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技術 車両用灯具および光源の点灯回路

出願人 株式会社小糸製作所
発明者 市川知幸
出願日 2016年6月15日 (5年4ヶ月経過) 出願番号 2016-119266
公開日 2017年12月21日 (3年10ヶ月経過) 公開番号 2017-224497
状態 特許登録済
技術分野
  • -
主要キーワード 下りスロープ 上りスロープ Nチャンネル 設定ピン N端子 リップル制御 単安定回路 コンバータコントローラ
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図面 (14)

課題

駆動電流の安定性を高めた点灯回路を提供する。

解決手段

エラーアンプ212は、スイッチングコンバータ102のコイル電流IL入力電流出力電流ILのいずれかの直流成分に応じた第1電流検出信号VCS1と半導体光源10への駆動電流ILAMPを指示するアナログ信号ADIMとの誤差増幅し、誤差信号VERRを生成する。コンパレータ214は、コイル電流IL、入力電流、出力電流IOUTのいずれかに応じた第2電流検出信号VCS2を、誤差信号VERRに応じて定まるしきい値信号VTHと比較する。スイッチングトランジスタM1は、第2電流検出信号VCS2がしきい値信号VTHと一致してから所定時間の間、第1状態となり、次に第2電流検出信号VCS2がしきい値信号VTHと一致するまでの間、第2状態となる。

概要

背景

車両用灯具は、一般にロービームハイビームとを切りかえることが可能である。ロービームは、近方を所定の照度照明するものであって、対向車先行車グレアを与えないよう配光規定が定められており、主に市街地走行する場合に用いられる。一方、ハイビームは、前方の広範囲および遠方を比較的高い照度で照明するものであり、主に対向車や先行車が少ない道路高速走行する場合に用いられる。したがって、ハイビームはロービームと比較してより運転者による視認性に優れているが、車両前方に存在する車両の運転者や歩行者にグレアを与えてしまうという問題がある。

近年、車両の周囲の状態にもとづいて、ハイビームの配光パターンを動的、適応的に制御するADB(Adaptive Driving Beam)技術が提案されている。ADB技術は、車両の前方の先行車、対向車や歩行者の有無を検出し、車両あるいは歩行者に対応する領域を減光あるいは消灯するなどして、車両あるいは歩行者に与えるグレアを低減するものである。

車両灯具光源点灯には、スイッチングコンバータが利用される場合が多いが、ADB制御では、光源の点消灯や光量を高速に変化させる必要がある。そこで本発明者は、高速応答性に優れるBang-Bang制御(リップル制御ともいう)を採用することを検討した。図1(a)〜(c)は、本発明者らが検討したBang-Bang制御の点灯回路20r〜20tのブロック図である。なおこの比較技術を公知技術として認定してはならない。

スイッチングトランジスタM1、ダイオードD1、インダクタL1は、降圧コンバータ(Buckコンバータ)を構成する。半導体光源10はLED(発光ダイオード)、LD(レーザダイオード)、有機EL(Electro Luminescence)素子などであり、点灯回路20が供給する駆動電流ランプ電流ILAMPに応じた輝度発光する。

点灯回路20r〜20tは、必要な輝度が得られるようにランプ電流ILAMPを制御する。電流センス抵抗(以下、単にセンス抵抗ともいう)RCSは、インダクタL1に流れるコイル電流ILの経路上に設けられる。センス抵抗RCSには、コイル電流ILに比例する電圧降下が発生する。電流センスアンプ22は、センス抵抗RCSの電圧降下を増幅し、コイル電流ILひいてはランプ電流ILAMPを示す電流検出信号VCSを生成する。この電流検出信号VCSには、スイッチングトランジスタM1のスイッチングに応じたリップル重畳している。

図1(a)の点灯回路20rは、ヒステリシスウィンドウ方式の制御回路を含む。ヒステリシスコンパレータ24は、電流検出信号VCSを、コイル電流ILのピークを規定する上側しきい値VTHHおよびコイル電流ILのボトムを規定する下側しきい値VTHLと比較し、比較結果を示す制御パルスSCNTを生成する。ドライバ26は、制御パルスSCNTに応じてスイッチングトランジスタM1を駆動する。

図1(b)の点灯回路20sは、アッパー検出・オフ時間設定方式(固定方式ともいう)の制御回路を含む。コンパレータ28は、電流検出信号VCSを、コイル電流ILのピークを規定する上側しきい値VTHHと比較し、電流検出信号VCSが上側しきい値VTHHに達すると、アッパー検出信号SUをアサート(たとえばハイレベル)する。単安定回路30は、アッパー検出信号SUにもとづいて制御パルスSCNTを発生する。単安定回路30は、アッパー検出信号SUがアサートされると、制御パルスSCNTをオフレベル遷移させる。制御パルスSCNTは、所定のオフ時間TOFFの間、オフレベルをとった後に、オンレベルに遷移する。

図1(c)の点灯回路20tは、ボトム検出オン時間設定方式の制御回路を含む。コンパレータ32は、電流検出信号VCSを、コイル電流ILのボトムを規定する下側しきい値VTHLと比較し、電流検出信号VCSが下側しきい値VTHLまで低下すると、ボトム検出信号SBをアサート(たとえばハイレベル)する。単安定回路30は、ボトム検出信号SBがアサートされると、制御パルスSCNTをオンレベルに遷移させる。制御パルスSCNTは、所定のオン時間TONの間、オンレベルをとった後に、オフレベルに遷移する。

