JP2023005158A - Light source device - Google Patents

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Abstract

To provide a technique capable of reducing power consumption of the light source device as much as possible by performing appropriate current value control according to the ambient temperature of an LED.SOLUTION: A light source device in an embodiment of the disclosure includes: an LED 12 used as the light source; a drive circuit 20; and a control unit 50. The LED is used as the light source. The drive circuit drives the LED. The control unit is configured to reduce the drive current for the drive circuit to drive the LED as the ambient temperature drops.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、光源としてＬＥＤを使用する光源装置に関する。 The present disclosure relates to light source devices that use LEDs as light sources.

光源装置の光源としてＬＥＤを使用する技術が知られている。ＬＥＤは、Light Emitting Diodeの略である。ＬＥＤの順方向電圧は、ＬＥＤが設置されている周囲温度が低下すると高くなる温度特性を有している。つまり、ＬＥＤを駆動する電流値が同じ場合、周囲温度が高い場合よりも低い方が消費電力が増加する。 A technique of using an LED as a light source of a light source device is known. LED is an abbreviation for Light Emitting Diode. The forward voltage of the LED has a temperature characteristic that increases as the ambient temperature in which the LED is installed decreases. In other words, when the current value for driving the LED is the same, power consumption increases when the ambient temperature is lower than when the ambient temperature is high.

このようなＬＥＤの温度特性に対し、使用環境として規定される最低の周囲温度において消費される最大電力に基づいて、光源装置の電源、光源装置の周辺の回路などを設計すると、周囲温度が上昇した場合に過剰な設計になる。 For such temperature characteristics of LEDs, designing the power source of the light source device, the circuits around the light source device, etc. based on the maximum power consumed at the lowest ambient temperature specified as the usage environment will increase the ambient temperature. If you do, it will be over-designed.

また、車両のように、電源から供給できる電力量に余裕がない場合には、周囲温度の低下によって光源装置の消費電力が増加することは極力抑制したいところである。
そこで、下記特許文献１には、周囲温度が所定温度よりも低い場合、ＬＥＤを駆動する駆動電流の値を周囲温度が所定温度以上の場合よりも低下させる技術が開示されている。 Moreover, when there is no margin in the amount of electric power that can be supplied from the power source, such as in a vehicle, it is desirable to minimize an increase in the power consumption of the light source device due to a decrease in the ambient temperature.
Therefore, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-200001 discloses a technique for lowering the value of the driving current for driving an LED when the ambient temperature is lower than a predetermined temperature than when the ambient temperature is equal to or higher than the predetermined temperature.

特開２００９－１８１８３９号公報JP 2009-181839 A

しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、特許文献１に開示されている技術では、所定温度を境界として２段階の電流値の制御を行うので、ＬＥＤに対して周囲温度に応じた適切な電流値制御をできないという課題が見出された。 However, as a result of a detailed study by the inventor, the technique disclosed in Patent Document 1 controls the current value in two stages with a predetermined temperature as a boundary, so that an appropriate current for the LED according to the ambient temperature A problem was found that value control was not possible.

本開示の１つの局面は、ＬＥＤに対し周囲温度に応じた適切な電流値制御を行い、光源装置の消費電力を極力低減する技術を提供することにある。 One aspect of the present disclosure is to provide a technique for performing appropriate current value control for LEDs according to the ambient temperature and reducing the power consumption of the light source device as much as possible.

本開示の１つの態様による光源装置は、ＬＥＤ（１２）と、駆動回路（２０、８０）と、制御部（５０）と、を備える。
ＬＥＤは光源として使用される。駆動回路はＬＥＤを駆動する。制御部は、周囲の温度が低下するのにしたがい駆動回路がＬＥＤを駆動する駆動電流を低下させる。 A light source device according to one aspect of the present disclosure includes an LED (12), a drive circuit (20, 80), and a controller (50).
LEDs are used as light sources. A drive circuit drives the LED. The control unit reduces the drive current with which the drive circuit drives the LEDs as the ambient temperature drops.

このような構成によれば、周囲温度が低下するのにしたがいＬＥＤを駆動する駆動電流を低下させるので、周囲温度に応じてＬＥＤを駆動する駆動電流の電流値を適切に制御できる。これにより、周囲温度に応じてＬＥＤの消費電力を適切に制御できる。 According to such a configuration, the driving current for driving the LEDs is decreased as the ambient temperature decreases, so the current value of the driving current for driving the LEDs can be appropriately controlled according to the ambient temperature. Thereby, the power consumption of the LED can be appropriately controlled according to the ambient temperature.

