JP2007188692A - Ｌｅｄランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオード集合体で短絡故障が生じた際に過電流を速やかに抑制し、ひいては発光ダイオードの保護を図ることのできるＬＥＤランプ装置を提供する。
【解決手段】光源としてのＬＥＤユニット１０はＬＥＤを複数個直列に接続して構成されており、ＬＥＤユニット１０はＤＣＤＣコンバータ２０より電力が供給される。また、抵抗３０によりＬＥＤユニット１０の通電電流が検出される。そして、通電電流の検出値に基づき、ＤＣＤＣコンバータ２０の出力電圧が可変設定されるようになっている。ここで、通電電流の検出値と予め定めた過電流判定値とを比較するオペアンプ３１と、ＬＥＤユニット１０に対して直列に設けた電流調整素子としてのトランジスタ４０とをさらに備え、通電電流が過電流判定値以上の場合に、通電電流の調整を行うように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用ヘッドランプなどに利用されるＬＥＤランプ装置に関する。

近年、車両用ヘッドランプやフォグランプの光源として発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）を用いたものが実用化されている。例えば、特許文献１のＬＥＤヘッドランプ装置では、ＬＥＤユニットとして複数個のＬＥＤを直列に接続し、そのＬＥＤユニットに昇圧回路を用いて電源電圧を昇圧した電圧を印加している。ここで、昇圧回路はコイルとトランジスタを用いたチョッパ回路であり、ＬＥＤを定電流駆動させるべく、トランジスタのスイッチング態様が可変設定される。

ところで、長期にわたる使用などにより、ＬＥＤユニットのうちの一部のＬＥＤで短絡故障が生じる場合がある。この場合、一部のＬＥＤの短絡に伴いＬＥＤユニットの通電電流が瞬時に増加し、過電流が流れる状態となる。かかる状態下に特許文献１のＬＥＤヘッドランプ装置では、昇圧回路においてトランジスタのスイッチング態様を変更し、過電流を抑制するようにしている。

しかしながら、昇圧回路におけるトランジスタのスイッチング態様を変更する場合、そのスイッチング態様の変更から実際に通電電流が減少するまでには時間的な遅れが生じる。このため、過電流に起因して他の正常なＬＥＤで二次故障が生じるおそれがあった。特に、車両用ＬＥＤランプ装置では、使用温度や通電電流量などの使用条件が過酷な場合が多く、過電流に起因する二次故障が生じ易い。このため、過電流を速やかに抑制する技術が望まれている。
特開２００４−５１０１４号公報

本発明の目的は、発光ダイオード集合体で短絡故障が生じた際に過電流を速やかに抑制し、ひいては発光ダイオードの保護を図ることのできるＬＥＤランプ装置を提供することである。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について説明する。

請求項１に記載の発明では、発光ダイオード集合体の通電電流を検出する電流検出器を設けるとともに、電流調整素子を発光ダイオード集合体に直列に接続した。そして、通電電流の検出値に基づき、電流調整素子による通電電流の調整を行わせるように構成した。

本発明のＬＥＤランプ装置では、発光ダイオードを複数個直列に接続した発光ダイオード集合体が光源として用いられる。発光ダイオード集合体には、スイッチング素子をスイッチング操作することにより電源電圧を昇圧する昇圧回路から電力が供給される。

さて、長期にわたる使用などにより発光ダイオード集合体のうちの一部の発光ダイオードに短絡故障が生じる場合がある。この場合、発光ダイオード集合体の通電電流が瞬時に増加して過電流が流れ、他の正常な発光ダイオードで二次故障が生じるおそれがあった。

この点、本発明によれば、一部の発光ダイオードで短絡故障に伴う電流増加時には、発光ダイオード集合体に直列に接続された電流調整素子により、直ちに電流調整が行われる。これにより、過電流が速やかに抑制され、ひいては発光ダイオードの保護が図られる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、検出した電流値が予め定めた過電流判定値以上となった場合に、電流調整素子による通電電流の調整を行わせるように構成した。

