JP4259259B2 - 複数のｌｅｄによる表示灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のＬＥＤによって表示を行うと共に、複数のＬＥＤが備えられたライン（以下、ＬＥＤラインという）の断線検出が行える表示灯装置に関するものである。

従来、車両用方向指示器として用いられる断線検出機能付き表示灯装置の回路構成として、図４に示されるものが知られている。この回路では、バッテリ１００の電圧ＶをツェナーダイオードＺＤ１、抵抗Ｒ６および抵抗Ｒ７で分圧した電圧値がしきい値電圧Ｖｔｈとして設定される。そして、車両のフロントおよびリア位置に配置される白熱灯１０１、１０２のいずれか一方が断線した場合に、シャント抵抗Ｒ８を流れる電流値が小さくなることから、シャント抵抗Ｒ８での電圧降下量が小さくなる。このため、断線前の状態と断線後の状態とで、シャント抵抗Ｒ８での電圧降下量（つまり、シャント抵抗Ｒ８と白熱灯１０１、１０２との間の電圧値）としきい値電圧Ｖｔｈとの大小が切り替わるようにすることで、コンパレータ１０３からの出力レベルが変わるようにし、白熱灯１０１、１０２の断線を検出できるようにしている。

一方、近年、車両に使用される方向指示装置などの表示灯装置においては、省電力化のために、白熱灯ではなくＬＥＤでの発光によって、その表示を行うことが考えられている（例えば、特許文献１参照）。この場合、１つのＬＥＤでは発光量が少ないため、複数個のＬＥＤが配列され、所望の明るさとなるようにされる。

図５に、複数個のＬＥＤ１１０を配列したときの表示灯装置の回路図を示す。この図に示されるように、ｎ個のＬＥＤ１１０および抵抗１１１が直列接続されたＬＥＤラインがｍ列分並列接続され、これら各列にバッテリ１１２から電源供給が成されるように構成されている。

このような回路構成において、バッテリ１１２の電圧をＶ、バッテリ１１２から表示灯装置に流される電流をＩ、ｍ列に並べられた各ラインそれぞれに流れる電流をＩ１、抵抗Ｒの抵抗値をＲ、各ＬＥＤ１１０での電圧降下量をＶｆとすると、Ｉ１およびＩは次式で示される。

（数１）
Ｉ１＝（Ｖ−ｎ×Ｖｆ）／Ｒ
（数２）
Ｉ＝ｍ×Ｉ１
このため、これら数式１、２より、電流Ｉが次式のように表される。

（数３）
Ｉ＝ｍ／Ｒ×（Ｖ−ｎ×Ｖｆ）
したがって、バッテリ電圧Ｖに対する電流の変化を示す電圧−電流特性が図６のようになり、バッテリ電圧がｎ個のＬＥＤでの電圧降下分以上である場合に、各ラインに電流が流れ、ＬＥＤ１１０が発光することになる。
特開２００２−７６４３９号公報

上記のような複数個のＬＥＤを用いた表示灯装置における断線検出、すなわち、ｍ列のＬＥＤラインうちの数列が断線したことを検出する回路として、図４に示した回路を適用することが考えられる。すなわち、図５に示したバッテリ１１２とｍ列に並べられたＬＥＤ１１０との間に図４に示したシャント抵抗Ｒ８を挿入し、シャント抵抗Ｒ８での電圧降下分（つまり、シャント抵抗Ｒ８とｍ列に並べられたＬＥＤ１１０との間の電圧）をしきい値電圧Ｖｔｈと大小比較することで、断線検出を行うことができる。

このような場合、バッテリ電圧Ｖに対するしきい値電圧Ｖｔｈの特性が図７（ａ）のような直線Ｌ１になる。ただし、直線Ｌ１としきい値電圧Ｖｔｈが０の軸との交点（点Ｖａ）は、ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧（ツェナ電圧）Ｖｚに相当する。

