JP2010015887A - Ｌｅｄ点灯制御回路、及びこれを備えた車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＬＥＤのＶｆバラツキに対応して、ＬＥＤの出力電力を所定範囲となるように、ＬＥＤを駆動する出力電流を制御できるＬＥＤ点灯制御回路、及びこれを備えた車両用灯具を提供することができる。
【解決手段】 ＬＥＤ点灯制御回路１０は、例えば、バッテリを入力とする直流電源と、直流電源に接続されたトランス１６と、複数のＬＥＤ光源１４の出力電圧を検出する電圧検出部１８と、ＬＥＤ光源１４の出力電流を検出する電流検出部２０と、電圧検出部１８で検出された出力電圧値に基づいてＬＥＤ光源１４を駆動する電流値を設定する演算部２２と、電流検出部２０の出力電流値と演算部２２の設定電流値からＬＥＤ光源１４を駆動する出力電流を制御するＰＷＭ制御部２４と、ＰＷＭ制御部２４の信号によりスイッチング素子Ｑ１をオン・オフするＦＥＴドライバ２６を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、直列に接続された複数のＬＥＤを駆動するＬＥＤ点灯制御回路及びこれを備えた車両用灯具に関する。

従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）が車両の車室内の照明や夜間の計器類の照明等に用いられていた。近年において、赤色ＬＥＤのストップランプによる実用化の他にも、白色ＬＥＤの高輝度化等の性能向上により、白色ＬＥＤがデイタイムランニングランプやヘッドランプなど自動車照明の光源として、開発が盛んに行われるようになってきた。

これらのＬＥＤを光源とする車載用途の照明では、車両電源であるバッテリを入力電源とし、そのバッテリ電圧に基づいてＬＥＤを点灯させている。

一般的に、ＬＥＤを点灯する場合は、印加電圧に対して電流を制限する抵抗などの限流素子が必要となる。特にヘッドランプではＬＥＤの性能を最大限に引き出すために、大電流が必要となる。それを抵抗で電流制限しようとすると抵抗による電力損失が相当大きくなる。抵抗の大型化や発熱の問題を解決するため、抵抗の代わりにＬＥＤを駆動する電流を一定に制御する定電流制御によるスイッチング電源回路が用いられている。

例えば、特許文献に１には、点灯回路として、直列に接続された複数のＬＥＤからなる発光ユニットにコンバータ回路を接続し、定電流回路の端子間電圧が一定になるようにコンバータ回路の出力電圧を制御しながら、発光ユニットと定電流回路を流れる電流を一定にすることが開示されている。

また、特許文献２には、複数のＬＥＤを直列接続して形成されるＬＥＤユニットに、ＬＥＤユニットに流す電流を一定に保つための定電流回路が接続され、電圧検出回路によりＬＥＤユニットに印加されている電圧を検出するリアコンビネーションランプ装置が開示されている。
特開２００１−２１５９１３号公報 特開２００３−１８７６１４号公報

ところで、従来のＬＥＤの点灯制御回路では、ＬＥＤの順方向電圧（Ｖｆ）の値に関係なく、常に一定の電流をＬＥＤに流し、ＬＥＤを点灯させていた。一般に、高輝度ＬＥＤでは、Ｖｆのバラツキが３〜４Ｖの範囲で発生する。そのため、図７のＣ点に示すような、Ｖｆの値が大きいＬＥＤを含んで構成された光源に一定の電流を流した場合には、Ｂ点で示すＶｆが標準値のＬＥＤと比較して、その出力電力が大きくなり、ＬＥＤチップのジャンクション温度が非常に大きくなる。出力電力が大きくなると発熱が大きくなるため、ヘッドライト等の車両用灯具に取り付けられる放熱フィンを大型化したり、Ｖｆの値の近いＬＥＤ自体を選別して電流を下げるようにしたりする必要があった。

ＬＥＤのＶｆ初期値のバラツキに加えて、Ｖｆの経年変化による増大に対しては、一定電流制御では出力電力の増大による回路自体の発熱故障や、ＬＥＤの異常温度による加速劣化が生じるおそれがあった。