第１実施形態の光源装置の構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing the configuration of a light source device according to a first embodiment; FIG. ＬＥＤの周囲温度と順方向電圧との関係を示す特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the ambient temperature and the forward voltage of the LED; 周囲温度と駆動電流を制御するデューティ比との関係を示す特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the ambient temperature and the duty ratio that controls the drive current; 第２実施形態の光源装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the light source device of 2nd Embodiment.

以下、図を参照しながら本開示の実施形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１に示す光源装置１０は、ＬＥＤ１２と、駆動回路２０と、ＭＰＵ５０と、温度センサ６０と、照度センサ６２と、を備える。ＭＰＵは、Micro Processing Unitの略である。光源装置１０は、例えば、車載のヘッドアップディスプレイのバックライトとして使用される。 Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.
[1. First Embodiment]
[1-1. Constitution]
The light source device 10 shown in FIG. 1 includes an LED 12 , a drive circuit 20 , an MPU 50 , a temperature sensor 60 and an illuminance sensor 62 . MPU is an abbreviation for Micro Processing Unit. The light source device 10 is used, for example, as a backlight for an in-vehicle head-up display.

ＬＥＤ１２は、光源装置１０の光源として使用され、駆動回路２０に並列に接続されている。複数の駆動回路２０のそれぞれは、スイッチングレギュレータ３０と電流制御回路４０とを備える。スイッチングレギュレータ３０は複数のＬＥＤ１２を駆動して点灯させる。スイッチングレギュレータ３０は１個のＬＥＤ１２を駆動して点灯させてもよい。 The LED 12 is used as a light source of the light source device 10 and connected in parallel to the drive circuit 20 . Each of the multiple drive circuits 20 includes a switching regulator 30 and a current control circuit 40 . The switching regulator 30 drives and lights up the plurality of LEDs 12 . The switching regulator 30 may drive one LED 12 to light.

本実施形態では、スイッチングレギュレータ３０として、例えば、昇圧または降圧または昇降圧のいずれかのＤＣ－ＤＣコンバータが使用される。スイッチングレギュレータ３０は、電源線２から供給される電力に基づいて、駆動電流としてＬＥＤ１２に定電流を供給する。 In this embodiment, the switching regulator 30 is, for example, a step-up, step-down, or step-up/step-down DC-DC converter. The switching regulator 30 supplies constant current to the LED 12 as drive current based on the power supplied from the power supply line 2 .

電流制御回路４０は、複数のパワーＭＯＳＦＥＴ４２を有する。複数のパワーＭＯＳＦＥＴ４２のそれぞれは、各ＬＥＤ１２に接続している。パワーＭＯＳＦＥＴ４２がオン、オフされてスイッチングレギュレータ３０からＬＥＤ１２に供給される電流がオン、オフされることにより、ＬＥＤ１２を流れる平均電流値が制御される。 The current control circuit 40 has multiple power MOSFETs 42 . Each of the power MOSFETs 42 is connected to each LED 12 . By turning on/off the power MOSFET 42 and turning on/off the current supplied from the switching regulator 30 to the LED 12, the average current value flowing through the LED 12 is controlled.

ＭＰＵ５０は、制御線２００にスイッチング信号を出力して、スイッチングレギュレータ３０のスイッチングを制御する。ＭＰＵ５０は、複数のスイッチングレギュレータ３０に、同じ周波数のスイッチング信号を出力してもよいし、少なくとも２種類の異なる周波数のスイッチング信号を出力してもよい。 The MPU 50 outputs a switching signal to the control line 200 to control switching of the switching regulator 30 . The MPU 50 may output switching signals having the same frequency, or may output switching signals having at least two different frequencies to the plurality of switching regulators 30 .

また、ＭＰＵ５０は、制御線２１０にＰＷＭ信号を出力して電流制御回路４０のパワーＭＯＳＦＥＴ４２をオン、オフすることにより、ＬＥＤ１２を流れる平均電流値を制御する。 Also, the MPU 50 outputs a PWM signal to the control line 210 to turn on/off the power MOSFET 42 of the current control circuit 40 to control the average current value flowing through the LED 12 .

ＭＰＵ５０は、温度センサ６０から周囲の温度を入力し、照度センサ６２から周囲の照度を入力する。ＭＰＵ５０は、周囲の温度と周囲の照度とに基づいて、電流制御回路４０のパワーＭＯＳＦＥＴ４２をオン、オフするＰＷＭ信号のデューティ比を制御することにより、ＬＥＤ１２を駆動する駆動電流の電流値を制御する。 The MPU 50 inputs ambient temperature from the temperature sensor 60 and inputs ambient illuminance from the illuminance sensor 62 . The MPU 50 controls the current value of the drive current that drives the LED 12 by controlling the duty ratio of the PWM signal that turns on and off the power MOSFET 42 of the current control circuit 40 based on the ambient temperature and ambient illuminance. .

