JP2008152938A - 発光ダイオード駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】断線等の不具合を起こしたＬＥＤを除く他のＬＥＤを正常に点灯させ、断線の影響を最小限に留める。
【解決手段】ＰＷＭ出力部５は、並列接続されたＬＥＤ群１〜４をＰＷＭ駆動し、定格電流の数倍から１０倍程度のピーク電流を通電する。ＣＰＵ６は、ＬＥＤ１−１〜１−４、…、４−１〜４−４のうち、いずれかのＬＥＤが断線すると、そのＬＥＤ以下の電圧がＬｏｗレベルとなることを検出することにより、断線したＬＥＤを特定する。ＣＰＵ６は、アナログＳＷ７を制御し、断線したＬＥＤに対応するスイッチング素子を導通状態とし、電流を分流させることで、断線したＬＥＤ以外の他のＬＥＤを正常に点灯させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のヘッドライトなどに用いられる発光ダイオード駆動回路に関する。

従来、車両では、ヘッドライト（ハロゲンランプまたはディスチャージランプ）のランプ断線時、断線警報機能によりドライバに知らせていた。しかしながら、ランプの断線を効果的に補償する方法がなく、ランプを交換するまでそのまま走行していた。そこで、ランプ断線を検知してドライバに知らせたり、他のライトに切換えたりしていた。

ところで、近年、省電力や長寿命などといった利点を持つＬＥＤ（Light emitting diode：発光ダイオード）による照明（ストップランプや、フラッシャーランプ等）が増加して、車両のヘッドライトにも適用されるようになってきた。ＬＥＤは、１個でなく複数個を直列に接続して使用するため、１個が断線（オープン）になると直列に接続している全てのＬＥＤが点灯しなくなる。

そこで、直列接続された複数のＬＥＤを駆動する場合、ＬＥＤの不良時にその箇所を特定し、不良箇所の素子電流を迂回させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。該従来技術では、直列接続された複数のＬＥＤの各々に並列に接続されたスイッチング素子を介して、駆動制御回路により、任意の被測定ＬＥＤ以外のＬＥＤに流れる駆動電流をそれぞれバイパスし、被測定ＬＥＤのみに測定用の駆動電流を流すことによって、上記直列接続された複数のＬＥＤに流れた駆動電流を検出回路により検出して、不良箇所のＬＥＤを特定する。

特開２００５−３１０９９８号公報

しかしながら、上述した従来技術では、断線検知にバイパス回路を用いているため、１個のＬＥＤのみ点灯して他のＬＥＤが消灯してしまい、常時モニタすることができないという問題がある。また、断線検知中は、１つのＬＥＤのみのため、輝度低下が生じるという問題がある。

そこで本発明は、直列接続された複数のＬＥＤのうち、いずれかのＬＥＤが断線等の不具合を起こした場合であっても、該不具合を起こしたＬＥＤを除く他のＬＥＤを正常に点灯させ、断線の影響を最小限に留めることができる発光ダイオード駆動回路を提供することを目的としている。

本発明に係る発光ダイオード駆動回路は、複数の発光ダイオードを直列接続した光源の点灯制御を行う発光ダイオード駆動回路であって、直列接続された前記複数の発光ダイオードに駆動電流を供給する駆動手段と、前記複数の発光ダイオードに電流が供給されているとき、各発光ダイオードにおける電圧の状態を検出する電圧検出手段と、前記複数の発光ダイオードの各々に並列接続され、各々、オン／オフ動作が可能である複数のスイッチング手段と、前記電圧検出手段により、いずれかの発光ダイオードにおける電圧の状態に異常が検出されると、該当する発光ダイオードに対応したスイッチング手段へと電流が迂回されるように、前記スイッチング手段の動作を制御するスイッチング制御手段とを具備することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記複数の発光ダイオードを直列接続した発光ダイオード群を、複数並列接続し、前記複数の発光ダイオード群の各々に対して、前記駆動手段からのパルス幅変調された駆動電流を個別に供給する駆動制御手段を更に具備することを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様は、前記駆動制御手段は、前記複数の発光ダイオード群の各々に対して、前記駆動制御手段により個別に供給される駆動電流の位相をずらして供給することを特徴とする。

