JP2010147220A - 車両用灯具の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 地絡電流の抑制をすることによって製造コストを低下させること。
【解決手段】 LED21−1〜21−nに電力を供給する反転型コンバータ2と、LED21−1〜21−nに直列に接続されたシャント抵抗Rsを備えLED21−1〜21−nに流れるLED駆動電流を検出する電流検出部3とを有する。電流検出部3は、シャント抵抗Rsを介してLED21−1〜21−nに直列に接続されたシャント抵抗Rs’と、シャント抵抗Rs’に並列に接続されたNMOSトランジスタ10及び反転型コンバータ2の正極出力側又は負極出力側が地絡した時にNMOSトランジスタ10をオフ動作させるツェナーダイオードZD1を備えたバイパス部4とを有する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、車両用灯具の制御装置に関し、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灯具の制御装置に関する。
従来、車両用灯具として、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)などの半導体発光素子を半導体光源として用いたものが知られており、この種の車両用灯具には、LEDの点灯を制御する制御装置が実装されている。
上記制御装置としては、電力供給部と、LEDに流れるLED駆動電流(光源駆動電流)Iを検出する電流検出部と、電力供給部の出力を制御する電流制御部とを含んで構成されているものが知れられている(例えば、特許文献1参照)。電力供給部には正極出力を供給するものと負極出力を供給するものとがあり、負極出力を供給する代表的なものとして反転型電力供給部(反転型コンバータ)が知られている。
以下に、電力供給部として反転型コンバータを用いた制御装置の例について説明する。
電流検出部は、シャント抵抗Rsと、NPNトランジスタTr1と、NPNトランジスタTr2と、NPNトランジスタTr1のエミッタに接続された抵抗Raと、NPNトランジスタTr1のコレクタに接続された抵抗Rbとを備えて構成されている。シャント抵抗Rsの一端はNPNトランジスタTr2のエミッタに接続され、他端は抵抗Raを介してNPNトランジスタTr1のエミッタに接続されている。
電流検出部の出力は反転増幅器の負入力に入力されている。電流検出部の出力側における光源駆動電流情報は(−V)である。尚、光源駆動電流情報(−V)と反転増幅器の出力電圧Vの大きさは同じであるが極性は逆である。反転増幅器の出力は電流制御部の入力に接続され、電流制御部の出力は反転型コンバータのPMOSトランジスタのゲートに接続されている。
シャント抵抗で検出されたLED駆動電流Iは電流検出部によって光源駆動電流情報(−V)に変換され、該光源駆動電流情報(−V)は反転増幅器により極性が反転して出力される。反転増幅器の出力電圧Vは電流制御部に入力される。出力電圧Vを一定にするために電流制御部は反転型コンバータのPMOSトランジスタのゲートにPWM(Pulse Width Modulation)信号を送出する。
特開2004−126041号公報
ところで、正常動作時におけるLED駆動電流Iと抵抗Raに流れる電流Isとの関係は、
Is=V/Rb=Rs・I/Ra ・・・・・(1)
となる。尚、NPNトランジスタTr1のベース電圧とNPNトランジスタTr2のベース電圧は等しいものとしている。
従って、LED駆動電流Iは、
=Ra・V/Rs・Rb ・・・・・(2)
となる。
一方、反転型コンバータの正極出力側又は負極出力側が地絡した時(以下、「地絡時」と呼ぶ。)には、NPNトランジスタTr2のエミッタ電圧がグラウンド(GND)と同電位となるため、NPNトランジスタTr2はオフ動作しNPNトランジスタTr1はオン動作する。従って、出力電圧情報Vが一定になるまでLED駆動電流Iがシャント抵抗Rsに流れる。このときのLED駆動電流IをIL−Fault(地絡電流)とすると、地絡電流IL−Faultと抵抗Raに流れる電流Isとの関係は、
