JPH0732071B2 - Ｅｌ素子の点灯制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、EL素子等の点灯制御に適した点灯制御装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

第４図はこの種の従来の点灯制御装置の概略構成を示す
図である。この点灯制御装置はEL素子１を点灯するよう
にしたもので、点灯回路２と、Vccの直流電源に接続さ
れた調光回路３から構成されている。点灯回路２は可変
出力のインバータを備え、そのインバータトランスT₁の
１次巻線ＰにはスイッチングトランジスタQ₁が接続さ
れ、２次巻線ＳにはコンデンサC₁,C₂を介して上記EL素
子１が接続されている。また、調光回路３はICから成る
スイッチングレギュレータ４を備えており、トランジス
タQ₂を制御して上記インバータトランスT₁の１次巻線Ｐ
の入力を変化させることによりEL素子１の調光を行うよ
うになっている。

上記のような構成の点灯制御装置において、例えば過電
圧入力等によってEL素子１が絶縁破壊を起こしたり、あ
るいは機械的振動によってEL素子１が切断された場合、
負荷はオープン状態となる。また、EL素子１の端子ある
いはリード線が互いに接触したり、EL素子１が高温で極
端に吸湿劣化した場合には、負荷はショート状態とな
る。

そして、負荷オープンとなった場合には、EL素子１が不
点灯になるだけでなく、負荷が極端に軽くなるので出力
電圧が数倍に上昇し、出力周波数も数kHzとなってしま
い、かなり耳障りな音が発生する。この時、スイッチン
グトランジスタQ₁の定格電圧を越えると、トランジスタ
Q₁が破壊して短絡電流が流れ、発熱，発煙等が発生する
ことがある。また、負荷ショートになった場合にも、ト
ランジスタQ₁がオンし続けるので、発熱，破壊，発煙が
発生することがあり、火災につながる虞れがある。この
ため、例えば第４図のように、電源入力回路に電流ヒュ
ーズまたは温度ヒューズF₁を挿入しておき、負荷オープ
ン，負荷ショート等の負荷異常が発生した時にそのヒュ
ーズF₁を溶断させ、過大な電流が流れるのを防止するこ
とが行われている。また、EL素子１に並列にコンデンサ
C₁を接続し、直列にコンデンサC₂を接続しておき、これ
により発熱，破壊，発煙に至るのを防止することも行わ
れている。このコンデンサC₁,C₂を介装した場合には、E
L素子１がオープンになった時でもコンデンサC₁が負荷
として働くため、出力電圧及び周波数は正常時より上昇
するが回路破壊となるような値にはならず、発熱，発煙
に至るのを防ぐことができる。また、EL素子１がショー
トになった時にも、コンデンサC₁,C₂が負荷として働く
ので、発振は停止せず継続して動作し、発熱，発煙に至
るのを防ぐことができる。

一方、EL素子１の調光を行うために可変抵抗VR₁を使用
しており、その抵抗値の変化をスイッチングレギュレー
タ４により電圧値の変化に変換し、点灯回路２の入力電
圧を変化させることによって調光を行っている。

また、点灯回路２に定電流特性をもたせるか、あるいは
負荷インピーダンスが高くなった時に電流が上昇するよ
うな特性をもたせておくことにより、EL素子１が常温，
常湿で劣化した場合でも電圧を上昇させて見掛け上の輝
度低下を防止するようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のような従来の点灯制御装置にあっ
ては、可変抵抗VR₁によって調光を設定し、また電流ヒ
ューズあるいは温度ヒューズF₁によって過電流を防止す
るか、あるいはコンデンサC₁,C₂を負荷回路に接続して
過電流を防止しているため、次のような問題点があっ
た。

a.EL素子１のサイズ及び劣化状態，設定輝度，回路定
数，温度等の条件によって点灯時の回路電流、異常時の
回路電流が変化するので、電流ヒューズの設定が難し
く、また温度ヒューズの場合は設置場所によって溶断温
度の選定が難しく、ヒューズF₁の確実な動作が期待でき
ず、安全性に欠ける。

