(57)【要約】【課題】  各発光素子の順方向電圧のばらつきによって生じる発光素子群の輝度のばらつきを補正する。【解決手段】  ＬＥＤ群３０のカソード側の電圧値をＡ電圧とする。ＩＣ５０は、トランジスタＴＲに出力したスイッチング信号のハイに同期させてＡ電圧を読み込み、抵抗Ｒ１に印加される電圧を求め、ＬＥＤ群３０に平均電流が流れるようにデューティー比を演算してスイッチング信号を生成し、生成したスイッチング信号をトランジスタＴＲに出力する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子が直列接続された発光素子群（３０）と、
前記複数の発光素子をオンまたはオフさせるスイッチング素子（ＴＲ）と、
前記発光素子群に供給される車両電源の電圧を読み込むと共に、前記スイッチング素子を制御するスイッチング信号を生成して出力する制御部（５０）と、を有して構成されており、
前記発光素子群のカソード側の電圧値をローサイド電圧とすると、前記制御部は、前記スイッチング素子に出力した前記スイッチング信号のハイに同期させて前記ローサイド電圧を読み込み、そのローサイド電圧を用いて前記発光素子群に印加される電位差を求め、前記発光素子群に平均電流が流れるようにデューティー比を演算してスイッチング信号を生成し、前記生成したスイッチング信号を前記スイッチング素子に出力するようになっていることを特徴とする駆動回路。
【請求項２】
前記スイッチング素子は、前記発光素子群のアノード側もしくはカソード側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項３】
前記発光素子群のアノード側に定電圧回路が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子の輝度を一定に保持する駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、発光ダイオード（ＬＥＤ）が、車両の車室内の照明や夜間における計器類の照明等に用いられている。図４は、車両のスイッチ類にＬＥＤが設置された状態を示した図である。図４のように、車載用の照明においては、車両電源であるバッテリから電源を得て、そのバッテリ電圧に基づいてＬＥＤを点灯させている。
【０００３】
しかしながら、車両の走行状態や補器類（ブレーキ、Ａ／Ｃ、ウィンカーなど）の作動状態によってバッテリ電圧が変動する。一般に、ＬＥＤの輝度は、ＬＥＤに流れる電流の値に対してほぼリニアに変化する。このため、バッテリから電源を得ているＬＥＤの照明輝度（明るさ）もバッテリ電圧の変動に応じて変化してしまう。
【０００４】
さらに、複数個のＬＥＤを直列接続する場合、以下のような問題が生じる。まず、複数のＬＥＤを直列接続した場合において、図５（ａ）は車両電源とＬＥＤの輝度との関係を示した図であり、図５（ｂ）はＬＥＤの順方向電圧ＶｆとＬＥＤの輝度との関係を示した図である。
【０００５】
図５（ａ）に示されるように、わずかな車両電源の変動（例えばウインカーの点滅や、ヘッドライトのＯＮ／ＯＦＦなど）であってもＬＥＤに流れる電流の値が大きく変化し、それに伴ってＬＥＤの輝度も大きく変化してしまう。これは、直列接続するＬＥＤの数が多いほど、顕著に現れる。
【０００６】
上述のバッテリ電圧の変動に加え、図５（ｂ）に示されるように、ＬＥＤの順方向電圧（Ｖｆ）のばらつきも問題になる。すなわち、個々のＬＥＤそれぞれの順方向電圧の差は小さくても、複数のＬＥＤが直列に接続されることで、順方向電圧のばらつきが大きくなる。これにより、ＬＥＤの輝度もばらついてしまう。
【０００７】
そこで、バッテリ電圧の変動を検出してＬＥＤの輝度を補正するようにしたＬＥＤ駆動回路が車両に搭載された。図６は、従来のＬＥＤ駆動回路を示した図である。図６に示されるように、ＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤを点灯させるためのＩＬＬスイッチ１００と、車両電源の電圧を検出する車両電源入力回路１１０と、検出された車両電源の電圧を補正して出力するＩＣ１２０と、複数のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ群１３０と、ＩＣから入力されるスイッチング信号に基づきＬＥＤ群１３０を駆動するトランジスタ１４０と、を備えて構成されている。
