する。
電源1の高電圧側に第1入力端子20が接続されており、電源1の低電圧側に第2入力端子21が接続されている。第1入力端子20と第1出力端子22間に、コイル23及びダイオード24が直列に接続されている。コイル23とダイオード24間に、FET25のドレイン端子が接続されている。第2入力端子21、FET25のソース端子及び第2出力端子26は、GNDに接続されており、電気的に接地されている。第1出力端子22と第2出力端子26間に、平滑コンデンサ27が接続されている。第1入力端子20、第2入力端子21、第1出力端子22、コイル23、ダイオード24、FET25、第2出力端子26及び平滑コンデンサ27によって、DC/DCコンバータ(電源回路)2が構成されている。
DC/DCコンバータ2の第1出力端子22と第2出力端子26間に、DC/DCコンバータ2に対して並列に、n個(nは2以上の自然数)のLED30〜30が直列に接続されている。LED30〜30によって、LED光源(光源)3が構成されている。
n個のLED30〜30の各々に対して、n個のFET(スイッチング素子)40〜40がそれぞれ並列に接続されている。すなわち、LED30〜30のアノードにFET40〜40のドレイン端子が接続されており、LED30〜30のカソードにFET40〜40のソース端子が接続されている。
n個のFET40〜40の各々のゲート端子に、n個の駆動回路41〜41がそれぞれ接続されている。駆動回路41〜41は、FET40〜40にゲート電圧を印加して、FET40〜40を駆動させるものである。FET40〜40及び駆動回路41〜41によって、スイッチ部4が構成されている。
DC/DCコンバータ2のFET25のゲート端子と、スイッチ部4の駆動回路41〜41との間に、制御部5が接続されている。制御部5は、点灯指示装置6が出力した信号に応じて、FET25のゲート電圧を変化させることで、第1出力端子22と第2出力端子26間の出力電圧を制御するものである。制御部5は、点灯指示装置6が出力した信号に応じて、駆動回路41〜41に供給する電流を制御するものである。
DC/DCコンバータ2の第1入力端子20と、スイッチ部4の駆動回路41〜41と、制御部5との間に、制御電源7が接続されている。制御電源7は、例えば、電源1が出力した12ボルト(V)の直流電圧を5Vの直流電圧に変換して、駆動回路41〜41及び制御部5に供給するものである。DC/DCコンバータ2、スイッチ部4、制御部5及び制御電源7によって、LED点灯装置100が構成されている。
ここで、電源1、LED光源3、点灯指示装置6及びLED点灯装置100は、図示しない車両に搭載されている。電源1は、例えば、車両に搭載したバッテリにより構成されている。LED光源3は、例えば、車両の前照灯に設けられている。点灯指示装置6は、例えば、車両の運転席に設けた点灯スイッチなどで構成されている。LED点灯装置100の制御部5は、例えば、CPU(Central Processing Unit)又は専用の集積回路などで構成されている。
次に、図2を参照して、駆動回路41〜41の詳細な構成について説明する。図2は、一例として駆動回路41を示している。
制御部5に、トランジスタ411のベース端子が接続されている。トランジスタ411のエミッタ端子は、GNDに接続されており、電気的に接地されている。トランジスタ411のコレクタ端子と制御電源7間に、抵抗素子412及びLED(発光素子)413が直列に接続されている。
LED413と対向して、PDA(受光素子)414が、LED413が発した光をPDA414で受光できる程度に狭い間隔を挟んで配置され、フォトカプラ415が構成されている。
PDA414のアノード側は、FET40のゲート端子に接続されている。PDA414のカソード側は、FET40のソース端子に接続されている。FET40のゲート端子とソース端子間に、放電抵抗416が接続されている。
