(57)【要約】【課題】ＬＥＤ等の応用素子を駆動することなく、応用素子またはその駆動制御回路の状態を判断することができる静電流の検出装置を提供する。【解決手段】応用素子、固定電源、駆動制御回路および電位測定器を備え、応用素子は、第１の接点および第２の接点を備え、固定電源は正常な状態のもとでは応用素子の第１の接点と接続されて適当な電位を提供し、駆動制御回路は制御出力端を備え制御出力端は正常な状態のもとでは応用素子の第２の接点と接続されて記応用素子を駆動し、電位測定器は駆動制御回路の出力端と接続される静電流検出方法およびその装置であって、応用素子がエネルギーバンドギャップの特性を備える場合、素子が短絡または開路状態であるかないかの検出も行うことができ、それによって、応用素子が駆動されていようがなかろうが、その素子またはその駆動制御回路の状態を判断することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
応用素子、固定電源、駆動制御回路および電位測定器を備え、
前記応用素子は第１の接点および第２の接点を備え、
前記固定電源は、正常な状態のもとでは前記応用素子の第１の接点と接続されて適当な電位を提供し、
前記駆動制御回路は、制御出力端を備え、前記制御出力端は正常な状態のもとでは前記応用素子の第２の接点と接続されて前記応用素子を駆動し、
前記電位測定器は、前記駆動制御回路の出力端と接続される構造であって、
応用素子が駆動されていようがなかろうが、前記電位測定器の測定結果によって、前記応用素子または前記駆動制御回路の状態を判断することができることを特徴とする静電流検出装置。
【請求項２】
前記応用素子は、エネルギーバンドギャップを備えることを特徴とする請求項１記載の静電流検出装置。
【請求項３】
前記応用素子は、一つまたは複数の直列接続されたＬＥＤであり、前記第１の接点は、前記一つまたは複数の直列接続されたＬＥＤの陽極接点であり、前記第２の接点は、前記一つまたは複数の直列接続されたＬＥＤの陰極接点であることを特徴とする請求項２記載の静電流検出装置。
【請求項４】
前記電位測定器は、コンパレータを備え、
前記コンパレータは、その正極が参考電位と接続され、負極が前記駆動制御回路の制御出力端と接続され、
前記コンパレータの正極電位と負極電位とを比較することによって、前記応用素子が開路状態または短絡状態であるかどうかの判断を行うことができることを特徴とする請求項２記載の静電流検出装置。
【請求項５】
前記電位測定器は、コンパレータおよび抵抗を備え、
前記コンパレータは、その正極が参考電位と接続され、負極が前記駆動制御回路の制御出力端と接続され、
前記抵抗は、その一端が前記参考電位と接続され、他端が前記コンパレータの負極と接続され、
前記コンパレータの正極電位と負極電位とを比較することによって、前記駆動制御回路が漏電状態であるかどうかの判断を行うことができることを特徴とする請求項１記載の静電流検出装置。
【請求項６】
前記参考電位は、前記駆動制御回路の電源であることを特徴とする請求項５記載の静電流検出装置。
【請求項７】
前記駆動制御回路は、ＮＭＯＳトランジスタを備え、ドレイン極、ゲート極およびソース極を備え、前記ドレイン極は制御出力端であることを特徴とする請求項１記載の静電流検出装置。
【請求項８】
前記半導体素子が駆動される導通電流は、２００μＡ未満であることを特徴とする請求項１記載の静電流検出装置。
【請求項９】
応用素子またはその駆動制御回路の状態の判断に使用される静電流検出方法であって、
前記駆動制御回路は、制御出力端を備え、
前記方法は、前記駆動制御回路の制御出力端の電位を測定するステップを含み、前記制御出力端は正常な状態のもとでは前記応用素子の一接点と接続されることによって前記応用素子を駆動し、
それによって、応用素子が駆動されていようがなかろうが、前記応用素子または前記駆動制御回路が短絡状態、開路状態または漏電状態であるかないかを検出することができることを特徴とする静電流検出方法。
【請求項１０】
ＬＥＤまたはその駆動制御回路の状態の判断に使用される静電流検出方法であって、