【０００８】
このような回路において、ＩＬＬスイッチ１００がオン状態とされると、車両電源入力回路１１０を介して車両電源の電圧値がＩＣ１２０に入力される。そして、ＩＣ１２０にて車両電源に応じてＬＥＤ群１３０に平均電流が流れるようにするためのスイッチング信号が生成され出力される。この後、トランジスタ１４０にスイッチング信号が入力されると、その信号に応じてＬＥＤ群１３０が駆動される。このようにして、車両電源の変動をフィードバックさせてＬＥＤ群１３０に平均電流が流れるようにし、ＬＥＤ群１３０の輝度のばらつきを低減させている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の技術では、車両電源入力回路１２０にて車両電源をモニタすることはできるものの、ＬＥＤ群１３０において各ＬＥＤの順方向電圧Ｖｆのばらつきによる輝度を補正することはできない。すなわち、図５（ｂ）に示されるように、多くのＬＥＤが直列接続されると、各ＬＥＤの順方向電圧Ｖｆのばらつきの和がより大きくなってしまうが、このばらつきの和によって生じるＬＥＤ群１３０の輝度が一定となるように補正することはできない。
【００１０】
例えば、赤、黄、そして緑のＬＥＤでは、順方向電圧Ｖｆは２．０Ｖと規定されているが、実際には個々のＬＥＤによって順方向電圧Ｖｆにばらつき（±０．３Ｖ程度）がある。したがって、直列接続されるＬＥＤの数が増えるほど、Ｖｆのばらつきの和が大きくなってしまう。その結果、ＬＥＤ群１３０の輝度にばらつきが生じてしまう。
【００１１】
本発明は、上記点に鑑み、複数の発光素子が直列接続される場合において、各発光素子の順方向電圧のばらつきによって生じる発光素子群の輝度のばらつきを補正することができる駆動回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、発光素子群のカソード側の電圧値をローサイド電圧とすると、制御部は、スイッチング素子に出力したスイッチング信号のハイに同期させてローサイド電圧を読み込み、そのローサイド電圧を用いて発光素子群に印加される電位差を求め、発光素子群に平均電流が流れるようにデューティー比を演算してスイッチング信号を生成し、生成したスイッチング信号をスイッチング素子に出力するようになっていることを特徴としている。
【００１３】
このように、ローサイド電圧をスイッチング信号のハイ状態に同期させて読み込み、発光素子群に平均電流が流れるようなスイッチング信号を生成および出力する。これにより、発光素子群に常に平均電流が流れるようにすることができる。発光素子の輝度は電流値にリニアに変化するため、発光素子群に流れる電流を一定にすることで、発光素子群の輝度を一定に保つことができる。このようにして、車両電源の電圧変動ばかりでなく、発光素子群の各発光素子の順方向電圧のばらつきをも考慮した輝度のばらつきを補正することができる。
【００１４】
なお、スイッチング信号の一周期は、人の眼が認識することができない時間間隔（例えばミリ秒のオーダー）になっているため、スイッチング素子によって発光素子群がオンまたはオフされることによる発光素子群の輝度は平均輝度となる。このため、スイッチング信号のデューティー比を変えても、人の眼には発光素子の平均輝度が認識されるため、デューティー比を変えることで輝度のばらつきを補正することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、スイッチング素子は、発光素子群のアノード側もしくはカソード側に設けられていることを特徴としている。このように、スイッチング素子を発光素子群のアノード側もしくはカソード側のどちらに設けても、発光素子群を駆動することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明では、発光素子群のアノード側に定電圧回路が設けられていることを特徴としている。このように、定電圧回路を設けても、発光素子の順方向電圧Ｖｆのばらつきを補正することができ、常に一定の電流値を発光素子群に供給することができる。