トランジスタ411、抵抗素子412、フォトカプラ415及び放電抵抗416によって、駆動回路41が構成されている。駆動回路41〜41も、駆動回路41と同様にトランジスタ411〜411、抵抗素子412〜412、フォトカプラ415〜415及び放電抵抗416〜416を有しているため、図示及び説明を省略する。
次に、図1〜図3を参照して、LED点灯装置100の動作について、駆動回路41〜41の動作を中心に説明する。
ここで、初期状態において、制御部5は、第1出力端子22と第2出力端子26間の出力電圧が略0Vとなるように、FET25のゲート電圧を設定しているものとする。また、制御部5は、FET40〜40がすべてOFF状態となるように、トランジスタ411〜411への電流供給を停止しているものとする。
まず、点灯指示装置6が、すべてのLED30〜30を点灯することを示す信号を制御部5に出力する。制御部5は、第1出力端子22と第2出力端子26間の出力電圧がすべてのLED30〜30の点灯に必要な電圧となるように、FET25のゲート電圧を変化させる。FET40〜40がすべてOFF状態であるため、すべてのLED30〜30に電流が流れて、すべてのLED30〜30が点灯する。
次いで、時刻t1において、点灯指示装置6は、LED30〜30の一部(例えばLED30のみ)を消灯させることを示す信号を制御部5に出力する。制御部5は、第1出力端子22と第2出力端子26間の出力電圧が残余のLED30〜30の点灯に必要な電圧となるように、FET25のゲート電圧を変化させる。
また、制御部5は、トランジスタ411のベース端子への電流供給を開始する。これにより、図2に示す如く、制御電源7とGND間に入力電流Iinが流れる。入力電流Iinは、制御電源7が出力し、抵抗素子412、LED413及びトランジスタ411のコレクタ−エミッタ間を順次流れる電流である。
入力電流Iinが流れることで、LED413が発光する。LED413が発した光を、PDA414が受光する。受光した光に応じて、PDA414のアノード−カソード間に起電力が生じて、アノード−カソード間に出力電流Ioutが流れる。出力電流Ioutが流れることにより、FET40のゲート端子にゲート電圧Vgが印加される。
一般に、PDA414の出力電流Ioutの大きさは数10μA程度であり、非常に小さい。このため、FET40が持つゲート容量により、図3に示す如く、入力電流Iin及び出力電流Iоutの立ち上がりに対してゲート電圧Vgの立ち上がりが緩慢になる。すなわち、時刻t1で入力電流Iin及び出力電流Ioutが流れ始めてから、時刻t1’でゲート電圧VgがON電圧に達するまでの間に時間差が生じ、時刻t1から時刻t1’にかけてゲート電圧Vgの値が徐々に上昇する。
ゲート電圧Vgの上昇に伴い、第1出力端子22からLED30に供給されていた電流がFET40にバイパスされる。ゲート電圧VgがON電圧になると、FET40及びLED30〜30に流れる電流はLED30〜30の定格電流となる。これにより、LED30のみが消灯し、残余のLED30〜30は点灯を継続する。
次いで、時刻t2において、点灯指示装置6は、すべてのLED30〜30を点灯することを示す信号を制御部5に出力する。制御部5は、第1出力端子22と第2出力端子26間の出力電圧がすべてのLED30〜30の点灯に必要な電圧となるように、FET25のゲート電圧を変化させる。
また、制御部5は、トランジスタ411への電流供給を停止する。これにより、入力電流Iinが停止して、LED413が発光を停止する。LED413の発光が停止したことにより、PDA414に流れる出力電流Ioutも停止して、PDA414のアノード−カソード間に起電力が生じなくなり、FET40のゲート電圧Vgの値が低下する。
このとき、FET40に蓄えられていたゲート電荷は、放電抵抗416を介して放電される。放電抵抗416の抵抗値を十分に大きく設定しておくことで、図3に示す如く、入力電流Iin及び出力電流Iоutの立ち下がりに対してゲート電圧Vgの立ち下りが緩慢になる。すなわち、時刻t2で入力電流Iin及び出力電流Ioutが停止してから、時刻t2’でゲート電圧VgがOFF電圧(図3では0V)になるまでの間に時間差が生じ、時刻t2から時刻t2’にかけてゲート電圧Vgの値が徐々に低下する。
