JP6626296B2

JP6626296B2 - 発光ダイオード点灯装置

Info

Publication number: JP6626296B2
Application number: JP2015179498A
Authority: JP
Inventors: 和夫丸山; 貴之泉
Original assignee: Koito Electric IndustriesLtd
Current assignee: Koito Electric IndustriesLtd
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2019-12-25
Anticipated expiration: 2035-09-11
Also published as: JP2017054767A

Description

本発明は、発光ダイオードを点灯させるための発光ダイオード点灯装置に関する。

発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する）は、照明等として広く利用されている。そして、ＬＥＤを定電流で点灯制御することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、ＬＥＤは、要求される輝度や消費電力等の仕様に応じて１個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して利用されることがある。

特許第５２３９１３８号公報

しかしながら、要求される仕様に応じて個別に回路等を設計する場合、仕様毎に回路や基板等が異なったり、設計工数がかかる等の問題があった。即ち、部品等の共通化が考慮されていなかったのでコストアップの要因となっていた。

本発明はかかる問題を解決することを目的としている。

すなわち、本発明は、共通化を考慮してコストアップを抑えることができる発光ダイオード点灯装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載された発明は、発光ダイオードを点灯させる発光ダイオード点灯装置であって、前記発光ダイオードと並列に接続され抵抗素子で構成された負荷判別手段が設けられている発光ダイオードモジュールと、前記負荷判別手段の１以上の接続数を検出する検出手段と、前記検出手段が検出した前記負荷判別手段の接続数に基づいて、前記発光ダイオードを点灯させるための電流値を決定する電流制御手段と、を有し、前記検出手段は、前記抵抗素子の抵抗値に応じた電圧値に基づいて前記負荷判別手段の１以上の接続数を検出する、ことを特徴とする発光ダイオード点灯装置である。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記検出手段は、前記発光ダイオードが未点灯時に前記負荷判別手段を検出することを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、発光ダイオードモジュールに負荷判別手段が設けられ、この負荷判別手段の数を検出手段が検出するので、発光ダイオードモジュールの数が判明し、電流制御部がその数に応じた電流を決定して定電流駆動することが可能となる。従って、予め所定の数のＬＥＤが搭載された発光ダイオードモジュールを標準化とすることで、それを複数接続すれば、様々な仕様に対応輝度や点灯領域等の調整をすることができる。よって、部品の共通化をしてコストアップを抑えることができる。

また、負荷判別手段を検出することで、ＬＥＤに過電流が流れることを防止することが可能となる。例えば、３つの発光ダイオードモジュールが接続されている場合に、２つの負荷判別手段しか検出できないときでも、検出できた負荷判別手段の数に応じた電流で駆動することが可能となる。したがって、故障した発光ダイオードモジュールの分の電流を除いた電流値で駆動することが可能となる。

また、負荷判別手段が抵抗素子で構成されているので、高価な部品が必要でなく、負荷判別手段を追加することによるコストアップを最小限に抑えることができる。

また、電圧値を検出すればよいので、容易に負荷判別手段の接続数を検出することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、ＬＥＤ点灯前等のＬＥＤの点灯に影響を及ぼさずに負荷判別手段の接続数を検出することが可能となる。

本発明の一実施形態にかかる発光ダイオード点灯装置の回路図である。図１に示されたＬＥＤモジュールの回路図である。図１に示されたＬＥＤモジュールが２つ接続された回路図である。図１に示された発光ダイオード点灯装置の動作フローチャートである。電圧入力端子と抵抗の並列数と出力電圧値との対応を定めたテーブルの例である。

以下、本発明の一実施形態を、図１乃至図５を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる発光ダイオード点灯装置の構成図である。

発光ダイオード点灯装置１は、図１に示したように、電源回路部１０と、ＬＥＤモジュール（発光ダイオードモジュール）３０と、から構成されている。

電源回路部１０は、第１電源部１１と、第２電源部１２と、ＦＥＴドライバ１３と、マイコン１４と、ＦＥＴ１５、１６と、コイル１７と、ダイオード１８と、抵抗１９、２０、２１、２２と、コンデンサ２３と、オペアンプ２４と、を備えている。

第１電源部１１は、例えば１０Ｖの電圧を出力する電源回路であり、後述するＬＥＤモジュール３０に設けられている負荷判別抵抗を検出するために設けられている。なお、第１電源部１１が出力する電圧はＬＥＤモジュール３０のＶｆ（順方向電圧）以下であればよい。

第２電源部１２は、例えば最大８０Ｖの電圧を出力する電源回路であり、ＬＥＤモジュール３０に設けられているＬＥＤを点灯させるための電力を供給する。なお、第２電源部１２が出力できる電圧（電流）は、接続されるＬＥＤモジュール３０の最大数に対応できる程度の値とすることが望ましい。