一方、図７のＡ点に示すように、Ｖｆの値が小さいＬＥＤを含んで構成された光源に一定の電流を流した場合、Ｂ点で示すＶｆが標準値のＬＥＤに比較して、その出力電力は小さいため、熱的に余裕が生じているが、Ｖｆを選別及び電流調整しないと明るさを上げることができない問題があった。また、一部のＬＥＤが短絡故障し、Ｖｆが大きく低下した場合でも、常に一定電流で制御するために、ＬＥＤ故障によるヘッドランプの明るさ低下は不可避であった。

また、ＬＥＤ点灯後は常に一定の電流値で点灯していたため、高輝度ＬＥＤの一般的な特性として、ＬＥＤチップの温度上昇による発光効率の低下現象が発生し、ＬＥＤ点灯開始時から温度的に安定するまで３０分程度は徐々に明るさが低下するという問題が発生していた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ＬＥＤのＶｆバラツキに対応して、ＬＥＤの出力電力を所定範囲となるように、ＬＥＤを駆動する出力電流を制御できるＬＥＤ点灯制御回路、及びこれを備えた車両用灯具を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明のＬＥＤ点灯制御回路は、直列に接続された複数のＬＥＤを駆動するＬＥＤ点灯制御回路であって、前記ＬＥＤを流れる出力電流を検出する電流検出部と、前記ＬＥＤの出力電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部で検出される出力電圧値に基づいて、前記ＬＥＤの出力電力値が所定の範囲内となるよう前記ＬＥＤを駆動する電流値を設定する演算部と、前記電流検出部で検出される出力電流値と前記演算部で設定される電流値とに基づいて、前記ＬＥＤを駆動する出力電流値を所定の範囲内に制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明のＬＥＤ点灯制御回路は、前記発明において、前記電流検出部で検出された出力電流値を、所定の出力電流値内に制限する電流制限部を備えていることが好ましい。

本発明のＬＥＤ点灯制御回路は、前記発明において、前記所定の出力電流制限値を、前記ＬＥＤの順方向電圧の加算による出力電圧範囲で、出力電圧が最低値から最大値までの範囲で所定の出力電力となる任意の電流値に設定することが好ましい。

本発明のＬＥＤ点灯制御回路は、前記発明において、前記ＬＥＤの定格出力電流と定格出力電圧から算出される出力電力値に対して±１５％の範囲内の出力電力値となるよう前記ＬＥＤを駆動する電流値を設定することが好ましい。

本発明のＬＥＤ点灯制御回路は、前記発明において、前記制御部がＰＷＭ制御部を備えることが好ましい。

前記目的を達成するために、本発明の車両用灯具は、前記いずれかのＬＥＤ点灯制御回路と、前記ＬＥＤ点灯制御回路で駆動される直列に接続された複数のＬＥＤとを備えたことを特徴とする。

本発明の車両用灯具は、前記発明において、前記ＬＥＤで発生する熱を放熱する放熱フィンを備えることが好ましい。

本発明によれば、直列に接続されたＬＥＤのＶｆの総和を出力電圧として検出して各ＶＦの総和に応じて、ＬＥＤの出力電流を増減し、ＬＥＤの最大出力電力を抑えるので、放熱フィンを小型化することが可能となり、またＶｆバラツキの選別及び電流調整も不要となる。

本発明によれば、Ｖｆの低下に対して出力電流を増加する制御であり、Ｖｆが低くてＬＥＤが温度に対する熱的余裕がある状態では出力電流を増加して、より明るくＬＥＤを点灯することができる。また、ＬＥＤの一部が短絡故障の場合にもＶｆの低下を検知して出力電流を増加するので、正常なＬＥＤにより明るさの低下を補償することができる。

本発明によれば、Ｖｆの低下に対して出力電流を増加する制御であり、またＬＥＤの温度が上昇するとＶｆの低下が検出できるので、ＬＥＤの温度上昇に伴う明るさの低下に対し、ＬＥＤの出力電流を増加することにより、明るさの低下を補償することができる。

本発明によれば、Ｖｆの上昇に対しては出力電流を低下するのでＬＥＤの出力電力は増大せずにＬＥＤ劣化が抑えられる。また回路の出力電力についても同様に増大しないので発熱による回路故障を防止することができる。

本発明によれば、ＬＥＤの接合部の温度をセンサ等で直接検出することなく、ＬＥＤの出力電圧値に基づいてＬＥＤの出力電力を制御することで、ＬＥＤの接合部の温度を直接検出することなしで、低コストでＬＥＤ温度上昇を低減することができる。

以下添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施の形態により説明されるが、本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行なうことができ、本実施形態以外の他の実施の形態を利用することができる。従って、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。

