(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直列接続された複数の半導体光源を有する光源部の動作を制御する制御回路であって、
前記複数の半導体光源のそれぞれに接続され、各々が前記複数の半導体光源の各々の端子間電圧を検出する複数の電圧検出部と、
前記複数の電圧検出部の各々によって検出される前記端子間電圧に基づいて前記複数の半導体光源の異常を検出する異常検出部と、
前記光源部に対して直列接続されるとともに前記異常検出部と接続されており、当該光源部に供給される電力に応じて前記異常検出部における異常検出動作の可否を制御するマスク部、
を備え、
前記複数の電圧検出部の各々は、
相互に直列接続された第１及び第２の抵抗素子と、
前記第１及び第２の抵抗素子の接続点の電位に応じて動作するトランジスタと、
を有し、
前記第１及び第２の抵抗素子は、前記複数の半導体光源のうちの１つの半導体光源と並列に接続され、
前記トランジスタは、一方の入出力端が前記１つの半導体光源の一端と接続され、他方の入出力端が前記異常検出部と接続された、
光源制御回路。
【請求項２】
前記マスク部は、前記複数の半導体光源を流れる電流を検出して当該電流が設定値以上となったときに前記異常検出部における異常検出動作を許容する、
請求項１に記載の光源制御回路。
【請求項３】
前記マスク部は、前記電流が設定値以上となったときに、前記異常検出部への電源供給を開始することによって前記異常検出動作を許容する、
請求項２に記載の光源制御回路。
【請求項４】
前記光源部への電力供給を制御するレギュレータ、を更に含み、
前記レギュレータは、前記異常検出部から異常検出信号が入力されたときに動作を停止する、請求項１〜３の何れか１項に記載の光源制御回路。
【請求項５】
前記トランジスタは、電界効果トランジスタ又はバイポーラトランジスタである、請求項１〜４の何れか１項に記載の光源制御回路。
【請求項６】
直列接続された複数の半導体光源を有する光源部と、
前記光源部に接続された光源制御回路と、
を備え、前記光源制御回路として請求項１〜５の何れか１項に記載の光源制御回路が用いられた、光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光源の動作制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体光源のモジュール故障（短絡）検出技術の一例として、特許文献１に開示のものが知られている。この特許文献１に開示された発光装置は、検出対象となるＬＥＤ１，２の両端に抵抗Ｒ１を接続し、抵抗Ｒ１の両端をＬＥＤ１のアノード電極とＬＥＤ２のカソード電極に連なる検出対象部位として、接続点を介して抵抗Ｒ１の一端を地絡検出回路に接続する、という構成を備える。この発光装置では、接続点等に連なる検出対象部位が地絡したときには接続点の電圧が接地電位まで低下するので、この電圧の変化を地絡検出回路で検出することにより、検出対象部位の地絡を検出することができる。
【０００３】
また、同様の関連技術として特許文献２に開示のものが知られている。特許文献２に開示された装置は、特許文献１に開示の装置に比べ、半導体光源のフォワード電圧Ｖｆを積み上げた電圧で検出するのではなく、個々のフォワード電圧Ｖｆを検出しているので、検出精度がより向上する。同様の関連技術は特許文献３にも開示されている。特許文献３の装置は、検出したデータをＡ／Ｄ変換し管理するため、半導体光源のフォワード電圧検出の精度がより向上する。
【０００４】
ところで、例えば車両用灯具等として用いられる光源装置においては、複数の半導体光源のうち１つでも不灯になった場合に、それを精度良く検出できることが望まれている。また、半導体光源の故障として、光半導体のインピーダンス変化により、半導体光源に電流が供給された際に、そのインピーダンスに応じたフォワード電圧Ｖｆが生じるケースがある。このフォワード電圧Ｖｆは正常時よりも低い値を示す。つまり、完全な短絡だけを想定すれば良いとは限らず、インピーダンスに応じたフォワード電圧Ｖｆが発生することを考慮して、半導体光源の異常の有無を検出する事が必要になる。さらに、半導体光源は、仮に一定のフォワード電流Ｉｆで駆動した場合でも、各々の素子によって、フォワード電圧Ｖｆが異なる上、さらに、半導体である為、温度特性をもち、車両用で使用する場合は、最大で−４０℃〜１０５℃程度の温度幅でのフォワード電圧Ｖｆの変動を見込んで設計を行う必要がある。
【０００５】
ここで、例えば１素子が４つで１パッケージ（マルチチップ）の半導体光源を５つ直列接続して用いた場合を考えると、１パッケージ中の１素子あたり３Ｖ〜５Ｖ程度の範囲でフォワード電圧がばらつく可能性があり、１パッケージでは、１２Ｖ〜２０Ｖのばらつきが生じる可能性がある。上記のように５つのパッケージが直列接続されている場合には、全体のばらつきは６０Ｖ〜１００Ｖとなる。このように正常動作時であっても半導体光源のフォワード電圧が大きく変動するため、フォワード電圧Ｖｆの合計値に基づいて異常を検出したのでは、半導体光源の故障を精度良く検出するのは困難と考えられる。