図2(a)〜(c)は、図1(a)〜(c)の点灯回路の動作波形図である。図2(a)に示すように、ヒステリシスウィンドウ方式では、コイル電流ILは2つの電流(アッパー電流とボトム電流)ITHHとITHLの間に安定化される。アッパー検出・オフ時間設定方式では、図2(b)に示すようにコイル電流ILのピーク値が安定化され、ボトム検出・オン時間設定方式では、図2(c)に示すようにコイル電流ILのボトム値が安定化される。

スイッチングトランジスタM1のオン期間におけるコイル電流ILの上りスロープの傾きは、
dIL/dt=(VIN−VON−VOUT)/L …(1)
で与えられる。VONはスイッチングトランジスタM1の両端間電圧、LはインダクタL1のインダクタンスである。またスイッチングトランジスタM1のオフ期間におけるコイル電流ILの下りスロープの傾きは、
dIL/dt=−(VF+VOUT)/L …(2)
で与えられる。VFはダイオードD1の順方向電圧である。

概要

駆動電流の安定性を高めた点灯回路を提供する。エラーアンプ212は、スイッチングコンバータ102のコイル電流IL、入力電流出力電流ILのいずれかの直流成分に応じた第1電流検出信号VCS1と半導体光源10への駆動電流ILAMPを指示するアナログ信号ADIMとの誤差を増幅し、誤差信号VERRを生成する。コンパレータ214は、コイル電流IL、入力電流、出力電流IOUTのいずれかに応じた第2電流検出信号VCS2を、誤差信号VERRに応じて定まるしきい値信号VTHと比較する。スイッチングトランジスタM1は、第2電流検出信号VCS2がしきい値信号VTHと一致してから所定時間の間、第1状態となり、次に第2電流検出信号VCS2がしきい値信号VTHと一致するまでの間、第2状態となる。

目的

効果

実績

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請求項1

半導体光源電力を供給するスイッチングコンバータと、前記スイッチングコンバータを制御するコンバータコントローラと、を備え、前記コンバータコントローラは、前記スイッチングコンバータのコイル電流入力電流出力電流のいずれかの直流成分に応じた第1電流検出信号と前記半導体光源への駆動電流を指示するアナログ信号との誤差増幅し、誤差信号を生成するエラーアンプと、前記コイル電流、前記入力電流、前記出力電流のいずれかに応じた第2電流検出信号を、前記誤差信号に応じて定まるしきい値信号と比較するコンパレータと、前記コンパレータの出力信号にもとづき、前記第2電流検出信号が前記しきい値信号と一致してから所定時間の間、第1レベルをとり、次に前記第2電流検出信号が前記しきい値信号と一致するまでの間、第2レベルをとる制御パルスを生成するパルス発生器と、前記制御パルスに応じて前記スイッチングコンバータのスイッチングトランジスタを駆動するドライバと、を備えることを特徴とする点灯回路

請求項2

前記しきい値信号は、前記第2電流検出信号のピークを規定し、前記所定時間は、前記スイッチングトランジスタのオフ時間を規定することを特徴とする請求項1に記載の点灯回路。

請求項3

前記しきい値信号は、前記第2電流検出信号のボトムを規定し、前記所定時間は、前記スイッチングトランジスタのオン時間を規定することを特徴とする請求項1に記載の点灯回路。

請求項4

前記コンバータコントローラは、前記スイッチングコンバータの前記コイル電流または前記出力電流に応じた前記第2電流検出信号を生成する電流検出回路と、前記第2電流検出信号を平滑化し、前記第1電流検出信号を生成するローパスフィルタと、をさらに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の点灯回路。

請求項5

前記スイッチングコンバータの前記出力電流を平滑化して前記駆動電流を生成する出力フィルタをさらに備え、前記第1電流検出信号は、前記駆動電流に応じていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の点灯回路。

請求項6

前記コンパレータ、前記パルス発生器および前記ドライバは、ひとつのパッケージに収容されており、前記パッケージは、前記しきい値信号を調節するための設定ピンを有し、前記誤差信号が前記設定ピンに入力されることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の点灯回路。

請求項7

半導体光源と、前記半導体光源を点灯させる請求項1から6のいずれかに記載の点灯回路と、を備えることを特徴とする車両用灯具

技術分野

0001

本発明は、半導体光源点灯回路に関する。

背景技術

0002

車両用灯具は、一般にロービームハイビームとを切りかえることが可能である。ロービームは、近方を所定の照度照明するものであって、対向車先行車グレアを与えないよう配光規定が定められており、主に市街地走行する場合に用いられる。一方、ハイビームは、前方の広範囲および遠方を比較的高い照度で照明するものであり、主に対向車や先行車が少ない道路高速走行する場合に用いられる。したがって、ハイビームはロービームと比較してより運転者による視認性に優れているが、車両前方に存在する車両の運転者や歩行者にグレアを与えてしまうという問題がある。

0003

近年、車両の周囲の状態にもとづいて、ハイビームの配光パターンを動的、適応的に制御するADB(Adaptive Driving Beam)技術が提案されている。ADB技術は、車両の前方の先行車、対向車や歩行者の有無を検出し、車両あるいは歩行者に対応する領域を減光あるいは消灯するなどして、車両あるいは歩行者に与えるグレアを低減するものである。