上記構成によれば、望み通りの通電電流が流れている場合には電流調整素子による電流調整が行われない。そして、一部の発光ダイオードで短絡故障が生じて電流が増加し、その電流値が過電流判定値以上になった場合に、通電電流の調整が行われて過電流が抑制される。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、検出される電流値が予め定めた基準電流値に一致するようにスイッチング素子のスイッチング操作態様を可変設定する構成とし、過電流判定値を基準電流値よりも大きい値として定めたことを特徴とする。

発光ダイオード集合体に直列に接続された電流調整素子は、自身が電力を消費することによって通電電流の調整を行う。このため、昇圧回路より供給された電力の一部は無駄に消費される。また、電流調整素子は電力消費に伴う発熱により、性能低下を招くおそれがある。

この点、本発明によれば、検出した電流値が基準電流値近傍でばらつく場合には、スイッチング操作態様が可変設定されることによって通電電流が調整される。すなわち、昇圧回路から供給される電力が調整され、電力調整素子による電力消費を低減することができる。

ここで、昇圧回路におけるスイッチング素子のスイッチング操作態様を可変設定して電流調整を行うだけでは、一部の発光ダイオードで短絡故障が生じて通電電流が増加した場合に、他の正常な発光ダイオードで二次故障が生じる可能性がある。これは、スイッチング操作態様の変更が出力に現れるまでに遅れが生じるため、しばらくの間過電流が流れ続けるからである。これに対し本発明では、一部の発光ダイオードで短絡故障が生じて通電電流が増加すると、電流調整素子により電流調整が行われて過電流が速やかに抑制されため、他の正常な発光ダイオードで二次故障が生じることが抑制される。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は光源として発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）を用いた車両のヘッドランプ装置として具体化されるものである。

図１は、ヘッドランプ装置の構成を示す電気回路図である。図１において、光源としてのＬＥＤユニット１０は、複数個のＬＥＤを直列に接続して構成されている。ＬＥＤユニット１０は、その一端がＤＣＤＣコンバータ２０に接続され、他端が抵抗３０及びトランジスタ４０を介して接地されている。

かかる構成において、ＤＣＤＣコンバータ２０よりＬＥＤユニット１０に電力供給が行われる。ここで、ＬＥＤユニット１０が多数のＬＥＤより構成されて１２又は２４Ｖ程度のバッテリ電圧では十分な電流を流すことができないため、ＤＣＤＣコンバータ２０によりバッテリ電圧が昇圧されることによりＬＥＤユニット１０に望み通りの電流が流れるようになっている。本実施の形態では、ＬＥＤユニット１０には０．７Ａ程度の電流を流すこととしており、ＤＣＤＣコンバータ２０より９０Ｖ程度の電圧が出力される。

ＤＣＤＣコンバータ２０は、インダクタ２１、スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ２２、ＰＷＭ回路２３、ダイオード２４、コンデンサ２５からなる。すなわちインダクタ２１の一端がバッテリ電源＋Ｂに接続され、他端がＭＯＳＦＥＴ２２を介して接地されている。ＭＯＳＦＥＴ２２のゲート端子は、ＰＷＭ回路２３の出力端子と接続されている。ここでＰＷＭ回路２３はＰＷＭ信号を出力してＭＯＳＦＥＴ２２をスイッチング操作するものであり、そのＰＷＭ信号のデューティ比を調整することによりＭＯＳＦＥＴ２２のスイッチング操作態様が可変設定される。また、インダクタ２１とＭＯＳＦＥＴ２２との間には逆流防止用のダイオード２４の一端が接続され、その他端がＬＥＤユニット１０に接続されている。ダイオード２４はインダクタ２１からＬＥＤユニット１０に電流が流れる向きを順方向として接続される。さらに、ダイオード２４とＬＥＤユニット１０との間に平滑用のコンデンサ２５の一端が接続され、その他端が接地されている。この構成においてＰＷＭ回路２３によるＭＯＳＦＥＴ２２のスイッチング操作が行われることにより、インダクタ２１の両端にバッテリ電圧よりも高い電圧が励起される。