【０００６】
また、半導体光源の故障によりインピーダンスが変動した場合も、検出は困難と考えられる。すなわち、特許文献２では、半導体光源のアノード側を０Ｖ、カソード側を負電圧とし、反転増幅器でフォワード電圧を検知する方式が提案されているが、この方式の場合、完全な短絡にならないと異常を検出できないと考えられる点や、多くのオペアンプ／コンパレータが必要になる点で未だ改良の余地がある。
【０００７】
また、特許文献３の装置においては、差動増幅回路でフォワード電圧Ｖｆを検出して、マイコンのＡ／Ｄ変換により、電圧を細かく管理出来るメリットはあるが、差動増幅部の非反転端子の基準はどの半導体光源についても同じ電位にあるため、半導体光源の接続位置（積み重ねの段）によって検出精度に差を生じると考えられる。また、多くのオペアンプ／コンパレータが使用される事が推測され、かつ、マイコンによる管理が必要になるため、コストが増加するとも考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２５１２２７号公報
【特許文献２】特開２００７−１６５４４１号公報
【特許文献３】特開２００７−２００６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明に係る具体的態様は、複数個の半導体光源の異常を簡素な構成で高精度に検出可能な技術を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る一態様の光源制御回路は、互いに直列接続された複数の半導体光源を有する光源部の動作を制御する制御回路であって、上記複数の半導体光源のそれぞれに接続され、各々が上記複数の半導体光源の各々の端子間電圧を検出する複数の電圧検出部と、上記複数の電圧検出部の各々によって検出される上記端子間電圧に基づいて上記複数の半導体光源の異常を検出する異常検出部と、光源部と直列接続されるとともに異常検出部と接続されており、当該光源部に供給される電力に応じて異常検出部における異常検出動作の可否を制御するマスク部を備える。上記複数の電圧検出部の各々は、相互に直列接続された第１及び第２の抵抗素子と、上記第１及び第２の抵抗素子の接続点の電位に応じて動作するトランジスタと、を有する。上記第１及び第２の抵抗素子は、上記複数の半導体光源のうちの１つの半導体光源と並列に接続される。上記トランジスタは、一方の入出力端が上記１つの半導体光源の一端と接続され、他方の入出力端が上記異常検出部と接続される。トランジスタとしては、例えば電界効果トランジスタまたはバイポーラトランジスタが用いられる。
【００１１】
上記した光源制御回路は、抵抗素子とトランジスタを組み合わせた比較的簡素な構成の電圧検出部を用いて各半導体光源の端子間電圧の変化を検出し、この検出結果に基づいて異常検出部により動作状態を判定している。第１の抵抗素子と第２の抵抗素子の抵抗値の大小関係を適宜設定することにより、半導体光源の動作が正常か異常かの判断基準となる基準電圧を任意の値に容易に設定し得て、その基準電圧を境界としてトランジスタからの出力信号を変化させることができる。したがって、各半導体光源ごとにオペアンプやコンパレータを使用する従来例に比べてより低コスト、小スペースで半導体光源の動作異常を精度良く検出できる。
【００１２】
また、上記した光源制御回路によれば、各半導体光源が完全に短絡した場合のみならず、インピーダンス異常等が生じて設計値通りの光量が取れていないといった故障モードにも対応することができる。また、上記した光源制御回路は、第１及び第２の抵抗素子の各抵抗値と、トランジスタのスレッショルド電圧の組み合わせにより、制御対象となる半導体光源のフォワード電圧Ｖｆに応じた動作設定を容易に実現可能であるので、種々の仕様の半導体光源に対応可能である
【００１３】
また、上記のようなマスク部を備えることにより、電源投入時など、光源部へ供給される電力が低い過渡期において、異常検出部が誤動作することを回避できる。したがって、半導体光源の異常検出の精度をより向上させることができる。
【００１４】
上記のマスク部は、例えば、上記複数の半導体光源を流れる電流を検出して当該電流が設定値以上となったときに異常検出部における異常検出動作を許容するものであってもよい。さらに、このマスク部は、上記電流が設定値以上となったときに、異常検出部への電源供給を開始することによって前記異常検出動作を許容するものであってもよい。
【００１５】
また、上記の光源制御回路は、上記光源部への電力供給を制御し、上記異常検出部から異常検出信号が入力されたときに動作を停止するように構成されたレギュレータをさらに備えていてもよい。
【００１６】
