JP2009205846A

JP2009205846A - 車両用点灯制御装置

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Publication number: JP2009205846A
Application number: JP2008044650A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Matsui; 浩太郎松井; Takayoshi Kitagawa; 孝悦北河
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2009-09-10
Also published as: US20090212710A1; EP2096900B1; EP2096900A1; US8198818B2

Abstract

【課題】ＬＥＤが点灯した直後に発生するオーバーシュートを防止し、安全性の向上を図ることができる車両用点灯制御装置を提供すること。
【解決手段】車両用点灯制御装置１は、調光信号に応じて光源部６に供給される駆動電流をオン・オフ制御するスイッチング手段４と、前記駆動電流を定電流制御する定電流制御手段２とを有する。定電流制御手段２は、スイッチング手段４をオン・オフ制御するスイッチ部１４と、スイッチング手段４がオン制御している時に前記駆動電流に対応する電圧信号をスイッチ部１４に出力し、スイッチング手段４がオフ制御している時に前記電圧信号を継続してスイッチ部１４に出力するサンプルホールド回路１２とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用点灯制御装置に関し、特に半導体発光素子で構成された半導体光源の点灯を制御する車両用点灯制御装置に関する。

従来、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）調光が可能なＬＥＤ（発光ダイオード：Light Emitting Diode）定電流制御回路は、複数個のＬＥＤからなる光源ユニットに対し、比較増幅器（以下、「オペアンプ」と呼ぶ。）、第１のスイッチとしての第１のＮＭＯＳ（Negative Channel Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ、第２のスイッチとしての第２のＮＭＯＳトランジスタ及びシャント抵抗を有する。第１のＮＭＯＳトランジスタのゲートは第２のＮＭＯＳトランジスタのドレインに接続され、第１のＮＭＯＳトランジスタのドレインは、光源ユニットの下流（ローサイド）に直列に接続されている（例えば、特許文献１参照）。シャント抵抗は、光源ユニット及び第１のＮＭＯＳトランジスタと直列に接続されている。

第１のＮＭＯＳトランジスタは、ゲート端子に入力される電圧に応じて光源ユニットに供給される電流を制御する。

シャント抵抗は、光源ユニットに流れる電流に応じた電圧を検出する。ここで、シャント抵抗は光源ユニットに流れる電流（以下、「ＬＥＤ電流」と呼ぶ。）を前記シャント抵抗の両端に生じる電圧（以下、「検出電圧」と呼ぶ。）として検出する。

オペアンプの反転入力端子（負入力端子）には検出電圧が印加され、オペアンプの非反転入力端子（正入力端子）には予め定められた基準電圧が印加される。オペアンプは、比較出力を第１のＮＭＯＳトランジスタのゲートに与える。オペアンプの負入力端子にシャント抵抗が検出した検出電圧が印加されると、オペアンプは、該検出電圧と非反転入力端子（正入力端子）に印加された基準電圧とを比較し、この比較結果に応じた電圧(比較出力)を第１のＮＭＯＳトランジスタのゲートに印加して第１のＮＭＯＳトランジスタのオン・オフ動作を制御している。

第２のＮＭＯＳトランジスタは、それぞれハイレベル（Ｈ）又はローレベル（Ｌ）のＰＷＭ信号を受け取り、ローレベル（Ｌ）又はハイレベル（Ｈ）の制御信号を出力する。

第２のＮＭＯＳトランジスタは、ＰＷＭ信号のオフ時には、ハイレベル（Ｈ）のＰＷＭ信号を受け取りオン状態となる。このときオペアンプの出力はハイレベルに保持され第１のＮＭＯＳトランジスタはオフ状態となりＬＥＤ電流は流れない。

第２のＮＭＯＳトランジスタは、ＰＷＭ信号のオン時には、ローレベル（Ｌ）のＰＷＭ信号を受け取りオフ状態となり、第１のＮＭＯＳトランジスタはオン状態となり、ＬＥＤに電流が流れる。このときオペアンプの出力はシャント抵抗が検出した検出電圧とオペアンプの正入力端子に印加されている基準電圧とを比較演算した結果の比較出力となる。

