JP6681005B2 - Ｌｅｄショート検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、発光ダイオード）が直列に接続された回路を構成するＬＥＤのショートを検出する装置に関する。

下記特許文献１には、複数のＬＥＤが直列に接続された回路（ＬＥＤ直列回路）を構成するＬＥＤのショートを検出する技術が開示されている。

特開２０１２−１６０４３６号公報

ところで、ＬＥＤ直列回路のアノード側の電圧をモニターし、その電圧が所定の閾値より小さい場合にＬＥＤのショートが発生していると判定する手法がある。しかし、この手法では以下の問題がある。すなわち、ＬＥＤの順電圧は個体によるばらつきと環境温度によるばらつきとがあるが、これら２種類のばらつきによって、ＬＥＤ直列回路のアノード側の電圧が大きく変化することでショートの検出精度が低いという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされ、ＬＥＤの順電圧の個体によるばらつきと環境温度によるばらつきの両方を考慮したショート検出を可能とすることでショートの検出精度を向上できるＬＥＤショート検出装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、第１の発明に係るＬＥＤショート検出装置（１）は、
複数のＬＥＤ（３）が直列に接続された回路（２）の、前記ＬＥＤのショートが発生していない時におけるアノード側の電圧である正常時電圧を取得する第１の電圧取得手段（Ｓ２、１５）と、
前記正常時電圧を取得する時における環境温度である第１温度を取得する第１の温度取得手段（Ｓ１、１５、１９）と、
前記ＬＥＤのショートの有無を判定する時における前記回路のアノード側の電圧である判定時電圧を取得する第２の電圧取得手段（Ｓ１３、１５）と、
前記判定時電圧を取得する時における環境温度である第２温度を取得する第２の温度取得手段（Ｓ１１、１５、１９）と、
前記ＬＥＤの順電圧の温度特性を記憶する記憶手段（１８）と、
前記第１温度、前記第２温度及び前記温度特性に基づいて、前記正常時電圧と前記判定時電圧とが同一温度の電圧となるように変換する変換手段（Ｓ３、Ｓ１２、１５）と、
前記変換手段により前記判定時電圧と同一温度の電圧となった前記正常時電圧を閾値として、その閾値と前記判定時電圧との比較に基づき前記ＬＥＤのショートの有無を判定する判定手段（Ｓ１４、１５）と、
を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、第１の電圧取得手段が、ＬＥＤのショートが発生していない時におけるＬＥＤ直列回路のアノード側の電圧を正常時電圧として取得する。この正常時電圧は、ショート有無を判定するための閾値となる電圧であるが、予め定められた固定値ではなく、実際のＬＥＤ直列回路から得た値であるために、閾値（正常時電圧）にＬＥＤ直列回路を構成する各ＬＥＤの個体ばらつきを反映させることができる。また、変換手段が正常時電圧と判定時電圧とを同一温度の電圧に変換するので、環境温度のばらつきを考慮した形でショートの有無を判定できる。このように、第１の発明では、ＬＥＤの順電圧の個体によるばらつきと環境温度によるばらつきの両方を考慮したショート検出を可能としている。これにより、ショートの検出精度を向上できる。

また、第２の発明に係るＬＥＤショート検出装置（１）は、
複数のＬＥＤ（３）が直列に接続された回路（２）を構成する各ＬＥＤの、基準温度での順電圧を合計した値である合計順電圧を記憶する電圧記憶手段（１８）と、
前記回路のアノード側の電圧を取得する電圧取得手段（Ｓ１３、１５）と、
前記アノード側の電圧を取得する時における環境温度である取得時温度を取得する温度取得手段（Ｓ１１、１５、１９）と、
前記ＬＥＤの順電圧の温度特性を記憶する温度特性記憶手段（１８）と、
前記基準温度、前記取得時温度及び前記温度特性に基づいて、前記合計順電圧と前記アノード側の電圧とが同一温度の電圧となるように変換する変換手段（Ｓ３、Ｓ１２、１５）と、
前記変換手段により前記アノード側の電圧と同一温度の電圧となった前記合計順電圧を閾値として、その閾値と前記アノード側の電圧との比較に基づき前記ＬＥＤのショートの有無を判定する判定手段（Ｓ１４、１５）と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明によれば、電圧記憶手段には、ＬＥＤ直列回路を構成する各ＬＥＤの基準温度での順電圧を合計した合計順電圧が記憶されている。その合計順電圧は、個体ばらつき反映した値である。また、第２の発明は、第１の発明と同様に、変換手段が合計順電圧とアノード側の電圧とを同一温度の電圧に変換するので、環境温度のばらつきを考慮した形でショートの有無を判定できる。よって、第２の発明においても、ＬＥＤの順電圧の個体によるばらつきと環境温度によるばらつきの両方を考慮したショート検出が可能となり、ショートの検出精度を向上できる。