図１は、本実施の形態に係るＬＥＤ点灯制御回路の概略を示す回路図である。尚、本実施の形態では、ＬＥＤをヘッドランプの光源として用いる例で説明する。

ＬＥＤをヘッドランプの光源として用いる場合は、所定の明るさを得るため、複数個のＬＥＤが必要となる。したがって、効率的に定電流で点灯させるために、ＬＥＤが全て直列に接続される。これにより、全てのＬＥＤを一つの電源回路で同時に定電流制御することができる。図１に示すように、直列に接続された複数のＬＥＤ１２で構成されるＬＥＤ光源１４が、直列に複数接続されている。

ＬＥＤ点灯制御回路１０は、例えば、バッテリを入力とする直流電源（不図示）と、直流電源に接続されたトランス１６と、複数のＬＥＤ光源１４の出力電圧を検出する電圧検出部１８と、ＬＥＤ光源１４の出力電流を検出する電流検出部２０と、電圧検出部１８で検出された出力電圧値に基づいてＬＥＤ光源１４を駆動する電流値を設定する演算部２２と、電流検出部２０の出力電流値と演算部２２の設定電流値からＬＥＤ光源１４を駆動する出力電流を制御するＰＷＭ制御部２４と、ＰＷＭ制御部２４の信号によりスイッチング素子Ｑ１をオン・オフするＦＥＴドライバ２６を備えている。電流検出部２０で検出された出力電流値を、所定の出力電流値内に制限するための電流制限部２８が設けられている。ここで所定の電流値として、ＬＥＤの最大定格電流値を用いることができる。

また、ＬＥＤ点灯制御回路１０は、直流電源の入力電源側と接地間に接続された入力コンデンサＣ１と、トランス１６の２次側巻線に接続されたダイオードＤ１と、ダイオードＤ１に対し直列で、ＬＥＤ光源１４に対し並列に接続された平滑コンデンサＣ２を備えている。

次に、本実施の形態のＬＥＤ点灯制御回路１０の回路動作について、ヘッドライトを例に、図１を参照して説明する。

ＬＥＤ光源１４に使用する高輝度タイプのＬＥＤ１２の順方向電圧（Ｖｆ）は、例えば、ＩｎＧａＮを主材料とする場合、３〜４Ｖ程度となる。現状のＬＥＤ発光効率からすると、すれ違い用のＬｏビームでは２０チップ程度は必要となり、合計で最大８０Ｖ以上の出力電圧が必要となる。

一方、車両のバッテリ電圧は、１２Ｖ程度となるので上述のヘッドライトを点灯させる場合、点灯回路は昇圧電源となる。そこで、図１に示すように、バッテリを入力として、所定の出力電圧となるようなパルス幅の数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚ程度のスイッチング周波数で、入力コンデンサＣ１に充電されたバッテリ入力電圧及び電流をパワーＭＯＳ・ＦＥＴなどのスイッチング素子Ｑ１でトランス１６の１次側巻線の導通をオン・オフしてパルス電力化する。これを磁気エネルギーとしてトランス１６の２次側へ変換する。

これにより、トランス１６の２次側巻線に発生したパルス電力がダイオードＤ１で整流され、平滑コンデンサＣ２で平滑化され、所定の出力電圧に変換される。

一定の設定電流でこの出力を制御するため、ＬＥＤ光源１４の駆動電流が通る出力経路に電流検出部２０が設けられる。電流検出部２０では電流検出回路として抵抗が設けられる。この電流検出用の抵抗で検出した電圧信号を基準に、設定電流値として設けられた基準電圧信号とを比較して、フィードバック制御することで、出力が一定の設定電流での制御が可能となる。

フィードバック制御をするため、ＰＷＭ制御部２４が設けられている。ＰＷＭ制御部２４は、電流検出部２０の出力電流値を基準に、出力が設定値に対して低い状態では、１次側のスイッチングパルス幅を拡大し出力を増大し、逆に出力が高くなった場合はパルス幅を狭めて出力を低減することで、常に出力電流が一定値をなるようにスイッチング周波数毎に適正なパルス幅をフィードバック制御する。

本実施の形態では、上述のフィードバック制御に加え、ＬＥＤ１２の順方向電圧のバラツキに対応して、ＬＥＤ１２の出力電流を、複数のＬＥＤ光源１４の出力電力が所定の範囲内となるよう、任意に設定することができる。