上記したようにＰＷＭ信号のオン・オフに応じて定電流制御を行うことにより、ＬＥＤ電流を予め定められた電流値に保持（ＬＥＤの調光制御）し、ＬＥＤを適切な明るさになるように点灯させることができる。

特開２００４−１３４１４７号公報

上記した従来技術においては、ＰＷＭ信号がオンになった後に、オペアンプの比較出力が急激に立ち下り、より電流値の大きいＬＥＤ電流を流そうとする。そのためＤＣ電源をオンしてからＬＥＤ電流の電流値がオペアンプの比較出力に応じた所望の電流値に落ち着くまでの間にＬＥＤ電流が急激に立ち上がり、オーバーシュートが発生してしまう。

また、オペアンプの出力が急激に変化するのでオペアンプが発振しやすくなる。コンデンサを用いて位相補償を大きくしてオペアンプの発振を防止しようとすると、ＬＥＤ電流のオーバーシュートの期間が長くなりフィードバック制御がＰＷＭ信号に追従できずオペアンプの応答性が悪くなる。特に、ＰＷＭ信号のオンデューティが短くなった時にはオン・オフ制御が行えず定電流制御ができない。

また、ＬＥＤのカソード側で定電流制御を行うため、ＬＥＤのカソード地絡を考慮する必要があり回路構成が複雑になる。

さらに、ＬＥＤのアノード側が地絡した場合には、ＬＥＤにＬＥＤ電流を供給するＬＥＤ駆動部に大電流が流れＬＥＤ駆動部が故障してしまう。

そこで、本発明は、ＬＥＤが点灯した直後に発生するオーバーシュートを防止し、安全性の向上を図ることができる車両用点灯制御装置を提供することを課題とする。

本発明の第１の態様による車両用点灯制御装置は、調光信号に応じて半導体光源に供給される駆動電流をオン・オフ制御するスイッチング手段と、前記駆動電流を定電流制御する定電流制御手段とを有する車両用点灯制御装置において、前記定電流制御手段は、前記スイッチング手段をオン・オフ制御するスイッチ部と、前記スイッチング手段がオン制御している時に前記駆動電流に対応する電圧信号を前記スイッチ部に出力し、前記スイッチング手段がオフ制御している時に前記電圧信号を継続して前記スイッチ部に出力する信号保持部とを有するようにしたものである。

したがって、調光信号に応じて半導体光源に供給される駆動電流をオン・オフスイッチングによるＰＷＭ調光制御が行われ、オン制御されている時に前記半導体光源に供給される駆動電流に対応する電圧信号が前記スイッチ部に出力され、オフ制御している時に前記電圧信号が継続して前記スイッチ部に出力される。

本発明車両用点灯制御装置は、調光信号に応じて半導体光源に供給される駆動電流をオン・オフ制御するスイッチング手段と、前記駆動電流を定電流制御する定電流制御手段とを有する車両用点灯制御装置において、前記定電流制御手段は、前記スイッチング手段をオン・オフ制御するスイッチ部と、前記スイッチング手段がオン制御している時に前記駆動電流に対応する電圧信号を前記スイッチ部に出力し、前記スイッチング手段がオフ制御している時に前記電圧信号を継続して前記スイッチ部に出力する信号保持部とを有することを特徴とする。

従って、ＰＷＭ調光制御の点灯制御状態におけるＬＥＤ電流の立ち上がりの際におけるオーバーシュートの発生を防止することができ、ＰＷＭ調光制御のためのスイッチング手段として機能するトランジスタの発振を防止することができ、安全性の向上を図ることができる。

請求項２に記載した発明にあっては、前記信号保持部がオフ制御直前のオン制御時における前記電圧信号を保持して出力するので、ＰＷＭ調光制御の点灯制御状態から消灯制御状態に遷移する際におけるオペアンプの入力電圧がローレベルになることを防止することができ、オペアンプの出力電圧を一定レベルに保つことができる。