また、表示灯装置におけるシャント抵抗Ｒ８での電圧降下分の電圧値と、バッテリ電圧Ｖとの関係を示す特性は図７（ｂ）に示すような直線Ｌ２となる。ただし、直線Ｌ２とシャント抵抗Ｒ８での電圧降下分が０の軸との交点Ｂは、ｎ×Ｖｆに相当する。

そして、その直線Ｌ２の傾きは、断線が発生すると、数式３で示されたｍの値が小さくなるため、断線したラインの数に応じて小さくなる。

したがって、各ＬＥＤラインでのツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧Ｖｚが数式３におけるｎ×Ｖｆと一致した値となるようにすれば、図７（ｃ）に示されるように、直線Ｌ１としきい値電圧Ｖｔｈが０の軸との交点（点Ｖａ）と、直線Ｌ２とシャント抵抗Ｒ８での電圧降下分の電圧値が０の軸との交点とが一致する。そして、直線Ｌ２の傾きは、直線Ｌ１の傾きと比べて、断線が生じていない場合には大きく、断線が生じた場合には小さくなる。このため、直線Ｌ１に対して、バッテリ電圧Ｖに対するシャント抵抗Ｒ８での電圧降下分の電圧値が紙面右側に位置するか、左側に位置するかで断線しているか否かを判定することが可能となる。

しかしながら、一般的に、ツェナーダイオードは、その降伏電圧が規格された値となっていることから、正確にｎ×Ｖｆと一致するわけではない。例えば、ツェナーダイオードとして、降伏電圧が５．６Ｖ、６．２Ｖ等に設定されているものが存在するが、ＬＥＤでの電圧降下とその数との組み合わせが必ずしもその設定された降伏電圧と一致するわけではなく、汎用性に乏しい。そして、数式３におけるｎ×Ｖｆの値がツェナーダイオードの降伏電圧Ｂと一致しない場合には、直線Ｌ１と直線Ｌ２との交点がずれ、断線検出の精度が落ちるという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、断線検出の精度を向上できる表示灯装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ＬＥＤが備えられたＬＥＤラインを複数有し、これら複数のＬＥＤラインが並列に並べられ、電源（３）からの電源供給を受けてＬＥＤを発光させるＬＥＤ表示灯（４、５）と、電源とＬＥＤ表示灯との間を接続する電源供給ラインのオン、オフを制御する点滅用スイッチ（６）と、ＬＥＤ表示灯を点灯させるためのスイッチ（２）が投入されると、点滅用スイッチのオンオフを制御する点滅制御回路部（７）と、ＬＥＤ表示灯におけるＬＥＤラインの少なくとも１つが断線したことを検出する断線検出回路部（８）とを有してなる表示灯装置であって、断線検出回路部は、電源からＬＥＤ表示灯への電流を電圧に変換する電流電圧変換回路（９）と、しきい値電圧（Ｖｔｈ）を設定する断線検出しきい値回路部（１０）と、電流電圧変換回路によって変換された電圧としきい値電圧とを比較することにより、断線の検出を行う電圧比較器（１１）とを備え、断線検出しきい値回路部（１０）は、定電流源（１０ａ）と第１の抵抗（Ｒ１）とを有した定電圧部を備え、この定電圧部が形成する定電圧に基づいて、しきい値電圧が設定されていることを特徴としている。

このように、定電流源と第１の抵抗によって定電圧部を形成することにより、その定電圧部が形成する定電圧に基づいてしきい値電圧を設定することが可能となる。そして、その定電圧の電圧値は、第１の抵抗の大きさに依存することから、第１の抵抗の抵抗値を適宜調整することにより、定電圧の電圧値を調整することが可能となり、しきい値電圧を適宜調整することが可能となる。

このため、ツェナーダイオードを使用した場合のように、規格によって決められた降伏電圧しかもたないものと違い、第１の抵抗の抵抗値を適宜調整することにより、ＬＥＤでの電圧降下とＬＥＤの数とが様々な組み合わせを取るとしても、それに対応したしきい値電圧を設定することができる。したがって、汎用性に富む方向指示装置とすることが可能である。そして、しきい値電圧の設定を正確に行うことができるため、断線検出の精度を向上させることができる。