前記駆動制御回路は制御出力端を備え、
前記方法は、前記駆動制御回路の制御出力端の電位を測定するステップを含み、前記制御出力端は正常な状態のもとでは前記応用素子の一接点と接続されることによって前記応用素子を駆動し、
それによって、ＬＥＤが駆動されていようがなかろうが、前記ＬＥＤまたは前記駆動制御回路が短絡状態、開路状態または漏電状態であるかないかを検出することができることを特徴とする静電流検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電流検出方法およびその装置に関し、駆動制御回路によって駆動される応用素子に適用され、特にバンドギャップ特性を備える応用素子に適用される静電流検出方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは現在照明指示の光源として広く使用されている。しかし、ＬＥＤの従来技術によるメンテナンス技術においては、点灯後、異常があるかどうかの判断を行うことができる。一般の照明指示において、ＬＥＤを発光させて異常状況を発見することに関しては、さほど大きな問題は発生しないかもしれない。しかし、交通信号、車両用ライトなどでは、車両走行中に点灯させて検査する場合大きな危険が伴い、車両走行中でないとき点灯させて検査する場合、即座に適切な検査を行うことができない。
【０００３】
上述の問題を解決するために、本発明は静電流検出（silent current detection）またはゼロ電流検出（zero current detection）の方法およびその装置を開示する。
【特許文献１】特許第３５４９１６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、応用素子を駆動することなく、応用素子またはその駆動制御回路の状態を判断することができる静電流の検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の課題を解決するために、請求項１の発明は、応用素子、固定電源、駆動制御回路および電位測定器を備え、応用素子は第１の接点および第２の接点を備え、固定電源は正常な状態のもとでは応用素子の第１の接点と接続されて適当な電位を提供し、駆動制御回路は、制御出力端を備え、制御出力端は正常な状態のもとでは応用素子の第２の接点と接続されて応用素子を駆動し、電位測定器は、駆動制御回路の出力端と接続され、前記の構造によって、応用素子が駆動されていようがなかろうが、電位測定器の測定結果によって、応用素子または駆動制御回路の状態を判断することができることを特徴とする静電流検出装置である。
【０００６】
請求項２の発明は、応用素子は、エネルギーバンドギャップを備えることを特徴とする請求項１記載の静電流検出装置である。
【０００７】
請求項３の発明は、応用素子は、一つまたは複数の直列接続されたＬＥＤであり、第１の接点は、前記一つまたは複数の直列接続されたＬＥＤの陽極接点であり、第２の接点は、一つまたは複数の直列接続されたＬＥＤの陰極接点であることを特徴とする請求項２記載の静電流検出装置である。
【０００８】
請求項４の発明は、電位測定器は、コンパレータを備え、コンパレータは、その正極が参考電位と接続され、負極が前記駆動制御回路の制御出力端と接続され、コンパレータの正極電位と負極電位とを比較することによって、応用素子が開路状態または短絡状態であるかどうかの判断を行うことができることを特徴とする請求項２記載の静電流検出装置である。
【０００９】
請求項５の発明は、電位測定器は、コンパレータおよび抵抗を備え、コンパレータは、その正極が参考電位と接続され、負極が前記駆動制御回路の制御出力端と接続され、抵抗は、その一端が参考電位と接続され、他端がコンパレータの負極と接続され、コンパレータの正極電位と負極電位とを比較することによって、駆動制御回路が漏電状態であるかどうかの判断を行うことができることを特徴とする請求項１記載の静電流検出装置である。
【００１０】
