JP6594590B2 - 車載用照明装置 - Google Patents
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Description
また、上記のように直列に接続されたLEDの数が多くなれば、出力電圧の低下に基づいてLEDの短絡を判断することが困難であるという課題もあった。
また、直列に接続された発光素子を分割して発光素子群にすることで、検出対象の発光素子の直列接続数を少なくすることができ、発光素子のばらつき電圧と変動電圧による影響を回避して確実な短絡検出ができる。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る車載用照明装置1の構成の一例を示す回路図である。実施の形態1に係る車載用照明装置1は、車載バッテリ等の電源2から供給される電力で、光源部20を点灯する。この車載用照明装置1は、直列に接続された複数の発光素子を有する光源部20と、光源部20を点灯する電源部10とを備える。ここでは、半導体発光素子としてLEDを例示する。
点灯制御部11は、例えば、マイクロコンピュータまたは制御用IC等によって構成される。
図3は、実施の形態1におけるブリッジ回路22の構成の一例を示す回路図であり、npnタイプのトランジスタ301,302を用いる例である。図3のように、ブリッジ回路22は、LED102,103と、比較用抵抗201,202とで構成される。LED102は「第1発光素子群」であり、LED103は「第2発光素子群」である。直列に接続された一対の比較用抵抗201,202は、直列に接続された複数のLED101〜104のうちの一対のLED102,103の接続点の電圧VLEDと同等の電圧Vrefを生成する。当構成においては比較用抵抗201の抵抗値と比較用抵抗202の抵抗値の比は1:1である。また、ブリッジ回路22は、LED102,103の短絡故障を検出するためのトランジスタ301,302を有する。トランジスタ301のベースはベース抵抗203を介してLED102,103の接続点に接続され、トランジスタ301のエミッタは比較用抵抗201,202の接続点に接続される。トランジスタ302のベースはベース抵抗204を介して比較用抵抗201,202の接続点に接続され、トランジスタ302のエミッタはLED102,103の接続点に接続される。状態切替部30はpnpタイプのトランジスタ303であり、トランジスタ303のエミッタは光源側電源端子14に接続され、トランジスタ303のコレクタは光源側電源端子15に接続され、トランジスタ303のベースはベース抵抗205を介してトランジスタ301,302のコレクタに接続される。
図5は、実施の形態1におけるブリッジ回路22と等価なホイーストンブリッジ回路を示す図である。不図示のトランジスタ301,302またはトランジスタ311,312は、LED102,103の接続点と比較用抵抗201,202の接続点の端子間電圧を比較する。図5では、第1発光素子群として1個のLED102が例示され、第2発光素子群として1個のLED103が例示されている。
図6は、図3のブリッジ回路22におけるLED102短絡時の動作を説明する図である。図7は、図3のブリッジ回路22におけるLED103短絡時の動作を説明する図である。なお、説明を簡単にするため、図6ではトランジスタ302等を省略し、図7ではトランジスタ301等を省略している。
正常時、LED102,103の接続点の電圧VLEDは「約(V+V0)/2」であり、比較用抵抗201,202の接続点の電圧Vrefも「(V+V0)/2」である。両接続点の電圧VLED,Vrefの差が0.7V以下のため、ベース電流Ib1,Ib2が流れず、トランジスタ301,303は動作しない。LED102が短絡すると電圧VLEDが「V+V0」になるため、ベース電流Ib1,Ib2が流れて、トランジスタ301,303が動作する。
VLED>(Vref+VBE) (1)
正常時、LED102,103の接続点の電圧VLEDと、比較用抵抗201,202の接続点の電圧Vrefは、「(V+V0)/2」である。そのため、ベース電流Ib1,Ib2が流れず、トランジスタ302,303は動作しない。LED103が短絡すると電圧VLEDが「V0」になるため、ベース電流Ib1,Ib2が流れて、トランジスタ302,303が動作する。
VLED<(Vref−VBE) (2)
図1に示された車載用照明装置1の場合、LED102またはLED103の短絡時に状態切替部30のトランジスタ303が動作し、光源側電源端子14,15間を短絡する。図2に示された車載用照明装置1の場合、LED102またはLED103の短絡時に図6の短絡報知用信号線35を流れるベース電流Ib2、つまりトランジスタ301のコレクタ電流が、図6に図示されない信号端子16に通電される。
また、半導体発光素子がLD(レーザダイオード)である場合も、降下電圧Vfは「5V」程度と高いため、トランジスタ301,302による短絡故障の検出が可能である。