このような断線検出しきい値回路部は、具体的には、定電流源と第１の抵抗との間の電圧をベース電圧とするＮＰＮ型バイポーラトランジスタ（Ｔ１）と、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのベース−エミッタ間に並列接続された第２の抵抗（Ｒ２）と、定電流源とＮＰＮ型バイポーラトランジスタのコレクタの間において直列接続された第３、第４の抵抗（Ｒ３、Ｒ４）と、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのエミッタと第１の抵抗との間に接続された第５の抵抗（Ｒ５）とを有して構成され、第３、第４の抵抗の間の電圧がしきい値電圧として用いられる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態が適用された表示灯装置としての方向指示装置１の回路構成を図１に示す。この図に基づいて、方向指示装置１の構成についての説明を行う。

方向指示装置１は、ドライバによって例えば車室内のステアリング裏に配置された方向指示スイッチ２が操作されると、バッテリ３からの電源供給に基づいて、車両の左右両側に設置された左側ＬＥＤ表示灯４もしくは右側ＬＥＤ表示灯５を点滅させるものである。各ＬＥＤ表示灯４、５は、上述した図５で示されるように、ｎ個のＬＥＤおよび抵抗Ｒが直列接続されたラインがｍ列分並列接続されて構成されている。各ＬＥＤ表示灯４、５は、図１では、それぞれ１つずつしか記載されていないが、実際には各ＬＥＤ表示灯４、５それぞれフロント位置とリア位置の２箇所、車両によってはサイド位置も含めた３箇所に備えられており、これら各位置の表示灯を同時に点滅させるようになっている。

また、この方向指示装置１では、各ＬＥＤ表示灯４、５で断線が検出された際に、そのことをドライバに報知するために、各ＬＥＤ表示灯４、５の点滅周期を早めるという作動を行うようになっている。

図１に示されるように、表示灯装置１には、点滅用リレー６、点滅制御回路部７および断線検出回路部８を備えて構成されている。

点滅用リレー６は、点滅用スイッチに相当するもので、リレー接点６ａと、通電によってリレー接点６ａを吸引するコイル６ｂとを備えて構成される周知のリレーである。リレー接点６ａは、方向指示スイッチ２にて接続された左側ＬＥＤ表示灯４または右側ＬＥＤ表示灯５とバッテリ３とを接続する電源供給ラインのオン、オフを制御するようになっている。このため、点滅用リレー６は、コイル６ｂに通電が成され、リレー接点６ａが吸引されると、リレー接点６ａにて電源供給ラインをオンし、バッテリ３から左側ＬＥＤ表示灯４または右側ＬＥＤ表示灯５への電源供給が行えるようにする。

点滅制御回路部７は、点滅リレー６と方向指示スイッチ２との間の電位に基づいて、方向指示スイッチ２が操作されたことを検出し、それに基づいて点滅リレー６におけるコイル６ｂへの通電を行うと共に、その通電のタイミングを制御するものである。この点滅制御回路部７には、断線検出回路部８からの断線検出信号が入力されるようになっており、断線検出回路部８からの断線検出信号に基づいて、コイル６ｂへの通電タイミングを調整するようになっている。具体的には、点滅制御回路部７は、断線検出回路部８から断線した旨の信号が伝えられていないときには、第１の点灯周期のパルス電圧を出力するようになっており、断線検出回路部８から断線した旨の信号が伝えられると、第１の点灯周期よりも周期が短い第２の点灯周期のパルス電圧を第２のパルス幅で出力するようになっている。

断線検出回路部８は、複数のＬＥＤの列で構成された各ＬＥＤ表示灯４、５における断線検出を行うものである。例えば、各ＬＥＤ表示灯４、５を構成するｍ列のＬＥＤラインのうちの少なくとも１列、例えばｍ列の半分（ｍ／２）が断線した場合に断線と検出され、断線検出回路部８から断線した旨の信号が点滅制御回路部７から出力されるようになっている。

