(57)【要約】【課題】    コネクタ不良、ウィスカ、異物落下、誤接続などによる短絡によって生じる異常状態を検出して、確実に異常電流を遮断すること。【解決手段】  ＰＷＭ信号に基づいてオン／オフする第１のスイッチング素子を発光部と直列に接続する。第１のスイッチング素子は、第２のスイッチング素子がオンしたときに、ＰＷＭ信号に関わらずオフするようにする。第２のスイッチング素子は、充電回路の充電動作により生じた電圧が所定の電圧値以上になったときにオンするようにする。充電回路は、第１のスイッチング素子の入出力間の電圧が降下したときに充電した電荷を放電するようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１個又は複数個の発光素子を直列に接続した発光部をＰＷＭ信号に基づいて調光する発光素子駆動装置であって、
前記発光部と直列に接続され、前記ＰＷＭ信号に基づいてオン／オフする第１のスイッチング素子と、
充電回路と当該充電回路の充電動作により生じた電圧が所定の電圧値以上になったときにオンする第２のスイッチング素子からなる保護回路とを備え、
前記充電回路は、前記第１のスイッチング素子の入出力間の電圧が降下したときに前記第１のスイッチング素子を介して放電が行われるように構成され、
前記第１のスイッチング素子は、前記第２のスイッチング素子がオンしたときに、前記ＰＷＭ信号に関わらずオフするように構成されていることを特徴とする発光素子駆動装置。
【請求項２】
前記発光部に電源を供給する電源回路の出力電圧を検出する回路と、前記第１のスイッチング素子を流れる電流に基づいて変化する電圧値を前記電源回路に与える回路からなる検出回路とを更に備え、
前記電源回路は、前記検出回路から与えられる電圧値に基づいて出力電圧を制御し、
前記検出回路は、前記電源回路の出力電圧が所定の電圧値を超えたときに、前記電源回路に与える電圧値を前記第１のスイッチング素子を流れる電流に関わらずに上昇させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子駆動装置。
【請求項３】
前記充電回路は、抵抗素子及び容量素子からなり、当該抵抗素子及び容量素子からなる回路の時定数が前記ＰＷＭ信号の周波数の周期以上となるように設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子駆動装置。
【請求項４】
前記検出回路が前記電源回路に与える電圧値を前記第１のスイッチング素子を流れる電流に関わらずに上昇させたときに、警報信号を出力する警報回路を更に備えたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の発光素子駆動装置。
【請求項５】
１個又は複数個の発光素子を直列に接続した発光部をＰＷＭ信号に基づいて調光する発光素子駆動装置であって、
前記発光部と直列に接続され、前記ＰＷＭ信号に基づいてオン／オフするスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の入出力間の電圧が所定の電圧値以上の電圧値を維持している期間を計測し、当該期間の長さが所定値以上になったときにオフ信号を前記スイッチング素子に与える保護回路とを備え、
前記スイッチング素子は、前記オフ信号を与えられたときに、前記ＰＷＭ信号に関わらずオフするように構成されていることを特徴とする発光素子駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子駆動装置に関し、特に、発光素子としてのＬＥＤの駆動における過電流を検知して、異常状態から回路を保護することが可能な発光素子駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、照明装置、液晶パネル等の表示装置に於けるバックライトにＬＥＤ等の発光素子が使用されている。発光素子（ＬＥＤ等）を駆動するための回路には、発光素子の故障に備えて保護回路が備えられている。例えば、特許文献１には、電源と発光素子との間に接続された過電流検出用抵抗器における電圧降下に基づいて、発光素子を流れる電流を検知し、その電流を制御する保護回路が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、ＬＥＤが短絡したときに流れる過電流を電流設定素子により抑制する保護回路が開示されている。この保護回路では、ＬＥＤが短絡したときに、ＬＥＤと直列に接続された電流設定素子が、電流増加を抑制し、電力損出を軽減する。特許文献２によれば、電流設定素子としてトランジスタを使用している。トランジスタのコレクタはＬＥＤに接続され、エミッタは抵抗を介して電源の接地側に接続され、ベースは演算増幅器の出力に接続されている。演算増幅器の一方の入力にはトランジスタのエミッタと抵抗の接続点が接続され、演算増幅器の他方の入力には基準電圧が接続されている。更に、ＬＥＤの短絡を検知する検出部が、ＬＥＤの短絡を検知したときに、演算増幅器に入力されている基準電圧を低下させる。したがって、ＬＥＤの短絡したときに演算増幅器が出力する電圧が低下し、トランジスタを流れる電流の増加が抑制される。これにより、電流設定素子であるトランジスタの電力損出を軽減することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３３１０１７号公報