請求項６の発明は、参考電位は、駆動制御回路の電源であることを特徴とする請求項５記載の静電流検出装置である。
【００１１】
請求項７の発明は、駆動制御回路は、ＮＭＯＳトランジスタを備え、ドレイン極、ゲート極およびソース極を備え、ドレイン極は制御出力端であることを特徴とする請求項１記載の静電流検出装置である。
【００１２】
請求項８の発明は、半導体素子が駆動される導通電流は、２００μＡ未満であることを特徴とする請求項１記載の静電流検出装置である。
【００１３】
請求項９の発明は、応用素子またはその駆動制御回路の状態の判断に使用される静電流検出方法であって、駆動制御回路は、制御出力端を備え、その方法は、駆動制御回路の制御出力端の電位を測定するステップを含み、制御出力端は正常な状態のもとでは応用素子の一接点と接続されることによって応用素子を駆動し、それによって、応用素子が駆動されていようがなかろうが、応用素子または駆動制御回路が短絡状態、開路状態または漏電状態であるかないかを検出することができることを特徴とする静電流検出方法である。
【００１４】
請求項１０の発明は、ＬＥＤまたはその駆動制御回路の状態の判断に使用される静電流検出方法であって、駆動制御回路は制御出力端を備え、その方法は、駆動制御回路の制御出力端の電位を測定するステップを含み、制御出力端は正常な状態のもとでは応用素子の一接点と接続されることによって応用素子を駆動し、それによって、ＬＥＤが駆動されていようがなかろうが、ＬＥＤまたは駆動制御回路が短絡状態、開路状態または漏電状態であるかないかを検出することができることを特徴とする静電流検出方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、正常な状態のもとでは応用素子の一方の接点は固定電源と接続され、他方の接点は駆動制御回路の制御出力端と接続される。固定電源は応用素子に適当な電位を提供し、駆動制御回路は応用素子の駆動に使用され、静電流検出方法は駆動制御回路の制御出力端の電位を測定することによって達成されるので、それによって、応用素子が駆動されていようがなかろうが応用素子または駆動制御回路についての短絡状態、開路状態または漏電状態等を判断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の静電流検出装置を、主にＬＥＤに応用した実施例１の回路図である。
図１において、静電流検出装置は一つまたは複数の直列接続されたＬＥＤ１０を備え、陰極接点および陽極接点を備える。駆動制御回路はＮＭＯＳトランジスタ２０を備え、駆動制御回路の制御出力端（control output）はＮＭＯＳトランジスタ２０のドレイン極（drain）Ｄであり、制御信号はゲート極（gate）Ｇから入力される。正常な状態の下、固定電源はＬＥＤ１０の陽極接点と接続され、固定電圧ＶLEDを提供する。ＮＭＯＳトランジスタ20のソース極（source）Ｓは接地され、ドレイン極ＤはＬＥＤ１０の陽極接点と接続され、ＬＥＤの駆動およびその輝度制御を行う。
ドレイン極ＤとＰ型基板（P-type substrate）Ｐ‐ｓｕｂとは等価の逆方向（inverse）のダイオード構造を形成し、図２の等価回路に示す。コンパレータ（comparator）３０の正極は参考電位ＶCCと接続され、負極は駆動制御回路の制御出力端と接続される。コンパレータ３０はその正極電位と負極電位とを比較した後、信号ＶOUTを出力する。
【００１７】
ここで、各請求項での応用素子とは、一つまたは複数の直列接続されたＬＥＤ１０であり、第１の接点は前記一つまたは複数の直列接続されたＬＥＤの陽極接点であり、第２の接点は一つまたは複数の直列接続されたＬＥＤの陰極接点である。
また、本実施例での電位測定器はコンパレータ３０であり、正極が参考電位と接続され、負極が駆動制御回路の制御出力端と接続され、コンパレータの正極電位と負極電位とを比較することによって、前記応用素子が開路状態または短絡状態であるかどうかの判断を行うことができる。
参考電位ＶCCは駆動制御回路の電源であり、駆動制御回路はＮＭＯＳトランジスタ２０を備え、ドレイン極、ゲート極およびソース極を備え、ドレイン極は制御出力端である。
