JP5341067B2 - Ｌｅｄ故障検出回路 - Google Patents

Description

本発明は、欠陥のあるＬＥＤを検出し、対応する検出信号を出力するＬＥＤ故障検出回路に関する。

例えば自動車アプリケーションにおいて、照明システムのランプ（特に、テールライト及び／又はブレーキライト）に不具合があることを運転者に知らせる警告システムを有することが、望ましい。この警告に応答して、運転者は、不具合のある前記ランプを交換することができる。

既知の従来技術のシステムは、テストモード等を必要としている。例えば、当該照明システムがオンに切り換えられる度に、又は車が始動される場合に、前記照明システムが点検される。

しかしながら、ランプが使用中に壊れた場合は、如何なる信号も生成されない。更に、既知の従来技術のシステムは、不具合のあるランプを検出するために、複雑で高価な回路を使用している。

更に、既知の従来技術の警告システムは、ＬＥＤと共に使用されるのに適していない。特に、ＬＥＤが調光される場合、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）調光を使用しているＤＣ−ＤＣコンバータ回路により駆動される場合、前記既知の従来技術のシステムは、不具合のあるＬＥＤを検出するのに適していない。

本発明の目的は、調光されることができるＬＥＤと共に使用されるのに適切な、簡単で費用効果的なＬＥＤ故障検出回路を提供することにある。

この目的は、添付請求項１に記載の故障検出回路において達成される。

本発明による故障検出回路は、最高電圧検出器を有している。前記最高電圧検出器は、ＬＥＤの両端の電圧を検出するために前記ＬＥＤに結合されている。電流が前記ＬＥＤを通って流れる場合、即ち前記ＬＥＤが動作され、不具合がない場合、前記ＬＥＤの両端の電圧は、所定の値を有している。前記ＬＥＤに不具合のある場合、前記ＬＥＤは、開回路となり得て、この結果、前記ＬＥＤの両端の電圧は、供給電圧にほぼ等しく、通常、不具合がない場合の前記ＬＥＤの両端の電圧よりも大幅に高い。前記最高電圧検出器は、前記ＬＥＤの両端の電圧（即ち比較的低い動作電圧又は比較的高い供給電圧）を検出する。

前記最高電圧検出器が、最大の電圧（即ち最高電圧）を決定することに留意されたい。従って、前記ＬＥＤがＰＷＭ駆動法を使用して調光されている場合、検出される電圧は、前記最大供給電圧にほぼ等しく、前記供給電圧のデューティサイクルからほぼ独立している。従って、前記最高電圧検出器は、前記ＬＥＤに不具合がない場合、比較的低い最高電圧信号を出力し得て、前記ＬＥＤに不具合がある場合、比較的高い最高電圧信号を出力し得る。

前記最高電圧検出器による最高電圧信号出力は、第１の入力信号として差動アンプに供給される。前記差動アンプは、更に、基準電圧を第２の入力信号として受け取っている。このように、前記差動アンプは、前記基準電圧と前記最高電圧信号との差に基づいて、故障検出信号を出力するように構成されている。例えば、前記最高電圧信号が比較的低い動作電圧にほぼ等しい場合、前記故障検出信号は、低い電圧を有し得て、前記最高電圧信号が比較的高い供給電圧にほぼ等しい場合、前記故障検出信号は高い電圧を有し得る。

実施例において、前記最高電圧検出器は、ダイオードとコンデンサとの直列接続を有しており、最高電圧端子が、前記ダイオードと前記キャパシタとの間のノードに設けられている。動作中、前記コンデンサは、前記ＬＥＤの両端の最大電圧まで充電される一方で、前記ダイオードは、前記ＬＥＤの両端の電圧が前記コンデンサの両端の電圧よりも低い期間における前記コンデンサの放電を防止する。このことは、特に、パルス幅変調（ＰＷＭ）調光と組み合わされて使用されるのに適している。

実施例において、前記差動アンプは、トランジスタの差動対を有しており、前記第１の入力信号は、第１のトランジスタのベースに供給され、前記第２の入力信号は、第２のトランジスタのベースに供給され、出力端子は、前記第２のトランジスタのコレクタに結合されている。

