特許第5881346号(P5881346)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許5881346定電流回路及び発光ダイオード駆動定電流回路
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5881346
(24)【登録日】2016年2月12日
(45)【発行日】2016年3月9日
(54)【発明の名称】定電流回路及び発光ダイオード駆動定電流回路
(51)【国際特許分類】
   H01L 33/00 20100101AFI20160225BHJP
【FI】
   H01L33/00 J
【請求項の数】8
【全頁数】12
(21)【出願番号】特願2011-201505(P2011-201505)
(22)【出願日】2011年9月15日
(65)【公開番号】特開2013-62462(P2013-62462A)
(43)【公開日】2013年4月4日
【審査請求日】2014年3月10日
(73)【特許権者】
【識別番号】390014546
【氏名又は名称】三菱電機照明株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100099461
【弁理士】
【氏名又は名称】溝井 章司
(72)【発明者】
【氏名】村松 広巳
(72)【発明者】
【氏名】石田 昌寛
【審査官】 高椋 健司
(56)【参考文献】
【文献】 実開昭58−005085(JP,U)
【文献】 特開2011−142728(JP,A)
【文献】 特開2006−100975(JP,A)
【文献】 特開平09−283305(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 33/00−33/64
H01S 5/00−5/50
H03F 1/00−3/45,3/50−3/52,
3/62−3/64,3/68−3/72
G05F 1/00−7/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
負荷回路に対して電力を供給する定電流回路において、
ベースとエミッタとコレクタとを有するトランジスタQ1と、
一端がベースと接続され、他端がエミッタと接続された抵抗R1と、
上記抵抗R1と並列に接続され、温度により抵抗値が変化する第1サーミスタRth1と、
上記抵抗R1と並列に接続され、温度により抵抗値が変化する第2サーミスタRth2と、
を備え、
トランジスタQ1は、摂氏−20度〜+50度で、低温ではVEB電圧が低く、高温ではVEB電圧が高くなる特性を有し、
上記第1サーミスタRth1は、摂氏−20度〜+50度で、低温ほど抵抗が大きく、
上記第2サーミスタRth2は、抵抗R1と第1サーミスタRth1との2素子の摂氏+20度における合成抵抗の値に対する上記2素子の摂氏−20度〜+50度における合成抵抗の値の変化量よりも、抵抗R1と第1サーミスタRth1と第2サーミスタRth2との3素子の摂氏+20度における合成抵抗の値に対する上記3素子の摂氏−20度〜+50度における合成抵抗の値の温度変化量が、摂氏−20度〜+50度において小さくなるような特性を有し、
上記3素子の摂氏−20度〜+50度における合成抵抗の値が、低温時大きく、高温時小さくなるようにすることを特徴とする定電流回路。
【請求項2】
第2サーミスタRth2は、
上記2素子の合成抵抗の値が、
低温ほど抵抗が大きく高温ほど抵抗が小さくなる特性を有する場合、
低温ほど抵抗が小さく高温ほど抵抗が大きくなる特性を有し、
上記2素子の合成抵抗の値が、
低温ほど抵抗が小さく高温ほど抵抗が大きくなる特性を有する場合、
低温ほど抵抗が大きく高温ほど抵抗が小さくなる特性を有することを特徴とする請求項1記載の定電流回路。
【請求項3】
上記定電流回路は、さらに、上記エミッタと上記抵抗との間に上記抵抗と直列に接続され、低温時は抵抗が大きく高温になると抵抗が小さくなる第3サーミスタRth3を備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の定電流回路。