+Is・Ra=IL−Fault・Rs ・・・・・(3)
となり、電流Isは、
Is=Rs・IL−Fault/(Ra+Rb) ・・・・・(4)
となる。
従って、地絡電流IL−Faultは、
L−Fault=(Ra+Rb)・V/(Rs・Rb)
=Ra・V/(Rs・Rb)+V/Rs ・・・・・(5)
となる。
上記数式(2)と上記数式(5)を比較すると、地絡時に流れる地絡電流IL−Faultは正常動作時に流れるLED駆動電流IよりもV/Rsの分だけ大きくなる。
従って、抵抗素子(シャント抵抗)及び半導体光源と直列に接続されている素子の定格電力を地絡電流に合わせて大きくする必要があり製品コストの上昇を来たしてしまう。
そこで、本発明は、地絡電流の抑制をすることによって製品コストを低下させることを課題とする。
本発明の一態様による車両用灯具の制御装置は、半導体光源に電力を供給する電力供給手段と、前記半導体光源に直列に接続された第1の抵抗を備え前記半導体光源に流れる光源駆動電流を検出する電流検出手段とを備え、前記電流検出手段が、前記第1の抵抗を介して前記半導体光源に直列に接続された第2の抵抗と、前記第2の抵抗に並列に接続されたスイッチ部及び前記電力供給手段の正極出力側又は負極出力側が地絡した時に前記スイッチ部をオフ動作させる地絡検出部を備えたバイパス部とを有し、さらに前記スイッチ部のオンオフ動作を切り替えて前記半導体光源の調光制御を行う切替部を設けるようにしたものである。
従って、地絡した時にスイッチ部をオフ動作させることによって光源駆動電流が第1の抵抗を介して第2の抵抗を流れる。
本発明車両用灯具の制御装置は、半導体光源に電力を供給する電力供給手段と、前記半導体光源に直列に接続された第1の抵抗を備え前記半導体光源に流れる光源駆動電流を検出する電流検出手段とを備え、前記電流検出手段が、前記第1の抵抗を介して前記半導体光源に直列に接続された第2の抵抗と、前記第2の抵抗に並列に接続されたスイッチ部及び前記電力供給手段の正極出力側又は負極出力側が地絡した時に前記スイッチ部をオフ動作させる地絡検出部を備えたバイパス部とを有し、さらに前記スイッチ部のオンオフ動作を切り替えて前記半導体光源の調光制御を行う切替部を設けているので、前記第2の抵抗の値を調整することにより地絡電流を調整することができる。
従って、前記第2の抵抗の値次第で地絡電流を正常動作時の前記光源駆動電流よりも小さくして地絡電流の抑制を行うことにより製品コストを低下させることができる。
さらに、半導体光源の調光制御を行う機能と地絡電流を抑制する機能をスイッチ部一つで兼用することができる。
請求項2に記載した発明にあっては、前記地絡検出部が前記地絡時にオフ動作するツェナーダイオードであり、前記スイッチ部が前記ツェナーダイオードのオフ動作時にオフ動作するスイッチ素子であり、前記スイッチ素子のオン動作時に前記光源駆動電流が前記スイッチ素子を流れ、前記スイッチ素子のオフ動作時に前記光源駆動電流が前記第2の抵抗を流れるので、地絡時に前記光源駆動電流が前記第2の抵抗を流れるように確実にスイッチ素子をオフ動作させることができる。
請求項3に記載した発明にあっては、前記ツェナーダイオードのオン電圧が、前記地絡時における前記電力供給手段の出力電圧より大きく、かつ、前記半導体光源の電流が流れ始める順方向電圧以下に設定されるので、正常時には確実にツェナーダイオードをオン動作させることができ、かつ、地絡時には確実にツェナーダイオードをオフ動作させることができる。
以下に、本発明の第1の実施の形態に係る車両用灯具の制御装置について説明する。
制御装置1は、図1に示すように、電力供給手段としての反転型コンバータ2と、電流検出部3と、電流制御部5と、反転増幅器13とを有して構成されている。
反転型コンバータ2は、スイッチングトランジスタを含んで構成され、電流制御部5からのオンオフ信号(PWM信号)を受けて負極出力を半導体光源としてのLED21−1〜21−n(nは1以上の整数)に供給する。