［１－２．制御］
図２に示すように、ＬＥＤ１２は、周囲温度が低下するのにしたがい順方向電圧が上昇する特性を有している。 [1-2. control]
As shown in FIG. 2, the LED 12 has the characteristic that the forward voltage increases as the ambient temperature decreases.

したがって、スイッチングレギュレータ３０から供給される定電流に対し、ＭＰＵ５０が同じデューティ比のＰＷＭ信号でＬＥＤ１２の駆動電流をＰＷＭ制御すると、周囲温度が低下するのにしたがい上昇する順方向電圧により、ＬＥＤ１２の消費電力は上昇する。 Therefore, when the MPU 50 PWM-controls the drive current of the LED 12 with a PWM signal having the same duty ratio as the constant current supplied from the switching regulator 30, the forward voltage that rises as the ambient temperature decreases causes the power consumption of the LED 12 to increase. Power rises.

そこで、図３に示すように、本実施形態では、ＭＰＵ５０は、周囲温度に基づいて設定されるＰＷＭ制御として、例えば、周囲温度が－３０℃以上０℃以下の間、周囲温度が低下するのにしたがいデューティ比を低下させる。図３の－３０℃以上０℃以下の周囲温度とデューティ比との特性は、図２の－３０℃以上０℃以下の周囲温度と順方向電圧との特性に基づいて設定される。 Therefore, as shown in FIG. 3, in the present embodiment, the MPU 50 performs PWM control that is set based on the ambient temperature. The duty ratio is reduced accordingly. The characteristics of the ambient temperature of −30° C. to 0° C. and the duty ratio in FIG. 3 are set based on the characteristics of the ambient temperature of −30° C. to 0° C. and the forward voltage in FIG.

図２に示される特性から、周囲温度が０℃よりも高いときは、０℃以下のときよりも順方向電圧の変化率は低く、順方向電圧も低い。したがって、図３では、周囲温度が０℃より高い場合は、周囲温度が０℃のときと同じ１００％のデューティ比に設定されている。 From the characteristics shown in FIG. 2, when the ambient temperature is higher than 0.degree. C., the change rate of the forward voltage is lower than when the ambient temperature is 0.degree. Therefore, in FIG. 3, when the ambient temperature is higher than 0.degree. C., the duty ratio is set to 100%, which is the same as when the ambient temperature is 0.degree.

－３０℃は、例えば、使用環境として本実施形態で想定される最低温度であるから、周囲温度が－３０℃よりも低いときは想定されていない。したがって、図３では、周囲温度が－３０℃よりも低いときは、－３０℃のときと同じデューティ比に設定されている。 Since −30° C. is, for example, the lowest temperature assumed in this embodiment as the usage environment, an ambient temperature lower than −30° C. is not assumed. Therefore, in FIG. 3, when the ambient temperature is lower than -30.degree. C., the duty ratio is set to be the same as at -30.degree.

また、ＭＰＵ５０は、周囲の温度とは別に、周囲の照度に基づいて、ＬＥＤ１２を駆動する駆動電流をＰＷＭ制御するデューティ比を設定する。例えば、ＭＰＵ５０は、周囲の照度が暗くなるのにしたがい、ＰＷＭ制御のデューティ比を低下させる。 Further, the MPU 50 sets the duty ratio for PWM-controlling the drive current for driving the LED 12 based on the ambient illuminance independently of the ambient temperature. For example, the MPU 50 reduces the duty ratio of PWM control as the ambient illuminance becomes darker.

そして、ＭＰＵ５０は、周囲の温度と周囲の照度とのそれぞれで設定されるＰＷＭ制御のデューティ比を比較し、低い方のデューティ比により駆動電流をＰＷＭ制御する。つまり、ＭＰＵ５０は、周囲の温度と周囲の照度とのそれぞれで設定される駆動電流の電流値を比較し、駆動回路２０に対し電流値が低い方の駆動電流でＬＥＤ１２を駆動させる。 Then, the MPU 50 compares the PWM control duty ratios set for the ambient temperature and the ambient illuminance, and PWM-controls the drive current with the lower duty ratio. That is, the MPU 50 compares the current values of the drive currents set for the ambient temperature and the ambient illuminance, and causes the drive circuit 20 to drive the LED 12 with the drive current having the lower current value.

