具体实施方式

图1为包括在本发明第1实施例的车辆照明用LED系统的LED封装件，图1(a)为LED封装件的外观，图1(b)为表示LED封装件内部的主要结构的图。

图2为表示本发明第1实施例的车辆照明用LED系统的主要结构的功能框图。

本发明第1实施例的车辆照明用LED系统大体上包括LED封装件10、外部晶体管20、电流感测电阻30及电流设置电阻40。并且，LED封装件10包括相互串联的第1LED芯片11(以下，被称为“LED1”)、第2LED芯片12(以下，被称为“LED2”)和驱动电路13，本发明的实施例为LED芯片和驱动电路与单一的封装件一同构成的形态。第1LED芯片11的阳极(Anode)通过LED封装件的阳极端子供给到输入电压Vin，第1LED芯片11的阴极(Cathode)与第2LED芯片12的阳极相连接，第2LED芯片12的阴极通过LED封装件的阴极端子与外部晶体管20相连接。

基本的系统形态包括含最小限度的LED芯片2EA和用于高效率/高可靠性的驱动电路13的LED封装件以及在以往方式中起到热分布电阻的作用的外部晶体管20。

外部晶体管20可实现场效应晶体管(FET，Field Effect Transistor)、双极晶体管、绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar mode Transistor)等，代表性地，偏好FET。外部晶体管20在LED封装件10的外部通过LED封装件10的端子(阴极)与第1LED芯片11及第2LED芯片12相连接。外部晶体管20的一端与第2LED芯片12的阴极相连接，外部晶体管20的另一端与电流感测电阻3相连接，外部晶体管的主要电流通道(以下，被称为“主电流通道”，FET是指漏极-源极路径)与第1LED芯片11及第2LED芯片12串联，栅极与驱动电路13相连接，接收驱动电路13的控制信号。

驱动电路13用于控制第1LED芯片11及第2LED芯片12的驱动和外部晶体管20的工作，在串联的第1LED芯片11及第2LED芯片12中，当输入电压的大小小于基准电压时，驱动电路13利用第1恒定电流仅驱动第1LED芯片11，当输入电压的大小大于基准电压时，驱动电路13利用第2恒定电流驱动第1LED芯片11及第2LED芯片12等。驱动电路13控制第1恒定电流及上述第2恒定电流，以使仅驱动第1LED芯片11时第1LED芯片11中的功率与均驱动串联的第1LED芯片11及第2LED芯片12等时第1LED芯片11及上述第2LED芯片12中的功率相同。

在用于高效率/高可靠性的驱动电路13的作用中，即使LED芯片(chip)2EA的驱动形态发生变化(例如，仅驱动LED1或同时驱动LED1+LED2+FET)，恒定地维持LED芯片整个功率。即使输入电压发生变化，也改变LED芯片的驱动，以使LED整个功率相同，在高的输入电压中为了降低LED的发热，也控制起到以往热分布电阻的作用的外部晶体管20。追加地，还内置有保护(Protection)功能及通过驱动电路温度检测变更LED1和LED1+LED2+FET驱动的功能。

电流感测电阻30的一端与外部晶体管20的主电流通道串联，电流感测电阻30的另一端与接地相连接，执行用于感测通过LED1、LED2及外部晶体管的路径的电流的作用，具体地，通过LED封装件的端子CS向驱动电路13的比较器134提供在电流感测电阻中流动的电流乘以电阻的电压信号。

电流设置电阻40在LED封装件10的外部通过LED封装件10的端子RS与驱动电路13相连接，与驱动电路的一部分一同构成电流镜电路M，用于设置(设定)第1恒定电流。

驱动电路13包括：电源生成电路133，向驱动电路的各个部分供电；第1FET132，在连接有第1LED芯片11及第2LED芯片12的节点连接漏极，在接地连接源极；第1基准值生成电路138，对电流镜电路M(具体地，镜用电路136)提供第1控制电压；第2基准值生成电路135，对比较器134提供第2控制电压；比较器134，输出来自第2基准值生成电路135的第2控制电压和来自电流感测电阻30的电压的比较结果；外部晶体管驱动栅极驱动器137，当保护情况时，将使外部晶体管20关闭的电压作为外部晶体管20的栅极施加，平常，通过比较器134的输出，控制外部晶体管20的栅极电压；温度传感器139，感测LED封装件10的温度；镜用电路136，进一步利用电流设置电阻40构成电流镜电路M；控制部131等，从驱动电路的各个部分接收电压或感测信号，控制驱动电路的各个部分。