【００１８】
本発明は半導体がエネルギーバンドギャップ（energy band gap）を備える特性を利用し、ＬＥＤに関して述べると、その電圧、順方向の誘導電流（forward conduction current, ION）および順方向の誘導抵抗（forward conduction resistant, RON）の関係は、数式１のようになる。
【００１９】
（数式１）
ＲON＝△ＶLED÷△ＩON
【００２０】
この中で、ＲONは約１０ohmである。本発明はエネルギーバンドギャップを備える半導体が必ず有するバンドギャップ電位（band gap voltage）を利用したものである。
【００２１】
図３はエネルギーバンドギャップＶfとその他のパラメータとの関係を示す図である。これによると、仮にＬＥＤ１０の回路接続が正常な場合、図１の駆動制御回路の制御出力端の電位Ｖd（即ちコンパレータ３０の負極電位）は数式２のようになる。
【００２２】
（数式２）
Ｖd＝ＶLED−（ｎ×Ｖf＋（ＲON×ＩON））
【００２３】
この中で、ＶLEDは現在よく使用される工業規格に基づいて５Ｖとする。ｎは直列接続されたＬＥＤの数量である。Ｖｆは一つのＬＥＤのエネルギーバンドギャップである。ＩON＝０のとき、数式３のようになる。
【００２４】
（数式３）
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【００２５】
しかし、仮にＬＥＤ１０とＶLEDとの間が開路状態の場合、その電源ＶLEDは電圧を駆動制御回路に提供することができず、ＮＭＯＳトランジスタ２０のドレイン極電圧は微小な逆方向の電流によってＰ型基板に流れ、制御出力端の電位がほぼゼロになる。従って、制御出力端の電位が設定値（ＶLED−ｎ×Ｖf）より小さいとき、異常な開路状態であると判断できる。
【００２６】
また、ＬＥＤ１０が短絡状態のとき、駆動制御回路の制御出力端の電位は増加して（ＶLED−Ｖf）よりも大きくなる。
【００２７】
従って、本実施例において、
（１）仮に三つの赤色ＬＥＤを直列接続した場合、そのＶfは１.４Ｖであり、短絡参考電位は約３.６Ｖ（＝５−１.４）と設定できる。開路参考電位は約０.８Ｖ（＝５−３×１.４）と設定できる。
（２）仮に二つの青色ＬＥＤを直列接続した場合、そのＶfは２.３Ｖであり、短絡参考電位は約２.７Ｖ（＝５−２.３）と設定できる。開路参考電位は約０.４Ｖ（＝５−２×２.３）と設定できる。
（３）仮に二つの緑色ＬＥＤを直列接続した場合、そのＶfは１.７Ｖであり、短絡参考電位は約３.３Ｖ（＝５−１.７）と設定できる。開路参考電位は約１.６Ｖ（＝５−２×１.７）と設定できる。
（４）仮に上述の赤色、青色および緑色のＬＥＤがそれぞれチャンネル（channel）と直列接続される場合、開路参考電位は上述の参考電位の最小値よりもやや低い約０．３Ｖとすることができ、短絡参考電位は上述の参考電位の最大値よりもやや高い約３．７Ｖとすることができる。
前記の関係を図４に示すが、縦軸は検出電圧（Ｖ）で、赤色(紅)、青(藍)、緑の各設定値の関係を示し、点線は参考電位の境界範囲を示す。
【００２８】
上述のように、半導体のエネルギーギャップとＬＥＤとの電位関係式によって、駆動制御回路の制御出力端の電位を決定し、コンパレータの異なる参考電位と監視電位との比較を行い、符合すれば正常で符合しなければ異常である。本実施例の静電流検出装置はＬＥＤ１０を点灯させる必要がなく、コンパレータ３０の出力信号ＶOUTによってＬＥＤの状態を判断できる。
【００２９】
図５は、本発明の静電流検出装置のＬＥＤに応用されるもう一つの実施例２の回路図である。図５が図１に示す実施例と異なる点は、コンパレータ３０の負極が駆動制御回路の制御出力端と接続される以外に、抵抗４０を経由して参考電源と接続される点である。
参考電源は、ＮＭＯＳトランジスタ２０の電源ＶCCである。コンパレータ３０の正極電位と負極電位とを比較することによって、駆動制御回路が漏電状態であるかどうかの判断をすることができる。
