JP2004051014A - 車両用ledヘッドランプ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】LEDユニット10においては8個のLED9が全て直列に接続されており、電源3即ち車両のバッテリの電圧12Vでは電圧不足であるので、制御ユニット2内に昇圧回路4を設けて、約16Vに昇圧した電圧を8個のLED9に印加している。LEDユニット10の先端は定電流回路8に接続され、この定電流回路8の近傍には定電流回路8にかかっている電圧を検出する電圧検出回路7が接続されており、電源3から取り込まれた基準電圧5と比較され、アンプ6で増幅されて昇圧制御信号として昇圧回路4に入力される。この昇圧制御信号は、電圧検出回路7で検出された電圧が可能な限り低くなるように昇圧電流を制御するように出力される。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオードを光源として用いた車両用LEDヘッドランプを制御する車両用LEDヘッドランプ装置に関するものである。
【0002】
なお、本明細書中においては、LEDチップそのもの、あるいはLEDチップを搭載したパッケージ樹脂またはレンズ系等の光学装置を含むそれら全体を「発光ダイオード」または「LED」と呼ぶこととする。
【0003】
【従来の技術】
発光素子の高輝度化に伴って、自動車のストップランプ等にLEDを光源とした車両用LEDランプが用いられることが多くなってきた。LEDは、スペクトルがシャープで視認性が良い。また、応答速度が速いため、後続車への信号伝達速度が速く、高速走行中、静止距離の短縮に顕著な効果が認められている。さらに、LEDはそれ自体単色光源であるので、白熱電球のように必要色以外の光をフィルターカットする必要もなく、単色光源として高効率であり、省エネルギー化にもつながる。
【0004】
かかる車両用LEDヘッドランプ装置の一例を図4に示す。図4は、従来の車両用LEDヘッドランプ装置の一例を示す回路図である。図4に示されるように、この車両用LEDヘッドランプ装置50は、制御ユニット51と発光ダイオードユニット52から構成されており、発光ダイオードユニット52の8個の発光ダイオード54は互いに並列に接続されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、各発光ダイオード54ごとに電流制限回路(抵抗またはトランジスタ)55が必要であり、発光ダイオード54の数が多くなると電流制限回路55の数も増加して、それ自体の発熱量が無視できなくなる。また、制御ユニット51と発光ダイオードユニット52を接続する配線の数が電源線+並列数と多くなるので、配線の手間がかかりコスト高となる。また、各発光ダイオード54の順方向電圧にばらつきがあると、流れる電流がばらつき、ひいては発光ダイオード54の明るさのばらつきとなってしまう。さらには、電流制限回路55が抵抗である場合、電源電圧が変動すると発光ダイオード54に流れる電流も変化し、明るさが変動する、といった問題点があった。
【0006】
そこで、本発明は、回路の発熱を最小限とし、配線の数を減らし、発光ダイオードの明るさを均一とし、明るさの変動も防ぐことができる車両用LEDヘッドランプ装置の提供を課題とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明にかかる車両用LEDヘッドランプ装置は、光源に発光ダイオードを用いて、該発光ダイオードを複数個直列に接続し、電源電圧から昇圧した電圧を印加して点灯させるものである。
【0008】
通常、自動車のバッテリの電圧は約12Vであって、発光ダイオードの順方向電圧は約2Vである。したがって、LEDを直列に並べて点灯させる場合には、6個が限界であった。そこで、LEDを従来の並列から直列に並べ替えるとともに、バッテリと直列に並べたLEDの間に昇圧回路を設けて電圧を上げ、LEDの個数の増加に対応できるようにした。これによって、電源とLEDユニット間の配線が2本となり、作業性の向上とコスト低減が図れる。また、LEDを直列に並べていることから全LEDに同じ大きさの電流が流れるので、LED間の明るさのばらつきが抑えられ、また電源電圧が変動しても昇圧回路によってLEDに加わる電圧が一定となるように制御されるので明るさの変動も生じることがない。
【0009】