そのため、ＬＥＤ光源１４の出力電圧を検出する電圧検出部１８と、電圧検出部１８で検出された出力電圧値の信号に基づいてＬＥＤ光源１４の駆動電流を設定する演算部２２を備えている。

演算部２２では、基準となる複数のＬＥＤ光源１４の出力電力値が設定されている。電圧検出部１８で検出された出力電圧値の信号が演算部２２に供給されると、設定された出力電力値と検出された出力電圧値から、所定の出力電力値となるようＬＥＤ光源１４を駆動すべき出力電流値が設定される。設定された出力電流値に基づいて、ＰＷＭ制御部２４はＦＥＴドライバ２６を制御し、スイッチング素子Ｑ１のオン・オフを制御する。この制御により、ＬＥＤ光源１４を駆動する出力電流値が、演算部２２で設定された電流値に変更される。

演算部２２に設定される出力電圧値として、ＬＥＤの定格出力電流と定格出力電圧から算出される出力電力値に、光源として使用するＬＥＤの個数を乗じたものを使用するのが好ましい。光源として使用するＬＥＤの個数は、ヘッドランプを構成するために必要な光源の明るさと、ＬＥＤの単体の明るさ性能から決定される。したがって、設定される出力電圧値は以下の式で求められる。
設定出力電圧値＝ＬＥＤの使用個数×定格出力電圧×定格出力電流
また、設定された定格出力電圧値に対して±１５％の範囲内の出力電力値となるようＬＥＤを駆動する電流値を設定することが好ましい。ここで、複数のＬＥＤ１２の出力電力が定格出力電圧値に対して１５％以上増加するように、ＬＥＤ１２の駆動電流を設定した場合、ＬＥＤ１２で発生する熱が大きくなる。

また、複数のＬＥＤ１２の出力電力が定格出力電圧値に対して１５％以上低下するように、ＬＥＤ１２の駆動電流を設定した場合、ＬＥＤ１２で発生する熱は小さくなるが、出力電流が低くなり、ＬＥＤの明るさが不足するおそれがある。

ここで、演算部２２に予め設定される出力電力値は、図２のＷの一点鎖線に示されるように、ＬＥＤの定格出力電圧と定格出力電流とによる定格電力曲線を基準に設定される。実際には、ＬＥＤ光源として使用されるＬＥＤの数に乗じた定格電力曲線が設定値の基準として使用される。図２において点線のＷ‘は、従来の最大電力力線を示している。

次に、本実施の形態の制御方法について図１及び図２を参照して説明する。

本実施の形態において、各ＬＥＤ１２の直列接続の順方向電圧（Ｖｆ）を加算して、電圧検出部１８で出力電圧を検出する。電圧検出部１８で検出された各Ｖｆの直列加算した出力電圧が、ＬＥＤ１２の定格出力電圧値の加算値に対して、図２のＣ点に示すように大きくなる場合、図２のＷに示される定格電力曲線に近似するように出力電流を低減する制御がＰＷＭ制御部２４で行なわれる。

従って、Ｖｆが最大となる場合でも各ＬＥＤ１２の総出力電力は、Ｂ点を通る定格電力曲線の値以下となる。これにより、Ｃ点において、従来の定電流駆動で発生していた、Ｖｆバラツキの最大値のときに生じる、出力電力に比べてＬＥＤの出力電力を低減することができる。

また、Ｖｆのバラツキは各ＬＥＤ１２について発生しているので、実際は各ＬＥＤ１２の発熱も個々に異なる。しかし、ヘッドランプに使用される場合、密閉されたヘッドランプのハウジングカバーに配置された放熱フィンにＬＥＤ１２が取り付けられるので、十分に温度上昇した密閉状態では総発熱量が低下するとハウジングカバー内部の雰囲気温度が低下する。ハウジングカバー内部の温度が低下するので、実質的に全てのＬＥＤ１２の温度上昇の低下に効果を奏する。

また、一部のＬＥＤ１２が劣化してＶｆが上昇した場合は、本発明ではＶｆ増大を検出して電流低下するので、Ｖｆが上昇したＬＥＤ１２の出力電力の増大による加速劣化を抑えることができる。ここでＬＥＤ１２の発光特性としては、明るさは電流値にリニアに変化するが、Ｖｆ上昇によるＬＥＤの出力電力の増加は発光に寄与せずに、損失としてＬＥＤ１２の温度上昇の主な要因となる。

