JP7408448B2 - 光源モジュールおよび点灯回路 - Google Patents

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Description

本発明は、自動車などの車両に用いられる灯具に関する。
車両用灯具に用いられる光源として、従来は電球が多く用いられてきたが、近年では、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの半導体光源が広く採用されるようになっている。
図１は、従来の車両用灯具１のブロック図である。車両用灯具１には、スイッチ４を介してバッテリ２からの直流電圧（入力電圧ＶＩＮ）を受ける。ＬＥＤストリング（ＬＥＤバー）１０は、直列に接続される複数ｎ個のＬＥＤ１２を含む。ＬＥＤストリング１０の輝度は、それに流れる駆動電流ＩＬＥＤに応じて制御される。点灯回路２０は、駆動電流ＩＬＥＤを目標輝度に応じた目標量ＩＲＥＦに安定化するＬＥＤドライバ回路２２を含む。
ＬＥＤ１２に、目標量ＩＲＥＦに安定化された駆動電流ＩＬＥＤが流れているときの順方向電圧をＶｆ０とすると、ＬＥＤストリング１０の両端間電圧（最低点灯電圧という）ＶＭＩＮは、Ｖｆ０×ｎとなる。ｎ＝３とすると、白色ＬＥＤではＶＭＩＮ≒１１Ｖである。言い換えると、ＬＥＤドライバ回路２２の出力電圧ＶＯＵＴが、この最低点灯電圧ＶＭＩＮを下回ると、駆動電流ＩＬＥＤが目標量ＩＲＥＦを維持できなくなり、複数のＬＥＤ１２が消灯する。
従来の自動車用電球の代替として販売されるＬＥＤソケットでは、低コスト化が求められるため、ＬＥＤドライバ回路２２は、定電流シリーズレギュレータあるいは定電流出力の降圧コンバータ、あるいは抵抗で構成される。この場合、ＬＥＤドライバ回路２２の出力電圧ＶＯＵＴは、入力電圧ＶＩＮより低くなる。入力電圧ＶＩＮは、バッテリの満充電状態で１３Ｖであるが、放電が進むと、１０Ｖ以下まで低下することも珍しくない。したがって、バッテリ電圧ＶＢＡＴが低下すると（低電圧状態という）、出力電圧ＶＯＵＴが最低点灯電圧ＶＭＩＮを下回る状況が生じ、ＬＥＤ１２が消灯する。
低電圧状態におけるＬＥＤストリング１０の消灯を防止するためにバイパススイッチ２４およびバイパス制御回路２６が設けられる。バイパススイッチ２４は、最も低電位側の１個のＬＥＤ１２＿ｎと並列に接続される。バイパス制御回路２６は、入力電圧ＶＩＮがあるしきい値ＶＴＨより低くなると低電圧状態と判定し、バイパススイッチ２４をオンする。この状態では、最低点灯電圧ＶＭＩＮ＝Ｖｆ０×（ｎ－１）となり、ＶＩＮ＞ＶＭＩＮが保たれる。つまり、ＬＥＤ１２＿ｎの消灯と引き換えに、残りのＬＥＤ１２＿１～１２＿（ｎ－１）の点灯を維持することができる。
特開２０１６－１９７７１１号公報
本発明者らは図１の点灯回路２０を、ストップランプ、テイルランプ、リアフォグランプなどの後方の標識灯に適用することを検討し、以下の課題を認識するに至った。赤色ＬＥＤの電圧降下を２．４Ｖ、ｎ＝４とすると、ＶＭＩＮ＝２．４Ｖ×４＝９．６Ｖとなる。逆接保護用のダイオード３０の順方向電圧を０．８Ｖとすると、しきい値電圧ＶＴＨは、９．６Ｖ＋０．８Ｖ＋αとなり、マージンαを１Ｖとすると、ＶＴＨ＝１１．４Ｖとなる。したがって、ＶＩＮ＞１１．４ＶではＬＥＤストリング１０は正常に点灯する。
またＶＢＡＴが１１．４Ｖを下回ると、バイパススイッチ２４に電流が流れ、最低電位側のＬＥＤ１２＿４がバイパスされる。このときの最低点灯電圧は、ＶＭＩＮ＝１．８Ｖ×３＝５．４Ｖとなる。したがって、ＶＢＡＴ＝５．４Ｖ＋０．８Ｖ＝６．２Ｖ付近まで、ＬＥＤストリング１０の点灯を維持することができる。
近年、燃費向上のためにアイドリングストップ機能を有する車両が増えている。ストップランプは、車両の停車中、言い換えると、アイドリングストップが発生する期間中にこそ点灯する必要がある。アイドリングストップ中は、オルタネータが停止するため、バッテリの負荷が増えると、バッテリ電圧が著しく低下する。たとえばアイドリングストップ中に、エアコンが作動したり、ステアリングを操作してエンジンが再始動すると、バッテリ２の負荷電流が増加する。その結果、バッテリ電圧ＶＢＡＴが最低点灯電圧ＶＭＩＮ＝６．２Ｖを下回ると、ＬＥＤストリング１０が消灯する。ストップランプが消灯すると、後続車は、先行車が発進したものと誤認識してしまう。
