JP2006269932A - 車両用照明駆動回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】 LEDをスイッチング駆動するためのパルスのパルス幅を狭めなくてもLEDを減光する。
【解決手段】 第2トランジスタTr2がマイコン15で生成される第2パルスによってオンされる場合、LED10および第1トランジスタTr1に流れる電流は第2抵抗R2には流れず、LED10はマイコン15で生成される第1パルスのパルス幅が変えられることで調光される。一方、第2トランジスタTr2が第2パルスによってオフされる場合、LED10および第1トランジスタTr1に流れる電流は第2抵抗R2を流れ、LED10および第1トランジスタTr1を流れる電流の電流値が第2抵抗R2の抵抗値に応じて下げられてLED10が減光されると共に、LED10が減光された状態で第1パルスのパルス幅が変えられることでLED10が調光されるようになっている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、車両用計器に設置される発光素子を調光する車両用照明駆動回路に関する。
従来より、例えば車両のメータには、インジケータやウォーニング、計器等を光らせて表示するために発光素子である複数の発光ダイオード(以下、LEDという)が用いられている。これらLEDを光らせる際、昼間や夜間に応じてその輝度を変えて駆動するということが行われている。従来の車両用照明駆動回路の回路図を図3に示す。
図3に示されるように、車両用照明駆動回路は、LED10と、パルス生成回路部20と、トランジスタTr1と、抵抗R1と、を備えて構成されている。LED10は、車両用計器に備えられ、インジケータやウォーニング、計器等の光源となるものである。このLED10には、バッテリ電源(BATT)から電流が入力されるようになっている。
パルス生成回路部20は、トランジスタTr1をスイッチング駆動するための電流パルスを生成するものである。このようなパルス生成回路部20は、抵抗、コンデンサ、トランジスタ等が組み合わされて形成された回路であり、トランジスタTr1のベースに入力するための電流パルスを生成する。具体的には、このパルス生成回路部20には、図示しないマイクロコンピュータ(以下、マイコンという)からパルス電流である矩形波パルスが入力されるようになっている。この矩形波パルスは、表示させたいLED10の輝度に応じたパルス幅となるようにマイコンにて生成されたパルスである。
図4(a)は、その具体的波形を示したものである。この図に示されるように、マイコンでは矩形波パルスが生成される。しかしながら、このような矩形波パルスが直接トランジスタTr1に入力されると、矩形波パルスの立ち上がりおよび立ち下がりがサージとなり、このサージがノイズとなって車載ラジオに影響を及ぼすことになる。これを防ぐべく、パルス生成回路部20は、この矩形波パルスの立ち上がりおよび立ち下がりのエッジ部分を鈍らせて緩やかな立ち上がりおよび立ち下がりとなるパルス波形に変換する。図4(b)はその変換結果を示したものである。
トランジスタTr1は、パルス生成回路部20から入力されるパルスに応じてLED10を点灯駆動するものであり、npn型のトランジスタである。また、トランジスタTr1のコレクタ側には上記LED10が接続されている。抵抗R1は、LED10に流れる電流を規定するものであり、トランジスタTr1のエミッタ側に接続されている。
上記のような構成を有する車両用照明駆動回路では、まず、マイコンにてLED10の輝度に応じたパルス幅の矩形波パルスが生成され、その矩形波パルスがパルス生成回路部20に入力される。続いて、パルス生成回路部20にて矩形波パルスの立ち上がりおよび立ち下がりが鈍ったパルスが生成され、トランジスタTr1に入力される。そして、トランジスタTr1にて、パルス生成回路部20から入力されるパルスに基づいてLED10がスイッチング駆動され、パルス幅に応じた輝度でLED10が点灯される。
また、マイコンで生成される矩形波パルスのパルス幅が変えられると、LED10の輝度が変えられる。すなわち、矩形波パルスのパルス幅が狭められるとLED10の点灯および消灯のタイミングが早められてLED10の輝度が下がる。一方、矩形波パルスのパルス幅が広められるとLED10の点灯時間が伸ばされてLED10の輝度は上がる。
