JP2012227096A

JP2012227096A - 点灯制御装置

Info

Publication number: JP2012227096A
Application number: JP2011096120A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Murata; 茂村田
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2011-04-22
Filing date: 2011-04-22
Publication date: 2012-11-15

Abstract

【課題】比較的高いスイッチング周波数で大電力を供給可能とする半導体光源の点灯制御技術を提供する。
【解決手段】半導体光源の点灯制御装置であって、相互に並列接続され、電源と半導体光源のアノードとの間に設けられた複数の定電流ＤＣＤＣコンバータ１１，１２を備える。各々の定電流ＤＣＤＣコンバータは１１，１２、電源と半導体光源との間に接続され、電源から供給される電圧を昇圧し又は降圧する電圧回路部１８と、電圧回路部１８から半導体光源のアノードへ流れる電流を検出し、当該電流の大きさに応じたフィードバック信号を電圧回路部１８へ供給する電流検出部１９を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体光源の点灯を制御する技術に関する。

半導体光源の点灯を制御する点灯制御装置の先行例は、例えば特開２００９−２６６７２３号公報（特許文献１）に開示されている。一般に、ＤＣＤＣコンバータを用いた点灯制御装置は、回路を高周波化することによりＤＣＤＣコンバータの主要構成であるコイルおよびコンデンサを小型化することが可能となる。また、車両用に用いられる半導体光源を考えた場合、点灯制御装置のスイッチング周波数を概ね２ＭＨｚ以上とすることにより、ＡＭ帯の帯域を超えた領域でＤＣＤＣコンバータが動作するため、ＡＭ帯のノイズ対策をする必要がなくなる。

ところで、２ＭＨｚ以上のスイッチング周波数を達成するにはスイッチング用のＦＥＴ等の配線インピーダンスが問題となる。このため、スイッチング用のＦＥＴ等を内蔵したＩＣを用いてＤＣＤＣコンバータを構成するのが一般的である。しかし、このタイプのＤＣＤＣコンバータは、スイッチング用のＦＥＴ等がＩＣ内部で発熱するため大電流（大電力）のスイッチングには適しておらず、多くの場合、携帯型機器向けなどのそれほどの大電力が必要のない用途に用いられていた。特に、車両用のように使用環境温度が高い場所で使用する場合、ＩＣの内部発熱は大きな問題となるため、使用環境温度が高い場所で２ＭＨｚ以上のスイッチング周波数のＤＣＤＣコンバータを採用することは困難であった。

特開２００９−２６６７２３号公報

本発明に係る具体的態様は、比較的高いスイッチング周波数で大電力を供給可能とする半導体光源の点灯制御技術を提供することを目的の１つとする。

本発明に係る一態様の点灯制御装置は、半導体光源の点灯制御を行う装置であって、（ａ）相互に並列接続され、電源と前記半導体光源のアノードとの間に設けられた複数の定電流ＤＣＤＣコンバータを含み、これらの定電流ＤＣＤＣコンバータは、各々、（ｂ）前記電源と前記半導体光源との間に接続され、前記電源から供給される電圧を昇圧し又は降圧する電圧回路部と、（ｃ）前記電圧回路部から前記半導体光源のアノードへ流れる電流を検出し、当該電流の大きさに応じたフィードバック信号を前記電圧回路部へ供給する電流検出部を有する、ことを特徴とする点灯制御装置である。

上記の点灯制御装置によれば、半導体光源に対して供給すべき総電力を複数の定電流ＤＣＤＣコンバータの各々で分散して供給することから、各々の定電流ＤＣＤＣコンバータにおける電力消費が抑えられる。それにより、各定電流ＤＣＤＣコンバータにおける発熱が抑えられるので、各定電流ＤＣＤＣコンバータを比較的に高いスイッチング周波数で動作させ、かつ大電力を供給することが可能となる。また、各定電流ＤＣＤＣコンバータにおいて、半導体光源のアノードへ流れる電流（ハイサイドの電流）を検出してフィードバック制御を行っているため、各定電流ＤＣＤＣコンバータが他方の動作に影響を受けることなく自律的に動作することが可能となる。

上記の点灯制御装置において、電流検出部のそれぞれは、例えば、電圧回路部と前記半導体光源のアノードとの間に接続された抵抗素子とこの抵抗素子を流れる電流を増幅する増幅回路を有するように構成できる。

上記の点灯制御装置は、電流検出部のそれぞれの前記増幅回路における増幅率を調整する増幅率調整部を更に備えることも好ましい。

上記の点灯制御装置は、周辺温度を検出する温度検出部を更に備え、この温度検出部により検出された周辺温度の大きさに応じて増幅率調整部における増幅率を調整することも好ましい。