【請求項4】
負荷回路に対して電力を供給する定電流回路において、
ベースとエミッタとコレクタとを有するトランジスタQ1と、
一端がベースと接続され、他端がエミッタと接続された抵抗R1と、
上記抵抗R1と並列に接続され、低温ほど抵抗が大きくなる第1サーミスタRth1と、
上記抵抗R1と並列に接続され、温度により抵抗値が変化する第2サーミスタRth2であって、抵抗R1と第1サーミスタRth1との2素子の合成抵抗の値の温度変化量よりも、抵抗R1と第1サーミスタRth1と第2サーミスタRth2との3素子の合成抵抗の値の温度変化量が、摂氏−20度〜+50度において小さくなるような特性を有する第2サーミスタRth2と、
上記エミッタと上記抵抗との間に上記抵抗と直列に接続され、低温時は抵抗が大きく高温になると抵抗が小さくなる第3サーミスタRth3を備え、
トランジスタQ1は、摂氏−20度〜+50度で、低温ではVEB電圧が低く、高温ではVEB電圧が高くなる特性を有し、
上記3素子の摂氏−20度〜+50度における合成抵抗の値が、低温時大きく、高温時小さくなるようにすることを特徴とする定電流回路。
【請求項5】
上記第3サーミスタRth3は、抵抗R1と第1サーミスタRth1と第2サーミスタRth2との3素子の並列接続の合成抵抗と第3サーミスタRth3の抵抗との直列接続の合成抵抗を、通電直後から次第に小さくし所定時間後に一定に近づける特性を有することを特徴とする請求項4記載の定電流回路。
【請求項6】
上記請求項3又は4記載の定電流回路と、
上記定電流回路から電力の供給を受ける負荷回路とを備え、
上記負荷回路は、
トランジスタQ1のコレクタに接続されたベースと、トランジスタQ1のベースに接続されたエミッタと、コレクタとを有するトランジスタQ2と、
トランジスタQ2のコレクタに接続された発光ダイオードと
を備えたことを特徴とする発光ダイオード駆動定電流回路。
【請求項7】
上記発光ダイオードは、発光直後から次第に暗くなり所定時間後に一定の明るさになる特性を有し、
上記第3サーミスタRth3は、摂氏−20度〜+50度で、低温ほど抵抗が大きく、
上記第3サーミスタRth3は、抵抗R1と第1サーミスタRth1と第2サーミスタRth2との3素子の合成抵抗と上記第3サーミスタRth3との4素子の合成抵抗を、発光直後から次第に小さくし前記所定時間後に一定に近づける特性を有することを特徴とする請求項6に記載の発光ダイオード駆動定電流回路。
【請求項8】
負荷回路に対して電力を供給する定電流回路において、
ベースとエミッタとコレクタとを有するトランジスタQ1と、
一端がベースと接続され、低温ほど抵抗が大きくなる特性を有することにより、周囲温度の変化によって生じる電流値の変化を補償するサーミスタRth5と、
一端がエミッタと接続され、他端がサーミスタRth5の他端と接続され、サーミスタRth5とサーミスタRth6との直列接続の合成抵抗値を通電直後から次第に小さくし所定時間後に一定に近づける特性を有することにより、時間経過によって生じる電流値の変化を補償するサーミスタRth6と
を備えたことを特徴とする定電流回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、定電流回路及び発光ダイオード駆動定電流回路に関するものである。
【背景技術】
【0002】
周囲温度特性と点灯時間特性とを補償する定電流回路を提供する試みがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2008−288396号公報
【特許文献2】特開平03−23704号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
この発明は、周囲温度特性を補償する定電流回路を提供する。また、この発明は、点灯時間特性を補償する定電流回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
この発明に係る定電流回路は、負荷回路に対して電力を供給する定電流回路において、
ベースとエミッタとコレクタとを有するトランジスタQ1と、