電流検出部3は、第1の抵抗としてのシャント抵抗Rs、第2の抵抗としてのシャント抵抗Rs’、バイパス部4、NPNトランジスタ11、12を備えて構成され、LED21−1〜21−nに流れる光源駆動電流(LED駆動電流I)を検出する。LED駆動電流Iは電流検出部3によって光源駆動電流情報(−V)に変換される。
バイパス部4は、シャント抵抗Rs’に並列に接続されたスイッチ部としてのNMOSトランジスタ10と、地絡検出部としてのツェナーダイオードZD1とを有して構成されている。NMOSトランジスタ10のゲートは抵抗R2を介してツェナーダイオードZD1のアノードに接続され抵抗R1、R3を介してNPNトランジスタ11のエミッタに接続されている。ツェナーダイオードZD1のカソードはグラウンド(GND)に接続されている。
反転増幅器13は光源駆動電流情報(−V)の極性を反転して出力電圧Vを出力する。反転増幅器13の負入力は抵抗R7を介して出力に接続されると共に抵抗R6を介して電流検出部3のNPNトランジスタ11のコレクタに接続され、正入力は接地されている。
電流制御部5は、エラーアンプ(図示せず)とPWMコンパレータ(図示せず)を備えて構成され、出力電圧情報Vを一定にするために、前記スイッチングトランジスタにPWM信号を送出し反転型コンバータ2の負極出力を制御する。
以下に、バイパス部4の動作について、正常動作時と反転型コンバータ2の負極出力側が地絡した時(以下、「地絡時」と呼ぶ。)に分けて説明する。図2は、ツェナーダイオードZD1のオン電圧の設定範囲(図2のB領域)を説明するための図であり、ツェナーダイオードZD1のオン電圧は地絡時における反転型コンバータ2の出力電圧(Va)より大きく、かつ、正常動作時にLED駆動電流Iが流れ始める反転型コンバータ2の出力電圧(Vb)以下に設定されている。尚、Vcは正常動作時における反転型コンバータ2の出力電圧である。
正常動作時には、反転型コンバータ2の出力電圧(Vc、図2のC領域)は、ツェナーダイオードZD1のオン電圧(>Va、≦Vb)よりも高いのでツェナーダイオードZD1のアノード−カソード間電圧(=Vc)が前記オン電圧よりも高くなりツェナーダイオードZD1がオン動作する。ツェナーダイオードZD1がオン動作すると、NMOSトランジスタ10もオン動作しLED駆動電流Iはシャント抵抗Rs及びNMOSトランジスタ10を流れる。
従って、LED駆動電流Iは、
=R1・V/Rs・R2 ・・・・・(6)
となる。尚、NMOSトランジスタ10のオン抵抗はシャント抵抗Rsに比べて限りなく小さい。
一方、地絡時には、反転型コンバータ2の出力電圧(≦Va、図2のA領域)はツェナーダイオードZD1のオン電圧よりも低いのでツェナーダイオードZD1のアノード−カソード間電圧(≦Va)が前記オン電圧よりも低くなりツェナーダイオードZD1がオフ動作する。ツェナーダイオードZD1がオフ動作するとNMOSトランジスタ10もオフ動作しLED駆動電流Iはシャント抵抗Rs及びシャント抵抗Rs’を流れる。
従って、地絡時におけるLED駆動電流Iを地絡電流IL−Faultとすると、地絡電流IL−Faultは、
L−Fault=(R1+R2)・V/(Rs+Rs’)・R2
=R1・V/(Rs+Rs’)・R2+V/(Rs+Rs’)・・・・・(7)
となる。
上記数式(7)に示すように、地絡電流IL−Faultは、シャント抵抗Rs’の値を大きくすると小さくなる。
一例として、正常動作時のLED駆動電流Iを100ミリアンペア(mA)、シャント抵抗Rsを1オーム(Ω)、シャント抵抗Rs’を19オーム(Ω)、出力電圧情報Vを1ボルト(V)として、上記数式(7)を計算すると地絡電流IL−Faultは55mAとなる。ここで、上記と同様の条件(Iを100(mA)、Rs=1(Ω)、V=1(V))を上記した従来技術における数式(5)に適用して地絡電流IL−Faultを計算すると、地絡電流IL−Faultは1.1アンペア(A)となる。
従って、シャント抵抗Rs’の値を調整することにより地絡電流IL−Faultを調整することができ、シャント抵抗Rs’の値次第で地絡電流IL−Faultを正常動作時のLED駆動電流Iよりも小さくすることができる。