この断線検出回路部８は、電流検出用シャント抵抗９と、断線検出しきい値回路部１０と、電圧比較器１１とを備えて構成されている。

電流検出用シャント抵抗９は、電源供給ラインに流れる電流を電圧に変換する電流電圧変換回路部に相当するものである。この電流検出用シャント抵抗９は、バッテリ３から各ＬＥＤ表示灯４、５につながる電源供給ラインの電流量を検出するものであり、電源供給ラインに直列接続されている。つまり、電流検出用シャント抵抗９の両端電圧が電源供給ラインの電流量に応じて変化することから、電流検出用シャント抵抗９での電圧降下分の電圧値にて電源供給ラインの電流量が検出されるようになっている。具体的には、電流検出用シャント抵抗９と点滅用リレー６のリレー接点６ａとの間（図中点Ｓ）の電位が電圧比較器１１に入力されるようになっており、この電位の大小に基づいて断線検出が行われるようになっている。

断線検出しきい値回路部１０は、断線検出のしきい値電圧Ｖｔｈを設定する回路であり、この断線検出しきい値回路１０によって設定されたしきい値電圧Ｖｔｈが電圧比較器１１に入力されるようになっている。このしきい値電圧Ｖｔｈの大きさに応じて、断線検出回路部８が断線と検出するＬＥＤラインの数が決まる。

図２に、断線検出しきい値回路部１０の具体的な構成例を示す。この図に示されるように、断線検出しきい値回路部１０は、定電流源１０ａと、第１〜第５の抵抗Ｒ１〜Ｒ５と、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ（以下、単にトランジスタという）Ｔ１とを備えて構成されている。定電流源１０ａと第１の抵抗Ｒ１とはバッテリ３とＧＮＤ端子との間に直列接続されており、これらにより定電圧部が構成されている。これら定電流源１０ａと第１の抵抗Ｒ１との間の電圧、つまり定電流が流れる際に第１の抵抗Ｒ１に発生させられる定電圧がベース電圧としてトランジスタＴ１のベースに入力されるようになっている。

また、トランジスタＴ１のベース−エミッタ間に第２の抵抗Ｒ２が接続され、コレクタとバッテリ３との間には第３の抵抗Ｒ３と第４の抵抗Ｒ４とが直列接続され、エミッタとＧＮＤ端子との間には第５の抵抗Ｒ５が接続されている。そして、第３の抵抗Ｒ３での電圧降下分の電圧値、つまり第３の抵抗Ｒ３と第４の抵抗Ｒ４との間の電位が、電圧比較器１１におけるしきい値電圧Ｖｔｈに設定されるようになっている。

このような構成の断線検出しきい値回路部１０では、第５の抵抗Ｒ５の両端電圧Ｖ１は、トランジスタＴ１のベース電圧から第２の抵抗Ｒ２での電圧降下分を減算した値に相当する。第２の抵抗Ｒ２での電圧降下分は第２の抵抗Ｒ２の両端電圧であり、この電圧はトランジスタＴ１のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅに相当する。また、第２の抵抗Ｒ２に流れる電流とトランジスタＴ１のベースに流れる電流は、非常に小さいことから、電流Ｉがほぼすべて第１の抵抗Ｒ１に流れると考えてよい。したがって、電圧Ｖ１は次式のように表される。

（数４）
Ｖ１≒Ｉ×Ｒ１−Ｖｂｅ
つまり、第５の抵抗Ｒ５の両端電圧は、第１の抵抗Ｒ１の抵抗値によって決まり、電圧Ｖ１を第５の抵抗Ｒ５の抵抗値で割ることによって求められる第５の抵抗Ｒ５に流れる電流も第１の抵抗Ｒ１の抵抗値によって決まることが分かる。したがって、第３の抵抗Ｒ３での電圧降下分での電圧値によって決まるしきい値電圧Ｖｔｈも第１の抵抗Ｒ１の抵抗値によって決定する。例えば、バッテリ電圧としきい値電圧Ｖｔｈとの関係が図３のように示されることになるが、第１の抵抗Ｒ１の抵抗値を適宜調整することによって、バッテリ電圧としきい値電圧Ｖｔｈとの特性を示す直線としきい値電圧Ｖｔｈが０の線との交点Ａの値を適宜調整することが可能となる。

