(57)【要約】      （修正有）【課題】電気回路による発熱が少なく、小型化が可能であり、かつ複数の発光素子をそれぞれ自在に点消灯させることが可能な点灯装置等を提供する。【解決手段】直列接続された複数の発光素子ＬＥＤ１〜８の点消灯を制御するための装置であって、複数の発光素子ＬＥＤ１〜８と接続されており各発光素子に電力を供給する昇降圧コンバータ１１と、各々が複数の発光素子ＬＥＤ１〜８のいずれかに並列接続された複数のスイッチ回路ＳＷ１〜８と、複数のスイッチ回路ＳＷ１〜８の各々の開閉状態を個別に制御するスイッチ制御部１５を含む、発光素子の点灯装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数の発光素子の点消灯を制御するための装置であって、
前記複数の発光素子と接続されており当該各発光素子に電力を供給する昇降圧コンバータと、
各々が前記複数の発光素子のいずれかに並列接続された複数のスイッチ回路と、
前記複数のスイッチ回路の各々の開閉状態を個別に制御するスイッチ制御部、
を含む、発光素子の点灯装置。
【請求項２】
前記スイッチ制御部は、前記複数のスイッチ回路を各々異なるタイミングで順に開状態又は閉状態に制御する、
請求項１に記載の発光素子の点灯装置。
【請求項３】
前記昇降圧コンバータ回路により供給される電力をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部、
を更に含む、請求項１又は２に記載の発光素子の点灯装置。
【請求項４】
前記スイッチ制御部により前記複数のスイッチ回路が異なるタイミングで開状態に制御される場合に、各タイミングに対応して前記複数の発光素子を接続した直列回路の両端電圧を検出することにより前記複数の発光素子の何れかにおける断線及び短絡を検出する断線及び短絡検出手段、
を更に含む、請求項１〜３の何れか１項に記載の発光素子の点灯装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の点灯装置と、
前記点灯装置に接続される、相互に直列接続された複数の発光素子、
を含む、光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発光素子の点消灯を制御するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ストップランプやターンランプ等の車両用灯具として複数のＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）を用いたものが知られている。複数のＬＥＤを駆動する方法としては、例えば複数のＬＥＤを直列接続しておき、これらに対して、昇降圧コンバータ回路により各ＬＥＤの順方向電圧の総和に相当する電圧を供給し、各ＬＥＤを一定電流で駆動する方法が考えられる（例えば、特開２００１−２１５９１３号公報参照）。この方法は回路構成がシンプルであり、ＬＥＤの数を増やした場合でも昇降圧コンバータの出力電圧をアップすれば対応できるために部品点数が増加することがなく、コスト的には有利となる。また、スイッチング式ＤＣ−ＤＣコンバータによる定電流制御が可能なため、回路の変換効率が高くて発熱等も少なく、回路の小型化にも有利となる。しかし、複数のＬＥＤを直列接続するという構成上、個々のＬＥＤを独立して点消灯させることは困難である。
【０００３】
