特開 2023-175424 車両灯具用の点灯回路及びこれを含む車両用灯具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023175424

(43)【公開日】2023-12-12

(54)【発明の名称】車両灯具用の点灯回路及びこれを含む車両用灯具

(51)【国際特許分類】

   H05B 45/30 20200101AFI20231205BHJP

   H05B 45/48 20200101ALI20231205BHJP

   H05B 45/10 20200101ALI20231205BHJP

【ＦＩ】

H05B45/30

H05B45/48

H05B45/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022087856

(22)【出願日】2022-05-30

(71)【出願人】

【識別番号】000000136

【氏名又は名称】市光工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000523

【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】久米田 誠之

(72)【発明者】

【氏名】ニック スフィ

【テーマコード（参考）】

3K273

【Ｆターム（参考）】

3K273AA02

3K273BA04

3K273BA35

3K273CA01

3K273CA02

3K273CA12

3K273FA03

3K273FA14

3K273FA27

3K273FA30

3K273FA36

3K273GA05

(57)【要約】

【課題】従来技術では、灯具における光源の点灯数を増加する時、灯具の明るさが急増してしまうおそれがある。
【解決手段】点灯回路１は、３個のＬＥＤ₁～ＬＥＤ₃が直列に接続されたＬＥＤストリング１１に含まれる１個のＬＥＤ₃に対して並列に接続されたバイパス回路３１と、入力電圧Ｖ_inを抵抗分圧して分圧電圧Ｖ_divを生成する分圧回路４１を含む。バイパス回路３１は、トランジスタＱ₃を含む。トランジスタＱ３は、ＬＥＤ₃のアノード端子に接続されたドレイン端子、ＬＥＤ₃のカソード端子に接続されたソース端子、及び分圧電圧Ｖ_divが供給されるゲート端子を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両灯具用の点灯回路であって、
Ｍ（Ｍは２以上の自然数を示す）個の半導体発光素子が直列に接続された半導体発光素子の直列回路に含まれるＭ－１以下の個数の半導体発光素子に対して並列に接続されたバイパス回路と、
入力電圧を抵抗分圧して分圧電圧を生成する分圧回路を備え、
前記バイパス回路は、少なくとも一つの電界効果トランジスタを含み、
前記少なくとも一つの電界効果トランジスタは、前記Ｍ－１以下の個数の半導体発光素子のアノード端子に接続されたドレイン端子、前記Ｍ－１以下の個数の半導体発光素子のカソード端子に接続されたソース端子、及び前記分圧電圧が供給されるゲート端子を有する、点灯回路。

【請求項2】

前記半導体発光素子の直列回路に直列に接続された定電流回路を更に備える、請求項１に記載の点灯回路。

【請求項3】

前記入力電圧が閾値電圧を超える時、前記少なくとも一つの電界効果トランジスタの前記ゲート端子をグランドに接続する放電回路を更に備える、請求項１に記載の点灯回路。

【請求項4】

前記放電回路は、前記少なくとも一つの電界効果トランジスタのゲート端子をグランド電位に接続する放電スイッチと、前記入力電圧を抵抗分圧して分圧電圧を生成して前記放電スイッチに供給する分圧回路を含む、請求項３に記載の点灯回路。

【請求項5】

前記少なくとも一つの電界効果トランジスタのゲート端子を保護する保護回路を更に備える、請求項１に記載の点灯回路。

【請求項6】

前記保護回路は、少なくとも一つのツェナーダイオードを含む、請求項５に記載の点灯回路。

【請求項7】

前記少なくとも一つの電界効果トランジスタがＮチャンネル電界効果トランジスタである、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の点灯回路。

【請求項8】

前記Ｍ個が３個を示し、前記Ｍ－１以下の個数が１個を示す、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の点灯回路。