ゲート電圧Vgの低下に伴い、FET40にバイパスされていた電流がLED30に流れるようになり、LED30が点灯する。残余のFET40〜40はOFF状態を継続しているため、すべてのLED30〜30が点灯する。
次に、図4〜図7を参照して、LED点灯装置100の効果について説明する。
図4(a)は、実施の形態1の比較対象として、駆動回路に前記フォトカプラを用いておらず、FET40〜40のゲート電圧の立ち上がり及び立ち下りが急峻なLED点灯装置(以下「従来のLED点灯装置」という)を示している。従来のLED点灯装置において、FET40をOFF状態からON状態に切替えると、DC/DCコンバータ2の出力電流の経路が、すべてのLED30〜30を通る第1経路から、FET40をバイパスして残余のLED30〜30を通る第2経路に切替わる。
このとき、点灯対象のLEDの個数が減少することから、図4(b)に示す如く、LED光源3を点灯させるために必要な電圧がV1からV2に低下する。しかしながら、DC/DCコンバータ2は平滑コンデンサ27を有しているため、DC/DCコンバータ2の出力電圧は緩慢に変化する。時刻t1でFET40をON状態に切替えてから、時刻t1”でDC/DCコンバータ2の出力電圧がV2に低下するまでの間は、LED30〜30を点灯させるために必要な電圧よりも高い電圧がLED30〜30に印加される。この電圧により、LED30〜30に過大なサージ電流が流れる。
図5(a)は、図4(a)と同様に従来のLED点灯装置を示している。従来のLED点灯装置において、FET40をON状態からOFF状態に切替えると、DC/DCコンバータ2の出力電流の経路が第2経路から第1経路に切替わる。
このとき、図5(b)に示す如く、点灯対象のLEDの個数が増加することから、LED光源3を点灯させるために必要な電圧がV2からV1に上昇する。しかしながら、DC/DCコンバータ2の出力電圧は緩慢に変化する。時刻t2でFET40をOFF状態に切替えてから、時刻t2”でDC/DCコンバータ2の出力電圧がV1に上昇するまでの間は、LED30〜30を点灯させるために必要な電圧よりも低い電圧がLED30〜30に印加される。供給電圧の不足により、すべてのLED30〜30が一時的に消灯する。
これに対し、図6(a)は、実施の形態1のLED点灯装置100を示している。LED点灯装置100において、FET40をOFF状態からON状態に切替えると、DC/DCコンバータ2の出力電流の経路が第1経路から第2経路に切替わる。
このとき、図6(b)に示す如く、FET40のゲート電圧Vgの変化が緩慢であり、ゲート電圧Vgが時刻t1から時刻t1’にかけて徐々に上昇する。したがって、時刻t1’が時刻t1”とほぼ等しくなるようにFET40のゲート容量などを設定することで、LED光源3の点灯に必要な電圧の特性線の傾き(以下「時間変化率」という)を、DC/DCコンバータ2の出力電圧の時間変化率とほぼ等しくすることができる。これにより、LED30〜30に過大なサージ電流が流れるのを防ぐことができ、LED30〜30の劣化を抑制して、信頼性の高いLED点灯装置100を得ることができる。
図7(a)は、図6(a)と同様に実施の形態1のLED点灯装置100を示している。LED点灯装置100において、FET40をON状態からOFF状態に切替えると、DC/DCコンバータ2の出力電流の経路が第2経路から第1経路に切替わる。
このとき、図7(b)に示す如く、FET40のゲート電圧Vgの変化が緩慢であり、ゲート電圧Vgが時刻t2から時刻t2’にかけて徐々に低下する。したがって、時刻t2’が時刻t2”とほぼ等しくなるように放電抵抗416の抵抗値などを設定することで、LED光源3の点灯に必要な電圧の時間変化率を、DC/DCコンバータ2の出力電圧の時間変化率とほぼ等しくすることができる。これにより、LED30〜30への供給電圧の不足を防いで、すべてのLED30〜30が一時的に消灯するのを回避することができ、信頼性の高いLED点灯装置100を得ることができる。