一実施形態の点灯制御装置の概略構成を示す図である。点灯制御装置の具体的な構成例を示す回路図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態の点灯制御装置の概略構成を示す図である。図１に示す本実施形態の点灯制御装置は、相互に直列接続された複数の半導体発光素子１、２、３・・・ｎからなる半導体光源の点灯制御を行うものあり、主要な構成として、相互に並列接続された２つの定電流ＤＣＤＣコンバータ１１、１２と、逆流防止用ダイオード１３、１４を備える。

定電流ＤＣＤＣコンバータ１１、１２は、それぞれ、電源（＋Ｂ）と半導体発光素子１との間に設けられている。定電流ＤＣＤＣコンバータ１１と半導体発光素子１との間には逆流防止用ダイオード１３が接続され、定電流ＤＣＤＣコンバータ１２と半導体発光素子１のアノードとの間には逆流防止用ダイオード１４が接続されている。各定電流ＤＣＤＣコンバータ１１、１２は、それぞれ駆動電流Ｉ１、Ｉ２を出力し、それらの合成電流（Ｉ１＋Ｉ２）が半導体発光素子１〜ｎに対して供給される。

図２は、点灯制御装置の具体的な構成例を示す回路図である。本例の点灯制御装置は、上記した定電流ＤＣＤＣコンバータ１１、１２と、逆流防止用ダイオード１３、１４に加えて、同期信号出力部１５、増幅率調整部１６および温度検出部１７を備える。

定電流ＤＣＤＣコンバータ１１、１２は、それぞれ、電源の高電位側（＋Ｂ）と半導体発光素子１のアノードとの間に接続され、電源から供給される電圧を昇圧する電圧回路部１８と、この電圧回路部１８から半導体発光素子１のアノードへ流れる電流を検出し、その電流の大きさに応じたフィードバック信号（ＦＢ）を電圧回路部１８へ供給する電流検出部１９を備える。

電圧回路部１８は、一方端が電源と接続されたコイル２１と、このコイル２１の他方端とアノードを接続されたダイオード２２と、このダイオード２２のカソードと基準電位端（接地端）との間に接続されたコンデンサ２３と、コイル２１とダイオード２２のアノードとの接点と基準電位端との間に接続されたスイッチング回路部２４と、を有する。

スイッチング回路部２４は、バイポーラトランジスタあるいは電界効果型トランジスタ等のスイッチング素子を内蔵したＩＣ（集積回路）チップであり、コイル２１の他方端と基準電位端との間を導通状態または非導通状態にスイッチングする。本実施形態のスイッチング回路部２４は、２ＭＨｚ以上の高いスイッチング周波数で動作する。

電流検出部１９は、ダイオード２２のカソードと上記した逆流防止用ダイオード１３のアノードとの間に接続された抵抗素子２５と、この抵抗素子２５を流れる電流を増幅してフィードバック信号を生成する増幅回路２６を有する。

同期信号出力部１５は、各定電流ＤＣＤＣコンバータ１１、１２に対して同期信号を供給する。この同期信号出力部１５からの同期信号を受けることで、各定電流ＤＣＤＣコンバータ１１、１２のスイッチング動作が同期する。

増幅率調整部１６は、電流検出部１９のそれぞれの増幅回路２６における増幅率を調整する。この増幅率調整部１６によって増幅率を増減させることで、半導体発光素子１〜ｎへ供給される駆動信号の大きさを調整できる。

温度検出部１７は、点灯制御装置の周辺温度（特にスイッチング回路部２４の周辺温度）を検出し、その大きさに応じた信号を出力する。この温度検出部により検出された周辺温度の大きさに応じて、増幅率調整部１６により増幅率が調整される。

本実施形態の点灯制御装置は以上のような構成を備えており、次にその動作について説明する。

定電流ＤＣＤＣコンバータ１１は、半導体発光素子１のアノードに向けて流す電流を電流検出部１９によって監視することにより、一定の電流Ｉ１を各半導体発光素子１〜ｎに対して供給するように動作する。また、定電流ＤＣＤＣコンバータ１２は、半導体発光素子１のアノードに向けて流す電流を電流検出部１９によって監視することにより、一定の電流Ｉ２を各半導体発光素子１〜ｎに対して供給するように動作する。各定電流ＤＣＤＣコンバータ１１、１２は、設定された電流が流れるように出力電圧を調整するので、丁度バランスのとれた出力電圧で動作することになる。半導体発光素子１〜ｎの側からみると、定電流ＤＣＤＣコンバータ１１からは一定の電流Ｉ１が供給され、定電流ＤＣＤＣコンバータ１２からも一定の電流Ｉ２が供給されるため、合計で（Ｉ１＋Ｉ２）の合成電流の供給を受けることになる。