実施例において、前記差動アンプは、演算増幅器装置を含んでおり、前記演算増幅器装置は、前記第１の入力信号と前記第２の入力信号との間の電圧差を増幅すると共に、電圧差信号を出力し、前記故障検出回路は、トランジスタを更に有しており、前記トランジスタのベースは、前記電圧差信号を受け取るように前記演算増幅器装置に結合されており、前記差動アンプの出力端子は、前記トランジスタのコレクタに結合されている。

本発明による故障検出回路の第１実施例の回路図を示している。 本発明による故障検出回路の第２実施例の回路図を示している。 本発明による故障検出回路の第３実施例の回路図を示している。 本発明による故障検出回路の第４実施態様の回路図を示している。

以下で、本発明は、限定的ではない実施例を示している添付図面を参照して説明される。

添付図面において、同一の符号は、同一の要素を参照している。

図１は、本発明による故障検出回路１０の第１実施例を示している。故障検出回路１０は、最高電圧検出器２０と差動アンプ３０とを有している。最高電圧検出器２０は、ＬＥＤ Ｄ１に結合されている。ＬＥＤ Ｄ１は監視されており、故障検出信号は、ＬＥＤ Ｄ１の状態を示していなければならない。インダクタＬ１が、ＬＥＤ Ｄ１に対して結合されている。インダクタＬ１は、ＬＥＤ Ｄ１に電力を供給するＤＣ−ＤＣコンバータの一部である。インダクタＬ１は、必須のものではない。何らかの他のＤＣ−ＤＣコンバータのトポロジも、同様に利用されることができる。

最高電圧検出器２０は、充電ダイオードＤ２、電流制限抵抗器Ｒ３、コンデンサＣ１及び放電抵抗器Ｒ４を有している。充電ダイオードＤ２、電流制限抵抗器Ｒ３及びコンデンサＣ１は、ＬＥＤ Ｄ１に対して直列に接続されている。放電抵抗器Ｒ４は、コンデンサＣ１と並列に接続されている。電流制限抵抗器Ｒ３と放電抵抗器Ｒ４とは、分圧器としても機能している。

動作中、ＬＥＤ Ｄ１に不具合がないと仮定すると、電流はインダクタＬ１を通って供給され、ＬＥＤ Ｄ１を通ってコモン端子まで流れる。このことにより、動作電圧が、ＬＥＤ Ｄ１の両端に生成される。この動作電圧は、例えば、３．５Ｖであっても良い。前記動作電圧がＬＥＤ Ｄ１の両端に印加されている場合、コンデンサＣ１は、充電ダイオードＤ２及び電流制限抵抗器Ｒ３によって、前記動作電圧まで充電される。コンデンサＣ１の両端の電圧は、最高電圧検出器２０の出力端子Ｔ_ｏｕｔにおいて前記最高電圧信号として供給される。

ここで、ＬＥＤ Ｄ１に不具合があり、従って、ＬＥＤ Ｄ１が開回路として機能すると仮定すると、ＤＣ−ＤＣコンバータに供給される供給電圧にほぼ等しい電圧が、開回路ＬＥＤ Ｄ１の両端に印加されている。従って、コンデンサＣ１は前記供給電圧まで充電され、前記供給電圧は、ＬＥＤの動作電圧よりも大幅に高いとみなされることができる。放電抵抗器Ｒ４は、例えば、ノイズによる如何なる電圧パルスも取り除く。

放電抵抗器Ｒ４は、比較的大きい抵抗を有しているが、正しい動作のために必須でなくても良い。例えば、放電抵抗器Ｒ４の抵抗は、動作（例えば、パルス幅変調動作）に関連して選択されることもできる。放電抵抗器Ｒ４は、比較的速い電圧の変化（例えば、ノイズ）であって、特に、前記基準電圧よりも高い電圧のピークが、実質的に無視されるように、放電抵抗器Ｒ４とコンデンサＣ１との並列回路の時定数を設定するのに使用されることができる。更に、放電抵抗器Ｒ４は、予期しない状況におけるコンデンサＣ１の放電を可能にするように設けられることもできる。