電圧比較器１１は、電流検出用シャント抵抗９での電圧降下分の電圧値（図中点Ｓの電位）と、断線検出しきい値回路部１０にて設定されたしきい値電圧Ｖｔｈとを大小比較するものであり、コンパレータで構成されている。この電圧比較器１１は、図中点Ｓの電位の方がしきい値電圧Ｖｔｈよりも大きいときには、断線していないことを意味するローレベル信号を出力し、図中点Ｓの電位の方がしきい値電圧Ｖｔｈよりも小さくなると、断線したことを示すローレベル信号を出力するようになっている。

続いて、このように構成された方向指示装置の作動について説明する。

ドライバによって方向指示スイッチ２が操作されると、方向指示スイッチ２が左側ＬＥＤ表示灯４または右側ＬＥＤ表示灯５に投入される。これにより、電源供給ラインのうち点滅用リレー６と方向指示スイッチ２の間の電位がＬＥＤ表示灯４、５を介してＧＮＤに維持され、それが点滅制御回路部７に伝えられる。これにより、点滅制御回路部７は、方向指示スイッチ２が操作されたことを検出し、バッテリ３からの電源供給に基づいて点滅リレー６のコイル６ｂへの通電を開始する。

このとき、電圧比較器１１では、電流検出用シャント抵抗９での電圧降下分の電圧値（図中点Ｓの電位）と、断線検出しきい値回路部１０にて設定されたしきい値電圧Ｖｔｈとを大小比較し、その結果に応じたレベルの信号を出力する。すなわち、図５で示されるように、ｎ個のＬＥＤおよび抵抗Ｒが直列接続されたＬＥＤラインがｍ列分並列接続されて各ＬＥＤ表示灯４、５が構成されていることから、そのＬＥＤラインが断線すると、断線した数分だけ電源供給ラインの電流量が減る。このため、断線した場合には、断線したラインの数に応じて電流検出用シャント抵抗９での電圧降下分の電圧値、つまり図中点Ｓの電位が小さくなっていき、しきい値電圧Ｖｔｈよりも小さくなる。

そして、断線したＬＥＤラインの数が断線検出回路部８で断線と検出できる数に到達する前の状態では、図中点Ｓの電位の方がしきい値電圧Ｖｔｈよりも大きいため、電圧比較器１１から断線していないことを意味するローレベル信号が出力される。この場合には、点滅制御回路部７から、第１の点灯周期となるパルス電圧がコイル６ｂに印加される。これにより、ドライバによって方向指示スイッチ２が投入された側のＬＥＤ表示灯４、５が第１の点灯周期で点滅する。

一方、断線したＬＥＤラインの数が断線検出回路部８で断線と検出できる数に到達すると、図中点Ｓの電位の方がしきい値電圧Ｖｔｈよりも小さくなり、電圧比較器１１から断線していることを意味するハイレベル信号が出力される。この場合には、点滅制御回路部７から、第２の点灯周期となるパルス電圧がコイル６ｂに印加される。これにより、ドライバによって方向指示スイッチ２が投入された側のＬＥＤ表示灯４、５が第１の点灯周期よりも短い第２の点灯周期で点滅する。

以上説明したように、電流検出用シャント抵抗９での電圧降下分の電圧値と、断線検出しきい値回路部１０にて設定されたしきい値電圧Ｖｔｈとを大小比較することにより、方向指示装置における断線検出を行っている。そして、しきい値電圧Ｖｔｈを断線検出しきい値回路部１０における第１の抵抗Ｒ１の抵抗値に基づいて適宜設定できるようにしている。

