JP6331252B2 - 車両用灯具点灯回路 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード等の半導体型光源を発光素子とする車両用灯具点灯回路に関する。

自動車等の車両は、夜間における前方の視認性を上げるために車体前面左右にヘッドランプを備えている。このようなヘッドランプは、従来、主にハロゲンランプが使用されていたが、近年、当該技術の進歩により、ＬＥＤ（light emitting diode；発光ダイオード）やＥＬ（electro luminescence：エレクトロルミネセンス）等の半導体型光源によるヘッドランプが開発・製造され使用されている。

ここで、ＬＥＤを用いた一般的な車両用灯具点灯回路が図９に示されている。図９において、車両用灯具点灯回路１０は、電源電位Ｖｃｃに接続されるダイオードＤ１と、抵抗Ｒと、ＬＥＤＬＤ１〜ＬＤ３を有している（例えば特許文献１参照）。

特開２０１１−１４３８０２号公報。

しかしながら、車両用灯具点灯回路１０は、図１０のグラフに示すように、ＬＥＤＬＤ１〜ＬＤ３に定格電圧１３．５Ｖが印加されている場合は、設定電流４５０ｍＡが流れるが、定格電圧１３．５Ｖを超える電圧、例えば１６Ｖが点灯回路に印加された場合は、最大定格電流である７００ｍＡを超える電流が流れることになり、ＬＥＤは破損してしまうことが知られている。

また、ＬＥＤ等の半導体型光源を車両用の照明素子として使用した場合、従来のハロゲンランプ等と比較して過電流への耐性が低く、何らかの方法で過電流に対するＬＥＤの保護が要望されている。

本発明は、過電流から半導体型光源を確実に保護することができる車両用灯具点灯回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の車両用灯具点灯回路は、電源電位と、接地電位と、前記電源電位に一端が接続され前記接地電位に他端が接続される半導体型光源と、前記電源電位が第１電位を超えたことを検知すると、前記電源電位から前記接地電位へのバイパス経路を形成することにより、前記半導体型光源へ流れる電流量を抑制する抑制手段と、を具備する。

上記発明において、前記抑制手段は、前記電源電位に一端が接続されたツェナーダイオードと、前記ツェナーダイオードの他端がベースに接続され、電流路の一端が前記電源電位に接続され、電流路の他端が前記接地電位に接続されるトランジスタを有している。

上記発明は、前記電源電位が前記第１電位より高い第２電位を超えたことを検知すると、前記接地電位から前記半導体型光源の前記他端へ流れる電流を遮断する遮断手段を更に有する。

上記発明において、前記遮断手段は、前記電源電位がゲートに接続され、前記接地電位が電流路の一端に接続され、前記半導体型光源の前記他端が電流路の他端に接続されるＦＥＴを有している。

本発明によれば、過電流から半導体型光源を確実に保護することができる車両用灯具点灯回路を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る車両用灯具点灯回路の構成を示す回路図。 同じく車両用灯具点灯回路の電圧−電流特性の一例を示すグラフ。 同じく車両用灯具点灯回路の他の構成を示す回路図。 同じく車両用灯具点灯回路の電圧−電流特性の他の一例を示すグラフ。 同じく車両用灯具点灯回路の他の構成を示す回路図。 同じく車両用灯具点灯回路の電圧−電流特性の他の一例を示すグラフ。 同じく車両用灯具点灯回路の他の構成を示す回路図。 同じく車両用灯具点灯回路に供給されるＰＷＭ信号発生回路の回路図。 一般的な車両用灯具点灯回路の構成を示す回路図。 一般的な車両用灯具点灯回路の電圧−電流特性の一例を示すグラフ。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用灯具点灯回路の構成を示す回路図、図２は、同じく車両用灯具点灯回路の電圧−電流特性の一例を示すグラフ、図３は、同じく車両用灯具点灯回路の他の構成を示す回路図、図４は、同じく車両用灯具点灯回路の電圧−電流特性の他の一例を示すグラフ、図５は、同じく車両用灯具点灯回路の他の構成を示す回路図、図６は、同じく車両用灯具点灯回路の電圧−電流特性の他の一例を示すグラフ、図７は、同じく車両用灯具点灯回路の他の構成を示す回路図、図８は、同じく車両用灯具点灯回路の電圧−電流特性の他の一例を示すグラフである。

