(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定電流出力型電源回路と、
この定電流出力型電源回路の出力側に１又は複数個を直列に接続したＬＥＤバルブと、
このＬＥＤバルブと互いに並列に接続した定電圧駆動する冷却ファンと
からなり、
前記冷却ファンは、前記ＬＥＤバルブに印加される一定値の順方向電圧に対して、このＬＥＤバルブに印加される電圧と同一の定格電圧のものからなり、
前記ＬＥＤバルブは、自動車のライト用であって、前記定電流出力型電源回路は、車載バッテリに接続された出力電流検出用抵抗と、この出力電流検出用抵抗で検出した電圧の変動に応じてパルス電圧のデューティ比を前記電圧変動が一定になるように制御する電源用ＩＣと、この電源用ＩＣの出力でスイッチングするスイッチング素子とを具備した定電流出力型ＤＣ／ＤＣコンバータからなることを特徴とするＬＥＤ照明用電源装置。
【請求項２】
定電流出力型電源回路と、
この定電流出力型電源回路の出力側に１又は複数個を直列に接続したＬＥＤバルブと、
このＬＥＤバルブと互いに並列に接続した定電圧駆動する冷却ファンと
からなり、
前記冷却ファンは、前記ＬＥＤバルブに印加される一定値の順方向電圧に対して、このＬＥＤバルブに印加される電圧よりやや低い定格電圧のものからなり、
この冷却ファンと直列に電圧調整用抵抗を挿入し、
この電圧調整用抵抗は、前記冷却ファンとの直列回路の両端の印加電圧が、前記ＬＥＤバルブの印加電圧と略等しくなるようにその抵抗値を調整したものからなり、
前記ＬＥＤバルブは、自動車のライト用であって、前記定電流出力型電源回路は、車載バッテリに接続された出力電流検出用抵抗と、この出力電流検出用抵抗で検出した電圧の変動に応じてパルス電圧のデューティ比を前記電圧変動が一定になるように制御する電源用ＩＣと、この電源用ＩＣの出力でスイッチングするスイッチング素子とを具備した定電流出力型ＤＣ／ＤＣコンバータからなることを特徴とするＬＥＤ照明用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却ファンを有するＬＥＤの照明において、広い動作範囲内で無駄な消費電力を低減したＬＥＤ照明用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤバルブを使用した照明が自動車用ライトでも使用されてきている。ＬＥＤバルブは、点灯時に発熱し、また、高温になると破損したり、寿命が短くなったりする問題が知られている。そのため、ＬＥＤバルブを点灯する場合、ＬＥＤバルブの温度が上昇しないように放熱器を用いて放熱を行うことが行われている。大きな放熱効果を得るためには、放熱器のサイズを大きくする必要がある。しかし、自動車用ライトでは、放熱器の大きさに限度があるため、冷却ファンを用いることで、小さな放熱器で必要な放熱効果を得ている。
【０００３】
自動車用ライトは、１２Ｖ用と、２４Ｖ用の２種類があるが、従来のハロゲン電球では、両方の電圧で動作するものはなかった。
ＬＥＤバルブは、内部に定電流出力型のＤＣ−ＤＣコンバータ回路をＬＥＤバルブ駆動用に有しており、回路の性質上、広い入力電圧範囲で動作するようにできる。そのため、１２Ｖ／２４Ｖ両用のものも市販されている。
これに対し、冷却用ファンは、一般に、定格電圧で動作するように設計されており、ＬＥＤバルブの動作入力電圧範囲が広い場合にも、定格電圧が常に冷却ファンに印加されるようにする必要がある。
【０００４】
従来は、図４に示すように、冷却ファン１１の駆動回路に専用のリニアレギュレータ定電圧出力回路１３を用いる方法が知られている。この図４において、入力端子１４と１５に接続された車載バッテリなどの直流電源１９を定電流出力型ＤＣ／ＤＣコンバータ１２に接続し、この定電流出力型ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力端子１６と１７に１又は複数個のＬＥＤバルブ１０を直列に接続する。この定電流出力型ＤＣ／ＤＣコンバータ１２とは別に冷却ファン専用のリニアレギュレータ定電圧出力回路１３を接続して冷却ファン１１を接続している。