請求項３に記載した発明にあっては、前記スイッチング手段は前記半導体光源の正極側に直列接続されているので、ＬＥＤのカソード側をグラウンドに接続することが可能となり、カソード側の地絡による異常を検出する必要がなくなる。

請求項４に記載した発明にあっては、前記信号保持部は、電源電圧が入力された後に前記オン制御時における前記電圧信号の電圧値より大きい電圧値をもつ電圧信号を前記スイッチ部に出力しているので、ＰＷＭ調光制御の点灯制御状態におけるＬＥＤ電流の立ち上がりの際におけるオーバーシュートの発生を防止することができる。

請求項５に記載した発明にあっては、前記信号保持部がオン制御時に電流制御部を少なくとも電圧利得１倍で制御しているので、ＰＷＭ信号に追従できるレベルまでオペアンプの応答性を速くしても発振を防止することができる。

以下に、本発明の実施の形態に係る車両用点灯制御装置について図１〜図４を参照して説明する。

車両用点灯制御装置１は定電流回路２とスイッチング手段４とを有して構成されている。

定電流回路２は、電流検出回路１１と、サンプルホールド回路１２と、オペアンプ（比較増幅器）１３と、スイッチ部３とを有して構成されている。

サンプルホールド回路１２は、信号保持部として機能し、ＮＭＯＳトランジスタ２１、ＮＰＮトランジスタ２２、プルアップ電源Ｖcc、抵抗Ｒ８及びコンデンサＣ１，Ｃ２を含んで構成されている。ＮＭＯＳトランジスタ２１のドレインはオペアンプの反転入力端子（負入力端子）に接続されている。ＮＭＯＳトランジスタ２１のゲートはＮＰＮトランジスタ２２のコレクタに接続されている。ＮＰＮトランジスタ２２のベースはＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生器（図示せず）の出力側と接続されている。

オペアンプ１３の非反転入力端子（正入力端子）には直流電源２５が接続されている。

スイッチ部３はＮＰＮトランジスタ１４を有して構成されている。ＮＰＮトランジスタ１４のベースはオペアンプ１３の出力端子に接続されている。

スイッチング手段４はＰＭＯＳ（Positive Channel Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ１７とハイサイドスイッチ部５とを含んで構成されている。ハイサイドスイッチ部５はＮＰＮトランジスタ１５及びＰＮＰトランジスタ１６を有して構成されている。

ＮＰＮトランジスタ１５のベースは前記ＰＷＭ信号発生器の出力側に接続され、コレクタはＰＮＰトランジスタ１６のベース及び抵抗Ｒ１１に接続されている。ＰＮＰトランジスタ１６のコレクタはＮＰＮトランジスタ１４のコレクタとＰＭＯＳトランジスタ１７のゲートに接続されている。

ＰＭＯＳトランジスタ１７のドレインは出力端子２７を介して光源部６に接続されている。光源部６はＬＥＤ４０−１〜４０−Ｎを有して構成されている。ＬＥＤ４０−１のアノードは光源入力端子２９を介して出力端子２７に接続されている。ＬＥＤ４０−Ｎのカソードは光源入力端子３０を介して出力端子２８に接続されている。

以下に、車両用点灯制御装置１の動作について図３及び図４のタイミングチャートを参照して説明する。

電源(図示せず)から電源入力端子７を介して直流（ＤＣ）電圧Ｖ_ＩＮが供給されると、シャント抵抗Ｒ１を介して電流検出回路１１によって電流検出が行われる。電流検出回路１１はシャント抵抗Ｒ１を介して検出電圧Ｖdをサンプルホールド回路１２に供給する。ここで、シャント抵抗Ｒ１はスイッチングレギュレータ（図示せず）からＬＥＤ４０−１〜４０−Ｎに供給されるＬＥＤ電流をシャント抵抗Ｒ１の両端に生じる検出電圧Ｖdとして検出する。検出電圧Ｖdのサンプルホールド回路への供給によって光源部６の調光制御はスタンバイ状態（待機状態）になる（ｔ_Ｓ区間）。なお、スタンバイ状態の時には検出電圧Ｖdはローレベルである。