さて、ＰＷＭ回路２３より出力されるＰＷＭ信号のデューティ比は、ＬＥＤユニット１０の通電電流に基づいて調整される。すなわち電流検出器としての抵抗３０がオペアンプ３１の−端子と接続されており、同−端子に通電電流の相当値が電圧として入力される。オペアンプ３１の＋端子には電源３２が接続され、通電電流の目標値に相当する電圧Ｖｒｅｆ１が入力される。オペアンプ３１の出力端子はＰＷＭ回路２３の入力端子に接続されている。この構成においてＰＷＭ回路２３では、オペアンプ３１の出力に応じてＰＷＭ信号のデューティ比が調整される。詳しくは、通電電流の実値が目標値よりも小さい場合には、ＰＷＭ信号のデューティ比が大きい値に設定され、ＤＣＤＣコンバータ２０の出力電圧が大きくなって通電電流が増加する。一方で通電電流の実値が目標値よりも大きい場合には、ＰＷＭ信号のデューティ比が小さい値に設定され、ＤＣＤＣコンバータ２０の出力電圧が小さくなって通電電流が減少する。

また、本実施の形態では、電流調整素子としてのトランジスタ４０を用いた過電流抑制回路Ａが設けられている。すなわち、電流検出器としての抵抗３０がオペアンプ４１の−端子と接続されており、同−端子に通電電流の相当値が電圧として入力される。オペアンプ４１の＋端子には電源４２が接続され、過電流判定値に相当する電圧Ｖｒｅｆ２が入力される。ここで、過電流判定値は、通電電流の目標値よりも大きい値を設定している。すなわち、Ｖｒｅｆ２＞Ｖｒｅｆ１である。オペアンプ４１の出力端子はトランジスタ４０のベース端子に接続されている。この構成においてトランジスタ４０により、オペアンプ４１の出力に応じて通電電流の調整が行われる。詳しくは、通電電流の実値が過電流判定値よりも小さい場合には、トランジスタ４０のコレクタ−エミッタ間を電流が制限無く流れる。一方で通電電流の実値が過電流判定値よりも大きくなると、トランジスタ４０のコレクタ−エミッタ間を流れる電流が制限され、過電流が抑制される。

なお、図示は省略するが、本ＬＥＤランプ装置では、運転者によるヘッドランプの点灯・消灯要求によりＬＥＤユニット１０への通電がＯＮ／ＯＦＦされるようになっており、その点灯・消灯要求によりＯＮ／ＯＦＦされるスイッチがＬＥＤユニット１０と直列に接続されている。

図２は、ＬＥＤユニット１０の長期にわたる使用などによりＬＥＤユニット１０のいずれかのＬＥＤで短絡故障が生じた場合における通電電流の変化の様子を示すタイムチャートである。図２では、過電流抑制回路Ａにより過電流制限を行う場合の様子を実線にて示し、過電流抑制回路Ａによる過電流制限を行わない場合の様子を一点鎖線にて示す。

先ずは、過電流抑制回路Ａによる過電流制限を行わない場合について述べる。タイミングｔ１においてＬＥＤユニット１０の内の一部のＬＥＤで短絡故障が生じると、ＬＥＤユニット１０の通電電流が増加し始める。すると、通電電流が基準電流値よりも大きくなるため、通電電流が減少するようにＤＣＤＣコンバータ２０の出力電圧が調整される。ただし、ＰＷＭ回路２３よるスイッチング操作態様の変化が出力に現れるまでには遅れが生じるため、通電電流は時間遅れを持って減少し始める。すなわち、ＤＣＤＣコンバータ２０の出力電圧を調整したとしても、しばらくの間過電流が流れ続け、ＬＥＤユニット１０の他の正常なＬＥＤで二次故障が生じるおそれがある。