ＦＥＴドライバ１３は、マイコン１４からの制御によりＦＥＴ１５、１６のＯＮまたはＯＦＦのスイッチング制御を行う。

マイコン１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたマイクロコンピュータであり、ＲＯＭに記憶された制御部プログラムに沿って動作する。マイコン１４は、電源回路部１０の全体制御を司る。また、マイコン１４は、電圧入力端子Ｖａに入力された電圧値をアナログ／デジタル変換して、その電圧値（デジタル値）から接続されているＬＥＤモジュール３０の数を判別し、電源回路部１０がＬＥＤモジュール３０に供給する電流値を決定する。

ＦＥＴ１５、１６は、電界効果トランジスタである。ＦＥＴ１５は、ゲートがＦＥＴドライバ１３のハイサイド・ゲート・ドライバの出力端子に接続され、ドレインが第２電源部１２に接続され、ソースがＦＥＴドライバ１３のハイサイドＦＥＴのソース接続端子とＦＥＴ１６のドレイン及びコイル１７の一端に接続されている。ＦＥＴ１６は、ゲートがＦＥＴドライバ１３に接続され、ドレインがＦＥＴドライバ１３のローサイド・ゲート・ドライバの出力端子とＦＥＴ１５のソース及びコイル１７の一端に接続され、ソースが接地されている。ＦＥＴ１５、１６は、ゲートがＦＥＴドライバ１３に制御されてスイッチング動作をする。なお、ＦＥＴ１５、１６と並列に接続されているダイオードは寄生ダイオードである。

コイル１７は、一端がＦＥＴドライバ１３とＦＥＴ１５のソースとＦＥＴ１６のドレインに接続され、他端がダイオード１８のカソードと抵抗２０の一端と抵抗２２の一端とコンデンサ２３の一端とオペアンプ２４の＋入力端子に接続されている。

ダイオード１８は、アノードが抵抗１９の他端に接続され、カソードがコイル１７の他端と抵抗２０の一端と抵抗２２の一端とコンデンサ２３の一端とオペアンプ２４の＋入力端子に接続されている。

抵抗１９は、一端が第１電源部１１に接続され、他端がダイオード１８のアノードに接続されている。抵抗１９は、本実施形態では２２ｋΩの抵抗値に設定されている。抵抗２０は、一端がコイル１７の他端とダイオード１８のカソードと抵抗２２の一端とコンデンサ２３の一端とオペアンプ２４の＋入力端子に接続され、他端が抵抗２１の一端とマイコン１４の電圧入力端子Ｖａに接続されている。抵抗２０は、本実施形態では５１０ｋΩの抵抗値に設定されている。抵抗２１は、一端が抵抗２０の他端とマイコン１４の電圧入力端子Ｖａに接続され、他端が接地されている。抵抗２１は、本実施形態では３３ｋΩの抵抗値に設定されている。抵抗２２は、一端がコイル１７の他端とダイオード１８のカソードと抵抗２０の一端とコンデンサ２３の一端とオペアンプ２４の＋入力端子に接続され、他端がオペアンプ２４の−入力端子とＬＥＤモジュール３０に接続されている。抵抗２２は、本実施形態では０．５ｋΩの抵抗値に設定されている。

コンデンサ２３は、一端がコイル１７の他端とダイオード１８のカソードと抵抗２０の一端と抵抗２２の一端とオペアンプ２４の＋入力端子に接続され、他端が接地されている。

オペアンプ２４は、＋入力端子がコイル１７の他端とダイオード１８のカソードと抵抗２０の一端と抵抗２２の一端とコンデンサ２３の一端に接続され、−入力端子が抵抗２２の他端とＬＥＤモジュール３０に接続され、出力端子がマイコン１４に接続されている。

ここで、電源回路部１０において、第１電源部１１、抵抗１９、ダイオード１８は、後述するＬＥＤモジュール３０に設けられている負荷判別抵抗を検出するための回路であり、それ以外の構成は周知の定電流電源回路である。

ＬＥＤモジュール３０は、図２に示したように、接続端子３０ａ、３０ｂ、３０ｅ、３０ｆと、ＬＥＤ３０ｃと、負荷判別抵抗３０ｄと、を備えている。また、ＬＥＤモジュール３０は、電源回路部１０とは別基板で構成され、接続端子３０ａ、３０ｂで着脱自在となっている。

接続端子３０ａ、３０ｂは、電源回路部１０と電気的に接続するための端子である。接続端子３０ａは、電源回路部１０の抵抗２２やオペアンプ２４が接続されている側に接続され、接続端子３０ｂは、電源回路部１０の接地側に接続される。

