JP2010111213A

JP2010111213A - 車両用灯具の過電圧保護回路

Info

Publication number: JP2010111213A
Application number: JP2008284563A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fujino; 隆史藤野
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2008-11-05
Publication date: 2010-05-20

Abstract

【課題】電源ラインに発生したロードダンプサージによるサージ電圧の吸収に大電力型ツェナーダイオードを採用することなく、低コストの回路構成によりサージ電圧を効果的に吸収し、電源ラインに接続された電子機器、光源素子への影響を未然に防止する。
【解決手段】電源の電力を供給する電源ラインとアースラインとの間に接続した光源素子を発光させるようにした車両用灯具において、前記光源素子への電力の供給または遮断を司る半導体素子を電源ラインに介挿し、且つ、該半導体素子の給電路にサージ保護抵抗を並列接続してなり、更に前記電源ラインとアースラインとの間にサージ電圧検出手段を設け、該サージ電圧検出手段が電源ラインに発生したサージ電圧を検出したとき、前記半導体素子の作動を停止して電力の供給を遮断するとともに、前記サージ保護抵抗によりサージ電圧が吸収されるようにした過電圧保護回路となるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用灯具の点灯回路においてロードダンプサージにより発生した過電圧（サージ電圧）を効果的に吸収し、電源ラインに接続された電子機器、光源素子への影響を未然に防止できるようにした車両用灯具の過電圧保護回路に関する。

一般乗用車、バス、トラックなどの車両に設置される灯具（ヘッドランプ、テールランプ、ストップランプなど）に、ＬＥＤ（ Light Emitting Diode ）が採用される傾向にあり、この場合、複数のＬＥＤを同時に発光させて要求される光束を確保するようにしている（例えば、特許文献１）。図３に示す例では、片側のテールランプを構成するため、直列の３個のＬＥＤ５０を４本並列にしたＬＥＤ光源群に電流制限抵抗５１を介してバッテリー電源５２の電力がスイッチ５３を閉成して供給されるようにしている。

このように構成された灯具において、光源に電力を供給中に何らかの要因で電源ラインがバッテリーから外れるとロードダンプサージが発生し、電源ラインのインダクタンス成分による逆起電力によって発生するパルス状の過渡的な高電圧であるサージ電圧で電源ラインに接続された電子回路などが影響を受けることが知られている。このため、電源ラインとアースライン間をツェナーダイオード５４で接続し、ロードダンプサージが発生したとき、そのサージ電圧を吸収する試みが一般になされている。
特開２００４−３９４６６号公報

ところで、このような目的に使用されるツェナーダイオードは、大電力型（公称５Ｗ）であり、例えば、日本の自動車電子機器の安全規格である「ＪＡＳＯＡ−１」では、１２Ｖ電源系でピーク約７０Ｖ、減衰時定数約２００ｍｓｅｃのサージ電圧が低い電圧（約３０Ｖ）でクランプされ、後段の電子回路が保護されるように定められている。

また、近年の自動車においては、電子回路搭載率の上昇に伴うバッテリー電源からの電気配線数が増加し、ワイヤーハーネスが長くなるなどの要因により電源ラインのインダクタンス成分も増加し、ロードダンプサージのピーク電圧も上昇傾向にある。このため、国際規格である「ＩＳＯ７６３７−Ｐ５」では、同じ１２Ｖ電源系のロードダンプサージのピーク電圧は、電源電圧プラス１００Ｖと規定され、前述のＪＡＳＯ規格より高い電圧となっている。

このような規格に対応できる大電力型ツェナーダイオード（パワーツェナー）は、電子回路に採用されるような一般的なツェナーダイオードに較べ極めて価格が高く、そして、大きなロードダンプサージが発生する場合は、複数個を直列または並列に接続して実装するようにしている。しかしながら、このツェナーダイオードの使用個数が多くなることによりコストが上昇し、実装面積が大きくなるなどの問題があった。しかも、今後も自動車のエレクトロニックス化が進む傾向があることから、ロードダンプサージによるサージ電圧は、ますます高くなっていくことが予測されている。

本発明は、かかる実情のもとになされたもので、大電力型ツェナーダイオードを採用することなく、低コストの回路構成によりロードダンプサージにより発生したサージ電圧を効果的に吸収し、電源ラインに接続された電子機器、光源素子への影響を未然に防止できるようにすることを目的とするものである。