このようにして、複数の発光ダイオードを接続してヘッドランプとして充分な光量が得られるとともに配線の数を減らし、発光ダイオードの明るさを均一とし、明るさの変動も防ぐことができる車両用LEDヘッドランプ装置となる。
【0010】
請求項2の発明にかかる車両用LEDヘッドランプ装置は、請求項1の構成において、前記直列に接続した発光ダイオードを定電流駆動し、かつ可変電圧を印加するものである。
【0011】
この車両用LEDヘッドランプ装置においては、LEDを直列に並べて電源電圧を昇圧して印加するのに加えて、定電流回路を加える等して定電流駆動する。そして、この定電流がLEDの順方向電流に一致するように可変電圧を印加する。これによって、定電流回路等に印加される電圧が少なくなり、この部分における発熱量が小さくなる。発熱が生ずるのは殆どこの部分のみであるため、装置全体としての発熱量も小さくなって効率が向上する。
【0012】
このようにして、回路の発熱を最小限とし、配線の数を減らし、発光ダイオードの明るさを均一とし、明るさの変動も防ぐことができる車両用LEDヘッドランプ装置となる。
【0013】
請求項3の発明にかかる車両用LEDヘッドランプ装置は、請求項2の構成において、前記電源電圧から昇圧する電圧の回路は、定電流回路と該定電流回路の電圧検出回路を有し、前記電源電圧から昇圧した電圧は、前記電圧検出回路によって検出される電圧が前記複数個の発光ダイオードを発光させるに足る可能な限り低い電圧として前記可変電圧を前記複数個の発光ダイオードに印加するものである。
【0014】
この車両用LEDヘッドランプ装置においてはLEDを定電流駆動するための定電流回路と、この定電流回路にかかる電圧を検出する電圧検出回路を有している。そして、電圧検出回路によって検出される電圧が、前記複数個の発光ダイオードを発光させるに足る可能な限り低くなるように可変電圧の大きさを変えて電圧を印加するものである。これによって、定電流回路における発熱量が小さくなって、発熱が生ずるのは殆どこの部分のみであるため、装置全体としての発熱量も小さくなって効率が向上する。
【0015】
このようにして、より確実に回路の発熱を最小限とし、配線の数を減らし、発光ダイオードの明るさを均一とし、明るさの変動も防ぐことができる車両用LEDヘッドランプ装置となる。
【0016】
請求項4にかかる車両用LEDヘッドランプ装置においては直列に接続した発光ダイオードに電流代替回路を形成したものである。
【0017】
この車両用LEDヘッドランプ装置においては、直列接続されたLEDのどれか一つが断線して消灯しても代替回路を通して電流を流すことにより、残りの他のLEDは継続して点灯する。
【0018】
このようにして、発光ダイオードの明るさを均一とし、明るさの変動を防ぐと共に、断線時の一斉消灯を回避することができる車両用LEDヘッドランプ装置となる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施の形態について図1及び図2を参照して説明する。図1は本発明の実施の形態にかかる車両用LEDヘッドランプ装置の回路の概略を示す回路図である。図2は本発明の実施の形態にかかる車両用LEDヘッドランプ装置のより詳細な回路を示す回路図である。
【0020】
図1に示されるように、本実施の形態の車両用LEDヘッドランプ装置1は、制御ユニット2と発光ダイオードユニット10とから構成されている。このLEDユニット10においては8個のLED9が全て直列に接続されて、その各々のLEDに断線時のための代替回路を有してLEDヘッドランプを構成している。電源3即ち車両のバッテリの電圧は約12Vなので、約2V×8=約16Vを必要とするLEDユニット10には電圧不足である。そこで、制御ユニット2内に昇圧回路4を設けて、約16Vに昇圧した電圧を8個のLED9に印加している。LEDユニット10の先端は定電流回路8に接続されてアースされている。この定電流回路8の近傍には定電流回路8にかかっている電圧を検出する電圧検出回路7が接続されており、電源3から取り込まれた基準電圧5と比較され、アンプ6で増幅されて昇圧制御信号として昇圧回路4に入力される。この昇圧制御信号は、電圧検出回路7で検出された電圧が可能な限り低くなるように昇圧電圧を制御するように出力される。
【0021】