しかし、この方法は、高い入力電圧が印加された場合に、リニアレギュレータ定電圧出力回路１３で消費される電力が大きくなり、効率が悪いだけでなく、発熱が大きくなる。例えば、１２Ｖ用では、自動車走行時に、ＬＥＤバルブには、一般的に約１４Ｖが印加される。この場合、定格１２Ｖの冷却ファンがよく使用される。冷却ファンの電流を０．１Ａとすると、リニアレギュレータ定電圧出力回路１３で消費される電力は、（１４Ｖ−１２Ｖ）×０．１Ａ＝０．２Ｗとなり、ＬＥＤの消費電力が一般的なヘッドライトバルブでは、２０Ｗ程度であるので、小さく問題にならない。ところが、２４Ｖ用として使った場合には、自動車走行時に、ＬＥＤバルブには、一般的に約２８Ｖが印加される。冷却ファンの電流を０．１Ａとすると、リニアレギュレータ定電圧出力回路１３で消費される電力は、（２８Ｖ−１２Ｖ）×０．１Ａ＝１．６Ｗとなり、ＬＥＤバルブの冷却に影響を与えるレベルになり、不都合な問題が発生する。
【０００５】
これを改善するために、図５に示すように、リニアレギュレータ定電圧出力回路１３に代えて定電圧出力型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を冷却ファン１１の電源供給に使用することが考えられる。定電圧出力型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、効率が９０％程度得られるために、冷却ファン１１の消費電力を１２Ｖ×０．１Ａ＝１．２Ｗとすると、定電圧出力型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の消費電力は、０．１２Ｗ程度になり、非常に低く抑えられて都合がよい。
しかしながら、定電圧出力型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、リニアレギュレータ定電圧出力回路１３に比べて回路規模が大きく、部品点数も多くなり、小型化が必要とされる自動車用ＬＥＤバルブには向かない。また、コストも上昇するという問題がある。
【０００６】
以上のように、冷却ファン１１の電源回路をＬＥＤバルブ１０の電源回路とは別個に設けたものに対し、ＬＥＤバルブ１０と冷却ファン１１の電源回路を共用するものが提案されている（特許文献１）。
これは、図６に示すように、直列接続された複数個のＬＥＤバルブ１０と、これら直列接続された複数個のＬＥＤバルブ１０にさらに冷却ファン１１を直列に接続し、これらのＬＥＤバルブ１０と冷却ファン１１に電流を供給する定電流供給回路２１の出力端子１６と１７に接続したものである。
この発明によれば、冷却ファン１１を駆動する駆動回路とＬＥＤバルブ１０を駆動する駆動回路を共用することができ、部品点数の削減を図ることができ、また、ＬＥＤバルブ１０が消灯しているときは冷却ファン１１を駆動させず、省電力を図ることができるとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１２９５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に示される発明は、直列接続された複数個のＬＥＤバルブ１０と、これら直列接続された複数個のＬＥＤバルブ１０にさらに冷却ファン１１を直列に接続し、これらのＬＥＤバルブ１０と冷却ファン１１に電流を供給する定電流供給回路２１に接続したものであるため、ＬＥＤバルブ１０に流れる電流と冷却ファン１１に流れる電流が同じになる。このため、例えば、冷却ファン１１を定格電流で動作させると、その同じ電流でＬＥＤバルブ１０を点灯することになる。ＬＥＤバルブ１０は、必要とする明るさが得られる電流で駆動することが照明装置として重要であるにもかかわらず、ＬＥＤバルブ１０の必要とする電流がＬＥＤバルブ１０以外の冷却ファン１１の条件で規定されてしまうと、ＬＥＤバルブ１０を目的の明るさで点灯することができなくなるという問題点を有している。
【０００９】
本発明は、冷却ファンを駆動する駆動回路とＬＥＤバルブを駆動する駆動回路を共用し、かつ、広い動作範囲内で無駄な消費電力を低減したＬＥＤ照明用電源装置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】
【００１０】
本発明のＬＥＤ照明用電源装置は、定電流出力型電源回路の出力側に、１又は複数個を直列に接続したＬＥＤバルブ１０と、定電圧駆動する冷却ファン１１とを互いに並列に接続したものである。
【００１１】
より具体的には、前記ＬＥＤバルブ１０に印加される一定値の順方向電圧に対し、このＬＥＤバルブ１０に印加される電圧と同一か、やや低い定格電圧の冷却ファン１１を用い、やや低い定格電圧の場合には、この冷却ファン１１と直列に電圧調整用抵抗２７を挿入し、この冷却ファン１１と電圧調整用抵抗２７の直列回路の両端の印加電圧が、前記ＬＥＤバルブ１０の印加電圧と略等しくなるように前記電圧調整用抵抗２７の抵抗値を調整する。