控制部131接收输入电压(Vin)、LED1的电压(具体为LED1的阴极电压)(V_LED1)、LED2的电压(具体为LED2的阴极电压)(V_LED2)及外部晶体管的栅极电压(V_GATE)和温度传感器的感测结果信号等，控制驱动电路的各个部分，提供对第1基准值生成电路138设定的第1比较电压的信息，提供对第2基准值生成电路135设定的第2比较电压的信息，对外部晶体管驱动栅极驱动器137提供保护情况相关控制信号，执行这些所需的运算和控制。

驱动电路13控制第1FET132的栅极，当输入电压的大小小于基准电压时，第1恒定电流通过第1FET132流动，并且，控制外部晶体管20的栅极，防止电流向通过第2LED芯片12和外部晶体管20的路径流动。并且，驱动电路13控制第1FET132的栅极，当输入电压的大小大于基准电压时，关闭第1FET132，并且，控制外部晶体管20的栅极电压，以使第2恒定电流通过第1LED芯片、第2LED芯片及外部晶体管流动。

驱动电路13通过LED封装件10的端子CS接收对电流感测电阻30施加的电压，由对电流感测电阻30施加的电压和通过确定第2恒定电流设定驱动电路的电压的比较结果控制外部晶体管20的栅极，以使第2恒定电流通过外部晶体管流动。

在低的输入电压(例如，基准电压以下)中，通过LED封装件的RS端子(销(pin))的外部电阻(电流设置电阻)设定LED1的基本恒定电流设定值，对LED1进行恒定电流驱动。当输入电压变高而成为LED1和LED2可串联驱动的高的电压区域(基准电压以上)时，通过LED封装件的CS端子(销)的外部电阻(电流感测电阻)使LED1+LED2+外部晶体管进行恒定电流驱动。

此时，在高的电压区域中，使除了LED1+LED2的驱动功率之外的功率施加到外部晶体管，可确保宽的驱动范围和发热稳定性。尤其，外部晶体管位于LED封装件的外部，因而外部晶体管的发热不影响LED封装件。由此不影响构成于LED封装件的内部的LED1、LED2及驱动电路，可确保LED封装件(驱动电路)的工作可靠性，在高的电压区域中使外部晶体管负责大功率消耗，因而相比于LED封装件的驱动电路负担大功率消耗，可更小地实现LED封装件。并且，在低的电压区域中，驱动电流向不经过外部晶体管的路径(并且也不经过LED2的路径)流动，因而相比于以往，在更低的输入电压(例如，低于7V的5V为止的区域)中也可驱动。

电流镜电路M构成包括电流设置电阻40和镜用电路136与第1FET132的栅极相连接的电流镜电路M。电流镜电路M利用驱动电路13的控制部131接收控制电压，具体地，控制部131可对第1基准值生成电路138提供控制电压信息，可使第1基准值生成电路138输出上述控制电压。并且，电流镜电路M控制第1FET132的栅极电压，以使在电流设置电阻40中流动的电流的镜像电流通过第1FET132流动。

图3为表示可适用于本发明一实施例的电流镜电路M的例的电路图。

图3的例中所示的电流镜电路M为公知的技术，因而省略具体说明。只是，根据向电流镜电路M输入的控制电压V_REF(“第1控制电压”)和电流设置电阻RS的值确定在电流设置电阻RS中流动的一次电流，对于一次电流具有固定比率的二次电流I_OUT(成为上述的“第1恒定电流”)向第1FET132的漏极-源极路径流动。

另一方面，当到达输入电压高的电压区域时，根据控制部的控制(控制信息)，第2基准值生成电路135将第2控制电压以比较器143的+输入提供，电流在电流感测电阻30中流动并对电流感测电阻30施加的电压成为比较器134的-输入，比较器143输出这些的比较结果。通过比较器143的输出，外部晶体管驱动栅极驱动器137上升或降低外部晶体管20的栅极电压，由此进行增加或降低在外部晶体管20中流动的电流的工作，这种电流的增减和基于此的对电流感测电阻施加的电压的变动重新反映到比较器的输入中，构成反馈回路。通过这种反馈作用，对电流感测电阻施加的电压收敛为第2控制电压，最终在确定电流感测电阻的状态下，第2驱动电流根据第2控制电压确定。

根据本发明的一实施例，在高的电压区域的驱动中，电流(第2恒定电流)朝向通过电阻(即，电流感测电阻)的路径流动，但在低的电压区域的驱动中，使电流(第1恒定电流)朝向不通过电阻(即，电流设置电阻)的路径流动。