ＰＷＭ発生器から出力される調光信号としてのＰＷＭ信号Ｐinは、最初にローレベル信号として入力されるが、前記スタンバイ状態になったと同時にハイレベル信号に遷移する。それ以後、所定のデューティ比（オンデューティとオフデューティの割合）になるようにローレベル信号とハイレベル信号が交互に出力され、ＬＥＤの調光が行われる（図３（ａ）参照）。

ＮＰＮトランジスタ２２のベースに入力されるＰＷＭ信号Ｐinは、スタンバイ状態ではハイレベル信号であるので、ＮＰＮトランジスタ２２はオン状態となりＮＭＯＳトランジスタ２１はオフ状態となる。したがって、検出電圧Ｖdはサンプルホールド回路１２から出力されずプルアップ電源Ｖccからプルアップ電圧がコンデンサＣ１及びコンデンサＣ２を介して送出される。オペアンプ１３の負入力端子には入力電圧Ｖinが入力される。

オペアンプ１３に入力された入力電圧Ｖinがオペアンプ１３の正入力端子に入力される基準電圧の値よりも大きい値になり、かつ、検出電圧Ｖdよりも大きい値になるようにプルアップ電源Ｖccの電圧値、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２の容量があらかじめ設定されている（図３（ｂ），図４（ｅ）参照）。したがって、オペアンプ１３の出力電圧Ｖoutは依然としてローレベルのままである（図３（ｃ），図４（ｆ）参照）。

その後に、ＰＷＭ信号Ｐinがローレベル信号として入力されると（図３及び図４のｔ_１区間）、サンプルホールド回路１２はＰＷＭ信号Ｐinに同期してサンプル機能を実行する。

ＮＰＮトランジスタ２２のベースに入力されるＰＷＭ信号Ｐinはローレベル信号であるので、ＮＰＮトランジスタ２２はオフ状態となり、プルアップ電源Ｖccからプルアップ電圧が抵抗Ｒ６を介してＮＭＯＳトランジスタ２１のゲートに供給される。したがって、ＮＭＯＳトランジスタ２１はオン状態となり、検出電圧Ｖdはオペアンプ１３の入力電圧Ｖinとしてオペアンプ１３の負入力端子に入力される。そして、オペアンプの出力電圧Ｖoutは検出電圧Ｖdと基準電圧が等しくなるようにＶdと基準電圧を比較演算した演算結果となる。この演算信号（ハイレベルとローレベルの間のアナログ信号）はスイッチ部として機能するＮＰＮトランジスタ１４のゲートに供給され、ＮＰＮトランジスタ１４はオン状態となる。

ＮＰＮトランジスタ１５はローレベルのＰＷＭ信号Ｐinを受けてオフ状態となり、ＰＮＰトランジスタ１６もオフ状態となり、ＰＭＯＳトランジスタ１７はオン状態となる。したがって、ＰＭＯＳトランジスタ１７のソース−ドレイン間は導通しＬＥＤ４０−１〜４０−Ｎを駆動させるためのオペアンプ出力電圧に応じたＬＥＤ電流が供給される（図３（ｄ））。

その後に、ＰＷＭ信号Ｐinがハイレベル信号として入力されると（図３及び図４のｔ_２区間）、サンプルホールド回路１２はＰＷＭ信号Ｐinに同期してＬＥＤ消灯状態に遷移させるようにホールド機能を実行する。

ＮＰＮトランジスタ２２のベースに入力されるＰＷＭ信号Ｐinはハイレベル信号であるので、ＮＰＮトランジスタ２２はオン状態となり、ＮＭＯＳトランジスタ２１はオフ状態となる。そのためオペアンプ１３の入力電圧Ｖinは、直前の点灯状態の電圧が維持されることになり、オペアンプの出力電圧はＶoutは点灯状態における演算結果（出力電圧）を維持する（図３（ｃ），図４（ｆ）参照）。