【００１２】
前記ＬＥＤバルブ１０は、自動車のライト用であって、定電流出力型電源回路は、車載バッテリに接続された出力電流検出用抵抗２８と、この出力電流検出用抵抗２８で検出した電圧の変動に応じてパルス電圧のデューティ比を前記電圧変動が一定になるように制御する電源用ＩＣ２６と、この電源用ＩＣ２６の出力でスイッチングするスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴなど）２９とをする。
前記定電流出力型電源回路２５は、定電流出力型ＤＣ／ＤＣコンバータからなる。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、
定電流出力型電源回路と、
この定電流出力型電源回路の出力側に１又は複数個を直列に接続したＬＥＤバルブと、
このＬＥＤバルブと互いに並列に接続した定電圧駆動する冷却ファンと
からなり、
前記冷却ファンは、前記ＬＥＤバルブに印加される一定値の順方向電圧に対して、このＬＥＤバルブに印加される電圧と同一の定格電圧のものからなり、
前記ＬＥＤバルブは、自動車のライト用であって、前記定電流出力型電源回路は、車載バッテリに接続された出力電流検出用抵抗と、この出力電流検出用抵抗で検出した電圧の変動に応じてパルス電圧のデューティ比を前記電圧変動が一定になるように制御する電源用ＩＣと、この電源用ＩＣの出力でスイッチングするスイッチング素子とを具備した定電流出力型ＤＣ／ＤＣコンバータからなることを特徴とするＬＥＤ照明用電源装置としたので次の効果を有する。
（１）冷却ファンへの電力供給は、ＬＥＤバルブと同様に、定電流出力型電源回路としての定電流出力型ＤＣ／ＤＣコンバータを使用して行うことにより、電力効率が極めて優れ、冷却ファンを駆動することによる発熱を小さく抑えることができる。また、冷却ファンは、定格電圧で動作するように設計されているが、ＬＥＤバルブの動作入力範囲が広い場合にも、定格電圧が常に冷却ファンに印加されるようにすることができる。さらに、ＬＥＤバルブに印加される電圧と同一の定格電圧の冷却ファンを用いた場合には、電圧調整用の抵抗等の部品を省略することができる。
（２）専用の冷却ファンの電源供給回路は、不要で、回路規模も小さく、コストも抑えることができる。
（３）定電流出力型ＤＣ／ＤＣコンバータは、リニアレギュレータに比べて小型化ができ、取り付けスペースの狭い自動車用のランプ用として好適である。
（４）電力効率が極めて優れ、冷却ファンを駆動することによる発熱を小さく抑えることができる。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、
定電流出力型電源回路と、
この定電流出力型電源回路の出力側に１又は複数個を直列に接続したＬＥＤバルブと、
このＬＥＤバルブと互いに並列に接続した定電圧駆動する冷却ファンと
からなり、
前記冷却ファンは、前記ＬＥＤバルブに印加される一定値の順方向電圧に対して、このＬＥＤバルブに印加される電圧よりやや低い定格電圧のものからなり、
この冷却ファンと直列に電圧調整用抵抗を挿入し、
この電圧調整用抵抗は、前記冷却ファンとの直列回路の両端の印加電圧が、前記ＬＥＤバルブの印加電圧と略等しくなるようにその抵抗値を調整したものからなり、
前記ＬＥＤバルブは、自動車のライト用であって、前記定電流出力型電源回路は、車載バッテリに接続された出力電流検出用抵抗と、この出力電流検出用抵抗で検出した電圧の変動に応じてパルス電圧のデューティ比を前記電圧変動が一定になるように制御する電源用ＩＣと、この電源用ＩＣの出力でスイッチングするスイッチング素子とを具備した定電流出力型ＤＣ／ＤＣコンバータからなることを特徴とするＬＥＤ照明用電源としたので次の効果を有する。
（１）冷却ファンへの電力供給は、ＬＥＤバルブと同様に、定電流出力型電源回路としての定電流出力型ＤＣ／ＤＣコンバータを使用して行うことにより、電力効率が極めて優れ、冷却ファンを駆動することによる発熱を小さく抑えることができる。また、冷却ファンは、定格電圧で動作するように設計されているが、ＬＥＤバルブの動作入力範囲が広い場合にも、定格電圧が常に冷却ファンに印加されるようにすることができる。
（２）専用の冷却ファンの電源供給回路は、不要で、挿入するとしても抵抗１本だけで済み、回路規模も小さく、コストも抑えることができる。