ＬＥＤ直列回路の制御装置の構成図である。 環境温度とＬＥＤの順電圧との関係を示した図である。 初回起動時に実行する処理のフローチャートである。 ＬＥＤショート判定時に実行する処理のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１に、ＬＥＤ直列回路２の制御装置１の構成を示している。制御装置１、ＬＥＤ直列回路２及び液晶パネル５は車両に搭載される。ＬＥＤ直列回路２は、複数（例えば７個）のＬＥＤ３が直列に接続された回路である。そのＬＥＤ直列回路２は、車両に搭載されるヘッドアップディスプレイに用いる液晶パネル５の照明用として用いられる。

制御装置１は、駆動回路３０と分圧回路１２と制御部１５と温度センサ１９とを備えている。

駆動回路３０は、ＬＥＤ直列回路２を駆動する回路であって、昇圧回路６と定電流回路１１とを備えている。昇圧回路６は、ＬＥＤ直列回路２のアノード側の端点４ａと定電流回路１１とを接続するライン２１上に配置されており、昇圧回路６の前段に与えられる駆動電圧Ｖ１（例えば５Ｖ）を昇圧する回路である。昇圧回路６は、コイル８とダイオード９とコンデンサ１０とスイッチング素子７とを有している。コイル８とダイオード９は直列に接続されている。コンデンサ１０は、ダイオード９の後段位置においてライン２１とグランドとの間に配置される。スイッチング素子７は、第１端子７ａと第２端子７ｂと制御端子７ｃとを備えて、制御端子７ｃに入力される信号に基づいて、第１端子７ａと第２端子７ｂの間が導通と切断の間で切り替わる素子（例えば電界効果型トランジスタ）である。第１端子７ａは、ライン２１におけるコイル８とダイオード９の間の点に接続される。第２端子７ｂは、ＬＥＤ直列回路２のカソード側の端点４ｂと定電流回路１１とを接続するライン２２に接続される。制御端子７ｃは定電流回路１１に接続される。

定電流回路１１は、ＬＥＤ直列回路２に順方向の電圧を印加することでＬＥＤ直列回路２を駆動する回路である。詳しくは、定電流回路１１は、制御端子７ｃに入力する信号を制御してスイッチング素子７のオンオフを制御することで、昇圧回路６の昇圧量を制御する。このとき、定電流回路１１は、端点４ａに流れる電流が一定値となるように昇圧回路６の昇圧量を制御する。このように、定電流回路１１は、昇圧回路６を制御することで、ＬＥＤ直列回路２の駆動を制御している。

分圧回路１２は、端点４ａと制御部１５とを接続するライン２３上に配置されて、端点４ａの電圧を、それよりも小さい電圧に変換して制御部１５に入力する回路である。分圧回路１２は、ライン２３とグランドの間に配置された抵抗１３と、その抵抗１３のより前段位置（ＬＥＤ直列回路２側の位置）においてライン２３上に配置された抵抗１４とを有する。

温度センサ１９は、温度に応じて抵抗値が変化するセンサ（すなわちサーミスタ）である。温度センサ１９は、ＬＥＤ直列回路２の使用環境の温度（環境温度）を測定するためのセンサである。温度センサ１９の一端は抵抗２０を介して電源Ｖ２に接続され、他端はグランドに接続されている。そして、温度センサ１９と抵抗２０の中間点の電圧が制御部１５に入力されるようになっている。すなわち、温度センサ１９は、所定の電圧Ｖ２（例えば５Ｖ）が印加されて、その電圧Ｖ２、抵抗２０及び温度センサ１９の抵抗値（すなわち環境温度）に応じた電圧が制御部１５に入力される。