【特許文献２】特開２００６−２２２３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の保護回路では、発光素子に流れる電流を制御するための回路が複雑であり、部品点数が増加する。
【０００６】
また、特許文献２の保護回路では、演算増幅器と回路電流を制御するための基準信号が必要になる。このため、部品点数が増え回路が複雑になるという問題がある。また、特許文献２には、ＰＷＭ調光を行う手段が開示されていない。もし、ＰＷＭ調光を行うためにＬＥＤと直列に接続されているトランジスタを外部信号によりオン／オフさせる場合、ＬＥＤの短絡による電流増加を検知する検出部は、応答性に優れていることが求められる。演算増幅器を含む検出部の応答性が悪い場合には、誤動作する可能性があるため動作特性が悪化し、保護性能が十分に発揮されない懸念がある。
【０００７】
そこで、本発明は、発光素子を直列に接続した発光部とスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴとの接続点に於ける電圧に基づいて動作するタイマー回路を設けて、タイマー回路によりＭＯＳＦＥＴのスイッチング動作を強制的に停止できるようにし、コネクタ不良、ウィスカ、異物落下などにより発光素子の両端間が短絡されたときの異常電流を遮断することが可能な発光素子駆動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】
【０００８】
上記目標達成のため、本発明の発光素子駆動装置は、１個又は複数個の発光素子を直列に接続した発光部をＰＷＭ信号に基づいて調光する発光素子駆動装置であって、前記発光部と直列に接続され、前記ＰＷＭ信号に基づいてオン／オフする第１のスイッチング素子と、充電回路と当該充電回路の充電動作により生じた電圧が所定の電圧値以上になったときにオンする第２のスイッチング素子からなる保護回路とを備え、前記充電回路は、前記第１のスイッチング素子の入出力間の電圧が降下したときに前記第１のスイッチング素子を介して放電が行われるように構成され、前記第１のスイッチング素子は、前記第２のスイッチング素子がオンしたときに、前記ＰＷＭ信号に関わらずオフするように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
ここで、第１のスイッチング素子がオフ(遮断領域)しているとき又は活性領域で動作しているときは、第１のスイッチング素子の入出力間(ドレイン、ソース間)の電圧が大きくなり、第１のスイッチング素子が飽和領域で動作しているときは、第１のスイッチング素子の入出力間(ドレイン、ソース間)の電圧が小さくなる。従って、充電回路の放電動作は、第１のスイッチング素子が飽和領域で動作しているときは行われるが、第１のスイッチング素子が非飽和領域(活性領域)で動作しているときは行われない。異常電流が流れることにより、第１のスイッチング素子が非飽和領域(活性領域)での動作に移行したときには、放電動作が正常に行われなくなり、充電動作により生じた電圧が所定の電圧値以上になる。このように充電回路を用いることにより、異常電流が流れたときに、第１のスイッチング素子を強制的にオフさせることができる。
【００１０】
また、本発明の発光素子駆動装置は、前記発光部に電源を供給する電源回路の出力電圧を検出する回路と、前記第１のスイッチング素子を流れる電流に基づいて変化する電圧値を前記電源回路に与える回路からなる検出回路とを更に備え、前記電源回路は、前記検出回路から与えられる電圧値に基づいて出力電圧を制御し、前記検出回路は、前記電源回路の出力電圧が所定の電圧値を超えたときに、前記電源回路に与える電圧値を前記第１のスイッチング素子を流れる電流に関わらずに上昇させるように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
検出回路は、電源回路の出力電圧が所定の電圧値を超えたときに、電源回路に与える電圧値を第１のスイッチング素子を流れる電流に関わらずに上昇させることにより、電源回路の出力電圧の上昇を抑制する。つまり、保護回路が第１のスイッチング素子を強制的にオフさせたときに電源回路の出力電圧が上昇しても、その電圧上昇は検出回路により抑制される。
【００１２】