近年、LED10を通常駆動時の通常状態よりも減光した輝度で発光させることが要望されている。この場合、矩形波パルスのパルス幅を狭め、トランジスタTr1のスイッチングを早めることでLED10を減光することが考えられる。しかしながら、上記従来の技術では、矩形波パルスのパルス幅を狭めてLED10の輝度を減光しようとすると、以下のような問題が発生することが発明者らによって明らかとなった。
まず、マイコンで矩形波パルスが生成されるが、LED10の輝度を下げる場合、矩形波パルスのパルス幅が狭められる。この狭いパルス幅の矩形波パルスがマイコンからパルス生成回路部20に入力されると、上述のように、矩形波パルスの立ち上がりおよび立ち下がりのエッジ部分が鈍ったパルスが生成される。ところが、矩形波パルスのパルス幅が狭くなり過ぎ、パルスの立ち上がり部分および立ち下がり部分だけのパルス、すなわちのこぎり波パルスが形成される。図5はその様子を示したものであり、この図中の破線で示したように矩形波パルスのパルス幅が狭くなることで各パルスがのこぎり状になる。
そして、LED10の輝度を下げるべく、さらに矩形波パルスのパルス幅が狭くされると、さらにのこぎり波パルスの振幅が小さくなってしまい、トランジスタTr1をオンさせることができなくなってしまう。したがって、単に矩形波パルスのパルス幅を狭めるだけでは、LED10の輝度を下げることができる限界があり、LED10を所望の輝度に減光させることができない。
本発明は、上記点に鑑み、LEDをスイッチング駆動するためのパルスのパルス幅を狭めなくてもLEDを減光することができる車両用照明駆動回路を提供することを目的とする。
本発明者らは、発光素子であるLEDの輝度は、LEDに流れる電流に比例して変化することに着目し、LEDに流れる電流値を変えることで、LEDの輝度の範囲を広げることができると考えた。
したがって、上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、車両用計器に備えられた発光素子(10)と、発光素子に対して直列に接続された経路切替スイッチング素子(Tr2)と、経路切替スイッチング素子に対して並列に接続された減光用抵抗(R2)と、を備え、経路切替スイッチング素子をオンしたときには、この経路切替スイッチング素子を通じる経路が用いられて発光素子に電流が流され、経路切替スイッチング素子をオフしたときには、減光用抵抗を通じる経路が用いられて経路切替スイッチング素子を通じる経路に流される場合よりも小さい値の電流が発光素子に流されるようになっていることを特徴としている。
このように、発光素子に流れる電流の経路を、経路切替スイッチング素子側または減光用抵抗側に分岐させ、いずれか一方の経路を流れるように経路切替スイッチング素子をスイッチング駆動する。これにより、経路切替スイッチング素子が通じる経路に電流を流す場合よりも、減光用抵抗に電流が流れる経路に電流を流すことで発光素子に流れる電流を減光用抵抗の抵抗値に応じて小さくすると共に、小さくなった電流に応じた輝度で発光素子を発光させることができる。したがって、発光素子の減光の限界をさらに下げることができる。
請求項2に記載の発明では、第2パルスによって経路切替スイッチング素子をオンしたときには、この経路切替スイッチング素子を通じる経路が用いられて発光素子に電流が流されると共に、発光素子は第1パルスのパルス幅が変えられることで調光され、第2パルスによって経路切替スイッチング素子をオフしたときには、減光用抵抗を通じる経路が用いられて、経路切替スイッチング素子を通じる経路に流される場合よりも小さい値の電流が発光素子に流されて発光素子が減光されると共に、発光素子が減光された状態で第1パルスのパルス幅が変えられることで発光素子が調光されるようになっていることを特徴としている。
このように、経路切替スイッチング素子が通じる経路に電流が流れるようにしておき、第1スイッチング素子に入力される第1パルスのパルス幅を変える。これにより、減光用抵抗によって減光された発光素子の輝度の幅をさらに変えることができる。つまり、発光素子の輝度の下限の範囲を広め、従来では実現できなかった明るさを実現させることができる。