これにより、半導体光源の動作異常が検出された際には、光源制御回路の内部で光源部への電力供給を停止することができる。すなわち、光源制御回路の外部に置かれた電源を直接的に制御せずに済むため、光源制御回路の汎用性を高めることができる。また、半導体光源の端子間電圧（アノード−カソード間の電圧）に特化しているため、出力が正電圧、負電圧の何れのレギュレータであっても用いることができる利点もある。
【００１７】
本発明に係る一態様の光源装置は、直列接続された複数の半導体光源を有する光源部と、上記光源部に接続された光源制御回路と、を備え、光源制御回路として上述した本発明に係る光源制御回路が用いられている。
【００１８】
これにより、複数個の半導体光源の異常を簡素な構成で高精度に検出可能な構成を備えた光源装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態の光源制御回路並びにこれを含んだ光源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】電圧検出部の構成例を示す回路図である。
【図３】マスク部の構成例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、一実施形態の光源制御回路並びにこれを含んだ光源装置の構成を示すブロック図である。図１に示す光源装置１００は、例えば車両用灯具として用いられるものであり、光源制御回路１と、この光源制御回路１による制御対象となる光源部２と、を含んで構成される。光源制御回路１は、スイッチングレギュレータ１０、５つの電圧検出部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、異常検出部１３、マスク部１４を含む。光源部２は、直列接続された５つの半導体光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅを含む。
【００２２】
スイッチングレギュレータ１０は、図示しない電源Ｖｃｃ／ＧＮＤと接続されており、電源からの電力を光源部２へ供給する。なお、シリーズレギュレータなど、他のタイプのレギュレータが用いられてもよい。
【００２３】
電圧検出部１２ａ〜１２ｅは、光源部２の各半導体光源１１ａ〜１１ｅに対して一対一に対応付けて設けられている。詳細には、各電圧検出部１２ａ等は、それぞれ対応する半導体光源１１ａ等のアノード−カソード間に接続されている。これらの電圧検出部１２ａ等の詳細な構成例については更に後述する。
【００２４】
異常検出部１３は、各電圧検出部１２ａ〜１２ｅと接続されており、これらから出力される信号に基づいて、スイッチングレギュレータ１０の動作を停止させるための制御信号を出力し、または光源部２の異常を報知する信号を図示しない外部装置へ出力する。
【００２５】
マスク部１４は、光源部２と直列に接続されており、電源投入時などの過渡時において異常検出部１３が誤動作しないように、異常検出部１３に対して所定の信号を出力する。マスク部１４の詳細な構成例については更に後述する。
【００２６】
本実施形態の光源装置１００、光源制御回路１および光源部２は上述した構成を備えており、次に、電圧検出部、マスク部のそれぞれについてさらに詳細に説明する。
【００２７】
図２は、電圧検出部の構成例を示す回路図である。本実施形態では電圧検出部１２ａ〜１２ｅのいずれも共通して図２に示す構成を備えている。以下では、代表して電圧検出部１２ａについて説明する。電圧検出部１２ａは、半導体光源のアノードとカソード間に接続される。詳細には、電圧検出部１２ａは、直列接続された抵抗（抵抗素子）Ｒ１、Ｒ２と、スイッチング素子としての電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ１と、を含む。直列接続された抵抗Ｒ１、Ｒ２は、一端側（Ｒ１側）が半導体光源１１ａのアノードと接続され、多端側（Ｒ２側）が半導体光源１１ａのカソードと接続されている。電界効果トランジスタＱ１は、制御端子（ゲート）が抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の中点（接続点）に接続されており、一方の入出力端子が半導体光源１１ａのアノードと接続されている。また、他方の入出力端子は異常検出部１３と接続されている。
【００２８】
図２に示す電圧検出部１２ａにおいては、半導体光源１１ａが正常に動作している場合には半導体光源１１ａのアノード−カソード間にフォワード電圧Ｖｆが発生するため、抵抗Ｒ１、Ｒ２の値を適宜設定しておくことで、電界効果トランジスタＱ１はオン状態となる。詳細には、抵抗Ｒ１及びＲ２と電界効果トランジスタＱ１のスレッショルド電圧との関係が、半導体光源１１ａの正常時におけるフォワード電圧Ｖｆ以下となるように設定される。それにより、電圧検出部１２ａは、半導体光源１１ａが正常に動作している場合には半導体光源１１ａのアノード電圧とほぼ同じ電圧を検出信号として出力する。