【００１７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ駆動回路を示した図である。図１に示されるように、駆動回路は、ＩＬＬスイッチ１０と、車両電源入力回路２０と、ＬＥＤ群３０と、抵抗Ｒ１と、トランジスタＴＲと、電圧入力回路４０と、ＩＣ５０と、を備えて構成されている。
【００２０】
ＩＬＬスイッチ１０は、後述するＬＥＤ群３０を点灯させるための夜間照明スイッチである。このようなＩＬＬスイッチ１０は、例えば車両のスモールライトの点灯または消灯に応じてオンまたはオフされる。
【００２１】
車両電源入力回路２０は、上記ＩＬＬスイッチ１０がオンされると、その信号をＩＣ５０に入力するためのインターフェイスである。車両電源入力回路２０は、複数の抵抗Ｒ５、Ｒ６およびダイオードＤ２を備えて構成されている。
【００２２】
ＬＥＤ群３０は、発光素子であるＬＥＤを複数個有し、各ＬＥＤを直列接続したものである。ＬＥＤ群３０の各ＬＥＤは、個々が例えばスイッチ類に配置されるようになっており（図４参照）、上記ＩＬＬスイッチ１０がオンされることで、点灯するようになっている。また、抵抗Ｒ１は、ＬＥＤ群３０に流れる電流を制限するものである。
【００２３】
なお、ＬＥＤは本発明の発光素子に相当し、ＬＥＤ群３０は本発明の発光素子群に相当する。また、ＬＥＤ群３０のアノード側とは、直列接続された複数のＬＥＤのうち、もっともハイサイド側のＬＥＤにおけるアノード側のことを指す。同様に、ＬＥＤ群３０のカソード側とは、直列接続された複数のＬＥＤのうち、もっともローサイド側のＬＥＤにおけるカソード側のことを指す。
【００２４】
トランジスタＴＲは、後述するＩＣ５０から入力されるスイッチング信号に応じて上記ＬＥＤ群３０の各ＬＥＤをオンまたはオフさせるスイッチング素子である。なお、トランジスタＴＲは、本発明のスイッチング素子に相当する。
【００２５】
ここで、ＬＥＤ群３０と抵抗Ｒ１との接続点をＡとし、この接続点における電圧値をＡ電圧とする。このＡ点は、車両の車両電源の電圧値からＬＥＤ群３０での電圧降下値（ＬＥＤの数×Ｖｆ）を引いた電圧値になる。なお、Ａ電圧は、本発明のローサイド電圧に相当する。
【００２６】
そして、電圧入力回路４０は、上記Ａ電圧をＩＣ５０に入力するためのインターフェイスである。本実施形態では、電圧入力回路４０は、複数の抵抗Ｒ２、Ｒ３やコンデンサＣ、ダイオードＤ３により構成されており、ＬＥＤ群３０のカソード側のＡ電圧をＩＣ５０に入力する。
【００２７】
このように、電圧入力回路４０にてＡ電圧値をＩＣ５０に入力することで、車両電源の変動およびＬＥＤ群３０の順方向電圧Ｖｆのばらつきを同時にモニタできるようになる。
【００２８】
ＩＣ５０は、ＬＥＤ群３０に流れる電流の平均値を一定に保持する機能を有する制御回路である。ＩＣ５０には、車室内の照明輝度を調整するイルミコントロール信号（以下、イルミコン信号という）が入力されるようになっている。イルミコンは、ＩＬＬスイッチ１０がオン時に有効になるようにＩＣ５０で制御されている。そして、ＩＣ５０は、ＬＥＤ群３０に平均電流を流すようにＡ電圧の値をイルミコン信号の出力にフィードバックするためのＰＷＭ制御を行う論理回路もしくはソフトウェアを備えて構成されている。なお、ＩＣ５０は、本発明の制御部に相当する。
【００２９】
このようなＩＣ５０は、他の制御用部品として既に車両に搭載されているものであり、図１に示されるＬＥＤ駆動回路に用いるようにしている。これにより、部品の共有化を図ることができ、新たな部品を必要とせず、部品点数を増加させることなく安価にＬＥＤ駆動回路を構成することができる。
【００３０】
以上が、ＬＥＤ駆動回路の構成である。
【００３１】
次に、上記ＬＥＤ駆動回路の作動について説明する。まず、イルミコン信号がＩＣ５０に入力される。そして、ＩＣ５０では、このイルミコン信号に基づき、ＬＥＤ群３０の各ＬＥＤの輝度が設定され、その輝度を実現するためにＬＥＤ群３０に流れる電流値が求められる。
【００３２】
また、ＬＥＤ群３０に流す電流の電流値に応じたデューティー比のスイッチング信号がＩＣ５０にて生成され、トランジスタＴＲに出力される。トランジスタＴＲにおいては、入力されるスイッチング信号のデューティー比に応じてＬＥＤ群３０に電流が流れるようにされる。こうして、ＬＥＤ群３０の各ＬＥＤが点灯される。