はじめに、図１および図２を用いて、本発明の一実施形態に係る車両用灯具点灯回路を詳細に説明する。図１において、車両用灯具点灯回路１は、電源電位Ｖｃｃにアノードが接続されるダイオードＤ１と、ダイオードＤ１のカソードにカソードが接続される降伏電圧（１３．５Ｖ〜１６Ｖ）をもつツェナーダイオードＺＤ１と、ツェナーダイオードＺＤ１のカドードに一端が接続される抵抗Ｒ３と、ツェナーダイオードＺＤ１のアノードに一端が接続され他端に接地電位ＧＮＤが接続される抵抗Ｒ１と、同じくツェナーダイオードＺＤ１のアノードに一端が接続される抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ３の他端に一端が接続される抵抗Ｒ４と、抵抗Ｒ２の他端にベースが接続され、コレクタに抵抗Ｒ４の他端が接続され、接地電位ＧＮＤにエミッタが接続されるトランジスタＱ１と、抵抗Ｒ３の他端にアノードが接続され接地電位ＧＮＤにカソードが接続される３つのＬＥＤＬＤ１〜ＬＤ３を有している。

このような車両用灯具点灯回路１の動作を説明する。この車両用灯具点灯回路１は、定格よりも高い異常電圧をツェナーダイオードＺＤ１で検出し、検出に応じてトランジスタＱ１をオンすることでバイパス経路を形成して、この異常電圧によるＬＥＤへの過電流を解消するものである。

すなわち、車両用灯具点灯回路１は、図２のグラフに示すように、ＬＥＤＬＤ１〜ＬＤ３に定格電圧１３．５Ｖが印加されている場合は、設定電流４５０ｍＡが流れる。しかし、ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧（１３．５Ｖ〜１６Ｖ）を超える電圧、例えば１６Ｖの電圧をツェナーダイオードＺＤ１に印加した場合は、トランジスタＱ１のベースに電流が供給され、トランジスタＱ１の電流路に電流バイパス経路を形成して電流Ｉ２が流れることになる。この結果、トランジスタＱ１のコレクタ電流が飽和するまでの電圧領域では、ＬＥＤ電流をなだらかに減少させ、コレクタ電流が飽和したタイミングでＬＥＤ電流が抵抗の特性を持って上昇していくことになる。

従って、ＬＥＤＬＤ１〜ＬＤ３には、最大定格電流である７００ｍＡを超える電流が流れるのではなく、図２に示されるように、たかだか設定電流４５０ｍＡをわずかに超える電流Ｉ１が流れることになる。このように、この車両用灯具点灯回路１においては、定格電圧１３．５Ｖを超える電圧（例えば１６Ｖ）が印加されても、ＬＥＤは破損を免れることができる。

次に、図３および図４を用いて、本発明の一実施形態に係る車両用灯具点灯回路を詳細に説明する。図３に示される車両用灯具点灯回路２は、図１に示される車両用灯具点灯回路１に保護抵抗Ｒ５を追加することで、図４に示すようにさらに高い電圧に対してもＬＥＤを保護することを可能としている。すなわち、図３において、車両用灯具点灯回路２は、電源電位Ｖｃｃにアノードが接続されるダイオードＤ１と、ダイオードＤ１のカソードにカソードが接続される降伏電圧（１３．５Ｖ〜１６Ｖ）をもつツェナーダイオードＺＤ１と、ツェナーダイオードＺＤ１のカソードに一端が接続される抵抗Ｒ３と、ツェナーダイオードＺＤ１のアノードに一端が接続され他端に接地電位ＧＮＤが接続される抵抗Ｒ１と、同じくツェナーダイオードＺＤ１のアノードに一端が接続される抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ３の他端に一端が接続される抵抗Ｒ４と、抵抗Ｒ２の他端にベースが接続され、コレクタに抵抗Ｒ４の他端が接続され、接地電位ＧＮＤにエミッタが接続されるトランジスタＱ１を有する。

さらに、車両用灯具点灯回路２は、抵抗Ｒ３の他端に一端が接続される抵抗Ｒ５と、抵抗Ｒ５の他端にアノードが接続され接地電位ＧＮＤにカソードが接続される３つのＬＥＤＬＤ１〜ＬＤ３を有している。

このような車両用灯具点灯回路２の動作を説明する。すなわち、このような車両用灯具点灯回路２においては、ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧は１３．５〜１６Ｖ程度であり、抵抗Ｒ０、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ５が電流制限抵抗を構成し、抵抗Ｒ４がバイパス抵抗を構成する。