これに対して、複数のＬＥＤを並列接続しておき、各ＬＥＤに対してそれぞれ定電流制御ＩＣを対応付けて各ＬＥＤを定電流制御する方法も考えられる。これによれば、各ＬＥＤを個別に点消灯させることが容易であるが、ＬＥＤの数が増えるに伴って定電流制御ＩＣも増やす必要があるため、部品点数が増加して高コストとなり、かつ回路構成が複雑になるという不都合がある。また、個々の定電流制御ＩＣは、それぞれのＬＥＤに定電流を供給する際にドロップ電源として動作するため、ＬＥＤの駆動電流が比較的大きい場合は、回路損失も出力電流に比例して増大するので電流制御ＩＣの発熱が増加する。この定電流制御ＩＣからの発熱に対応するには、放熱用の実装基板面積を大きく取る必要があるため、電気回路を小型するのが難しくなる。
【０００４】
他方で、複数のＬＥＤを並列接続しておき、かつ各ＬＥＤに対してそれらと直列に電流制限用抵抗を接続しておき、各ＬＥＤに対して電圧を供給する方法も考えられる。この場合、各ＬＥＤに対して上記の電流制限用抵抗素子とともにスイッチを設けておけば、それらのスイッチを個別に開閉することにより、各ＬＥＤを個別に点消灯させることができる。しかし、この場合にはＬＥＤの数が増えるとそれに伴って電流制限用抵抗素子を増やす必要があり、部品点数が増加して高コストとなり、かつ回路構成が複雑になるという不都合がある。また、ＬＥＤ毎に接続された各電流制限抵抗素子によって電流を設定するため、ＬＥＤ電流が大きくなるほど電流制限抵抗素子からの発熱が増大する。このため、実際の回路構成としては、発熱の増大に備えて各ＬＥＤに対して複数の電流制限用抵抗素子を併用して過熱を分散する必要がある。従って、大型の抵抗素子と放熱用の基板面積が必要となり、電気回路が大型化するという不都合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２１５９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明に係る具体的態様は、電気回路による発熱が少なく、小型化が可能であり、かつ複数の発光素子をそれぞれ自在に点消灯させることが可能な点灯装置並びに光源装置を提供すること目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る一態様の発光素子の点灯装置は、直列接続された複数の発光素子の点消灯を制御するための装置であって、（ａ）複数の発光素子と接続されており当該各発光素子に電力を供給する昇降圧コンバータと、（ｂ）各々が複数の発光素子のいずれかに並列接続された複数のスイッチ回路と、（ｃ）複数のスイッチ回路の各々の開閉状態を個別に制御するスイッチ制御部を含む、発光素子の点灯装置である。
【０００８】
上記構成によれば、複数のＬＥＤをそれぞれ自在に点消灯させることが可能である。また、昇降圧コンバータ回路によれば、入力電圧と実際のＬＥＤ点灯電圧との差異であるＤＣドロップ電圧は発生しないので、回路の損失は少なく、制御ＩＣ及び電流制限抵抗素子などの過熱を考慮する必要がない。また、各ＬＥＤを個々に定電流制御せずに直列で一括制御が可能であるために、部品点数も少なく、放熱用の基板面積を別途設ける必要もないため、回路の低コストと小型化が容易である。
【０００９】
上記の点灯装置において、スイッチ制御部は、複数のスイッチ回路を各々異なるタイミングで順に開状態又は閉状態に制御することも好ましい。
【００１０】
これにより、例えば各発光素子の並び順に合わせて順次に各スイッチ回路を時間差で開状態や閉状態に制御することで、外観上、光が流れていくような演出を行うことができる。
【００１１】
上記の点灯装置は、昇降圧コンバータ回路により供給される電力をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部を更に含むことも好ましい。
【００１２】
これにより、直列接続された各発光素子の発光強度を一括で増減することができるので、例えば、各発光素子を点灯させた後にＰＷＭ調光して残光による余韻を残すようにしながら徐々に各ＬＥＤを全消灯させるといった演出を行うことができる。