請求項3に記載の発明では、制御部から出力される第2パルスは、固定減光切替回路部(30)に入力されるようになっており、この固定減光切替回路部にて第2パルスの立ち上がりおよび立ち下がりが鈍った第2駆動パルスが生成されて第2スイッチング素子に入力されるようになっていることを特徴としている。
このように、制御部で生成される第2パルスの立ち上がりおよび立ち下がりが固定減光切替回路部にて鈍った波形に変えられる。これにより、第2パルスの立ち上がりおよび立ち下がりの波形によって生じるノイズの影響を車載ラジオ等に及ぼさないようにすることができる。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図を参照して説明する。なお、図3に示される車両用照明駆動回路の各構成要素と同一のものには同一の符号を記してある。
図1は、本発明の一実施形態に係る車両用照明駆動回路の回路図である。図1に示されるように、車両用照明駆動回路は、LED10と、マイコン15と、パルス生成回路部20と、第1トランジスタTr1と、第1抵抗R1と、第2トランジスタTr2と、固定減光切替回路部30と、第2抵抗R2と、を備えて構成されている。
LED10は、発光ダイオードであり、車両用計器のインジケータやウォーニング、そして計器等の光源となるものである。このようなLED10は、メータ基板の所定の場所に配置されている。なお、LED10は、本発明の発光素子に相当する。
マイコン15は、LED10の輝度をコントロールする機能を有するものであり、CPUやメモリ等を備えた周知のものである。このようなマイコン15は、LED10を所望の輝度で発光させるため、その輝度に応じたパルス幅の矩形波パルス(第1パルス)を生成すると共に、その矩形波パルスをパルス生成回路部20に出力する。
また、マイコン15は、矩形波パルスのパルス幅を狭くすることでLED10の輝度を下げる機能を有するが、パルス幅を狭くできなくなった場合、LED10に流れる電流の値を下げる機能を有している。具体的には、第2トランジスタTr2をスイッチングするための矩形波パルスを生成し、この矩形波パルスを固定減光切替回路部30を介して第2トランジスタTr2に入力して第2トランジスタTr2を駆動することでLED10に流れる電流の値を下げる。この作動については、以下で詳しく説明する。なお、マイコン15は、本発明の制御部に相当する。
パルス生成回路部20は、第1トランジスタTr1をスイッチング駆動するための電流パルス(第1駆動パルス)を生成するものである。このようなパルス生成回路部20は、抵抗、コンデンサ、トランジスタ等が組み合わされた回路をなしており、マイコン15からLED10の輝度に応じたパルス幅を有する矩形波パルスが入力される。また、パルス生成回路部20は、この矩形波パルスの立ち上がりおよび立ち下がりのエッジ部分を鈍らせて緩やかな立ち上がりおよび立ち下がりとなるパルス波形に変換する機能を有している。
すなわち、矩形波パルスをマイコン15から直接トランジスタに入力する場合、矩形波パルスの立ち上がりおよび立ち下がりがサージとなる。このサージはノイズとなって車載ラジオに影響を及ぼす。したがって、パルス生成回路部20は、矩形波パルスの立ち上がりおよび立ち下がりを鈍らせて緩やかな波形に変換して第1トランジスタTr1に入力する(図4(b)参照)。
第1トランジスタTr1は、パルス生成回路20から入力される第1駆動パルスに基づいてLED10を点灯駆動するnpn型のものである。第1トランジスタTr1のうちコレクタ側にLED10が接続され、ベース側にパルス生成回路部20が接続され、エミッタ側に第1抵抗R1が接続された状態になっている。そして、第1トランジスタTr1では、パルス生成回路部20から入力される第1駆動パルスにパルス幅に応じてLED10を点灯駆動する。これにより、LED10がパルス幅に応じた点灯および消灯を繰り返すことで、LED10が所望の輝度で発光することとなる。なお、第1トランジスタTr1は、本発明の第1スイッチング素子に相当する。
第1抵抗R1は、LED10に流れる電流を制限するものである。