また、本発明の発光素子駆動装置における前記充電回路は、抵抗素子及び容量素子からなり、当該抵抗素子及び容量素子からなる回路の時定数が前記ＰＷＭ信号の周波数の周期以上となるように設定されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の発光素子駆動装置は、前記検出回路が前記電源回路に与える電圧値を前記第１のスイッチング素子を流れる電流に関わらずに上昇させたときに、警報信号を出力する警報回路を更に備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の発光素子駆動装置は、１個又は複数個の発光素子を直列に接続した発光部をＰＷＭ信号に基づいて調光する発光素子駆動装置であって、前記発光部と直列に接続され、前記ＰＷＭ信号に基づいてオン／オフするスイッチング素子と、前記スイッチング素子の入出力間の電圧が所定の電圧値以上の電圧値を維持している期間を計測し、当該期間の長さが所定値以上になったときにオフ信号を前記スイッチング素子に与える保護回路とを備え、前記スイッチング素子は、前記オフ信号を与えられたときに、前記ＰＷＭ信号に関わらずオフするように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、発光部に電流を供給するコネクタの不良、ウィスカ、異物落下、誤接続などにより回路が短絡して、異常電流が流れた場合に、発光部の調光を行うＰＷＭ駆動に影響を受けることなしに、確実に異常状態を検出して、異常電流を遮断することが可能となる。
【００１６】
また、タイマー回路等の保護回路の部品点数が少ないため、回路のスペースを小さくすることができる。また、安価に回路を構成することができる。
【００１７】
また、複数個の発光素子を直列に接続した発光部列にそれぞれコンバータ、ＭＯＳＦＥＴ及びタイマー回路を持つように構成したことにより、発光部の列間に於けるＶＦ（順方向降下電圧）のばらつきに影響されることなく発光部を高効率に動作させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発光素子駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図２】発光素子駆動装置におけるコンバータの構成を示す図である。
【図３】発光素子駆動装置におけるタイマー回路の他の構成を示す図である。
【図４】発光素子駆動装置における検出回路の構成を示す図である。
【図５】発光素子駆動装置における警報回路の構成を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る発光素子駆動装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下図面を参照して、本発明による発光素子駆動装置を実施するための形態について説明する。本発明の発光素子駆動装置は、発光素子を直列に接続した発光部とスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴとの接続点の電圧に基づいて動作するタイマー回路を備える。タイマー回路は、コネクタ不良、ウィスカ、異物落下、誤接続などにより、発光素子を接続するコネクタの２端子間が短絡したときに、ＭＯＳＦＥＴのスイッチング動作を強制的に停止させ、ＭＯＳＦＥＴをオフ状態にする。タイマー回路がこのように動作することにより、確実に異常状態を検出して、異常電流を遮断することができる。
【００２０】
尚、発光素子駆動装置は、照明装置、液晶パネル等の表示装置に於けるバックライト等に使用されているＬＥＤ等の発光素子を駆動するためのものである。
【００２１】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る発光素子駆動装置の構成を示すブロック図、図２は、発光素子駆動装置におけるコンバータの構成を示す図、図３は、発光素子駆動装置におけるタイマー回路の他の構成を示す図、図４は、発光素子駆動装置における検出回路の構成を示す図、図５は、発光素子駆動装置における警報回路の構成を示す図である。
【００２２】
図１に示すように、発光素子駆動装置１は、コンバータ３と、フィルタ５と、スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ１０と、タイマー回路１４と、検出回路１７とを有している。尚、タイマー回路１４及び検出回路１７は、保護機能を有するものであり、発光素子駆動装置に於ける保護回路を形成している。発光素子駆動装置１は、図１に示すように、発光素子としてのＬＥＤ８ａが複数直列に接続された発光部８は、フィルタ５の出力端子に接続されているコネクタ６に接続される。コンバータ３は、電源Ｖｉｎからの入力電圧を、検出回路１７から与えられる電流検出信号に基づいて発光部８に供給する出力電圧に変換する。フィルタ５は、ンバータ３の出力とコネクタ６との間に接続され、コモンモードノイズを除去する。ＭＯＳＦＥＴ１０は、ＰＷＭ調光信号に基づいてスイッチング動作（オン／オフ）し、発光部８のＬＥＤ８ａを流れる電流を制御する。タイマー回路１４は、コネクタの２端子間の短絡等の異常状態を検出したときに、ＭＯＳＦＥＴ１０のスイッチング動作を強制的に停止させる。検出回路１７は、コンバータ３の出力電圧の異常(過電圧)を検出したときに、コンバータ３に与えている電流検出信号を調整して、コンバータ３の出力電圧を低下させる。尚、図１に示した例では、複数の発光素子駆動装置１が１つのローカル電源２５及び１つの警報回路１８を共用している。
【００２３】