また、前記スイッチング素子は、サイリスタやトランジスタ等の電子デバイスであることが望ましい。また、発光ダイオードの発熱の抑制と最大輝度の向上とを考慮して、ＰＷＭのデューティー比を、１／８から１／１０（１２．５〜１０％）程度にすることが望ましい。また、ＰＷＭの電圧（電源容量）に応じて、発光ダイオードの直列接続個数を変化させてもよい。

本発明では、直列接続された複数の発光ダイオードに電流が供給されているとき、各発光ダイオードにおける電圧の状態を検出し、いずれかの発光ダイオードにおける電圧の状態に異常が検出されると、該当する発光ダイオードの電流を迂回させる。したがって、直列接続されている複数の発光ダイオードのうち、いずれかが断線等の不具合を起こしても、他の発光ダイオードを、通常通り発光させることができる。また、このとき、迂回路の電圧降下を小さくすれば、他の発光ダイオードに流れる電流が通常より大きくなり、他の発光ダイオードの輝度が高くなるので、全体としての輝度値の低下は最小限で済む。

また、複数の発光ダイオードを直列接続した発光ダイオード群を、複数並列接続し、複数の発光ダイオード群の各々に対して、パルス幅変調された駆動電流を個別に供給することで、定格電流の数倍から１０倍程度のピーク電流を通電することが可能となる。これにより、ＰＷＭ駆動による短時間の点灯であってもピークの輝度を得ることが可能である。

また、複数の発光ダイオード群の各々に対して、個別に供給される駆動電流の位相をずらして供給することで、電源容量を小さくすることが可能となり、装置の小形化・温度上昇の抑制・電圧降下の低減が図れる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態によるＬＥＤ駆動回路の構成を示す回路図である。図において、ＬＥＤ駆動回路は、直列接続された、ＬＥＤ１−１〜１−４からなるＬＥＤ群１、ＬＥＤ２−１〜２−４からなるＬＥＤ群２、ＬＥＤ３−１〜３−４からなるＬＥＤ群３、ＬＥＤ４−１〜４−４からなるＬＥＤ群４を備えている。それぞれのＬＥＤ群１〜４は、並列接続されている。

本実施形態では、電源の容量を有効に使用するため、ＬＥＤ１−１〜１−４、…、４−１〜４−４の電圧降下分を見込んで直列に接続している。ＬＥＤ１−１〜１−４、…、４−１〜４−４は、図２に示すように、それぞれのＬＥＤ群毎に、リフレクタ兼用のランプハウジング内に収められている。図２に示す例では、ランプハウジング１０内に４つのＬＥＤ（例えば、ＬＥＤ１−１〜１−４）が収められている様子を示している。

また、ＬＥＤ駆動回路は、これらＬＥＤ１−１〜１−４、…、４−１〜４−４を駆動するためのＰＷＭ出力部５と、各ＬＥＤ１−１〜１−４、…、４−１〜４−４の断線を検出するためのＣＰＵ６と、断線したＬＥＤを迂回し、それ以外のＬＥＤを点灯させるための、スイッチング素子の集合としてのアナログＳＷ７とを備えている。

ＰＷＭ出力部５は、並列接続されたＬＥＤ群１〜４をＰＷＭ駆動し、定格電流の数倍から１０倍程度のピーク電流を通電するようになっている。人の目の残像により、ＰＷＭ駆動による短時間の点灯であってもピークの輝度を得ることが可能である。

ＣＰＵ６は、Ａ／Ｄ入力ポートを有しており、該Ａ／Ｄ入力ポートには、ＬＥＤ１−１〜１−４、…、４−１〜４−４のカソードが接続されている。ＣＰＵ６は、Ａ／Ｄ入力ポートの電圧値Ｖ１〜Ｖ４、すなわち、ＬＥＤ１−１〜１−４、…、４−１〜４−４による電圧降下を監視し、正常値に対してＬＥＤ断線時の異常値を判断する（断線検知）。アナログＳＷ７は、ＬＥＤ１−１〜１−４、…、４−１〜４−４のうち、いずれかのＬＥＤが断線したことがＣＰＵ６により検出されると、ＣＰＵ６の制御により、その箇所を分流することで、断線したＬＥＤ以外の他のＬＥＤを正常に点灯させるようになっている。