ちなみに、トランジスタ301,302と同様の動作をするFET(Field Effect Transistor)は、動作するときのゲートソース間電圧VGSが「3V」ほどになる。そのため、ブリッジ回路22のトランジスタ301,302をFETに置き換えた場合、点灯しているときの降下電圧Vfが「6V」以上になる発光素子であれば短絡故障の検出が可能である。
ここで、図8に、トランジスタ301の検出電圧を調整する例を示す。トランジスタ301のベースとエミッタとの間にVBE調整用抵抗208が接続されることにより、検出電圧、つまり見かけ上のベースエミッタ間電圧VBEが調整される。
同様に、トランジスタ302のベースとエミッタとの間に抵抗が接続されることにより、検出電圧、つまり見かけ上のベースエミッタ間電圧VBEが調整される。
以下、図9A〜図9Hに、ブリッジ回路22の構成例を示す。
ただし、図9Dの構成例のように多数のLEDが直列接続されている場合であっても、これらのLEDが1つの灯具内に配置されていればこれらのLEDの温度は略均一であるため、降下電圧Vfの温度による変動はなく、この変動による検出確度の低下はない。
図9Eは、第1発光素子群110に2個のLEDが含まれ、第2発光素子群120に1個のLEDが含まれている例である。図9Eの構成例では、第1発光素子群110のLED数と第2発光素子群120のLED数の比が2:1であるため、対応する比較用抵抗201,202の抵抗値の比も2:1である。また、LED1個あたりの降下電圧Vfが「3V」である場合、第1発光素子群110を構成するLEDのうちの1個が短絡したときの端子間電圧は「1.0V」であり、第2発光素子群120を構成するLED1個が短絡したときの端子間電圧は「2.0V」である。
このように、第1発光素子群に含まれるLED数と第2発光素子群に含まれるLED数とが近いほど、端子間電圧のばらつきは小さくなり、トランジスタ301,302による短絡故障の検出確度は高まる。
また、トランジスタ301,302は、従来のショート検出回路に用いられるショート検出用ICに比べてサイズが小さいため、光源部20の基板サイズを小さくすることが可能であり、簡素かつ安価な車載用照明装置1を実現できる。
例えば、電源部10の点灯制御部11は、電源部10の出力電圧が2/3に低下した場合、つまり光源部20を構成する全LEDのうちの1/3が短絡した場合に、光源部20に異常事態が発生していると認識する。これにより、点灯制御部11は、光源部20が点灯しているときのLEDの降下電圧Vfのばらつき、および降下電圧Vfの温度による変動等の特性を考慮しながらも、余裕をもって異常事態を認識できる。
実施の形態1の状態切替部30は、光源部20の負荷状態を切り替えるトランジスタ303等のスイッチで構成された。トランジスタ303が光源側電源端子14,15間の開放と短絡を切り替える構成では、電源部10から出力される電圧がアナログ的に変化するため、電源部10の点灯制御部11は短絡故障を認識しにくい。そこで、実施の形態2では、電源部10から出力される電圧がディジタル的に変化するように状態切替部30を構成し、電源部10の点灯制御部11が短絡故障を認識しやすくする。
図10に示される状態切替部30は、サイリスタで構成される。なお、サイリスタは、図10に示されるようにnpnタイプのトランジスタとpnpタイプのトランジスタとが組み合わされた構成のものであってもよいし、1つの素子であってもよい。LED102またはLED103が短絡故障してトランジスタ301またはトランジスタ302が動作している間、サイリスタは、光源側電源端子14,15間を短絡し、自己保持動作によりこの短絡状態を維持する。
また、状態切替部30が光源側電源端子14,15間を短絡または断絶することで、電源部10に電圧の出力異常を認識させることができ、電源部10から車両側へ光源部20の異常を知らせることができる。この際、状態切替部30がサイリスタまたはロジック部等により構成されることで電源部10から出力される電圧がディジタル的に変化するので、電源部10の点灯制御部11が短絡故障を認識しやすくなる。
実施の形態3では、光源部20が複数のブリッジ回路を備える構成を示す。
図14は、実施の形態3における複数のブリッジ回路21〜23の構成例を示す図である。図15は、実施の形態3における複数のブリッジ回路21〜23と等価なホイーストンブリッジ回路を示す図である。図14および図15ならびに後述する図16および図17において、図1〜図13と同一または相当する部分は、同一の符号を付し説明を省略する。
ブリッジ回路22のように、第1発光素子群を構成するLED数と、第2発光素子群を構成するLED数とが異なってもよい。
ちなみに、LED131とLED132は、例えば、1個のパッケージに複数のLEDチップが組み入れられたLEDモジュールである。同様に、LED133,134もLEDモジュールである。
実施の形態4では、複数のLEDが分割され実装された複数の基板のそれぞれに、ブリッジ回路と状態切替部が設けられた構成を示す。
