特許 7491250 ＬＥＤ点灯回路およびＬＥＤ照明装置

(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】

(24)【登録日】2024-05-20

(45)【発行日】2024-05-28

(54)【発明の名称】ＬＥＤ点灯回路およびＬＥＤ照明装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 45/50 20220101AFI20240521BHJP

   H05B 45/345 20200101ALI20240521BHJP

【ＦＩ】

H05B45/50

H05B45/345

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021047825

(22)【出願日】2021-03-22

(65)【公開番号】P2022146716

(43)【公開日】2022-10-05

【審査請求日】2023-03-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000241463

【氏名又は名称】豊田合成株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100087723

【弁理士】

【氏名又は名称】藤谷 修

(74)【代理人】

【識別番号】100165962

【弁理士】

【氏名又は名称】一色 昭則

(74)【代理人】

【識別番号】100206357

【弁理士】

【氏名又は名称】角谷 智広

(72)【発明者】

【氏名】田部 哲夫

【審査官】野木 新治

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１５９２８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ４５／５０

Ｈ０５Ｂ ４５／３４５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＬＥＤを定電流で駆動する定電流回路を有したＬＥＤ点灯回路において、
前記ＬＥＤ点灯回路を駆動する電源電圧が所定のしきい値を超えたときに、前記ＬＥＤの電流値を所定量減少させるように動作する電流減少回路を有し、
前記しきい値は、前記電源電圧の定格値よりも大きく、かつ定格値の２倍以下であり、
前記所定量は、前記電源電圧が前記しきい値以下の範囲における前記ＬＥＤの電流値の最大値をＩ０として、前記電源電圧が前記しきい値を超えた直後において前記ＬＥＤの電流がＩ０の１／５～２／３となる量であり、
前記定電流回路は、
コレクタが前記ＬＥＤのカソードに接続され、エミッタが第１抵抗を介して電源の負極に接続された第１トランジスタを有し、
前記電流減少回路は、
アノードが第２抵抗を介して電源の負極に接続され、カソードが電源の正極に接続されたツェナーダイオードと、
コレクタが第３抵抗を介して前記第１トランジスタのベースに接続され、エミッタが電源の負極に接続され、ベースが前記ツェナーダイオードのアノードと前記第２抵抗とを接続する線路上の点と接続された第２トランジスタと、を有し、
前記しきい値は、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧により設定され、
前記所定量は、前記第３抵抗の抵抗値により設定されている、
ことを特徴とするＬＥＤ点灯回路。

【請求項2】

前記しきい値は、前記電源電圧の定格値の１．５倍以上２倍以下である、ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ点灯回路。

【請求項3】

前記所定量は、前記電源電圧が前記しきい値を超えた直後において前記ＬＥＤの電流がＩ０の１／４～１／２となる量である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ点灯回路。

【請求項4】

ＬＥＤと、前記ＬＥＤの点灯を制御する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のＬＥＤ点灯回路と、を有することを特徴とするＬＥＤ照明装置。

【請求項5】

前記電源電圧の定格値は１２～１６Ｖであり、車載用であることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＬＥＤの点灯回路およびＬＥＤ照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＥＤの高輝度化に伴い、車載用照明装置においてＬＥＤの消費電流を大きくしたいという要望が増えている。しかし、ＬＥＤの電流が大きくなると、温度の最大定格（通常１５０℃に設定される）を超えてしまう場合がある。

【0003】

この対策として、電源電圧が所定のしきい値、たとえば、車載バッテリーを２個直列に繋いだ電圧より少し小さな電圧値を超えたら、点灯回路を遮断してしまい、ＬＥＤに電流が流れないようにしてしまうことが考えられる。

【0004】

特許文献１には、ＬＥＤの駆動電圧が上昇した場合に、回路損失の増加を抑制し、光の減少幅を抑える制御をすることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１３－８６３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、電源電圧が所定のしきい値を超えたときに点灯回路を遮断する方法では、数十μｓ～数ｍｓのサージ電圧に対しても反応してしまい、ＬＥＤが一瞬暗くなるのが目視で明確に分かり、見栄えの製品品質が劣化してしまうのが問題であった。