b.負荷異常を電流変化あるいは温度変化によって間接的
に検出しているため、応答性が悪く、また構成部品の一
部が故障してから動作するので、再利用できない場合が
ある。

c.EL素子１にコンデンサC₁,C₂を接続した場合には、通
常の点灯時にもコンデンサC₁,C₂で電力を消費している
ので、消費電力が大きく、効率も低下し、インバータト
ランスなどの構成部品も大形になる。

d.可変抵抗VR₁によって調光を設定しているため、他の
照明装置と連動して調光制御を行うことができない。

e.EL素子１にコンデンサC₁,C₂を接続すると負荷側の変
化が少なくなり、電圧，周波数の変化も少なくなるため
輝度保障機能が低下し、安定した発光輝度が得られな
い。また定電流特性など輝度補償機能をもたせた場合、
EL素子１が高温高湿の雰囲気中での連続点灯によって吸
湿劣化すると、常温常湿での劣化とは逆に負荷インピー
ダンスが低くなり、このため、吸湿劣化によってEL素子
１の印加電圧が低下して輝度が低くなり、さらに吸湿が
進むと発振が停止して不点灯となり、安定した発光が得
られない。

この発明は、このような問題点に着目してなされたもの
で、負荷異常を確実且つ応答性良く検出でき、消費電力
も少なく、また他の照明装置と連動して調光制御を行う
ことができ、安定した発光輝度の得られる点灯制御装置
を得ることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の点灯制御装置は、可変出力のインバータを有
しEL素子の定電流制御を行う点灯回路と、調光制御用の
パルス信号をそのデューティ比に応じた直流信号に変換
するDC変換回路と、その直流信号に従って上記インバー
タのトランスへの入力を変化させて調光を行う調光回路
と、インバータのトランスに接続されたスイッチング素
子の出力の変化から負荷の異常を検出する検出回路とを
備え、上記調光回路から定電圧電源をDC変換回路に供給
すると共に負荷インピーダンスが小さくなった時には定
電流制御から定電圧制御に切り換える不点灯防止回路を
設けたものである。

〔作用〕

この発明の点灯制御装置においては、点灯回路のインバ
ータトランスに接続されたスイッチング素子の入力の変
化から負荷異常を検出しているので、負荷異常を速やか
に確実に検出でき、また調光制御用のパルス信号を直流
信号に変換してインバータを制御し、その変換回路に調
光回路から定電圧電源を供給しているので、他の照明装
置と連動した調光制御を行うことができると共に、安定
した発光輝度が得られる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例による点灯制御装置の回路
構成を示すブロック図である。図において、１は負荷で
あるEL素子、２は可変出力の自励式インバータを有した
点灯回路で、EL素子１の定電流制御を行う。３は点灯回
路２への入力電圧を変化させて調光を行う調光回路で、
定電圧機能をもったスイッチングレギュレータを備えて
いる。５は不図示のイルミネーションコントローラから
の調光制御用のパルス信号をそのデューティ比に応じた
直流信号に変換するDC変換回路で、上記調光回路３はそ
の直流信号に従って点灯回路２のインバータのトランス
への入力を変化させる。6a,6bはそれぞれ負荷ショート
を検出して点灯回路２の発振を停止させるショート検出
回路及び負荷オープンを検出して点灯回路２の発振を停
止させるオープン検出回路で、これらの検出回路6a,6b
は共に上記インバータのトランスに接続されたスイッチ
ング素子の出力の変化から負荷の異常（EL素子１のショ
ートまたはオープン状態）を検出する。７は負荷インピ
ーダンスが低くなった時に点灯回路２を定電流制御から
定電圧制御に切り換える不点灯防止回路である。