0004

車両灯具光源点灯には、スイッチングコンバータが利用される場合が多いが、ADB制御では、光源の点消灯や光量を高速に変化させる必要がある。そこで本発明者は、高速応答性に優れるBang-Bang制御(リップル制御ともいう)を採用することを検討した。図1(a)〜(c)は、本発明者らが検討したBang-Bang制御の点灯回路20r〜20tのブロック図である。なおこの比較技術を公知技術として認定してはならない。

0005

スイッチングトランジスタM1、ダイオードD1、インダクタL1は、降圧コンバータ(Buckコンバータ)を構成する。半導体光源10はLED(発光ダイオード)、LD(レーザダイオード)、有機EL(Electro Luminescence)素子などであり、点灯回路20が供給する駆動電流ランプ電流ILAMPに応じた輝度発光する。

0006

点灯回路20r〜20tは、必要な輝度が得られるようにランプ電流ILAMPを制御する。電流センス抵抗(以下、単にセンス抵抗ともいう)RCSは、インダクタL1に流れるコイル電流ILの経路上に設けられる。センス抵抗RCSには、コイル電流ILに比例する電圧降下が発生する。電流センスアンプ22は、センス抵抗RCSの電圧降下を増幅し、コイル電流ILひいてはランプ電流ILAMPを示す電流検出信号VCSを生成する。この電流検出信号VCSには、スイッチングトランジスタM1のスイッチングに応じたリップル重畳している。

0007

図1(a)の点灯回路20rは、ヒステリシスウィンドウ方式の制御回路を含む。ヒステリシスコンパレータ24は、電流検出信号VCSを、コイル電流ILのピークを規定する上側しきい値VTHHおよびコイル電流ILのボトムを規定する下側しきい値VTHLと比較し、比較結果を示す制御パルスSCNTを生成する。ドライバ26は、制御パルスSCNTに応じてスイッチングトランジスタM1を駆動する。

0008

図1(b)の点灯回路20sは、アッパー検出・オフ時間設定方式(固定方式ともいう)の制御回路を含む。コンパレータ28は、電流検出信号VCSを、コイル電流ILのピークを規定する上側しきい値VTHHと比較し、電流検出信号VCSが上側しきい値VTHHに達すると、アッパー検出信号SUをアサート(たとえばハイレベル)する。単安定回路30は、アッパー検出信号SUにもとづいて制御パルスSCNTを発生する。単安定回路30は、アッパー検出信号SUがアサートされると、制御パルスSCNTをオフレベル遷移させる。制御パルスSCNTは、所定のオフ時間TOFFの間、オフレベルをとった後に、オンレベルに遷移する。

0009

図1(c)の点灯回路20tは、ボトム検出オン時間設定方式の制御回路を含む。コンパレータ32は、電流検出信号VCSを、コイル電流ILのボトムを規定する下側しきい値VTHLと比較し、電流検出信号VCSが下側しきい値VTHLまで低下すると、ボトム検出信号SBをアサート(たとえばハイレベル)する。単安定回路30は、ボトム検出信号SBがアサートされると、制御パルスSCNTをオンレベルに遷移させる。制御パルスSCNTは、所定のオン時間TONの間、オンレベルをとった後に、オフレベルに遷移する。

0010

図2(a)〜(c)は、図1(a)〜(c)の点灯回路の動作波形図である。図2(a)に示すように、ヒステリシスウィンドウ方式では、コイル電流ILは2つの電流(アッパー電流とボトム電流)ITHHとITHLの間に安定化される。アッパー検出・オフ時間設定方式では、図2(b)に示すようにコイル電流ILのピーク値が安定化され、ボトム検出・オン時間設定方式では、図2(c)に示すようにコイル電流ILのボトム値が安定化される。

0011

スイッチングトランジスタM1のオン期間におけるコイル電流ILの上りスロープの傾きは、
dIL/dt=(VIN−VON−VOUT)/L …(1)
で与えられる。VONはスイッチングトランジスタM1の両端間電圧、LはインダクタL1のインダクタンスである。またスイッチングトランジスタM1のオフ期間におけるコイル電流ILの下りスロープの傾きは、
dIL/dt=−(VF+VOUT)/L …(2)
で与えられる。VFはダイオードD1の順方向電圧である。

先行技術

0012

特開2014−216600号公報

発明が解決しようとする課題

0013

図1(a)の点灯回路20rでは、コイル電流ILは、2つのしきい値VTHH,VTHLで規定されるアッパー電流ITHH、ボトム電流ITHLの間に安定化されることから、ランプ電流ILAMPの安定性の観点からは有利である。しかしながら出力電圧VOUTの変動、あるいはインダクタンスLのばらつきに応じて、コイル電流ILの傾きが変化するため、スイッチングトランジスタM1のスイッチング周波数が変動しやすい。スイッチング周波数の変動幅が大きいと、ノイズ対策が難しくなる。

0014

図1(b)、(c)の点灯回路20s,20tでは、オフ時間TOFF、オン時間TONの一方が固定されているため、出力電圧VOUTの変動あるいはインダクタンスLのばらつきに対して、図1(a)の点灯回路20rよりもスイッチング周波数が安定である。したがってノイズ対策の観点において有利である。ところが、図1(b)、(c)の点灯回路20s,20tでは、出力電圧VOUTの変動、あるいはインダクタンスLのばらつきに応じて、コイル電流IL(ランプ電流IL)の平均値IL(AVE)がばらつき、半導体光源10の輝度が変動するという問題が生ずる。

