JP2008269868A

JP2008269868A - 車両用灯具

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Publication number: JP2008269868A
Application number: JP2007109035A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Kitagawa; 孝悦北河
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2007-04-18
Publication date: 2008-11-06

Abstract

【課題】温度センサを用いることなく、灯具内の温度に従って半導体光源の電流を制御すること。
【解決手段】ＤＣ／ＤＣコンバータ２４により発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに対する電流を制御するときに、マイコン２８においてＬＥＤ温度検出信号１１２を取り込んで発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの温度を算出し、算出した温度と温度制御線２０４を基にＬＥＤ電流をディレーティングするための値を設定し、設定された値と電流検出フィードバック信号１０４から得られたＬＥＤ電流を基に制御回路２６において、ＬＥＤ電流をディレーティングするための制御信号を生成して、ＮＭＯＳトランジスタ６２のスイッチング動作を制御し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４から発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎにディレーティングされた電流を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用灯具に係り、特に、光源を半導体発光素子で構成し、半導体発光素子を点灯するための点灯回路を備えた車両用灯具に関する。

従来、車両用灯具として、ＬＥＤ(ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ)などの半導体発光素子を光源に用いたものが知られており、この種の車両用灯具には、ＬＥＤの点灯を制御するための点灯制御回路が実装されている。

ＬＥＤを車両用灯具の光源に用いた場合、車両用灯具内の温度は、エンジンルーム等からの輻射熱や車両の走行状態等の影響を受けて大きく変化することがある。しかも、ＬＥＤは、ハロゲンバルブや放電バルブより耐熱温度が低いため、高温環境下においては、ＬＥＤの電流を減少させ、ＬＥＤのジャンクション温度を最大許容ジャンクション温度以下に抑える必要がある。そこで、車両用灯具内の温度をサーミスタなどの温度センサで検出し、温度センサの検出温度が閾値を超えたときにＬＥＤの電流を減少させるようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００４−２７６７３８号公報（第６頁から第７頁、図３参照）

しかし、車両用灯具内の温度を温度センサで検出し、温度センサの検出温度に基づいてＬＥＤの電流を制御する構成を採用したのでは、温度センサが必要となり、システムが複雑化し、コストアップとなる。

本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、温度センサを用いることなく、灯具内の温度変化に従って半導体光源の電流を制御することにある。

前記課題を解決するために、請求項１に係る車両用灯具は、半導体光源と、前記半導体光源に直列に接続されて前記半導体光源の点灯を制御するとともに、前記半導体光源の温度変化に伴い抵抗値が変化するスイッチ素子と、前記半導体光源と前記スイッチ素子間の電圧値を検出し、その電圧値に応じて前記半導体光源へ供給する電流を制御する電流制御部と、から構成した。

（作用）半導体光源の温度が変化すると、それに伴ってスイッチ素子の抵抗値が変化する。スイッチ素子の抵抗値が変化すると、半導体光源とスイッチ素子間の電圧値が変化するので、半導体光源とスイッチ素子間の電圧値に変化に応じて半導体光源へ供給する電流を制御することで、温度センサを用いることなく、灯具内の温度変化に従って半導体光源の電流を制御することができる。このため、サーミスタなどの温度センサが不要となり、回路構成の簡素化およびコスト低減を図ることができる。

請求項２に係る車両用灯具においては、請求項１に記載の車両用灯具において、前記半導体光源と前記スイッチ素子は灯具内の同一基板上に設けられた構成とした。

（作用）半導体光源とスイッチ素子を灯具内の同一基板上に設けることで、半導体光源の温度とスイッチ素子の抵抗値が互いに相関関係を保って変化し、スイッチ素子の抵抗値の変化から半導体光源の温度を高精度に求めることができる。

以上の説明から明らかなように、請求項１に係る車両用灯具によれば、サーミスタなどの温度センサが不要となり、回路構成の簡素化およびコスト低減を図ることができる。

請求項２によれば、スイッチ素子の抵抗値の変化から半導体光源の温度を高精度に求めることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例を示す車両用灯具の回路構成図、図２は、ＮＭＯＳトランジスタのオン抵抗の温度特性図、図３は、ＬＥＤ電流の温度制御線の特性図、図４は、車両用灯具の断面図である。