図２に示すようにコンバータ３は、昇圧チョッパ方式の回路である。この回路は、入力電圧を平滑化する平滑化用のコンデンサ３ｄと、エネルギー蓄積用のコイル３ａと、整流素子であるダイオード３ｂと、スイッチング素子であるＦＥＴ３ｃと、出力電圧を平滑化する平滑化用のコンデンサ３ｅとで構成されている。コイル３ａの一方の端子は電源Ｖｉｎに接続され、コイル３ａの他方の端子はダイオード３ｂのアノードに接続されている。コイル３ａの電源Ｖｉｎに接続されている側の端子は、コンデンサ３ｄを介してグランド（接地）に接続されている。ダイオード３ｂのカソードは、コンデンサ３ｅを介してグランドに接続されている。ＦＥＴ３ｃのドレインはダイオード３ｂのアノードに接続され、ＦＥＴ３ｃのソースはグランドに接続されている。ＰＷＭコントローラ４は、ＦＥＴ３ｃのゲートに駆動信号を与える。
【００２４】
ＦＥＴ３ｃは、ＰＷＭコントローラ４から与えられる駆動信号により、オン／オフ(スイッチング動作）する。ＦＥＴ３ｃがオンしたときに、コイル３ａにエネルギーが蓄積され、ＦＥＴ３ｃがオフしたときに、コイル３ａに蓄積されたエネルギーが電源Ｖｉｎに重畳されて出力される。ここで、ＦＥＴ３ｃのスイッチング周波数は、例えば、１ＭＨｚ（メガヘルツ）程度である。このスイッチング動作の各周期におけるオン期間の比率であるデューティ比を調整することにより、出力電圧を制御することができる。ＰＷＭコントローラ４は、検出回路１７から与えられる電流検出信号に基づいて、ＦＥＴ３ｃに与える駆動信号のデューティ比を調整する。尚、ＰＷＭ調光信号に基づいてオン／オフするＭＯＳＦＥＴ１０がオフの期間、ＦＥＴ３ｃのスイッチング動作が停止するように回路が構成されている。
【００２５】
フィルタ５は、コネクタ６を介して外部から入ってくるノイズにより、タイマー回路１４及び検出回路１７からなる保護回路が誤動作することを防止するためのものである。フィルタ５は、コンバータ３のスイッチング素子であるＦＥＴ３ｃのスイッチング動作により発生する高周波のノイズの抑制に対しても有効である。尚、フィルタ５として、コモンモードフィルタが好適である。このように、コンバータ３の出力電圧は、フィルタ５を介して発光部８に供給される。
【００２６】
発光部８は、複数のＬＥＤ８ａが直列に接続されたものであり、コネクタ６を介して発光素子駆動装置１に接続されている。尚、発光部８を構成するＬＥＤ８ａは１個であってもよい。また、直列に接続された複数のＬＥＤ８ａ群を１列とし、１列からなる発光部８を発光素子駆動装置に接続するようにする。このように、発光素子駆動装置は、１列のＬＥＤからなる発光部８を制御するものであり、複数の発光部８を制御する場合には、発光部８毎に発光素子駆動装置を準備して接続する。
【００２７】
発光部８を流れる電流は、ＭＯＳＦＥＴ１０がオンしたときだけ流れる。ＭＯＳＦＥＴ１０がオフしたときは、発光部８に電流が流れない。ＭＯＳＦＥＴ１０のゲートには、検出回路１７を介してＰＷＭ調光信号が供給される。従って、ＰＷＭ調光信号に基づいたＭＯＳＦＥＴ１０のスイッチング動作（オン／オフ）により、発光部８に流れる電流が制御される。また、保護回路としてのタイマー回路１４からの信号により、ＭＯＳＦＥＴ１０のスイッチング動作を停止させ、発光部８に流す電流を遮断できるようになっている。
【００２８】
図１及び図４に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１０のソースには抵抗１２の一方の端子が接続され、抵抗１２の他方の端子はグランド（接地）に接続されている。そして、抵抗１２における電圧降下に基づいて発光部８を流れる電流を検出している。図４に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１０のソースと抵抗１２の接続部は、抵抗１７ｂを介してＰＷＭコントローラ４の電流検出信号用の入力端子に接続されている。更に、ＰＷＭコントローラ４の電流検出信号用の入力端子は、抵抗１７ｄを介して動作信号に接続され、抵抗１７ｃを介してトランジスタ１７ｅのコレクタに接続され、抵抗１７ｉを介してトランジスタ１７ｋのコレクタに接続されている。つまり、抵抗１７ｂ、抵抗１７ｃ、抵抗１７ｄ及び抵抗１７ｉが接続された接続部の電圧が、電流検出信号として、コンバータ３のＰＷＭコントローラ４に与えられる。
【００２９】
図１に示すように、タイマー回路１４（点線で囲まれた箇所）は、コンデンサ１４ａと抵抗１４ｂからなる積分回路（充電回路）と、スイッチング素子としてのトランジスタ１４ｄと、積分回路を構成するコンデンサ１４ａと抵抗１４ｂの接続部とトランジスタ１４ｄのベースとの間に接続された抵抗１４ｃと、積分回路を構成するコンデンサ１４ａと抵抗１４ｂの接続部とＭＯＳＦＥＴ１０のドレインとの間に接続されたダイオード１４ｅとからなる。ダイオード１４ｅは、アノードがコンデンサ１４ａと抵抗１４ｂの接続部に接続され、カソードがＭＯＳＦＥＴ１０のドレインに接続されている。また、コンデンサ１４ａと抵抗１４ｂからなる積分回路には、ローカル電源２５から与えられる電源である動作信号が供給されている。ローカル電源２５は、リモート信号に基づいて起動又は停止する。ＰＷＭ調光信号に基づいてＭＯＳＦＥＴ１０がオフすることにより、ＭＯＳＦＥＴ１０のドレインの電圧が上昇して、ダイオード１４ｅがオフしたとき、動作信号によりコンデンサ１４ａが充電される。