ＮＰＮトランジスタ１５はハイレベルのＰＷＭ信号Ｐinを受け、オン状態となり、ＰＮＰトランジスタ１６もオン状態となり、ＰＭＯＳトランジスタ１７はオフ状態となる。したがって、ＰＭＯＳトランジスタ１７のソース−ドレイン間は導通せず、ＬＥＤ４０−１〜４０−Ｎへの駆動電流の供給は停止する（図３（ｄ））。

その後のｔ_３区間は上記したｔ_１区間における動作と同じであり、ｔ_４区間は上記したｔ_２区間における動作と同じである。以降ＰＷＭ信号Ｐinが供給され続ける限りｔ_１区間における動作とｔ_２区間における動作が繰り返される。

本実施の形態における車両用点灯制御装置１においてはスタンバイ状態からローレベルのＰＷＭ信号Ｐinが供給されるとそれ以後ＰＷＭ信号Ｐinの供給が停止されるまでオペアンプ１３の出力電圧Ｖoutは一定電圧のまま変動しない。

なお、上記実施の形態では、スイッチング手段４及びスイッチ部３をエミッタホロワとして機能させているが、ＰＭＯＳトランジスタ１７の代わりにＮＰＮトランジスタを用い、ＮＰＮトランジスタ１４の代わりにＮＭＯＳトランジスタを用いてソースホロワとして機能させても良い。

以上に記載したとおり、本実施の形態によれば、スタンバイ状態（区間ｔ_Ｓ）においてオペアンプ１３の入力電圧Ｖinの値を電流検出回路１１で検出された検出電圧Ｖdより大きい値になるようにサンプルホールド回路１２を動作させている。このため、スタンバイ状態から点灯状態（区間ｔ_１）に移行した直後におけるオペアンプ１３の入力電圧Ｖinは基準電圧２５より大きい値となり、その後、検出電圧Ｖdが維持される。すなわち、消灯状態（区間ｔ_２）、点灯状態（区間ｔ_３）、消灯状態（区間ｔ_４）・・・におけるオペアンプ１３の入力電圧Ｖinは検出電圧Ｖdのまま変動しない。したがって、点灯状態におけるＬＥＤ電流の立ち上がりの際にオーバーシュートは発生しない（図３（ｄ）参照）。

また、本実施の形態によれば、スイッチング手段４が光源部６の上流側（ハイサイド）に設けられているため、オペアンプ１３の出力はスイッチ部３を介して制御される。すなわち、ハイサイドに設けられたスイッチング手段４を制御することによって、オペアンプ１３の出力に対するハイサイドに設けられたスイッチング手段４を構成するＰＭＯＳトランジスタのゲート電圧利得を少なくとも等倍にすることができるのでフィードバック制御の発振異常を防止することができる。

また、本実施の形態によれば、ハイサイドでＬＥＤ電流を検出する構成となっているので、ＬＥＤ４０−１〜４０−Ｎのカソード側をグラウンド（ＧＮＤ）に接続することが可能となる。したがって、ＬＥＤ４０−１〜４０−Ｎのカソード側の地絡による異常を検出する必要がなくなる。

また、本実施の形態によれば、複数のＬＥＤ４０−１〜４０−Ｎのアノード側の地絡による異常に対して定電流回路１に過大電流が流れないため、安全性の向上を図ることができる。

次に、上記した実施の形態に係る車両用点灯制御装置を用いた車両用点灯制御システムについて説明する。図５は車両用点灯制御システム１０の構成を示した図である。

車両用点灯制御システム１０は、上記した実施の形態に係る車両用点灯制御装置１及び光源部６を複数備えて構成されたものである。したがって、以下の説明においては、上記した第１の実施の形態と同様の箇所については簡単に説明する。

車両用点灯制御システム１０は、車両用点灯制御装置１−１〜１−Ｎ及び光源部６−１〜６−Ｎを含んで構成されている。電源入力端子７は各車両用点灯制御装置１−１〜１−Ｎ内の電流検出回路１１に接続され、ＰＷＭ信号入力端子８−１〜８−Ｎはそれぞれ各車両用点灯制御装置１−１〜１−Ｎ内のサンプルホールド回路１２及びハイサイドスイッチ部５に接続されている。