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、安全性を高めることが可能な後方標識灯の提供にある。
本発明のある態様は光源モジュールに関する。光源モジュールは、直列に接続される４個のＬＥＤ（発光ダイオード）を含むＬＥＤストリングと、バッテリ電圧を受け、ＬＥＤストリングに目標電流に安定化された駆動電流を供給するＬＥＤドライバ回路と、ＬＥＤストリングのうちの隣接する２個のＬＥＤを含む被バイパス部分と並列に設けられ、バッテリ電圧に応じたバイパス電流をシンクするバイパス回路と、を備える。
本発明の別の態様は、直列に接続される４個のＬＥＤ（発光ダイオード）を含むＬＥＤストリングを駆動する点灯回路に関する。点灯回路は、バッテリ電圧を受け、ＬＥＤストリングに目標電流に安定化された駆動電流を供給するＬＥＤドライバ回路と、ＬＥＤストリングのうちの隣接する２個のＬＥＤを含む被バイパス部分と並列に設けられ、バッテリ電圧に応じたバイパス電流をシンクするバイパス回路と、を備える。
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明のある態様によれば、安全性を高めることができる。
従来の車両用灯具のブロック図である。 実施の形態に係る点灯回路を備える車両用灯具のブロック図である。 光源モジュールの動作を説明する図である。 図４（ａ）は、出射光量の入力電圧依存性の一例を示す図であり、図４（ｂ）は、バイパス回路の入出力特性の一例を示す図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、バイパス回路の構成例を示す回路図である。 図６（ａ）～（ｄ）は、車両用灯具の一例であるＬＥＤソケットを示す図である。
（実施の形態の概要）
本明細書に開示される一実施の形態は、光源モジュールに関する。光源モジュールは、直列に接続される４個のＬＥＤ（発光ダイオード）を含むＬＥＤストリングと、バッテリ電圧を受け、ＬＥＤストリングに目標電流に安定化された駆動電流を供給するＬＥＤドライバ回路と、ＬＥＤストリングのうちの隣接する２個のＬＥＤを含む被バイパス部分と並列に設けられ、バッテリ電圧に応じたバイパス電流をシンクするバイパス回路と、を備える。
この構成によると、バッテリ電圧が低下したときに、２個のＬＥＤがバイパスされるため、アイドリングストップ中にバッテリの負荷が増えた場合でも、ＬＥＤストリングが消灯するのを防止できる。したがって、この光源モジュールを後方標識灯に用いた場合には、車両の停車中に、意図せずにＬＥＤストリングが消灯して後続車両に誤ったメッセージを送るのを防止できる。
光源モジュールは、被バイパス部分の断線を検出すると、バイパス回路をディセーブルとする断線検出回路をさらに備えてもよい。被バイパス部分が断線している場合に、減電圧状態において電流バイパスを行うと、通常のバッテリ電圧ではＬＥＤストリングが消灯するのにもかかわらず、減電圧状態ではＬＥＤストリングが点灯するという好ましくない状況が生ずる。そこで、断線検出回路を設けることにより、断線しているときには、バッテリ電圧の電圧レベルにかかわらず、ＬＥＤストリングを消灯させておくことができる。
断線検出回路は、被バイパス部分の電圧降下が、Ｖｆ×２を超えると、被バイパス部分の断線と判定してもよい。
バイパス電流のバッテリ電圧に対する傾きは、４個のＬＥＤの出射光量のバッテリ電圧の変化に対する傾きが５％／０．１Ｖ以下となるように定めるとよい。これによりバッテリ電圧の短期的な変動に起因する出射光量の変動を、人間が感じにくくなる。
（実施の形態）
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
また本明細書において、電圧信号、電流信号などの電気信号、あるいは抵抗、キャパシタなどの回路素子に付された符号は、必要に応じてそれぞれの電圧値、電流値、あるいは抵抗値、容量値を表すものとする。