また、ＰＷＭ調光信号に基づいてＭＯＳＦＥＴ１０がオンすることにより、ＭＯＳＦＥＴ１０のドレインの電圧が降下して、コンデンサ１４ａに充電された電荷がダイオード１４ｅを介して放電される。これにより、タイマー回路１４は、初期化される。定常状態では、ＭＯＳＦＥＴ１０がオフの期間、コンデンサ１４ａと抵抗１４ｃの接続部の電圧が上昇するが、その電圧によりトランジスタ１４ｄがオンする前に、ＭＯＳＦＥＴ１０がＰＷＭ調光信号によってオンする。つまり、トランジスタ１４ｄがオンする前に、コンデンサ１４ａと抵抗１４ｃの接続部の電圧変化は上昇から降下に移行するので、トランジスタ１４ｄはオフ状態を維持する。このように動作させるため、タイマー回路１４に於ける積分回路の時定数は、ＰＷＭ調光信号の周波数の周期以上となるように設定されている。一方、コネクタの２端子間の短絡等によりＭＯＳＦＥＴ１０に過電流が流れると、ＭＯＳＦＥＴ１０は飽和領域での動作から非飽和領域(活性領域)での動作に移行する。ＭＯＳＦＥＴ１０が非飽和領域での動作に移行すると、ＭＯＳＦＥＴ１０のドレイン・ソース間の電圧が上昇するため、ＭＯＳＦＥＴ１０がオンの期間にコンデンサ１４ａに充電された電荷が定常状態のときのように放電されない。そのため、コンデンサ１４ａの充電により生じる電圧の上昇が進行し、その電圧によりトランジスタ１４ｄがオンする。トランジスタ１４ｄがオンすると、ＭＯＳＦＥＴ１０のゲートの電圧が降下するため、ＭＯＳＦＥＴ１０は、強制的にオフ状態となり、スイッチング動作を停止する。
【００３０】
また、発光素子駆動装置１におけるタイマー回路１４は、図１に示すタイマー回路以外の構成も可能である。図３（ａ）に示すように、図１に示すタイマー回路１４のトランジスタ１４ｄのベースとグランドとの間に抵抗１４ｆを接続するようにしてもよい。また、図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）に示すタイマー回路１４のトランジスタ１４ｄのベースに接続されている抵抗１４ｃに代えて、ツェナーダイオード１４ｇを用いることも可能である。ここでは、ツェナーダイオード１４ｇのアノードはトランジスタ１４ｄのベースに接続され、ツェナーダイオード１４ｇのカソードはコンデンサ１４ａに接続される。
【００３１】
図４に示すように、検出回路１７は、コンバータ３から出力されている電圧と基準電圧Ｖ１とをコンパレータ１７ａで比較して、コンバータ３の出力電圧が基準電圧Ｖ１を超えたときに、警報信号を発するものである。また、コンパレータ１７ａの出力端子は、抵抗１７ｈを介してランジスタ１７ｅのベースに接続されている。また、検出回路１７には、ＰＷＭ調光信号が入力されている。ＰＷＭ調光信号は、ダイオード１７ｆのカソード側及びトランジスタ１７ｋのベースに入力されている。ダイオード１７ｆのアノードは、ダイオード１７ｇのアノードに接続されている。そして、ダイオード１７ｆのアノードとダイオード１７ｇのアノードとの接続部は、プルアップされている。コンパレータ１７ａの出力端子は、ダイオード１７ｇのカソードに接続されている。従って、ＰＷＭ調光信号とコンパレータ１７ａの出力のうち少なくとも一方がローレベル（≒グランド電位）になったときに、ダイオード１７ｆのアノードとダイオード１７ｇのアノードとの接続部は、ローレベルになる。そして、ダイオード１７ｆのアノードとダイオード１７ｇのアノードとの接続部の電圧は、ＰＷＭ調光信号としてＭＯＳＦＥＴ１０のゲートに与えられている。尚、ＰＷＭ調光信号は、例えば、周波数２００Ｈｚのパルス状の波形である。
【００３２】
コンバータ３の出力電圧が基準電圧Ｖ１未満のときには、コンパレータ１７ａの出力はハイインピーダンスになる。従って、ダイオード１７ｆのアノードとダイオード１７ｇのアノードとの接続部の電圧は、ＰＷＭ調光信号に従ってローレベル又はハイレベルになる。また、コンパレータ１７ａの出力がハイインピーダンスのとき、トランジスタ１７ｅはオフする。コンバータ３からの出力電圧が基準電圧Ｖ１以上のときには、コンパレータ１７ａの出力はローレベルになる。また、コンパレータ１７ａの出力がローレベルになると、トランジスタ１７ｅがオンし、トランジスタ１７ｅのコレクタ電流が抵抗１７ｃ、抵抗１７ｂ、抵抗１２という経路で流れる。このコレクタ電流により、電流検出信号としてＰＷＭコントローラ４に与えられる電圧が上昇する。このため、ＰＷＭコントローラ４がＦＥＴ３ｃに与える駆動信号のデューティ比が小さくなる。尚、コンパレータ１７ａの出力は、ダイオード１７ｊを介して警報回路１８に入力される。
【００３３】
また、トランジスタ１７ｋのコレクタが抵抗１７ｉを介してＰＷＭコントローラ４の電流検出信号用の入力端子に接続されている。そして、トランジスタ１７ｋのベースにはＰＷＭ調光信号が入力されているので、ＰＷＭ調光信号がローレベルのときにトランジスタ１７ｋがオンする。トランジスタ１７ｋがオンしたときに、トランジスタ１７ｋのコレクタ電流が抵抗１７ｉ、抵抗１７ｂ、抵抗１２という経路で流れる。このコレクタ電流により、電流検出信号としてＰＷＭコントローラ４に与えられる電圧が上昇する。そして、電流検出信号としてＰＷＭコントローラ４に与えられる電圧の上昇により、ＦＥＴ３ｃに与えられる駆動信号のデューティ比が０になるように設定されている。従って、ＰＷＭ調光信号がローレベルのとき、ＦＥＴ３ｃはスイッチング動作を停止する。