図１において、車両用灯具１０は、電流制御部１２と、光源部１４を備えて構成されている。電流制御部１２は、入力端子１６、１８と、調光信号入力端子２０と、電源回路２２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４と、制御回路２６と、マイコン２８と、出力端子３０と、検出端子３２と、制御端子３４と、検出端子３６と、電流検出抵抗Ｒｓを備えて構成されている。光源部１４は、入力端子３８と、検出端子４０と、制御端子４２と、検出端子４４と、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎと、ＮＭＯＳトランジスタ４６を備えて構成されている。

入力端子１６は、電源ライン４８を介して、車両５０の電源端子５２に接続されており、電源端子５２は、スイッチ５４を介して、車載バッテリ（直流電源）５６のプラス端子に接続されている。入力端子１８は、接地されているとともに、電源ライン５８を介して、車両５０の電源端子６０に接続されており、電源端子６０は、車載バッテリ５６のマイナス端子に接続されている。

電源回路２２は、電源ＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）で構成されており、車載バッテリ５６の直流電力を入力端子１６から取り込み、入力した直流電力を安定化し、安定化された直流電力を制御回路２６やマイコン２８に供給する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２４は、例えば、フライバック型のスイッチングレギュレータとして、トランスＴ１と、ダイオードＤ１と、ＮＭＯＳトランジスタ６２と、コンデンサＣ１、Ｃ２と、抵抗Ｒ１、Ｒ２を備えて構成されており、コンデンサＣ１の一端側とトランスＴ１の一次側が入力端子１６に接続され、ダイオードＤ１とコンデンサＣ２との接続点が出力端子３０に接続され、ＮＭＯＳトランジスタ６２のゲートとソースがそれぞれ制御回路２６に接続されている。

制御回路２６は、例えば、ＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）で構成されて、演算器としての機能を有する。即ち、制御回路２６は、抵抗Ｒ２の両端電圧から得られた電流検出信号１００と、マイコン２８からの温度ディレーティング制御信号１０２と、電流検出抵抗Ｒｓの両端電圧から得られた電流検出フィードバック信号１０４を基にスイッチング信号（パルス信号）を生成し、生成したスイッチング信号（パルス信号）を制御信号１０６としてＮＭＯＳトランジスタ６２のゲートに印加する。よって、制御回路２６は、例えば、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れる電流が規定の電流となるように、ＮＭＯＳトランジスタ６２のスイッチング動作を制御するようになっている。

この際、トランスＴ１に車載バッテリ５６からの直流電圧が印加されたときに、ＮＭＯＳトランジスタ６２が制御信号１０６に従ってスイッチング動作する。例えば、ＮＭＯＳトランジスタ６２がオンになると、直流電圧が電磁エネルギーとしてトランスＴ１の一次巻線に蓄積され、次に、ＮＭＯＳトランジスタ６２がオフになると、蓄積された電磁エネルギーがトランスＴ１の二次巻線から放出される。放出された電磁エネルギーは、ダイオードＤ１で整流されるとともに、コンデンサＣ２で平滑され、直流電流に変換される。この直流電流は、出力端子３０から出力ライン６４、入力端子３８を介して発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに供給される。

なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４としては、フライバック型のスイッチングレギュレータの他に、ブートアップ型やブートダウン型のものを用いることができる。

マイコン２８は、信号出力端子２８ａが制御回路２６に接続され、信号入力端子２８ｂが検出端子３２に接続され、信号出力端子２８ｃが制御端子３４に接続され、信号入力端子２８ｄが調光信号入力端子２０に接続されている。検出端子３２は、信号ライン６６と検出端子４０を介して、ＮＭＯＳトランジスタ４６のドレインに接続され、制御端子３４は、信号ライン６８と制御端子４２を介して、ＮＭＯＳトランジスタ４６のゲートに接続され、調光信号入力端子２０は、信号ライン７０と車両の端子７２を介して、車両電子制御ユニット（ＥＣＵ）７４に接続されている。車両電子制御ユニット（ＥＣＵ）７４は、ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの点灯状態を調整するための調光信号１０８を生成し、生成した調光信号１０８を信号ライン７０を介してマイコン２８に送信するようになっている。