【００１３】
上記の点灯装置は、スイッチ制御部により複数のスイッチ回路が異なるタイミングで開状態に制御される場合に、各タイミングに対応して複数の発光素子を接続した直列回路の両端電圧を検出することにより複数の発光素子の何れかにおける断線及び短絡を検出する断線及び短絡検出手段を更に含むことも好ましい。
【００１４】
これにより、各発光素子の順方向電圧の和と実際の電圧を比較することができるので、発光素子の断線及び短絡の有無を判定することができる。
【００１５】
本発明に係る一態様の光源装置は、上記したいずれかの点灯装置と、この点灯装置に接続される、相互に直列接続された複数の発光素子と、を備える。
【００１６】
上記構成によれば、電気回路による発熱が少なく、小型化が可能であり、かつ複数の発光素子をそれぞれ自在に点消灯させることが可能な光源装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、一実施形態の発光素子の点灯装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、マイコン制御部等の詳細な構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、各ＬＥＤに並列接続されるスイッチ回路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】
【００１８】
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。なお、本明細書における「接続」の意味には、所期の技術的効果を得るために必要な動作を阻害しない形で回路素子等の回路要素間に他の回路要素が介在している場合も含むものとする。
【００１９】
図１は、一実施形態の発光素子の点灯装置の構成を示すブロック図である。図１に示す点灯装置は、直列接続された複数（本例では８つ）のＬＥＤ１〜８を駆動するためのものであり、各ＬＥＤ１〜８に対応づけて接続された８つのスイッチ回路ＳＷ１〜８と、入力フィルター１０、昇降圧コンバータ回路１１、電流検出部１２、出力フィルター１３、電源制御ＩＣ１４およびマイコン制御部１５を含んで構成されている。なお、この点灯装置とＬＥＤ１〜８を含んで光源装置が構成される。
【００２０】
スイッチ回路ＳＷ１は、ＬＥＤ１に対して並列接続されている。同様に、スイッチ回路ＳＷ２はＬＥＤ２に対して並列され、スイッチ回路ＳＷ３はＬＥＤ３に対して並列され、スイッチ回路ＳＷ４はＬＥＤ４に対して並列され、スイッチ回路ＳＷ５はＬＥＤ５に対して並列され、スイッチ回路ＳＷ６はＬＥＤ６に対して並列され、スイッチ回路ＳＷ７はＬＥＤ７に対して並列され、スイッチ回路ＳＷ８はＬＥＤ８に対して並列されている。これらのスイッチ回路ＳＷ１〜８は、マイコン制御部１５の制御によってそれぞれ個別に開閉させることが可能である。このため、個々のＬＥＤ１〜８のアノードとカソード間を任意に短絡／開放させることが可能となり、各ＬＥＤ１〜８の点消灯を個別に制御することが可能になる。
【００２１】
昇降圧コンバータ回路１１は、入力フィルター１０を介してバッテリー電圧の供給を受け、出力フィルター１３を介してＬＥＤ１〜８の直列回路に対して電力を供給する。この昇降圧コンバータ回路１１は、スイッチング方式のＤＣ−ＤＣ昇降圧コンバータであり、バッテリー電圧を高効率でＬＥＤ点灯に必要な順方向電圧に変換できる。
【００２２】
電流検出部１２は、昇降圧コンバータ回路１１から各ＬＥＤ１〜８の直列回路へ流れる電流の大きさを検出して電源制御ＩＣ１４へフィードバックする。
【００２３】
電源制御ＩＣ１４は、電流検出部１２からフィードバックされる電流の大きさに応じて昇降圧コンバータ回路１１へ供給する電圧を制御する。