【００３４】
警報回路１８は、検出回路１７からの信号により外部に警報信号を出力するものである。図５に示すように、警報回路１８には、検出回路１７を構成するコンパレータ１７ａの出力がダイオード１７ｊを介して入力される。また、警報回路１８は、コンパレータ１７ａの出力に基づいてトランジスタ１８ａがオン／オフし、オープンコレクターの出力形式により警報信号を出力する。警報回路１８は、リモート信号及びローカル電源２５から出力される動作信号によって、動作可能となる。外部に設けられたローカル電源２５は、リモート信号により起動及び停止が制御される。トランジスタ１８ａのベースは、抵抗１８ｆを介して抵抗１８ｃとコンデンサ１８ｄの接続部に接続されている。従って、コンデンサ１８ｄが充電されていれば、トランジスタ１８ａはオンしている。一方、コンパレータ１７ａの出力がローレベルになったときは、ダイオード１７ｊを介してコンデンサ１８ｄに充電された電荷が放電されるため、トランジスタ１８ａはオフする。また、起動時に、リモート信号に対するローカル電源２５の応答が遅れるため、リモート信号をコンデンサ１８ｂを介して入力し、動作信号が入力されるまでの間、警報回路１８のトランジスタ１８ａがオン状態を維持するようにしている。尚、ローカル電源２５は、発光素子駆動装置に設けるようにしてもよい。
【００３５】
また、図１に示すように、他の発光体８（四角形で示す）を接続した発光素子駆動装置１も同様の構成となっている。尚、共用する電源Ｖｉｎから各発光素子駆動装置のコンバータに電源が供給される。発光部の調光を行うＰＷＭ調光信号は、共用の入力信号であり、各発光素子駆動装置の検出回路に入力される。また、各発光素子駆動装置のコンパレータ１７ａの出力（ダイオード１７ｊを介して出力）は互いに接続されて、１つの警報回路１８に入力される。従って、各発光素子駆動装置のコンパレータ１７ａの出力のうち少なくとも１つがローレベルになったときに、警報回路１８のトランジスタ１８ａがオフする。このように、発光素子駆動装置は、１列からなる発光部８を制御するものであり、各発光部８毎に発光素子駆動装置が設けられる。
【００３６】
次に、上記構成からなる発光素子駆動装置の動作について、図１乃至図５を用いて説明する。図１に示すように、発光素子駆動装置１には、電源Ｖｉｎから電力が供給されて、コンバータ３に入力されている。調光を行うＰＷＭ調光信号は、外部から検出回路１７に入力され、更に、検出回路１７を介してＭＯＳＦＥＴ１０のゲートに与えられる。また、リモート信号によりローカル電源２５が起動し、ローカル電源２５から出力される動作信号がタイマー回路１４、検出回路１７及び警報回路１８に供給される。定常状態では、検出回路１７に入力されるＰＷＭ調光信号がハイレベルになると、ＭＯＳＦＥＴ１０がオンし、発光部８に電流が流れる。また、ＰＷＭ調光信号がローレベルになると、ＭＯＳＦＥＴ１０がオフし、発光部８に電流は流れない。定常状態において、ＰＷＭ調光信号がハイレベルの時には、ＭＯＳＦＥＴ１０が飽和状態でオンし、電流検出信号が検出回路１７を介してコンバータ３のＰＷＭコントローラ４に入力される。ＰＷＭコントローラは、発光素子に流れる電流が一定となるようにコンバータ３の出力を制御する。一方、ＰＷＭ調光信号がローレベルのときには、トランジスタ１７ｋがオンして電流検出信号としてＰＷＭコントローラ４に与えられる電圧を上昇させることにより、コンバータ３のＦＥＴ３ｃのスイッチング動作を停止させる。
【００３７】
また、ＰＷＭ調光信号に基づいてＭＯＳＦＥＴ１０がオンしている状態では、ＭＯＳＦＥＴ１０のドレイン電圧が低下し、タイマー回路１４を構成しているコンデンサ１４ａの電荷はダイオード１４ｅを介して放電されて、タイマー回路１４を構成しているトランジスタ１４ｄはオフ状態を維持する。これによりタイマー回路１４は初期化される。また、ＭＯＳＦＥＴ１０がオンの状態でドレイン電圧が低下しているときには、タイマー回路１４は動作しないようになっている。また、ＰＷＭ調光信号に基づいてＭＯＳＦＥＴ１０がオフしている状態では、タイマー回路１４のコンデンサ１４ａが積分回路の時定数により充電されていくが、ＰＷＭ調光信号の周波数で決められた時間毎にＭＯＳＦＥＴ１０がオンするため、タイマー回路１４のコンデンサ１４ａに充電された電荷はダイオード１４ｅを介して一定の周期で放電され、トランジスタ１４ｄがオンするベースエミッタ電圧Ｖｂｅに到達せず、タイマー回路１４はオフしたままである。このように、タイマー回路１４は、ＰＷＭ調光信号に基づいてコンデンサ１４ａへの充電、放電を繰り返す。尚、タイマー回路１４の時定数は、ＰＷＭ調光信号の周波数の周期以上となるように設定されている。
【００３８】
このように、ＰＷＭ調光信号に基づいてＭＯＳＦＥＴ１０をオン／オフさせることにより、発光部８を調光することができる。
【００３９】
次に、発光部に電流を流すラインに異常電流が流れた場合に於けるタイマー回路による異常電流の検出及びＭＯＳＦＥＴのスイッチング動作の停止について図１乃至図５を用いて説明する。
【００４０】