また、実施の形態1のLED点灯装置100は、駆動回路41〜41にフォトカプラ415〜415を用いることで、制御電源7が出力した電流によってFET40〜40をそれぞれ独立してON/OFF制御することができる。これにより、駆動回路41〜41の出力側にFET駆動用の独立した電源を不要として、LED点灯装置100を簡単な構成で実現できる。
なお、複数個のLED30〜30をそれぞれ独立してON/OFF制御する構成にした場合、制御対象のLED30〜30ごとに駆動回路41〜41を設けることになる。しかしながら、モジュール化されたフォトカプラ415〜415を使用することにより、個々の駆動回路41〜41の部品点数の増加を抑制することができ、LED点灯装置100を簡単な構成で実現できる。
なお、図1はすべてのLED30〜30にFET40〜40及び駆動回路41〜41を接続した構成を示しているが、少なくとも1個のLED30〜30にFET40〜40及び駆動回路41〜41を1個ずつ接続した構成であればよく、LED30〜30の一部のみにFET40〜40及び駆動回路41〜41を接続したものとしても良い。例えば、LED光源3の中間に接続されたLED30〜30のみにFET40〜40及び駆動回路41〜41を接続して、LED30〜30を残余のLED30,30,30〜30とは独立して点灯及び消灯する構成としても良い。
又は、例えば、一部のLED30〜30が前照灯のハイビームを形成し、残余のLED30〜30が前照灯のロービームを形成する構成において、ハイビームを形成するLED30〜30のみにFET40〜40及び駆動回路41〜41を接続したものとしても良い。
また、制御部5は、車両のフロント部に設けたカメラ又はセンサなどの外部装置から情報を取得する情報取得部を有するものとしても良い。すべてのLED30〜30にFET40〜40及び駆動回路41〜41を接続して、LED30〜30がそれぞれ異なる方向を照らすようにした構成において、制御部5は、カメラ又はセンサから取得した情報に応じてLED30〜30をそれぞれ独立して点灯又は消灯させる。これにより、車両前方の歩行者又は道路標識などを含む領域のみを照らしたり、あるいは対向車などを含む領域のみ消灯したりする配光可変型前照灯を構成することができ、車両の運転者はよりスムーズな運転が可能となる。
ところで、前記フォトカプラ415〜415の出力電流は数10μA程度であり非常に小さいため、バイポーラトランジスタなどの電流制御型のトランジスタではコレクタ電流の大きさが制限される。車両の前照灯は1A程度の電流を必要とするため、LED30〜30用のスイッチング素子に電流制御型のトランジスタは適用することができない。これに対し、電圧制御型のFET40〜40を使用することにより、LED点灯装置100を車両の前照灯にも適用することができる。なお、n個のFET40〜40に代えて、n個の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)を用いたものとしても良い。
以上のように、実施の形態1のLED点灯装置100は、複数個のLED30〜30を直列に接続したLED光源3に対して電力を供給するDC/DCコンバータ2と、少なくとも1個のLED30〜30に対して並列に接続され、LED30〜30に流れる電流をバイパスしてLED30〜30を消灯させるFET40〜40と、FET40〜40を駆動する駆動回路41〜41と、DC/DCコンバータ2及び駆動回路41〜41を制御する制御部5とを有している。駆動回路41〜41は、入力電流Iinの通電によって光を発するLED413〜413と、光を受光して出力電流Ioutを発するPDA414〜414とを対向させたフォトカプラ415〜415を用いて構成されている。駆動回路41〜41にフォトカプラ415〜415を用いることで、FET40〜40のゲート電圧Vgの立ち上がり及び立ち下りが緩慢になり、一部のLED30〜30の消灯時に点灯対象のLED30〜30に過大なサージ電流が流れるのを防ぐことができ、かつ、一部のLED30〜30の点灯時にすべてのLED30〜30が消灯するのを防ぐことができる。また、FET40〜40駆動用の独立した電源を不要として、簡単な構成で実現することができる。また、直列に接続された複数個のLED30〜30のうち、任意のLED30〜30を独立して点灯及び消灯することができる。