【００２４】
マイコン制御部１５は、各スイッチ回路ＳＷ１〜８の開閉状態を制御するなど点灯装置の全体動作を制御する。
【００２５】
本実施形態の点灯装置の構成は以上の通りであり、次にその動作について説明する。直列接続されたＬＥＤ１〜８に対して、昇降圧コンバータ回路１１は、予め設定された電流値となるようなＬＥＤ順方向電圧に合わせて出力電圧を供給する。この際に、特定のＬＥＤ（ここでは一例としてＬＥＤ１）を消灯させる場合は、そのＬＥＤ１に並列に設けられたスイッチ回路１をマイコン制御部１５の制御によって閉状態にする。それにより、電流はスイッチ回路ＳＷ１によってバイパスされ、ＬＥＤ１には電流が流れないためＬＥＤ１は消灯する。他のＬＥＤの場合も同様であり、マイコン制御部１５によって各スイッチ回路ＳＷ１〜８を個別に制御することにより任意のＬＥＤを選定して消灯させることができる。
【００２６】
このとき、各ＬＥＤ１〜８の直列回路を流れる電流については定電流制御がなされているため、任意のＬＥＤに並列接続されたスイッチ回路が閉状態（短絡状態）になったとしても影響はない。また、全てのＬＥＤを消灯させる場合には全てのスイッチ回路が閉状態となるが、この場合であっても定電流制御により設定された出力電流が流れることになる。ターン点灯入力が入った後に昇降圧コンバータ回路１１が動作を開始するが、例えば、最初はＬＥＤ１〜８に並列接続された各スイッチ回路ＳＷ１〜８を全て短絡状態とすれば、ＬＥＤ全体が消灯した状態（全消灯）となる。予め設定されたタイミング後に、例えば、スイッチ回路ＳＷ１、２、・・・８と順次に開状態としていけば、ＬＥＤ１、２、・・・８の順に１つずつＬＥＤが点灯する。よって、例えば各ＬＥＤ１〜８が水平方向に１列に配置されているとすれば、視覚的には光が右から左（あるいはその逆）へ流れるようなターンランプを実現することができる。
【００２７】
図２は、マイコン制御部等の詳細な構成例を示すブロック図である。図１に示した構成と共通のものには同一符号を付しており、それらについては詳細な説明を省略する。
【００２８】
ターン点灯入力に電源電圧が印加されると、昇降圧コンバータ回路１１およびマイコン用５Ｖ電源を供給する電源ＩＣ１６に電圧が供給され、マイコン制御部１５が初期設定を開始する。マイコン制御部１５は、まず、各ＬＥＤ１〜８を消灯状態にするために各スイッチ回路ＳＷ１〜８を閉状態に制御する。また、マイコン制御部１５は、昇降圧コンバータ回路１１の電源制御ＩＣ１４を作動開始させ、各ＬＥＤ１〜８を点灯させるための出力電圧を上昇させようとする。しかし、昇降圧コンバータ回路１１は、定電流制御でＬＥＤ電流を一定にするので、全ＬＥＤが短絡しているときは出力電圧が殆ど上昇しない。
【００２９】
ここで、流れるターン点灯のシーケンス制御の場合は、先ず１個のＬＥＤを点灯するため、ＬＥＤ点灯タイミングシーケンス制御部１５１から閉状態の１個のスイッチ回路に対して制御信号を送り、そのスイッチ回路を開状態とする。この場合は、１個のＬＥＤのみが点灯し、他のＬＥＤはそれぞれに並列接続されたスイッチ回路が閉状態であるため消灯のままである。この場合でも、定電流制御によりＬＥＤ１〜８の直列回路に流れる電流は全短絡状態と同様に一定電流値に制御される。以後も同様に、シーケンス制御による時間間隔で順次、ＬＥＤを点灯させていくと、外観上は流れるターン点灯の視角効果が得られる。
【００３０】