異常電流は、発光部８に電流を供給するコネクタ５の不良による短絡、ウィスカによる隣接する端子の短絡、導電性の異物落下、誤接続などによる短絡が原因で発生する。例えば、発光部８に電流を供給するコネクタ６の不良による短絡が発生した場合には、フィルタ５の端子間で短絡接続されて、発光部８に電流が流れず、コンバータ３からの電流が発光部８を介することなしに直接ＭＯＳＦＥＴ１０に流れてしまう。このような場合、ＭＯＳＦＥＴ１０のドレイン−ソース間に通常の数倍もの電流が流れるため、ＭＯＳＦＥＴ１０は飽和領域での動作から非飽和領域での動作に移行し、ドレイン−ソース間の電圧が上昇していく。このとき、タイマー回路１４は、定常状態のときには、コンデンサ１４ａの放電が行われるが、異常電流により、ＭＯＳＦＥＴ１０のドレイン電圧が上昇してコンデンサ１４ａの放電が阻止される。このため、タイマー回路１４を構成しているコンデンサ１４ａに電荷が充電されていき、設定された時定数以上この状態が続くとトランジスタ１４ｄのベースエミッタ電圧Ｖｂｅがオン電圧（０．６から０．７Ｖ）に到達して、トランジスタ１４ｄがオンする。トランジスタ１４ｄがオンすることによりＭＯＳＦＥＴ１０のゲートがローレベルになるため、ＭＯＳＦＥＴ１０はスイッチング動作を停止し、オフ状態となる。ＭＯＳＦＥＴ１０がオフすることにより、短絡による異常電流が遮断される。また、ＭＯＳＦＥＴ１０がオフ状態になるため、ＭＯＳＦＥＴ１０の電力損失による発熱も防止される。
【００４１】
また、タイマー回路１４により、ＭＯＳＦＥＴ１０が強制的にオフされると、電流検出信号の電圧値が低下するため、コンバータ３の出力電圧が上昇する。検出回路１７のコンパレータ１７ａは、コンバータ３の出力電圧が上昇して基準電圧を超えると、ローレベルの信号を出力する。コンパレータ１７ａの出力がローレベルになると、コンパレータの出力に抵抗１７ｈを介してベースが接続されたトランジスタ１７ｅがオンし、このトランジスタ１７ｅのコレクタから抵抗１７ｂ、１７ｃを介して抵抗１２へ電流が流れる。この電流によりコンバータ３のＰＷＭコントローラ４に入力される電流検出信号の電圧値が上昇するため、コンバータ３の出力電圧の上昇が抑制される。
【００４２】
また、コンパレータの出力がローレベルになると、ＭＯＳＦＥＴ１０のゲート電圧が、ＰＷＭ調光信号の変化に関わらずにローレベルになり、ＭＯＳＦＥＴ１０はオフ状態となる。また、コンパレータの出力がローレベルになることにより、警報回路１８にローレベルの信号が出力されて、警報信号が外部に出力される。
【００４３】
このように、ＭＯＳＦＥＴのドレインに於ける電圧により起動、リセットするタイマー回路によりＭＯＳＦＥＴを遮断可能に構成されているため、コネクタ不良、ウィスカ、異物落下、誤接続などによる短絡によって生じるＭＯＳＦＥＴのドレインに於ける電圧の変化をタイマー回路で検知して、ＭＯＳＦＥＴを遮断することにより、確実に異常状態を検出して、異常電流を遮断することが可能となる。
【００４４】
一方、接続不良、断線等により、コンバータ３の出力とＭＯＳＦＥＴ１０のドレインとの間が開放（オープン）状態になったときには、ＭＯＳＦＥＴ１０がオンしても発光部８を介した電流がＭＯＳＦＥＴ１０には流れない。つまり、コンバータ３の出力とＭＯＳＦＥＴ１０のドレインとの間が開放（オープン）状態になったときには、コンデンサ１４ａの放電電流だけがＭＯＳＦＥＴ１０を流れる。従って、電流検出信号の電圧値が降下し、その結果、コンバータ３の出力電圧が上昇する。そして、コンバータ３の出力電圧が基準電圧を超えると、検出回路１７において、コンパレータ１７ａの出力がローレベルになり、トランジスタ１７ｅがオンする。そして、トランジスタ１７ｅがオンすることにより、電流検出信号の電圧値が上昇するため、コンバータ３の出力電圧の上昇が抑制される。
【００４５】
［第２実施形態］
以下に、本発明の発光素子駆動装置の第２実施形態について図６を用いて説明する。
図６は、本発明の第２実施形態に係る発光素子駆動装置の構成を示すブロック図であり、図１の検出回路、タイマー回路に代えてマイクロコンピュータを用いた発光素子駆動装置のブロック図である。尚、図１と同一のものに関しては、同一の符号を用い、構成に関する詳細な説明は省略する。図６に示すように、発光素子駆動装置２は、入力電圧を所定の電圧に変換して出力するコンバータ３と、電流供給線に挿入されているフィルタ５と、複数のＬＥＤが直列に接続された発光部８と、電流の通電、遮断を行うＭＯＳＦＥＴ１０と、電流検出用の抵抗１２と、コンバータ出力電圧検出部２２と、マイクロコンピュータ２０とを有している。
【００４６】
図６に示すコンバータ出力電圧検出部２２は、コンバータ３の出力電圧を抵抗２０ａ、２０ｂで分圧し、抵抗２０ａと抵抗２０ｂの接続点に於ける電圧を検出するものである。また、図６に示すマイクロコンピュータ２０は、プログラムを内蔵したメモリ（図示せず）と、ＣＰＵ２０ｃと、複数の入力から選択された信号を出力するマルチプレクサ２０ａと、マルチプレクサ２０ａから入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換してＣＰＵ２０ｃに出力するＡＤコンバータ２０ｂと、入出力ポート２０ｄを有している。尚、図６に示すマルチプレクサ２０ａは、入力用としてＡポートとＢポートを備えている。