【００２９】
一方、半導体光源１１ａが完全に短絡した場合には、半導体光源１１ａのアノード−カソード間の電位差は無くなる。その場合、電界効果トランジスタＱ１は、ゲート−ソース間に電圧差が発生しなくなるため、オフ状態となる。すると、電圧検出部１２ａから出力される検出信号は、通常のアノード電圧にほぼ等しい電圧からハイインピーダンス状態に移行する。これにより、半導体光源１１ａに異常が生じたかどうかの検出を行うことができる。
【００３０】
なお、上記では説明をわかりやすくするために、完全短絡（ゲート−ソース間の電位差が０Ｖ）の場合を例示したが、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２、及び電界効果トランジスタＱ１のスレッショルド電圧の組み合わせにより、任意の電圧範囲で故障を検出する事が可能である。つまり、上述した説明の通り、半導体光源１１ａが異常をきたしたことによりインピーダンスが変化し、正常と考えられるフォワード電圧Ｖｆ以下になった場合でも、抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値と電界効果トランジスタＱ１のスレッショルド電圧の設定により、半導体光源１１ａの端子間電圧が任意の閾値以下に低下した場合に異常と検出する事も可能である。また、温度変動による電界効果トランジスタＱ１のスレッショルド電圧の変動を考慮し、各電圧検出部１１ａ等に対して、温度補償ダイオード等の温度補正手段をさらに付加してもよい。また、スイッチング素子の一例として電界効果トランジスタを挙げていたが、バイポーラトランジスタを用いて各電圧検出部１１ａ等を構成することも可能である。
【００３１】
図３は、マスク部の構成例を示す回路図である。ここでは、光源部２に流れた電流に基づいて光源部２に供給される電力を間接的に検出し、その電流の大きさが設定値以上となったときに異常検出部１３への電源供給を開始する場合の回路例を示す。図３に示すマスク部１４は、光源部２に流れた電流を、光源部２の最下段の半導体光源１１ｅと接続された抵抗Ｒ３で検出する。抵抗Ｒ３によって検出される電圧（以下「検出電圧」をいう。）は数百mVと小さいため、本例では、オペアンプＯＰ１を用いて検出電圧を増幅する。そして、この増幅された検出電圧と基準電圧とがコンパレータＣＰ１を用いて比較される。検出電圧が基準電圧を超えた場合に、コンパレータＣＰ１からはＨ出力（高電位）が出力される。このＨ出力を受けたトランジスタ回路部ＴＲ１により、異常検出部１３に電力が供給される。
【００３２】
なお、図３においてはオペアンプとコンパレータを１つずつ用いた回路構成例を示したが、トランジスタなどで回路を構成することも考えられる。すなわち、異常検出部１３への電力供給の有無を制御し得る限りにおいて、マスク部１４の構成には特段の限定がない。
【００３３】
以上の本実施形態によれば、複数個の半導体光源の異常を簡素な構成で高精度に検出可能な光源制御回路並びにこれを備えた光源装置が得られる。
【００３４】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。
【００３５】
例えば、上記した実施形態においては、光源部の各半導体光源の故障を異常検出部において検出し、この異常検出部から出力される異常検出信号に基づいてスイッチングレギュレータの動作を停止させ、あるいは外部装置へ異常を通知していたが、異常検出時の処理はこれらに限定されず種々に変更可能である。例えば、半導体光源が所定数（一例として２つ）よりも多く異常状態となった場合に異常検出信号が出力されるようにしてもよい。この場合には、所定数以上の電圧検出部において半導体光源の異常が検出された場合に異常検出信号を出力するように異常検出部を構成すればよい。このような構成は、例えばトランジスタなどによるＡＮＤ回路等を用いることで実現可能である。
【００３６】
また、上記実施形態では光源装置の用途の一例として車両用灯具を挙げていたが、本発明の適用範囲はこれに限定されない。
【符号の説明】
【００３７】
１…光源制御回路、２…光源部、１０…スイッチングレギュレータ、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ…半導体光源、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ…電圧検出部、１３…異常検出部、１４…マスク部、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３…抵抗（抵抗素子）、ＯＰ１…オペアンプ、ＣＰ１…コンパレータ、ＴＲ１…トランジスタ回路部
【図１】
0005426255.tif 000002
【図２】
0005426255.tif 000003
【図３】
0005426255.tif 000004