一端がベースと接続され、他端がエミッタと接続された抵抗R1と、
上記抵抗と並列に接続され、温度により抵抗値が変化する第1サーミスタRth1と、
上記抵抗と並列に接続され、温度により抵抗値が変化する第2サーミスタRth2と
を備え、
トランジスタQ1は、摂氏−20度〜+50度で、低温ではVEB電圧が低く、高温ではVEB電圧が高くなる特性を有し、
上記第1サーミスタRth1は、摂氏−20度〜+50度で、低温ほど抵抗が大きく、
上記第2サーミスタRth2は、抵抗R1と第1サーミスタRth1との2素子の摂氏+20度における合成抵抗の値に対する上記2素子の摂氏−20度〜+50度における合成抵抗の値の変化量よりも、抵抗R1と第1サーミスタRth1と第2サーミスタRth2との3素子の摂氏+20度における合成抵抗の値に対する上記3素子の摂氏−20度〜+50度における合成抵抗の値の温度変化量が、摂氏−20度〜+50度において小さくなるような特性を有し、
上記3素子の摂氏−20度〜+50度における合成抵抗の値が、低温時大きく、高温時小さくなるようにすることを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
この発明は、第1サーミスタRth1と第2サーミスタRth2とにより、周囲温度特性を補償する定電流回路を提供する。また、この発明は、第3サーミスタRth3により、点灯時間特性を補償する定電流回路を提供する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
図1】抵抗R1によるLED駆動用定電流回路を示す図。
図2図1のLED駆動用定電流回路の、周囲温度による明るさの変化量を示す図。
図3図1のLED駆動用定電流回路の、点灯時間による明るさの変化量を示す図。
図4】抵抗R1とサーミスタRth1によるLED駆動用定電流回路を示す図。
図5図4のLED駆動用定電流回路の、周囲温度による明るさの変化量を示す図。
図6図4のLED駆動用定電流回路の、点灯時間による明るさの変化量を示す図。
図7】抵抗R1とサーミスタRth1・Rth2・Rth3によるLED駆動用定電流回路を示す図。
図8図7のLED駆動用定電流回路の、周囲温度による明るさの変化量を示す図。
図9図7のLED駆動用定電流回路の、点灯時間による明るさの変化量を示す図。
図10】実施の形態2の抵抗R1とサーミスタRth1・Rth2によるLED駆動用定電流回路を示す図。
図11】実施の形態2のサーミスタRth4LED駆動用定電流回路を示す図。
図12】実施の形態2のサーミスタRth5・Rth6によるLED駆動用定電流回路を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
実施の形態1.
図1は、LED(発光ダイオード)駆動用定電流回路を示す図である。
トランジスタQ1は、ベースとエミッタとコレクタとを有する。トランジスタQ2は、ベースとエミッタとコレクタとを有する。電源VCCは、トランジスタQ1のエミッタと接続されている。
【0009】
抵抗R1は、一端がトランジスタQ1のベースと接続され、他端がトランジスタQ1のエミッタと接続されている。トランジスタQ1のベースは、トランジスタQ2のエミッタと接続されている。トランジスタQ1のコレクタは、トランジスタQ2のベースと接続されている。抵抗R2は、一端がトランジスタQ2のベースと接続され、他端が接地GNDに接続されている。
【0010】
LED1,2,3,4,5,6が直列に接続されている。発光ダイオードは、発光直後から次第に暗くなり所定時間後に一定の明るさになる特性を有している。LED1は、トランジスタQ2のコレクタと接続されている。LED6は、接地GNDに接続されている。
【0011】
図1は、負荷回路に対して電力を供給する定電流回路を示している。トランジスタQ1と抵抗R1により、定電流回路を構成している。トランジスタQ2と抵抗R2とLED1,2,3,4,5,6とにより、負荷回路を構成している。
【0012】
図2は、図1のLED駆動用定電流回路の周囲温度による明るさの変化量を示す図である。ここで、周囲温度とはLEDモジュールが存在している大気温度(室内温度)である。