固定減光切替回路部30は、LED10の輝度の範囲を広げるためのものであり、パルス生成回路部20と同様に、抵抗、コンデンサ、トランジスタ等が組み合わされて形成された回路である。この固定減光切替回路部30は、第1抵抗R1から分岐して接続される第2トランジスタTr2および第2抵抗R2のいずれか一方に対して、第1抵抗R1から流れる電流を流すための電流パルス(第2駆動パルス)を第2トランジスタTr2に入力する。
具体的には、図1に示されるように、第2トランジスタTr2がオンの状態では、第1抵抗R1を流れる電流は第2トランジスタTr2側に流れる経路をとる。逆に、第2トランジスタTr2がオフの状態では、第1抵抗R2を流れる電流は第2抵抗R2側に流れる経路をとる。すなわち、第1抵抗R1を流れる電流が第2抵抗R2に流れるようにすると、LED10に流れる電流値が下がり、LED10の輝度が下がる。したがって、固定減光切替回路部30は、第2トランジスタTr2にパルスを入力して第2トランジスタTr2をスイッチングすることで、第2抵抗R2の抵抗値に基づいてLED10の輝度を下げる機能を有する。
このような固定減光切替回路部30には、マイコン15から矩形波パルス(第2パルス)が入力されるようになっており、上述のように、矩形波パルスの立ち上がりおよび立ち下がりが鈍った波形の第2駆動パルスが生成されて第2トランジスタTr2に入力される。
第2トランジスタTr2は、第1抵抗R1から流れる電流を第2トランジスタTr2側もしくは第2抵抗R2側のいずれか一方に流すためのものである。この第2トランジスタTr2のベースには固定減光切替回路部30が接続されている。したがって、第2トランジスタTr2は、固定減光切替回路部30から入力される第2駆動パルスに基づいてスイッチング駆動される。なお、第2トランジスタTr2は、本発明の経路切替スイッチング素子に相当する。
第2抵抗R2は、LED10に流れる電流の値を低下させるためのものである。すなわち、この第2抵抗R2に電流が流れる場合、LED10に流れる電流は、第1抵抗R1の抵抗値をRR1とし、第2抵抗R2の抵抗値をRR2とすると、LED10の輝度は1/(RR1+RR2)に比例した値となる。したがって、第2抵抗R2に電流が流れない場合(LED10の輝度は1/RR1に比例した値)に比べてLED10に流れる電流の値は小さくなる。このように、第2抵抗R2は、LED10に流れる電流を規定し、LED10の輝度を下げる機能を果たす。なお、第2抵抗R2は、本発明の減光用抵抗に相当する。
以上が、本実施形態に係る車両用照明駆動回路の構成である。
次に、上記車両用照明駆動回路の作動について説明する。まず、通常の輝度でLED10を点灯させる場合について説明する。はじめに、マイコン15にて第2トランジスタTr2をオンさせるための第2パルスが生成され、固定減光切替回路部30に入力される。この後、固定減光切替回路部30にて第2パルスが第2駆動パルスに変換され、第2トランジスタTr2に第2駆動パルスが入力されると、第2トランジスタTr2はオンの状態となり、第1抵抗R1を流れる電流は第2トランジスタTr2側に流れることとなる。
また、マイコン15にてLED10を点灯させるための矩形波パルスである第1パルスが生成される。この第1パルスのパルス幅は、LED10の輝度に応じて設定される。次に、マイコン15で生成された第1パルスがパルス生成回路部20に入力されると、第1パルスの立ち上がりおよび立ち下がりが鈍った波形の第1駆動パルスが生成される。そして、この第1駆動パルスが第1トランジスタTr1に入力されると、その第1駆動パルスのパルス幅(すなわち第1パルスのパルス幅)に応じてLED10が点灯駆動され、所望の輝度でLED10が点灯される。
このように通常の輝度でLED10を点灯させる場合、電流はバッテリからLED10、第1トランジスタTr1、第1抵抗R1、第2トランジスタTr2の順に流れる。したがって、LED10を流れる電流は第1抵抗R1によって決まり、LED10の輝度は1/RR1に比例した値となる。