また、最後のＬＥＤが点灯した後、減光調光ＰＷＭタイマ制御部１５２は、昇降圧コンバータ回路１１の電源制御ＩＣ１４に調光信号を送ることによって昇降圧コンバータ回路１１からの出力を断続的にオンオフさせる。これにより、各ＬＥＤの点灯状態をＰＷＭ調光して残光による余韻を残すようにしながら徐々に各ＬＥＤを全消灯させる。本実施形態では、個々のＬＥＤを直列接続して定電流制御しているため、昇降圧コンバータ回路１１をＰＷＭ制御で調光すれば各ＬＥＤを同時に減光させることが可能であり、各ＬＥＤを並列接続にして個別にＰＷＭ調光する場合に比べて簡単に低コストで調光することができる。全ＬＥＤの消灯後は、車両のターン信号が入っている状態では、再度１個目のＬＥＤ点灯から始めて流れるターン点灯を繰り返す。
【００３１】
ＬＥＤオープン異常検出部１５４は、回路及びＬＥＤの異常状態を検出するために、昇降圧コンバータ回路１１の出力電圧を検出する。これにより、出力側の断線時およびＬＥＤのオープン時においては、定電流制御における電流が流れないことによる出力電圧の上昇を検知し、定常状態より高いオープン電圧の閾値を超えた場合には異常と判定する。
【００３２】
ＬＥＤショート異常検出部１５３は、流れるターン点灯時に１個目の点灯したＬＥＤの順方向電圧を検出して、更に２個目も点灯した状態のＬＥＤ２個分の順方向電圧を検出して、更に次はＬＥＤ３個目も点灯した状態のＬＥＤ３個分の順方向電圧を検出して行き、順次その差分を求めることにより各ＬＥＤが短絡状態かを検出する。すなわち、正常なＬＥＤ点灯時には、ＬＥＤ順方向電圧は大体２Ｖ〜４Ｖ程度となる。検出した各ＬＥＤの順方向電圧の差分が２Ｖより低い場合は、そのＬＥＤはショートしている可能性が有り、ＬＥＤの異常状態と判定できる。
【００３３】
フェール停止判定部１５５は、上記のような短絡状態のＬＥＤが１個ないしは複数個発生したか否かを判定する。短絡状態のＬＥＤが所定数発生した場合には、フェール停止判定部１５５は、電源制御ＩＣ１４に制御信号を送り、ターン点灯を停止させる。また、異常出力部１５６は、車両側に異常出力（テルテール信号）を送る。この異常信号はＬＥＤがオープン状態で全消灯している状態でも検知して、同様に警告を出すことが出来る。
【００３４】
異常信号の出力としては、例えばオープンコレクタ出力で正常時はトランジスタをオフのＨｉ信号を出力、異常時はトランジスタをオンのＬｏ信号を出力する論理が考えられる。また、同様に正常時と異常時のＨｉ／Ｌｏの論理を逆にする場合も考えられる。また、正常時はトランジスタをオンオフさせてパルス信号を出力して、異常時はＬｏ出力とする論理も考えられる。このようにＬＥＤ状態の正常時と異常時を異なる出力信号として車両側に警告して、点灯回路のコンバータ部を停止させて電源回路の出力電圧をゼロＶにすることが可能である。
【００３５】
ＬＥＤチップショート検出部１７は、全ＬＥＤ１〜８の点灯時におけるＬＥＤ順方向電圧を検出することにより、ＬＥＤの短絡による異常を検出する。流れるターン点灯をしない場合、すなわちターン入力のみ電源に接続してアンサーバック入力はオフの場合、ＬＥＤは順次点灯しないため、個別のＬＥＤ順方向電圧は検出できない状態となるが、全ＬＥＤ点灯時のＬＥＤ順方向電圧を検出することで、複数ＬＥＤ短絡時は異常出力電圧として検出することが可能である。すなわち、最小の順方向電圧が２Ｖの場合、ＬＥＤが８個の直列点灯時は出力電圧が順方向電圧を足した１６Ｖ以上となるはずであるが、この場合１６Ｖより低い電圧が検出された状態では短絡状態のＬＥＤが発生していることになる。よって、同様にＬＥＤ異常を検出して異常出力（テルテール信号）を送り、警告することが可能である。
【００３６】
入力電圧検出部１５７は、バッテリー入力電圧を検出する。車両側のアイドリングストップから再エンジン始動時のバッテリー異常低下において、ＬＥＤの点灯を維持可能な最低の入力バッテリー電圧を下回った場合は、異常出力（テルテール信号）を発生させない事も可能である。すなわち、バッテリー電圧の異常低下はＬＥＤ故障が原因ではなく、バッテリー電圧の復帰によりＬＥＤ点灯は再開されるために、異常信号を発生させない方が車両側としては適正であるとの判断がなされる場合も有り得る。このため、入力電圧検出部１５７により入力バッテリー電圧の低下が検出された場合には、フェール停止判定部１５５は、異常出力が不要と判定する。