そこで本発明は以下に述べる手段により、上記課題を解決するようにした。即ち、請求項１記載の発明では、電源の電力を供給する電源ラインとアースラインとの間に接続した光源素子を発光させるようにした車両用灯具において、前記光源素子への電力の供給または遮断を司る半導体素子を電源ラインに介挿し、且つ、該半導体素子の給電路にサージ保護抵抗を並列接続してなり、更に前記電源ラインとアースラインとの間にサージ電圧検出手段を設け、該サージ電圧検出手段が電源ラインに発生したサージ電圧を検出したとき、前記半導体素子の作動を停止して電力の供給を遮断するとともに、前記サージ保護抵抗によりサージ電圧が吸収される車両用灯具の過電圧保護回路となるようにする。

請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の車両用灯具の過電圧保護回路において、サージ電圧検出手段による電源ラインのサージ電圧をツェナーダイオードのツェナー電圧に基づいて検出するようにする。

請求項３記載の発明では、上記請求項１記載の車両用灯具の過電圧保護回路において、サージ電圧検出手段による電源ラインのサージ電圧を電界効果トランジスタのゲート・ソース間のスレッシュルド電圧に基づいて検出するようにする。

本発明の請求項１記載の発明によれば、電源ラインに発生したロードダンプサージによるサージ電圧の吸収に大電力型ツェナーダイオードを採用することなく、低コストの回路構成によりサージ電圧を効果的に吸収し、電源ラインに接続された電子機器、光源素子への影響を未然に防止することができる。また、サージ電圧の吸収時にも光源素子が不点灯とならないので、照明機能を損なうことなく、走行安全性を維持することができる。

本発明の請求項２記載の発明によれば、電源ラインのサージ電圧を小信号タイプのツェナーダイオードで検出できるようにしたので、コスト低減に寄与することができる。

本発明の請求項３記載の発明によれば、電源ラインのサージ電圧を小信号タイプの電界効果トランジスタのゲート・ソース間のスレッシュルド電圧に基づいて検出できるようにしたので、コスト低減に寄与することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図１に示す第１実施例および図２に示す第２実施例に基づいて詳細に説明する。

（第１実施例）
図１は、本発明の車両用灯具の過電圧保護回路の第１実施例の構成を示す回路図であり、同図に示すようにバッテリー電源１から電源ラインＰＬおよびアースラインＥＬが接続され、スイッチ２の入切により負荷となる車両用灯具Ａおよび過電圧保護回路Ｂへの電力の供給または遮断が行われる。

前記車両用灯具Ａは点灯数を多くするため、電源ラインＰＬとアースラインＥＬ間に電流制限抵抗Ｒｄと３個のＬＥＤとによる直列回路が４本並列に接続され、ＬＥＤ光源群となるようにしている。このように構成された車両用灯具Ａは、例えば、車両後部の左右に各々配設され、ストップランプやテールランプとなるようにし、電流制限抵抗ＲｄによりＬＥＤが所定の光度で発光するようにしてある。

つぎに、過電圧保護回路Ｂは、電源ラインＰＬ上のバッテリー電源１側にソースを、車両用灯具Ａ側にドレインを接続したハイサイドスイッチとなるＰｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ３を備え、前記ソースとドレイン間にサージ保護抵抗Ｒ１を接続してある。Ｐｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ３のゲートは分圧抵抗Ｒ２を介して電源ラインＰＬに接続される一方、分圧抵抗Ｒ３を介してアースラインＥＬに接続されるとともに、スイッチングトランジスタ４のコレクタに接続される。したがって、Ｐｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ３の動作点が分圧抵抗Ｒ２、Ｒ３により定まり、スイッチングトランジスタ４のオン・オフに基づいてＰｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ３がオン・オフする。

前記スイッチングトランジスタ４は、エミッタが電源ラインＰＬに接続され、ベースが分圧抵抗Ｒ４を介して電源ラインＰＬに接続されるとともに、分圧抵抗Ｒ５を介してスイッチングトランジスタ５のコレクタに接続されている。したがって、スイッチングトランジスタ４の動作点が分圧抵抗Ｒ４、Ｒ５により定まり、スイッチングトランジスタ５のオン・オフに基づいてスイッチングトランジスタ４がオン・オフする。

前記スイッチングトランジスタ５は、ベースが分圧抵抗６およびロードダンプサージ検出用のツェナーダイオードＺＤを介して電源ラインＰＬに接続され、分圧抵抗Ｒ７を介してアースラインＥＬに接続されている。したがて、スイッチングトランジスタ５の動作点が分圧抵抗Ｒ４、Ｒ５により定まり、ツェナーダイオードＺＤがブレークダウンすることによりスイッチングトランジスタ５がオンとなる。