次に、図３及び図４は、上記アナログＳＷ７の構成例を示す回路図である。図３に示す構成例では、アナログＳＷ７は、直列接続されたサイリスタ７−１−１、７−１−２、…からなり、各サイリスタ７−１−１、７−１−２、…がＬＥＤ１−１、１−２、…に並列接続されている。いずれかのＬＥＤ１−ｉ（ｉ＝１〜４）が断線した場合、ＣＰＵ６が、断線したＬＥＤ１−ｉに対応するサイリスタ７−１−ｊ（ｊ＝ｉ）のゲートに供給される制御信号Ｓ１−ｊ（トリガ信号）をオン状態とすることで、対応するサイリスタ７−１−ｊが導通状態となり、電流が断線したＬＥＤ１−ｉを迂回してサイリスタ７−１−ｊを通って流れることになる。これにより、断線したＬＥＤ以外の他のＬＥＤを正常に点灯させることが可能となる。なお、他のＬＥＤ群２、３、４についても同様の構成となる。

また、図４に示す構成例では、アナログＳＷ７は、直列接続されたトランジスタ７−２−１、７−２−２、…からなり、各トランジスタ７−２−１、７−２−２、…がＬＥＤ１−１、１−２、…に並列接続されるようになっている。いずれかのＬＥＤ１−ｉ（ｉ＝１〜４）が断線した場合、ＣＰＵ６が、断線したＬＥＤ１−ｉに対応するトランジスタ７−２−ｊ（ｊ＝ｉ）のベースに制御信号Ｓ２−ｊを供給することで、トランジスタ７−２−ｊがオン状態なり、断線したＬＥＤ１−ｉを迂回してトランジスタ７−２−ｊを通って電流が流れることになる。上述したように、この場合も、断線したＬＥＤ以外の他のＬＥＤを正常に点灯させることが可能となる。なお、他のＬＥＤ群２、３、４についても同様の構成となる。

上述した構成において、従来であれば、それぞれのＬＥＤ群１〜４では、ＬＥＤｉ−ｊ（ｉ＝１〜４、ｊ＝１〜４）を直列接続しているため、ＬＥＤ１−１〜１−４、…、４−１〜４−４のうち、いずれかが断線すると、対応するＬＥＤ群の全てのＬＥＤが点灯不可となる。本実施形態では、ＬＥＤ１−１〜１−４、…、４−１〜４−４のうち、いずれかのＬＥＤが断線すると、そのＬＥＤ以下の電圧がＬｏｗレベルとなるので、ＣＰＵ６によって、どのＬＥＤが断線したかが特定される。次いで、ＣＰＵ６は、アナログＳＷ７を制御し、その箇所を分流させることで、断線したＬＥＤ以外の他のＬＥＤを正常に点灯させる。

このとき、ＬＥＤ１−１〜１−４、…、４−１〜４−４の電圧降下とアナログＳＷ（例えば、トランジスタ）７の電圧降下とを比較すると、トランジスタ７−２−１、７−２−２、…の方が小さいため、例えば、ＬＥＤ群１に流れる電流Ｉｆ１は、通常より大きくなり、他のＬＥＤ１−２、１−３，１−４の輝度が高くなる。このため、ＬＥＤ群１全体としての輝度値の低下は最小限で済む。

次に、図５は、本実施形態による変形例を説明するための回路図である。上述したように、直列接続されたＬＥＤ１−１〜１−４、…、４−１〜４−４を複数並列接続した場合、ＣＰＵ６のＡ／Ｄポートが不足する場合がある。この場合、図５に示すように、マルチプレクサ１１で、ＣＰＵ６のＡ／Ｄポートに接続されるＬＥＤ群１、２を切り換えるようにしてもよい。ＬＥＤ群３、４についても同様である。

次に、図６は、本実施形態のＬＥＤ駆動回路にパワーセーブ回路を付加した構成を示す回路図である。また、図７は、同パワーセーブ回路を用いた際の動作を説明するためのタイミングチャートである。図において、ＰＷＭ回路５の出力は、ＡＮＤ回路１２−１〜１２−４の一方の入力端に供給される。ＡＮＤ回路１２−１〜１２−４の他方の入力端には、ＣＰＵ６からの制御信号Ｓ１〜Ｓ４が入力される。制御信号Ｓ１〜Ｓ４は、ＰＷＭ回路５の出力の１／４周期で、かつ、それぞれが１周期分位相をずらしてＡＮＤ回路１２−１〜１２−４に供給されるようになっている。