これにより、入力電圧が上昇し、ツェナーダイオードＺＤ１が動作すると、ツェナーダイオードＺＤ１のカソードの電圧は、ＶＺＤ＋Ｖｂｅ（Ｑ１）＋ＶＲ２となり、電圧上昇が抑制される。また、抵抗Ｒ４に流れる電流がトランジスタＱ１により制御される。これにより、抵抗Ｒ４の電位が安定的となり、図４のグラフが示すように、制御開始後のＬＥＤ電流は、電源電圧が上昇していっても、ＬＥＤに、ほぼ一定の電流を流すことが可能となるため、ＬＥＤは破損を免れることができる。

次に、図５および図６を用いて、本発明の一実施形態に係る他の車両用灯具点灯回路を詳細に説明する。この車両用灯具点灯回路３は、図１の車両用灯具点灯回路１に対して、ＦＥＴＱ２をもつ遮断回路を追加することで、例えば２０Ｖ程度の高い電圧が点灯回路に加わった場合には、ＦＥＴＱ２をオフすることで電流が流れることを停止してＬＥＤを保護しようとするものである。すなわち、車両用灯具点灯回路３は、破線で囲まれた図１の車両用灯具点灯回路１’の前段に、遮断手段であるＦＥＴＱ２等の回路を設けた構成となっている。図５において、車両用灯具点灯回路３は、電源電位Ｖｃｃにアノードが接続されるダイオードＤ１と、ダイオードＤ１のカソードにカソードが接続される降伏電圧（一例として降伏電圧約２０Ｖ）をもつツェナーダイオードＺＤ１と、ツェナーダイオードＺＤ１のアノードに一端が接続される抵抗Ｒ６と、ツェナーダイオードＺＤ１のカソードに一端が接続される抵抗Ｒ４と、抵抗Ｒ６の他端に一端が接続され接地電位ＧＮＤに他端が接続される抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ６の他端に接続されるベースと抵抗Ｒ４の他端に接続されるコレクタと接地電位ＧＮＤに接続されるエミッタをもつトランジスタＱ１と、トランジスタＱ１のコレクタに接続されるゲートと一端に接地電位が接続される電流路をもつ遮断手段であるＦＥＴＱ２を有している。

さらに、車両用灯具点灯回路３は、図５に示すように、破線で囲まれた図１の車両用灯具点灯回路１’において、ダイオードＤ１のカソードに一端が接続される抵抗Ｒ７と、抵抗Ｒ７の他端に一端が接続される抵抗Ｒ１０と、ダイオードＤ１のカソードにカソードが接続されるツェナーダイオードＺＤ２（１３．５Ｖ〜１６Ｖ）と、ツェナーダイオードＺＤ２のアノードに一端が接続される抵抗Ｒ９と、ツェナーダイオードＺＤ２のアノードに一端が接続され他端にＦＥＴＱ２の電流路の他端に接続される抵抗Ｒ８と、抵抗Ｒ９の他端に接続されるベースと抵抗Ｒ１０の他端に接続されるコレクタと抵抗Ｒ８の他端に接続されるエミッタをもつトランジスタＱ３と、抵抗Ｒ７の他端および抵抗Ｒ１０の一端にアノードが接続されＦＥＴＱ２の電流路の他端にカソードが接続される直列したＬＥＤＬＤ１〜ＬＤ３を有している。

このような車両用灯具点灯回路３の動作を説明する。車両用灯具点灯回路３においては、ツェナーダイオードＺＤ２の降伏電圧は、１３．５〜１６Ｖ程度であり、これを超える電圧、例えば１６ＶがツェナーダイオードＺＤ２に印加した場合は、トランジスタＱ３のベースに電流が供給され、トランジスタＱ３の電流路に電流バイパス経路を形成して電流が流れることになる。この結果、トランジスタＱ３のコレクタ電流が飽和するまでの電圧領域では、ＬＥＤ電流をなだらかに減少させ、コレクタ電流が飽和したタイミングでＬＥＤ電流が抵抗の特性を持って上昇していくことになる。

従って、ＬＥＤＬＤ１〜ＬＤ３には、最大定格電流である７００ｍＡを超える電流が流れるのではなく、図６に示されるように、たかだか設定電流４５０ｍＡをわずかに超える電流Ｉ１が流れることになる。このように、この車両用灯具点灯回路３においては、定格電圧１３．５Ｖを超える電圧（例えば１６Ｖ）が印加されても、ＬＥＤは破損を免れることができる。