図18は、実施の形態4における複数のブリッジ回路21,23を有する構成例を示す図である。図18ならびに後述する図19および図20において、図1〜図17と同一または相当する部分は、同一の符号を付し説明を省略する。
Claims (13)
- 直列に接続された複数の発光素子を有する光源部と、
前記複数の発光素子を点灯する電源部とを備えた車載用照明装置であって、
前記電源部に対する前記光源部の負荷状態を切り替える状態切替部を備え、
前記光源部は、
前記直列に接続された複数の発光素子が第1発光素子群と第2発光素子群に分割され、
前記第1発光素子群および前記第2発光素子群の高電位側と低電位側に接続し、両者の接続点の電圧と同等の電圧を生成する、直列に接続された一対の比較用抵抗と、
前記第1発光素子群と前記第2発光素子群との接続点および前記一対の比較用抵抗の接続点のいずれか一方にベースが接続され他方にエミッタが接続されたトランジスタとを備え、
前記第1発光素子群、前記第2発光素子群および前記一対の比較用抵抗によってブリッジ回路を構成し、
前記第1発光素子群および前記第2発光素子群に含まれる1個以上の発光素子が短絡すると前記トランジスタが動作し、
前記状態切替部は、
前記トランジスタが動作したときに前記電源部に対する前記光源部の負荷状態を切り替えることを特徴とする車載用照明装置。 - 直列に接続された複数の発光素子を有する光源部と、
前記複数の発光素子を点灯する電源部とを備えた車載用照明装置であって、
前記光源部と前記電源部とを接続する短絡報知用信号線と、
前記短絡報知用信号線に設けられて前記短絡報知用信号線の通電状態を切り替える状態切替部とを備え、
前記光源部は、
前記直列に接続された複数の発光素子が第1発光素子群と第2発光素子群に分割され、
前記第1発光素子群および前記第2発光素子群の高電位側と低電位側に接続し、両者の接続点の電圧と同等の電圧を生成する、直列に接続された一対の比較用抵抗と、
前記第1発光素子群と前記第2発光素子群との接続点および前記一対の比較用抵抗の接続点のいずれか一方にベースが接続され他方にエミッタが接続されたトランジスタとを備え、
前記第1発光素子群、前記第2発光素子群および前記一対の比較用抵抗によってブリッジ回路を構成し、
前記第1発光素子群および前記第2発光素子群に含まれる1個以上の発光素子が短絡すると前記トランジスタが動作し、
前記状態切替部は、
前記トランジスタが動作したときに前記短絡報知用信号線の通電状態を切り替えることを特徴とする車載用照明装置。 - 前記直列に接続された複数の発光素子が3つ以上の発光素子群に分割され、前記ブリッジ回路が複数構成されることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の車載用照明装置。
- 複数の前記ブリッジ回路のうちの1つのブリッジ回路を構成する前記第1発光素子群または前記第2発光素子群が、別の前記ブリッジ回路を構成する前記第1発光素子群または前記第2発光素子群に兼用されることを特徴とする請求項3記載の車載用照明装置。
- 前記第1発光素子群および前記第2発光素子群に含まれる1個の発光素子が点灯しているときに降下する電圧は、前記トランジスタが動作するときのベースとエミッタ間の電圧の2倍以上であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の車載用照明装置。
- 複数の前記ブリッジ回路のそれぞれが有する複数の前記トランジスタのコレクタが互いに接続されていることを特徴とする請求項3記載の車載用照明装置。
- 前記状態切替部は、前記トランジスタが動作したときに、前記電源部に接続されている前記光源部の両端を短絡状態にすることを特徴とする請求項1記載の車載用照明装置。
- 前記状態切替部は、前記トランジスタが動作したときに、前記光源部を前記電源部から断絶することを特徴とする請求項1記載の車載用照明装置。
- 前記状態切替部は、前記トランジスタが動作したときに、前記電源部に接続されている前記光源部の両端を短絡した状態と定常状態とを繰り返すことを特徴とする請求項1記載の車載用照明装置。
- 前記状態切替部は、前記トランジスタが動作したときに、前記光源部を前記電源部から断絶した状態と定常状態とを繰り返すことを特徴とする請求項1記載の車載用照明装置。
- 前記光源部は、前記複数の発光素子が分割され実装された複数の基板によって構成され、
前記複数の基板のそれぞれに実装された発光素子は、前記ブリッジ回路の少なくとも一部になることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の車載用照明装置。 - 前記複数の発光素子が分割され実装された前記複数の基板の少なくとも一部は、前記状態切替部を備えることを特徴とする請求項11記載の車載用照明装置。
- 前記光源部は、前照灯、制動灯、または方向指示灯用の光源であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の車載用照明装置。
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