(57)【要約】【課題】  電流制限用の抵抗によらず発光素子（発光ダイオード）の輝度を制御する。【解決手段】  主巻線と該主巻線と磁気結合する副巻線とを有するトランスと、主巻線にドレインが接続され、副巻線にゲート、ソースが接続されたスイッチング用主トランジスタ（Ｑ１）と、主トランジスタ（Ｑ１）のゲート、ソース間に制御用トランジスタ（Ｑ２）を接続すると共に、制御用トランジスタ（Ｑ２）のベース及び前記副巻線間に輝度制御信号に応じてその時定数を変える時定数回路を設け、主トランジスタ（Ｑ１）のオフ時に主巻線側に生じる転流電流を流すことにより発光する発光素子の調光を、前記時定数回路の時定数を変えることによって、発光素子に流れる電流を変化させることにより行う。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧源に接続される主巻線と該主巻線と磁気結合する副巻線とを有するトランスと、
前記主巻線にドレインが接続され、前記副巻線にゲート、ソースが接続されたスイッチング用主トランジスタと、
前記主トランジスタのゲート、ソース間に制御用トランジスタを接続すると共に、前記制御用トランジスタのベース及び前記副巻線間に輝度制御信号に応じてその時定数を変える時定数回路を設け、
前記主トランジスタのオフ時に前記主巻線側に生じる転流電流を流すことにより発光する発光素子の調光を、前記時定数回路の時定数を変えることによって、前記発光素子に流れる電流を変化させることにより行う
ことを特徴とする自励式調光回路。
【請求項２】
前記時定数回路は、抵抗、コンデンサからなる時定数回路であって、前記抵抗又はコンデンサに並列に設けた抵抗又はコンデンサをスイッチにより切り替えることによりその時定数を変える
ことを特徴とする請求項１に記載の調光回路。
【請求項３】
前記時定数回路には、フォトカプラが接続されており、該フォトカプラの受光部は、それと対をなす発光部から発せられる光信号を前記輝度制御信号として受ける
ことを特徴とする請求項１に記載の自励式調光回路。
【請求項４】
電圧源に接続される主巻線と該主巻線と磁気結合する副巻線とを有するトランスと、
前記主巻線にドレインが接続され、前記副巻線にソース、ゲートが接続されたスイッチング用主トランジスタと、
前記主トランジスタのゲート、ソース間に少なくとも２つの制御用トランジスタを接続すると共に各制御用トランジスタと前記副巻線間に抵抗及びコンデンサより成る時定数回路をそれぞれ設け、又前記抵抗及びコンデンサの各接続点を対応する前記制御用トランジスタのベースに接続し、且つ輝度制御信号に応じて前記時定数回路の組がもつ時定数を可変せしめるためのスイッチを、最も時定数の長い時定数回路が接続された制御用トランジスタを除く他の制御用トランジスタのベース及び接地するエミッタ間に接続し、前記主トランジスタのオフ時に前記主巻線側に生じる転流電流を流すことにより発光する発光素子の調光を、前記スイッチの開閉により、前記時定数回路の組がもつ時定数を変えることによって行う
ことを特徴とする自励式調光回路。
【請求項５】
所望の時定数より短い時定数を有する時定数回路が接続する前記制御用トランジスタのベース及び接地するエミッタ間に接続された前記スイッチをすべて閉じるように制御することで所望の時定数を設定する
ことを特徴とする請求項４に記載の自励式調光回路。
【請求項６】
前記発光素子は、発光ダイオードである
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の自励式調光回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、調光回路に関し、特に発光ダイオードの調光を行う自励式調光回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在では、発光ダイオードが照明やディスプレイあるいは自動車のテールランプ、ブレーキランプ等に発光素子として利用されるようになってきている。この発光ダイオードは、流れる電流により輝度が変わるので、その輝度を切り替える場合、簡単にはこの発光ダイオードに直列に接続された電流制限用の複数の抵抗を切り替え、抵抗値を切り替えることにより当該発光ダイオードに流れる電流値を変えてその輝度を変える制御を行うのが一般的である。
【０００３】
また、特許文献１に記載の技術のように、電流制限用の抵抗を切り替えるのではなく、スイッチングトランジスタによって接地された発光ダイオードの通電電流を、パルス発生回路から出力されるパルスによってオン／オフ制御し、パルスのデューティサイクルを変えることにより輝度調整を行うものもある。