また、ツェナーダイオードZD1のオン電圧が、地絡時における反転型コンバータ2の出力電圧(Va)より大きく、かつ、LED駆動電流Iの送出開始時における反転型コンバータ2の出力電圧(Vb)以下に設定されているので、地絡時には確実にツェナーダイオードZD1のオン電圧よりも反転型コンバータ2の出力電圧の方が低くなる。従って、地絡時には、確実にツェナーダイオードZD1をオフ動作させることができ、NMOSトランジスタ10をオン動作させることができる。
以上に説明したように、本第1の実施の形態によれば、地絡電流の抑制をすることによって製品コストを低下させることができる。
尚、本第1の実施の形態では、電力供給手段として負極出力コンバータである反転型コンバータ2を含む制御装置について説明したが、電力供給手段として正極出力コンバータを用いても上記と同様の効果を得ることができる。具体的には、制御装置は、電力供給手段としての正極出力コンバータと、上記第1の実施の形態と同様の回路構成を有する電流検出部及び電流制御部とを有して構成され、前記電流検出部の出力が前記電流制御部に直接送出される。尚、前記正極出力コンバータから正極出力が出力され前記電流検出部の出力は正極出力となるので反転増幅器は不要である。
以下に、本発明の第2の実施の形態に係る車両用灯具の制御装置について説明する(図3参照)。本第2の実施の形態に係る制御装置30は、上記した第1の実施の形態における動作に加え、正常時に切替部36によってツェナーダイオードZD10のオンオフ動作を切り替えることによって、NMOSトランジスタ40のオンオフ動作を切り替えてLED51−1〜51−nの調光制御を行う装置である。
制御装置30は、反転型コンバータ32と、電流検出部33と、電流制御部35と、切替部36と、反転増幅器43とを有して構成されている。尚、制御装置30を構成する反転型コンバータ32、電流検出部33、電流制御部35、反転増幅器43は、図1に示した制御装置1を構成する反転型コンバータ2、電流検出部3、電流制御部5、反転増幅器13とそれぞれ同様の構成であるので説明を省略する。
切替部36は、NPNトランジスタ44、PNPトランジスタ45、抵抗R18、R19、R20、R21を備えて構成され、NPNトランジスタ44のベースには抵抗R18を介して調光信号が入力される。
NPNトランジスタ44のコレクタは抵抗R20を介してPNPトランジスタ45のベースに接続されている。PNPトランジスタ45のエミッタは基準電源Vccに接続され、コレクタはツェナーダイオードZD10のカソードに接続されている。
以下に、切替部36の動作について、正常動作時及び地絡時のそれぞれにおいて前記調光信号がローレベル信号の場合とハイレベル信号の場合に分けて説明する。また、以下では、LED51−1〜51−nが車幅灯として機能するポジショニングランプ(クリアランスランプ)及び夜間以外の時間帯において点灯して標識機能を発揮するデイタイムランニングランプに用いられている場合を一例として説明し、ポジショニングランプの点灯中には前記調光信号としてローレベル信号が送出され、デイタイムランニングランプの点灯中には前記調光信号としてハイレベル信号が送出されるものとして説明する。
尚、ツェナーダイオードZD10のオン電圧は、基準電源Vccの基準電源電圧より大きく、かつ、正常時にLED駆動電流Iが流れ始める反転型コンバータ32の出力電圧以下に設定されている。
正常動作時にNPNトランジスタ44のベースにローレベルの調光信号が入力されると、NPNトランジスタ44がオフ動作しPNPトランジスタ45がオフ動作する。PNPトランジスタ45がオフ動作すると、ツェナーダイオードZD10のアノードがハイインピーダンスになるので、アノード−カソード間電圧が前記オン電圧より低くなりツェナーダイオードZD10がオフ動作し、NMOSトランジスタ40がオフ動作して、LED駆動電流I(=R1・V/(Rs+Rs’)・R2+V/(Rs+Rs’))が流れ、シャント抵抗Rs’を大きく設定することによりLED駆動電流Iが減少する。
地絡時にNPNトランジスタ44のベースにローレベルの調光信号が入力される場合にも上記と同様の動作が行われ、NMOSトランジスタ40がオフ動作し上記と同様のシャント抵抗Rs’の設定によりLED駆動電流Iが減少する。