これによって、定電流回路8自身が発生する発熱量を可能な限り低く抑えることができ、回路の効率を上げることができる。また、8個のLED9を全て直列に接続したことによって、全LEDに同じ電流が流れるので明るさのばらつきが抑えられる。また、LED9に加わる電圧(昇圧電圧)も制御されるので、電源電圧が変動してもLED9の明るさの変動が生じない。さらに、制御ユニット2とLEDユニット10の間の配線が2本で済み、作業性が向上し、コストの低減を図ることができる。
【0022】
次に、より詳細な回路の動作について、図2を参照して説明する。昇圧してLED9に印加する昇圧電圧V2を作るための昇圧回路4は、本実施の形態においてはコイルLとトランジスタTrを用いたチョッパ方式によっている。さらに、整流用ダイオードD、平滑用コンデンサCも用いられている。ここで、トランジスタTrは高速でON,OFFを繰り返しており、昇圧電圧V2はトランジスタTrのONとOFFの割合デューティー比を制御することによって変えることができる。デューティー比=トランジスタTrのON時間/(ON時間+OFF時間)であり、デューティー比を大きくすると昇圧電圧V2は上昇し、小さくすると下降する。8個のLED9を流れた電流Iは、抵抗R1へと流れる。この抵抗R1が図1の定電流回路8に相当する。
【0023】
抵抗R1の電圧V1をオペアンプQ1で検出し電圧V3に増幅して、昇圧コントロールICへ入力する。抵抗R2,R3,R4は、オペアンプQ1の増幅率を決めるものである。したがって、オペアンプQ1,抵抗R2,R3,R4が図1の電圧検出回路7を構成している。昇圧コントロールICの中では、入力されたV3と内部の基準電圧5を比較し、両者が絶えず等しくなるように昇圧回路4のトランジスタTrのデューティー比を制御する仕組みとなっている。昇圧コントロールIC内の発振器12はトランジスタTrのON,OFFを繰り返す周期を決めるもので、PWMアンプ13はデューティー比の決定とトランジスタTrを駆動する役割を果たすものである。
【0024】
例えば、バッテリ3の電圧が何らかの原因で低下した場合、まず電圧V2が低下し、同時にLED9に流れる電流Iが少なくなって、抵抗R1の電圧V1も低下する。すると電圧V3も低下するので、昇圧コントロールIC内の基準電圧5と差が生じる。昇圧コントロールIC内ではこの差をなくすために、トランジスタTrのデューティー比を増やす方向に制御が働き、結局電圧V2が上昇して変化する前の値で安定する。
【0025】
この回路では、電圧V1の値を一定にするように制御されるので、LED9に流れる電流Iは、I=V1/R1となり、一定である。つまり、抵抗R1によって定電流回路が形成されていることになる。
【0026】
電圧V1の値を必要以上に大きくしなければ、抵抗R1に発生する熱も抑えられ、無駄な発熱も少なくなる。例えば、従来の回路のようにLEDを8個全て並列に接続し、それぞれの電流制限用に抵抗を使用した場合、抵抗に発生する熱の源となる電力を求めると、電源電圧を12V、LEDの順方向電圧Vfを2V、LEDに流れる電流を0.02Aとして、各抵抗に加わる電圧は12V−2V=10Vとなるから、全抵抗の電力は、
10V×0.02A×8(個)=1.6W
となる。一方、図2の回路において抵抗R1にかかる電力は、電圧V1を1Vとなるように制御し、LEDに流れる電流を同じく0.02Aとすると、
1V×0.02A=0.02W
となって、従来の回路に比べて極めて少なくなる。
【0027】
また、LED9の特性のばらつきで順方向電圧Vfが変わっても、電圧V1は一定でばらつきの分を昇圧電圧V2の変化で吸収する。このことは、LED9の順方向電圧Vfが小さい方にばらついても、抵抗R1の発熱が大きくならないことを意味している。
【0028】
さらに、全体の効率を比較してみると、前者のLEDを8個並列に接続した場合、LEDで消費される電力は、
2V×0.02A×8(個)=0.32W
電源からの入力電力は、制御回路分は少量なので無視すると、
12V×0.02A×8(並列)=1.92W
したがって、効率は、
0.32/1.92×100=16.7(%)
となる。一方、図2の回路においては、LED9で消費される電力は、
2V×0.02A×8(個)=0.32W
抵抗R1で消費される電力は、
1V×0.02A=0.02W
昇圧回路4の効率を70%とすると、電源からの入力電圧は、同じく制御回路分を無視して、
(0.32W+0.02W)/0.7=0.48W
したがって、効率は、