0015

図3は、アッパー検出・オフ時間設定方式におけるコイル電流ILの出力電圧VOUT依存性を説明する図である。時刻t0に出力電圧VOUTが低下したとする。

0016

コイル電流ILの平均値IL(AVE)は、以下の式(3)で表される。
IL(AVE)=ITHH−ΔI/2 …(3)
ITHHはアッパー電流である。ΔIはコイル電流ILの変動幅であり、式(4)で表される。
ΔI=TOFF×(VF+VOUT)/L …(4)

0017

出力電圧VOUTが低くなると、式(2)の下りスロープの傾きが緩くなるため、オフ時間TOFFにおけるコイル電流ILの減少量ΔIが小さくなる。その結果、一点鎖線で示すコイル電流IL(ランプ電流ILAMP)の平均値IL(AVE)は、出力電圧VOUTが低下すると上昇する。つまり半導体光源10の輝度が、出力電圧VOUTの変動の影響を受けやすい。

0018

図4(a)、(b)は、アッパー検出・オフ時間設定方式におけるコイル電流ILの、インダクタンスLの依存性を説明する図である。図4(a)は、インダクタンスLが大きい場合、図4(b)は、インダクタンスLが小さい場合を示す。

0019

コイル電流ILの傾きは、インダクタンスLに反比例する。オフ時間TOFFは一定であるため、コイル電流ILの変化幅ΔIは、インダクタンスLに反比例する。つまりインダクタンスLがばらつくと、コイル電流ILの平均値IL(AVE)がばらつくこととなる。

0020

ボトム検出・オン時間設定方式においても同様に、半導体光源10の輝度が、出力電圧VOUTの変動やインダクタンスLのばらつきの影響を受けやすい。

0021

本発明はこれらの課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、コイル電流ひいては駆動電流の安定性を高めた点灯回路の提供にある。

課題を解決するための手段

0022

本発明のある態様は、点灯回路に関する。点灯回路は、半導体光源に電力を供給するスイッチングコンバータと、スイッチングコンバータを制御するコンバータコントローラと、を備える。コンバータコントローラは、スイッチングコンバータのコイル電流、入力電流出力電流のいずれかの直流成分に応じた第1電流検出信号と半導体光源への駆動電流を指示するアナログ信号との誤差を増幅し、誤差信号を生成するエラーアンプと、コイル電流、入力電流、出力電流のいずれかに応じた第2電流検出信号を、誤差信号に応じて定まるしきい値信号と比較するコンパレータと、コンパレータの出力信号にもとづき、第2電流検出信号がしきい値信号と一致してから所定時間の間、第1レベルをとり、次に第2電流検出信号がしきい値信号と一致するまでの間、第2レベルをとる制御パルスを生成するパルス発生器と、制御パルスに応じてスイッチングコンバータのスイッチングトランジスタを駆動するドライバと、を備える。

0023

この態様によると、ヒステリシス制御の高速応答性と、エラーアンプのフィードバック制御による高精度な電流制御性とを両立できる。これにより駆動電流の安定性を高めることができる。

0024

しきい値信号は、第2電流検出信号のピークを規定し、所定時間は、スイッチングトランジスタのオフ時間を規定してもよい。

0025

しきい値信号は、第2電流検出信号のボトムを規定し、所定時間は、スイッチングトランジスタのオン時間を規定してもよい。

0026

コンバータコントローラは、スイッチングコンバータのコイル電流または出力電流に応じた第2電流検出信号を生成する電流検出回路と、第2電流検出信号を平滑化し、第1電流検出信号を生成するローパスフィルタと、をさらに備えてもよい。
この場合、電流経路上に挿入されるセンス抵抗が1個でよいため、損失を低減できる。

0027

点灯回路は、スイッチングコンバータの出力電流を平滑化して駆動電流を生成する出力フィルタをさらに備えてもよい。第1電流検出信号は、駆動電流に応じていてもよい。
これにより半導体光源への供給電流検出精度を高めることができる。

0028

コンパレータ、パルス発生器およびドライバは、ひとつのパッケージに収容されており、パッケージは、しきい値信号を調節するための設定ピンを有してもよい。誤差信号が設定ピンに入力されてもよい。

0029

本発明の別の態様は、車両用灯具に関する。車両用灯具は、半導体光源と、半導体光源を点灯させる上述のいずれかの点灯回路と、を備えてもよい。

0030

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

発明の効果

0031

本発明のある態様によれば、ランプ電流の制御性を高めることができる。

図面の簡単な説明

0032

図1(a)〜(c)は、本発明者らが検討したBang-Bang制御の点灯回路のブロック図である。
図2(a)〜(c)は、図1(a)〜(c)の点灯回路の動作波形図である。
アッパー検出・オフ時間設定方式におけるコイル電流ILの出力電圧VOUT依存性を説明する図である。
図4(a)、(b)は、アッパー検出・オフ時間設定方式におけるコイル電流ILの、インダクタンスLの依存性を説明する図である。
第1の実施の形態に係る車両用灯具のブロック図である。
出力電圧VOUTが変動したときの図5の点灯回路の動作波形図である。
図7(a)、(b)は、インダクタンスLがばらついたときの、図5の点灯回路によるコイル電流ILの補正を説明する図である。
第2の実施の形態に係る車両用灯具のブロック図である。
第3の実施の形態に係る車両用灯具のブロック図である。
第4の実施の形態に係る車両用灯具のブロック図である。
図9の点灯回路の具体的な構成例を示す回路図である。
前照灯の回路図である。
車両用灯具を備えるランプユニットの斜視図である。