制御部１５は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部１６、１７を備えている。第１のＡＤ変換部１６には、端点４ａの電圧が分圧回路１２を介して入力される。第２のＡＤ変換部１７には、温度センサ１９の検出値が入力される。また、制御部１５は、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリ１８を備えている。そのメモリ１８には、制御部１５が実行する処理のプログラムや、温度センサ１９から入力される電圧と環境温度との関係や、ＬＥＤ３の温度特性を示した係数αなどが記憶されている。

ここで、ＬＥＤの順電圧のばらつきについて説明する。図２に、ＬＥＤの順電圧ＶＦと環境温度との関係を例示している。なお、図２の順電圧ＶＦは、ＬＥＤの順方向に所定電流を流した時におけるＬＥＤのアノード‐カソード間の電圧である。また、図２の順電圧ＶＦは、ＬＥＤ１個分の値である。

図２に示すように、ＬＥＤの順電圧ＶＦは環境温度によって変化し、具体的には環境温度が高くなるにしたがって順電圧ＶＦは小さくなる。図２の例では、環境温度が２５℃の時の順電圧ＶＦ０に対する、−４０℃〜８０℃の間の順電圧ＶＦのばらつきは、およそ−４％〜＋８％となっている。

さらに、順電圧ＶＦは、個体によってもばらつく。すなわち、図２の例では、２５℃の時の順電圧ＶＦ０は約３．０Ｖとなっているが、個体ばらつきによって順電圧ＶＦ０は例えば２．７Ｖ〜３．４Ｖの間でばらつく。

これら環境温度によるばらつきや個体によるばらつきを考慮しないで、ショート判定用の閾値を設定すると、これら２種のばらつきによって、ＬＥＤショートが無いにもかかわらずショート有りと判定したり、ＬＥＤショートが有るにもかかわらずショート無しと判定したりと、ＬＥＤショートの検出精度が低下する。さらに、ＬＥＤ直列回路の場合には、ＬＥＤ直列回路を構成するＬＥＤの個数分、ばらつきが加算されることになるので、ＬＥＤショートの検出精度がさらに低下する。

本実施形態のように、ＬＥＤ直列回路がヘッドアップディスプレイに用いられる場合には、ＬＥＤがショートすることによって、ヘッドアップディスプレイの表示の一部が欠落してしまい、視認者が誤認識をしてしまうおそれがある。

そこで、制御部１５は、上記２種のばらつきを考慮した形でＬＥＤショートの有無を判定する処理を実行している。この処理を説明する前に上記係数αについて説明する。係数αは、予め定められた基準温度（例えば２５℃）での順電圧ＶＦ０に対する各環境温度での順電圧の変化の度合いを示した値に設定される。例えば、基準温度を２５℃、２５℃での順電圧を３．０Ｖ、４０℃での順電圧を２．９Ｖとすると、４０℃での係数αは、２．９÷３．０＝０．９６６６・・となる。本実施形態では、図２の関係に基づいて、基準温度を２５℃として、２５℃での順電圧ＶＦ０に対する各環境温度での順電圧ＶＦ１の変化度合い（＝ＶＦ１／ＶＦ０）を環境温度ごとに予め求めておいて、得られた環境温度ごとの変化度合いが係数αとしてメモリ１８に記憶されている。

次に、制御部１５が実行する、ＬＥＤショートの有無を判定する処理を説明する。制御部１５は、ＬＥＤ直列回路２の初回起動時に図３の処理を実行する。なお、初回起動時とは、車両出荷前の工場内において初めて起動する時を意味する。また初回起動時では、ＬＥＤショートは発生していないことを想定している。