上記のようにLED10を点灯駆動する場合において、LED10の輝度は次のように変えられる。まず、LED10の輝度は、第1駆動パルスのパルス幅が広いほど上がり、第1駆動パルスのパルス幅が狭いほど下がる。したがって、LED10が所望の輝度となるように第1パルスのパルス幅が決められ、そのパルス幅の第1パルスがマイコン15にて生成されると共に、パルス生成回路部20に入力されて第1駆動パルスとされる。この後、上述のようにしてLED10が駆動され、第1トランジスタTr1に入力される第1駆動パルスのパルス幅に応じた輝度となるようにLED10が駆動される。
上記のようにしてLED10を駆動すると共に、第1パルスのパルス幅を変えてLED10の輝度を変化させる。しかしながら、パルス生成回路部20にて第1パルスがのこぎり波とされることでパルスの振幅が小さくなってしまうことに伴い、第1パルスのパルス幅を狭めることが限界に達してしまう。このような状況において、さらにLED10の輝度を下げて発光させる場合、以下のようにしてLED10の輝度が下げられる。
まず、マイコン15にて第2トランジスタTr2をオフさせるための矩形波パルスである第2パルスが生成され、その第2パルスが固定減光切替回路部30に入力される。そして、上述のように、第2トランジスタTr2がオフの状態にされる。これにより、バッテリから流れる電流は、LED10、第1トランジスタTr1、第1抵抗R1、第2抵抗R2の順に流れることとなる。
電流が第2抵抗R2に流れることに伴い、LED10の輝度は第1抵抗R1および第2抵抗R2に依存した値、すなわち1/(RR1+RR2)に比例した値となるため、第2トランジスタTr2がオンの状態におけるLED10の輝度よりも、LED10の輝度が下がる。その具体的数値を図2に示す。図2は、第2トランジスタTr2がオンまたはオフのそれぞれの状態におけるLED10の輝度の範囲を示した図である。
図2に示されるように、第2トランジスタTr2がオンの状態、すなわち、通常LED10を駆動する場合、第1パルスのパルス幅を変化させることでLED10の輝度を例えば1〜300cd/mの範囲で変化させることができる。一方、第2トランジスタTr2がオフの状態、すなわち第2抵抗R2によってLED10の輝度を下げる場合、LED10の輝度の下限を0.3cd/mにまで下げることができる。この値は、第1トランジスタTr1がオンの状態におけるLED10の輝度(1cd/m)よりも小さい値になっており、通常LED10を駆動させる場合では実現できない明るさである。
なお、第2トランジスタTr2をオフの状態にした場合にも、上記と同様に第1トランジスタTr1をスイッチングする第1駆動パルスのパルス幅を変化させることで、LED10の輝度を0.3〜80cd/mの範囲で変化させることができる。また、図2に示されるLED10の輝度の範囲は一例を示すものであって、LED10の輝度は必ずしも図2に示される範囲に限定されるものではない。言い換えると、回路設計に応じてLED10の輝度の範囲を自由に設計することができる。
以上、説明したように、本実施形態では、第2トランジスタTr2を駆動することで、第2抵抗R2に電流が流れるようにしてLED10および第1トランジスタTr1を流れる電流の電流値を下げ、LED10を減光する。さらに、第1トランジスタTr1に入力される第1パルスのパルス幅を変える。これにより、第2抵抗R2に電流を流さなかった場合よりも、さらにLED10を減光させることができる。つまり、LED10の輝度の下限の範囲を広め、従来では実現できなかった明るさを実現させることができる。
また、第2抵抗R2の抵抗値を様々な値に設定することで、LED10の調光の設計自由度を広げることができる。
(他の実施形態)
上記第1実施形態では、パルス生成回路部20および固定減光切替回路部30は、抵抗やコンデンサ等の組み合わせ回路であるが、ロジックIC回路を採用しても構わない。また、各回路20、30を、それぞれマイコン15に内蔵しても構わない。
上記第1実施形態では、マイコン15にて生成した第2パルスを固定減光切替回路部30に入力し、固定減光切替回路部30にて第1パルスを第1駆動パルスに変換して第2トランジスタTr2に入力しているが、マイコン15から第2パルスを直接第2トランジスタTr2に入力するようにしても構わない。なぜなら、第2トランジスタTr2を駆動する第2パルス(第2駆動パルス)のパルス幅は第1パルスに比べて広いため、波形が頻繁に立ち上がりおよび立ち下がる形状ではないため、サージが発生しにくく、車載ラジオ等に対する影響が小さいからである。