実施例

0033

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

0034

本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Aと部材Bが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

0035

同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

0036

また本明細書において、電圧信号電流信号などの電気信号、あるいは抵抗キャパシタなどの回路素子に付された符号は、必要に応じてそれぞれの電圧値電流値、あるいは抵抗値容量値を表すものとする。

0037

(第1の実施の形態)
図5は、第1の実施の形態に係る車両用灯具1aのブロック図である。車両用灯具1aは、バッテリ2、スイッチ4、半導体光源10および点灯回路100aを備える。

0038

半導体光源10は、LEDやLD、有機EL(エレクトロルミネッセンス)などが例示されるが、特に限定されない。点灯回路100aは、スイッチングコンバータ102およびコンバータコントローラ200aを備える。スイッチングコンバータ102は降圧コンバータであり、コンバータコントローラ200aは、スイッチングコンバータ102から半導体光源10に供給されるランプ電流ILAMPを、所定の目標電流IREFに安定化する。スイッチングコンバータ102は入力キャパシタC1を含んでもよい。

0039

コンバータコントローラ200aは、パルス変調器210、ドライバ202、電流検出回路204を備える。電流検出回路204は、スイッチングコンバータ102のコイル電流ILに応じた電流検出信号(第2電流検出信号という)VCS2を生成する。降圧コンバータにおいて、コイル電流ILは出力電流IOUTと等価である。第2電流検出信号VCS2には、スイッチングトランジスタM1のスイッチングと同期したリップル成分が重畳される。

0040

たとえば電流検出回路204は、半導体光源10のカソード側に挿入されるセンス抵抗RCSと、センス抵抗RCSの電圧降下を増幅して第2電流検出信号VCSを生成するセンスアンプ206を含んでもよい。なお電流検出回路204の構成は特に限定されない。

0041

パルス変調器210は、第2電流検出信号VCS2にもとづいて、制御パルスSCNTを生成する。本実施の形態においてパルス変調器210は、Bang-Bang制御(リップル制御)方式のコントローラである。パルス変調器210は、主としてエラーアンプ212、コンパレータ214、パルス発生器216を備える。

0042

エラーアンプ212は、コイル電流IL(出力電流IOUT)の直流成分、言い換えれば半導体光源10へのランプ電流ILAMPの直流成分に応じた第1電流検出信号VCS1と、ランプ電流ILAMP(ひいては輝度)を指示するアナログ信号(以下、アナログ調光信号という)VADIMとの誤差を増幅し、誤差信号VERRを生成する。アナログ調光信号VADIMは基準電圧VREFを分圧することにより生成してもよいし、外部からコンバータコントローラ200aに入力してもよい。

0043

第1電流検出信号VCS1は、コイル電流ILからリップル成分を除去した電流成分を表す。より具体的にはローパスフィルタ218は、エラーアンプ212の前段に設けられ、第2電流検出信号VCS2を平滑化することにより、第1電流検出信号VCS1を生成する。たとえばローパスフィルタ218は、抵抗R11およびキャパシタC11を含むRCフィルタで構成することができる。エラーアンプ212は、ローパスフィルタ218の出力である第1電流検出信号VCS1とアナログ調光信号VADIMとの誤差を増幅する。

0044

コンパレータ214は、コイル電流IL(出力電流IOUT)に応じた第2電流検出信号VCS2を、誤差信号VERRに応じて定まるしきい値信号VTHと比較する。しきい値信号VTHは、誤差信号VERRそのものであってもよいし、誤差信号VERRを分圧した信号、あるいは誤差信号VERRをレベルシフトした信号であってもよい。

0045

パルス発生器216は、コンパレータ214の出力信号SCMPにもとづき、制御パルスSCNTを生成する。制御パルスSCNTは、第2電流検出信号VCS2がしきい値信号VTHと一致してから所定時間τの間、第1レベルをとり、次に第2電流検出信号VCS2がしきい値信号VTHと一致するまでの間、第2レベルをとる。

0046

パルス変調器210は、アッパー検出・オフ時間設定モードであってもよい。この場合、しきい値信号VTHは、第2電流検出信号VCS2のピークを規定し、所定時間τは、スイッチングトランジスタM1のオフ時間TOFFを規定する。

0047

あるいはパルス変調器210は、ボトム検出オン時間設定モードであってもよい。この場合、しきい値信号VTHは、第2電流検出信号VCS2のボトムを規定し、所定時間τは、スイッチングトランジスタM1のオン時間TONを規定する。

0048

以下の説明では、パルス変調器210はアッパー検出オフ時間設定モードとする。

0049

パルス発生器216は、単安定回路(単安定マルチバイブレータワンショットマルチバイブレータともいう)で構成してもよいし、アナログあるいはデジタルの、タイマー回路あるいはカウンタ回路で構成してもよい。