第２図は上記の点灯制御装置の具体的構成を示す回路図
であり、第４図と同一符号は同一構成要素を示してい
る。点灯回路２のインバータトランスT₁の１次巻線Ｐに
はスイッチングトランジスタQ₁が接続され、このトラン
ジスタQ₁のベース−コレクタ間に異常発振を防止するた
めの移相補正用のCR回路として抵抗R₁とコンデンサC₃の
直列回路が接続されている。そして、トランジスタQ₁の
コレクタ電圧（インバータトランスT₁の１次側入力電
圧）の変化が検出回路6a,6bによって検出されるように
なっている。また、インバータトランスT₁のフィードバ
ック巻線Ｆは２次巻線Ｓの中間タップを利用しているた
め、トランス端子は１本省略したものとなっている。な
お、１次巻線Ｐとフィードバック巻線Ｆは、トランジス
タQ₁に対して正帰還となるように接続されている。

次に第３図の波形図を基に動作について説明する。第３
図は第２図の各部（ａ〜ｇ）の信号波形を示したもので
ある。

DC変換回路５は、例えば車内の電球等の調光用イルミネ
ーションコントローラからのパルス信号（第３図のａ）
を入力し、これをトランジスタQ₃で増幅した後、コンデ
ンサC₄で平滑（第３図のｂ）して調光回路３のスイッチ
ングレギュレータ４に入力する。調光回路３のスイッチ
ングレギュレータ４は、その入力電圧（直流電圧）に従
ってトランジスタQ₂のオン，オフを制御し、点灯回路２
への出力電圧を制御する。この時、上記パルス信号のデ
ューティ比によって調光回路３への入力電圧も変動する
ので、それに従って調光回路３の出力電圧も変化する。
この調光回路３の出力電圧は点灯回路２の入力電圧であ
るので、上述のパルス信号に応じてEL素子１の印加電圧
が変化し、EL素子１の調光を行うことができる。

ここで、上記パルス信号を平滑する際、トランジスタQ₃
を介さずに直接コンデンサC₄と抵抗R₃の積分回路に入力
すると、電源電圧（Vcc）の変動によりパルス信号を平
滑した直流電圧のレベルが変化し、EL素子１の発光輝度
の変化やチラツキが発生する。しかし、本実施例では上
記パルス信号をトランジスタQ₃を介してコンデンサC₄の
積分回路に入力し、且つそのトランジスタQ₃への電源供
給をスイッチングレギュレータ４の定電圧電源から行っ
ている。このため、電源電圧が変動してイルミネーショ
ンコントローラからのパルス信号の電圧レベルが変動し
ても、これを一定の電圧レベルのパルス信号に直した形
で平滑することができ、調光回路３への出力電圧も変動
することがない。このため、電源電圧の変動による輝度
変化及びチラツキが防止され、安定化電源を別個に設け
る必要はない。

次に、インバータを有した点灯回路２の動作について説
明する。先ず、トランスT₁の１次巻線Ｐ、抵抗R₅を通し
てトランジスタQ₁にベース電流が供給されると、このト
ランジスタQ₁により増幅された電流がトランスT₁の１次
巻線Ｐに流れる。すると、トランスT₁のフィードバック
巻線Ｆに電圧が誘起され、抵抗R₆、コンデンサC₅を通し
てトランジスタQ₁のベースに正帰還電流が供給され、ト
ランジスタQ₁は急速にオンに向かう。そして、さらにト
ランジスタQ₁のベースに正帰還がかかり、トランジスタ
Q₁は完全にオン状態となる。その結果、１次巻線Ｐに流
れている電流が飽和状態となり、トランスT₁に発生する
磁束変化がなくなり、同時にフィードバック巻線Ｆ及び
２次巻線Ｓに誘起されていた電圧もなくなるため、トラ
ンジスタQ₁のベース電流は減少し始める。すると、コレ
クタ電流も減少し始め、１次巻線Ｐに流れている電流も
減少するため、今度はフィードバック巻線Ｆに今までと
逆の電圧が発生し、トランジスタQ₁のベース電流は急速
にオフする方向に向かう。そして、トランジスタQ₁が完
全にオフになると、再び抵抗R₅を通してトランジスタQ₁
にベース電流が流れ始める。以上の動作の繰り返しによ
って、トランジスタQ₁はオン，オフを繰り返し、点灯回
路２のインバータは安定した発振を継続する。