【００３３】
上記のようにＩＬＬスイッチ１０がオン状態にあって、ＬＥＤが点灯される際、各ＬＥＤの輝度のばらつきの補正は、以下のようなＰＷＭ制御によってなされる。
【００３４】
まず、ユーザによってＩＬＬスイッチ１０がオンにされると、車両電源の電圧値が車両電源入力回路２０を介してＩＣ５０に入力される。一方、Ａ電圧の値は、トランジスタＴＲがオンになっているときに値を有するため、トランジスタＴＲのハイ状態、すなわちＩＣ５０から出力されるスイッチング信号のハイ状態に同期してＡ電圧が電圧入力回路４０を介してＩＣ５０に読み込まれる。
【００３５】
図１に示される回路のＡ点におけるＡ電圧は、車両電源の電圧値からＬＥＤ群３０の各Ｖｆの合計値を引いた電圧になるため、車両電源の変動とＬＥＤ群３０の順方向電圧Ｖｆのバラツキとを同時にモニタすることができるのである。
【００３６】
このため、ＬＥＤ群３０の各ＬＥＤの規格値の合計の値を基準としたとき、ＩＣ５０に入力されたＡ電圧の値がこの基準より小さい場合、トランジスタＴＲのオン時間を長くしたスイッチング信号を生成する。一方、Ａ電圧の値が基準より大きい場合、トランジスタＴＲのオン時間を短くしたスイッチング信号を生成する。
【００３７】
以上のように、Ａ電圧の値に応じてデューティー比が変えられたスイッチング信号が生成されると、そのスイッチング信号はトランジスタＴＲに出力される。このようして、ＬＥＤ群３０に流れる平均電流が変わらないように制御する、すなわちスイッチング信号のデューティー比を変えることで、車両電源の変動とＬＥＤ群３０の順方向電圧Ｖｆのバラツキとを補正し、ＬＥＤ群３０の輝度を一定に保つようにしている。
【００３８】
なお、スイッチング信号の一周期は、人の眼が認識することができない時間間隔（例えばミリ秒のオーダー）になっている。このため、人の眼には、トランジスタＴＲによってＬＥＤ群３０がオンまたはオフされることによるＬＥＤ群３０の平均輝度が認識されることとなる。したがって、スイッチング信号のデューティー比を変えたとしても、人の眼には各ＬＥＤの平均輝度が認識されるため、デューティー比を変えることで平均輝度を実現させることができる。
【００３９】
図２は、複数のＬＥＤを直列接続したときの電流変化率を表にした図である。図２は、特に、車両電源が１３Ｖから１２Ｖに変化した場合、ＬＥＤ群３０に流れる電流変化を示している。図２に示されるように、ＬＥＤの接続数が増えると、Ｖｆのばらつきにより、電流変化率も大きく変化するため、ＬＥＤ群３０に平均電流を流すように制御することで、ＬＥＤ群３０の輝度を一定に保つことができる。
【００４０】
以上、説明したように、本実施形態では、Ａ電圧をスイッチング信号のハイ状態に同期させて読み込み、車両電源およびＡ電圧の各電圧値に基づきＬＥＤ群３０に平均電流が流れるようなスイッチング信号を生成および出力する。これにより、ＬＥＤ群３０に平均電流が流れるようにすることができる。
【００４１】
各ＬＥＤの輝度は電流値にリニアに変化するため、ＬＥＤ群３０に流れる電流を一定にすることで、ＬＥＤ群３０の輝度を一定に保つことができる。このようにして、車両電源の電圧変動ばかりでなく、ＬＥＤ群３０の各ＬＥＤの順方向電圧Ｖｆのばらつきをも考慮した輝度のばらつきを補正することができる。したがって、上記のような構成をとることで、ＬＥＤを多数直列接続した場合でも、輝度変化のない駆動ができる。
【００４２】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ駆動回路を示した図である。なお、図３において、図１に示されるＬＥＤ駆動回路図に同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図３中、同一符号を付してある。
【００４３】
本実施形態では、図３に示されるように、第１ＬＥＤ群３１と第２ＬＥＤ群３２とが回路中に列をなしている。第１ＬＥＤ群３１には、直列に第１抵抗Ｒ１１、第１トランジスタＴＲ１が接続されている。また、第２ＬＥＤ群３２には、直列に第２抵抗Ｒ１２、第２トランジスタＴＲ２が接続されている。
【００４４】