0.32/0.48×100=66.7(%)
となり、従来の回路に比べてはるかに効率が高くなることが分かる。
【0029】
このように、本実施の形態の車両用LEDヘッドランプ装置においては、無駄な発熱が生ずるのを防ぐことができ、LEDの順方向電圧Vfがばらついても昇圧電圧V2の変化で吸収して定電流回路の発熱量が増加するのを防止でき、さらに従来の並列回路に比べてはるかに効率が高くなる。
【0030】
本実施の形態においては、電源電圧を昇圧する方法としてチョッパ方式を用いたが、昇圧の仕方には様々な方式があり、チャージポンプ方式、トランス方式を始めとしてどのような方式を用いても良い。
【0031】
車両用LEDヘッドランプ装置のその他の部分の構成、形状、数量、材質、大きさ、接続関係等についても、本実施の形態に限定されるものではない。
【0032】
次に、本発明の第二の実施の形態について図3を参照して説明する。図3は本発明の第二の実施の形態にかかる車両用LEDヘッドランプ装置における各LED9の回路を示す概略図である。
【0033】
図3に示されるように、本実施の形態の車両用LEDヘッドランプ装置1の各LED9は、LED9の両端電圧を分圧する抵抗R5、R6がLED9と並列に置かれている。さらに抵抗R5、R6とLED9と平行に、電流代替回路用のトランジスタTr2と、トランジスタTr2駆動用シャントレギュレータQ2が図のように接続されている。ここで、R5=27kΩ、R6=68kΩ、Q2の基準電圧=2.5Vである。
【0034】
発光ダイオード9が正常に点灯している時、電流は▲1▼の経路でLED9に流れている。LEDの順方向電圧Vfは2.0V、R5にかかる電圧は
V5=2.0×68/(27+68)=1.43V
となっている。このときQ2はVfを基準電圧の2.5Vにしようと作用し、V4を上昇させV4はVfの値とほぼ等しくなる。よって▲3▼の経路のようにTr2はONするためのベース電流が流れないので、Tr2はOFFのままとなり代替路の▲2▼の経路で電流は流れない。
【0035】
一方、発光ダイオード9が断線した時、電流は▲1▼の経路では流れなくなり、電流は▲4▼の経路を流れようとする。R5とR6は抵抗値が大きいのでVfの値が急に大きくなり電源電圧値近くまで上昇しようとする。同時にV5も上昇する。このときQ2はV5を基準電圧の2.5Vに抑えようと作用しV4を低くさせる。するとTr2のベース電流が▲3▼の経路で流れ、Tr2はONとなる。よってTr2により電流の代替路が形成される。
【0036】
このように発光ダイオード9の断線により▲1▼の経路が絶たれても、瞬時に▲2▼の経路にて電流が流れ続け、他の発光ダイオードが継続して点灯する。その後VfはQ2により3.5Vあたりで安定する。
【0037】
この実施例では、断線検出と電流の代替路形成にシャントレギュレータとトランジスタを使ったが、これの他にもサイリスタを使った回路や、トランジスタを組み合わせた回路が考えられ同様の効果が得られる。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の発明にかかる車両用LEDヘッドランプ装置は、光源に発光ダイオードを用いて、該発光ダイオードを複数個直列に接続し、電源電圧から昇圧した電圧を印加して点灯させるものである。
【0039】
通常、自動車のバッテリの電圧は約12Vであって、発光ダイオードの順方向電圧は約2Vである。したがって、LEDを直列に並べて点灯させる場合には、6個が限界であった。そこで、LEDを従来の並列から直列に並べ替えるとともに、バッテリと直列に並べたLEDの間に昇圧回路を設けて電圧を上げ、LEDの個数の増加に対応できるようにした。これによって、電源とLEDユニット間の配線が2本となり、作業性の向上とコスト低減が図れる。また、LEDを直列に並べていることから全LEDに同じ大きさの電流が流れるので、LED間の明るさのばらつきが抑えられ、また電源電圧が変動しても昇圧回路によってLEDに加わる電圧も制御されるので明るさの変動も生じることがない。
【0040】
このようにして、複数の発光ダイオードを接続してヘッドランプとして充分な光量が得られるとともに、配線の数を減らし、発光ダイオードの明るさを均一とし、明るさの変動も防ぐことができる車両用LEDヘッドランプ装置となる。
【0041】