制御部１５は、図３の処理を開始すると、先ず、温度センサ１９から入力される信号に基づいて環境温度Ｔ１を測定する（Ｓ１）。次に、駆動回路３０によりＬＥＤ直列回路２を駆動させた状態で、環境温度Ｔ１でのＬＥＤ直列回路２のアノード側の電圧Ｖｍ（Ｔ１）を取得する（Ｓ２）。この電圧Ｖｍ（Ｔ１）は、端点４ａの電圧を分圧回路１２により分圧した値である。なお、端点４ａの電圧は、回路２を構成する各ＬＥＤ３の環境温度Ｔ１での順電圧を合計した値に相当する。なお、Ｓ１、Ｓ２の処理はどちらが先に実行されたとしても良い。

次に、Ｓ１で測定した環境温度Ｔ１に対する係数α（Ｔ１）をメモリ１８から読みだして、その係数α（Ｔ１）に基づいて、Ｓ２で取得した電圧Ｖｍ（Ｔ１）を、２５℃での電圧Ｖｍ（２５）に変換する（Ｓ３）。具体的には、以下の式１を計算する。
Ｖｍ（２５）＝Ｖｍ（Ｔ１）×（１／α（Ｔ１）） ・・・（式１）

Ｓ３で得られた電圧Ｖｍ（２５）をメモリ１８に記憶して（Ｓ４）、図３の処理を終了する。Ｓ４で記憶した電圧Ｖｍ（２５）は環境温度が２５℃の時における、個々のＬＥＤ３の順電圧を合計した値に相当し、個々のＬＥＤ３の個体ばらつきが反映された値である。

制御部１５は、車両出荷後は、図４の処理を実行する。図４の処理は、所定時間間隔で繰り返し実行される。

制御部１５は、図４の処理を開始すると、先ず、温度センサ１９から入力される信号に基づいて環境温度Ｔ２を測定する（Ｓ１１）。次に、Ｓ１１で測定した環境温度Ｔ２での係数α（Ｔ２）と、図３の処理により得られた電圧Ｖｍ（２５）とをメモリ１８から読みだす。そして、それら係数α（Ｔ２）、電圧Ｖｍ（２５）に基づいて環境温度Ｔ２での閾値Ｖｔｈ（Ｔ２）を計算する（Ｓ１２）。具体的には、以下の式２を計算する。
Ｖｔｈ（Ｔ２）＝Ｖｍ（２５）×α（Ｔ２）−Ｖ０ ・・・（式２）

式２において、Ｖ０は、マージンとして予め定められた電圧値であり、例えば２５℃でのＬＥＤ３の順電圧（例えば２．７Ｖ〜３．４Ｖ）よりも十分小さい値（例えば１Ｖ）に設定される。

式２では、係数α（Ｔ２）に基づいて電圧Ｖｍ（２５）を環境温度Ｔ２での電圧に変換し、その変換した電圧からマージンとなる電圧Ｖ０を引くことで、閾値Ｖｔｈ（Ｔ２）を求めている。

次に、環境温度Ｔ２でのＬＥＤ直列回路２のアノード側の電圧Ｖｍ（Ｔ２）を取得する（Ｓ１３）。なお、Ｓ１１の処理とＳ１３の処理はどちらが先に実行されたとしても良い。

次に、電圧Ｖｍ（Ｔ２）が閾値Ｖｔｈ（Ｔ２）より小さいか否かを判断することで、ＬＥＤショートの有無を判断する（Ｓ１４）。電圧Ｖｍ（Ｔ２）が閾値Ｖｔｈ（Ｔ２）以上の場合には（Ｓ１４：Ｎｏ）、ＬＥＤショートは発生していないとして、Ｓ１１の処理に戻り、ＬＥＤショートの監視を継続する。

これに対して、電圧Ｖｍ（Ｔ２）が閾値Ｖｔｈ（Ｔ２）より小さい場合には（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、ＬＥＤショートが発生しているとして、車両のドライバーに警告を行う（Ｓ１５）。この警告は、どのような形で行っても良いが、例えばメータ内に配置された警告ランプを点灯させる。また、Ｓ１５では、ヘッドアップディスプレイの表示の誤認識を防ぐために、ヘッドアップディスプレイの表示を停止させても良い。その後、図４の処理を終了する。

このように、本実施形態によれば、個体ばらつきを反映した閾値を得て、この閾値を、ＬＥＤショート判定時における環境温度に応じて変化させているので、個体によるばらつきと環境温度によるばらつきの両方を考慮したショート検出を行うことができる。これにより、ＬＥＤショートの検出精度を向上できる。