さらに、入力電圧が、ＺＤ１の降伏電圧（一例として降伏電圧約２０Ｖ）と抵抗Ｒ６の電圧とトランジスタＱ１のベースエミッタ間の電圧で決まる過電圧検出閾値を超えると、トランジスタＱ１がオンすることで、図６のグラフに示されるように、ＦＥＴＱ２をオフさせる。すなわち、この車両用灯具点灯回路３においては、入力電圧が、使用電源範囲上限（１６Ｖ）と異常電圧（２４Ｖ）の間の閾値（例えば約２０Ｖ）を超えると、ＬＥＤＬＤ１〜ＬＤ３のカソードと接地電位との電流路をＦＥＴＱ２が遮断することになる。従って、この車両用灯具点灯回路３においては、図６のグラフに示されるように、上記した過電圧検出閾値（例えば約２０Ｖ）を超える値の電圧が印加されても、ＬＥＤＬＤ１〜ＬＤ３のカソードと接地電位との電流路は遮断されるため、ＬＥＤは破損を免れて保護されることになる。

次に、図７および図８を用いて、本発明の一実施形態に係る他の車両用灯具点灯回路４を詳細に説明する。車両用灯具点灯回路４においては、ＬＥＤの点灯の際に、ＬＥＤに印加する電圧電流の大きさをゼロから最大まで徐々に上昇させることで、ＬＥＤの発光を目視した人間を幻惑することがなく、また、違和感を与えることを無くすことができる。これを行うのが、図８に示すＰＷＭ信号発生回路であり、ＰＷＭ信号をデューティ比を適宜設定することで、０％から１００％へと徐々に大きくしていくことができる。すなわち、車両用灯具点灯回路４においては、ＰＷＭ信号発生回路からＰＷＭ信号を車両用灯具点灯回路４に供給することで、ＬＥＤの点灯と消灯を急激ではなく徐々に行うことにより、ＬＥＤの発光を目視した人間を幻惑することがなく、また、違和感を与えることを無くすことができる。

図７において、車両用灯具点灯回路４は、ＰＷＭ信号発生回路５（図８）により電源が供給され、ＯＶＳ（over voltage shutdown：過電圧シャットダウン）部１１と、抵抗リミット部１２を有している。すなわち、車両用灯具点灯回路４は、電源電位Ｖｃｃにアノードが接続されるダイオードＤ１１と、ダイオードＤ１１のカソードにカソードが接続される降伏電圧（一例として降伏電圧約２０Ｖ）をもつツェナーダイオードＺＤ１２と、ツェナーダイオードＺＤ１２のアノードに一端が接続される抵抗Ｒ１９と、ツェナーダイオードＺＤ１２のカソードに一端が接続される抵抗Ｒ１７と、抵抗Ｒ１７の他端およびＰＷＭラインＶｓｉｇに一端が接続されツェナーダイオードＺＤ１２のアノードに他端が接続される抵抗Ｒ１８と、ダイオードＤ１１のカソードに一端が接続される抵抗Ｒ１３と、ツェナーダイオードＺＤ１２のアノードに一端が接続される抵抗Ｒ２０と、抵抗Ｒ２０の他端に接続されるベースと抵抗Ｒ１３の他端に接続されるコレクタと接地電位ＧＮＤに接続されるエミッタをもつトランジスタＱ１１を有している。

さらに、車両用灯具点灯回路４は、抵抗Ｒ１３の一端にその一端が接続される抵抗Ｒ１４と、抵抗Ｒ１４の他端にカソードが接続され接地電位にアノードが接続されるツェナーダイオードＺＤ１１（１３．５Ｖ〜１６Ｖ）と、ツェナーダイオードＺＤ１１のカソードに一端が接続される抵抗Ｒ１５と、接地電位に一端が接続される抵抗Ｒ１６と、抵抗Ｒ１３の他端に接続されるコレクタと抵抗Ｒ１５の他端に接続されるエミッタをもつトランジスタＱ１２と、ダイオードＤ１１のカソードにカソード側が接続される直列接続されたＬＥＤＬＤ１〜ＬＤ３を有している。さらに、車両用灯具点灯回路４は、抵抗Ｒ１３の他端に接続されたゲートとＬＥＤＬＤ３のアノードに一端が接続される電流路をもつＦＥＴＱ１３と、ＦＥＴＱ１３の電流路の他端に一端が接続される抵抗Ｒ１１と、抵抗Ｒ１１の他端およびトランジスタＱ１２のベースに一端が接続され他端が接地電位に接続される抵抗Ｒ１２を有している。