従って、大きなLED駆動電流Iを必要としないポジショニングランプの点灯中においては、前記ローレベルの調光信号をNPNトランジスタ44のベースに入力し、シャント抵抗Rs’を大きく設定することによりLED駆動電流Iを減少させることができるので、ポジショニングランプの適切な調光制御を行うことができると共に地絡電流の抑制を図ることができる。
正常動作時にNPNトランジスタ44のベースにハイレベルの調光信号が入力されると、NPNトランジスタ44がオン動作しPNPトランジスタ45がオン動作する。PNPトランジスタ45がオン動作すると、ツェナーダイオードZD10のアノード−カソード間電圧が前記オン電圧よりも高くなりツェナーダイオードZD10がオン動作し、NMOSトランジスタ40がオン動作してLED駆動電流I(=R1・V/Rs・R2)が流れる。このLED駆動電流Iは上記したツェナーダイオードZD10がオフ動作した時のLED駆動電流Iよりも大きい電流である。
地絡時にNPNトランジスタ44のベースにハイレベルの調光信号が入力されると、上記と同様にPNPトランジスタ45がオン動作する。PNPトランジスタ45がオン動作した場合でもツェナーダイオードZD10のアノード−カソード間電圧が前記オン電圧より低くなるので、ツェナーダイオードZD10がオフ動作してLED駆動電流I(=R1・V/(Rs+Rs’)・R2+V/(Rs+Rs’))が流れ、シャント抵抗Rs’を大きく設定することによりLED駆動電流Iが減少する。
従って、大きなLED駆動電流I(=R1・V/Rs・R2)を必要とするデイタイムランニングランプの点灯中においては、前記ハイレベルの調光信号をNPNトランジスタ44のベースに入力することによってLED駆動電流Iを減少させることなくデイタイムランニングランプの適切な調光制御を行うことができると共に地絡電流の抑制を図ることができる。
上記した各実施の形態は、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。
本発明の第1の実施の形態に係る車両用灯具の制御装置の構成を示した図である。 ツェナーダイオードのオン電圧の設定範囲を説明するための図である。 本発明の第2の実施の形態に係る車両用灯具の制御装置の構成を示した図である。
符号の説明
1、30…制御装置、2、32…反転型コンバータ(電力供給手段)、3、33…電流検出部、4、34…バイパス部、5、35…電流制御部、10、40…NMOSトランジスタ(スイッチ部)、21−1〜21−n、51−1〜51−n…LED、36…切替部

Claims (3)

  1. 半導体光源に電力を供給する電力供給手段と、
    前記半導体光源に直列に接続された第1の抵抗を備え前記半導体光源に流れる光源駆動電流を検出する電流検出手段とを備え、
    前記電流検出手段が、前記第1の抵抗を介して前記半導体光源に直列に接続された第2の抵抗と、前記第2の抵抗に並列に接続されたスイッチ部及び前記電力供給手段の正極出力側又は負極出力側が地絡した時に前記スイッチ部をオフ動作させる地絡検出部を備えたバイパス部とを有し、
    前記スイッチ部のオンオフ動作を切り替えて前記半導体光源の調光制御を行う切替部を設けた
    ことを特徴とする車両用灯具の制御装置。
  2. 前記地絡検出部は前記地絡時にオフ動作するツェナーダイオードであり、
    前記スイッチ部は前記ツェナーダイオードのオフ動作時にオフ動作するスイッチ素子であり、
    前記スイッチ素子のオン動作時に前記光源駆動電流が前記スイッチ素子を流れ、前記スイッチ素子のオフ動作時に前記光源駆動電流が前記第2の抵抗を流れる
    ことを特徴とする請求項1に記載の車両用灯具の制御装置。
  3. 前記ツェナーダイオードのオン電圧は、前記地絡時における前記電力供給手段の出力電圧より大きく、かつ、前記半導体光源の電流が流れ始める順方向電圧以下に設定される
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の車両用灯具の制御装置。
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