また、初回起動時に回路２のアノード側の電圧を取得するので、初回起動前から予めメモリ１８に、ＬＥＤショートを判定するための閾値を記憶しておかなくても、閾値となる電圧を得ることができる。

また、図４のＳ１２では、Ｖｍ（２５）×α（Ｔ２）からマージンＶ０を引いた値を閾値としているので、ＬＥＤショートが無いにも関わらずＬＥＤショートと判定してしまうのを抑制できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。例えば、図４の処理では、初回起動時に得たＶｍ（２５）を環境温度Ｔ２での電圧に変換していたが、その変換を行わないで、Ｖｍ（２５）からマージンとなる電圧を引いた値を閾値Ｖｔｈ（２５）として設定し、さらに図４のＳ１３で得た電圧Ｖｍ（Ｔ２）を基準温度２５℃での電圧Ｖｍ（２５）に変換して、そのＶｍ（２５）と閾値Ｖｔｈ（２５）との比較によりＬＥＤショートの有無を判定しても良い。なお、図４のＳ１３で得た電圧Ｖｍ（Ｔ２）を基準温度２５℃での電圧Ｖｍ（２５）に変換するには、Ｖｍ（２５）＝Ｖｍ（Ｔ２）×（１／α（Ｔ２））を計算すればよい。

また、図３のＳ３を省略して、Ｓ４では、Ｓ１、Ｓ２で得た温度Ｔ１及び電圧Ｖｍ（Ｔ１）をメモリ１８に記憶しておき、図４のＳ１２では、メモリ１８に記憶された温度Ｔ１での係数α（Ｔ１）と、電圧Ｖｍ（Ｔ１）と、図４のＳ１１で取得した温度Ｔ２での係数α（Ｔ２）とに基づいて、以下の式３により、閾値Ｖｔｈ（Ｔ２）を計算しても良い。これによれば、図３の処理において、基準温度２５℃の電圧に変換する処理（Ｓ３の処理）を省略できる。
Ｖｔｈ（Ｔ２）＝Ｖｍ（Ｔ１）×（α（Ｔ２）／α（Ｔ１））−Ｖ０ ・・（式３）

また、上記実施形態では、閾値と、ＬＥＤショート判定時の電圧とを、ＬＥＤショート判定時における環境温度Ｔ２の電圧として比較することでショートの有無を判定していたが、以下のように、初回起動時における環境温度Ｔ１の電圧として比較しても良い。すなわち、図３のＳ３を省略して、Ｓ４では、Ｓ１、Ｓ２で得た温度Ｔ１及び電圧Ｖｍ（Ｔ１）をメモリ１８に記憶しておく。図４のＳ１２では、図３の処理で記憶した電圧Ｖｍ（Ｔ１）からマージンを引いた値を閾値Ｖｔｈ（Ｔ１）として求める。図４のＳ１３で得た電圧Ｖｍ（Ｔ２）を以下の式４により、温度Ｔ１での電圧Ｖｍ（Ｔ１）に変換する。Ｓ１４では、その電圧Ｖｍ（Ｔ１）と閾値ｔｈ（Ｔ１）との比較に基づいて、ＬＥＤショートの有無を判定する。
Ｖｍ（Ｔ１）＝Ｖｍ（Ｔ２）×（α（Ｔ１）／α（Ｔ２）） ・・・（式４）

また、上記実施形態では、係数αをメモリ１８に記憶していたが、図２の関係そのものをメモリ１８に記憶して、この関係と初回起動時の温度Ｔ１とショート判定時の温度Ｔ２とに基づいて、初回起動時に取得した電圧と、ショート判定時に所得した電圧とが同一温度での電圧となるように変換しても良い。

また、上記実施形態では、初回起動時にアノード側の電圧を取得してその電圧から閾値を得ているが、ＬＥＤ直列回路を構成する各ＬＥＤの基準温度（例えば２５℃）での順電圧をそれぞれ測定し、得られた各順電圧を合計した値を、初回起動前から予めメモリ１８に記憶しておいても良い。この合計順電圧を閾値とし、その閾値をショート判定時における環境温度に応じて変化させることで、上記実施形態と同様に個体によるばらつきと環境温度によるばらつきの両方を考慮したショート検出を行うことができる。また、図３の処理を省略できる。