【0007】

また、特許文献１の方法では、複雑な制御回路が必要となり、コストが増大してしまう問題がある。

【0008】

そこで本発明の目的は、過大な電圧がかかった場合の見栄えの品質劣化が抑制されたＬＥＤ点灯回路を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、ＬＥＤを定電流で駆動する定電流回路を有したＬＥＤ点灯回路において、ＬＥＤ点灯回路を駆動する電源電圧が所定のしきい値を超えたときに、ＬＥＤの電流値を所定量減少させるように動作する電流減少回路を有し、しきい値は、電源電圧の定格値よりも大きく、かつ定格値の２倍以下であり、所定量は、電源電圧がしきい値以下の範囲におけるＬＥＤの電流値の最大値をＩ０として、電源電圧がしきい値を超えた直後においてＬＥＤの電流がＩ０の１／５～２／３となる量であり、定電流回路は、コレクタがＬＥＤのカソードに接続され、エミッタが第１抵抗を介して電源の負極に接続された第１トランジスタを有し、電流減少回路は、アノードが第２抵抗を介して電源の負極に接続され、カソードが電源の正極に接続されたツェナーダイオードと、コレクタが第３抵抗を介して第１トランジスタのベースに接続され、エミッタが電源の負極に接続され、ベースがツェナーダイオードのアノードと第２抵抗とを接続する線路上の点と接続された第２トランジスタと、を有し、しきい値は、ツェナーダイオードのツェナー電圧により設定され、所定量は、第３抵抗の抵抗値により設定されている、ことを特徴とするＬＥＤ点灯回路である。

【0010】

本発明において、しきい値は、電源電圧の定格値の１．５倍以上２倍以下であるとよい。

【0011】

本発明において、所定量は、電源電圧がしきい値以下の範囲におけるＬＥＤの電流値の最大値をＩ０として、電源電圧がしきい値を超えた直後においてＬＥＤの電流がＩ０の１／５～２／３となる量であるとよい。

【0012】

本発明において、定電流回路は、コレクタがＬＥＤのカソードに接続され、エミッタが第１抵抗を介して電源の負極に接続された第１トランジスタを有し、電流減少回路は、アノードが第２抵抗を介して電源の負極に接続され、カソードが電源の正極に接続されたツェナーダイオードと、コレクタが第３抵抗を介して第１トランジスタのベースに接続され、エミッタが電源の負極に接続され、ベースがツェナーダイオードのアノードと第２抵抗とを接続する線路上の点と接続された第２トランジスタと、を有し、しきい値は、ツェナーダイオードのツェナー電圧により設定され、所定量は、第３抵抗の抵抗値により設定されている、構成であってもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明のＬＥＤ点灯回路では、過大な電圧がかかった場合にＬＥＤに流れる電流の電流値を減少させて消灯はしないため、見栄えの品質劣化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施例１のＬＥＤ点灯回路の構成を示した図。

【図2】実施例１のＬＥＤ点灯回路の電源電圧－ＬＥＤ電流特性を示したグラフ。

【図3】比較例１のＬＥＤ点灯回路の構成を示した図。

【図4】比較例１のＬＥＤ点灯回路の電源電圧－ＬＥＤ電流特性を示したグラフ。

【図5】変形例のＬＥＤ点灯回路の構成を示した図。

【図6】変形例のＬＥＤ点灯回路の構成を示した図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

【実施例1】

【0016】

図１は、実施例１のＬＥＤ点灯回路の構成を示した図である。図１のように、実施例１のＬＥＤ点灯回路は、２つの直列接続されたＬＥＤ１、ＬＥＤ２の点灯を制御するための回路であり、トランジスタＱ１、Ｑ２と、ツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２、と、抵抗Ｒ１～Ｒ５と、を有している。実施例１のＬＥＤ点灯回路は、大きく分けて定電流回路と電流減少回路の２つで構成されている。

【0017】

まず、定電流回路について説明する。トランジスタＱ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２、ツェナーダイオードＺＤ１は、定電流回路を構成している。電源電圧の変動に対してＬＥＤ１、ＬＥＤ２の電流値を一定とするように動作する回路である。

【0018】

トランジスタＱ１のエミッタは、抵抗Ｒ１を介して電源の負極に接続されている。また、トランジスタＱ１のコレクタは、ＬＥＤ２のカソードが接続されている。また、トランジスタＱ１のベースは、抵抗Ｒ２を介して電源の正極に接続され、ツェナーダイオードＺＤ１のカソードに接続され、抵抗Ｒ５に接続されている。