在高的电压区域的驱动中，使电流感测电阻具有略微的热分布电阻作用和电压分布效果，相反，在低的电压区域中，去除电流路径中的电阻，具有在更低的电压中也可驱动LED(LED1)的效果。

本发明的另一特征在于，可根据LED封装件的温度改变基准电压。驱动电路13根据温度传感器139感测的温度值使基准电压发生变动，温度值越高，越降低上述的基准电压。在本发明中，对于输入电压，可利用温度传感器的输入改变划分低的电压区域和高的电压区域的基准电压，例如，在普通的温度范围内，使基准电压成为9V，但LED封装件的温度上升到恒定温度以上时，将基准电压降低到8V，如此进行工作。由此在更低的基准电压中开始驱动LED1+LED2+外部FET。

根据本发明的一实施例，为了成为相同的电力，在控制方法中，可与LED封装件内LED1/LED2的电特性相符合地使各个控制电压具有固定值，设定RS/CS电阻，可使P1＝P2。在另一控制方法中，作为利用内部驱动电路自动实现P1＝P2的方法，以确定一侧恒定电流时自动确定另一侧的恒定电流的方式进行计算，可利用此时感测的电压值。例如第1控制电压可从第2控制电压和向控制部输入的电压值计算。

图4为表示将第1实施例变形的变形例的车辆照明用LED系统的框图。

在变形例中，由电流设置电阻消失且追加EN/PWM功能的形态构成。在低的输入电压区域中，第1实施例利用与LED封装件的RS端子相连接的外部电阻设定LED1的基本恒定电流(第1恒定电流)，但在变形例中，变形为通过内部熔断设定(未图示)。例如，是以串联·并联构成多个电阻，或构成电阻网络之后，通过熔断设定起到第1实施例中公开的电流设置电阻的作用的有效阻力之后利用的方式。

另一方面，在变形例中，当输入外部EN/PWM信号时，驱动LED1或驱动LED1+LED2时，进行打开/关闭(On/Off)驱动及PWM驱动，这与第1实施例不同。此时，在整个输入电压区域中，适合EN/PWM信号的LED整个功率也是恒定的，进行高效率及高可靠性驱动是相同的。

图5为表示本发明一实施例的车辆照明用LED系统的电特性的图表，图5(a)表示根据输入电压的电流特性，图5(b)表示根据输入电压的电力特性。

如图5所示，输入电压在LED1驱动电压区域(V_LED1～V₁)中仅驱动LED1，在施加更高的电压而可驱动至LED2的区域(V1～)中，利用与串联的LED1及LED2相连接的外部晶体管进行恒定电流驱动。此时通过LED1/LED2的电压检测及变更恒定电流设定值，即使可改变输入电压，如图5(b)所示，LED整个的功率[P_{(LED总功率)}]也处于恒定状态，维持相同的光量。

在仅驱动LED1的区域中，利用向通过内部的驱动电路的路径流动的恒定电流(I_LED1)使LED整个功率处于恒定状态，在此外的高的电压区域，即可驱动至LED2的区域中利用向通过外部晶体管的路径流动的恒定电流(I_{LED1+LED2+FET})使LED整个功率处于恒定状态，可解决在高电压输入区域中驱动电路的发热问题。

可通过外部晶体管驱动解决作为以往方式的热分布电阻的问题的驱动区域限制。由此可将LED1+LED2的驱动电压设定为可实现最大效率的LED Vf值，可实现高效率及解决发热问题的高可靠性系统。

图6为表示本发明第2实施例的车辆照明用LED系统的主要结构的图。

以下，与第1实施例比较以不同点为中心说明，可省略相同或类似的内容。

LED系统包括LED封装件10和构成于其外部的热分布电阻50等。

LED封装件10包括相互串联的第1LED芯片11及第2LED芯片12和用于控制第1LED芯片11及第2LED芯片12的驱动的驱动电路13，热分布电阻50的一端在LED封装件10的外部通过LED封装件10的端子(阴极)与第1LED芯片11及第2LED芯片12串联，另一端与LED封装件10的端子DR相连接。即，热分布电阻的两端均与LED封装件相连接。

当输入电压的大小小于第1基准电压时(第1电压范围)，驱动电路13驱动第1恒定电流使其朝向经过第1LED芯片11和第1FET141向接地的路径流动，当输入电压的大小大于第1基准电压且小于第2基准电压时(第2电压范围)，驱动电路13驱动第2恒定电流使其朝向经过串联的第1LED芯片11及第2LED芯片12和第2FET142向接地的路径流动，当输入电压的大小大于第2基准电压时(第3电压范围)，驱动电路13驱动相同的第2恒定电流(与第2电压范围时的电流相同)使其朝向通过串联的第1LED芯片11及第2LED芯片12和热分布电阻50经过第3FET143的路径流动。