本実施形態によるＬＥＤ駆動回路では、４つのＬＥＤ群１〜４が並列接続されているため、図１に示す構成では、ＰＷＭ回路５の最大電流値ＩｆΣは、Ｉｆａ〜Ｉｆｄまでの加算値となる。そこで、ＰＷＭ回路５の出力を、制御信号Ｓ１〜Ｓ４によって、図７に示すように、ＰＷＭ回路５の出力の１／４周期で、かつ、それぞれが１周期分位相をずらして、ＡＮＤ回路１２−１〜１２−４を介して出力することにより、ＰＷＭ回路５の最大電流値を、直列回路の電流値（Ｉｆａ、Ｉｆｂ、Ｉｆｃ，Ｉｆｄ）とし、約１／４とする。この結果、ＰＷＭ回路５の電源容量が小さくて済み、装置の小形化・温度上昇の抑制・電圧降下の低減が図れる。

なお、ＬＥＤ１−１〜１−４、…、４−１〜４−４の発熱の抑制と最大輝度の向上とを考慮して、ＰＷＭのデューティー比は、１／８から１／１０（１２．５〜１０％）程度にすることが望ましい。また、ＬＥＤ１−１〜１−４、…、４−１〜４−４の直列接続個数が多いほど、通電電流は少なくて済むが、ＰＷＭ回路５の出力電圧が例えば、１２Ｖであれば、４個程度が望ましい（電圧が変われば個数も変化する）。

本実施形態によるＬＥＤ駆動回路の構成を示す回路図である。 ＬＥＤからなるランプの構造を示す模式図である。 アナログＳＷ７の構成例を示す回路図である。 アナログＳＷ７の構成例を示す回路図である。 本実施形態による変形例を説明するための回路図である。 本実施形態のＬＥＤ駆動回路にパワーセーブ回路を付加した構成を示す回路図である。 パワーセーブ回路を用いた際の動作を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１〜４ ＬＥＤ群（発光ダイオード群）
１−１〜１−４、…、４−１〜４−４ ＬＥＤ（複数の発光ダイオード）
５ ＰＷＭ出力部（駆動手段）
６ ＣＰＵ（電圧検出手段、スイッチング制御手段、駆動制御手段）
７ アナログＳＷ（スイッチング手段）
７−１−１、７−１−２、… サイリスタ（スイッチング素子）
７−２−１、７−２−２、… トランジスタ（スイッチング素子）
１１ マルチプレクサ
１２−１〜１２−４ ＡＮＤ回路（駆動制御手段）

Claims (3)

1. 複数の発光ダイオードを直列接続した光源の点灯制御を行う発光ダイオード駆動回路であって、
   直列接続された前記複数の発光ダイオードに駆動電流を供給する駆動手段と、
   前記複数の発光ダイオードに電流が供給されているとき、各発光ダイオードにおける電圧の状態を検出する電圧検出手段と、
   前記複数の発光ダイオードの各々に並列接続され、各々、オン／オフ動作が可能である複数のスイッチング手段と、
   前記電圧検出手段により、いずれかの発光ダイオードにおける電圧の状態に異常が検出されると、該当する発光ダイオードに対応したスイッチング手段へと電流が迂回されるように、前記スイッチング手段の動作を制御するスイッチング制御手段と
   を具備することを特徴とする発光ダイオード駆動回路。
2. 前記複数の発光ダイオードを直列接続した発光ダイオード群を、複数並列接続し、
   前記複数の発光ダイオード群の各々に対して、前記駆動手段からのパルス幅変調された駆動電流を個別に供給する駆動制御手段を更に具備することを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード駆動回路。
3. 前記駆動制御手段は、前記複数の発光ダイオード群の各々に対して、前記駆動制御手段により個別に供給される駆動電流の位相をずらして供給することを特徴とする請求項２記載の発光ダイオード駆動回路。
   
   

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