図２は、実施の形態に係る点灯回路６００を備える車両用灯具５００のブロック図である。車両用灯具５００には、スイッチ４を介してバッテリ２からの直流電圧（入力電圧）ＶＩＮが供給される。車両用灯具５００は、ＬＥＤストリング５０２および点灯回路６００を備える。ＬＥＤストリング５０２は、直列に接続される４個のＬＥＤ５０４＿１～５０４＿４を含む。車両用灯具５００は、たとえばストップランプやテイルランプ、リアフォグランプなどの後方標識灯であり、ＬＥＤストリング５０２は赤色のＬＥＤを含む。
車両用灯具５００の好適な一態様は、ＬＥＤストリング５０２と点灯回路６００とが１パッケージに収容された光源モジュールである。たとえば車両用灯具５００は、従来の自動車用電球と同様に、図示しないランプボディに着脱可能な形状を有するＬＥＤソケットである。ＬＥＤソケットは、長寿命化はもちろんのこと、消耗品であるが故に低コスト化が強く求められる。
点灯回路６００は、逆接保護用のダイオード６０２、ＬＥＤドライバ回路６１０、バイパス回路６２０、断線検出回路６３０を備える。
ＬＥＤドライバ回路６１０は逆接保護用のダイオード６０２を介して入力電圧ＶＩＮを受け、ＬＥＤストリング５０２に、目標量ＩＲＥＦに安定化された駆動電流ＩＬＥＤを供給する。ＬＥＤドライバ回路６１０は、（i）定電流リニアレギュレータ、（ii）定電流出力の降圧スイッチングコンバータあるいは、（iii）定電圧出力の降圧スイッチングコンバータと定電流回路の組み合わせ、（iv）抵抗のいずれかで構成することができる。
バイパス回路６２０は、複数のＬＥＤ５０４＿１～５０４＿４のうちの２個（５０４＿３，５０４＿４）と並列に接続される。ＬＥＤ５０４＿３、５０４＿５０４＿４を、被バイパス部分５０３ともいう。バイパス回路６２０は、イネーブル状態、ディセーブル状態が切り替え可能であり、イネーブル状態において入力電圧ＶＩＮに応じたバイパス電流ＩＢＹＰＡＳＳをＬＥＤストリング５０２からシンクする。バイパス電流ＩＢＹＰＡＳＳが流れるとき、被バイパス部分５０３に流れる電流は、ＩＬＥＤ－ＩＢＹＰＡＳＳとなる。ＩＢＹＰＡＳＳ＝０のとき、被バイパス部分５０３は、残りのＬＥＤ５０４＿１，５０４＿２と同じ輝度で発光し、ＩＢＹＰＡＳＳ＝ＩＬＥＤのとき、被バイパス部分５０３は消灯する。
断線検出回路６３０は、被バイパス部分５０３の断線を検出可能に構成される。断線検出回路６３０は、被バイパス部分５０３の断線故障を検出すると、バイパス回路６２０をディセーブルとする。ディセーブル状態のバイパス回路６２０は、バイパス電流ＩＢＹＰＡＳＳが０となり、電流をシンクできなくなる。
断線検出回路６３０における断線検知の方法は特に限定されないが、たとえば被バイパス部分５０３の電圧降下、すなわちノードＡの電圧ＶＡが、しきい値電圧Ｖｆ×２を超えると、被バイパス部分５０３の断線故障と判定してもよい。Ｖｆは、ＬＥＤストリング５０２の順方向電圧である。
たとえば断線検出回路６３０は、ノードＡの電圧をしきい値電圧ＶＯＰＥＮと比較する電圧コンパレータを含んでもよい。しきい値電圧ＶＯＰＥＮは、Ｖｆ×２よりわずかに高く設定しておいてもよい。
図３は、車両用灯具５００の動作を説明する図である。横軸は入力電圧ＶＩＮを、縦軸はＬＥＤストリング５０２の光量（相対値）を表す。比較のために、図１のように被バイパス部分を１個としたときの動作を示す。
被バイパス部分が１個の場合、入力電圧ＶＩＮが、とある電圧Ｖ１を下回ると、バイパス回路により、４個のＬＥＤのうち、１個のＬＥＤがバイパスされるため、光量は７５％に向かって低下していく。そして、入力電圧ＶＩＮがとある電圧Ｖ２（たとえば、１．８Ｖ×３＋０．８Ｖ＝６．２Ｖ）を下回ると、光量が０に落ちる。
これに対して、本実施の形態によれば、入力電圧ＶＩＮの電圧Ｖ１を下回ると、光量は５０％に向かって低下するが、入力電圧ＶＩＮがさらに低下しても、光量は５０％のままで維持される。さらに入力電圧ＶＩＮが電圧Ｖ３まで低下すると、光量は０％となる。