【００４７】
マイクロコンピュータ２０のマルチプレクサ２０ａのＡポートにはＭＯＳＦＥＴ１０のドレインの電圧が、Ｂポートにはコンバータ出力電圧検出部２２からの電圧が入力される。マルチプレクサ２０ａは、Ａポートに入力されているＭＯＳＦＥＴ１０のドレインの電圧又はＢポートに入力されているコンバータ出力電圧検出部２２からの電圧を選択的に出力し、ＡＤコンバータ２０ｂは所定のサンプリング周期でサンプリングされた双方の電圧値を、デジタル信号によりＣＰＵ２０ｃに与える。
【００４８】
マイクロコンピュータ２０によるタイマー動作においては、所定のサンプリング周期でＭＯＳＦＥＴ１０のドレインに於ける電圧をサンプリングする。そして、サンプリングしたＭＯＳＦＥＴ１０のドレインの電圧が、前もって設定した第１の基準電圧値以上ときには、ＣＰＵ２０ｃがカウンターのカウント値をカウントアップし、第１の基準電圧値未満のときには、ＣＰＵ２０ｃがカウンターのカウント値をリセットする。ＣＰＵ２０ｃは、カウンターのカウント値が前もって設定した基準カウント値に達したときに、入出力ポート２０ｄからローレベルのタイマー出力信号を出力する。ローレベルのタイマー出力信号により、ＭＯＳＦＥＴ１０のゲートがローレベルとなりＭＯＳＦＥＴ１０がオフ状態となる。尚、ＭＯＳＦＥＴ１０のゲートは、プルアップされている。そして、ＰＷＭ調光信号がローレベルのとき、又は、タイマー出力信号がローレベルのとき、ＭＯＳＦＥＴ１０のゲートがローレベルになり、ＭＯＳＦＥＴ１０はオフ状態になる。
【００４９】
一方、マイクロコンピュータ２０によるコンバータ３の出力電圧のチェックでは、所定のサンプリング周期でコンバータ出力電圧検出部２２の検出電圧をサンプリングする。サンプリングした検出電圧が前もって設定した第２の基準電圧値以上のときに、ＣＰＵ２０ｃは、入出力ポート２０ｄからハイレベルの異常電圧検出信号を出力する。異常電圧検出信号がハイレベルになることにより、コンバータ３のＰＷＭコントローラ４に入力される電流検出信号の電圧値が上昇するため、コンバータ３の出力電圧の上昇が抑制される。また、ＣＰＵ２０ｃは、入出力ポート２０ｄから異常電圧検出信号がハイレベルになったことを通知する信号を外部の警報回路に出力する。また、ＰＷＭ調光信号がローレベルのときも、入出力ポート２０ｄからハイレベルの信号を出力することにより電流検出信号の電圧値を上昇させてコンバータ３のスイッチング動作を停止させる。
【００５０】
以上述べたように、本発明によれば、発光部に電流を供給するコネクタの不良、ウィスカ、異物落下、誤接続などにより回路が短絡して、異常電流が流れた場合に、発光部の調光を行うＰＷＭ調光動作の影響を受けることなしに、確実に異常状態を検出して、異常電流を遮断することが可能となる。
【００５１】
また、本発明によれば、電源と発光素子に電流を流す駆動装置との間に、発光素子に流れる過電流を検出ための過電流検出用抵抗が不要であるため、過電流検出用抵抗によるロスがなく、効率がよい。
【００５２】
また、タイマー回路等の保護回路の部品点数が少ないため、回路のスペースを小さくすることができる。また、安価に回路を構成することができる。
【００５３】
また、複数個の発光素子を直列に接続した発光部毎にそれぞれコンバータ、ＭＯＳＦＥＴ及びタイマー回路を持つように構成したことにより、発光部の列間に於けるＶＦ（順方向降下電圧）のばらつきに影響されることなく発光部を高効率に動作させることが可能となる。
【００５４】
この発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５５】
１、２    発光素子駆動装置
３        コンバータ
３ａ      コイル
３ｂ      ダイオード
３ｃ      ＦＥＴ
３ｄ、３ｅ    コンデンサ
４        ＰＷＭコントローラ
５        フィルタ（コモンモードフィルタ）
６        コネクタ
８        発光部
８ａ      ＬＥＤ
１０      ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）
１２      抵抗
１４      タイマー回路
１４ａ    コンデンサ
１４ｂ、１４ｃ、１４ｆ  抵抗
１４ｄ    トランジスタ
１４ｅ    ダイオード
１７      検出回路
１７ａ    コンパレータ
１７ｂ、１７ｃ    抵抗
１７ｅ    トランジスタ
１７ｆ、１７ｇ    ダイオード
１８      警報回路
１８ａ    トランジスタ
１８ｂ    コンデンサ
２０      マイクロコンピュータ
２０ａ    マルチプレクサ
２０ｂ    ＡＤコンバータ
２０Ｃ    ＣＰＵ
２０ｄ    入出力ポート
２２      コンバータ出力電圧検出部
２２ａ、２２ｂ    抵抗
２５      ローカル電源
【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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