0050

パルス発生器216は、制御パルスSCNTに応じてスイッチングトランジスタM1を駆動する。本実施の形態において、制御パルスSCNTのハイレベルがスイッチングトランジスタM1のオンに、ローレベルがスイッチングトランジスタM1のオフに対応する。スイッチングトランジスタM1はPチャンネルMOSFETであり、ドライバ202は、制御パルスSCNTがハイレベルのとき、スイッチングトランジスタM1のゲートにローレベル電圧(たとえば接地電圧)を印加し、制御パルスSCNTがローレベルのとき、スイッチングトランジスタM1のゲートにハイレベル電圧(たとえば入力電圧VIN)を印加する。なおスイッチングトランジスタM1はNチャンネルMOSFETでもよい。

0051

以上が車両用灯具1aの構成である。続いてその動作を説明する。

0052

図6は、出力電圧VOUTが変動したときの図5の点灯回路100aの動作波形図である。時刻t0より前において、出力電圧VOUTはとある電圧レベルに安定化されている。この状態で、コイル電流IL(ランプ電流ILAMP)の直流成分(平均値)IL(AVE)を表す第1電流検出信号VCS1がアナログ調光信号VADIMと一致するようにフィードバックによりしきい値信号VTHが調節される。コイル電流ILの平均値IL(AVE)は、アナログ調光信号VADIMに応じた目標電流IREFに安定化される。

0053

時刻t0に、出力電圧VOUTが低下する。出力電圧VOUTが低下すると、コイル電流IL(第2電流検出信号VCS2)の下りスロープの傾きが緩くなる。オフ時間TOFFは一定であるから、オフ時間TOFFにわたるコイル電流ILの減少幅ΔIは、時刻t0より後で小さくなり、時刻t0の直後に、コイル電流ILの平均値IL(AVE)が目標電流IREFよりも大きくなる。

0054

コイル電流ILの平均値IL(AVE)が増大すると、第1電流検出信号VCS1が大きくなり、アナログ調光信号VADIMとの誤差ΔVが大きくなる。そうすると、エラーアンプ212によってしきい値信号VTHが低下する方向にフィードバックがかかる。しきい値信号VTHすなわちアッパー電流ITHHの低下にともなって、コイル電流ILの平均値IL(AVE)が低下していく。しきい値信号VTHは、第1電流検出信号VCS1とアナログ調光信号VADIMの誤差がゼロに近づくように調節され、やがてコイル電流ILの平均値IL(AVE)が目標電流IREFに安定化される。

0055

このように図5の点灯回路100aによれば、出力電圧VOUTの変動に応じてしきい値信号VTHを変化させることにより、コイル電流ILの平均値IL(AVE)、言い換えれば半導体光源10の輝度を安定化することができる。

0056

図7(a)、(b)は、インダクタンスLがばらついたときの、図5の点灯回路100aによるコイル電流ILの補正を説明する図である。図7(a)は、インダクタンスLが大きい場合、図7(b)は、インダクタンスLが小さい場合を示す。

0057

インダクタンスLが大きいと、図7(a)に示すようにコイル電流ILの変化幅ΔIは小さくなり、インダクタンスLが小さいと、図7(b)に示すようにコイル電流ILの変化幅ΔIは大きくなる。エラーアンプ212は、第2電流検出信号VCS2がアナログ調光信号VADIMに近づくように、言い換えればコイル電流ILの平均値IL(AVE)が目標値IREFに近づくように、しきい値信号VTHをフィードバック制御する。これによりインダクタンスLのばらつきに起因するコイル電流IL(ひいてはランプ電流ILAMP)のばらつきを補正できる。

0058

図5の点灯回路100aは、電流を検出するためのセンス抵抗RCSが1個でよいため、後述の第3の実施の形態よりも電力損失の観点で有利である。

0059

(第2の実施の形態)
図8は、第2の実施の形態に係る車両用灯具1bのブロック図である。車両用灯具1bの点灯回路100bについて説明する。点灯回路100bは、図5の点灯回路100aに加えて、出力フィルタ104をさらに備える。出力フィルタ104は、スイッチングコンバータ102の出力電流IOUT、すなわちコイル電流ILを平滑化し、ランプ電流ILAMPを半導体光源10に供給する。センス抵抗RCSは、出力フィルタ104よりもスイッチングコンバータ102側、かつ低電位側(半導体光源10のカソード側)に挿入される。センス抵抗RCSは、出力フィルタ104よりもスイッチングコンバータ102側であって、かつ高電位側(半導体光源10のアノード側)に挿入してもよい。

0060

第2の実施の形態によれば、ランプ電流ILAMPのリップルを除去できるため、半導体光源10の輝度のちらつきを低減できる。また第1の実施の形態と同様に、出力電圧VOUTの変動や、インダクタンスLのばらつきの影響を低減できる。

0061

(第3の実施の形態)
図9は、第3の実施の形態に係る車両用灯具1cのブロック図である。車両用灯具1cの点灯回路100cについて説明する。

0062

点灯回路100cは、2個のセンス抵抗RCS1,RCS2を備える。第2センス抵抗RCS2は、リップル成分を含む電流を検出するために設けられ、したがって出力フィルタ104よりもスイッチングコンバータ102側に挿入されている。電流検出回路204は、第2センス抵抗RCS2の電圧降下にもとづいて、第2電流検出信号VCS2を生成する。