【請求項9】

請求項１乃至６のいずれか一項に記載の点灯回路を含む車両用灯具。

【請求項10】

Ｍ（Ｍは２以上の自然数を示す）個の半導体発光素子が直列に接続された半導体発光素子の直列回路に含まれるＭ－１以下の個数の半導体発光素子に対して並列に接続されたバイパス回路がターンオフするターンオフ電圧に向けて入力電圧が増加する時、前記バイパス回路に流れるバイパス電流が漸減し、かつ前記Ｍ－１以下の個数の半導体発光素子に流れる駆動電流が漸増するように構成される、車両灯具用の点灯回路。

【請求項11】

前記入力電圧を抵抗分圧して前記バイパス回路に分圧電圧を供給する分圧回路を含む、請求項１０に記載の車両灯具用の点灯回路。

【請求項12】

前記バイパス回路は、少なくとも一つの電界効果トランジスタを含み、
前記少なくとも一つの電界効果トランジスタは、前記Ｍ－１以下の個数の半導体発光素子のアノード端子に接続されたドレイン端子、前記Ｍ－１以下の個数の半導体発光素子のカソード端子に接続されたソース端子、及び前記分圧電圧が供給されるゲート端子を有する、請求項１１に記載の車両灯具用の点灯回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、車両灯具用の点灯回路及びこれを含む車両用灯具に関する。

【背景技術】

【0002】

車両に搭載される電源は、商用電源から独立した独立電源であるため、気温といった環境変化又は長期間の使用によってその出力電圧が低下してしまうことがある。このような問題を回避するため特許文献１の背景技術において説明されているように、ＬＥＤ直列回路（以下、ＬＥＤストリングと呼ぶ）に含まれる所定ＬＥＤに対してバイパス回路を並列に接続し、電源出力の低下時にバイパス回路をオンさせてＬＥＤストリングにおける他のＬＥＤの点灯を確保することが行われている。特許文献２にもＬＥＤストリングに含まれる特定のＬＥＤにバイパス回路を並列に接続することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－９５８１６号公報

【特許文献2】国際公開第２０２０／０４５２７１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電源出力が低電圧状態から（それよりも高い）高電圧状態に復帰する時、ＬＥＤストリングに含まれる特定ＬＥＤに並列接続されたバイパス回路に流れる電流を遮断するためにそのバイパス回路に含まれるスイッチをオンからオフに切り替えることになる。本願発明者の検討によると、このスイッチのオンからオフへの切換時、特定ＬＥＤが急に点灯を開始し、周囲から見て灯具の明るさが急増してしまう（所謂、ちらつきが生じてしまう）おそれがある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様に係る車両灯具用の点灯回路は、Ｍ（Ｍは２以上の自然数を示す）個の半導体発光素子が直列に接続された半導体発光素子の直列回路に含まれるＭ－１以下の個数の半導体発光素子に対して並列に接続されたバイパス回路と、入力電圧を抵抗分圧して分圧電圧を生成する分圧回路を含む。バイパス回路は、少なくとも一つの電界効果トランジスタを含む。少なくとも一つの電界効果トランジスタは、Ｍ－１以下の個数の半導体発光素子のアノード端子に接続されたドレイン端子、Ｍ－１以下の個数の半導体発光素子のカソード端子に接続されたソース端子、及び分圧電圧が供給されるゲート端子を有する。

【0006】

幾つかの実施形態においては、点灯回路は、半導体発光素子の直列回路に直列に接続された定電流回路を更に含む。

【0007】

幾つかの実施形態においては、点灯回路は、入力電圧が閾値電圧を超える時、少なくとも一つの電界効果トランジスタのゲート端子をグランドに接続する放電回路を更に含む。放電回路は、少なくとも一つの電界効果トランジスタのゲート端子をグランド電位に接続する放電スイッチと、入力電圧を抵抗分圧して分圧電圧を生成して放電スイッチに供給する分圧回路を含み得る。

【0008】

幾つかの実施形態においては、点灯回路は、少なくとも一つの電界効果トランジスタのゲート端子を保護する保護回路を更に含む。保護回路は、少なくとも一つのツェナーダイオードを含み得る。