また、LED点灯装置100は、LED30〜30用のスイッチング素子にFET40〜40又はIGBTを用いている。電圧制御型のトランジスタを用いることで、LED点灯装置100を、1A程度の電流を必要とする車両の前照灯に適用することができる。
また、LED光源3は、車両の前照灯のロービーム及びハイビームを形成するものであり、FET40〜40は、ハイビーム用のLED30〜30に流れる電流をバイパスするものとしても良い。これにより、サージ電流及び消灯を防いだ信頼性の高い前照灯を得ることができる。
又は、LED光源3は、それぞれ異なる方向を照らすLED30〜30を有しており、制御部5は、いずれか任意の方向を照らすLED30〜30に接続されたFET40〜40を駆動するように駆動回路41〜41を制御するものとしても良い。また、制御部5は、車両に搭載した外部装置から情報を取得する情報取得部を有し、外部装置から取得した情報に応じて駆動回路41〜41を制御するものとしても良い。これにより、サージ電流及び消灯を防いだ信頼性の高い配光可変型前照灯を得ることができる。
実施の形態2.
図8を参照して、制御部5が入力電流Iinの大きさを任意に制御できるLED点灯装置101について説明する。図8は、一例として、直列に接続された4個のLED30〜30のうち1個のLED30にFET40及び駆動回路41を接続した構成を示している。図8において、図1及び図2に示す実施の形態1のLED点灯装置100と同様の構成部材には同一符号を付して説明を省略する。
駆動回路41のフォトカプラ415又はフォトカプラ415の周辺部に、図示しないサーミスタが配置されている。サーミスタは、フォトカプラ415又はフォトカプラ415の周辺部の温度を検出するものである。また、サーミスタは、検出した温度を示す温度情報を制御部5に出力するものである。
制御部5の複数のアナログ出力端子50〜52に、複数の抵抗素子80〜82の一端部がそれぞれ接続されている。抵抗素子80〜82の他端部は、駆動回路41のトランジスタ411のベース端子にそれぞれ接続されており、かつ抵抗素子83を介してGNDに接続されている。制御部5は、サーミスタから取得した温度情報に応じて、電流を出力するアナログ出力端子50〜52の個数を変化させることで、フォトカプラ415の入力電流Iinの大きさを制御するようになっている。このようにして、LED点灯装置101が構成されている。
次に、LED点灯装置101の動作について説明する。
前記フォトカプラ415は、高温になるほどLED413の発光量が低下し、出力電流Ioutが減少する特性を有している。このため、FET40のゲート電圧Vgの立ち上がり及び立ち下がりにかかる時間は温度によって変動し、DC/DCコンバータ2の出力電圧の時間変化率とゲート電圧Vgの時間変化率との間にずれが生じる。
そこで、制御部5は、サーミスタから取得した温度情報が高い温度を示しているほど、トランジスタ411に電流を供給するアナログ出力端子50〜52の個数を増やす。これにより、フォトカプラ415が高温であるほど入力電流Iinが大きくなり、温度変化によるLED413の発光量の減少を補償して、出力電流Ioutの大きさを温度によらずほぼ一定に保つことができる。したがって、フォトカプラ415の温度変化によらずゲート電圧Vgの時間変化率をDC/DCコンバータ2の出力電圧の時間変化率とほぼ等しく制御することができ、より信頼性の高いLED点灯装置101を得ることができる。