【0019】

ツェナーダイオードＺＤ１のアノードは、電源の負極に接続されている。また、ツェナーダイオードＺＤ１のカソードは、トランジスタＱ１のベースに接続されている。

【0020】

ＬＥＤ２のアノードはＬＥＤ１のカソードに接続され、ＬＥＤ１のアノードは電源の正極に接続されている。

【0021】

トランジスタＱ１の特性、抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧は、電源電圧が１２Ｖの場合にＬＥＤ１、ＬＥＤ２の電流が１２０ｍＡとなるように設定されている。なお、電流値は必ずしもこの値に設定されている必要はなく、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２の最大定格温度（通常１５０℃）を超えないように設定されていればよい。実施例１のＬＥＤ点灯回路は、電源電圧の定格値においてＬＥＤ１、ＬＥＤ２の電流を１００ｍＡ以上とする場合に好適である。

【0022】

次に、電流減少回路について説明する。トランジスタＱ２、抵抗Ｒ３～Ｒ５、ツェナーダイオードＺＤ２は、電流減少回路を構成している。電源電圧が過大となったときにＬＥＤ１、ＬＥＤ２の電流値を減少させる回路である。

【0023】

ツェナーダイオードＺＤ２のアノードは、抵抗Ｒ３を介して電源の負極に接続されている。また、ツェナーダイオードＺＤ２のカソードは、電源の正極に接続されている。

【0024】

トランジスタＱ２のエミッタは、電源の負極に接続されている。また、トランジスタＱ２のコレクタは、抵抗Ｒ５を介してトランジスタＱ１のベースに接続されている。また、トランジスタＱ２のベースは、抵抗Ｒ４を介してツェナーダイオードＺＤ２のアノードと抵抗Ｒ３とを接続する線路上の点に接続されている。

【0025】

電流減少回路は、より具体的には、次のように動作する。電流減少回路は、実施例１のＬＥＤ点灯回路を駆動する電源電圧がしきい値を超えたときに、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２の電流値を所定量減少させるように動作する。

【0026】

その電源電圧のしきい値は、２２Ｖである。しきい値はこの値に限るものではなく、電源電圧の定格値よりも大きく、かつ定格値の２倍以下の範囲に設定されていればよい。このような範囲にしきい値が設定されていれば、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２の温度が最大定格温度を超えないように制御することが容易となる。実施例１では、電源電圧が１２Ｖであるから、これよりも大きくかつ、２倍よりも小さい範囲として２２Ｖに設定したものである。より好ましくは電源電圧の定格値の１．５倍以上２倍以下の範囲である。車載用のＬＥＤ照明装置の場合、電源は１２～１６Ｖであるため、しきい値は１８～２４Ｖとするのがよい。

【0027】

また、減少させる電流量は、電源電圧がしきい値電圧以下の範囲におけるＬＥＤ１、ＬＥＤ２の電流値の最大値をＩ０として、しきい値電圧を超えた直後においてＬＥＤ１、ＬＥＤ２の電流がＩ０の１／３となる量、つまり減少量はＩ０の２／３である。

【0028】

Ｉ０の１／３となるまで減少させる理由は次の通りである。人間の明るさに対する感覚は、スチーブンス則によれば輝度の０．３３乗である。ＬＥＤ１、ＬＥＤ２の電流が１／３になると、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２の輝度もおよそ１／３となるが、人間の明るさの感覚の変化は、（１／３）の０．３３乗であり、約７０％である。つまり、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２の電流が１／３になっても人間には明るさが７０％になった程度の変化であり、それほど明るさが変化したようには感じない。そこで実施例１ではＩ０の１／３に設定している。

【0029】

なお、必ずしもＩ０の１／３である必要はなく、Ｉ０の１／５以上であればよい。１／５以上であれば、明るさの変化をさほど感じずに電流を減少させることができる。また、Ｉ０の２／３以下であることが好ましい。２／３以下であれば、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２の発熱を十分に抑制することができる。より好ましくはＩ０の１／４以上１／２以下である。

【0030】

実施例１の電流減少回路では、電源電圧のしきい値電圧をツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電圧により設定している。また、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２の電流値の減少量は、抵抗Ｒ５の抵抗値によって設定している。

【0031】

図２は、実施例１のＬＥＤ点灯回路の電源電圧－ＬＥＤ電流特性を示したグラフである。図２のように、電源電圧が７ＶでＬＥＤ１、ＬＥＤ２に電流が流れ始め、２２Ｖまでは定電流回路の動作によってなだらかにＬＥＤ電流が増加していく。定格の１２Ｖでは、ＬＥＤ電流は１２０ｍＡである。２２Ｖを超えると、電流減少回路が動作し、ＬＥＤ電流は１／３に急激に減少し、その後はなだらかにＬＥＤ電流が増加していく。