これにより、一定電流で制御するために電力が増大して、更なる加速劣化で最終的なＬＥＤオープン故障による点灯不能となるのを防止することができる。

一方、電圧検出部１８で検出された各Ｖｆの直列加算した出力電圧が、ＬＥＤ１２の定格出力電圧値の加算値に対して、図２に示すＡ点のように小さい場合、Ｗで示される定格電力曲線に近似するように、出力電流を増加する制御がＰＷＭ制御部２４で行われる。したがって、Ｖｆが最小となる場合でも、ＬＥＤ１２の総出力電力は定格出力電力と同程度となり、大きくは低下しない。出力電流を増加する制御が行われるので、従来に比べて、より明るくＬＥＤ１２を点灯することができる。

また、各Ｖｆの直列加算した出力電圧がＶｆバラツキの最小値であるＡ点以下の場合でも、ＬＥＤ１２の最大定格電流値以上は流れないように常時、電流制限部２８に所定の電流値に出力を制限する制御を行なっているので、一部ＬＥＤ１２のＶｆ低下または短絡時に制御遅れによる突入電流や最大定格を超える異常電流が流れてＬＥＤ故障を誘発することはない。

また、電流制限部２８により電流制限値を出力電圧が最低時から最大時までの範囲で任意の出力電圧に対して一定出力電力となる任意の電流値に設定することでＬＥＤ１２の最大光度を制限することもできる。この場合、図２に示される、電流値を最大定格電流値と定格電流値の間の任意の値とすることで、電流制限することで最大輝度を低減することができる。

したがって、ＬＥＤ１２の一部が短絡故障した場合では、本発明では複数の直列接続されたＬＥＤ１２の電圧を検出して適正な電流値を設定できる。そのためＶｆが低下しても熱的に余裕がある場合は、出力電流を最大定格電流まで増加する制御を行い、短絡故障していないＬＥＤ１２を明る過ぎない範囲で光度を増加できるので、ヘッドランプとしての明るさ低下を安全に補償することができる。ヘッドランプに使用されるＬＥＤ１２は、全てが正常で、最大定格電流の電流を流した場合でも、対向車に眩しくならなように設計されている。したがって、最大定格電流を上限として、一部短絡した複数のＬＥＤ１２を点灯する限り、対向車に対して眩しすぎる問題を生じることはない。

図３は、本発明に係るＬＥＤ点灯制御回路を組み込んだヘッドランプの概略構成図である。ヘッドランプ５０は、ハウジングカバー５２と、ハウジングカバー５２の先端に設けられたレンズカバー５４とを備えている。ハウジングカバー５２内に、複数のＬＥＤが直列に接続されたＬＥＤ基板５６と、ＬＥＤ基板５６からの光を前方に反射させるリフレクタ５８と、ＬＥＤ基板５６の裏面に配置された放熱フィン６０と、ＬＥＤ基板５６と出力線６４を介して接続されたＬＥＤ点灯制御回路６２を備えている。

このヘッドランプ５０において、上述したＬＥＤの点灯制御が行われる。その結果、放熱フィン６０を従来に比して小型にすることができる。

図４は本発明による電流制御と、従来の定電流制御の場合における、それぞれＬＥＤの順方向電圧を同様に変化させた場合の出力変化を比較した実験データである。各ＬＥＤのＶｆは（１）２．６Ｖ、（２）３．５Ｖ、（３）４．４Ｖであり、ＬＥＤ光源として、そのＬＥＤを１７個直列に接続したものを使用した。

Ｖｆが基準値となる（２）３．５Ｖの値では、それぞれのＬＥＤの出力電流を定格電流である０．７Ａに設定すると、本発明による電流制御と従来の定電流制御のＬＥＤの出力電力は４２．７Ｗと同じとなる。

Ｖｆが最大値である（３）４．４Ｖに増加した場合、本発明の電流制御によるＬＥＤ電流は０．７Ａから０．６Ａに低減されるのでＬＥＤの出力電力は４４．４Ｗ程度となり、定格時の出力電力に対して約４％の増加程度に収まる。それに対し、従来の定電流制御においてはＶｆが上昇してもＬＥＤの出力電流は設定された定格電流は０．７Ａで一定である。そのためＬＥＤの出力電力は５３．９Ｗとなり、定格時の出力電力に対して約２６％と大幅に増加する。