なお、制御部5は、入力電流Iin及び出力電流Ioutが流れ始めてからゲート電圧VgがON電圧に達するまでの時間(すなわち、FET40のドレイン−ソース間に電流が流れ始めてから、この電流が点灯対象のLED30,30,30の定格電流に達するまでの時間)が、50μsから100msの範囲内となるように、入力電流Iinを制御するのが好ましい。図3に示した時刻t1と時刻t1’間及び時刻t2と時刻t2’間の時間を50μsより短くすると、ゲート電圧Vgの変化が一般的なDC/DCコンバータ2の出力電圧の変化よりも急峻になるためである。一方、時刻t1と時刻t1’間及び時刻t2と時刻t2’間の時間を100msよりも長くすると、FET40の明るさが徐々に変化していることを車両の運転者が知覚し得るためである。
なお、動作周波数が100kHzのDC/DCコンバータ2を用いた場合、50μsは動作周波数の5倍の時間となり、100msは動作周波数の10000倍の時間となる。
以上のように、実施の形態2のLED点灯装置101は、制御部5が、フォトカプラ415の入力電流Iinを制御することで、フォトカプラ415の出力電流Ioutを制御して、FET40のゲート電圧Vgの時間変化率を制御する。これにより、ゲート電圧Vgの時間変化率とDC/DCコンバータ2の出力電圧の時間変化率とのずれを補償することができる。
また、制御部5は、フォトカプラ415又はフォトカプラ415の周辺部の温度など、フォトカプラ415の状態に応じて入力電流Iinを制御する。これにより、フォトカプラ415の温度変化によらずゲート電圧Vgの時間変化率をDC/DCコンバータ2の出力電圧の時間変化率とほぼ等しく制御することができ、より信頼性の高いLED点灯装置101を得ることができる。
なお、図8では1組のFET40及び駆動回路41をLED30に接続した構成を示したが、これに限定されるものではない。任意の個数のLED30〜30に対して、1組のFET40及び駆動回路41を接続したものとして良い。
また、1個の駆動回路41に接続する抵抗素子80〜82の個数は、3個に限定されるものではない。制御部5のアナログ出力端子数などに応じて、任意の個数の抵抗素子80〜82を1個の駆動回路41に接続したものとして良い。
また、FET40及び駆動回路41の組数は、1組に限定されるものではない。接続可能なアナログ出力端子50〜52の個数などに応じて、2組以上のFET40及び駆動回路41を設け、複数個のLED30〜30を温度に応じて別個に制御しても良い。
実施の形態3.
本発明のLED点灯装置は、車載用以外のLED光源にも用いることができる。図9を参照して、交流電源1aに対応したLED点灯装置102について説明する。
交流電源1aに、整流部2aが接続されている。整流部2aは、互いに接続された4つのダイオード28〜28を有しており、交流電源1aを全波整流するものである。
整流部2aの出力端子間に、整流部2aに対して並列に、15個のLED30〜3015が直列に接続されている。LED30〜3015によって、LED光源3aが構成されている。
1個のLED30に対して並列に、FET40が接続されている。2個のLED30,30に対して並列に、FET40が接続されている。4個のLED30〜30に対して並列に、FET40が接続されている。8個のLED30〜3015に対して並列に、FET40が接続されている。4個のFET40〜40のゲート端子に、4個の駆動回路41〜41がそれぞれ接続されている。FET40〜40及び駆動回路41〜41によって、スイッチ部4aが構成されている。
駆動回路41〜41に、制御部5aが接続されている。制御部5aは、抵抗素子90,91を介して整流部2aの出力端子間に接続されており、電源電圧を入力する。抵抗素子92を介してLEDに流通する電流を入力する。両者を入力して実施の形態1における制御部及び制御電源の機能を果たし、スイッチ部4a、制御部5a及び抵抗素子90〜92によって、LED点灯装置102が構成されている。
次に、図10を参照して、LED点灯装置102の動作について説明する。