【0013】
摂氏+20度(常温)の時の明るさを100%の明るさとすると、LEDの一般的な動作周囲温度範囲である摂氏−20度〜+50度で、明るさが約114%〜90%の範囲で変化する。
摂氏−20度の時は、常温(摂氏+20度)の時と比べて約14%明るくなる。摂氏+50度の時は、常温(摂氏+20度)の時と比べて約10%暗くなる。
【0014】
このように、図1のLED駆動用定電流回路では、図2に示すように、周囲温度の変化に伴い、LEDの明るさも変化する。それは、トランジスタQ1の温度特性によるものであり、電圧の変動により、電流値が変化するため、全光束(明るさ)が変化するためである。
【0015】
具体的には、トランジスタのVEB電圧は、温度で変化する。低温ではVEB電圧が低く、高温ではVEB電圧が高くなる。固定抵抗Rのみでは、低温時は電流が多くながれ、高温では電流がすくなくなるという現象になり、結果として、周囲温度の変化に伴い、LEDの明るさも変化する。
【0016】
さらに、図3は、図1のLED駆動用定電流回路の点灯時間による明るさの変化量を示す図である。点灯後30分後の明るさを100%の明るさとすると、0分〜30分で、明るさが約108%〜100%の範囲で変化する。
点灯直後は、108%程度の明るさとなり、点灯後30分で100%となる。
このように、図1のLED駆動用定電流回路では、図3に示すように、LEDの特性上、点灯直後が明るく時間とともに暗くなり、約30分後に安定する。
【0017】
図4は、抵抗R1とサーミスタRth1によるLED駆動用定電流回路を示す図である。
図1に対して、サーミスタRth1(第1サーミスタRth1)が追加されている。サーミスタRth1は、抵抗R1と並列に接続され、一端がトランジスタQ1のベースと接続され、他端がトランジスタQ1のエミッタと接続されている。
【0018】
サーミスタRth1は、温度により抵抗値が変化する温度補償サーミスタである。サーミスタRth1は、低温ほど抵抗が大きく、高温ほど抵抗が小さくなる。
【0019】
図5は、図4のLED駆動用定電流回路の周囲温度による明るさの変化量を示す図である。
摂氏+20度(常温)の時の明るさを100%の明るさとすると、LEDの一般的な動作周囲温度範囲である摂氏−20度〜+50度で、明るさが約107%〜98%の範囲で変化する。
摂氏−20度の時は、常温(摂氏+20度)の時と比べて約7%明るくなる。摂氏+30、+40、+50度の時は、常温(摂氏+20度)の時と比べて約1%又は約2%暗くなる。
【0020】
このように、図4のLED駆動用定電流回路では、図5に示すように、周囲温度の変化に伴い、LEDの明るさも変化するが、サーミスタRth1を追加することにより周囲温度の変化による、明るさの変化を補正できる。
その理由は、抵抗R1とサーミスタRth1との並列接続による合成抵抗の変動が温度変化に対して抵抗R1だけの場合に比べて小さくなるからである。換言すれば、サーミスタRth1は、抵抗R1との合成抵抗が温度変化に対して変化量が小さくなるような特性を有するものを使用すればよい。
【0021】
具体的には、摂氏−20度〜摂氏+50度で、サーミスタRth1は低温ほど抵抗が大きいものを選定し、抵抗RとサーミスタRth1の2素子の合成抵抗が低温時大きく、高温時小さくなるようにする事により温度補償する。しかし、完全に温度補償されるものではない。
【0022】
図6は、図4のLED駆動用定電流回路の点灯時間による明るさの変化量を示す図である。図6に示すように、図4のLED駆動用定電流回路では、点灯時間による明るさの変化は補正できない。
【0023】
図7は、抵抗R1とサーミスタRth1・Rth2・Rth3によるLED駆動用定電流回路を示す図である。
図4に対して、サーミスタRth2(第2サーミスタRth2)とサーミスタRth3(第3サーミスタRth3)とが、追加されている。
【0024】
サーミスタRth2は、抵抗R1とサーミスタRth1とに並列に接続され、一端がトランジスタQ1のベースと接続され、他端がトランジスタQ1のエミッタと接続されている。サーミスタRth2を並列に設置し、合成抵抗を細やかに設定できるようにする。サーミスタRth2の抵抗値も摂氏−20度〜摂氏+50度で変化するものではあるが、低温ほど抵抗が大きいとは限らない。