【特許文献１】特開平１０−１３３６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来例では、いずれも電流制限用の抵抗を用いており、例えば、テールランプ、ブレーキランプ等に発光ダイオードを用いる場合、直流電源であるバッテリーから抵抗を介して発光ダイオードに電流を流すと、バッテリー電圧と発光ダイオードの順方向電圧の差がすべて抵抗にて損失となるので消費電力が大きいという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、電流制限用の抵抗によらず発光ダイオード等の発光素子の輝度を制御できる、低コストかつ低消費電力の自励式調光回路を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、自励式調光回路であって、電圧源に接続される主巻線と該主巻線と磁気結合する副巻線とを有するトランスと、前記主巻線にドレインが接続され、前記副巻線にゲート、ソースが接続されたスイッチング用主トランジスタと、前記主トランジスタのゲート、ソース間に制御用トランジスタを接続すると共に、前記制御用トランジスタのベース及び前記副巻線間に輝度制御信号に応じてその時定数を変える時定数回路を設け、前記主トランジスタのオフ時に前記主巻線側に生じる転流電流を流すことにより発光する発光素子の調光を、前記時定数回路の時定数を変えることによって、前記発光素子に流れる電流を変化させることにより行うことを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の自励式調光回路において、前記時定数回路は、抵抗、コンデンサからなる時定数回路であって、前記抵抗又はコンデンサに並列に設けた抵抗又はコンデンサをスイッチにより切り替えることによりその時定数を変えることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の自励式調光回路において、前記時定数回路には、フォトカプラが接続されており、該フォトカプラの受光部は、それと対をなす発光部から発せられる光信号を前記輝度制御信号として受けることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、自励式調光回路であって、電圧源に接続される主巻線と該主巻線と磁気結合する副巻線とを有するトランスと、前記主巻線にドレインが接続され、前記副巻線にソース、ゲートが接続されたスイッチング用主トランジスタと、前記主トランジスタのゲート、ソース間に少なくとも２つの制御用トランジスタを接続すると共に各制御用トランジスタと前記副巻線間に抵抗及びコンデンサより成る時定数回路をそれぞれ設け、又前記抵抗及びコンデンサの各接続点を対応する前記制御用トランジスタのベースに接続し、且つ輝度制御信号に応じて前記時定数回路の組がもつ時定数を可変せしめるためのスイッチを、最も時定数の長い時定数回路が接続された制御用トランジスタを除く他の制御用トランジスタのベース及び接地するエミッタ間に接続し、前記主トランジスタのオフ時に前記主巻線側に生じる転流電流を流すことにより発光する発光素子の調光を、前記スイッチの開閉により、前記時定数回路の組がもつ時定数を変えることによって行うことを特徴としている。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の自励式調光回路において、所望の時定数より短い時定数を有する時定数回路が接続する前記制御用トランジスタのベース及び接地するエミッタ間に接続された前記スイッチをすべて閉じるように制御することで所望の時定数を設定することを特徴としている。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の自励式調光回路において、前記発光素子が、発光ダイオードであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡単な回路構成で、電流制限用の抵抗によらず発光ダイオード等の発光素子の輝度を変更できるので、低コストかつ低消費電力の調光回路を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
はじめに、後述する本発明の自励式調光回路のベースとなる発光ダイオードの点灯回路について、図７を参照し説明する。
図７は、上記発光ダイオードの点灯回路を示す回路図である。
【００１４】
この点灯回路は、主巻線Ｎ１と副巻線Ｎ２を有しその正極が電源端子に接続するトランスＴと、主巻線Ｎ１の負極にドレインが接続され、副巻線Ｎ２の正極が抵抗Ｒ３、コンデンサＣ０を介してゲートに接続すると共に、副巻線Ｎ２の負極に、接地されるソースが接続されたスイッチング用ＭＯＳトランジスタＱ１と、このスイッチング用ＭＯＳトランジスタＱ１のゲート、ソース間に制御用トランジスタＱ２が接続され、さらに、この制御用トランジスタＱ２及び副巻線Ｎ２（正極）間にコンデンサＣ１、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２からなる時定数回路を設け、制御用トランジスタＱ２のベースにコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ１１の接続点ａを接続し電源端子とスイッチング用ＭＯＳトランジスタＱ１のゲート間に起動抵抗Ｒ１を設けると共に、このゲート及びソース間に抵抗Ｒ２を設けている。また、抵抗Ｒ１２と並列にツェナーダイオードＺＤ１を設けている。この抵抗Ｒ１２とツェナーダイオードＺＤ１は、入力電圧が変化したときに、電流を保つために補正をするためのものである。