本実施例での電位測定器は、コンパレータ３０および抵抗４０を備え、正極が参考電位と接続され、負極が前記駆動制御回路の制御出力端と接続され、抵抗４０は、その一端が参考電位Vccと接続され、他端がコンパレータ３０の負極と接続され、コンパレータ３０の正極電位と負極電位とを比較することによって、ＬＥＤ１０の駆動制御回路が漏電状態であるかどうかの判断を行うことができる。
下記の数式において、Ｒは抵抗４０の抵抗値であり、Ｉは抵抗４０を流れる電流である。（ＶCC−Ｒ×１）電位が（ＶLED−ｎ×Ｖf）より大きいとき、コンパレータ３０の負極電位ＶIN-は数式４のようになる。
【００３０】
（数式４）
ＶIN-＝ＶCC−（Ｒ×Ｉ）
【００３１】
コンパレータ３０の正極電位ＶIN+は数式５のようになる。
（数式５）
ＶIN+＝ＶCC
【００３２】
従って、本実施例において、
１．ＮＭＯＳトランジスタ２０が正常なとき、ドレイン極およびＰ型基板の漏電流は非常に僅か（約<１μＡ）であり、無視でき、即ち
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である。従って、コンパレータ３０の出力ＶOUTは「０」である。または、
２．ＮＭＯＳトランジスタ２０のドレイン極およびＰ型基板に僅かに漏電流が存在するとき（約>１０μＡ）、即ちＶIN-＝ＶCC−（Ｒ１×Ｉ）、（ＶIN+−ＶIN-）＞０である。従ってコンパレータ３０の出力ＶOUTは「Ｈｉｇｈ」である。
【００３３】
同様に、本実施例の静電流検出装置は、抵抗４０を設けることで、コンパレータが制御出力端の電圧を測定し、参考電位との比較を行うことによって、ＬＥＤを点灯させることなく、駆動制御回路が漏電状態であるかどうかの判断をすることができる。
【００３４】
本発明の実施例においては、コンパレータによって駆動制御回路の制御出力端の電位を測定するが、その他の部材を使用することもでき、電位検出という目的を達成できればよい。
【００３５】
また、本発明の各実施例は応用素子が導通状態のときも導通状態でないときも使用できる。使用者または観察者に影響を与えない状況の下、必要なとき、半導体素子にやや大きい導通電流で、一般に約２００μＡ未満である導通電流を提供することができる。
すなわち、ＬＥＤ１０等の応用素子またはそのＮＭＯＳトランジスタ２０からなる駆動制御回路の状態の判断に使用される静電流検出方法は、駆動制御回路がドレイン極Ｄの制御出力端の電位を測定するステップを含み、ドレイン極Ｄの制御出力端は正常な状態の基では、一接点と接続されることによってＬＥＤ(応用素子)１０を駆動し、応用素子が駆動されていようがなかろうが、応用素子または前記駆動制御回路が短絡状態、開路状態または漏電状態であるかないかを検出することができる。
【００３６】
なお、本発明の特徴を損なうものでなければ、前記実施例に限定されないことは勿論である。例えば、本発明の実施例では応用素子をＬＥＤとしているが、漏電検出は駆動制御回路が駆動する如何なる素子にも適用され、短絡検出および開路検出は全てのエネルギーバンドギャップを備える材料から製造された素子に適用させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の静電流検出装置の実施例１を示す回路図である。
【図２】駆動制御回路におけるドレイン極とそのＰ型基板とが逆方向のダイオード構造を形成することを示す等価回路図である。
【図３】半導体素子の抵抗、電流および電圧の関係を示すグラフである。
【図４】参考電位設定値の関係を示す図である。
【図５】本発明の静電流検出装置のもう一つの実施例２を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  ＬＥＤ(応用素子)
２０  ＮＭＯＳトランジスタ(駆動制御回路)
３０  コンパレータ（電位測定器)
４０  抵抗
【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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