なお、第１および第２ＬＥＤ群３１、３２は、第１実施形態のＬＥＤ群３０と同等のものである。また、第１および第２抵抗Ｒ１１、Ｒ１２は、第１実施形態の抵抗Ｒ１に相当するものである。さらに、第１および第２トランジスタＴＲ１、ＴＲ２は第１実施形態のトランジスタＴＲと同等のものである。
【００４５】
本実施形態では、第１ＬＥＤ群３１と抵抗Ｒ１１との接続点をＡ１とし、このＡ１点の電圧値をＡ１電圧とする。また、第２ＬＥＤ群３２と抵抗Ｒ１２との接続点をＡ２とし、このＡ２点の電圧値をＡ２電圧とする。そして、Ａ１およびＡ２電圧はそれぞれ電圧入力回路４０を介してＩＣ５０に入力されるようになっている。
【００４６】
したがって、ＩＣ５０は、各ＬＥＤ群３１、３２をそれぞれ独立してＰＷＭ制御するようになっている。なお、本実施形態では、電圧入力回路４０が、各ＬＥＤ群３１、３２に共有されているため、いずれか一方のスイッチング信号がオンのとき、他方のスイッチング信号はオフになるような各スイッチング信号が生成される。つまり、例えば第１ＬＥＤ群３１のＡ１電圧が読み込まれる際、第２ＬＥＤ群３２はオフ状態となる。
【００４７】
このように、ＬＥＤ群が複数列ある場合であっても、各ＬＥＤ群３１、３２の列ごとのＬＥＤの輝度のばらつきを押さえることができる。
【００４８】
（他の実施形態）
上記第１、第２実施形態で示されたＬＥＤ駆動回路は一例を示すものであって、これらに限定されるものではない。
【００４９】
上記第１、第２実施形態では、Ａ電圧、Ａ１電圧、もしくはＡ２電圧の読み込みのタイミングは、各トランジスタＴＲ、ＴＲ１、ＴＲ２がオンになっている間の中心値付近（各トランジスタＴＲ、ＴＲ１、ＴＲ２をオンにしＡ電圧、Ａ１電圧もしくはＡ２電圧が安定する時間であればよい）で、オルタネータや他のコンポーネントとの作動による過渡的な影響を避けるため、回路中にコンデンサを設けることや、ＩＣ５０においてサンプリング回数を多くし平均化処理をしてもよい。
【００５０】
第２実施形態では、電圧入力回路４０が各ＬＥＤ群３１、３２に共有されているが、各ＬＥＤ群３１、３２に対してそれぞれ電圧入力回路４０を用意しても構わない。
【００５１】
上記第１、第２実施形態において、ＬＥＤ群のアノード側に定電圧回路を設けてＬＥＤ群に印加される電圧を一定にすることにより、車両電源の変動を一定にすることができる。これにより、ＩＣ５０においては、ＬＥＤ群の順方向電圧Ｖｆのばらつきのみを補正すれば良い。
【００５２】
また、上記第１および第２実施形態では、各トランジスタＴＲ、ＴＲ１、ＴＲ２は、各ＬＥＤ群３０〜３２のカソード側に設けられているが、各ＬＥＤ群３０〜３２のアノード側に設けるようにしても良い。
【００５３】
上記第２実施形態では、発光素子群は２列用意されているが、この発光素子群の列の数は、何列あっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ駆動回路を示した図である。
【図２】複数のＬＥＤを直列接続したときの電流変化率を表にした図表である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ駆動回路を示した図である。
【図４】車両のスイッチ類にＬＥＤが設置された状態を示した図である。
【図５】（ａ）は車両電源とＬＥＤの輝度との関係を示した図であり、（ｂ）はＬＥＤの順方向電圧ＶｆとＬＥＤの輝度との関係を示した図である。
【図６】従来のＬＥＤ駆動回路を示した図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…ＩＬＬスイッチ、２０…車両電源入力回路、３０…ＬＥＤ群、
３１…第１ＬＥＤ群、３２…第２ＬＥＤ群、４０…電圧入力回路、５０…ＩＣ、
ＴＲ…トランジスタ、ＴＲ１…第１トランジスタ、ＴＲ２…第２トランジスタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006216304.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006216304.tif 000007
【図６】
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