ＬＥＤ Ｄ１がＰＷＭ電流を使用して動作される場合、動作電圧は、第１期間においてのみ、ＬＥＤ Ｄ１の両端に印加されており、第２期間においては、ＬＥＤ Ｄ１の両端に対する電圧は、生成されない（又は低い電圧が生成される）。（前記第１期間及び前記第２期間は、交互になっている。） 前記第１期間において、コンデンサＣ１は、上述のように変化され得る。前記第２期間において、充電ダイオードＤ２は、コンデンサＣ１がＬＥＤ Ｄ１を介して放出されるのを防止する。従って、最高電圧検出器２０は、ＰＷＭ調光と組み合わされて使用されるのに適している。

差動アンプ３０は、第１のトランジスタＱ１と第２のトランジスタＱ２との対を有している。トランジスタＱ１、Ｑ２の各々のコレクタは、それぞれ、第１及び第２の抵抗器Ｒ１、Ｒ２を介して供給電圧Ｖ_ｓに結合されている。第２の抵抗器Ｒ２と第２のトランジスタＱ２のコレクタとの間に、第３のダイオードＤ３が接続されている。第３のダイオードＤ３は、電圧又は電流反転による損傷を防止できる。しかしながら、第３のダイオードＤ３は、故障検出回路１０の正しい動作に影響を与えることなく、省略されることもできる。

第１のトランジスタＱ１及び第２のトランジスＱ２のエミッタが接続され、電流源抵抗器Ｒ_Ｅは、コモン端子と２つのトランジスタＱ１、Ｑ２のエミッタと間に接続されている。電流源抵抗器Ｒ_Ｅは、前記故障検出回路の動作に影響を与えることなく、何らかの他の適切な種類の電流源と置き換えられることができる。

第１のトランジスタＱ１のベースは、最高電圧検出器２０の出力端子Ｔ_ｏｕｔに接続されている。第２のトランジスタＱ２のベースは、基準電圧端子に接続されている。従って、基準電圧Ｖ_ｒｅｆは、第２のトランジスタＱ２のベースに供給される。

第２のトランジスタＱ２のコレクタと第２の抵抗器Ｒ２との間のノードにおいて、出力端子Ｖ_ｏｕｔは、故障検出信号を出力するように構成されている。

基準電圧Ｖ_ｒｅｆは、適切に選択されることができる。例えば、基準電圧Ｖ_ｒｅｆは、動作電圧より大幅に高くても良い。このような実施例において、第２のトランジスタＱ２は、ＬＥＤ Ｄ１の正しい動作の間、導通するのに対し、第１のトランジスタＱ１は、第２のトランジスタＱ２と比較しての第１のトランジスタＱ１の大幅に低いベース−エミッタ電圧により導通しない。第２のトランジスタＱ２が導通するので、前記出力端子における電圧は比較的低く、特に、電流源抵抗器Ｒ_Ｅの両端の電圧と第２のトランジスタＱ２の両端の飽和電圧と第３のダイオードＤ３の両端の電圧との和に実質的に等しく、例えば、約１Ｖになり得る。

ＬＥＤ Ｄ１に不具合がある場合、第１のトランジスタＱ１のベースにおける電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータの供給電圧に実質的に等しい（これは、供給電圧Ｖ_ｓに等しくても良いが、これらはが等しいものである必要はない）。最適に選択された基準電圧Ｖ_ｒｅｆ及び第１のトランジスタＱ１のベースにおける比較的高い電圧によって、第１のトランジスタＱ１は導通するのに対し、第２トランジスタＱ２は導通しない。従って、電流源抵抗器Ｒ_Ｅにより生成される電流は、上述のように第２の抵抗器Ｒ２及び第２のトランジスタＱ２を通る代わりに、第１の抵抗器Ｒ１及び第１のトランジスタＱ１を通って流れる。従って、出力端子Ｖ_ｏｕｔの電圧は、供給電圧Ｖ_ｓに実質的に等しい。従って、ＬＥＤ Ｄ１に不具合がある場合、大幅に高い電圧が、出力端子Ｖ_ｏｕｔに存在する。