【0025】
サーミスタRth2は、温度により抵抗値が変化する温度補償サーミスタである。
サーミスタRth2は、抵抗R1とサーミスタRth1との2素子の合成抵抗の値よりも、抵抗R1とサーミスタRth1とサーミスタRth2との3素子の合成抵抗の値が温度変化に対して一定値に近づくようになるような特性を有する。
サーミスタRth2は、抵抗R1とサーミスタRth1の温度変化に対する合成抵抗値の値により、追加されるものである。したがって、サーミスタRth2は、低温ほど抵抗が大きく、高温ほど抵抗が小さくなる特性を有する場合もあるし、逆に、低温ほど抵抗が小さく、高温ほど抵抗が大きくなる特性を有する場合もある。
【0026】
サーミスタRth3は、抵抗R1とサーミスタRth1とサーミスタRth2とに直列に接続され、一端が抵抗R1とサーミスタRth1とサーミスタRth2と接続され、他端がトランジスタQ1のエミッタと接続されている。
【0027】
サーミスタRth3は、温度により抵抗値が変化する温度補償サーミスタである。
サーミスタRth3は、時間経過によって生じる定電流回路の抵抗値の変化あるいは負荷回路の抵抗値の変化を相殺する特性を有する。サーミスタRth3は、摂氏−20度〜+50度で、低温ほど抵抗が大きい。すなわち、サーミスタRth3は低温時は抵抗が大きく、高温になると抵抗が低くなるものを選定する。
点灯直後はサーミスタRth3の抵抗が大きく、LEDに流れる電流がすくないが、点灯によるLEDの発熱でサーミスタRth3は抵抗が低くなるため、電流は徐々に大きくなっていく。
【0028】
サーミスタRth3は、抵抗R1とサーミスタRth1とサーミスタRth2との3素子の並列接続の合成抵抗とサーミスタRth3の抵抗との直列接続の合成抵抗(4素子の合成抵抗)を、発光直後から次第に小さくし前記所定時間後に一定に近づける特性を有する。LEDは点灯直後が明るく、段々暗くなり、30分程度で安定するという特性を有している。このLEDの特性(負荷回路の特性)とサーミスタRth3の特性とがあわさり、結果的に、点灯直後と30分後の明るさが、ほぼ一定となる。
定電流回路の電流を決定する抵抗値は、抵抗R1とサーミスタRth1とサーミスタRth2の並列接続による合成抵抗に対してサーミスタRth3の抵抗値を加算した値となる。
【0029】
図8は、図7のLED駆動用定電流回路の周囲温度による明るさの変化量を示す図である。
摂氏+20度(常温)の時の明るさを100%の明るさとすると、LEDの一般的な動作周囲温度範囲である摂氏−20度〜+50度で、明るさが約103%〜100%の範囲で変化する。
摂氏−20度の時は、常温(摂氏+20度)の時と比べて約3%明るくなる。摂氏+10〜摂氏+40度の時は、常温(摂氏+20度)の時と同じ明るさになる。摂氏+50度の時は、常温(摂氏+20度)の時と比べて1%明るくなる。
【0030】
このように、図7のLED駆動用定電流回路では、図8に示すように、周囲温度の変化に伴い、LEDの明るさも変化するが、サーミスタRth1とサーミスタRth2とを追加することにより周囲温度の変化による、明るさの変化をさらに補正できる。
その理由は、抵抗R1とサーミスタRth1とサーミスタRth2との並列接続による合成抵抗の変動が温度変化に対して抵抗R1とサーミスタRth1とだけの場合に比べて小さくなるからである。
【0031】
さらに、図9は、図7のLED駆動用定電流回路の点灯時間による明るさの変化量を示す図である。点灯後30分後の明るさを100%の明るさとすると、0分〜30分で、明るさが約103%〜100%の範囲で変化する。
点灯直後は、103%程度の明るさとなり、点灯後6分で100%となる。
このように、図7のLED駆動用定電流回路では、図9に示すように、LEDの特性上、点灯直後が明るく時間とともに暗くなり、約6分後に安定する。
サーミスタRth3を追加する事により、点灯時間による、明るさの変化も補正する事ができる。
【0032】
実施の形態2.