ＬＥＤ３０ｃは、複数のＬＥＤ素子が直列接続されている。図２の例では、直列数は８で、Ｖｆ（ＬＥＤ素子８つ分の順方向電圧＝接続端子間の電圧）＝３５Ｖであるが、それに限らず直列数は１以上であればよいし、Ｖｆも適宜変更してもよい。

負荷判別抵抗３０ｄは、ＬＥＤ３０ｃと並列に接続されている。負荷判別抵抗３０ｄは、ＬＥＤモジュール判別用の素子（抵抗素子）である。負荷判別抵抗３０ｄの抵抗値は、図２の例では５１０ｋΩに設定されている。なお、負荷判別抵抗３０ｄは、ＬＥＤ３０ｃの点灯には何ら寄与しない。そのため負荷判別抵抗３０ｄの抵抗値は、ＬＥＤ３０ｃの点灯時に電流が極力流れない程度の大きさの抵抗であることが好ましいが、ＬＥＤ３０ｃの直列数やＬＥＤ素子自体の特性等に関連して定める必要はない。

接続端子３０ｅ、３０ｆは、他のＬＥＤモジュール３０を電気的に接続するための端子である。接続端子３０ｅは他のＬＥＤモジュール３０の接続端子３０ａと接続され、接続端子３０ｆは他のＬＥＤモジュール３０の接続端子３０ｂと接続される。つまり、ＬＥＤモジュール３０は、接続端子３０ｅ、３０ｆによって複数連なるように接続することが可能となっている。このようにすることにより、複数のＬＥＤ３０ｃや負荷判別抵抗３０ｄが並列に接続されることとなる。勿論接続端子３０ｅ、３０ｆは、他のＬＥＤモジュール３０の接続端子３０ａ、３０ｂと着脱自在となっている。

上述したように構成された発光ダイオード点灯装置１は、第１電源部１１から供給された電圧によって、ＬＥＤモジュール３０の負荷判別抵抗３０ｄの並列数をマイコン１４の電圧入力端子Ｖａで電圧値として検出する。例えば、ＬＥＤモジュール３０が１つの場合、５１０ｋΩの負荷判別抵抗３０ｄが１つ接続されており、並列数が１であるので、Ｖａ＝１．１Ｖとなる。ここで、図３に示したように、ＬＥＤモジュール３０を２つ（３１、３２）接続した場合は、負荷判別抵抗３０ｄが２つ接続されており、並列数が２となるので、ＬＥＤモジュール３０全体の抵抗値（合成抵抗値）は２５５ｋΩとなる。この場合は、Ｖａ＝１．６Ｖとなる。

このように、負荷判別抵抗３０ｄの抵抗値は予め判明しているので、並列数に応じた抵抗値と、その抵抗値により検出される電圧値との対応を予めマイコン１４が持つことにより、電圧値から負荷判別抵抗３０ｄの並列数、即ち、電源回路部１０に接続されているＬＥＤモジュール３０の数を検出することができる。

次に、図１に示された発光ダイオード点灯装置１の動作を図４のフローチャートを参照して説明する。

まず、ステップＳ１において、ＬＥＤモジュール３０を電源回路部１０に接続する。接続数は、発光ダイオード点灯装置１が用いられる照明装置等の仕様に応じて２以上が接続される場合もある。

次に、ステップＳ２において、電源を投入する。つまり、第１電源部１１と第２電源部１２とを起動させる。

次に、ステップＳ３において、マイコン１４を起動する。起動したマイコン１４は、自身の初期設定等が終了後、ＦＥＴ１５、１６はＯＦＦとなるようにＦＥＴドライバ１３を制御する。従って、第２電源部１２からはＬＥＤモジュール３０に電流が供給されない。

次に、ステップＳ４において、負荷判別抵抗３０ｄの抵抗値を検出する。つまり、電源回路部１０に接続されている全てのＬＥＤモジュール３０の負荷判別抵抗３０ｄの合成抵抗値を検出する。これは、上述したように、マイコン１４の電圧入力端子Ｖａの値に基づいてマイコン１４が検出する。例えば、図５に示したようなテーブルをマイコン１４に予め設定することで容易に検出することができる。即ち、マイコン１４は、負荷判別手段の数を検出する検出手段として機能する。また、マイコン１４は、抵抗素子の抵抗値に応じた電圧値に基づいて負荷判別手段の数を検出している。