また、ヘッドアップディスプレイ以外の用途で用いられるＬＥＤ直列回路のショート検出に本発明を適用しても良い。

なお、上記実施形態において、制御装置１が本発明の「ＬＥＤショート検出装置」に相当する。ＬＥＤ直列回路２が本発明の「回路」に相当する。図３のＳ２の処理を実行する制御部１５が本発明の「第１の電圧取得手段」に相当する。また、Ｓ２で得る電圧が本発明の「正常時電圧」、「合計順電圧」に相当する。図３のＳ１の処理を実行する制御部１５及び温度センサ１９が本発明の「第１の温度取得手段」に相当する。また、Ｓ１で得られる環境温度Ｔ１が本発明の「第１温度」に相当する。図４のＳ１３の処理を実行する制御部１５が本発明の「第２の電圧取得手段」、「電圧取得手段」に相当する。また、Ｓ１３で得られる電圧が本発明の「判定時電圧」に相当する。

また、図４のＳ１１の処理を実行する制御部１５及び温度センサ１９が本発明の「第２の温度取得手段」、「温度取得手段」に相当する。また、Ｓ１１で得られる環境温度Ｔ２が本発明の「第２温度」、「取得時温度」に相当する。係数αが本発明の「温度特性」に相当する。メモリ１８が本発明の「記憶手段」、「電圧記憶手段」、「温度特性記憶手段」に相当する。Ｓ３、Ｓ１２の処理を実行する制御部１５が本発明の「変換手段」に相当する。Ｓ３の処理を実行する制御部１５が本発明の「第１変換手段」に相当する。Ｓ１２の処理を実行する制御部１５が本発明の「第２変換手段」に相当する。Ｓ１４の処理を実行する制御部１５が本発明の「判定手段」に相当する。

１ 制御装置
２ ＬＥＤ直列回路
３ ＬＥＤ
１５ 制御部
１８ メモリ
１９ 温度センサ

Claims (2)

1. 複数のＬＥＤ（３）が直列に接続された回路（２）のアノード側の端点（４ａ）に流れる電流が一定値となるように前記回路を駆動する駆動回路（３０）と、
   前記回路の初回起動時におけるアノード側の電圧である正常時電圧を取得する第１の電圧取得手段（Ｓ２、１５）と、
   前記正常時電圧を取得する時における環境温度である第１温度を取得する第１の温度取得手段（Ｓ１、１５、１９）と、
   前記ＬＥＤのショートの有無を判定する時における前記回路のアノード側の電圧である判定時電圧を取得する第２の電圧取得手段（Ｓ１３、１５）と、
   前記判定時電圧を取得する時における環境温度である第２温度を取得する第２の温度取得手段（Ｓ１１、１５、１９）と、
   前記ＬＥＤの順電圧の温度特性として、予め定められた基準温度での順電圧に対する各環境温度での順電圧の変化の度合いを示した係数を記憶する記憶手段（１８）と、
   前記回路の初回起動時に、前記第１温度での前記係数に基づいて前記正常時電圧を前記基準温度における電圧に変換する第１変換手段（Ｓ３）と、
   前記第２温度での前記係数に基づいて、前記第１変換手段が変換した電圧を前記第２温度における電圧に変換する第２変換手段（Ｓ１２）と、
   前記第２変換手段により前記判定時電圧と同一温度の電圧となった前記正常時電圧を閾値として、その閾値と前記判定時電圧との比較に基づき前記ＬＥＤのショートの有無を判定する判定手段（Ｓ１４、１５）と、
   を備えることを特徴とするＬＥＤショート検出装置（１）。
2. 前記第２変換手段（Ｓ１２）は、前記正常時電圧と前記判定時電圧とを同一温度の電圧にしつつ、前記正常時電圧からマージンとして所定電圧を引いた電圧を前記閾値として得ることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤショート検出装置。

Images