それよりも、出力端子Ｖ_ｏｕｔは、第１の抵抗器Ｒ１と第１のトランジスタＱ１との間に接続されることもできることに留意されたい。このような実施例において、前記故障検出信号は、ＬＥＤ Ｄ１に不具合がない場合に高く、ＬＥＤ Ｄ１に不具合がある場合には、低い。

図２は、図１に示した第１実施例とほぼ同様に動作する第２実施例を示している。前記第１実施例と比較して、前記第１のトランジスタが、演算増幅器装置ＯＡと置き換えられている。演算増幅器装置ＯＡは、差動アンプとして機能している。これに加えて、
演算増幅器装置ＯＡは、最高電圧信号を受け取るための前記最高電圧検出器の出力端子Ｔ_ｏｕｔに接続されていると共に、基準電圧Ｖ_ｒｅｆに接続されている。演算増幅器装置ＯＡは、前記最高電圧信号と基準電圧Ｖ_ｒｅｆとを比較する。演算増幅器装置ＯＡの出力は、抵抗器Ｒ５を介して、第２のトランジスタＱ２のベースに接続されている。前記演算増幅器装置の出力が高い場合、第２のトランジスタＱ２は導通し、結果として、故障検出信号端子Ｖ_ｏｕｔに低い電圧をもたらす。前記演算増幅器装置の出力が低い場合、第２のトランジスタＱ２は導通せず、結果として、故障検出信号端子Ｖ_ｏｕｔにおける高い電圧（供給電圧Ｖ_ｓにほぼ等しい）をもたらす。

基準電圧Ｖ_ｒｅｆの最適な選択は、基準電圧Ｖ_ｒｅｆが前記ＬＥＤの動作電圧より高いことを保証し、この結果、高い演算増幅器装置の出力をもたらし、従って、出力端子Ｖ_ｏｕｔにおける低い故障検出信号をもたらす。更に、最適に選択された基準電圧Ｖ_ｒｅｆは、基準電圧Ｖ_ｒｅｆがＤＣ−ＤＣコンバータの供給電圧以下であるようにし、この結果、低い演算増幅器装置の出力をもたらし、従って、出力端子Ｖ_ｏｕｔにおける高い故障検出信号をもたらす。

図３は、図２に示されているのとほぼ同じ回路を示している。しかしながら、図３による回路は、不具合のあるＬＥＤを検出するのに適切なものであり、前記ＬＥＤは、不具合のある場合に短絡回路になる。これらに加えて、最高電圧信号及び基準電圧の演算増幅器装置ＯＡ（又は類似の比較装置）への接続が交換されており、記基準電圧は、期待されるＬＥＤ動作電圧よりも低く選択されている。

図４は、図２に示されているのとほぼ同じ回路であって、ヒステリシスが導入されている回路を示している。これに加えて、第１のヒステリシス抵抗器Ｒ６と第２のヒステリシス抵抗器Ｒ７との直列接続が、演算増幅器装置ＯＡの出力端子の間に接続されており、第３のヒステリシス抵抗器Ｒ８は、演算増幅器装置ＯＡの入力端子と基準電圧Ｖ_ｒｅｆの入力端子との間に導入されている。更に、（１）第３のヒステリシス抵抗器Ｒ８と演算増幅器装置ＯＡとの間のノードと、（２）第１のヒステリシス抵抗器Ｒ６と第２のヒステリシス抵抗器Ｒ７との間のノードとの間の接続が設けられている。このようなヒステリシス回路は、従来技術においてよく知られているので、この動作に関する詳細な議論は、ここでは省略する。このヒステリシスにより、ＬＥＤが不安定な動作を示している（例えば、不具合のある状態と作動している状態との間を行き来している）場合、故障検出信号が、交互に生じることが防止される。