マイコン２８は、例えば、ＣＰＵ（ＣｅｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＡＭ（ＲａｍｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、Ｉ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）インタフェース回路等を備えたパーソナルコンピュータで構成されており、調光信号１０８に応答して、ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの点灯状態を制御するためのパルス信号であって、オンデューティが１００％〜０％の範囲で変化するＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御信号１１０を生成する。マイコン２８は、生成したＰＷＭ制御信号１１０をＮＭＯＳトランジスタ４６のゲートに印加して、ＮＭＯＳトランジスタ４６のスイッチング動作を制御するようになっている。

複数の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎは、半導体光源として、互いに直列に接続されており、ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうちＬＥＤ１のアノードは入力端子３８に接続され、ＬＥＤｎのカソードは、検出端子４０とＮＭＯＳトランジスタ４６のドレインに接続されている。ＮＭＯＳトランジスタ４６は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎと直列に接続され、ドレインが検出端子４０に接続され、ゲートが制御端子４２に接続され、ソースが検出端子４４と信号ライン７６を介して電流制御部１２の検出端子３６に接続されている。

ＮＭＯＳトランジスタ４６は、信号ライン６８からのＰＷＭ制御信号１１０に応答してスイッチング動作を行い、ＰＷＭ制御信号１１０に従って発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの点灯を制御するとともに、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの温度変化に伴い抵抗値（オン抵抗の値）が変化するスイッチ素子として構成されている。

具体的には、ＮＭＯＳトランジスタ４６は、図２の特性２００、２０２で示すように、オン抵抗（ドレイン−ソース間の抵抗Ｒ_ＤＳ）が正の温度特性を有し、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎおよび周囲温度の上昇に応じてオン抵抗（抵抗Ｒ_ＤＳ）が大きくなる。図２における曲線２００は、ドレイン−ソース間電圧が小さいときの特性を示し、曲線２０２は、ドレイン−ソース間電圧が大きいときの特性を示す。

ＮＭＯＳトランジスタ４６の抵抗値（オン抵抗の値）が発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの温度変化に伴って変化することを利用して、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの温度を検出するために、本実施例では、ＮＭＯＳトランジスタ４６を発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎとともに、車両用灯具１０内に配置する。ＮＭＯＳトランジスタ４６のドレイン電圧Ｖ_Ｄは、ＬＥＤ温度検出信号１１２として、検出端子４０から検出ライン６８を介してマイコン２８に出力される。なお、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎとＮＭＯＳトランジスタ４６に流れるＬＥＤ電流をＩ_ＬＥＤとし、ＮＭＯＳトランジスタ４６のオン抵抗の値をＲ_ＤＳとすると、ドレイン電圧Ｖ_Ｄ＝Ｉ_ＬＥＤ×（Ｒｓ＋Ｒ_ＤＳ）となる。

マイコン２８は、ＬＥＤ温度検出信号１２を取り込み、ＬＥＤ温度検出信号１１２を基に発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの温度を算出し、算出した温度に従って発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの電流を補正するための温度ディレーティング制御信号１０２を生成し、生成した温度ディレーティング制御信号１０２を制御回路２６に出力するようになっている。

この際、制御回路２６は、図３に示すように、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの温度Ｔ１〜Ｔ２に対応した温度制御線２０４の値を示す温度ディレーティング制御信号１０２を基に、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤを電流Ｉ１〜Ｉ２の範囲でディレーティングするためのスイッチング信号（パルス信号）を生成する。生成したスイッチング信号（パルス信号）は制御信号１０６としてＮＭＯＳトランジスタ６２のゲートに印加され、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに、ディレーティングされた電流が流れるように、ＮＭＯＳトランジスタ６２のスイッチング動作が制御されるようになっている。