0063

第1センス抵抗RCS1は、リップル成分を含まない、コイル電流IL(出力電流IOUT)の直流成分を検出するために設けられる。第1センス抵抗RCS1は、出力フィルタ104よりも半導体光源10側に挿入されている。第1センス抵抗RCS1には、出力フィルタ104によって平滑化されるランプ電流ILAMPに比例する電圧降下が発生する。第1電流検出信号VCS1は、第1センス抵抗RCS1の電圧降下に応じている。

0064

第3の実施の形態によれば、第2の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

0065

さらに、図8では、第1電流検出信号VCS1が電流検出回路204の検出誤差の影響を受けるところ、図9では電流検出回路204を利用せずに第1電流検出信号VCS1が生成されるため、電流検出回路204の検出誤差の影響を受けずにランプ電流ILAMPを正確に検出できる。またフィルタ218が不要であるため、コストを下げ、また回路面積を小さくできる。

0066

なお、第2の実施の形態において、第2センス抵抗RCS2を図5のRCSと同様に接地側に挿入してもよい。また第1センス抵抗RCS1を半導体光源10のアノード側に挿入し、第1センス抵抗RCS1の電圧降下を接地基準に変換する電流検出アンプを追加してもよい。

0067

(第4の実施の形態)
図10は、第4の実施の形態に係る車両用灯具1dのブロック図である。車両用灯具1dの点灯回路100dについて説明する。

0068

降圧コンバータでは、コイル電流ILのピークは、スイッチングコンバータ102の入力電流IINのピークと一致する。そこで点灯回路100dでは、入力電流IINにもとづいて、コイル電流ILのアッパー電流ITHHが検出される。具体的には第2センス抵抗RCS2は、入力電流IINの経路上にスイッチングトランジスタM1と直列に挿入されており、第2電流検出信号VCS2は入力電流IINに応じている。

0069

第4の実施の形態によれば、第3の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

0070

図11は、図9の点灯回路100cの具体的な構成例を示す回路図である。点灯回路100cは、市販のLEDドライバICを利用して構成することができる。ここでは、LEDドライバICとして米国TEXAS INSTRUMENTS社のLM3409等を例に説明する。

0071

ドライバIC300は、図5のドライバ202、電流検出回路204、コンパレータ214、パルス発生器216に加えて、レベルシフタ310が集積化されたものと把握できる。

0072

センス抵抗RCSは、入力電流IINの経路上に、より具体的には、スイッチングコンバータ102の入力とスイッチングトランジスタM1の間に挿入されている。ドライバIC300のCSP端子とCSN端子は、センス抵抗RCS2と接続され、それらの電位差は、入力電流IINに応じた第2電流検出信号VCS2となる。降圧コンバータでは、スイッチングトランジスタM1のオン期間における入力電流IINは、コイル電流ILと一致する。レベルシフタ310は、CSP端子の電位VCSPを、しきい値信号VTHに相当する電圧幅、低電位側にレベルシフトする。コンパレータ214は、レベルシフトされたVCSP−VTHを、CSN端子の電位VCSNと比較する。コンパレータ214の出力信号SCMPは、VCSP−VTH>VCSNとなると、言い換えればVCS2=VCSP−VCSN>VTHとなると、アサート(たとえばハイレベル)される。

0073

レベルシフタ310は抵抗R21,R22およびV/I変換回路312を含む。V/I変換回路312は、IADJ端子に入力される電圧VIADJに比例した電流IADJを生成する。抵抗R21には、しきい値信号VTHに相当する電圧降下IADJ×R21が発生し、その低電位側の一端には、VCSP−IADJ×R21が発生する。抵抗R22の電圧降下は実質的にゼロである。

0074

つまりドライバIC300のIADJ端子は、しきい値信号VTHを設定するための設定ピンである。IADJ端子には、エラーアンプ212が生成する誤差信号VERRが入力される。これによりしきい値信号VTHは、第1電流検出信号VCS1がアナログ調光信号VADIMと一致するように調節される。

0075

パルス発生器216は、ロジック回路320およびオフタイマー回路322を含む。ロジック回路320は、コンパレータ214の出力がアサートされると、制御パルスSCNTをオフレベルに遷移させ、オフタイマー回路322にスタートトリガを与える。オフタイマー回路322はスタートトリガに応答して動作開始し、オフ時間TOFFの経過後に、オン信号をアサートする。その限りではないが、たとえばオフタイマー回路322は、COFF端子と接地間に外付けのキャパシタCtmと並列に設けられたスイッチと、COFF端子の電圧VCOFFを所定の電圧VOFFと比較するコンパレータと、を含む。またCOFF端子には、抵抗Rtmを介して充電電圧VCが印加される。オフタイマー回路322のスイッチは、VCOFF>VOFFとなるとターンオンし、キャパシタCtmを放電する。オフ時間は、キャパシタCtmの容量値、充電電圧VC、抵抗値Rtm応じて設定可能となっている。

0076

ロジック回路320は、オン信号のアサートに応答して制御パルスSCNTをオンレベルに遷移させる。ドライバ202の出力は、PGATE端子を介してスイッチングトランジスタM1のゲートと接続される。

0077

第1、第2、第4の実施の形態についても、図11のドライバIC300を利用して構成してもよい。またドライバIC300の構成は、図11のそれに限定されるものではなく、さまざまな市販のICを用いることができる。