（３）定電流出力型ＤＣ／ＤＣコンバータは、リニアレギュレータに比べて小型化ができ、取り付けスペースの狭い自動車用のランプ用として好適である。
（４）電力効率が極めて優れ、冷却ファンを駆動することによる発熱を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明によるＬＥＤ照明用電源装置の実施例１を示す電気回路図である。
【図２】図１における定電流出力型（ＤＣ／ＤＣコンバータなどの）電源回路２５の詳細な電気回路図である。
【図３】本発明によるＬＥＤ照明用電源装置の動作説明のための波形図である。
【図４】従来例１を示す冷却ファン１１付きＬＥＤ照明用電源装置の電気回路図である。
【図５】従来例２を示す冷却ファン１１付きＬＥＤ照明用電源装置の電気回路図である。
【図６】従来例３を示す冷却ファン１１付きＬＥＤ照明用電源装置の電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明のＬＥＤ照明用電源装置の実施形態は、定電流出力型電源回路の出力側に、１又は複数個を直列に接続したＬＥＤバルブ１０と、定電圧駆動する冷却ファン１１とを互いに並列に接続したことを特徴とする。
冷却ファン１１は、ＬＥＤバルブ１０に印加される一定値の順方向電圧に対し、このＬＥＤバルブ１０に印加される電圧と同一の定格のものを用いる。又はやや低い定格電圧のものを用いた場合には、この冷却ファン１１と直列に１本の電圧調整用抵抗２７を挿入し、この冷却ファン１１と電圧調整用抵抗２７の直列回路の両端の印加電圧が、前記ＬＥＤバルブ１０の印加電圧と略等しくなるように前記電圧調整用抵抗２７の抵抗値を調整する。
【００１９】
ＬＥＤバルブ１０を自動車のライト用とし、定電流出力型電源回路は、車載バッテリに接続された出力電流検出用抵抗２８と、この出力電流検出用抵抗２８で検出した電圧の変動に応じてパルス電圧のデューティ比を前記電圧変動が一定になるように制御する電源用ＩＣ２６と、この電源用ＩＣ２６の出力でスイッチングするスイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）２９とを具備する。
定電流出力型電源回路２５は、定電流出力型ＤＣ／ＤＣコンバータが用いられる。
【実施例１】
【００２０】
本発明によるＬＥＤ照明用電源装置の実施例１を図１及び図２に基づき説明する。
図１において、２５は、定電流出力型ＤＣ／ＤＣコンバータなどの電源回路で、この定電流出力型電源回路２５の入力端子１４と１５には、車載バッテリなどの直流電源１９が接続されている。また、前記定電流出力型電源回路２５の出力端子１６と１７には、ＬＥＤバルブ１０と冷却ファン１１が互いに並列に接続されている。前記ＬＥＤバルブ１０は、１個又は直列に接続された複数個のＬＥＤバルブ１０からなり、また、冷却ファン１１には、必要に応じて電圧調整用抵抗２７が直列に接続される。
ここで、１個又は直列に接続された複数個のＬＥＤバルブ１０の順方向電圧は、一定の電圧になり、定電圧となる。このＬＥＤバルブ１０の定電圧と冷却ファン１１の定格電圧が同じ値に設計されたもの同士を並列に接続することが望ましい。このようにすれば、電圧調整用の抵抗等を省略することができる。しかし、同じ値に設計されたものが無い場合には、ＬＥＤバルブ１０の定電圧に対して少し低い定格電圧に設計された冷却ファン１１を用いてＬＥＤバルブ１０と並列に接続する。少し低い定格電圧に設計された冷却ファン１１では、冷却ファン１１と直列に電圧調整用抵抗２７を挿入する。
【００２１】
このような構成において、車載バッテリなどの直流電源１９は、定電流出力型電源回路２５にて定電流Ｉａが出力し、ＬＥＤバルブ１０への電流Ｉｂと冷却ファン１１への電流Ｉｃに分流し、ＬＥＤバルブ１０を点灯するとともに、冷却ファン１１を駆動する。ここで、入力電圧の変化にかかわらず、ＬＥＤバルブ１０の列のアノード・カソード間の電圧は、一定になる。したがって、冷却ファン１１には、一定の電圧が印加される。
前記定電流出力型電源回路２５は、ＬＥＤバルブ１０への電流Ｉｂと冷却ファン１１への電流Ｉｃを合計した電流Ｉａが一定になるように動作するので、ＬＥＤバルブ１０への電流Ｉｂと冷却ファン１１への電流Ｉｃをそれぞれ個別に設定し、合計が一定値にすればよい。
【００２２】
図１に示した電気回路の具体的回路例を図２に示す。
図１に示す定電流出力型電源回路として定電流出力型ＤＣ／ＤＣコンバータ２５を用いた例を図２にて詳細に説明する。