このため、ツェナーダイオードを使用した場合のように、規格によって決められた降伏電圧しか持たないものと違い、第１の抵抗Ｒ１の抵抗値を適宜調整することにより、ＬＥＤでの電圧降下とその数とが様々な組み合わせを取るとしても、それに対応したしきい値電圧Ｖｔｈを設定することができる。したがって、汎用性に富む方向指示装置とすることが可能である。そして、しきい値電圧Ｖｔｈの設定を正確に行うことができるため、断線検出の精度を向上させることができる。

（他の実施形態）
上記実施形態に示した方向指示装置を構成する回路構成として、図１、図２に示したものを例に挙げて説明したが、適宜設計変更可能である。例えば、点滅用スイッチとして点滅用リレー６を用いているが、半導体スイッチを採用することも可能である。

上記実施形態では、表示灯装置として方向指示装置を例に挙げて説明したが、他の表示灯装置、例えば、線路の遮断機に備えられる電車通過指示灯、信号機などにも本発明を適用することが可能である。

本発明の第１実施形態における方向指示装置の回路構成を示す図である。 図１における断線検出しきい値回路部の回路構成を示した図である。 バッテリ電圧としきい値電圧Ｖｔｈとの関係を示した図である。 従来より車両用方向指示器として用いられている断線検出機能付き表示灯装置の回路構成を示す図である。 複数個のＬＥＤ１１０を配列したときの表示灯装置の回路図を示す。 バッテリ電圧Ｖに対する電流の変化を示す電圧−電流特性図である。 （ａ）は、バッテリ電圧Ｖに対するしきい値電圧Ｖｔｈの特性を示す図、（ｂ）は、シャント抵抗での電圧降下分の電圧値とバッテリ電圧Ｖとの特性を示す図、（ｃ）は、（ａ）と（ｂ）に示した直線Ｌ１、Ｌ２を組み合わせて示した図である。

符号の説明

１…方向指示装置、２…方向指示スイッチ、３…バッテリ、４、５…ＬＥＤ表示灯、６…点滅用リレー、７…点滅制御回路部、８…断線検出回路部、９…断線検出用シャント抵抗、１０…断線検出しきい値回路部、１０ａ…定電流源、１１…電圧比較器、Ｒ１〜Ｒ５…第１〜第５の抵抗。

Claims (1)

1. ＬＥＤが備えられたＬＥＤラインを複数有し、これら複数のＬＥＤラインが並列に並べられ、電源（３）からの電源供給を受けて前記ＬＥＤを発光させるＬＥＤ表示灯（４、５）と、
   前記電源と前記ＬＥＤ表示灯との間を接続する電源供給ラインのオン、オフを制御する点滅用スイッチ（６）と、
   前記ＬＥＤ表示灯を点灯させるためのスイッチ（２）が投入されると、前記点滅用スイッチのオンオフを制御する点滅制御回路部（７）と、
   前記ＬＥＤ表示灯における前記ＬＥＤラインの少なくとも１つが断線したことを検出する断線検出回路部（８）とを有してなる表示灯装置であって、
   前記断線検出回路部は、
   前記電源から前記ＬＥＤ表示灯への電流を電圧に変換する電流電圧変換回路（９）と、
   しきい値電圧（Ｖｔｈ）を設定する断線検出しきい値回路部（１０）と、
   前記電流電圧変換回路によって変換された電圧と前記しきい値電圧とを比較することにより、前記断線の検出を行う電圧比較器（１１）とを備え、
   前記断線検出しきい値回路部（１０）は、定電流源（１０ａ）と第１の抵抗（Ｒ１）とを有した定電圧部と、前記定電流源と前記第１の抵抗との間の電圧をベース電圧とするＮＰＮ型バイポーラトランジスタ（Ｔ１）と、前記ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのベース−エミッタ間に並列接続された第２の抵抗（Ｒ２）と、前記定電流源と前記ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのコレクタの間において直列接続された第３、第４の抵抗（Ｒ３、Ｒ４）と、前記ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのエミッタと前記第１の抵抗との間に接続された第５の抵抗（Ｒ５）とを有し、前記第３、第４の抵抗の間の電圧が前記しきい値電圧として設定されていることを特徴とする表示灯装置。

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