したがって、従来の電流制御では、Ｖｆの上昇、またはＶｆの初期バラツキを考慮すると必然的にＬＥＤに対する放熱フィンが大型化してしまう。また、点灯回路においても出力電力が大きく増加するので、それに伴う回路発熱の増大も考慮すると点灯回路についても大型化する必要がある。

Ｖｆが最小値である（１）２．６Ｖに低下した場合、本発明の電流制御ではＬＥＤの出力電流が０．８Ａに増加するように制御される。直列に複数接続されたＬＥＤの一部が短絡した場合でも出力電流を増加することにより、ＬＥＤの明るさを増加できる。したがって、正常なＬＥＤで明るさの低下を補償することができる。この時の出力電力は３７．７Ｗ程度であり、定格時の出力電力に対して約１２％と低下となり、熱的に問題ないことが理解できる。

それに対して、従来の電流制御のおいては、ＬＥＤの出力電流値は０．７Ａ設定の一定で、出力電力も３１．５Ｗと大きく低下し、定格時の出力電力に対して約２６％と大幅に低下し、一部のＬＥＤが短絡した時の明るさの不足を補償することができない。

実験データに基づいて、定格出力電力に対する、制御による出力電力変化の範囲を検証する。定格電圧３．５Ｖで定格電流０．７Ａで１７個のＬＥＤを使用した場合、出力電力は４２．７Ｗとなる。一般的に、自然空冷のアルミニウム製の放熱フィンは、放熱性能が１℃／Ｗ（１Ｋ／Ｗ）程度である。ＬＥＤの出力電力が４２．７Ｗの場合、４２．７℃の温度上昇を伴うことになる。

自動車の場合、エンジンルーム付近の雰囲気温度は、最高で１００℃で想定されている。したがって、ＬＥＤの出力電力が４２．７Ｗの場合、ＬＥＤチップの温度は、１００℃（環境温度）＋４２．７℃（ＬＥＤの出力電力による温度上昇）＝１４２．７℃となる。

一般的に、ＬＥＤチップのジャンクション温度に関して、１５０℃が限界温度となる。出力電力は４２．７Ｗの場合は１４２．７℃であるので、１５０℃に対し約７℃程度の温度的余裕が存在する。

Ｖｆが最大値である（３）４．４Ｖに増加した場合、本発明の電流制御によるＬＥＤ電流は０．７Ａから０．６Ａに低減されるのでＬＥＤの出力電力は４４．４Ｗ程度となる。これは定格出力電力に対し４％程度の増加となる。この場合、ＬＥＤチップの温度は１４４．４℃となる。１５０℃に対し約５℃程度の温度的余裕が存在する。

次に、出力電流を制御した結果、出力電力が定格出力電力に対し１０％程度増加した場合を検討する。定格出力電力に対し１０％程度増加は約４７Ｗの出力電力となる。この場合、ＬＥＤチップの温度は１４７℃となる。１５０℃に対し約３℃程度の温度的余裕が存在する。

次に、出力電流を制御した結果、出力電力が定格出力電力に対し１５％程度増加した場合を検討する。定格出力電力に対し１５％程度増加は約４９．１Ｗの出力電力となる。この場合、ＬＥＤチップの温度は１４９．１℃となる。１５０℃に対し約１℃程度の温度的余裕が存在する。

従来の定電流制御においてはＶｆが上昇してもＬＥＤの出力電流は設定された定格電流は０．７Ａで一定である。そのためＬＥＤの出力電力は５３．９Ｗとなり、定格時の出力電力に対して約２６％と大幅に増加する。この場合、ＬＥＤチップの温度は１５３．９℃となる。１５０℃を超えてしまうためＬＥＤチップの破壊等の品質劣化の原因となる。

Ｖｆが最小値である（１）２．６Ｖに低下した場合、本発明の電流制御ではＬＥＤの出力電流が最大定格電流である０．８Ａに増加するように制御される。この時の出力電力は３７．７Ｗ程度であり、定格時の出力電力に対して約１２％と低下となる。この場合、ＬＥＤチップの温度は１３７．７℃となり、熱的に問題ないことが理解できる。

したがって、放熱フィンを限界まで小型化し、ＬＥＤチップのジャンクション温度を超えないようにするには、定格出力電力に対し出力電力が±１５％となるよう電流制御を行なうことが好ましい。ジャンクション温度に対する熱的余裕の観点から、定格出力電力に対し出力電力が±１０％となるよう電流制御することが、さらに好ましい。