以上が車両用灯具５００の動作である。この車両用灯具５００によれば、バッテリ電圧ＶＢＡＴが低下したときに、２個のＬＥＤ５０４＿３，５０４＿４がバイパスされるため、アイドリングストップ中にバッテリの負荷が増えた場合でも、ＬＥＤストリング５０２が消灯するのを防止できる。したがって、この車両用灯具５００を後方標識灯に用いた場合には、車両の停車中に、意図せずにＬＥＤストリング５０２が消灯して後続車両に誤ったメッセージを送るのを防止できる。
続いて、断線検出回路６３０の動作を説明する。通常のバッテリ電圧ＶＢＡＴが供給された状態ではＩＢＹＰＡＳＳ＝０となる。このとき、被バイパス部分５０３が断線していると、ＬＥＤストリング５０２に電流ＩＬＥＤが流れなくなり、ＬＥＤストリング５０２は消灯する。一方で、被バイパス部分５０３が断線している場合に、バッテリ電圧ＶＢＡＴ（入力電圧ＶＩＮ）が低下すると、断線箇所である被バイパス部分５０３が、バイパス回路６２０によってバイパスされ、ＬＥＤストリング５０２が点灯するため、好ましくない。
本実施の形態では、断線検出回路６３０を設け、断線しているときには、バイパス回路６２０をディセーブルとしてＩＢＹＰＡＳＳ＝０とすることにより、バッテリ電圧ＶＢＡＴ（ＶＩＮ）の電圧レベルにかかわらず、ＬＥＤストリングを消灯させておくことができる。
バッテリ電圧ＶＢＡＴの変動に対するバイパス電流ＩＢＹＰＡＳＳの傾きが大きいと、バッテリ電圧ＶＢＡＴのわずかな変動が、大きな光量変化となって現れる。そこでバイパス電流ＩＢＹＰＡＳＳの傾きは、４個のＬＥＤの出射光量のバッテリ電圧の変化に対する傾きが、５％／０．１Ｖ以下となるように設計するとよい。これによりバッテリ電圧の短期的な変動に起因する光量の変動を、人間が感じにくくなる。
図４（ａ）は、出射光量の入力電圧依存性の一例を示す図であり、図４（ｂ）は、バイパス回路６２０の入出力特性の一例を示す図である。図４（ａ）、（ｂ）において横軸は入力である入力電圧ＶＩＮある。また図４（ａ）の縦軸は、４個のＬＥＤの出射光量Ｉｖを、最大光量を１００％として正規化した値を示す。図４（ｂ）の縦軸は、バイパス電流ＩＢＹＰＡＳＳを、駆動電流ＩＬＥＤの目標量ＩＲＥＦを１００％として正規化した値を示す。この例では、ＶＩＮ＞１０．３ＶにおいてＩＢＹＰＡＳＳ＝０であり、出射光量Ｉｖは１００％である。ＶＩＮ＜１０．３Ｖとなると、バイパス電流ＩＢＹＰＡＳＳが増加し、電流バイパスが始まり、出射光量Ｉｖは、５％／０．１Ｖ以下の勾配で減光する。そして入力電圧ＶＩＮ＝８．８Ｖとなると、ＩＢＹＰＡＳＳ＝１００％となり、出射光量Ｉｖは５０％まで低下する。
図５（ａ）、（ｂ）は、バイパス回路６２０の構成例を示す回路図である。図５（ａ）のバイパス回路６２０は、電圧コンパレータ６２２とトランジスタ（スイッチ）６２４を含む。電圧コンパレータ６２２は、入力電圧ＶＩＮをしきい値電圧ＶＴＨと比較し、ＶＩＮ＜ＶＴＨとなると、トランジスタ６２４をオンする。入力電圧ＶＩＮが低下するにしたがって、トランジスタ６２４のゲート電圧が緩やかに低下するようにしてもよい。トランジスタ６２４に流れる電流が、バイパス電流ＩＢＹＰＡＳＳとなる。電圧コンパレータ６２２に代えて、アンプを用いてもよい。電圧コンパレータ６２２に代えて、入力電圧ＶＩＮに応じたデューティサイクルを有するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成するパルス幅変調器を設けて、ＰＷＭ信号にもとづいてトランジスタ６２４のゲートを駆動してもよい。
図５（ｂ）のバイパス回路６２０は、可変電流源６２６を含む。可変電流源６２６は、入力電圧ＶＩＮに応じた電流量のバイパス電流ＩＢＹＰＡＳＳを生成する。
続いて車両用灯具５００の用途を説明する。図６（ａ）～（ｄ）は、車両用灯具５００の一例であるＬＥＤソケットを示す図である。図６（ａ）はＬＥＤソケット７００の外観の斜視図である。図６（ｂ）はＬＥＤソケット７００の正面図を、図６（ｃ）はＬＥＤソケット７００の平面図を、図６（ｃ）はＬＥＤソケット７００の底面図を示す。