次に、ステップＳ５において、出力電流を設定する。これは、マイコン１４が電源回路部１０からＬＥＤモジュール３０に対して供給する電流値を設定する。この電流値は、ＬＥＤ３０ｃを定電流制御をするためＬＥＤモジュール３０の数によって変化し、図５のテーブルに基づいて設定する。図５の例の場合、１つのＬＥＤモジュール３０当たり０．３５Ａの電流が流れるように設定している。即ち、マイコン１４は、検出手段が検出した負荷判別手段の数に基づいて、発光ダイオードを点灯させるための電流値を決定する電流制御手段として機能する。なお、ステップＳ４で使用するテーブルとステップＳ５で使用するテーブルとは別に定めてもよい。

次に、ステップＳ６において、ステップＳ５で設定した電流を出力する。このステップで、マイコン１４は、ＦＥＴドライバ１３を通常の動作（ＬＥＤ３０ｃを点灯させるための電流を供給する動作）をさせる。このようにして、電源回路部１０は、ＬＥＤモジュール３０を定電流制御で点灯駆動することができる。即ち、ステップＳ６の前に実行されるステップＳ４、Ｓ５は、発光ダイオードが未点灯時に負荷判別手段を検出している。

なお、上述した例では、ＬＥＤモジュール３０は１つ又は２つ接続した例で説明したが、３以上接続可能なことはいうまでもなく、第２電源部１２が電流を供給可能な範囲で接続数を増やすことができる。

本実施形態によれば、ＬＥＤモジュール３０に負荷判別抵抗３０ｄが設けられているので、この負荷判別抵抗３０ｄの合成抵抗値をマイコン１４が検出することで、ＬＥＤモジュール３０の数が判明し、マイコン１４がその数に応じた電流を決定して定電流駆動することが可能となる。従って、予め所定の数のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤモジュール３０を標準化することで、ＬＥＤモジュール３０を複数接続すれば、様々な仕様に対応して輝度や点灯領域等の調整をすることができる。また、ＬＥＤモジュール３０の接続数を変更するだけでよいので、仕様毎に基板設計等が不要となり、仕様変更等にも容易に対応できる。よって、部品の共通化をしてコストアップを抑えることができる。さらに、不点灯となる領域もＬＥＤモジュール３０の範囲で一定にすることができる。

また、負荷判別抵抗３０ｄを検出することで、ＬＥＤ３０ｃに過電流が流れることを防止することが可能となる。例えば、３つのＬＥＤモジュール３０が接続されている場合に、２つの負荷判別抵抗３０ｄしか検出できないときでも、検出できた負荷判別抵抗３０ｄの数に応じた電流で駆動することが可能となる。したがって、故障したＬＥＤモジュール３０の分の電流を除いた電流値で駆動することが可能となる。

また、負荷判別手段として、負荷判別抵抗３０ｄを用いているので、高価な部品が必要でなく、負荷判別手段を追加することによるコストアップを最小限に抑えることができる。

また、負荷判別抵抗３０ｄの合成抵抗値に応じた電圧値に基づいて負荷判別抵抗３０ｄの数を検出するので、電圧値を検出すればよく、容易に負荷判別抵抗３０ｄの数（ＬＥＤモジュール３０の接続数）の数を検出することが可能となる。

また、電源回路部１０は、ＬＥＤ３０ｃが未点灯時に負荷判別抵抗３０ｄの抵抗値を検出しているので、ＬＥＤ３０ｃの点灯に影響を及ぼさずに負荷判別抵抗３０ｄの数（ＬＥＤモジュール３０の接続数）を検出することが可能となる。

なお、上述した実施形態では、ＬＥＤモジュール３０は、全て同じ仕様として説明したが、それに限らず、Ｖｆ（接続端子間の電圧）が同じであれば、直列数やＬＥＤ素子の仕様が異なっていてもよい。

また、本発明は上記実施例に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の発光ダイオード点灯装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

１発光ダイオード点灯装置
１０電源回路部
１４マイコン（検出手段、電流制御手段）
３０ＬＥＤモジュール
３０ｃＬＥＤ
３０ｄ負荷判別抵抗（負荷判別手段）

Claims

発光ダイオードを点灯させる発光ダイオード点灯装置であって、
前記発光ダイオードと並列に接続され抵抗素子で構成された負荷判別手段が設けられている発光ダイオードモジュールと、
前記負荷判別手段の１以上の接続数を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した前記負荷判別手段の接続数に基づいて、前記発光ダイオードを点灯させるための電流値を決定する電流制御手段と、を有し、
前記検出手段は、前記抵抗素子の抵抗値に応じた電圧値に基づいて前記負荷判別手段の１以上の接続数を検出する、
ことを特徴とする発光ダイオード点灯装置。
前記検出手段は、前記発光ダイオードが未点灯時に前記負荷判別手段を検出することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード点灯装置。