図５は高輝度ＬＥＤを点灯開始した場合の本発明の電流制御と従来の電流制御におけるＬＥＤの明るさと時間の関係を示したグラフである。一般的、ＬＥＤは温度が上昇すると発光効率が低下するために、従来の定電流制御で点灯させた場合は図５のａに示すように点灯直後から温度が安定するまでの期間は徐々に明るさが低下する特性であった。

これに対して本発明では、図６に示すようにＬＥＤの温度上昇に応じて順方向電圧が徐々に低下するのを、出力電圧値として電圧検出部で検出できるので、ＬＥＤ温度上昇による発光効率の低下に応じて、ＬＥＤの出力電流を増加するよう制御して明るさに対する温度補償をすることができる。

すなわち、ＬＥＤが温度上昇して発光効率の低下が徐々に起きた場合は順方向電圧が徐々に低下するので、これに応じて本発明ではＬＥＤの出力電流を徐々に増加して発光低下に対する補償をすることができる。このように、ＬＥＤの接合部の温度をセンサ等で直接検出することなく、電圧検出部で検出した出力電圧値からＬＥＤの最大出力電力を制御することで、低コストでＬＥＤの接合部の温度上昇を低減することができる。

本発明の電流制御によれば、図５のｂに示すように、時間が経過しても発光効率の低下を防止することができる。

本発明の実施形態を示すＬＥＤ点灯制御回路の概略構成図 本発明に係るＬＥＤにおける出力電流と出力電圧の関係を示すグラフ ヘッドランプの概略構成図 本発明と従来の電流制御の実験結果を示す表図 本発明と従来の電流制御におけるＬＥＤの明るさと時間の関係を示すグラフ 順方向電圧とＬＥＤの接合部の温度の関係を示すグラフ 従来のＬＥＤにおける出力電流と出力電圧の関係を示すグラフ

符号の説明

１０…ＬＥＤ点灯制御回路、１２…ＬＥＤ（発光ダイオード）、１４…ＬＥＤ光源、１６…トランス、１８…電圧検出部、２０…電流検出部、２２…演算部、２４…ＰＷＭ制御部、２６…ＦＥＴドライバ、２８…電流制限部、５０…ヘッドランプ、５２…ハウジングカバー、５４…レンズカバー、５６…ＬＥＤ基板、５８…リフレクタ、６０…放熱フィン、６２…ＬＥＤ点灯制御回路、６４…出力線

Claims (7)

1. 直列に接続された複数のＬＥＤを駆動するＬＥＤ点灯制御回路であって、
   前記ＬＥＤを流れる出力電流を検出する電流検出部と、
   前記ＬＥＤの出力電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部で検出される出力電圧値に基づいて、前記ＬＥＤの出力電力値が所定の範囲内となるよう前記ＬＥＤを駆動する電流値を設定する演算部と、
   前記電流検出部で検出される出力電流値と前記演算部で設定される電流値とに基づいて、前記ＬＥＤを駆動する出力電流値を所定の範囲内に制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とするＬＥＤ点灯制御回路。
2. 前記電流検出部で検出された出力電流値を、所定の出力電流値内に制限する電流制限部を備えた請求項１記載のＬＥＤ点灯制御回路
3. 前記所定の出力電流制限値を、前記ＬＥＤの順方向電圧の加算による出力電圧範囲で、出力電圧が最低値から最大値までの範囲で所定の出力電力となる任意の電流値に設定することを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ点灯制御回路。
4. 前記ＬＥＤの定格出力電流と定格出力電圧から算出される出力電力値に対して±１５％の範囲内の出力電力値となるよう前記ＬＥＤを駆動する電流値を設定する請求項１〜３のいずれか記載のＬＥＤ点灯制御回路。
5. 前記制御部が、ＰＷＭ制御部を備える請求項１〜４のいずれか記載のＬＥＤ点灯制御回路。
6. 請求項１〜５のいずれか記載のＬＥＤ点灯制御回路と、前記ＬＥＤ点灯制御回路で駆動される直列に接続された複数のＬＥＤと、を備えたことを特徴とする車両用灯具。
7. 前記ＬＥＤで発生する熱を放熱する放熱フィンを備えた請求項６記載の車両用灯具。

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