【００１５】
ここで説明する点灯回路は、いわゆるリンギングチョークコンバータ（ＲＣＣ）の、二次側（出力側）回路を除いた一次側回路と同様の構成となっている。
この回路では、入力電源電圧Ｅｉの投入により起動用抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２により分圧された電圧（スイッチング用ＭＯＳトランジスタＱ１のしきい値電圧以上）がスイッチング用ＭＯＳトランジスタＱ１のゲートに印加される。これによりこのスイッチング用ＭＯＳトランジスタＱ１がターンオンし、主巻線Ｎ１及びスイッチング用ＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン、ソース間を電流が流れる。このとき副巻線Ｎ２には、直流電源からの直流電流はコンデンサＣ０によりカットされ流れない。
【００１６】
上記のように本回路は、ＲＣＣの出力側回路を除いたものとなっているので、外部出力はなく、この際トランスＴの一次巻線Ｎ１にはほぼ入力電源電圧Ｅｉが印加され、主巻線Ｎ１の電流すなわち、スイッチング用ＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン電流は直線的に増加して主巻線Ｎ１にエネルギーが貯えられる。
一方、スイッチング用ＭＯＳトランジスタＱ１のターンオンによりトランスＴの副巻線Ｎ２に誘起される電圧によって、コンデンサＣ１が抵抗Ｒ１１、Ｒ１２を介して充電される。そして、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１１の接続点ａの電圧が制御用トランジスタＱ２のしきい値電圧ＶBEを超えると制御用トランジスタＱ２がオンし、スイッチング用ＭＯＳトランジスタＱ１のゲートが接地されることとなり、スイッチング用ＭＯＳトランジスタＱ１はターンオフする。
【００１７】
同時に主巻線Ｎ１から転流電流が発光ダイオードＬＥＤに流れ、発光すると共に、トランスＴに貯えられたエネルギーが放出される。
一方、制御用トランジスタＱ２がオンとなると、コンデンサＣ１に充電された電荷は、制御用トランジスタＱ２のベース電流となって放電され、やがて接続点ａの電圧が制御用トランジスタＱ２のしきい値電圧未満となり、制御用トランジスタＱ２がオフとなる。すると、スイッチング用ＭＯＳトランジスタＱ１には、前述のように起動用抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２により分圧された電圧（Ｑ１のしきい値電圧以上）がスイッチング用ＭＯＳトランジスタＱ１のゲート端子に印加されることとなり、その後は前述の如き動作を繰り返す。
【００１８】
以上、本発明の自励式調光回路の基本となる発光ダイオードの点灯回路について説明した。上記回路は、発光ダイオードを発光させるものであるが、その輝度を変化・変更する機能をもっていない。
以下では、上記点灯回路を基本とする自励式調光回路について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態である自励式調光回路の回路図である。なお、図７と共通する部分には同一の符号を附している。
本自励式調光回路が、前述の点灯回路と異なる点は、図１に示すブロックＢの回路をさらに設けた点である。
【００１９】
図１に示すブロックＡの回路は、前述の点灯回路（図７参照）のブロックＡの回路と同一であり、ブロックＢの回路は、このブロックＡの回路と同様の構成に加え、スイッチＳＷを、ブロックＢに含まれる制御用トランジスタＱ３のベースと、接地されるエミッタ間に設けている。なお、ブロックＡに含まれるコンデンサＣ１（その容量をＣ１とする）とブロックＢに含まれるコンデンサＣ２（その容量をＣ２とする）の容量の関係は、Ｃ２＜Ｃ１である。このようにスイッチＳＷは、最も容量の大きい、すなわち最も時定数の長い時定数回路を除いた他の時定数回路側に設けられる。
【００２０】
これは、本実施の形態でブロックＡ及びブロックＢのように、これらに含まれる時定数回路を複数設けた場合、これらの回路による実質的な時定数は、最も短い時定数を有する時定数回路で決まるためである。これは、容量の小さいコンデンサＣ２の方が、容量の大きいコンデンサＣ１よりも早く充放電を繰り返し、接続点ａの電圧が先に制御用トランジスタＱ３のしきい値電圧に達し、Ｑ３を先にオンとするからである。すなわち、最も時定数の短い時定数回路が活きている場合、その時定数が有効となる。