なお、前記ツェナーダイオードＺＤは、ロードダンプサージを検出するためのものであるから、小信号タイプのものを採用することが可能である。また、ツェナーダイオードＺＤのブレークダウン電圧をバッテリー電源１の定格電圧より高く、且つ、ロードダンプサージ電圧より低くなるように予め設定しておく。

本発明の第１実施例の車両用灯具の過電圧保護回路は以上のように構成されており、ロードダンプサージが発生した場合の同回路の動作態様を以下に説明する。ロードダンプサージが発生せず、バッテリー電源１から安定に電力が供給されている状態においては、スイッチングトランジスタ４、５がともにオフとなることから、Ｐｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ３は順バイアスされてオンとなることからソース・ドレイン間が給電路として成立し、電流制限抵抗Ｒｄを介して所定の電流がＬＥＤに流れて発光する。

かかる状態において、電源ラインＰＬにロードダンプサージが発生すると、そのサージ電圧でツェナーダイオードＺＤがブレークダウンしてオンとなる。これにより、スイッチングトランジスタ５がオンとなることから、スイッチングトランジスタ４がオンとなり、Ｐｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ３のゲート・ソース間の電圧が０Ｖとなって、Ｐｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ３がオフとなる。

この結果、それまでＰｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ３のドレイン・ソース間でショートされていたサージ保護抵抗Ｒ１が電源ラインＰＬ上に接続されることになり、このサージ保護抵抗Ｒ１を経由するバッテリー電源１から車両用灯具ＡのＬＥＤ回路部への閉回路が形成される。そして、このサージ保護抵抗Ｒ１の抵抗値を後段の回路のインピーダンスより十分に高く設定しておけば、ロードダンプサージにより発生したサージ電圧はその設定比で分圧されてサージ保護抵抗Ｒ１にかかることになる。そして、電圧と抵抗による電力の式、Ｐ＝Ｖ^２／Ｒより、発生したサージ電圧はサージ保護抵抗Ｒ１で消費され、後段の回路は保護されることになる。

（第２実施例）
図２は、本発明の車両用灯具の過電圧保護回路の第２実施例の構成を示す回路図であり、同図に示すようにバッテリー電源１から電源ラインＰＬおよびアースラインＥＬが接続され、スイッチ２の入切により負荷となる車両用灯具Ａおよび過電圧保護回路Ｂへの電力の供給または遮断が行われる。なお、車両用灯具ＡのＬＥＤ回路部の構成は第１実施例と同一のため、その説明を省略する。

つぎに、過電圧保護回路Ｂは、第１実施例と同様に電源ラインＰＬ上のバッテリー電源１側にソースを、車両用灯具Ａ側にドレインを接続したＰｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ３を備え、前記ソースとドレイン間にサージ保護抵抗Ｒ１を接続してある。Ｐｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ３のゲートは分圧抵抗Ｒ２を介して電源ラインＰＬに接続される一方、分圧抵抗Ｒ３を介してアースラインＥＬに接続されるとともに、スイッチングトランジスタ４のコレクタに接続される。したがって、Ｐｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ３の動作点が分圧抵抗Ｒ２、Ｒ３により定まり、スイッチングトランジスタ４のオン・オフに基づいてＰｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ３がオン・オフする。

前記スイッチングトランジスタ４は、エミッタが電源ラインＰＬに接続され、ベースが分圧抵抗Ｒ４を介して電源ラインＰＬに接続される一方、分圧抵抗Ｒ５を介してＮｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ６のドレインに接続されている。したがって、スイッチングトランジスタ４の動作点が分圧抵抗Ｒ４、Ｒ５により定まり、Ｎｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ６のオン・オフに基づいてスイッチングトランジスタ４がオン・オフする。

前記Ｎｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ６は、ソースがアースラインＥＬに接続され、ゲートが分圧抵抗Ｒ８を介して電源ラインＰＬに接続される一方、分圧抵抗Ｒ９を介してアースラインＥＬに接続される。したがって、Ｎｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ６の動作点が分圧抵抗Ｒ８、Ｒ９により定まり、ロードダンプサージが発生してそのサージ電圧がＮｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ６のゲート・ソース間のスレッショルド電圧より一定の高さを超えると、Ｎｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ６がオンとなるようにしている。なお、前記Ｎｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ６は、ロードダンプサージを検出するものであるから、小信号タイプのもので対応することができる。