【００３７】
図３は、各ＬＥＤに並列接続されるスイッチ回路の構成例を示す回路図である。上記のように、各スイッチ回路ＳＷ１〜８は、それぞれ対応する１つのＬＥＤに対して並列接続されており、個々のＬＥＤのアノード・カソード間をそれぞれ短絡し又は開放する。各スイッチ回路ＳＷ１〜８は共通の構成である。最下段のスイッチ回路ＳＷ８のバイポーラトランジスタＱ５のベースにＰＷＭ−８信号がＨｉ入力されると、バイポーラトランジスタＱ５のコレクタ・エミッタ間はオン状態（導通状態）となる。それにより、スイッチ回路ＳＷ８のＰチャンネル型電界効果トランジスタＱ４のゲートにはマイナス電位がバイアスされて、ドレイン・ソース間がオン状態（導通状態）となる。それにより、ＬＥＤ８のアノード・カソード間が短絡状態となりＬＥＤ８は消灯する。ＬＥＤ８を点灯させる場合は、ＰＷＭ−８信号をＬｏとすることでＰチャンネル型電界効果トランジスタＱ４をオフ状態（非導通状態）とする。それにより、ＬＥＤ８に電流が流れるのでＬＥＤ８は点灯する。他のＬＥＤを点消灯させる場合も同様である。
【００３８】
したがって、マイコン制御部１５からＰＷＭ−１信号、ＰＷＭ−２信号、・・・ＰＷＭ−８信号を順次ＨｉからＬｏへ時間差を付けて出力することにより、最下段から順に各Ｐチャンネル型電界効果トランジスタＱ４をオフ状態にして各ＬＥＤ１〜８の短絡状態を開放することになるので、時間差を付けて最上段までＬＥＤ１〜８を流れるように順次点灯することができる。また、ＰＷＭ−１信号、ＰＷＭ−２信号、・・・ＰＷＭ−８信号を同時にＨｉからＬｏにすることで、全ＬＥＤ１〜８を一度に点灯開始することもできる。同時に、ＰＷＭ−１信号、ＰＷＭ−２信号、・・・ＰＷＭ−８信号を同時にＬｏからＨｉにすることで、全ＬＥＤ１〜８を一度に消灯することができる。
【００３９】
以上のような実施形態によれば、複数のＬＥＤをそれぞれ自在に点消灯させることが可能である。また、昇降圧コンバータ回路によれば、入力電圧と実際のＬＥＤ点灯電圧との差異であるＤＣドロップ電圧は発生しないので、回路の損失は少なく、制御ＩＣ及び電流制限抵抗素子などの過熱を考慮する必要がない。また、各ＬＥＤを個々に定電流制御せずに直列で一括制御が可能であるために、部品点数も少なく、放熱用の基板面積を別途設ける必要もないため、回路の低コストと小型化が容易である。
【００４０】
また、流れるターン点灯時には、各ＬＥＤを順次点灯する毎に点灯しているＬＥＤ全ての順方向電圧を検出して、各ＬＥＤが点灯した個々のＬＥＤ順方向電圧を差分としてコンバータ出力電圧から検出して正常か判定することができるため、個々のＬＥＤ短絡異常を容易に検出判定することが出来る。
【００４１】
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。
【符号の説明】
【００４２】
１０：入力フィルター
１１：昇降圧コンバータ回路
１２：電流検出部
１３：出力フィルター
１４：電源制御ＩＣ
１５：マイコン制御部
１６：電源ＩＣ
１７：ＬＥＤチップショート検出部
１５１：ＬＥＤ点灯タイミングシーケンス制御部
１５２：減光調光ＰＷＭタイマ制御部
１５３：ＬＥＤショート異常検出部
１５４：ＬＥＤオープン異常検出部
１５５：フェール停止判定部
１５６：異常出力部
１５７：入力電圧検出部
【図１】
2014170880.tif 000003
【図２】
2014170880.tif 000004
【図３】
2014170880.tif 000005