【００２１】
また、スイッチＳＷは、外部から与えられる輝度制御信号（図示せず）に応じて開閉するように構成され、本実施の形態では、スイッチＳＷがオン（閉）時には、時定数の長い時定数回路を含むブロックＡ側の回路が有効となり、スイッチＳＷがオフ（開）時には、時定数の短い時定数回路を含むブロックＢ側の回路が有効となるようになっている。
【００２２】
図２と図３にそれぞれ、スイッチＳＷのオフ時（切り替え前）とオン時（切り替え後）の所定個所の電圧／電流波形を示している。図２及び図３の（ａ）は、スイッチング用ＭＯＳトランジスタＱ１の電圧（ＶDS）波形図、（ｂ）は、副巻線Ｎ２の電圧波形図、（ｃ）は、コンデンサＣ１（点ａ）の電圧波形図、（ｃ’）は、コンデンサＣ２（点ａ’）の電圧波形図、（ｄ）は、スイッチング用ＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン電流の電流波形図、（ｅ）は、発光ダイオードＬＥＤに流れる電流の電流波形図を示している。
【００２３】
同図（ｃ），（ｃ’）に示すように、切り替え前（スイッチＳＷがオフ時）には、ブロックＢに含まれるコンデンサＣ２（点ａ’）の電圧が制御用トランジスタＱ３のしきい値電圧ＶBEに達した時点で（この時点では、コンデンサＣ１（点ａ）は制御トランジスタＱ２のＶBEに達していない）、Ｑ３はオンとなり、スイッチング用ＭＯＳトランジスタＱ１には、同図（ａ）に示す電圧がかかるが、同図（ｄ）に示すように流れる電流は０となる。一方、発光ダイオードＬＥＤには同図（ｅ）に示す転流電流が流れ発光し、コンデンサＣ１，Ｃ２は放電を開始する。このようにして、図２に示す動作が繰り返される。
【００２４】
スイッチＳＷをオンとした切り替え後は、同図（ｃ）に示すように、接続点ａ’が接地側に短絡されることによりコンデンサＣ２（点ａ’）の電圧は０Ｖとなる。これによりブロックＢ側の回路は無効となり、時定数の長いブロックＡ側が有効となって、このブロックＡに含まれるコンデンサＣ１が、このコンデンサＣ１を含む時定数回路の時定数に従って充放電を繰り返す。
切り替え後は、上記のように時定数が長くなっており、図２に示す波形図に比べ、変化の周期が長くなっている。また、図３（ｅ）に示すように発光ダイオードＬＥＤに流れる電流も増加する。
【００２５】
このように上記時定数の違いは、スイッチング用ＭＯＳトランジスタＱ１のオン／オフの周期の相違となって表れる。結果、発光ダイオードＬＥＤが点灯する期間及びこれらに流れる電流の相違となる。すなわち、上記時定数を切り替えることにより、発光ダイオードが発光する際の輝度の制御が可能となる。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施形態の自励式調光回路について、図４〜図６を参照し説明する。
本実施の形態の自励式調光回路は、１つの制御用トランジスタ（Ｑ２）とこれに接続する時定数回路の時定数を変える制御を行うことで調光を行うものとなっている。
図４〜図６に示すように、本実施の形態（第１〜第３実施例）の自励式調光回路も、第１の実施形態と同様前述の点灯回路を基本として構成される。基本的な動作は、前述の通りであるのでその説明は省略する。
【００２７】
［第１実施例］
図４に本実施の形態の第１実施例の回路図を示している。
本実施例の自励式調光回路が、前述の点灯回路と異なる点は、コンデンサＣ１に対し並列に、直列接続されるコンデンサＣ１０、スイッチＳＷを設けた点である。スイッチＳＷは、外部から与えられる輝度制御信号（図示せず）に応じて開閉するように構成されている。
本実施例では、スイッチＳＷのオン／オフにより、当該時定数回路のコンデンサの合成容量を切り替えることで、コンデンサＣ１、Ｃ１０、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，スイッチＳＷとで構成される時定数回路の時定数を可変としている。
【００２８】
［第２実施例］
図５に本実施の形態の第２実施例の回路図を示している。
本実施例の自励式調光回路が、前述の点灯回路と異なる点は、抵抗１１に対し並列に、直列接続される抵抗１０、スイッチＳＷを設けた点である。スイッチＳＷは、外部から与えられる輝度制御信号（図示せず）に応じて開閉するように構成されている。
本実施例では、スイッチＳＷのオン／オフにより、当該時定数回路を構成する抵抗の合成抵抗を切り替えることで、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２，スイッチＳＷとで構成される時定数回路の時定数を可変としている。
【００２９】
上記第１実施例及び第２実施例に示した構成により、スイッチング用ＭＯＳトランジスタＱ１のオン／オフの周期を２段階に切り替えることができる。もちろん、第１実施例におけるコンデンサＣ１に対し並列に、直列接続されるコンデンサ及びスイッチの組を複数設ける構成や、第２実施例における抵抗Ｒ１１に対し並列に、直列接続される抵抗及びスイッチの組を複数設ける構成や、さらにこれらの構成を組み合わせた構成を採ることもできる。この場合スイッチング用ＭＯＳトランジスタＱ１のオン／オフの周期を多段階に切り替えることができる。