【0009】

幾つかの実施形態においては、少なくとも一つの電界効果トランジスタがＮチャンネル電界効果トランジスタである。

【0010】

幾つかの実施形態においては、Ｍ個が３個を示し、Ｍ－１以下の個数が１個を示す。

【0011】

本開示の別態様に係る車両灯具用の点灯回路は、Ｍ（Ｍは２以上の自然数を示す）個の半導体発光素子が直列に接続された半導体発光素子の直列回路に含まれるＭ－１以下の個数の半導体発光素子に対して並列に接続されたバイパス回路がターンオフするターンオフ電圧に向けて入力電圧が増加する時、バイパス回路に流れるバイパス電流が漸減し、かつＭ－１以下の個数の半導体発光素子に流れる駆動電流が漸増するように構成される。点灯回路は、入力電圧を抵抗分圧してバイパス回路に分圧電圧を供給する分圧回路を含み得る。上述様々な特徴が、本段落で述べた点灯回路にも同様に適用可能である。

【発明の効果】

【0012】

本開示の一態様によれば、灯具における光源の点灯数を増加する時、灯具の明るさが急増してしまうこと（所謂、ちらつきが生じてしまうこと）が抑制される。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本開示の一態様に係る点灯回路の概略的な回路図である。

【図2】図１に示した点灯回路のバイパス回路の電界効果トランジスタのゲート端子電圧とドレイン端子電圧の関係を示すグラフである。

【図3】入力電圧と光束（単位：ルーメン）の関係を示すグラフである。

【図4】本開示の別態様に係る点灯回路の概略的な回路図である。

【図5】図４に示した点灯回路のバイパス回路の電界効果トランジスタのゲート端子電圧がグランド電位まで落とされることを示すグラフである。

【図6】本開示のまた別態様に係る点灯回路の概略的な回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照しつつ、本発明の非限定の実施形態及び特徴について説明する。当業者は、過剰説明を要せず、各実施形態及び／又は各特徴を組み合わせることができ、この組み合わせによる相乗効果も理解可能である。実施形態間の重複説明は、原則的に省略する。参照図面は、発明の記述を主たる目的とするものであり、作図の便宜のために簡略化されている。各特徴は、本明細書に開示された駆動回路にのみ有効であるものではなく、本明細書に開示されていない他の様々な駆動回路にも通用する普遍的な特徴として理解される。

【0015】

図１乃至図３を参照して説明する。図１は、点灯回路１の概略的な回路図である。図２は、図１に示した点灯回路１のバイパス回路３１のトランジスタＱ３のゲート端子電圧とドレイン端子電圧の関係を示すグラフである。図３は、入力電圧Ｖ_inと光束（単位：ルーメン）の関係を示すグラフである。

【0016】

点灯回路１は、車両灯具用の点灯回路であり、典型的には、ターンランプの点灯のために用いられる（勿論、他の種類の灯具の点灯のために用いることもできる）。図示例では、点灯回路１は、３個のＬＥＤ₁～ＬＥＤ₃が直列に接続されたＬＥＤストリング（半導体発光素子の直列回路）１１のための点灯回路である（図１参照）。当然ながら、ＬＥＤストリング１１に含まれるＬＥＤの個数は、Ｍ（Ｍは２以上の自然数を示す）個以上であれば良く、３個に限られるべきではない。バイパス回路３１が並列接続するＬＥＤの個数もＭ－１以下であれば良く、１個に限られるべきではない。ＬＥＤ以外のＬＤ（Laser diode）といった他の種類の半導体発光素子も採用可能である。

【0017】

点灯回路１は、車両に搭載された独立電源（ＤＣ電源）に接続される。点灯回路１の第１電源端子１ａと第２電源端子１ｂの間に独立電源から供給された入力電圧Ｖ_inが印加される。入力電圧Ｖ_inが大きく低下すると３個のＬＥＤ₁～ＬＥＤ₃の全消灯してしまうおそれがある。入力電圧Ｖ_inの低下時、３個のＬＥＤ₁～ＬＥＤ₃のうち一つのＬＥＤ₃を選択的に消灯することで全消灯が回避可能である。なお、入力電圧Ｖ_inは、２値信号のパルス信号として点灯回路１に供給され得る。パルス信号が第１レベル（例えば、高電位レベル）の時に３灯のＬＥＤ₁～ＬＥＤ₃が点灯し、パルス信号が第２レベル（例えば、低電位レベル）の時に３灯のＬＥＤ₁～ＬＥＤ₃が消灯する。ＬＥＤ₃が選択的に消灯する場合、パルス信号が第１レベルの時に２灯のＬＥＤ₁，ＬＥＤ₂が点灯し、パルス信号が第２レベルの時に２灯のＬＥＤ₁，ＬＥＤ₂が消灯する。