次に、車両用灯具点灯回路４にパルス電圧を供給するＰＷＭ信号発生回路５を、図８の回路図を用いて説明する。ＰＷＭ信号発生回路５は、接地電位にマイナス端子が接続される基準電源Ｖ２と、基準電源Ｖ２のプラス端子が一端に接続される抵抗Ｒ２１と、抵抗Ｒ２１の他端に一端が接続され他端に接地電位が接続される抵抗Ｒ２２と、抵抗Ｒ２１の他端および抵抗Ｒ２２の一端に接続されるゲートをもち電流路の一端が出力端Ｖｓｉｇとなり他端が接地電位に接続されるＦＥＴＱ４を有している。

このような構成をもつ車両用灯具点灯回路４は、図５に示す車両用灯具点灯回路３と同様に、ツェナーダイオードＺＤ１１の降伏電圧（１３．５Ｖ〜１６Ｖ）を基準にトランジスタＱ１２により電源電位Ｖｃｃと接地電位間のバイパス経路を形成して過電圧を抑制すると共に、ツェナーダイオードＺＤ１２の降伏電圧（一例として約２０Ｖ等）を基準にＦＥＴＱ１３によりＬＥＤＬＤ１〜ＬＤ３から流れる電流を遮断することで、ＬＥＤを保護する。このような働きと共に、ＰＷＭ信号発生回路５から供給されたＰＷＭ信号により、ＬＥＤＬＤ１〜ＬＤ３の点灯時や消灯時の電位変化を抑制することにより、人間がヘッドランプ等を視した状態で点灯すると幻惑されたり、非常に眩しく感じる等の不具合を解消することができる。

すなわち、車両用灯具点灯回路４は、ＰＷＭ信号発生回路５から供給されたＰＷＭ信号により、ＬＥＤの点灯時、ゼロ電位から所定電位まで電位を段階的に上昇させることで、ＬＥＤの発光をゼロ光量から所定光量に段階的に上昇させることができる。同様に、車両用灯具点灯回路４は、ＰＷＭ信号発生回路５から供給されたＰＷＭ信号により、ＬＥＤの消灯時、所定電位からゼロ電位まで電位を段階的に下降させることで、ＬＥＤの発光を所定光量からゼロ光量へと段階的に下降させることができる。これにより、急激な発光光量の変化を抑制でき、眩しくないヘッドランプ等を可能とするものである。

以上記載した様々な実施形態は複数同時に実施することが可能であり、これらの記載により、当業者は本発明を実現することができるが、更にこれらの実施形態の様々な変形例を思いつくことが当業者によって容易であり、発明的な能力をもたなくとも様々な実施形態へと適用することが可能である。従って、本発明は、開示された原理と新規な特徴に矛盾しない広範な範囲に及ぶものであり、上述した実施形態に限定されるものではない。

１，２，３，４…車両用灯具点灯回路、ＺＤ…ツェナーダイオード、Ｒ…抵抗、Ｑ…トランジスタ、ＬＤ…発光ダイオード、Ｖｃｃ…電源電位、ＧＮＤ…接地電位。

Claims (3)

1. 電源電位と、
   接地電位と、
   前記電源電位に一端が接続され前記接地電位に他端が接続される半導体型光源と、
   前記電源電位が第１電位を超えたことを検知すると、前記電源電位から前記接地電位へのバイパス経路を形成することにより、前記半導体型光源へ流れる電流量を抑制する抑制手段と、を具備し、
   前記抑制手段は、前記電源電位に一端が接続され、前記半導体型光源と並列に接続されたツェナーダイオードと、
   前記ツェナーダイオードの他端がベースに接続され、電流路の一端が前記電源電位に接続され、電流路の他端が前記接地電位に接続されるトランジスタとを備え、
   前記電源電位が前記第１電位より高い第２電位を超えたことを検知すると、前記接地電位から前記半導体型光源の前記他端へ流れる電流を遮断する遮断手段を更に有することを特徴とする車両用灯具点灯回路。
2. 前記遮断手段は、前記電源電位がゲートに接続され、前記接地電位が電流路の一端に接続され、前記半導体型光源の前記他端が電流路の他端に接続されるＦＥＴを有していることを特徴とする請求項１記載の車両用灯具点灯回路。
3. 点灯時および消灯時に、前記半導体型光源へ流れる電流量の変化を抑制するＰＷＭ信号発生回路を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用灯具点灯回路。

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