尚、周囲の温度と周囲の照度とのそれぞれで設定されるデューティ比は、いずれも、デューティ比から算出される駆動電流と周囲の温度に対応する順方向電圧とから決定される光源装置１０の消費電力が光源装置１０に許可される規定の最大電力以下になるように設定されている。 Note that the duty ratios set for the ambient temperature and the ambient illuminance are both determined from the driving current calculated from the duty ratio and the forward voltage corresponding to the ambient temperature. The power consumption is set to be equal to or less than the prescribed maximum power permitted for the light source device 10 .

［１－３．効果］
以上説明した第１実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１ａ）周囲温度が低下するのにしたがい、ＬＥＤ１２を駆動する駆動電流を低下させるので、ＬＥＤ１２の消費電力を周囲温度に応じて適切に制御し、光源装置１０の消費電力を極力低減できる。 [1-3. effect]
According to the first embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1a) As the ambient temperature decreases, the driving current for driving the LED 12 is decreased, so the power consumption of the LED 12 can be appropriately controlled according to the ambient temperature, and the power consumption of the light source device 10 can be reduced as much as possible.

（１ｂ）周囲温度と順方向電圧との特性に応じてＬＥＤ１２の駆動電流をＰＷＭ制御するデューティ比を設定するので、ＬＥＤ１２の消費電力を周囲温度に応じて適切に制御できる。 (1b) Since the duty ratio for PWM-controlling the driving current of the LED 12 is set according to the characteristics of the ambient temperature and the forward voltage, the power consumption of the LED 12 can be appropriately controlled according to the ambient temperature.

（１ｃ）周囲の温度と周囲の照度とに基づいて、駆動電流をＰＷＭ制御するデューティ比を設定することにより、極力低い駆動電流でＬＥＤ１２を駆動できる。これにより、周囲の温度と周囲の照度とに基づいて、ＬＥＤ１２の消費電力を適切に制御できる。 (1c) By setting the duty ratio for PWM-controlling the drive current based on the ambient temperature and ambient illuminance, the LED 12 can be driven with the lowest possible drive current. Thereby, the power consumption of the LED 12 can be appropriately controlled based on the ambient temperature and ambient illuminance.

以上説明した第１実施形態では、ＭＰＵ５０が制御部に対応する。
［２．第２実施形態］
［２－１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。 In the first embodiment described above, the MPU 50 corresponds to the control section.
[2. Second Embodiment]
[2-1. Differences from First Embodiment]
Since the basic configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, differences will be described below. Note that the same reference numerals as in the first embodiment indicate the same configurations, and refer to the preceding description.

前述した第１実施形態では、各駆動回路２０が駆動するＬＥＤ１２は並列に接続されていた。これに対し、図４に示す第２実施形態の光源装置７０では、各駆動回路８０が駆動するＬＥＤ１２は直列に接続されている点で、第１実施形態と相違する。第２実施形態では、駆動回路８０の電流制御回路８２は、１個のパワーＭＯＳＦＥＴ４２を有する。 In the first embodiment described above, the LEDs 12 driven by the drive circuits 20 are connected in parallel. In contrast, the light source device 70 of the second embodiment shown in FIG. 4 differs from the first embodiment in that the LEDs 12 driven by the drive circuits 80 are connected in series. In the second embodiment, the current control circuit 82 of the drive circuit 80 has one power MOSFET 42 .

［２－２．効果］
以上説明した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態と同じ効果を得ることができる。 [2-2. effect]
According to the second embodiment described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

［３．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。 [3. Other embodiments]
Although the embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above embodiments, and can be implemented in various modifications.

（３ａ）上記実施形態では、周囲温度に基づいてＰＷＭ制御のデューティ比を設定する場合、周囲温度が－３０℃以上０℃以下の間で、周囲温度が低下するのにしたがいデューティ比を低下してＬＥＤ１２の駆動電流を低下させた。そして、周囲温度が－３０℃よりも低いときは－３０℃と同じデューティ比を設定し、周囲温度が０℃よりも高いときは０℃と同じデューティ比を設定した。 (3a) In the above embodiment, when the duty ratio for PWM control is set based on the ambient temperature, the duty ratio decreases as the ambient temperature decreases between −30° C. and 0° C. to reduce the driving current of the LED 12. When the ambient temperature is lower than -30.degree. C., the same duty ratio as -30.degree. C. is set, and when the ambient temperature is higher than 0.degree. C., the same duty ratio as 0.degree.