【0018】

なお、ＬＥＤストリング１１（例えば、そのアノード端子）は、点灯回路１の第１電源線１ｐを介して第１電源端子１ａに接続される。ＬＥＤストリング１１（例えば、そのカソード端子）は、点灯回路１の第２電源線１ｑを介して第２電源端子１ｂに接続される。

【0019】

より具体的には、点灯回路１は、ＬＥＤストリング１１に直列に接続された定電流回路２１と、ＬＥＤストリング１１に含まれる１個のＬＥＤ₃に対して並列に接続されたバイパス回路３１と、入力電圧Ｖ_inを抵抗分圧して分圧電圧Ｖ_divを生成する分圧回路４１を含む。図１では、点灯回路１にＬＥＤストリング１１が含まれていないが、それを含むように再定義することも可能である。

【0020】

定電流回路２１は、入力電圧Ｖ_inに応じてＬＥＤストリング１１に一定の駆動電流Ｉ_dを流すように構成及び接続される。電源に対して、ＬＥＤストリング１１と定電流回路２１の直列回路が並列に接続される。定電流回路２１を如何なる回路素子を用いて如何に構成するかは当業者が行う通常の設計の範疇にある。従って、その詳細な説明は省略する。

【0021】

バイパス回路３１は、ＬＥＤストリング１１に含まれる１個のＬＥＤ₃を選択的に消灯するように構成及び接続される。バイパス回路３１のオフ時、ＬＥＤ₁とＬＥＤ₂に流れた駆動電流Ｉ_dの全てがＬＥＤ₃に流れる。バイパス回路３１のオン時、駆動電流Ｉ_dは、ＬＥＤ３とバイパス回路３１の間で分流され、ＬＥＤ₃に駆動電流Ｉ_d1が流れ、バイパス回路３１にバイパス電流Ｉ_d2が流れる（ここでは、ＬＥＤ₃に流れる駆動電流Ｉ_d1は、ＬＥＤ₁とＬＥＤ₂に流れる駆動電流Ｉ_dよりも小さい）。バイパス回路３１は、バイパス回路３１がオンからオフになる時（即ち、入力電圧Ｖ_inがバイパス回路３１のターンオフ電圧Ｖ_offに向けて増加する時）、後述のようにバイパス回路３１に流れるバイパス電流Ｉ_d2が漸減し、ＬＥＤ₃に流れる駆動電流Ｉ_d1が漸増するように構成される。これによりＬＥＤの点灯数が増加する時、灯具（例えば、ターンランプ）の明るさが急増してしまうことが抑制される。

【0022】

分圧回路４１は、入力電圧Ｖ_inを抵抗分圧して分圧電圧Ｖ_divを生成し、これをバイパス回路３１に供給する。詳細には、分圧回路４１は、直列接続された抵抗器Ｒ６と抵抗器Ｒ７を含み、これらのノードＮ₆において分圧電圧Ｖ_divが生じる。後述の説明から分かるように、分圧電圧Ｖ_divは、バイパス回路３１に流れるバイパス電流Ｉ_d2（即ち、単位時間当たりに流れる電荷量）に関連し、端的には、それを決定付ける一要素である。尚、ノードＮ₆と第１電源線１ｐの間に接続される抵抗器の数は一つに限られるべきではなく、ノードＮ₆と第２電源線１ｑの間に接続される抵抗器の数についても同様である。当然ながら、分圧電圧Ｖ_divは、入力電圧Ｖ_inに比例する。従って、入力電圧Ｖ_inに比例する分圧電圧Ｖ_divが後述のバイパス回路３１のトランジスタＱ３のゲート端子に供給される。