図10(a)に示す如く、交流電源1aの電圧は交流であり、整流部2aによって図10(b)に示す如く全波整流される。
このとき、図10(c)に示す如く、制御部5aは駆動回路41〜41の入力電流Iinを制御して、FET40〜40のON状態とOFF状態とを順次切り替える。図10(c)は、図10(b)に示す整流後の電圧の半波を拡大したものである。まず、整流部2aで整流した電圧が最も低い状態Aにおいて、制御部5aは、FET40のみをOFF状態にし、残余のFET40〜40をON状態にする。これにより、1個のLED30のみが点灯し、残余のLED30〜3015は消灯する。
次いで、整流部2aで整流した電圧が状態Aよりも上昇した状態Bにおいて、制御部5aは、FET40をOFF状態からON状態に切替えるとともに、FET40をON状態からOFF状態に切替える。これにより、1個のLED30が消灯し、2個のLED30,30が点灯する。点灯対象のLEDの個数が1個から2個に増加したため、LED光源3aの点灯に必要な電圧が状態Aよりも上昇する。
次いで、整流部2aで整流した電圧が状態Bよりも上昇した状態Cにおいて、制御部5aは、FET40をON状態からOFF状態に切替える。これにより、3個のLED30〜30が点灯する。点灯対象のLEDの個数が2個から3個に増加したため、LED光源3aの点灯に必要な電圧が状態Bよりも上昇する。
次いで、整流部2aで整流した電圧が状態Cよりも上昇した状態Dにおいて、制御部5aは、FET40,40をOFF状態からON状態に切替えるとともに、FET40をON状態からOFF状態に切替える。これにより、3個のLED30〜30が消灯し、4個のLED30〜30が点灯する。点灯対象のLEDの個数が3個から4個に増加したため、LED光源3aの点灯に必要な電圧が状態Cよりも上昇する。
以下、状態A〜Dと同様に、制御部5aは、整流部2aで整流した電圧の上昇及び低下に応じて、FET40〜40のON状態とOFF状態とを順次切り替える。これにより、LED光源3aの点灯に必要な電圧を、整流部2aで整流した電圧とほぼ等しく保つことができる。
以上のように、実施の形態3のLED点灯装置102は、それぞれ異なる個数のLED30〜3015に対して並列にFET40〜40及び駆動回路41〜41を接続している。制御部5aは駆動回路41〜41を制御することで、FET40〜40のON状態とOFF状態とを順次切り替えるようになっている。LED光源3aの点灯に必要な電圧を整流部2aで整流した電圧とほぼ等しく保つことで、交流電源1aに対応した力率の高いLED点灯装置102を得ることができる。
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
1 電源、1a 交流電源、2 DC/DCコンバータ(電源回路)、2a 整流部、3,3a LED光源(光源)、4,4a スイッチ部、5,5a 制御部、6 点灯指示装置、7 制御電源、20 第1入力端子、21 第2入力端子、22 第1出力端子、23 コイル、24 ダイオード、25 FET、26 第2出力端子、27 平滑コンデンサ、28〜28 ダイオード、30〜30 LED、40〜40 FET(スイッチング素子)、41〜41 駆動回路、80,81,82,83 抵抗素子、90,91,92 抵抗素子、100,101,102 LED点灯装置、411〜411 トランジスタ、412〜412 抵抗素子、413〜413 LED(発光素子)、414〜414 PDA(受光素子)、415〜415 フォトカプラ、416〜416 放電抵抗。

Claims (12)

  1. 複数個のLEDを直列に接続した光源に対して電力を供給する電源回路と、
    少なくとも1個の前記LEDに対して並列に接続され、該LEDに流れる電流をバイパスして該LEDを消灯させる、電界効果トランジスタ又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタの電圧制御型のトランジスタを用いたスイッチング素子と、