図３において、電流Ｉ１は、電流検出抵抗Ｒｓの両端電圧から得られた電流検出フィードバック信号１０４に相当し、電流Ｉ２は、電流Ｉ１に、電流Ｉ１をディレーティングするための１より小さい係数、例えば、０．３を掛けた電流に相当する。

ここで、制御回路２６は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの温度がＴ１以下のときには、温度ディレーティング制御信号１０２を１（電流Ｉ１）として処理し、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの温度がＴ２以上のときには、温度ディレーティング制御信号１０２を０．３（電流Ｉ１×０．３）として処理し、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの温度がＴ１〜Ｔ２の範囲にあるときには、温度ディレーティング制御信号１０２を１〜０．３（電流Ｉ１〜電流Ｉ１×０．３）として処理する。すなわち、制御回路２６は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの温度がＴ１よりも高くなったときには、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤを電流Ｉ１よりも漸次小さくするためのディレーティング処理を行う。

一方、光源部１４は、図４に示すように、前面カバー８０とランプボディ８２により形成された灯室Ｓ内に収納されて、金属基板８４上に実装されている。金属基板８４は、略長方形の金属を絶縁層で覆うようにして形成されて、金属製台座８６に支持されている。金属基板８４上には、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎと、ＮＭＯＳトランジスタ４６と、入力端子３８と、検出端子４０と、制御端子４２および検出端子４４が実装されている。金属基板８４上の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに相対向して、ドーム状の反射鏡８８が配置されており、反射鏡８８は台座８６に固定され、台座８６は、ランプボディ８２に固定されている。

反射鏡８８は、その内側に光軸Ａｘを中心軸として略楕円球面状に形成された反射面を備え、金属基板８４上の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが発光する光を前方へ向けて凸レンズ９０の光軸寄りに集光反射させるようになっている。凸レンズ９０は、台座８６に支持されて、後方焦点位置Ｆ２を反射鏡８８の反射面の焦点位置に一致させるようにして配置されている。この反射鏡８８は、後方焦点位置Ｆ２を通過した凸レンズ９０の下端に入射する光線Ｌ１の反射点Ａよりも後方の反射面で、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎからの光を後方焦点位置Ｆ２に集光する。このため、光線Ｌ１は、配光パターンのうちの下側境界に投影される。

一方、凸レンズ９０と発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎとの間の領域のうち光軸Ａｘ下方にはシェード９２が配置されており、シェード９２は凸レンズ９０と一体に形成されている。シェード９２には、後方焦点位置Ｆ２から下方に落ち込むエッジが形成されている。このため、後方焦点位置Ｆ２を含む焦点面上においてシェード９２のエッジと反射鏡８８により形成される光学像は、凸レンズ９０により反転されて前方に投影される。この際、光軸Ａｘに沿った光線Ｌ２は、配光パターンのうちの上側境界に投影される。

また、水平方向において、反射鏡８８の焦点は後方焦点位置Ｆ２よりも凸レンズ９０側に設けられており、後方焦点位置Ｆ２を含むシェード９２のエッジは、反射鏡８８の像面湾曲、つまり左右方向における焦点面の湾曲に対応して、上面から見た両側が前方へ湾曲して形成されている。このため、反射鏡８８の反射により後方焦点位置Ｆ２よりも前方のエッジで結像した光学像は、凸レンズ９０によって左右方向に拡大されて反転投影される。

なお、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎを半導体光源に用いるに際しては、単一のものを用いたり、直列接続された発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎを単一の光源ブロックとして、光源ブロックを複数個並列接続したものを用いたりすることもできる。また、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎは、ヘッドランプ、ストップ＆テールランプ、フォグランプ、ターンシグナルランプなど各種車両用灯具の光源として構成することができる。

上記構成において、スイッチ５４がオンになり、車載バッテリ５６からの直流電力がＤＣ／ＤＣコンバータ２４に供給されたときに、マイコン２８の出力によるＰＷＭ制御信号１１０に従ってＮＭＯＳトランジスタ４６がオンになると、ＮＭＯＳトランジスタ６２のスイッチング動作に従って発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに規定の電流が供給され、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの発光に伴う光が反射鏡８８で反射した後、凸レンズ９０と前面カバー８０を透過して、車両前方に照射される。このとき、調光信号１０８によって減光点灯がマイコン２８に指令されたときには、マイコン２８から発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎを減光点灯するためのＰＷＭ制御信号１１０が出力される。例えば、５０％減光点灯のときには、オンディーティが５０％となるＰＷＭ制御信号１１０が出力され、このＰＷＭ制御信号１１０に従ってＮＭＯＳトランジスタ４６のオンオフ動作すると、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが５０％減光点灯する。