ここで、負荷がオープンとなった場合について説明す
る。オープン検出回路6bは、負荷オープン時の周波数変
化をトランジスタQ₁のコレクタより検出し、トランジス
タQ₁のベースをオフさせる機能をもっている。その際、
一般的にEL素子１はコンデンサＣと抵抗Ｒの並列回路と
なっており、このうちＣ成分のしめる割合がほとんどで
ある。そして、通常はこの負荷のＣ成分とトランスT₁の
２次巻線ＳのインダクタンスＬとの共振周波数で発振を
行っている。しかし、負荷オープンになると上記負荷の
Ｃ成分が無くなり、トランスT₁の２次巻線Ｓのインダク
タンスＬと巻線間容量とで共振する極めて高い周波数で
発振するようになる。この周波数の違いを、コンデンサ
C₆と抵抗R₇で構成されるハイパスフィルタによって高周
波成分のみを取り出すことにより検出し、ダイオード
D₁,コンデンサC₇で直流に変換したものをトランジスタQ
₄のベースに供給する。これにより、トランジスタQ₄は
オンになり、このトランジスタQ₄のコレクタに接続され
ているトランジスタQ₁のベースはオフとなるので、発振
は停止する。このため、負荷オープンとなってもトラン
ジスタQ₁が電圧定格を越えてしまうことはなく、トラン
ジスタQ₁はほぼオフとなるため、破壊，発熱，発煙とい
う事態は避けることができる。

また、負荷をショートした場合について説明すると、通
常点灯の時はトランジスタQ₁のコレクタ電圧波形はほぼ
GNDと2Vccの間で発振を続けているが、負荷ショートす
るとトランジスタQ₁のコレクタ電圧はVccまで上昇す
る。ショート検出回路6aは、このトランジスタQ₁のコレ
クタ電圧の変化を検出し、トランジスタQ₁のベースをオ
フさせる機能をもっている。その際、先ず負荷がショー
トした場合は出力電圧が０となるので、トランスT₁のフ
ィードバック巻線Ｆにも電圧が発生しなくなり、トラン
ジスタQ₁のベースへの帰還がなくなるので発振は停止
し、トランジスタQ₁のコレクタ電圧はほぼ点灯回路２の
入力電圧まで上昇する。従って、抵抗R₈,ダイオードD₂
を通してトランジスタQ₄のベース電流が流れ、トランジ
スタQ₄がオンになり、トランジスタQ₄のコレクタと接続
されているトランジスタQ₁のベース電位が下がる。この
ため、トランジスタQ₁に抵抗R₅を通して直流ベース電流
がほぼ流れなくなり、トランジスタQ₁はオフとなるの
で、同様に発熱，破壊，発煙という事態を避けることが
できる。