筐体７０２は、図示しないランプボディに着脱可能な形状を有する。中央部には、複数のＬＥＤ５０４が実装され、それらは透明の封止樹脂７０４で覆われている。基板７１０には、点灯回路６００の部品が実装される。複数のＬＥＤ５０４は赤色のＬＥＤチップであり、ストップランプとして利用される。
ストップランプとテイルランプの兼用のＬＥＤソケットでは、複数のＬＥＤ５０４と隣接して、テイルランプ用の発光素子が実装され、基板７１０上には、テイルランプ用の点灯回路が実装される。
筐体７０２の底面側には、３本のピン７２１、７２２、７２３が露出している。ピン７２１には、スイッチを介して入力電圧ＶＩＮが供給され、ピン７２２には接地電圧が供給される。ピン７２３は、テイルランプの点灯時にハイとなる入力電圧が供給される。ピン７２１～７２３は、筐体７０２の内部を貫通しており、それらの一端は、基板７１０の配線パターンと接続される。
実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
５００ 車両用灯具
５０２ ＬＥＤストリング
５０３ 被バイパス部分
５０４ ＬＥＤ
６００ 点灯回路
６０２ ダイオード
６１０ ＬＥＤドライバ回路
６２０ バイパス回路
６３０ 断線検出回路

Claims (9)

  1. 直列に接続される４個のＬＥＤ（発光ダイオード）を含むＬＥＤストリングと、
    バッテリ電圧を受け、前記ＬＥＤストリングに目標電流に安定化された駆動電流を供給するＬＥＤドライバ回路と、
    前記ＬＥＤストリングのうちの隣接する２個のＬＥＤを含む被バイパス部分と並列に設けられ、前記バッテリ電圧に応じたバイパス電流をシンクするバイパス回路と、
    を備え、
    前記被バイパス部分に含まれる前記２個のＬＥＤの光量の前記バッテリ電圧の変化に対する傾きは、５％／０．１Ｖ以下であることを特徴とする光源モジュール。
  2. 前記被バイパス部分の断線を検出すると、前記バイパス回路をディセーブルとする断線検出回路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
  3. 前記断線検出回路は、前記被バイパス部分の電圧降下が、Ｖｆ×２を超えると、前記被バイパス部分の断線と判定することを特徴とする請求項２に記載の光源モジュール。
  4. ＬＥＤソケットであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光源モジュール。
  5. 前記ＬＥＤドライバ回路の入力端子とバッテリの間に設けられた逆接保護用のダイオードをさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光源モジュール。
  6. 直列に接続される４個のＬＥＤ（発光ダイオード）を含むＬＥＤストリングを駆動する点灯回路であって、
    バッテリ電圧を受け、前記ＬＥＤストリングに目標電流に安定化された駆動電流を供給するＬＥＤドライバ回路と、
    前記ＬＥＤストリングのうちの隣接する２個のＬＥＤを含む被バイパス部分と並列に設けられ、前記バッテリ電圧に応じたバイパス電流をシンクするバイパス回路と、
    を備え、
    前記バイパス回路がシンクする電流の前記バッテリ電圧の変化に対する傾きは、前記目標電流を１００％とするとき、５％／０．１Ｖ以下であることを特徴とする点灯回路。
  7. 前記被バイパス部分の断線を検出すると、前記バイパス回路をディセーブルとする断線検出回路をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の点灯回路。
  8. 前記断線検出回路は、前記被バイパス部分の電圧降下が、Ｖｆ×２を超えると、前記被バイパス部分の断線と判定することを特徴とする請求項７に記載の点灯回路。
  9. 前記ＬＥＤドライバ回路の入力端子とバッテリの間に設けられた逆接保護用のダイオードをさらに備えることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の点灯回路。
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