また、LED10は、必ずしも2個シリーズ接続である必要はなく、LED10を1個のみの接続としても良いし、LED10を1個と第1トランジスタTr1の電力損失を軽減させる為の代用抵抗とをシリーズ接続しても構わない。
また、上記第1実施形態では、1つのインジケータ等を示す光源であるLED10の調光について説明しているが、第1トランジスタTr1をパルス生成回路部20に対して並列に多数接続し、その第1抵抗R1を兼用しても良いし専用の第1抵抗R1を用いてもよい。その第1抵抗R1を第2トランジスタTr2のコレクタに接続するか、専用の第2トランジスタTr2や第2抵抗R2を用いて多数のインジケータ等の調光を行うようにしても良い。
本発明の一実施形態に係る車両用照明駆動回路の回路図である。 第2トランジスタがオンまたはオフのそれぞれの状態におけるLEDの輝度の範囲を示した図である。 LEDを駆動する従来の車両用照明駆動回路の回路図である。 (a)はマイコンで生成される矩形波パルスの波形図であり、(b)は(a)に示される矩形波パルスの立ち上がりおよび立ち下がりが鈍った波形に変換された波形図を示した図である。 矩形波パルスのパルス幅を狭めていったときにパルス生成回路部にて生成されるパルス波形を示した図である。
符号の説明
10…LED、15…マイコン、20…パルス生成回路部、
30…固定減光切替回路部、Tr1、Tr2…第1、第2トランジスタ、
R1、R2…第1、第2抵抗。

Claims (3)

  1. 車両用計器に備えられた発光素子(10)と、
    前記発光素子に対して直列に接続された経路切替スイッチング素子(Tr2)と、
    前記経路切替スイッチング素子に対して並列に接続された減光用抵抗(R2)と、を備え、
    前記経路切替スイッチング素子をオンしたときには、この経路切替スイッチング素子を通じる経路が用いられて前記発光素子に電流が流され、前記経路切替スイッチング素子をオフしたときには、前記減光用抵抗を通じる経路が用いられて前記経路切替スイッチング素子を通じる経路に流される場合よりも小さい値の電流が前記発光素子に流されるようになっていることを特徴とする車両用照明駆動装置。
  2. 前記発光素子を所望の輝度で発光させる際、その輝度に対応したパルス幅を有する第1パルスを生成して出力すると共に、前記経路切替スイッチング素子をスイッチングするための第2パルスを生成して前記経路切替スイッチング素子に入力する制御部(15)と、
    前記制御部から前記第1パルスが入力されると共に、前記第1パルスの立ち上がりおよび立ち下がりを鈍らせた第1駆動パルスを生成して出力するパルス生成回路部(20)と、
    前記パルス生成回路部から入力される前記第1駆動パルスのパルス幅に応じて前記発光素子をスイッチング駆動する第1スイッチング素子(Tr1)と、を備え、
    前記制御部で生成される前記第1パルスのパルス幅が変えられることで前記発光素子が調光されるようになっており、
    前記第2パルスによって前記経路切替スイッチング素子をオンしたときには、この経路切替スイッチング素子を通じる経路が用いられて前記発光素子に電流が流されると共に、前記発光素子は前記第1パルスのパルス幅が変えられることで調光され、前記第2パルスによって前記経路切替スイッチング素子をオフしたときには、前記減光用抵抗を通じる経路が用いられて、前記経路切替スイッチング素子を通じる経路に流される場合よりも小さい値の電流が前記発光素子に流されて前記発光素子が減光されると共に、前記発光素子が減光された状態で前記第1パルスのパルス幅が変えられることで前記発光素子が調光されるようになっていることを特徴とする請求項1に記載の車両用照明駆動回路。
  3. 前記制御部から出力される前記第2パルスは、固定減光切替回路部(30)に入力されるようになっており、この固定減光切替回路部にて前記第2パルスの立ち上がりおよび立ち下がりが鈍った第2駆動パルスが生成されて前記経路切替スイッチング素子に入力されるようになっていることを特徴とする請求項2に記載の車両用照明駆動回路。
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