この定電流出力型ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、例えば、Ｔ８３０６と名づけられた４端子の電源用ＩＣ２６を主たる素子とし、この電源用ＩＣ２６の入力側のＩＳ端子とＶＩＮ端子間に、入力端子１４と出力端子１６の間に挿入された出力電流検出用抵抗２８による検出電圧が入力される。出力側のＧＤ端子は、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子２９のＧ（ゲート）に接続される。このスイッチング素子２９のＳ（ソース）は、接地され、Ｄ（ドレイン）は、コイル３０とダイオード３１の接続点に接続され、前記コイル３０の他端は、ＬＥＤバルブ１０のカソードに接続され、前記ダイオード３１のカソードは、車載バッテリなどの直流電源１９に接続されている。３２は、コンデンサである。
【００２３】
以上のような回路構成において、ＬＥＤバルブ１０の列に流す電流Ｉｂ（例えば２．６Ａ）は、電源用ＩＣ２６を主たる素子として構成される定電流出力型ＤＣ／ＤＣコンバータ２５で制御される。このとき、ＬＥＤバルブ１０の列のアノード・カソード間の電圧は、例えば、６．５１Ｖで、一定となっている。ここで、５Ｖ，０．２Ａ定格の冷却ファン１１をＬＥＤバルブ１０の列と並列に挿入したものとする。冷却ファン１１と直列の電圧調整用抵抗２７（例えば６．８Ω）により電圧差を補正する。ＬＥＤバルブ１０の列と冷却ファン１１と電圧調整用抵抗２７の直列回路を並列に接続することにより、電圧調整用抵抗２７の両端の電圧は、０．２Ａ×６．８Ω＝１．３６Ｖとなり、電圧調整用抵抗２７で消費される電力は、１．３６Ｖ×０．２Ａ＝０．２７Ｗとなり、ＬＥＤバルブ１０の列で消費される電力６．５１Ｖ×２．６Ａ＝１６．９Ｗに比べて十分に小さく、問題になることはない。
【００２４】
また、車載バッテリなどの直流電源１９からの入力電圧が変化してもＬＥＤバルブ１０列の電圧は、一定のため、電圧調整用抵抗２７で消費される無駄な電力は増大することはない。
詳しくは、定電流出力型ＤＣ／ＤＣコンバータ２５の出力電流が小さくなり、ＩＳ端子とＶＩＮ端子間に入力される電圧Ｖｓと電源用ＩＣ２６内部の基準電圧Ｖｒとの関係が、Ｖｓ＜Ｖｒになると、電源用ＩＣ２６の内部で図３（ａ）に示すように、スイッチング周期のＯＮするデューティ比を大きくなるように制御する。そのため、スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）２９のＯＮが長くなり、出力電流検出用抵抗２８を流れる電流が増え、Ｖｓが大きくなる。
逆に、出力電流が大きくなり、ＩＳ端子とＶＩＮ端子間に入力される電圧Ｖｓと電源用ＩＣ２６内部の基準電圧Ｖｒとの関係が、Ｖｓ＞Ｖｒになると、電源用ＩＣ２６の内部で図３（ｂ）に示すように、スイッチング周期のＯＮするデューティ比を小さくなるように制御する。そのため、スイッチング素子２９のＯＮが短くなり、出力電流検出用抵抗２８を流れる電流が減り、Ｖｓが小さくなる。
以上の動作を繰り返してＶｓが一定、すなわち、出力電流検出用抵抗２８に流れる電流が一定になるように制御される。
【００２５】
前記実施例では、定電流出力型ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、例えば、Ｔ８３０６と名づけられた電源用ＩＣ２６を主たる素子として構成したが、同様の電源用ＩＣであれば、これに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００２６】
１０…ＬＥＤバルブ、１１…冷却ファン、１２…定電流出力型ＤＣ／ＤＣコンバータ、１３…リニアレギュレータ定電圧出力回路、１４…入力端子、１５…入力端子、１６…出力端子、１７…出力端子、１８…出力端子、１９…車載バッテリなどの直流電源、２０…定電圧出力型ＤＣ／ＤＣコンバータ、２１…定電流供給回路、２５…定電流出力型（ＤＣ／ＤＣコンバータなどの）電源回路、２６…電源用ＩＣ、２７…電圧調整用抵抗、２８…出力電流検出用抵抗、２９…スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）、３０…コイル、３１…ダイオード、３２…コンデンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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