【0032】

したがって、実施例１のＬＥＤ点灯回路では、サージ電圧が印加された場合、電源電圧が２２Ｖを超えた直後にＬＥＤ電流が１／３となるため、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２の輝度も１／３となる。ここで、前述のスチーブンス則により、輝度が１／３であっても人間の明るさの感覚としては７０％の明るさであり、それほど大きく明るさが減少したようには感じない。よって、サージ電圧が印加された場合でもＬＥＤ１、ＬＥＤ２のちらつきはあまり感じず、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２の見栄えの品質劣化は抑制されている。

【0033】

また、電流が１／３となっているため、電源電圧が定格の２倍である２４Ｖとなっても、定格の場合（１２Ｖ、１２０ｍＡ）に比べて消費電力は２／３となっており、電子部品の発熱も問題とならない。

【0034】

比較例１として、図３のＬＥＤ点灯回路を示す。比較例１のＬＥＤ点灯回路は、実施例１のＬＥＤ点灯回路において、抵抗Ｒ４、Ｒ５を省き、ツェナーダイオードＺＤ２を抵抗Ｒ９に替えた構成である。比較例１のＬＥＤ点灯回路では、電源電圧が２２Ｖを超えると、トランジスタＱ２がオンとなって定電流回路をオフにし、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２に電流が流れないように遮断する構成となっている。

【0035】

図４は、比較例１のＬＥＤ点灯回路の電源電圧－ＬＥＤ電流特性を示したグラフである。図４のように、電源電圧が７ＶでＬＥＤ１、ＬＥＤ２に電流が流れ始め、２２Ｖまでは定電流回路の動作によってＬＥＤ電流は１００～１３０ｍＡの間であり、およそ一定の値となる。電源電圧が２２Ｖを超えると、定電流回路は遮断されてＬＥＤ１、ＬＥＤ２の電流は０となり、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２は消灯する。

【0036】

比較例１のＬＥＤ点灯回路では、サージ電圧が印加された場合にＬＥＤ１、ＬＥＤ２は一瞬消灯し、ちらつきを感じる。したがって、比較例１のＬＥＤ点灯回路は、実施例１のＬＥＤ点灯回路に比べて見栄えの品質が劣る。

【0037】

以上、実施例１のＬＥＤ点灯回路によれば、電源電圧が所定値を超えた場合にＬＥＤ１、ＬＥＤ２に流れる電流値を所定割合減少させ、消灯はしないため、サージ電圧が印加された場合のＬＥＤ１、ＬＥＤ２のちらつきを抑制することができ、見栄えの品質劣化を抑制することができる。

【0038】

なお、本発明における電流減少回路は、実施例１に示した構成に限るものではなく、電源電圧がしきい値を超えたときに、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２の電流値を所定量減少させるように動作する構成であれば任意の構成とすることができる。ただし、実施例１によれば、このような動作を簡便な回路構成で低コストに実現することができる。

【0039】

また、本発明における定電流回路は、実施例１に示した構成に限るものではなく、従来知られている任意の低電流回路を用いてよい。

【0040】

たとえば、図５のように、シャントレギュレータＩＣ１を用いた定電流回路でもよい。図５では、実施例１のツェナーダイオードＺＤ１をシャントレギュレータＩＣ１に置き換え、シャントレギュレータＩＣ１のカソードを抵抗Ｒ６を介してトランジスタＱ１のベースに接続し、アノードを電源の負極に接続し、リファレンス端子をトランジスタＱ１のエミッタと抵抗Ｒ１とを結ぶ線路上の点と接続した構成である。このような定電流回路を用いれば、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２の電流を実施例１よりも一定にすることができる。

【0041】

また、図６のように、実施例１のツェナーダイオードＺＤ１を抵抗Ｒ７に替えた構成としてもよい。このような定電流回路を用いれば、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２の電流変動は実施例１よりも大きくなるが、材料コストを低減することができる。

【産業上の利用可能性】

【0042】

本発明は、車載照明装置のＬＥＤを点灯するための回路などに利用できる。

【符号の説明】

【0043】

Ｑ１、Ｑ２：トランジスタ
Ｒ１～Ｒ７：抵抗
ＺＤ１、ＺＤ２：ツェナーダイオード
ＩＣ１：シャントレギュレータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】