一方、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが点灯しているときには、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎとＮＭＯＳトランジスタ４６が同一の金属基板８４上に配置されているので、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの温度とＮＭＯＳトランジスタ４６のオン抵抗が互いに相関関係を保って変化するとともに、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎによる発熱や周囲温度の影響を受けて、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎとＮＭＯＳトランジスタ４６の温度が共に変化する。このため、マイコン２８において、光源部１４から、オン抵抗（Ｒ_ＤＳ）の変化に伴うＮＭＯＳトランジスタ４６のドレイン電圧Ｖ_Ｄを示すＬＥＤ温度検出信号１１２を取り込み、ＬＥＤ温度検出信号１１２を基に発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの温度を算出し、算出した温度に従って発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの電流を補正するための温度ディレーティング制御信号１０２を生成し、生成した温度ディレーティング制御信号１０２を制御回路２６に出力する。

このとき、温度ディレーティング制御信号１０２に応答した制御回路２６は、電流検出フィードバック信号１０４から得られた発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤが電流Ｉ１であって、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの温度がＴ１〜Ｔ２の範囲にあるときには、温度ディレーティング制御信号１０２を基に、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤをＬＥＤ電流Ｉ１〜Ｉ２の範囲でディレーティングするためのスイッチング信号（パルス信号）を生成する。制御回路２６は、生成したスイッチング信号（パルス信号）を制御信号１０６としてＮＭＯＳトランジスタ６２のゲートに印加し、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに、ディレーティングされた電流が流れるように、ＮＭＯＳトランジスタ６２のスイッチング動作を制御する。

この結果、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎには、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの温度や周囲温度の上昇に応じてディレーティングされた電流が流れ、周囲温度の上昇に伴って発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに過電流が流れるのを防止することができ、過電流から発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎを保護することができる。

本実施例によれば、ＮＭＯＳトランジスタ４６のオン抵抗の変化（ドレイン電圧Ｖ_Ｄの変化）利用して、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの温度を算出し、この算出結果を基に発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの電流を制御するようにしたため、温度センサを用いることなく、車両用灯具１０内の温度変化に応じて発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの電流を制御することができ、サーミスタなどの温度センサが不要となり、回路構成の簡素化およびコスト低減を図ることができる。

また、本実施例によれば、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎとＮＭＯＳトランジスタ４６を車両用灯具１０内の同一の金属基板８４上に配置したため、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの温度とＮＭＯＳトランジスタ４６のオン抵抗が互いに相関関係を保って変化し、ＮＭＯＳトランジスタ４６のオン抵抗の変化から発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの温度を高精度に求めることができる。

本発明の一実施例を示す車両用灯具の回路構成図である。ＮＭＯＳトランジスタのオン抵抗の温度特性図である。ＬＥＤ電流の温度制御線の特性図である。車両用灯具の断面図である。

符号の説明

１０車両用灯具
１２電流制御部
１４光源部
２４ＤＣ／ＤＣコンバータ
２６制御回路
２８マイコン
４６、６２ＮＭＯＳトランジスタ
ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ発光ダイオード

Claims

半導体光源と、
前記半導体光源に直列に接続されて前記半導体光源の点灯を制御するとともに、
前記半導体光源の温度変化に伴い抵抗値が変化するスイッチ素子と、
前記半導体光源と前記スイッチ素子間の電圧値を検出し、その電圧値に応じて前記半導体光源へ供給する電流を制御する電流制御部と、
からなることを特徴とする車両用灯具。
請求項１に記載の車両用灯具において、
前記半導体光源と前記スイッチ素子は灯具内の同一基板上に設けられていることを特徴とする車両用灯具。