驱动电路13控制如下：使仅驱动第1LED芯片11时(输入电压为第1电压范围时)第1LED芯片11的功率、朝向经过串联的第1LED芯片11及第2LED芯片12向接地的路径驱动时(输入电压为第2电压范围时)第1LED芯片11及第2LED芯片12的功率和朝向通过串联的第1LED芯片11及第2LED芯片12和热分布电阻50的路径驱动时(输入电压为第3电压范围时)第1LED芯片11及第2LED芯片12的功率相同。

驱动电路13包括第1FET141、第2FET142及第3FET143，并且，驱动电路13包括：电源生成电路133，向驱动电路的各个部分供电；温度传感器139，感测LED封装件10的温度；控制部131等，从驱动电路的各个部分接收电压或感测信号，控制驱动电路的各个部分。

第1FET141在连接有第1LED芯片11和第2LED芯片12的节点连接漏极，在接地连接源极，利用第1电流镜电路M1控制栅极电压。第2FET142在连接有第2LED芯片12和热分布电阻50的节点连接漏极，在接地连接源极，利用第2电流镜电路M2控制栅极电压。在第3FET143中，热分布电阻50的另一端与漏极相连接，在接地连接源极，利用第2电流镜电路M2控制栅极电压。

当输入电压的大小小于第1基准电压时(第1电压范围)，驱动电路13以使第2FET142及第3FET143关闭，使第1恒定电流通过第1FET141流动的方式控制，当输入电压的大小大于第1基准电压且小于第2基准电压时(第2电压范围)，驱动电路13以使第1FET141及第3FET143关闭，使第2恒定电流通过第2FET142流动的方式控制，当输入电压的大小大于第2基准电压时(第3电压范围)，驱动电路13以使第1FET141及第2FET142关闭，使第2恒定电流通过第3FET143流动的方式控制。

第1电流设置电阻41在LED封装件10的外部通过LED封装件10的端子RS1与驱动电路13相连接，对驱动电路13设置第1恒定电流。第2电流设置电阻42在LED封装件10的外部通过LED封装件的端子RS2与驱动电路13相连接，对驱动电路13设置第2恒定电流。

包括第1电流设置电阻41构成与第1FET141的栅极相连接的第1电流镜电路M1，例如，与图3所示的电流镜电路M相同地构成。第1电流镜电路M1利用驱动电路13的控制部131接收第1控制电压，例如，控制部131向第1基准值生成电路136提供第1控制电压信息，第1基准值生成电路136输出第1控制电压。并且，第1镜电路控制第1FET141的栅极电压VC1，以使在第1电流设置电阻41中流动的电流的镜像电流通过第1FET141流动。

构成包括第2电流设置电阻42与第2FET142的栅极及第3FET143的栅极相连接的第2电流镜电路M2。第2电流镜电路M2利用驱动电路13的控制部131接收控制电压，例如，控制部131向第2基准值生成电路144提供第2控制电压信息，第2基准值生成电路144输出第2控制电压。并且，第2镜电路分别控制第2FET142及第3FET143的栅极电压，以使在第2电流设置电阻42中流动的电流的镜像电流通过第2FET142或第3FET143流动，使第2FET142或第3FET143根据电压范围工作。这种形态的电流镜电路例如可以为在图3所示的电流镜电路中右侧部分的电路或第2FET142及第3FET143的栅极由两个并联连接。另一方面，为了使第2FET142或第3FET143选择性地工作，可在两个并联连接路径设置切换晶体管，根据控制部的控制选择。

温度传感器139构成于LED封装件10的内部，感测LED封装件10的温度。驱动电路13根据温度传感器139感测的温度值使上述的第1基准电压及第2基准电压发生变动，温度值越上升，越降低第1基准电压及第2基准电压。

在使用热分布电阻的第2实施例中，即使LED芯片2EA驱动的形态发生变化(例如，仅驱动LED1，同时驱动LED1+LED2，同时驱动LED1+LED2+热分布电阻)，驱动电路也恒定地维持LED整个功率。并且，为了根据输入电压的变化使LED整个功率(相同光量)相同，改变LED芯片的驱动，为了在高的输入电压中也降低LED的发热，以利用外部热分布电阻驱动的方式控制。由此在高的输入电压中外部的热分布电阻发热，因而减小LED封装件的温度上升。