しかし、通常点灯の場合を考えると、トランジスタQ₁の
コレクタ電圧波形は第３図のｃのようになり（ピーク値
約18V）、抵抗R₉,コンデンサC₈,トランジスタQ₅がない
状態では抵抗R₈とコンデンサC₉の積分回路を通した後で
もダイオードD₂を通してトランジスタQ₄をオンさせるの
に十分な電圧がトランジスタQ₄のベースにかかることに
なってしまう。従って、トランジスタQ₄はオンし、この
トランジスタQ₄のコレクタと接続されているトランジス
タQ₁のベースの電位が下がるため、トランジスタQ₁はオ
フとなり、発振は停止してしまう。すなわち、ショート
検出回路6aが働いてしまうことになる。このショート検
出回路6aは負荷ショートの時だけ働けばよく、通常点灯
の時は働いてはいけないので、上記抵抗R₉,コンデンサC
₈,トランジスタQ₅を使用して発振が止まらないようにし
ている。その際、トランジスタQ₁のコレクタ電圧によっ
て抵抗R₈を通してコンデンサC₉が充電されるが、トラン
ジスタQ₁のコレクタは通常発振時はほぼGNDと2Vccの間
で振動しているため、コンデンサC₈で直流カットされた
交流成分（第３図のd:ピーク値約4V）が電流制限抵抗R₉
を通してトランジスタQ₅のベースに流れ、トランジスタ
Q₅のコレクタはオン，オフを繰り返していることにな
る。そして、このトランジスタQ₅のコレクタのオン期間
にコンデンサC₉の電荷はトランジスタQ₅のコレクタを通
してGNDに放電するというコンデンサC₉の電圧リセット
が発振の一周期ごとに継続して行われるため、コンデン
サC₉の端子電圧は上昇することがなく（第３図のe:ピー
ク値約0.3V）、従ってトランジスタQ₄はオフ状態が続け
られ、トランジスタQ₁は安定した発振が継続して行われ
るようになる。

しかし、負荷がショートしてトランジスタQ₁のコレクタ
電圧が上昇すると、トランジスタQ₅のベースへはコンデ
ンサC₈により直流成分がカットされて電流が流れないた
め、トランジスタQ₅はオンとならない。従って、トラン
ジスタQ₄がオンとなり、トランジスタQ₁はほぼオフとな
る。第３図ｆのピーク値は約1.4Vである。ここで、オー
プン検出回路6bにおいてもショート検出回路6aにおいて
も、一度負荷異常を検出して発振を停止してしまった後
は、異常が取り除かれても発振は復帰せず停止のままで
あるが、電源を一度オフすることによって上記の停止状
態は解除され、極めて安全な装置となっている。

次に不点灯防止回路７の動作について説明する。この回
路は、点灯回路２を定電流特性等の輝度補償の優れた回
路にした場合、EL素子１の吸湿劣化等によって負荷イン
ピーダンスが低くなってしまった時にトランジスタQ₁の
コレクタ電圧が上昇することを検知し、トランジスタQ₆
をオンさせて抵抗R₁₀をショートさせることにより、点
灯回路２を定電流特性から定電圧に近い特性に変化させ
るようにしている。

すなわち、EL素子１が高温高湿の雰囲気中で長時間点灯
していると、吸湿劣化してくる。このEL素子１を前述の
ようにコンデンサＣと抵抗Ｒの並列回路で考えると、実
測値からみて吸湿劣化した時にＲ成分が減少しているこ
とがわかる。これを回路的にみると、吸湿劣化すると負
荷インピーダンスが低くなるということになる。逆に、
常温での通常劣化においては、Ｒ成分が増加し、負荷イ
ンピーダンスが高くなることがわかっている。そして、
EL素子１は常温において点灯されることがほとんどなの
で、EL素子１が劣化して負荷インピーダンスが高くなっ
た時に輝度抵下を抑えるために電圧を上昇させる特性、
つまり定電流特性あるいは電流上昇特性を点灯回路２に
もたせている。しかし、このような定電流特性等をもた
せた場合、EL素子１が高温高湿の雰囲気中で吸湿劣化し
て負荷インピーダンスが低くなった時に、逆にEL素子１
の印加電圧が減少してきてしまい、さらに吸湿劣化が進
むと発振が停止してしまうことになる。

ここで、トランジスタQ₁のコレクタ電圧波形の変化をみ
てみると、前述のようにトランジスタQ₁はオン，オフを
繰り返しており、EL素子１の劣化前のコレクタ電圧波形
は第３図のｃのとおりであるが、吸湿劣化が進んでくる
につれて第３図のｇのように変化し、電圧はGNDまで下
がらない。そこで、その電圧変化を検知して不点灯防止
回路７を動作させている。