実施の形態2では、実施の形態1と異なる点について述べる。
図10は、図7から、サーミスタRth3を削除したものである。
図10のLED駆動用定電流回路では、図8に示したように、周囲温度の変化による、明るさの変化を補正できる。しかし、サーミスタRth3がないので点灯時間による、明るさの変化は、補正する事ができない。
【0033】
図11は、図4の抵抗R1を除し、サーミスタRth1をサーミスタRth4としたものである。サーミスタRth4は、単体で、図2に示す周囲温度特性を補償する特性を有している。さらに、サーミスタRth4は、単体で、図3に示す点灯時間特性を補償する特性を有している。
図11のLED駆動用定電流回路では、周囲温度の変化による、明るさの変化を補正できる。また、点灯時間による、明るさの変化を補正できる。ただし、サーミスタRth4単体で周囲温度特性と点灯時間特性との両方を補償するために完全な補償が出来る可能性は少ない。
【0034】
図12は、サーミスタRth5と、サーミスタRth6とを直列に接続したものである。サーミスタRth5は、主として、図2に示す周囲温度特性を補償する特性を有している。さらに、サーミスタRth6は、主として、図3に示す点灯時間特性を補償する特性を有している。
図12のLED駆動用定電流回路では、周囲温度の変化による、明るさの変化を補正できる。また、点灯時間による、明るさの変化を補正できる。ただし、サーミスタRth5とサーミスタRth6との抵抗値は、互いに、温度変化するので、相互作用があっても完全な補償を提供するために最適な特性を持つものが選択されなければならない。
【0035】
実施の形態3.
LEDの数は、6個に限らず、1個以上あればよい。
トランジスタQ1,Q2の種類は、NP型でもPN型でもよい。
負荷回路は、LEDを有していなくてもよく、その他の発光ランプを有する場合でもよい。また、発光ランプの回路以外でもよく、電動機、ロボットなどの回路でもよい。
負荷回路は、トランジスタQ2、抵抗R2を有していなくてもよい。
【0036】
以上の実施の形態に係る定電流回路は、負荷回路に対して電力を供給する定電流回路において、
ベースとエミッタとコレクタとを有するトランジスタQ1と、
一端がベースと接続され、他端がエミッタと接続された抵抗R1と、
上記抵抗と並列に接続され、温度により抵抗値が変化する第1サーミスタRth1と、
上記抵抗と並列に接続され、温度により抵抗値が変化する第2サーミスタRth2と
を備えたことを特徴とする。
【0037】
上記第1サーミスタRth1は、低温ほど抵抗が大きく、
上記第2サーミスタRth2は、抵抗R1と第1サーミスタRth1との2素子の合成抵抗の値よりも、抵抗R1と第1サーミスタRth1と上記第2サーミスタRth2との3素子の合成抵抗の値が一定値になるような特性を有することを特徴とする。
【0038】
上記第1サーミスタRth1は、摂氏−20度〜+50度で、低温ほど抵抗が大きく、
上記第2サーミスタRth2は、摂氏−20度〜+50度で、上記3素子の合成抵抗の値を上記2素子の合成抵抗の値よりも一定値に近づけることを特徴とする。
【0039】
上記定電流回路は、さらに、上記エミッタと上記抵抗との間に上記抵抗と直列に接続され、温度により抵抗値が変化する第3サーミスタRth3を備えたことを特徴とする。
【0040】
上記第3サーミスタRth3は、時間経過によって生じる負荷回路の変化を相殺する特性を有することを特徴とする。
【0041】
また、発光ダイオード駆動定電流回路は、
上記定電流回路と、
上記定電流回路から電力の供給を受ける負荷回路とを備え、
上記負荷回路は、
トランジスタQ1のコレクタに接続されたベースと、トランジスタQ1のベースに接続されたエミッタと、コレクタとを有するトランジスタQ2と、
トランジスタQ2のコレクタに接続された発光ダイオードと
を備えたことを特徴とする。
【0042】
上記発光ダイオードは、発光直後から次第に暗くなり所定時間後に一定の明るさになる特性を有し、
上記第3サーミスタRth3は、摂氏−20度〜+50度で、低温ほど抵抗が大きく、
上記第3サーミスタRth3は、上記3素子の合成抵抗と上記第3サーミスタRth3との4素子の合成抵抗を、発光直後から次第に小さくし前記所定時間後に一定に近づける特性を有することを特徴とする。
【符号の説明】
【0043】
1,2,3,4,5,6 LED、Rth1,Rth2,Rth3,Rth4,Rth5,Rth6 サーミスタ、Q1,Q2 トランジスタ、R1,R2 抵抗、GND 接地。
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