一方で、過電流抑制回路Ａにより過電流制限を行う場合には、通電電流が過電流判定値よりも大きくなると、トランジスタ４０による通電電流の制限が行われる。このため、タイミングｔ１にてＬＥＤに短絡故障が生じて通電電流の増加した後、ＤＣＤＣコンバータ２０による調整よりも早期に、通電電流が低下している。したがって、過電流が速やかに抑制され、ＬＥＤユニット１０の他の正常なＬＥＤで二次故障が生じることが回避される。

以上、詳述した実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

トランジスタ４０をＬＥＤユニット１０に直列に接続し、通電電流の検出値に基づいてトランジスタ４０による通電電流の調整を行わせるように構成したことにより、ＬＥＤユニット１０のうちの一部のＬＥＤで短絡故障が生じて通電電流が瞬時に増加した場合であっても、直ちに通電電流が調整される。このため、過電流が速やかに抑制され、他の正常なＬＥＤで二次故障が生じることが回避される。したがって、ＬＥＤユニット１０の保護を図ることができる。

また、ＬＥＤユニット１０のＬＥＤで短絡故障が生じた場合に過電流が速やかに抑制されるため、かかる構成は、使用温度や通電電流量等の使用条件が過酷なヘッドランプ装置等に有効である。

なお、本発明は以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、以下のように実施しても良い。

上実実施の形態では、ＬＥＤユニット１０の低電位側にトランジスタ４０を設けたが、これに限らない。ＬＥＤユニット１０の高電位側にトランジスタ４０を設け、通電電流の調整を行う構成とする。本構成であっても、上記実施の形態と同様に過電流を速やかに抑制することができる。

また、電流調整用素子としてトランジスタ４０を設けたが、これに限らない。電流調整素子としてＦＥＴなどの各種半導体素子を用いてもよい。

上実実施の形態では、昇圧回路としてインダクタを有するＤＣＤＣコンバータを用いたが、これに限らない。例えば、トランスを用いたＤＣＤＣコンバータなどの構成としてもよい。

上記実施の形態では、過電流判定値を一定値としたが、これを可変設定可能な構成とする。発光ダイオード集合体における発光ダイオードの通電特性は、経時変化や熱特性などの影響によりばらつくと考えられる。そこで、発光ダイオード集合体の使用時間や温度を計測する計測手段を設け、その計測手段による検出値に基づいて過電流判定値を可変設定する。これにより、発光ダイオードの通電特性に応じて適正な電流調整が行われる。

ＬＥＤランプ装置の全体構成図である。 ＬＥＤで短絡故障が生じた際の通電電流の変化の様子を示すタイムチャートである。

符号の説明

１０…ＬＥＤ集合体としてのＬＥＤユニット、２０…昇圧回路としてのＤＣＤＣコンバータ、３０…電流検出器しての抵抗、３２…基準電流値としての電源、４１…電流調整素子としてのトランジスタ、４２…過電流判定値としての電源。

Claims (3)

1. 発光ダイオードを複数個直列に接続した発光ダイオード集合体と、スイッチング素子を有し、該スイッチング素子のスイッチング操作により電源電圧を昇圧する昇圧回路とを備え、前記昇圧回路より前記発光ダイオードに電力を供給するＬＥＤランプ装置において、
   前記発光ダイオード集合体の通電電流を検出する電流検出器と、
   前記発光ダイオード集合体に直列に接続される電流調整素子と、
   を備え、
   前記電流検出器により検出した電流値に基づき、前記電流調整素子による通電電流の調整を行わせるように構成したことを特徴とするＬＥＤランプ装置。
2. 前記電流検出器により検出した電流値が予め定めた過電流判定値以上となった場合に、前記電流調整素子による通電電流の調整を行わせるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ装置。
3. 前記電流検出器により検出される電流値が予め定めた基準電流値に一致するように前記スイッチング素子のスイッチング操作態様を可変設定する構成とし、
   前記過電流判定値を前記基準電流値よりも大きい値として定めたことを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤランプ装置。

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