【0023】

バイパス回路３１は、ＬＥＤストリング１１に含まれるＬＥＤ₃に対して並列接続された少なくとも一つのトランジスタＱ３を含む。トランジスタＱ３は、電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor））であり、典型的には、Ｎチャンネル電界効果トランジスタである。トランジスタＱ３のドレイン端子が、ＬＥＤ₃のアノード端子に接続される。トランジスタＱ３のソース端子が、ＬＥＤ₃のカソード端子に接続される。トランジスタＱ３のゲート端子が分圧回路４１に接続されて分圧回路４１から分圧電圧Ｖ_divが供給される。本構成を採用することにより灯具（例えば、ターンランプ）におけるＬＥＤの点灯数が増加する時、灯具の明るさが急増してしまうことが抑制される。トランジスタＱ３のゲート端子は、分圧回路４１において分圧電圧Ｖ_divが生成されるノード（例えば、分圧回路４１の抵抗器Ｒ６と抵抗器Ｒ７の間のノードＮ₆）に接続される。

【0024】

図２に示すように、トランジスタＱ３のターンオフ電圧Ｖ_offは、トランジスタＱ３のドレイン端子電圧Ｖ_dがゲート端子電圧Ｖ_gを超える時である。トランジスタＱ３のドレイン端子電圧Ｖ_dがゲート端子電圧Ｖ_g未満のトランジスタＱ３のオン領域では、トランジスタＱ３に流れる電流は、トランジスタＱ３のドレイン端子電位とゲート端子電位の電位差に比例する。従って、入力電圧Ｖ_inがターンオフ電圧Ｖ_offに向けて増加する時（図２の矢印Ｄ１参照）、トランジスタＱ３のドレイン－ゲート電圧Ｖ_dgが漸減し、トランジスタＱ３（バイパス回路３１）に流れるバイパス電流Ｉ_d2が漸減する。バイパス電流Ｉ_d2の漸減に反比例してＬＥＤ₃に流れる駆動電流Ｉ_d1が漸増する。このようにして灯具（例えば、ターンランプ）におけるＬＥＤの点灯数が増加する時（図例では、２灯から３灯に点灯数が増加する時）、灯具の明るさが急増してしまうことが抑制される（図３の実線と一点鎖線を比較のこと）。

【0025】

図２に示すように、トランジスタＱ３のゲート端子電圧Ｖ_gとドレイン端子電圧Ｖ_dは、入力電圧Ｖ_inの変化に応じて異なる電圧変化線を描く。ゲート端子電圧Ｖ_gは、（上述のように分圧回路４１から分圧電圧Ｖ_divが供給されるため）入力電圧Ｖ_inに正比例して変化し、その電圧変化線が直線の傾斜線になる。ドレイン端子電圧Ｖ_dは、定電流回路２１が入力電圧Ｖ_inの変化に関わらずに一定の駆動電流Ｉ_dを流すように機能するため入力電圧Ｖ_inに正比例しない範囲を持ち、更には、その範囲外においてゲート端子電圧Ｖ_gの電圧変化線とは異なる（それよりも大きい）傾きの電圧変化線を描く。なお、トランジスタＱ３のターンオフ電圧Ｖ_offは、ゲート端子電圧Ｖ_gの電圧変化線とドレイン端子電圧Ｖ_dの電圧変化線の交点に設定される。

【0026】

図４及び図５を参照して更に説明する。図４は、本開示の別態様に係る点灯回路１の概略的な回路図である。図５は、図４に示した点灯回路１のバイパス回路３１のトランジスタＱ３のゲート端子電圧がグランド電位まで落とされることを示すグラフである。