ここで、数値例を挙げて本実施形態の点灯制御装置の優位性を説明する。例えば、半導体装置１〜ｎに順方向電圧Ｖｆ＝２０Ｖ、Ｉｆ＝１Ａ、合計電力２０Ｗを供給する場合を考える。この場合に、本実施形態の点灯制御装置では、２つの定電流ＤＣＤＣコンバータ１１、１２を用いるので、出力電圧Ｖｆは２０Ｖ必要であるが、出力電流Ｉｆは０．５Ａずつでよいことになる。従って、定電流ＤＣＤＣコンバータ１１、１２の電力はそれぞれ１０Ｗ（＝２０Ｖ×０．５Ａ）でよいことになる。すなわち、定電流ＤＣＤＣコンバータを並列につないだ分だけ、各定電流ＤＣＤＣコンバータ１１、１２で供給すべき電力が分散されるので、各定電流ＤＣＤＣコンバータのスイッチング回路部２４における発熱を抑えることができる。このため、高いスイッチング周波数で大きな電力が必要な用途にも対応可能となる。回路効率を９０％と仮定すると、各定電流ＤＣＤＣコンバータ１１、１２の消費電力はそれぞれ１．１Ｗとなる。これにする比較例として、例えば従来のように１つの定電流ＤＣＤＣコンバータのみで２０Ｗの半導体光源を駆動した場合を考えると、回路効率を９０％と仮定しても定電流ＤＣＤＣコンバータの消費電力は２．２Ｗとなるため発熱量が増大し、放熱が困難となる。このため、内部発熱により２ＭＨｚ以上といった高周波化を実現することは非常に困難である。

このように本実施形態の点灯制御装置は、半導体発光素子１〜ｎは、定電流ＤＣＤＣコンバータ１１、１２の各々から電力供給を受けるかたちになり、各定電流ＤＣＤＣコンバータ１１、１２は、総電力を各々で分散して供給することから、各々における電力消費が抑えられる。それにより、発熱が抑えられるので、各定電流ＤＣＤＣコンバータ１１、１２を小型化することができる。また、コイル２１、ダイオード２２、コンデンサ２３およびスイッチング回路部２４の小型化が図られるうえ、ＡＭ帯のノイズ対策が不要になるため、フィルタ回路等も不要となり、全体的に点灯制御装置の小型化を達成できる。

また、各定電流ＤＣＤＣコンバータ１１、１２において、半導体発光素子１のアノードへ流れる電流（ハイサイドの電流）を検出してフィードバック制御を行っているため、各定電流ＤＣＤＣコンバータ１１、１２が他方の動作に影響を受けることなく自律的に動作することが可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した実施形態では２つの定電流ＤＣＤＣＤコンバータを並列に接続していたが、定電流ＤＣＤＣＤコンバータの数はこれに限定されず、必要な電力供給量に応じて適宜の数だけ並列接続することができる。また、上記した実施形態では電圧回路部の一例として電源からの電圧を昇圧するタイプの電圧回路部（昇圧回路）を示していたが、電圧回路部は電源からの降圧するタイプのもの（降圧回路）であってもよい。また、点灯制御装置による点灯制御の対象となる半導体光源に含まれる半導体発光素子の数には限定がなく、１つでもよい。

１、２、３、ｎ：半導体発光素子
１１、１２：定電流ＤＣＤＣＤコンバータ
１３、１４：逆流防止用ダイオード
１５：同期信号出力部
１６：増幅率調整部
１７：温度検出部
１８：電圧回路部
１９：電流検出部
２１：コイル
２２：ダイオード
２３：コンデンサ
２４：スイッチング回路部
２５：抵抗素子
２６：増幅回路
Ｉ１、Ｉ２：電流
ＦＢ：フィードバック信号

Claims

半導体光源の点灯制御を行う装置であって、
相互に並列接続され、電源と前記半導体光源のアノードとの間に設けられた複数の定電流ＤＣＤＣコンバータを含み、
前記複数の定電流ＤＣＤＣコンバータの各々は、
前記電源と前記半導体光源との間に接続され、前記電源から供給される電圧を昇圧し又は降圧する電圧回路部と、
前記電圧回路部から前記半導体光源のアノードへ流れる電流を検出し、当該電流の大きさに応じたフィードバック信号を前記電圧回路部へ供給する電流検出部、
を有する、点灯制御装置。
前記電流検出部のそれぞれは、前記電圧回路部と前記半導体光源のアノードとの間に接続された抵抗素子とこの抵抗素子を流れる電流を増幅する増幅回路を有する、請求項１に記載の点灯制御装置。
前記電流検出部のそれぞれの前記増幅回路における増幅率を調整する増幅率調整部を更に備える、請求項２に記載の点灯制御装置。
周辺温度を検出する温度検出部を更に備え、
前記増幅率調整部は、前記温度検出部により検出された前記周辺温度の大きさに応じて前記増幅率を調整する、請求項３に記載の点灯制御装置。