電源(図示せず)から電源入力端子７を介して直流（ＤＣ）電圧Ｖ_ＩＮが供給されると、各車両用点灯制御装置１−１〜１−Ｎ内のシャント抵抗Ｒ１を介して電流検出回路１１によって電流検出が行われる。電流検出回路１１は検出電圧Ｖdをサンプルホールド回路１２に供給する。

デューティ比の異なるＰＷＭ信号ＰinがそれぞれＰＷＭ信号入力端子８−１〜８−Ｎを介して各車両用点灯制御装置１−１〜１−Ｎ内のサンプルホールド回路１２及びハイサイドスイッチ部５に入力される。

各車両用点灯制御装置１−１〜１−Ｎは上記した実施の形態に係る車両用点灯制御装置１と同様の動作を行い、各光源部２−１〜２−Ｎ内のＬＥＤ４０−１〜４０−ＮのＰＷＭ調光制御を行う。

車両用点灯制御システム１０は、上記したようにデューティ比の異なるＰＷＭ信号Ｐinの入力を車両用点灯制御装置１−１〜１−Ｎに各別に行うことができるので、上記した実施の形態における効果を奏する他に、複数の光源部２−１〜２−Ｎ毎にＰＷＭ調光制御を行うことができる。

上記した実施の形態は、本発明を好適に実施した形態の一例に過ぎず、本発明は、その主旨を逸脱しない限り、種々変形して実施することが可能なものである。

本発明の実施の形態に係る車両用点灯制御装置の構成を示した図である。サンプルホールド回路の構成を説明するための図である。車両用点灯制御装置の動作を説明するためのタイミングチャート図である。サンプルホールド回路の動作を説明するためのタイミングチャート図である。車両用点灯制御装置を含んで構成された車両用点灯制御システムの構成を示した図である。

符号の説明

１…車両用点灯制御装置、２…定電流回路、３…スイッチ部、４…スイッチング手段、５…ハイサイドスイッチ部、６，６−１〜６−Ｎ…光源部、７…電源入力端子、８，８−１〜８−Ｎ…ＰＷＭ信号入力端子、１１…電流検出回路、１２…サンプルホールド回路、１３…オペアンプ、１４，１５，２２…ＮＰＮトランジスタ、１６…ＰＮＰトランジスタ、１７…ＰＭＯＳトランジスタ、２１…ＮＭＯＳトランジスタ、２５…直流電源、２７，２７−１〜２７−Ｎ，２８…出力端子、２９，２９−１〜２９−Ｎ，３０…光源入力端子、４０−１〜４０−Ｎ…ＬＥＤ

Claims

調光信号に応じて半導体光源に供給される駆動電流をオン・オフ制御するスイッチング手段と、前記駆動電流を定電流制御する定電流制御手段とを有する車両用点灯制御装置において、
前記定電流制御手段は、
前記スイッチング手段をオン・オフ制御するスイッチ部と、
前記スイッチング手段がオン制御している時に前記駆動電流に対応する電圧信号を前記スイッチ部に出力し、前記スイッチング手段がオフ制御している時に前記電圧信号を継続して前記スイッチ部に出力する信号保持部とを有する
ことを特徴とする車両用点灯制御装置。
前記信号保持部は、オフ制御直前のオン制御時における前記電圧信号を保持して出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用点灯制御装置。
前記スイッチング手段は前記半導体光源の正極側に直列接続されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用点灯制御装置。
前記信号保持部は、電源電圧が入力された後に前記オン制御時における前記電圧信号の電圧値より大きい電圧値をもつ電圧信号を前記スイッチ部に出力する
ことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の車両用点灯制御装置。
前記信号保持部は、オン制御時に電流制御部を少なくとも電圧利得１倍で制御する
ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の車両用点灯制御装置。