これらの構成により、発光ダイオードＬＥＤが点灯する期間及びこれらに流れる電流を２段階あるいは多段階に切り替える制御をすることができる。すなわち、上記時定数を切り替えることにより、発光ダイオードが発光する際の輝度を２段階あるいは多段階に切り替える制御が可能となる。
【００３０】
［第３実施例］
図６に本実施の形態の第３実施例の回路図を示している。
本実施例の自励式調光回路が、前述の点灯回路と異なる点は、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２に対し並列に、直列接続される抵抗Ｒ１３、フォトカプラの受光部Ｐｂ、逆流阻止ダイオードＤ１を設けた点である。図６では、このフォトカプラの受光部Ｐｂと対をなす発光部Ｐａとこの発光部Ｐａの発光を制御するための可変電流源Ｉｃを記載している。
【００３１】
本実施例では、可変電流源Ｉｃによる電流制御によって、フォトカプラの発光部Ｐａの輝度を制御し、その光信号を輝度制御信号として受光部Ｐｂに供給する。このようにして、フォトカプラの発光部Ｐａを介してその受光部Ｐｂの電流伝達率を変え、抵抗Ｒ１１及びＲ１２と、抵抗Ｒ１３及びフォトカプラの受光部Ｐｂの並列接続による合成抵抗を変えることで、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３、フォトカプラの受光部Ｐｂとで構成される時定数回路の時定数を可変としている。
この構成により、スイッチング用ＭＯＳトランジスタＱ１のオン／オフの周期を任意に変えることができ、結果、発光ダイオードＬＥＤが点灯する期間及びこれらに流れる電流を任意に制御することができる。すなわち、上記時定数を切り替えることにより、発光ダイオードが発光する際の輝度を連続的に変える制御が可能となる。
【００３２】
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の構成等も含まれる。
上記各実施の形態では、ＭＯＳトランジスタをスイッチング用主トランジスタとして用いているが、バイポーラトランジスタをスイッチング用主トランジスタとして用いて構成することもできる。また、発光素子としては、発光ダイオードの他、電球等と整流素子とを直列接続したものを利用することもできる。
【００３３】
また、第１の実施の形態では、２系統の時定数回路を設けているが、３系統以上の時定数回路を設けることもできる。この場合、輝度制御信号に応じて開閉するスイッチを、最も時定数の長い時定数回路が接続された制御用トランジスタを除く他の制御用トランジスタのベース及び接地するエミッタ間に接続し、所望の時定数より短い時定数を有する時定数回路が接続する制御用トランジスタのベース及び接地するエミッタ間に接続されたスイッチをすべて閉じるように制御することで所望の時定数を設定する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施の形態である自励式調光回路の回路図である。
【図２】同実施の形態における電圧／電流波形図（切り替え前）である。
【図３】同実施の形態における電圧／電流波形図（切り替え後）である。
【図４】本発明の第２の実施の形態（第１実施例）である自励式調光回路の回路図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態（第２実施例）である自励式調光回路の回路図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態（第３実施例）である自励式調光回路の回路図である。
【図７】基本となる点灯回路の回路図である。
【符号の説明】
【００３５】
Ｑ１…スイッチング用ＭＯＳトランジスタ（スイッチング用主トランジスタ）
Ｑ２…制御用トランジスタ
Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２…コンデンサ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ２１，Ｒ２２…抵抗
Ｔ…トランス
Ｎ１…主巻線
Ｎ２…副巻線
Ｄ１…ダイオード
ＺＤ１…ツェナーダイオード
ＳＷ…スイッチ
Ｐａ…フォトカプラの発光部
Ｐｂ…フォトカプラの受光部
Ｉｃ…可変電流源
【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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【図７】
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