これに対し、図２に示す周囲温度と順方向電圧との特性に合わせて、想定される使用環境の周囲温度の範囲において、周囲温度が低下するのにしたがい、ＰＷＭ制御のデューティ比を低下させてもよい。 On the other hand, in accordance with the characteristics of the ambient temperature and the forward voltage shown in FIG. may

（３ｂ）上記実施形態では、車載のヘッドアップディスプレイのバックライトとして光源装置１０、７０が使用されたが、これに限定されるものではない。例えば、車載以外の液晶ディスプレイのバックライトとして使用されてもよい。あるいは、照明として使用されてもよい。 (3b) In the above embodiments, the light source devices 10 and 70 are used as the backlight of the head-up display mounted on the vehicle, but the present invention is not limited to this. For example, it may be used as a backlight for liquid crystal displays other than vehicles. Alternatively, it may be used as lighting.

（３ｃ）上記実施形態では、ＭＰＵ５０は、周囲の温度と周囲の照度とのそれぞれで設定される駆動電流を比較し、駆動回路２０に対し低い方の駆動電流でＬＥＤ１２を駆動させた。これに対し、ＭＰＵ５０は、例えば、周囲の照度が一定だと見なされる環境では、周囲の照度を考慮せずに、周囲の温度が低下するのにしたがい、ＬＥＤ１２を駆動する駆動電流を低下させてもよい。 (3c) In the above embodiment, the MPU 50 compares the drive currents set according to the ambient temperature and the ambient illuminance, and causes the drive circuit 20 to drive the LED 12 with the lower drive current. On the other hand, for example, in an environment where the ambient illuminance is assumed to be constant, the MPU 50 reduces the driving current for driving the LED 12 as the ambient temperature decreases without considering the ambient illuminance. good too.

（３ｄ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。 (3d) A plurality of functions possessed by one component in the above embodiment may be realized by a plurality of components, or a function possessed by one component may be realized by a plurality of components. . Also, a plurality of functions possessed by a plurality of components may be realized by a single component, or a function realized by a plurality of components may be realized by a single component. Also, part of the configuration of the above embodiment may be omitted. Also, at least part of the configuration of the above embodiment may be added or replaced with respect to the configuration of the other above embodiment.

（３ｅ）前述した光源装置１０、７０の他、当該光源装置１０、７０を構成要素とするシステムなど、種々の形態で本開示を実現することもできる。 (3e) In addition to the light source devices 10 and 70 described above, the present disclosure can also be implemented in various forms such as a system having the light source devices 10 and 70 as constituent elements.

１０、７０：光源装置、１２：ＬＥＤ、２０、８０：駆動回路、５０：ＭＰＵ（制御部） 10, 70: light source device, 12: LED, 20, 80: drive circuit, 50: MPU (control unit)

Claims (5)

光源として使用されるＬＥＤ（１２）と、
前記ＬＥＤを駆動するように構成された駆動回路（２０、８０）と、
周囲の温度が低下するのにしたがい前記駆動回路が前記ＬＥＤを駆動する駆動電流を低下させるように構成されている制御部（５０）と、
を備える光源装置。 an LED (12) used as a light source;
a driving circuit (20, 80) configured to drive the LED;
a control unit (50) configured to reduce the driving current for driving the LED by the driving circuit as the ambient temperature decreases;
A light source device. 請求項１に記載の光源装置であって、
前記制御部は、ＰＷＭ制御により前記駆動電流を制御するように構成されている、
光源装置。 The light source device according to claim 1,
The control unit is configured to control the drive current by PWM control,
Light source device. 請求項１または２に記載の光源装置であって、
前記制御部は、規定された最大電力以下になるように、周囲温度が低下するのにしたがい前記駆動電流を低下させるように構成されている、
光源装置。 The light source device according to claim 1 or 2,
The control unit is configured to reduce the drive current as the ambient temperature decreases so that the power is less than or equal to a specified maximum power.
Light source device. 請求項１から３のいずれか１項に記載の光源装置であって、
前記制御部は、周囲温度と前記ＬＥＤの順方向電圧との特性に基づいて、周囲温度が低下するのにしたがい前記駆動電流を低下させるように構成されている、
光源装置。 The light source device according to any one of claims 1 to 3,
The control unit is configured to reduce the drive current as the ambient temperature decreases, based on the characteristics of the ambient temperature and the forward voltage of the LED.
Light source device. 請求項１から４のいずれか１項に記載の光源装置であって、
前記制御部は、周囲の照度に基づいて設定される前記駆動電流の値と、前記周囲の温度に基づいて設定される前記駆動電流の値とを比較し、前記駆動回路に対し電流値が低い前記駆動電流で前記ＬＥＤを駆動させるように構成されている、
光源装置。 The light source device according to any one of claims 1 to 4,
The control unit compares the value of the drive current set based on the ambient illuminance and the value of the drive current set based on the ambient temperature, and determines that the current value is low with respect to the drive circuit. configured to drive the LED with the drive current;
Light source device.
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