在低的输入电压范围中，通过LED封装件的RS1端子(销)的外部电阻设定LED1的基本恒定电流设定值，对LED1进行恒定电流(第1恒定电流)驱动。当输入电压变高而成为LED1和LED2可串联驱动的电压范围时，通过LED封装件的RS2端子(销)的外部电阻设定LED1+LED2的基本恒定电流设定值，使LED1+LED2以恒定电流(第2恒定电流)串联驱动。

并且，对LED封装件施加产生高的发热的更高的电压时，以利用LED封装件的RS2端子(销)的恒定电流设定值(第2恒定电流)为基准，使包括至热分布电阻的电路，即LED1+LED2+热分布电阻以恒定电流串联驱动。由此在更高的电压区域中，除了LED1+LED2的驱动功率之外，也消耗热分布电阻的功率，可确保宽的驱动范围和发热稳定性。

图7为表示本发明第2实施例的车辆照明用LED系统的电特性的图表，图7(a)表示根据输入电压的电流特性，图7(b)表示根据输入电压的电力特性。

如图7所示，在LED1驱动电压区域中，仅驱动LED1，在施加更高的电压而可能驱动LED1+LED2的区域中，将LED1+LED2串联，驱动LED1+LED2。并且，当施加产生LED发热问题的更高的电压时，与外部热分布电阻一同驱动。即，将LED1+LED2+热分布电阻以恒定电流串联驱动。

控制部通过LED1/LED2/热分布电阻的电压检测及变更恒定电流设定值，如图7所示，即使可改变输入电压，LED整个功率处于恒定状态，维持相同光量，这是最大的特征。此时输入电压越上升，输入功率越上升。

根据本发明的第2实施例，使用热分布电阻的低价驱动方式的系统形态无论在仅驱动LED内部的LED1时，或驱动LED1+LED2或者LED1+LED2+热分布电阻的区域中，均通过内部电路使LED整个功率处于恒定状态。尤其，在本发明的第2实施例中，能够以LED1或LED1+LED2形态，进而LED1+LED2+热分布电阻形态选择性地驱动，即使在低的输入电压中，也可驱动，将LED1+LED2的驱动电压设定为可实现最大效率的LED Vf值。由此可解决作为以往方式的热分布电阻的问题的驱动区域限制，可根据高效率特性实现解决发热问题的高可靠性系统。

图8为表示实际汽车中正使用的现有驱动方式和本发明一实施例的方式的比较测试结果的图表。

对于现有方式而言，在低的输入电压(7V～9V)中因LED总功率低而无法呈现均匀的光量，在高的输入电压(16V～24V)中因系统的发热问题而采用降低LED总功率的驱动方式。对于现有方式而言，在低的输入电压(7V～9V)中因对热分布电阻施加的电压而无法对LED施加可呈现均匀的光量的电压，由此在低的输入电压(7V～9V)中因LED总功率低而无法呈现均匀的光量。

当降低对热分布电阻施加的电压时，如下所述，根据对系统施加的功率公式，对驱动电路施加的功率变高，如图8所示，例如，在16V以上，无法呈现均匀的光量。

P(总)＝P(热分布电阻)+P(总LED)+P(驱动电路)

在高的输入电压(16V～24V)中，P(热分布电阻)和P(总LED)值为表示恒定值的常数值，因而电压越高，对驱动电路施加的功率变高。由此现有驱动方式采用要么降低要实现的最大LED总功率，要么在高电压区域中电压越变高，如同现有驱动方式，降低LED总功率的驱动方式。

因此，由于LED驱动和系统发热稳定性问题存在需要在低的驱动区域中放弃静电力LED驱动，或在高的输入电压区域中放弃静电力LED驱动的问题。

如上面详细所述，本发明为在整个区域的电压中可实现相同的总LED功率的方式，因而如图8所示，在整个时间区域及整个输入电压区域中实现相同的总LED功率。

并且，本发明因高的效率而具有可实现高于现有驱动方式的LED总功率的LED总功率，可由更小的集成电路封装件(IC Package)实现的优点。并且，具有可降低核心驱动IC及周边部件的温度而提高系统可靠性的优点。

在上述的本发明说明中，为了方便，第1LED芯片及第2LED芯片分别由单一的LED器件表示，但当然可由多个LED器件构成第1LED芯片和/或第2LED芯片，因而本发明包括像这样由多个LED器件构成LED芯片的形态。并且，在上述的本发明说明中，LED封装件包括两个LED芯片而构成，但当然可包括三个以上的LED芯片构成，这种形态也包括在本发明的范畴内。例如，当包括三个LED芯片时，还可进一步定义基准电压及输入电压的范围。