請求項2の発明にかかる車両用LEDヘッドランプ装置は、請求項1の構成において、前記直列に接続した発光ダイオードを定電流駆動し、かつ可変電圧を印加するものである。
【0042】
この車両用LEDヘッドランプ装置においては、LEDを直列に並べて電源電圧を昇圧して印加するのに加えて、定電流回路を加える等して定電流駆動する。そして、この定電流がLEDの順方向電流に一致するように可変電圧を印加する。これによって、請求項1に記載の効果に加えて、定電流回路等に印加される電圧が少なくなり、この部分における発熱量が小さくなる。発熱が生ずるのは殆どこの部分のみであるため、装置全体としての発熱量も小さくなって効率が向上する。
【0043】
このようにして、回路の発熱を最小限とし、配線の数を減らし、発光ダイオードの明るさを均一とし、明るさの変動も防ぐことができる車両用LEDヘッドランプ装置となる。
【0044】
請求項3の発明にかかる車両用LEDヘッドランプ装置は、請求項2の構成において、前記電源電圧から昇圧する電圧の回路は、定電流回路と該定電流回路の電圧検出回路を有し、前記電源電圧から昇圧した電圧は、前記電圧検出回路によって検出される電圧が前記複数個の発光ダイオードを発光させるに足る可能な限り低い電圧として前記可変電圧を前記複数個の発光ダイオードに印加するものである。
【0045】
請求項2に記載の効果に加えて、この車両用LEDヘッドランプ装置においてはLEDを定電流駆動するための定電流回路と、この定電流回路にかかる電圧を検出する電圧検出回路を有している。そして、電圧検出回路によって検出される電圧が、前記複数個の発光ダイオードを発光させるに足る可能な限り低くなるように可変電圧の大きさを変えて電圧を印加するものである。これによって、定電流回路における発熱量が小さくなって、発熱が生ずるのは殆どこの部分のみであるため、装置全体としての発熱量も小さくなって効率が向上する。
【0046】
このようにして、より確実に回路の発熱を最小限とし、配線の数を減らし、発光ダイオードの明るさを均一とし、明るさの変動も防ぐことができる車両用LEDヘッドランプ装置となる。
【0047】
請求項4にかかる車両用LEDヘッドランプ装置は、請求項1ないし3の構成において、直列に接続した発光ダイオードに電流代替回路を形成したものである。
【0048】
請求項1ないし3に記載の効果に加えて、この車両用LEDヘッドランプ装置においては直列接続されたLEDのどれか一つが断線して消灯しても代替回路を通して電流を流すことにより、残りの他のLEDは継続して点灯する。
【0049】
このようにして、発光ダイオードの明るさを均一とし、明るさの変動を防ぐと共に、断線時の一斉消灯を回避することができる車両用LEDヘッドランプ装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の実施の形態にかかる車両用LEDヘッドランプ装置の回路の概略を示す回路図である。
【図2】図2は本発明の実施の形態にかかる車両用LEDヘッドランプ装置のより詳細な回路を示す回路図である。
【図3】図3はLED断線時における代替路を示す回路図である。
【図4】図4は、従来の車両用LEDヘッドランプ装置の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
1 車両用LEDヘッドランプ装置
9 発光ダイオード(LED)
20 電流代替回路
Claims (4)
- 光源に発光ダイオードを用いて、該発光ダイオードを複数個直列に接続し、電源電圧から昇圧した電圧を前記複数個の発光ダイオードに印加して点灯させることを特徴とする車両用LEDヘッドランプ装置。
- 前記直列に接続した発光ダイオードを定電流駆動し、かつ、可変電圧を印加することを特徴とする請求項1に記載の車両用LEDヘッドランプ装置。
- 前記電源電圧から昇圧する電圧の回路は、定電流回路と該定電流回路の電圧検出回路を有し、前記電圧検出回路によって検出される電圧が前記複数個の発光ダイオードを発光させるに足る可能な限り低い電圧として前記可変電圧を前記複数個の発光ダイオードに印加することを特徴とする請求項2に記載の車両用LEDヘッドランプ装置。
- 前記直列に接続した発光ダイオードに電流代替回路を形成したことを特徴とする請求項1ないし3に記載の車両用LEDヘッドランプ装置。
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