【0027】

点灯回路１は、入力電圧Ｖ_inが閾値電圧Ｖ_thを超える時、トランジスタＱ３のゲート端子をグランドに接続する放電回路４２を含むことができる（図４参照）。放電回路４２は、抵抗器Ｒ１６，Ｒ１７、及び放電スイッチＱ４を含む。抵抗器Ｒ１６，Ｒ１７から分圧回路が生成され、これが、入力電圧Ｖ_inを抵抗分圧して分圧電圧を生成し、放電スイッチＱ４の制御端子に供給（印加）する。放電スイッチＱ４は、典型的には、バイポーラトランジスタ又は電界効果トランジスタといった３端子スイッチである。放電スイッチＱ４の第１端子（例えば、ドレイン端子）は、トランジスタＱ３のゲート端子に接続される。放電スイッチＱ４の第２端子（例えば、ソース端子）は、グランド電位に接続される。放電スイッチＱ４の制御端子（例えば、ゲート端子）は、抵抗器Ｒ１６，Ｒ１７間のノードＮ₇に接続される。

【0028】

図５に示すように入力電圧Ｖ_inが閾値電圧Ｖ_thを超える時、放電スイッチＱ４がオンしてトランジスタＱ３のゲート端子がグランドに接続される。放電スイッチＱ４が完全にオンする時、トランジスタＱ３のゲート端子がグランド電位まで低下し、トランジスタＱ３がオンする可能性がなくなる。トランジスタＱ３がオンしないことはバイパス回路３１がオンしないことを意味する。従って、ＬＥＤ₃が故障するとしてもバイパス回路３１がオンしてＬＥＤ₁とＬＥＤ₂が点灯を継続することが回避される。

【0029】

図６を参照して更に説明する。図６は、本開示のまた別態様に係る点灯回路１の概略的な回路図である。点灯回路１は、図４に示した放電回路４２の追加又は代替として、トランジスタＱ３のゲート端子を保護する保護回路４３を含むことができる（図６参照）。保護回路４３は、ツェナーダイオードＺＤ２、抵抗器Ｒ８、及び抵抗器Ｒ９を含む。抵抗器Ｒ８及び抵抗器Ｒ９により分圧回路が形成される。抵抗器Ｒ８と抵抗器Ｒ９の間のノードＮ₈がトランジスタＱ３のゲート端子に接続され、そこに分圧電圧が供給される。トランジスタＱ３を破壊するような高電圧が点灯回路１に印加される時、ツェナーダイオードＺＤ２がオンして電流がグランド側に電流を流す。抵抗器Ｒ８と抵抗器Ｒ９の間のノードＮ₈に分圧電圧が生成されてトランジスタＱ３のゲート端子に供給される。従って、トランジスタＱ３のゲート端子に高電圧が印加することが回避でき、かつトランジスタＱ３のゲート端子がフローティング状態になることが回避される。

【0030】

繰り返すが、トランジスタＱ３が並列接続されるＬＥＤの個数（即ち、Ｍ－１以下の個数）は１個に限られない。トランジスタＱ３が、２個以上のＬＥＤが直列接続されたサブストリングに対して並列接続される時、トランジスタＱ３のドレイン端子は、そのサブストリングにおいて最も第１電源端子１ａ寄りに位置するＬＥＤのアノード端子に接続され、トランジスタＱ３のソース端子は、そのサブストリングにおいて最も第２電源端子１ｂ寄りに位置するＬＥＤのカソード端子に接続される。

【0031】

上述の開示を踏まえ、当業者は、各実施形態及び各特徴に対して様々な変更を加えることができる。車両とは、四輪車に限らず、二輪車、三輪車等であっても良い。トランジスタＱ３は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴとして説明したが、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴとすることもできる。後者の場合、他の回路素子についてＮ型とＰ型を反転して再設計することが必要になり得る。トランジスタＱ３と分圧回路４１以外の組み合わせにて上述の制御を実施することも可能であろう。点灯回路１に含まれるトランジスタＱ３と分圧回路４１をＬＥＤ₃の点灯回路又はその点灯状態を切り替える切換回路と命名することもできる。

【符号の説明】

【0032】

１ ：点灯回路
１１ ：ＬＥＤストリング
２１ ：定電流回路
３１ ：バイパス回路
４１ ：分圧回路
４２ ：放電回路
４３ ：保護回路

Ｑ３ ：トランジスタ
Ｑ４ ：放電スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】