図２と比較して図３及び４に存在する種々の回路の変更は、図１に示されている回路の配置に導入されても良いことに留意されたい。更に、（例えば、図１及び２に示されているような）開回路の不具合のあるＬＥＤの検出のための回路と、（例えば、図３に示されているような）短絡回路の不具合のあるＬＥＤを検出する回路とが、１つの検出回路によって、両方の種類の不具合のあるＬＥＤを検出することを可能にするために組み合わされることもできる。例えば、最高電圧検出回路２０が組み合わせられても良く、前記最高電圧信号は、２つの別個の差動アンプ回路に供給されても良い。更に、本発明による故障検出回路は、ＬＥＤと組合わされて使用されることを意図している。しかしながら、前記故障検出回路は、不具合のある場合に開回路又は短絡回路になる如何なる他の種類のランプ又は装置と組み合わされて使用されるのにも適しているものであり得る。

本発明の詳細な実施例が、本願明細書に開示されているが、開示されている実施例は、単に本発明の例示的なものに過ぎないことを理解すべきであり、本発明は、様々な形態において実施されることができる。従って、本願明細書に開示されている特定の構造及び機能の詳細は、制限するものと解釈されるべきではなく、単に添付請求項に対する基礎として、及び実質的に何らかの適切で詳細な構造における本発明の実質的に様々な採用を当業者に教示するための代表的な基礎としてのみ解釈されるべきである。

更に、本願明細書において使用されている用語及び表現は、制限することを目的としているものではなく、むしろ、本発明の理解可能な説明を提供するためのものである。本明細書において使用されている単数形は、１つ以上のものとして規定されるものである。本明細書において使用されている「他の」なる語は、少なくとも第２の又はそれ以上のものとして規定されるものである。本明細書において使用されている「含む」及び／又は「持つ」なる語は、有する（即ち、開放的な言語）として規定されるものである。本明細書において使用されている「結合されている」なる語は、必ずしも直接的にではなく、必ずしもワイヤによるものではないが、接続されているものとして規定されるものである。

Claims (6)

1. 電力信号を受け取るＤＣ−ＤＣコンバータ回路に結合されているＬＥＤの、不具合を検出する故障検出回路であって、
   − 前記ＬＥＤの両端の電圧を検出するために前記ＬＥＤに結合されていると共に、最高電圧信号を供給するための最高電圧端子を有している最高電圧検出器と、
   − 第１の入力信号として前記最高電圧信号を受け取るために前記最高電圧端子に結合されていると共に、第２の入力信号としての基準電圧を供給するように構成されている基準電圧端子に結合されている差動アンプであって、故障検出信号を供給する出力端子を有している差動アンプと、
   を有し、
   前記最高電圧検出器は、ダイオードとコンデンサとの直列接続を有しており、前記ダイオードのアノードは、前記ＬＥＤに結合され、前記ダイオードのカソードは、前記コンデンサに結合され、前記最高電圧端子は、前記ダイオードと前記コンデンサとの間のノードに設けられている、故障検出回路。
2. 抵抗器が、前記コンデンサに対して並列に結合されている、請求項１に記載の故障検出回路。
3. 前記差動アンプは、前記第１の入力信号が第１のトランジスタのベースに供給され、前記第２の入力信号が第２のトランジスタのベースに供給される、トランジスタの差動対を有しており、前記出力端子は、前記第２のトランジスタのコレクタに結合されている、請求項１に記載の故障検出回路。
4. 前記差動アンプは、前記第１の入力信号と前記第２の入力信号との間の電圧差を増幅し、電圧差信号を出力する演算増幅器装置を有している、請求項１に記載の故障検出回路。
5. トランジスタを更に有しており、前記トランジスタのベースは、前記電圧差信号を受け取るために前記演算増幅器装置に結合されており、前記差動アンプの出力端子は、前記トランジスタのコレクタに結合されている、請求項４に記載の故障検出回路。
6. 前記ダイオードの前記カソードは、抵抗器を介して前記コンデンサに結合されている、請求項１乃至５の何れか一項に記載の故障検出回路。

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