本発明の第２実施例の車両用灯具の過電圧保護回路は以上のように構成されており、ロードダンプサージが発生した場合の同回路の動作態様を以下に説明する。ロードダンプサージが発生せず、バッテリー電源１から安定に電力が供給されている状態においては、スイッチングトランジスタ４およびＮｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ６はともにオフとなることから、Ｐｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ３は順バイアスされてオンとなることからソース・ドレイン間が給電路として成立し、電流制限抵抗Ｒｄを介して所定の電流がＬＥＤに流れて発光する。

かかる状態において、電源ラインＰＬにロードダンプサージが発生すると、そのサージ電圧によりＮｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ６がオンとなる。これにより、スイッチングトランジスタ４がオンとなり、Ｐｃｈ−ＭＯＳＦＥＴのゲート・ソース間の電圧が０Ｖとなって、Ｐｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ３がオフとなる。

この結果、第１実施例と同様にそれまでＰｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ３のドレイン・ソース間でショートされていたサージ保護抵抗Ｒ１が電源ラインＰＬ上に接続されることになり、このサージ保護抵抗Ｒ１を経由するバッテリー電源１から車両用灯具ＡのＬＥＤ回路部への閉回路が形成される。そして、ロードダンプサージにより発生したサージ電圧はその設定比で分圧されてサージ保護抵抗Ｒ１にかかり、発生したサージ電圧はサージ保護抵抗Ｒ１で消費され、後段の回路は保護されることになる。

本発明の車両用灯具の過電圧保護回路は以上のように構成されていることから、電源ラインＰＬにロードダンプサージが発生すると、Ｐｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ３がオフされて後段の回路のサージ電圧からの保護が可能となる。このとき、サージ保護抵抗Ｒ１が接続されていないと仮定すると、サージ電圧が発生した瞬間に回路がオープンとなってＬＥＤが不点灯となるが、サージ保護抵抗Ｒ１により閉回路が形成されるのでＬＥＤの点灯は維持され、照明機能を損なうことなく、走行安全性を維持することができる。

なお、以上の実施例では、ハイサイドスイッチとしてＰｃｈ−ＭＯＳＦＥＴを採用した構成に基づいて説明したが、これに代えてバイポーラトランジスタを採用することも可能である。

本発明は、ＬＥＤを採用する特に車両用のテールランプ、ストップランプ、ターンランプ、フォグランプ、ヘッドランプなど、あるいは建築物の室内外の照明装置などを対象として広範に実施することが可能である。

本発明の車両用灯具の過電圧保護回路の第１実施例を示す図である。本発明の車両用灯具の過電圧保護回路の第２実施例を示す図である。従来の過電圧保護回路を示す図である。

符号の説明

Ａ・・・・・・・車両用灯具
Ｂ・・・・・・・過電圧保護回路
１・・・・・・・バッテリー電源
２・・・・・・・スイッチ
３・・・・・・・Ｐｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ
４・５・・・・・スイッチングトランジスタ
６・・・・・・・Ｎｃｈ−ＭＯＳＦＥＴ
Ｒ１・・・・・・サージ保護抵抗
Ｒ２〜Ｒ９・・・分圧抵抗
Ｒｄ・・・・・・電流制限抵抗
ＬＥＤ・・・・・Light Emitting Diode

Claims

電源の電力を供給する電源ラインとアースラインとの間に接続した光源素子を発光させるようにした車両用灯具において、
前記光源素子への電力の供給または遮断を司る半導体素子を電源ラインに介挿し、且つ、該半導体素子の給電路にサージ保護抵抗を並列接続してなり、
更に前記電源ラインとアースラインとの間にサージ電圧検出手段を設け、該サージ電圧検出手段が電源ラインに発生したサージ電圧を検出したとき、前記半導体素子の作動を停止して電力の供給を遮断するとともに、前記サージ保護抵抗によりサージ電圧が吸収されるようにしたことを特徴とする車両用灯具の過電圧保護回路。
前記サージ電圧検出手段による電源ラインのサージ電圧をツェナーダイオードのツェナー電圧に基づいて検出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の車両用灯具の過電圧保護回路。
前記サージ電圧検出手段による電源ラインのサージ電圧を電界効果トランジスタのゲート・ソース間のスレッシュルド電圧に基づいて検出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の車両用灯具の過電圧保護回路。