また、定電流特性を持たせる方法として、トランジスタ
Q₁のエミッタとGND間に抵抗R₁₀を挿入する方法がある。
この場合、トランジスタQ₁のコレクタ電流Icすなわち負
荷電流が増加すれば、抵抗R₁₀の両端の電圧が増加して
電流の増加を抑え、コレクタ電流Icすなわち負荷電流が
減少すれば、抵抗R₁₀の両端の電圧が減少して電流の減
少を補うことができるようになっている。従って、抵抗
R₁₀をショートさせればこの機能が停止され、これによ
り定電圧特性に近づくことになる。この回路動作は、先
ず電源より抵抗R₁₁を通してコンデンサC₁₀が充電される
が、トランジスタQ₁のオン期間にこのコンデンサC₁₀の
電荷がダイオードD₃,トランジスタQ₁,抵抗R₁₀を通してG
NDに放電されるというコンデンサC₁₀の電圧リセットが
発振の一周期ごとに継続して行われるため、コンデンサ
C₁₀の端子電圧は上昇することがなく、従ってツェナー
ダイオードZD₁を通したトランジスタQ₆はオンすること
なく、トランジスタQ₁は通常の発振を繰り返す。しか
し、EL素子１の吸湿接劣化が進むと印加電圧が低くな
り、トランスT₁で結合されている１次巻線Ｐの両端の電
圧も低くなる。この時、トランジスタQ₁のコレクタ電圧
の振幅は小さくなり、その電圧波形は第３図のｇのよう
になってくる。このように、トランジスタQ₁のコレクタ
電圧がGNDまで下がらずに上昇してくると、コンデンサC
₁₀の放電が少なくなり、コンデンサC₁₀の端子電圧が上
昇してくる。すると、ツェナーダイオードZD₁を通した
トランジスタQ₆のベース電位も徐々に上昇し、ある時点
からトランジスタQ₆はオンする。その結果、抵抗R₁₀が
ショートされて定電圧特性に近づくため、EL素子１の吸
湿劣化による印加電圧の低下を防ぎ、安定した発振を継
続することができる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、インバータのスイッ
チング素子の出力の変化から負荷異常を検出し、また調
光制御用のパルス信号を直流信号に変換してインバータ
を制御し、且つその変換回路の電源を調光回路からの定
電圧電源としたため、次のような効果が得られる。

イ．負荷異常を確実に且つ応答性良く検出でき、安全で
あり、検出回路の動作も安定し、構成部品の再利用が可
能である。

ロ．他の照明装置と連動て制御することができる。

ハ．消費電力が小さく、構成部品も小形なものが使用で
きる。

ニ．安定した発光輝度が得られる。

また、定電流特性をもたせることによって容易に輝度補
償が得られ、さらに負荷インピーダンスが小さくなった
時に定電圧特性に切り換えることによって安定した点灯
が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による点灯制御装置の回路
構成を示すブロック図、第２図は第１図の装置の具体例
を示す回路図、第３図は第２図の各部の信号波形図、第
４図は従来例を示す回路図である。 １……EL素子 ２……点灯回路 ３……調光回路 ４……スイッチングレギュレータ ５……DC変換回路 6a……ショート検出回路 6b……オープン検出回路 ７……不点灯防止回路 T₁……インバータトランス Q₁……スイッチングトランジスタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可変出力のインバータを有しEL素子の定電
   流制御を行う点灯回路と、調光制御用のパルス信号をそ
   のデューティ比に応じた直流信号に変換するDC変換回路
   と、その直流信号に従って上記インバータのトランスへ
   の入力を変化させて調光を行う調光回路と、インバータ
   のトランスに接続されたスイッチング素子の出力の変化
   から上記EL素子の異常を検出する検出回路とを備え、上
   記調光回路から定電圧電源をDC変換回路に供給すると共
   に負荷インピーダンスが小さくなった時に、上記点灯回
   路を定電流制御から定電圧制御に切り換える不点灯防止
   回路を設けたことを特徴とするEL素子の点灯制御装置。