0078

(用途)
図12は、前照灯400の回路図である。前照灯400は、ハイビームあるいはロービームである。前照灯400は、半導体光源10、上述の点灯回路100、複数のバイパススイッチ14、昇圧コンバータ402、スイッチコントローラ404を備える。昇圧コンバータ402は、バッテリ電圧VBATを昇圧し、所定レベルに安定化された直流電圧VDCを生成する。直流電圧VDCは、点灯回路100の入力電圧VINに相当する。点灯回路100は、半導体光源10に、半導体光源10の目標輝度に応じたランプ電流ILAMPを供給する。

0079

半導体光源10は、直列に接続される複数の発光素子12を含む。発光素子12は、LED、LD、有機EL素子などである。バイパススイッチ14は、発光素子12と並列に設けられている。あるバイパススイッチ14がオンすると、それと並列な発光素子12がバイパスされ、消灯状態となる。スイッチコントローラ404は、複数のバイパススイッチ14のオン、オフを個別に制御する。

0080

たとえば複数の発光素子12が実質的に同一の領域を照射するように前照灯400を構成してもよい。この場合、オン状態(あるいはオフ状態)であるバイパススイッチ14の個数に応じて、照射領域の光量を変化させることができる。

0081

あるいは複数の発光素子12が、異なる複数の領域を照射するように前照灯400を構成してもよい。この場合、複数のバイパススイッチ14それぞれのオン、オフに応じて、配光パターンを制御することができる。

0082

半導体光源10が、N個の発光素子12を含み、各発光素子12の点灯状態における電圧降下(順方向電圧)をVFとする。このとき昇圧コンバータ402の出力電圧VDCの目標値VDC(REF)は、VDC(REF)>N×VFを満たすように規定すればよい。

0083

上述のように、複数N個の発光素子12それぞれの点消灯は、個別に切りかえられる。N個の発光素子12のうち、M個の発光素子12が点灯状態であるとき、半導体光源10の両端間の電圧は、M×VFとなる。すなわちバイパススイッチ14のオン、オフを切りかえると、点灯回路100の出力電圧VOUTは変動することとなる。

0084

このような前照灯400に、上述の点灯回路100を用いることにより、出力電圧VOUTが変動したとしても、ランプ電流ILAMPの変動を抑制することができる。

0085

なお、前照灯400は2系統(あるいは3系統以上)の半導体光源10を備えてもよい。この場合、昇圧コンバータ402の出力に、2個(あるいは3個以上)の点灯回路100を接続し、1個の点灯回路100によって1個の半導体光源10を駆動するようにすればよい。

0086

図13は、車両用灯具1を備えるランプユニット(ランプアッシー)500の斜視図である。ランプユニット500は、透明のカバー502、ハイビームユニット504、ロービームユニット506、筐体508を備える。上述の点灯回路100は、たとえばハイビームユニット504に用いることができる。ハイビームユニット504に代えて、あるいはそれに加えて、ロービームユニット506に点灯回路100を用いてもよい。

0087

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

0088

(第1変形例)
実施の形態では、スイッチングコンバータ102を降圧コンバータとしたが、昇圧コンバータであってもよい。また実施の形態では、アッパー検出・オフ時間設定方式について説明したが、ボトム検出・オン時間設定方式にも本発明は適用可能である。

0089

(第2変形例)
降圧コンバータでは、コイル電流IL(出力電流IOUT)にもとづいて、アッパー電流ITHH、ボトム電流ITHLの両方を検出できる。また入力電流IINにもとづいて、アッパー電流ITHHを検出できる。したがって、降圧コンバータとアッパー検出・オフ時間設定方式を組み合わせる場合、第2電流検出信号VCS2は、コイル電流IL、出力電流IOUT、入力電流IINのいずれかに応じていればよい。降圧コンバータとボトム検出・オン時間設定方式を組み合わせる場合、第2電流検出信号VCS2は、コイル電流IL、出力電流IOUTのいずれか応じていればよい。

0090

(第3変形例)
昇圧コンバータでは、コイル電流IL(入力電流IIN)にもとづいて、アッパー電流ITHH、ボトム電流ITHLの両方を検出できる。また出力電流IOUTにもとづいて、ボトム電流ITHLを検出できる。したがって、昇圧コンバータとアッパー検出・オフ時間設定方式を組み合わせる場合、第2電流検出信号VCS2は、コイル電流IL、入力電流IINのいずれかに応じていればよい。昇圧コンバータとボトム検出・オン時間設定方式を組み合わせる場合、第2電流検出信号VCS2は、コイル電流IL、入力電流IIN、出力電流IOUTのいずれか応じていればよい。

0091

(第4変形例)
図11において、エラーアンプ212をドライバIC300に集積化してもよい。

0092

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用の一側面を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

0093

1…車両用灯具、2…バッテリ、4…スイッチ、10…半導体光源、12…発光素子、14…バイパススイッチ、100…点灯回路、102…スイッチングコンバータ、104…出力フィルタ、200…コンバータコントローラ、202…ドライバ、204…電流検出回路、210…パルス変調器、212…エラーアンプ、214…コンパレータ、216…パルス発生器、218…フィルタ、300…ドライバIC、310…レベルシフタ、320…ロジック回路、322…オフタイマー回路、400…前照灯、402…昇圧コンバータ、404…スイッチコントローラ、M1…スイッチングトランジスタ、D1…ダイオード、L1…インダクタ、C1…入力キャパシタ。

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