    前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、
    前記電源回路及び前記駆動回路を制御する制御部と、を備え、
    前記駆動回路は、入力電流の通電によって光を発する発光素子と、該光を受光して出力電流を発する受光素子とを対向させたフォトカプラを用いて構成されている
    ことを特徴とするLED点灯装置。
  2. 前記制御部は、前記フォトカプラの入力電流を制御することで、該フォトカプラの出力電流を制御して、前記スイッチング素子の駆動電圧の時間変化率を制御することを特徴とする請求項1記載のLED点灯装置。
  3. 前記制御部は、前記スイッチング素子に電流が流れ始めてから該電流が点灯対象の前記LEDの定格電流に達するまでの時間が、50マイクロ秒から100ミリ秒までの範囲内となるように、前記フォトカプラの入力電流を制御することを特徴とする請求項2記載のLED点灯装置。
  4. 前記制御部は、前記スイッチング素子に電流が流れ始めてから該電流が点灯対象の前記LEDの定格電流に達するまでの時間が、前記電源回路の動作周期の5倍から10000倍までの範囲内となるように、前記フォトカプラの入力電流を制御することを特徴とする請求項2記載のLED点灯装置。
  5. 前記制御部は、前記フォトカプラの状態に応じて前記フォトカプラの入力電流を制御することを特徴とする請求項2から請求項4のうちのいずれか1項記載のLED点灯装置。
  6. 前記制御部は、前記フォトカプラ又は該フォトカプラの周辺部の温度に応じて前記フォトカプラの入力電流を制御することを特徴とする請求項5記載のLED点灯装置。
  7. 車載用であることを特徴とする請求項1から請求項のうちのいずれか1項記載のLED点灯装置。
  8. 前記光源は、車両の前照灯のロービーム及びハイビームを形成するものであり、
    前記スイッチング素子は、ハイビーム用の前記LEDに流れる電流をバイパスするものである
    ことを特徴とする請求項記載のLED点灯装置。
  9. 前記光源は、異なる複数の方向を照らす前記LEDを有しており、
    前記制御部は、前記駆動回路を制御することで、いずれか任意の方向を照らす前記LEDを点灯及び消灯させる
    ことを特徴とする請求項記載のLED点灯装置。
  10. 前記制御部は、車両に搭載した外部装置から情報を取得する情報取得部を備え、前記外部装置から取得した情報に応じて前記駆動回路を制御することを特徴とする請求項から請求項のうちのいずれか1項記載のLED点灯装置。
  11. 前記電源回路の入力端子に接続され、前記電源回路の入力端子に現れた電圧とは異なる直流電圧に変換し、当該直流電圧を前記駆動回路及び前記制御部に供給する制御電源をさらに備えたことを特徴とする請求項1から請求項10のうちのいずれか1項記載のLED点灯装置。
  12. 交流電源を全波整流し、一対の出力端子の間に複数個のLEDが直列に接続され、前記複数個のLEDが分割された複数の分割単位を有する光源に対して電力を供給する電源回路と、
    それぞれが前記光源の複数の分割単位それぞれに対して並列に接続され、当該分割単位を構成するLEDに流れる電流をバイパスして分割単位毎に該LEDを消灯させる、電圧制御型のトランジスタを用いた複数のスイッチング素子と、
    それぞれが、入力電流の通電によって光を発する発光素子と、前記スイッチング素子のゲート電極に接続され、該発光素子からの光を受光して出力電流を発生する受光素子とを対向させたフォトカプラを用いて構成され、前記複数のスイッチング素子それぞれのON状態とOFF状態とを切替える複数の駆動回路と、
    前記電源回路の一対の出力端子に現れる全波整流された電圧に合わせて前記複数の駆動回路を制御し、前記光源の両端間の電圧を前記光源における点灯するLEDに対して必要な電圧となす制御部と
    を備えたLED点灯装置。
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